KR101948813B1

KR101948813B1 - Gps 도래각 추정장치 및 방법

Info

Publication number: KR101948813B1
Application number: KR1020170104280A
Authority: KR
Inventors: 황석승
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2017-08-17
Filing date: 2017-08-17
Publication date: 2019-02-18

Abstract

본 발명에 따르면, 적어도 하나 이상의 안테나 어레이 요소를 포함하는 수신 안테나로부터 수신되는 GPS 신호와 간섭 신호가 혼재된 수신 신호에 대해 상기 GPS 신호의 전력을 증폭시키는 역확산을 수행하여 제1 출력신호를 출력하고, 상기 수신 신호에 대해 상기 GPS 신호는 제거하고 상기 간섭 신호의 전력은 유지시키는 널(null) 역확산을 수행하여 제2 출력신호를 출력하며, 상기 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호 각각에 대한 제1도래각과 제2도래각을 추정한 후, 상기 제1도래각과 상기 제2도래각을 비교하여 상기 GPS 신호의 도래각을 판정하는 것을 통해 GPS 신호의 도래각을 보다 정확히 추정할 수 있다.

Description

GPS 도래각 추정장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING ANGLE-OF-ARRIVAL OF GPS SIGNAL}

본 발명은 GPS 도래각 추정 기술에 관한 것으로, 특히 역확산을 이용한 GPS 도래각 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 낮은 전력의 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DSSS; direct-sequence spread-spectrum) 신호를 사용하는 GPS(Global Positioning System) 위성은 1574.42 MHz 반송주파수를 가지는

과 1227.60 MHz 반송주파수를 가지는

의 두 가지 타입 신호를 전송한다. 그리고, 현대화된 GPS는 1227.6 MHz 반송주파수를 가지는

와 1176.45 MHz 반송주파수를 가지는

두 개의 상용화된 신호를 추가로 사용한다.

한편, 다중 안테나 요소들을 사용하는 GPS 안테나를 위한 대부분의 빔형성기들은 GPS 신호의 효과적인 수신을 위하여 정확한 GPS 도래각(Angle-of-Arrival : AOA) 정보가 필요하다.

신호의 도래각을 추정하기 위해 Multiple Signal Classification(MUSIC) 이나 Estimation of Signal Parameter via Rotational Invariance Techniques(ESPRIT)와 같은 도래각 추정 알고리즘들이 사용 된다.

그런데, GPS 신호의 전력은 잡음 또는 간섭신호 전력에 비해 매우 낮으므로, 수신 신호로부터 GPS 신호의 도래각 정보를 정확히 추정하기 위해서는 보다 정밀한 도래각 추정 방법이 필요하다.

(특허문헌)

대한민국 등록특허번호 10-1043689호(등록일자 2011년 06월 16일)

따라서, 본 발명의 실시예에서는 적어도 하나 이상의 안테나 어레이 요소를 포함하는 수신 안테나로부터 수신되는 GPS 신호와 간섭 신호가 혼재된 수신 신호에 대해 상기 GPS 신호의 전력을 증폭시키는 역확산을 수행하여 제1 출력신호를 출력하고, 상기 수신 신호에 대해 상기 GPS 신호는 제거하고 상기 간섭 신호의 전력은 유지시키는 널(null) 역확산을 수행하여 제2 출력신호를 출력하며, 상기 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호 각각에 대한 제1도래각과 제2도래각을 추정한 후, 상기 제1도래각과 상기 제2도래각을 비교하여 상기 GPS 신호의 도래각을 판정하는 것을 통해 GPS 신호의 도래각을 보다 정확히 추정할 수 있도록 하는 GPS 도래각 추정 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 GPS 도래각 추정장치는 적어도 하나 이상의 안테나 어레이 요소를 포함하는 수신 안테나로부터 수신되는 GPS 신호와 간섭 신호가 혼재된 수신 신호에 대해 상기 GPS 신호의 전력을 증폭시키는 역확산을 수행하여 제1 출력신호를 출력하는 역확산부와, 상기 수신 신호에 대해 상기 GPS 신호는 제거하고 상기 간섭 신호의 전력은 유지시키는 널(null) 역확산을 수행하여 제2 출력신호를 출력하는 널 역확산부와, 상기 제1 출력 신호 각각에 대한 제1도래각을 추정하는 제1도래각 추정부와, 상기 제2 출력 신호 각각에 대한 제2도래각을 추정하는 제2 도래각 추정부와, 상기 제1 도래각 추정부와 상기 제2 도래각 추정부에서 추정된 상기 제1도래각과 상기 제2도래각을 비교하여 상기 GPS 신호의 도래각을 판정하는 도래각 판정부를 포함한다.

또한, 상기 널 역확산부는, 소정 개수의 제1 C/A(Coarse Acquisition) 코드벡터와 상기 소정 개수의 제2 C/A 코드벡터로 구성된 PRN(pseudo random noise) 코드(

)를 기반으로 상기 제2 출력 신호를 출력하고, 상기 제1 C/A 코드벡터는 상기 역확산부에서 사용되는 C/A 코드벡터와 동일하고, 상기 제1 C/A 코드벡터와 상기 제2 C/A 코드벡터의 합은 영벡터인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 널 역확산부는, 상기 PRN 코드와 상기 수신 신호의 곱을 상기 제2 출력신호로서 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소정 개수는 10개이고, 상기 역확산부는, 20개의 상기 C/A 코드벡터를 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1도래각 중 상기 제2도래각과 중복되지 않은 도래각을 상기 GPS신호의 도래각으로 판정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 역확산부는, 미리 정해진 개수의 동일한 C/A(coarse acquisition) 코드벡터로 구성된 PRN(pseudo random noise) 코드를 기반으로 상기 제1 출력 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 GPS 도래각 추정방법으로서, 적어도 하나 이상의 안테나 어레이 요소를 포함하는 수신 안테나로부터 GPS 신호와 간섭 신호가 혼재된 수신 신호를 수신하는 단계와, 상기 수신 신호에 대해 상기 GPS 신호의 전력을 증폭시키는 역확산을 수행하여 제1 출력신호를 출력하는 단계와, 상기 수신 신호에 대해 상기 GPS 신호는 제거하고 상기 간섭 신호의 전력은 유지시키는 널(null) 역확산을 수행하여 제2 출력신호를 출력하는 단계와, 상기 제1 출력 신호 각각에 대한 제1도래각을 추정하고, 상기 제2 출력 신호 각각에 대한 제2도래각을 추정하는 단계와, 상기 제1도래각과 상기 제2도래각을 비교하여 상기 GPS 신호의 도래각을 판정하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 제2 출력 신호는, 소정 개수의 제1 C/A(Coarse Acquisition) 코드벡터와 상기 소정 개수의 제2 C/A 코드벡터로 구성된 PRN(pseudo random noise) 코드를 기반으로 생성되고, 상기 제1 C/A 코드벡터는 역확산부에서 사용되는 C/A 코드벡터와 동일하고, 상기 제1 C/A 코드벡터와 상기 제2 C/A 코드벡터의 합은 영벡터인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 출력 신호는, 상기 PRN 코드와 상기 수신 신호의 곱으로 생성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소정 개수는 10개이고, 상기 역확산의 수행 시에는, 20개의 상기 C/A 코드벡터가 사용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 판정하는 단계에서, 상기 제1도래각 중 상기 제2도래각과 중복되지 않은 도래각을 상기 GPS신호의 도래각으로 판정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 출력 신호는, 미리 정해진 개수의 동일한 C/A(coarse acquisition) 코드벡터로 구성된 PRN(pseudo random noise) 코드를 기반으로 생성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 적어도 하나 이상의 안테나 어레이 요소를 포함하는 수신 안테나로부터 수신되는 GPS 신호와 간섭 신호가 혼재된 수신 신호에 대해 상기 GPS 신호의 전력을 증폭시키는 역확산을 수행하여 제1 출력신호를 출력하고, 상기 수신 신호에 대해 상기 GPS 신호는 제거하고 상기 간섭 신호의 전력은 유지시키는 널(null) 역확산을 수행하여 제2 출력신호를 출력하며, 상기 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호 각각에 대한 제1도래각과 제2도래각을 추정한 후, 상기 제1도래각과 상기 제2도래각을 비교하여 상기 GPS 신호의 도래각을 판정하는 것을 통해 GPS 신호의 도래각을 보다 정확히 추정할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 도래각 추정장치 및 방법은 높은 전력의 방해전파들로부터 심각한 영향을 받는 GPS를 이용하는 군사용 장비에 효과적으로 사용될 수 있으며, 특히 근래에 이슈가 되고 있는 GPS 교란 문제 해결에 적용될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 도래각 추정장치 및 방법은 현재 활발한 연구와 기술개발이 진행되고 있는 LBS(Location-Based-Service) 및 위치추정이 필수적인 차세대 통신시스템 관련 분야에 핵심적으로 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 GPS 수신기의 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 GPS 도래각 추정장치가 GPS 신호의 도래각을 추정하는 동작 제어 흐름도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 GPS 신호와 간섭신호가 혼재된 수신신호의 스펙트럼을 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 역확산 출력신호를 기반으로 한 MUSIC 비용함수의 출력 파형 예시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 널 역확산 출력신호를 기반으로 한 MUSIC 비용함수의 출력 파형 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 GPS 수신기(100)의 블록 구성을 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, GPS 수신기(100)는 GPS 도래각 추정장치(150)와 안테나(101) 및 빔형성부(112) 등을 포함할 수 있다. GPS 도래각 추정장치(150)는 역확산부(102), 제1도래각 추정부(104), 널(null) 역확산부(106), 제2도래각 추정부(108) 및 도래각 판정부(110) 등을 포함할 수 있다.

먼저,

개의 안테나 어레이 요소들을 가지는 GPS 수신기(100)에서 이산 샘플 인덱스

에서의 수신신호 벡터(

)는 아래의 [수학식 1]과 같이 주어진다.

위의 [수학식 1]에서

는

번째 위성에 대한 사이크로스테이셔너리(cyclostationary) 의사랜덤 간섭(PRN; pseudorandom noise) 코드 요소(길이

)이고,

는

번째 위성에 대한 PRN 코드의 한 사이클 길이 동안 상수(constant)를 유지하는 GPS 데이터 비트이며,

는 평균 0과 분산

의 i.i.d (independent identically distributed) 특성을 가지는 AWGN(additive white Gaussian noise) 벡터(크기

)이다. [수학식 1]의 다른 변수들은 [표 1]과 같이 요약될 수 있다. 표 1에서

의 열은 간섭신호에 대한 도래각 어레이 응답 벡터이고,

은 간섭신호들의 개수이다. 이때, GPS 수신기(100)는 크기

(

) 격자(grid) 안테나 어레이를 사용한다고 가정한다.

심볼	크기	정의
		수신신호 벡터
		번째 위성에 대한 어레이 응답 벡터
		간섭 신호들에 대한 어레이 응답 행렬
		간섭 신호 벡터

역확산부(despreader)(102)는 적어도 하나 이상의 안테나 어레이 요소를 포함하는 수신 안테나(101)로부터 수신되는 GPS 신호와 간섭 신호가 혼재된 수신 신호에 대해 역확산을 수행하여 GPS 신호의 전력을 간섭 신호의 전력보다 높게 상승시킨다.

일반적으로, 각 GPS 위성은 20개의 동일 C/A 코드로 구성된 고유의 PRN 코드를 사용하며,

번째 위성에 대한 PRN 코드(

)는 아래의 [수학식 2]와 같이 주어진다.

위 [수학식 2]에서

는

번째 위성에 대한 C/A 코드 행벡터이다. 이때, 앞서 설명한 바와 같이 역확산부(102)의 출력은 GPS 신호, 간섭신호들, 잡음 등을 포함하며, 수신 안테나(101)로부터 수신된 수신 신호가 역확산부(102)를 통과하는 경우 GPS 신호의 전력은 간섭 전력 레벨보다 커지게 된다. 이때,

이므로,

기반의 역확산부(102)의 출력(

)은 아래의 [수학식 3]과 같이 주어진다.

위 [수학식 3]에서

는 GPS 데이터 비트이고, 나머지 벡터에 대한 정의는 아래의 [수학식 4], [수학식 5], [수학식 6], [수학식 7], [수학식 8]에서와 같이 주어진다.

제1도래각 추정부(104)는 역확산부(102)를 통해 출력된 출력 신호(

)에 포함된 GPS 신호와 간섭 신호 각각에 대한 도래각(Angle-of-Arrival : AOA)을 추정한다.

이때, 제1도래각 추정부(104)는 GPS 및 간섭 신호들을 포함하는 도래각들을 추정하기 위해 역확산부(102)의 출력신호(

)에 고-전력 신호들에 대해 우수한 성능을 가지는 MUSIC(Multiple Signal Classification) 알고리즘을 적용하여 도래각을 추정할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이하, 제1도래각 추정부(104)가 도래각을 추정하는 동작을 보다 상세히 설명하기로 한다.

일반적인 역확산부(102)의 출력에 대한 자기상관(auto-correlation) 행렬은 아래의 [수학식 9]와 같이 정의 되고, 이에 대한 고유구조(eigenstructure)는 [수학식 10]과 같이 주어진다.

위 [수학식 10]에서

는 대각(diagonal) 행렬,

는

번째 고유값(eigenvalue),

는 해당 고유벡터(eigenvector) 행렬이다. 이때, [수학식 10]을 기반으로 GPS 신호와 간섭 신호들의 도래각을 추정하기 위한 MUSIC 비용(cost) 함수의 역(

)은 아래의 [수학식 11]과 같이 나타낼 수 있다.

위 [수학식 11]에서

은 가장 작은

개의 고유값들에 대한

고유벡터들을 포함하는 열들로 구성되어진

행렬이다. 이때,

의

개의 가장 큰 피크 신호들을 검출하여 신호들의 도래각을 추정한다. 역확산을 기반으로 하는 도래각 추정결과는 GPS와 간섭신호들의 도래각들을 모두 포함하게 된다.

즉, 제1도래각 추정부(104)는 역확산부(102)의 출력 신호에 대한 자기상관 행렬의 고유구조를 결정한다. 그리고 제1도래각 추정부(104)는 결정된 자기상관 행렬을 기반으로 역산확부(102)의 출력 신호의 도래각을 추정하기 위한 임의의 도래각 추정 함수를 실행한다. 그리고 제1도래각 추정부(104)는 도래각 추정 함수의 출력 파형에서 피크 신호를 검출하고 피크 신호에 대응되는 각도값을 도래각(제1도래각)으로 추정할 수 있다. 제1도래각은 GPS 신호 및 간섭신호 각각의 도래각을 포함한다.

널(null) 역확산부(106)는 적어도 하나 이상의 안테나 어레이 요소를 포함하는 수신 안테나(101)로부터 수신되는 GPS 신호와 간섭 신호가 혼재된 수신 신호에 대해 널(null) 역확산을 수행하여 GPS 신호는 제거하고, 간섭 신호의 전력은 그대로 유지시킨다.

이때, 본 발명의 실시예에서 널 역확산부(106)는 GPS 신호는 제거하고 간섭신호들은 유지하도록 설계되어 있으며, GPS 신호의 제거를 위해 역확산부(102)에서 사용하는 PRN 코드와는 달리, 열 개의 제1 C/A코드와 제1 C/A 코드에 음수가 곱해진 열 개의 제2 C/A코드로 구성된 PRN 코드를 사용하여 GPS신호를 역확산시킴으로써 수신신호로부터 GSP 신호만을 제거시키게 된다. 이러한 널 역확산 코드(

)의 예는 아래의 [수학식 12]와 같이 주어질 수 있다.

이때,

이므로, 널 역확산부(106)의 출력 신호(

)은 아래의 [수학식 13]과 같이 주어진다.

위 [수학식 13]에서 새로운 벡터들(

,

)에 대한 정의는 아래의 [수학식 14]와 [수학식 15]로 주어진다.

제2도래각 추정부(108)는 널 역확산부(106)를 통해 출력된 출력 신호(

)에 포함된 간섭 신호 각각에 대한 도래각(제2도래각)을 추정한다. 이때, GPS 신호는 널 역확산부(106)를 통해 제거되기 때문에 널 역확산부(106)를 통해 출력된 출력 신호(

)에는 GPS신호가 포함되어 있지 않으므로 제2도래각 추정부(108)에서는 간섭신호들에 대한 도래각만이 추정된다.

이하, 제2도래각 추정부(108)가 도래각을 추정하는 동작을 보다 상세히 설명하기로 한다.

널 역확산부(106)의 출력에 대한 자기상관 행렬이 아래의 [수학식 16]과 같이 정의되고, 자기상관 행렬에 대한 고유구조가 앞서 설명한 [수학식 10]과 같이 주어진다. 이때, [수학식 10]을 기반으로 GPS 신호와 간섭 신호들의 도래각을 추정하기 위한 MUSIC 비용(cost) 함수의 역을 나타내는 [수학식 11]의 절차를 이용하여 전술한 바와 같은 동일한 방식으로

의

개의 가장 큰 피크 신호을 검출하여 간섭 신호들의 도래각을 추정할 수 있다.

이때, 널 역확산부(106)에 의해 GPS 신호는 제거되므로, [수학식 11]의

은

로 바뀌어야 한다. 따라서, 널 역확산부(106)의 출력에 기반하여 추정된 결과는 간섭신호들의 도래각만 포함하고, GPS 도래각은 포함하지 않는다.

즉, 제2도래각 추정부(108)는 널 역확산부(106)를 통해 출력된 출력 신호에 대한 자기상관 행렬의 고유구조를 결정하고, 결정된 상기 자기상관 행렬을 기반으로 출력 신호에 대해 출력 신호의 도래각을 추정하기 위한 임의의 도래각 추정 함수를 실행하고, 도래각 추정 함수의 출력 파형에서 피크 신호를 검출하고 피크 신호에 대응되는 각도값을 도래각으로 추정할 수 있다.

도래각 판정부(110)는 제1도래각 추정부(104)와 제2도래각 추정부(108)에서 추정된 도래각을 비교하여 상이한 도래각을 GPS 신호의 도래각으로 판정한다. 즉, 도래각 판정부(110)는 제1도래각 추정부(104)가 추정한 도래각(GPS신호 및 간섭신호의 도래각)과 제2도래각 추정부(108)가 추정한 도래각(간섭신호의 도래각)들 중 중복되지 않는 도래각을 GPS 신호의 도래각으로 판정할 수 있다.

빔형성부(112)는 도래각 판정부(110)와 연결되어 도래각 판정부(110)에서 판정된 GPS 신호의 도래각 정보를 기반으로 간섭신호를 제거하고 GPS 신호를 처리한다.

이러한 빔형성부(112)는 간섭신호 제거 및 GPS 신호의 효과적인 수신을 위해 MVDR(minimum-variance-distortionless-response)이나 GSC(generalized sidelobe canceler)와 같은 적응 어레이 기반의 빔형성기로 구현되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 GPS 도래각 추정장치에서 GPS 신호의 도래각을 추정하는 동작 제어 흐름을 도시한 것이다. 이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, GPS 도래각 추정장치(150)는 적어도 하나 이상의 안테나 어레이 요소를 포함하는 수신 안테나(101)로부터의 GPS신호와 간섭 신호가 혼재된 수신신호를 서로 분리된 제1 경로와 제2 경로를 통해 수신한다(S200). 이때, 도 1에서 보여지는 바와 같이 제1경로는 역확산부(102)와 제1도래각 추정부(104)로 연결되는 경로일 수 있고, 제2경로는 널 역확산부(106)와 제2도래각 추정부(108)로 연결되는 경로일 수 있다.

위와 같이 GPS 신호가 수신되는 경우 GPS 도래각 추정장치(150)는 제1경로상에 위치된 역확산부(102)와 제1도래각 추정부(104)를 통해 수신된 GPS 신호를 역확산시키고(S202), 역확산된 신호에 포함된 GPS 신호와 간섭신호들 각각에 대한 도래각을 추정한다(S204).

이때, 역확산을 통해서 GPS 신호의 전력이 간섭신호의 전력보다 높게 상승되므로 GPS 신호에 대한 도래각 추정이 가능하게 된다. 또한, 이때 도래각 추정에 있어서는 역확산을 통해 출력된 출력 신호(

)에 대한 자기상관 행렬의 고유구조를 결정하고, 결정된 자기상관 행렬을 기반으로 역산확부(102)를 통해 출력된 출력 신호에 대해 MUSIC 함수 등과 같은 도래각을 추정하기 위한 도래각 추정 함수를 실행한 후, 도래각 추정 함수의 출력 파형에서 피크 신호를 검출하고, 피크 신호에 대응되는 각도값을 도래각으로 추정할 수 있다. 도 4는 역확산되어 출력된 출력 신호에 대한 MUSIC 함수의 출력 파형을 도시한 것으로, GSP 도래각 추정장치(150)는 도 4에서와 같이 피크 신호가 발생한 지점에 대응되는 각도값을 GPS 신호와 GPS 신호에 포함된 간섭 신호의 도래각으로 추정할 수 있다.

또한, 위와 같이 GPS 신호가 수신되는 경우 GPS 도래각 추정장치(150)는 제2경로상에 위치된 널 역확산부(106)와 제2도래각 추정부(108)를 통해 수신된 GPS 신호를 널 역확산시켜 GPS 신호를 제거시키고(S206), 간섭신호들 각각에 대한 도래각을 추정한다(S208).

이때, 도래각 추정에 있어서는 널 역확산을 통해 출력된 출력 신호(

)에 대한 자기상관 행렬의 고유구조를 결정하고, 결정된 자기상관 행렬을 기반으로 널 역산확부(106)를 통해 출력된 출력 신호에 대해 MUSIC 함수 등과 같은 도래각을 추정하기 위한 도래각 추정 함수를 실행한 후, 도래각 추정 함수의 출력 파형에서 피크 신호를 검출하고, 피크 신호에 대응되는 각도값을 도래각으로 추정할 수 있다.

이어, GSP 도래각 추정장치(150)는 제1도래각 추정부(104)와 제2 도래각 추정부(108)에서 추정된 도래각을 비교하여(S210), 상이한 도래각을 상기 GPS 신호의 도래각으로 판정한다(S212).

즉, 도래각 판정부(110)는 제1도래각 추정부(104)에서 추정된 도래각과 제2도래각 추정부(108)에서 추정된 도래각들 중 중복되지 않는 도래각을 GPS 신호의 도래각으로 판정할 수 있다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에서 제안된 GPS 신호의 도래각 추정 알고리즘의 성능확인을 위한 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 예시한 것이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 시뮬레이션을 위해 8개의 안테나 어레이 요소들(

)을 사용한다고 가정하였다. 컴퓨터 시뮬레이션 시나리오의 수신신호는 한 개의 GPS 신호, 두 개의 CW(continuous-wave) 간섭신호, 한 개의 FM (frequency-modulated) 간섭신호, 두 개의 WB(wideband) 잡음 간섭신호, 100 샘플 on/off 주기를 가지는 한 개의 구형파 간섭신호, AWGN 등을 포함하도록 하였다. 이때, 시나리오에 대한 각 신호들의 매개변수들은 [표 2]에 요약되어 있다.

또한, GPS 신호의 신호 대 잡음비(SNR; signal-to-noise ratio)는 -30dB으로 가정하고, 각 간섭(또는 jammer) 신호들의 간섭 대 신호비(JSR: jammer-to-signal ratio)는 60dB로 가정한다. 또한, FM 간섭신호의 변조 인덱스(modulation index)

는 0.05이며, 정규화(normalized)된 변조 주파수

은 0.001이다. 시뮬레이션의 편의상 각 시나리오의 모든 신호의 고도각은 같은 것으로 가정한다.

도 3은 안테나(101)로부터 수신되는 GPS 신호와 간섭신호가 혼재된 수신신호의 스펙트럼을 예시한 것으로, 도 3을 참조하면, 두 개의 CW 간섭신호, 한 개의 FM 간섭신호, 두 개의 WB 잡음 간섭신호를 확인할 수 있다.

이때, 한 개의 구형파 간섭신호는 모든 주파수 대역에 걸쳐 존재한다. 역확산 이전의 GPS 신호 전력은 간섭신호 전력 레벨에 비해 현저히 낮으므로 도 3에서 GPS 신호의 스펙트럼은 확인할 수 없다.

도 4는 역확산 출력신호를 기반으로 한 MUSIC 비용함수의 출력 파형을 예시한 것이다. 도 4로부터 한 개의 GPS 신호와 여섯 개의 간섭신호들에 대한 일곱 개의 피크 신호들을 확인할 수 있다.

도 5는 널 역확산 출력신호를 기반으로 한 MUSIC 비용함수의 출력 파형을 예시한 것이다. 도 5로부터 널 역확산 이후의 MUSIC 비용함수는 여섯 개의 간섭신호들에 대한 여섯 개의 피크 신호들을 포함한다는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 도 5에는 포함되지 않고, 도 4에 포함되는 피크 신호에 대응되는 각도값인 27ㅀ를 GPS 신호의 도래각으로 판정할 수 있는 것이다.

신호	방위각 ( )	고도각( )	중심 주파수
GPS	27	78	-
CW	-59, 2	78, 78	0.16, 0.42
FM	-81	78	0.24
WB	-29, 71	78, 78	0.08, 0.35
Pulsed	47	78	-

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 적어도 하나 이상의 안테나 어레이 요소를 포함하는 수신 안테나로부터 수신되는 GPS 신호와 간섭 신호가 혼재된 수신 신호에 대해 상기 GPS 신호의 전력을 증폭시키는 역확산을 수행하여 제1 출력신호를 출력하고, 상기 수신 신호에 대해 상기 GPS 신호는 제거하고 상기 간섭 신호의 전력은 유지시키는 널(null) 역확산을 수행하여 제2 출력신호를 출력하며, 상기 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호 각각에 대한 제1도래각과 제2도래각을 추정한 후, 상기 제1도래각과 상기 제2도래각을 비교하여 상기 GPS 신호의 도래각을 판정하는 것을 통해 GPS 신호의 도래각을 보다 정확히 추정할 수 있다.

본 발명에 첨부된 각 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.

100 : GPS 수신기 102 : 역확산부
104 : 제1도래각 추정부 106 : 널(null) 역확산부
108 : 제2도래각 추정부 110 : 도래각 판정부
112 : 빔형성부 150 : GPS 도래각 추정장치

Claims

적어도 하나 이상의 안테나 어레이 요소를 포함하는 수신 안테나로부터 수신되는 GPS 신호와 간섭 신호가 혼재된 수신 신호에 대해 상기 GPS 신호의 전력을 증폭시키는 역확산을 수행하여 제1 출력신호를 출력하는 역확산부와,
상기 수신 신호에 대해 상기 GPS 신호는 제거하고 상기 간섭 신호의 전력은 유지시키는 널(null) 역확산을 수행하여 제2 출력신호를 출력하는 널 역확산부와,
상기 제1 출력 신호 각각에 대한 제1도래각을 추정하는 제1도래각 추정부와,
상기 제2 출력 신호 각각에 대한 제2도래각을 추정하는 제2 도래각 추정부와,
상기 제1 도래각 추정부와 상기 제2 도래각 추정부에서 추정된 상기 제1도래각과 상기 제2도래각을 비교하여 상기 GPS 신호의 도래각을 판정하는 도래각 판정부
를 포함하는 GPS 도래각 추정장치.
제 1 항에 있어서,
상기 널 역확산부는,
소정 개수의 제1 C/A(Coarse Acquisition) 코드벡터와 상기 소정 개수의 제2 C/A 코드벡터로 구성된 PRN(pseudo random noise) 코드(
)를 기반으로 상기 제2 출력 신호를 출력하고, 상기 제1 C/A 코드벡터는 상기 역확산부에서 사용되는 C/A 코드벡터와 동일하고, 상기 제1 C/A 코드벡터와 상기 제2 C/A 코드벡터의 합은 영벡터인 GPS 도래각 추정장치.
제 2 항에 있어서,
상기 널역확산부는,
상기 PRN 코드와 상기 수신 신호의 곱을 상기 제2 출력신호로서 출력하는 GPS 도래각 추정장치.
제 2 항에 있어서,
상기 소정 개수는 10개이고,
상기 역확산부는, 20개의 상기 C/A 코드벡터를 사용하는 GPS 도래각 추정장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1도래각 중 상기 제2도래각과 중복되지 않은 도래각을 상기 GPS신호의 도래각으로 판정하는 GPS 도래각 추정장치.
제 1 항에 있어서,
상기 역확산부는,
미리 정해진 개수의 동일한 C/A(coarse acquisition) 코드벡터로 구성된 PRN(pseudo random noise) 코드를 기반으로 상기 제1 출력 신호를 출력하는 GPS 도래각 추정장치.
적어도 하나 이상의 안테나 어레이 요소를 포함하는 수신 안테나로부터 GPS 신호와 간섭 신호가 혼재된 수신 신호를 수신하는 단계와,
상기 수신 신호에 대해 상기 GPS 신호의 전력을 증폭시키는 역확산을 수행하여 제1 출력신호를 출력하는 단계와,
상기 수신 신호에 대해 상기 GPS 신호는 제거하고 상기 간섭 신호의 전력은 유지시키는 널(null) 역확산을 수행하여 제2 출력신호를 출력하는 단계와,
상기 제1 출력 신호 각각에 대한 제1도래각을 추정하고, 상기 제2 출력 신호 각각에 대한 제2도래각을 추정하는 단계와,
상기 제1도래각과 상기 제2도래각을 비교하여 상기 GPS 신호의 도래각을 판정하는 단계
를 포함하는 GPS 도래각 추정방법.
제 7 항에 있어서,
상기 제2 출력 신호는,
소정 개수의 제1 C/A(Coarse Acquisition) 코드벡터와 상기 소정 개수의 제2 C/A 코드벡터로 구성된 PRN(pseudo random noise) 코드를 기반으로 생성되고, 상기 제1 C/A 코드벡터는 역확산부에서 사용되는 C/A 코드벡터와 동일하고, 상기 제1 C/A 코드벡터와 상기 제2 C/A 코드벡터의 합은 영벡터인 GPS 도래각 추정방법.
제 8 항에 있어서,
상기 제2 출력 신호는,
상기 PRN 코드와 상기 수신 신호의 곱으로 생성되는 GPS 도래각 추정방법.
제 8 항에 있어서,
상기 소정 개수는 10개이고,
상기 역확산의 수행 시에는, 20개의 상기 C/A 코드벡터가 사용되는 GPS 도래각 추정방법.
제 7 항에 있어서,
상기 판정하는 단계에서,
상기 제1도래각 중 상기 제2도래각과 중복되지 않은 도래각을 상기 GPS신호의 도래각으로 판정하는 GPS 도래각 추정방법.
제 7 항에 있어서,
상기 제1 출력 신호는,
미리 정해진 개수의 동일한 C/A(coarse acquisition) 코드벡터로 구성된 PRN(pseudo random noise) 코드를 기반으로 생성되는 GPS 도래각 추정방법.