KR101975438B1 - Gnss를 이용한 동기식 실내 항법 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 다수의 GNSS 위성으로부터 다수의 위성신호를 수신하는 외부GNSS안테나; 상기 외부GNSS안테나로부터 수신된 다수의 위성신호를 분리하여 채널별로 할당하는 위성채널할당장치; 상기 위성채널할당장치에 동기신호를 전송하는 동기부; 상기 위성채널할당장치로부터 수신한 채널별 신호를 방사하는 각각의 GNSS방사안테나; 상기 각 GNSS방사안테나로부터 방사된 위성신호를 수신하고 위성신호의 거리측정치를 이용하여 GNSS단말기의 위치를 연산하는 이동형 GNSS단말기;를 포함하여 구성되어, 단말기 또는 단말기를 내장한 장치의 위치를 측정하고 측정된 위치의 정밀도를 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 시스템 및 방법{SYNCHRONOUS INTERIOR NAVIGATION SYSTEM AND METHOD USING GNSS}
본 발명은 GNSS(Global Navigation Satellite System)를 이용한 동기식 실내 항법 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, GNSS를 이용하고 GNSS로부터 들어온 위성신호를 채널별로 분리 및 할당하고 동기부로부터 동기신호를 입력받아 동기된 위성신호를 채널별로 방사하기 위한 각 안테나와 안테나 방사된 신호를 이용하여 실내에서 소정의 단말기 또는 단말기를 구비한 장치에 대한 위치를 계산하고 위치의 정밀도를 높인 GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 시스템 및 방법에 관한 것이다.
현재 위치를 측정하는 시스템에 있어서, GNSS 수신기가 널리 사용되며 저가의 하드웨어를 사용하는 효과적인 GNSS 기반 실내 위치 인식 알고리즘이 채택되고 있다.
일반적으로 GNSS는 위성의 위치 정보를 통신 주파수에 실어서 지상으로 전달하는 장비다. 위성위치추적장치(GPS)가 대표 시스템이다. 지구 궤도를 따라 고속 이동하는 위성과 수신기의 거리를 계산, 수신기 위치를 알 수 있게 해 준다. 위성 이동에 따라 발생하는 도플러 주파수(발송ㅇ수신 주파수의 오차)와 코드의 변화 내용으로 계산한다.
그러나 실내의 경우 GNSS의 활용이 거의 불가능했다. 위성으로부터 신호를 수신하기 때문에 신호세기가 매우 낮고 실내에서는 특히 유리창이나 벽, 구조물에 의해 신호가 단절된다. 보통 수신기로는 위치 측정에 몇 시간 이상 걸린다는 문제점이 있다. 따라서, 실내에서는 와이파이와 같은 실내 무선 신호 기기의 힘을 빌려야 했다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 GPS Solutions, October(2017), 21;1721-1733, "Improved GNSS-based indoor positioning algorithm for mobile device"라는 제목으로 개재된 논문에 의하면 모바일 장치에서 GNSS(Global Navigation Satellite System) 수신기가 널리 사용되면 저가의 하드웨어를 사용하는 효과적인 GNSS 기반 실내 위치 인식 알고리즘이 채택된다.
스마트 폰 내장형 GNSS 모듈의 의사 거리를 이용하여 사용자 위치를 추정하기 위한 실내 위치 인식 시스템을 위한 새로운 아키텍처가 제안되었다. 이러한 시스템의 장점은 최종 사용자의 하드웨어 수준 수정 측면에서 낮은 비용과 낮은 요구 사항이다. 그러나 모든 최종 사용자와 대부분의 응용 프로그램 개발자는 내장된 GNSS 모듈에서 의사 거리를 읽을 수 있는 권한이 없다. 의사 거리 대신 사용자 위치는 모든 모바일 장치의 GNSS 모듈에서 쉽게 얻을 수 있다. 따라서 상기 논문에서는 의사 거리보다는 임베디드 GNSS 모듈에서 얻은 위치를 기반으로 포지셔닝 알고리즘을 향상시키는 시스템에 대하여 개시하고 있다.
도 1은 전술한 논문에서 리시버를 구성하고 GNSS를 이용하여 실내에서 항법을 적용하기 위한 시스템 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면 상기 논문에서의 위치는 실내 신호를 기준으로 하는 것이 아니기 때문에 실제 위치와 일치하지 않기 때문에 의사 위치라는 이름을 사용한다. 다수의 위성(10)들로부터 GNSS안테나(12)로 위성신호가 수신된다. 소프트웨어 시뮬레이터(14)에 의해 GNSS안테나(12)로부터 수신된 각각의 위성(10)들의 위치와 의사 위치 사이의 차이를 이용하여 사용자 단말기(18)로부터 GNSS리피터(16)까지의 거리가 계산된다. 이 알고리즘은 GNSS 소프트웨어 수신기에 시뮬레이션으로 구현된 GNSS 기반 실내 측위 시스템을 사용하여 테스트하였다.
상기 논문에 따른 시뮬레이션 결과는 실내 포지셔닝 시스템이 정적 및 동적 상황 모두에서 미터 수준의 정확도로 수평 위치를 제공 할 수 있음을 보여주었다. 또한, 전술한 논문에서 제안된 방법은 비동기 측정에 대한 실내 측위 시스템의 견고성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
하지만, 전술한 논문을 적용할 경우 실내측위 시스템에 있어서는 미터 수준의 정확도의 수평 위치를 얻을 수 있지만, 이는 실내측위 시스템에 있어서는 더 높은 정확도를 요구하는 응용분야에 있어 한계가 있다.
예컨대, 실내에서는 실험실 수준에서의 위치를 측정하는 경우 보다 높은 위치 정확도가 요구된다. 또는 실내 또는 지하 주차장에서 사용되는 경우, 위치추적 또는 자동 주차시스템에 적용하기 위해서는 보다 높은 위치 정확도가 요구된다. 따라서, 실내에서의 측위 시스템에서는 미터 단위보다 높은 정확도를 갖는 센티미터 단위의 높은 정확도가 필요하다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 공개특허 제10-2015-0023183(발명의 명칭 : 디바이스의 위치를 결정하는 장치 및 방법)(이하 인용발명이라 칭함)에서는 위치 결정 장치에 대하여 개시하고 있다.
도 2는 인용발명의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 인용발명은 적어도 하나 이상의 GNSS(Global Navigation Satellite System) 각각으로부터 상기 디바이스의 위치에 대응하는 GNSS 정보를 수신하는 GNSS 정보 수신부(11); 적어도 하나 이상의 Wi-Fi AP(Access Point) 각각으로부터 상기 디바이스의 위치에 대응하는 Wi-Fi 정보를 수신하는 Wi-Fi 정보 수신부(12); 상기 적어도 하나 이상의 GNSS의 개수에 기초하여 상기 Wi-Fi 정보의 이용 여부를 판단하는 판단부(13); 및 상기 수신된 GNSS 정보 및/또는 상기 수신된 Wi-Fi 정보를 이용하여 상기 디바이스의 위치를 결정하는 위치 결정부(14);를 포함하는 위치 결정 장치에 대하여 개시하고 있다.
인용발명의 GNSS 정보 수신부(기준안테나)(11)는 실외에 위치하여 항법을 위한 원시데이터인 실제 위성신호를 수신한다. 위치 결정부(14)는 수신된 GNSS 정보 및/또는 상기 수신된 Wi-Fi 정보를 이용하여 상기 디바이스의 위치를 결정하는 구성에 대하여 개시하고 있다.
따라서 인용발명은 실내에서 적용된다는 장점이 있는 반면에 WiFi를 이용하는 방법은 주변의 AP의 개수에 따라 정확도가 가변될 수 있으며 대체적으로는 1개 내지 2개의 AP(Access Point)에 의해 위치가 추적되기 때문에 WiFi를 이용한 실내에서 측정되는 위치의 정확도가 떨어진다는 문제점이 있다.
1. 대한민국 공개특허 제10-2015-0023183(발명의 명칭 : 디바이스의 위치를 결정하는 장치 및 방법)
1. ION GNSS 17th International Technical Meeting of the Satellite Division, 21-24 Sept. 2004, Long Beach, CA, 1970-1976, "Indoor Positioning using TDOA Measurements from Switching GPS Repeater" 2. GPS Solutions(2017) 21;1721-1733, "Improved GNSS-based indoor positioning algorithm for mobile device"
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 GNSS를 이용하고 GNSS로부터 들어온 위성신호를 채널별로 분리 및 할당하고 외부시각원을 이용하여 동기된 채널할당된 신호를 이용하여 실내에서 소정의 단말기 또는 단말기를 구비한 장치의 위치를 측정하고 측정된 위치의 정밀도를 초정밀도로 높인 GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 시스템은,
다수의 GNSS 위성으로부터 다수의 위성신호를 수신하는 외부GNSS안테나;
상기 외부GNSS안테나로부터 수신된 다수의 위성신호를 분리하여 채널별로 할당하는 위성채널할당장치;
상기 위성채널할당장치에 동기신호를 전송하는 동기부;
상기 위성채널할당장치로부터 수신한 채널별 위성 신호를 수신하여 방사하는 각각의 GNSS방사안테나;
상기 각 GNSS방사안테나로부터 방사된 위성신호를 수신하고 위성신호의 거리측정치를 계산하여 GNSS단말기의 위치를 연산하는 이동형 GNSS단말기;를 포함하여 구성된다.
상기 외부GNSS안테나는, GNSS신호를 발생시키는 모의 GNSS 신호발생장치로 대체될 수 있다.
상기 외부GNSS안테나 및 위성채널할당장치는, GNSS신호를 발생시키고 다수의 위성신호를 분리하여 채널별로 할당하고 동기부로부터 동기신호를 입력받아 동기된 채널별 위성신호를 생성하는 모의 GNSS 신호발생장치로 대체될 수 있다.
상기 GNSS단말기는, 상기 GNSS위성으로부터 GNSS방사안테나를 거쳐 상기 GNSS단말기까지의 위성신호의 지연시간을 GNSS방사안테나로부터 수신하는 리시버; 및 상기 GNSS위성으로부터 GNSS단말기까지의 지연시간 정보 및 외부 GNSS안테나로부터 각각의 GNSS방사안테나까지의 지연시간을 측정하고 GNSS방사안테나와 GNSS단말기 사이의 거리 추정값과 GNSS방사안테나의 위치정보를 이용하여 실내에서의 상기 GNSS단말기의 위치를 측정하는 연산부;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 GNSS단말기는, 상기 모의 GNSS 신호발생장치부터 GNSS방사안테나를 거쳐 상기 GNSS단말기까지의 위성신호의 지연거리 정보를 GNSS방사안테나로부터 수신하는 리시버; 및 상기 모의 GNSS 신호발생장치부터 GNSS단말기까지의 지연시간 정보 및 모의 GNSS 신호발생장치로부터 각각의 GNSS방사안테나까지의 지연시간을 측정하고 GNSS방사안테나와 GNSS단말기 사이의 거리 추정값과 GNSS방사안테나의 위치정보를 이용하여 실내에서의 상기 GNSS단말기의 위치를 측정하는 연산부;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 다수의 GNSS방사안테나는, 적어도 4개 이상 구성하여 상기 다수의 GNSS방사안테나와 상기 GNSS단말기 간의 지연거리 정보를 4개 이상 확보하도록 구성할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 방법은, 다수의 GNSS위성으로부터 수신되는 다수의 위성신호를 수신하는 외부GNSS안테나; 상기 외부GNSS안테나로부터 수신된 다수의 위성신호를 분리하여 채널별로 할당하는 위성채널할당장치; 상기 위성채널할당장치로 동기신호를 전송하는 동기부; 상기 위성채널할당장치로부터 수신한 채널별 신호를 수신하여 방사하는 다수의 GNSS방사안테나; 상기 다수의 GNSS방사안테나로부터 위성신호를 수신하고 자신의 위치를 연산하는 GNSS단말기;를 포함하는 GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 방법에 있어서,
상기 연산부는 GNSS단말기로부터 다수의 위성신호를 수신하고 상기 외부GNSS안테나와 상기 각각의 GNSS방사안테나 사이의 위성신호의 지연시간 정보를 미리 측정하여 알고 있는 단계;
상기 위성신호에서 상기 위성신호의 지연시간 정보를 감산한 값과 상기 GNSS위성으로부터 상기 GNSS외부안테나까지의 위성신호를 감산하고 상기 각각의 GNSS방사안테나로부터 상기 GNSS단말기까지의 각각의 거리를 추정하는 단계; 및
상기 각각의 GNSS방사안테나와 GNSS단말기 간에 구해진 거리를 이용하고 단일GNSS리시버 기반의 정밀절대측위기법을 이용하여 GNSS단말기의 정밀위치를 측정하는 단계;를 포함하여 구성된다.
상기 각각의 GNSS방사안테나는 적어도 4개 이상 구성하여 상기 GNSS방사안테나와 상기 GNSS단말기 간의 거리측정치 정보를 4개 이상 확보하도록 구성될 수 있다.
따라서 본 발명의 GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 시스템은, GNSS를 이용하고 동기화된 위성채널할당장치를 통해 GNSS방사안테나로부터 수신한 위성신호를 이용하여 거리를 계산하고 미리 측정한 지연정보와 구현된 리시버를 이용하여 단말기 또는 단말기를 내장한 장치의 위치를 측정하고 측정된 위치의 정밀도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 시스템은, 외부GNSS 안테나, 동기부 및 시뮬레이터를 이용하여 실내에서 구동되는 GNSS 안테나를 구비한 리시버의 위치를 인지하여 단일 GNSS단말기만을 이용하여 초정밀하게 실내에서의 위치를 측정할 수 있으므로 보다 간소한 구성으로 정확한 연구가 가능하며 실내에서 정밀한 자동항법 시스템 등에 적용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 논문에서 리시버를 구성하고 GNSS를 이용하여 실내에서 항법을 적용하기 위한 시스템 구성을 나타낸 도면.
도 2는 인용발명의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 GNSS단말기의 구성을 나타낸 블록 구성도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 GNSS단말기가 GNSS를 이용하여 동기식 실내 항법하는 과정을 나타낸 순서도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 GNSS단말기의 구성을 나타낸 블록 구성도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 시스템은 다수의 GNSS위성(110), 외부GNSS안테나(120), 다수의 GNSS방사안테나(160) 및 GNSS단말기(170)를 포함하여 구성된다.
먼저, 다수의 GNSS위성(110)은 GNSS를 제공할 수 있는 인공위성이다.
외부GNSS안테나(120)는 다수의 GNSS위성(110)으로부터 수신되는 다수의 위성신호를 수신한다. GNSS위성(110)은 수십 개가 지구의 궤도를 따라 돌고 있다. 외부GNSS안테나(120)는 위치 및 날씨에 따라 다를 수 있지만, 평균적으로 수십 개의 GNSS위성(110)으로부터 위성신호를 수신하게 된다. 외부GNSS안테나(120)는 이론적으로는 지구도 둥글기 때문에 2개의 GNSS위성(110)으로부터 수신된 신호를 이용하여도 추적 가능하지만, 이 경우 위치의 정확도가 떨어지기 때문에 최소 4개 이상의 위성신호를 수신하여 위치를 추적 가능하며 바람직하게는 5개 이상의 위성을 이용하는 것이 좋다. 외부GNSS안테나(120)는 가능한 많은 GNSS위성(110)으로부터 위성신호를 수신할수록 안정적인 위치를 추적할 수 있다.
위성채널할당장치(124)는 외부GNSS안테나(120)로부터 수신된 다수의 위성신호를 분리하여 채널별로 할당한다.
동기부(126)는 위성채널할당장치(124)에 제공되는 동기신호를 제공한다. 동기부(126)에 의해 제공되는 동기신호는 외부에서 제공되는 기준동기신호일 수 있다. 또는 내부에서 생성되어 실내 항법 시스템에 사용되는 동기신호일 수 있다.
GNSS방사안테나(160)는 상기 위성채널할당장치(124)로부터 수신한 채널별 위성신호를 GNSS단말기(170)로 전송한다. 즉, GNSS방사안테나(160)는 위성채널할당장치(124)에 의해 분배된 디지털 위성신호를 각각의 위성신호로 분리하여 이를 각각의 GNSS단말기(170)로 전송한다. 특히, GNSS방사안테나(160)는 외부GNSS안테나(120)부터 GNSS단말기까지의 거리를 나타내는 위성신호를 수신하여 방사한다. 여기서 위성신호는 외부GNSS안테나(120)부터 각 GNSS방사안테나(160)까지의 지연시간 정보를 포함하는 위성신호이다.
GNSS단말기(170)는 위치가 추적되는 대상이다. GNSS단말기(170)는 GNSS방사안테나(160)로부터 수신된 각각의 위성신호를 수신하여 자신의 위치를 추적할 수 있다.
GNSS단말기(170)는 각각의 GNSS방사안테나(160)들과 GNSS단말기(170) 간의 거리를 이용하여 GNSS단말기(170) 자신의 위치를 구한다. 즉, 외부GNSS안테나(120)부터 각 GNSS방사안테나 간의 위성신호의 지연시간을 측정하여 알고 있고, 하나의 외부GNSS안테나(120)와 GNSS단말기(170)의 거리를 감산하여 하나의 GNSS방사안테나(160)와 GNSS단말기(170)의 거리를 인지한다. 그리고 다시 다른 하나의 GNSS방사안테나(160)와 GNSS단말기(170)간의 거리를 인지하는 방식으로 다수의 GNSS방사안테나(160)와 GNSS단말기(170) 간의 거리를 구하고 이를 이용하여 GNSS단말기(170)의 위치를 계산할 수 있다. 여기서 각 GNSS방사안테나의 위치는 알고 있다.
GNSS단말기(170)의 위치를 구하는 것에 대해서는 후술하는 도 4 및 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도이다.
도 6을 참조하면 도 3과는 달리 GNSS위성(110)과 외부GNSS안테나(120) 대신에 GNSS신호를 발생시키는 모의 GNSS 신호발생장치(122)를 포함하여 구성된다. 모의 GNSS 신호발생장치(122)는 GNSS 위성 신호와 동일한 임의의 GNSS 위성신호를 발생시킨다. 즉, GNSS위성(110)과 외부GNSS안테나(120) 대신에 GNSS 신호발생장치(122)가 구성된 것으로 동일한 기능을 수행하는 것으로 상호 대체 가능한 구성이며, GNSS 신호발생장치(122)의 기능에 따라 위성채널할당장치(124)에서 수행하는 채널 별로 할당하는 기능도 수행할 수 있다. 따라서 모의 GNSS 신호발생장치(122)는 GNSS위성(110), 외부GNSS안테나(120) 및 위성채널할당장치(124)까지도 상호 대체 가능하다.
위성채널할당장치(124)는 모의 GNSS 신호발생장치(122)로부터 수신된 다수의 위성신호를 분리하여 채널별로 할당한다.
동기부(126)는 위성채널할당장치(124)에 제공되는 동기신호를 제공한다. 동기부(126)에 의해 제공되는 동기신호는 외부에서 제공되는 기준동기신호일 수 있다. 또는 내부에서 생성되어 실내 항법 시스템에 사용되는 동기신호일 수 있다.
GNSS방사안테나(160)는 상기 위성채널할당장치(124)로부터 수신한 채널별 위성신호를 GNSS단말기(170)로 전송한다. 즉, GNSS방사안테나(160)는 위성채널할당장치(124)에 의해 분배된 디지털 위성신호를 각각의 위성신호로 분리하여 이를 각각의 GNSS단말기(170)로 전송한다. 특히, GNSS방사안테나(160)는 GNSS위성(110)부터 GNSS단말기(170)까지의 거리를 나타내는 위성신호를 수신하여 방사한다. 여기서 위성신호는 외부GNSS안테나(120)부터 각 GNSS방사안테나(160)까지의 지연시간 정보를 포함하는 위성신호이다.
GNSS단말기(170)는 위치가 추적되는 대상이다. GNSS단말기(170)는 GNSS방사안테나(160)로부터 수신된 각각의 위성신호를 수신하여 자신의 위치를 추적할 수 있다.
GNSS단말기(170)는 각각의 GNSS방사안테나(160)들과 GNSS단말기(170) 간의 거리를 이용하여 GNSS단말기(170) 자신의 위치를 구한다. 즉, 외부GNSS안테나(120)부터 각 GNSS방사안테나(160) 간의 위성신호의 지연시간을 측정하여 알고 있고, 하나의 외부GNSS안테나(120)와 GNSS단말기(170)의 거리를 감산하여 하나의 GNSS방사안테나(160)와 GNSS단말기(170)의 거리를 인지한다. 그리고 다시 다른 하나의 GNSS방사안테나(160)와 GNSS단말기(170)간의 거리를 인지하는 방식으로 다수의 GNSS방사안테나(160)와 GNSS단말기(170) 간의 거리를 구하고 이를 이용하여 GNSS단말기(170)의 위치를 계산할 수 있다. 여기서 각 GNSS방사안테나(160)의 위치는 알고 있다.
GNSS단말기(170)의 위치를 구하는 것에 대해서는 후술하는 도 4 및 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, GNSS단말기(170)는 리시버(172) 및 연산부(174)를 포함하여 구성된다.
먼저 리시버(172)는 각각의 GNSS방사안테나(160)로부터 각각 위성신호를 수신한다. 위성신호는 GNSS위성(110) 또는 모의 GNSS 신호발생장치(122)로부터 GNSS단말기(170)까지의 지연거리 정보이다.
또한, 리시버(172)는 외부GNSS안테나(120) 또는 모의 GNSS 신호발생장치(122)로부터 GNSS단말기(170)까지의 지연시간 정보(편의상 B로 칭함)를 수신한다. 연산부(174)는 리시버(172)로부터 외부GNSS안테나(120) 또는 모의 GNSS 신호발생장치(122)로부터 GNSS단말기(170)까지의 지연시간 정보(편의상 B로 칭함)와 외부GNSS안테나(120)로부터 GNSS방사안테나(160)까지의 지연시간 정보(편의상 C로 칭함)를 수신한다. 또한, 연산부(174)는 상기 B와 C의 감산을 통하여 각각의 GNSS방사안테나(160)로부터 GNSS단말기(170)까지의 다수의 지연시간 정보(편의상 D로 칭함)을 추론한다.
연산부(174)는 상기 외부GNSS안테나(120)로부터 각각의 GNSS방사안테나(160)까지의 지연시간 정보와 상기 위성신호를 이용하여 종래에 연구된 PPP(Precise Point Positioning)와 같은 단일 GNSS리시버 기반의 정밀절대측위기법을 이용하여 상기 각각의 GNSS방사안테나(160)로부터 상기 GNSS단말기(170)까지의 거리를 각각 측정하고, 상기 각각의 GNSS방사안테나(160)와 GNSS단말기(170) 간의 거리를 이용하여 GNSS단말기(170)의 위치를 정밀하게 측정하도록 구성될 수 있다.
연산부(174)는 기준GNSS리시버(140)로부터 다수의 위성신호를 수신한다. 연산부(174)는 수신된 위성신호를 GNSS단말기(170)로 전송한다.
한편, 전술한 연산부(174)는 단말기(170)에 포함된 구성으로 설명하였지만, 실내의 일정한 부분에 개별적으로 설치된 상태로 구성될 수도 있다. 연산부(174)가 외부에 구성된 경우 연산부(174)와 GNSS단말기(170)가 근거리 무선 통신으로 연결되어 구성될 수 있다. 즉 연산부(174)가 GNSS단말기(170)와 별도로 구성되는 경우에는 서버 형태로 구성된다. 연산부(174)와 기준GNSS리시버(140)는 근거리 무선 통신으로 연결될 수 있다. 예컨대, WiFi나 블루투스 등의 통신 방식으로 통신할 GNSS단말기(170)와 연산부(174)가 통신할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 GNSS단말기가 GNSS를 이용하여 동기식 실내 항법하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하면, S202단계에서 GNSS단말기(170)의 연산부(174)는 상기 외부GNSS안테나와 상기 각각의 GNSS방사안테나(160) 사이의 위성신호의 지연시간 정보를 미리 측정하여 알고 있고, 상기 GNSS단말기(170)로부터 다수의 위성신호를 수신한다.
S204단계에서 위성신호에서 상기 위성신호의 지연시간 정보를 감산한 값과 상기 각각의 GNSS방사안테나로부터 상기 GNSS단말기까지의 각각의 거리를 계산한다.
상기 GNSS위성(110) 또는 모의 GNSS 신호발생장치(122)로부터 GNSS단말기(170)까지의 위성신호 지연거리정보에서 상기 외부GNSS안테나(120) 또는 모의 GNSS 신호발생장치(122)로부터 GNSS방사안테나(160)까지의 지연시간 정보를 감산하고 그 결과값으로부터 각각의 GNSS방사안테나(160)로부터 상기 GNSS단말기(170)까지의 거리를 계산한다.
S206단계에서 각각의 GNSS방사안테나(160)와 GNSS단말기(170) 간의 거리를 이용하여 GNSS단말기(170)의 위치를 측정한다. GNSS방사안테나(160)의 정확한 위치를 알고 있고, GNSS방사안테나(160)와 GNSS단말기(170) 간의 거리를 인지하게 되면, GNSS단말기(170)의 위치를 측정할 수 있다. 그러나, 실내에서의 정밀한 길이 단위로 변환되어 있는 상태이기 때문에 보다 정밀한 정확도를 갖는 위치를 측정할 수 있다.
상기 각각의 GNSS방사안테나(160)는 적어도 4개 이상 구성하여 상기 GNSS방사안테나(160)와 상기 GNSS단말기(170) 간의 지연거리 정보를 4개 이상 확보하도록 구성할 수 있다. 이는 3개의 GNSS방사안테나(160)를 이용하여 GNSS단말기(170)의 위치를 측정하고 하나 이상의 GNSS(160)를 이용하여 오차를 보정하는 GNSS를 이용하여 위치를 측정하는 것이며, 바람직하게는 5개 이상의 GNSS방사안테나(160)를 이용하여 추정하게 되면 더 정확한 위치를 측정할 수 있다. 한편 본 발명의 장치들은 동기부(126)에 의해 클럭이 동기되어 동작한다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
110 : GNSS위성 120 : 외부GNSS안테나
122 : 모의 GNSS 신호발생장치 124 : 위성채널할당장치
126 : 동기부
160 : GNSS방사안테나 170 : GNSS단말기
172 : 리시버 174 : 연산부

Claims (8)

  1. 다수의 GNSS 위성으로부터 다수의 위성신호를 수신하는 외부GNSS안테나;
    상기 외부GNSS안테나로부터 수신된 다수의 위성신호를 분리하여 채널별로 할당하는 위성채널할당장치;
    상기 위성채널할당장치에 동기신호를 전송하는 동기부;
    상기 위성채널할당장치로부터 수신한 채널별 신호를 수신하여 방사하는 각각의 GNSS방사안테나;
    상기 각 GNSS방사안테나로부터 방사된 위성신호를 수신하고 위성신호의 거리측정치를 이용하여 GNSS단말기의 위치를 연산하는 이동형 GNSS단말기;
    상기 외부GNSS안테나는,
    동기된 GNSS신호를 발생시키는 동기부로부터 동기된 모의 GNSS 신호발생장치로 대체되는 것인 GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 외부GNSS안테나 및 위성채널할당장치는,
    GNSS신호를 발생시키고 다수의 위성신호를 분리하여 채널별로 할당하고 동기부로부터 동기신호를 입력받아 동기된 채널별 위성신호를 생성하는 모의 GNSS 신호발생장치로 대체되는 것인 GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 GNSS단말기는,
    상기 GNSS위성으로부터 GNSS방사안테나를 거쳐 상기 GNSS단말기까지의 위성신호의 지연시간을 GNSS방사안테나로부터 수신하는 리시버; 및
    상기 GNSS위성으로부터 GNSS단말기까지의 지연시간 정보 및 외부 GNSS안테나로부터 각각의 GNSS방사안테나까지의 지연시간을 측정하고 GNSS방사안테나와 GNSS단말기 사이의 거리 추정값과 GNSS방사안테나의 위치정보를 이용하여 실내에서의 상기 GNSS단말기의 위치를 측정하는 연산부;를 포함하는 것인 GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 GNSS단말기는,
    상기 모의 GNSS 신호발생장치부터 GNSS방사안테나를 거쳐 상기 GNSS단말기까지의 위성신호의 지연거리 정보를 GNSS방사안테나로부터 수신하는 리시버; 및
    상기 모의 GNSS 신호발생장치부터 GNSS단말기까지의 지연시간 정보 및 모의 GNSS 신호발생장치로부터 각각의 GNSS방사안테나까지의 지연시간을 측정하고 GNSS방사안테나와 GNSS단말기 사이의 거리 추정값과 GNSS방사안테나의 위치정보를 이용하여 실내에서의 상기 GNSS단말기의 위치를 측정하는 연산부;를 포함하는 것인 GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 다수의 GNSS방사안테나는,
    적어도 4개 이상 구성하여 상기 다수의 GNSS방사안테나와 상기 GNSS단말기 간의 지연거리 정보를 4개 이상 확보하도록 구성하는 것인 GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 시스템.
  7. 다수의 GNSS위성으로부터 수신되는 다수의 위성신호를 수신하는 외부GNSS안테나; 상기 외부GNSS안테나로부터 수신된 다수의 위성신호를 분리하여 채널별로 할당하는 위성채널할당장치; 상기 위성채널할당장치에 동기신호를 전송하는 동기부; 상기 위성채널할당장치로부터 다수의 위성신호를 수신하여 방사하는 각각의 GNSS방사안테나; 상기 다수의 GNSS방사안테나로부터 위성신호를 수신하여 자신의 위치를 연산하는 GNSS단말기;를 포함하는 GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 방법에 있어서,
    연산부는 GNSS단말기로부터 다수의 위성신호를 수신하고 상기 외부GNSS안테나와 상기 각각의 GNSS방사안테나 사이의 위성신호의 지연시간 정보를 미리 측정하여 알고 있는 단계;
    상기 위성신호에서 상기 위성신호의 지연시간 정보를 감산한 값과 상기 GNSS위성으로부터 상기 외부GNSS안테나까지의 위성신호를 감산하고 상기 각각의 GNSS방사안테나로부터 상기 GNSS단말기까지의 각각의 거리를 추정하는 단계; 및
    상기 각각의 GNSS방사안테나와 GNSS단말기 간에 구해진 거리를 이용하고 단일GNSS리시버 기반의 정밀절대측위기법을 이용하여 GNSS단말기의 정밀위치를 측정하는 단계;를 포함하는 것인 GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 각각의 GNSS방사안테나는 적어도 4개 이상 구성하여 상기 GNSS방사안테나와 상기 GNSS단말기 간의 거리측정치 정보를 4개 이상 확보하도록 구성되는 것인 GNSS를 이용한 동기식 실내 항법 방법.
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