KR102023118B1 - Ｌｏｒａｎ Ｈ―ｆｉｅｌｄ 안테나의 지향성 보상 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 시스템에 관한 것으로, 본 발명은 임의 진폭과 위상을 가진 정현파 형태의 Loran H-field 안테나의 지향성 오차를 보상하기 위한 지향성 오차 모델링을 생성하는 모델링부; 상기 Loran H-field 안테나에서 측정된 특정 송신국에 대한 실제 Loran 측정치인 TOA(Time Of Arrival)의 측정 값을 정규화하여 정규화 TOA를 생성하는 정규화부; 상기 TOA 측정 값 중에서 기 설정된 조건을 만족하는 특이값을 제거하여 잡음이 제거된 비잡음 TOA를 생성하는 잡음제거부; 상기 비잡음 TOA 중에서 특정 TOA값을 이용하여 상기 지향성 오차 모델링의 진폭값을 결정하는 진폭결정부; 상기 비잡음 TOA의 값과 상기 지향성 오차 모델링의 값을 이용하여 상기 지향성 오차 모델링의 위상값을 결정하는 위상결정부; 및 상기 진폭결정부 및 위상결정부에서 각각 결정된 진폭값 및 위상값을 해당 송신국에 대한 지향성 오차 모델링의 진폭값 및 위상값으로 확정하여 상기 Loran H-field 안테나의 지향성 오차를 보상하는 오차보상부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

Ｌｏｒａｎ Ｈ―ｆｉｅｌｄ 안테나의 지향성 보상 시스템 및 방법{System and Method For Directional Compensation of Loran H-field Antenna}
본 발명의 실시예는 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 시스템 및 방법에 관한 것이다.
위성항법시스템의 안정적인 항법정보 제공에 대한 요구사항은 점차 증가하고 있지만, 의도적인 전파교란 및 자연환경 변화에 의한 성능 저하는 현실적으로 완벽히 해결하기 어렵다.
이러한 위성항법 시스템의 단점을 보완하기 위한 대표적인 항법시스템으로 고출력 신호를 이용한 지상파 항법시스템인 eLoran이 주목받고 있고, 의도적인 전파교란에 강인하다는 장점이 있다.
사용자는 eLoran 시스템에서 사용 환경에 따라 E-field 또는 H-field 수신 안테나 중에서 적합한 것을 사용한다.
안정적인 접지 연결에 대한 제약이 없고, 상대적으로 주변 전자장비의 잡음에 강인한 H-field 안테나는 두 개의 루프로 구성되어 루프 간의 위상과 이득차이로 인해 등방성을 가지지 못한다.
그러므로 H-field 안테나는 정지위치에서도 수신한 신호의 방향에 따라 측정치의 변화가 발생하는 단점이 있고, 보다 정확한 측위 결과를 위해서는 신호의 방향에 따른 오차를 제거해야 하는 문제점이 있다.
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본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명은 Loran H-field 안테나와 다양한 송신국 간의 기하학적 방향에 따른 신호 오차를 제거하여 해당 안테나의 지향성을 보상함으로써 보다 정확한 측위 결과를 획득할 수 있는 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 시스템은 임의 진폭과 위상을 가진 정현파 형태의 Loran H-field 안테나의 지향성 오차를 보상하기 위한 지향성 오차 모델링을 생성하는 모델링부; 상기 Loran H-field 안테나에서 측정된 특정 송신국에 대한 실제 Loran 측정치인 TOA(Time Of Arrival)의 측정 값을 정규화하여 정규화 TOA를 생성하는 정규화부; 상기 TOA 측정 값 중에서 기 설정된 조건을 만족하는 특이값을 제거하여 잡음이 제거된 비잡음 TOA를 생성하는 잡음제거부; 상기 비잡음 TOA 중에서 특정 TOA값을 이용하여 상기 지향성 오차 모델링의 진폭값을 결정하는 진폭결정부; 상기 비잡음 TOA의 값과 상기 지향성 오차 모델링의 값을 이용하여 상기 지향성 오차 모델링의 위상값을 결정하는 위상결정부; 및 상기 진폭결정부 및 위상결정부에서 각각 결정된 진폭값 및 위상값을 해당 송신국에 대한 지향성 오차 모델링의 진폭값 및 위상값으로 확정하여 상기 Loran H-field 안테나의 지향성 오차를 보상하는 오차보상부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모델링부는, 하기의 수학식으로, 상기 지향성 오차 모델링을 생성할 수 잇다.
Figure 112019067042205-pat00001
(여기서, Acos(π+θ)는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링, A는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링 진폭, θ는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링 위상)
또한, 상기 정규화부는, 하기의 수학식과 같이, 상기 TOA의 측정 값에서 의사거리 값을 제거한 후 해당 TOA를 정규화하여 정규화 TOA를 생성할 수 있다.
Figure 112019067042205-pat00002
(여기서, TOAnorm1은 정규화 TOA, TOA는 실제 Loran 측정치, raw는 측정 값, pseudorange는 의사거리 값)
또한, 상기 잡음제거부는, 하기의 수학식과 같이, 현재 TOA 측정 값에 대한 절대 값과 이전시간까지의 절대 평균 값 사이의 차이값이 이전 시간까지의 절대 평균 편차 값의 3배수 이상인 경우, 해당 TOA 측정 값을 상기 특이값으로 설정하여 해당 특이값을 제거함으로써 상기 비잡음 TOA를 생성할 수 있다.
Figure 112019067042205-pat00003
(여기서, x는 TOAraw, xn은 현재 TOA 측정 값,
Figure 112019067042205-pat00004
은 이전시간까지의 절대 평균 값,
Figure 112019067042205-pat00005
은 이전시간까지의 절대 평균 편차 값)
또한, 상기 진폭결정부는, 하기의 수학식과 같이, 상기 비잡음 TOA 중 최대값과 최소값의 중간값을 상기 지향성 오차 모델링의 진폭값으로 결정할 수 있다.
Figure 112019067042205-pat00006
(여기서, A는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링 진폭, max(TOAnorm2)는 비잡음 TOA 최대값, min(TOAnorm2)는 비잡음 TOA 최소값)
또한, 상기 위상결정부는, 하기의 수학식과 같이, 상기 비잡음 TOA의 값과 상기 지향성 오차 모델링의 값 간의 차이값이 가장 작은 값을 상기 지향성 오차 모델링의 위상값으로 결정할 수 있다.
Figure 112019067042205-pat00007
(여기서, θ는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링 위상, TOAnorm2는 비잡음 TOA, Acos(π+θ)는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링, arg min(f(x))는 f(x)를 최소로 만드는 x값)
한편, 본 발명에 따른 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 방법은 모델링부가 Loran H-field 안테나의 지향성 오차를 보상하기 위해 임의 진폭과 위상을 가진 정현파 형태의 지향성 오차 모델링을 생성하는 지향성 오차 모델링단계; 정규화부가 상기 Loran H-field 안테나에서 측정된 특정 송신국에 대한 실제 Loran 측정치인 TOA의 측정 값을 정규화하여 정규화 TOA를 생성하는 정규화 TOA 생성단계; 잡음제거부가 상기 TOA 측정 값 중에서 기 설정된 조건을 만족하는 특이값을 제거하여 잡음이 제거된 비잡음 TOA를 생성하는 비잡음 TOA 생성단계; 진폭결정부가 상기 비잡음 TOA 중에서 특정 TOA값을 이용하여 상기 지향성 오차 모델링의 진폭값을 결정하는 진폭 결정단계; 위상결정부가 상기 비잡음 TOA의 값과 상기 지향성 오차 모델링의 값을 이용하여 상기 지향성 오차 모델링의 위상값을 결정하는 위상 결정단계; 및 오차보상부가 상기 진폭결정부 및 위상결정부에서 각각 결정된 진폭값 및 위상값을 해당 송신국에 대한 지향성 오차 모델링의 진폭값 및 위상값으로 확정하여 상기 Loran H-field 안테나의 지향성 오차를 보상하는 지향성 오차 보상단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 지향성 오차 모델링단계에서는, 상기 모델링부가 하기의 [수학식 1]로, 상기 지향성 오차 모델링을 생성하고, 상기 정규화 TOA 생성단계에서는, 상기 정규화부가 하기의 [수학식 2]와 같이, 상기 TOA의 측정 값에서 의사거리 값을 제거한 후 해당 TOA를 정규화하여 정규화 TOA를 생성할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112019067042205-pat00008
(여기서, Acos(π+θ)는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링, A는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링 진폭, θ는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링 위상)
[수학식 2]
Figure 112019067042205-pat00009
(여기서, TOAnorm1은 정규화 TOA, TOA는 실제 Loran 측정치, raw는 측정 값, pseudorange는 의사거리 값)
또한, 상기 비잡음 TOA 생성단계에서는, 상기 잡음제거부가 하기의 [수학식 3]과 같이, 현재 TOA 측정 값에 대한 절대 값과 이전시간까지의 절대 평균 값 사이의 차이값이 이전 시간까지의 절대 평균 편차 값의 3배수 이상인 경우, 해당 TOA 측정 값을 상기 특이값으로 설정하여 해당 특이값을 제거함으로써 상기 비잡음 TOA를 생성할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112019067042205-pat00010
(여기서, x는 TOAraw, xn은 현재 TOA 측정 값,
Figure 112019067042205-pat00011
은 이전시간까지의 절대 평균 값,
Figure 112019067042205-pat00012
은 이전시간까지의 절대 평균 편차 값)
아울러, 상기 진폭 결정단계에서는, 상기 진폭결정부가 하기의 [수학식 4]와 같이, 상기 비잡음 TOA 중 최대값과 최소값의 중간값을 상기 지향성 오차 모델링의 진폭값으로 결정하고, 상기 위상 결정단계에서는, 상기 위상결정부가 하기의 [수학식 5]와 같이, 상기 비잡음 TOA의 값과 상기 지향성 오차 모델링의 값 간의 차이값이 가장 작은 값을 상기 지향성 오차 모델링의 위상값으로 결정할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112019067042205-pat00013
(여기서, A는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링 진폭, max(TOAnorm2)는 비잡음 TOA 최대값, min(TOAnorm2)는 비잡음 TOA 최소값)
[수학식 5]
Figure 112019067042205-pat00014
(여기서, θ는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링 위상, TOAnorm2는 비잡음 TOA, Acos(π+θ)는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링, arg min(f(x))는 f(x)를 최소로 만드는 x값)
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 시스템 및 방법에 의하면, Loran H-field 안테나와 다양한 송신국 간의 기하학적 방향에 따른 신호 오차를 제거하여 해당 안테나의 지향성을 보상함으로써 보다 정확한 측위 결과를 획득할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 시스템의 구성도이다.
도 2는 Loran H-field 안테나의 방향에 따라 신호의 측정값이 달라지는 예를 보여주는 도이다.
도 3은 TOA 기반 Loran 신호의 ASF값을 방향각에 따라 분석한 예를 보여주는 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 지향성 오차 모델링을 이용하여 Loran H-field 안테나의 지향성 오차를 보상한 예를 보여주는 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 방법의 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 시스템의 구성도이다.
본 발명에 따른 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 모델링부(100), 정규화부(200), 잡음제거부(300), 진폭결정부(400), 위상결정부(500), 및 오차보상부(600)를 포함한다.
도 2는 Loran H-field 안테나의 방향에 따라 신호의 측정값이 달라지는 예를 보여주는 도이다.
실제 Loran 측정치인 TOA(Time Of Arrival)에는 Loran H-field 안테나의 지향성으로 인한 추가적인 신호 전달 지연오차(Additional Secondary Factor,ASF)를 포함하는데, 시뮬레이션에 의해 Loran H-field 안테나를 일정한 속도로 회전시켰을 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 다양한 송신국에 대한 TOA 기반 Loran ASF 값이 H-field 안테나의 회전에 따라 변화되어 오차가 발생하는 것을 확인할 수 있다.
여기서, 시뮬레이션에서 이용한 송신국의 Loran 신호는 도 2에 도시된 바와 같이, (a)9930 체인의 M(포항), (b)9930 체인의 W(광주), (c)7430 체인의 M(룽청), (d)7430 체인의 X(쉬안청), (e)7430 체인의 Y(허룽)이고, 또한 Loran H-field 안테나의 설치 위치는 인천이며, 회전에 의한 오차는 송신국에 따라 최소 10.2ns(3.06m)에서 최대 17.8ns(5.33m)까지 발생하는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 TOA 기반 Loran 신호의 ASF값을 방향각에 따라 분석한 예를 보여주는 도이다.
한편, 상기한 각 송신국에 대한 TOA 기반 Loran 신호의 ASF값을 방향각에 따라 분석한 결과, 도 3에 도시된 바와 같이, 방향각에 따른 ASF는 일정한 패턴, 즉, 두 개의 루프로 이루어진 Loran H-field 안테나 특성인 180도 주기의 정현파 형태를 가짐을 확인할 수 있고, 이를 기반으로 각 송신국 신호에서 정현파의 진폭과 위상을 추정하여 방향각에 따른 지향성 오차 모델링을 설계할 수 있다.
여기서, 도 3에 도시된 송신국의 Loran 신호는 (a)9930 체인의 M(포항), (b)9930 체인의 W(광주), (c)7430 체인의 M(룽청), (d)7430 체인의 X(쉬안청), (e)7430 체인의 Y(허룽)이다.
상기 모델링부(100)는 수신한 신호 방향에 따라 측정치의 변화가 발생하는 Loran H-field 안테나의 지향성 오차를 보상하기 위해, 임의 진폭과 위상을 가진 정현파 형태의 지향성 오차 모델링을 생성할 수 있다.
구체적으로, 상기 모델링부(100)는 하기의 [수학식 1]에 의해 상기 지향성 오차 모델링을 생성할 수 있다.
Figure 112019067042205-pat00015
(여기서, Acos(π+θ)는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링, A는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링 진폭, θ는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링 위상)
즉, 상기 모델링부(100)는 다양한 송신국에 대한 지향성 오차 모델링으로, 도 3에 도시된 일정한 패턴의 일반화식인 임의 진폭과 위상을 가진 정현파 형태의 모델링식을 활용할 수 있다.
상기 정규화부(200)는 Loran H-field 안테나에서 측정된 특정 송신국에 대한 실제 Loran 측정치인 TOA(Time Of Arrival)의 측정 값을 정규화하여 정규화 TOA를 생성할 수 있다.
구체적으로, 상기 정규화부(200)는 하기의 [수학식 2]에 의해 정규화 TOA를 생성할 수 있다.
Figure 112019067042205-pat00016
(여기서, TOAnorm1은 정규화 TOA, TOA는 실제 Loran 측정치, raw는 측정 값, pseudorange는 의사거리 값)
즉, 상기 정규화부(200)는 상기의 [수학식 2]와 같이, TOA의 측정 값(TOAraw)에서 의사거리 값(TOApseudorange)을 제거한 후 해당 TOA(TOAraw - TOApseudorange)를 정규화(norm)함으로써 정규화 TOA(TOAnorm1)를 생성할 수 있다.
상기 잡음제거부(300)는 TOA 측정 값 중에서 기 설정된 조건을 만족하는 특이값을 제거하여 잡음이 제거된 비잡음 TOA를 생성할 수 있다.
구체적으로, 상기 잡음제거부(300)는 하기의 [수학식 3]에 의해 비잡음 TOA를 생성할 수 있다.
Figure 112019067042205-pat00017
(여기서, x는 TOAraw, xn은 현재 TOA 측정 값,
Figure 112019067042205-pat00018
은 이전시간까지의 절대 평균 값,
Figure 112019067042205-pat00019
은 이전시간까지의 절대 평균 편차 값)
즉, 상기 잡음제거부(300)는 상기의 [수학식 3]과 같이, 현재 TOA 측정 값에 대한 절대 값과 이전시간까지의 절대 평균 값 사이의 차이값이 이전 시간까지의 절대 평균 편차 값의 3배수 이상인 경우, 해당 TOA 측정 값을 특이값으로 설정하여 해당 특이값을 TOA 측정 값에서 제거함으로써 비잡음 TOA(TOAnorm2)를 생성할 수 있다.
상기 진폭결정부(400)는 비잡음 TOA 중에서 특정 TOA값을 이용하여 지향성 오차 모델링의 진폭값을 결정할 수 있다.
구체적으로, 상기 진폭결정부(400)는 하기의 [수학식 4]에 의해 지향성 오차 모델링의 진폭값을 결정할 수 있다.
Figure 112019067042205-pat00020
(여기서, A는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링 진폭, max(TOAnorm2)는 비잡음 TOA 최대값, min(TOAnorm2)는 비잡음 TOA 최소값)
즉, 상기 진폭결정부(400)는 상기의 [수학식 4]와 같이, 비잡음 TOA의 값 중 최대값(max(TOAnorm2))과 최소값(min(TOAnorm2))의 중간값, 즉 평균값을 지향성 오차 모델링의 진폭값으로 결정할 수 있다.
상기 위상결정부(500)는 비잡음 TOA의 값과 지향성 오차 모델링의 값을 이용하여 지향성 오차 모델링의 위상값을 결정할 수 있다.
구체적으로, 상기 위상결정부(500)는 하기의 [수학식 5]에 의해 지향성 오차 모델링의 위상값을 결정할 수 있다.
Figure 112019067042205-pat00021
(여기서, θ는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링 위상, TOAnorm2는 비잡음 TOA, Acos(π+θ)는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링, arg min(f(x))는 f(x)를 최소로 만드는 x값)
즉, 상기 위상결정부(500)는 상기의 [수학식 5]와 같이, 비잡음 TOA(TOAnorm2)의 값과 지향성 오차 모델링(Acos(π+θ))의 값 간의 차이값이 가장 작은 값이 되도록 하는 위상값(θ)을 지향성 오차 모델링의 위상값으로 결정할 수 있다.
상기 오차보상부(600)는 진폭결정부(400) 및 위상결정부(500)에서 각각 결정된 진폭값 및 위상값을 해당 송신국에 대한 지향성 오차 모델링의 진폭값 및 위상값으로 확정하여 Loran H-field 안테나의 지향성 오차를 보상할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 지향성 오차 모델링을 이용하여 Loran H-field 안테나의 지향성 오차를 보상한 예를 보여주는 도이다.
즉, 상기 오차보상부(600)는 확정된 지향성 오차 모델링을 통해, Loran H-field 안테나와 다양한 송신국 간의 기하학적 방향에 따른 신호 오차를 제거하여 해당 안테나의 지향성을 보상함으로써 보다 정확한 측위 결과를 획득하도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 지향성 오차 모델링을 이용하여 Loran H-field 안테나의 지향성 오차를 보상한 예를 보여주는 도이다.
본 발명에 따른 지향성 오차 모델링을 적용한 결과, 도 4에 도시된 바와 같이, 회전에 의한 ASF 오차가 제거되었고, 이때, ASF 오차는 최소 3.3ns(0.9m)에서 최대 9.8ns(2.94m)로 감소하였다.
여기서, 도 4에 도시된 송신국의 Loran 신호는 (a)9930 체인의 M(포항), (b)9930 체인의 W(광주), (c)7430 체인의 M(룽청), (d)7430 체인의 X(쉬안청), (e)7430 체인의 Y(허룽)이다.
이하, 본 발명에 따른 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 방법을 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 방법의 블록도이다.
본 발명에 따른 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 방법은 도 5에 도시된 바와 같이, 지향성 오차 모델링단계(S10), 정규화 TOA 생성단계(S20), 비잡음 TOA 생성단계(S30), 진폭 결정단계(S40), 위상 결정단계(S50), 및 지향성 오차 보상단계(S60)를 포함한다.
상기 지향성 오차 모델링단계(S10)는 모델링부(100)가 Loran H-field 안테나의 지향성 오차를 보상하기 위해 임의 진폭과 위상을 가진 정현파 형태의 지향성 오차 모델링을 생성하는 단계이다.
구체적으로, 상기 지향성 오차 모델링단계(S10)에서는 상기 모델링부(100)가 상기의 [수학식 1]에 의해 지향성 오차 모델링을 생성할 수 있다.
상기 정규화 TOA 생성단계(S20)는 정규화부(200)가 Loran H-field 안테나에서 측정된 특정 송신국에 대한 실제 Loran 측정치인 TOA의 측정 값을 정규화하여 정규화 TOA를 생성하는 단계이다.
구체적으로, 상기 정규화 TOA 생성단계(S20)에서는 상기 정규화부(200)가 상기의 [수학식 2]와 같이, TOA의 측정 값에서 의사거리 값을 제거한 후 해당 TOA를 정규화하여 정규화 TOA를 생성할 수 있다.
상기 비잡음 TOA 생성단계(S30)는 잡음제거부(300)가 TOA 측정 값 중에서 기 설정된 조건을 만족하는 특이값을 제거하여 잡음이 제거된 비잡음 TOA를 생성하는 단계이다.
구체적으로, 상기 비잡음 TOA 생성단계(S30)에서는 상기 잡음제거부(300)가 상기의 [수학식 3]과 같이, 현재 TOA 측정 값에 대한 절대 값과 이전시간까지의 절대 평균 값 사이의 차이값이 이전 시간까지의 절대 평균 편차 값의 3배수 이상인 경우, 해당 TOA 측정 값을 특이값으로 설정한 후 해당 특이값을 TOA 측정 값에서 제거함으로써 비잡음 TOA를 생성할 수 있다.
상기 진폭 결정단계(S40)는 진폭결정부(400)가 비잡음 TOA 중에서 특정 TOA값을 이용하여 지향성 오차 모델링의 진폭값을 결정하는 단계이다.
구체적으로, 상기 진폭 결정단계(S40)에서는 상기 진폭결정부(400)가 상기의 [수학식 4]와 같이, 비잡음 TOA 중 최대값과 최소값의 중간값을 지향성 오차 모델링의 진폭값으로 결정할 수 있다.
상기 위상 결정단계(S50)는 위상결정부(500)가 비잡음 TOA의 값과 지향성 오차 모델링의 값을 이용하여 지향성 오차 모델링의 위상값을 결정하는 단계이다.
구체적으로, 상기 위상 결정단계(S50)에서는 상기 위상결정부(500)가 상기의 [수학식 5]와 같이, 비잡음 TOA의 값과 지향성 오차 모델링의 값 간의 차이값이 가장 작은 값을 지향성 오차 모델링의 위상값으로 결정할 수 있다.
상기 지향성 오차 보상단계(S60)는 오차보상부(600)가 진폭결정부(400) 및 위상결정부(500)에서 각각 결정된 진폭값 및 위상값을 특정 송신국에 대한 지향성 오차 모델링의 진폭값 및 위상값으로 확정하여 Loran H-field 안테나의 지향성 오차를 보상하는 단계이다.
구체적으로, 상기 지향성 오차 보상단계(S60)에서는 상기 오차보상부(600)가 확정된 지향성 오차 모델링을 통해, Loran H-field 안테나와 다양한 송신국 간의 기하학적 방향에 따른 신호 오차를 제거하여 해당 안테나의 지향성을 보상함으로써 보다 정확한 측위 결과를 획득하도록 할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 시스템 및 방법을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
100:모델링부 200:정규화부
300:잡음제거부 400:진폭결정부
500:위상결정부 600:오차보상부
S10:지향성 오차 모델링단계
S20:정규화 TOA 생성단계
S30:비잡음 TOA 생성단계
S40:진폭 결정단계
S50:위상 결정단계
S60:지향성 오차 보상단계

Claims (10)

  1. 임의 진폭과 위상을 가진 정현파 형태의 Loran H-field 안테나의 지향성 오차를 보상하기 위한 지향성 오차 모델링을 생성하는 모델링부;
    상기 Loran H-field 안테나에서 측정된 특정 송신국에 대한 실제 Loran 측정치인 TOA(Time Of Arrival)의 측정 값을 정규화하여 정규화 TOA를 생성하는 정규화부;
    상기 TOA 측정 값 중에서 기 설정된 조건을 만족하는 특이값을 제거하여 잡음이 제거된 비잡음 TOA를 생성하는 잡음제거부;
    상기 비잡음 TOA 중에서 특정 TOA값을 이용하여 상기 지향성 오차 모델링의 진폭값을 결정하는 진폭결정부;
    상기 비잡음 TOA의 값과 상기 지향성 오차 모델링의 값을 이용하여 상기 지향성 오차 모델링의 위상값을 결정하는 위상결정부; 및
    상기 진폭결정부 및 위상결정부에서 각각 결정된 진폭값 및 위상값을 해당 송신국에 대한 지향성 오차 모델링의 진폭값 및 위상값으로 확정하여 상기 Loran H-field 안테나의 지향성 오차를 보상하는 오차보상부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 모델링부는,
    하기의 수학식으로, 상기 지향성 오차 모델링을 생성하는 것을 특징으로 하는 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 시스템.
    Figure 112019067042205-pat00022

    (여기서, Acos(π+θ)는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링, A는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링 진폭, θ는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링 위상)
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 정규화부는,
    하기의 수학식과 같이, 상기 TOA의 측정 값에서 의사거리 값을 제거한 후 해당 TOA를 정규화하여 정규화 TOA를 생성하는 것을 특징으로 하는 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 시스템.
    Figure 112019067042205-pat00023

    (여기서, TOAnorm1은 정규화 TOA, TOA는 실제 Loran 측정치, raw는 측정 값, pseudorange는 의사거리 값)
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 잡음제거부는,
    하기의 수학식과 같이, 현재 TOA 측정 값에 대한 절대 값과 이전시간까지의 절대 평균 값 사이의 차이값이 이전 시간까지의 절대 평균 편차 값의 3배수 이상인 경우,
    해당 TOA 측정 값을 상기 특이값으로 설정하여 해당 특이값을 제거함으로써 상기 비잡음 TOA를 생성하는 것을 특징으로 하는 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 시스템.
    Figure 112019067042205-pat00024

    (여기서, x는 TOAraw, xn은 현재 TOA 측정 값,
    Figure 112019067042205-pat00025
    은 이전시간까지의 절대 평균 값,
    Figure 112019067042205-pat00026
    은 이전시간까지의 절대 평균 편차 값)
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 진폭결정부는,
    하기의 수학식과 같이, 상기 비잡음 TOA 중 최대값과 최소값의 중간값을 상기 지향성 오차 모델링의 진폭값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 시스템.
    Figure 112019067042205-pat00027

    (여기서, A는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링 진폭, max(TOAnorm2)는 비잡음 TOA 최대값, min(TOAnorm2)는 비잡음 TOA 최소값)
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 위상결정부는,
    하기의 수학식과 같이, 상기 비잡음 TOA의 값과 상기 지향성 오차 모델링의 값 간의 차이값이 가장 작은 값을 상기 지향성 오차 모델링의 위상값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 시스템.
    Figure 112019067042205-pat00028

    (여기서, θ는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링 위상, TOAnorm2는 비잡음 TOA, Acos(π+θ)는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링, arg min(f(x))는 f(x)를 최소로 만드는 x값)
  7. 모델링부가 Loran H-field 안테나의 지향성 오차를 보상하기 위해 임의 진폭과 위상을 가진 정현파 형태의 지향성 오차 모델링을 생성하는 지향성 오차 모델링단계;
    정규화부가 상기 Loran H-field 안테나에서 측정된 특정 송신국에 대한 실제 Loran 측정치인 TOA의 측정 값을 정규화하여 정규화 TOA를 생성하는 정규화 TOA 생성단계;
    잡음제거부가 상기 TOA 측정 값 중에서 기 설정된 조건을 만족하는 특이값을 제거하여 잡음이 제거된 비잡음 TOA를 생성하는 비잡음 TOA 생성단계;
    진폭결정부가 상기 비잡음 TOA 중에서 특정 TOA값을 이용하여 상기 지향성 오차 모델링의 진폭값을 결정하는 진폭 결정단계;
    위상결정부가 상기 비잡음 TOA의 값과 상기 지향성 오차 모델링의 값을 이용하여 상기 지향성 오차 모델링의 위상값을 결정하는 위상 결정단계; 및
    오차보상부가 상기 진폭결정부 및 위상결정부에서 각각 결정된 진폭값 및 위상값을 해당 송신국에 대한 지향성 오차 모델링의 진폭값 및 위상값으로 확정하여 상기 Loran H-field 안테나의 지향성 오차를 보상하는 지향성 오차 보상단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 지향성 오차 모델링단계에서는,
    상기 모델링부가 하기의 [수학식 1]로, 상기 지향성 오차 모델링을 생성하고,
    상기 정규화 TOA 생성단계에서는,
    상기 정규화부가 하기의 [수학식 2]와 같이, 상기 TOA의 측정 값에서 의사거리 값을 제거한 후 해당 TOA를 정규화하여 정규화 TOA를 생성하는 것을 특징으로 하는 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112019067042205-pat00029

    (여기서, Acos(π+θ)는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링, A는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링 진폭, θ는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링 위상)
    [수학식 2]
    Figure 112019067042205-pat00030

    (여기서, TOAnorm1은 정규화 TOA, TOA는 실제 Loran 측정치, raw는 측정 값, pseudorange는 의사거리 값)
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 비잡음 TOA 생성단계에서는,
    상기 잡음제거부가 하기의 [수학식 3]과 같이, 현재 TOA 측정 값에 대한 절대 값과 이전시간까지의 절대 평균 값 사이의 차이값이 이전 시간까지의 절대 평균 편차 값의 3배수 이상인 경우,
    해당 TOA 측정 값을 상기 특이값으로 설정하여 해당 특이값을 제거함으로써 상기 비잡음 TOA를 생성하는 것을 특징으로 하는 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 방법.
    [수학식 3]
    Figure 112019067042205-pat00031

    (여기서, x는 TOAraw, xn은 현재 TOA 측정 값,
    Figure 112019067042205-pat00032
    은 이전시간까지의 절대 평균 값,
    Figure 112019067042205-pat00033
    은 이전시간까지의 절대 평균 편차 값)
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 진폭 결정단계에서는,
    상기 진폭결정부가 하기의 [수학식 4]와 같이, 상기 비잡음 TOA 중 최대값과 최소값의 중간값을 상기 지향성 오차 모델링의 진폭값으로 결정하고,
    상기 위상 결정단계에서는,
    상기 위상결정부가 하기의 [수학식 5]와 같이, 상기 비잡음 TOA의 값과 상기 지향성 오차 모델링의 값 간의 차이값이 가장 작은 값을 상기 지향성 오차 모델링의 위상값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 Loran H-field 안테나의 지향성 보상 방법.
    [수학식 4]
    Figure 112019067042205-pat00034

    (여기서, A는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링 진폭, max(TOAnorm2)는 비잡음 TOA 최대값, min(TOAnorm2)는 비잡음 TOA 최소값)
    [수학식 5]
    Figure 112019067042205-pat00035

    (여기서, θ는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링 위상, TOAnorm2는 비잡음 TOA, Acos(π+θ)는 H-field 안테나 지향성 오차 모델링, arg min(f(x))는 f(x)를 최소로 만드는 x값)
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