KR102262147B1

KR102262147B1 - Gps 위치 측정 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR102262147B1
Application number: KR1020200131229A
Authority: KR
Inventors: 정관묵
Original assignee: 정관묵
Priority date: 2020-10-12
Filing date: 2020-10-12
Publication date: 2021-06-07
Also published as: WO2022080748A1

Abstract

주변 지형 지물에 의해 위성신호가 가려지거나 반사되는 것을 방지하고 가용한 위성신호들을 충분히 확보하여 실내 및 실외 위치를 정확하게 측정할 수 있는 GPS 기반 위치 측정 시스템 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템은: 인공위성 항법 데이터를 수집하도록 구성되는 서버; 상기 서버로부터 인공위성 항법 데이터를 수신하여 위성신호들을 생성하도록 구성되는 메인허브유닛; 상기 메인허브유닛에서 발생된 위성신호들을 전달받아 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하도록 구성되는 다수의 원격유닛; 및 싱크유닛에서 생성되는 동기화 신호에 따라 상기 메인허브유닛에서 생성되는 위성신호들의 기준 시각을 동기화하고, 상기 메인허브유닛을 제어하여 동기화된 위성신호들을 상기 다수의 원격유닛으로 전달하도록 구성되는 메인허브유닛 제어부를 포함한다.

Description

GPS 위치 측정 시스템 및 그 방법{GPS position measuring system and method of the same}

본 발명은 GPS 기반 위치 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실외 및 실내에서 모두 이동체의 위치를 측정할 수 있도록 하는 GPS 기반 위치 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

자동차, 이동 단말기 등의 다양한 이동체의 위치를 측정하기 위하여 GPS(Global Positioning System)가 사용되고 있다. 이러한 GPS 기반 위치 측정 시스템은 지구 주위를 정해진 궤도로 돌고 있는 인공위성들로부터 발생된 위성신호들을 이동체에 마련된 GPS 수신기에서 수신하고, 이 GPS 수신기에 수신된 위성신호들의 수신 시각들을 기반으로 이동체의 위치를 측정하도록 되어 있다.

이러한 GPS 시스템은 이동체 주위의 지형 지물에 의해 위치 측정이 불가능하거나, 위치 오차가 발생하는 문제를 가지고 있다. 도 1 및 도 2는 종래의 GPS 시스템의 문제점을 설명하기 위한 개념도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 GPS 시스템에서, 인공위성들(12, 14)은 정해진 시각마다 위성신호들을 발생하지만, 일부 인공위성들(14)로부터 발생된 위성신호들은 도심지의 건물들이나 산에 가려져 GPS 수신기(20)로 수신되지 못하거나, 건물에 반사된 후 GPS 수신기(20)로 수신될 수 있다.

이로 인해, GPS 수신기(20)는 주위 지형 지물에 가려지지 않은 인공위성들(12)로부터 발생된 위성신호들과, 주위 지형 지물에 반사된 위성신호들 만을 수신할 수 있기 때문에, GPS 위치 측정 오차가 커지게 되고 심지어 위치 측정이 불가한 상황이 발생할 수도 있다. 특히 터널 안, 지하에 설치되는 지하철, 건물 안에서는 위성신호들의 수신이 더욱 제한되기 때문에 GPS 기반으로 위치를 측정하는데 한계가 있다.

한편, GPS 기반으로 실내 위치를 측정하기 위한 기술이 소개된 바 있다. 이는 인공위성들로부터 위성신호를 수신할 수 있는 실외 위치에 GPS 안테나를 설치하고, GPS 안테나를 통해 수신한 위성신호들을 실내 위치에 설치된 위성신호 발생기로 전달하고, 이 위성신호 발생기에서 다시 위성신호들을 발생시키도록 하여 실내에 위치한 이동체에서 위성신호들을 수신할 수 있도록 해준다.

그러나, 실외 위치에 설치된 GPS 안테나로 주위의 지형 지물에 반사된 위성신호가 수신되어 위치 오차가 발생하는 문제는 여전히 발생한다. 또한, 지하철의 경우, 주위에 높은 건물들이 존재하기 때문에 실외 위치에 GPS 안테나를 설치하더라도 주위의 높은 건물들로 인해 GPS 안테나로 수신되는 위성신호들의 개수가 제한될 수밖에 없으며, 이로 인해 위치 오차를 줄이는데 한계가 따르게 된다.

도 3은 종래의 GPS 위치 측정 시스템에서 GPS 수신기로 수신되는 위성신호가 제한되는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 종래의 GPS 위치 측정 시스템에서 정지해 있는 이동체의 위치가 변화하는 것으로 측정된 것을 나타낸 예시도이다. 도 3 및 도 4에서, GPS 수신기로 수신되지 않는 일부 인공위성들(14)로부터 발생된 위성신호들은 점선으로 도시되어 있다.

종래의 GPS 위치 측정 시스템은 이러한 일부 인공위성들(14)로부터 발생된 위성신호들을 수신하지 못하고, 점선으로 도시된 영역(30) 내의 인공위성들(12)로부터 발생된 위성신호들만을 이용하여 위치를 측정할 수 있다. 이로 인해 도 4에 도시된 바와 같이, 이동체가 정지해 있음에도 불구하고, 이동체의 위치가 변화하는 것으로 측정될 수 있으며, 이동체의 평면 오차율(PDOP; position dilution of precision)이 4 이상으로 높게 나타나고, 수평 오차율(HDOP; horizontal dilution of precision)이 3 이상으로 높게 나타날 수 있다.

종래의 GPS 시스템이 가지는 또 다른 문제는 GPS 시스템에 의해 이동체의 위치가 불연속적으로 측정되는 것이다. 이러한 문제는 크게 두 가지 요인으로 발생될 수 있다. 첫째로, 이동체에 장착된 GPS 수신기로 수신되는 위성신호들이 변화되는 현상 때문이다. 즉 인공위성들은 지구를 정해진 궤도로 돌기 때문에 GPS 안테나로 수신되는 위성신호들이 변화될 수 있다. 예를 들어, GPS 수신기로 수신되고 있던 위성신호가 잡히지 않게 되면 일정 시간 동안 해당 위성신호를 찾는 동안 위치 측정이 수행되지 못하고, 이후 새로운 위성신호를 찾아 다시 위치 측정을 개시하게 되면 이동체의 위치가 갑자기 변화된 것으로 나타나게 된다.

둘째로, 동일한 인공위성에 해당하는 위성신호라도 실내 위성신호 발생기들의 상이한 좌표로 인해 실내 위성신호 발생기들에서 해당 위성신호가 발생되는 시각이 다르고, 이로 인해 연속된 위성신호 발생기들을 통해 상이한 시각에 발생되는 위성신호들이 이동체의 GPS 수신기로 동시에 수신될 수 있으며, GPS 수신기는 동일한 인공위성에 대응되는 상이한 위성신호들로 인해 교란, 혼동될 수 있다.

이로 인해, 이동체가 연속된 위성신호 발생기들을 따라 이동하는 과정에서 연속된 위성신호 발생기들을 따라 지연 없이 자연스럽게 실시간으로 위성신호를 넘겨받지 못하게 된다. 즉, 이전의 위성신호 발생기로부터 수신한 위성신호를 일정 시간 유지하여 위치를 측정하다가 다음의 위성신호 발생기로부터 수신한 위성신호로 변경하여 위치를 측정하기 때문에, 이동하는 과정에서 이동체의 위치가 갑자기 건너띄는 현상이 발생할 수 있다.

본 발명은 주변 지형 지물에 의해 위성신호가 가려지거나 반사되는 것을 방지하고 가용한 위성신호들을 충분히 확보하여 실내 및 실외 위치를 정확하게 측정할 수 있는 GPS 기반 위치 측정 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 이동체의 이동 과정에서 이동체로 수신되는 위성신호의 변화로 인해 이동체의 측정 위치가 갑자기 건너뛰는 현상을 방지할 수 있는 GPS 기반 위치 측정 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템은: 인공위성 항법 데이터를 수집하도록 구성되는 서버; 상기 서버로부터 인공위성 항법 데이터를 수신하여 위성신호들을 생성하도록 구성되는 메인허브유닛; 상기 메인허브유닛에서 발생된 위성신호들을 전달받아 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하도록 구성되는 다수의 원격유닛; 및 싱크유닛에서 생성되는 동기화 신호에 따라 상기 메인허브유닛에서 생성되는 위성신호들의 기준 시각을 동기화하고, 상기 메인허브유닛을 제어하여 동기화된 위성신호들을 상기 다수의 원격유닛으로 전달하도록 구성되는 메인허브유닛 제어부를 포함할 수 있다.

상기 다수의 원격유닛은 이동체가 이동 가능한 경로를 따라 배치되는 제1 원격유닛 및 제2 원격유닛을 포함할 수 있다. 상기 메인허브유닛은: 상기 위성신호들 중 설정된 기준선을 기준으로 제1 영역의 인공위성들에 대응되는 제1 위성신호들을 상기 제1 원격유닛으로 전달하고; 그리고 상기 위성신호들 중 상기 설정된 기준선을 기준으로 상기 제1 영역과 상이한 제2 영역의 인공위성들에 대응되는 제2 위성신호들을 상기 제2 원격유닛으로 전달하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 원격유닛은 상기 제1 위성신호들을 상기 메인허브유닛으로부터 수신하여 출력하도록 구성되고, 상기 제2 원격유닛은 상기 제2 위성신호들을 상기 메인허브유닛으로부터 수신하여 출력하도록 구성될 수 있다.

상기 제1 원격유닛 및 상기 제2 원격유닛에서 각각 출력되는 상기 제1 위성신호들 및 상기 제2 위성신호들의 RF 세기는 상기 제1 위성신호들 및 상기 제2 위성신호들이 상기 제1 원격유닛과 상기 제2 원격유닛 간의 지면 상의 경계 위치에 도달함과 동시에 상기 경계 위치에서 설정된 기준 전력 미만이 되도록 설정될 수 있다.

상기 제1 원격유닛은 상기 제1 위성신호들을 제1 RF 세기로 출력함과 동시에, 상기 제2 위성신호들을 상기 제1 RF 세기 보다 낮은 RF 세기로 출력하도록 구성될 수 있다. 상기 제2 원격유닛은 상기 제2 위성신호들을 상기 제1 RF 세기와 동일하거나 상이한 제2 RF 세기로 출력함과 동시에, 상기 제1 위성신호들을 상기 제2 RF 세기 보다 낮은 RF 세기로 출력하도록 구성될 수 있다.

상기 메인허브유닛은 인공위성들 중 설정된 기준선에 의해 구분되는 상이한 4 영역의 인공위성들에 해당하는 상이한 위성신호들을 생성하고, 상기 다수의 원격유닛 중 임의의 인접한 4개의 원격유닛으로 상기 상이한 위성신호들을 전달하도록 구성될 수 있다. 상기 다수의 원격유닛은 상기 임의의 인접한 4개의 원격유닛이 상기 상이한 4 영역의 인공위성들에 해당하는 상이한 위성신호들을 상기 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하도록 구성될 수 있다.

상기 원격유닛은 인공위성들 중 설정된 기준선을 기준으로 상이한 영역들에 해당하는 인공위성들에 대응되는 상이한 위성신호들을 상기 원격유닛이 담당하는 영역으로부터 분할되는 다수의 상이한 서브영역들로 지향시키도록 구성될 수 있다.

상기 원격유닛은 원격유닛 본체와, 상기 원격유닛 본체에 설치되어 상기 다수의 상이한 서브영역들로 상기 상이한 위성신호들을 각각 지향시키는 다수의 지향성 안테나를 포함할 수 있다. 상기 다수의 지향성 안테나는 지면에서 동일한 출력 세기가 되도록 위성신호의 출력 레벨 및 각 지향성 안테나의 방향이 설정될 수 있다.

상기 상이한 영역들은 방위각을 기준으로 인공위성들을 다수의 영역으로 구분하는 제1 기준선 및 고도를 기준으로 인공위성들을 다수의 영역으로 구분하는 제2 기준선에 의해 정의될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템은: 상기 메인허브유닛 제어부로부터 상기 메인허브유닛과 상기 다수의 원격유닛 간의 지연 시간을 인식을 위한 기준 위성신호를 수신하도록 구성되는 RF 송수신기; 및 상기 RF 송수신기로부터 상기 기준 위성신호를 수신하여 상기 다수의 원격유닛으로 전달하고, 상기 다수의 원격유닛으로부터 되돌아오는 상기 기준 위성신호에 대응되는 반사신호를 수신하여 상기 RF 송수신기로 전달하도록 구성되는 트리플렉서를 더 포함할 수 있다.

상기 RF 송수신기는 상기 반사신호를 상기 메인허브유닛 제어부로 전달하도록 구성될 수 있다. 상기 메인허브유닛 제어부는 상기 기준 위성신호의 송신 시각과 상기 반사신호의 수신 시각의 시간 차이를 기초로 위성신호가 상기 메인허브유닛으로부터 각 원격유닛으로 전달되는데 소요되는 지연 시간을 산출하고, 상기 지연 시간 및 상기 각 원격유닛의 좌표에 따라 상기 메인허브유닛으로부터 상기 각 원격유닛으로 상기 위성신호들이 전달되는 시각을 결정하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 방법은: 서버에 의해, 인공위성 항법 데이터를 수집하는 단계; 메인허브유닛이 상기 서버로부터 인공위성 항법 데이터를 수신하여 위성신호들을 생성하는 단계; 메인허브유닛 제어부에 의해, 싱크유닛에서 생성되는 동기화 신호에 따라 상기 메인허브유닛에서 생성되는 위성신호들의 기준 시각을 동기화하고, 상기 메인허브유닛을 제어하여 동기화된 위성신호들을 다수의 원격유닛으로 전달하는 단계; 및 상기 다수의 원격유닛이 상기 메인허브유닛으로부터 상기 동기화된 위성신호들을 전달받아 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전달하는 단계는: 상기 메인허브유닛이 상기 위성신호들 중 설정된 기준선을 기준으로 제1 영역의 인공위성들에 대응되는 제1 위성신호들을 상기 제1 원격유닛으로 전달하는 단계; 및 상기 메인허브유닛이 상기 위성신호들 중 상기 설정된 기준선을 기준으로 상기 제1 영역과 상이한 제2 영역의 인공위성들에 대응되는 제2 위성신호들을 상기 제2 원격유닛으로 전달하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 출력하는 단계는: 상기 제1 원격유닛이 상기 제1 위성신호들을 상기 메인허브유닛으로부터 수신하여 상기 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하는 단계; 및 상기 제2 원격유닛이 상기 제2 위성신호들을 상기 메인허브유닛으로부터 수신하여 상기 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 출력하는 단계는: 상기 제1 원격유닛이 제1 RF 세기의 상기 제1 위성신호들과, 상기 제1 RF 세기 보다 낮은 RF 세기의 상기 제2 위성신호들을 상기 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하는 단계; 및 상기 제2 원격유닛이 상기 제1 RF 세기와 동일하거나 상이한 제2 RF 세기의 상기 제2 위성신호들과, 상기 제2 RF 세기 보다 낮은 RF 세기의 상기 제1 위성신호들을 상기 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전달하는 단계는: 상기 메인허브유닛이 인공위성들 중 설정된 기준선에 의해 구분되는 상이한 4 영역의 인공위성들에 해당하는 상이한 위성신호들을 생성하고, 상기 다수의 원격유닛 중 임의의 인접한 4개의 원격유닛으로 상기 상이한 위성신호들을 전달하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 출력하는 단계는: 상기 다수의 원격유닛 중 상기 임의의 인접한 4개의 원격유닛이 상기 상이한 4 영역의 인공위성들에 해당하는 상이한 위성신호들을 상기 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 출력하는 단계는: 상기 원격유닛이 인공위성들 중 설정된 기준선을 기준으로 상이한 영역들에 해당하는 인공위성들에 대응되는 상이한 위성신호들을 상기 원격유닛이 담당하는 영역으로부터 분할되는 다수의 상이한 서브영역들로 지향시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 방법은: 상기 메인허브유닛 제어부가 상기 메인허브유닛과 상기 다수의 원격유닛 간의 지연 시간을 인식을 위한 기준 위성신호를 RF 송수신기로 송신하는 단계; 상기 RF 송수신기가 상기 기준 위성신호를 수신하여 트리플렉서로 전달하는 단계; 상기 트리플렉서가 상기 기준 위성신호를 상기 다수의 원격유닛으로 전달하는 단계; 상기 트리플렉서가 상기 다수의 원격유닛으로부터 되돌아오는 상기 기준 위성신호에 대응되는 반사신호를 수신하여 상기 RF 송수신기로 전달하는 단계; 상기 RF 송수신기가 상기 반사신호를 상기 메인허브유닛 제어부로 전달하는 단계; 상기 메인허브유닛 제어부가 상기 기준 위성신호의 송신 시각과 상기 반사신호의 수신 시각의 시간 차이를 기초로 위성신호가 상기 메인허브유닛으로부터 각 원격유닛으로 전달되는데 소요되는 지연 시간을 산출하는 단계; 및 상기 메인허브유닛 제어부가 상기 지연 시간 및 상기 각 원격유닛의 좌표에 따라 상기 메인허브유닛으로부터 상기 각 원격유닛으로 상기 위성신호들이 전달되는 시각을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 이동체의 이동 과정에서 이동체로 수신되는 위성신호의 변화로 인해 이동체의 측정 위치가 갑자기 건너뛰는 현상을 방지할 수 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 GPS 시스템의 문제점을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 종래의 GPS 위치 측정 시스템에서 GPS 수신기로 수신되는 위성신호가 제한되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 종래의 GPS 위치 측정 시스템에서 정지해 있는 이동체의 위치가 변화하는 것으로 측정된 것을 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템을 구성하는 메인허브유닛에서 인식되는 인공위성을 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 GPS 위치 측정 시스템에 의해 인식되는 위성신호들을 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 GPS 위치 측정 시스템에 의한 이동체의 위치를 나타낸 예시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템을 구성하는 다수의 원격유닛의 작동 상태를 예시한 도면이다.
도 10은 도 9의 실시예에 따라 다수의 원격유닛으로부터 발생된 위성신호들의 수신 분포를 나타낸 예시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템을 구성하는 메인허브유닛에서 인식되는 인공위성을 나타낸 예시도이다.
도 12는 도 11의 실시예에 따라 다수의 원격유닛으로부터 발생된 위성신호들의 수신 분포를 나타낸 예시도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템을 구성하는 메인허브유닛에서 인식되는 인공위성을 나타낸 예시도이다.
도 14는 도 13의 실시예에 따라 다수의 원격유닛으로부터 발생된 위성신호들의 수신 분포를 나타낸 예시도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템을 구성하는 메인허브유닛에서 인식되는 인공위성을 나타낸 예시도이다.
도 16은 도 15의 실시예에 따라 다수의 원격유닛으로부터 발생된 위성신호들의 수신 분포를 나타낸 예시도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템을 구성하는 원격유닛의 측면도이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템을 구성하는 원격유닛의 저면도이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템을 구성하는 원격유닛의 측면도이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템을 구성하는 원격유닛의 저면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 '~부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. '~부'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소에 의해 분리되어 수행되거나, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다. 본 명세서의 '~부'는 반드시 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되지 않으며, 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템의 구성도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템(100)은 메인허브유닛(110)과 다수의 원격유닛(120), 서버(130), 제어부(140) 및 메인허브유닛 제어부(150)를 포함할 수 있다.

메인허브유닛(main hub unit)(110)은 서버(130)로부터 인공위성 항법 데이터를 수신할 수 있다. 인공위성 항법 데이터는 지구 주위를 도는 인공위성들로부터 전달된 위성신호들의 시각 정보, 및/또는 정해진 궤도를 따라 지구 주위를 도는 인공위성들의 위치 및 이동 방향 정보와 같은 데이터를 포함할 수 있다.

메인허브유닛(110)은 다수의 원격유닛(remote unit)(120)으로 위성신호들을 전달할 수 있다. 메인허브유닛(110)은 예를 들어, 건물이나, 지하철, 터널 등에 설치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

다수의 원격유닛(120)은 메인허브유닛(110)으로부터 전달받은 위성신호들을 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력할 수 있다. 다수의 원격유닛(120)은 이동체가 이동 가능한 경로를 따라 배열되거나, 이동체가 이동 가능한 영역 내에 분산되어 배치될 수 있다.

다수의 원격유닛(120)은 예를 들어, 터널 내 차량의 주행 경로를 따라 배치되거나, 건물 안이나 지하철 등, 차량이나 사용자 단말기(예를 들어, 스마트폰) 등의 이동체가 이동할 수 있는 공간 내에 설치될 수 있다.

메인허브유닛(110)은 서버(130)로부터 인공위성 항법 데이터를 수신하고, 서버(130)로부터 수신한 인공위성 항법 데이터에 따라 다수의 원격유닛(120)으로 위성신호들을 전달할 수 있다.

서버(server)(130)는 다수의 GPS 수신기(132, 134, 136)로부터 위성신호들을 수신하여 인공위성 항법 데이터를 생성할 수 있다. 다수의 GPS 수신기(132, 134, 136)는 인공위성들로부터 발생된 위성신호들을 수집하여 서버(130)로 전달할 수 있다.

서버(130)는 다수의 GPS 수신기(132, 134, 136)로부터 위성신호들을 수신하고, 이와 동시에 위성 지구국(138)으로부터도 인공위성 항법 데이터(GPS 정보)를 수집하도록 구성될 수 있다.

서버(130)는 다수의 GPS 수신기(132, 134, 136)와 위성 지구국(138)으로부터 안정적인 GPS 신호를 수집하여 인공위성 항법 데이터(GPS 정보)를 생성할 수 있다. 서버(130)는 GPS 정보를 네트워크 망을 통해 실내 GPS 시스템에 안정적으로 전송할 수 있으며, 고정 IP를 사용하여 GPS 정보의 끊김 없는 전송을 보장할 수 있다.

제어부(140)는 서버(130)로부터 인공위성 항법 데이터를 수신하고, 서버(130)로부터 수신한 디지털(digital) 형태의 인공위성 항법 데이터를 메인허브유닛(110)으로 전달할 수 있다.

또한, 제어부(140)는 서버(130)로부터 수신받은 GPS 정보를 확인하여 누락된 신호가 없는지 감지하고, 정상적인 신호로 판단되면 하위단의 신호 발생기에 안정적인 GPS 정보를 송신할 수 있다.

또한, 제어부(140)는 네트워크 망의 문제로 인해 안정적인 GPS 정보가 수신되지 않을 경우, 문제 사항을 감지하여 GPS 실내 시스템에 알람 보고를 수행할 수 있다.

메인허브유닛 제어부(150)는 위성신호들을 동기화하기 위한 동기화 신호에 따라 메인허브유닛(110)으로부터 다수의 원격유닛(120)으로 전달될 위성신호의 기준 시각을 동기화할 수 있다.

메인허브유닛 제어부(150)는 동기화를 위한 싱크유닛(sync unit)(도시 생략)을 포함할 수 있다. 싱크유닛은 일 예로, 원자시계를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

메인허브유닛 제어부(150)는 싱크유닛에 의해 위성신호의 전달 시점을 약 10 내지 100 나노초(ns) 단위로 제어할 수 있다. 메인허브유닛 제어부(150)는 기준 시각을 기준으로, 인공위성들에서 동기화되어 출력된 위성신호들이 각 원격유닛(120)마다 도달하게 될 시각을 결정할 수 있다.

메인허브유닛 제어부(150)는 메인허브유닛(110)으로부터 전달된 위성신호들이, 실제 인공위성들로부터 전달된 위성신호들이 각 원격유닛(120)으로 도달할 것으로 예측되는 해당 시각에 각 원격유닛(120)으로 도달할 수 있도록 메인허브유닛(110)로부터 각 위성신호가 출력되는 시각을 제어할 수 있다.

메인허브유닛 제어부(150)에 의해 동기화된 기준 시각을 기준으로 인공위성 항법 데이터에 따라 다수의 원격유닛(120)으로 각 위성신호가 전달되는 시간 차이가 결정될 수 있다. 이에 따라 각 원격유닛(120)은 해당 원격유닛의 좌표에 따라 위성신호들이 순차적으로 수신될 수 있다.

이러한 위성신호들은 일정 주기(예를 들어, 1초 등)마다 수신될 수 있으며, 해당 일정 주기 내에서 원격유닛(120)으로부터 출력되는 위성신호들의 시간차에 따라 이동체의 GPS 수신기에서 이동체의 위치를 산출할 수 있게 된다.

메인허브유닛 제어부(150)는 실내 GPS 시스템의 통합 감지 기능을 수행할 수 있다. 제어부(140)에서는 실내 GPS 시스템에 문제 상황 발생시 알람 내역을 UI를 통해 표시할 수 있다.

메인허브유닛(110)은 서버(130) 뿐 아니라, GPS 수신기(162)로부터 추가로 위성신호들을 수집할 수도 있다. GPS 수신기(162)는 특정 주파수(예를 들어, 1575.42 MHz 및/또는 1227.6 MHz 주파수)의 위성신호들을 수집할 수 있다.

메인허브유닛(110)은 서버(130)를 통해 안정적으로 수집된 GPS 정보를 이용하여 GPS 시스템의 설정된 주파수에 해당하는 위성신호를 발생할 수 있다.

GPS 수신기(162)는 안정적으로 GPS 신호를 받아 GPS 정보를 수집하도록, 고층 빌딩이나 장애물이 없는 위치에 설치될 수 있다.

또한, GPS 수신기(162)는 여러 대 설치되어 어느 GPS 수신기에 문제가 발생되어도 다른 GPS 수신기를 통해 GPS 정보를 수집하도록 할 수 있다.

GPS 수신기(162)로 수신된 위성신호들은 분배기(164)에 의해 메인허브유닛(110)과 메인허브유닛 제어부(150) 및 GPS 증폭기(166)로 분배될 수 있다.

메인허브유닛(110)은 제1 메인허브유닛(112) 및 제2 메인허브유닛(114)을 포함할 수 있다. 제1 메인허브유닛(112) 및 제2 메인허브유닛(114)은 어느 하나가 작동 불가 상태일 때 다른 하나가 작동될 수 있도록 마련될 수 있다.

GPS 증폭기(166)는 분배기(164)로부터 전달받은 위성신호를 증폭하여 RF 스위치(170)로 전달할 수 있다.

메인허브유닛 제어부(150)는 서버(130)에 의해 수집된 인공위성 항법 데이터, GPS 수신기(162)에 의해 수집된 위성신호들로부터, 메인허브유닛(110)에서 전달될 위성신호들의 전달 시점을 결정하고, 결정된 시각에 메인허브유닛(110)으로부터 위성신호가 전달되도록 메인허브유닛(110)을 제어할 수 있다.

RF 스위치(170)는 제1 메인허브유닛(112), 제2 메인허브유닛(114) 및 GPS 증폭기(166)로부터 위성신호들을 전달받을 수 있다. 메인허브유닛 제어부(150)는 RF 스위치(170)를 제어하여 다수의 원격유닛(120)으로 전달될 위성신호를 스위칭할 수 있다.

RF 스위치(170)에 의해 스위칭된 위성신호들은 트리플렉서(180)를 통해 다수의 원격유닛(120)으로 전달될 수 있다. 다수의 원격유닛(120)은 전달받은 위성신호들을 설정된 RF 세기로 발생시킬 수 있다.

이동체에 구비된 GPS 수신기는 다수의 원격유닛(120)으로부터 발생된 위성신호들이 실제 인공위성들로부터 발생된 위성신호들인 것으로 인식하여 위치를 인식할 수 있다.

물론, 본 발명의 실시예에 따라 실제로 이동체의 GPS 수신기에 수신되는 위성신호들은 실제 인공위성들로부터 전달된 것이 아니라, 메인허브유닛(110)에서 서버(130)에 의해 수집된 인공위성 항법 데이터로부터 생성된 것이다.

메인허브유닛 제어부(150)는 RF 송수신기(RF transceiver)(190)로 지연 시간 인식을 위한 기준 위성신호를 송신할 수 있다. RF 송수신기(190)는 메인허브유닛 제어부(150)로부터 수신한 기준 위성신호를 트리플렉서(triplexer)(180)로 송신할 수 있다.

트리플렉서(180)는 RF 송수신기(190)로부터 수신된 기준 위성신호를 다수의 원격유닛(120)으로 전달하고, 다수의 원격유닛(120)으로부터 다시 되돌아온 기준 위성신호에 대한 반사신호를 RF 송수신기(190)로 전달할 수 있다.

RF 송수신기(190)는 트리플렉서(180)로부터 수신한 기준 위성신호에 대한 반사신호를 메인허브유닛 제어부(150)로 전달할 수 있다.

메인허브유닛 제어부(150)는 기준 위성신호의 송신 시각과 RF 송수신기(190)로부터 수신한 반사신호의 수신 시각 간의 시간 차이를 기초로 위성신호가 메인허브유닛(110)으로부터 각 원격유닛(120)으로 전달되는데 소요되는 지연 시간을 결정할 수 있다.

이러한 지연 시간은 메인허브유닛(110)으로부터 각 원격유닛(120) 까지의 거리, 메인허브유닛(110)으로부터 각 원격유닛(120) 사이의 케이블을 통한 위성신호의 전송 시간, 위성신호의 전달 및 출력을 위한 전자 장치에 의해 위성신호가 처리되는데 소요되는 시간 등에 의존할 수 있다.

메인허브유닛 제어부(150)는 인공위성들에서 발생된 위성신호들이 직접 이동체의 GPS 수신기로 수신될 것으로 예상되는 시각을 결정하여 해당 시각에 위성신호들이 이동체의 GPS 수신기에 수신될 수 있도록, 각 원격유닛(120)의 지연 시간과 각 원격유닛(120)의 좌표를 고려하여 메인허브유닛(110)으로부터 출력되는 위성신호들의 전달 시간(출력 시간)을 결정할 수 있다.

이에 따라 이동체에 설치된 GPS 수신기는 메인허브유닛(110)에 의해 생성되어 원격유닛(120)을 통해 출력되는 위성신호들이 마치 인공위성들로부터 직접 전달되는 위성신호와 동일한 것으로 인식하게 되며, 이에 따라 실내와 실외 구분 없이 GPS 위치 측정이 가능하다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템을 구성하는 메인허브유닛에서 인식되는 인공위성을 나타낸 예시도이다. 도 6의 예에서, 인공위성들은 기준선(BL)을 기준으로 제1 영역(A1)의 인공위성들과 제2 영역(A2)의 인공위성들로 구분되어 있다.

도 6의 예에서, 인공위성들의 영역을 구분하기 위한 기준선(BL)은 북극에 해당하는 방위각 0°와 남극에 해당하는 방위각 180°를 연결하는 경도 라인으로 설정되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 기준선(BL)은 동쪽 방향인 방위각 90°와 서쪽 방향인 방위각 270°를 연결하는 위도 라인으로 설정되거나, 이와 다른 임의의 방향을 기준으로 설정될 수도 있다. 또한, 기준선(BL)은 반드시 직선으로 한정되지 않고, 인공위성들을 고도를 기준으로 구분하도록 설정될 수도 있다.

예를 들어, 9번 인공위성(S9)이 기준선(BL)을 기준으로 구분되는 제2 영역(A2)에서 제1 영역(A1)으로 이동한 경우, 메인허브유닛(110)은 해당 위성 변경 정보를 서버(130)로부터 수집한 인공위성 항법 데이터로부터 실시간으로 인식할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 GPS 위치 측정 시스템에 의해 인식되는 위성신호들을 나타낸 예시도이다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 GPS 위치 측정 시스템에 의한 이동체의 위치를 나타낸 예시도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 서버(130)에 의해 전체 영역(40)에 해당하는 다양한 인공위성들(16)의 인공위성 항법 데이터를 수집하고 이로부터 위성신호들을 동기화하여 출력함으로써 이동체의 위치를 정확하게 측정할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 이동체의 평면 오차율(PDOP; position dilution of precision)이 2 미만으로 낮추고, 수평 오차율(HDOP; horizontal dilution of precision)이 1 미만으로 낮출 수 있다.

이는 서버(130)에 의해 인공위성들의 인공위성 항법 데이터를 안정적으로 수집함과 동시에, 인공위성 항법 데이터로부터 위성신호들을 생성한 후 동기화하여 출력하는 것에 의한 효과이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템을 구성하는 다수의 원격유닛의 작동 상태를 예시한 도면이다. 도 10은 도 9의 실시예에 따라 다수의 원격유닛으로부터 발생된 위성신호들의 수신 분포를 나타낸 예시도이다.

도 6, 도 9 및 도 10을 참조하여 설명하면, 다수의 원격유닛(120)은 이동체가 이동 가능한 경로와 나란한 제1 방향(X)을 따라 배열되는 원격유닛들(122, 124, 126, 128)을 포함할 수 있다.

다수의 원격유닛(120)은 연속적으로 배치되는 제1 원격유닛(122)과 제2 원격유닛(124)을 포함할 수 있다.

메인허브유닛(110)은 위성신호들 중 설정된 기준선(BL)을 기준으로 제1 영역(A1)의 인공위성들에 대응되는 제1 위성신호들을 제1 원격유닛(122)으로 전달할 수 있다.

메인허브유닛(110)은 위성신호들 중 설정된 기준선을 기준으로 상기 제1 영역과 상이한 제2 영역(A2)의 인공위성들에 대응되는 제2 위성신호들을 제2 원격유닛(124)으로 전달할 수 있다.

제1 원격유닛(122)은 전체 영역의 위성신호들 중 제1 영역(A1)에 해당하는 제1 위성신호들(SA1)을 메인허브유닛(110)으로부터 수신하여 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력할 수 있다.

제2 원격유닛(124)은 전체 영역의 위성신호들 중 제2 영역(A2)에 해당하는 제2 위성신호들(SA2)을 메인허브유닛(110)으로부터 수신하여 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력할 수 있다.

이에 따라 인접한 원격유닛들(122, 124)은 설정된 기준선(BL)을 기준으로 구분되는 서로 다른 영역(A1, A2)의 인공위성들에 대응되는 위성신호들(SA1, SA2)을 발생시킬 수 있다.

각 원격유닛(122, 124)에서 발생되는 위성신호(SA1, SA2)의 RF 세기는 위성신호가 인접한 두 원격유닛(122, 124) 간의 지면 상의 경계 위치까지 도달함과 동시에, 해당 경계 위치에서 설정된 기준 전력(예를 들어, -130 dB) 미만이 되도록 결정될 수 있다.

이를 위해, 인접한 원격유닛(122, 124) 간의 거리(D)와, 높이(H)에 따라 각 원격유닛(122, 124)에서 출력되는 위성신호(SA1, SA2)의 RF 세기가 설정될 수 있다.

제1 원격유닛(122)에 대응되는 지면 상의 제1 중심위치(I1)로부터, 제1 원격유닛(122)과 제2 원격유닛(124) 사이의 지면 상의 경계위치(P12)를 거쳐 제2 원격유닛(124)에 대응되는 지면 상의 제2 중심위치(I2)를 향해 이동체가 이동하는 과정에서 이동체의 GPS 수신기에서 이루어지는 위치 측정 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 이동체가 제1 중심위치(I1)와, 경계위치(P12) 사이의 제1 위치(P11)에 위치한 경우, 이동체의 GPS 수신기로 제1 위성신호들(SA1)이 수신되고, 제1 위성신호들(SA1)에 의해 이동체의 위치가 측정될 수 있다.

이때 서버(130)로부터 충분한 개수의 다양한 인공위성들의 인공위성 항법 데이터가 수집되므로, 제1 위성신호들(SA1) 만으로도 이동체의 위치가 높은 정확도로 측정될 수 있다.

다음으로, 이동체가 제1 위치(P11)에서 경계위치(P12)로 이동하면, 이동체의 GPS 수신기로 제1 위성신호들(SA1)과 제2 위성신호들(SA2)이 모두 수신된다.

이때 제1 위성신호들(SA1)은 제1 원격유닛(122)의 좌표를 나타내도록 발생되고, 제2 위성신호들(SA2)은 제2 원격유닛(124)의 좌표를 나타내도록 발생되므로, 경계위치(P12)에서 제1 위성신호들(SA1)과 제2 위성신호들(SA2)에 의해 이동체의 위치가 경계위치(P12)로 측정될 수 있다.

또한, 도 6, 도 9 및 도 10의 실시예에서, 제1 위성신호(SA1)와 제2 위성신호(SA2)는 서로 중복되지 않는 상이한 인공위성에 해당하는 위성신호들이다.

즉, 동일한 인공위성으로부터 두 개의 상이한 좌표에 해당하는 원격유닛(122, 124)으로부터 상이한 위성신호가 발생되지 않으므로, 이동체의 GPS 수신기에서 두 개의 동일한 인공위성에 대응되는 위성신호들 간의 충돌이 발생되지 않는다.

또한, 이동체가 제1 원격유닛(122)으로부터 제2 원격유닛(124)으로 이동하는 과정에서 제1 위성신호들(SA1)의 수신 세기가 점차 감소되지만, 이러한 수신 세기의 감소가 연속적으로 이루어지고, 제2 위성신호들(SA2)의 수신 세기 증가 또한 연속적으로 이루어지기 때문에 이동체의 위치가 불연속적으로 변화하는 현상이 발생하지 않는다.

다음으로, 이동체가 경계위치(P12)에서 제2 위치(P13)로 이동하면, 이동체의 GPS 수신기로 제1 위성신호들(SA1)은 완전히 사라지고, 제2 위성신호들(SA2)이 수신된다. 이에 따라 제2 위성신호들(SA2)에 의해 이동체의 위치가 측정될 수 있다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템을 구성하는 메인허브유닛에서 인식되는 인공위성을 나타낸 예시도이다. 도 12는 도 11의 실시예에 따라 다수의 원격유닛으로부터 발생된 위성신호들의 수신 분포를 나타낸 예시도이다.

도 11 및 도 12의 실시예는 각 원격유닛에서 두 개의 상이한 영역의 위성신호들이 서로 다른 RF 전력으로 출력되는 점에서 도 9 및 도 10의 실시예와 차이가 있다.

제1 원격유닛(122)과 제2 원격유닛(124)에서 서로 상이한 영역의 인공위성들에 해당하는 제1 위성신호들(SA1)과 제2 위성신호들(SA2)을 발생하는 점은 도 9 및 도 10의 실시예와 동일하다.

도 11 및 도 12의 실시예에서, 제1 원격유닛(122)은 제1 인공위성들에 대응되는 제1 위성신호들(SA1)을 제1 RF 세기로 발생함과 동시에, 제2 인공위성들에 대응되는 제2 위성신호들(sa2)을 제1 RF 세기 보다 낮은 RF 세기로 발생할 수 있다.

제2 원격유닛(124)은 제2 인공위성들에 대응되는 제2 위성신호들(SA2)을 제2 RF 세기로 발생함과 동시에, 제1 인공위성들에 대응되는 제1 위성신호들(sa1)을 제2 RF 세기 보다 낮은 RF 세기로 발생할 수 있다.

실시예에서, 제1 원격유닛(122)에서 출력되는 제1 위성신호들(SA1)의 제1 RF 세기와, 제2 원격유닛(124)에서 출력되는 제2 위성신호들(SA2)의 제2 RF 세기는 동일할 수 있다.

또한, 제1 원격유닛(122)에서 출력되는 제2 위성신호들(sa2)의 RF 세기와, 제2 원격유닛(124)에서 출력되는 제1 위성신호들(sa1)의 RF 세기는 동일할 수 있다.

제1 원격유닛(122)에 대응되는 지면 상의 제1 중심위치(I1)로부터, 제1 원격유닛(122)과 제2 원격유닛(124) 사이의 지면 상의 경계위치(P23)를 거쳐 제2 원격유닛(124)에 대응되는 지면 상의 제2 중심위치(I2)를 향해 이동체가 이동하는 과정에서 이동체의 GPS 수신기에서 이루어지는 위치 측정 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 이동체가 제1 중심위치(I1)에 인접한 제1 위치(P21)에 위치한 경우, 이동체의 GPS 수신기로 제1 위성신호들(SA1)과, 제2 위성신호들(sa2)이 모두 수신되고, 제1 위성신호들(SA1) 및 제2 위성신호들(sa2)에 의해 이동체의 위치가 측정될 수 있다.

이때 제2 위성신호들(sa2)은 제1 원격유닛(122)의 좌표에 따라 제1 원격유닛(122)으로부터 발생되는 위성신호이다. 도 9 및 도 10의 실시예의 경우보다, 이동체의 GPS 수신기로 수신되는 위성신호들의 개수가 증가하므로, 이동체의 위치 측정 오차를 보다 줄일 수 있다.

이동체가 제1 중심위치(I1)로부터 멀어져 제1 위치(P21)와 경계위치(P23) 사이의 제2 위치(P22)로 이동하면, 이동체의 GPS 수신기로 주로 제1 위성신호들(SA1)이 수신되고, 제1 위성신호들(SA1)에 의해 이동체의 위치가 측정될 수 있다.

다음으로, 이동체가 제2 위치(P22)에서 경계위치(P23)로 이동하면, 이동체의 GPS 수신기로 제1 위성신호들(SA1)과 제2 위성신호들(SA2)이 모두 수신된다.

이때 제1 위성신호들(SA1)은 제1 원격유닛(122)의 좌표를 나타내도록 발생되고, 제2 위성신호들(SA2)은 제2 원격유닛(124)의 좌표를 나타내도록 발생되므로, 경계위치(P23)에서 제1 위성신호들(SA1)과 제2 위성신호들(SA2)에 의해 이동체의 위치가 경계위치(P12)로 측정된다.

또한, 도 6, 도 11 및 도 12의 실시예에서, 제1 위성신호(SA1)와 제2 위성신호(SA2)는 서로 중복되지 않는 상이한 인공위성에 해당하는 위성신호들이다.

뿐만 아니라, 제1 원격유닛(122)에서 발생된 제2 위성신호들(sa2)은 낮은 RF 세기로 인해 경계위치(P23)에 해당하는 제3 위치에서 완전히 혹은 거의 소멸된 상태이므로, 해당 경계위치(P23)에서 제2 원격유닛(124)에서 발생된 제2 위성신호들(SA2)과 충돌이 발생되지 않는다.

다음으로, 이동체가 경계위치(P23)에서 제4 위치(P24)로 이동하면, 이동체의 GPS 수신기로 제2 위성신호들(SA2)이 수신되고, 이에 따라 제2 위성신호들(SA2)에 의해 이동체의 위치가 측정될 수 있다.

다음으로, 이동체가 제4 위치(P24)에서 제2 원격유닛(124)의 중심위치(I2)에 인접한 제5 위치(P25)로 이동하면, 이동체의 GPS 수신기로 제2 위성신호들(SA2)과, 제1 위성신호들(sa1)이 모두 수신되고, 제2 위성신호들(SA2) 및 제1 위성신호들(sa1)에 의해 이동체의 위치가 측정될 수 있다.

이때 제1 위성신호들(sa1)은 제2 원격유닛(124)의 좌표에 따라 제2 원격유닛(124)으로부터 발생되는 위성신호이다. 도 9 및 도 10의 실시예의 경우보다, 이동체의 GPS 수신기로 수신되는 위성신호들의 개수가 증가하므로, 이동체의 위치 측정 오차를 보다 줄일 수 있다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템을 구성하는 메인허브유닛에서 인식되는 인공위성을 나타낸 예시도이다. 도 14는 도 13의 실시예에 따라 다수의 원격유닛으로부터 발생된 위성신호들의 수신 분포를 나타낸 예시도이다.

메인허브유닛(110)은 다수의 원격유닛(120) 중 임의의 인접한 4개의 원격유닛(120)으로 기준선들(BL1, BL2)에 의해 구분되는 서로 다른 4 영역(A11, A12, A21, A22)의 인공위성들에 해당하는 상이한 위성신호들(SA11, SA12, SA21, SA22)을 전달할 수 있다.

다수의 원격유닛(120)은 임의의 인접한 4개의 원격유닛(120)이 기준선들(BL1, BL2)에 의해 구분되는 서로 다른 4 영역(A11, A12, A21, A22)의 인공위성들에 해당하는 상이한 위성신호들(SA11, SA12, SA21, SA22)을 메인허브유닛(110)으로부터 수신하여 출력하도록 구성될 수 있다.

도 13의 예에서, 기준선들(BL1, BL2)은 방위각 0°와 180°를 연결하는 기준선(BL1)과, 방위각 90°와 270°를 연결하는 기준선(BL2)으로 설정되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 14에 도시된 바와 같이, 이동체들이 어떤 영역(A10, A20, A30)에 위치하더라도 그 주위의 4개의 원격유닛으로부터 서로 다른 4 영역(A11, A12, A21, A22)의 인공위성들에 해당하는 위성신호들(SA11, SA12, SA21, SA22)이 발생되므로, 제1 방향(X) 및 이와 수직한 제2 방향(Y)으로 모두 도 9 내지 도 12의 실시예에 따른 효과를 얻을 수 있다.

또한, 도 13 및 도 14의 실시예에 의하면, 이동체에 설치된 GPS 수신기가 어느 위치에 있더라도, 그 주위에 발생되는 4 영역에 해당하는 위성신호들(SA11, SA12, SA21, SA22)을 일정 RF 세기(예를 들어, 약 -130 dB) 이상 수신할 수 있어 이동체에 설치된 GPS 수신기의 위치 측정 오차율을 줄일 수 있다.

도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템을 구성하는 메인허브유닛에서 인식되는 인공위성을 나타낸 예시도이다. 도 16은 도 15의 실시예에 따라 다수의 원격유닛으로부터 발생된 위성신호들의 수신 분포를 나타낸 예시도이다.

도 15 및 도 16의 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템은 각 원격유닛에서 기준선들(BL1, BL2)에 의해 구분되는 9개의 상이한 영역(A31 내지 A39)에 해당하는 인공위성들에 대응되는 9개의 상이한 위성신호들(SA31 내지 SA39)을 원격유닛(120)이 담당하는 영역으로부터 분할되는 다수의 상이한 서브영역들로 지향되도록 발생하는 점에서 앞서 설명한 실시예들과 차이가 있다.

도 15의 예에서, 기준선들(BL1, BL2)은 방위각을 45° 간격으로 구분하는 8개의 방사상의 제1 기준선(BL1)과, 고도를 구분하는 원형의 제2 기준선(BL2)으로 설정되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 17은 본 발명의 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템을 구성하는 원격유닛의 측면도이다. 도 18은 본 발명의 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템을 구성하는 원격유닛의 저면도이다.

도 15 내지 도 18을 참조하면, 원격유닛(120)은 원격유닛 본체(121)와, 다수의 지향성 안테나(121a 내지 121i)를 포함할 수 있다.

도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템을 구성하는 원격유닛의 측면도이다. 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템을 구성하는 원격유닛의 저면도이다.

도 15, 도 16, 도 19 및 도 20을 참조하면, 원격유닛(120)은 원격유닛 본체(121)와, 다수의 지지 케이블(123) 및 다수의 지향성 안테나(121a 내지 121i)를 포함할 수 있다.

지향성 안테나(121a 내지 121i)의 개수는 설치 환경에 따라 다양하게 확장 및 축소가 가능하며, 설치 높이에 따라 위성신호들의 조사각(θ)을 조절할 수 있다.

지향성 안테나(121a 내지 121i)는 원격유닛 본체(121)에 지지 케이블(123)에 의해 연결되어 위성신호들을 전달받을 수 있으며, 지지 케이블(123)에 의해 방향이 조절될 수 있다.

다수의 지향성 안테나(121a 내지 121i)는 서로 다른 영역들의 인공위성들에 해당하는 상이한 위성신호들을 출력하며, 이동체에서는 다수의 지향성 안테나(121a 내지 121i)로부터 출력되는 다양한 위성신호들을 기반으로 위치를 측정할 수 있다.

이는 지향성 안테나(121a 내지 121i)에서 출력되는 위성신호의 RF 세기를 적절히 조절하는 것에 의해 가능하다. 즉, 각 지향성 안테나(121a 내지 121i)에서 출력되는 위성신호는 인접한 두 원격유닛(120) 간의 간격의 절반에 해당하는 거리 만큼 전달되도록 RF 세기가 설정될 수 있다.

도 13 내지 도 20의 실시예에 의하면, 이동체에 설치된 GPS 수신기에서 실외에서 GPS 정보를 수신할 때와 동일하게 위성을 컨택(contact)할 수 있다. 이에 따라 이동체에서는 실내 수신 상황에서 최대한 범용적인 수신기의 계산 방식에 맞추어 위치를 계산할 수 있다.

따라서 실내 및 실외 간에 입/출입시 최대한 핸드오버(handover)를 자연스럽게 하고, 각 영역마다 정해진 좌표 값으로 인하여 보다 정밀한 방향성과 정확도가 보장됨으로 실내 네비게이션 활용 시 최대한 보정 없이 네비게이션 서비스가 가능하다.

또한, 각 지향성 안테나(121a 내지 121i)에서 출력되는 위성신호는 인접한 두 원격유닛(120) 간의 간격의 절반에 해당하는 거리에서 기준 전력 미만이 되도록 RF 출력 세기가 설정될 수 있다.

이와 같이 지향성 안테나(121a 내지 121i)에서 출력되는 위성신호의 RF 세기를 설정하면, 이동체가 어떠한 위치에 있더라도 두 개의 상이한 원격유닛(120)의 좌표에 해당하는 동일한 인공위성에 해당하는 상이한 위성신호들이 중복하여 이동체에 수신되지 않도록 하여 GPS 수신기에서의 교란을 방지할 수 있다.

이상의 실시예에서는 9개의 영역으로 위성신호들을 구분하였으나, 구분되는 영역의 개수를 더욱 증가시켜 위치 측정의 정확도와 방향성을 향상시킬 수도 있다. 또한, 설치 시 지지 케이블(123)의 유동성 및 유연성(flexible)을 이용하여 별도의 먼 거리 설치시나 고정하기 힘든 설치 부위에 변형하여 설치할 수 있다.

또한, 지향성 안테나들의 지향 방향에 따라 지향성 안테나와 지면 간의 거리가 변화하는데, 이를 해결하기 위해 각 지향성 안테나마다 출력 레벨 및 설치 방향을 조절하여 지면에서 동일한 위성신호 세기가 형성되도록 할 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시예에 따른 GPS 기반 위치 측정 시스템 및 방법은 GPS 뿐만 아니라, GNSS(Global Navigation Satellite System) 등의 위성 측위 시스템을 기반으로 하는 위치 측정 시스템 및 방법을 포괄하는 것으로 이해되어야 한다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

100: GPS 기반 위치 측정 시스템
110: 메인허브유닛
112: 제1 메인허브유닛
114: 제2 메인허브유닛
120, 122, 124, 126, 128: 원격유닛
130: 서버
132, 134, 136: GPS 수신기
138: 위성 지구국
140: 제어부
150: 메인허브유닛 제어부
162: GPS 수신기
164: 분배기
166: GPS 증폭기
170: RF 스위치
180: 트리플렉서(Triplexer)
190: RF 송수신기

Claims

인공위성 항법 데이터를 기반으로 위성신호들을 생성하도록 구성되는 메인허브유닛; 및
상기 메인허브유닛에서 발생된 위성신호들을 전달받아 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하도록 구성되는 다수의 원격유닛;을 포함하고,
상기 다수의 원격유닛은 이동체가 이동 가능한 경로를 따라 배치되는 제1 원격유닛 및 제2 원격유닛을 포함하고,
상기 메인허브유닛은:
상기 위성신호들 중 설정된 기준선을 기준으로 제1 영역의 인공위성들에 대응되는 제1 위성신호들을 상기 제1 원격유닛으로 전달하고; 그리고
상기 위성신호들 중 상기 설정된 기준선을 기준으로 상기 제1 영역과 상이한 제2 영역의 인공위성들에 대응되는 제2 위성신호들을 상기 제2 원격유닛으로 전달하도록 구성되고,
상기 제1 원격유닛은 상기 제1 위성신호들을 상기 메인허브유닛으로부터 수신하여 출력하도록 구성되고,
상기 제2 원격유닛은 상기 제2 위성신호들을 상기 메인허브유닛으로부터 수신하여 출력하도록 구성되는 GPS 기반 위치 측정 시스템.
제1항에 있어서,
상기 인공위성 항법 데이터를 수집하도록 구성되는 서버; 및
싱크유닛에서 생성되는 동기화 신호에 따라 상기 메인허브유닛에서 생성되는 위성신호들의 기준 시각을 동기화하고, 상기 메인허브유닛을 제어하여 동기화된 위성신호들을 상기 다수의 원격유닛으로 전달하도록 구성되는 메인허브유닛 제어부;를 더 포함하고,
상기 메인허브유닛은 상기 서버로부터 상기 인공위성 항법 데이터를 수신하여 상기 위성신호들을 생성하도록 구성되는, GPS 기반 위치 측정 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 원격유닛 및 상기 제2 원격유닛에서 각각 출력되는 상기 제1 위성신호들 및 상기 제2 위성신호들의 RF 세기는 상기 제1 위성신호들 및 상기 제2 위성신호들이 상기 제1 원격유닛과 상기 제2 원격유닛 간의 지면 상의 경계 위치에 도달함과 동시에 상기 경계 위치에서 설정된 기준 전력 미만이 되도록 설정되는, GPS 기반 위치 측정 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 원격유닛은 상기 제1 위성신호들을 제1 RF 세기로 출력함과 동시에, 상기 제2 위성신호들을 상기 제1 RF 세기 보다 낮은 RF 세기로 출력하도록 구성되고,
상기 제2 원격유닛은 상기 제2 위성신호들을 상기 제1 RF 세기와 동일하거나 상이한 제2 RF 세기로 출력함과 동시에, 상기 제1 위성신호들을 상기 제2 RF 세기 보다 낮은 RF 세기로 출력하도록 구성되는, GPS 기반 위치 측정 시스템.
인공위성 항법 데이터를 기반으로 위성신호들을 생성하도록 구성되는 메인허브유닛; 및
상기 메인허브유닛에서 발생된 위성신호들을 전달받아 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하도록 구성되는 다수의 원격유닛;을 포함하고,
상기 메인허브유닛은 인공위성들 중 설정된 기준선에 의해 구분되는 상이한 4 영역의 인공위성들에 해당하는 상이한 위성신호들을 생성하고, 상기 다수의 원격유닛 중 임의의 인접한 4개의 원격유닛으로 상기 상이한 위성신호들을 전달하도록 구성되고,
상기 다수의 원격유닛은 상기 임의의 인접한 4개의 원격유닛이 상기 상이한 4 영역의 인공위성들에 해당하는 상이한 위성신호들을 상기 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하도록 구성되는, GPS 기반 위치 측정 시스템.
인공위성 항법 데이터를 기반으로 위성신호들을 생성하도록 구성되는 메인허브유닛; 및
상기 메인허브유닛에서 발생된 위성신호들을 전달받아 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하도록 구성되는 다수의 원격유닛;을 포함하고,
상기 원격유닛은 인공위성들 중 설정된 기준선을 기준으로 상이한 영역들에 해당하는 인공위성들에 대응되는 상이한 위성신호들을 상기 원격유닛이 담당하는 영역으로부터 분할되는 다수의 상이한 서브영역들로 지향시키도록 구성되는, GPS 기반 위치 측정 시스템.
제6항에 있어서,
상기 원격유닛은 원격유닛 본체와, 상기 원격유닛 본체에 설치되어 상기 다수의 상이한 서브영역들로 상기 상이한 위성신호들을 각각 지향시키는 다수의 지향성 안테나를 포함하고,
상기 다수의 지향성 안테나는 지면에서 동일한 출력 세기가 되도록 위성신호의 출력 레벨 및 각 지향성 안테나의 방향이 설정되는, GPS 기반 위치 측정 시스템.
제6항에 있어서,
상기 상이한 영역들은 방위각을 기준으로 인공위성들을 다수의 영역으로 구분하는 제1 기준선 및 고도를 기준으로 인공위성들을 다수의 영역으로 구분하는 제2 기준선에 의해 정의되는, GPS 기반 위치 측정 시스템.
인공위성 항법 데이터를 기반으로 위성신호들을 생성하도록 구성되는 메인허브유닛;
상기 메인허브유닛에서 발생된 위성신호들을 전달받아 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하도록 구성되는 다수의 원격유닛;
상기 메인허브유닛을 제어하여 상기 위성신호들을 상기 다수의 원격유닛으로 전달하도록 구성되는 메인허브유닛 제어부;
상기 메인허브유닛 제어부로부터 상기 메인허브유닛과 상기 다수의 원격유닛 간의 지연 시간을 인식을 위한 기준 위성신호를 수신하도록 구성되는 RF 송수신기; 및
상기 RF 송수신기로부터 상기 기준 위성신호를 수신하여 상기 다수의 원격유닛으로 전달하고, 상기 다수의 원격유닛으로부터 되돌아오는 상기 기준 위성신호에 대응되는 반사신호를 수신하여 상기 RF 송수신기로 전달하도록 구성되는 트리플렉서;를 포함하고,
상기 RF 송수신기는 상기 반사신호를 상기 메인허브유닛 제어부로 전달하도록 구성되고,
상기 메인허브유닛 제어부는 상기 기준 위성신호의 송신 시각과 상기 반사신호의 수신 시각의 시간 차이를 기초로 위성신호가 상기 메인허브유닛으로부터 각 원격유닛으로 전달되는데 소요되는 지연 시간을 산출하고, 상기 지연 시간 및 상기 각 원격유닛의 좌표에 따라 상기 메인허브유닛으로부터 상기 각 원격유닛으로 상기 위성신호들이 전달되는 시각을 결정하도록 구성되는, GPS 기반 위치 측정 시스템.
메인허브유닛이 인공위성 항법 데이터를 기반으로 위성신호들을 생성하고, 상기 위성신호들을 다수의 원격유닛으로 전달하는 단계; 및
상기 다수의 원격유닛이 상기 메인허브유닛으로부터 상기 위성신호들을 전달받아 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하는 단계;를 포함하고,
상기 다수의 원격유닛은 이동체가 이동 가능한 경로를 따라 배치되는 제1 원격유닛 및 제2 원격유닛을 포함하고,
상기 전달하는 단계는:
상기 메인허브유닛이 상기 위성신호들 중 설정된 기준선을 기준으로 제1 영역의 인공위성들에 대응되는 제1 위성신호들을 상기 제1 원격유닛으로 전달하는 단계; 및
상기 메인허브유닛이 상기 위성신호들 중 상기 설정된 기준선을 기준으로 상기 제1 영역과 상이한 제2 영역의 인공위성들에 대응되는 제2 위성신호들을 상기 제2 원격유닛으로 전달하는 단계;를 포함하고,
상기 출력하는 단계는:
상기 제1 원격유닛이 상기 제1 위성신호들을 상기 메인허브유닛으로부터 수신하여 상기 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하는 단계; 및
상기 제2 원격유닛이 상기 제2 위성신호들을 상기 메인허브유닛으로부터 수신하여 상기 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하는 단계;를 포함하는, GPS 기반 위치 측정 방법.
제10항에 있어서,
서버에 의해, 인공위성 항법 데이터를 수집하는 단계;를 더 포함하고,
상기 전달하는 단계는:
상기 메인허브유닛이 상기 서버로부터 상기 인공위성 항법 데이터를 수신하여 상기 위성신호들을 생성하는 단계; 및
메인허브유닛 제어부에 의해, 싱크유닛에서 생성되는 동기화 신호에 따라 상기 메인허브유닛에서 생성되는 위성신호들의 기준 시각을 동기화하고, 상기 메인허브유닛을 제어하여 동기화된 위성신호들을 상기 다수의 원격유닛으로 전달하는 단계;를 포함하는, GPS 기반 위치 측정 방법.
제10항에 있어서,
상기 출력하는 단계는:
상기 제1 원격유닛이 제1 RF 세기의 상기 제1 위성신호들과, 상기 제1 RF 세기 보다 낮은 RF 세기의 상기 제2 위성신호들을 상기 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하는 단계; 및
상기 제2 원격유닛이 상기 제1 RF 세기와 동일하거나 상이한 제2 RF 세기의 상기 제2 위성신호들과, 상기 제2 RF 세기 보다 낮은 RF 세기의 상기 제1 위성신호들을 상기 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하는 단계를 포함하는, GPS 기반 위치 측정 방법.
메인허브유닛이 인공위성 항법 데이터를 기반으로 위성신호들을 생성하고, 상기 위성신호들을 다수의 원격유닛으로 전달하는 단계; 및
상기 다수의 원격유닛이 상기 메인허브유닛으로부터 상기 위성신호들을 전달받아 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하는 단계;를 포함하고,
상기 전달하는 단계는:
상기 메인허브유닛이 인공위성들 중 설정된 기준선에 의해 구분되는 상이한 4 영역의 인공위성들에 해당하는 상이한 위성신호들을 생성하고, 상기 다수의 원격유닛 중 임의의 인접한 4개의 원격유닛으로 상기 상이한 위성신호들을 전달하는 단계를 포함하고,
상기 출력하는 단계는:
상기 다수의 원격유닛 중 상기 임의의 인접한 4개의 원격유닛이 상기 상이한 4 영역의 인공위성들에 해당하는 상이한 위성신호들을 상기 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하는 단계를 포함하는, GPS 기반 위치 측정 방법.
메인허브유닛이 인공위성 항법 데이터를 기반으로 위성신호들을 생성하고, 상기 위성신호들을 다수의 원격유닛으로 전달하는 단계; 및
상기 다수의 원격유닛이 상기 메인허브유닛으로부터 상기 위성신호들을 전달받아 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하는 단계;를 포함하고,
상기 출력하는 단계는:
상기 원격유닛이 인공위성들 중 설정된 기준선을 기준으로 상이한 영역들에 해당하는 인공위성들에 대응되는 상이한 위성신호들을 상기 원격유닛이 담당하는 영역으로부터 분할되는 다수의 상이한 서브영역들로 지향시키는 단계를 포함하는, GPS 기반 위치 측정 방법.
메인허브유닛이 인공위성 항법 데이터를 기반으로 위성신호들을 생성하는 단계;
메인허브유닛 제어부가 싱크유닛에서 생성되는 동기화 신호에 따라 상기 메인허브유닛에서 생성되는 위성신호들의 기준 시각을 동기화하고, 상기 메인허브유닛을 제어하여 동기화된 상기 위성신호들을 다수의 원격유닛으로 전달하는 단계; 및
상기 다수의 원격유닛이 상기 메인허브유닛으로부터 상기 위성신호들을 전달받아 이동체가 이동 가능한 공간으로 출력하는 단계;를 포함하고,
상기 메인허브유닛 제어부가 상기 메인허브유닛과 상기 다수의 원격유닛 간의 지연 시간을 인식을 위한 기준 위성신호를 RF 송수신기로 송신하는 단계;
상기 RF 송수신기가 상기 기준 위성신호를 수신하여 트리플렉서로 전달하는 단계;
상기 트리플렉서가 상기 기준 위성신호를 상기 다수의 원격유닛으로 전달하는 단계;
상기 트리플렉서가 상기 다수의 원격유닛으로부터 되돌아오는 상기 기준 위성신호에 대응되는 반사신호를 수신하여 상기 RF 송수신기로 전달하는 단계;
상기 RF 송수신기가 상기 반사신호를 상기 메인허브유닛 제어부로 전달하는 단계;
상기 메인허브유닛 제어부가 상기 기준 위성신호의 송신 시각과 상기 반사신호의 수신 시각의 시간 차이를 기초로 위성신호가 상기 메인허브유닛으로부터 각 원격유닛으로 전달되는데 소요되는 지연 시간을 산출하는 단계; 및
상기 메인허브유닛 제어부가 상기 지연 시간 및 상기 각 원격유닛의 좌표에 따라 상기 메인허브유닛으로부터 상기 각 원격유닛으로 상기 위성신호들이 전달되는 시각을 결정하는 단계를 더 포함하는, GPS 기반 위치 측정 방법.