KR102395294B1 - 차량용 항법장치 및 방법, 그리고 항법시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 위성으로부터 위성신호를 수신하는 위성안테나와, 차량의 모션정보를 획득하는 모션센서와, 상기 차량의 위치예측정보를 송신하고, 서버로부터 모사 위성신호를 수신받는 무선통신모듈 및 상기 위성신호 및 상기 모사 위성신호 중 어느 하나를 이용하여 차량의 항법정보를 생성하는 위치추정부를 포함하여, 위성신호를 수신하지 못하는 지역에서도 위성으로부터 신호를 수신한 것과 같아 위치 오차를 발산하지 않는 효과를 제공하며, 원격서버와는 무선통신망을 이용하여 통신하므로 거리의 제약을 받지 않아 전 세계적 이용할 수 있다.

Description

차량용 항법장치 및 방법, 그리고 항법시스템{NAVIGATION APPARATUS AND METHOD FOR VEHICLE, AND NAVIGATION SYSTEM}
본 발명은 차량용 항법장치 및 방법, 그리고 항법시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 원격서버로부터 수신한 위성의 모사신호와 차량의 모션센서 정보를 융합하여 차량의 위치를 계산하는 기술에 관한 것이다.
위성 항법 시스템(Global Navigation Satellite System)은 지구 주위를 공전하는 인공위성으로부터 위성신호를 수신하여 위치추정부의 위치를 계산하는 장치로, 위치추정부의 위치 인식을 위한 다양한 분야에서 활용되고 있다.
그러나, 위성의 신호가 단절되는 환경, 예를들면 고층건물 밀집 지역, 터널, 지하주차장 등에서는 관측가능한 위성의 수가 감소하여 위성의 신호가 단절됨에 따라 위치 오차가 발산될 수 있다. 이 경우 위치인식 정확도가 감소하거나 측위 자체가 불가능한 문제가 있으며, 이를 보완하기 위하여 추측항법(DR:Dead-Rocking)을 융합하는 방법이 널리 사용되고 있다. 또한, 위성의 신호가 단절되는 지역에 해당위치의 좌표를 제공하는 별도의 장치를 구비하도록 하여, 이러한 장치로부터 위치좌표를 수신받는 방법도 사용되고 있다. 그러나 현재의 위치가 장치의 위치와 상이한 경우, 실제로 수신되는 것은 장치의 좌표이기 때문에 현재 위치정보가 정확하지 않을 뿐만 아니라, 위성신호가 단절되는 지역마다 추가적으로 장치를 설치하여야하는 비용과 시간이 낭비되는 문제가 있다.
한편, 추측항법을 위해서 항공기, 전투기 등에서는 고가의 관성센서(IMU : Inertial Measurement Unit)가 사용되며, 지상 이동체, 예를들면 로봇, 자동차 등은 바퀴 엔코더, 속도계, 요레이트 센서 등의 정보를 이용하여 시간 적분을 통해 위치를 계산한다.
위성항법과 추측항법을 결합한다 하더라도 시간이 지남에 따라서 위치 오차가 증가하게 되는데, 이는 관성센서 자체가 갖는 오차의 누적에 의한 것이다. 관성센서의 성능이 좋을수록 추측항법에 의한 위치 오차는 작게 되나 이 경우 고가의 센서 사용으로 인해 시스템의 전체적인 가격이 상승하는 문제가 있다.
본 발명은 차량의 위치를 계산하는데 있어서, 고가의 센서를 사용함으로써 시스템의 전체적인 가격을 상승시키는 문제를 해결하고, 센서 자체가 갖는 오차 누적에 의해 위치 오차의 발산 문제를 해결하고자 한다.
또한, 위성신호를 수신할 수 없는 경우, 위치좌표를 생성하는 장치를 설치하여야 하므로 비용과 시간이 낭비되고, 장치가 위치한 위치좌표를 수신받기 때문에 정확한 위치를 계산할 수 없는 문제를 해결하고자 한다.
본 발명의 차량용 항법장치는 위성으로부터 위성신호를 수신하는 위성안테나와, 차량의 모션정보를 획득하는 모션센서와, 상기 차량의 위치예측정보를 송신하고, 서버로부터 모사 위성신호를 수신받는 무선통신모듈 및 상기 위성신호 및 상기 모사 위성신호 중 어느 하나를 이용하여 차량의 항법정보를 생성하는 위치추정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 무선통신모듈은 상기 위성신호를 수신할 수 없는 경우 상기 차량의 위치예측정보를 송신하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 위성신호를 수신할 수 없는 경우는 상기 수신한 위성신호가 설정된 기준개수 미만인 경우, 상기 위성신호의 단절시간이 소정시간 이상되는 경우 및 상기 위성신호의 단절시간이 소정시간 이상될 것이 예측되는 경우 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 무선통신모듈은 상기 단절시간이 소정시간 이상 되는 경우에 구동되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 무선통신모듈은 상기 위성신호를 수신한 경우에도 상기 차량의 위치예측정보를 송신하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 차량의 위치예측정보는 추측항법 및 지도정보 중 적어도 어느 하나를 사용하여 획득하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 위치추정부는 상기 위성신호 및 상기 모사 위성신호 중 어느 하나를 이용하여 상기 차량의 위치를 계산하고, 상기 차량의 위치와 상기 차량의 모션정보를 융합하여 상기 차량의 항법정보를 생성하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 위치추정부는 상기 차량의 항법 정보를 생성하는데 상기 위성신호를 상기 모사 위성신호보다 우선하여 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 차량용 항법방법은 위성으로부터 위성신호를 수신하는 단계와, 서버로부터 모사 위성신호를 수신하는 단계와, 상기 위성신호 및 상기 모사 위성신호 중 어느 하나를 이용하여 차량의 위치를 계산하는 단계 및 상기 차량의 위치와 차량의 모션정보를 융합하여 항법정보를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 위성신호를 수신하는 단계 및 상기 모사 위성신호를 수신하는 단계는 동시에 진행되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 서버로부터 모사 위성신호를 수신하는 단계는, 차량의 위치예측정보를 상기 서버로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 서버로부터 모사 위성신호를 수신하는 단계는 지도정보를 이용하여 위성신호를 수신할 수 없는 영역의 위치를 확인하는 단계와, 상기 위성신호의 단절시간을 예측하는 단계와, 상기 단절시간이 소정시간 이상인지 확인하는 단계 및 상기 단절시간이 소정시간 이상이면 상기 모사 위성신호를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 위성신호를 수신할 수 없는 영역은 터널, 협곡지대, 가로수, 고가도로 및 고층빌딩 중 어느 하나의 구조물이 존재하는 영역인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 시스템은 위성신호 및 모사 위성신호 중 어느 하나를 이용하여 차량의 항법정보를 생성하는 차량용 항법장치 및 상기 차량용 항법장치로부터 수신받은 위치예측정보를 이용하여 상기 모사 위성신호를 생성하는 서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 차량용 항법장치는 위성으로부터 위성신호를 수신하는 위성안테나와, 차량의 모션정보를 획득하는 모션센서와, 상기 차량의 위치예측정보를 송신하고, 상기 서버로부터 상기 모사 위성신호를 수신받는 제1무선통신모듈 및 상기 위성신호 및 상기 모사 위성신호 중 어느 하나를 이용하여 차량의 항법정보를 생성하는 위치추정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 서버는 상기 차량용 항법장치로부터 상기 차량의 위치예측정보를 수신받고, 상기 모사 위성신호를 상기 차량용 항법장치로 송신하는 제2무선통신모듈 및 상기 차량의 위치예측정보를 이용하여 상기 차량의 위치를 예측하고, 예측된 차량의 위치를 기반으로 가시위성을 계산하고, 상기 가시위성으로부터 상기 모사 위성신호를 생성하는 위성신호 모사 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제2무선통신모듈은 상기 차량의 차량의 위치예측정보를 수신받으면 디코딩 과정을 통하여 상기 차량의 위치예측정보를 추출하고, 상기 모사 위성신호가 생성되면 인코딩하여 상기 차량으로 송신하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 위성신호 모사 제어기는 상기 제2무선통신모듈로 상기 차량의 위치예측정보를 전송하고 상기 서버에서 처리하는 시간, 디코딩 시간, 모사 위성신호 생성시간 및 인코딩 시간 중 어느 하나를 반영하여 상기 차량의 위치를 예측하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 모사 위성신호는 위성 ID, 위성 궤도 정보, 위성 시간의 정보, 대기 오차 및 안테나 오차 중 어느 하나의 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 원격서버로부터 모사 위성신호를 수신하기 때문에 위성으로부터 신호를 수신한 것과 같아 위치 오차를 발산하지 않는 효과를 제공하며, 원격서버와는 무선통신망을 이용하여 통신하므로 거리의 제약을 받지 않아 전 세계적 이용할 수 있다. 또한, 자율주행 시스템 등 높은 위치인식 정확도가 요구되는 시스템에 활용 가능한 안정적이고 정밀한 차량의 측위결과를 제공할 수 있다.
그리고, 차량의 위치를 계산하기 위한 고가의 센서나 위치좌표를 생성하는 별도의 수단이 필요치 않고, 위성신호를 수신하는 일반적인 항법장치에 무선통신망과 통신하는 서버만이 추가되는 것이므로 시스템의 가격이 상승하지 않으면서 보다 정확한 위치를 계산할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 위성항법방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 위성항법방법을 설명하기 위한 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 원격서버의 구동방법을 설명하기 위한 순서도.
도 5는 위성신호가 국부적으로 단절되는 경우를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 위성항법방법을 설명하기 위한 순서도.
도 7(a) 및 도 7(b)는 위성신호 수신이 불량한 영역을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 위성항법방법을 설명하기 위한 순서도.
도 9는 본 발명에 따른 시스템을 실행하는 컴퓨팅 시스템의 구성을 도시한 도면.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템의 구성도 이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템(10)은 차량 내 구비되는 위성항법장치(20) 및 원격서버(30)를 포함한다.
위성항법장치(20)는 위성안테나(21), 모션센서(22), 판단부(23), 위치추정부(24) 및 무선통신모듈(25)를 포함한다.
위성안테나(21)는 인공위성으로부터 위성신호를 수신하고, 위치추정부(24)에 위성신호를 전송한다.
모션센서(22)는 차량의 동역학 정보를 획득한다. 차량의 동역학 정보는 차량속도, 요레이트 등을 포함한다.
판단부(23)는 원격서버(30)로 차량의 위치예측정보를 전송할지 여부를 판단한다. 여기서, 차량의 위치예측정보는 위성신호를 수신할 수 없는 지역에서 추측항법(관성항법, dead-reckoning) 및/또는 지도정보(경로정보)를 이용하여 예측된 차량의 위치정보를 포함한다. 차량의 위치예측정보에 대한 보다 상세한 설명은 후술한다.
일 실시예에 따르면 판단부(23)는 수신가능한 위성신호의 개수 설정된 기준개수 이상이면, 위성신호를 기반으로 차량의 항법정보를 생성하도록 하고, 수신가능한 위성신호의 개수가 설정된 기준 개수 미만이면 무선통신모듈(25)을 통하여 원격서버측으로 차량의 위치예측정보를 송신하도록 한다.
한편, 다른 실시예에 따르면 판단부(23)는 수신가능한 위성신호의 개수에 설정된 기준개수 이상이어도, 무선통신모듈(25)을 통하여 원격서버측으로 차량의 위치예측정보를 송신하도록 할 수 있다. 이 경우, 미리 모사 위성신호를 수신해두어 위성신호가 설정된 기준 개수 미만으로 수신된 경우 빠르게 대체 가능한 장점이 있다.
위치추정부(24)는 위성안테나(21)로부터 수신한 위성신호를 이용하여 내부에 소정의 알고리즘에 따라 위치추정부(24)의 위치 즉, 위치추정부(24)가 구비된 차량의 위치를 계산한다. 또한, 위치추정부(24)는 관측되는 위성의 수 즉, 위성신호가 설정된 기준개수 이상인 경우 또는 위성신호가 설정된 기준개수 미만이어도 모사 위성신호를 이용하여 차량의 위치를 계산할 수 있다. 그리고 위치추정부(24)는 모션센서(22)로부터 획득한 동역학 정보와 차량의 위치를 융합하여 항법정보를 생성한다. 항법정보는 차량의 위치, 속도, 방위각, 현재시간, 경위도 좌표를 포함한다.
무선통신모듈(25)은 위성안테나(21)로부터 실시예에 따라 위성 신호를 수신할 수 없는 경우, 또는 위성신호가 수신된 경우 차량의 위치예측정보를 원격서버(30)측으로 송신한다. 또한, 무선통신모듈(25)은 실시예에 따라 평상시에는 정전상태일 수 있으며, 위성신호를 수신할 수 없다고 판단된 경우 즉, 위성신호가 설정된 기준개수 미만이거나, 위성 신호가 소정시간 이상 단절되거나, 위성신호가 소정시간 이상 단절될 것이 예측된 경우에 구동될 수 있다.
한편, 도 1의 원격서버(30)는 무선통신모듈(31)과 위성신호모사 제어기(32)를 포함한다.
무선통신모듈(31)은 위성항법장치(20)의 무선통신모듈(25)로부터 차량의 위치예측정보를 수신받는다.
위성신호 모사 제어기(32)는 무선통신모듈(31)이 차량의 위치예측정보를 수신한 경우 모사 위성신호를 생성한다. 위성신호 모사 제어기(32)는 위성 항법 시스템을 구성하는 모든 위성에 대한 궤도 정보가 포함되어 있다.
그리고, 생성된 모사 위성신호는 원격서버(30)의 무선통신모듈(31)로 전송되고, 무선통신모듈(31)은 위성항법장치(20)의 무선통신모듈(25)로 모사 위성신호를 전송한다.
위성항법장치(20)의 무선통신모듈(25)이 원격서버(30)의 무선통신모듈(31)로부터 모사 위성신호를 송신받으면 위치추정부(24)는 모사 위성신호를 이용하여 차량의 위치를 계산하고 항법정보를 생성한다.
아울러, 본 발명의 시스템(10)이 구비되는 차량은 자율주행차량을 포함할 수 있다. 본 발명의 시스템은 자율주행차량과 같이 위치 인식 정확도가 중요하게 요구되는 차량에 적절히 활용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 위성항법방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 위성항법장치의 위성안테나가 위성신호를 수신한다(S100).
그 다음, 위치추정부는 위성신호의 개수가 설정된 기준개수(α) 미만인지 확인한다(S101). 위치추정부는 위성신호를 기반으로 위치추정부의 위치(차량의 위치)를 계산하기 위한 내부 프로세스를 수행하게 된다. 위성신호의 개수가 설정된 기준개수 미만이면 위치추정부의 위치를 계산할 수 없으므로 모사 위성신호를 수신하였는지 확인한다(S102). 본 발명의 실시예에 따르면 설정된 기준개수는 4개일 수 있다. 따라서, S102에서는 위성신호의 개수가 4개 미만이면, 차량의 무선통신모듈이 차량의 위치예측정보를 원격서버측으로 송신한다. 그리고, 위치추정부는 차량의 위치예측정보를 이용하여 원격서버에서 생성한 모사 위성신호를 수신하였는지 확인한다. 모사 위성신호를 수신하지 못한 경우(N) 다시 위성신호를 수신한다.
그리고, 모사 위성신호를 수신하였다면(Y) 모사 위성신호를 기반으로 차량의 글로벌 위치를 계산한다(S103).
위성신호의 개수가 설정된 기준개수 이상이면(N) 위성신호를 기반으로 글로벌 위치를 계산한다(S104).
위성신호 및 모사 위성신호 중 어느 하나를 기반으로 차량의 글로벌 위치를 계산하였다면, 차량의 글로벌 위치와 차량 내 구비된 모션센서로부터 획득된 정보, 즉 휠속도나 요레이트 등을 융합한다(S105). 그리고, 차량의 항법정보를 생성한다(S106). 따라서, 차량의 위치를 연속적으로 갱신할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 위성항법방법을 나타낸 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 위성항법장치의 위성안테나가 위성신호를 수신한다(S110).
그 다음, 위치추정부는 모사 위성신호를 수신한다(S111). 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의상 S110과 S111을 나누어 설명하지만, S110과 S111은 동시에 진행될 수 있다. S111에서는 수신된 위성신호의 개수에 관계없이 차량의 무선통신모듈이 차량의 위치예측정보를 원격서버측으로 송신한다. 그리고, 위치추정부가 차량의 위치예측정보를 이용하여 원격서버에서 생성한 모사 위성신호를 수신하는 과정을 포함할 수 있다.
S110과 S111을 통하여 위치추정부에는 위성신호와 모사 위성신호가 동시에 수신될 수 있다. 이 경우 위치추정부는 위성신호를 모사 위성신호보다 우선적으로 이용하도록 하여 위성신호 기반 차량의 글로벌 위치를 계산할 수 있다.
그 다음, 위치추정부는 위성신호의 개수가 설정된 기준개수 미만인지 확인한다(S112). 본 발명의 실시예에서는 설정된 기준개수는 4개일 수 있다. 위성신호의 개수가 설정된 기준개수 미만이면(Y) 모사 위성신호를 기반으로 글로벌 위치를 계산한다(S113). 반면, 위성신호의 개수가 설정된 기준개수 이상이면(N) 위성신호를 기반으로 글로벌 위치를 계산한다(S114). 이후 S115와 S116은 도 2의 S105와 S116의 설명과 동일하므로 S105, S116의 설명을 참조한다.
도 4는 본 발명에 따른 원격서버의 구동방법에 관한 순서도이다.
도 4의 원격서버의 구동방법은 위성신호를 수신할 수 없는 경우 본 발명의 항법장치가 차량의 위치예측정보를 원격서버로 송신하고, 송신한 차량의 위치예측정보를 원격서버의 무선통신모듈이 수신하는 단계를 시작으로 설명한다.
무선통신모듈은 차량의 위치예측정보를 수신한다(S200). 그리고, 데이터 디코딩 과정을 수행하여 차량의 위치예측정보를 추출한다(S210).
그 다음 위성신호 모사 제어기는 차량의 위치예측정보를 기반으로 하여 차량의 위치를 예측한다(S220). S220은 추측항법(관성항법, dead-reckoning) 및 지도정보를 이용하여 수행될 수 있다.
상술한 차량의 위치예측정보는 위성신호를 수신할 수 없는 지역에서 차량의 현재위치를 예측한 정보를 포함할 수 있다. 차량의 위치예측정보는 차량의 현재위치로 도달하기 위해 이동한 정보를 기반으로 추측항법을 사용하여 획득할 수 있다. 또한, 차량의 위치예측정보는 위성신호를 수신할 수 없는 지역에서 차량이 도달할 예상위치를 예측한 정보를 포함할 수 있다. 차량의 위치예측정보는 차량의 예상위치를 예측하기 위하여 추측항법 및 지도정보를 사용하거나, 또는 목적지를 설정함으로써 생성된 경로정보를 사용하여 획득할 수 있다.
보다 정확한 차량의 위치를 예측하기 위해서는 차량의 속도 뿐만 아니라 데이터가 전송되고 서버에서 처리되느라 지연된 시간을 반영하는 것이 바람직하다. 여기서 지연된 시간은 데이터의 무선 전송 시간, 데이터 디코딩 처리 시간, 모사 위성신호 생성 처리 시간 등이 포함될 수 있다.
위성신호 모사 제어기에는 위성 항법 시스템을 구성하는 모든 위성에 대한 궤도 정보가 포함되어 있으므로 예측된 차량의 글로벌 위치와 시간 정보를 기반으로 관측 가능한 가시위성을 계산할 수 있다.
차량의 위치가 예측되면, 위성신호 모사 제어기는 차량의 예측된 위치를 기반으로 가시위성(Visible satellite)을 계산한다(S230). 여기서 가시위성이란 특정 위치에서 사용자가 관측할 수 있는 위성을 의미한다.
예를들어 t 시각에 위성이 관측되어 차량의 글로벌 위치를 계산하였는데, t+1 시각에 차량이 터널에 진입하여 위성신호가 측정되지 않은 경우, t+1 시각의 차량의 위치는 추측항법 및/또는 지도정보(경로정보)를 통해 예측할 수 있으며, 이러한 방법으로 예측된 위치에서 가시위성을 계산할 수 있다.
가시위성이 계산되면 위성신호 모사 제어기는 차량으로 송신하기 위한 모사 위성신호를 생성한다(S240).
모사 위성신호는 가시위성의 정보가 포함되는데, 가시위성의 정보는 차량의 위치를 계산하는데 요구되는 정보들 예컨대 위성 ID, 위성 궤도 정보, 위성 시간 정보 등을 포함할 수 있으며, 보다 현실적인 정보 생성을 위하여 대기오차 예컨대, 전리층 오차, 대류층 오차 등을 포함할 수 있으며, 안테나 오차 등을 포함할 수 있다.
위성신호 모사 제어기는 상술한 위성정보를 포함하는 모사 위성신호는 디지털 형태로 변환한다(S250).
그리고, 무선통신모듈은 디지털 형태로 변환된 모사 위성신호를 차량으로 송신하기 위하여 데이터 규약(프로토콜)에 따라 인코딩한다(S260).
그 다음, 무선통신모듈은 인코딩된 모사 위성신호를 차량으로 무선 송신한다(S270).
도 5는 위성신호가 국부적으로 단절되는 경우를 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하여 위성신호가 국부적으로 단절되는 경우를 실시예로 설명한다.
고속도로는 비교적 위성신호 수신이 양호한 환경이나 국지적으로 신호수신이 불량한 구간 예컨대 터널이나 협곡 지대 등이 존재한다. 위성신호 수신이 간섭 또는 단절되는 시간이 짧은 경우에는 추측항법을 통해 차량의 위치를 추정해도 오차가 크게 발산하지 않는다.
그러나, 수십km 이상 되는 긴 터널을 지날 때와 같이 위성신호의 간섭 또는 단절이 오래 지속되는 경우 도 5의 'A'와 같이 위치 오차가 발산할 수 있다. 본 발명은 이와같이 위성신호를 수신할 수 없는 경우 모사 위성신호를 수신함으로써 차량의 위치를 연속적으로 갱신하여 차량의 정확한 위치를 지속적으로 제공할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 위성항법방법을 나타낸 순서도이다.
위성안테나를 통하여 위성신호를 수신한다(S300).
그리고, 지도정보를 이용하여 전방에 터널이 존재하는지 여부를 확인한다(S310).
터널이 존재하지 않는 경우(N)는 위성신호를 수신하여, 위성신호를 기반으로 하여 글로벌 위치를 계산하고 차량의 항법정보를 생성한다. 한편, 터널이 존재하는 경우(Y) 위성신호의 단절시간을 예측한다(S320). 위성신호의 단절시간은 지도정보를 이용하여 전방에 터널의 길이를 파악하고, 차량의 현재 속도를 바탕으로 예측할 수 있다.
그 다음, 위성신호의 단절시간이 소정시간(δ) 이상인지 확인한다(S330). 여기서 소정시간(δ)은 위성신호의 단절로 위치오차가 발산하는 시간을 의미할 수 있다.
위성신호의 단절시간이 소정시간(δ) 미만인 경우(N) 위치오차가 크게 발산하지 않고 소정시간 이내에 다시 위성신호를 수신할 수 있으므로 위성신호를 수신한다. 한편, 위성신호의 단절시간이 소정시간(δ) 이상인 경우(Y) 위성신호를 수신할 수 없으므로 모사 위성신호를 수신한다(S340). S340은 차량의 무선통신모듈이 차량의 위치예측정보를 원격서버측으로 송신하고, 원격서버가 송신된 차량의 위치예측정보를 기반으로 모사 위성신호를 생성하고 다시 위치추정부가 이를 수신하는 과정을 포함할 수 있다.
그 다음, 모사 위성신호를 기반으로 차량의 글로벌 위치를 계산한다(S350).
그 다음, 모사 위성신호를 기반으로 계산된 차량의 글로벌 위치와 차량 내 구비된 모션센서로부터 획득된 정보, 즉 휠속도나 요레이트 등을 융합한다(S360). 그리고, 항법정보를 생성한다(S370). 따라서, 터널과 같이 위성신호의 단절시간이 긴 경우에도 차량의 항법정보를 연속적으로 생성할 수 있다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 위성신호 수신이 불량한 영역을 나타낸 도면이다.
도 7(a)에 도시된 바와 같이, 시내 도심 구간에는 위성신호의 수신을 방해하는 다양한 구조물들이 존재할 수 있다. 예컨대 가로수, 고가도로, 고층빌딩 등과 같이 차량이 주행하는 동안 주변의 다양한 환경 요소들로 인해서 위성신호 수신에 제약을 받게되어 수신가능한 위성신호의 개수가 변할 수 있다.
위성신호 수신이 불량한 영역에서는 모사 위성신호를 수신받는 것이 아니라 상시로 모사 위성신호를 수신받는 것이 시스템을 안정적으로 동작시키는데 유리할 수 있다.
그러므로, 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 위성신호 수신이 불량한 지역(H, harsh area)을 사전에 정의해두고, 차량이 해당지역에 진입하였을 때, 상시로 원격서버에서 모사 위성신호를 수신하도록 설정할 수 있다.
위성신호 수신이 불량한 지역은 관측될 것으로 예상되는 위성의 갯수 대비 실제 측정된 위성의 개수 차이가 큰 지역으로 정의하거나, 항법 시스템의 위치 정확도를 추정하는 지표 중 하나인 DOP(Dilution of Precision)의 값을 통하여 DOP 수치가 높은 지역으로 정의할 수 있다. 참고로, DOP 수치가 낮을수록 위성이 상공에 고루 분포되어 있어 위치 추정 정확도가 높다고 할 수 있으므로, DOP 수치가 높으면 위성이 상공에 고루 분포되어 있지 않아 위성신호의 수신이 어려운 것으로 이해될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 위성항법방법을 나타낸 순서도이다.
위성안테나를 통하여 위성신호를 수신한다(S400).
그리고, 지도정보를 이용하여 위성신호 수신이 불량한 지역(H)에 진입했는지 판단한다(S410).
위성신호 수신이 불량한 지역이 존재하지 않는 경우(N)는 위성신호를 수신하여, 위성신호 기반 글로벌 위치를 계산하여 차량의 항법정보를 생성한다. 한편, 위성신호 수신이 불량한 지역이 존재하는 경우(Y) 상시로 모사 위성신호를 수신한다.(S420).
그 다음, 모사 위성신호를 기반으로 차량의 글로벌 위치를 계산한다(S430).
그 다음, 모사 위성신호를 기반으로 계산된 차량의 글로벌 위치와 차량 내 구비된 모션센서로부터 획득된 정보, 즉 휠속도나 요레이트 등을 융합한다(S440). 그리고, 항법정보를 생성한다(S450). 따라서, 위성신호 수신이 불량한 지역에서도 차량의 항법정보를 연속적으로 생성할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 실행하는 컴퓨팅 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
시스템 10
위성항법장치 20
위성안테나 21
모션센서 22
GNSS위치추정부 23
무선통신모듈 24
원격서버 30
무선통신모듈 31
위성신호 모사 제어기 32

Claims (19)

  1. 위성으로부터 위성신호를 수신하는 위성안테나;
    차량의 모션정보를 획득하는 모션센서;
    상기 차량의 위치예측정보를 송신하고, 서버로부터 모사 위성신호를 수신받는 무선통신모듈; 및
    상기 위성신호 및 상기 모사 위성신호 중 어느 하나를 이용하여 차량의 항법정보를 생성하는 위치추정부를 포함하는 것을 특징으로 하되,
    상기 서버는 상기 위성신호가 기준개수 미만인 경우 상기 위치예측정보를 수신하고, 상기 위치예측정보를 기반으로 가시위성을 계산하며, 상기 가시위성의 정보를 포함하는 상기 모사위성 신호를 생성하고,
    상기 위치추정부는 상기 위성신호가 기준개수 미만인 경우, 상기 서버로부터 생성된 상기 모사위성 신호를 기반으로 상기 차량의 위치를 계산하는 차량용 항법장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 무선통신모듈은
    상기 위성신호를 수신할 수 없는 경우 상기 차량의 위치예측정보를 송신하는 것을 특징으로 하는 차량용 항법장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 위성신호를 수신할 수 없는 경우는
    상기 수신한 위성신호가 설정된 기준개수 미만인 경우, 상기 위성신호의 단절시간이 소정시간 이상되는 경우 및 상기 위성신호의 단절시간이 소정시간 이상될 것이 예측되는 경우 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 항법장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 무선통신모듈은
    상기 단절시간이 소정시간 이상 되는 경우에 구동되는 것을 특징으로 하는 차량용 항법장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 무선통신모듈은
    상기 위성신호를 수신한 경우에도 상기 차량의 위치예측정보를 송신하는 것을 특징으로 하는 차량용 항법장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량의 위치예측정보는
    추측항법 및 지도정보 중 적어도 어느 하나를 사용하여 획득하는 것을 특징으로 하는 차량용 항법 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 위치추정부는
    상기 위성신호 및 상기 모사 위성신호 중 어느 하나를 이용하여 상기 차량의 위치를 계산하고, 상기 차량의 위치와 상기 차량의 모션정보를 융합하여 상기 차량의 항법정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 항법장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 위치추정부는
    상기 차량의 항법정보를 생성하는데, 상기 위성신호를 상기 모사 위성신호보다 우선하여 이용하는 것을 특징으로 하는 차량용 항법장치.
  9. 위성으로부터 위성신호를 수신하는 단계;
    서버로부터 모사 위성신호를 수신하는 단계;
    상기 위성신호 및 상기 모사 위성신호 중 어느 하나를 이용하여 차량의 위치를 계산하는 단계; 및
    상기 차량의 위치와 차량의 모션정보를 융합하여 항법정보를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하되,
    상기 서버는 상기 위성신호가 기준개수 미만인 경우 상기 차량으로부터 상기 차량의 위치예측정보를 수신하고, 상기 위치예측정보를 기반으로 가시위성을 계산하며, 상기 가시위성의 정보를 포함하는 상기 모사 위성신호를 생성하고,
    상기 차량의 위치를 계산하는 단계는,
    상기 위성신호가 기준개수 미만인 경우, 상기 서버로부터 생성된 상기 모사위성 신호를 기반으로 상기 차량의 위치를 계산하는 차량용 항법방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 위성신호를 수신하는 단계 및 상기 모사 위성신호를 수신하는 단계는 동시에 진행되는 것을 특징으로 하는 차량용 항법방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 서버로부터 모사 위성신호를 수신하는 단계는,
    차량의 위치예측정보를 상기 서버로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 항법방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 서버로부터 모사 위성신호를 수신하는 단계는
    지도정보를 이용하여 위성신호를 수신할 수 없는 영역의 위치를 확인하는 단계;
    상기 위성신호의 단절시간을 예측하는 단계;
    상기 단절시간이 소정시간 이상인지 확인하는 단계; 및
    상기 단절시간이 소정시간 이상이면 상기 모사 위성신호를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 항법방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 위성신호를 수신할 수 없는 영역은
    터널, 협곡지대, 가로수, 고가도로 및 고층빌딩 중 어느 하나의 구조물이 존재하는 영역인 것을 특징으로 하는 차량용 항법방법.
  14. 위성신호 및 모사 위성신호 중 어느 하나를 이용하여 차량의 항법정보를 생성하는 차량용 항법장치; 및
    상기 차량용 항법장치로부터 수신받은 위치예측정보를 이용하여 상기 모사 위성신호를 생성하는 서버를 포함하는 것을 특징으로 하되,
    상기 서버는 상기 위성신호가 기준개수 미만인 경우 상기 차량용 항법장치로부터 수신된 상기 위치예측정보를 기반으로 가시위성을 계산하며, 상기 가시위성의 정보를 포함하는 상기 모사 위성신호를 생성하며,
    상기 차량용 항법장치는
    상기 위성신호가 기준개수 미만인 경우 상기 서버로부터 생성된 상기 모사위성 신호를 기반으로 상기 차량의 위치를 계산하는 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 차량용 항법장치는
    위성으로부터 위성신호를 수신하는 위성안테나;
    차량의 모션정보를 획득하는 모션센서;
    상기 차량의 위치예측정보를 송신하고, 상기 서버로부터 상기 모사 위성신호를 수신받는 제1무선통신모듈; 및
    상기 위성신호 및 상기 모사 위성신호 중 어느 하나를 이용하여 차량의 항법정보를 생성하는 위치추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 삭제
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 서버는
    상기 차량의 위치예측정보를 수신받으면 디코딩 과정을 통하여 상기 차량의 위치예측정보를 추출하고, 상기 모사 위성신호가 생성되면 인코딩하여 상기 차량으로 송신하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 서버는
    상기 차량의 위치예측정보를 처리하는 시간, 디코딩 시간, 모사 위성신호 생성시간 및 인코딩 시간 중 어느 하나를 반영하여 상기 차량의 위치를 예측하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  19. 청구항 14에 있어서,
    상기 모사 위성신호는
    위성 ID, 위성 궤도 정보, 위성 시간의 정보, 대기 오차 및 안테나 오차 중 어느 하나의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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