KR102442696B1 - 다수의 위성 신호를 동시에 획득하는 위성항법 신호획득장치 및 방법 - Google Patents

다수의 위성 신호를 동시에 획득하는 위성항법 신호획득장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 위성항법 신호획득장치 및 방법을 적용함으로써, 검색 하고자 하는 위성의 코드 위상 단위와 검색하고자 하는 위성의 위성에 대한 코드 인덱스를 설정하여 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 생성하고, 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 기반으로 수신 신호를 변환하여 두 신호의 상관을 통해 복수개의 위성 신호를 동시에 획득하고 신호 획득 결과의 코드 인덱스를 통해 위성 번호와 코드 위상을 결정함으로써 고속으로 다중 위성 신호를 획득할 수 있다. 또한, 한 개의 상관기에서 복수개의 위성 신호를 획득할 수 있다.

Description

다수의 위성 신호를 동시에 획득하는 위성항법 신호획득장치 및 방법{SATELLITE NAVIGATION SIGNAL ACQUISITION APPARATUS AND METHOD FOR SIMULTANEOUSLY ACQUIRING MULTIPLE SATELLITE SIGNALS}
본 발명은 위성항법 신호획득장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 다수의 위성 신호를 동시에 획득하는 위성항법 신호획득장치 및 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
다양한 산업분야에서 필수로 사용되는 위성항법시스템은 미국의 GPS로 대표되며, 러시아의 GLONASS, 유럽의 Galileo, 중국의 Beidou, 일본의 QZSS, 인도의 NAVIC 등과 같이 다양한 위성항법시스템이 사용되고 있다.
위치 결정을 위한 항법을 수행할 때나 고속 이동체를 지원하는 경우 등 즉각적인 위치 결정에 대한 요구가 점차 증가하고 있다. 다양한 위성항법시스템에 대해 보다 빠른 신호획득 방식에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
상술한 위성항법시스템의 경우에는 시간영역 순차검색 기반 상호상관을 수행하거나, FFT(Fast Fourier Transform)기반 상호상관을 통한 검색을 수행하여 위성 신호에 대한 코드 위상을 추정하여 신호를 획득한다.
시간영역 순차검색 기반 상관기는 위성 신호의 코드 위상을 순차 검색하는 방식으로 긴 신호획득 시간이 필요하다는 문제점이 있다.
고속퓨리에변환(FFT, Fast Fourier Transform 이하, FFT)을 통해 상호상관을 고속으로 수행하여 신호를 획득하는 방식(이하, FFT 기반 상호상관 방식)을 이용한 상관기의 경우에 시간영역 순차검색 기반 상호상관 방식에 비해 고속 연산이 가능하지만, 시간영역 순차검색 기반 상호상관 방식과 마찬가지로 한 개의 상관기에서 한 개의 위성 신호만 획득할 수 있다는 문제점이 있다.
한 개의 상관기에서 다수의 위성 신호를 동시에 획득하는 방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2019-0083294호(2019.07.11.)
본 발명이 이루고자 하는 목적은, 검색 하고자 하는 위성의 코드 위상 단위와 검색하고자 하는 위성의 위성에 대한 코드 인덱스를 설정하여 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 생성하고, 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 기반으로 수신 신호를 변환하여 두 신호의 상관을 통해 복수개의 위성 신호를 동시에 획득하고 신호 획득 결과의 코드 인덱스를 통해 위성 번호와 코드 위상을 결정함으로써 고속으로 다중 위성 신호를 획득할 수 있는 위성항법 신호획득장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 목적은, 한 개의 상관기에서 복수개의 위성 신호를 획득할 수 있는 위성항법 신호획득장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위성항법 신호획득장치는 복수의 위성에 대한 정보가 포함된 위성 검색 후보 리스트를 외부로부터 수신하고, 상기 위성 검색 후보 리스트에 대응하여 상기 복수의 위성에 코드 인덱스를 할당하는 코드 인덱스 할당부; 상기 복수의 위성에 대응하여 복수의 위성 신호 복사 코드를 각각 생성하고, 상기 생성된 복수의 위성 신호 복사 코드를 기반으로 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 생성하는 복사 코드 생성부; 외부로부터 위성 신호를 수신하는 신호수신부; 상기 수신된 위성 신호를 상기 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열에 대응하여 변환하는 신호변환부; 상기 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열과 상기 변환된 위성 신호의 상호상관 연산을 수행하여 상관값을 산출하는 상관연산부; 및 상기 산출된 상관값을 기반으로 상기 신호수신부가 수신한 위성 신호를 분석하여 상기 위성 신호에 대응되는 상기 코드 인덱스를 결정하는 신호결정부;를 포함한다.
실시예에 따르면, 상기 코드 인덱스 할당부는, 상기 위성 검색 후보 리스트에 포함된 복수의 위성의 위성 신호에 대응하는 코드 해상도를 결정하고, 상기 결정된 코드 해상도를 기반으로 상기 코드 인덱스를 할당하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따르면, 상기 복사 코드 생성부는, 상기 복수의 위성 각각에 대응하는 한 주기의 위성 신호 복사 코드들을 생성하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따르면, 상기 복사 코드 생성부는, 상기 생성된 한 주기의 위성 신호 복사 코드들을 상기 할당된 코드 인덱스에 순차적으로 인덱싱하여 반복 배열하는 방식으로 상기 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 생성하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따르면, 상기 신호수신부가 수신한 위성 신호의 중간주파수와 도플러 주파수를 포함하는 주파수 옵셋을 제거하는 주파수 옵셋 제거부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따르면, 상기 신호변환부는, 상기 주파수 옵셋 제거부에 의하여 주파수 옵셋이 제거된 위성 신호를 상기 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열에 대응하여 변환하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따르면, 상기 신호변환부는, 상기 주파수 옵셋이 제거된 위성 신호에 대하여 상기 결정된 코드 해상도 단위 샘플을 제외한 나머지 신호를 '0' 으로 설정하는 방식으로 상기 수신된 위성 신호를 상기 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열에 대응하여 변환하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따르면, 상기 신호결정부는, 상기 산출된 상관값이 미리 결정된 신호 획득 임계값 이상인 경우에 상기 신호수신부가 수신한 위성 신호를 분석하여 상기 위성 신호에 대응하는 상기 코드 인덱스를 결정하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따르면, 상기 신호결정부는, 상기 결정된 코드 해상도와 상기 코드 해상도에 대응되는 샘플의 수를 기반으로 상기 위성 신호에 대응하는 상기 코드 인덱스를 결정하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 위성항법 신호획득방법은, 코드 인덱스 할당부가, 복수의 위성에 대한 정보가 포함된 위성 검색 후보 리스트를 외부로부터 수신하고, 상기 위성 검색 후보 리스트에 대응하여 상기 복수의 위성에 코드 인덱스를 할당하는 단계; 복사 코드 생성부가, 상기 복수의 위성에 대응하여 복수의 위성 신호 복사 코드를 각각 생성하고, 상기 생성된 복수의 위성 신호 복사 코드를 기반으로 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 생성하는 단계; 신호수신부가, 외부로부터 위성 신호를 수신하는 단계; 신호변환부가, 상기 수신된 위성 신호를 상기 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열에 대응하여 변환하는 단계; 상관연산부가, 상기 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열과 상기 변환된 위성 신호의 상호상관 연산을 수행하여 상관값을 산출하는 단계; 및 신호결정부가, 상기 산출된 상관값을 기반으로 상기 신호수신부가 수신한 위성 신호를 분석하여 상기 위성 신호에 대응되는 상기 코드 인덱스를 결정하는 단계;를 포함한다.
실시예에 따르면, 코드 인덱스 할당부가, 상기 복수의 위성에 코드 인덱스를 할당하는 단계는, 상기 위성 검색 후보 리스트에 포함된 복수의 위성의 위성 신호에 대응하는 코드 해상도를 결정하고, 상기 결정된 코드 해상도를 기반으로 상기 코드 인덱스를 할당하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따르면, 복사 코드 생성부가, 상기 복수의 위성에 대응하여 복수의 위성 신호 복사 코드를 생성하고, 상기 생성된 복수의 위성 신호 복사 코드를 기반으로 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 생성하는 단계는, 상기 복수의 위성 각각에 대응하는 한 주기의 위성 신호 복사 코드들을 생성하고, 상기 생성된 한 주기의 위성 신호 복사 코드들을 상기 할당된 코드 인덱스에 순차적으로 인덱싱하여 반복 배열하는 방식으로 상기 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 생성하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 저장되어 상기한 위성항법 신호획득방법 중 어느 하나를 컴퓨터에서 실행시킨다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 위성항법 신호획득장치 및 방법을 적용함으로써, 검색 하고자 하는 위성의 코드 위상 단위와 검색하고자 하는 위성의 위성에 대한 코드 인덱스를 설정하여 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 생성하고, 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 기반으로 수신 신호를 변환하여 두 신호의 상관을 통해 복수개의 위성 신호를 동시에 획득하고 신호 획득 결과의 코드 인덱스를 통해 위성 번호와 코드 위상을 결정함으로써 고속으로 다중 위성 신호를 획득할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 위성항법 신호획득장치 및 방법을 적용함으로써, 한 개의 상관기에서 복수개의 위성 신호를 획득할 수 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 종래의 단일 위성 신호 검색을 위한 고속 푸리에 변환 기반 상호상관방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성항법 신호획득시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성항법 신호획득장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성항법 신호획득장치에 의하여 수행되는 다중 위성 신호 검색을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성항법 신호획득장치에 의하여 수신되는 위성 신호와 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 기반으로 변환된 위성 신호를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성항법 신호획득장치에 의하여 생성되는 복사 코드들과 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성항법 신호획득장치가 획득한 다중 위성 신호에 대한 신호 획득 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성항법 신호획득방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “가진다”, “가질 수 있다”, “포함한다” 또는 “포함할 수 있다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소 들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있으며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터 구조들 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다.
도 1은 종래의 단일 위성 신호 검색을 위한 고속 푸리에 변환 기반 상호상관방식을 설명하기 위한 도면이다.
보다 상세하게는, 도 1은 종래 단일 위성 신호 검색을 위한 FFT 기반 상호상관기를 이용한 신호 획득 방법을 설명하기 위한 도면이다. 종래의 위성항법 신호획득장치는 수신되는 위성 신호를 입력으로 하여, 입력 신호의 주파수(중간 주파수 및 도플러)를 제거할 수 있다. 종래의 위성항법 신호획득장치는 기저대역으로 옮겨진 신호에 대해 FFT를 수행할 수 있다. 종래의 위성항법 신호획득장치는 1개의 코드 인덱스에 해당하는 복사 코드를 생성하고, FFT 및 컨쥬게이트를 수행할 수 있다. 종래의 위성항법 신호획득장치는 수신 신호(기저대역으로 변경 후 FFT 수행한 수신 신호)와 복사 코드(FFT 및 컨쥬게이트 수행한 복사 코드)간 원소곱을 수행하고, IFFT를 수행할 수 있다. 종래의 위성항법 신호획득장치는 상호상관값을 계산하고, 기준값 이상의 상호상관값이 있는 경우에 코드 인덱스와 코드 위상을 결정할 수 있다. 종래의 위성항법 신호획득장치는 기준값 이상의 상호상관값이 없으면, 검색 주파수를 순차적으로 변경해가며 계속해서 위성 신호를 탐색할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성항법 신호획득시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 위성항법 신호획득시스템(10)은 위성항법 신호획득장치(100) 및 위성항법 수신기(200)를 포함할 수 있다.
위성항법 신호획득장치(100)는 도 3 이하를 통하여 상세히 설명한다.
위성항법 수신기(200)는 다중 위성 항법 시스템으로부터 복수의 위성 신호를 수신하고, 위성항법 신호획득장치(100)로 수신한 복수의 위성 신호를 송신할 수 있다. 보다 상세하게는, 위성항법 수신기(200)는 위성항법 신호획득장치(100)에 포함된 후술될 신호수신부(130)로 수신한 복수의 위성 신호를 송신할 수 있다.
다중 위성 항법 시스템은 GNSS(Global Navigation Satellite System) 또는 RNSS(Regional Navigation Satellite System: 지역 위성 항법 시스템)일 수 있다.
위성항법 수신기(200)가 수신하는 위성 신호는 GPS(Global Positioning System) 코드 신호, BeiDou 코드 신호, GLONASS(Global orbiting navigation satellite system) 코드 신호, Galileo 코드 신호, 일본 QZSS 코드 신호 및 인도 NAVIC 코드 신호 가운데 어느 하나의 위성 신호일 수 있다.
도 2에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 위성항법 신호획득시스템(10)과 연결된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다수의 위성 신호를 동시에 획득하는 위성항법 신호획득장치 및 방법(이하, 위성항법 신호획득장치 및 방법)의 다양한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
본 명세서에 기재된 실시예들은 위성항법 시스템 및 위성항법 수신기 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, GNSS(Global Navigation Satellite System) 수신기에 적용될 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성항법 신호획득장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3를 참조하면, 위성항법 신호획득장치(100)은 코드 인덱스 할당부(110), 복사 코드 생성부(120), 신호 수신부(130), 주파수 옵셋 제거부(140), 신호 변환부(150), 상관연산부(160) 및 신호 결정부(170)를 포함할 수 있다.
코드 인덱스 할당부(110)는 복수의 위성에 대한 정보가 포함된 위성 검색 후보 리스트를 외부로부터 수신하고, 위성 검색 후보 리스트에 대응하여 복수의 위성에 코드 인덱스를 할당할 수 있다. 위성 검색 후보 리스트는 GNSS 신호에 대한 정보를 포함할 수 있다. GNSS 신호는 GPS(Global Positioning System) 코드 신호, GLONASS 코드 신호, BeiDou 코드 신호, QZSS 코드 신호, NAVIC 코드 신호 또는 Galileo 코드 신호일 수 있다.
위성항법 신호획득장치(100)의 사용자 및 운용자(이하, 사용자 및 운용자)는 위성 검색 후보 리스트를 코드 인덱스 할당부(110)에 입력할 수 있다. 사용자 및 운용자는 복수의 위성에 대한 정보가 포함된 위성 검색 후보 리스트를 코드 인덱스 할당부(110)에 입력할 수 있다.
사용자 및 운용자는 코드 인덱스 할당부(110)에 복수의 인공위성들에 대한 궤도정보(예를 들어, Almanac 정보)를 입력할 수 있다. 이 경우, 코드 인덱스 할당부(110)는 입력된 궤도정보에 포함된 위성들 중에서 고각이 높은 순서대로 위성 검색 후보 리스트를 생성할 수 있다.
코드 인덱스 할당부(110)는 위성 검색 후보 리스트에 포함된 복수의 위성의 위성 신호에 대응하는 코드 해상도를 결정하고, 결정된 코드 해상도를 기반으로 코드 인덱스를 할당할 수 있다.
예를 들어, 수신한 위성 검색 후보 리스트 중에서 GPS L1 C/A코드 신호의 경우 ½ 칩(chip) 단위를 코드 해상도로 결정할 수 있고, Galileo E1 BOC 코드 신호의 경우 ¼ 칩(chip) 단위를 코드 해상도로 결정할 수 있다. 위성항법 신호획득장치(100)는 결정된 코드 해상도를 단위로 위성 신호 검색을 수행할 수 있다.
코드 인덱스 할당부(110)는 수신된 위성 검색 후보 리스트와 결정된 코드 해상도를 이용하여 위성 신호 코드 인덱스를 선택할 수 있다. 코드 인덱스 할당부(110)는 샘플링 주파수 기준 한 칩(chip)에 들어가는 샘플 개수에 따라서 위성 코드 인덱스를 결정할 수 있다.
예를 들어, 한 칩(chip)에 16개 샘플이 들어 있는 경우에, ½ 칩(chip) 단위로 검색하면, ½ 칩에 해당하는 8개의 샘플에 각각 다른 위성 코드 인덱스를 할당할 수 있다.
복사 코드 생성부(120)는 복수의 위성에 대응하여 복수의 위성 신호 복사 코드를 생성하고, 생성된 복수의 위성 신호 복사 코드를 기반으로 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 생성할 수 있다. 복사 코드 생성부(120)는 복수의 위성 각각에 대응하는 한 주기의 위성 신호 복사 코드들을 생성할 수 있다. 복사 코드 생성부(120)는 생성된 한 주기의 위성 신호 복사 코드들을 할당된 코드 인덱스에 순차적으로 인덱싱하여 반복 배열하는 방식으로 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 생성할 수 있다.
복사 코드 생성부(120)는 코드 인덱스 할당부(110)가 선택한 N(N은 자연수)개의 코드 인덱스에 해당하는 위성 신호 복사 코드를 생성할 수 있다.
복사 코드 생성부(120)는 위성 검색 후보에 대한 복사 코드를 생성하는 단계로 각각의 위성의 한 주기 코드를 생성할 수 있다. 예를 들어, GPS L1 C/A 코드의 경우 1.023MHz 칩핑률(Chipping rate)로 1ms 주기를 가지므로 한 주기에 해당하는 코드는 1023개가 될 수 있다.
복사 코드 생성부(120)는 생성된 N개의 위성 신호 복사 코드로부터 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 생성할 수 있다. 복사 코드 생성부(120)가 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 생성하는 것은 복사 코드 생성부(120)가 생성한 위성 검색 후보 각각의 한 주기 위성 코드들을 코드 인덱스 할당부(110)에서 설정한 코드 인덱스에 차례대로 인덱싱하여 배열하는 것일 수 있다.
다중 위성 신호 복사 코드 배열은 복수의 위성 신호 복사 코드를 하나의 복사 코드로 나타낸 것일 수 있다. 다중 위성 신호 복사 코드 배열은 복수의 위성 신호 복사 코드에 대한 정보를 하나의 복사 코드로 표현한 것일 수 있다. 다중 위성 신호 복사 코드 배열은 복수의 위성 신호 복사 코드에 포함된 코드값들을 포함할 수 있다.
예를 들어, 위성 검색 후보 위성이 1번 위성부터 8번 위성까지 있고, 위성 코드 한 칩에 16개의 샘플이 있고, 코드 인덱스 할당부(110)에 의하여 결정된 코드 해상도 단위가 ½chip 단위인 경우, 1번 위성 부터 8번 위성 각각에 대해 1 chip당 2개 샘플이 맵핑되는데, 16개 인덱스에 ½칩단위로 인덱싱되므로 복사 코드 생성부(120)는 1번 위성을 0번과 8번 샘플 인덱스에 맵핑시키고, 2번 위성은 1번과 9번 샘플 인덱스에 맵핑시키고, 3번 위성은 2번과 10번 샘플 인덱스에 맵핑시키고, 4번 위성은 3번과 11번 샘플 인덱스에 맵핑시키고, 5번 위성은 4번 샘플과 12번 샘플 인덱스에 맵핑시키고, 6번 위성은 5번 샘플과 13번 샘플 인덱스에 맵핑시키고, 7번 위성은 6번 샘플과 14번 샘플 인덱스에 맵핑시키고, 8번 위성은 7번 샘플과 15번 샘플 인덱스에 맵핑시키는 방식으로 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 생성할 수 있다.
또 다른 예를 들면, 위성 검색 후보 위성이 1번 위성부터 8번 위성까지 있고, 위성 코드 한 칩에 16개의 샘플이 있고, 코드 인덱스 할당부(110)에 의하여 결정된 코드 해상도 단위가 1/4 chip 단위인 경우, 1번 위성 부터 8번 위성 각각에 대해 1 chip당 4개 샘플이 맵핑될 수 있다.
따라서, 한 번에 검색할 수 있는 위성의 개수는 4개가 되므로, 코드 인덱스 할당부(110)는 복수의 인공위성들에 대한 궤도정보(예를 들어, Almanac 정보)를 기반으로 1번 위성부터 8번 위성 중 고각이 높은 위성 4개를 최우선 후보 위성으로 결정할 수 있다. 코드 인덱스 할당부(110)에 의하여 결정된 최우선 후보 위성이 1번 위성부터 4번 위성이라면, 복사 코드 생성부(120)는 1번 위성을 0번, 4번, 8번, 12번 샘플 인덱스에 맵핑시키고, 2번 위성은 1번, 5번, 9번, 13번 샘플 인덱스에 맵핑시키고, 3번 위성은 2번, 6번, 10번, 14번 샘플 인덱스 맵핑시키고, 4번 위성은 3번, 7번, 11번, 15번 샘플 인덱스에 맵핑시키는 방식으로 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 생성할 수 있다.
신호 수신부(130)는 외부로부터 위성 신호를 수신할 수 있다. 신호 수신부(130)는 외부로부터 위성 신호를 직접 수신할 수 있고, 위성항법 신호획득장치(100)가 위성항법 시스템 또는 위성항법 수신기에 적용되는 경우, 위성항법 시스템 또는 위성항법 수신기가 수신한 위성 신호를 전달받을 수도 있다.
신호 수신부(130)에 의하여 수신되는 위성 신호는 무선 주파수 프론트 엔드(RF Front End)로부터 IF(Intermediate Frequency, 중간 주파수) 주파수로 변환 후 ADC로 샘플링된 디지털 IF 신호일 수 있다. 신호 수신부(130)는 수신된 디지털 IF 신호를 처리 샘플 수만큼 위성항법 신호획득장치(100)에 포함된 메모리(미도시)에 저장할 수 있다.
예를 들어, GPS L1 C/A 코드의 신호 획득을 한다고 하면, 신호 수신부(130)는 C/A 코드 한 주기인 1ms의 배수로 처리 샘플 시간을 설정해 디지털 IF 위성 신호를 메모리에 저장할 수 있다.
주파수 옵셋 제거부(140)는 신호수신부(130)가 수신한 위성 신호의 중간주파수와 도플러 주파수를 포함하는 주파수 옵셋을 제거할 수 있다. 주파수 옵셋 제거부(140)는 메모리에 저장된 디지털 IF 신호에 대해 IF (Intermediate Frequency, 중간 주파수) 주파수 및 도플러 주파수에 해당하는 주파수 옵셋을 제거할 수 있다.
IF 주파수는 무선 주파수 프론트 엔드에서 결정되는 고정 주파수일 수 있다.
도플러 주파수는 위성과 사용자 및 운용자간의 상대적인 움직임에 의해 발생되는데 정적 사용자의 경우 ±(5~5.5)KHz, 동적 사용자의 경우 ±(10~10.5)KHz 일 수 있다. 주파수 옵셋 제거부(140)에 의하여 제거되는 주파수 옵셋의 범위는 로컬 클럭의 정확도에 의해서 발생하는 도플러 주파수를 고려하여 결정될 수 있다.
위성항법 신호획득장치(100)는 코드영역에서의 신호 획득을 수행하기 전에 주파수 옵셋을 제거 후 코드영역에서의 검색을 수행하여 신호를 획득할 수 있다.
주파수 옵셋 제거부(140)가 수행하는 주파수 옵셋 동작은 메모리에 저장된 디지털 IF 신호에 주파수 옵셋에 해당하는 삼각함수값(예를 들어, cos 값 또는 sin 값)을 곱하여 신호를 완전한 기저 대역 신호로 변환하는 과정일 수 있다.
위성항법 신호획득장치(100)는 일반적으로 주파수 옵셋을 정확히 알 수 없기 때문에 주파수 옵셋 범위 내에서 특정 주파수 검색 단위(일반적으로, 1ms 처리시 500Hz 단위)로 주파수 옵셋을 변경해가며 코드 영역에서의 신호 검색을 수행할 수 있다.
신호 변환부(150)는 수신된 위성 신호를 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열에 대응하여 변환할 수 있다. 신호 변환부(150)는 주파수 옵셋이 제거된 위성 신호에 대하여 결정된 코드 해상도 단위 샘플을 제외한 나머지 신호를 '0'으로 설정하는 방식으로 변환할 수 있다. 신호 변환부(150)는 주파수 옵셋 제거부(140)에 의하여 주파수 옵셋이 제거된 위성 신호를 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열에 대응하여 변환할 수 있다.
신호 변환부(150)에 의하여 수행되는 다중 위성 신호 복사 코드 배열 기반 신호변환은 주파수 옵셋이 제거된 기저대역 신호 샘플을 복사 코드 생성부(120)에서 생성한 다중 위성신호 복사 코드의 샘플 인덱스와 맞춰주기 위해 기저대역 신호를 설정된 코드 해상도 단위 샘플에 대해서만 신호를 유지시키고 나머지는 0으로 설정하는 형태(Comb Type)로 신호를 변환할 수 있다.
예를 들어, 반 칩 단위로 검색 설정이 된 경우는 반 칩 단위의 샘플에서만 신호를 유지하고 나머지 샘플은 0으로 설정할 수 있다.
실시예에 따르면, 신호 변환부(150)는 신호수신부(130)로부터 코드 인덱스 할당부(110)에 의하여 결정된 기준 개수만큼 위성 신호를 수신하여 신호 변환을 수행한 경우, 신호결정부(170)가 코드 인덱스를 결정하는 동작을 수행 완료할 때까지 신호수신부(130)가 추가적으로 위성 신호를 수신하지 않도록 제어하는 제어 명령을 송신할 수 있고, 이에 대응하여, 신호수신부(130)는, 신호 변환부(150)로부터 제어명령을 수신한 경우, 위성항법 수신기(200)가 추가적으로 위성 신호를 수신하지 않도록 위성항법 수신기(200)를 제어할 수 있다.
신호 변환부(150)가 위성항법 수신기(200) 및 신호수신부(130)를 통하여 계속적으로 수신되는 위성 신호를 모두 변환하여, 위성항법 신호획득장치(100)에서 수행되는 일련의 프로세스에 장애를 야기시키는 것을 방지하기 위함이다.
코드 인덱스 할당부(110)는 위성 검색 후보 리스트에 포함된 복수의 위성의 개수를 기반으로 기준 개수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 위성 검색 후보 리스트에 포함된 복수의 위성의 개수가 8개 인경우, 코드 인덱스 할당부(110)는 기준 개수를 8개로 결정할 수 있다.
상관연산부(160)는 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열과 변환된 위성 신호의 상호상관 연산을 수행할 수 있다.
상관연산부(160)는 복사 코드 생성부(120)가 생성한 다중 위성 신호 복사 코드 배열과 신호 변환부(150)가 변환한 수신 신호를 이용하여 상호상관 연산을 수행할 수 있다.
상호상관 연산은 미리 알려진 다양한 방식으로 수행될 수 있다.
상관연산부(160)는 시간영역에서의 상호상관방식과 주파수영역에서의 상호상관방식을 모두 이용가능하며, 하기 <수학식 1>은 상관연산부(160)가 이용 가능한 시간영역에서의 상관과 주파수영역에서의 상관 수식을 나타낸다.
Figure 112022067988039-pat00001
여기서, z(n)은 시간영역에서의 상호상관 연산 결과를 나타낼 수 있고, x(m)은 양자화된 수신 입력 신호를 나타낼 수 있고, h(n)은 복사 신호를 나타낼 수 있고, Z(k)는 주파수 영역에서의 상호상관 결과를 나타낼 수 있고, H*(k)는 주파수 영역으로 변환된 h(n) 신호의 컨쥬게이트를 나타낼 수 있고, X(k)는 주파수 영역으로 변환된 x(m) 신호를 나타낼 수 있고, m는 수신 신호의 샘플 인덱스를 나타낼 수 있고, n은 복사 신호의 샘플 인덱스를 나타낼 수 있고, k는 주파수 영역에서의 인덱스를 나타낼 수 있다.
시간영역에서의 상관연산은 왼쪽 수식으로 표현될 수 있으며, 입력 신호와 복사신호간의 곱의 합으로 표현될 수 있다. 이와 동일한 결과를 얻기 위해 오른쪽 수식인 주파수 영역에서는 복사 신호를 FFT한 결과의 컨쥬게이트한 값을 입력신호의 FFT 결과와 곱한 후 IFFT를 수행하면 시간영역에의 상관 결과와 동일한 결과를 얻을 수 있다.
예를 들어, 1 chip에 16개 샘플이 있고 ½chip 단위로 코드 검색을 설정 하였을 때, 신호 변환부(150)에 의하여 변환된 신호와 복사 코드 생성부(120)에서 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열 간의 상관연산을 수식으로 나타내면 하기 <수학식 2>와 같을 수 있다.
½ 칩(chip) 단위의 코드 해상도에 8개의 prn(Pseudo random noise, 이하 prn)에 해당하는 다중 위성 신호 복사 코드 배열과 주파수옵셋이 제거되고 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 기반으로 신호 변환된 수신 신호와의 상호상관연산을 수식으로 정리하면 하기 <수학식 2>와 같을 수 있다.
Figure 112022067988039-pat00002
Figure 112022067988039-pat00003
여기서, Z8m, i(n)는 i번째 단일 위성의 인덱싱된 복사 코드와 입력 신호간의 상관 결과를 나타낼 수 있고, xcomb-type(8m)(m)은 다중 위성신호 복사 코드 배열기반으로 변환된 수신 신호를 나타낼 수 있고, hcomb-type(8m+i)(prn(i+1))(n+m)은 i번째 단일 위성의 인덱싱된 복사 코드를 나타낼 수 있고, hmulti_sat_replica_code_array(n+m)는 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 나타낼 수 있고, m은 수신 신호의 샘플 인덱스를 의미할 수 있고, n은 복사 신호의 샘플 인덱스를 의미할 수 있다.
상관연산부(160)는 상기 <수학식 2>처럼 입력신호
Figure 112022067988039-pat00004
와 8개의 위성 신호로 구성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열
Figure 112022067988039-pat00005
를 <수학식 1>처럼 상호상관 연산을 수행하여 전체 8개 위성에 대해 ½chip 단위의 상관 결과를 얻을 수 있다.
하기 <수학식 3>은 각각의 prn에 대한 위성의 상관 결과 예시를 나타낸 것으로 정확히 1/2chip 단위에서만 상관값이 나오게 되고, 위성마다 상관 결과가 발생하는 샘플 인덱스가 다르다는 것을 보여주고 있다. 따라서, 다중 위성의 상호 상관 결과가 합쳐져서 계산되어도 무방함을 알 수 있다.
Figure 112022067988039-pat00006
xcomb-type(8m)(m)은 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 기반으로 변환된 수신 신호를 나타낼 수 있고, hcomb-type(8m, 0)(prn1))(n+m)은 0번째 단일 위성의 인덱싱된 복사 코드를 나타낼 수 있고, hcomb-type(8m, 1)(prn2))(n+m)은 1번째 단일 위성의 인덱싱된 복사 코드를 나타낼 수 있고, hcomb-type(8m, 2)(prn3))(n+m)은 2번째 단일 위성의 인덱싱된 복사 코드를 나타낼 수 있고, hcomb-type(8m, 3)(prn4))(n+m)은 3번째 단일 위성의 인덱싱된 복사 코드를 나타낼 수 있고, hcomb-type(8m, 4)(prn5))(n+m)은 4번째 단일 위성의 인덱싱된 복사 코드를 나타낼 수 있고, hcomb-type(8m, 5)(prn6))(n+m)은 5번째 단일 위성의 인덱싱된 복사 코드를 나타낼 수 있고, hcomb-type(8m, 6)(prn7))(n+m)은 6번째 단일 위성의 인덱싱된 복사 코드를 나타낼 수 있고, hcomb-type(8m, 7)(prn8))(n+m)은 7번째 단일 위성의 인덱싱된 복사 코드를 나타낼 수 있고, Z8m,0(n)은 0번째 단일 위성의 인덱싱된 복사 코드와 입력 신호간의 상관 결과를 나타낼 수 있고, Z8m,1(n)은 1번째 단일 위성의 인덱싱된 복사 코드와 입력 신호간의 상관 결과를 나타낼 수 있고, Z8m,2(n)은 2번째 단일 위성의 인덱싱된 복사 코드와 입력 신호간의 상관 결과를 나타낼 수 있고, Z8m,3(n)은 3번째 단일 위성의 인덱싱된 복사 코드와 입력 신호간의 상관 결과를 나타낼 수 있고, Z8m,4(n)은 4번째 단일 위성의 인덱싱된 복사 코드와 입력 신호간의 상관 결과를 나타낼 수 있고, Z8m,5(n)은 5번째 단일 위성의 인덱싱된 복사 코드와 입력 신호간의 상관 결과를 나타낼 수 있고, Z8m,6(n)은 6번째 단일 위성의 인덱싱된 복사 코드와 입력 신호간의 상관 결과를 나타낼 수 있고, Z8m,7(n)은 7번째 단일 위성의 인덱싱된 복사 코드와 입력 신호간의 상관 결과를 나타낼 수 있다.
상기 <수학식 3>에 실제 샘플을 적용하여 계산한 수식은 아래와 같을 수 있다.
위 수식에 실제 샘플을 적용하여 계산한 수식의 예는 아래와 같다.
0번째 위성의 인덱싱된 복사 코드와 입력 신호간의 상관결과는 아래와 같을 수 있다.
Figure 112022067988039-pat00007
1번째 위성의 인덱싱된 복사 코드와 입력 신호간의 상관결과는 아래와 같을 수 있다.
Figure 112022067988039-pat00008
2번째 위성의 인덱싱된 복사 코드와 입력 신호간의 상관결과는 아래와 같을 수 있다.
Figure 112022067988039-pat00009
3번째 위성의 인덱싱된 복사 코드와 입력 신호간의 상관결과는 아래와 같을 수 있다.
Figure 112022067988039-pat00010
4번째 위성의 인덱싱된 복사 코드와 입력 신호간의 상관결과는 아래와 같을 수 있다.
Figure 112022067988039-pat00011
5번째 위성의 인덱싱된 복사 코드와 입력 신호간의 상관결과는 아래와 같을 수 있다.
Figure 112022067988039-pat00012
6번째 위성의 인덱싱된 복사 코드와 입력 신호간의 상관결과는 아래와 같을 수 있다.
Figure 112022067988039-pat00013
7번째 위성의 인덱싱된 복사 코드와 입력 신호간의 상관결과는 아래와 같을 수 있다.
Figure 112022067988039-pat00014
신호 결정부(170)는 산출된 상관값을 기반으로 신호수신부가 수신한 위성 신호를 분석하여 위성 신호에 대응되는 코드 인덱스를 결정할 수 있다. 신호 결정부(170)는 산출된 상관값이 미리 결정된 신호 획득 임계값 이상인 경우에 신호 수신부(130)가 수신한 위성 신호를 분석하여 위성 신호에 대응되는 코드 인덱스를 결정할 수 있다. 신호 결정부(170)는 위성 신호에 대응되는 코드 인덱스를 결정하는 방식으로 위성 신호를 구분할 수 있다.
미리 결정된 신호 획득 임계값은 다양한 방식으로 결정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 미리 결정된 신호 획득 임계값은 최대상관값과 최대상관값이 나오는 주변 값(한 칩 이내의 값)을 제외한 평균 신호 파워 비율일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 미리 결정된 신호 획득 임계값은 최대상관값과 최대상관값이 나오는 주변 값(한 칩 이내의 값)을 제외한 두번째 크기의 상관값의 비율일 수 있다.
신호 결정부(170)는 신호 획득 조건 충족 여부를 판단할 수 있다. 신호 획득 조건 충족 여부는 산출된 상관값이 미리 결정된 신호 획득 임계값 이상인지 여부를 판단하는 방식으로 판단될 수 있다. 신호 결정부(170)는 신호 획득 조건을 충족하는지 아닌지를 판단해 충족하는 경우 최종적으로 신호 획득의 위성을 구분을 수행하고, 충족 하지 못하는 경우 다시 처음으로 돌아가 이전 과정을 반복 수행할 수 있다.
신호 결정부(170)는 결정된 코드 해상도와 코드 해상도에 대응되는 샘플의 수를 기반으로 위성 신호에 대응되는 코드 인덱스를 결정할 수 있다.
신호 결정부(170)는 신호 수신부(130)로부터 수신된 다중 위성 신호에 대한 코드 인덱스와 코드 위상을 결정할 수 있다.
신호 결정부(170)에 의하여 수행되는 코드 해상도와 다중 위성 신호 코드 인덱스를 기반으로 하는 위성 신호 판별은 신호 획득 조건을 충족하는 신호의 발생 인덱스에 대해서 각각의 인덱스에 대해 위성 번호를 맵핑시켜 위성 신호를 구분하는 것일 수 있다. 위성 신호 판별 인덱스는 코드 해상도와 해상도 안 샘플 수에 의해 결정될 수 있다.
예를 들어, 반 칩 단위 검색을 수행하고 하고 반 칩당 8개의 샘플이 있는 경우 신호가 발생한 인덱스를 8로 나눈 나머지에 따라 위성을 구분할 수 있다. 만약, 여러 개의 위성 신호가 있을 경우 여러 인덱스에서 임계치가 높은 신호가 발생할 수도 있다.
Figure 112022067988039-pat00015
여기서, rem(max_corr_index,8)은 임계치 이상의 최대 상관값의 샘플 인덱스를 8로 나눈 나머지값 반환 함수를 나타낼 수 있고, prn 1은 코드 인덱스가 0으로 결정된 prn 신호이고, prn 2는 코드 인덱스가 1로 결정된 prn 신호이고, prn 3은 코드 인덱스가 2로 결정된 prn 신호이고, prn 4는 코드 인덱스가 3으로 결정된 prn 신호이고, prn 5는 코드 인덱스가 4로 결정된 prn 신호이고, prn 6은 코드 인덱스가 5로 결정된 prn 신호이고, prn 7은 코드 인덱스가 6으로 결정된 prn 신호이고, prn 8은 코드 인덱스가 7로 결정된 prn 신호이다.
도 3에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 위성항법 신호획득장치(100)와 연결된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성항법 신호획득장치에 의하여 수행되는 다중 위성 신호 검색을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 코드 인덱스 할당부(110)는 탐색하고자 하는 위성 신호 코드 인덱스를 선택하고, 각 코드 인덱스에 대한 코드 해상도를 선택할 수 있다.
복사 코드 생성부(120)는 선택된 위성 신호 코드 인덱스에 대응하여 위성 신호의 복사 코드(203, 204, ... ,205)를 생성할 수 있다. 복사 코드 생성부(120)는 각 위성 신호의 복사 코드를 기반으로 위성 신호 코드 인덱스와 코드 해상도에 대응하여 다중 위성 신호 복사 코드 배열(206)로 변경하여 생성할 수 있다.
신호 수신부(130)가 위성 신호(201)를 수신하면, 주파수 옵셋 제거부(140)는 수신되는 위성 신호의 주파수(중간 주파수 및 도플러)를 제거할 수 있다.
신호 변환부(150)는 이와 같이 기저대역으로 옮겨진 신호에 대해 다중 위성 신호 복사 코드 배열에 맞춰서 수신 신호를 변환할 수 있다.
상관연산부(160)는 앞서 생성한 다중 위성 신호 복사 코드 배열과 변환된 수신 신호에 대한 상호상관 연산을 수행할 수 있고, 상호상관값을 계산하여 산출할 수 있다.
신호 결정부(170)는 산출된 상관값을 이용하여 신호 획득 조건과 비교 분석할 수 있다. 산출된 상관값이 신호 획득 조건을 충족하면, 다중 위성 신호의 코드 인덱스와 코드 위상을 결정할 수 있다.
도 4에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 위성항법 신호획득장치(100)와 연결된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성항법 신호획득장치에 의하여 수신되는 위성 신호와 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 기반으로 변환된 위성 신호를 나타내는 도면이다.
도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른, 신호 수신부(130)가 수신한 위성 신호(201)를 나타내는 도면이다.
도 5의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른, 신호 변환부(150)가 다중 위성 신호 복사 코드 배열(206)에 대응하여 변환한 위성 신호(202)를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성항법 신호획득장치에 의하여 생성되는 복사 코드들과 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 나타내는 도면이다.
도 6의 (a), (b) 및 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 복사 코드 생성부(120)에 의하여 생성된 위성 신호의 복사 코드들(203, 204, 205)을 나타내는 도면이다. 도 4 및 도 6에는 복사 코드 생성부(120)에 의하여 생성된 위성 신호의 복사 코드들(203, 204, 205)이 3개 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 복사 코드 생성부(120)가 생성할 수 있는 위성 신호의 복사 코드의 수는 2개 이상의 임의의 자연수일 수 있다.
도 6의 (d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 복사 코드 생성부(120)에 의하여 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열(206)를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성항법 신호획득장치가 획득한 다중 위성 신호에 대한 신호 획득 상호상관 연산결과를 나타내는 도면이다.
도 7의 (a)는 <수학식 4>의 예시에서 prn 1번 위성 신호만이 신호 수신부(130)에 수신된 경우에 대한 상호상관 연산결과를 나타내는 도면이다.
도 7의 (b)는 <수학식 4>의 예시에서 prn 8번 위성 신호만이 신호 수신부(130)에 수신된 경우에 대한 상호상관 연산결과를 나타내는 도면이다.
도 7의 (c)는 <수학식 4>의 예시에서 prn 1번 위성 신호 및 prn 4번 위성신호가 신호 수신부(130)에 수신된 경우에 대한 결과를 나타내는 도면이다.
도 7의 (d)는 <수학식 4>의 예시에서 prn 1번에서부터 8번 위성까지 신호 모두가 신호 수신부(130)에 수신된 경우에 대한 상호상관 연산결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성항법 신호획득방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
S701 단계에서, 코드 인덱스 할당부(110)가, 복수의 위성에 대한 정보가 포함된 위성 검색 후보 리스트를 외부로부터 수신하고, 상기 위성 검색 후보 리스트에 대응하여 상기 복수의 위성에 코드 인덱스를 할당할 수 있다.
S702 단계에서, 복사 코드 생성부(120)가, 상기 복수의 위성에 대응하여 복수의 위성 신호 복사 코드를 생성하고, 상기 생성된 복수의 위성 신호 복사 코드를 기반으로 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 생성할 수 있다.
S703 단계에서, 신호수신부(130)가, 외부로부터 위성 신호를 수신할 수 있다.
S704 단계에서, 신호변환부(150)가, 상기 수신된 위성 신호를 상기 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열에 대응하여 변환할 수 있다.
S705 단계에서, 상관연산부(160)가, 상기 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열과 상기 변환된 위성 신호의 상호상관 연산을 수행하여 상관값을 산출할 수 있다.
S706 단계에서, 신호결정부(170)가, 상기 산출된 상관값을 기반으로 상기 신호수신부(130)가 수신한 위성 신호를 분석하여 상기 위성 신호에 대응되는 상기 코드 인덱스를 결정할 수 있다.
도 8에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 8에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
본 출원은 컴퓨터 저장 매체도 제공한다. 컴퓨터 저장 매체에는 프로그램 명령이 저장되어 있고, 프로세서에 의해 프로그램 명령이 실행되면, 상술한 위성항법 신호획득방법이 실현된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 저장 매체는 U디스크, SD카드, PD광학 드라이브, 모바일 하드 디스크, 대용량 플로피 드라이브, 플래시 메모리, 멀티미디어 메모리 카드, 서버 등일 수 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 다중 위성 신호 복사 코드 배열 생성 시 코드 위상 해상도를 조절함으로써 각 위성 신호에 대해 서로 다른 해상도를 갖고 코드 위상을 추정할 수 있다. 따라서, 높은 또는 낮은 해상도의 코드 위상을 요구하는 위성 신호에 대해 복사 코드 생성 및 수신 신호 변환 시 이를 반영하여 해상도를 높이거나 또는 낮출 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록 매체로서는 자기기록매체, 광 기록매체 등이 포함될 수 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 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 위성항법 신호획득시스템
100: 위성항법 신호획득장치
110: 코드 인덱스 할당부
120: 복사 코드 생성부
130: 신호 수신부
140: 주파수 옵셋 제거부
150: 신호 변환부
160: 상관연산부
170: 신호 결정부
200: 위성항법 수신기

Claims (13)

  1. 복수의 위성에 대한 정보가 포함된 위성 검색 후보 리스트를 외부로부터 수신하고, 상기 위성 검색 후보 리스트에 대응하여 상기 복수의 위성에 코드 인덱스를 할당하는 코드 인덱스 할당부;
    상기 복수의 위성에 대응하여 복수의 위성 신호 복사 코드를 각각 생성하고, 상기 생성된 복수의 위성 신호 복사 코드를 기반으로 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 생성하는 복사 코드 생성부;
    외부로부터 위성 신호를 수신하는 신호수신부;
    상기 수신된 위성 신호를 상기 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열에 대응하여 변환하는 신호변환부;
    상기 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열과 상기 변환된 위성 신호의 상호상관 연산을 수행하여 상관값을 산출하는 상관연산부; 및
    상기 산출된 상관값을 기반으로 상기 신호수신부가 수신한 위성 신호를 분석하여 상기 위성 신호에 대응되는 상기 코드 인덱스를 결정하는 신호결정부;를 포함하는 위성항법 신호획득장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코드 인덱스 할당부는,
    상기 위성 검색 후보 리스트에 포함된 복수의 위성의 위성 신호에 대응하는 코드 해상도를 결정하고, 상기 결정된 코드 해상도를 기반으로 상기 코드 인덱스를 할당하는 것을 특징으로 하는 위성항법 신호획득장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복사 코드 생성부는,
    상기 복수의 위성 각각에 대응하는 한 주기의 위성 신호 복사 코드들을 생성하는 것을 특징으로 하는 위성항법 신호획득장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복사 코드 생성부는,
    상기 생성된 한 주기의 위성 신호 복사 코드들을 상기 할당된 코드 인덱스에 순차적으로 인덱싱하여 반복 배열하는 방식으로 상기 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 생성하는 것을 특징으로 하는 위성항법 신호획득장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 신호수신부가 수신한 위성 신호의 중간주파수와 도플러 주파수를 포함하는 주파수 옵셋을 제거하는 주파수 옵셋 제거부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성항법 신호획득장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 신호변환부는,
    상기 주파수 옵셋 제거부에 의하여 주파수 옵셋이 제거된 위성 신호를 상기 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열에 대응하여 변환하는 것을 특징으로 하는 위성항법 신호획득장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 신호변환부는,
    상기 주파수 옵셋이 제거된 위성 신호에 대하여 상기 결정된 코드 해상도 단위 샘플을 제외한 나머지 신호를 '0' 으로 설정하는 방식으로 상기 수신된 위성 신호를 상기 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열에 대응하여 변환하는 것을 특징으로 하는 위성항법 신호획득장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 신호결정부는,
    상기 산출된 상관값이 미리 결정된 신호 획득 임계값 이상인 경우에 상기 신호수신부가 수신한 위성 신호를 분석하여 상기 위성 신호에 대응하는 상기 코드 인덱스를 결정하는 것을 특징으로 하는 위성항법 신호획득장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 신호결정부는,
    상기 결정된 코드 해상도와 상기 코드 해상도에 대응되는 샘플의 수를 기반으로 상기 위성 신호에 대응하는 상기 코드 인덱스를 결정하는 것을 특징으로 하는 위성항법 신호획득장치.
  10. 위성항법 신호획득장치에서 수행되는 위성항법 신호획득방법에 있어서,
    코드 인덱스 할당부가, 복수의 위성에 대한 정보가 포함된 위성 검색 후보 리스트를 외부로부터 수신하고, 상기 위성 검색 후보 리스트에 대응하여 상기 복수의 위성에 코드 인덱스를 할당하는 단계;
    복사 코드 생성부가, 상기 복수의 위성에 대응하여 복수의 위성 신호 복사 코드를 각각 생성하고, 상기 생성된 복수의 위성 신호 복사 코드를 기반으로 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 생성하는 단계;
    신호수신부가, 외부로부터 위성 신호를 수신하는 단계;
    신호변환부가, 상기 수신된 위성 신호를 상기 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열에 대응하여 변환하는 단계;
    상관연산부가, 상기 생성된 다중 위성 신호 복사 코드 배열과 상기 변환된 위성 신호의 상호상관 연산을 수행하여 상관값을 산출하는 단계; 및
    신호결정부가, 상기 산출된 상관값을 기반으로 상기 신호수신부가 수신한 위성 신호를 분석하여 상기 위성 신호에 대응되는 상기 코드 인덱스를 결정하는 단계;를 포함하는 위성항법 신호획득방법.
  11. 제10항에 있어서,
    코드 인덱스 할당부가, 상기 복수의 위성에 코드 인덱스를 할당하는 단계는,
    상기 위성 검색 후보 리스트에 포함된 복수의 위성의 위성 신호에 대응하는 코드 해상도를 결정하고, 상기 결정된 코드 해상도를 기반으로 상기 코드 인덱스를 할당하는 것을 특징으로 하는 위성항법 신호획득방법.
  12. 제11항에 있어서,
    복사 코드 생성부가, 상기 복수의 위성에 대응하여 복수의 위성 신호 복사 코드를 생성하고, 상기 생성된 복수의 위성 신호 복사 코드를 기반으로 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 생성하는 단계는,
    상기 복수의 위성 각각에 대응하는 한 주기의 위성 신호 복사 코드들을 생성하고, 상기 생성된 한 주기의 위성 신호 복사 코드들을 상기 할당된 코드 인덱스에 순차적으로 인덱싱하여 반복 배열하는 방식으로 상기 다중 위성 신호 복사 코드 배열을 생성하는 것을 특징으로 하는 위성항법 신호획득방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 위성항법 신호획득방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위하여 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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