KR102476960B1 - 간섭 소거 기능이 있는 loran 장치 및 관련된 방법을 갖춘 간섭 소거 장치 - Google Patents

간섭 소거 기능이 있는 loran 장치 및 관련된 방법을 갖춘 간섭 소거 장치 Download PDF

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주니어 아담스 윌리엄 씨.
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이글 테크놀로지, 엘엘씨
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Abstract

LORAN 장치는 LORAN 안테나, LORAN 수신기, LORAN 안테나와 LORAN 수신기 사이에서 연장되며 주변 RF 간섭의 영향을 받는 RF 신호 경로, 및 RF 신호 경로에 연결된 주변 RF 간섭 소거기를 포함한다. 주변 RF 간섭 소거기는 감지된 주변 RF 간섭에 기초하여 추정된 주변 RF 간섭 신호를 생성하도록 구성된 주변 RF 간섭 센서와, 주변 RF 간섭 센서와 협동하여 주변 RF 간섭 소거 신호를 감지된 주변 RF 간섭 신호에 기초하여 생성하고 상기 주변 RF 간섭 소거 신호를 RF 신호 경로에 추가하도록 구성된 소거 회로를 포함할 수 있다.

Description

간섭 소거 기능이 있는 LORAN 장치 및 관련된 방법을 갖춘 간섭 소거 장치{LORAN DEVICE WITH INTERFERENCE CANCELLATION AND INTERFERENCE CANCELLER DEVICE WITH RELATED METHODS}
본 개시내용은 내비게이션 및 통신 시스템의 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간섭 감소 및 이와 관련된 방법에 관한 것이다.
LORAN은 레거시 펄스 기반 쌍곡선 항법 시스템이다. 관련된 eLORAN은 많은 개선 사항을 포하고 있는 현대화된 펄스 기반 항법 시스템이다. eLORAN은 전파 변칙(propagation anomaly)에 대한 교정을 전달하는 데이터 채널을 포함할 수있다. eLORAN은 또한 개선된 전송 타이밍, 도착 특징의 시차보다는 도착 시간, 및 기타 새로운 양태들을 포함할 수 있다.
위성 위치 확인 시스템(GPS: Global Positioning System)과 같은 위성 기반 항법 시스템의 등장으로, eLORAN과 같은 지상 기반 항법 시스템에 대한 개발 또는 투자는 최근까지 비교적 적었다. 이러한 시스템에 대한 새로워진 관심이 위성 항법 시스템에 대한 보완책으로서 일어나고 있는데, 특별한 이유로는, 저주파 eLORAN 신호가 상대적으로 높은 주파수의 GPS 신호에 비해 재밍 또는 스푸핑에 덜 취약하기 때문이다. 이렇기 때문에, 특정 응용 분야에서는 eLORAN 안테나 시스템의 더 진전된 개발이 바람직할 수 있다.
지상파 전파(ground wave propagation)를 지원하는 eLORAN의 바람직한 100 kHz 주파수는 인간의 액세서리로부터 전자기 간섭(EMI)을 받기 쉽다. 이러한 EMI는 자동차 점화 시스템, 자동차 교류 발전기, 전력선 결함, 스위칭 전원 공급 장치, 네온사인 등으로 인해 야기될 수 있다. 실제 eLORAN 항법 수신기는 EMI 환경에서 작동할 수 있는 것이 중요하다. EMI는 강한 전계(E field) 성분을 가질 수 있고, 강한 전계 EMI 성분은 일반적으로는 수직으로 분극된다. 일부 EMI는 사실상 펄스형일 수 있다. 또한, EMI는 비히클(vehicle)의 DC 접속구 또는 벽 AC 아웃렛 접속구와 같은 전력 전도체에 전달되는 전도 전류를 포함할 수 있다. 또한 접지 접속구는 EMI 전류를 운반할 수 있다.
EMI와는 달리 자연은 전자기 스펙트럼의 노이즈 소스를 제공할 수 있다. 100 kHz의 바람직한 eLORAN 주파수에서, 번개는 자연 노이즈의 주요 소스이다.
eLORAN 시스템은 여러 플랫폼에서 작동할 수 있으며 그 시스템의 신뢰할 수 있는 기능은 해상, 공중, 및 육지에서의 생명 안전에 매우 중요하다. 이렇기 때문에, eLORAN 수신기에서의 전자기 간섭을 완화시킬 수 있는 것이 중요하다. 신뢰할 수 있는 eLORAN 작동의 중요성을 감안할 때, 전자기 간섭을 제거하는 수단이 필요하다.
일반적으로, LORAN 장치는 LORAN 안테나, LORAN 수신기, LORAN 송신기 안테나와 LORAN 수신기 사이에서 연장되며 주변 RF 간섭의 영향을 받을 수 있는 RF 신호 경로, 및 RF 신호 경로에 연결된 주변 RF 간섭 소거기(canceller)를 포함할 수 있다. 주변 RF 간섭 소거기는 감지된 주변 RF 간섭 신호를 주변 RF 간섭에 기초하여 생성하도록 구성된 주변 RF 간섭 센서와, 소거 회로(cancellation circuitry)를 포함할 수 있다. 소거 회로는 주변 RF 간섭 센서와 협동하여 주변 RF 간섭 소거 신호를 감지된 주변 RF 간섭 신호에 기초하여 생성하고 상기 주변 RF 간섭 소거 신호를 RF 신호 경로에 추가하도록 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 주변 RF 간섭 센서는 주변 RF 간섭 안테나를 포함할 수 있다. LORAN 장치는 또한 LORAN 수신기를 내장하는 하우징과, 하우징에 또한 내장된 RF 간섭 발생 컴포넌트를 포함할 수 있다. 주변 RF 간섭 안테나는 RF 간섭 발생 컴포넌트에 인접하게 위치될 수 있다. 일부 실시형태들에서, LORAN 장치는 LORAN 수신기에 연결된 전력 공급 라인을 더 포함할 수 있고, 주변 RF 간섭 센서는 전력 공급 라인에 연결된 전력 신호 센서를 포함할 수 있다.
또한, 소거 회로는 LORAN 수신 신호에 대한 복수의 채널 가중치와, 감지된 주변 RF 간섭 신호에 대한 복수의 간섭 가중치를 생성하도록 구성되며, 복수의 채널 가중치와 복수의 간섭 가중치에 기초하여 주변 RF 간섭 소거 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 소거 회로는 적어도 추정 역공분산 행렬을 생성함으로써 복수의 채널 가중치 및 복수의 간섭 가중치를 생성하도록 구성될 수 있다. 소거 회로는 LORAN 수신 신호에 있어서 LORAN 펄스 신호 공간 주기 동안 복수의 채널 가중치 및 복수의 간섭 가중치를 생성하도록 구성될 수 있다.
또한, 소거 회로는 적어도 적응식 필터(adaptive filter) 처리를 수행함으로써 주변 RF 간섭 소거 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 감지된 주변 RF 간섭 신호는 LORAN 수신 신호의 주파수 범위를 벗어난 스펙트럼 성분을 포함할 수 있다. LORAN 장치는 RF 신호 경로에 연결된 저역 통과 필터를 더 포함할 수 있다.
다른 양태는, LORAN 안테나, LORAN 수신기, LORAN 안테나와 LORAN 수신기 사이에서 연장되며 주변 RF 간섭의 영향을 받는 RF 신호 경로를 포함하는 LORAN 장치를 위한 주변 RF 간섭 소거기 장치에 관한 것이다. 주변 RF 간섭 소거기 장치는 감지된 주변 RF 간섭 신호를 주변 RF 간섭에 기초하여 생성하도록 구성된 주변 RF 간섭 센서와, 소거 회로를 포함할 수 있다. 소거 회로는 주변 RF 간섭 센서와 협동하여 주변 RF 간섭 소거 신호를 감지된 주변 RF 간섭 신호에 기초하여 생성하고 상기 주변 RF 간섭 소거 신호를 RF 신호 경로에 추가하도록 구성될 수 있다.
다른 양태는, LORAN 안테나, LORAN 수신기, LORAN 안테나와 LORAN 수신기 사이에서 연장되며 주변 RF 간섭의 영향을 받는 RF 신호 경로, 및 RF 신호 경로에 연결된 주변 RF 간섭 소거기를 포함하는 LORAN 장치를 작동하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 감지된 주변 RF 간섭 신호를 주변 RF 간섭에 기초하여 생성하기 위해 주변 RF 간섭 소거기의 주변 RF 간섭 센서를 작동시키는 것을 포함할 수 있다. 본 방법은 또한, 주변 RF 간섭 센서와 협동하여 주변 RF 간섭 소거 신호를 감지된 주변 RF 간섭 신호에 기초하여 생성하고 상기 주변 RF 간섭 소거 신호를 RF 신호 경로에 추가하기 위해, 주변 RF 간섭 소거기의 소거 회로를 작동시키는 것을 포함할 수 있다.
도 1은 본 개시내용에 따른 LORAN 통신 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 LORAN 통신 시스템으로부터의 LORAN 수신기이다.
도 3은 본 개시내용의 제1 실시형태에 따른 LORAN 장치이다.
도 4는 본 개시내용의 제2 실시형태에 따른 LORAN 장치이다.
도 5는 본 개시내용의 제3 실시형태에 따른 주변 RF 간섭 소거기이다.
도 6은 본 개시내용에 따른, 주변 RF 간섭 소거기에 사용되는 적응식 필터링 방법의 개략도이다.
도 7은 본 개시내용에 따른, 주변 RF 간섭 소거기에 사용되는 간섭 소거 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 개시내용의 제4 실시형태에 따른 LORAN 장치이다.
도 9는 본 개시내용의 제5 실시형태에 따른 주변 RF 간섭 소거기이다.
도 10는 본 개시내용의 제6 실시형태에 따른 주변 RF 간섭 소거기이다.
도 11a 및 도 11b는 각각 종래 기술 및 본 개시내용의 실시형태에 따른 LORAN 장치에서의 신호 강도의 다이어그램이다.
도 12는 본 개시내용에 따른, LORAN 장치를 작동하는 방법의 흐름도이다.
이제부터 이하에서는 본 개시내용을 본 개시내용의 몇몇 실시형태가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 개시내용은 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에 기재된 실시형태에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 이들 실시형태들은 본 개시내용이 철저하고 완전하게 되도록 제공되며, 본 개시내용의 범위를 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, 당업자)에게 충분히 전달할 것이다. 동일한 도면 부호는 전체에 걸쳐 동일한 요소를 가리키며, 대안적인 실시형태에서 유사한 요소를 나타내는 데에는 100 단위 도면 부호가 사용된다.
이제는 먼저 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 개시내용에 따른 LORAN 항법 및 통신 시스템(10)을 설명한다. 본 발명의 LORAN 항법 및 통신 시스템(10)은 원하지 않는 전자기 간섭의 제거를 제공할 수 있다. LORAN 항법 및 통신 시스템(10)은 LORAN 브로드캐스트 신호를 전송하도록 구성된 LORAN 브로드캐스트 스테이션(11)을 예시적으로 포함한다.
복수의 GPS 위성(13a 내지 13c)이 LORAN 통신 시스템(10)의 일부는 아니지만 도시되어 있다. 복수의 GPS 위성(13a 내지 13c)으로부터의 GPS 신호의 저출력 및 고주파 특성으로 인해 각각의 GPS 신호는 자연 및 인공 간섭(예를 들어, 스푸핑, 재밍)에 쉽게 영향을 받는다는 것을 이해해야 한다. 이로 인해, 본원에 상세히 설명된 바와 같은 LORAN 항법 및 통신 시스템(10)을 제공하는 것이 도움이 된다.
LORAN 항법 통신 시스템(10)은 복수의 비히클(vehicle)(14a 내지 14b)을 예시적으로 포함한다. 예시된 실시형태에서, 복수의 비히클(14a 내지 14b)은 선박(14a) 및 육상 차량(14b)을 예시적으로 포함한다. 복수의 비히클(14a 내지 14b) 각각은 LORAN 브로드캐스트 신호를 수신하고 처리하도록 구성된 LORAN 수신기(15a 내지 15b)를 예시적으로 포함한다.
각 LORAN 수신기(15a 내지 15b)는 하나 이상의 안테나(16) 및 이에 연결된 LORAN 수신기 회로(17)를 예시적으로 포함한다. LORAN 수신기(15a 내지 15b)는, LORAN 수신기 회로(17)에 연결되며 LORAN 브로드캐스트 신호에 기초하여 위치/위치 데이터를 결정하도록 구성된 프로세서(18)를 예시적으로 포함한다. 안테나(16)라는 용어는 원하는 eLORAN 신호에 우선하여 EMI를 감지하도록 한 목적으로 의도된 EMI 감지 장치를 포함할 수 있는 것으로 이해된다.
당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 안테나(16)는 H-필드 안테나, E-필드 안테나, 또는 둘 다일 수 있다. E-필드 안테나는 전기장에 강한 반응을 보이며, H-필드 안테나는 자기장에 강한 반응을 보인다. 또한, H-필드 안테나는 폐쇄 전기 회로 루프이고, E-필드 안테나는 휘프(whip) 안테나와 같은 개방 전기 회로이다.
알 수 있는 바와 같이, LORAN 통신 시스템(10)의 이 예시적인 구현에서, 이 응용에는 제어식 전자기 간섭(EMI) 환경이 포함된다. 전형적으로, LORAN 수신기(15a 내지 15b)는 모듈식이며, 잠재적인 EMI 소스들과 이격된다.
본 명세서에 언급된 이유들로 인해, 모바일 셀룰러 장치(mobile cellular device) 또는 소형 육상 차량과 같은 다기능 장치에 LORAN 시스템을 배치하고자 하는 요망이 있을 수 있다. 이들 응용 장치에서, LORAN 수신기(15a 내지 15b)는 EMI 소스들과 함께 배치되거나 심지어는 통합될 수 있다. 더욱이, 이들 응용 장치는 LORAN 통신 시스템(10)의 해상 또는 원격 육상 수신지가 아닌 도시 지역(즉, 다수의 EMI 소스 근처)에 위치할 수 있다.
이제 도 3을 참조하여 본 개시내용에 따른 LORAN 장치(120)를 설명하는데, 이 장치는 상기 문제점들에 대한 해결책을 제공할 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, LORAN 장치(120)는 예를 들어 eLORAN 장치, LORAN-A 장치, 및 LORAN-C 장치 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 바꾸어 말하면, 임의의 LORAN 표준이 본원에 개시된 교시와 함께 사용될 수 있다. LORAN과 eLORAN이라는 용어는 본 특허 출원의 문맥, 명세서, 및 청구범위에서 상호 교환적으로 사용될 수 있는 것으로 이해된다.
LORAN 장치(120)는 LORAN 안테나(116), LORAN 수신기(117), 및 LORAN 안테나와 LORAN 수신기 사이에서 연장되며 주변 RF 간섭의 영향을 받는 RF 신호 경로(121a 내지 121b)를 예시적으로 포함한다. 예를 들어, 주변 RF 간섭의 소스(즉, EMI의 소스)는 처리 유닛, 비히클의 교류 발전기, 점화플러그 점화, 스위칭 전원 공급 발진기, 전력선 고장, 모터 정류기, 방풍유리 와이퍼 전기 모터, 공기조화 모터, 조명 장치, 및 디스플레이 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 특히, 비히클의 교류 발전기는 LORAN의 100 kHz 스펙트럼에서 강력한 EMI(일반적으로 교류 발전기 화인 소음(alternator whine)이라 부름)를 생성할 수 있다.
LORAN 장치(120)는 RF 신호 경로(121a 내지 121b)에 연결된 주변 RF 간섭 소거기(122)를 예시적으로 포함한다. 주변 RF 간섭 소거기(122)는 감지된 주변 RF 간섭 신호를 주변 RF 간섭에 기초하여 생성하도록 구성된 주변 RF 간섭 센서(123)와, 소거 회로(124)를 포함한다. 주변 RF 간섭 센서(123)는 일부 실시형태에서는 안테나 및 관련 수신 경로를 포함할 수 있다. 주변 RF 간섭 센서(123)는 변류기, 또는 비히클의 교류 발전기에 근접한 E-필드 안테나를 포함할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 주변 RF 간섭 센서(123)는 근역장 또는 전도성 센서를 포함할 수 있다. 물론, 또 다른 실시형태에서, 주변 RF 간섭 센서(123)는 상이한 유형의 주변 RF 간섭 센서의 다양한 조합을 포함하는 복수의 센서를 포함한다.
소거 회로(124)는 주변 RF 간섭 센서(123)와 협동하여 주변 RF 간섭 소거 신호를 감지된 주변 RF 간섭 신호에 기초하여 생성하고 상기 주변 RF 간섭 소거 신호를 RF 신호 경로(121a 내지 121b)(즉, 제2 부분(121b))에 추가하도록 구성될 수 있다. 즉, 소거 회로(124)는 LORAN 수신 신호에서 주변 RF 간섭을 소거하는 신호를 생성하기 위한 간섭 소거 알고리즘을 실행하도록 구성된다.
LORAN 장치(120)는 LORAN 수신기(117)를 내장하는 하우징(125)과, 하우징에 또한 내장된 RF 간섭 발생 컴포넌트(118)(예를 들어, 도시된 프로세서)를 예시적으로 포함한다. 이 실시형태에서, LORAN 장치(120)는 내부의 컴포넌트들을 위한 공통 하우징을 포함한다. 일부 응용에서, 상기 컴포넌트에는 공통 회로 기판(도 4)이 포함될 수 있다.
다른 실시형태에서, 주변 RF 간섭 소거기(122)는 다수의 LORAN 장치(즉, 블랙 박스 패키지)와의 플러그 앤 플레이 작동을 위한 개별 하우징을 포함할 수 있다. 이들 응용에서, 주변 RF 간섭 소거기(122)는 LORAN 수신기(117)에 연결하기 위한 출력부와, LORAN 안테나(116)에 연결되는 복수의 입력부와, 기타 외부 주변 RF 간섭 센서(도시되지 않음)를 포함하게 될 것이다.
또한, 소거 회로(124)는 LORAN 수신 신호에 대한 복수의 채널 가중치와, 감지된 주변 RF 간섭 신호에 대한 복수의 간섭 가중치를 생성하도록 구성되며, 복수의 채널 가중치와 복수의 간섭 가중치에 기초하여 주변 RF 간섭 소거 신호를 생성하도록 구성된다. 소거 회로(124)는 적어도 추정 역공분산 행렬을 생성함으로써 복수의 채널 가중치 및 복수의 간섭 가중치를 생성하도록 구성된다.
물론, 행렬을 실제로 역변환하는 계산 비용으로 인해, 추정 역공분산 행렬을 계산하는 처리는 실제 역공분산 행렬을 저감된 계산 비용으로 근사화하는 상이한 계산을 포함할 수 있다. 처리 전력에 제한이 없는 일부 실시형태에서는, 추정 역공분산 행렬을 계산하는 처리는 대안으로서 실제 역공분산 행렬을 계산하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 소거 회로(124)는 LORAN 수신 신호에 있어서 LORAN 펄스 신호 공간 주기 동안 복수의 채널 가중치 및 복수의 간섭 가중치를 생성하도록 구성된다. 유용하게도, 소거 회로(124)는 주변 RF 간섭 소거 신호를 보다 정확하게 결정하기 위해 LORAN 펄스 신호 공간에 무음 기간을 사용함으로써, LORAN 신호로부터의 자기 간섭을 감소시킨다.
이제는 다이어그램(40)으로 도시된 바와 같은 도 6 내지 도 7을 간략하고 추가적으로 참조하면, 소거 회로(124)는 적어도 적응식 필터 처리를 수행함으로써 주변 RF 간섭 소거 신호를 생성하도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 적응식 필터 처리는 유한 임펄스 응답(FIR: finite impulse response) 필터 처리를 포함할 수 있다.
다시, 다이어그램(40)을 참조하면, dk는 시간 k에서의 LORAN 안테나 신호이다. Xk는 시간 k에서의 간섭 안테나 신호이다. 일부 실시형태에서, 각 간섭원(x)마다 하나의 위와 같은 적응식 필터가 있을 수 있다.
각각의 시간 슬라이스(k)에서, 모든 필터 계수 Wk는 최소 평균 제곱(LMS) 경사 하강법에 의해 재계산된다. Wk의 각 변화에 대해 εk를 최소화하는 방향은 언덕 아래로 부분적으로만 이동하여 새로운 가중치 Wk +1에 도달하도록 따라간다. 충분한 단계들을 거친 후, Wk는 최적일 수 있으며, 새로 계산된 Wk+l는 W와 크게 다르지 않다.
상기 단계들은 각 적응식 필터마다 수행되며, 각 간섭원마다 하나의 적응식 필터가 있다. 일부 실시형태에서, 상기 단계들은 모든 시간 슬라이스(k)에 대해 수행된다. 다른 실시형태에서, 상기 단계들은 LORAN 펄스가 존재하지 않는 시간 슬라이스(k)에 대해서만 수행된다.
일부 실시형태에서, 간섭 소거 알고리즘은 위치 정보를 보존하기 위해 지연 버퍼를 포함할 수 있다. 간섭 소거 알고리즘은 LORAN 신호의 지연된 버전에 적용되며, 이는 모든 LORAN 타워로부터의 신호가 동일한 양만큼 지연되므로 중요하지 않다.
감지된 주변 RF 간섭 신호는 LORAN 수신 신호의 대역폭보다 크거나, 그와 같거나, 및/또는 그보다 더 좁은 대역폭을 가질 수 있다. 또한, 감지된 주변 RF 간섭 신호는 LORAN 수신 신호의 주파수 대역 외부 및/또는 내부의 스펙트럼 성분을 가질 수 있다. 흐름도(45)에는, 공동 채널 간섭을 받지 않기 위해 채널 어레이를 사전 조정하는 방법이 아래의 표 1을 참조하여 설명되어 있다.
블록 46에서, 본 방법은 시간 게이팅 방법을 사용하여, LORAN 안테나(116)를 사용하기 위한 LORAN 펄스 신호 공간 주기를 결정한다. 본 방법은 주변 RF 간섭 센서(123)의 출력을 측정하는 단계를 포함한다(블록 47). 본 방법은 또한 표 1의 네 가지 선택안 중 하나를 사용하여 복수의 채널 가중치 및 복수의 간섭 가중치를 계산하는 단계를 포함한다(블록 48). 본 방법은 상기 가중치들을 적용하는 단계, 즉 상기 복수의 채널 가중치와 상기 복수의 간섭 가중치에 기초하여 주변 RF 간섭 소거 신호를 생성하는 단계를 포함한다(블록 49). 본 방법은 LORAN 펄스 동안 새로운 가중치 계산을 중지하는 단계를 포함한다(블록 50).
Figure 112020044550442-pat00001
추정 역공분산 행렬의 생성에는 다음이 포함된다. 먼저, 공분산 행렬이 샘플링된다: Rvv = vvH. 공분산 행렬 추정치를 얻기 위해 가장 최근의 M 공분산 행렬 샘플들 R vv 가 함께 평균되고, 여기서 v는 신호 간섭 샘플들의 벡터이다:
Figure 112020044550442-pat00002
구속 조건 C의 경우, 복수의 가중치는 다음과 같이 계산된다:
Figure 112020044550442-pat00003
이 경우, LORAN 수신 신호만 필요하므로 C = {1, 0, ..., 0}T이다.
간섭 소거 알고리즘의 일부로서, 주변 RF 간섭 소거기(122)는 간섭 소스와 합산기 출력부 사이의 경사 하강 방향을 구동하기 위해 비용 상관 함수를 사용하여 적응식 가중치 설정에 의해 간섭 센서 신호와 LORAN 수신 신호를 상관시키도록 구성된다. 또한, 간섭 센서 신호와 LORAN 안테나 신호를 상관시키는 것은 합산기 출력부에서의 총 출력을 최소화함으로써 달성될 수 있다.
일부 실시형태에서, 소거 회로(124)는 LORAN 수신 신호에 대한 복수의 채널 가중치와, 감지된 주변 RF 간섭 신호에 대한 복수의 간섭 가중치를 생성하도록 구성되며, 상기 가중치 생성은 모두, LORAN 장치(120)가 작동하는 중에 실시간으로 또는 동시에 수행된다. 일부 실시형태에서, 소거 회로(124)는 전술한 가중치를 적어도 부분적으로 선험치에 기초하여 생성하도록 구성된다. 이러한 선험치는 예를 들어 프로세서 및 디스플레이와 같은 자기 간섭 소스들과 관련될 수 있다. 이러한 선험치는 간섭 소거 알고리즘의 일부로서 공장에서 시험되어 결정될 수 있다. 이러한 선험치는 일부 실시형태에서는 앞서 언급된 실시간 값과 결합될 수 있다. 일부 실시형태에서 선험치는 배타적으로 사용될 수 있고, 즉 비실시간 계산치일 수 있고, 다른 실시형태에서는 선험치가 배제될 수, 즉 실시간 계산치만 사용될 수 있다.
도 11a 및 도 11b를 간략하고 추가로 참조하면, 다이어그램(55, 57)은 본원에 개시된 교시가 없는 전형적인 LORAN 장치로부터의 데이터와, LORAN 장치(120)(간섭 기능을 포함함)의 예시적 구현예로부터의 데이터를 포함한다. 인접한 비히클이 주행하는 상태에서의 브로드캐스트 LF 신호 257 kHz 비콘 신호에 대한 실험 측정을, H-필드 신호 안테나를 사용하여 행했다. 전형적인 LORAN 장치에 있어서, 비히클 간섭 위의 신호 피크는 9.7 dB이다. 본원에 기술된 간섭 소거 기술을 이용하는 LORAN 장치(120)에 있어서는, 비히클 간섭 위의 신호 피크가 24.1 dB인데, 이는 신호 성능의 실질적인 증가이다.
도 3 및 그 안의 흐름도(60)(도 12)를 간략하고 추가로 참조하여, LORAN 장치(120)를 작동하는 방법을 설명한다(블록 61). LORAN 장치(120)는 LORAN 안테나(116), LORAN 수신기(117), LORAN 안테나와 LORAN 수신기 사이에서 연장되며 주변 RF 간섭의 영향을 받는 RF 신호 경로(121a 내지 121b), 및 RF 신호 경로에 결합된 주변 RF 간섭 소거기(122)를 포함한다. 본 방법은 감지된 주변 RF 간섭에 기초하여 주변 RF 간섭 신호의 근사치를 생성하기 위해 주변 RF 간섭 소거기(122)의 주변 RF 간섭 센서(123)를 작동시키는 것을 포함할 수 있다(블록 63). 본 방법은 또한, 주변 RF 간섭 센서(123)와 협동하여 주변 RF 간섭 소거 신호를 감지된 주변 RF 간섭 신호에 기초하여 생성하고 상기 주변 RF 간섭 소거 신호를 RF 신호 경로에 추가하기 위해, 주변 RF 간섭 소거기(122)의 소거 회로(124)를 작동시키는 것을 포함할 수 있다(블록 65, 블록 67).
이제는 도 4를 추가로 참조하여, 이제부터는 LORAN 장치(220)의 다른 실시형태를 설명한다. 이 실시형태의 LORAN 장치(220)에서, 도 3과 관련하여 위에서 이미 설명된 요소들은 도면부호가 100씩 증분되며 그 대부분은 여기서는 더 이상의 논의할 필요가 없다. 이 실시형태는 이 LORAN 장치(220)가 셀룰러 모바일 장치 폼 팩터를 예시적으로 포함한다는 점에서 이전의 실시형태와 상이하다. 바꾸어 말하면, 이 실시형태는 다른 통합형 컴포넌트와 함께 온보드의 LORAN 컴포넌트를 필요로 한다. 실제로, LORAN 장치(220)의 크기가 작기 때문에, 주변 RF 간섭 소거기(222)는 LORAN 수신기(217)와 통합된다. 또한, LORAN 장치(220)는 프로세서(218a) 및 디스플레이(218b)(예를 들어, 터치스크린 디스플레이)를 포함한 복수의 RF 간섭 생성 컴포넌트(218a 내지 218b)를 포함한다.
여기서, 주변 RF 간섭 센서는 주변 RF 간섭 안테나(223a 내지 223b)(예를 들어, 제1 및 제2 안테나 요소를 갖는 예시된 쌍극자 안테나)를 포함한다. 주변 RF 간섭 안테나(223a 내지 223b)의 제1 안테나 요소는 디스플레이(218b)에 인접하게 위치된다. 주변 RF 간섭 안테나(223a 내지 223b)의 제2 안테나 요소는 프로세서(218a)에 인접하게 위치된다. 이러한 병치(colocation)는 일부 실시형태에서는 온보드인데(즉, 동일한 인쇄 회로 기판 상에 있는데), 다른 실시형태에서는 시스템-온-칩(SoC: system-on-chip) 배열을 포함할 수 있다.
이제는 도 5를 추가로 참조하여, 이제부터는 LORAN 장치(320)의 또 다른 실시형태를 설명한다. 이 실시형태의 LORAN 장치(320)에서, 도 3 및 도 4와 관련하여 위에서 이미 설명된 요소들은 도면부호가 300 범위까지 증분되며 그 대부분은 여기서는 더 이상의 논의할 필요가 없다. 이 실시형태는 주변 RF 간섭 소거기(322)가 복수의 주변 RF 간섭 안테나(323a 내지 323e)와, 복수의 주변 RF 간섭 안테나에 각각 연결된 복수의 대역 통과 필터(327a 내지 327n)를 예시적으로 포함한다는 점에서 이전의 실시형태와 상이하다. 복수의 주변 RF 간섭 안테나(323a 내지 323e) 각각은 특정 RF 간섭원(내부 및 외부), 예를 들어, LORAN 수신 안테나, 소거기 근접 간섭 픽업 안테나(즉, 소거 회로(324 )로부터의 자기 간섭), 간섭자 픽업 안테나 세트, 및 주 출력 간섭 픽업 안테나에 관련된다.
특히, 복수의 대역 통과 필터(327a 내지 327n)는 모두 원하는 신호의 대역폭으로 설정된다. 예를 들어, eLORAN 신호의 경우, 이는 일반적으로 100 kHz를 중심으로 하는 28 kHz 폭의 8극 버터워스 필터(Butterworth filter)이거나, 200 kHz 이하에서 저역 통과 필터가 사용될 수 있다. 간섭 소거기는 각 입력 신호에 대한 복소수와 진폭과 위상의 합산기를 포함한다. 따라서 추정된 간섭과 주변 간섭이 위상을 벗어나 더해져서 간섭 소거가 발생한다. 여기서, 소거 회로(324)는 내부에 역 FIR 방법을 포함한다.
또한, 소거 회로(324)는 원하지 않는 자기 간섭을 만들 수 있다. 따라서, 주변 RF 간섭 안테나들(323b) 중 하나가 소거 회로(324)에 의해 생성된 간섭을 소거 회로로의 피드백을 위해 샘플링한다.
이제는 도 8를 추가로 참조하여, 이제부터는 LORAN 장치(420)의 또 다른 실시형태를 설명한다. 이 실시형태의 LORAN 장치(420)에서, 도 3 내지 도 5와 관련하여 위에서 이미 설명된 요소들은 도면부호가 400 범위까지 증분되며 그 대부분은 여기서는 더 이상의 논의할 필요가 없다. 이 실시형태는 LORAN 장치(420)가 LORAN 수신기(417)에 연결된 전력 공급선(430)을 예시적으로 포함한다는 점에서 이전의 실시형태와 상이하다. 이 실시형태에서, 주변 RF 간섭 센서(423)는 복수의 전력 공급선(430)에 연결된 전력 신호 센서를 포함한다.
전력 신호 센서는 전력 공급선(430)에 병렬로 연결된 커패시터(431), 전력 공급선과 LORAN 수신기(417) 사이에 연결된 저항기(432), 및 전력 공급선과 주변 RF 간섭 소거기(422) 사이에 연결된 한 쌍의 전력 연결선(426a 내지 426b)을 예시적으로 포함한다. 유리하기로는, LORAN 장치(420)는 주 전력 공급 장치로부터의 간섭과, 전력 공급원으로부터의 전력선 장애 간섭을 감지하도록 구성된다.
이제는 도 9를 추가로 참조하여, 이제부터는 LORAN 장치(520)의 또 다른 실시형태를 설명한다. 이 실시형태의 LORAN 장치(520)에서, 도 3 내지 도 5 및 도 8과 관련하여 위에서 이미 설명된 요소들은 도면부호가 500 범위까지 증분되며 그 대부분은 여기서는 더 이상의 논의할 필요가 없다. 이 실시형태는 주변 RF 간섭 소거기(522)가 복수의 주변 RF 간섭 안테나(523a 내지 523n)와, 복수의 주변 RF 간섭 안테나에 각각 연결된 복수의 저역통과 필터(527a 내지 527n)를 예시적으로 포함한다는 점에서 이전의 실시형태와 상이하다. 복수의 주변 RF 간섭 안테나(523a 내지 523n) 각각은 특정 RF 간섭원(내부 및 외부)에 관련된다.
주변 RF 간섭 소거기(522)는 소거 회로(524)에 연결된 복수의 승산기(533a 내지 533n) 및 복수의 저역통과 필터(527a 내지 527n)로부터의 출력부를 예시적으로 포함한다. 주변 RF 간섭 소거기(522)는 복수의 승산기(533a-533n)의 출력을 합산하도록 구성된 합산기(534)를 포함한다.
알 수 있는 바와 같이, 주변 RF 간섭 소거기(522)는 공분산 행렬을 계산하는 방법을 제공할 수 있다. 주변 RF 간섭 소거기(522)의 작동 주파수에 기초하여, 매 n번째 클록 사이클에서, 프로세스는 새로운 샘플 벡터 v를 얻는 단계를 포함한다. 또한, 모든 n번째 클록 사이클에서, 프로세스는 새로운 샘플 공분산 행렬 Rxx = vvH를 계산하는 단계를 포함한다. 일련의 M 연속 Rxx 행렬들은 가중치를 계산하는 데 사용되는 공분산 행렬 추정값을 제공하기 위해 평균되며, 이러한 가중치는 간섭 소거를 적합하게 구현하는 데 사용된다.
이제는 도 10을 추가로 참조하여, 이제부터는 LORAN 장치(620)의 또 다른 실시형태를 설명한다. 이 실시형태의 LORAN 장치(620)에서, 도 3 내지 도 5 및 도 8 내지 도 9와 관련하여 위에서 이미 설명된 요소들은 도면부호가 600 범위까지 증분되며 그 대부분은 여기서는 더 이상의 논의할 필요가 없다. 이 실시형태는 주변 RF 간섭 소거기(622)가 복수의 저역통과 필터(627a 내지 627n)로부터 하류에 연결된 복수의 지연 블록(635a 내지 635n)을 예시적으로 포함한다는 점에서 이전의 실시형태와 상이하다. 이 실시형태에서, 주변 RF 간섭 소거기(622)는 이 소거기가 가중치를 계산하는 데 필요한 정확히 그 시간만큼 eLORAN 신호를 지연시켜 계산상의 지연 시간을 고려하도록 구성된다.
원하는 LORAN 신호를 포함하는 RF 간섭 샘플링 없이 RF 간섭을 샘플링하는 것이 유리할 수 있다. 또한, RF 간섭을 형편에 맞춰 샘플링하는 것이 유리할 수 있다. 스냅 온 변류기 또는 계측 변압기가 RF 간섭 센서로서 고려된다. 이러한 변류기 센서는 DC 또는 AC 전력 공급 배선에서 클리핑될 수 있다.
eLORAN 항법 및 통신 시스템과 관련된 그 밖의 다른 기능들은, 발명의 명칭이 "강자성체를 갖는 ELORAN 수신기 및 관련된 안테나 및 방법(ELORAN RECEIVER WITH FERROMAGNETIC BODY AND RELATED ANTENNAS AND METHODS)"이고 대리인 사건 번호가 GCSD-2971 (62529)인 동시 계류 중인 출원 제16/013,106호; 발명의 명칭이 "긴 안테나 요소들의 세트를 다수 포함하는 타워 기반 안테나 및 관련된 방법(TOWER BASED ANTENNA INCLUDING MULTIPLE SETS OF ELONGATE ANTENNA ELEMENTS AND RELATED METHODS)"이고 대리인 사건 번호가 GCSD-2979 (62519)인 동시 계류 중인 출원 제15/980,857호; 발명의 명칭이 "전기적으로 짧은 안테나 및 수정 공진기를 갖춘 LORAN 장치 및 관련된 방법(LORAN DEVICE WITH ELECTRICALLY SHORT ANTENNA AND CRYSTAL RESONATOR AND RELATED METHODS)"이고 대리인 사건 번호가 GCSD-3021 (62540)인 동시 계류 중인 출원; 및 발명의 명칭이 "ELORAN 수신기, 강자성체와 권선을 갖춘 안테나, 및 관련된 방법(ELORAN RECEIVER AND ANTENNA WITH FERROMAGNETIC BODY AND WINDINGS AND RELATED METHODS)"이고 대리인 사건 번호가 GCSD-3017 (62539)인 동시 계류 중인 출원에 개시되어 있다.
본 개시내용의 많은 변형들과 그 밖의 다른 실시형태들은 전술한 설명 및 관련 도면에 제시된 교시의 이점을 갖는다는 것을 당업자들은 떠올리게 될 것이다. 따라서, 본 개시내용은 개시된 특정 실시형태로 제한되지 않는다는 것과, 위와 같은 변형들과 실시형태들은 첨부된 청구범위의 범위 내에 포함되는 것으로 의도되고 있다는 것이 이해된다.

Claims (20)

  1. 장거리 항법(LORAN: LOng RAnge Navigation) 장치로서,
    LORAN 안테나;
    인접한 LORAN 펄스들과의 사이에 LORAN 펄스 공간 주기와 함께 LORAN 펄스를 갖는 LORAN 수신 신호를 위한 LORAN 수신기;
    상기 LORAN 안테나와 상기 LORAN 수신기 사이에서 연장되며 주변 RF 간섭의 영향을 받는 무선 주파수(RF) 신호 경로; 및
    상기 RF 신호 경로에 연결된 주변 RF 간섭 소거기를 포함하고,
    상기 주변 RF 간섭 소거기는,
    감지된 주변 RF 간섭 신호를 주변 RF 간섭에 기초하여 생성하도록 구성된 주변 RF 간섭 센서, 및
    상기 LORAN 수신 신호에 대한 복수의 채널 가중치 및 상기 감지된 주변 RF 간섭 신호에 대한 복수의 간섭 가중치를 생성하는 LORAN 펄스 공간 주기 동안 상기 주변 RF 간섭 센서와 협력하여 주변 RF 간섭 소거 신호를 생성하고, 그리고 상기 주변 RF 간섭 소거 신호를 상기 RF 신호 경로에 추가하도록 구성된 소거 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 장거리 항법(LORAN) 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주변 RF 간섭 센서는 주변 RF 간섭 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 LORAN 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 LORAN 수신기를 내장하는 하우징과, 상기 하우징에 또한 내장된 RF 간섭 발생 컴포넌트를 추가로 포함하고; 상기 주변 RF 간섭 안테나는 상기 RF 간섭 발생 컴포넌트에 인접하게 위치된 것을 특징으로 하는 LORAN 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 LORAN 수신기에 연결된 전력 공급선을 추가로 포함하고; 상기 주변 RF 간섭 센서는 상기 전력 공급선에 연결된 전력 신호 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 LORAN 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 소거 회로는, 적어도 추정 역공분산 행렬을 생성함으로써 상기 복수의 채널 가중치 및 상기 복수의 간섭 가중치를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 LORAN 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 소거 회로는 적어도 적응식 필터 처리를 수행함으로써 상기 주변 RF 간섭 소거 신호를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 LORAN 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지된 주변 RF 간섭 신호는 상기 LORAN 수신 신호의 주파수 범위를 벗어난 스펙트럼 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 LORAN 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    RF 신호 경로에 연결된 저역 통과 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LORAN 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 LORAN 장치는 인헨스 LORAN(eLORAN) 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 LORAN 장치.
  10. 장거리 항법(LORAN: LOng RAnge Navigation) 장치를 위한 주변 무선 주파수(RF) 간섭 소거장치로서,
    LORAN 안테나;
    인접한 LORAN 펄스들과의 사이에 LORAN 펄스 공간 주기와 함께 LORAN 펄스를 갖는 LORAN 수신 신호를 위한 LORAN 수신기;
    상기 LORAN 안테나와 상기 LORAN 수신기 사이에서 연장되며 주변 RF 간섭의 영향을 받는 무선 주파수(RF) 신호 경로;를 포함하고,
    상기 주변 RF 간섭 소거 장치는,
    상기 주변 RF 간섭에 기초하여 감지된 주변 RF 간섭 신호를 생성하도록 구성된 주변 RF 간섭 센서, 및
    상기 LORAN 수신 신호에 대한 복수의 채널 가중치 및 상기 감지된 주변 RF 간섭 신호에 대한 복수의 간섭 가중치를 생성하는 LORAN 펄스 공간 주기 동안 상기 주변 RF 간섭 센서와 협력하여 주변 RF 간섭 소거 신호를 생성하고, 그리고 상기 주변 RF 간섭 소거 신호를 상기 RF 신호 경로에 추가하도록 구성된 소거 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 주변 무선 주파수(RF) 간섭 소거장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 주변 RF 간섭 센서는 주변 RF 간섭 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 주변 무선 주파수(RF) 간섭 소거장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 LORAN 수신기를 내장하는 하우징과, 상기 하우징에 또한 내장된 RF 간섭 발생 컴포넌트를 추가로 포함하고; 상기 주변 RF 간섭 안테나는 상기 RF 간섭 발생 컴포넌트에 인접하게 위치된 것을 특징으로 하는 주변 무선 주파수(RF) 간섭 소거장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 주변 RF 간섭 센서는 복수의 전력 공급선에 연결된 전력 신호 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 주변 무선 주파수(RF) 간섭 소거장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 소거 회로는, 적어도 추정 역공분산 행렬을 생성함으로써 상기 복수의 채널 가중치 및 상기 복수의 간섭 가중치를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 주변 무선 주파수(RF) 간섭 소거장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 소거 회로는 적어도 적응식 필터 처리를 수행함으로써 상기 주변 RF 간섭 소거 신호를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 주변 무선 주파수(RF) 간섭 소거장치.
  16. 장거리 항법(LORAN: LOng RAnge Navigation) 안테나, 인접한 LORAN 펄스들과의 사이에 LORAN 펄스 공간 주기와 함께 LORAN 펄스를 갖는 LORAN 수신 신호를 위한 LORAN 수신기, LORAN 안테나와 LORAN 수신기 사이에서 연장되며 주변 무선 주파수(RF) 간섭의 영향을 받는 RF 신호 경로, 및 상기 RF 신호 경로에 연결된 주변 RF 간섭 소거기를 포함하는 LORAN 장치를 작동하는 방법으로서,
    감지된 주변 RF 간섭 신호를 상기 주변 RF 간섭에 기초하여 생성하기 위해 주변 RF 간섭 소거기의 주변 RF 간섭 센서를 작동시키는 단계; 및
    상기 LORAN 수신 신호에 대한 복수의 채널 가중치 및 상기 감지된 주변 RF 간섭 신호에 대한 복수의 간섭 가중치를 생성하는 LORAN 펄스 공간 주기 동안 상기 주변 RF 간섭 센서와 협력하여 주변 RF 간섭 소거 신호를 생성하고, 그리고 상기 주변 RF 간섭 소거 신호를 상기 RF 신호 경로에 추가하기 위해, 상기 주변 RF 간섭 소거기의 소거 회로를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LORAN 장치의 작동 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 주변 RF 간섭 센서는 주변 RF 간섭 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 LORAN 장치의 작동 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 주변 RF 간섭 센서는 복수의 전력 공급선에 연결된 전력 신호 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 LORAN 장치의 작동 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    적어도 추정 역공분산 행렬을 생성함으로써 상기 복수의 채널 가중치 및 상기 복수의 간섭 가중치를 생성하도록 상기 소거 회로가 작동하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LORAN 장치의 작동 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    적어도 적응식 필터 처리를 수행함으로써 상기 주변 RF 간섭 소거 신호를 생성하도록 상기 소거 회로가 작동하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LORAN 장치의 작동 방법.
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