KR102586143B1 - 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템 및 위치결정 방법 - Google Patents

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Abstract

저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템 및 위치결정 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템은, 지상 제어국과의 교신 기간이 도래하면, 저궤도 위성에서 사용하는 기준시각에 따른 시간값을 포함하여, 제1 텔레메트리 신호를 생성하는 생성부와, 항법 위성으로부터 수신되는 항법 신호로부터, 상기 항법 위성에서 기준으로 사용하는 GNSS 시각을 확인하는 확인부와, 상기 제1 텔레메트리 신호 내 시간값을, 상기 GNSS 시각에 동기화되도록 조정하는 조정부, 및 상기 조정 후의 제2 텔레메트리 신호를 브로드캐스트 송신하여, 지상의 위치결정 수신기에서, 상기 제2 텔레메트리 신호를 이용해 위치결정하도록 하는 송신부를 포함한다.

Description

저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템 및 위치결정 방법{SYSTEM AND METHOD FOR POSITIONING USING LOW EARTH ORBIT SATELLITE}
본 발명은 위성 기반 위치결정 시스템에 관한 것으로, 보다 특정하게는 저궤도 위성에서 생성되는 텔레메트리 신호(Telemetry Signal)를 이용한 위치결정 시스템에 연관된다.
일반적으로 위성 기반 위치결정 시스템은, 지상 기반 위치결정 시스템에 비해 광범위한 영역에 위치결정 서비스를 제공 가능하므로, 위치 기반 서비스를 제공하는 다양한 산업 분야에서 상용화되고 있다.
종래의 위치결정 시스템에서는 위치값의 정확도를 높이기 위해 비교적 고도가 높은 중궤도 위성이나 고궤도 위성이 주로 이용되고 있으며, 저궤도 위성에서도, 위성 상태와 같은 각종 정보를 지상 제어국에 전달하기 위해, 텔레메트리 신호를 지속적으로 지상 제어국에 송신하고 있다.
따라서, 중궤도 위성이나 고궤도 위성에서 송신되는 항법 신호를 이용하기 어려운 경우, 저궤도 위성에서 송신하는 텔레메트리 신호를 대안적으로 이용할 수는 있지만, 저궤도 위성에서 송신하는 텔레메트리 신호는, 항법 위성의 기준 시각에 동기화되지 않은 상태로 지상으로 송신되고 있어, 현위치를 정밀하게 특정해야 하는 위치결정 시스템에 적용하는데 한계를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예는 저궤도 위성에서 생성되는 텔레메트리 신호를 지상 제어국으로 송신 시, 기존 항법 위성에서 송출하는 항법 신호의 기준 시각(GNSS 시각)에 동기화시켜, 지상의 위치결정 수신기에서 저궤도 위성의 텔레메트리 신호를 위치결정 시 활용 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템은, 지상 제어국과의 교신 기간이 도래하면, 저궤도 위성에서 사용하는 기준시각에 따른 시간값을 포함하여, 제1 텔레메트리 신호를 생성하는 생성부와, 항법 위성으로부터 수신되는 항법 신호로부터, 상기 항법 위성에서 기준으로 사용하는 GNSS 시각을 확인하는 확인부와, 상기 제1 텔레메트리 신호 내 시간값을, 상기 GNSS 시각에 동기화되도록 조정하는 조정부, 및 상기 조정 후의 제2 텔레메트리 신호를 브로드캐스트 송신하여, 지상의 위치결정 수신기에서, 상기 제2 텔레메트리 신호를 이용해 위치결정하도록 하는 송신부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 저궤도 위성을 이용한 위치결정 방법은, 지상 제어국과의 교신 기간이 도래하면, 저궤도 위성에서 사용하는 기준시각에 따른 시간값을 포함하여, 제1 텔레메트리 신호를 생성하는 단계와, 항법 위성으로부터 수신되는 항법 신호로부터, 상기 항법 위성에서 기준으로 사용하는 GNSS 시각을 확인하는 단계와, 상기 제1 텔레메트리 신호 내 시간값을, 상기 GNSS 시각에 동기화되도록 조정하는 단계, 및 상기 조정 후의 제2 텔레메트리 신호를 브로드캐스트 송신하여, 지상의 위치결정 수신기에서, 상기 제2 텔레메트리 신호를 이용해 위치결정하도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 저궤도 위성에서 위성의 상태 보고를 위해 주기적으로 생성되는 텔레메트리 신호를, 항법 신호의 기준 시각(GNSS 시각)에 동기화시켜 송신함으로써, 지상의 위치결정 수신기에서 상기 텔레메트리 신호를 사용해 항법 신호와 마찬가지의 정밀한 위치값을 결정하도록 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 중궤도/고궤도 위성의 신호를 이용할 수 없는 경우에도, 저궤도 위성의 텔레메트리 신호를 이용해 정밀하게 위치결정할 수 있어, 다양한 위치 기반 서비스를 끊김없이 제공하도록 지원할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기존의 위성 상태 보고를 위한 용도 외에, 저궤도 위성에서 생성되는 텔레메트리 신호의 활용도를 확장할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템의 개념도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템에서, 텔레메트리 신호의 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템에서, 저궤도 위성의 다중경로 오차를 저감하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 저궤도 위성을 이용한 위치결정 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템의 개념도를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 지상 제어국(110)은, 저궤도 위성(LEO Sat)(120)과의 교신 기간 동안, 저궤도 위성(120)이 송출하는 제1 텔레메트리 신호를 수신할 수 있다.
상기 제1 텔레메트리 신호에는, 저궤도 위성(120)이 상기 교신 기간 이전의 비교신 기간 동안 생성한 위성의 상태데이터 및 각종 수집데이터가 포함되어 있어, 지상 제어국(110)은 상기 제1 텔레메트리 신호를 통해 해당 저궤도 위성(120)의 상태를 파악할 수 있다.
저궤도 위성(120)은 상기 제1 텔레메트리 신호 내 시간값에 따라, 상기 제1 텔레메트리 신호의 송출을 수행할 수 있고, 상기 시간값은, 저궤도 위성(120)에서 사용하는 기준시각에 따라 정해질 수 있다.
항법 위성(GNSS)(130)은, GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou 등의 종래의 위치결정 시스템에 사용되는 항법 신호를 송출하고 있다.
도 1에 도시된 것처럼, 저궤도 위성(120)은, 항법 위성(GNSS)(130)과 고도와 공전 주기 등에 차이가 있기 때문에, 저궤도 위성(120)에서의 기준시각과, 항법 위성(130)에서의 기준시각(이하, 'GNSS 시각')에는 오차가 발생할 수 있다.
이 오차로 인해 저궤도 위성(120)에서 송출하는 제1 텔레메트리 신호는, 항법 신호처럼 위치결정 시 사용하는데 어려움이 있다.
따라서 본 발명에 따른 저궤도 위성(120)을 이용한 위치결정 시스템(Positioning System)(100)은, 저궤도 위성(120)이 송출하는 제1 텔레메트리 신호를 GNSS 시각에 동기화시켜, 지상으로 송출할 수 있다.
이를 위해 위치결정 시스템(100)은, 제1 텔레메트리 신호의 본래 정해진 송출 시점을 나타내는 시간값(프레임 싱크패턴)이 기입된 프레임 내에, GNSS 시각에 동기화되는 송출 시점을 나타내는 시간값(상기 프레임 싱크패턴의 시작 시간값)을 추가로 기입한 제2 텔레메트리 신호를 지상으로 송출할 수 있다.
위치결정 시스템(100)은 상기 프레임 싱크패턴의 시작 시간값이 도래하면, IRIG 106 표준에서 제공하는 최적의 프레임 동기화 패턴(프레임 싱크패턴)에 따라, 제2 텔레메트리 신호의 송출을 수행하게 된다.
이에 따라, 상기 제2 텔레메트리 신호를 수신한 지상의 위치결정 수신기(Positioning Receiver)(140)에서는, 상기 제2 텔레메트리 신호를 항법 신호처럼 사용해 높은 정확도로 위치결정할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템(200)은, 수신부(210), 생성부(220), 확인부(230), 조정부(240), 송신부(250) 및 연산부(260)를 포함하여 구성할 수 있다.
생성부(220)는 지상 제어국과의 교신 기간이 도래하면, 저궤도 위성에서 사용하는 기준시각에 따른 시간값을 포함하여, 제1 텔레메트리 신호를 생성하는 기능을 한다.
상기 시간값은, 제1 텔레메트리 신호의 송출 시점을 나타낼 수 있다. 도 3에 도시된 것처럼, 상기 제1 텔레메트리 신호는, IRIG 106 표준에 따라 구조화된 프레임으로 생성될 수 있고, 상기 시간값은, 도 4와 같이, 상기 프레임 내에 '프레임 싱크패턴(frame sync pattern)'으로서 기입될 수 있다.
일반적으로 저궤도 위성은, 상기 교신 기간 이전의 비교신 기간 동안, 위성의 상태데이터를 생성하거나 지상 관측을 통해 각종 수집데이터를 생성하고, 상기 교신 기간이 도래하면, 수신부(210)는 저궤도 위성으로부터의 상태데이터 또는 수집데이터를 수신할 수 있다.
생성부(220)는 상기 교신 기간 동안, 저궤도 위성으로부터 전달되는 상태데이터 또는 수집데이터를, 도 4와 같이, 상기 프레임의 '데이터 워드(Data word)'로서 기입하여 상기 제1 텔레메트리 신호를 생성할 수 있다.
이때, 생성부(220)는 저궤도 위성으로부터 전달된 데이터가 지상 제어국 이외의 위치결정 수신기에 노출되지 않도록, 저궤도 위성으로부터 전달된 상태데이터 또는 수집데이터를, 지상 제어국에서 지정한 포맷으로 암호화하여 암호화된 데이터를 작성하고, 상기 암호화된 데이터를 더 포함하여, 상기 제1 텔레메트리 신호를 생성할 수 있다.
수신부(210)는 GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou 등의 종래 알려진 항법 위성(GNSS)에서 송출하는 항법 신호를 수신하고, 확인부(230)는, 항법 위성으로부터 수신되는 항법 신호로부터, 항법 위성에서 기준으로 사용하는 GNSS 시각을 확인하는 기능을 한다.
조정부(240)는 제1 텔레메트리 신호 내 시간값을, 상기 GNSS 시각에 동기화되도록 조정하는 기능을 한다.
상기 항법 위성에 비해, 고도가 낮고 공전 주기가 2시간 이내로 비교적 짧은 저궤도 위성에서 사용하는 기준시각에는, 상기 항법 위성에서의 GNSS 시각과 시간차(오차)가 생기게 된다.
이러한 기준시각의 차이로, GNSS 시각에 동기화되지 않은 시점에 제1 텔레메트리 신호가 송출되므로, 제1 텔레메트리 신호를 수신한 지상의 위치결정 수신기에서 제1 텔레메트리 신호에 따라 위치결정할 경우 얻어진 위치값의 정확도가 떨어지게 된다.
따라서 조정부(240)는 GNSS 시각을 기준으로 저궤도 위성의 기준 시각의 오차를 산출하고, 제1 텔레메트리 신호의 송출 시점과 연관되는 시간값을, 상기 오차를 적용하여 조정할 수 있다.
제1 텔레메트리 신호는, IRIG 106 표준에 따라 구조화된 프레임으로 생성되고(도 3 참조), 제1 텔레메트리 신호의 시간값은, 프레임 내에 '프레임 싱크패턴'으로서 기입될 수 있다(도 4 참조).
이 상태에서, 상기 조정 후의 제2 텔레메트리 신호를 이루는 프레임에는, 상기 '프레임 싱크패턴'에 이어서, 상기 오차의 적용으로 GNSS 시각에 동기화된 '프레임 싱크패턴 시작 시간값'이 추가로 기입될 수 있다.
여기서 '프레임 싱크패턴'은 GNSS 시각에 동기화되지 않은 제1 텔레메트리 신호의 송출 시점을 의미하고, '프레임 싱크패턴 시작 시간값'은, GNSS 시각에 동기화된 제2 텔레메트리 신호의 송출 시점을 의미할 수 있다.
또한 상기 오차 산출 시 이용된 항법 신호가 수신되는 시점의 저궤도 위성의 위치값이, '프레임 싱크패턴 시작 시간값'과 함께 제2 텔레메트리 신호의 프레임에 추가 기입될 수 있다.
따라서 조정부(240)는 상기 오차 산출 시점의 저궤도 위성의 위치값에 따른 저궤도 위성의 이동 궤적의 변화량이 지정된 임계치 이내가 되는지 확인하고, 임계치 이내가 될 때 산출된 오차를 제1 텔레메트리 신호의 시간값에 적용하여, 저궤도 위성의 다중경로로 인한 오차를 저감하면서 GNSS 시각에 동기화시킬 수 있다.
실시예에 따라, 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템(200)은 빠른 도플러를 갖는 저궤도 위성의 다중경로로 인한 오차의 저감을 위해, 빠른 속도로 이동하는 저궤도 위성의 이동 궤적을 단시간 내에 평균화하여, 제1 텔레메트리 신호의 시간값 조정 시 반영할 수 있다.
구체적으로, 연산부(260)는 상기 항법 신호에 의해 식별되는 저궤도 위성의 위치값에 따라, 정해진 단위시간 간격으로, 저궤도 위성의 단위 이동 궤적을 연산하고, 조정부(240)는 상기 교신 기간 동안 연산되는 상기 단위 이동 궤적을 평균한 평균 이동 궤적이 지정된 임계치 이내가 되도록, GNSS 시각과 저궤도 위성의 기준시각과의 오차를 산출하고, 산출된 오차를 적용해 제1 텔레메트리 신호 내 시간값을 조정할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 의하면, 빠른 도플러를 갖는 저궤도 위성의 다중경로로 인한 오차를 저감하면서, 저궤도 위성의 텔레메트리 신호를 GNSS 시각에 동기화해 지상으로 송출하여, 지상의 위치결정 수신기에서 높은 정확도로 위치결정하도록 할 수 있다.
송신부(250)는 상기 조정 후의 제2 텔레메트리 신호를 브로드캐스트 송신하여, 지상의 위치결정 수신기에서, 상기 제2 텔레메트리 신호를 이용해 위치결정하도록 하는 기능을 한다.
상기 제2 텔레메트리 신호의 브로드캐스트 송신으로, 지상 제어국에서는 제2 텔레메트리 신호를 통해 저궤도 위성의 상태를 파악할 수 있고, 지상의 위치결정 수신기에서는 제2 텔레메트리 신호를 통해 높은 정확도로 위치결정할 수 있다.
실시예에 따라, 송신부(250)는 제2 텔레메트리 신호를 브로드캐스트 송신 시, 제1 텔레메트리 신호를 지상 제어국으로 송신할 수 있다. 이 경우 제1 텔레메트리 신호와 제2 텔레메트리 신호의 송신이 병렬로 수행될 수 있다.
즉 송신부(250)는 지상 제어국으로 송신할 제1 텔레메트리 신호를 GNSS 시각에 동기화하지 않은 상태로 송출하여, 지상 제어국에서 제1 텔레메트리 신호를 통해 저궤도 위성의 상태를 신속히 파악하도록 할 수 있다.
이와 동시에 송신부(250)는 지상의 위치결정 수신기로 브로드캐스트 송신할 제2 텔레메트리 신호를, 저궤도 위성으로부터의 데이터 암호화를 생략한 상태로 송출하여, 지상의 위치결정 수신기에서 제2 텔레메트리 신호를 통해 신속히 위치결정하도록 할 수 있다.
또한 실시예에 따라, 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템(200)은 저궤도 위성에 대해, 지상 제어국으로 송신할 제1 텔레메트리 신호를 생성하는 모드와, 지상의 위치결정 수신기로 송신할 제2 텔레메트리 신호를 생성하는 모드를 지정하는 인터페이스부(미도시)를 더 포함하고, 상기 인터페이스부를 통해 지정된 모드에서 텔레메트리 신호를 구분해서 생성할 수도 있다.
일례로 제1 텔레메트리 신호를 생성하는 모드는 지상 기지국과의 교신 기간으로 지정되고, 제2 텔레메트리 신호를 생성하는 모드는 지상 기지국과의 비교신 기간으로 지정될 수 있고, 혹은 교신 기간(또는 비교신 기간) 내에서도 제1 텔레메트리 신호의 생성 모드와 제2 텔레메트리 신호의 생성 모드가 교대로 반복되도록 할 수도 있다.
상술한 실시예에서는 지상 제어국과의 교신 기간 동안, 제2 텔레메트리 신호를 브로드캐스트 송신하여, 지상 제어국 이외에 지상의 위치결정 수신기에서 제2 텔레메트리 신호를 수신해 항법 신호처럼 사용할 수 있도록 하고 있지만, 상기 교신 기간 종료 후의 비교신 기간 동안에도, 지상의 위치결정 수신기에서 제2 텔레메트리 신호를 위치결정 시 이용할 수 있도록 하는 것도 가능하다.
상기 교신 기간 종료 후의 비교신 기간 동안에는, 위성의 상태데이터 또는 수집데이터가 저궤도 위성으로부터 전달되지 않기 때문에, 생성부(220)는 위성의 상태데이터 또는 수집데이터를 암호화한 데이터 대신에, 더미 데이터를 더 포함하여, 상기 제1 텔레메트리 신호를 생성할 수 있다.
이 경우, 지상의 위치결정 수신기에서는 교신 기간 뿐만 아니라 비교신 기간 동안에도 저궤도 위성을 이용해서 위치결정을 수행할 수 있고, 중궤도/고궤도 위성의 신호를 이용할 수 없는 경우에도, 저궤도 위성의 텔레메트리 신호를 이용해 정밀하게 위치결정할 수 있어, 다양한 위치 기반 서비스의 끊김없는 제공을 지원할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템에서, 제1 텔레메트리 신호의 프레임 구조를 도시한 도면이다.
제1 텔레메트리 신호는, 도 3에 도시된 것처럼 IRIG 106 표준에 따라 구조화된 프레임으로 생성될 수 있다.
제1 텔레메트리 신호의 각 프레임은, 도 4와 같이, 제1 텔레메트리 신호의 송출 시점을 나타내는 시간값과 연관된 '프레임 싱크패턴(frame sync pattern)' 및 저궤도 위성으로부터 전달된 상태데이터/수집데이터와 연관된 다수의 '데이터 워드(Data word)'로 구성될 수 있다.
또한 제1 텔레메트리 신호 내 시간값은, 도 5와 같이, 마이크로세컨드의 정밀한 해상도로 기입될 수 있으므로, GNSS 시각과 기준시각의 오차를 포함시킨 텔레메트리 신호를 방송할 수 있다.
즉, 본 발명의 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템은 제1 텔레메트리 신호의 시간값과 연관된 '프레임 싱크패턴(frame sync pattern)'의 뒤에, GNSS 시각에 동기화된 프레임 싱크패턴의 시작 시간값 및 저궤도 위성의 위치값을 도 4의 프레임에 추가 기입할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템에서, 저궤도 위성의 다중경로 오차를 저감하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6의 (a)는 항법 위성(GNSS)에서의 이동 궤적을 나타내고, 도 6의 (b)는 같은 시간 동안 저궤도 위성에서의 이동 궤적을 나타낸 도면이다.
도 6의 (a)와 (b)에서 알 수 있듯이, 저궤도 위성은 공전 주기가 2시간 이내로 비교적 짧고 고도가 낮기 때문에, 동일한 시간 동안, 항법 위성에 비해 빠른 속도로 이동하게 되고, 이로 인해 저궤도 위성의 이동 궤적의 변화량이 상대적으로 커지고, 빠른 도플러를 가지게 된다.
이처럼 빠른 도플러를 가지는 저궤도 위성에서는 다중경로로 인한 오차의 변화를 야기하고, 본 발명의 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템에서는 단시간 내에 평균화를 통해 다중경로로 인한 오차를 저감할 수 있다
구체적으로, 본 발명의 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템은, 항법 신호에 의해 식별되는 저궤도 위성의 위치값에 따라, 정해진 단위시간 간격으로, 저궤도 위성의 단위 이동 궤적을 연산하고, 상기 교신 기간 동안 연산되는 상기 단위 이동 궤적을 평균한 평균 이동 궤적이 지정된 임계치 이내가 되도록, GNSS 시각과 저궤도 위성의 기준시각과의 오차를 산출하고, 산출된 오차를 적용해 제1 텔레메트리 신호 내 시간값을 조정할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 의하면, 빠른 도플러를 갖는 저궤도 위성의 다중경로로 인한 오차를 저감하면서, 저궤도 위성의 텔레메트리 신호를 GNSS 시각에 동기화해 지상으로 송출하여, 지상의 위치결정 수신기에서 높은 정확도로 위치결정하도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 저궤도 위성을 이용한 위치결정 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
본 실시예에 따른 저궤도 위성을 이용한 위치결정 방법은, 상술한 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템(200)에 의해 수행될 수 있다.
도 7을 참조하면, 단계(710)에서 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템(200)은 지상 제어국과의 교신 기간 동안, 저궤도 위성의 제1 텔레메트리 신호를 생성한다.
제1 텔레메트리 신호는, 제1 텔레메트리 신호의 송출 시점과 연관된 시간값(프레임 싱크패턴)과, 저궤도 위성으로부터 전달된 상태데이터/수집데이터를 암호화한 데이터(데이터 워드)로 이루어진 IRIG 106 표준에 따른 프레임 구조로 생성될 수 있다.
단계(720)에서 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템(200)은 저궤도 위성으로 항법 신호를 송신하는 항법 위성에서의 GNSS 시각을 확인한다.
저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템(200)은 GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou 등의 항법 위성(GNSS)으로부터 수신되는 항법 신호를 기반으로, 항법 위성에서 기준으로 사용하는 GNSS 시각을 확인하여, 저궤도 위성에서 사용하는 기준시각과의 오차를 산출할 수 있다.
이때, 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템(200)은 상기 항법 신호에 의해 식별되는 저궤도 위성의 위치값에 따라, 저궤도 위성의 이동 궤적을 연산하고, 저궤도 위성의 이동 궤적이, 동일한 시간 동안 이동한 항법 위성의 이동 궤적을 고려해 정해지는 임계치 이내인지 확인하고, 임계치 이내이면 단계(730)를 수행할 수도 있다.
단계(730)에서 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템(200)은 제1 텔레메트리 신호 내 시간값을 GNSS 시각에 동기화되도록 조정한다.
일례로 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템(200)은 GNSS 시각을 기준으로 저궤도 위성의 기준 시각의 오차를 산출하고, 제1 텔레메트리 신호의 송출 시점과 연관되는 시간값에 상기 오차를 적용하여, GNSS 시각에 동기화되도록 할 수 있다.
이때, 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템(200)은 정해진 단위시간 간격으로, 저궤도 위성의 단위 이동 궤적을 연산하고, 상기 교신 기간 동안 연산되는 상기 단위 이동 궤적을 평균한 평균 이동 궤적이 상기 임계치 이내가 되도록, GNSS 시각과 저궤도 위성의 기준시각과의 오차를 산출할 수 있다.
이를 통해 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템(200)은 저궤도 위성의 다중경로로 인한 오차를 저감하면서 제1 텔레메트리 신호를 GNSS 시각에 동기화시킬 수 있다.
단계(740)에서 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템(200)은 조정 후의 제2 텔레메트리 신호를 브로드캐스트 송신하고, 단계(750)에서 지상의 위치결정 수신기는, 상기 제2 텔레메트리 신호를 이용해 포지셔닝한다.
상기 제2 텔레메트리 신호의 브로드캐스트 송신으로, 지상 제어국에서는 제2 텔레메트리 신호를 통해 저궤도 위성의 상태를 파악할 수 있고, 지상의 위치결정 수신기에서는 제2 텔레메트리 신호를 통해 높은 정확도로 위치결정할 수 있다
실시예에 따라, 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템(200)은 제2 텔레메트리 신호의 브로드캐스트 송신과, 제1 텔레메트리 신호의 지상 제어국으로의 송신을 병렬로 수행할 수도 있다.
이에 따라 지상 제어국에서는 GNSS 시각에 동기화하지 않은 제1 텔레메트리 신호를 수신해서 저궤도 위성의 상태를 신속히 파악할 수 있고, 지상의 위치결정 수신기에서는 저궤도 위성으로부터의 데이터 암호화 처리를 생략한 제2 텔레메트리 신호를 수신해서 신속히 위치결정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 저궤도 위성에서 위성의 상태 보고를 위해 주기적으로 생성되는 텔레메트리 신호를, 항법 신호의 기준 시각(GNSS 시각)에 동기화시켜 송신함으로써, 지상의 위치결정 수신기에서 상기 텔레메트리 신호를 사용해 항법 신호와 마찬가지의 정밀한 위치값을 결정하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 중궤도/고궤도 위성의 신호를 이용할 수 없는 경우에도, 저궤도 위성의 텔레메트리 신호를 이용해 정밀하게 위치결정할 수 있어, 다양한 위치 기반 서비스를 끊김없이 제공하도록 지원할 수 있고, 기존의 위성 상태 보고를 위한 용도 외에, 저궤도 위성에서 생성되는 텔레메트리 신호의 활용도를 확장할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 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 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
100: 위치결정 시스템(Positioning System)
110: 지상 제어국
120: 저궤도 위성(LEO Sat)
130: 항법 위성(GNSS)
140: 위치결정 수신기(Positioning Receiver)

Claims (11)

  1. 지상 제어국과의 교신 기간이 도래하면,
    저궤도 위성에서 사용하는 기준시각에 따른 시간값을 포함하여, 제1 텔레메트리 신호를 생성하는 생성부;
    항법 위성으로부터 수신되는 항법 신호로부터, 상기 항법 위성에서 기준으로 사용하는 GNSS 시각을 확인하는 확인부;
    상기 항법 신호에 의해 식별되는 상기 저궤도 위성의 위치값에 따라, 정해진 단위시간 간격으로, 상기 저궤도 위성의 단위 이동 궤적을 연산하는 연산부;
    상기 교신 기간 동안 연산되는 상기 단위 이동 궤적을 평균한 평균 이동 궤적이 지정된 임계치 이내가 되도록, 상기 GNSS 시각과, 상기 저궤도 위성의 기준시각과의 오차를 산출하고, 산출된 오차를 적용해, 상기 제1 텔레메트리 신호 내 시간값을, 상기 GNSS 시각에 동기화되도록 조정하는 조정부; 및
    상기 조정 후의 제2 텔레메트리 신호를 브로드캐스트 송신하여, 지상의 위치결정 수신기에서, 상기 제2 텔레메트리 신호를 이용해 위치결정하도록 하는 송신부
    를 포함하는 저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송신부는,
    상기 제2 텔레메트리 신호를 브로드캐스트 송신 시, 상기 제1 텔레메트리 신호를 상기 지상 제어국으로 송신하는
    저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 생성부는,
    상기 교신 기간 동안, 상기 저궤도 위성으로부터 전달되는 상태데이터 또는 수집데이터를 암호화하여 암호화된 데이터를 작성하고,
    상기 암호화된 데이터를 더 포함하여, 상기 제1 텔레메트리 신호를 생성하는
    저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 교신 기간 이후의 비교신 기간이 도래하면,
    상기 생성부는,
    상기 암호화된 데이터 대신에, 더미 데이터를 더 포함하여, 상기 제1 텔레메트리 신호를 생성하는
    저궤도 위성을 이용한 위치결정 시스템.
  5. 삭제
  6. 지상 제어국과의 교신 기간이 도래하면,
    저궤도 위성에서 사용하는 기준시각에 따른 시간값을 포함하여, 제1 텔레메트리 신호를 생성하는 단계;
    항법 위성으로부터 수신되는 항법 신호로부터, 상기 항법 위성에서 기준으로 사용하는 GNSS 시각을 확인하는 단계;
    상기 항법 신호에 의해 식별되는 상기 저궤도 위성의 위치값에 따라, 정해진 단위시간 간격으로, 상기 저궤도 위성의 단위 이동 궤적을 연산하는 단계;
    상기 교신 기간 동안 연산되는 상기 단위 이동 궤적을 평균한 평균 이동 궤적이 지정된 임계치 이내가 되도록, 상기 GNSS 시각과, 상기 저궤도 위성의 기준시각과의 오차를 산출하고, 산출된 오차를 적용해, 상기 제1 텔레메트리 신호 내 시간값을, 상기 GNSS 시각에 동기화되도록 조정하는 단계; 및
    상기 조정 후의 제2 텔레메트리 신호를 브로드캐스트 송신하여, 지상의 위치결정 수신기에서, 상기 제2 텔레메트리 신호를 이용해 위치결정하도록 하는 단계
    를 포함하는 저궤도 위성을 이용한 위치결정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 텔레메트리 신호를 브로드캐스트 송신 시, 상기 제1 텔레메트리 신호를 상기 지상 제어국으로 송신하는 단계
    를 더 포함하는 저궤도 위성을 이용한 위치결정 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 텔레메트리 신호를 생성하는 단계는,
    상기 교신 기간 동안, 상기 저궤도 위성으로부터 전달되는 상태데이터 또는 수집데이터를 암호화하여 암호화된 데이터를 작성하는 단계; 및
    상기 암호화된 데이터를 더 포함하여, 상기 제1 텔레메트리 신호를 생성하는 단계
    를 포함하는 저궤도 위성을 이용한 위치결정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 저궤도 위성을 이용한 위치결정 방법은,
    상기 교신 기간 이후의 비교신 기간이 도래하면,
    상기 암호화된 데이터 대신에, 더미 데이터를 더 포함하여, 상기 제1 텔레메트리 신호를 생성하는 단계
    를 더 포함하는 저궤도 위성을 이용한 위치결정 방법.
  10. 삭제
  11. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
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