KR102609054B1

KR102609054B1 - 위성 항법 시스템 수신기의 위치 추정 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102609054B1
Application number: KR1020190035900A
Authority: KR
Inventors: 웬타오 장
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2023-12-01
Also published as: US20200209407A1; US11221417B2; KR20200083115A; CN111381253A

Abstract

위성 항법 시스템(GNSS) 수신기의 위치 추정 방법에 제공된다. 본 발명의 실시 예에 따른 GNSS 수신기의 위치 추정 방법은, 제1 상태에서 동작하는 단계, 상태 변환 기준을 만족하는지 여부를 결정하는 단계 및 상태 변환 기준을 만족하는 경우, 제2 상태에서 동작하는 단계를 포함한다. 제1 상태에서 동작하는 단계는, 복수의 GNSS 위성으로부터 GNSS 신호를 수신하는 단계, 복수의 기준 스테이션 측정 값(reference station measurements)을 수신하는 단계, GNSS 신호 및 기준 스테이션 측정 값에 기초하여, RTK(Real-Time Kinematic) 기법을 사용하여 제1 위치 추정 값(position estimates)을 생성하는 단계 및 GNSS 신호, 외부 에러 정정 데이터(external error correction data) 및 제1 위치 추정 값에 기초하여, 정밀 포인트 위치인식(Precise Point Positioning, PPP) 기법을 사용하여 제2 위치 추정 값을 생성하는 단계를 포함한다. 상태 변환 기준을 만족하는지 여부를 결정하는 단계는, 정밀 포인트 위치인식 기법의 컨버전스(convergence)의 측정 값이 컨버전스 기준을 만족하는지 여부를 결정하는 단계를 포함한다. 제2 상태에서 동작하는 단계는, 복수의 GNSS 위성으로부터 GNSS 신호를 수신하는 단계, 외부 에러 정정 데이터를 수신하는 단계 및 GNSS 신호, 에러 정정 데이터 및 제1 위치 추정 값에 기초하여, 정밀 포인트 위치인식 기법을 사용하여 제2 위치 추정 값을 생성하는 단계를 포함한다.

Description

위성 항법 시스템 수신기의 위치 추정 시스템 및 방법{SYSTEM FOR ESTIMATING POSITION OF GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM RECEIVER AND METHOD THEREOF}

본 발명은 위치 항법 시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS) 기반의 위치 추정(position estimation)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가속화된 정밀 포인트 위치인식(Precise Point Positioning, PPP) 컨버전스(convergence)에 대한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

정밀 포인트 위치인식은 비교적 높은 정밀도로 GNSS 수신기의 위치를 추정하는데 사용될 수 있다. 이러한 방식은 GNSS 위성으로부터의 신호를 외부 에러 정정 데이터(external error correction data)와 함께 사용하여 상대적으로 높은 정밀도를 달성한다. 중단(outage) 후, 예를 들어, GNSS 신호에 기초한 위치 추정 값을 획득하기 위해 수신기의 시야(sight)에 있어야 하는 GNSS 수신기를 사용하는 차량이 GNSS 위성이 너무 적은 터널 또는 다른 영역을 통해 주행하는 경우, 정밀 포인트 위치인식 기법은 고정밀(high precision) 추정으로 재-컨버전스(re-converge)하는데 상당한 시간이 걸릴 수 있다. 이와 같이, 중단에 따른 시간 간격 동안에 생성된 위치 추정의 정확도는 떨어질 수 있다. 따라서, 정밀 포인트 위치인식 시스템에서 고정밀 위치 추정으로 컨버전싱하기 위한 개선된 방법이 요구된다.

본 발명의 바람직한 실시 예는, 정밀 포인트 위치인식(Precise Point Positioning) 방식을 이용하여 높은 정밀도로 GNN 수신기의 위치를 추정하는 방법을 제공하고자 한다.

또한, 정밀 포인트 위치인식 기법을 이용하여 높은 정밀도로 GNN 수신기의 위치를 추정하는 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 몇몇 실시 예에 따른 위성 항법 시스템(global navigation satellite system, GNSS) 수신기의 위치 추정 방법은, 제1 상태에서 동작하는 단계, 상태 변환 기준을 만족하는지 여부를 결정하는 단계 및 상태 변환 기준을 만족하는 경우, 제2 상태에서 동작하는 단계를 포함한다. 제1 상태에서 동작하는 단계는, 복수의 GNSS 위성으로부터 GNSS 신호를 수신하는 단계, 복수의 기준 스테이션 측정 값(reference station measurements)을 수신하는 단계, GNSS 신호 및 기준 스테이션 측정 값에 기초하여, RTK(Real-Time Kinematic) 기법을 사용하여 제1 위치 추정 값(position estimates)을 생성하는 단계 및 GNSS 신호, 외부 에러 정정 데이터(external error correction data) 및 제1 위치 추정 값에 기초하여, 정밀 포인트 위치인식(Precise Point Positioning, PPP) 기법을 사용하여 제2 위치 추정 값을 생성하는 단계를 포함한다. 상태 변환 기준을 만족하는지 여부를 결정하는 단계는, 정밀 포인트 위치인식 기법의 컨버전스(convergence)의 측정 값이 컨버전스 기준을 만족하는지 여부를 결정하는 단계를 포함한다. 제2 상태에서 동작하는 단계는, 복수의 GNSS 위성으로부터 GNSS 신호를 수신하는 단계, 외부 에러 정정 데이터를 수신하는 단계 및 GNSS 신호, 에러 정정 데이터 및 제1 위치 추정 값에 기초하여, 정밀 포인트 위치인식 기법을 사용하여 제2 위치 추정 값을 생성하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시 예에 따라, 복수의 기준 스테이션 측정 값을 수신하는 단계는, 비-물리(non-physical) 기준 스테이션으로부터 복수의 기준 스테이션 측정 값을 수신하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시 예에 따라, 제1 상태에서의 동작 전에, 제3 상태에서 동작하는 단계를 더 포함하고, 제3 상태에서 동작하는 단계는, 복수의 GNSS 위성으로부터 상기 GNSS 신호를 수신하지 않는 단계를 포함한다.

몇몇 실시 예에 따라, 제3 상태에서 동작하는 동안에 컨버전스 기준을 충족하는 정밀 포인트 위치인식 기법의 컨버전스의 측정 값을, 제3 상태에서의 동작 전에 제4 상태에서 동작하는 단계를 더 포함한다.

몇몇 실시 예에 따라, 제4 상태에서의 동작 및 제1 상태에서의 동작 사이의 인터벌(interval)은 4분(minutes)보다 작다.

몇몇 실시 예에 따라, 컨버전스의 측정 값은 정밀 포인트 위치인식 기법의 확장 칼만 필터(extended Kalman filter)의 추정된 공분산(covariance)이고, 추정된 공분산의 크기가 임계 값 이하일 때 컨버전스 기준을 만족한다.

몇몇 실시 예에 따라, 제1 위치 추정 값을 생성하는 단계는, 전리층-자유(ionosphere-free) 조합을 이용하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시 예에 따라, 제1 위치 추정 값을 생성하는 단계는, 캐스케이딩 모호성 분석(cascading ambiguity resolution)을 이용하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시 예에 따라, 복수의 GNSS 위성으로부터 상기 GNSS 신호를 수신하는 단계는, GPS(Global Positioning System) 위성으로부터 GNSS 신호를 수신하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시 예에 따라, 복수의 GNSS 위성으로부터 상기 GNSS 신호를 수신하는 단계는, GPS 위성으로부터 L1 신호를 수신하는 단계; 및 GPS 위성으로부터 L2 신호를 수신하는 단계를 포함한다.

본 발명의 몇몇 실시 예에 따른 GNSS 수신기의 위치 추정 시스템은, GNSS 신호를 수신하는 제1 수신 회로, 기준 신호를 수신하는 제2 수신 회로 및 프로세싱 회로를 포함하되, 시스템은, 제1 상태에서 동작하고, 상태 변환 기준을 만족하는지 여부를 결정하고, 상태 변환 기준을 만족하는 경우, 제2 상태에서 동작하고, 제1 상태에서의 동작은, 제1 수신 회로에 의해, 복수의 GNSS 위성으로부터 GNSS 신호를 수신하는 동작, 제2 수신 회로에 의해, 복수의 기준 스테이션 측정 값을 수신하는 동작, 제2 수신 회로에 의해, 외부 에러 정정 데이터를 수신하는 동작, 프로세싱 회로에 의해, GNSS 신호 및 기준 스테이션 측정 값에 기초하여, RTK(Real-Time Kinematic) 기법을 사용하여 제1 위치 추정 값을 생성하는 동작 및 프로세싱 회로에 의해, GNSS 신호, 외부 에러 정정 데이터 및 제1 위치 추정 값에 기초하여, 정밀 포인트 위치인식(PPP) 기법을 사용하여 제2 위치 추정 값을 생성하는 동작을 수행하고, 상태 변환 기준을 만족하는지 여부를 결정하는 동작은, 프로세싱 회로에 의해, 정밀 포인트 위치인식 기법의 컨버전스의 측정 값이 컨버전스 기준을 만족하는지 여부를 결정하는 동작을 포함하고, 제2 상태에서의 동작은, 제1 수신 회로에 의해, 복수의 GNSS 위성으로부터 GNSS 신호를 수신하는 동작, 제2 수신 회로에 의해, 외부 에러 정정 데이터를 수신하는 동작 및 프로세싱 회로에 의해, GNSS 신호, 에러 정정 데이터 및 제1 위치 추정 값에 기초하여, 정밀 포인트 위치인식 기법을 사용하여 제2 위치 추정 값을 생성하는 동작을 포함한다.

몇몇 실시 예에 따라, 복수의 기준 스테이션 측정 값을 수신하는 동작은, 비-물리 기준 스테이션으로부터 복수의 기준 스테이션 측정 값을 수신하는 동작을 포함한다.

몇몇 실시 예에 따라, 시스템은, 제1 상태에서의 동작 전에 제3 상태에서 동작하고, 제3 상태에서의 동작은, 복수의 GNSS 위성으로부터 GNSS 신호를 수신하지 않을 수 있다.

몇몇 실시 예에 따라, 시스템은, 제3 상태에서 동작하는 동안에 컨버전스 기준을 충적하는 정밀 포인트 위치인식 기법의 컨버전스의 측정 값을, 제2 상태에서의 동작 전에 제4 상태에서 동작한다.

몇몇 실시 예에 따라, 제4 상태에서의 동작 및 제1 상태에서의 동작 사이의 인터벌은 4분보다 작을 수 있다.

몇몇 실시 예에 따라, 컨버전스의 측정 값은 정밀 포인트 위치인식 기법의 확장 칼만 필터의 추정된 공분산이고, 추정된 공분산의 크기가 임계 값 이하일 때 컨버전스 기준을 만족할 수 있다.

몇몇 실시 예에 따라, 1 위치 추정 값을 생성하는 동작은, 전리층-자유 조합을 이용하여 수행된다.

몇몇 실시 예에 따라, 제1 위치 추정 값을 생성하는 동작은, 캐스케이딩 모호성 분석을 이용하여 수행된다.

몇몇 실시 예에 따라, 복수의 GNSS 위성으로부터 GNSS 신호를 수신하는 동작은, GPS 위성으로부터 GNSS 신호를 수신하여 수행된다.

본 발명의 몇몇 실시 예에 따른 GNSS 수신기의 위치 추정 시스템은, GNSS 신호를 수신하는 제1 수신 수단, 지상(terrestrial) 신호를 수신하는 제2 수신 수단 및 프로세싱 수단을 포함하고, 시스템은, 제1 상태에서 동작하고, 상태 변환 기준을 만족하는지 여부를 결정하고, 상태 변환 기준을 만족하는 경우, 제2 상태에서 동작하고, 제1 상태에서의 동작은, 제1 수신 수단에 의해, 복수의 GNSS 위성으로부터 GNSS 신호를 수신하는 동작, 제2 수신 수단에 의해, 복수의 기준 스테이션 측정 값을 수신하는 동작, 제2 수신 수단에 의해, 외부 에러 정정 데이터를 수신하는 동작, 프로세싱 수단에 의해, GNSS 신호 및 기준 스테이션 측정 값에 기초하여, RTK(Real-Time Kinematic) 기법을 사용하여 제1 위치 추정 값을 생성하는 동작 및 프로세싱 수단에 의해, GNSS 신호, 외부 에러 정정 데이터 및 제1 위치 추정 값에 기초하여, 정밀 포인트 위치인식(PPP) 기법을 사용하여 제2 위치 추정 값을 생성하는 동작을 수행하고, 상태 변환 기준을 만족하는지 여부를 결정하는 동작은, 프로세싱 수단에 의해, 정밀 포인트 위치인식 기법의 컨버전스의 측정 값이 컨버전스 기준을 만족하는지 여부를 결정하는 동작을 포함하고, 제2 상태에서의 동작은, 제1 수신 수단에 의해, 복수의 GNSS 위성으로부터 GNSS 신호를 수신하는 동작, 제2 수신 수단에 의해, 외부 에러 정정 데이터를 수신하는 동작 및 프로세싱 수단에 의해, GNSS 신호, 에러 정정 데이터 및 제1 위치 추정 값에 기초하여, 정밀 포인트 위치인식 기법을 사용하여 제2 위치 추정 값을 생성하는 동작을 포함한다.

본 발명의 특정 실시 예에 대한 상기 또는 다른 양태들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들과 관련한 아래의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고정밀 위치 추정을 형성하기 위한 시스템의 예시적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시간 함수로서의 수평 위치 에러(horizontal position error)의 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 시간 함수로서의 수평 위치 에러의 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 위성(satellites) 및 수신기(receivers)를 개략적으로 도시한다.
설명의 간략화 및 명확화를 위해, 도면에 도시된 요소는 달리 기술되지 않는 한 반드시 축척대로 도시된 것은 아니라는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 요소의 치수는 명확성을 위해 다른 요소에 비해 과장되어 있다. 또한, 적절한 것으로 판단되는 경우, 대응하는 요소 또는 유사한 요소를 나타내기 위해 도면 간에 도면 부호가 반복되어 도시되었다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가속화된 정밀 포인트 위치인식 컨버전스에 대한 시스템 및 방법을 상세히 설명한다. 비록 상이한 도면들에 도시되어 있다 하더라도 동일한 요소들은 동일한 도면 부호들에 의해 표시된다는 것을 주의해야 한다. 다음의 설명에서, 상세한 구성들 및 구성요소들과 같은 특정 세부사항들은 단지 본원의 실시예들의 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 따라서, 본원의 범위를 벗어나지 않으면서 본원에 기술된 실시예들의 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수도 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 공지된 기능들 및 구성들에 대한 설명들은 명확성 및 간결성을 위해 생략되었다. 이하에서 설명되는 용어들은 본원에서의 기능들을 고려하여 정의된 용어들로써, 사용자들, 사용자들의 의도 또는 관습에 따라 달라질 수도 있다. 그러므로 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 기반으로 결정되어야 한다.

정밀 포인트 위치인식 기법은 위성 항법 시스템의 포지셔닝 방식으로, 정확한 위치의 계산을 위하여 GNSS 수신기가 이용될 수 있다. 정밀 포인트 위치인식은, GPS(global positioning system), 글로나스(GLONASS), Galileo, BeiDou와 같은 위성 항법 시스템과 함께 사용될 수 있다. 정밀 포인트 위치인식은 고정밀 위치 추정 값을 산출하기 위해, 상대적으로 저비용 수신기 하드웨어와 함께 사용하기에 적합한 여러 GNSS 위치 미세 조정 기술의 조합을 사용할 수 있다. 실시 예에 따라, 정밀 포인트 위치인식 기법은 단일 GNSS 수신기를 사용할 수 있다.

정밀 포인트 위치인식 기법을 이용하여 고정밀 위치 추정 값을 형성하기 위한 시스템은, GNSS 측정 값 및 데이터 또는 외부 에러 정정 데이터(external error correction data)의 두 가지 일반적인 정보원에 의존할 수 있다. 몇몇 실시 예에 따라, GNSS 측정 값은 비교적 낮은 정밀도의 대략적인(coarse) 위치 추정 값을 형성하기에 충분할 수 있고, GNSS 측정 값과 외부 에러 정정 데이터의 조합은 보다 높은(즉, 향상된) 정밀도의 위치 추정 값을 생성하는데 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고정밀 위치 추정을 형성하기 위한 시스템의 예시적인 블록도이다. 이러한 시스템은 "GNSS(global navigation satellite system) 수신기"로 지칭될 수 있다. 제1 수신 회로(110)는 복수의 GNSS 위성으로부터 신호를 수신하고, 제2 수신 회로(115)는 "조정 데이터(adjustment data)"를 수신한다. 조정 데이터는 상술한 외부 에러 정정 데이터를 포함할 수 있고, 또한 "기준 스테이션 측정 값"으로 지칭될 수 있는 (시뮬레이션된 또는 물리적인)측정 값을 수신할 수 있다. 또한, 외부 에러 정정 데이터 및 기준 스테이션 측정 값은 RTK(Real-time Kinematic) 포지셔닝에 이용될 수 있고, 이에 대하여는 후술한다.

제2 수신 회로(115)는 이러한 데이터의 소스로부터 조정 데이터를 수신하기 위한 임의의 적절한 회로일 수 있다. 예를 들어, 모바일 전화 및 데이터 네트워크와 통신하고, 이러한 네트워크를 통해 인터넷으로부터 조정 데이터를 수신하기 위한 무선 회로일 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 제2 수신 회로(115)는 통신 위성(예를 들어, 정지 통신 위성(geostationary communications satellite))으로부터 조정 데이터를 수신하는 회로일 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 제2 수신 회로(115)는 유선 연결 또는 인터넷에 대한 광섬유(fiber optic) 연결을 통해 데이터를 수신하기 위한 회로일 수 있다. 몇몇 실시 예에 따라, 제2 수신 회로(115)는 각기 다른 소스로부터 데이터를 수신하기 위한 복수의 회로들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 정지 통신 위성으로부터 외부 에러 정정 데이터를 수신하기 위한 위성 수신 회로와, 기준 스테이션 측정 값을 수신하기 위해 모바일 전화 및 데이터 네트워크와 통신하는 무선 모뎀을 포함할 수 있다.

제1 수신 회로(110) 및 제2 수신 회로(115)로부터 수신된(또는, 제1 수신 회로(110) 및 제2 수신 회로(115)로부터 수신된 신호로부터 생성된) 데이터는 프로세싱 회로(120)로 공급된다. 프로세싱 회로(120)는, GNSS 위성과 제1 수신 회로(110) 사이의 신호 지연(signal delay)에 기초하여 개략적인 위치 추정 값을 형성할 수 있다. 또한, 프로세싱 회로(120)는, 향상된 정밀 위치 추정 값을 형성하기 위해, 조정 데이터에 기초하여 상기 개략적인 위치 추정 값들을 조정할 수 있다.

정밀 포인트 위치인식에 이용되는 외부 에러 정정 데이터는 GNSS 위성에 대한 클록 정정(clock correction), ephemerides(정확한 위성 궤도), 전리층 정정(ionosphere correction) 및 대류권 정정(troposphere correction)을 포함할 수 있다. 업데이트 비율은 서로 다른 정정 조건에 따라 다르게 적용될 수 있다. 프로세싱 회로(120)는 제1 수신 회로(110)로부터 수신한 데이터와 데2 수신 회로(115)로부터 수신한 데이터를 확장 칼만 필터(extended Kalman filter)에서 결합(combine)할 수 있고, 프로세싱 회로(120)의 출력은 향상된 정밀 위치 추정 값을 포함할 수 있다.

동작 시에, 향상된 정밀 위치 추정에 대한 정밀도는 예를 들어, 상태 추정 값 및 칼만 이득(Kalman Gain)이 생성되고, 확장 칼만 필터에 의해 반복적으로 업데이트됨으로써 정상 상태 값(steady-state value)에 접근할 때, 확장 칼만 필터가 컨버전싱함에 따라 향상될 수 있다.

도 2는 확장 칼만 필터가 수렴할 때 생성된 개선된 정밀 위치 추정의 수평 위치 에러를 도시하는 그래프이다. 시간() 후에, 수평 위치 에러는 그 정상 상태 값에 근접(예를 들어, 정상 범위 값의 5 % 이내 또는 1 % 이내)하고, 정밀 포인트 위치인식 확장 칼만 필터는 수렴했다고 볼 수 있다. 확장 칼만 필터가 수렴하는데 걸리는 시간 는 정밀 포인트 위치인식 기법을 사용하는 위성 항만 시스템에 기초한 위치 추정 시스템의 유용성 또는 상업적 가치를 현저하게 감소시키기에 충분히 길 수 있다.

예를 들어, 고정밀 위치 추정을 형성하기 위한 시스템을 수반한 차량이 터널을 통해 주행하는 경우, GNSS 위성으로부터의 신호는 충분히 긴 시간 동안 손실되고, 확장 칼만 필터에 의해 생성된 개선된 정밀 위치 추정의 수평 위치 에러는 차량이 터널을 나온 후, 확장 칼만 필터가 재-컨버전스(re-converge)하는 시간은 충분히 클 수 있다.

도 3은 두개의 시나리오에서의 수평 위치 에러를 나타낸다. 제1 곡선(305) 및 제2 곡선(310)에 대응하는 첫번째 시나리오에서, 수평 위치 에러는 중단(outage) 직후에 크게 나타나고, 상당한 시간 동안에 크게 유지된다. 제1 곡선(305) 및 제3 곡선(315)에 대응하는 두번째 시나리오에서, 정밀 위치 추정은 중단 직후에 이용 가능할 수 있다. 이러한 정밀 위치 추정은, 중단 직후 정밀 포인트 위치인식 기법으로 생성된 것보다 정확하지만, 확장 칼만 필터가 컨버전싱한 후 정밀 포인트 위치인식 기법으로 생성된 것보다 덜 정확할 수 있다. 이러한 정밀 위치 추정은, RTK 방식과 같은, 정밀 포인트 위치인식 기법과는 다른 방법을 이용하여 생성될 수 있다. 도 3의 제3 곡선(315)에 도시된 바와 같이, 정밀 위치 추정은 컨버전스를 가속시키기 위해 확장 칼만 필터에 공급될 수 있고, 결과적으로 컨버전스 간격이 더 짧아질 수 있다.

RTK 포지셔닝은 위성 항법 시스템에 기인한 위치 데이터의 정밀도를 향상시키기 위해 적용될 수 있다. RTK 포지셔닝은 GNSS 신호의 정보 컨텐츠에 부가하여 GNSS 신호의 반송파(carrier wave) 위상의 측정 값을 이용할 수 있고, 실시간 정정(real time correction)을 제공하기 위해 단일 물리적 기준 스테이션(single physical reference station) 또는 보간된 비물리 기준 스테이션(interpolated non-physical reference station)을 이용할 수 있다.

물리적 기준 스테이션을 이용하는 경우, 정확히 알려진 위치에 있을 수 있고, GNSS 신호로부터 대략적인 위치 측정을 형성하는 고정밀 위치 측정에 대한 시스템으로 반송파 위상 및 코드 범위의 측정 값(이는 "기준 스테이션 측정 값"으로 지칭될 수 있음)을 전송하고, 상기 대략적인 위치 측정 값으로부터의 확실한 에러를 제거하고 정확한 위치 측정 값을 형성하기 위해 기준 스테이션 측정 값을 이용하여 대략적인 위치 측정 값을 정정할 수 있다. 이러한 프로세스에서 제거된 에러는 GNSS 위성에서의 클록 에러, GNSS 위성의 천문력(ephemerides)에 대한 지식의 오류 및 GNSS 위성으로부터의 신호에 의해 경험된 비균일(non-uniform) 또는 시간 변화(time-varying)하는 전리층 및 대류권 지연을 포함할 수 있다.

몇몇 실시 예에 따라, 비물리 기준 스테이션(물리적 기준 스테이션을 대신하는)은 고정밀 위치 측정을 형성하기 위해 시스템으로 기준 스테이션 측정 값을 제공할 수 있다. 이러한 비물리 기준 스테이션은 예를 들어, 물리적 기준 스테이션이 선택된 위치에서 동작하는 경우, 물리적 기준 스테이션의 네트워크로부터 측정 값을 수신하고, 상기 선택된 위치에서 획득될 부반송파 위상 및 코드 범위의 측정 값을 구성하기 위해 측정 값을 보간하는 프로세싱 회로로서 구현될 수 있다. 이러한 측정 값은 "시뮬레이션된 기준 스테이션 측정 값"으로 지칭될 수 있다. 비물리 기준 스테이션은 전용 하드웨어 내에서 구현될 수 있다. 또한, 비물리 기준 스테이션은 프로세싱 회로(예를 들어, 도 1의 시스템의 프로세싱 회로(120))의 일부로서 구현될 수 있다. 또한, 비물리 기준 스테이션은 소프트웨어(예를 들어, 도 1의 시스템의 프로세싱 회로(120)에서 구동되는 소프트웨어) 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다.

비물리 기준 스테이션은, 측정 오차가 비물적 기준 스테이션의 (시뮬레이션된)측정 값 및 고정밀 위치 측정을 위한 시스템의 측정 값과 대부분 공통인, 고정밀 위치 추정을 형성하기 위한 시스템에 충분히 근접한 시뮬레이션된 포지션을 가질 수 있다. 몇몇 실시 예에 따라, 비물리 기준 스테이션(또는 물리적 기준 스테이션)은, 고정밀 위치 추정의 형성을 위한 시스템의 위치로부터 20km 이내(예를 들어, 1m 및 20km 사이)에서 선택될 수 있다. 몇몇 실시 예에 따라, 비물리 기준 스테이션(또는 물리적 기준 스테이션)은 중단(outage)이 시작한 지점 또는 중단이 시작되기 전에 정말 위치 추정이 이용 가능한 마지막 지점에서 선택될 수 있다. 비물리 기준 스테이션(또는, 물리적 기준 스테이션)에 대한 이러한 위치 선택은, 공간 추정(spatial extrapolation)이 아닌, 에러의 시간 추정(temporal extrapolation)만이 포함되는 효과를 가질 수 있다. 본 명세서에서, 비물리 기준 스테이션의 "시뮬레이션된 위치"는 이들이 생성하는 시뮬레이션된 기준 스테이션 측정 값에 대응하는 위치이다.

몇몇 실시 예에 따른 RTK 방식이 적용되는 시스템의 동작이 도 4에 도시되었다. 도 4에서, 는 시점()에서의 수신기 위치를 나타내고, 은 중단이 시작되는 시점을 나타내고, 는 중단이 종료되는 시점을 나타내고, 는 시점()에서의 비물리 기준 스테이션의 위치를 나타낸다. 또한, 는 시점()에서 고정밀 위치 추정을 형성하기 위한 시스템의 제1 수신 회로(110)과 i번째 위성 사이의 기하학적(geometric) 거리를 나타내고, 는 시점()에서 비물리 기준 스테이션과 i번째 위성과의 기하학적 거리를 나타낸다.

도 4에서, 시점(time epoch)은 (i)고정밀 위치 추정을 형성하기 위한 시스템의 제1 수신 회로(110)가 신호를 수신하는 시점과 위성이 상기 신호를 전송하는 시점이 동일하고, (ii)지상에서의 시간과 동일한 값을 갖는 특징이 있는, 위치 독립적인(position-dependent) 시간의 값을 의미한다. 예를 들어, 단순화를 위해, 제1 위성()으로부터 전송된 신호를 로 나타내고, 시점()에서 수신된 신호를 로 나타내고, 이때 은 신호가 위성에서 출력될 때와 수신기에 도달할 때의 정확한 시간 태그를 의미하지는 않는다. 더 정확히 말하면, 시점()에 제1 위성()에서 전송된 신호는 수신기에 시점(+dt)에 도착하고, 여기서 dt는 우주에서의 signal travel에 대한 시간을 의미한다.

동작 시에, 고정밀 위치 추정을 형성하는 시스템의 제1 수신 회로(110)는 각 위성에 대한 반송파 위상 및 코드 범위의 측정 값을 획득한다. 비물리 기준 스테이션은 시뮬레이션된 기준 스테이션 측정 값을 생성하고, 시뮬레이션된 기준 스테이션 측정 값을 고정밀 위치 추정을 위한 시스템으로 전송한다. 이 때, 고정밀 위치 추정을 위한 시스템은 고정밀 위치 추정 값을 생성하기 위해 GNSS 위성으로부터 수신한 신호와 함께 시뮬레이션된 기준 스테이션 측정 값을 사용한다. 이후 고정밀 위치 추정을 위한 시스템은 확장 칼만 필터에 고정밀 위치 추정 값을 공급하여 컨버전스를 가속화한다.

몇몇 실시 예에 따라, 예를 들어 중단이 종료된 위치 부근에서 이용 가능하다면, 물리적 기준 스테이션이 사용될 수 있다. 이러한 상황에서, 물리적 기준 스테이션은 고정밀 위치 추정을 위한 시스템으로, 시뮬레이션된 기준 스테이션 측정 값 대신에, (물리적)기준 스테이션 측정 값을 전송할 수 있다.

몇몇 실시 예에 따라, RTK 방식을 사용하여 생성된 정밀 위치 추정 값은, GNSS 신호가 일시적으로(temporarily) 사용 불가능한 중단 직후보다, 정밀 포인트 위치인식 기법에 의해 사용된 확장 칼만 필터의 컨버전스를 가속화하기 위한 다른 상황에서 사용된다. 예를 들어, 이러한 정밀 위치 추정 값은 시스템 스타트업(startup) 단계에서 정밀 포인트 위치인식 기법으로 적용되는 확장 칼만 필터의 컨버전스를 가속화하기 위해 사용될 수 있다. 다른 예로서, 이러한 정밀 위치 추정 값은 도 1의 제1 수신 회로(110)의 기능의 일시적인 손실을 야기하는 에러 조건(condition) 또는 소프트웨어 에러와 같은, 확장 칼만 필터의 컨버전스의 손실을 야기하는 다른 이벤트로부터 복구(recover)하기 위해 사용될 수 있다. 본 명세서에서, "중단(outage)"은, 시스템으로 공급되는 전력이 셧 아웃(shut out)되거나 연결되지 않는 경우의 어떠한 인터벌(최초 스타트업 또는 연속적인 스타트업 전에)을 포함하는, 시스템이 정밀 포인트 위치인식을 수행하지 않는 동안의 모든 인터벌을 의미할 수 있다.

몇몇 실시 예에 따른 GNSS 수신기의 위치를 추정하는 방법은, 제1 상태에서 동작하는 단계, 상태 변환 기준(state transition criterion)을 만족하는지 여부를 결정하는 단계 및 상태 변환 기준을 만족하는 경우 제2 상태에서 동작하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 상태는, RTK 방식을 이용하여 정밀 위치 추정 값이 생성되고, 정밀 포인트 위치인식 기법을 이용하여 확장 칼만 필터로 공급되어 컨버전스를 가속화하는 상태일 수 있다.

상태 변환 기준이 만족되면(예를 들어, 확장 칼만 필터는 컨버전스 기준을 만족하는 정밀 포인트 위치인식 기법의 컨버전스의 측정에 의해 결정된 바와 같이 적절하게 컨버징됨), GNSS 수신기는 제2 상태로 변환할 수 있고, 제2 상태는 확장 칼만 필터에 공급되는(예를 들어, RTK 방식으로부터) 다른 소스로부터의 정밀 위치 추정없이 정밀 포인트 위치인식 기법이 수행되는 상태일 수 있다. 몇몇 실시 예에 따라, 컨버전스의 측정 값은 정밀 포인트 위치인식 기법의 확장 칼만 필터의 추정 공분산(covariance)이고, 컨버전스 기준은 상기 추정 공분산의 크기가 임계 값 이하인 경우 만족될 수 있다.

몇몇 실시 예에 따라, 시스템은 중단 직후(예를 들어, 위치 추정 값이 생성되지 않은 상태 등의 제3 상태에서 동작할 수 있는 구간) 제1 상태에서 동작할 수 있고, 중단 직전에 시스템이 정밀 포인트 위치인식 기법이 컨버징된 상태(예를 들어, 제4 상태)에 있을 수 있다. 몇몇 실시 예에 따라, 중단 구간은 4분보다 작을 수 있다. 몇몇 실시 예에 따라, 시스템은 전리층-자유(ionosphere-free) 조합(예를 들어, GPS 기반 시스템의 GPS 신호의 L1 및 L2 신호에 기초하여) 및/또는 캐스케이딩 모호성 분석(cascading ambiguity resolution)을 PPP 방식 및/또는 RTK 방식의 일부로서 적용할 수 있다.

본원은 다양한 변형들 및 다양한 실시예들을 가질 수도 있으며, 그 중 첨부된 도면을 참조하여 실시예들이 상세하게 설명되었다. 그러나, 본원은 실시예들에 한정되지 않고, 본원의 범위 내의 모든 변형들, 등가물들 및 대안들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같은 서술 번호를 포함하는 용어들이 다양한 구성 요소들을 설명하기 위해 사용될 수도 있지만, 구조적 구성 요소들은 용어들에 의해 제한되지 않는다. 이러한 용어들은 한 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위해서만 사용된다. 예를 들어, 본원의 범위를 벗어나지 않으면서, 제1 구조적 구성 요소는 제2 구조적 구성 요소로 지칭될 수도 있다. 유사하게, 제2 구조적 구성 요소는 또한 제1 구조적 구성 요소로 지칭될 수도 있다. 본원에서 사용된 "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 관련 아이템들의 임의의 조합 및 모든 조합을 포함한다.

본원에서 사용된 용어들은 본원의 다양한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것이며 본원을 제한하고자 하는 것은 아니다. 단수 형태들은 문맥에 달리 명시되어 있지 않는 한 복수 형태를 포함하고자 한다. 본원에서, 용어 "포함하는" 또는 "가지는"은 특징들, 숫자들, 단계들, 동작들, 구조적 구성 요소들, 부품들, 또는 이들의 조합들의 존재를 나타내는 것이지, 하나 이상의 다른 특징들, 숫자들, 단계들, 동작들, 구조적 구성 요소들, 부품들, 또는 이들의 조합들의 존재나 가능성을 배제하는 것이 아니다.

다르게 정의되지 않는 한, 본원에서 사용된 모든 용어들은 본원이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어들은 관련 분야의 문맥상의 의미와 동일한 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본원에서 명확하게 정의되지 않는 한 이상적이거나 과도하게 공식적인 의미를 갖는 것으로 해석되어서는 안된다.

일 실시예에 따르면, 전자 장치는 다양한 유형들의 전자 장치들 중 하나일 수도 있다. 전자 장치들은, 예를 들어, 휴대용 통신 장치(예를 들어, 스마트 폰), 컴퓨터, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 장치, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 제품을 포함할 수도 있다. 일 실시예에 따른 전자 장치는 상술한 것에 제한되지 않는다.

본원에서 사용된 용어들은 본원을 제한하고자 하는 것이 아니며, 대응하는 실시예에 대한 다양한 변경들, 등가물들, 또는 대체물들을 포함하도록 의도된다. 첨부된 도면들의 설명들과 관련하여, 유사한 도면 부호들은 유사한 또는 관련된 구성 요소들을 참조하는데 사용될 수도 있다. 사물에 대한 명사의 단수 형태는, 관련 문맥이 다른 것을 명백히 나타내지 않는 한, 하나 이상의 사물들을 포함할 수도 있다. 본원에 사용된 "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B, 또는 C", "A, B, 및 C 중 적어도 하나", "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"는 해당 구에 열거된 항목들의 가능한 모든 조합을 포함할 수도 있다. 본원에서 사용된 "제1", 및 "제2"는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위해 사용되며, 구성 요소들을 다른 관점(예를 들어, 중요성 또는 순서)에서 제한하고자 하는 의도로 사용되지 않는다. 하나의 구성 요소(예를 들어, 제1 구성 요소)가 다른 구성 요소(예를 들어, 제2 구성 요소)와, "작동하도록" 또는 "통신하도록"이라는 용어의 유무에 관계없이, "커플링된", "커플된", "접속된", 또는 "연결된" 경우, 이는 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접(예를 들어, 유선), 무선, 또는 제3 구성 요소를 통해 연결될 수도 있음을 나타낸다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 아래의 특허청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110: 제1 수신 회로(GNSS 수신 회로)
115: 제2 수신 회로(조정 데이터 수신 회로)
120: 프로세싱 회로

Claims

위성 항법 시스템(global navigation satellite system, GNSS) 수신기의 위치 추정 방법으로서,
제1 상태에서 동작하는 단계;
상태 변환 기준을 만족하는지 여부를 결정하는 단계; 및
상기 상태 변환 기준을 만족하는 경우, 제2 상태에서 동작하는 단계를 포함하고,
상기 제1 상태에서 동작하는 단계는,
복수의 GNSS 위성으로부터 GNSS 신호를 수신하는 단계;
복수의 기준 스테이션 측정 값(reference station measurements)을 수신하는 단계;
외부 에러 정정 데이터(external error correction data)를 수신하는 단계;
상기 GNSS 신호 및 상기 기준 스테이션 측정 값에 기초하여, RTK(Real-Time Kinematic) 기법을 사용하여 제1 위치 추정 값(position estimates)을 생성하는 단계; 및
상기 GNSS 신호, 상기 외부 에러 정정 데이터 및 상기 제1 위치 추정 값에 기초하여, 정밀 포인트 위치인식(Precise Point Positioning, PPP) 기법을 사용하여 제2 위치 추정 값을 생성하는 단계를 포함하고,
상기 상태 변환 기준을 만족하는지 여부를 결정하는 단계는, 상기 정밀 포인트 위치인식 기법의 컨버전스(convergence)의 측정 값이 컨버전스 기준을 만족하는지 여부를 결정하는 단계를 포함하고,
상기 제2 상태에서 동작하는 단계는,
상기 복수의 GNSS 위성으로부터 상기 GNSS 신호를 수신하는 단계;
상기 외부 에러 정정 데이터를 수신하는 단계; 및
상기 GNSS 신호 및 상기 외부 에러 정정 데이터에 기초하여, 상기 정밀 포인트 위치인식 기법을 사용하여 상기 제2 위치 추정 값을 생성하는 단계를 포함하되,
상기 컨버전스의 측정 값은 상기 정밀 포인트 위치인식 기법의 확장 칼만 필터(extended Kalman filter)의 추정된 공분산(covariance)이고,
상기 추정된 공분산의 크기가 임계 값 이하일 때 상기 컨버전스 기준을 만족하는, GNSS 수신기의 위치 추정 방법.
제1항에 있어서,
상기 복수의 기준 스테이션 측정 값을 수신하는 단계는,
비-물리(non-physical) 기준 스테이션으로부터 상기 복수의 기준 스테이션 측정 값을 수신하는 단계를 포함하는, GNSS 수신기의 위치 추정 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 상태에서의 동작 전에, 제3 상태에서 동작하는 단계를 더 포함하고,
상기 제3 상태에서 동작하는 단계는, 상기 복수의 GNSS 위성으로부터 상기 GNSS 신호를 수신하지 않는 단계를 포함하는, GNSS 수신기의 위치 추정 방법.
제3항에 있어서,
상기 제3 상태에서의 동작 전에, 제4 상태에서 동작하는 단계를 더 포함하고,
상기 정밀 포인트 위치인식 기법의 측정 값은 상기 제4 상태에서 동작하는 동안에 상기 컨버전스 기준을 충족하는, GNSS 수신기의 위치 추정 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 위치 추정 값을 생성하는 단계는,
전리층-자유(ionosphere-free) 조합을 이용하는 단계를 포함하는 GNSS 수신기의 위치 추정 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 위치 추정 값을 생성하는 단계는,
캐스케이딩 모호성 분석(cascading ambiguity resolution)을 이용하는 단계를 포함하는 GNSS 수신기의 위치 추정 방법.
제1항에 있어서,
상기 복수의 GNSS 위성으로부터 상기 GNSS 신호를 수신하는 단계는,
GPS(Global Positioning System) 위성으로부터 상기 GNSS 신호를 수신하는 단계를 포함하는 GNSS 수신기의 위치 추정 방법.
제1항에 있어서,
상기 복수의 GNSS 위성으로부터 상기 GNSS 신호를 수신하는 단계는,
GPS 위성으로부터 L1 신호를 수신하는 단계; 및
상기 GPS 위성으로부터 L2 신호를 수신하는 단계를 포함하는 GNSS 수신기의 위치 추정 방법.
GNSS 수신기의 위치 추정 시스템으로서,
GNSS 신호를 수신하는 제1 수신 회로;
기준 신호를 수신하는 제2 수신 회로; 및
프로세싱 회로를 포함하되,
상기 시스템은,
제1 상태에서 동작하고,
상태 변환 기준을 만족하는지 여부를 결정하고,
상기 상태 변환 기준을 만족하는 경우, 제2 상태에서 동작하고,
상기 제1 상태에서의 동작은,
상기 제1 수신 회로에 의해, 복수의 GNSS 위성으로부터 GNSS 신호를 수신하는 동작;
상기 제2 수신 회로에 의해, 복수의 기준 스테이션 측정 값을 수신하는 동작;
상기 제2 수신 회로에 의해, 외부 에러 정정 데이터를 수신하는 동작;
상기 프로세싱 회로에 의해, 상기 GNSS 신호 및 상기 기준 스테이션 측정 값에 기초하여, RTK(Real-Time Kinematic) 기법을 사용하여 제1 위치 추정 값을 생성하는 동작; 및
상기 프로세싱 회로에 의해, 상기 GNSS 신호, 상기 외부 에러 정정 데이터 및 상기 제1 위치 추정 값에 기초하여, 정밀 포인트 위치인식(PPP) 기법을 사용하여 제2 위치 추정 값을 생성하는 동작을 수행하고,
상기 상태 변환 기준을 만족하는지 여부를 결정하는 동작은, 상기 프로세싱 회로에 의해, 상기 정밀 포인트 위치인식 기법의 컨버전스의 측정 값이 컨버전스 기준을 만족하는지 여부를 결정하는 동작을 포함하고,
상기 제2 상태에서의 동작은,
상기 제1 수신 회로에 의해, 상기 복수의 GNSS 위성으로부터 상기 GNSS 신호를 수신하는 동작;
상기 제2 수신 회로에 의해, 상기 외부 에러 정정 데이터를 수신하는 동작; 및
상기 프로세싱 회로에 의해, 상기 GNSS 신호 및 상기 외부 에러 정정 데이터에 기초하여, 상기 정밀 포인트 위치인식 기법을 사용하여 상기 제2 위치 추정 값을 생성하는 동작을 포함하되,
상기 컨버전스의 측정 값은 상기 정밀 포인트 위치인식 기법의 확장 칼만 필터(extended Kalman filter)의 추정된 공분산(covariance)이고,
상기 추정된 공분산의 크기가 임계 값 이하일 때 상기 컨버전스 기준을 만족하는, GNSS 수신기의 위치 추정 시스템.
GNSS 수신기의 위치 추정 시스템으로서,
GNSS 신호를 수신하는 제1 수신 수단;
지상(terrestrial) 신호를 수신하는 제2 수신 수단; 및
프로세싱 수단을 포함하고,
상기 시스템은,
제1 상태에서 동작하고,
상태 변환 기준을 만족하는지 여부를 결정하고,
상기 상태 변환 기준을 만족하는 경우, 제2 상태에서 동작하고,
상기 제1 상태에서의 동작은,
상기 제1 수신 수단에 의해, 복수의 GNSS 위성으로부터 GNSS 신호를 수신하는 동작;
상기 제2 수신 수단에 의해, 복수의 기준 스테이션 측정 값을 수신하는 동작;
상기 제2 수신 수단에 의해, 외부 에러 정정 데이터를 수신하는 동작;
상기 프로세싱 수단에 의해, 상기 GNSS 신호 및 상기 기준 스테이션 측정 값에 기초하여, RTK(Real-Time Kinematic) 기법을 사용하여 제1 위치 추정 값을 생성하는 동작; 및
상기 프로세싱 수단에 의해, 상기 GNSS 신호, 상기 외부 에러 정정 데이터 및 상기 제1 위치 추정 값에 기초하여, 정밀 포인트 위치인식(PPP) 기법을 사용하여 제2 위치 추정 값을 생성하는 동작을 수행하고,
상기 상태 변환 기준을 만족하는지 여부를 결정하는 동작은, 상기 프로세싱 수단에 의해, 상기 정밀 포인트 위치인식 기법의 컨버전스의 측정 값이 컨버전스 기준을 만족하는지 여부를 결정하는 동작을 포함하고,
상기 제2 상태에서의 동작은,
상기 제1 수신 수단에 의해, 상기 복수의 GNSS 위성으로부터 상기 GNSS 신호를 수신하는 동작;
상기 제2 수신 수단에 의해, 상기 외부 에러 정정 데이터를 수신하는 동작; 및
상기 프로세싱 수단에 의해, 상기 GNSS 신호 및 상기 외부 에러 정정 데이터에 기초하여, 상기 정밀 포인트 위치인식 기법을 사용하여 상기 제2 위치 추정 값을 생성하는 동작을 포함하되,
상기 컨버전스의 측정 값은 상기 정밀 포인트 위치인식 기법의 확장 칼만 필터(extended Kalman filter)의 추정된 공분산(covariance)이고,
상기 추정된 공분산의 크기가 임계 값 이하일 때 상기 컨버전스 기준을 만족하는, GNSS 수신기의 위치 추정 시스템.