KR102650813B1 - 가상 위성신호 송신 장치, 가상 위성 항법 장치의 동작 방법, 그리고 가상 위성 항법 시스템 - Google Patents

가상 위성신호 송신 장치, 가상 위성 항법 장치의 동작 방법, 그리고 가상 위성 항법 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가상 위성 항법 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 위성 신호 송신 장치는, 가상 위성들에 의한 가상 위성 신호를 송신한다. 가상 위성 신호 송신 장치는 실 위성 신호 수신이 불가능한 폐쇄지역에 설치되어 위성 항법이 가능한 환경을 제공할 수 있으며, 이로써 실외 및 실내에서 끊김없는 위성항법 기반의 위치확인이 가능하다. 특히, 가상위성을 가정한 시스템 구성으로 위성 시계오차, 궤도오차, 지구자전 보정 등의 절차가 필요없으며 위성궤도정보를 별도로 수신하거나 계산할 필요가없어 위성 항법 수신기에서 간단하고 빠르며 정확한 위치 계산이 가능하다.

Description

가상 위성신호 송신 장치, 가상 위성 항법 장치의 동작 방법, 그리고 가상 위성 항법 시스템{VIRTUAL SATELLITE NAVIGATION TRANSMISSION DEVICE, OPERATING METHOD OF VIRTUAL SATELLITE NAVIGATION DEVICE, AND VIRTUAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM}
본 발명은 전자 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 실내 또는 지하에서도 향상된 정확도를 제공하는 가상 위성 항법 장치, 가상 위성 항법 장치의 동작 방법, 그리고 가상 위성 항법 시스템에 관한 것이다.
과학 기술이 발전하면서, 항법(navigation) 기술 또한 함께 발전하고 있다. 최근 널리 이용되고 있는 대표적인 항법 기술은 전역 항법 위성 시스템(GNSS, Global Navigation Satellite System)이다. 전역 항법 위성 시스템은 지구 궤도에 항법 위성을 설치하고, 항법 위성들로부터 수신되는 신호들에 기반하여 수신자의 위치를 판별하는 시스템이다.
전역 항법 위성 시스템은 미국에서 운영하는 GPS (Global Positioning System), 유럽에서 운영하는 갈릴레오(Galileo), 러시아에서 운영하는 글로나스(GLONASS), 그리고 중국에서 운영하는 북두 등을 포함한다.
전역 항법 위성 시스템은 운송 수단과 결합된 항법 장치, 또는 항법 기능을 구비한 스마트폰 또는 태블릿 등과 같은 휴대용 기기와 연관되어 다양한 이로움을 제공한다. 그러나 전역 항법 위성 시스템은 지하 또는 건물 내와 같이 위성 항법 신호가 도달할 수 없는 위치에서 동작하지 않는 단점을 갖는다.
이러한 단점을 극복하기 위하여 다양한 수단이 연구되고 있으나, 현재까지 연구된 수단들은 정확도의 일부를 포기하거나 또는 전역 항법 위성 시스템의 일부를 변경하여야 하는 오버헤드를 유발한다. 따라서, 현재까지 연구된 수단들을 넘어 더 높은 정확도를 갖고 기존의 전역 항법 위성 시스템과 호환되는 위성 항법 장치 또는 방법에 대한 연구가 지속적으로 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 GNSS 단말기의 구성을 변경하지 않고도, 폐쇄 공간에서 위치 추적이 가능한 가상 위성 신호 송신 시스템 및 가상 위성 신호들을 송신하는 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가상 위성들에 의한 가상 위성 신호를 송신하는 가상 위성신호 송신 장치는, 상기 가상 위성들의 적어도 네 개의 위치정보와 상기 가상 위성신호 송신 장치의 위치에 기반한 적어도 네 개의 지연 정보들을 저장하는 메모리; 상기 지연 정보들에 기반하여 가상 위성 신호들을 생성하는 가상 위성 신호 생성부; 그리고 상기 가상 위성 신호들을 송출하는 안테나를 포함한다.
실시 예에 있어서, 외부의 장치로부터 시간 정보를 수신하는 통신부를 더 포함하고, 그리고 상기 가상 위성 신호 생성부는 상기 시간 정보에 기반하여 시간을 동기화한다.
실시 예에 있어서, 상기 메모리는 적어도 네 개의 위성 코드들을 더 저장하고, 네 개의 위성 코드들은 실제 위성이 아닌 가상 위성에 할당되고, 상기 가상 위성 신호 생성부는 상기 적어도 네 개의 위성 코드들에 기반하여 상기 적어도 네 개의 가상 위성 신호들을 각각 생성한다.
실시 예에 있어서, 상기 메모리는 적어도 네 개의 세기 정보들을 더 저장하고, 그리고 상기 안테나는 상기 적어도 네 개의 지연 정보들 및 상기 적어도 네 개의 세기 정보들에 기반하여 상기 적어도 네 개의 가상 위성 신호들을 합성하여 송출한다.
실시 예에 있어서, 상기 적어도 네 개의 지연 정보들 중 제1 지연 정보는 지구 위의 고정된 제1 위치로부터 제1 가상 위성 신호가 송출된 때에, 상기 제1 가상 위성 신호가 상기 가상 위성신호 송신 장치에 설정된 위치에 도달할 때까지의 시간에 대응하고, 상기 적어도 네 개의 지연 정보들 중 제2 지연 정보는 상기 지구 위의 고정된 제2 위치로부터 제2 가상 위성 신호가 송출된 때에, 상기 제2 가상 위성 신호가 상기 가상 위성신호 송신 장치에 설정된 위치에 도달할 때까지의 시간에 대응한다.
실시 예에 있어서, 클럭 신호를 출력하도록 구성되는 클럭 생성부; 외부의 장치로부터 타이밍 신호를 수신하고, 그리고 상기 클럭 신호로부터 상기 타이밍 신호에 동기된 내부 타이밍 신호를 생성하도록 구성되는 타이밍 동기부; 상기 안테나를 통해 상기 가상 위성 신호를 송신할 때 그 크기를 조절하도록 구성되는 출력 조절부;그리고 상기 내부 타이밍 신호에 동기되어 상기 가상 위성 신호를 생성하도록 상기 가상 위성 신호 생성부를 제어하고, 안테나를 통하여 일정한 출력으로 가상 위성신호가 송출되도록 상기 출력 조절부를 제어하고, 상기 타이밍 신호의 지연 보정을 위한 오프셋(OFF)을 저장하고, 그리고 상기 오프셋(OFF)을 이용하여 상기 타이밍 신호의 지연 보정을 수행하도록 상기 타이밍 동기부를 제어하는 제어부;를 포함한다. 상기 가상 위성 신호 생성부는 상기 내부 타이밍 신호에 동기되어 동작하고, 그리고 가상 위성 정보에 기반하여 상기 가상 위성 신호를 생성하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 가상 위성 신호 송신 시스템은, 위성으로부터 위성 신호를 수신하고, 그리고 상기 수신된 위성 신호로부터 기준 타이밍 신호를 생성하여 출력하도록 구성되는 위성 신호 수신기; 상기 위성 신호 수신기로부터 상기 기준 타이밍 신호를 수신하고 상기 기준 타이밍 신호에 응답하여 제1 내부 타이밍 신호를 생성하고, 상기 제1 내부 타이밍 신호에 동기되어 가상 위성 신호들을 합성하여 송출하고, 그리고 상기 기준 타이밍 신호로부터 제1 타이밍 신호를 생성하여 출력하도록 구성되는 제1 가상 위성 신호 송신 장치; 그리고 상기 제1 위성 신호 송신 장치로부터 상기 제1 타이밍 신호를 수신하고, 상기 제1 타이밍 신호에 응답하여 제2 내부 타이밍 신호를 생성하고, 상기 제2 내부 타이밍 신호에 동기되어 가상 위성 신호들을 합성하여 송출하고, 그리고 상기 제1 타이밍 신호로부터 제2 타이밍 신호를 생성하여 출력하도록 구성되는 제2 위성 신호 송신 장치를 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 제1 및 제2 가상 위성신호 송신 장치들 각각은: 지구 내부 또는 지구 상의 정의된 넷 이상의 정의된 가상 위성들의 위치정보를 저장하고, 상기 넷 이상의 가상의 정지 위성들로부터 가상 위성 신호들이 각각의 가상 위성신호 송신 장치에 설정된 위치에 도달할 때까지의 지연 시간들을 나타내는 넷 이상의 지연 정보들을 저장하고, 상기 넷 이상의 가상의 정지 위성들에 대응하는 넷 이상의 가상 위성 신호들을 생성하고, 그리고 상기 넷 이상의 지연 정보들에 기반하여 상기 넷 이상의 가상 위성 신호들을 합성하여 송출한다.
실시 예에 있어서, 상기 제1 및 제2 가상 위성 신호 송신 장치들 각각은, 실내 또는 지하와 같은 실제 위성 신호가 도달하기 어려운 위치들에 설치된다.
실시 예에 있어서, 상기 제1 가상 위성 신호의 유효 수신 범위와 상기 제2 가상 위성 신호의 유효 수신 범위가 서로 중첩되도록 상기 제1 가상 위성 신호 송신 장치 및 상기 제2 가상 위성 신호 송신 장치가 배치되어 위성 항법 수신 장치는 중첩구간에서 제1 가상 위성 신호 송신 장치와 제2 가상 위성 신호 송신 장치 사이의 위치정보를 확인할 수 있도록 구성된다,
본 발명의 일 실시 예에 따른 위성 항법 수신 장치는, 실 위성 신호 및 가상 위성 신호 중에서 적어도 하나를 포함하는 수신 신호를 수신하는 안테나; 상기 수신 신호를 증폭하여 증폭 신호를 생성하는 증폭기; 상기 증폭 신호를 반송파 복조하여 복조 신호를 생성하는 반송파 복조기; 상기 복조 신호로부터 수신 정보를 추출하는 신호 처리기; 상기 수신 정보로부터 위치 정보를 산출하는 위치 계산기; 그리고 상기 위치 정보를 출력하는 인터페이스를 포함한다. 상기 위치 계산기는 상기 수신 정보로부터 실 위성 신호의 개수와 가상 위신 신호의 개수를 사용하여 실 위성 신호만을 사용하는 위성 항법 모드, 가상 위성 신호만을 사용하는 가상 위성 항법 모드 및 실 위성 신호와 가상 위성 신호를 모두 사용하는 혼합 모드를 판단하고, 판단된 모드에 따라 상기 위치 정보를 계산한다.
실시 예에 있어서, 상기 위치 계산기는 가상 위성의 식별 번호 및 가상 위성의 위치 정보를 사용하여 상기 가상 위성 신호로부터 의사 거리를 측정하고, 상기 가상 위성의 위치 정보로부터 위치를 계산한다.
실시 예에 있어서, 상기 가상 위성 신호와 상기 실 위성 신호를 동시에 사용하여 위치정보를 계산한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 위성 항법 수신 장치는 위성 신호 및 가상 위성 신호를 처리하여 위치를 산출한다. 위성 항법 수신 장치의 동작 방법은, 가상 위성의 식별 번호 및 가상 위성의 위치 정보를 저장하는 단계; 실 위성 신호 및 가상 위성 신호를 취득하고 추적하는 단계; 실 위성 신호의 개수와 상기 가상 위신 신호의 개수를 사용하여 실 위성 신호만을 사용하는 위성 항법 모드, 가상 위성 신호만을 사용하는 가상 위성 항법 모드 및 실 위성 신호와 가상 위성 신호를 모두 사용하는 혼합 모드를 판단하는 단계; 그리고 선택된 모드에 따라 위성 신호 수신 장치의 위치를 계산하는 단계를 포함한다. 상기 가상 위성 신호와 상기 실 위성 신호는 서로 동기화되고, 상기 가상 항법 모드는 상기 가상 위성 신호로부터 의사 거리를 측정하고, 저장된 가상 위성의 위치 정보로부터 위치를 계산한다.
본 발명에 따르면, 가상 위성 항법 신호 송신장치들은 폐쇄 공간에서 가상 위성들에 기반한 가상 위성 신호들을 송출한다. 가상 위성들의 신호들은 실제 위성들의 위성 신호들과 호환될 수 있다. 따라서, 개방 공간 및 폐쇄 공간 모두에서 끊김없는 위성 항법 서비스를 제공할 수 있는 위성 항법 송신 장치, 위성 항법 수신 장치의 동작 방법, 그리고 위성 항법 시스템이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위성 신호 송신 시스템을 보여준다.
도 2는 본 기재의 제2 실시 예에 따른 가상 위성 의 배치를 보여준다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가상 위성 신호 송신 시스템이 위치 정보 제공 서비스를 수행하는 예를 보여준다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 위성 신호 송신 시스템에서 정보들이 교환되는 예를 보여준다.
도 5는 제2 실시 예에 따른 가상 위성 신호 송신 장치를 보여준다.
도 6은 가상 위성 신호 송신 장치가 송출하는 가상 위성 신호들의 예를 보여준다.
도 7은 제3 지점이 제1 지점과 제2 지점의 중앙에 위치할 때, 제3 지점에서 수신되는 가상 위성 신호들의 예를 보여준다.
도 8은 제3 지점이 제1 지점에 더 가까울 때에 제3 지점에서 수신되는 가상 위성 신호들의 예를 보여준다.
도 9는 제1 예에 따른 위성 신호 송신 장치 내의 타이밍 동기부를 보여준다.
도 10은 위성 신호들 및 가상 위성 신호들을 수신하는 수신기의 동작 방법의 예를 보여준다.
도 11은 수신기가 위성항법 모드에서 위치를 계산하는 예를 보여준다.
도 12는 수신기가 가상 위성항법 모드에서 위치를 계산하는 예를 보여준다.
도 13은 수신기가 위성 및 가상위성을 복합적으로 사용하는 위성항법 모드에서 위치를 계산하는 예를 보여준다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 사용자 위성 항법 장치를 보여주는 블록도이다.
통상적인 위성 항법 수신 장치는 실존하는 위성의 위성 신호에 기반하여 위성 항법 수신 장치의 위치를 계산한다. 위성 항법 수신 장치는 위성별 의사거리를 측정하고, 위성 궤도 정보에 기반하여 위성 위치를 계산한 후, 위성 위치 및 의사 거리에 기반하여 위성 항법 수신 장치의 위치를 계산한다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 실존하지 않는 가상 위성의 가상 위성 신호에 기반하여 위성 항법 수신 장치의 위치를 계산한다. 가상 위성 신호 송신장치는 위성궤도 정보없이 가상 위성의 고정된 위치 정보에 기반하여 가상 위성 신호를 생성하여 송출할 수 있다. 가상 위성 신호 송신 장치는 위성 시계오차, 궤도오차, 지구자전 보정 등의 절차가 필요없이 간단한 구성을 가진다. 가상 위성의 위치는 물리적으로는 불가능한 궤도에 있을 수 있으며 지구와 함께 자전하거나 지구 내부의 임의의 위치로 설정할 수 있다. 가상 위성의 위치는 이미 약속에 의하여 설정된 위치이고, 위성 항법 수신 장치(사용자 단말기)는 가상 위성의 위치를 저장하고 있으므로, 가상 위성의 위치 또는 궤도정보를 위성신호를 통해서 또는 별도 채널을 통하여 확보할 필요없이 저장된 가상위성의 위치정보를 참조하여 가상 위성 신호로부터 의사 거리만으로 위성 항법 수신 장치의 위치를 계산할 수 있다. 가상 위성에 할당된 식별 부호는 통상의 실 위성에 할당된 식별 부호와 구별되며, 이를 통해 위성 항법 수신 장치는 가상 위성 신호로부터 가상 위성 신호인지 실 위성 신호인지를 판별할 수 있다. 또한, 위성 항법 수신 장치(사용자 단말기)는 가상 위성에 대한 정보를 저장하고 있으며, 위성 시계오차, 궤도오차, 지구자전 보정 등의 절차가 필요없어 간단하고 빠르며 정확한 위치 계산이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가상 위성 신호의 타이밍은 실 위성 신호와 동기화될 수 있다. 이에 따라, 가상 위성 신호와 실 위성 신호가 혼재하는 경우에도, 가상 위성 신호와 실 위성 신호를 조합하여, 위성 항법 수신 장치의 위치를 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가상 위성 신호를 생성하여 송출하는 가상 위성 신호 송신 장치는 복수 개이고, 복수의 가상 위성 신호 송신기들은 서로 동기화될 수 있다. 이에 따라, 서로 인접한 가상 위성 신호 송신 장치들이 가상 위성 신호를 각각 송출하는 경우에도, 위성 항법 수신 장치는 가상 위성 신호 송신 장치들 사이의 위치를 산출할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위성 신호 송신 시스템(1000)을 보여준다. 도 1을 참조하면, GNSS 위성(30)은 지표면(1001) 상의 개방 공간들(1003, 1004)과 위성 신호(SS)에 기반하여 동기화될 수 있다. 폐쇄 공간(1002)(또는 신호 미약 공간)에 속한 위성 신호 송신 장치들(20a~20e)은 위성 신호(SS)에 포함된 타이밍 신호에 기반하여 동기화될 수 있다.
위성 신호 수신기(10)는 GNSS 위성(30)으로부터 위성 신호(SS)를 수신하고, 그리고 위성 신호(SS)로부터 기준 타이밍 신호를 생성할 수 있다. 기준 타이밍 신호는 현재 시각의 정보를 포함할 수 있다. 위성 신호 수신기(10)는 위성신호(SS) 기반으로 생성하는 기준 타이밍 신호를 위성신호 송신 장치(20a)에 전달하고, 위성신호 송신 장치들(20a~20e)은 타이밍 신호를 중계(relay)하여 개방 공간들(1003, 1004)과 폐쇄 공간(1002)의 시각들을 동기화할 수 있다. 이 과정에서 위성신호 송신 장치들(20a~20e)은 신호 중계과정에서의 지연 등을 보상하기 위한 오프셋보정을 할 수 있다. 위성 신호 송신 장치들(20a~20e)은 1차원적, 2차원적 또는 3차원적으로 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예들에 따르면, 위성 신호(SS)가 도달하지 못하는 폐쇄 공간(1002) 또한 개방 공간들(1003, 1004)과 위성신호(SS) 및 타이밍 신호에 기반하여 동기화될 수 있다. 폐쇄 공간(1002) 내에서, 위성 신호 송신 장치들(20a~20e)은 타이밍 신호 및 GNSS 위성(30)의 궤도 정보에 기반하여 복제 위성 신호들(SS')을 생성할 수 있다.
위성 신호 송신 장치들(20a~20e)은 폐쇄 공간(1002) 내에서 복제 위성 신호들(SS')을 전송할 수 있다. 복제 위성 신호들(SS')은 적어도 네 개의 위성들의 위성 신호들을 포함할 수 있다. 복제 위성 신호들(SS')은 개방 공간에서 수신되는 위성들에 대응하는 위성 신호일 수 있다. 복제 위성 신호들(SS')을 단말기에 제공함으로써, 위성 신호 송신 장치들(20a~20e)은 폐쇄 공간(1002) 내에서 위치 정보 제공 서비스를 지원할 수 있다. 동기된 위성 신호 송신 장치들(20a~20e)의 유효 수신 범위를 중첩하여 구성함으로써, 위치 정보 제공 서비스가 음영구간 없이 연속적으로 제공될 수 있다. 복제 위성 신호들(SS')은 개방 공간에 존재하는 실위성에 대한 정보 및 실위성의 궤도 정보를 요구한다. 또한, 위성들의 위치에 따른 도플러 효과와 같은 위성들의 움직임에 따른 오차, 위성 신호들이 대류권을 통과할 때에 발생하는 오차와 같은 다양한 오차들이 발생하므로, 오차 보정이 요구된다. 따라서, 수신기(사용자 단말기)가 위치를 계산하는 속도에 한계가 있으며, TTFF(Time to First Fix)가 증가될 수 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 복제 위성 신호들(SS')를 대신하여 가성 위성 신호가 도입될 수 있다. 가상 위성은 사용자들의 약속에 의하여 설정할 수 있다. 예를 들어, 한국형 위성 항법 시스템(KPS)에서 가상 위성이 규약될 수 있다. 가상 위성은 지구와 동일하게 자전하면서 지구중심 좌표계에서 지구 상에 고정된 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라, 가상 위성의 궤도 오차에 따른 보정등 이 요구되지 않는다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가상위성을 포함한 위성 성상도(2000)을 보여준다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 가상 위성 신호 송신 시스템(2000)은 도 1을 참조하여 설명된 GNSS 위성들(GNSS 위성(30)을 포함하는)에 더하여, 가상 위성들(VSV)이 존재하는 것으로 가정할 수 있다.
가상 위성들(VSV)의 일부는 지구로부터(예를 들어, 지구의 중심 또는 지표면) 일정한 거리에 위치할 수 있다. 가상 위성들(VSV)의 일부는 지구의 자전 속도와 동일한 속도로 공전하는(예를 들어, 정지궤도 위성과 같이) 것으로 가정될 수 있다. 즉, 가상 위성들(VSV)의 일부는 지구 상의 고정된 위치들에 대응할 수 있다.
가상 위성들(VSV)의 다른 일부는 지구의 내부에 위치하는 것으로 가정될 수 있다. 가상 위성들(VSV)의 다른 일부는 지구의 내부의 고정된 위치에 존재하는 것으로 가정될 수 있다. 즉, 가상 위성들(VSV)의 다른 일부는 지구 내부의 고정된 위치들(예를 들어, 지구의 내부의 중심)에 대응할 수 있다. 즉, 가상위성들(VSV)은 물리적인 제한이 없으므로 수신기에서 성능이 최적화하기 위한 위치라면 어디든 약속에 의하여 배치가 가능하며, 위의 예처럼 수신기에서 위치의 희석 (Dilution of Position, DOP)를 좋게하기 위하여 지구중심 등에 배치하는 등의 임의배치가 가능하다.
가상 위성 신호 송신 시스템(2000)은 가상 위성들이 가상 위성 신호들을 각각 송출하는 것을 가정할 수 있다. 실외와 같은 개방 공간에서, 위성 신호 송신 시스템(2000)은 GNSS 위성들에 기반한 위성 항법 서비스를 제공할 수 있다. 폐쇄 공간에서, 가상 위성 신호 송신 시스템(2000)은 가상 위성들(VSV)에 기반한 위성 항법 서비스를 제공할 수 있다. 따라서, 개방 공간 및 폐쇄 공간의 구분 없이, 가상 위성 신호 송신 시스템(2000)은 끊김없는 위성 항법 서비스를 제공할 수 있다.
예시적으로, GNSS 위성들에 복수의 코드(예를 들어, 위성 코드들)들 중 제1 코드들(예를 들어, 제1 위성 코드들)이 할당될 수 있다. GNSS 위성들은 제1 코드들에 기반하여 위성 신호들을 생성함으로써, 사용자 장치들이 위성 신호들을 송출한 GNSS 위성들을 구분할 수 있게 할 수 있다.
예시적으로, 가상 위성들(VSV)에 복수의 코드들(예를 들어, 위성 코드들) 중 제2 코드들(예를 들어, 제2 위성 코드들)이 할당될 수 있다. 가상 위성 신호 송신 시스템(2000)은 제2 코드들에 기반하여 가상 위성 신호들을 생성함으로써, 사용자 장치들이 가상 위성 신호들에 대응하는 가상 위성들(VSV)을 구분할 수 있게 할 수 있다.
예시적으로, 제2 코드들은 제1 코드들과 다를 수 있다. 또는, 제2 코드들은 제1 코드들에 포함될 수 있다. 또는, 제2 코드들의 일부는 제1 코드들의 일부와 중복될 수 있다.
예시적으로, 위성 코드들은 PRN 번호들일 수 있으며, 표 1과 같이 할당될 수 있다.
PRN 번호 PRN 할당
1~63 GPS
64~119 GBAS (Ground Based Argumentation System)
120~158 SBAS (Satellite Based Argumentation System)
159~210 가상 위성들(VSV)
표 1에 기재된 바와 같이, 제1 내지 제63 PRN 코드들은 GPS 위성들에 할당되어 있다. 제64 내지 제158 PRN 코드들은 보정 시스템에 할당되어 있다. 제159 내지 제210 PRN 코드들은 가상 위성들(VSV)에 할당될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가상 위성 신호 송신 시스템(2000)이 위치 정보 제공 서비스를 수행하는 예를 보여준다.
도 3을 참조하면, GNSS 위성(30)은 지표면(2001) 상의 개방 공간들(2003, 2004)과 위성 신호(SS)에 기반하여 동기화될 수 있다. 폐쇄 공간(2002)(또는 신호 미약 공간)에 속한 가상 위성 신호 송신 장치들(50a~50e)은 위성 신호(SS)에 포함된 타이밍 신호에 기반하여 동기화될 수 있다.
위성 신호 수신기(40)는 GNSS 위성(30)으로부터 위성 신호(SS)를 수신하고, 그리고 위성 신호(SS)로부터 기준 타이밍 신호를 생성할 수 있다. 기준 타이밍 신호는 현재 시각의 정보를 포함할 수 있다. 위성 신호 수신기(40)는 도 1의 위성 신호 수신기(10)와 같거나 그와 유사하게 구현될 수 있다.
위성 신호 수신기(40)는 위성신호(SS) 기반으로 생성하는 기준 타이밍 신호를 가상 위성신호 송신 장치(50a)에 전달하고, 가상 위성신호 송신 장치들(50a~50e)은 타이밍 신호를 중계(relay)하여 개방 공간들(2003, 2004)과 폐쇄 공간(2002)의 시각들을 동기화할 수 있다. 이 과정에서 가상 위성신호 송신 장치들(50a~50e)은 신호 중계과정에서의 지연 등을 보상하기 위한 오프셋보정을 할 수 있다. 가상 위성 신호 송신 장치들(50a~50e)은 1차원적, 2차원적 또는 3차원적으로 배열될 수 있다.
가상 위성 신호 송신 장치들(50a~50e)은 도 1의 위성 신호 송신 장치들(20a~20e)과 다르게 구현될 수 있다. 가상 위성 신호 송신 장치들(50a~50e)은 가상 위성들(VSV)의 위치들에 기반하여 가상 위성 신호들(VSS)을 생성할 수 있다. 가상 위성 신호 송신 장치들(50a~50e)의 각각은 가상 위성들(VSV)의 고정된 위치, 가상 위성 신호들(VSS)이 가상 위성들(VSV)의 고정된 위치들로부터 가상 위성 신호 송신 장치들(50a~50e)의 각각에 도달할 때의 지연 시간들의 정보 그리고/또는 송출 신호 세기들의 정보를 저장할 수 있다.
또는 가상 위성 신호 송신 장치들(50a~50e)의 각각은 가상 위성들(VSV)의 위치 정보와 가상 위성 신호 송신 장치들(50a~50e) 각각의 위치 정보 또는 별도로 설정하는 위치정보를 저장할 수 있다. 가상 위성 신호 송신 장치들(50a~50e)의 각각은 가상 위성들(VSV)의 위치 정보와 가상 위성 신호 송신 장치들(50a~50e)의 각각의 위치 정보에 기반하여, 가상 위성 신호들(VSS)이 가상 위성들(VSV)의 고정된 위치들로부터 가상 위성 신호 송신 장치들(50a~50e)의 각각 설정위치에 도달할 때 까지의 지연 시간들의 정보를 계산하도록 구현될 수 있다.
가상 위성 신호 송신 장치들(50a~50e)의 각각은 가상 위성 신호들(VSS)이 가상 위성들(VSV)로부터 가상 위성 신호 송신 장치들(50a~50e)의 각각의 위치에 도달하고, 그리고 더 전송되는 것으로 여겨지도록, 가상 위성들(VSV)의 지연 시간들 그리고/또는 신호 세기들에 기반하여 가상 위성 신호들(VSV)을 생성하고 송신할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예들에 따르면, 위성 신호(SS)가 도달하지 못하는 폐쇄 공간(2002) 또한 개방 공간들(2003, 2004)과 위성신호(SS) 및 타이밍 신호에 기반하여 동기화될 수 있다. 폐쇄 공간(2002) 내에서, 가상 위성 신호 송신 장치들(50a~50e)은 타이밍 신호 및 가상 위성들(VSV)의 지연 시간 그리고/또는 신호 세기의 정보에 기반하여 가상 위성 신호들(VSV)을 생성할 수 있다.
가상 위성 신호 송신 장치들(50a~50e)은 폐쇄 공간(2002) 내에서 가상 위성 신호들(VSV)을 송출할 수 있다. 가상 위성 신호들(VSV)은 적어도 네 개의 가상 위성들(VSV)의 가상 위성 신호들(VSS)을 포함할 수 있다. 개방 공간(2003)에서, 단말기는 위성 신호 수신 모드로 동작하며, GNSS 위성(30)으로부터 수신되는 위성 신호(SS)에 기반하여 위치를 계산할 수 있다.
폐쇄 공간(2002)에서, 단말기는 가상 위성 신호 수신 모드로 동작하며, 위성 신호 송신 장치들(50a~50e)로부터 수신되는 가상 위성 신호들(VSS)에 기반하여 위치를 계산할 수 있다. 개방 공간(2003)과 폐쇄 공간(2002)의 경계에서, 단말기는 혼합 모드로 동작하며, GNSS 위성(30)으로부터 수신되는 위성 신호(SS) 및 가상 위성 신호 송신 장치들(50a~50e)로부터 수신되는 가상 위성 신호들(VSS)에 기반하여 위치를 계산할 수 있다.
예시적으로, 위성 신호 송신 시스템(1000)은 위성에 기반한 위치 정보 제공 서비스를 지원하는 점에서, 위성 항법 시스템이라 불릴 수 있다. 가상 위성 신호 송신 장치들(50a~50e)은 가상 위성에 기반한 위치 정보 제공 서비스를 지원하는 점에서, 가상 위성 항법 시스템이라 불릴 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가상 위성 신호 송신 시스템(2000)에서 정보들이 교환되는 예를 보여준다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 가상 위성 신호 송신 시스템(2000)은 GNSS 위성(2010), 위성 신호 수신기(2100), 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200), 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300), 액세스 포인트(AP), 그리고 서버(2400)를 포함할 수 있다.
GNSS 위성(2010)은 도 1 또는 도 2의 GNSS 위성(30)에 대응할 수 있다. 위성 신호 수신기(2100)는 도 2의 위성 신호 수신기(40)에 대응할 수 있다. 제1 및 제2 가상 위성 신호 송신 장치들(2200, 2300)은 도 2의 가상 위성 신호 송신 장치들(50a~50e)에 대응할 수 있다.
가상 위성 신호 송신 시스템(2000)은 위성 신호 수신기(2100), 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200), 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300), 그리고 서버(2400)를 포함한다.
위성 신호 수신기(2100)는 위성으로부터 위성 신호를 수신하고, 그리고 수신된 위성 신호로부터 기준 타이밍 신호(PPS)를 생성하여 출력하도록 구성된다.
제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)는, 위성 신호 수신기(2100)로부터 기준 타이밍 신호(PPS)를 수신하고 기준 타이밍 신호(PPS)에 응답하여 제1 내부 타이밍 신호를 생성하고, 제1 내부 타이밍 신호에 동기되어 제1 가상 위성 신호를 출력하고, 그리고 기준 타이밍 신호(PPS)로부터 제1 타이밍 신호를 생성하여 출력하도록 구성된다.
제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)는, 제1 위성 신호 송신 장치(2200)로부터 상기 제1 타이밍 신호를 수신하고, 제1 타이밍 신호에 응답하여 제2 내부 타이밍 신호를 생성하고, 제2 내부 타이밍 신호에 동기되어 제2 가상 위성 신호를 출력하고, 그리고 제1 타이밍 신호로부터 제2 타이밍 신호를 생성하여 출력하도록 구성된다.
제1 및 제2 가상 위성신호 송신 송신 장치들(2200, 2300) 각각은. 지구로부터 일정한 거리에 위치하는 넷 이상의 가상의 정지 위성들의 위치를 저장하고, 가상위성들로부터 넷 이상의 가상의 위성 신호들이 각각 수신된 때에 발생하는 넷 이상의 지연 시간들을 나타내는 넷 이상의 지연 정보들을 저장하고, 넷 이상의 가상의 정지 위성들에 대응하는 넷 이상의 가상 위성 신호들을 생성하고, 그리고 넷 이상의 지연 정보들에 기반하여 넷 이상의 가상 위성 신호들을 합성하여 송출한다.
제1 및 제2 가상 위성신호 송신 송신 장치들(2200,2300) 각각은, 상기 지구의 내부의 특정한 위치의 가상의 정지 위성의 위치를 저장하고, 가상위성으로부터 가상 위성 신호가 수신된 때에 발생하는 지연 시간을 나타내는 지연 정보를 저장하고, 상기 가상의 정지 위성에 대응하는 위성 신호를 생성하고, 그리고 상기 지연 정보에 기반하여 상기 가상 위성 신호를 합성하여 송출한다.
제1 및 제2 가상 위성신호 송신 장치들(2200, 2300) 각각은, 실내 또는 지하와 같은 실제 위성 신호가 도달하기 어려운 위치들에 설치된다.
제1 가상 위성 신호의 유효 수신 범위와 제2 가상 위성 신호의 유효 수신 범위가 서로 중첩되도록 제1 가상 위성 신호 송신 장치 및 제2 가상 위성 신호 송신 장치가 배치된다.
S110 단계에서, 위성 신호 수신기(2100)는 위성(2010)으로부터 위성 신호를 수신하고, 수신된 위성신호로부터 기준 타이밍 신호(PPS)를 생성할 수 있다.
S120 단계에서, 위성 신호 수신기(2100)는 기준 타이밍 신호(PPS)의 지연을 보정하여 내부 타이밍 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 위성 신호 수신기(2100)는 안테나 또는 내부 배선에서 발생하는 지연을 보정할 수 있다.
S130 단계에서, 위성 신호 수신기(2100)는 지연이 보정된 타이밍 신호, 기준 타이밍 신호, 또는 기준 타이밍 신호로부터 생성된 타이밍 신호를 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)로 전달할 수 있다. 예시적으로, 위성 신호 수신기(2100)는 유선 또는 무선 인터페이스를 통해 타이밍 신호를 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 타이밍 신호는 PPS(Pulse Per Second) 신호일 수 있다.
또는, 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)는 액세스 포인트(AP)를 통해 서버(2400)에 접속할 수 있다. 서버(2400)는 시간 서버일 수 있다. 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)는 서버(2400)로부터 타이밍 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 타이밍 신호는 PPS(Pulse Per Second) 신호일 수 있다.
S140 단계에서, 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)는 타이밍 신호의 지연을 보정할 수 있다. 예를 들어, 위성 신호 수신기(2100)가 기준 타이밍 신호를 출력할 때, 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)는 위성 신호 수신기(2100)로부터 타이밍 신호가 송신된 후 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)에서 타이밍 신호가 수신될 때까지의 시간 지연을 보정할 수 있다.
또는, 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)는 서버(2400)로부터 타이밍 신호를 수신할 때, 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)는 서버(2400)에서 기준 타이밍 신호가 송신된 후 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)에서 해당 기준 타이밍 신호가 수신될 때까지의 시간 지연을 보정할 수 있다.
제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)는 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)의 위치 정보, 가상 위성들(VSV)의 위치 정보들, 그리고 가상 위성들(VSV)에 할당된 위성 코드들(예를 들어, PRN 번호들)을 저장할 수 있다. 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)는 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)의 위치 정보 및 가상 위성들(VSV)의 위치 정보들로부터, 가상 위성들(VSV)로부터 가상 위성 신호들(VSS)이 전송된 것을 가정할 때에 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2200)의 위치에 도달하는 가상 위성 신호들(VSS)의 지연 시간들을 계산할 수 있다.
또는, 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)는 가상 위성들(VSV)에 대응하는 지연 시간들 그리고/또는 송출 신호 세기들, 그리고 가상 위성들(VSV)에 할당된 위성 코드들(예를 들어, PRN 번호들)을 저장할 수 있다.
제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)는 지연 시간들 그리고 위성 코드들에 기반하여 가상 위성들(VSV)에 대응하는 가상 위성 신호들(VSS)을 생성할 수 있다. 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)는 신호 세기들에 기반하여 가상 위성 신호들(VSS)을 전송할 수 있다.
S150 단계에서, 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)는 보정된 타이밍 신호 또는 수신된 타이밍 신호를 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)로 전달할 수 있다. 지연 보정으로 인해, 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)가 출력하는 타이밍 신호의 토글 타이밍은 보정으로 인하여 위성 신호 수신기(2100)에서 수신된 타이밍 신호의 토글 타이밍과 동일할 수 있다. 예시적으로, 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)는 유선 또는 무선 인터페이스를 통해 타이밍 신호를 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)로 전달할 수 있다. 또는 지연 보정 오차의 누적을 방지하기 위하여 S230 단계에서 수신된 타이밍 신호를 재 출력할 수 있다.
S160 단계에서, 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)는 수신된 타이밍 신호의 지연을 보정할 수 있다. 예를 들어, 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)가 보정된 타이밍 신호를 출력할 때, 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)는 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)로부터 타이밍 신호가 송신된 후 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)에서 타이밍 신호가 수신될 때까지의 시간 지연을 보정할 수 있다. 또는 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)가 S130 단계에서 수신된 타이밍 신호를 재출력하는 경우, 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)에서 타이밍 신호가 수신될 때까지 S130 단계와 S150 단계에서 누적된 시간 지연을 보정할 수 있다.
또는, 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)가 타이밍 신호를 출력할 때, 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)는 위성 신호 수신기(2100)의 안테나에서 기준 타이밍 신호가 수신된 후 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)에서 타이밍 신호가 수신될 때까지의 시간 지연을 보정할 수 있다.
예시적으로, '토글'의 용어는 신호가 비활성 상태로부터 활성 상태로 천이한 후에 다시 비활성 상태로 복귀하는 동작을 의미할 수 있다. 비활성 상태는 로직 로우 또는 로직 하이일 수 있다. 활성 상태는 로직 하이 또는 로직 로우일 수 있다.
도 4를 참조하여 설명된 바와 같이, 타이밍 신호는 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200) 및 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)에서 중계될 수 있다. 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200) 및 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)의 각각은 타이밍 신호가 위성 신호 수신기(2100)에 도달한 때로부터 각 가상 위성 신호 송신 장치가 타이밍 신호를 수신할 때까지 발생하는 지연들을 보정할 수 있다. 따라서, 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200) 및 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)의 동기가 더 정확해 질 수 있다.
예시적으로, 가상 위성들(VSV)의 위치들이 고정되어 있으므로, 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200) 및 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)는 가상 위성 신호들(VSS)을 생성하는데 궤도 정보를 필요로 하지 않을 수 있다.
도 5는 제2 실시 예에 따른 가상 위성 신호 송신 장치(100)를 보여준다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 가상 위성 신호 송신 장치(100)는 메모리(105), 제1 안테나(110), 제2 안테나(120), 통신부(130), 제어부(140), 타이밍 동기부(150), 클럭 생성부(160), 가상 위성 신호 생성부(170), 출력 조절부(180), 제1 터미널(191) 및 제2 터미널(192)을 포함할 수 있다.
가상 위성 신호 송신 장치(100)는, 가상 위성들에 의한 가상 위성 신호를 송신한다, 가상 위성 신호 송신 장치는, 상기 가상 위성들의 적어도 네 개의 위치 정보와 상기 가상 위성신호 송신 장치의 위치에 기반한 적어도 네 개의 지연 정보들을 저장하는 메모리(105), 상기 지연 정보들에 기반하여 가상 위성 신호들을 생성하는 가상 위성 신호 생성부(170), 그리고 상기 가상 위성 신호들을 반복적으로 송출하는 제2 안테나(120)를 포함한다. 통신부(130)는 외부의 장치로부터 시간 정보를 수신하고, 가상 위성 신호 생성부(170)는 통신부(130) 또는 제 1 터미널(191)로부터 확보된 시간 정보(PPS)에 기반하여 시간을 동기화한다.
메모리(105)는 가상 위성 신호 송신 장치(100)의 위치 정보, 가상 위성들(VSV)의 위치 정보들, 그리고 가상 위성들(VSV)에 할당된 위성 코드들(예를 들어, PRN 번호들)을 저장할 수 있다. 또는, 메모리(105)는 가상 위성들(VSV)에 대응하는 지연 시간들 그리고/또는 송출 신호 세기들, 그리고 가상 위성들(VSV)에 할당된 위성 코드들(예를 들어, PRN 번호들)을 저장할 수 있다. 메모리(105)는 적어도 네 개의 위성 코드들을 저장한다. 네 개의 위성 코드들은 실제 위성이 아닌 가상 위성에 할당된다. 가상 위성 신호 생성부(170)는 상기 적어도 네 개의 위성 코드들에 기반하여 상기 적어도 네 개의 가상 위성 신호들을 각각 생성한다. 메모리(105)는 적어도 네 개의 세기 정보들을 저장한다. 제2 안테나(120)는 적어도 네 개의 지연 정보들 및 적어도 네 개의 세기 정보들에 기반하여 적어도 네 개의 가상 위성 신호들을 반복적으로 송출한다. 적어도 네 개의 지연 정보들 중 제1 지연 정보는 지구 위의 고정된 제1 위치로부터 제1 가상 위성 신호가 송출된 때에, 상기 제1 가상 위성 신호가 상기 가상 위성신호 송신 장치에 도달할 때까지의 시간에 대응한다. 적어도 네 개의 지연 정보들 중 제2 지연 정보는 지구 위의 고정된 제2 위치로부터 제2 가상 위성 신호가 송출된 때에, 제2 가상 위성 신호가 상기 가상 위성신호 송신 장치에 도달할 때까지의 시간에 대응한다.
제1 안테나(110)는 위성 신호 수신기(40), 액세스 포인트(AP), 또는 별도의 기준정보 송신기와 통신하는데 사용될 수 있다. 통신부(130)는 제1 안테나(110)를 통해 위성 신호 수신기(2010) 또는 서버(2400) 등으로부터 위성 정보, 타이밍 신호, 예를 들어 PPS 신호를 수신할 수 있다. 통신부(130)는 획득된 타이밍 신호를 타이밍 동기부(150)에 제공할 수 있다.
제어부(140)는 타이밍 신호의 지연 보정을 위한 오프셋(OFF)을 저장할 수 있다. 제어부(140)는 오프셋(OFF)을 이용하여 수신된 타이밍 신호의 지연 보정을 수행하도록 타이밍 동기부(150)를 제어할 수 있다.
제어부(140)는 메모리(105)에 저장된 가상 위성 신호 송신 장치(100)의 위치 정보 및 가상 위성들(VSV)의 위치 정보 또는 설정 위치정보들을 이용하여 가상 위성들(VSV)로부터 가상 위성 신호들(VSS)이 전송된 것을 가정할 때에 가상 위성 신호 송신 장치(2200)에 도달하는 가상 위성 신호들(VSS)의 지연 시간들을 계산할 수 있다.
제어부(140)는 지연 시간 및 위성 코드에 기반하여 가상 위성 신호를 생성하도록 위성 신호 생성부(170)를 제어할 수 있다. 제어부(140)는 내부 타이밍 신호(IT)에 동기되어 그리고 저장된 송출 신호 세기에 기반하여 가상 위성 신호(VSS)를 출력하도록 출력 조절부(180)를 제어할 수 있다.
타이밍 동기부(150)는 통신부(130) 또는 제1 터미널(191)을 통해 타이밍 신호를 수신할 수 있다. 타이밍 동기부(150)는 클럭 생성부(160)로부터 클럭 신호(CK)를 수신할 수 있다. 클럭 제어 신호(CKC)를 통해 클럭 생성부(160)를 제어할 수 있다. 타이밍 동기부(150)는 수신된 타이밍 신호에 동기되며, 타이밍 신호와 동일한 주기로 토글(예를 들어, PPS 신호와 같이 1초에 1회)하여 수신된 타이밍 신호와 실질적으로 동일한 신호로 여겨질 수 있는 내부 타이밍 신호(IT)를 생성할 수 있다. 타이밍 동기부(150)는 타이밍 신호를 제2 터미널(292)을 통해 출력할 수 있다.
위성 신호 생성부(170)는 시각 정보에 따라, 가상 위성 신호의 프레임에 포함될 시간 정보를 선택할 수 있다. 위성 신호 생성부(170)는 메모리(105)로부터 수신된 또는 제어부(140)로부터 수신된 지연 시간에 기반하여, 가상 위성 신호의 프레임들의 시작들(SOF, Starts of Frames)의 위치들을 조절할 수 있다.
위성 신호 생성부(170)는 디지털 신호인 프레임에 대해 대역 확산 변조를 수행할 수 있다. 위성 신호 생성부(170)는 또한 대역 확산 변조된 프레임을 아날로그 신호로 변환하고, 그리고 변조를 수행할 수 있다.
출력 조절부(180)는 위성 신호 생성부(170)로부터 수신된 변조된 신호들을 제어부(140)에 의해 제어된 출력을 통해 제2 안테나(120)를 이용하여 가상 위성 신호로 출력할 수 있다.
예시적으로, 하나의 위성 신호 송신 장치의 제1 터미널(191)은 다른 위성 신호 송신 장치의 제2 터미널(192)과 케이블을 통해 연결될 수 있다. 하나의 위성 신호 송신 장치의 제2 터미널(192)을 통해 타이밍 신호를 송신하는 시간과 케이블에 의해 연결된 다른 위성 신호 송신 장치의 제1 터미널(191)을 통해 타이밍 신호를 수신하는 시간을 비교함으로써 오프셋(OFF)이 계산될 수 있다.
다른 예로서, 둘 이상의 가상 위성 신호 송신 장치들(100)이 연결될 수 있다. 첫 번째 가상 위성 신호 송신 장치(100)로 타이밍 신호를 송신하는 시간과 마지막 가상 성 신호 송신 장치(100)에서 타이밍 신호가 수신되는 시간을 비교하고, 그리고 시간 차이를 연결된 가상 위성 신호 송신 장치들(100)의 수로 나눔으로써 오프셋(OFF)이 계산될 수 있다.
도 6은 가상 위성 신호 송신 장치(100)가 송출하는 가상 위성 신호들(VSS1, VSS2, VSS3, VSS4)의 예를 보여준다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 가로축은 시간(T)을 나타내고, 그리고 세로축은 신호들 별 신호 세기를 나타낸다. 예시적으로, 가상 위성 신호 송신 장치(100)는 제1 가상 위성 신호(VSS1), 제2 가상 위성 신호(VSS2), 제3 가상 위성 신호(VSS3), 그리고 제4 가상 위성 신호(VSS4)를 송출할 수 있다.
제1 가상 위성 신호(VSS1)는 가상 위성 신호 송신 장치(100)에 가장 가까운 가상 위성(VSV)에 대응할 수 있다. 제1 가상 위성 신호(VSS1)의 지연 정보는 제1 지연(D1)에 대응할 수 있다. 가상 위성 신호 송신 장치(100)의 출력은 가상 위성 신호 송신 장치(100)가 설치되는 위치등에 따라 가상 위성 신호 송신 장치(100)별로 출력세기를 다르게 설정될 수 있다.
제2 가상 위성 신호(VSS2)는 가상 위성 신호 송신 장치(100)에 두 번째로 가까운 가상 위성(VSV)에 대응할 수 있다. 제2 가상 위성 신호(VSS2)의 지연 정보는 제2 지연(D2)에 대응할 수 있다.
제3 가상 위성 신호(VSS3)는 가상 위성 신호 송신 장치(100)에서 세 번째로 먼 가상 위성(VSV)에 대응할 수 있다. 제3 가상 위성 신호(VSS3)의 지연 정보는 제3 지연(D3)에 대응할 수 있다.
제4 가상 위성 신호(VSS4)는 가상 위성 신호 송신 장치(100)에서 가장 먼 가상 위성(VSV)에 대응할 수 있다. 제4 가상 위성 신호(VSS4)의 지연 정보는 제4 지연(D4)에 대응할 수 있다.
가상 위성 신호 송신 장치(100)는 미리 저장된 위성 코드들, 지연 정보들 및 출력 세기 정보들에 기반하여, 제1 가상 위성 신호(VSS1), 제2 가상 위성 신호(VSS2), 제3 가상 위성 신호(VSS3), 그리고 제4 가상 위성 신호(VSS4)를 송출할 수 있다. 가상 위성들(VSV)의 위치들이 지구상 또는 지구 내부에 고정되어 있으므로, 위성 신호 송신 장치(100)는 제1 가상 위성 신호(VSS1), 제2 가상 위성 신호(VSS2), 제3 가상 위성 신호(VSS3), 그리고 제4 가상 위성 신호(VSS4)를 합성하여 송출하는 것만으로, 위치 정보 제공 서비스를 지원할 수 있다.
도 7은 위성 항법 장치에서 수신하는 제3 지점(B)이 두 개의 가상 위성 신호 송신 장치 각각의 송신 지점인 제1 지점(A)과 제2 지점(C)의 중앙에 위치할 때, 제3 지점(B)에서 수신되는 가상 위성 신호들의 예를 보여준다. 도 7은 상호 상관의 결과들을 보여준다. 도 7에서 지연 시간의 관점에서 설명을 제공하기 위해 가로 축이 시간(T)으로 표시되지만, 가로 축은 칩들(chips)일 수 있다.
도 4, 도 5 및 도 7을 참조하면, 제1 지점(A)의 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)와 제2 지점(C)의 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)의 내부 타이밍들은 동기화된다. 예를 들어, 제1 지점(A)의 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)의 가상 신호들과 제3 지점(C)의 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)의 가상 신호들 중 동일한 가상 위성에 대응하는 가상 위성 신호들의 출력 세기들은 동일하게 조절될 수 있다. 제1 지점(A)의 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)와 제2 지점(C)의 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)의 출력들은 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)와 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)의 유효 수신 범위들이 중첩되도록 조절될 수 있다.
제3 지점(B)이 제1 지점(A) 및 제2 지점(C) 사이의 중앙에 위치할 때, 제1 지점(A)으로부터의 가상 위성 신호의 상호 상관의 결과와 제3 지점(C)으로부터의 가상 위성 신호의 상호 상관의 결과는 동일한 파워를 가질 수 있다.
예시적으로, 제1 결과(R1)는 제1 지점(A)의 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)로부터 특정한 위성에 대응하는 가상 위성 신호가 수신된 때의 상호 상관의 결과일 수 있다. 제2 결과(R2)는 제2 지점(C)의 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)로부터 동일한 위성에 대응하는 가상 위성 신호가 수신된 때의 상호 상관의 결과일 수 있다.
예시적으로 제2 지점(C)의 지연 시간이 제1 지점(A)의 지연 시간보다 크므로, 제1 결과(R1)는 제2 결과(R2)보다 앞설 수 있다. 제3 지점(B)에서 제1 지점(A)의 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)로부터의 가상 위성 신호와 제2 지점(C)의 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)로부터의 가상 위성 신호가 함께 수신되므로, 제3 지점(B)에서 수신되는 가상 위성 신호의 상호 상관의 결과는 제1 결과(R1) 및 제2 결과(R2)를 합한 제3 결과(R3)일 수 있다.
제3 결과(R3)의 피크(PK3)는 제1 결과(R1)의 제1 피크(PK1)와 제2 결과(R2)의 제2 피크(PK2)의 사이에 위치한다. 따라서, 제3 지점(B)에서, 특정한 위성으로부터 수신되는 가상 위성 신호의 지연 시간은 제1 결과(R1)의 지연 시간 및 제2 결과(R2)의 지연 시간 사이의 값(예를 들어, 중간 값)으로 판단된다. 즉, 제3 지점(B)에 위치한 단말기는 제3 지점(B)의 위치가 제1 지점(A) 및 제2 지점(C) 사이임을 식별할 수 있다. 단말기 또는 수신기는 피크를 검출하거나 또는 중간 높이의 세기를 보이는 시간값들의 사이를 피크 또는 신호의 도달시간으로 계산할 수 있다.
예시적으로, 단말기는 대역확산 복조된 가상 위성 신호와 코드(CODE) 사이의 오차가 1us 이내일 때에 가상 위성 신호를 대역 확산 복조할 수 있다. 여기서 기준값 1us는 GPS 위성항법신호의 예이며, 해당 기준값은 위성항법의 종류에 따라 다를 수 있다. 1us 에서 제1 결과(R1)의 시간 지연과 제2 결과(R2)의 시간 지연 사이의 차이를 제외한 나머지가 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)의 내부 타이밍과 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)의 내부 타이밍간의 동기 오차일 수 있다. 해당 동기오차에 따라 제3 지점(B)에서의 위치오차가 나타난다. 이러한 관계로 위치 허용오차와 관계하여 동기 허용오차가 정해질 수 있으며, 동기 허용오차는 1us보다 작을 수 있다. 예시적으로 위치오차를 3m 수준으로 유지하기 위해서는 동기 허용오차는 10ns 수준으로 결정될 수 있다.
제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200) 및 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)가 각각 네트웍 시간 서버를 이용하여 시간 정보를 획득하여 상술된 동기 허용오차 이내의 시간 동기를 일반적으로 달성할 수 없다. 본 발명의 실시 예에 따른 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200) 및 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)는 제1 위성 및 제2 위성과 같은 GNSS 위성들로부터 수신되는 타이밍 신호에 기반하여 동기된다. 따라서, 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200)의 시간 동기와 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)의 시간 동기의 사이에, 위에서 언급된 허용오차 이내의 오차가 보장되며, 제3 결과(R3)가 대역 확산 복조될 수 있다.
도 8은 제3 지점(B)이 제1 지점(A)에 더 가까울 때에 제3 지점(B)에서 수신되는 가상 위성 신호들의 예를 보여준다. 제3 지점(B)이 제1 지점(A)에 더 가까워지면, 제1 결과(R1)의 파워가 제2 결과(R2)의 파워보다 커질 수 있다. 따라서, 제3 결과(R3)의 피크(PK3)는 제2 결과(R2)의 피크(PK2)보다 제1 결과(R1)의 피크(PK1)에 더 가까워질 수 있다. 즉, 제3 지점(B)의 시간 지연은 제1 지점(A)의 시간 지연에 더 가까워질 수 있다.
마찬가지로, 제3 지점(B)이 제2 지점(C)에 더 가까워지면, 제2 결과(R2)의 파워가 제1 결과(R1)의 파워보다 커질 수 있다. 따라서, 제3 지점(B)의 시간 지연은 제2 지점(C)의 시간 지연에 더 가까워질 수 있다.
상술된 바와 같이, 동일한 가상 위성에 대응하는 가상 위성 신호들에 의해 결정되는 제3 결과(R3)의 피크(PK3)는 제3 지점(B)의 위치와 동일한 특성을 갖는다. 따라서, 타이밍 신호에 기반하여 동기된 제1 위성 신호 송신 장치(2200) 및 제2 위성 신호 송신 장치(2300)로부터 수신되는 동일한 위성에 대응하는 가상 위성 신호들의 중첩신호에 기반하여, 제3 지점(B)의 위치의 이동이 추적될 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하여 설명된 특성들은 다른 위성들에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 제1 가상 위성 신호 송신 장치(2200) 및 제2 가상 위성 신호 송신 장치(2300)의 각각이 n 개(n은 양의 정수)의 가상 위성들의 가상 위성 신호들을 송신할 때, 제3 지점(B)의 단말기에서 획득되는 상호 상관 연산의 결과들은 제3 지점(B)의 위치의 이동을 추적할 수 있다.
도 7 및 도 8에서, 피크에 기반하여 대역 확산 복조가 수행되는 예가 설명되었다. 그러나 대역 확산 복조에서 위성신호의 도달시간은 피크뿐 아니라 다른 기준에 의해서 수행될 수 있다. 예를 들어, 위성의 도달시간은 상호 상관의 결과에서 동일한 상관값을 갖는 지연시간 값의 중간값으로 식별되고, 해당 값에 기반하여 제3 지점(B)의 위치가 계산될 수 있다.
또는, 상호 상관의 결과에서 위성신호의 도달시간이 특정한 값 이상의 파워를 갖는 지연시간 범위의 중앙으로 식별되고 해당 지연시간에 기반하여 제3 지점(B)의 위치가 계산될 수 있다.
도 9는 제1 예에 따른 위성 신호 송신 장치(100) 내의 타이밍 동기부(200)를 보여준다. 이는 도 5 내의 타이밍 동기부(150)에 대응된다. 타이밍 동기부(200)는 멀티플렉서(205), 버퍼(210), 카운터(220), 비교기(230), 필터(240), 오프셋 조절기(250)를 포함할 수 있다.
멀티플렉서(205)는 제1 터미널(191)을 통해 수신되는 타이밍 신호 및 카운터(220)로부터 출력되는 내부 원시 타이밍 신호(TS) 중 하나를 선택하여 출력할 수 있다. 버퍼(210)는 멀티플렉서(205)의 출력을 제2 터미널(192)로 출력할 수 있다. 이 경우, 위성 신호 송신 장치(100)의 오프셋은 위성 신호 수신기(2100)로부터의 총 지연량에 기반하여 정해질 수 있다.
카운터(220)는 클럭 신호(CK)를 카운트하고, 그리고 1초에 해당하는 시간마다 펄스 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 클럭 생성부(160)가 10MHz의 클럭 신호(CK)를 생성하도록 구성될 수 있다. 이때, 카운터(220)는 클럭 신호(CK)가 천만번 토글할 때마다 내부 원시 타이밍 신호(TS)를 토글할 수 있다.
비교기(230)는 타이밍 신호의 토글 타이밍과 내부 원시 타이밍 신호(TS)의 토글 타이밍을 비교할 수 있다. 예를 들어, 비교기(230)는 타이밍 신호가 활성 상태로 천이하는 타이밍과 내부 원시 타이밍 신호(TS)가 활성 상태로 천이하는 타이밍을 비교할 수 있다. 비교기(230)는 내부 원시 타이밍 신호(TS)의 타이밍과 타이밍 신호의 타이밍의 차이를 카운트할 수 있다. 비교기(230)는 카운트 값에 기반하여 필터(240)를 통해 클럭 제어 신호(CKC)를 출력할 수 있다.
내부 원시 타이밍 신호(TS)의 타이밍이 타이밍 신호의 타이밍보다 앞설 때, 비교기(230)는 클럭 신호(CK)의 주파수를 낮추도록 클럭 제어 신호(CKC)를 조절할 수 있다. 내부 원시 타이밍 신호(TS)의 타이밍이 타이밍 신호의 타이밍보다 뒤질 때, 비교기(230)는 클럭 신호(CK)의 주파수를 높이도록 클럭 제어 신호(CKC)를 조절할 수 있다. 필터(240)는 잡음을 제거하기 위한 저대역 통과 필터일 수 있다.
오프셋 조절기(250)는 제어부(140)로부터 전달되는 오프셋(OFF)에 기반하여 설정될 수 있다. 오프셋 조절기(250)는 오프셋(OFF)에 해당하는 시간만큼 내부 원시 타이밍 신호(TS)를 전진하여 내부 타이밍 신호(IT)로 출력할 수 있다.
도 9에서, 타이밍 동기부(200)는 제1 터미널(191)을 통해 수신되는 타이밍 신호를 버퍼(210) 및 제2 터미널(192)을 통해 출력하는 것으로 설명되었다. 그러나 타이밍 동기부(200)는 내부 원시 타이밍 신호(IT)를 버퍼(210) 및 제2 터미널(192)을 통해 출력하도록 멀티플렉서(205)에 의하여 선택될 수 있다.
도 10은 위성 신호들(SS) 및 가상 위성 신호들(VSS)을 수신하는 수신기(또는 단말기)의 동작 방법의 예를 보여준다. 도 2, 도 3 및 도 10을 참조하면, S210 단계에서, 수신기는 실 위성 신호 및 가상 위성 신호를 취득 및/또는 추적할 수 있다.
S205 단계에서, 수신기는 가상 위성의 식별 번호 및 가상 위성의 위치 정보를 저장한다. 수신기는 수신기의 제작과 동시에 또는 추후 통신 수단을 통하여 가상 위성의 식별 번호 및 가상 위성의 위치 정보를 저장할 수 있다.
S220, S230, S240 단계에서, 실 위성 신호의 개수와 가상 위신 신호의 개수를 사용하여 실 위성 신호만을 사용하는 위성 항법 모드, 가상 위성 신호만을 사용하는 가상 위성 항법 모드 및 실 위성 신호와 가상 위성 신호를 모두 사용하는 혼합 모드를 판단한다.
S225, S235, S245 단계에서, 선택된 모드에 따라 위성 신호 수신 장치의 위치를 계산한다. 가상 위성 신호와 상기 실 위성 신호는 서로 동기화된다.
S220 단계에서, 수신기는 위성항법 모드 조건이 만족되는지 판단할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 위성들에 대응하는 위성 신호들(SS)의 수가 4개 이상일 때, 수신기는 위성항법 모드 조건이 만족되는 것으로 판단할 수 있다. S225 단계에서, 수신기는 위성항법 모드에서 수신기 위치를 계산할 수 있다.
위성항법 모드 조건이 만족되지 않으면, S230 단계에서, 수신기는 혼합 모드 조건이 만족되는지 판단할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 위성들에 대응하는 위성 신호들(SS)의 수가 1개 이상 3개 이하일 때, 수신기는 혼합 모드 조건이 만족되는 것으로 판단할 수 있다. S235 단계에서, 수신기는 혼합 모드에서 수신기 위치를 계산할 수 있다.
혼합 모드 조건이 만족되지 않으면, S240 단계에서, 수신기는 가상 위성항법 모드 조건이 만족되는지 판단할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 위성들에 대응하는 위성 신호들(SS)의 수가 0개일 때, 수신기는 가상 위성항법 모드로 변경해야 한다고 판단할 수 있다. S245 단계에서, 수신기는 가상 위성항법 모드에서 수신기 위치를 계산할 수 있다. 가상 항법 모드에서 위성 신호 수신 장치는 가상 위성 신호로부터 의사 거리를 측정하고, 저장된 가상 위성의 위치 정보로부터 위치를 계산한다.
수신기는 도 10에 도시된 방법들을 반복적으로 수행함으로써, 위성신호가 가용한 실외 공간 및 가상 위성 신호 송신 장치가 설치된 폐쇄된 실내공간 사이의 이동에도 끊김없는 위치 추적을 수행할 수 있다.
도 11은 수신기가 위성항법 모드에서 위치를 계산하는 예를 보여준다. 도 2, 도 3 및 도 11을 참조하면, S310 단계에서 수신기는 적어도 4개의 위성 신호들(SS)을 수신할 수 있다.
S320 단계에서, 수신기는 수신된 위성 신호들(SS)에 대응하는 위성들(30)(예를 들어, GPS 위성들)별로 의사 거리를 측정할 수 있다. S320 단계와 병렬적으로, 수신기는 S330 단계 내지 S360 단계를 수행할 수 있다.
S330 단계에서, 수신기는 수신된 위성 신호들(SS)에 대응하는 위성들(30)(예를 들어, GPS 위성들)별로 항법 데이터를 복조할 수 있다. S340 단계에서, 수신기는 서브프레임 매칭 및 패리티 체크를 수행할 수 있다. S350 단계에서, 수신기는 위성 궤도 정보를 획득할 수 있다. S360 단계에서, 수신기는 위성들(30)(예를 들어, GPS 위성들)별로 위치를 계산할 수 있다.
S370 단계에서, 수신기는 S320 단계에서 계산된 의사 거리들 및 S360 단계에서 계산된 위치들에 기반하여, 수신기의 위치를 계산할 수 있다.
도 12는 수신기가 가상 위성항법 모드에서 위치를 계산하는 예를 보여준다. 도 2, 도 3 및 도 12를 참조하면, S410 단계에서 수신기는 적어도 4개의 가상 위성 신호들(VSS)을 수신할 수 있다.
S420 단계에서, 수신기는 수신된 가상 위성 신호들(VSS)에 대응하는 가상 위성들(VSV)별로 의사 거리를 측정할 수 있다. S420 단계와 병렬적으로, 수신기는 S430 단계를 수행할 수 있다.
S430 단계에서, 수신기는 가상 위성들(VSS)의 위치를 참조할 수 있다. 예를 들어, 수신기는 가상 위성들(VSV)의 위치 정보를 미리 저장할 수 있다. 수신기는 저장된 가상 위성들(VSV)의 위치 정보를 참조할 수 있다. S440 단계에서, 수신기는 S420 단계에서 계산된 의사 거리들 및 S430 단계에서 계산된 위치들에 기반하여, 수신기의 위치를 계산할 수 있다.
도 11과 비교하면, 수신기는 가상 위성항법 모드에서 위성들의 위치들을 계산하는 과정들을 생략할 수 있다. 특히, 위성들의 시계오차와 궤도오차, 그리고 위성 신호들이 이온층 및 대류권을 통과할 때에 발생하는 오차와 같은 다양한 오차들이 발생하지 않으므로, 오차 보정이 불필요하다. 따라서, 수신기가 위치를 계산하는 속도가 향상되고, TTFF(Time to First Fix)가 감소될 수 있다.
도 13은 수신기가 혼합 모드에서 위치를 계산하는 예를 보여준다. 도 2, 도 3 및 도 13을 참조하면, S510 단계에서 수신기는 위성 신호들(SS) 및 가상 위성 신호들(VSS)을 수신할 수 있다.
S520 단계에서, 수신기는 수신된 위성 신호들(SS)에 대응하는 위성들(30)(예를 들어, GPS 위성들)별로 의사 거리를 측정할 수 있다. S520 단계와 병렬적으로, 수신기는 S530 단계 내지 S560 단계를 수행할 수 있다.
S530 단계에서, 수신기는 수신된 위성 신호들(SS)에 대응하는 위성들(30)(예를 들어, GPS 위성들)별로 항법 데이터를 복조할 수 있다. S540 단계에서, 수신기는 서브프레임 매칭 및 패리티 체크를 수행할 수 있다. S550 단계에서, 수신기는 위성 궤도 정보를 획득할 수 있다. S560 단계에서, 수신기는 위성들(30)(예를 들어, GPS 위성들)별로 위치를 계산할 수 있다.
S570 단계에서, 수신기는 수신된 가상 위성 신호들(VSS)에 대응하는 가상 위성들(VSV)별로 의사 거리를 측정할 수 있다. S570 단계와 병렬적으로, 수신기는 S580 단계를 수행할 수 있다.
S580 단계에서, 수신기는 가상 위성들(VSS)의 위치를 참조할 수 있다. 예를 들어, 수신기는 가상 위성들(VSV)의 위치 정보를 미리 저장할 수 있다. 수신기는 저장된 가상 위성들(VSV)의 위치 정보를 참조할 수 있다. S590 단계에서, 수신기는 S520 단계 및 S570 단계에서 계산된 의사 거리들 및 S560 단계 및 S580 단계에서 계산된 위성들의 위치들에 기반하여, 수신기의 위치를 계산할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 사용자 장치(300)를 보여주는 블록도이다. 예시적으로, 사용자 장치(300)는 도 10, 도 11, 도 12 및 도 13을 참조하여 설명된 수신기에 대응할 수 있다. 도 14를 참조하면, 사용자 장치(300)는 안테나(301), 증폭기(302), 반송파 복조기(303), 신호 처리기(304), 위치 계산기(305), 그리고 인터페이스(306)를 포함한다.
안테나(301)는 수신 신호(RS)를 출력하도록 구성된다. 수신 신호(RS)는 증폭기(302)에 제공된다. 증폭기(302)는 수신 신호(RS)를 증폭하여 증폭 신호(AS)를 생성한다. 증폭 신호(AS)는 반송파 복조기(303)에 제공된다.
반송파 복조기(303)는 증폭 신호(AS)를 반송파 복조하여 복조 신호(DS)를 생성하도록 구성된다. 복조 신호(DS)는 신호 처리기(304)에 제공된다. 신호 처리기(304)는 복조 신호(DS)로부터 수신 정보(RI)를 추출하도록 구성된다. 추출된 수신 정보(RI)는 위치 계산기(305)에 제공된다.
예시적으로, 반송파 복조기(303)는 특정 주파수를 갖는 반송파를 이용하여 증폭 신호(AS)를 반송파 복조할 것이다. 신호 처리기(304)는 위성들(ST) 또는 가상 위성들(VSV)에 할당된 PRN 코드들을 이용하여 복조 신호(DS)로부터 수신 정보(RI)를 추출할 수 있다.
위치 계산기(305)는 수신 정보(RI)에 포함된 궤도 정보를 이용하여, 위치 정보(LI)를 산출한다. 예를 들어, 위치 계산기(305)는 위성들(ST)의 위성 신호들 또는 가상 위성들(VSV)의 가상 위성 신호들(VSS)의 도달 시간들의 차이에 기반하여, 위치 정보(LI)를 계산할 수 있다. 예를 들어, 위치 계산기(305)는 수신 정보(RI)에 포함된 타이밍 신호에 동기되어 위치 정보(LI)를 계산할 수 있다.
예시적으로, 위치 계산기(305)는 선택적으로 수신 정보(RI)에 대한 보정 동작을 수행할 수 있다. 보정 동작은 위성 신호들로부터 또는 서버로부터 궤도 정보를 추출하고, 위성들(ST)의 위치에 따른 도플러 효과와 같은 위성들의 움직임에 따른 오차를 보정하는 것을 포함할 수 있다. 보정 동작은 위성 신호들이 대류권을 통과할 때에 발생하는 오차와 같이, 위성 신호들이 위성들로부터 지구로 실제로 전송됨에 따라 발생하는 오차를 보정하는 것을 포함할 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 가상 위성들(VSV)의 위치들은 지구상에 또는 지구 내부에 고정된 것으로 가정된다. 따라서, 가상 위성 신호들(VSS)에서 가상 위성들(VSV)의 움직임에 따른 오차는 발생하지 않는다. 또한, 가상 위성 신호들(VSS)은 실제로 가상 위성들(VSV)로부터 송출되지 않고, 가상 위성 신호 송신 장치들로부터 송출된다. 따라서, 가상 위성 신호들(VSS)이 가상 위성들(VSV)로부터 지구로 실제로 전송됨에 따라 발생하는 오차는 존재하지 않는다.
즉, 위치 계산기(305)는 위성들(SV)로부터 수신되는 위성 신호들에 대해 보정 동작을 수행하고, 그리고 가상 위성 신호 송신 장치들로부터 수신되는 가상 위성 신호들(VSS)에 대해 보정 동작을 생략할 수 있다.
인터페이스(306)는 위치 계산기(305)로부터 제공되는 위치 정보(LI)를 출력한다. 예를 들면, 인터페이스(306)는 위치 정보(LI)를 화면이나 소리로 출력하거나 별도의 인터페이스를 통하여 출력할 수 있다. 예시적으로, 타이밍 신호는 신호 처리기(304)로부터 위치 계산기(305)를 통해 인터페이스(306)로 전달될 수 있다. 또는, 타이밍 신호는 신호 처리기(304)로부터 인터페이스(306)로 전달될 수 있다. 인터페이스(306)는 타이밍 신호를 외부로 출력하도록 구성될 수 있다.
상술된 실시 예들에서, 제1, 제2, 제3 등의 용어들을 사용하여 본 발명의 기술적 사상에 따른 구성 요소들이 설명되었다. 그러나 제1, 제2, 제3 등과 같은 용어들은 구성 요소들을 서로 구별하기 위해 사용되며, 본 발명을 한정하지 않는다. 예를 들어, 제1, 제2, 제3 등과 같은 용어들은 순서 또는 임의의 형태의 수치적 의미를 내포하지 않는다.
상술된 실시 예들에서, 블록들을 사용하여 본 발명의 실시 예들에 따른 구성 요소들이 참조되었다. 블록들은 IC (Integrated Circuit), ASIC (Application Specific IC), FPGA (Field Programmable Gate Array), CPLD (Complex Programmable Logic Device) 등과 같은 다양한 하드웨어 장치들, 하드웨어 장치들에서 구동되는 펌웨어, 응용과 같은 소프트웨어, 또는 하드웨어 장치와 소프트웨어가 조합된 형태로 구현될 수 있다. 또한, 블록들은 IC 내의 반도체 소자들로 구성되는 회로들 또는 IP(Intellectual Property)로 등록된 회로들을 포함할 수 있다.
상술된 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 발명은 상술된 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 발명은 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.
1000: 위성 신호 송신 시스템
2000: 가상 위성 신호 송신 시스템
1001, 2001: 지표면
1002, 2002: 폐쇄 공간
1003, 1004, 2003, 2004: 개방 공간
10, 40: 위성 신호 수신기
20a~20e: 위성 신호 송신 장치들
50a~50e: 가상 위성 신호 송신 장치들
30: GNSS 위성

Claims (14)

  1. 실존하지 않고 약속에 의하여 위치가 알려진 가상 위성들에 의한 가상 위성 신호를 송신하는 가상 위성 신호 송신 장치에 있어서,
    상기 가상 위성들의 적어도 네 개의 위치정보와 상기 가상 위성신호 송신 장치의 위치에 기반한 적어도 네 개의 지연 정보들을 저장하는 메모리;
    상기 지연 정보들에 기반하여 가상 위성 신호들을 생성하는 가상 위성 신호 생성부; 그리고
    상기 가상 위성 신호들을 송출하는 안테나를 포함하는 가상 위성신호 송신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    외부의 장치로부터 시간 정보를 수신하는 통신부를 더 포함하고, 그리고
    상기 가상 위성 신호 생성부는 상기 시간 정보에 기반하여 시간을 동기화하는 가상 위성신호 송신 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메모리는 적어도 네 개의 위성 코드들을 더 저장하고,
    네 개의 위성 코드들은 실제 위성이 아닌 가상 위성에 할당되고,
    상기 가상 위성 신호 생성부는 상기 적어도 네 개의 위성 코드들에 기반하여 상기 적어도 네 개의 가상 위성 신호들을 각각 생성하는 가상 위성신호 송신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메모리는 적어도 네 개의 세기 정보들을 더 저장하고, 그리고
    상기 안테나는 상기 적어도 네 개의 지연 정보들 및 상기 적어도 네 개의 세기 정보들에 기반하여 상기 적어도 네 개의 가상 위성 신호들을 합성하여 송출하는 가상 위성신호 송신 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 네 개의 지연 정보들 중 제1 지연 정보는 지구 위의 고정된 제1 위치로부터 제1 가상 위성 신호가 송출된 때에, 상기 제1 가상 위성 신호가 상기 가상 위성신호 송신 장치에 설정된 위치에 도달할 때까지의 시간에 대응하고,
    상기 적어도 네 개의 지연 정보들 중 제2 지연 정보는 상기 지구 위의 고정된 제2 위치로부터 제2 가상 위성 신호가 송출된 때에, 상기 제2 가상 위성 신호가 상기 가상 위성신호 송신 장치에 설정된 위치에 도달할 때까지의 시간에 대응하는 가상 위성신호 송신 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    클럭 신호를 출력하도록 구성되는 클럭 생성부;
    외부의 장치로부터 타이밍 신호를 수신하고, 그리고 상기 클럭 신호로부터 상기 타이밍 신호에 동기된 내부 타이밍 신호를 생성하도록 구성되는 타이밍 동기부;
    상기 안테나를 통해 상기 가상 위성 신호를 송신할 때 그 크기를 조절하도록 구성되는 출력 조절부;그리고
    상기 내부 타이밍 신호에 동기되어 상기 가상 위성 신호를 생성하도록 상기 가상 위성 신호 생성부를 제어하고, 안테나를 통하여 일정한 출력으로 가상 위성신호가 송출되도록 상기 출력 조절부를 제어하고, 상기 타이밍 신호의 지연 보정을 위한 오프셋(OFF)을 저장하고, 그리고 상기 오프셋(OFF)을 이용하여 상기 타이밍 신호의 지연 보정을 수행하도록 상기 타이밍 동기부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 가상 위성 신호 생성부는 상기 내부 타이밍 신호에 동기되어 동작하고, 그리고 가상 위성 정보에 기반하여 상기 가상 위성 신호를 생성하도록 구성되는 가상 위성신호 송신 장치.
  7. 실존하지 않고 약속에 의하여 위치가 알려진 가상 위성들을 포함하는 가상 위성 신호 송신 시스템에 있어서,
    위성으로부터 위성 신호를 수신하고, 그리고 상기 수신된 위성 신호로부터 기준 타이밍 신호를 생성하여 출력하도록 구성되는 위성 신호 수신기;
    상기 위성 신호 수신기로부터 상기 기준 타이밍 신호를 수신하고 상기 기준 타이밍 신호에 응답하여 제1 내부 타이밍 신호를 생성하고, 상기 제1 내부 타이밍 신호에 동기되어 가상 위성 신호들을 합성하여 송출하고, 그리고 상기 기준 타이밍 신호로부터 상기 제1 내부 타이밍 신호를 생성하여 출력하도록 구성되는 제1 가상 위성 신호 송신 장치; 그리고
    상기 제1 가상 위성 신호 송신 장치로부터 상기 제1 내부 타이밍 신호를 수신하고, 상기 제1 내부 타이밍 신호에 응답하여 제2 내부 타이밍 신호를 생성하고, 상기 제2 내부 타이밍 신호에 동기되어 가상 위성 신호들을 합성하여 송출하고, 그리고 상기 제1 내부 타이밍 신호로부터 제2 내부 타이밍 신호를 생성하여 출력하도록 구성되는 제2 가상 위성 신호 송신 장치를 포함하는 가상 위성 신호 송신 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 가상 위성신호 송신 장치들 각각은:
    지구 내부 또는 지구 상의 정의된 넷 이상의 정의된 가상 위성들의 위치정보를 저장하고,
    상기 넷 이상의 가상의 정지 위성들로부터 가상 위성 신호들이 각각의 가상 위성신호 송신 장치에 설정된 위치에 도달할 때까지의 지연 시간들을 나타내는 넷 이상의 지연 정보들을 저장하고,
    상기 넷 이상의 가상의 정지 위성들에 대응하는 넷 이상의 가상 위성 신호들을 생성하고, 그리고
    상기 넷 이상의 지연 정보들에 기반하여 상기 넷 이상의 가상 위성 신호들을 합성하여 송출하는 가상 위성 신호 송신 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 가상 위성 신호 송신 장치들 각각은 실내 또는 지하와 같은 실제 위성 신호가 도달하기 어려운 위치들에 설치되는 가상 위성 신호 송신 시스템.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 가상 위성 신호 송신 장치의 제1 가상 위성 신호의 유효 수신 범위와 상기 제2 가상 위성 신호 송신 장치의 제2 가상 위성 신호의 유효 수신 범위가 서로 중첩되도록 상기 제1 가상 위성 신호 송신 장치 및 상기 제2 가상 위성 신호 송신 장치가 배치되어 위성 항법 수신 장치는 중첩구간에서 상기 제1 가상 위성 신호 송신 장치와 상기 제2 가상 위성 신호 송신 장치 사이의 위치정보를 확인할 수 있도록 구성하는 가상 위성 신호 송신 시스템.
  11. 실 위성 신호 및 실존하지 않고 약속에 의하여 위치가 알려진 가상 위성에 관한 가상 위성 신호 중에서 적어도 하나를 포함하는 수신 신호를 수신하는 안테나;
    상기 수신 신호를 증폭하여 증폭 신호를 생성하는 증폭기;
    상기 증폭 신호를 반송파 복조하여 복조 신호를 생성하는 반송파 복조기;
    상기 복조 신호로부터 수신 정보를 추출하는 신호 처리기;
    상기 수신 정보로부터 위치 정보를 산출하는 위치 계산기; 그리고
    상기 위치 정보를 출력하는 인터페이스를 포함하고,
    상기 위치 계산기는 상기 수신 정보로부터 실 위성 신호의 개수와 가상 위성 신호의 개수를 사용하여 실 위성 신호만을 사용하는 위성 항법 모드, 가상 위성 신호만을 사용하는 가상 위성 항법 모드 및 실 위성 신호와 가상 위성 신호를 모두 사용하는 혼합 모드를 판단하고, 판단된 모드에 따라 상기 위치 정보를 계산하는 위성 항법 수신 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 위치 계산기는 가상 위성의 식별 번호 및 가상 위성의 위치 정보를 사용하여 상기 가상 위성 신호로부터 의사 거리를 측정하고, 상기 가상 위성의 위치 정보로부터 위치를 계산하는 위성 항법 수신 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 가상 위성 신호와 상기 실 위성 신호를 동시에 사용하여 위치정보를 계산하는 위성 항법 수신 장치.
  14. 위성 신호 및 실존하지 않고 약속에 의하여 위치가 알려진 가상 위성에 관한 가상 위성 신호를 처리하여 위치를 산출하는 위성 항법 수신 장치의 동작 방법에 있어서,
    가상 위성의 식별 번호 및 가상 위성의 위치 정보를 저장하는 단계;
    실 위성 신호 및 가상 위성 신호를 취득하고 추적하는 단계;
    실 위성 신호의 개수와 상기 가상 위성 신호의 개수를 사용하여 실 위성 신호만을 사용하는 위성 항법 모드, 가상 위성 신호만을 사용하는 가상 위성 항법 모드 및 실 위성 신호와 가상 위성 신호를 모두 사용하는 혼합 모드를 판단하는 단계; 그리고
    선택된 모드에 따라 위성 신호 수신 장치의 위치를 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 가상 위성 신호와 상기 실 위성 신호는 서로 동기화되고,
    상기 가상 위성 항법 모드는 상기 가상 위성 신호로부터 의사 거리를 측정하고, 저장된 가상 위성의 위치 정보로부터 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 수신 장치의 동작 방법.
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