KR20000052874A - 위성 신호 수신기를 구비한 위치 탐지기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하우징내에 위성 신호 수신기, 방향 센서로서의 회전비 센서, 이동 거리 센서로서의 가속도계가 장착된 위치 센서에 관한 것이다. 센서의 신호는 공동 필터에 전달되며, 그결과 위치 센서의 출력에서 위치, 이동속도 및/또는 이동 방향에 관한 데이터를 얻을 수 있다. 개별 센서들을 밀집 배열하므로써, 예를 들어, 필터들의 개별 구성 부품의 반복사용이 가능하다.

Description

위성 신호 수신기를 구비한 위치 탐지기{ Position detector with satellite signal receiver}

특히, 차량의 위치를 결정하기 위한 위치 및 항법 시스템의 사용이 이미 알려져 있다. 항법 시스템에는 주행 방향과 진행된 이동 거리를 결정하기 위한 센서들이 다수 연결된다. 또한 차량의 절대위치를 결정하기 위해서, 예를 들어 GPS-시스템(글로벌 위치 시스템)으로 알려져 있는 바와 같은 위성 신호 수신기가 사용될 수 있다.

그렇지만, 차량에 위치 및 이동 거리 센서를 조립하는 것은 상당한 비용이 필요하다. 한편 GPS-수신기에 의해 위치를 결정하는 것은 비교적 부정확하며, 그결과 복잡한 도로망에서 항상 정확한 위치가 결정될 수는 없다.

밀집된 관할구역에서 GPS-위성 신호가 정확하게 수신될 수 없기 때문에, 위치 결정은 위성 신호수신에 기초하여 항상 만족되지는 않는다. 그뿐만 아니라 방향 및 이동 거리 센서와 위성 신호 수신기의 신호는 상응하는 필터를 통하여 평가되어야 하며, 그 결과 위치 결정은 불확실할 뿐만 아니라 고가이다.

본 발명은 독립 청구항의 종류에 따른 위치 결정용 위성 신호 수신기를 구비한 위치 센서에 관한 것이다.

본 발명의 실시예를 도면에 나타내며 이하의 설명을 통하여 상세히 설명한다.

도 1은 알려진 위치 시스템과 항법 시스템의 블록회로도.

도 2는 본 발명에 따른 실시예를 나타내는 도면.

독립 청구항의 특징을 구비한 본 발명에 따른 위치 센서는 상술한 바에 비하여 위치 센서내의 동일 하우징내에 센서들을 설치하므로써, 매우 밀집된 구성을 이룰 수 있다는 장점을 가진다. 이를 통하여 조립 비용뿐만 아니라 제조비용도 줄일 수 있다. 밀집 구성 방식을 통하여, 예를들어, 필터와 같은 신호 평가용 개별 부품들은 복수회 사용될 수 있으며, 그 결과 위치 센서를 위한 제조비용을 추가로 줄일 수 있다는 점에서 특히 이롭다. 호환성 데이타 포멧을 통하여 위치 센서의 출력에는 또한 종래의 위성 신호 수신기가 대치될 수 있다.

바람직하게는, 종속 청구항에 기재된 특징을 통하여 주청구항에 주어진 위치 센서의 다른 형태와 개선이 가능하다. 특히 바람직하게는, 위성 신호 수신기로서 GPS 및/또는 GLONASS-시스템이 사용되며, 이 시스템은 이미 설치될 준비가 되어 있으며 일반인의 사용을 위해 일부 공개되어 있다.

이동 거리 센서 또는 방향 센서로서의 하나 이상의 가속도 센서 및/또는 회전비 센서(자이로 센서)의 사용은 센서들이 차량의 신호 수신기에 독립하여 위치 센서의 하우징내에 장착될 수 있기 때문에 바람직하다. 이로 인하여 외부 차량장치와 연결이 추가로 단순화될 수 있다.

기압 고도계 또는 온도 센서의 추가 사용을 통하여 위치 결정의 정확도가 모니터링될 수 있으며 개선될 수 있다. 정확한 GPS-위성 신호를 수신하면, 또한 고도 결정이 가능하기 때문에, 기압 고도계의 측정값과의 비교를 통하여 위치 결정이 보정될 수 있다. 또한 사용된 구성 부품의 작동 정확성은 주위 온도에 따르기 때문에 에러들은 온도 센서에 의해 바람직하게 보정될 수 있다.

센서 신호의 원치않는 수신조건시에도 위치 결정을 가능하게 하기 위해서 또한 센서들을 보정하기 위해서, 예를 들어 가속도 센서에는 타코미터가 접속되는 것이 바람직하다. 이때 타코미터는 진행된 이동 거리를 위한 차량에 제공된 신호 수신기이며, 타코미터의 신호는 가속도 센서의 보정을 위해 추가로 사용될 수 있다.

공동 위치 필터상에 개별 센서들을 배치하므로써 각각의 단일 센서를 위해 필요한 추가의 구성그룹이 감소된다. 이때 센서 신호가 우선 인자로서 선택되어 예를 들어, 위성 신호가 정확히 수신될 수만 있다면 GPS-수신기를 통한 위치 결정이 높은 우선 인자를 가지는 것이 특히 바람직하다. 이에 대해, 예를 들어 터널에서는 위성 신호가 거의 수신될 수 없기 때문에, 이동 거리 센서와 방향 센서는 높은 우선 인자를 포함한다. 그후 우선 인자는 위성 신호가 충분한 질로 다시 수신될 수 있을 때까지 유지된다.

특히 바람직하게는, 위치 필터로서는 칼만 필터가 제공된다. 필터에 있어서 개별 센서들의 에러는 서로 보완되며, 그 결과 위치 결과를 통하여 개선된다.

도 1은 GPS-수신기(1), 방향 센서로서의 방향 센서(3), 예를 들어, 차륜 센서를 구비한 이동 거리 센서(4)가 차량에 배치되어 있는 공지된 위치 시스템을 나타낸다. 이때 GPS-수신기(1)는 수신 위성 신호로부터 위치를 결정하기 위해 위치 필터(6)를 가진다. 센서의 신호는 컴퓨터(5)를 통하여 접속되며, 컴퓨터의 출력(9)에는 위치 및 장소 데이터가 얻어질 수 있다.

이때 GPS-수신기(1) 및 개별 센서(3, 4)들과 컴퓨터(5)는 상이한 하우징내에 설정되며, 개별 하우징은 차량의 각각의 적절한 위치에 고정된다.

도 2는 본 발명에 따른 위치 센서(10)의 실시예를 나타내며, 하우징(11)내에는 위성 신호 수신기(1)가 방향 센서(3)와, 밀집 유닛으로서의 이동 거리 센서(4)가 장착된다. 이동 거리 센서는, 예를 들어, 집적된 회전 센서(자이로 센서)로서 형성된다. 자이로 센서는 일반적으로 알려져 있으므로 상세하게 설명하지 않는다. 이동 거리 센서(4)로서는 가속도계가 제공되며, 가속도계의 신호로부터 적분을 통하여 진행된 이동 거리가 계산될 수 있다. 센서들의 출력들은 주로 칼만-필터로서 형성된다.

위치데이터의 이용도를 더욱 향상시키기 위해서, 온도 센서(12) 및/또는 기압 고도계(7)가 제공될 수 있다. 또한 출력에는 위치 필터(6)가 연결된다. 본 발명의 다른 형태에 있어서, 이동 거리 센서로서 타코미터(14)가 제공되며, 신호는 외부 단자를 거쳐 마찬가지로 위치 필터(6)에 유도된다. 안테나(2)가 위성 신호 수신기(1)의 보완으로서 제공된다. 위치 필터(6)는 개별 센서들의 신호로부터 순간 차량위치, 주행 방향, 진행된 이동 거리를 계산하며, 데이터들을 호환성 데이타 포멧으로 출력(9)에 전송한다.

칼만-필터는 시스템다이나믹, 프로세서 배경소음 및 측정 배경소음의 통계상 특징적 데이터, 초기정보로부터 시스템상태를 평가할 때 최소 평가에러가 나타나는 최적의 필터이다. 상세한 설명은 로베르트 그로버 브라운, 파트릭크 와이. 시. 황; 존 윌리와 선, 인코포레이티드; 뉴욕 1992의 "랜덤 신호와 응용 필터링에 대한 안내"에 기재되어 있다.

이하에서 장치의 작동방식을 상세하게 설명한다. 위치 필터(6)는 모든 연결센서와 신호기의 신호를 처리하도록 구성된다. 위치 필터는 칼만-필터로서 형성되며 접속센서의 개별 에러신호를 보상할 수 있으며, 그 결과 최대 확률을 통하여 실제위치가 출력된다.

위선신호 수신기(1)의 신호와 방향 센서(3) 및 이동 거리 센서(4)의 신호가 에러를 나타내며 특히, 방향 센서(3) 및 이동 거리 센서(4)의 에러가 중첩되기 때문에, 가장 신뢰할만한 위치를 결정하기 위해서 본 발명에 따른 장치를 통하여 에러를 최소화하도록 시도된다. 실질적인 본 발명의 개념은 개별 성분의 신호들이 우선 인자로서 선택된다는 것이다. 그후 선택된 신호는 도킹항법의 조정후에 평가될 수 있다. 예를 들어, GPS-위성 신호가 충분히 수신되면, 위성 신호 수신기(1)의 위치 결정은 최우선 인자 예를 들어, 인자 1을 포함하며, 이때 방향 센서(3)와 이동 거리 센서(4)는 인자 0을 가진다. 낮은 수신율, 예를 들어, 밀집 관할구역에서 또는 터널에서 위성 신호수신이 방해받을 때, GPS-위성 신호 수신기(1)는 최소 우선 인자, 예를 들어, 0을 가진다. 위치 필터(6)가 자이로 센서(3)와 가속도 센서(4)에 의해 얻어진 위치데이터를 통하여 연결 및 비교되는 위성 신호 수신기(1)의 위치데이터에 대해 나란하게 계속되기 때문에, GPS-신호가 처리되지 않을 때도 차량위치가 산출될 수 있다. 이 경우에, 자이로 센서(3)와 가속도계(4)는 최대 우선 인자, 예를 들어 1을 가진다. 위성 신호가 다시 충분히 수신되자마자, 마지막 위치는 위성 신호 수신기(1)에 의해 결정된 위치와 비교되며 필요한 경우에 수정된다. 수신성질에 따른 우선 인자의 중요도를 통하여 위치의 높은 정확도가 얻어진다. 개별 센서(3, 4)들은 각각 개별 센서의 정확도를 갖도록 서로 모니터링한다. 자이로 센서(3)와 가속도 센서(4)가 제한된 이동 거리에서만 사용되기 때문에, 또한 이 센서들의 중첩 에러도 제한되는 장점을 가진다. 그러므로, 자이로 센서로서는 약간 정확도가 떨어지지만 저렴한 상용-자이로 센서가 설치될 수 있으며, 이때 위치데이터를 계산하기 위해 GPS-위성 신호 수신기(1)의 정확한 측정데이터가 처리될 수 없을 때는 상기 센서의 데이터가 먼저 선택된다.

온도 센서(12) 및/또는 기압 고도계(7)를 사용하므로써, 위치 결정에 대해 추가 최적화가 얻어진다.

본 발명의 다른 형태로서는 또한, 이동 거리 센서로서의 타코미터(14)의 신호가 사용된다. 가속도 센서(4)의 사용시, 복합 가속도벡터로부터 직접 이동 거리 및 방향 정보를 얻기 위하여 가속도는 3개의 상호 수직 좌표계내에서 검측된다. 이 경우에 자이로 센서의 사용하에서 방향 정보가 얻어질 수 있다.

자이로 센서(3)와 가속도 센서(4)가 마이크로 메카니즘 구성 부품으로서 주로, 반도체칩으로 구성된다면, 기판상의 집적회로나 모듈을 통하여 공간이 절약될 수 있다.

호환성 데이터-출력 포멧을 통하여, 소정의 GPS-위성 신호 수신기(1)가 본 발명에 따른 위치 센서(10)를 통하여 추가비용을 필요로 하지 않고 호환가능하다.

Claims (11)

1. 위치 결정을 위한 위성 신호 수신기를 가지는 위치 센서에 있어서,

   적어도 동일 하우징(11)내에 위성 신호 수신기(1), 방향 센서(3), 이동 거리 센서(4)가 장착되며, 위치 센서(10)는 이 위치 센서(10)의 출력(9)에 위치, 이동속도 또는 이동 방향을 위한 데이터가 출력될 수 있으며, 출력가능한 데이터는 호환성 데이타 포멧으로 얻어질 수 있는 것을 특징으로 하는 위치 센서.
2. 제 1 항에 있어서, 위성 신호 수신기(1)는 GPS-위성 신호 또는 GLONASS-위성 신호를 수신하기 위해 형성되는 것을 특징으로 하는 위치 센서.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 이동 거리 센서(4)는 가속도 센서인 것을 특징으로 하는 위치 센서.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 방향 센서(3)는 회전비 센서(자이로-센서)인 것을 특징으로 하는 위치 센서.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징(11) 내에는 기압 고도계(7)가 장착되는 것을 특징으로 하는 위치 센서.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징(11)내에는 온도 센서(12)가 장착되는 것을 특징으로 하는 위치 센서.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징(11)상에는 외부 센서 주로, 타코미터(14)가 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 위치 센서.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 위성 신호 수신기(1), 방향 센서(3), 이동 거리 센서(4)는 위치 필터(6)에 접속될 수 있으며, 이러한 구성 그룹(1, 3, 4)들의 신호는 우선 인자로서 선택되며, 우선 인자는 신호들의 이용도에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 위치 센서.
9. 제 8항에 있어서, 위치 필터(6)는 칼만-필터인 것을 특징으로 하는 위치 센서.
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 위치 센서(10)는 주로, 차량의 항법 시스템에 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 위치 센서.
11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 가속도 센서(4)는 가속도가 3개의 좌표축으로 검측되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 위치 센서.