KR20000068023A

KR20000068023A - 민간용 지피에스 수신기의 온-더-플라이 정밀도 향상장치 및 방

Info

Publication number: KR20000068023A
Application number: KR1019997000689A
Authority: KR
Inventors: 안소니 스티븐 아보트
Original assignee: 칼 제이. 호크; 노드롭 그루만 코포레이션
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1998-02-23
Publication date: 2000-11-25
Also published as: AU710584B2; DE69839339D1; US5786790A; IL127490A; KR100317771B1; EP0965048A1; EP0965048B1; JPH11514099A; IL127490A0; JP3113681B2; WO1998038520A1; DE69839339T2; EP0965048A4; AU6536198A

Abstract

본 발명은 군사용 또는 정확한 정밀 GPS 수신기로부터 유래된 데이터를 이;용하여 민간용 수신기의 위치해답 오차를 벌충함으로써 민간용 또는 정밀도가 저하된 GPS 수신기의 정밀도를 향상시키는 방법과 수단에 관련한 것으로써 민간용 GPS 수신기는 이동 소모용 로켓에 배치되고 이동 발사로켓에는 군사용 수신기가 배치된다. 벌충데이터는 발사로켓에 배치되고 동일한 안테나에 부착된 군사용 GPS 수신기와 또 다른 민간용 GPS 수신기의 의사거리 측정값을 비교함으로써 얻어진다. 변형된 교정을 포함하는 두 가지 실시예 즉 1)군사용과 민간용 수신기가 추적하고 있는 위성과 동일한 위성을 소모용 수신기가 추적할 때에 적용 가능한 온-더-플라이 상대항법기술에 있어서 두 대의 발사 수신기의 측정값으로부터 측정된 위치편의가 소모용 수신기로 전송되어 그것의 해를 상쇄하도록 사용되고 2)발사수신기가 추적하는 위성과 동일한 위성을 소모용 수신기가 추적하지 않을 경우에 사용되는 온-더-플라이 차동항법시스템에 있어서 보정처리가 군사용 수신기의 GPS 위치해답에 비례하여 수행되는 것이 설명되었다.

Description

민간용 지피에스 수신기의 온-더-플라이 정밀도 향상장치 및 방법{ON-THE-FLY ACCURACY ENHANCEMENT FOR CIVIL GPS RECEIVERS}

지구표면 상의 어디엔가 있는 적절한 수신기와 국(station)에 대한 정확한 항법정보와 위치결정을 제공하기 위해 GPS 위성의 다양한 배열방법이 현재 이행되는 중에 있거나 계획 중에 있다. 이러한 GPS 시스템 중에는 미국 정부에 의해 운용되는 항법위성 시한범위 범용지구측위시스템 "NAVSTAR GPS"(Navigation Satellite Timing and Ranging GPS), 구 소련정부에 의해서 계획되었던 "GLONASS" 시스템이 있으며, "NAVSAT"와 "GRANAS" 로 알려진 두 개의 유럽시스템이 현재 개발 중에 있다. 본 발명이 다른 범용지구측위 시스템에도 동등하게 적용될 수 있으나 설명을 쉽게 하기 위해 이하에서는 NAVSTAR GPS의 특징과 사용법에 관한 검토와 명세에 중점을 두어 설명하겠다.

미국 정부가 운용하는 NAVSTAR GPS 는 6개의 분리된 원형 궤도 각각에 궤도를 선회하는 4대의 GPS 위성을 위치시켜 모두 24대의 GPS 위성으로 구성되도록 설계되는데 21대는 가동상태에 있고 나머지 3대는 예비용이 된다. 위성궤도는 극이나 적도를 통과하지는 않으나 상호 기울어진 평면에 놓이게 되며 각 위성은 지구가 한 바퀴 자전하는 동안 지구주위를 거의 매 12시간마다 1회씩 정확히 2회 공전한다. 이러한 배치에 의해 적어도 4 대의 위성이 지구 전체에 걸쳐 하루24시간 내내 동일한 가시영역에 놓이게 된다. 어느 주어진 시간에서의 각 위성의 위치는 정확히 알려지며 항법신호는 지구로 송신되어 시간(GPS time)과 관련한 공간에서의 위성위치를 표시하는 위치정보를 제공한다. 이 위치정보는 궤도력 데이터(ephemeris data)로서 알려져 있다. 궤도력 데이터 외에도 각 위성에 의해 전송된 항법신호에는 신호가 전송될 때의 정확한 시간표시가 포함된다. 따라서 항법신호 수신기와 송신위성 사이의 거리 또는 범위는 1)신호가 수신기에 수신된 시간을 기록하고 2)전달시간 지연 즉, 송신된 시간과 수신된 시간의 차이를 계산하며 3)신호전달 속도를 그 지연에 곱함으로써 이 시간표시를 이용하여 측정할 수 있다. 이 측정의 결과는 송신위성으로부터 수신기까지의 의사거리(pseudorange)를 산출한다. 이 거리는 의사거리라 불리는데 수신기 클럭이 GPS 시간에 정확히 맞춰지지 않거나 대기를 통해 전달됨으로써 항법신호 전달시간에 지연이 생기는 것과 같은 요인에 의해 부정확성이 야기되기 때문이다. 이 부정확성으로 인해 각각 수 미리초 크기의 클럭편의(오차)와 기압편의(오차)가 초래된다. 어떤 경우에는 항법신호에 있어서의 두 개의 신호 즉, 궤도력 데이터와 의사거리를 이용해서 적어도 4대의 위성으로부터 지구중심과 관련한 수신기의 시간과 위치를 수동(受動) 삼각측량기술을 이용하여 측정할 수 있다.

NAVSTAR GPS 에 대한 더 자세한 검토는 "NAVSTAR:Global Positioning System-Ten years later"라는 제목의 1983년 10월 IEEE회보,Vol.71 No10 에 개재된 B.W.Parkinson과 S.W Gilbert의 논문 및 Sunnyvale Calif에 소재한 Trimble Navigation Ltd.에 의해 1989년에 발간된 "GPS: A Guide to the Next Utility"라는 책자 본문에서 찾아볼 수 있다. 이들 두 문헌은 참조문헌으로서 여기에 포함되어 있다.

NAVSTAR GPS 는 의사난수(pseudorandom) 신호를 전달하는 반송파에 대한 두 가지 코드변조 유형을 계획한다. 첫 번째 유형에서 "거친/획득"(Coarse/Acquisition)코드인 반송파는 C/A 신호에 의해 변조되며 C/A 코드로 불리고 표준위치결정 서비스(Standard Positioning System,SPS)로도 불린다. 두 번째 유형의 변조는 보통 "정확한(precise)" 또는 "보호된(protected)"(p)코드 또는 정밀위치결정서비스(Precise Positioning Service,PPS)로도 불린다. P-코드의 암호화된 버전 즉 Y 코드는 미국 정부에 의해 특별히 인가된 지구수신기에 의해서만 사용되도록 의도된 것이므로, Y코드의 배열은 비밀로 유지되며 공공연히 사용될 수는 없게 되어 있다. 이것은 대부분의 NAVSTAR GPS 사용자들로 하여금 C/A코드 변조를 매개로 제공된 데이터에만 의존하도록 강요하는데 불행히도 이로써 위치결정 시스템이 더욱 부정확하게 되는 결과를 초래하게 된다. 더욱이 미국정부는 클럭변수를 변경시킴으로써 GPS 위성으로부터 전송되는 C/A 코드 GPS 신호에 오차를 개입시켜 GPS 데이터를 선택적으로 변질시키고 있다. 즉, 하나 또는 그 이상의 위성에 대한 클럭변수는 가령 위성클럭의 위상과 주파수를 고의적으로 떨게 만드는 "선택적 이용도"(selective availability)또는 단순히 SA 와 같은 관행에 의해 약간 또는 상당히 수정된다. SA는 다양한 이유로 작동된다. 예를 들면 미 국방성은 국가안보를 이유로 이것을 작동시킨다. SA의 작동 중에도 미국정부는 SA 효과를 제거시키는 벌충수단에 대한 접근이 허용되므로 NAVSTAR GPS를 여전히 사용할 수 있게 된다. 그러나 벌충되지 않은 C/A 코드 데이터는 정밀도가 상당히 부정확하게 된다. 즉, 저하된다. 상기한 구별의 관점에서 C/A 코드변조 수신기는 민간용 수신기 또는 단순히 수신기라고 부르며 Y코드변조 수신기는 군사용 수신기 또는 단순히 수신기라고 부른다. 일반론적인 목적을 위해 여기에서 "민간용" 수신기는 다양한 종류의 또는 정밀도가 저하된 GPS 수신기 또는 수신기를 가리키고 군사용 수신기는 정확한 정밀GPS 수신기를 또는 수신기를 가리킨다.

GPS 의 많은 응용에 있어서 비록 사용자가 정밀위치결정 서비스(PPS)를 사용할 수 있는 비밀열쇠에 접근이 허용되더라도 비용과 복잡성을 저하시키기 위해서는 가령 이동로켓 또는 소모용 로켓과 같은 곳에 민간용 GPS 수신기를 사용하는 것이 바람직하다. 이것은 특히 소모용 로켓 또는 대량으로 생산되는 무기 예를 들면 어떤 형태의 발사로켓으로부터 발사를 위한 무기의 경우에 있어서 특히 그러하다. 만일 사용자가 PPS를 사용하도록 인가되었다면 사용자는 소모용 로켓에 있는 민간용 수신기보다 훨씬 정확한 군사용 GPS수신기를 발사로켓에다 설치할 수 있다.

고정측량 안테나 좌표를 이용하며 거의 실시간으로 지상국으로부터 오는 교정을 요하는 고정밀 민간용 GPS의 응용을 위해서는 차동 GPS(Differential GPS, DGPS)보정 처리를 이용할 수 있다. 전형적인 민간용 GPS 수신기는 정밀도에 있어서 미 국방성이 신호에다 상기한 고의적인 정밀도 저하를 개입시키는데서 기인하는 고유의 한계를 가지고 있는데 이 한계는 DGPS 처리에 의해 제거될 수 있다. 상기한 대로 표준위치결정 서비스 또는 SPS로 불리는 민간용 GPS 수신기 정밀도는 차동보정 없이는 100m 정도의 범위를 갖게 된다. 정밀도 한계성의 어느 정도는 단지 하나의 주파수를 사용하는 데서 기인하며 이것은 전리층 지연에서 기인하는 오차측정을 방해하고 또한 어느 정도는 더욱 정확한 정밀 P(Y)코드 대신 C/A코드를 사용하는데서 기인하는데 정밀도 한계성의 주된 요인은 위성 클럭의 주파수와 위상을 고의적으로 떨게 하는 것 즉 SA 이다. 군사용 수신기는 비밀열쇠의 사용을 통해 인가된 사용자에게만 허용되는 데이터를 사용하는 알고리즘을 이용하여 SA 오차를 제거한다. 또한 군사용 수신기의 사용자는 전리층 지연의 벌충과 측정을 허용하는 제 2 주파수를 추적할 수 있다.

본 발명은 가령 NAVSTAR GPS 와 같은 범용지구측위시스템(Global Positioning Systems;GPS)의 이용법에 관한 것으로, 특히 접근 가능한 군사용 또는 정확한 정밀 GPS 수신기로부터 유도된 데이터를 사용하여 민간용 또는 정밀도가 저하된 GPS수신기의 부정확한 위치해답을 보정함으로써 수신기의 정밀도를 향상시키는 방법과 수단에 관련한 것이다.

도 1 은 GPS 신호에 가해진 선택적 이용도(SA)의 효과를 보여주며 SA 위치오차와의 시간 상호관계를 도시하는 도표이다.

도 2 는 본 발명에 있어서의 전형적인 온-더-플라이 차동 GPS 시스템 배열을 도시하는 블록도 이다.

가령 GPS 위성 클럭의 위상과 주파수를 고의적으로 떨게 만듦으로써 C/A코드 신호를 변질시키는, 즉 SA를 사용하는 것과 같은 미국 정부의 관행에 의해 시스템에 오차가 개입되는 결과로써 SPS로 작동하는 전형적인 민간용 GPS 수신기에서 정밀도 문제가 계속 야기되고 있다.

본 발명의 목적은 민간용 GPS 수신기의 정밀도를 향상시키기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 군사용 GPS 수신기와 민간용 GPS수신기의 조합으로부터 계산된 차동보정(differential corrections)을 이용하여 민간용 수신기의 의사거리측정값을 보정하고 수정함으로써 민간용 GPS수신기의 정밀도를 향상시키는 기술을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 정확한 위치 예측값이나 군사용 또는 이동이 가능한 (PPS)GPS 수신기로부터 얻어진 개산(槪算)값을 사용하여 민간용 수신기의 결과를 보정함으로써 이동 민간용 GPS 수신기의 정밀도를 향상시키는 기술을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 SA 효과를 벌충하기 위해 SPS로 작동하는 민간용 GPS 수신기의 정밀도를 향상시키기 위한 것이다.

본 발명은 정확한 정밀 GPS 수신기 또는 군사용 GPS 수신기로부터 유래된 데이터를 이용하여 민간용 수신기의 출력에 있어서의 오차를 벌충함으로써 민간용 GPS 수신기의 정밀도를 향상시키는 방법과 수단을 포함한다. 예를 들면 하나의 실시예에서 민간용 GPS 수신기는 이동로켓 또는 소모용 로켓에 배치할 수 있고 군사용 수신기는 또 다른 민간용 GPS 수신기와 함께 이동기준로켓 또는 발사로켓에 배치할 수 있다. 그리고 본 발명에 있어서 이동 소모용 로켓에 배치된 민간용 GPS 수신기는 기준발사로켓에 있는 공통 안테나를 공유하는 민간용과 군사용의 두 대의 기준수신기의 출력을 비교함으로써 측정된 민간용 수신기의 출력에 보정을 가하여 정밀도를 향상시킨다. 두 대의 기준 수신기의 출력은 민간용 수신기의 의사거리 측정값과 군사용 수신기의 위치해답을 구성한다. 이러한 배열을 사용함으로써 변형된 교정을 포함하는 두 작동 실시예 즉 1)온-더-플라이 상대항법(on-the-fly Relative Navigation), 2) 온-더-플라이 차동항법(on-the-fly Differential Navigation)을 살펴보겠다. 전자(前者)의 기술은 기준 군사용 수신기와 민간용 수신기가 동일한 안테나로부터 위성을 추적한다는 점에서 상대 GPS 교정과 유사하다. 그러나 여기서 측정된 위치편의는 기준 민간용 수신기가 추적하는 위성과 동일한 위성을 추적하는 소모용 수신기로 전송되어 소모용 수신기의 해답을 상쇄하는데 이용된다. 후자(候者)의 교정처리는 기준수신기가 추적하는 위성을 소모용 수신기가 추적하지 않을 때에 이용되며 DGPS에서 보통 사용되는 고정측량 안테나좌표 대신에 군사용 GPS수신기의 해답에 비례해서 수행된다는 점을 제외하고는 고정밀 민간용 GPS 응용에 사용되는 차동 GPS(DGPS)보정처리와 유사하다.

본 발명은 정확한 정밀 또는 군사용 GPS수신기로부터 유도된 데이터를 이용하여 민간용 수신기의 측정값에서의 오차를 벌충함으로써 민간용 GPS 수신기의 정밀도를 향상시키는 시스템과 기술을 제공하기 위한 것이다. 전형적인 구조상의 실시예에 있어서 민간용 GPS 수신기는 가령 소모용 로켓과 같은 이동로켓에 배치할 수 있고 군사용 수신기는 가령 소모용 로켓을 위한 발사로켓과 같은 이동 기준로켓에 배치할 수 있다. 이러한 구조상의 시스템은 교정기술을 양자택일적으로 사용하여 즉 1)온-더-플라이 상대항법 2)온-더-플라이 차동항법을 사용하여 작동할 수 있다. 전자의 상대항법기술을 사용할 때 소모용로켓에 배치된 민간용 GPS 수신기는 발사로켓에 배치된 민간용과 군사용의 두 대의 수신기의 위치해답의 비교로부터 유도된 민간용 수신기의 측정값에 보정을 가함으로써 민간용 수신기의 위치를 측정하여 정밀도를 향상시킨다. 후자의 차동항법기술을 사용할 때에 보정값은 발사로켓에 있는 민간용 수신기의 의사거리 측정값과 군사용 수신기의 위치해답 정보로부터 계산된다. 군사용 수신기 역시 내부적으로는 의사거리 측정값을 이용할지라도 의사거리측정값들은 비밀로 분류되며 수신기 외부에서 일반적으로 사용될 수 없으므로 비록 그것이 군사용 수신기의 의사거리 측정값으로부터 유도된 것이라 할지라도 군사용 수신기로부터의 위치 계산값만이 사용된다는 점을 명심해야 한다.

두 가지 교정 실시예에서 어느 것이 사용에 적합할 것인가의 문제는 발사로켓의 민간용과 군사용 수신기가 추적하고 있는 위성과 동일한 위성을 소모용의 민간용 GPS 수신기가 추적하고 있는가에 달려있다. 변형된 교정을 포함하는 이 두 실시예는 다음과 같이 작동한다.

1)온-더-플라이 상대항법

소모용 로켓의 민간용 GPS 수신기가 발사로켓에 있는 민간용 GPS 수신기가 추적하는 4대의 위성과 동일한 위성을 추적할 수 있는 경우에는 SA오차의 이유를 밝히는 소모성 민간용 수신기의 위치해답에 단순한 위치상쇄가 행해진다. 이것은 소위 상대 GPS 항법이라고 불리는 것과 유사하며 발사로켓에서 군사용 GPS 수신기와 민간용 GPS 수신기가 같은 안테나 상에서 위성을 추적하도록 함으로써 완성된다. 군사용 수신기와 민간용 수신기 조합의 위치 측정값을 비교함으로써 위치편의가 결정되면 그것은 발사로켓으로부터 소모성 민간용 GPS수신기로 전송되어 그 위치해답을 상쇄하는 데 사용된다. 소모용 수신기의 결과해답은 상쇄가 재생되는 한 군사용 수신기의 정밀도에 근접하게 된다. 상쇄가 재생되지 않으면 해답의 정밀도는 SA 오차의 일시적인 불안정성으로 인하여 점차 저하된다. 이것은 GPS 수신기에 가해진 효과를 보여주고 SA 위치오차의 시간상호관계를 도시하는 도표인 도 1을 고찰해보면 알 수 있다.

이 온-더-플라이 상대항법 기술은 위치편의를 측정하기 위해 발사로켓에 있는 민간용과 군사용 GPS 수신기 위치해답의 차를 계산함으로써 쉽게 이행된다. 이 위치편의 또는 상쇄계산은 가령 발사로켓이나 또 다른 이동로켓, 어느 기준로켓이나 또는 지상국과 같은 어떠한 적당한 장소에서도 처리될 수 있다. 이 위치상쇄는 소모용 로켓의 발사 바로 전에 소모용 로켓으로 보내진다. 그리고 발사 후에 소모용 로켓의 민간용 GPS 수신기에서의 위치해답은 전송받은 위치상쇄가 정확한 해답에 접근함으로써 조정된다. 만일 하강시간 동안 SA에 기인하는 오차가 허용범위 내라면 추가적인 보정은 요구되지 않으며 만일 추가적인 정밀도가 요구된다면 갱신된 상쇄가 다원방송을 통해 소모용 로켓으로 보내질 수 있다. 수신기들의 위치 해답간의 필요한 일치를 취득하기 위해서 소모용의 민간용 GPS 수신기는 짝으로 된 민간용 GPS 수신기와 군사용 수신기가 추적하는 4 대의 위성과 동일한 위성을 추적해야 한다는 것을 명심해야 한다.

2)온-더-플라이 차동항법

만일 발사로켓에 있는 민간용과 군사용의 두 대의 GPS 수신기가 추적하는 위성과 동일한 위성을 소모용 로켓의 민간용 GPS 수신기가 추적한다는 것을 보장할 수 없으면 두 수신기의 의사거리 측정값에 대한 차동보정의 형식이 계산되어 발사로켓으로부터 소모용 로켓에 있는 민간용 수신기로 보내진다. 그리고 소모용 로켓의 수신기는 차동보정값을 사용하여 수신기의 정밀도를 군사용 수준까지 향상시킨다. 군사용과 민간용 수신기는 GPS 신호를 수신하는 공통의 안테나를 사용함으로써 그들의 측정값에 대한 공통의 기준점을 확립하므로 군사용 수신기는 다른 짝인 민간용 수신기가 추적하는 4 대의 위성과 같은 위성을 추적해야 할 필요가 없음을 알 수 있으며 군사용 수신기는 위성의 어떠한 조합도 사용하여 정확한 위치해답을 얻어낼 수 있으므로 동일한 위성을 추적할 필요는 없다. 또한 만일 차동보정값이 주기적으로 갱신되면 소모용의 민간용 수신기의 정밀도는 군사용의 그것에 근접하게 된다. 만일 차동보정값이 리프레시 되지 않으면 정밀도는 시간이 지남에 따라 SA오차가 변하므로 점차 저하된다. 군수품 응용과 같은 단기 소모용 임무에 있어서 SA 오차는 시간과 상호관계가 있으므로 이것은 SA오차에 기인하는 총 오차의 일부분일 뿐이다. 또한 이것은 도 1의 도표를 고찰해보면 알 수 있다.

온-더-플라이 차동항법 기술은 종래의 차동 GPS(DGPS)보정처리에 사용된 것과 유사하다. 그러나 기준국에 대한 정지안테나와 수신기 및 DGPS에서 통상 사용되는 측량 안테나 좌표를 사용하는 대신에 이 기술은 기준점으로써 군사용 수신기의 위치해답을 사용한다.

특히 도 2는 본 발명에 있어서의 전형적인 온-더-플라이 차동 GPS 시스템의 배열을 도시한다. 위치보정의 계산은 동일점에 비례하여야 하므로 발사로켓(10)에 있는 민간용 GPS수신기(11)와 군사용 GPS 수신기(12)는 동일한 안테나(13)를 공유한다. 이것은 두 대의 수신기를 전력분배기(14)에 연결함으로써 완성된다. 만일 필요하면 전력의 분배에서 기인하는 신호세기의 손실을 극복하기 위해 전치증폭기(15)가 안테나 출력상에 사용될 수 있다.

발사로켓의 민간용 GPS 수신기(11)에 의해 추적되는 각 위성에 대한 차동보정,DPR은 차를 계산함으로써 즉 예측된 또는 개산된 의사거리 PRP와 측정된 의사거리 PRM의 차를 측정함으로써 민간용 수신기(11)와 군사용 수신기(12)로부터의 입력을 받아 적당한 계산장치(16)에서 계산된다. 예측된 의사거리PRP는 군사용 수신기의 위치해답과 송신시간에서 구해진 궤도력으로부터 계산된 위성위치 사이의 기하학적 거리를 계산하고 그 거리를 다음 관계식에 따라 위성클럭 보정에 의해 조정함으로써 계산된다.

PRP = mag [M(tm) - E(tt)] - C(tt) (1)

여기서,

mag[x] = 3차원 벡터의 진폭

M(.) = 정확한 정밀 GPS 수신수단의 위치해답

tm = 측정시간

E(.) = ICD-GPS-200규칙에서 정의된 궤도력 위치모델

tt = 송신시간

C(tt) = ICD-GPS-200규칙에서 정의된 위성클럭보정

측정된 의사거리 PRM은 송신시간 tt 와 측정 또는 수신시간 tm으로부터 다음 식에 의해 계산된다.

PRM = c * (tm - tt) (2)

여기서,

c = 광속

차동보정 DPR 은 (1)식과 (2)식의 차이로부터 민간용 GPS(11)에 의해 추적되는 각 위성에 대해 계산되며 계산식은 다음과 같다.

DPR = PRM - PRP (3)

이 보정값 DPR은 그 위치정보의 정밀도를 향상시키기 위해 소모용 로켓(20)에 있는 민간용 수신기(21)에 보내져 그 위치정보의 정밀도를 향상시킨다. 소모용의 민간용 수신기(21)는 각각의 차동보정 또는 위치편의를 수신하거나 안테나(22)를 통해 위성으로부터 직접 수신된 정보를 사용하여 얻어진 그것의 원래의 측정값 PRM' 에 적용하여 다음 식에 의해 보정된 측정값 PRC를 계산한다.

PRC = PRM' - DPR (4)

보정된 측정값 PRC는 소모용의 민간용 수신기(21)에 있는 항법 알고리즘에 의해 처리되어 이용장치(23)에서의 출력과 사용을 위한 위치해답의 정밀도를 향상시키게 된다.

도 2의 시스템 배열에서 구체적으로 표현된 장치 또한 상기한 것과 같이 이 기술을 고찰함으로부터 기꺼이 그 진가를 인정하게 될 온-더-플라이 상대항법 기술을 이행하는 데에도 이용될 수 있다. 예를 들면 계산장치(16)는 위치편의를 측정하기 위해 민간용과 군사용 GPS 수신기의 위치해답의 차이를 계산하는데 다음과 같이 적용될 수 있다. 동일한 4대의 위성을 사용하는 모든 수신기에 대해 위치보정벡터 CV 는 다음 식에 의해 계산장치(16)에서 계산된다.

CV = PM - PCR

여기서,

PM = 군사용 GPS수신기의 위치벡터

PCR = 발사로켓에 있는 민간용 GPS 수신기의 위치벡터

CV를 이용하여 소모용 로켓에 있는 민간용 GPS 수신기의 보정된 위치 PCMC는 다음 식에 의해 얻어진다.

PCMC = PCM - CV

여기서,

PCM = 소모용 로켓에 있는 민간용 GPS 수신기의 보정되지 않은 위치

또한, 차동보정 또는 위치편의를 일정한 기준에 따라 갱신하기 위한 리프레시장치(17)는 소모용의 민간용 GPS 수신기의 정밀도가 리프레시되어 군사용 수신기의 정밀도에 근접하게 유지되도록 하기 위해 설치될 수 있다. 리프레시는 원래의 처리의 단순한 연속일 수도 있으며 발사 후에 소모용 로켓에 보정값을 전달하는 수단을 필연적으로 요구하게 된다.

따라서 본 발명에 있어서의 시스템장치와 기술은, 정확한 정밀 또는 군사용 GPS 수신기로부터 유도된 데이터를 이용하여 민간용 수신기의 측정값을 보정함으로써 민간용 GPS 수신기의 정밀도를 향상시키고 특히 SPS로 작동하는 민간용 GPS 수신기의 정밀도를 향상시킴으로 인해 SA 효과를 상쇄시킨다는 것을 상기한 설명으로부터 알 수 있게 된다. 본 발명에 있어서 DGPS가 고정된 기준국이 정밀도가 향상된 GPS 수신기와 두 대의 기준 GPS 수신기 쪽에 대해 유동성을 허용하도록 하여야 할 필요는 없다. 또한 군사용 수신기의 위치해답에 필적하는 민간용 수신기의 위치해답 또는 측정값의 향상을 완성하는 동안 군사용 수신기로부터의 비밀취급 데이터를 직접 사용할 수는 없다. 이동 사용자와 기준로켓사이에 4대 또는 그 이상의 위성이 가시권 내에 존재해야 한다는 필요조건을 충족할 때에 이 기술은 제 기능을 발휘하게 된다.

발사로켓에서 민간용 수신기를 사용하지 않고 그 대신에 소모용 로켓에서 민간용 수신기를 사용함으로써 동등한 보정을 행할 수 있다는 것도 고려할 수 있지만 이것을 이행하는 것은 더욱 복잡하다. 예를 들면 계산에 있어서는 보정하는데 사용된 측정값은 두 개의 다른 위치로부터 얻어진 것이고 각 수신기로부터의 데이터는 처리를 위해 하나의 위치로 보내질 수도 있다는 것이 고려되어야 한다. 또한 소모용의 민간용 수신기는 발사 전에 GPS 신호를 추적할 수 있어야 한다. 따라서 발사로켓에서 민간용과 군사용 수신기의 조합을 사용하는 실시예가 바람직하다.

Claims

민간용 또는 정밀도가 저하된 GPS 수신기의 위치해답에 대한 온-더-플라이 정밀도를 향상시키기 위한 장치로서,

동일한 안테나에 연결되며, 상기 안테나를 통해 일련의 GPS 위성으로부터 전달된 GPS 신호의 수신에 응답하여 각각의 위치해답을 생성하는 정확한 정밀 GPS 수신수단 및 민간용 GPS 수신수단과,

상기 각각의 위치해답을 비교하고 상기 비교값을 표시하는 신호를 생성하는 수단 및,

상기 비교표시 신호를 상기 정밀도가 저하된 GPS 수신기에 공급하여 정밀도의 향상을 위해 그 위치해답을 보정하는 수단을 구비함을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 비교수단은 상기 각각의 위치해답으로부터 위치편의를 측정하고, 위치편의 신호를 상기 비교값을 표시하는 상기 신호로서 생성하는 수단을 구비하고,

상기 비교표시신호를 공급하는 수단은 상기 위치편의 신호를 상기 정밀도가 저하된 GPS 수신기로 공급하여 그 위치해답을 보정하도록 하는 수단을 구비함을 특징으로 하는 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 정밀도가 저하된 GPS 수신기는 위성의 위치 정보를 직접적으로 얻어 위치해답을 표시하는 측정위치해답 신호를 생성하는 수단과,

각 위치편의 신호를 상기 측정위치해답 신호에 적용하여 보정된 측정값을 얻는 수단 및,

항법 알고리즘을 상기 보정된 측정값에 적용하여 상기 정밀도가 저하된 GPS 수신기의 위치해답의 정밀도를 향상시키는 수단을 구비함을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 정확한 정밀GPS 수신수단과 상기 민간용GPS 수신수단은, 각각의 위치해답으로서의 각각의 의사거리 측정값을 상기 GPS 신호로부터 계산하는 측정수단을 각각 구비하고,

상기 측정수단은 상기 정확한 정밀GPS 수신수단의 위치해답과 송신시간에서 구해진 궤도력으로부터 계산된 위성의 위치간의 기하학적 거리를 계산하고, 상기 기하학적 거리를 다음 관계식

PRP = mag [M(tm) - E(tt)] - C(tt)

여기서 ,

PRP = 예측된 의사거리

mag[x] = 3차원 벡터의 진폭

M(.) = 정확한 정밀 GPS 수신수단의 위치해답

tm = 측정시간

E(.) = ICD-GPS-200규칙에서 정의된 궤도력 위치모델

tt = 송신시간

C(tt) = IDS-GPS-200규칙에서 정의된 위성클럭보정

에 따라 위성클럭보정에 의해 조정함으로써 예측된 의사거리 PRP를 계산하는 수단을 구비하며,

송신시간과 수신시간을 이용하여 다음 관계식

PRM = c * (tm - tt)

여기서,

c = 광속

으로부터 측정된 의사거리 PRM을 계산하는 수단을 구비하고,

상기 비교 수단은 상기 민간용 GPS 수신수단에 의해 추적되는 각각의 위성에 대해 상기 예측된 의사거리 PRP와 상기 측정된 의사거리 PRM의 차이 DPR을 다음식

DPR = PRM - PRP

에 의해 측정하는 수단을 구비함을 특징으로 하는 장치.
제 4항에 있어서,

상기 정밀도가 저하된 GPS 수신기는, 위성의 위치 정보를 직접적으로 얻고 위치해답을 표시하는 측정위치해답 신호를 생성하는 수단과,

각 위치편의 신호를 상기 측정위치해답 신호에 적용하여 보정된 측정값 PRC 를 다음식

PRC = PRM - DPR

에 의해 얻는 수단 및,

항법 알고리즘을 상기 보정된 측정값 PRC에 적용하여 상기 정밀도가 저하된 GPS 수신기의 위치해답의 정밀도를 향상시키는 수단을 구비함을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

비교표시신호를 정기적으로 갱신하기 위한 수단을 더 구비함을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 정밀도가 저하된 GPS 수신기를 탑재하기 위한 제 1 이동로켓과,

상기 정확한 정밀 GPS 수신수단과 상기 민간용 GPS 수신수단을 탑재하기 위한 제 2 이동로켓을 구비함을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 민간용 GPS 수신수단은 민간용 GPS 수신기를 구비하며, 상기 정확한 정밀GPS 수신수단은 군사용 GPS 수신기를 구비함을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 정밀도가 저하된 GPS 수신기가 상기 정확한 정밀GPS 수신수단과 상기 민간용 GPS 수신수단이 추적하는 일련의 위성과 같은 위성을 추적하도록 제어하는 수단을 더 구비함을 특징으로 하는 장치.
정확한 정밀 GPS 수신기와 제 2 민간용 GPS 수신기를 동일한 안테나에 연결하고 상기 안테나를 통해 일련의 GPS 위성으로부터의 GPS 신호수신에 응답하여 각각의 위치해답을 생성하는 단계와,

상기 각각의 위치해답을 비교하며 상기 비교값을 표시하는 신호를 생성하는 단계 및,

상기 비교표시신호를 상기 제 1 민간용 GPS 수신기에 공급하여 정밀도 향상을 위해 그 위치해답을 보정하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 제 1 민간용 GPS 수신기 위치해답의 온-더-플라이 정밀도 향상방법.
제 10항에 있어서,

상기 각각의 위치해답을 비교하는 단계는 상기 각각의 위치해답으로부터 위치편의를 측정하고 상기 비교값을 표시하는 상기 신호로써 위치편의 신호를 생성하는 단계를 구비하고,

상기 비교표시신호를 공급하는 단계는 상기 위치편의신호를 상기 제 1 민간용 GPS 수신기로 공급하여 그 위치해답을 보정하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 방법.
제 11 항에 있어서,

제 1 민간용 GPS 수신기에서 위성위치정보를 직접 입수하며 위치해답을 표시하는 측정위치해답 신호를 생성하는 단계와,

상기 위치편의신호를 상기 측정위치해답신호에 적용하여 보정된 측정값을 얻는 단계 및,

항법 알고리즘을 상기 보정된 측정값에 적용하여 상기 제 1 민간용 GPS 수신기의 위치해답의 정밀도를 향상시키는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 각각의 위치해답을 비교하는 단계는, 상기 정확한 정밀 GPS 수신기와 상기 제 2 GPS 수신기에서 상기 GPS 신호로부터 각각의 의사거리 측정값을 처음으로 계산하는 단계를 구비하고,

상기 처음으로 계산하는 단계는,

상기 정확한 정밀GPS 수신기의 위치해답과 송신시간에서 구해진 궤도력으로부터 계산된 위성의 위치간의 기하학적 거리를 계산하고 상기 기하학적 거리를 다음 관계식

PRP = mag [M(tm) - E(tt)] - C(tt)

여기서,

PRP = 예측된 의사거리

mag[x] = 3차원 벡터의 진폭

M(.) = 정확한 정밀 GPS 수신수단의 위치해답

tm = 측정시간

E(.) = ICD-GPS-200규칙에서 정의된 궤도력 위치모델

tt = 송신시간

C(tt) = ICD-GPS-200규칙에서 정의된 위성클럭보정

에 따라 위성클럭보정에 의해 조정함으로써 예측된 의사거리를 계산하는 단계와,

송신시간과 수신시간을 이용하여 다음 관계식

PRM = c * (tm - tt)

여기서,

c = 광속

으로부터 측정된 의사거리를 계산하는 단계 및,

상기 제 2 민간용 GPS 수신기에 의해 추적되는 각각의 위성에 대해 상기 예측된 의사거리 PRP와 상기 측정된 의사거리 PRM의 차이 DPR을 다음 식

DPR = PRM - PRP

에 의해 계산함으로써 측정하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 제 1 민간용 GPS 수신기가,

위성의 위치 정보를 직접적으로 입수하고 위치해답을 표시하는 측정위치해답 신호를 생성하는 단계와,

각 위치편의 신호를 상기 측정위치해답 신호에 적용하여 보정된 측정값 PRC 를 다음 식

PRC = PRM - DPR

에 의해 얻는 단계 및,

항법 알고리즘을 상기 보정된 측정값에 적용하여 위치해답의 정밀도를 향상시키는 단계를 수행함을 특징으로 하는 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 비교표시신호를 규칙적으로 갱신하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 방법.
제 10항에 있어서,

소모용 로켓에 상기 제 1 민간용 GPS 수신기를 배치하고 상기 소모용 로켓을 위한 이동발사로켓에 상기 정확한 정밀 GPS 수신기와 상기 제 2 민간용 GPS 수신기를 배치하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 방법.
제 10항에 있어서,

상기 정확한 정밀 GPS 수신기가 군사용 GPS 수신기인 방법.
제 10항에 있어서,

상기 제 1 민간용 GPS 수신기는 상기 정확한 정밀 GPS 수신수단과 상기 제 2 민간용 GPS 수신기가 추적하는 일련의 위성과 같은 위성을 추적하도록 제어하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 방법.
제 10항에 있어서,

상기 각각의 위치해답을 비교하는 단계는,

동일한 4개의 위성으로부터 신호를 수신하는 상기 정확한 정밀 GPS 수신기와 제1 및 제2 민간용 GPS 수신기가 위치보정 벡터 CV를 다음 식

CV = PM - PCR

여기서,

PM = 군사용 수신기의 위치벡터

PCR = 발사로켓에 있는 민간용 GPS 수신기의 위치벡터

에 의해 계산함으로써 위치편의를 측정하는 단계를 구비하고,

상기 비교표시신호를 공급하는 단계는 CV를 이용하여 상기 제 1 민간용 GPS 수신기의 보정된 위치 PCMC를 다음 식

PCMC = PCM - CV

여기서,

PCM = 상기 제 1 민간용 GPS 수신기의 보정되지 않은 위치

을 계산함으로써 얻도록 하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 방법.