KR20000076497A

KR20000076497A - 시분할 다중화된 ｇｐｓ 시스템 셀 위치확인 경고시스템의 3차원 디스플레이

Info

Publication number: KR20000076497A
Application number: KR1020000002755A
Authority: KR
Inventors: 버스티스빅톨스; 스므티조엘리슬레
Original assignee: 포만 제프리 엘; 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 2000-01-21
Publication date: 2000-12-26
Also published as: JP3494286B2; US6243647B1; JP2000241191A

Abstract

공간에서 기계의 위치는 3차원 사용자 인터페이스를 통하여 디스플레이된다. 다수의 기계들 중 각각의 기계에서, GPS 계산(Global Position System calculation)에 의하여 기계의 위치를 결정한다. 각각의 기계는 GPS가 결정한 위치에 상응하는 셀을 결정한다. 기계는 자신이 속한 셀에 할당된 시간 구획(time slice)에서 메시지를 방송하는데, 메시지는 메시지를 방송하고 있는 기계의 종류를 나타낸다. 인터페이스를 제공하는 기계는 다수의 기계들이 방송한 메시지를 수신한다. 수신된 방송 메시지를 이용하여, 다수의 기계들의 위치를 결정한다. 다음으로, 표시 장치는 기계의 종류에 따라 각각의 기계의 표현 수단을 선택한다. 마지막으로, 결정된 위치에 따라 일정한 공간을 보여주는 사용자 인터페이스 내부에서 기계의 표현 수단(representation)들을 표시하고 방향을 정함으로써, 사용자 인터페이스를 구성한다.

Description

시분할 다중화된 ＧＰＳ 시스템 셀 위치확인 경고 시스템의 3차원 디스플레이{THREE DIMENSIONAL DISPLAY FOR TIME MULTIPLEXED GLOBAL POSITIONING SYSTEM CELL LOCATION BEACON SYSTEM}

본 발명은 일반적으로 전자기 방사에 의한 위치 결정에 관한 것이다. 특히 이동 수단(vehicles) 간에 전송되는 위치 데이터를 표시하는 개선된 시스템에 관한 것이다.

세상이 점점 더 혼잡해지고 바쁜 장소로 변해감에 따라, 육상, 해상, 그리고 공중에서 이동 수단들의 교통도 더욱 혼잡해지고 있다. 이에 따라 정지된 물체뿐만 아니라 다른 이동 수단과의 충돌 가능성이 높아 졌다. 이와 더불어, 공중항로와 고속도로를 최대한 이용하기 위하여, 효과적인 방법으로 증가된 교통량을 관리할 필요성이 대두되고 있다. 급박한 충돌의 상황이 발생하는 경우 이를 피하는 조치가 취해질 수 있도록 하기 위하여, 이동 수단의 운전자에게 경고를 전달하는 충돌방지 장치들이 개발되었다. 적절히 구성된(properly configured), 트럭과 자동차와 같은 지상 이동 수단을 중앙 관리자가 제어하는 방법이 제안되었는데, 소위 스마트 도로(smart road)라 불린다.

충돌의 문제는 인명의 대형 참사로 이어질 가능성이 높은 항공기에 있어서 더욱 심각하다. 미국 연방 항공국(FAA: The Federal Aircraft Administration)은 30석 이상의 모든 항공기에 소위 교통 경고 및 충돌 방지 시스템(TCAS: Traffic Alert and Collision Avoidance Systems, 이하에서 "TCAS"라 칭한다)을 장착할 것을 강제하고 있다. 모든 자가용, 상용, 그리고 군용 항공기에서 상용 TCAS 시스템은 공중교통 제어 레이더 경고 시스템(ATCRBS: Air Traffic Control Radar Beacon System, 이하에서 "ATCRBS"라 칭한다)의 트랜스폰더(transponders)의 연속적인 동작에 의존한다. 현재 다양한 종류의 ATCRBS 트랜스폰더가 사용되고 있으며, 이들은 몇 가지 결점을 지니고 있다. 예를 들면, 현재 사용되는 모든 트랜스폰더가 고도에 대한 정보를 전송하는 것은 아닌데, 이는 충돌 방지에 문제를 야기시킬 수 있다. 또 다른 문제는 TCAS는 교통량이 많은 지역에서의 사용이 제한되는 것인데, 시스템의 포화(saturation)로 인하여 서로 다른 항공기로부터의 트랜스폰더 신호와 중첩되기 때문이다. 예를 들면, 두 대의 항공기가 레이더 발신기로부터 동일 거리에 위치하는 경우, 동시에 두 대의 항공기가 응답할 것이고, 양자의 신호는 중첩되게 된다. 게다가, 반송신호의 시간은 항공기의 위치를 결정하는데 도움이 될 만큼 정확하게 측정되어야 한다. 그러나, 가장 큰 문제는 TCAS가 고가이기 때문에 비상업 목적의 항공기에서 광범위한 사용이 이루어지지 못한다는 점이다.

몇몇의 참고문헌에서 충돌방지 시스템의 일부분으로 전지구 위치파악 시스템(GPS: Global Positioning System, 이하에서 "GPS"라 칭한다)을 사용할 수 있다고 제안하고 있다. GPS는 현재 일반 대중이 이용할 수 있는 가장 정확한 위치 확인 시스템이며, 최근 몇 년 사이에 가격이 상당이 하락했다. GPS는 지구를 돌고있는 24개의 위성으로 구성되는 네트워크를 포함한다. 각각의 위성은 1.575㎓의 반송파에 변조된 위치신호(ranging signal)를 전송한다. 복수개의 위성으로부터 전송되는 위치 신호를 감시하여 GPS 수신기는 100m의 오차범위 내에서 자신의 위치, 즉, 위도, 경도, 그리고 고도를 결정할 수 있다. 일반적으로 항공기의 고도 측정을 위해서 네 대의 GPS 위성으로부터 신호를 수신해야 한다. 군용에서는 더욱 정확한 신호를 사용할 수 있다. 일반 공중도 사용할 수 있는 보정용 GPS(differential GPS)는 표준 GPS보다도 정확하지만, 부가적인 지상 전송기와 정부로부터의 특별 허가가 필요하다.

비록 제안된 많은 GPS 기반 시스템들이, 트랜스폰더(transponder)와 호출신호(interrogations)에 기반을 두고 현재 사용되고 있는 TCAS보다 간단하며 저렴하지만, 교통량이 많은 지역에서는 수많은 전송 및 수신 신호에 의하여 시스템이 포화될 수 있다. 상기한 GPS 기반 시스템의 문제점을 경감시키고자 하는 노력들 중에서, 리치(Rich)등에게 허여된 미국 특허 제5,636,123호에 게시된 교통 경고 및 충돌 방지 부호화 시스템(Traffic Alert and Collision Avoidance Coding System)은 주목할 만하다. 리치 시스템에서, 공간은 격자구조의 부피요소(a grid of volume elements)로 분할된다. 충돌 방지 신호를 전송하는데 있어서, 반송파(carrier)는 항공기가 위치한 부피요소의 함수인 의사잡음 부호(pseudonoise code)에 의하여 변조된다. 각각의 항공기는 자신이 속한 셀과 바로 인접한 셀에 속한 항공기로부터 전송되는 충돌 방지 신호만을 추적한다. 항공기의 계산된 경로에 의하여, 조종사에게 급박한 충돌에 대한 경고 메시지를 전달할 수 있다.

출원인의 견해에 의하면, 리치 시스템은 몇 가지 문제점을 안고 있다. 첫째, 황금부호(gold code)라 불리는 의사잡음 신호에 의해 변조된 신호를 전송하는데, 신호의 수신을 위하여 매우 비싼 교체형 상관 수신기(reconfigurable correlation receiver)를 사용해야 한다. 리치 시스템은 현저한 상관 최고값(correlation peaks)을 만들어내도록 신중하게 선택된 황금부호를 전송하고 이에 의존한다. 수신기는 이런 신호를 검색할 수 있어야 한다. 복잡한 발신 및 수신 장치가 요구됨에 따라, 공중이 널리 이용할 수 있는 저렴한 시스템을 설계하고자 하는 목적을 달성할 수 없다. 아마도 항공기의 경우에는 가격에 대한 민감도가 떨어지지만, TCAS가 비용이 많이 소모되므로, 비상용 항공기에서 TCAS를 널리 사용하지 않는다는 사실은 입증이 되었다. 게다가, 독자가 이해하시는 바와 같이, 출원인은 본 발명이 가격에 대한 민감도가 항공기에 비하여 훨씬 높은 육상 및 수상 이동 수단도 일반적으로 적용이 가능하다고 믿고 있다.

리치가 제안한 부피 요소는 한 변의 길이가 5 마일로서 다소 엉성하다. 동일한 셀에서 복수개의 전송기가 전송하는 경우, 의사불규칙(pseudorandom) 다중화(multiplexing)의 특성에도 불구하고, 다소 큰 부피 요소에 교통량이 너무 많은 경우 잡음 및 기타 포화 효과들이 발생할 수 있다. 리치가 제안한 시스템에서 부피 요소가 상당히 크기 때문에, 항공기가 속한 부피 요소와 바로 인접한 부피 요소만을 검색할 수 있다. 어떤 응용예에서는 이동 수단을 둘러싸고 있는 확장된 셀들의 집합(extended set of cells)에 속한 이동 수단들을 이해하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 리치 시스템을 중앙 제어 수단으로 사용하는 것은 매우 힘들 것이다. 예를 들어, 가까운 셀에 있는 이동 수단들이 모두 동시에 신호를 전송하는 경우, 항공 관제 센터는 더 멀리 있는 부피요소로부터의 전송 신호를 읽기 어려울 것이다.

비록 리치 시스템이 부호화 신호의 위상을 맞추기 위하여 정확한 GPS 시간을 사용하지만, 빛의 전파 속도로부터 발생되는 위상 천이 때문에 지연이 발생한다. 이 부호화 방법은 특정 시간에는 이동 수단들이 서로의 신호는 수신하지 못하도록 하는 "간섭 띠"(interference annuli)를 발생시킨다. 리치 시스템은 전송 과정에 대한 입력의 일부로서 GPS 시간을 사용하지만, 동시에 여러 이동 수단들이 전송하는 것을 방지하는데 GPS 시간을 사용하지는 않는다.

본 발명은 상기한 문제와 기타 다른 중요한 문제를 해결한다.

도 1은 본 발명에 따라, 계층 구조의 셀들에 의하여 분할된 공간 내에서 운항되는 복수개의 항공기들과, 항공기들의 운항을 감시하는 공항 관제소를 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따라, 계층 구조의 2차원의 셀들에 의하여 분할된 표면에서 운행하는 복수개의 육상 이동 수단(land vehicles)들을 나타낸다.

도 3은 본 발명에 따라, 계층 구조의 셀들에 의하여 분할된 스마트 도로(smart road)를 나타낸다.

도 4a는 본 발명에 따라, 이동 수단의 위치를 전송하는 과정을 나타내는 흐름도이다.

도 4b는 미니셀(minicell) 공식을 나타낸다.

도 5는 계층적으로 분할된 공간 내에서 운행하는 복수개의 이동 수단들로부터 발신된 위치 신호를 수신하는 과정을 나타내는 흐름도이다.

도 6은 2차원의 계층구조를 갖는 각각의 미니셀들에게 할당되는 시간 구획(time slices)을 나타낸다.

도 7은 항공기에 대하여 본 발명을 실시하는 경우, 메시지의 예를 나타낸다.

도 8은 항공기나, 육상 또는 해상에서의 이동 수단에 적합한 TCELL 시스템의 블록도이다.

도 9는 계층적으로 분할된 공간에서 운행하는 이동 수단을 사용자에게 표시하는데 사용되는 3차원 사용자 인터페이스(user interface)를 나타낸다.

도 10은 도 8에서 도시된 인터페이스를 표시하는데 사용되는 데이터 저장 내용을 나타낸다.

도 11은 도 8의 사용자 인터페이스를 제시하기 위한 흐름도를 나타낸다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호 설명〉

19 : 거대셀

17 : 그룹셀

15 : 미니셀

457 : 프로세서

465 : 디스플레이 장치

이하 첨부된 도면을 바탕으로 본 발명에 의한 시분할 다중화된 GPS 셀 3차원 표시 장치 및 방법에 대하여 자세히 설명한다.

상기한 바와 같이, 자동차, 항공기, 그리고 보트와 같은 많은 이동 수단들은 GPS 수신기를 구비하고 있다. 본 발명에서 제안하는 셀 위치 경고 시스템에 기반한 시분할 다중 GPS(TCELL: Time Multiplexed Cell Location Beacon System, 이하에서 "TCELL"이라 칭한다)는 항공기와 같은 이동 수단의 위치를 결정하는데 있어 GPS 수신기를 사용한다. TCELL 시스템은 또한 시간상에서 전송 충돌을 피하기 위하여 GPS 클럭을 사용한다. 도 1에 도시된 실시예는 계층적으로 구성된 셀들의 집합에 의하여 분할된 3차원 공간을 나타낸다. 도시의 편의를 위하여, 육면체로 셀들을 표시하였다. 그러나, 3차원 공간은 다른 형태의 다변형 또는 반구형 셀로 완전히 분할될 수 있다. 즉, 발명이 적용되는 공간 내에서 특정 셀에 할당되지 않는 공간은 없게 된다. 사실상, 구형에 가까운 형태일수록 바람직하다. 또한, 도시의 편의를 위하여, 공간의 일부분만을 도시하였다. 항공기가 속해있는 TCELL 시스템은 넓은 영역에 대한 정보를 지니고 있을 수 있는데, 지구의 전체 표면에 대한 정보를 지니고 있는 것이 바람직하다. 계층구조의 첫 번째 단계는 미니셀(minicell)이라 불린다. 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들면 반지름이 R1인 미니셀(11, 13, 15)들은 비교적 작은데, 1 내지 수백 피트 정도의 크기를 갖는다. 미니셀의 크기를 결정하는데 있어서 목표는 하나의 미니셀을 하나의 이동 수단이 점유하도록 하는 것이다. 만일 2개의 항공기가 동일한 미니셀을 점유하는 경우, 사실상 항공기들은 충돌한 것이다. 항공기가 공간을 통과하면서, GPS를 통하여 계속적으로 자신의 위치를 확인하고, 미니셀 디렉토리를 참조하여 자신이 어느 미니셀에 위치하는지를 결정한다.

계층구조의 두번째 단계는 그룹셀(group cell)이라 불린다. 미니셀의 반구형 집합은 반지름 R2의 그룹셀(17)을 형성한다. 그룹셀의 지름은 대략 약한 TCELL 송신기의 전송 범위에 해당한다. 따라서, 각각의 그룹셀 내부에 존재하는 미니셀들의 숫자는 미니셀의 크기와 TCELL 전송기의 강도에 의하여 결정된다.

최상위 단계는 거대셀(giant cell)(19)이라 불린다. 하나의 그룹셀과 그룹셀과 바로 인접한 모든 그룹셀들은 반경 3 ×R2의 하나의 거대셀을 형성한다. 도면에서, 각각의 거대셀은 9개의 그룹셀을 포함하는데, 거대셀에 포함되는 그룹셀의 숫자는 셀의 기본적 형태에 따라 달라진다. 게다가, 미니셀에서 사용되는 기본 형태는 그룹셀 및 거대셀에서 사용되는 형태와 다를 수 있다. 각각의 거대셀 안에서, 각각의 미니셀에는 선형적으로 열거되며(linearly enumerated), GPS 클럭에 의하여 정확하게 규정되는 n 초의 길이를 갖는 반복되는 시간 단위 상에서 짧은 시간 구획(small time slice)상에 대응된다. 짧은 시간 구획은 최소한 신호가 거대셀을 전파하여 횡단하는데 걸리는 시간 값을 갖는다. 20마일의 거대셀인 경우, 단기 시간 구획은 100 마이크로초보다 약간 길다. 그러므로, 이동 수단 자신이 속해있다고 판단한 미니셀에 의하여 이동 수단의 위치 데이터를 전송할 시간이 결정된다. 다른 거대셀에 속하는 각각의 미니셀에서 동일 GPS 시간에 동시에 전송하는 것이 가능하다는 것은 주목할 만하다. 그러나, 감쇄 및 빛의 속도 효과, 그리고/또는 주파수의 사용으로 인하여, 각각의 TCELL 수신기에서 혼동이 발생하거나 영향을 받지 않는다.

각각의 이동 수단(21, 23, 25, 27)들은 특정된 감도(sensitivity)를 갖는 수신기에 대략 2 ×R2의 범위에서 신호를 전송할 수 있는 약한 TCELL 전송기를 구비하고 있다. 즉, 최적의 조건하에서, 단지 바로 인접한 그룹셀 내의 이동 수단에서만 신호의 수신이 가능하다. 각각의 TCELL 전송기는 전송기의 위치, 즉 전송기가 속한 미니셀에 의하여 결정되는 특정 주파수상의 특정 시간 구획동안 일련의 데이터(burst of data)를 전송한다. 이상적인 경우를 생각할 때, 각각의 이동 수단들은 주위 공간상에 있는 다른 이동 수단들로부터 신호를 들을 수 있는 TCELL 수신기를 또한 구비해야 할 것이다. 인접한 이동 수단과 원격의 이동 수단을 구분하는 기능을 향상시키기 위하여, 특정 문턱값 이하의 신호의 세기를 갖는 신호를 걸러내도록 이동 수단들의 수신기를 설계할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 이해하겠지만, 하나의 거대셀에 포함되는 미니셀의 숫자뿐만 아니라 이동 수단의 크기 및 속도와 같은 특성이 결정요소인 미니셀의 크기를 결정하는데 기준이 있다. 미니셀의 크기는 또한 TCELL 신호가 거대셀을 통과하는데 걸리는 전송시간과 TCELL 시스템이 사용하는 채널의 수에 의하여 많은 영향을 받는다. 하나의 주어진 거대셀에 속하는 각각의 미니셀은 전체적인 반복 주기 상에서 일정한 시간 구획을 할당받는다. 시간 구획은 각각의 전송기가 필요한 정보를 전송할 수 있고, 전송 신호가 거대셀의 지름을 전파할 수 있을 정도로 충분히 커야 한다. 복수개의 주파수를 사용하는 경우, 각각의 주파수에 할당된 시간 구획들은 다른 주파수에 할당된 시간 구획과는, 비록 그 길이면에서는 필적할 만하지만 서로 독립적이다. 복수 주파수를 사용하는 경우, 하나의 거대셀에 속하는 미니셀들은 다른 주파수상에서 동일한 시간 구획을 사용한다. 그러므로, 하나의 거대셀 안에 지나치게 많은 미니셀이 포함될 수 없다.

후술하는 다른 실시예들에서 알 수 있듯이, 본 발명의 기술분야의 당업자는 운영 변수들(operating parameters)이 변할 수 있음을 알 수 있다. 그러나, 항공기가 10∼15 ㎓의 주파수에서 전송하는 바람직한 실시예에서, 5000 피트 이하에서 적절한 미니셀의 지름은 100 미터이다. 5000 피트 이상에서는 항공기의 수가 적고 더 빨리 움직이므로, 고도 5000 피트에서 8 마일 사이에서 미니셀의 크기는 지름 300 미터까지 확장될 수 있다. 그룹셀의 크기는 지름 7 마일에 가깝고 거대셀의 크기는 지름 20 마일이다. 계산을 해보면, 하나의 거대셀에 2. 1 백만 개의 미니셀이 존재하게 된다. 특정 항공기의 각 전송간의 주기를 10초로 생각할 때, 각각의 TCELL 전송기가 20∼25 채널 중 하나의 채널에 150 비트의 메시지를 전송하는데 30 마이크로초를 할당할 수 있다. 할당된 100 밀리초의 타임 슬롯(time slot)동안, 각각의 이동 수단들은 이동 수단의 ID, 이동 수단의 종류, 위치, 이동 방향과 속도, 그리고 이동 수단의 오디오 수신기가 튜닝되어 있는 주파수에 대한 정보를 전송할 수 있다. FAA TCAS와는 달리, 동일 지역에서 TCELL 전송을 듣고 있는 기타 다른 TCELL 수신기는 이동 수단에 신호를 전송하지 않고 이동 수단의 위치를 결정할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, 후술하는 바와 같이 동일한 거대셀에 속한 이동 수단들이 다른 주파수를 사용하여 전송하도록 하여 신호의 간격을 더욱 넓힐 필요는 없다. 항공기의 경우, 상당한 수의 미니셀이 존재하며, 각각의 항공기는 비교적 고주파에서 신호를 전송해야 하는 조건이 있다. 적은 수의 미니셀이 존재하고 이동 수단들이 다른 주파수에서 전송할 필요가 없는 경우, 하나의 주파수가 사용될 수 있다.

게다가, 약한 전송기를 규정하여 저가의 시스템을 구현할 수 있지만, 단지 그룹셀 범위를 횡단하여 전파할 수 있는 약한 전송기는 본 발명의 필수적인 요소는 아니다. 강한 전송기를 사용하는 경우, 하나의 거대셀에 속한 이동 수단들은 두 번째 거대셀에 속한 이동 수단과는 다른 주파수에서 전송할 수 있다. 이동 수단이 하나의 거대셀에서 다른 거대셀로 이동하는 경우, TCELL 전송기와 가능한 경우의 수신기는 적절한 주파수로 자동 변경되어 각각 전송 및 수신을 하게 된다.

다른 실시예에서, TCELL 시스템에 속하는 각각의 수신기의 감도는 서로 다를 수 있다. 즉, 중앙 감시 장치의 TCELL 수신기는 이동 수단들이 구비하고 있는 TCELL 수신기보다 더 많은 전송신호를, 가능한 경우에는 다른 주파수의 전송신호를 수신하도록 선택할 수 있다. 예를 들면, 항공기(21, 23, 25, 27)의 TCELL 수신기는 자신이 속한 미니셀과 바로 인접한 거대셀에 할당된 주파수만을 수신할 수 있는데, 이는 주관심사가 충돌을 회피하는 것이기 때문이다. 그러나, 항공 관제탑(29)의 TCELL 수신기는 자신의 통제하에 있는 공간에 대한 광범위한 정보를 얻기 위하여 더 많은 주파수에 걸쳐 수신할 것을 선택할 수 있다. TCELL 용으로 사용되는 전송 주파수가 제한적일 수 있으므로, 더 넓은 범위의 정보를 얻기 위하여 항공기에 구비된 TCELL 수신기보다 관제탑(29)에 사용되는 TCELL 수신기는 단지 더 민감하게 반응하도록, 즉 신호의 낮은 문턱 값으로 설정할 수도 있다. 항공기 관제 센터의 경우, 다른 방법에 의하여 관제탑으로 전송되는 원격 거대셀로부터의 신호를 원격 안테나(28)를 사용하여 수신함으로써, 해당 지역에 대한 광범위한 지도를 구현할 수 있다.

현존하는 TCAS를 보충하거나 교체하기 위하여, 본 발명을 항공 교통을 제어하는데 응용하는 경우, 몇 개의 가능한 방법들이 있다. 본 발명의 한 바람직한 실시예에서, 미니셀의 셀 크기는 예상되는 교통량, 또는 해당 지역에서 이동 수단의 속도에 따라 변한다. 공항의 주위와 같은 혼잡한 지역에서 셀 크기는 대양과 같이 이동 수단이 조밀하지 않은 지역에서 보다 작다. 높은 고도에서 미니셀의 크기를 증가시키면, 대역을 더욱 효율적으로 사용할 수 있다. 게다가, 공항을 둘러싼 거대셀의 크기는 축소될 수 있으며, 축소된 거대셀 내부의 미니셀 수가 감소하므로 항공기는 더욱 자주 신호를 전송할 수 있게 된다. TCELL 시스템 중 복수개의 주파수를 사용하는 시스템은 영역에 따라 셀의 크기가 변하는 경우에 바람직하다. 그러나, TCELL 전송기의 파워와 TCELL 수신기의 문턱값은 그룹셀과 거대셀의 크기 변화에 맞춰 변할 수 있다.

항공 교통 관제탑은 예를 들면 TCAS와 같은 다른 방법에 의하여 항공기를 탐지할 수 있다. TCELL 전송기를 구비한 항공 교통 관제탑은 적절한 시간 구획에서 탐지된 항공기들에게 TCELL 메시지를 방송(broadcast)할 수 있다. 즉, TCELL 메시지는 항공기가 위치하고 있는 미니셀에 할당된 시간 구획에 전송된다. 이와 더불어, 항공 교통 관제탑은 안테나, 기상 관측 기구, 또는 산 등 알려진 장애물에 대한 TCELL 메시지를 방송할 수 있다. 이러한 방법에 의하여, 항공기에서 TCELL 시스템의 표시 장치는 이러한 지역들을 피하도록 조종사에게 항상 경고를 준다.

마지막으로, 항공 교통 관제탑은 사나운 폭풍, 돌풍, 또는 토네이도 같은 일시적인 자연현상에 대한 메시지를 방송할 수 있다. 이러한 정보는 일반적으로 도플러 레이더와 같은 다른 방법으로부터 얻어질 수 있다. 그럼에도 불구하고, TCELL 데이터와 동일한 표시장치에 표시하는 것은 매우 유용할 수 있다.

미니셀, 그룹셀, 거대셀로 구성되는 계층구조는 두 가지 관점에서 볼 수 있다. 제1의 관점은 미니셀 디렉토리에 저장되거나 혹은 미니셀 공식에 의하여 계산되는 방법에 의한 절대적인 관점이다. 디렉토리나 계산에 의하는 경우, 전 세계가 미니셀들로 매핑되며, 미니셀이 속한 거대셀을 기반으로 전송할 시간 및 가능한 경우 주파수를 할당받는다. 제2의 관점은 이동 수단이 위치하고 있는 미니셀로부터 반경이 각각 R2와 3×R2인 반경 내부에 존재하는 미니셀들의 집합으로 그룹셀과 거대셀이 각각 구성된다고 보는 상대적인 관점이다. 상대적 관점에 의한 그룹셀과 거대셀은 미니셀의 디렉토리로부터 알 수 있는 절대적 관점에 의한 복수개의 그룹셀과 거대셀의 부분들로 구성된다. 절대 거대셀 또는 상대 거대셀 내부의 어떤 미니셀도 각각의 절대 거대셀 혹은 상대 거대셀 내부의 다른 미니셀과 동시에 전송하지 않는 방법으로 절대 거대셀에 따른 미니셀의 타임 슬롯이 할당된다.

도 2에서, 본 발명에 따라 2차원 셀의 계층으로 구분된 표면에서 동작하는 복수개의 지상 이동 수단들(61, 62, 63)을 보여주고 있다. 상기 실시예에서, 육각형 미니셀, 그룹셀, 그리고 거대셀에 의하여 지표면이 분할된다. 고도는 무시된다. 항공기에 대한 실시예에서처럼, 반경 R1을 갖는 복수개의 미니셀들(51, 53, 55)은 반경 R2를 갖는 하나의 그룹셀(57)에 포함된다. 반경 R2×3을 갖는 거대셀(59)은 그룹셀의 모양이 육각형을 갖는 경우 7개의 그룹셀을 포함한다. 도면에 나타나 있듯이, 거대셀의 모양은 육각형이 아닐 수 있지만, 외부 그룹셀의 모양을 변경하고 거대셀의 모양을 육각형으로 유지하기 위한 방법을 선택할 수도 있다. 미니셀, 그룹셀, 그리고 거대셀의 특징은 타임 슬롯의 할당과 전송기의 강도 측면에서 볼 때, 항공기의 경우에 대하여 전술한 것과 유사하다.

300㎒ 주파수에서 전송하는 자동차의 경우, 적절한 미니셀의 크기는 직경 30 피트이다. 상기 미니셀의 크기에서, 군용 품질 또는 보정용 GPS를 사용할 필요가 있다. 그룹셀의 직경은 330 피트이고 거대셀의 직경은 1000 피트이다. 계산을 해보면, 하나의 거대셀 내부에 664개의 미니셀이 포함된다. 하나의 특정한 자동차가 신호를 전송하는 주기가 30초라고 생각할 때, 각각의 TCELL 전송기가 10㎑의 대역으로 150 비트를 전송하는데 30 밀리초의 시간을 사용할 수 있다. 이동 수단들에게 할당된 타임 슬롯 동안, 각각의 이동 수단들은 이동 수단의 ID, 이동 수단의 종류, 위치, 진행 방향 및 속도, 그리고 자신의 오디오 수신기가 맞춰진 주파수를 전송할 수 있다. 따라서, 청취 가능 지역에 있는 다른 어떤 TCELL 수신기도 이동 수단의 위치를 결정할 수 있다.

본 발명의 지상에서의 실시는 충돌 방지, 교통 제어, 교통 신호 및 선단의 제어 등 다양한 목적에서 유용하게 여겨진다. 30초의 전송 주기는 나머지 목적에는 적당할지도 모르지만, 충돌 방지 목적을 위해서는 빠른 주기를 갖는 것이 바람직할 것이다. 동일한 10㎑의 대역에서 거대셀의 크기를 줄이거나, 또는 복수 주파수를 사용하여 빠른 주기율을 얻을 수 있다.

도 3에서, 스마트 도로(smart road)를 따라 TCELL 시스템의 일차원 실시예를 보여주고 있다. 상기 실시예에서, 각각의 차선은 복수개의 미니셀, 그룹셀, 그리고 거대셀을 할당받는다. 예를 들면, 차선(101)은 그룹셀(109)에 속하는 미니셀(103, 105, 107)을 포함한다. 그룹셀들(109, 111, 113)은 거대셀(115)을 구성한다. 혹은, 통행의 특정 방향으로 주어진 두 개의 차선들(101, 131)은 전부 그룹셀(109)에 속해 있는 미니셀들을 포함할 수도 있다. 각각의 차선은 다른 주파수 또는 다른 시간 구획의 집합(set of time slice)을 할당받을 수 있다. 상기 대체 방법에서 미니셀이 배열된 방향인 주요 방향이 도로와 같은 방향이기 때문에, 상기 대체 방법도 일차원으로 여겨진다.

본 발명의 상기 실시예에 따르면, 도로에 케이블이나 전송 수단을 매설하는 것과 관련된 어떠한 비용도 발생시키지 않고 스마트 도로를 구성할 수 있다. 각각의 도로 또는 도로의 각 방향마다 TCELL 전송기와 수신기가 통신할 수 있는 고유의 주파수를 할당할 수 있다. 도로 자체에 미니셀을 한정하면 미니셀의 수가 감소하므로, 각각의 TCELL 전송기가 전송하는 주기는 상당히 증가된다. 2차원 실시예에서 논의된 것과 동일한 변수를 사용하는 경우, 각각의 TCELL 전송기는 동일한 대역을 사용하여 일초 당 한 번 전송이 가능하다.

본 발명을 설명하는데 있어, 듣기(listening), 선택(selecting), 비교(comparing), 결정(determining), 또는 사람의 작용과 연관된 용어를 사용하고 있다는 사실을 알 수 있을 것이다. 그러나, 본 발명을 구성하는 작용은 전기적 신호를 처리하여 다른 전기적 신호를 발생시키기 위한 기계적 작용임을 유의해야 한다.

FAA 시스템과 비교할 때, TCELL 시스템은 이동 수단의 트랜스폰더를 동작시키기 위해, 레이더가 이웃한 모든 이동 수단들에게 정보를 전송할 필요가 없다. 또한, 하나의 미니셀에 두 개의 이동 수단이 위치한 경우가 아니라면, 전송 충돌이 발생하지 않도록 하였다. TCELL 시스템은 레이더보다 더욱 정확한 위치 정보를 제공한다. 게다가, 거대셀, 그룹셀, 미니셀을 사용하는 계층구조를 이용하여 시간 구획과 주파수의 재활용이 가능하다. 리치 시스템과 비교할 때, TCELL 시스템은 훨씬 정교한 셀 구조를 사용하는데, 리치 시스템의 부피 요소는 훨씬 엉성하다(어떤 보정용 GPS가 사용되느냐에 따라서, 5마일에서 30 피트 또는 그 이하). TCELL 시스템을 이용하면, 실제적으로 하나의 이동 수단만이 위치하고 있는 주위 셀들로 이루어지는 확장 집합까지 볼 수 있다. 리치 시스템에서는 단지 이동 수단이 속한 셀과 인접한 셀들만을 살핀다. TCELL의 셀 계층구조로, 리치 시스템의 문제점인 신호의 누화(crosstalk)를 방지할 수 있다. 종래 발명에 의한 시스템에서, 동일한 셀에서 복수개의 전송기가 동시에 전송할 수 있다. 이로 인하여, 다소 커다란 부피 요소에서 교통량이 지나치게 많은 경우, 잡음 문제와 기타 다른 문제들이 발생할 수 있다. 수신기가 대상 물체의 이동 경로를 계산하기 위하여 복수개의 신호를 수신하지 않아도 되도록 하기 위하여, TCELL은 속도 벡터를 전송한다. 리치 시스템은 3차원 공간에서 충돌을 방지하기 위하여 설계되었다. 자동차를 위한 리치 시스템의 1차원 또는 2차원의 사용에 대해서는 언급이 없으며, 더구나, 리치 시스템의 부피 요소의 크기, 수신기의 비용때문에, 리치 시스템을 1차원 및 2차원에 응용하는 것은 적절하지 못할 것이다. 게다가, 이제까지 논의된 TCELL 시스템의 다양한 실시예에서, 10∼15 ㎽의 범위의 매우 낮은 전송 파워를 갖는 전송기를 사용하여, 종래의 발명에 비하여 시스템의 가격을 많이 낮출 수 있다.

도 4a는 각각의 이동 수단에 구비되어 있는 TCELL 전송기의 전송 과정을 나타내는 흐름도이다. 각각의 이동 수단에서 전송 과정은 서로 유사하다. 즉, 항공기, 육상 및 해상 이동 수단의 경우, 전송과정은 시간 구획, 그리고 할당된 주파수에 따라 일반적으로 변하지만, 그렇지 않은 경우에는 유사하다. 위치 결정 단계(201)에서, 이동 수단의 TCELL 시스템은 GPS 수신기를 이용하여 자신의 위치, 즉, 위도, 경도, 그리고 고도를 결정한다. 보정용 GPS 시스템을 사용하는 경우, 일반적으로 정확한 고도값을 얻을 수 있다. 그러나, NAVSTAR GPS를 사용하는 경우, 압력 고도계를 사용하여 측정한 고도값보다 일반적으로 정확성이 떨어지므로, 기압 고도계와 같은 장치를 사용하여 측정한 값으로 고도값을 보정해야 한다. 1차원과 2차원에 대한 실시예의 경우, 고도는 무시된다.

GPS 시간 결정단계(203)에서, TCELL 시스템은 GPS 위성으로부터 수신한 신호에 의하여 정의되는 GPS 시간을 결정한다. 미니셀 결정단계(205)에서, TCELL 시스템은 미니셀 디렉토리 또는 미니셀 공식을 이용하여 계산된 위치를 참조하여 이동 수단이 속해 있는 미니셀을 결정한다. 미니셀 디렉토리와 미니셀 공식은 TCELL 시스템의 일부분으로 구성되는 것이 바람직하다. 그러나, 미니셀 시스템에 변화가 발생하거나 TCELL 시스템의 디렉토리에 들어있지 않은 지역에 위치하는 경우, 중앙 통제소(central authority)로부터 전송받을 수 있다. 일반적으로, 중앙 통제소로부터의 전송은 무선 전송 매체를 통하여 이루어질 것이다. 또한, 미니셀 디렉토리 또는 공식으로부터, TCELL 시스템은 자신이 전송할 수 있는 시간 구획과 주파수를 결정할 수 있다. 메모리 사용을 최소화하기 위해서는 미니셀 공식의 사용이 바람직하다. 그러나, 예를 들어 덴버 주위나 높은 고도에 위치한 도시와 같은 특별한 경우에 있어, 일반적인 공식이 아닌 미니셀의 할당방식(minicell assignment)이 바람직하다. 상기한 특별한 경우는 미니셀 디렉토리의 내부에 저장될 수 있다.

미니셀 확인 단계(207)에서, 계산된 미니셀이 마지막으로 계산된 미니셀로부터 미리 지정된 양만큼의 변화가 있는지를 판단하기 위하여, 확인 작업이 이루어진다. 일반적으로, 항공기는 마지막으로 읽어들인 미니셀과 동일하거나 이웃한 미니셀에 속해 있어야 한다. 미니셀의 변화량이 미리 지정된 양을 넘어서는 경우, 프로세서는 읽어들인 값을 확인하기 위하여 위치결정 단계(201)로 돌아간다. 현재 미니셀 및 시간 구획 저장 단계(209)에서는 현재의 미니셀과 시간 구획이 저장된다.

데이터 패킷 생성 단계(211)에서는 TCELL 메시지가 생성된다. 메시지에는 이동 수단 ID와 유형, 위도, 경도 및 고도로서 XYZ 좌표, 피치(pitch), 흔들림(yaw) 및 횡전(roll)으로서 진로, 속도, 오디오 수신기가 튜닝된 주파수, 그리고 오류 검출을 위한 검사합(check sum)이 포함되어 있다. 할당 시간 구획 대기 단계(213)에서, 자신의 할당 시간 구획이 돌아올 때까지 TCELL 전송기는 대기한다. 할당 주파수 데이터 전송 단계(215)에서, 미니셀에 할당된 시간 구획 동안 TCELL 메시지가 전송된다. 전송 과정은 위치 결정 단계(201)로 되돌아 오는데, GPS 수신기를 통하여 수신한 신호에 맞춰 이동 수단의 위치가 갱신된다.

3차원에서 실시를 위한 하나의 미니셀 공식이 도 4b에 나타나 있다. 도 4b에 나타나 있듯이, 미니셀의 개수는 거대셀의 크기와 거대셀에 포함된 미니셀의 개수 뿐만 아니라, x 좌표, y 좌표, z 좌표의 함수 함수이다. 계산된 셀의 개수를 거대셀에서 사용 가능한 타임 슬롯의 개수로 나눈 나머지는 타임 슬롯의 번호를 계산하는 데 사용된다. 그러나, 이러한 공식은 하나의 예시에 지나지 않는다. 본 발명에서 기타 다른 많은 공식이 고안되고 사용될 수 있다.

도 5는 계층적으로 분할된 공간에서 운행하는 복수개의 이동 수단들이 전송한 위치 메시지를 수신하는 과정을 나타내는 흐름도이다. TCELL 시스템이 충돌 방지를 위한 최적의 시스템이 되기 위해서는, 각각의 이동 수단들은 당연히 TCELL 송신기뿐만 아니라 TCELL 수신기를 구비해야 할 것이다. 단지 소수의 TCELL 수신기만이 사용되는 항공 교통의 제어 상황처럼, 추적의 목적만으로도 사용할 수 있다. 충돌이 임박한 상황에서, 항공관제탑은 항공기의 상대적 위치가 접근하는 항공기에게 경고를 보내고 TCELL 메시지를 통하여 검색된 항공기의 오디오 채널을 통하여 충돌의 피하기 위한 지시를 내릴 수 있다.

GPS 위치 및 시간 획득 단계(251)에서, GPS 위치 및 시간이 계산된다. 일단 GPS 시간이 결정되면, 어떤 주파수를 주시해야 할지를 결정하기 위해 주시 주파수 결정 단계(253)에서 미니셀 디렉토리를 참조한다. 고정 수신기나, 또는 거대셀 간에 사용하는 주파수가 동일한 실시예의 경우, 상기한 단계들을 생략할 수 있다. 다음으로, 메시지 감시단계(255)로 진행된다. TCELL 수신기가 위치하고 있는 거대셀의 전체 시간 주기에 대하여, 몇 번의 주기동안 TCELL 메시지를 감시한다. 이동 수단이 빠른 비율로 거대셀을 통과한다는 것은 일어나기 어려우므로, TCELL 수신기는 주파수를 바꾸기 전에 몇 번의 시간 주기를 감시할 수 있다. 다음으로, TCELL 메시지 수신단계(257)에서 TCELL 메시지를 수신한다. 메시지 해석 및 위치 저장 단계(259)에서, 메시지가 해석되고, 메시지에 포함된 데이터가 이동 수단의 추적 데이터베이스에 저장되는데, 저장되는 데이터에는 이동 수단의 ID, 이동 수단의 유형, 위치, 방위각, 그리고 속도가 포함된다. 비록 도면에 나타나 있지는 않지만, 검사 합을 이용한 오류 검사 또는 메시지에 포함된 정보에 대한 TCELL 메시지가 실제 수신된 시간 구획의 검사를 상기 단계(259)에서 수행할 수 있다. 이동 수단의 추적 데이터베이스에 저장된 정보를 사용하여 TCELL 시스템의 운전자에게 디스플레(display)이되는데, 이동경로의 계산 및 디스플레이 단계(261)에서 수행한다. 도 8, 9, 10을 참고로 하여, 이하에서 바람직한 인터페이스에 대하여 논의한다. 미리 지정된 횟수의 시간 주기가 경과한 후, 수신 과정은 GPS 위치 및 시간 획득 단계(251)로 복귀한다.

도 6은 인접한 두 개의 거대셀의 할당된 시간 구획을 나타낸다. 각각의 거대셀은 900 개의 미니셀을 포함하는데, 도시의 편의를 위하여 하나의 주파수상에서 번호 순서대로 미니셀에게 시간 구획을 할당하였다. 그러나, 본 발명이 속한 기술분야의 당업자라면, 다른 순서에 의한 할당과 주파수의 추가가 가능함을 알 수 있을 것이다. 각각의 거대셀은, 100개의 미니셀을 포함하고 이차원 평면상에 정렬되어 있는 9개의 그룹셀을 포함하고 있다는 것을 알 수 있다. 각각의 거대셀 안에서, 북서쪽에 위치한 그룹셀은 좌측에서 우측으로 1∼100의 번호가 매겨진 미니셀을 포함하고, 북쪽에 위치한 그룹셀은 101∼200의 번호가 매겨진 미니셀을 포함하고, 북동쪽에 위치한 그룹셀은 201∼300의 번호가 매겨진 미니셀을 포함하며, 기타 나머지 그룹셀도 마찬가지 방식으로 번호가 매겨진다. 1번 거대셀에 속한 1번 미니셀은 2번 거대셀에 속한 1번 미니셀과 동일한 시간 구획을 갖으며, 나머지 미니셀도 동일하다. 절대적 관점에 의한 거대셀의 중앙에 위치한 미니셀(455번 미니셀)은 자신이 속한 거대셀에 속하는 미니셀(예를 들면, 번호 401∼500의 미니셀들)에 위치한 이동 수단들로부터만 메시지를 수신한다.

그러나, 예를 들어 550번 미니셀과 같이 절대 거대셀의 주변부에 위치한 이동 수단은 이웃한 거대셀의 301∼305, 311∼315, 321∼325, 331∼335, 341∼345, 351∼355, 361∼365, 371∼375, 381∼385, 391∼395번 미니셀로부터 뿐만 아니라 자신이 속한 거대셀의 505∼510, 515∼520, 525∼530, 535∼540, 545∼550, 555∼560, 565∼570, 575∼580, 585∼590, 595∼600번 미니셀로부터도 메시지를 수신할 것이다. 더 많은 예를 들 수 있지만, 하나의 미니셀에 근접한 미니셀로부터 수신한 메시지들은 각각 다른 시간 구획을 갖고 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이웃한 미니셀과 동일한 시간 구획을 갖는 원거리의 미니셀로부터 수신되는 신호는 충분히 감쇄되어서, 수신된다 하더라도 쉽게 구분될 수 있다.

도 7은 본 발명의 항공기 실시예에서, 메시지 예를 나타낸다. 상기 예에서, 메시지의 길이는 152 비트이다. 9600 보(baud)의 속도로 전송하는 경우, 메시지를 전송하는데 약 16 밀리초가 걸린다. TCELL 시스템에서 듣기 모드에서 전송 모드로 전환시 약간의 시간이 필요하므로, 8 비트의 시작 블록(401)을 포함한다. 다음의 48 비트(403)는 위도, 경도 및 고도와 같은 위치 정보를 포함한다. 다음 20 비트(405)는 방위각과 경사각과 같은 진로를 나타내는 데이터를 포함한다. 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 위치와 진로의 정보를 다양한 다른 방법에 의하여 표현할 수 있다는 것을 알 수 있다. 다음 12 비트(407)는 속도에 관한 데이터를 포함한다. 다음 12 비트(409)는 이동 수단이 접속할 수 있는 무선 주파수를 나타내는 오디오 주파수에 관한 데이터를 위하여 사용된다. 다음 36 비트(411)는 이동 수단의 ID 및 유형과 같이, 필요한 부가적인 데이터를 전송하는데 사용된다. 오류 검사에 사용되는 검사 합은 마지막 16 비트(413)에 저장된다.

시간 구획은 신호가 거대셀을 통과하여 전파되는데 걸리는 시간보다 길어야 한다. 12 마일의 폭을 갖는 거대셀의 경우, 이것은 약 100 마이크로 초에 해당한다. 예를 들어, 10㎓에서 동작하는 고주파 전송기는 가시 거리 내에서 약한 전력으로 전송이 가능하며, 높은 데이터 전송율로 전송이 가능하다.

도 8은 항공기, 육상 또는 지상 이동 수단에 적합한 TCELL 시스템의 블록도를 나타낸다. 도면에 나타나 있듯이, GPS 수신기(451)는 GPS 안테나(453)와 가능한 경우 보정용 GPS 안테나(455)를 포함하며, 보정용 GPS 수신기(456)는 TCELL 프로세서(457)에 연결된다. 상기한 바와 같이, GPS 수신기(451)는 기압 고도계(나타나 있지 않음)로부터 다른 입력을 받아들일 수도 있다. GPS 수신기(451)와 TCELL 프로세서(457)는 위치와 시간 정보를 교환한다. TCELL 프로세서(457)는 차례로 TCELL 수신기(459)와 TCELL 전송기(461)에 연결되어 있다. TCELL 프로세서(457)는 진로와 속도에 대한 정보를 제공하는 비행장치 및 제어기(463)와 연결된다. 선택적으로, 이러한 정보는 GPS 위치 및 시간 데이터를 이용한 계산으로부터도 얻을 수 있다. TCELL 프로세서(457)는 이동 수단의 운전자에게 사용자 인터페이스를 제공하는 디스플레이 장치(465)와 연결된다.

TCELL 프로세서(457)는 마이크로프로세서(467), 롬과 램(469), 롬과 같은 영속적인 메모리(471), 그리고 타이머 회로(473)를 포함하는데, 상기한 프로세서(457)의 구성요소들은 데이터 버스(475)와 주소 버스(477)에 연결되어 상기 버스(475, 477)를 통하여 통신한다. TCELL 수신기(459)와 TCELL 발신기(461)의 통신은 직렬 I/O 인터페이스(479)를 통하여 이루어진다. 디스플레이 장치(465)는 비디오 어뎁터(481)를 통하여 제어된다. 타임 슬롯을 추적하는 타이머 회로(473)는 GPS 수신기(451)로부터 시간에 대한 정보를 얻는다.

램(469)은 실행시 사용되는 TCELL 프로그램(483), 셀 디렉토리 및/또는 셀 공식(485), 그리고 이동 수단 추적 데이터베이스(487)를 포함한다. TCELL 프로그램(483)은 GPS 수신기, TCELL 수신기, 그리고 다른 입력값으로부터 데이터를 수신하고, 데이터를 분석하며, TCELL 메시지를 생성하고, 언제 TCELL 메시지를 전송할지를 TCELL 전송기에 지시한다. 복수개의 채널을 사용하는 실시예에서, TCELL 수신기는, 믹서(489)와 예를 들어 200㎒ 대역의 주파수 대역을 선택하는 국부 발진기(490)가 설치되어 있는 전단부(488)를 구비한다. 20개의 채널이 있다고 가정하는 경우, 각각의 채널마다 동조기, 각각 10㎒의 대역에 맞춰진 대역 필터(491)가 설치된다. 대역 필터(491)는 다음 단에서 마이크로 제어기(493)와 연결되어 있는 복조기(492)와 연결된다. 각각의 마이크로 제어기(493)는 TCELL 프로세서(457)에 의하여 사용 채널을 통해 수신된 TCELL 신호를 처리한다.

TCELL 시스템이 사용자에게 보여줄 수 있는 사용자 인터페이스는 많이 있지만, 도 9는 3차원 사용자 인터페이스의 바람직한 실시예를 보여주고 있다. 상기 바람직한 실시예에서, 계층 구조를 갖는 분할 공간에서 운행하는 이동 수단들을 상징하는 특별한 모양의 아이콘들이 사용자에게 표시된다. 이러한 인터페이스는 TCELL에 국한되는 것은 아니며, 이동 수단과 탐지된 물체를 유형별로 분류할 수 있는 다른 유사한 위치 확인 시스템에서도 사용될 수 있다.

인터페이스 중앙에 있는 비행기 아이콘(501)은 운전자의 이동 수단을 나타내는데, 현재의 예에서 소형 비상용 비행기를 나타낸다. 아이콘의 모양은 TCELL 시스템에서 이동 수단의 유형에 맞춰 변하는데, 단순히 점으로 표시될 수도 있다. 비행기 아이콘(501)의 위치는 반드시 디스플레이 장치의 중앙일 필요가 없다. 운전자는 자신이 이동하는 방향 상에 위치하는 물체 및 기타 이동 수단에 더 많은 관심이 있기 때문에, 이동 방향의 공간에 더 많은 디스플레이 공간이 할애될 수 있다.

TCELL 시스템에 의하여 탐지된 다른 이동 수단 또한 표시된다. 거대한 상용 비행기(503)와 두 번째로 작은 상용 비행기(505)도 그룹셀의 영역 안에서 또한 탐지되었다. 상용 비행기(503)와 소형 비행기(505)를 표시하는데 있어, 실제 항공기의 정확한 표현 또는 최소한 상용 항공기와 소형 항공기의 개략적인 모습을 표현 것이 바람직함을 유의하여야 한다. 이러한 방법에 의하여, 조종사는 TCELL 시스템에 의하여 어떠한 항공기가 탐지되었는지를 이해할 수 있게 된다. 항공 관제탑(509) 주위의 연료 트럭(507)도 탐지되었음을 볼 수 있다. 이것은 본 발명의 어떤 실시예에서는 다른 종류의 이동 수단들이 동일한 전체의 TCELL 시스템으로 연결될 수 있음을 보여준다. TV 안테나(511)와 산(513)도 볼 수 있다. 관제탑(509), 안테나(511), 그리고 산(513)은 고정 물체인데, 인터페이스 상에 이동 수단만이 표시되는 것이 아님을 알 수 있다. 관제탑(509)은 TCELL 수신기를 구비할 수 있지만, 상기한 바와 같이 안테나(511)와 산(513)은 수신기를 구비하고 있지 않다. 이러한 TCELL 메시지는 관제탑 주위의 항공기가 표시하는데 사용하기 위하여 관제탑에 의하여 제공된다.

탐지된 이동 수단(503, 505, 507)을 나타내는 아이콘은 각각의 이동 수단들이 운행하는 방향을 향하는 것이 바람직하다. 이러한 움직임에 대한 정보는 TCELL 메시지를 통하여 얻을 수 있다. 이러한 표시를 통하여, 조종사는 어떠한 이동 수단들이 높은 잠재적 충돌 위협의 가능성을 갖는지 직관적으로 알 수 있게 된다. 삼차원으로 표현된 물체를 회전시키는 방법에 관하여 많은 기존의 기술이 있다. 기초 형태를 바탕으로, 그래픽 하드웨어 또는 소프트웨어가 번역을 수행할 수 있다. 또다른 방법으로, 동일한 항공기에 대하여 여러 방향을 표시하는 복수의 아이콘을 저장하고, 감지된 방향에 따라 가장 적절한 것을 선택할 수도 있다.

조종사가 보기에 위협의 가능성이 있는 방향으로 항공기의 아이콘(503)이 움직였다고 가정하자. 키보드, 지시 장시, 또는 오디오 입력과 같은 입력 장치를 통하여 아이콘(503)을 선택할 수 있다. TCELL 스크린 상에 설치된 터치 입력 장치는 특히 편리하다. 일단 선택되면, 이동 수단의 ID 및 이동 수단의 종류와 같은 문자 정보를 보여주는 패널(515)을 통하여 속도, 방향, 오디오 주파수를 볼 수 있다. 이러한 정보는 또한 TCELL 메시지에서도 얻을 수 있다. 이동경로(517)도 도시가 가능하다. 이동 수단의 이동 경로에 대한 정보와 운전자 이동 수단의 이동 경로(519)를 함께 사용하여 충돌 가능성을 표시할 수 있다. 충돌을 피하기 위한 조치 또는 다른 항공기의 조종사와의 연결 등 적절한 조치를 취할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 진정한 삼차원 인터페이스가 보여진다. 항공기는 항공기의 고도로 지정된 높이에 떠있는 것처럼 보이고, 지상 기반 물체들은 하부에 묘사된다. 운전자의 GPS 위치를 바탕으로 표시 영역이 디스플레이 된다. 몇몇 정보는 TCELL 시스템으로부터 곧바로 얻을 수 있다. 어떤 정보는 얻을 수 없다. 지상 기반 이동 수단은 TCELL 메시지의 일부로 자신의 고도에 대한 정보를 전송하지 않을 것이다. 그러나, 디스플레이 시스템은 그것이 지상에 위치하고 있다는 적절한 가정을 할 수 있다.

도 10은 도 8에서 도시된 인터페이스를 표시하는 데 사용되는 저장된 데이터를 나타낸다. 저장된 데이터에는 여러 가지의 이동 수단 유형이 표시되어 있다. 각각의 이동 수단의 유형은 하나 이상의 아이콘 또는 아이콘 포인터와 연관된다. 이동 수단의 종류에 따라 적절한 아이콘이 선택된다. TCELL 메시지의 내용 중 일부로 전송되는 이동 수단의 유형에 적합한 아이콘이 없는 경우, 적절한 기본 아이콘(default icon)이 선택된다. 예를 들어, TCELL 시스템에서 인식할 수 없는 유형을 갖는 이동 수단으로, 새로운 모델의 비행기가 탐색되었다고 가정하자. 이동 수단의 유형은 저장된 어떤 아이콘과도 대응되지 않는다. 그러나, 항공기와 일치하는 속도, 방향 정보뿐만 아니라 고도에 대한 정보가 TCELL 메시지에 포함되므로, 시스템에 의하여 기본 비행기 아이콘(default airplane icon)이 선택된다.

도 10의 테이블에는, 리어 제트기, 세스나(Cessna)와 같은 개인용 항공기, 그리고 기본(default) 개인용 제트기 아이콘을 위한 목록뿐만 아니라, 보잉747, 맥도널 더글라스-80과 같은 상용 항공기와 기본(default) 상용 항공 아이콘을 위한 항목이 있다. 실제로 저장되는 데이터에 있어서, 더 많은 항목이 존재할 수 있다. 또한, 테이블에는 산, TV 안테나, 그리고 심한 폭풍을 표시하기 위한 항목뿐만 아니라, 트럭, 항공 관제탑을 위한 항목들도 있다.

도 11은 도 8에서 도시된 사용자 인터페이스를 도시하기 위한 흐름도를 나타낸다. TCELL 수신 및 저장 단계(601)에서, TCELL 시스템은 TCELL 메시지가 수신되고 이동 수단의 추적 데이터베이스에 저장되었는지를 판단한다. TCELL 메시지가 수신 및 저장되었다면, 현 위치 결정단계(603)에서 시스템은 이동 수단의 현재 위치를 결정한다. 다음으로, 아이콘 검색단계(605)에서, 새로운 TCELL 메시지들에 포함된 이동 수단 ID에 해당하는 아이콘을 검색한다. 특정의 이동 수단들은 이전 메시지를 수신한 TCELL 시스템에 의하여 이미 인식되어 있을 수도 있다. 아이콘 확인 단계(607)에서 대응 아이콘이 발견되지 않는 경우, 기본 아이콘(default icon) 사용단계(609)에서 TCELL 메시지를 전송한 이동 수단의 형태에 맞는 기본 아이콘을 선택한다. 상기한 바와 같이, 메시지의 내용을 참고로 하여 적절한 아이콘을 선택 할 수 있다.

다음으로, 아이콘 위치 계산 단계(611)에서, 각각의 TCELL 메시지에서 주어지는 위치와 운전자 이동 수단과의 상대적인 위치에 맞춰, 디스플레이 장치에서 아이콘의 위치를 계산한다. 아이콘 방향 계산 단계(613)에서, TCELL 메시지에 포함된 진로 정보에 맞춰, 아이콘의 방향을 계산한다. 상기한 바와 같이, 방향을 결정하는 과정에는 다른 종류의 아이콘을 선택하거나 또는 이동 수단 모양의 아이콘을 계산된 만큼 회전하는 단계가 포함된다. 아이콘 디스플레이 단계(615)에서, 사용자 인터페이스가 디스플레이 장치에 나타난다.

아이콘 선택여부 판단 단계(617)에서는 운전자에 의하여 아이콘이 선택되었는지를 판단한다. 운전자가 아이콘을 선택한 경우, 선택된 이동 수단에 대한 정보를 표시하는 패널이 표시된다. 패널에 표시되는 정보는 TCELL 메시지로부터 또는 가능한 경우 다른 정보원으로부터 얻을 수 있다. 다음으로, 비행경로 정보 확인 단계(621)에서, 운전자가 비행경로 정보를 요청하였는지 판단한다. 비행경로 정보를 요청한 경우, 비행경로 계산 단계(623)에서, TCELL 시스템은 TCELL 데이터를 바탕으로 운전자 이동 수단의 비행경로와 선택된 이동 수단의 비행 경로를 계산한다. 경로 디스플레이 단계(625)에서, 비행경로가 표시된다. 시간의 경과에 따른 비행경로를 표시하므로, 운전자는 두 이동 수단이 얼마나 가까이 서로 접근하는지 볼 수 있다. 선택된 이동 수단과 운전자의 이동 수단의 비행 경로를 독립적으로 도시하는 각각의 단계를 둘 수 있다.

만일 계산된 비행경로가 권고 거리보다 근접한 경우, 충돌가능성 판단 단계(627)에서 일련의 대응 과정을 권고하는 패널 또는 경고가 표시될 수 있다. 붉은 색과 같이 눈에 띄는 색으로 비행 경로를 나타내는 부분을 밝게 하거나, 또는 비행경로를 깜박이게 하여 경고를 줄 수 있다. 오디오 신호도 또한 사용할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, TCELL 시스템은 모든 탐지된 이동 수단의 비행 경로를 자동으로 계산한다. 만약 이동 수단의 한 경로가 운전자 이동 수단과 지나치게 가깝게 접근한다면, 근접한 이동 수단을 나타내는 아이콘을 깜박이게 하거나, 기타 다른 방법에 의하여 밝게 빛나게 할 수 있다. 이로 인하여 운전자가 해당 아이콘을 자연스럽게 선택하도록 할 것이고, 아이콘을 선택하면 필요한 조치가 설명된다.

표시 갱신 단계(629)에서, TCELL 표시장치는 매 TCELL 주기(10초)마다 갱신된다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예는 명세서에서 게시된 방법 또는 방법들을 실행하기 위해 프로그램된 시스템, 방법들 그 자체, 그리고 컴퓨터 프로그램 제품이다. 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는 명령어들의 집합은, 실행시 위에서 개략적으로 설명한 하나 이상의 시스템의 램에 상주한다. 실행시까지, 명령어들의 집합은 플래쉬 메모리, 하드 디스크, 또는 CD-롬 메모리와 같은 다른 형태의 메모리에 저장될 수 있다. 게다가, 명령어들의 집합은 다른 컴퓨터의 메모리에 저장되어 필요한 경우 유무선 네트워크 전송 수단을 통하여 시스템에 전송될 수 있다. 명령어들의 집합의 물리적인 저장 또는 전송으로, 명령어들이 상주하고 있는 수단이 변한다. 그러한 변화는 전기적, 자기적, 화학적, 또는 기타 다른 물리적 변화일 수 있다.

특정한 구체적인 실시예를 참고로 본 발명과 본 발명의 특징 및 장점을 설명하였지만, 본 발명이 속한 기술분야의 당업자라면, 본 발명의 범위 및 목적에서 크게 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형, 교체, 대체가 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 이동 방향은 어떤 미니셀을 할당받고, 따라서, TCELL 전송기가 어떤 시간 구획을 할당받을지 결정하는데 변수로 사용할 수 있다. 남북 방향으로 난 도로에서, 직경 100 피트의 셀에서 북쪽으로 이동하는 차는 직경 100 피트를 갖는 동일한 미니셀에서 남쪽으로 운행하는 차와 다른 셀에 속해 있다고 간주될 수 있다. 따라서, 각자 다른 시간 구획에서 전송할 것이다. 미니셀을 결정하는데 방향을 사용하는 것은 공중 또는 해상에서의 응용에서도 가능하다. 그러므로, 본 발명은 청구범위에 기재된 것보다 좁게 해석되어서는 안될 것이다.

TCELL 시스템은 이동 수단의 트랜스폰더를 동작시키기 위해, 레이더가 이웃한 모든 이동 수단들에게 정보를 전송할 필요가 없다. 또한, 하나의 미니셀에 두 개의 이동 수단이 위치한 경우가 아니라면, 전송 충돌이 발생하지 않도록 하였다. TCELL 시스템은 레이더보다 더욱 정확한 위치 정보를 제공한다. 게다가, 거대셀, 그룹셀, 미니셀을 사용하는 계층구조를 이용하여 시간 구획과 주파수의 재활용이 가능하다. 리치 시스템과 비교할 때, TCELL 시스템은 훨씬 정교한 셀 구조를 사용한다. TCELL 시스템을 이용하면, 실제적으로 하나의 이동 수단만이 위치하고 있는 주위 셀들로 이루어지는 확장 집합까지 볼 수 있다. 리치 시스템에서는 단지 이동 수단이 속한 셀과 인접한 셀들만을 살핀다. TCELL의 셀 계층구조로, 리치 시스템의 문제점인 신호의 누화(crosstalk)를 방지할 수 있다. 종래 발명에 의한 시스템에서, 동일한 셀에서 복수개의 전송기가 동시에 전송할 수 있다. 이로 인하여, 다소 커다란 부피 요소에서 교통량이 지나치게 많은 경우, 잡음 문제와 기타 다른 문제들이 발생할 수 있다. 수신기가 대상 물체의 이동 경로를 계산하기 위하여 복수개의 신호를 수신하지 않아도 되도록 하기 위하여, TCELL은 속도 벡터를 전송한다. 리치 시스템은 3차원 공간에서 충돌을 방지하기 위하여 설계되었다. 자동차를 위한 리치 시스템의 1차원 또는 2차원의 사용에 대해서는 언급이 없으며, 더구나, 리치 시스템의 부피 요소의 크기, 수신기의 비용때문에, 리치 시스템을 1차원 및 2차원에 응용하는 것은 적절하지 못할 것이다. 게다가, 이제까지 논의된 TCELL 시스템의 다양한 실시예에서, 10∼15 ㎽의 범위의 매우 낮은 전송 파워를 갖는 전송기를 사용하여, 종래의 발명에 비하여 시스템의 가격을 많이 낮출 수 있다.

Claims

공간상의 기계들의 위치를 디스플레이하는 방법에 있어서,

각각의 기계에서, GPS(Global Positioning System)의 계산에 의하여 기계의 위치를 결정하는 단계와,

각각의 기계에서, 결정된 위치에 해당하는 셀을 결정하는 단계와,

각각의 기계에서, 상기 셀에 할당된 시간 구획(time slice)에서, 기계의 유형을 나타내는 메시지를 방송하는 단계와,

다수의 기계들로부터 방송된 메시지를 수신하는 단계와,

상기 수신한 방송 메시지를 이용하여 상기 다수의 기계들의 위치를 결정하는 단계와,

기계의 유형에 따라 각각의 기계에 대한 표시 모양(representation)을 결정하는 단계와,

상기 결정된 위치에 따라, 일정한 부피의 공간을 도시하는 사용자 인터페이스 내에, 상기 표시 모양의 방향을 결정하고 표시하는 단계

를 포함하는 공간상에 기계들의 위치를 디스플레이하는 방법.
프로세서, 메모리, 및 공간상의 기계들의 위치를 디스플레이하기 위한 디스플레이 장치를 포함하는 시스템에 있어서,

다수의 기계들로부터, 각각의 기계의 유형을 나타내는 방송 메시지를 수신하는 수단과,

상기 수신된 방송 메시지를 사용하여, 상기 다수의 기계들의 위치를 결정하는 수단과,

상기 기계의 유형에 따라, 각각의 기계의 표시 모양을 선택하는 수단과,

상기 결정된 위치에 따라, 일정한 부피의 공간을 도시하는 사용자 인터페이스 내에, 상기 표시 모양의 방향을 결정하고 표시하는 수단

을 포함하는 시스템.
공간상의 기계들의 위치를 디스플레이하기 위한, 컴퓨터가 판독가능한 매체내의 컴퓨터 프로그램 제품에 있어서,

다수의 기계들로부터, 각각의 기계의 유형을 나타내는 방송 메시지를 수신하는 수단과,

상기 수신된 방송 메시지를 이용하여, 상기 다수의 기계들의 위치를 결정하는 수단과,

상기 기계의 유형에 따라, 각각의 기계의 표시 모양을 선택하는 수단과,

상기 결정된 위치에 따라, 일정한 부피의 공간을 도시하는 사용자 인터페이스 내에, 상기 표시 모양의 방향을 결정하고 표시하는 수단

을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.