KR20010030317A

KR20010030317A - 동적 적분 기술을 사용하는 위성에 기초한 위치 설정 시스템

Info

Publication number: KR20010030317A
Application number: KR1020000053115A
Authority: KR
Inventors: 테킨이브라힘; 켄바이런후아; 치앙텅칭; 다렌
Original assignee: 루센트 테크놀러지스 인크
Priority date: 1999-09-07
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2001-04-16
Also published as: EP1083440A3; CN1287273A; JP2001124842A; CA2317143A1; BR0003858A; AU5506100A; US6965760B1; EP1083440A2

Abstract

상관기들의 적분 시간 구간들이 GPS 수신기들에서 수신된 위성 신호들의 신호 강도 측정량들에 따라 조정되는 다이내믹 적분 기술을 이용하여 위성 신호들의 검출을 용이하게 하는 방법 및 장치가 개시되어 있다. 특히 적분 시간 구간들은 탐색될 신호들의 수신 강도들에 대해 비례하거나 비례하지 않게 역으로 조정될 수 있다.

Description

동적 적분 기술을 사용하는 위성에 기초한 위치 설정 시스템{A satellite-based location system employing dynamic integration techniques}

관련 기술의 배경

위성에 기초한 항법 시스템은 전세계의 사용자들에게 정확한 3차원 위치 정보를 제공한다. 그러나, 종래기술의 위성에 기초한 항법 시스템은 위치 정보를 결정하는데 시간 소모 탐색 프로세스를 사용한다. 시간 소모 탐색 프로세스들은 특히 사용자가 이동중이거나 즉각적인 지원을 요구하는 긴급 상황에 있을 때 항법 시스템들에 바람직하지 않다.

도 1은 글로벌 위치설정 시스템(GPS)(10)이라고 지칭되는 잘 알려진 위성에 기초한 항법 시스템을 도시한다. GPS(10)는 다수의 위성들(12-j)과, 적어도 하나의 GPS 수신기(14)를 포함하는데, 여기에서, j=1,2,...,n이다. 각각의 위성(12-j)은 알려진 속도(v_j)로 지구를 궤도 선회하고, 다른 위성들(12-j)로부터 알려진 거리만큼 떨어져 있다. 각각의 위성(12-j)은 특정 위성(12-j)과 관련된 유일한 의사 랜덤 노이즈(PN-j)코드와 항법 데이터(ND-j)를 사용하여 변조된 알려진 주파수(f)를 가진 반송파 신호를 포함하는 GPS 신호(11-j)를 전송하는데, 여기에서, PN-j 코드는 유일한 시퀀스의 PN 칩들을 포함하며, 항법 데이터(ND-j)는 위성 식별자, 타이밍 정보 및 고도각(α_j)과 방위각(Φ_j)과 같은 궤도 데이터를 포함한다. 도 2는 항법 데이터(ND-j)의 시퀀스에 추가하여 PN-j 코드의 20개의 전체 시퀀스를 포함하는 GPS 신호의 통상적인 20ms 프레임을 도시한다.

GPS 수신기(14)는 GPS 신호들(11-j)을 수신하기 위한 안테나(15)와, GPS 신호들(11-j)을 검출하기 위한 다수의 상관기들(16-k)과, 항법 데이터(ND-j)를 사용하여 위치를 결정하기 위한 소프트웨어를 가진 프로세서(17)를 포함하는데, 여기에서, k = 1,2,...,m 이다. GPS 수신기(14)는 PN-j 코드들을 거쳐서 GPS 신호들(11-j)을 검출한다. GPS 신호들(12-j)을 검출하는 것은 상관기들(16-k)이 반송파 주파수 차원과 코드 위상 차원에서 PN-j 코드들을 탐색하는 데에 사용되는 상관 프로세스를 포함한다. 이와 같은 상관 프로세스는 복제된 반송파 신호상에서 변조된 위상 시프트된 복제된 PN-j 코드들을 수신된 GPS 신호들(11-j)로 실시간 곱하는 것과, 그 뒤의 적분 및 덤프 프로세스로서 구현된다.

반송파 주파수 차원에서, GPS 수신기(14)는 GPS 신호들(11-j)이 GPS 수신기(14)에 도달하였을 때에 GPS 신호들(11-j)의 주파수들에 정합하기 위해서 반송파 신호들을 복제한다. 그러나 도플러 효과에 기인하여, GPS 신호들(11-j)이 전송되는 주파수(f)는 GPS 신호(11-j)가 GPS 수신기(14)에 도달하기 전에 미지의 양(Δf_j)만큼 변하는데, 즉, 각각의 GPS 신호(11-j)는 GPS 수신기(14)에 도달할 때 주파수(f+Δf_j)를 가져야 한다. 도플러 효과를 고려하기 위해서, GPS 수신기(14)는 복제된 반송파 신호의 주파수가 수신된 GPS 신호(11-j)의 주파수와 정합될 때까지 f+Δf_min으로부터 f+Δf_max의 범위를 갖는 주파수 스펙트럼(f_spec)에 걸쳐서 반송파 신호를 복제하는데, 여기에서, Δf_min과 Δf_max는 GPS 신호(11-j)가 위성(12-j)으로부터 GPS 수신기(14)로 진행할 때에 GPS 신호(11-j)가 도플러 효과로 인해서 겪게 되는 최소 및 최대 주파수 변화이며, 즉, Δf_min≤Δf_j≤Δf_max이다.

코드 위상 차원에서, GPS 수신기(14)는 각각의 위성(12-j)과 관련된 유일한 PN-j 코드들을 복제한다. 복제된 PN-j 코드들의 위상들은 복제된 PN-j 코드들로 변조된 복제된 반송파 신호들이 GPS 수신기(14)에 의해 수신되는 GPS 신호들(11-j)과, 상관이 된다면, 상관될 때까지 코드 위상 스펙트럼(R_j(spec))에 걸쳐서 시프트되는데, 여기에서, 각각의 코드 위상 스펙트럼(R_j(spec))은 관련된 PN-j 코드에 대한 모든 가능한 위상 시프트를 포함한다. GPS 신호들(11-j)이 상관기(16-k)에 의해 검출될 때, GPS 수신기(14)는 종래기술에서 공지된 바와 같이 검출된 GPS 신호들(11-j)로부터 항법 데이터(ND-j)를 추출하고, GPS 수신기(14)를 위한 위치를 결정하기 위해서 항법 데이터(ND-j)를 사용한다.

상관기들(16-k)은 주파수 스펙트럼(f_spec)과 코드 위상 스펙트럼(R_j(spec))에 걸쳐서 다수의 PN-j 코드들에 대한 병렬 탐색을 수행하도록 구성된다. 즉, 다수의 상관기들(16-k) 각각은 f+Δf_min과 f+Δf_max사이에서 각각의 가능한 주파수에 걸쳐 특정한 PN-j 코드를 탐색하고 그 PN-j 코드에 대한 각각의 가능한 위상 시프트를 탐색하는데 전적으로 사용된다. 상관기(16-k)가 하나의 PN-j 코드에 대한 탐색을 완료한 때, 상관기(16-k)는 f+Δf_min과 f+Δf_max사이의 각각의 가능한 주파수에 걸쳐 다른 PN-j 코드를 탐색하고 그 PN-j 코드에 대한 각각의 가능한 위상 시프트를 탐색한다. 이 프로세스는 모든 PN-j 코드들이 다수의 상관기들(16-k)에 의해 집합적으로 탐색될 때까지 계속된다. 예를 들어, 12개의 위성들(12-j)이 있다고 가정하면, 12개의 유일한 PN-j 코드들이 있다. GPS 수신기(14)가 6개의 상관기들(16-k)을 가지면, GPS 수신기(14)는 한번에 6개의 다른 PN-j 코드들의 2개의 세트들을 탐색하기 위해 상관기들(16-k)을 사용할 것이다. 구체적으로 말해서, 상관기들(16-k)은 처음 6개의 PN-j 코드들을 탐색하는데, 즉, 상관기(16-1)는 PN-1을 탐색하고, 상관기(16-2)는 PN-2을 탐색한다. 처음 6개의 PN-j 코드들에 대한 탐색이 완료되면, 상관기들(16-k)은 다음 6개의 PN-j 코드들을 탐색하는데, 즉, 상관기(16-1)는 PN-7을 탐색하고, 상관기(16-2)는 PN-8을 탐색한다.

탐색되는 각각의 PN-j 코드에 대해, 상관기(16-k)는 그 PN-j 코드에 대한 주파수와 위상 시프트의 조합에 대해 적분 및 덤프 프로세스를 수행한다. 예를 들어, 주파수 스펙트럼(f_spec)이 그 반송파 신호에 대해 50개의 가능한 주파수들을 포함하고, 하나의 PN-j 코드에 대한 코드 위상 스펙트럼(R_j(spec))이 2,046개의 가능한 1/2 칩 위상 시프트들을 포함한다고 가정한다. PN-j 칩 코드에 대해 주파수 및 1/2 칩 위상 시프트들의 모든 가능한 조합을 탐색하기 위해서, 상관기(16-k)는 102,300회의 적분을 수행할 필요가 있을 것이다. 상관기들(16-k)에 대한 통상적인 적분 시간은 1ms인데, 그것은 안테나(15)가 하늘에 대해 깨끗한 시야를 갖거나 위성들(12-j)에 대해 직접적인 라인-오브-사이트(line-of-sight)를 가질 때 GPS 수신기(14)가 GPS 신호들(11-j)을 검출하기에 일반적으로 충분하다. 따라서, 상기 예를 위해서, 하나의 상관기(16-k)가 하나의 PN-j 코드에 대한 주파수 및 1/2 칩 위상 시프트의 모든 가능한 조합을 탐색하는데에 102.3 초가 요구될 것이다.

그러나, GPS 수신기는 이제 하늘에 대해 깨끗한 시야를 항상 갖지는 못하는 이동 전화들 또는 다른 형태의 이동 통신 장치들 내에 통합되고 있다. 따라서, GPS 수신기(14)는 항상 하늘에 대해 깨끗한 시야를 갖지는 못할 것이다. 이러한 상황에서, GPS 수신기(14)에 의해 수신된 GPS 신호들(11-j)의 신호대 잡음비는 GPS 수신기(14)가 하늘의 깨끗한 시야를 가질 때보다 통상적으로 훨씬 낮어서, GPS 수신기(14)가 GPS 신호들(11-j)을 검출하는 것을 더욱 어렵게 한다. 약한 신호대 잡음비를 보상하고 GPS 신호들(11-j)의 검출을 강화하기 위해서, 더욱 긴 적분 시간을 갖는 상관기(16-k)가 구성될 수 있다. 다시 말해서, 더욱 긴 적분 시간에 의해 검출은 더욱 정확하게 된다. 충분한 적분 시간은 이 경우에 약 1초가 될 것이다. 따라서, 상기 예에서, 상관기(16-k)가 하나의 PN-j 코드에 대한 주파수 및 1/2 칩 위상 시프트의 모든 가능한 조합을 탐색하기 위해서 102,300 초가 요구될 것이다. 더욱 긴 적분 시간은 GPS 신호들(11-j)을 검출하기 위한 더욱 긴 획득 시간을 발생시킨다. 더욱 긴 획득 시간은 바람직하지 않다.

짧거나 긴 적분 시간을 갖고 구성된 GPS 수신기들에 의한 GPS 신호들(11-j)의 검출을 가능하게 하기 위해서 무선 지원된 GPS(WAG) 시스템이 개발되었다. WAG 시스템은 GPS 신호들(11-j)을 탐색하는 상관기에 의해 수행될 적분 회수를 감소시킴으로써 GPS 신호(11-j)의 검출을 편리하게 한다. 적분의 회수는 탐색될 주파수 범위 및 코드 위상 범위를 좁게 함으로써 감소된다. 구체적으로 말해서, WAG 시스템은 GPS 신호들(11-j)에 대한 탐색을 특정 주파수 또는 주파수들과 코드 위상 스펙트럼(R_j(spec))보다 적은 코드 위상의 범위로 제한한다.

도3은 WAG 서버(22), 다수의 기지국들(23) 및 적어도 하나의 WAG 클라이언트(24)를 포함하는 WAG 시스템(20)을 도시한다. WAG 서버(22)는 하늘의 깨끗한 시야를 가진 알려진 고정 위치에 설치된 안테나(27)를 가진 GPS 수신기(26)를 포함한다. GPS 수신기(26)는 안테나(27)가 하늘의 깨끗한 시야를 갖기 때문에 짧은 적분 시간을 갖고 구성된 상관기를 통상적으로 가질 것이다. WAG 서버(22)는 유선 또는 무선 인터페이스를 거쳐서 기지국(23)과 통신하도록 작동한다. 각각의 기지국(23)은 알려진 위치를 가지며, 기지국(23)과 관련된 지리적 지역 또는 셀(25)내에 위치된 WAG 클라이언트들에 통신 서비스를 제공하는데, 각각의 셀(25)은 알려진 크기이고, 다수의 섹터로 분할된다. WAG 클라이언트(24)는 GPS 수신기(28)와 가능하게는 이동 전화기(27)를 포함하며, 통상적으로 이동중이거나 및/또는 하늘의 깨끗한 시야를 갖거나 갖지 못하는 알려지지 않은 위치에 있다. GPS 수신기(28)는 통상적으로 긴 적분 시간으로 구성된 상관기들을 갖는다. 본 출원의 목적을 위해서, 용어 "이동-전화기"는 어떠한 통신 장치도 포함하며 그것에 제한되지 않는 것으로 간주되어야 한다는 것을 주목하기 바란다.

도 4는 WAG 시스템(20)의 동작을 도시하는 흐름도(300)이다. 단계(310)에서, WAG 서버(22)는 GPS 수신기(26)를 사용하는 그 GPS 신호들(11-j)을 통해 다수의 위성들(12-j)을 검출한다. WAG 서버(22)는 각 검출된 위성(12-j)으로부터 다음의 정보, 즉, 위성(12-j)과 주파수(f_j)의 아이덴티티, 코드 위상, 검출된 위성(12-j)과 연관된 고도각(α_j)과 방위각(Φ_j)의 정보를 얻으며, 고도각(α_j)은 WAG 서버(22) 또는 클라이언트(24)로부터 위성(12-j)으로의 라인-오브-사이트 수평면 상의 라인-오브-사이트의 투사 사이의 각으로서 정의되고, 방위각(Φ_j)은 수평면 상의 라인-오브-사이트의 투사와 수평면 상의 북향 투사 사이의 각으로서 정의된다. 도 5는 위성(12-j)과 WAG 서버(22) 또는 WAG 클라이언트(24)에 대응하는 고도각(α_j)과 방위각(Φ_j)을 도시한다.

단계(315)에서, WAG 서버(22)는 서빙(serving) WAG 클라이언트(24)와 일반적으로 통신하는 기지국(23)으로부터 섹터(sector) 정보를 수신하며, 섹터 정보는 섹터 WAG 클라이언트(24)가 일반적으로 위치하는 것을 나타낸다. 단계(320)에서, WAG 서버는 서빙 기지국의 알려진 위치, 서빙 기지국과 연관된 셀 크기, 및 WAG 클라이언트(24)가 일반적으로 위치된 섹터에 기초한 WAG 클라이언트 위치를 초기에 추정한다. 일 실시예에서, WAG 서버(22)는 섹터내의 기준점, 예를 들어, 섹터의 대략 중심점에 위치하는 WAG 클라이언트(24)를 초기에 추정한다. 다른 실시예에서, WAG 서버(22)는 잘 알려진 포워드 링크 삼각측량 기술들(forward link triangulation techniques)을 사용하여 WAG 클라이언트(24)의 위치를 초기에 추정한다.

단계 330에서, 검출된 각 위성(12-j)에 있어서, WAG 서버(22)는 기준점에서의 주파수(f_j(r)) 및 WAG 클라이언트(24)가 일반적으로 위치하는 섹터 내의 어디에서든 도달하는 GPS 신호(11-j)에 대한 모든 가능한 코드 위상들을 포함하는 코드 위상 탐색 범위(R_j(sect), code phase search range)를 예측하기 위해 검출된 GPS 신호들로부터 얻어진 정보를 사용한다. 단계(340)에서, WAG 서버(22)는 서빙 기지국(23)에 탐색 메시지를 전송하며, 이 탐색 메시지는 각 검출된 위성(12-j)에 대해 연관 PN-j 코드에 대한 정보, 예측 주파수(f_j(r)) 및 코드 위상 탐색 범위(R_j(sect))를 포함한다.

단계(350)에서, 서빙 기지국(23)은 탐색 메시지를 WAG 클라이언트(24)에 전송하고, 단계 360에서 탐색 메시지에 표시된 위성들(12-j)에 대한 병렬 탐색을 시작한다. 명확히, WAG 클라이언트(24)는 탐색 메시지에 표시된 코드 위상 탐색 범위(R_j(sect))의 한계 내의 예측 주파수(f_j(r))에서 각 GPS 신호들(11-j)을 동시에 탐색하기 위한 상관기들을 사용할 것이다. 따라서, 적분의 회수는 코드 위상 탐색 범위(R_j(sect))의 한계 내에 있는 예측 주파수(f_j(r))에 대해 감소된다. 그러나, WAG 클라이언트(24)에 있는 GPS 수신기(28)의 긴 적분 시간으로 인해, 탐색 시간은 시간 소모가 더 고려되야 한다. 따라서, 위성들(12-j)의 검출이 용이하도록 할 필요가 있다.

발명의 요약

본 발명은 동적 적분 기술을 사용하는 위성 신호들의 검출을 용이하게 하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 상관기들의 적분 시간 구간들이 GPS 수신기들에서 수신된 위성 신호들의 신호 강도량에 따라 조정되는 동적 적분 기술을 사용한다. 명확히, 적분 시간 구간들은 탐색되는 신호들의 강도들을 수신하기 위해 비례 또는 반비례로 역으로 조정된다. 일 실시예에서, 수신된 신호 강도들이 임계치와 같거나 클 때, 적분 시간 구간은 예를 들어, 1㎳로 짧아진다. 이와 대조적으로, 수신된 신호 강도들이 임계치 아래에 있을 때, 적분 시간 구간은 예를 들어, 1초로 길어진다. 예를 들어, WAG 클라이언트가 실내에 있고 위성 신호들이 약할 때 적분 시간 구간은 1초이며, WAG 클라이언트가 실외에 있고 위성 신호들이 강할 때 적분 시간 구간은 1㎳이다. 유리하게, 적분 시간 구간들은 위성 신호들의 수신된 신호 강도들에 따라 동적으로 및 역으로 조정되기 때문에, 위성 신호들의 검출은 검출 정확도가 떨어지지 않게 된다. 검출을 더 쉽게 하기 위해서, 일 실시예는 위성들이 다른 위성 신호들의 검출로부터 얻어진 경험에 기초한 순차 방법으로 탐색하는 동안 순차 탐색 기술을 사용한다.

도 1은 글로벌 위치화 시스템(GPS, Global Positioning System)으로서 설명된 잘 알려진 위성에 기초한 항법 시스템을 도시한 도면.

도 2는 GPS 신호의 대표적인 20㎳ 프레임을 도시한 도면.

도 3은 무선 원조 GPS(WAG, Wireless Assisted GPS) 시스템을 도시한 도면.

도 4는 도 3의 WAG 시스템의 동작을 도시한 흐름도.

도 5는 위성과 WAG 서버 또는 WAG 클라이언트에 대응하는 고도각(α_j) 및 방위각(Φ_j)를 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 사용된 순차 탐색 기술 및 동적 적분 기술을 도시한 흐름도.

도 7은 적분 시간 구간들을 결정하기 위해 사용될 수 있는 2개의 곡선들을 도시한 도면.

도 8은 1/2 칩 구간으로 이격된 8개의 상관기들에 대한 자동 상관성의 샘플 전력 스펙트럼 밀도를 도시한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 글로벌 위치 설정 시스템 11-j : GPS 신호

12-j : 위성 14 : GPS 수신기

발명의 상세한 설명

본 발명은 이 명세서에서 상기 기술한 WAG 시스템과 관련하여 기술된다. 그러나, 이는 본 발명이 임의의 방법으로 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 사용된 순차 탐색 기술을 도시한 흐름도(600)이다. 단계(605)에서, WAG 클라이언트(24)는 서빙 기지국(23) 또는 WAG 서버(22)로부터 탐색 메시지를 수신한다. 본 발명에 있어서, 탐색 메시지는 WAG 서버(22)에 의해 검출된 각 위성(12-j)에 대해 연관 PN-j 코드에 대한 정보, WAG 클라이언트(24)가 일반적으로 위치하는 섹터/셀 내의 기준점에서의 예측 주파수(f_j(r)), 위성(12-j)에 의해 전송되는 GPS 신호(11-j)에 대한 모든 가능한 위상 시프트들을 포함하고 WAG 클라이언트(24)가 일반적으로 위치하는 섹터/셀 내에 도달하는 코드 위상 탐색 범위(R_j(sect)), 및 고도각(α_j)과 방위각(Φ_j)을 포함하는 궤도 데이터를 포함한다.

단계 610에서, WAG 클라이언트(24)는 탐색 메시지에 표시된 제 1 위성(12-j)을 선택하여 탐색한다. WAG 클라이언트(24)는 제 1 위성 선택 기준 세트의 하나 또는 그 이상의 기준을 사용하여 제 1 위성(12-j)을 선택한다. 일 실시예에서, 제 1 위성 선택 기준의 세트는, (1) 상관기들의 최대 이용, (2) 탐색 시간의 최소화, (3) WAG 클라이언트(24)(또는 GPS 수신기(14) 또는 안테나(15))의 위치에 대한 정보량의 최대화와 같은 것이다. 상관기들의 이용을 최대로 하는 제 1 기준은 위성(12-j)에 대해 다수의 가용한 상관기들을 동시에 탐색하기 위해 사용하는 것을 포함한다. 탐색 시간을 최소로 하는 제 2 기준은 각 상관기에 의해 수행되는 적분의 회수를 감소시키는 것을 포함한다. 본질적으로 각 상관기에 의해 수행되는 적분의 회수를 감소시키는 것은 탐색 메시지에 표시된 최소 연관 코드 위상 탐색 범위(R_j)를 갖는 위성(12-j)을 선택하는 것을 의미한다.

WAG 클라이언트(24)의 위치에 대한 정보량을 최대로 하는 제 3 기준은 검출될 때 WAG 클라이언트(24)가 위치하는 섹터의 영역을 나타낼 위성(12-j)을 선택하는 것을 포함한다. 예를 들어, 검출될 때 작은 고도각(α_j)을 갖는 위성(12-j)이 WAG 클라이언트가 위치하는 섹터에서 좁은 해협을 표시하지만, 큰 고도각(α_j)을 갖는 위성(12-j)은 WAG 클라이언트가 위치하는 섹터에서 넓은 해협을 표시할 것이다.

탐색되는 제 1 위성(12-j)이 선택되면, 단계(620)에서 WAG 클라이언트(24)는 제 1 위성(12-j)을 탐색하기 위한 상관기들(16-k)에 대한 적분 시간 구간을 결정하며, 적분 시간 구간은 제 1 또는 임의의 위성(12-j)에 의해 전송되는 신호들(11-j)의 WAG 클라이언트(24)(또는 서버(22))에서 수신된 신호 강도량에 의존할 것이다.

일 실시예에서, WAG 클라이언트(24)는 제 1 위성(12-j)에 대해 탐색 메시지에 나타난 것과 같은 대략의 주파수(f+Δf_j) 또는 전송된 신호들의 신호 강도를 측정한다. 다른 실시예에서, WAG 클라이언트는 주파수(f) 상에 전송된 신호들의 신호 강도를 측정한다.

적분 시간 구간들은 신호들(11-j)의 신호 강도량에 대해 비례 또는 반비례로 역으로 변화한다. 예를 들어, 신호들(11-j)의 수신된 신호 강도량이 증가하면, 상관기들(16-k)에 대한 적분 시간 구간들은 감소된다. 일 실시에에서, WAG 클라이언트(24)에서 신호들(11-j)의 수신된 신호 강도량이 임계치 아래에 있다면, 적분 시간 구간은 최소로 되고 그 역도 또한 같다. 예를 들어, WAG 클라이언트(24)가 신호들(11-j)의 강도가 임계치 아래에 있는 것으로 측정하면 상관기들(16-k)의 적분 시간 구간은 1초로 설정되지만, WAG 클라이언트(24)가 신호들(11-j)의 강도가 임계치와 같거나 큰 것으로 측정하면 상관기들(16-k)의 적분 시간 구간은 1㎳로 설정된다.

다른 실시예에서, 다중 임계치들과 상관기들(16-k)에 대한 적분 시간 구간들이 있다. 2개의 임계치들과 3개의 적분 시간 구간들의 기간을 가정하자. 신호의 강도가 최저 임계치 아래에 있다면 적분 시간 구간은 최단 기간으로 설정되고, 신호의 강도가 최저 임계치 위에 있지만 최고 임계치 아래에 있으면 적분 시간 구간은 두 번째로 짧거나 두 번째로 긴 기간으로 설정되며, 신호의 강도가 최고 임계치 위에 있으면 적분 시간 구간은 최장 기간으로 설정된다. 다른 실시예들에서, 적분 시간 구간들은 수신된 신호 강도들과 곡선 또는 수학식들에 따라서 결정된다. 도 7은 수신된 신호 강도량과 적분 시간 구간들 사이에서 2개의 가능한 관계들을 도시한 도면(70)이다.

다른 실시예에서, 상대 신호 강도들은 GPS 수신기(14)가 차례로 적분 시간 구간들을 결정하고 실외 또는 실내에 있는지의 여부를 결정하기 위해 사용된다. 예를 들어, GPS 수신기(14)가 1/2 칩 주기의로 이격된 8개의 상관기들을 갖는다고 가정하자. 각 상관기들은 20㎳의 시간 주기에서 매 ㎳마다 신호의 강도들을 샘플링하거나 측정한다. 즉, 각 상관기는 20개의 샘플들을 수행한다. 상관기에 의해 모아진 샘플들의 각 세트에 있어서, 푸리에 변형은 각 상관기에 대한 자동 상관성의 전력 스펙트럼 밀도를 얻기 위해 적용된다. 도 8은 1/2 칩 주기로 이격된 8개의 상관기들에 대한 자동 상관성의 가능한 전력 스펙트럼 밀도를 3차원으로 도시한 도면이다. 모든 상관기들을 통한 최대 전력 스펙트럼 밀도 값(P_max)은 모든 상관기들을 통한 평균 전력 스펙트럼 밀도 값(P_avg)으로 나누어져 전력 스펙트럼 밀도 비율(P_ratio)을 얻는다.

전력 스펙트럼 밀도 비율(P_ratio)은 적분 시간 구간들을 결정하기 위해 임계치들과 비교된다. 기본적으로, 작은 P_ratio는 GPS 수신기(14)가 실외에 있다는 것을 나타내지만, 크거나 더큰 P_ratio는 수신기(14)가 실외에 있다는 것을 나타낸다. 명백히, GPS 수신기(14)가 실내에 있을 때, 더 많은 다중 경로 신호들은 더 넓은 신호 에너지의 분배를 가져온다. 따라서, P_max는 P_avg보다 더 커서는 안되며 P_ratio는 작은 값(예를 들어, 더 크지는 않지만 근사한 값)이어야 한다. 반대로, GPS 수신기(14)가 실외에 있을 때, 더 적은 다중 경로 신호들은 단일 신호 상에 더 많은 신호 에너지의 집중을 가져온다. 따라서, P_max는 P_avg보다 더 커야하며 P_ratio는 작거나 더 작은 값(예를 들어, 더 크고 근사하지 않은 값)이어야 한다.

단계(625)에서, WAG 클라이언트(24)는 제 1 위성(12-j)에 대한 탐색 메시지에 나타난 주파수(f_j(r))와 코드 위상 탐색 범위(R_j(sect))를 사용하는 결정 적분 시간 구간에 대한 제 1 위성(12-j)을 탐색한다. 제 1 위성(12-j)이 검출되면, 단계(630)에서 이 기술분야에 잘 알려진 것과 같이, WAG 클라이언트(24)가 제 1 위성(12-j)에 의해 전송된 GPS 신호(11-j)로부터 추출된 정보를 사용하여 위치될 수 있는 제 1 영역을 예측한다. 제 1 예측 영역은 일반적으로 WAG 클라이언트(24)가 일반적으로 위치하는 섹터 내에 있는 해협 또는 작은 영역이다. 이와 같은 예측은 이어지는 위성 탐색들의 코드 위상 탐색 범위(R_j)를 나중에 좁히기 위해 사용된다.

단계(640)에서, WAG 클라이언트(24)는 탐색하여 제 2 위성(12-j)을 선택하기 위해 탐색 메시지를 사용한다. WAG 클라이언트(24)는 제 2 위성 선택 기준의 세트에서 하나 또는 그 이상의 기준을 사용하여 제 2 위성(12-j)을 선택한다. 일 실시예에서, 제 2 위성 선택 기준은, (1) 상관기들의 최대 이용, (2) 탐색 시간의 최소화, 및 (3) 제 1 탐색의 결과와 함께 사용될 때 WAG 클라이언트(24)(또는 GPS 수신기(14) 또는 안테나(15))의 위치에 대한 부가 정보량의 최대화와 같은 것이다. 제 1 및 제 2 기준은 단계(610)의 제 1 및 제 2 기준과 동일하다. 제 3 기준은 제 1 예측 영역을 갖는 교차하지만 최소로 교차하는 영역이 되는 제 2 위성(12-j)을 선택하는 것을 포함한다. 일 실시예에서, 선택된 제 2 위성(12-j)은 제 1 위성과 WAG 서버(22) 또는 WAG 클라이언트(24)를 갖는 대략 90°의 각을 형성하는 위성(12-j)이며, WAG 서버(22) 또는 WAG 클라이언트(24)는 꼭지점이다. 제 1 및 제 2 위성들과 WAG 서버(22) 또는 클라이언트(24) 사이의 각은 제 1 및 제 2 위성들과 연관된 방위각들 간의 차이를 이용하여 결정될 수 있다.

단계(645)에서, WAG 클라이언트(24)는 제 1 예측 영역에 기초한 제 2 위성(12-j)에 대한 탐색 메시지에 나타난 코드 위상 탐색 범위(R_j(sect))를 재정의하거나 좁힌다. 제 2 위상에 대한 코드 위상 탐색 범위(R_j(pred))는 제 1 예측 영역에 도달하고 제 2 위성에 의해 전송된 GPS 신호들(11-j)에 대한 모든 가능한 위상 시프트들을 포함한다. 제 1 예측 영역은 WAG 클라이언트(24)가 일반적으로 위치하는 섹터 내의 해협 또는 작은 영역이기 때문에, 대응 예측 코드 위상 탐색 범위(R_j(sect))는 제 2 위성에 대해 탐색 메시지에 원래 표시된 대응 코드 위상 탐색 범위(R_j(sect))보다 더 좁아질 것이다.

단계 648에서, WAG 클라이언트(24)는 수신 신호 강도량에 기초한 제 2 위성(12-j)을 탐색하기 위한 상관기들(16-k)에 대한 적분 시간 구간을 결정한다. 단계(620)에서와 같이, WAG 클라이언트(24)는 제 2 위성(12-j)에 대한 탐색 메시지 또는 주파수(f)에 나타난 탐색 메시지로서 전송된 신호들의 신호 강도 또는 대략의 주파수(f+Δf_j)를 측정할 수 있다. 단계(650)에서, WAG 클라이언트(24)는 단계(638)에서 결정된 적분 시간 구간에 대해 제 2 위상(12-j)에 대한 탐색 메시지와 예측 코드 위상 탐색 범위(R_j(pred))를 사용하여 제 2 위상(12-j)을 탐색한다. 다른 실시예에서, 적분 시간 구간은 단계(650) 전에 다시 결정될 수 있다. 제 2 위성(12-j)이 검출되면, 단계(655)에서 WAG 클라이언트(24)는 WAG 클라이언트(24)가 제 2 위성(12-j)에 의해 전송된 GPS 신호(11-j)로부터 추출된 정보를 사용하여 위치될 수 있는 제 2 영역을 예측한다. 제 1 예측 영역과 같이, 제 2 예측 영역은 일반적으로 WAG 클라이언트(24)가 일반적으로 위치하는 섹터 내의 해협 또는 작은 영역이다.

제 1 및 제 2 예측 영역들의 교차점은 WAG클라이언트(24)가 위치하는 탐색 영역을 크기를 효과적으로 감소시킨다. 단계(660)에서, WAG 클라이언트(24)는 탐색 메시지에 표시된 남은 위성들(12-j)에 대한 코드 위상 탐색 범위(R_j(sect))를 예측하도록 하는 탐색 메시지에 표시된 코드 위상 탐색 범위(R_j(sect))와 교차된 영역을 사용함으로써, 남은 위성들(12-j)의 검출이 용이해진다. 이와 같은 예측 코드 위상 탐색 범위들(R_j(pred))은 교차된 영역 내의 어디에서든 도달하고 탐색 메시지에 표시된 남은 위성들에 의해 전송된 GPS 신호들(11-j)에 대한 코드 위상들을 포함한다.

단계 665에서, WAG 클라이언트(24)는 수신된 신호 강도량들에 기초한 나머지 위성(12-j)(즉, 제 1 및 제 2 위성들 이외의 탐색 메시지에 표시되는 모든 다른 위성(12-j))에 대해 조사하는 상관기들(16-k)에 대해 적분 시간 기간들을 결정한다. 단계 620에서, WAG 클라이언트(24)는 나머지 위성들(12-j)에 대한 탐색 메시지에 표시된 것과 같은 주파수 f+Δfj에서 또는 근방에서 또는 주파수 f에서 전송된 신호들의 신호 강도를 측정할 수 있다. 단계 670에서, WAG 클라이언트(24)는 나머지 위성들(12-j)에 대한 예측 코드 위상 탐색 범위들 Rj(pred)내에서, 단계 665에서 판정된 적분 시간 구간 동안 나머지 위성들(12-j)을 탐색한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, WAG 클라이언트(24)는 그 상관기들을 사용하여 2 또는 그 이상의 나머지 위성들(12-j)에 대해 병렬 탐색들을 수행한다. 나머지 위성(12-j)의 검출시, 단계 680에서, 이 기술 분야에서 잘 알려져 있는 것과 같이, WAG 클라이언트(24)는 적어도 3개의 위성들(11-j)에 의해 전송된 GPS 신호들(11-j)로부터 추출된 네비게이션 데이터 ND-j를 사용하여 그 위치를 산출한다.

본 발명은 제 1, 제 2 및 이들 모두 또는 나머지 위성들의 몇몇이 순차 탐색되는 실시예를 포함하는 특정 실시예들을 참조하여 본원에 설명되었다. 다른 실시예들이 있을 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 순차 탐색은 제 1 및 제 2 위성들에 병렬로 탐색하고, 이후 나머지 위성들의 모두 또는 몇몇에 대해 병렬로 탐색하는 는 GPS 수신기(28)를 포함한다. 본 발명은 또한 비 GPS 위성 기본 또는 비 위성 기본 항법 시스템에 응용할 수 잇다. 따라서, 본 발명은 본원에 설명된 실시예들에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 적분 시간 구간들이 위성 신호들의 수신된 신호 강도들에 따라 동적으로 및 역으로 조정되기 때문에, 위성 신호들 검출의 정확도가 떨어지지 않게 되며, 검출을 더 쉽게 하기 위해, 위성들이 다른 위성 신호들의 검출로부터 얻어진 경험에 기초한 순차 방법으로 탐색하는 동안 순차 탐색 기술을 사용한다.

Claims

복수의 신호 검출 방법에 있어서,

검출될 신호와 관련된 주파수로 전송되고 있는 신호들의 강도를 측정하는 단계,

상기 측정된 신호들의 강도에 기초하여 적분 시간 구간을 결정하는 단계, 및

상기 결정된 적분 시간 구간에 대해 상관기를 사용하여 검출될 신호들을 탐색하는 단계를 포함하는 복수의 신호 검출 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 적분 시간 구간은 상기 측정된 신호들의 강도에 대해 역으로 결정되는 복수의 신호 검출 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 적분 시간 구간은 곡선(curve)을 이용하여 결정되는 복수의 신호 검출 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 적분 시간 구간은 수학식을 이용하여 결정되는 복수의 신호 검출 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 적분 시간 구간은 상기 측정된 신호들의 강도가 임계치보다 작으면 최대로 되는 복수의 신호 검출 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 적분 시간 구간은 신호들의 상기 측정된 강도가 임계치보다 크거나 임계치와 같으면 최소로 되는 복수의 신호 검출 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 주파수는 검출될 상기 신호에 대한 추정 주파수인 복수의 신호 검출 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 추정 주파수는 수신기가 위치되어 있는 섹터 내의 기준 점에 기초하는 복수의 신호 검출 방법.
제 1 항에 있어서, 검출될 상기 신호와 관련된 상기 주파수를 나타내는 탐색 메시지를 수신하는 단계를 더 포함하는 복수의 신호 검출 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 주파수는 검출될 상기 신호가 전송되는 주파수인 복수의 신호 검출 방법.
제 1 항에 있어서,

검출될 제 2 신호와 관련된 주파수로 전송되고 있는 신호들의 강도를 측정하는 단계와,

상기 측정된 신호들의 강도에 기초하여 제 2 적분 시간 구간을 결정하는 단계, 및

상기 결정된 제 2 적분 시간 구간에 대해 상관기를 사용하여 검출될 상기 제 2 신호에 대해 탐색하는 단계를 더 포함하는 복수의 신호 검출 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 적분 시간 구간들을 결정하는 상기 단계는 전력 스펙트럼 밀도비를 결정하는 단계를 구비하는 복수의 신호 검출 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 전력 스펙트럼 밀도비가 작으면 긴 적분 시간 구간이 결정되는 복수의 신호 검출 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 전력 스펙트럼 밀도비가 크면 짧은 적분 시간 구간이 결정되는 복수의 신호 검출 방법.