KR20010059475A

KR20010059475A - 2개의 위성을 이용하여 지구상의 위치를 파악하는 방법

Info

Publication number: KR20010059475A
Application number: KR1019990066981A
Authority: KR
Inventors: 이상석
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2001-07-06
Also published as: KR100350485B1

Abstract

2개의 위성을 이용하여 지구상의 위치를 파악하는 방법에 있어서, 각 위성으로부터 빔 스폿 정보를 수신하는 제1과정과, 상기 각 빔 스폿 정보를 이용하여 다음 제1∼제4단계를 수행하여 각 위성에 대응하는 제1직선의 방정식과 제2직선의 방정식을 구하는 제2과정과, 제1단계: 현재 단말기의 위치로부터 빔 스폿의 경계까지 걸리는 시간 측정. 제2단계: 상기 측정 시간과 위성의 이동시간을 이용하여 거리값 계산. 제3단계: 상기 거리값을 각도와 거리의 비를 이용하여 각도값으로 변환. 제4단계: 상기 빔 스폿 정보에서 4개의 좌표점을 구하고, 상기 4개의 좌표점중 두 개의 좌표점을 연결하여 형성되는 직선과 동일한 기울기를 가지며 상기 직선으로부터 상기 제2단계에서 계산한 거리값 만큼 떨어진 직선의 방정식을 구함. 상기 제1 및 제2직선의 교차점을 찾아 위치를 확인하는 제3과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

2개의 위성을 이용하여 지구상의 위치를 파악하는 방법{METHOD FOR SEARCHING THE LOCATION ON THE EARTH USING BY TWO SATELLITES}

본 발명은 이동통신 단말기의 위치를 파악하기 위한 방법에 관한 것으로, 특히 2개의 위성을 이용하여 단말기 자체적으로 지구상의 위치를 파악할 수 있도록하는 방법에 관한 것이다.

이동체의 정확한 위치를 파악하는 기술은 오래 전부터 선박 및 항공기의 항법용으로 사용되어 왔으나 개인용 또는 차량용으로 사용되기 시작한 것은 위성을 이용한 자동 측위 시스템인 GPS(Global Positioning System)가 이용되기 시작한 1990년대 초반부터이다. GPS는 상공에 떠 있는 24개의 위성으로부터 시간과 위치에 대한 정보를 수신하여 삼각 측량의 원리로 현재의 3차원 위치 및 시간을 알아내는 방식이다.

휴대용 전화기와 관련된 네비게이션(navigation) 기능은 주로 다음 두 가지 방법을 통해 이루어지고 있다.

첫째, 기지국이 고정된 상태에서 전파의 강도를 측정하여 현재 단말기(휴대용 전화기)가 놓여 있는 위치를 찾는다.

도 1a 및 도 1b는 3개의 고정된 기지국을 이용하여 사용자의 위치를 파악하는 상황을 설명하기 위한 도면이다. 기지국 1, 2, 3은 각각 해당 위치에 고정되어 있다. 또한 상기 세 기지국은 지구상에서 자신의 절대적인 위치를 이미 알고 있으며, 이는 사용자의 위치를 파악하는 데 있어서 전제 조건이다. 각 기지국으로부터 수신되는 전계 강도를 측정하고, 각 기지국에서 사용자까지의 거리를 측정해서 이들 측정 결과들을 이용하여 위치를 파악한다.

상기 방법은 기지국이 움직일 경우 사용자의 위치 파악이 불가능하다. 또한 주변에서 확인되는 기지국이 2개 이하인 경우에도 사용을 할 수 없다. 다시 말해서, 이 방법은 3개 이상의 고정된 기지국들이 있어야 측정이 가능하다. 그러므로인공위성이 기지국이 되는 경우, 즉 이동 기지국인 경우에는 쓸모가 없어지는 기술인 것이다. 그래서 인공위성 통신을 하는 그로벌(global) 서비스에는 적합하지 않다. 또한 단말기에서 자체적으로 자신의 위치를 파악할 수가 없다.

둘째, GPS수신기를 휴대용 전화기에 장착하여 위치를 찾는다.

도 2는 3개의 GPS 위성을 이용하여 사용자의 위치를 파악하는 상황을 설명하기 위한 도면이다. 휴대용 전화기에 장착된 GPS 수신기(100)가 GPS 1, 2, 3 위성에서 주어지는 정보들을 이용하여 사용자, 즉 상기 휴대용 전화기를 소지한 사람의 현재 위치를 알아낸다.

하지만 휴대용 전화기를 점점 소형, 경량화 하려는 현재의 추세에 비추어 볼 때 GPS수신기를 휴대용 전화기에 장착한다는 것은 부정적인 요소로 작용할 측면이 크다.

GPS수신기를 장착하는 방법은 상기와 같은 휴대용 전화기의 경우뿐만 아니라 다른 이동체, 예를 들면 자동차 네비게이션의 경우에도 마찬가지 문제를 갖는다. 즉 GPS수신기를 자동차에 새로 장착한다는 것은 비용 측면에서 부담이 된다. 또한 GPS 위성이 지구에서 가장 멀리 떨어져 있는 위성중의 하나이므로 전파의 수신 감도가 현저히 나쁜 상황에 있기 때문에 고층 빌딩 숲이나 고가도로 밑과 같은 곳에서는 수신이 힘들어 자신의 위치를 파악하는 데 상당한 어려움이 따른다.

따라서 본 발명의 목적은 단 2개의 위성을 이용하여 단말기 자체적으로 지구상의 위치를 파악할 수 있도록 하는 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 2개의 위성을 이용하여 지구상의 위치를 파악하는 방법에 있어서, 각 위성으로부터 빔 스폿 정보를 수신하는 제1과정과, 상기 각 빔 스폿 정보를 이용하여 다음 제1∼제4단계를 수행하여 각 위성에 대응하는 제1직선의 방정식과 제2직선의 방정식을 구하는 제2과정과, 제1단계: 현재 단말기의 위치로부터 빔 스폿의 경계까지 걸리는 시간 측정. 제2단계: 상기 측정 시간과 위성의 이동시간을 이용하여 거리값 계산. 제3단계: 상기 거리값을 각도와 거리의 비를 이용하여 각도값으로 변환. 제4단계: 상기 빔 스폿 정보에서 4개의 좌표점을 구하고, 상기 4개의 좌표점중 두 개의 좌표점을 연결하여 형성되는 직선과 동일한 기울기를 가지며 상기 직선으로부터 상기 제2단계에서 계산한 거리값 만큼 떨어진 직선의 방정식을 구함. 상기 제1 및 제2직선의 교차점을 찾아 위치를 확인하는 제3과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

도 1a 및 도 1b는 3개의 고정된 기지국을 이용하여 사용자의 위치를 파악하는 상황을 설명하기 위한 도면

도 2는 3개의 GPS 위성을 이용하여 사용자의 위치를 파악하는 상황을 설명하기 위한 도면

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 위치 판단 방법을 좌표상에서 설명하기 위한 도면

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 위치 판단 방법을 나타낸 순서도

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 인공위성의 종류 등과 같은 특정(特定) 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 위치 판단 방법을 좌표상에서 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 위치 판단 방법을 나타낸 순서도 이다.

아이코(ICO), 이리듐(IRIDIUM), 그로벌 스타(GLOBAL STAR) 및 IMT-2000용 등과 같은 인공위성들은 셀(cell) 방식을 사용한다. 즉 인공위성들은 지상으로 빔 스폿(beam spot)을 쏘는데, 서로 이웃하는 빔 스폿끼리는 일정 정도 겹치는 부분이 존재한다. 이 빔 스폿들의 바깥 부분(가장자리)을 연결하면 하나의 큰 원을 형성한다. 그러므로 상기 원 내부의 빔 스폿들은 상기 큰 원을 나누는 셀의 개념으로 볼 수 있다. 일 예로, ICO 위성의 경우 180여개의 빔 스폿을 가진다.

인공위성들은 항상 동일한 궤도를 돌아 일정한 시간에 일정한 위치에 오는 특성을 갖는다. 그러므로 그 인공위성들은 각자의 셀에 대한 좌표 및 그 좌표의 속도를 가지고 있다. 또한 인공위성은 그러한 셀 관련 정보를 지속적으로 보내주는 바, 본 발명의 실시 예에서 이용하고자 하는 위성의 속도(셀 이동속도), 빔의 직경 및 꼭지 좌표점(셀 좌표) 등은 기본적으로 알 수 있는 정보인 것이다. 단, 빔 스폿의 정보를 획득하는 데 있어서 전제되어야 할 조건은 두 셀이 조금이라도 엇갈리게 지나가야 한다는 것이다.

도 3을 참조하면, 4개의 좌표점(A, B, C, D, A', B', C', D')은 소정의 각도(degree)를 가진다. 위성의 지구 자전 속도는 k km/s로 가정하고, 거리(d km)와 상기 각도와의 관계는 1。를 m km로 가정한다. 또한 한 셀의 직경을 1km로 한다.

현재 사용자가 있는 곳에서 빔 스폿(셀)의 경계까지 걸리는 시간을 측정한다. 이때 단위는 초(second)로 한다. 핸드오버(hand over)를 하기 때문에 빔 스폿의 경계를 찾을 수 있다. 구체적으로 설명하면, 모든 인공위성 서비스에서는 다음 셀로 핸드오프를 하기 위해서 근접 셀에 내려오는 전파의 세기를 측정하고 있다. 물론 현재 자기가 위치하고 있는 셀의 전파의 세기도 측정하고 있다. 그러므로 2셀에서의 서로 다른 주파수의 전파의 세기를 측정하여 일정한 값이 되면 그것을 셀의 경계로 판단하면 된다.

빔 경계까지 걸리는 시간과 위성의 이동시간을 이용하여 거리(d = ks km)를 계산한다. 그리고 그 계산된 거리를 각도와 거리의 비를 이용하여 각도로 변환한다().

한 축의 위(경)도 직선 방정식은 다음과 같이 구한다. 직선 AD와 기울기는 동일하고 상기 직선 AD로부터 거리는 d만큼 떨어진 직선의 방정식을 구한다. 동일한 방법으로 다음 번 셀도 직선 A'D'에 평행한 직선의 방정식을 구한다. 그렇게 해서 두 개의 직선의 방정식의 교차점을 찾으면 지구상에서의 자신의 위치를 알 수 있다.

구체적으로, 직선 AD의 방정식은 다음 수학식들로 나타낼 수 있다.

y가 다음 수학식 1과 같을 때 b는 다음 수학식 2과 같이 표현된다.

그러므로 직선 AD와 평행한 직선의 방정식을 구해보면 다음 수학식 3과 같다.

이때 ks/m를 d로 바꾸면, 다음 수학식 4와 같이 된다.

단,와는 각각와이다.

이렇게 하여 직선 AD와 평행하고 d만큼 떨어진 직선의 방정식을 구할 수 있으며, 이를 다른 축에도 동일하게 적용하여 직선 A'D'와 평행한 직선의 방정식을 구할 수 있다. 두 직선의 방정식을 구해서 교점을 찾으면 지구상의 위치가 파악된다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 단 2개의 위성을 이용하여 지구상의 위치를 파악할 수 있고, 단말기가 자체적으로 자신의 위치를 파악 할 수 있는 장점이 있다. 또한 새로운 장비의 추가가 필요 없어서 경제적이다.

Claims

2개의 위성을 이용하여 지구상의 위치를 파악하는 방법에 있어서,

각 위성으로부터 빔 스폿 정보를 수신하는 제1과정과,

상기 각 빔 스폿 정보를 이용하여 다음 제1∼제4단계를 수행하여 각 위성에 대응하는 제1직선의 방정식과 제2직선의 방정식을 구하는 제2과정과,

제1단계: 현재 단말기의 위치로부터 빔 스폿의 경계까지 걸리는 시간 측정.

제2단계: 상기 측정 시간과 위성의 이동시간을 이용하여 거리값 계산.

제3단계: 상기 거리값을 각도와 거리의 비를 이용하여 각도값으로 변환.

제4단계: 상기 빔 스폿 정보에서 4개의 좌표점을 구하고, 상기 4개의 좌표점중 두 개의 좌표점을 연결하여 형성되는 직선과 동일한 기울기를 가지며 상기 직선으로부터 상기 제2단계에서 계산한 거리값 만큼 떨어진 직선의 방정식을 구함.

상기 제1 및 제2직선의 교차점을 찾아 위치를 확인하는 제3과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 제2과정에서 근접 빔 스폿에 대응하는 전파의 세기와 현재 위치에 해당하는 빔 스폿에 대응하는 전파의 세기를 측정하여 서로 다른 주파수이고 일정한 값을 갖는 전파의 세기가 측정되면 빔 스폿의 경계로 판단함을 특징으로 하는방법.