KR20010097037A - Global positioning system - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 GPS 위치추적 시스템은, 위성신호를 수신하는 안테나와, 상기 수신된 위성신호를 복조하는 고주파 수신부와, 상기 복조된 위성신호로부터 단말기와 위성까지의 의사거리를 계산하는 GPS 엔진과, 자이로 및 가속도 센서를 구비하여 가속도 및 자세에 관한 정보를 제공하는 관성항법장치와, 상기 지피에스 엔진에서 계산한 의사거리와 상기 관성항법장치로부터의 가속도 및 자세정보와, 로케이션서버로부터의 위치추적에 필요한 정보로부터 자신의 위치 및 이동경로를 결정하는 DSP와, 상기 DSP로부터 위치정보를 수신하여 표시하는 표시부를 포함한다.GPS positioning system according to the present invention, an antenna for receiving a satellite signal, a high frequency receiver for demodulating the received satellite signal, a GPS engine for calculating the pseudo distance from the demodulated satellite signal to the terminal and the satellite, An inertial navigation device having a gyro and an acceleration sensor to provide information on acceleration and attitude, pseudo distance calculated by the GPS engine, acceleration and attitude information from the inertial navigation device, and location tracking from a location server It includes a DSP for determining its position and the movement path from the information, and a display unit for receiving and displaying the position information from the DSP.
여기서, 지구의 자계를 이용하여 자신의 방위를 추적하고 그 방위정보를 상기 DSP로 전송하는 자기방향센서를 더 포함하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable to further include a magnetic direction sensor for tracking its orientation using the magnetic field of the earth and transmits the orientation information to the DSP.
이와 같은 본 발명에 따르면, GPS 리시버의 콜드 스타트시에 위성정보를 로케이션서버에서 수신하여, 빠른 속도로 GPS 리시버를 초기화하는 동시에 정확한 위치정보를 추적할 수 있고, 관성항법장치를 이용하여 위성신호를 수신할 수 없는 곳에서도 자신의 위치를 추적할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, by receiving the satellite information in the location server at the cold start of the GPS receiver, it is possible to initialize the GPS receiver at a high speed and to accurately track the location information, and to use the inertial navigation system to The advantage is that you can track your location even where you can't receive it.
Description
본 발명은 GPS(Global Positioning System) 위치추적 시스템에 관한 것으로서, 특히 신속하고 정확한 위치정보를 제공할 수 있는 GPS 위치추적 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a global positioning system (GPS) positioning system, and more particularly to a GPS positioning system capable of providing fast and accurate position information.
GPS란 지구 적도와 55도로 경사를 이루는 6개의 궤도면에, 각 궤도마다 4~5개씩의 위성을 배치하고, 지구상의 어디에서나 네 개 이상의 위성과 교신할 수 있도록 한 것으로서, GPS 위성에서 보내는 특정 코드(C/A code, Coase/Acquision code)가 들어 있는 신호를 수신하여 어느 시점에서의 자신의 현재 위치(경도, 위도, 고도)를 계산해낼 수 있는 시스템을 말한다.GPS is four or five satellites placed on six orbits inclined at 55 degrees from the Earth's equator, allowing each satellite to communicate with four or more satellites anywhere. It is a system that can calculate its current position (longitude, latitude, altitude) at a certain point by receiving a signal containing a code (C / A code, Coase / Acquision code).
여기서, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 GPS 수신 시스템에 대해 간략히 설명한다.Here, a brief description will be given of a conventional GPS receiver system with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래의 GPS 리시버의 내부 구성을 보여주는 블록도이다.1 is a block diagram showing the internal configuration of a conventional GPS receiver.
도 1을 참조하면, 종래의 GPS 리시버는 고주파 위성신호를 수신하기 위한 안테나(101)와, 상기 수신된 고주파 신호를 복조하기 위한 고주파 수신부(102)와, 상기 수신한 위성신호를 처리하여 GPS 리시버와 위성까지의 의사거리(Pseudorange)를 계산하기 위한 GPS 엔진(103)과, 상기 계산된 의사거리를 이용하여 GPS 리시버의 위치를 추정하기 위한 CPU(104)로 이루어진다.Referring to FIG. 1, a conventional GPS receiver includes an antenna 101 for receiving a high frequency satellite signal, a high frequency receiver 102 for demodulating the received high frequency signal, and a GPS receiver by processing the received satellite signal. And a GPS engine 103 for calculating a pseudorange to a satellite, and a CPU 104 for estimating the position of a GPS receiver using the calculated pseudorange.
상기와 같은 구성을 갖는 GPS 리시버의 동작에 대해 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation of the GPS receiver having the configuration as described above are as follows.
먼저, 위성으로부터 C/A 코드를 포함하는 고주파 신호를 안테나(101)를 통해 고주파 수신부(102)에서 수신하고, 그 수신된 신호를 복조하고, 디지털 신호로 변환하여 베이스 밴드 신호로 변환하여 GPS 엔진(103)으로 전송한다. 그러면, GPS 엔진(103)은 상기 전송된 C/A 코드와 똑같은 코드를 발생시켜 상기 두 개의 C/A 코드를 비교하여 상관관계를 계산하고, 상기 수신된 위성신호가 위성을 떠나 수신기가지 도착하는데 소요된 시간을 측정하여, 상기 측정된 시간에 위성신호의 속도(예컨대, 광속)를 곱하여 위성과 GPS 리시버 사이의 의사거리를 계산한다.First, a high frequency signal including a C / A code from a satellite is received by the high frequency receiving unit 102 through the antenna 101, and the demodulated signal is converted into a digital signal and converted into a baseband signal to the GPS engine. Send to 103. Then, the GPS engine 103 generates the same code as the transmitted C / A code, compares the two C / A codes, calculates a correlation, and the received satellite signal leaves the satellite and arrives at the receiver. By measuring the time required, the pseudo-distance between the satellite and the GPS receiver is calculated by multiplying the measured time by the speed (e.g., luminous flux) of the satellite signal.
그리고, CPU(104)는 상기와 같이 계산된 의사거리를 네 개의 위성으로부터 입력받아 위도, 경도, 고도 세 개의 좌표와 시계오차의 네 개의 미지수를 각종 알고리즘을 적용하여 처리하여 자신의 위치를 결정하게 된다.In addition, the CPU 104 receives the pseudoranges calculated as described above from four satellites, processes three coordinates of latitude, longitude, altitude, and four unknowns of clock error by applying various algorithms to determine its position. do.
한편, 상기와 같이 위치를 추적하는 GPS 시스템은 그 구현 방법에 따라 여러가지가 있는데, 이에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.On the other hand, there are a number of GPS systems for tracking the location according to the implementation method, which will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 여러가지 GPS 시스템을 보여주는 도면으로서, 각 GPS 시스템은 GPS 리시버(201)에서 위치를 추적하는데 필요한 정보를 얻는 방법에 따라 Autonomous GPS, Network assisted GPS, Network centric GPS로 구분할 수 있다.FIG. 2 is a diagram illustrating various GPS systems, and each GPS system may be classified into an autonomous GPS, a network assisted GPS, and a network centric GPS according to a method of obtaining information necessary for tracking a position in the GPS receiver 201.
먼저, 도 2a의 Autonomous GPS 시스템은 기본적인 GPS 시스템으로서, GPS 리시버가 대략 20,000Km 상공에 떠 있는 GPS 위성으로부터 C/A 코드를 포함하는 신호를 수신하여 GPS 리시버 자체적으로 자신의 위치를 추적한다. 그리고, 이동통신 단말기에 GPS 리시버를 내장하여 위치를 추적하는 경우에는 상기 추적한 위치정보를 이동통신 단말기(203)에 보내어 이동통신 단말기(203)에서 자신의 위치정보를 확인할 수 있다.First, the autonomous GPS system of FIG. 2A is a basic GPS system, in which the GPS receiver receives a signal including a C / A code from a GPS satellite floating about 20,000 km and tracks its own position by itself. When the GPS receiver is embedded in the mobile communication terminal to track the location, the tracked location information can be sent to the mobile communication terminal 203 to check its location information in the mobile communication terminal 203.
또한, Network assisted GPS 시스템은, GPS 시스템에서의 위치추적에 필요한여러 정보를 통신망을 통해 전송받아서 위치를 추적하는 것으로서, 특히 이동통신 단말기(203)에 GPS 리시버(201)를 연계하여 무선망을 통해 로케이션서버(205)로부터 상기 위치추적에 필요한 정보를 전송받는다.In addition, the network assisted GPS system tracks a location by receiving various information necessary for location tracking in a GPS system through a communication network. In particular, the network assisted GPS system connects the GPS receiver 201 to the mobile communication terminal 203 through a wireless network. The location server 205 receives the information necessary for the location tracking.
여기서, 상기 GPS 시스템에서의 위치추적에 필요한 여러 정보는 인공위성의 위치정보인 ephemeris와, 현재시간, 주파수, 에러정보 등이 있는데, 특히 GPS 시스템은 위성(202)과 GPS 리시버(201) 사이에 신호를 전송하는 시간 지연에 따른 거리를 토대로, 삼각 측량방법에 의해 위치를 추적하므로 위성(202)의 위치를 정확히 알고 있어야 한다. 따라서, GPS 시스템에서는 상기 위성(202)의 위치정보인 ephemeris가 중요한 정보로서 요구되는데, GPS 리시버(201)가 초기화 될 때 위성으로부터 상기 ephemeris를 수신하여 위치를 결정하며, 상기 ephemeris는 위성(202)의 위치가 변화하기 때문에 4~6시간마다 그 정보가 갱신된다.Here, the various information required for location tracking in the GPS system includes ephemeris, which is satellite location information, current time, frequency, error information, and the like. In particular, the GPS system signals between the satellite 202 and the GPS receiver 201. Since the position is tracked by a triangulation method based on the distance according to the time delay of transmitting the signal, the position of the satellite 202 must be known accurately. Therefore, in the GPS system, ephemeris, which is the location information of the satellite 202, is required as important information. When the GPS receiver 201 is initialized, the ephemeris is received from the satellite to determine the location, and the ephemeris is the satellite 202. Since the position of is changed, the information is updated every 4 to 6 hours.
이 때, 상기와 같이 GPS 리시버(201)가 초기에 ephemeris를 수신하고 위치를 결정하는 것을 콜드 스타트(cold start)라 하는데, GPS 리시버(201)가 콜드 스타트를 할 때, ephemeris를 수신하는 데에는 30초 정도의 시간이 소요되며, 이를 방지하기 위해서는 ephemeris를 미리 수신하고 있는 웜 스타트(warm start)를 할 수 있도록 GPS 리시버(201)의 대기상태를 유지하여야 하며, 그러기 위해서는 배터리의 소모량이 많아진다.At this time, the GPS receiver 201 initially receives the ephemeris and determines the position as a cold start. When the GPS receiver 201 performs the cold start, the ephemeris is 30 It takes about a second, and in order to prevent this, the standby state of the GPS receiver 201 must be maintained in order to perform a warm start receiving ephemeris in advance, and the battery consumption increases.
따라서, Network assisted GPS 시스템은, 로케이션서버(205)에서 GPS 수신기(206)를 통해 위성신호를 수신하여 상기 ephmeris와 같은 정보를 항상 수집하고, GPS 리시버(201)는 기지국(204)을 통해 로케이션서버(205)와 통신을 하며,특히 콜드 스타트시에 위치추적요구를 로케이션서버(205)로 전송하고, 로케이션서버(205)는 상기 수집한 정보를 GPS 리시버(201)로 전송하여 GPS 리시버(201)로 하여금 위치추적이 가능하게 함으로써, 신속하게 위성신호를 수신하고 건물이나 도심과 같이 위성신호가 미약한 곳에서도 위성신호를 안정하게 수신할 수 있게 되며, 배터리의 소모량도 감소시킬 수 있다.Accordingly, the network assisted GPS system receives the satellite signal from the location server 205 through the GPS receiver 206 and always collects information such as the ephmeris, and the GPS receiver 201 receives the location server through the base station 204. In communication with 205, the position tracking request is transmitted to the location server 205, particularly at the cold start, and the location server 205 transmits the collected information to the GPS receiver 201 to receive the GPS receiver 201. By enabling the location tracking, it is possible to receive the satellite signal quickly and stably receive the satellite signal even in the place where the satellite signal is weak, such as a building or the city, it can reduce the consumption of the battery.
그리고, Network centric GPS 시스템은 상기 Network assisted GPS 시스템과 거의 유사하며, 단지 Network assisted GPS 시스템은 GPS 리시버(201)에서 위치추적에 필요한 정보를 로케이션서버(205)로부터 수신하여 자신의 위치를 결정하는데 반해, Network centric GPS 시스템에서는 GPS 리시버(201)는 로케이션서버(205)로부터 전송된 정보를 이용하여 위성(202)과 GPS 리시버(201)와의 의사거리만을 계산하며 GPS 리시버(201) 자체에서는 자신의 위치 결정을 하지 않고, 상기 계산된 의사거리를 로케이션서버(205)로 전송하여 로케이션서버(205)에서 각 GPS 리시버(201)의 위치를 결정하게 된다.And, the network centric GPS system is almost similar to the network assisted GPS system, except that the network assisted GPS system receives the information necessary for the location tracking in the GPS receiver 201 from the location server 205 to determine its location. In a network centric GPS system, the GPS receiver 201 calculates only the pseudo distance between the satellite 202 and the GPS receiver 201 using information transmitted from the location server 205, and its position in the GPS receiver 201 itself. Without determining, the calculated pseudorange is transmitted to the location server 205 to determine the location of each GPS receiver 201 in the location server 205.
그러나, 상기한 바와 같은 GPS 시스템에서, Autonomous GPS 시스템은 GPS 리시버(201)가 콜드 스타트를 할 때에는 그 초기화 시간이 길어지고, 그 시간을 단축시키기 위해서는 GPS 리시버(201)를 웜 스타트 상태로 대기시켜야 하기 때문에 배터리의 소모가 많아진다. 또한, Network assisted GPS 시스템은 상기 GPS 리시버(201)의 콜드 스타트시의 대기시간을 감소시키고, 위성신호의 전파세기가 작을 때에도 위치를 추적할 수 있는 장점이 있으나, 위성신호를 수신할 수 없는 곳에서는 여전히 위치를 추적할 수 없다. 그리고, Network centric GPS 시스템은 상기Autonomous GPS 시스템과 Network assisted GPS 시스템보다 상대적으로 GPS 리시버(201)의 구성이 간단하지만 로케이션서버(205)의 의존도가 크고, 그에 따라 로케이션서버(205), 기지국(204)을 통해 GPS 리시버(201)로 이어지는 신호 전송에 있어서 그 트래픽(traffic)이 커지는 문제점이 있다.However, in the GPS system as described above, the autonomous GPS system has a long initializing time when the GPS receiver 201 is cold started, and in order to shorten the time, the GPS receiver 201 should be waited in a warm start state. As a result, battery consumption increases. In addition, the network assisted GPS system has the advantage of reducing the waiting time at the cold start of the GPS receiver 201 and tracking the position even when the propagation strength of the satellite signal is small, but where the satellite signal cannot be received Still cannot track your location. In addition, the network centric GPS system has a simpler configuration of the GPS receiver 201 than the autonomous GPS system and the network assisted GPS system, but has a large dependency on the location server 205. Accordingly, the location server 205 and the base station 204 There is a problem in that the traffic (traffic) is large in the signal transmission to the GPS receiver 201 through.
한편, 위성신호를 이용하여 위치를 추적하는 동시에, 짧은 시간(예컨대, 1초) 간격으로 위치를 측정하여, 그 측정한 두 점의 변위 방향을 방위정보로 제공하는 관성항법장치(INS, Inertial Navigation System)를 채용하여 위치를 추적하는, Autonomous GPS와 관성항법장치 하이브리드(hybrid) 방식이 있는데, 도 3에 도시한 바와 같이, Autonomous GPS와 관성항법장치 하이브리드(hybrid) 방식의 위치추적 단말기는, Autonomous GPS(301)와 관성항법장치(302)를 구비하고 이들을 연결하며 각각으로부터 정보를 입력받아 단말기의 위치를 추적하기 위한 DSP(303)로 구성된다.On the other hand, an inertial navigation system (INS, Inertial Navigation) that tracks a location using satellite signals and simultaneously measures the location at short intervals (for example, one second) and provides the direction of displacement of the two measured points as orientation information. There is an autonomous GPS and an inertial navigation device hybrid system that tracks the position by employing a system. As shown in FIG. A GPS 301 and an inertial navigation device 302 are provided and connected to each other, and the DSP 303 is provided to receive information from each other and track the location of the terminal.
상기 Autonomous GPS와 관성항법장치 하이브리드(hybrid) 방식의 위치추적 단말기는 관성항법장치(302)의 자이로(gyro)에서 단말기의 자세에 관한 정보를 수집하고, 가속도 센서를 통해 x, y, z 축 방향으로의 가속도를 측정하고, 상기 측정한 가속도를 적분하여 단말기의 이동을 측정하며, 상기 DSP(303)에는 칼맨필터(kalman filter)의 알고리즘이 들어있어 상기 GPS(301)와 관성항법장치(302)로부터 입력받은 정보를 이용하여 현 스테이트(state)를 추측하고, 실제의 위치와 추측한 위치의 차이를 최소화하도록 다음 스테이트를 조정하여 모니터(304)를 통해 현재 자신의 위치정보를 표시한다. 상기의 하이브리드 방식의위치추적 단말기는 건물 내부나 지하 등의 위성신호를 수신할 수 없는 곳에서는 관성항법장치의 동작만으로 단말기의 위치를 계속 추적할 수 있다.The autonomous GPS and inertial navigation device hybrid location tracking terminal collects information on the posture of the terminal in a gyro of the inertial navigation device 302 and uses the acceleration sensor in the x, y and z axis directions. To measure the acceleration, and integrate the measured acceleration to measure the movement of the terminal. The DSP 303 includes an algorithm of a kalman filter, so that the GPS 301 and the inertial navigation device 302 are included. The current state is estimated using information inputted from the current state, and the next state is adjusted to minimize the difference between the actual position and the estimated position, and the current state information is displayed through the monitor 304. The hybrid location tracking terminal can keep track of the location of the terminal only by the operation of the inertial navigation device in a place where a satellite signal such as a building or basement cannot be received.
그러나, 상기와 같은 하이브리드 방식은 오차가 큰 Autonomous GPS를 채용하고 있어 초기 위치가 부정확하여 결과적으로 단말기의 위치가 부정확하고, 콜드 스타트시의 초기화되는 시간이 길어지게 되는 문제점이 있다.However, the hybrid method described above has a problem that Autonomous GPS with a large error is used, and thus, the initial position is incorrect, resulting in an incorrect position of the terminal and a long initialization time during cold start.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 관성항법장치와 자기방향센서를 내장하고, 로케이션서버로부터 위성신호를 전송받게 하여, 위치정보를 신속하고 정확하게 추적할 수 있는 GPS 위치추적 시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.The present invention was created in order to solve the above problems, and has a GPS location tracking system that is equipped with an inertial navigation device and a magnetic direction sensor and receives satellite signals from a location server, so that the location information can be quickly and accurately tracked. The purpose is to provide.
도 1은 종래의 GPS 리시버의 내부 구성을 보여주는 블록도.1 is a block diagram showing the internal configuration of a conventional GPS receiver.
도 2는 여러가지 GPS 시스템을 보여주는 도면.2 shows various GPS systems.
도 3은 하이브리드 방식의 위치추적 단말기의 구성을 보여주는 블록도.Figure 3 is a block diagram showing the configuration of a hybrid location tracking terminal.
도 4는 본 발명에 따른 GPS 위치추적 시스템을 보여주는 도면.4 illustrates a GPS location tracking system in accordance with the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
101, 401a...안테나 102, 401b...고주파 수신부101, 401a ... antenna 102, 401b ... high frequency receiver
103, 401c...GPS 엔진 104...CPU103, 401c ... GPS engine 104 ... CPU
201...GPS 리시버 202, 408...위성201 ... GPS receiver 202, 408 ... Satellite
203...이동통신 단말기 204, 405...기지국203 ... mobile terminal 204, 405 ... base station
205, 406...로케이션서버 206, 407...GPS 수신기205, 406 Location Server 206, 407 GPS Receiver
302, 402...관성항법장치 304...모니터302, 402 Inertial Navigation Unit 304 ... Monitor
303, 401d...DSP 401...위치추적 단말기303, 401d ... DSP 401 ... location tracking terminal
402a...자이로 404...표시부402a ... gyro 404
402b...가속도 센서 403...자기방향센서402b ... Acceleration sensor 403 ... Magnetic direction sensor
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 GPS 위치추적 시스템은, 위성신호를 수신하는 안테나와, 상기 수신된 위성신호를 복조하는 고주파 수신부와, 상기 복조된 위성신호로부터 단말기와 위성까지의 의사거리를 계산하는 GPS 엔진과, 자이로 및 가속도 센서를 구비하여 가속도 및 자세에 관한 정보를 제공하는 관성항법장치와, 상기 지피에스 엔진에서 계산한 의사거리와 상기 관성항법장치로부터의 가속도 및 자세정보와, 로케이션서버로부터의 위치추적에 필요한 정보로부터 자신의 위치 및 이동경로를 결정하는 DSP와, 상기 DSP로부터 위치정보를 수신하여 표시하는 표시부를 포함한다.In order to achieve the above object, the GPS position tracking system according to the present invention, an antenna for receiving a satellite signal, a high frequency receiver for demodulating the received satellite signal, and the pseudo to the terminal and the satellite from the demodulated satellite signal An inertial navigation device including a GPS engine for calculating a distance, a gyro and an acceleration sensor to provide acceleration and attitude information, a pseudo distance calculated by the GPS engine, acceleration and attitude information from the inertial navigation device, And a DSP for determining its location and movement path from information necessary for location tracking from a location server, and a display unit for receiving and displaying location information from the DSP.
여기서, 지구의 자계를 이용하여 자신의 방위를 추적하고 그 방위정보를 상기 DSP로 전송하는 자기방향센서를 더 포함하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable to further include a magnetic direction sensor for tracking its orientation using the magnetic field of the earth and transmits the orientation information to the DSP.
이와 같은 본 발명에 따르면, GPS 리시버의 콜드 스타트시에 위성정보를 로케이션서버에서 수신하여 빠른 속도로 GPS 리시버를 초기화하는 동시에 정확한 위치정보를 추적할 수 있고, 관성항법장치를 이용하여 위성신호를 수신할 수 없는 곳에서도 자신의 위치를 추적할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, at the time of cold start of the GPS receiver to receive the satellite information from the location server to initialize the GPS receiver at high speed and at the same time can accurately track the position information, using the inertial navigation system to receive the satellite signal The advantage is that you can track your location even where you can't.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 따른 GPS 위치추적 시스템을 보여주는 도면이다.4 is a diagram illustrating a GPS location tracking system according to the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 GPS 위치추적 시스템은, 위성신호를 수신하는 안테나(401a)와, 상기 수신된 위성신호를 복조하는 고주파 수신부(401b)와, 상기 복조된 위성신호로부터 단말기와 위성까지의 의사거리를 계산하는 GPS 엔진(401c)과, 자이로(402a) 및 가속도 센서(402b)를 구비하여 가속도 및 자세에 관한 정보를 제공하는 관성항법장치(402)와, 상기 GPS 엔진(401c)에서 계산한 의사거리와 상기 관성항법장치(402)로부터의 가속도 및 자세정보와, 로케이션서버(406)로부터의 위치추적에 필요한 정보로부터 자신의 위치 및 이동경로를 결정하는 DSP(401d)와, 상기 DSP(401d)로부터 위치정보를 수신하여 표시하는 표시부(404)를 포함한다.Referring to FIG. 4, the GPS location tracking system according to the present invention includes an antenna 401a for receiving a satellite signal, a high frequency receiver 401b for demodulating the received satellite signal, and a terminal from the demodulated satellite signal. A GPS engine 401c for calculating pseudo distance to the satellite, an inertial navigation device 402 including a gyro 402a and an acceleration sensor 402b for providing information on acceleration and attitude, and the GPS engine 401c. DSP 401d for determining its position and movement path from the pseudo distance calculated in the above), the acceleration and attitude information from the inertial navigation apparatus 402, and the information necessary for the position tracking from the location server 406, And a display unit 404 for receiving and displaying position information from the DSP 401d.
여기서, 지구의 자계를 이용하여 자신의 방위를 추적하고 그 방위정보를 상기 DSP(401d)로 전송하는 자기방향센서(403)를 더 포함하는 것이 바람직하다Here, it is preferable to further include a magnetic direction sensor 403 for tracking its orientation using the magnetic field of the earth and transmitting the orientation information to the DSP 401d.
또한, 상기 표시부(404)는 위치정보를 표시할 수 있는 디스플레이 장치와, 상기 로케이션서버(406)와 DSP(401d) 사이에 신호를 전송할 수 있는 기능을 갖는것으로서, 이동통신 단말기로서도 구현이 가능하다.In addition, the display unit 404 has a display device capable of displaying position information and a function of transmitting a signal between the location server 406 and the DSP 401d, and may be implemented as a mobile communication terminal. .
상기와 같은 GPS 위치추적 시스템에서의 위치추적은, 먼저 위치추적 단말기(401)의 DSP(401d)에서 안테나(401a)와 고주파 수신부(401b)를 통해 위성(408)으로부터 신호를 받아 위성(408)과 자신과의 의사거리를 계산함으로써 자신의 위치를 추적하는 동시에, 로케이션서버(406)에게도 표시부(404) 및 기지국(405)을 통해 위치추적 요구를 전송하여, 로케이션서버(406)로부터 위치추적에 필요한 소정의 정보를 전송받는다.In the GPS location tracking system as described above, the satellite 408 receives a signal from the satellite 408 through the antenna 401a and the high frequency receiver 401b in the DSP 401d of the location tracking terminal 401. By tracking the location of the user by calculating a pseudo distance between the user and the user, the location server 406 also transmits a location tracking request through the display unit 404 and the base station 405 to the location server 406. Receive certain information required.
그러면, 상기 위치추적 단말기(401)의 DSP(401d)에서 위성(408)으로부터 수신한 위성신호에 의해 계산된 위치정보와, 표시부(404)로부터 전송된 로케이션서버(406)의 정보를 비교하여 자신의 위치를 추적하게 된다.Then, the location information calculated by the satellite signal received from the satellite 408 in the DSP 401d of the location tracking terminal 401 and the information of the location server 406 transmitted from the display unit 404 are compared. Will track the position of.
이렇게, 위치추적 단말기(401)에서 위치를 추적하면, 그 결과를 표시부(404)에 전송하여 위치를 표시하게 된다.As such, when the location tracking terminal 401 tracks the location, the location is transmitted to the display unit 404 to display the location.
여기서, 상기 로케이션서버(406)는 상기 GPS 수신기(407)를 통해 위성신호를 수신하여, Ephemeris, 시간, 주파수 등의 정보를 수집하고, 각 위성의 ephemeris 정보를 이용하여 위성의 정확한 위치를 계산하고, 상기 위성(408)과 GPS 수신기(407) 사이의 거리를 추적하여 계속적으로 자신의 정확한 위치를 계산한다. 또한, 상기 수신한 위성신호에서 위성(408)의 위치정보인 ephemeris를 이용하여 상기 자신이 계산한 위치정보와 실제 위치와의 오차를 계산하고 그 오차의 변화율도 계산하여 상기 계산한 오차관련정보를 시간과 함께 데이터 베이스화하여 저장해 둔다.Here, the location server 406 receives the satellite signal through the GPS receiver 407, collects information such as Ephemeris, time, frequency, calculates the exact position of the satellite using the ephemeris information of each satellite The distance between the satellite 408 and the GPS receiver 407 is tracked to continuously calculate its exact position. In addition, using the ephemeris which is the position information of the satellite 408 in the received satellite signal, the error between the position information calculated by itself and the actual position is calculated, and the rate of change of the error is also calculated to calculate the error related information. Database and save with time.
그리고, 상기 위치추적 단말기(401)에서 위치추적 요구를 로케이션서버(406)로 전송하면, 상기 로케이션서버(406)는 상기 저장한 자신의 위치정보와, 오차관련정보 및 위성의 ephemeris, 시간, 주파수 등에 관한 정보를 기지국(405)을 통해 표시부(404)로 전송하고, 표시부(404)는 상기 로케이션서버(406)로부터 수신한 정보를 위치추적 단말기(401)의 DSP(401d)에 전송하여, 상기 위치추적 단말기(401)의 DSP(401d)가, 자신이 계산한 위치정보와 상기 로케이션서버(406)로부터 전송된 오차관련정보를 이용하여 자신의 위치를 추적한다. 따라서, 위치추적 단말기(401)는 로케이션서버(406)로부터 전송되는 오차관련정보로 인해 더욱 정확한 위치추적을 할 수 있다.When the location tracking terminal 401 transmits a location tracking request to a location server 406, the location server 406 stores the location information, error related information, and ephemeris, time, and frequency of the satellite. Etc., the display unit 404 is transmitted to the display unit 404 through the base station 405, and the display unit 404 transmits the information received from the location server 406 to the DSP 401d of the location tracking terminal 401. The DSP 401d of the location tracking terminal 401 tracks its location using the location information calculated by itself and the error related information transmitted from the location server 406. Accordingly, the location tracking terminal 401 may perform more accurate location tracking due to the error related information transmitted from the location server 406.
한편, 관성항법장치(402)에서는 자이로(402a)와 가속도 센서(402b)를 이용하여 자신의 이동 변위를 계산하여 위치추적 단말기(401)의 위치를 추적할 수 있게 하여, 위성신호가 위치를 추적할 수 없을 정도로 미약하거나, 위성신호를 수신할 수 없을 때에는, 상기 관성항법장치(402)를 이용하여 위치추적 단말기(401)의 위치를 추적할 수 있게 한다.Meanwhile, the inertial navigation apparatus 402 calculates its own movement displacement using the gyro 402a and the acceleration sensor 402b, so that the position of the position tracking terminal 401 can be tracked so that the satellite signal tracks the position. When it is too weak or cannot receive satellite signals, the inertial navigation device 402 can be used to track the location of the location tracking terminal 401.
이 때, 위치추적의 정확성을 기하기 위해 상기 GPS 엔진(401c)과 관성항법장치(402)를 동시에 동작시킬 수도 있다.At this time, the GPS engine 401c and the inertial navigation apparatus 402 may be operated at the same time to ensure the accuracy of the position tracking.
또한, 자기방향센서(403)에서 사용자의 요구가 있거나, 설정된 주기마다 주변의 자장을 감지하여 지구 자기장 방향을 검출하여, 방위정보를 위치추적 단말기(401)의 DSP(401d)에 전송하면, DSP(401d)에서 표시부(404)를 통해 현재 위치의 방위도 표시할 수 있다.In addition, when the magnetic direction sensor 403 detects a magnetic field around the user's request or sets a predetermined period, the direction of the earth's magnetic field is detected, and the bearing information is transmitted to the DSP 401d of the location tracking terminal 401. In 401d, the orientation of the current location may be displayed through the display unit 404.
또한, 위치추적 단말기(401)에서, 초기에 위성정보를 수신하는 콜드 스타트를 할 때는 로케이션서버(406)로부터 위성신호를 전송받게 하여, 위성정보를 수신하여 초기화하는 콜드 스타트 시간을 단축시킬 수 있다.In addition, in the location tracking terminal 401, when initially performing a cold start to receive satellite information, the satellite server may be received from the location server 406, thereby reducing the cold start time for receiving and initializing satellite information. .
여기서, 상기 GPS 위치추적 시스템에 채용되는 위치추적 단말기(401)에 대해 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.Here, the location tracking terminal 401 employed in the GPS location tracking system will be described in more detail.
본 발명에 따른 GPS 위치추적 시스템에 채용되는 위치추적 단말기(401)는, 고주파 위성신호를 수신하기 위한 안테나(401a)와, 상기 수신된 고주파 신호를 복조하기 위한 고주파 수신부(401b)와, 상기 수신한 위성신호를 처리하여 자신과 위성(408)까지의 의사거리를 계산하기 위한 GPS 엔진(401c)과, 자신의 자세에 관한 정보를 추측하는 자이로(402a)와 자신의 이동하는 가속도를 추측하는 가속도 센서(402b)를 포함하여 구성되는 관성항법장치(402)와, 지구의 자계를 감지하여 자신의 방위를 추적하기 위한 자기방향센서(403)와, 상기 GPS 엔진(401c)에서 계산한 의사거리를 이용하여 자신의 위치를 추정하기 위한 DSP(401d)를 포함하여 구성된다.The location tracking terminal 401 employed in the GPS location tracking system according to the present invention includes an antenna 401a for receiving a high frequency satellite signal, a high frequency receiver 401b for demodulating the received high frequency signal, and the reception. GPS engine 401c for processing a satellite signal and calculating pseudo distance between itself and satellite 408, gyro 402a for estimating information about one's posture, and acceleration for estimating his moving acceleration Using an inertial navigation device 402 including a sensor 402b, a magnetic direction sensor 403 for detecting the magnetic field of the earth and tracking its orientation, and a pseudo distance calculated by the GPS engine 401c. And a DSP 401d for estimating its position.
상기와 같은 구성을 갖는 위치추적 단말기(401)는, 위성으로부터 C/A 코드를 포함하는 고주파 신호를 안테나(401a)를 통해 고주파 수신부(401b)에서 수신하여 복조하고, 그 복조된 신호를 디지털 신호로 변환하고 베이스 밴드 신호로 변환한 후, GPS 엔진(401c)으로 전송한다. 그러면, GPS 엔진(401c)은 상기 전송된 C/A 코드와 똑같은 코드를 발생시켜 상기 두 개의 C/A 코드를 비교하여 상관관계를 계산하고, 상기 수신된 위성신호가 위성(408)을 떠나 GPS 안테나(401a)까지 도착하는데소요된 시간을 측정하여, 상기 측정된 시간에 위성신호의 속도(예컨대, 광속)를 곱하여 위성과 자신과의 의사거리를 계산하여 DSP(401d)에 전송한다.The location tracking terminal 401 having the above configuration receives and demodulates a high frequency signal including a C / A code from a satellite at the high frequency receiver 401b through the antenna 401a, and demodulates the demodulated signal into a digital signal. After conversion to the baseband signal is converted to the GPS engine 401c. Then, the GPS engine 401c generates a code identical to the transmitted C / A code, compares the two C / A codes, calculates a correlation, and the received satellite signal leaves the satellite 408 to GPS. The time required to reach the antenna 401a is measured, and the pseudo-distance between the satellite and itself is calculated by multiplying the measured time by the speed (eg, luminous flux) of the satellite signal and transmitted to the DSP 401d.
그리고, 상기 관성항법장치(402)의 자이로(402a)에서는 단말기의 자세에 관한 정보를, 가속도 센서(402b)는 단말기의 가속도에 관한 정보를 측정하여, 상기 위치추적 단말기(401)의 DSP(401d)로 전송한다.In addition, the gyro 402a of the inertial navigation apparatus 402 measures information about the attitude of the terminal, and the acceleration sensor 402b measures information about the acceleration of the terminal, thereby detecting the DSP 401d of the location tracking terminal 401. To send).
그러면, 상기 DSP(401d)에는 위치결정을 위한 항법 알고리즘과 관성항법장치(402)로부터 들어오는 데이터를 처리하는 칼맨필터 알고리즘과 전체 시스템의 제어를 담당하는 프로그램이 내장되어 있어, 상기 GPS 엔진(401c)에서 계산한 의사거리, 또는 관성항법장치(402)로부터 들어오는 데이터를 이용하여 자신의 위치를 결정하게 된다.Then, the DSP 401d includes a navigation algorithm for positioning, a Kalman filter algorithm for processing data coming from the inertial navigation apparatus 402, and a program for controlling the entire system. Using the pseudo distance calculated from the, or the data coming from the inertial navigation device 402 to determine its position.
이 때, 상기 관성항법장치(402)는 자신의 자세 및 가속도에 관한 정보를 이용하여 현재 스테이트를 추측하고, 실제의 위치와 추측한 위치의 차이를 최소화하도록 다음 스테이트를 조정함으로써 위성신호를 수신할 수 없을 때에도 단말기의 위치추적을 계속적으로 가능하게 한다.At this time, the inertial navigation device 402 estimates the current state by using information about its attitude and acceleration, and receives the satellite signal by adjusting the next state to minimize the difference between the actual position and the estimated position. Even when it is not possible, the location of the terminal is continuously enabled.
또한, 좀 더 정확한 위치추적을 위해서, 상기 DSP(401d)는 상기 GPS 엔진(401c)으로부터 전송된 위치정보와, 상기 관성항법장치(402)로부터 전송된 자세 및 가속도에 관한 정보를 동시에 이용하여 현재 자신의 위치정보를 정확히 추적할 수 있다.In addition, for more accurate position tracking, the DSP 401d uses the position information transmitted from the GPS engine 401c at the same time and information on the attitude and acceleration transmitted from the inertial navigation apparatus 402 at the same time. You can accurately track your location information.
또한, 상기 자기방향센서(403)는 지구 자계를 이용하여 단말기의 방위를 추적하여, 그 방위정보를 상기 위치추적 단말기(401)의 DSP(401d)로 전송하고, 상기DSP(401d)는 이를 이용하여 자신의 방위도 추적할 수 있다.In addition, the magnetic direction sensor 403 tracks the orientation of the terminal using the earth's magnetic field, and transmits the orientation information to the DSP 401d of the location tracking terminal 401, which the DSP 401d uses. You can also track your bearings.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 GPS 위치추적 시스템에 의하면, GPS 리시버의 콜드 스타트시에 위성정보를 로케이션서버에서 수신하여 빠른 속도로 GPS 리시버를 초기화하는 동시에 로케이션서버로부터 전송되는 오차관련정보를 이용하여 위치를 추적하여 정확한 위치정보를 추적할 수 있고, 관성항법장치를 이용하여 위성신호를 수신할 수 없는 곳에서도 자신의 위치를 추적할 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the GPS position tracking system according to the present invention, at the time of cold start of the GPS receiver, the satellite server receives the satellite information at a high speed and initializes the GPS receiver at a high speed. By using the location tracking to track the exact location information, there is an advantage that can be used to track their location even where the satellite signal can not be received using the inertial navigation system.
또한, 자기방향 센서를 구비하여 현재 위치는 물론이고, 방위도 표시할 수 있는 장점이 있다.In addition, the magnetic direction sensor is provided to display the direction as well as the current position.
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