KR20020087187A - Presumption method for accommodation position of mobile terminal using Global Position System and Base station - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이동국의 위치 확인을 위해서, 위성과 기지국을 가시거리 확보 여부에 따라 적응적으로 변경하여 이동국의 위치를 확인할 수 있도록 한 지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치 추정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a geographic information system and an adaptive location estimation method of a mobile station using a base station to determine the location of the mobile station by adaptively changing the satellite and the base station according to whether or not to secure the visible distance for positioning of the mobile station. .
현재 단말기의 위치를 찾아내는 방법으로는 크게 위성을 이용하여 찾는 방법과 기지국을 기반으로 기지국 간의 신호를 이용하여 찾는 방법 두 가지 경우가 있다.Currently, there are two methods of finding the location of a terminal using a satellite search and a method using a signal between base stations based on a base station.
위성을 이용하여 개인용 또는 차량용 이동국의 위치를 찾는 경우는, 위성을 이용한 자동 측위 시스템인 GPS(Global Position System)가 상공에 떠 있는 24개의 위성으로부터 시간과 위치에 대한 정보를 수신하여 삼각 측량의 원리로 현재의 3차원 위치 및 시간을 알아내는 방식이다.When using a satellite to find the location of a personal or vehicle mobile station, the GPS (Global Position System), a satellite automatic positioning system, receives information about time and location from 24 satellites in the air. This is to find out the current 3D location and time.
도 1은 위성을 이용한 종래의 측위 시스템의 구성 예를 나타낸 것으로, 이동 통신 단말기(TE)가 다수의 위성(SAT1~SAT4)으로부터 시간과 위치에 대한 정보를 수신하는 상태를 보여주고 있다. 이때 사용자 즉, 상기 이동통신 단말기(TE)의 좌표 및 시각(Xu, Yu, Zu, Tu)라 하고, 제 1위성(SAT1)의 좌표 및 시각(X1,Y1,Z1,T1)이라 하면 상기 이동통신 단말기(TE)와 상기 제 1위성(SAT1) 사이의 의사(Pseudo) 거리는 사용자의 시계오차 △Tu라고 가정하고 광속이 C일 때 다음과 같이 계산된다.FIG. 1 illustrates a configuration example of a conventional positioning system using satellites, and illustrates a state in which a mobile communication terminal (TE) receives information on time and location from a plurality of satellites SAT1 to SAT4. In this case, the coordinates and time (Xu, Yu, Zu, Tu) of the user, that is, the mobile communication terminal (TE), and the coordinates and time (X1, Y1, Z1, T1) of the first satellite SAT1 are moved. The pseudo distance between the communication terminal TE and the first satellite SAT1 is calculated as follows when the luminous flux is C, assuming that the user's clock error? Tu.
이때 위성의 좌표는 미리 알고 있으므로 미지수 Xu, Yu, Zu, △Tu를 알아내기 위해서는 4개의 식이 필요하고, 이것은 4개 이상의 위성으로부터 신호를 받을 수 있으면 해결된다. 실제 운용되는 위성은 4개의 괘도에 각 6개씩 총 24개가 있으므로 가시 범위에서 접할 수 있는 위성의 개수는 항상 5개이다. 이렇게 알아낼 수 있는 사용자의 위치오차는 현재 수 100M 내외이다.At this time, since the coordinates of the satellite are known in advance, four equations are needed to determine the unknowns Xu, Yu, Zu, and ΔTu, and this is solved if signals can be received from four or more satellites. Since there are 24 satellites in total, each of which is six on four orbits, there are always five satellites in the visible range. The user's location error can be found around 100M.
이러한 코드 신호 이외에도 반송파 위상 신호를 이용하면 그 정확도가 수 MM단위에 이를 정도로 정확한 반면에 위성과 이동국간의 가시거리가 확보되지 않으면그 성능을 발휘하지 못하는 단점이 있다.In addition to the code signal, if the carrier phase signal is used, the accuracy is accurate to several MM units, but the performance cannot be achieved unless the visible distance between the satellite and the mobile station is secured.
또한, 기지국을 이용하는 방법의 경우 기지국간의 신호를 이용하여 이동국의 위치를 추적하는 것으로, 일반적으로 AOA(Angle Of Arrival)나 TOA(Time Of Arrival), 혹은 TDOA(Time Difference Of Arrival) 등이 이용되고 잇다. 이중에서도 AOA는 이동국과 기지국 간의 거리가 가까운 경우에 좋은 성능을 발휘하고, TDOA는 이동국과 기지국 간의 거리가 먼 경우에 좋은 성능을 나타낸다.In addition, in the case of using the base station to track the position of the mobile station by using the signal between the base stations, in general, AOA (Angle Of Arrival), TOA (Time Of Arrival), TDOA (Time Difference Of Arrival), etc. are used. connect. Among them, AOA shows good performance when the distance between the mobile station and the base station is close, and TDOA shows good performance when the distance between the mobile station and the base station is far.
그러나, 이러한 기지국을 이용한 방식은 현재까지 FCC권고안에서 요구하는 수준(125M(67% 정확도))을 맞추기에는 많은 어려움이 따른다.However, this method using a base station is difficult to meet the level (125M (67% accuracy)) required by the FCC recommendation to date.
여기서, TDOA는 각각의 기지국에서 도달하는 시간의 차를 이용하는 방법이다. 도 2는 TDOA의 기본 개념도로서, (x,y)로 표현되는 이동국(TE)의 좌표값과 각 기지국(BS1,BS2,BS3)(x1, y1)(x2,y2)들을 순차적으로 계산하여 상대적인 거리(ri)를 구하고, 이때의 주어진 거리를 이용하여 상대적인 수신 시간차를 구한다. 다음은 그러한 방법의 기본적인 식 1을 나타내었다.Here, TDOA is a method of using the difference in time arriving at each base station. 2 is a basic conceptual diagram of TDOA, in which the coordinate values of the mobile station TE represented by (x, y) and the respective base stations BS1, BS2, BS3) (x 1 , y 1 ) (x 2 , y 2 ) are sequentially Calculate the relative distance (r i ), and obtain the relative reception time difference using the given distance at this time. The following shows the basic equation 1 of such a method.
여기서, x,y 는 확인되지 않은 이동국 위치이고, xi,yi는 확인된 기지국 위치이다.Where x, y are unidentified mobile station locations and x i , y i are confirmed base station locations.
그리고, AOA는 3개 이상의 기지국으로부터 들어오는 신호의 각을 이용하여 그 각들의 교차점을 이용하여 이동국의 위치를 찾는 방법이다. 일반적으로 군에서 많이 사용되는 삼각 측량법에 기초하고 있다.In addition, AOA is a method of locating a mobile station using an intersection of angles using angles of signals from three or more base stations. It is based on the triangulation method commonly used in the group.
그러나, 상술한 바와 같이 이동국의 위치를 확인하기 위해 위성을 이용한 방법에는 가시거리의 확보의 문제점이 존재하고, 기지국을 이용한 방법에는 각각의 방법에 따라 원근간의 문제와 정확도에 대한 문제가 남는다.However, as described above, there is a problem of securing a visible distance in a method using a satellite to check the position of a mobile station, and a problem in perspective and accuracy remains in the method using a base station according to each method.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 위성 수신기를 탑재한 이동국의 위치 확인을, 위성과의 가시 거리 확보 여부에 따라 위성를 이용한 위치 확인과 가시거리 미 확보에 따른 기지국을 이용한 위치확인을 주변 환경에 따라 적응적으로 대응할 수 있도록 한 지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치 추정방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, the location of the mobile station equipped with a satellite receiver, according to whether or not to secure the visible distance to the satellite using the base station according to the location confirmation and the non-visible distance secured It is an object of the present invention to provide an adaptive location estimation method of a mobile station using a geographic information system and a base station that can adaptively identify a location according to a surrounding environment.
도 1은 종래 위성을 이용한 이동국의 측위 시스템 구성도.1 is a configuration diagram of a positioning system of a mobile station using a conventional satellite.
도 2는 종래 기지국을 이용한 이동국의 측위 시스템 구성도.2 is a configuration diagram of a positioning system of a mobile station using a conventional base station.
도 3은 본 발명 실시 예에 따른 지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치 추정방법을 나타낸 플로우 챠트.3 is a flowchart illustrating an adaptive location estimation method of a mobile station using a geographic information system and a base station according to an exemplary embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
SAT1,SAT2,SAT3...위성BS1,BS2...기지국SAT1, SAT2, SAT3 ... Satellite BS1, BS2 ... Base Station
TE...이동국TE ...
상기한 목적 달성을 위한, 본 발명에 따른 지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치 추정방법은,In order to achieve the above object, an adaptive location estimation method of a mobile station using a geographic information system and a base station according to the present invention,
이동국이 위성 신호 수신 가능 여부를 확인하는 단계;Confirming, by the mobile station, whether the satellite signal can be received;
상기 이동국이 위성 신호가 수신되면 내부에 장착된 GPS수신기에서 위성 신호를 추적하여 위치를 추정하고, 위성 신호 수신 불가능이면 기지국 기반 신호를 발생시켜 기지국 신호를 추적하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.When the mobile station receives a satellite signal, the GPS receiver mounted therein tracks the satellite signal to estimate the position, and if it is impossible to receive the satellite signal, generates a base station-based signal to track the base station signal.
바람직하게, 상기 기지국 기반 신호를 발생시켜 이동국이 기지국 신호를 추적하는 방식은 TDOA 의 방식을 사용하여 이동체의 측위를 시도하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the method of generating a base station-based signal and tracking the base station signal by the mobile station is characterized by attempting to locate the mobile object using the TDOA method.
바람직하게, 상기 TDOA의 경우는 CHAN의 방식으로 이용하여 기지국과 이동체 간의 상대적인 거리 및 위치를 구하여 기지국과 이동체간의 위치를 구한 후, 구한 결과치에서 잡음성분을 제거한 값을 구한 다음 공분산 행렬을 구하여 최대 유사한 값으로부터 이동국의 위치를 구하는 것을 특징으로 한다.Preferably, in the case of the TDOA, the relative distance and position between the base station and the mobile body are obtained by using the CHAN method, and the position between the base station and the mobile body is obtained. The position of the mobile station is obtained from the value.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치 추정 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.An adaptive location estimation method of a mobile station using a geographic information system and a base station according to the present invention configured as described above will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명 실시 예에 따른 지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치 추정방법을 나타낸 플로우 챠트이다.3 is a flowchart illustrating an adaptive location estimation method of a mobile station using a geographic information system and a base station according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 이동국의 GPS 수신기에서 위성 신호 수신 가능 여부를 확인한 후(301), 위성신호 수신 가능이면 위성 신호를 추적하고(302), 이동국의 위치를 추정하게 된다. 그리고, 위성 신호를 수신하지 못하는 경우 기지국 기반 신호를 발생시키고(304), 기지국 신호를 추적하여(305) 이동국 위치를 추적하게 된다(303).Referring to FIG. 3, after confirming whether a satellite signal can be received by the GPS receiver of the mobile station (301), if the satellite signal can be received, the satellite signal is tracked (302) and the position of the mobile station is estimated. If the satellite signal is not received, the base station based signal is generated (304), and the base station signal is tracked (305) to track the mobile station location (303).
상세하게, 위성 수신 환경과 기지국 기반 환경을 설명하면, 이동국은 GPS수신기를 내장하고, 지리정보 시스템을 이용하여 위성과의 가시거리가 확보가 이루어지면 측위 환경에 대한 우선권을 위성을 이용한 위치 확인을 하고, 위성과의 가시거리 확보가 이루어지지 않는다면 기지국을 이용하여 위치 확인을 하게 되는 것으로, 이동국의 위치 확인을 위성과 기지국을 적응적으로 이용하는 것이다.In detail, the satellite reception environment and the base station-based environment will be described. When the mobile station has a GPS receiver and a visible distance from the satellite is secured using a geographic information system, the mobile station may determine the location priority using the satellite. If the visible distance with the satellite is not secured, the location is determined using the base station, and the location of the mobile station is adaptively used for the satellite and the base station.
여기서, 위성을 이용하는 경우 도플러 효과를 이용하게 되는데, 도플러는 반송파 위상의 순간 값에 해당하며, 도플러를 적분하여 반송파 위상을 구할 수 있다. 따라서 도플러를 이용하여 구해진 속도는 코드를 이용하여 구해진 위치의 차로부터 구한 속도에 비해 정확한 결과를 나타낼 수 있다.In this case, when the satellite is used, the Doppler effect is used. The Doppler corresponds to an instantaneous value of the carrier phase, and the carrier phase may be obtained by integrating Doppler. Therefore, the velocity obtained using Doppler can represent an accurate result compared with the velocity obtained from the difference of the position obtained using the code.
상세하게 설명하면, 이동국의 GPS수신기에서는 수신기에서 만들어낸 기준 주파수와 수신된 위성 신호의 주파수로부터 구해진 도플러를 이용하여 속도를 구한다. 도플러 측정치는 식 2와 같이 반송파 위상신호의 시각에 대한 미분으로 나타난다.In detail, the GPS receiver of the mobile station calculates the speed by using the Doppler obtained from the reference frequency generated by the receiver and the frequency of the received satellite signal. Doppler measurements are expressed as derivatives of the carrier phase signal's time, as shown in equation (2).
여기서 수신기 측정 잡음을 제외한 다른 오차는 무시하였으며, 미지 정수는 수신기가 위성 신호를 연속적으로 추정하는 한 변화하지 않는 상수값이므로 도플러 측정치에는 나타나지 않는다.Here, the error except for the receiver measurement noise is ignored, and the unknown integer does not appear in the Doppler measurement because it is a constant value that does not change as long as the receiver continuously estimates the satellite signal.
여기서,는 측정오차를 나타낸다. 식 2에서 수신기의 위치벡터P와 위성의 위치 벡터 Si를 이용하여 거리를 나타내면 식 3과 같이 되며, 이를 미분하고 시선벡터와 속도의 정의를 이용하여 나타내면 식 4과 같이 된다.here, Indicates a measurement error. In Equation 2, the distance is expressed by using the position vector P of the receiver and the position vector Si of the satellite.
식 4를 식 2에 대입하고 위성 궤도 정보로부터 위성의 속도를 구할 수 있으므로, 이를 좌변으로 옮기면 식 5가 된다. 즉, 4개 이상의 위성으로부터 도플러 측정치를 얻을 수 있다면 위성 4개 이상이 정확한 측위의 기본이므로 이동국의 속도(VP)와 시계 오차의 변화율(BA)을 구할 수 있다.Substituting Equation 4 into Equation 2 and obtaining the satellite speed from the satellite orbital information, it is expressed as Equation 5 by moving it to the left side. That is, if Doppler measurements can be obtained from four or more satellites, since the four or more satellites are the basis for accurate positioning, the speed V P and the rate of change of the clock error B A of the mobile station can be obtained.
이러한 도플러 측정치를 이용하여 절대위치를 구하기 위하여 식 2의 도플러 측정치에서 위성과 수신기간의 위치 벡터의 속도벡터를와로 정의하고 임의의 기준 점에서 선형화하면 다음의 관계를 얻는다.To find the absolute position using these Doppler measurements, the velocity vector of the position vector between the satellite and the receiver Wow Define as and random reference point Linearization at gives the following relationship:
여기서, here,
를 나타내며, 위성의 위치는 알고 있으므로는 수신기의 측정오차를 나타낸다. 식 4를 이용하여 구해진 수신기의 속도를 식 6에 대입하고 정리하면 식 7을 얻는다. Because the location of the satellite is known. Denotes a measurement error of the receiver. Equation 7 is obtained by substituting the velocity of the receiver obtained using Equation 4 into Equation 6.
4개 이상의 측정치가 존재하는 경우 벡터와 행렬로 나타난 식 8을 이용하면 수신기의 위치와 수신기 시계 오차의 변화율을 구할 수 있다.If there are four or more measurements, Equation 8, represented by vectors and matrices, can be used to find the rate of change of receiver position and receiver clock error.
이렇게 이동국의 위치와 시계 오차의 변화율을 구할 수 있으므로, 이동국의 위치를 측위하게 된다.Thus, since the rate of change of the position of the mobile station and the clock error can be obtained, the position of the mobile station is determined.
이와 같이 위성을 이용하여 이동국의 위치 추정을 하다가, 위성과의 가시거리 확보가 이루어지지 않으면 즉, 건물 내부 환경이거나 OOS환경이 발생하는 경우는 TDOA 방법을 사용하여 이동국의 측위를 시도하게 된다.As described above, when the position of the mobile station is estimated using the satellite, if the visible distance with the satellite cannot be secured, that is, when the environment inside the building or the OOS environment occurs, the mobile station attempts to locate the mobile station using the TDOA method.
이동국은 기지국 기반 신호를 발생시키면 기지국 신호를 추적하여 이동국의 위치를 추정하게 된다.When a mobile station generates a base station based signal, the mobile station tracks the base station signal to estimate the position of the mobile station.
여기서, TDOA의 경우는 PANG의 방법을 이용하는데, 미지수와 TDOA의 측정치의 수가 같을 때 정확한 해를 계산하나 4개 이상의 TDOA의 측정값을 사용할 수 없는 단점이 있어, 일반적으로 CHAN이 제안한 방법이 TDOA를 사용한 방법에 있어서최적의 해를 구할 수 있다.In the case of TDOA, the method of PANG is used, which calculates an accurate solution when the unknown number and the number of TDOA are the same, but it cannot use 4 or more TDOA measurements. The optimal solution can be found in the method using.
이때의 상기 식 1을 사용하여 기지국과 이동간의 위치에 관한 값을 얻을 수 있다. 이러한 결과치에서 잡음성분을 제거한 값을 구하고 공분산 행렬을 구하여 최대 가능한 방법을 사용하여 이동국의 위치를 구할 수 있게 된다. 여기서, TDOA를 이용한 이동국의 좌표값 추정은 3개 이상의 기지국을 사용하며 추정하게 된다.Equation 1 at this time can be used to obtain a value regarding the position between the base station and the mobile. From these results, the noise component is removed, the covariance matrix is obtained, and the position of the mobile station can be determined using the maximum possible method. Here, the coordinate value estimation of the mobile station using TDOA is estimated using three or more base stations.
즉,로부터 이동국과 기지국간의 상대적인 거리를 구한 후, 이동국과 기지국간의 위치를 구할 수 있다. 여기서, x,y 는 확인되지 않은 이동국 위치이고, xi,yi는 확인된 기지국 위치이다.In other words, The relative distance between the mobile station and the base station Can be obtained. Where x, y are unidentified mobile station locations and x i , y i are confirmed base station locations.
또, 공분산 행렬은 식 9에 도시한 바와 같다.The covariance matrix is as shown in equation (9).
식 9를 이용하여 최적 가능한 이동국의 위치를 구할 수 있다.Equation 9 can be used to find the optimal position of the mobile station.
이러한 환경에서 측위를 시도하다가 위성과의 가시거리 확보가 이루어지면 측위 환경에 대한 우선권은 위성을 이용한 방법으로 넘어가게 된다.When attempting positioning in such an environment and securing the visible distance with the satellite, the priority for positioning environment is shifted to the method using satellite.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치 추정방법에 의하면, 위성 수신기를 내부에 탑재한 이동국이 위성 과의 가시거리 확보시 위성을 이용하여 위치를 확인하고, 가시거리 미확보시 기지국을 이용하여 위치를 확인할 수 있도록 적응적으로 대처함으로써, FCC권고 안의 조건을 만족하는 수준을 이룰 수 있고, 실버 서비스를 위한 단순한 위치 확인용 호출 시스템 또는 기타 특정 지역 등의 환경에서의 이동국의 초기 위치 확인이나 응급 서비스, 감시 체계 등 적용 범위를 넓힐 수 있다.As described above, according to the method for adaptive location estimation of a mobile station using a geographic information system and a base station according to the present invention, a mobile station equipped with a satellite receiver identifies a location using a satellite when securing a visible distance from the satellite. And by adaptively responding to the location of the base station when the line of sight is not secured, it is possible to achieve a level that satisfies the conditions of the FCC recommendation, and is a simple positioning call system for silver services or other specific areas. It can be used to broaden the range of applications such as initial positioning of mobile stations in the environment, emergency services, and surveillance systems.
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR100847345B1 (en) * | 2003-08-22 | 2008-07-21 | 노키아 코포레이션 | Apparatus and associated method, for facilitating location determination of a mobile station pursuant to a location based application |
| KR100897731B1 (en) * | 2004-05-26 | 2009-05-15 | 모토로라 인코포레이티드 | A wireless communication network and method of operation thereof |
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2001
- 2001-05-14 KR KR1020010026188A patent/KR20020087187A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| WITN | Withdrawal due to no request for examination |