KR20030068658A - Ｇｐｓ수신기 원격감시장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신용 CDMA 기지국내에 시각동기용으로 사용되는 GPS수신기(GPS : Global Positioning System)의 원격감시장치의 효과적인 구성기술에 관한 것으로 GPS수신기의 작동상태와 출력신호를 측정하는 방법과 원거리의 집중관리센터에 전송하고 원격으로 프로그램을 갱신하는 방법에 관한 것으로 GPS수신기와, GPS수신기 원격감시장치와, 기지국 통신장치와, 원격 호스트 컴퓨터로 구성됨으로써 환경의 영향을 최소화시키는 정밀한 아날로그신호 계측방법의 적용과 비동기식 적응형 디지털 주파수측정방법을 통한 CPU의 부담을 줄임에 의한 원격감시장치의 정확성과 신뢰성을 높이고 원격으로 원격감시장치의 프로그램 갱신과 조회기능, 그리고 누적된 측정자료를 바탕으로 한 고장 예측통보기능을 갖는 매우 뛰어난 효과가 있다.

Description

ＧＰＳ수신기 원격감시장치 및 그 제어방법 {Remote monitoring apparatus of GPS receiver and controlling method there of}

본 발명은 GPS수신기 원격감시장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 GPS수신기의 내부작동상황 및 출력신호의 진단을 정확하게 하여 현 운용상황의 판단 및 문제발생가능성을 예측하는 GPS수신기 원격감시장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

그리고 본 발명의 기술분야에서 중요한 점으로 CDMA방식의 이동통신에 있어서 GPS수신기를 이용한 기지국간 정확한 시각동기 및 이를 바탕으로 한 정확한 타이밍 신호 발생은 시스템운용 뿐 아니라 통화품질에 있어서 결정적인 역할을 하므로 GPS수신기의 안정적 운용은 매우 중요한 부분이다.

종래의 기술로 CDMA 기지국에 환경 및 시스템전체의 상황을 감시하기 위한 자체진단장비가 장착이 되어 있으나 GPS수신기의 세부작동상황 및 출력신호를 정밀 진단하는 부분은 빠져 있었다.

상기 종래 기술의 문제점은 기존 설치된 기지국의 운용 및 유지보수를 원활히 하는데 불편한 문제점과, 수신기의 모델 변동 및 신규모델의 적용 시 유연하게 적응하기가 어려운 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로 본 발명의 목적은 환경의 영향을 최소화시키는 정밀한 아날로그신호 계측방법의 적용과, 비동기식 적응형 디지털 주파수측정방법을 통한 CPU의 부담을 줄임에 의한 원격감시장치의 정확성과 신뢰성을 높이고 원격으로 원격감시장치의 프로그램 갱신과 조회기능 그리고 누적된 측정자료를 바탕으로 한 고장 예측통보기능을 갖는데 그 목적이 있다.

상기 본 발명의 목적을 이룩하기 위해서 본 발명은 디지털 입력부와, 아날로그 입력부와, 직렬통신 RS232C부와, 중앙처리부와, 직렬통신 HDLC로 이루어진 GPS수신기 원격감시장치와; GPS수신기와; 기지국 통신장치로 구성되고 상기 중앙처리부는 CPU, 플래시롬, 램, 입출력부, AD 컨버터, 통신제어부로 이루어진 CDMA 기지국과 원격 호스트 컴퓨터와 신호를 송수신하는 GPS수신기 원격감시장치로부터 온도에 따른 측정값의 변동을 방지하는 회로 및 프로그램 알고리즘을 적용하여 환경의 영향에 따른 오차를 최소화하고 디지털 펄스신호의 계측에 있어서, 필요에 따라 소프트웨어적으로 분주비를 조정함으로써 피측정 주파수의 변동 시에도 하드웨어의 교체없이 계측을 할 수 있고 또한 계수부가 독립적으로 작동하고 계수완료 후 계수값을 유지하고 있으므로 프로그램의 수행에 부담을 주지 않아서 간편하면서도 정확한 측정이 되며 진단결과를 누적하여 그 추이를 바탕으로 각종 경보 및 비정상 상황의 발생가능성을 예측하고 통보하고 기존 다양한 GPS수신기의 모델을 자동으로 감지하여 조작상의 실수를 줄이며 GPS수신기 자체의 변경 시 원격으로 GPS감시장치의 프로그램을 갱신하는 GPS수신기 원격감시장치를 제공함으로써 달성하였다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 GPS수신기 원격감시장치 전체 시스템 구성도,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예의 원격감시장치의 아날로그 신호 측정부 및 온도보상부분을 표현한 예시도,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예의 상기 도 2의 온도보상부분 중 다이오드 비선형 영역 및 온도변동의 추가보상 순서도,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예의 디지털입력부중 디지털 주파수 측정부의 예시도,

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예의 프로그램의 원격갱신 순서도,

도 6a는 본 발명의 바라직한 실시예의 고장 예측 그래프,

도 6b는 본 발명의 바람직한 실시예의 오작동률 통보 알고리즘 순서도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *

1 : GPS수신기 2 : 디지털 주파수 입력부

3 : 아날로그 주파수 입력부4 : 직렬통신 RS232C

5 : 중앙처리부6 : 직렬통신 HDLC

7 : 기지국 통신장치8 : 원격 호스트 컴퓨터

9 : CDMA 기지국10 : GPS수신기 원격감시장치

이하, 본 발명의 구성을 바람직한 실시예를 들어 첨부된 도면을 참고로 그 작용 효과와 함께 상세히 설명한다.

도 1은 바람직한 실시예의 GPS수신기 원격감시장치 전체 시스템 구성도로 CDMA 기지국(9)과, 원격 호스트 컴퓨터(8)로 구성되며 상기 CDMA 기지국(9)은 GPS수신기(1)와; 디지털 주파수 입력부(2)와, 아날로그 주파수 입력부(3)와, 직렬통신 RS232C부(4)와, 중앙처리부(5)와, 직렬통신 HDLC부(6)로 구축된 GPS수신기 원격감시장치(10)와; 기지국 통신장치(7)로 구성되어 있고 또한, 상기 GPS수신기 원격감시장치의 중앙처리부(5)는 CPU, 플래시램, 램, 입출력부, A/D컨버터, 통신제어부로 구성되어 있다.

상기 GPS수신기 원격감시장치(10)는 디지털 주파수 입력부(2), 아날로그 주파수 입력부(3)를 통해서 GPS수신기(1)의 출력신호를 직접 계측하고, 직렬통신 RS232C부(4)를 통해서 GPS수신기(1)의 각종 내부상태를 정밀하게 읽는 것이다.

상기 중앙처리부(5)는 자료를 수집 및 분석하여 GPS수신기(1)의 상태를 항상 감시하며 원격지 호스트 컴퓨터(8)로부터 요구가 있을 시 직렬통신 HDLC(6)을 통해서 기지국통신장치(7)를 경유하여 원격지로 자료를 전송하고 필요에 따라 원격지 호스트 컴퓨터(8)로부터 프로그램을 새로 내려 받으며 원격지 호스트 컴퓨터(8)로부터의 요구가 없더라도 수집된 자료를 바탕으로 GPS수신기(1)의 내부상태가 경계점을 넘어서면 즉시 원격지 호스트 컴퓨터(8)로 사전경보와 함께 상세 자료를 전송한다.

그리고 상기 중앙처리부(5)는 내부의 플래시롬에 실행 프로그램을 내장하여 전원이 끊겨도 기존 프로그램이 유지가 될 뿐만 아니라 원격 호스트 컴퓨터(8)에서 자료를 다운받아 새로운 프로그램을 가동할 수 있는 것이다.

도 2는 바람직한 실시예의 원격감시장치의 아날로그 신호 측정회로도로 약 13dBm 강도의 10㎒의 정밀 교류 아날로그 신호(11)는 종단저항(12)과 콘덴서(13)를 거쳐 다이오드(14) D1-1, D1-2와 콘덴서(15)에 의해 정류되어 아날로그 직류 값으로 바뀌는 것이다.

상기 아날로그 직류 값은 연산 증폭기(17)를 거쳐 아날로그/디지털 변환기(24)에서 디지털 값으로 변환되어 최종적으로 중앙처리장치(5)에 저장된다.

그리고 종래의 고주파 소신호의 전력강도를 계측함에 있어서 다이오드를 많이 쓰고 있는데 가장 큰 문제점은 대신호와 달리 소신호일 경우 다이오드의 순방향 전압강하분이 정밀계측에 큰 장애가 되며 특히 다이오드 내부 저항값이 전류와 주변온도에 따라 크게 변하기 때문에 일정한 범위의 소신호 고주파 계측에 있어서 가장 큰 장애요인은 주변온도변동 문제라 할 수 있다.

이를 해결하기 위해서 본 발명은 다이오드를 이용한 고주파 소신호 계측의 2대 장애 요소인 순방향전압 강하분과 온도에 내부저항변화를 극복하기 위해서 하드웨어적으로는 온도상쇄회로와 온도센서를 통한 온도보상을 구현하였고 소프트웨어적으로는 온도별 지수함수테이블을 준비하여 다이오드의 순방향 전압강하에 따른 비선형 영역에서의 동작과 온도변동분을 동시에 구현하였다.

상기 온도상쇄회로는 도 2에서 정류용 다이오드(14)와 연산증폭기(17) 기준전위용 다이오드(22)를 동일한 품종을 채택하고 온도 변동시 서로 반대의 작용을 하게 함으로써 구현하는 것이며 즉, 온도 변동에 따라 연산증폭기(17)의 한 쪽 입력값이 높아지면 다른 쪽 입력값도 같은 비율로 높아지게 함으로써 서로 상쇄되도록 하는 것이다.

또한, 온도센서를 장치하여 소프트웨어적인 추가 온도보상에 사용한다.

소프트웨어적인 측면에서 다이오드의 순방향 전압강하에 따른 비선형 영역보상과 온도변경 추가 보상 방법에 있어서, 일반적으로 다이오드의 비선형 영역의 거동은 지수함수로 표현되지만 온도에 따라 함수가 변동하며 다중작업과 고속응답이 동시에 요구되는 감시장치 등에서 실시간 처리하기에 연산부분에 대한 부하가 크다.

도 3은 바람직한 실시예의 상기 도 2의 온도보상부분 중 다이오드 비선형 영역 및 온도변동의 추가보상 순서도로 곡선인 지수함수부분을 여러 절점으로 분할해서 구간별 직선근사를 행하고 각 절점은 온도값을 바탕으로 복수로 지정하여 테이블을 만들어서 온도와 비선형 영역에 의한 오차를 최소화하면서도 연사의 부하를 줄일 수 있도록 하였다.

즉, 보상함수테이블변경 단계(S100)에 의해 변경이 발생하여 함수테이블 내려받기 단계(S101)와, 신호강도값 입력단계(S102)와, 온도입력단계(S103)와, 온도별 비선형보상함수 선택단계(S104)와, 비선형보상함수 적용단계(S107)로 이루어진다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예의 디지털입력부중 디지털 주파수 측정부의 회로 구성도이며 디지털 정합부(31)와, 주파수 분주부(32)와, 주파수 계수부(33), 단안정 발진부(34)와, 중앙처리부(35)로 구성되어 있으며 하기와 같은 관계를 이용하여 계수한다.

주파수 = 단위 시간당 펄수수

디지털 정합부(31)는 입력된 디지털 차동신호가 디지털 정합부(31)를 거쳐 일반 디지털 신호로 바뀌는 것이다.

주파수분주부(32)는 입력된 고주파 신호를 1/N 분주하여 저주파로 만들어내는 회로이며 주파수 계수부가 규정 시간동안만 계수하도록 기준시간 신호를 발생하여 제어한다.

먼저 중앙처리부(35)가 분주비 값을 분주기에 입력하고 계수시작 신호를 발하면 단안정 발진부(34)가 기준시간을 만들고 그 동안 주파수 계수부(33)가 분주된 펄스를 계수하기 시작한다.

그 동안 중앙처리부(35)는 계수완료신호가 발생할 때까지 다른 작업을 할 수 있다.

계수완료신호가 발생하면 중앙처리부(35)는 주파수계수부로부터 계수값을 읽어 하기와 같이 계산하여 주파수를 측정한다.

주파수 = 분주비 ×계수값

본 발명의 특징은 첫째 주파수 계수를 함에 있어서 중앙처리부(35)의 부하가 거의 없다는 데 있고 둘째 입력 주파수값(30)이 바뀌더라도 분주비(12)를 조정함으로써 주파수 대역에 능동적으로 대처할 수 있다는데 있다.

온도에 따른 측정값의 변동을 방지하는 회로 및 프로그램 알고리즘을 적용하여 환경의 영향에 따른 오차를 최소화한다.

디지털 펄스신호의 계측에 있어서, 필요에 따라 소프트웨어적으로 분주비를 조정함으로써 피측정 주파수의 변동 시에도 하드웨어의 교체없이 계측을 할 수 있고 또한 계수부가 독립적으로 작동하고 계수완료 후 계수값을 유지하고 있으므로 프로그램의 수행에 부담을 주지 않아서 간편하면서도 정확한 측정이 되게 한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예의 프로그램 원격갱신 순서도로 프로그램 수행을 플래시롬에서 램으로 옮겨 수행함으로써 프로그램 수행 프로그램을 갱신할 수 있고 하기와 같은 단계로 이루어져 있다.

갱신명령 선택단계(S200)와, 변경할 경우 변수값 보관관계(S201)와, 새프로그램 내려받기 단계(S202)와, 정상완료 단계(S203)와, 상태통보단계(S204)와, 플래쉬롬 데이터 소거 단계(S205)와, 플래쉬롬에 데이터 기록단계(S206)와, 플래쉬롬에서 프로그램 재시작 단계(S207)와, 램으로 프로그램 복사 단계(S208)와, 램영역으로 이동단계(S209)와, 변수값 복귀 및 재설정 단계(S213)와, 상태통보단계(S214)와, 일상작업진행단계(S215)와, 상기의 정상완료단계(S203)에서 안되었을 경우 계속 상태통보단계(S204)와, 명령대기단계(S211)와, 재시도 단계(S212)로 이루어진다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예의 고장 예측 그래프로 기기의 가동시간이 길어지면 부품의 열화에 의한 내부요인과 먼지의 누적 및 진동 등의 외부요인에 의해 장비의 오작동률이 높아지게 되며 최종적으로 작동불능의 고장상태에 이르게 된다.

또 장비의 오작동은 급격한 내부 및 외부요인 변화에 의한 갑작스런 오작동과 시간의 흐름에 따른 자연적이고 점진적인 오작동률의 상승이 있으며 장비 내부의 상황을 정확히 진단함으로써 오작동률의 상승을 어느 정도 예측이 가능하다.

본 발명은 정밀할 진단과 설정 기준치를 초과한 데이터의 누적을 통해 GPS수신기 감시장치의 오작동 가능성을 통계적인 방법으로 예측하고 사용자에게 통보함으로써 고장예측기능을 가지고 본 발명에서의 오작동 가능성의 기본 예측알고리즘은 다음과 같다.

공식 1

오작동 확률 = K ×∑(단위시간당 기준초과 이벤트수 ×경과시간 비중)

단 K = 비례상수

즉, 상기 오작동 확률은 경과시간을 가우시안 분포함수로 적용하여 경과시간이 멀수록 비중을 낮춘다.

공식 2

경과시간 비중 = 1/×exp

X : 경과시간,σ: 표준편차

따라서, 경과시간과 경과시간 비중의 관계를 도시된 도 6과 같은 그래프이다.

도 7은 바람직한 실시예의 오동작률 통보 순서도로 GPS수신기로부터의 출력신호 측정값 및 통신을 통해 획득한 GPS수신기의 내부 이벤트들 각각에 안정된 작동을 보장하는 기준범위를 미리 설정하고 일정기간마다 이벤트들이 설정된 안정기준 범위를 벗어났는지 점검하여 누적한다.

그리고 누적된 이벤트들은 도 6에 도시된 공식 1에 따라 미래에 오작동이 일어날 확률을 계산하고 오작동 가능성의 예상치가 경계치를 넘어서면 경계상태를 통보하도록 하여 사전에 오작동에 대비할 수 있도록 한다.

상기 도 6은 지수함수적으로 일어나는 이벤트 측정이고 도 7은 오작동률 통보알고리즘 과정을 나타낸 것으로 설정기준변경단계(S300)와, 설정기준 내려받기 단계(S301)와, 이벤트 수집단계(S302)와, 이벤트 진단단계(S303)와, 설정기준초과 판단 단계(S304)와, 이벤트 기록단계(S305)와, 전체완료 판단단계(S306)와, 오작동률 예측치 계산단계(S307)와, 경계치 초과 판단 단계(S308)와, 경계상태통보 단계(S309)와, 전체완료 단계(S310)로 이루어진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명 GPS수신기 원격감시장치 및 그 제어방법은 GPS수신기의 세밀한 내부진단과 환경의 영향을 최소로 한 출력신호의 계측에 의해 보다 정확하게 GPS수신기의 운용상황을 판단할 수 있는 효과가 있고, 이를 이용하여 다른 일반 계측장비에도 응용되는 효과가 있을 뿐만 아니라, 문제발생 가능성의 자동예측기능이 있어 실제 문제발생 이전에 사전 대응을 할 수 있는 효과가 있으며 이밖에 진단요소와 판단방법을 유연하게 적용하면 일반 장비에도 포괄적으로 적용되는 효과가 있고 원격 프로그램갱신 기능에 의하여 GPS수신기 사양변경 시 원격에서 GPS 감시장치를 갱신할 수 있어 그 운용 및 유지보수가 편리한 뛰어난 효과가 있으므로 무선통신산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (4)

1. 아날로그 신호의 미소 전력강도를 계측하는 GPS수신기의 원격감지 장치에 있어서,

   정류회로와, 온도상쇄회로와, 연산증폭회로에 의해 온도와 다이오드 비선형영역에 의한 영향을 최소로 할 수 있게 다이오드와 콘덴서를 이용하여 온도상쇄회로와 온도센서를 통한 온도보상 회로를 적용한 것을 특징으로 하는 GPS수신기 원격감시장치.
2. 제 1항에 있어서 상기 정류회로, 온도상쇄회로, 연산증폭회로는 다양한 주파수 입력에 대응하고 소프트웨어 부담을 주지않는 비동기식 적응형 계수회로인 것을 특징으로 하는 GPS수신기 원격감시장치.
3. 원격지에서 프로그램을 갱신하는 방법은

   갱신명령 선택단계(S200)와;

   변경할 경우 변수값 보관관계(S201)와;

   새프로그램 내려받기 단계(S202)와;

   정상완료 단계(ST203)와;

   상태통보 단계(S204)와;

   플래쉬롬 데이터 소거 단계(S205)와;

   플래쉬롬에 데이터 기록단계(S206)와;

   플래쉬롬에서 프로그램 재시작 단계(S207)와;

   램으로 프로그램 복사 단계(S208)와;

   램영역으로 이동단계(S209)와;

   변수값 복귀 및 재설정 단계(S213)와;

   상태통보 단계(S214)와;

   일상작업 진행 단계(S215)와;

   상기의 정상완료 단계(S203)에서 안되었을 경우 계속 상태통보 단계(S204)와;

   명령대기 단계(S211)와;

   재시도 단계(S212)로 이루어져 GPS수신기 원격 감시장치의 프로그램을 원격지에서 갱신하는 것을 특징으로 하는 GPS수신기 제어방법.
4. 원격에서 오동작을 감지 송수신 방법은

   설정기준을 변경하는 단계(S300)와;

   설정기준을 내려받는 단계(S301)와;

   이벤트를 수집 및 진단하는 단계(S302, S303)와;

   설정기준초과 판단 단계(S304)와;

   이벤트를 기록하는 단계(S305)와;

   전체완료를 판단하는 단계(S306)와;

   오작동률 예측치를 계산하는 단계(S307)와;

   경계치 초과 판단 단계(S308)와;

   경계상태를 통보하는 단계(S309)와;

   전체완료 단계(S310)로 이루어져 고장에 대한 통계적인 예측 우선순위를 적용하고 고장가능성을 자동 통보하는 것을 특징으로 하는 GPS수신기 원격감시장치 및 그 제어방법.