KR200361177Y1 - 보정된 위치정보를 전송하는 지피에스 수신장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 GPS 인공위성으로부터 전송되는 위성신호를 수신하여 차량의 위치를 파악하는 수신장치로서, 인공위성으로부터 상기 이동체의 위치정보가 포함된 위성신호를 수신하는 GPS 수신부와; 상기 이동체의 3차원 운동가속도를 측정하여 가속도데이터를 생성하는 가속도센서와; 상기 가속도데이터를 이용하여 상기 이동체의 속도 또는 변위를 포함하는 위치보정데이터를 연산하는 연산기와; 상기 위치보정데이터를 상기 위치정보와 결합하여 상기 이동체의 위치정보를 보정하고, 보정된 위치정보를 NMEA 표준통신규약에 따라 NMEA 프로토콜 데이터로 변환하는 위치정보 보정모듈과; 상기 보정된 위치정보를 차량 네비게이션 시스템에 전송하는 출력부;를 포함한다.

본 고안에 의하면, 차량항법 시스템 사용자는 위치보정 기능이 없는 네비게이션을 사용하고 있는 경우라도 GPS 수신장치의 교체만으로 정확한 차량의 위치정보를 표시하는 네비게이션 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

보정된 위치정보를 전송하는 지피에스 수신장치{GPS RECEIVER TRANSMITTING THE CORRECTED LOCATION INFORMATION}

본 고안은 GPS 수신장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인공위성으로부터 전송받은 GPS 위치정보와, 차량의 가속도센서로부터 입력된 속도 및 변위정보를 결합하여 차량의 정확한 위치를 파악하도록 하는 보정된 위치정보를 전송하는 GPS 수신장치에 관한 것이다.

GPS(Global Positioning System) 수신기는 위성으로부터 발사한 무선신호를 수신받아 그 수신기가 현재 위치한 지리적 좌표를 측정할 수 있게 하는 것으로서, 최근 항공운항, 측량, 군사적 응용뿐만 아니라 레저, 차량항법(Car Navigation) 시스템, 도로교통정보 표시기 등 다양한 분야에 응용되고 있다.

그 원리는 최소 3개 이상의 위성으로부터 발사된 전파신호를 지상의 GPS 수신기가 수신하여 각각의 위성으로부터 수신된 전파의 시간차를 계산하여 현재의 위치를 판별하는 것으로서, 상용제품의 경우 최대 오차 100미터 이내, 통상 30미터 이내의 좌표오차를 갖는다.

그러나 GPS 수신기는 인공위성으로부터 전파를 수신하여 위치를 파악하므로, 위성신호가 약하거나 수신을 할 수 없는 경우에는 정확한 위치파악이 곤란한 문제점이 있다. 즉, 차량이 터널 내부를 운행하는 동안이나, 고층건물이 밀집된 지역을 지나가는 동안에는 위성신호의 수신이 차단되는 경우가 생길 수 있고, 이로 인하여 운전자가 정확한 위치정보 안내를 받을 수 없는 문제점이 있다.

또한 종래 GPS 수신기는 좌표오차로 인하여 정지차량의 위치정보를 운전중이거나 방향회전중인 것으로 표시하는 문제점이 있었다.

이러한 단점을 해결하기 위하여 차량항법 장치 내부에 자이로 센서 등을 설치하여 차량의 운동방향과 속도를 연속적으로 측정하고, 위성신호가 차단되는 순간에 속도와 운동방향을 연산하여 위성신호가 수신되지 않는 동안에도 위치안내를 할 수 있도록 하는 기술이 제공되고 있다.

그러나 이러한 종래기술에 따르면, GPS 수신기와 별개로 설치되는 차량항법장치 내부에 자이로 센서 등이 구비되므로, 자이로 센서 등이 없는 차량항법장치를 가진 차량은 위치보정 시스템을 사용하려면 차량항법장치 전체를 교체하여야 하는 문제점이 있었다.

본 고안은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 차량항법장치전체를 교체하거나 새로 설치할 필요없이, GPS 수신장치만 새로 추가하여 연결하면 위성신호의 차단시에도 정확한 위치정보를 받을 수 있는 보정된 위치정보를 전송하는 GPS 수신장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 고안은 일정시간마다 차량의 위치정보를 갱신하고, 가속도센서로부터 생성되는 가속도데이터를 증폭하고, 디지털 신호로 변환하여 데이터 처리 속도와 효율을 향상시킬 수 있는 보정된 위치정보를 전송하는 GPS 수신장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 본 고안의 실시예에 따른 GPS 수신장치의 연결상태를 나타낸 구성도.

도2는 GPS 수신장치의 구성요소를 나타낸 구조도.

도3은 본 고안의 실시예에 따른 보정방법의 흐름을 나타낸 순서도.

위 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은, 인공위성으로부터 상기 이동체의 위치정보가 포함된 위성신호를 수신하는 GPS 수신부와; 상기 이동체의 3차원 운동가속도를 측정하여 가속도데이터를 생성하는 가속도센서와; 상기 가속도데이터를 이용하여 상기 이동체의 속도 또는 변위를 포함하는 위치보정데이터를 연산하는 연산기와; 상기 위치보정데이터를 상기 위치정보와 결합하여 상기 이동체의 위치정보를 보정하고, 보정된 위치정보를 NMEA 표준통신규약에 따라 NMEA 프로토콜 데이터로 변환하는 위치정보 보정모듈과; 상기 보정된 위치정보를 차량 네비게이션 시스템에 전송하는 출력부;를 포함하는, 보정된 위치정보를 전송하는 GPS 수신장치를 제공한다.

이때 상기 연산기는, 상기 가속도데이터를 연산하여 속도와 변위로 변환하여 위치정보 보정에 사용할 수 있다.

또한, 본 고안은, 상기 가속도센서로부터 생성된 상기 가속도데이터의 신호를 증폭하는 증폭기와; 아날로그 형태인 상기 가속도데이터를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기;를 추가로 포함할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 고안의 일실시예를 설명한다.

도1은 본 고안의 실시예에 따른 GPS 수신장치의 연결상태를 나타낸 구성도이며, 도2는 수신장치의 구성요소를 나타낸 구조도이다.

도1과 도2를 참조하면, 본 고안의 일실시예에 따른 일반적인 차량항법 시스템은 차량(10)의 내부에 설치되는 독립된 GPS 수신장치(100), 차량항법장치(200), 디스플레이부(300)로 이루어진다. 이때 차량항법장치(200)와 디스플레이부(300)는 한 몸체로 구성될 수도 있다. GPS 수신장치(100)와 차량항법장치(200) 및/또는 디스플레이부(300)와는 시리얼포트 등에 의해 연결되어 있다.

GPS 수신장치(100)는 인공위성으로부터 전송되는 위성신호를 수신하여 현재 차량(10)의 위치를 파악한다. 즉, 위성신호에 포함된 경도, 위도 등의 정보를 추출하여 오차범위 수 미터 내지 수십 미터의 위치를 결정한다. GPS 수신장치(100)는 차량(10)의 내부에 설치되는 것이 일반적이지만 외부에 설치될 수도 있으며, 인공위성과의 교신을 원활하게 하기 위하여 수직상방으로 장애물이 없는 장소에 위치하는 것이 바람직하다. 또한, GPS 수신장치(100)의 평면안테나가 인공위선과의 교신을 원활하게 하기 위하여 안테나를 지표면에 수평이 되도록 위치하는 것이 바람직하다.

차량항법장치(200)에는 지도정보에 대한 데이터베이스가 포함되며, 현재 차량(10)의 위치와 운동방향을 고려한 변화된 위치를 계산한다. 일반적으로 CD와 같은 저장매체에 최신 지도정보를 기록하여 차량항법장치(200) 내부에 저장하기도 하지만, 인터넷이나 무선이동통신망을 통하여 지도정보를 전송하기도 한다. 현재 개시되고 있는 차량항법 시스템의 차량항법장치(200)는 차량(10)의 이동에 따른 변위정보를 계산하여 보정된 위치를 표시할 수 있게 하고 있다.

디스플레이부(300)는 차량항법장치(200)로부터 전송되는 안내페이지를 출력한다. 주로 소형 LCD 모니터를 사용하며, 차량(10)의 이동에 따라 디스플레이부(300)에 표시되는 위치와 지형이 변화되는 방법으로 운전자에게 길안내 서비스를 제공한다.

도2를 참조하면, GPS 수신장치(100)는 GPS 수신부(102), 가속도센서(104), 증폭기(106), A/D 변환기(108), 연산기(110), 위치정보 보정모듈(112), 시리얼 인터페이스(114)를 포함한다.

GPS 수신부(102)는 인공위성으로부터의 위성신호를 감지한다. 위성신호를 감지하는 주기는 차량(10)의 운전상태에 따라 다르게 설정할 수 있으나, 일반적으로 1초에 1회 정도 감지하여 차량(10)의 위치를 파악하는 것이 바람직하다.

가속도센서(104)는 차량(10)의 가속도를 측정하여 가속도데이터를 생성한다. 즉, 차량(10)이 이동중일때 차량의 3차원 운동가속도를 측정하여 차량의 속도, 방향, 경사도 등을 연산할 수 있도록 한다. 항공기나 선박에 사용되는 자이로센서를 사용할 수도 있으나, 자이로센서는 고가이며 부피가 크므로 소형으로 구현되어야할 GPS 수신장치(100)에는 적합하지 않으며, 소형 칩의 형태로 제작되는 가속도센서를 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 가속도센서는 XY축 가속도만을 측정하는 자이로센서와 달리 XYZ축 가속도를 측정할 수 있는 특징이 있다. 가속도센서가 Z축 가속도를 측정할 수 있기 때문에 차량이 기울어져 있는 각도을 알 수 있는 장점이 있다.

증폭기(106)는 가속도센서에서 전송하는 가속도데이터의 신호를 증폭한다.

A/D 변환기(108)는 가속도센서로부터 발생된 아날로그 형태의 가속도데이터를 디지털 신호로 변환한다.

증폭기(106)와 A/D 변환기(108)는 미약한 가속도센서(104)의 출력값을 증폭하고 미소한 변위에 대한 미약 전압 변동치를 정밀하게 증폭하며, 외부 또는 계통내부의 잡음을 제거할 뿐만 아니라, 온도 등에 의한 출력전압 드리프트를 보상하여 아날로그 값을 8비트의 디지털 데이터로 변환하게 된다.

연산기(110)는 가속도센서로부터 추출된 XYZ 축의 가속도 값을 벡터연산하고, 이를 누적적분하는 기능을 수행하여 차량(10)의 속도 또는 변위를 연산한다.

위치정보 보정모듈(112)은 GPS 수신부(102)와 가속도센서(104)로부터 전송되는 위치정보와 가속도데이터를 결합하여 차량(10)의 정확한 위치를 산출한다. 일반적으로 위성신호가 정상적으로 수신되는 상황이라면 GPS 수신부(102)로부터 입력되는 위치정보만 가지고도 차량(10)의 위치를 파악할 수 있다. 그러나 위성신호를 감지할 수 없는 경우, 즉 차량(10)이 터널 내부를 통과하는 동안 또는 고층건물 밀집지역을 통과하는 동안에는 위성신호를 감지할 수 없거나 위성신호가 매우 약해지게 된다. 이때에는 위성신호만으로는 차량(10)의 위치를 파악할 수 없게 된다.

위치정보 보정모듈(112)은 GPS 수신부(102)로부터 입력되는 위치정보를 바탕으로 차량(10)의 위치를 계속 파악하게 되며, 위성신호가 차단되는 경우 차단되는 순간의 위치정보와 위치보정데이터를 결합하여 차량(10)의 정확한 현재 위치를 연산한다. 즉, 가속도센서(104)로부터 입력되는 가속도데이터를 바탕으로 현재 시간까지 차량(10)의 이동변위와 방향 등을 연산한다. 연산의 결과 얻어진 변위량을 위성신호 차단 순간의 위치정보에 결합함으로써 현재의 차량(10)의 위치와 방향 등을 알 수 있게 된다. 한편, 차량이 정지되어 있는 경우 가속도센서의 가속도데이터는 O이기 때문에 차량이 정지되어 있는 것을 알 수 있다.

종래 기술에 따른 차량항법 시스템에서는 이러한 위치정보 보정모듈(112)이 GPS 수신장치(100)에 포함되어 있지 않고, 차량항법장치(200) 내부에 설치되어 있으므로 운전자가 새로운 GPS 수신장치(100)를 설치하는 것이 용이하지 않았으나, 본 고안에서는 GPS 수신장치(100) 내부에 위치정보 보정모듈(112)를 설치하여 일체형으로 제작함으로써 가속도 측정에 의한 위치보정 시스템이 포함되지 않은 차량항법 시스템을 가진 운전자가 GPS 수신장치(100)의 교체만으로도 보정된 위치정보를 파악할 수 있게 되는 것이다.

한편 위치정보 보정모듈(112)은 보정된 위치정보에 대한 데이터를 NMEA(National Marine Electronics Association) 표준 통신 규약의 형태로 변환하여 전송한다.

시리얼 인터페이스(114)는 NMEA 프로토콜 데이터를 시리얼 데이터로 변환하여 차량항법장치(200) 또는 디스플레이부(300)로 출력한다. 따라서 GPS 수신장치(100)로부터 차량항법장치(200) 및/또는 디스플레이부(300)로 전송되는 NMEA 프로토콜 데이터는 가속도센서(104)의 가속도데이터가 포함되어 있지만, 데이터 형태는 종래와 동일하다. 따라서 종래 GPS GPS 수신장치를 대체하여 본 고안에 따른 GPS 수신장치(100)를 사용하여도 차량항법장치(200)나 디스플레이부(300)는 하드웨어나 소프트웨어를 변경하거나 대체할 필요가 없다.

도3은 본 고안의 실시예에 따른 보정방법의 흐름을 나타낸 순서도이다. 도3을 참조하여 설명하면, 차량(10)의 운행이 시작되면 GPS 수신부(102)는 인공위성으로부터의 위성신호를 감지한다.(S100)

위치정보 보정모듈(112)은 측정된 차량(10)의 위치정보를 차량항법장치(200)로 전송하고, 디스플레이부(300)를 통하여 차량의 현재 위치정보가 표시된다.(S102)

가속도센서(104)는 차량(10)의 이동에 따라 운동가속도를 측정한다.(S104) 차량(10)의 움직임을 감지하면 그 변위와 속도에 상응하는 전압값을 3차원 축으로 출력한다. 예를 들어 1 중력가속도에 대하여 수백 ㎷의 전압값을 출력하며, 가속도센서(104)가 위치한 지표면에 대해 3차원의 변위에 해당하는 XYZ의 전압값을 출력한다.

GPS 수신부(102)는 위성신호가 약해지거나 차단되는지를 감지한다.(S106)

위성신호가 차단되는 경우에 위치정보 보정모듈(112)은 가속도센서(104)로부터 입력되는 가속도데이터를 이용하여 차량의 변위정보를 연산한다.(S108) 즉 디지털 신호로 변환된 가속도데이터의 3차원 값을 저장하고, 이를 벡터 연산하며, 누적데이터와 시간함수를 대입하여 차량(10)의 속도와 이동방향값을 계산한다. 이렇게 계산된 값은 절대 좌표값으로 변환시키기 위해 GPS 수신부(102)가 수신한 절대 좌표정보와 연산기(110)에 의해 추출된 속도 방향 정보를 결합하여 보정된 절대 좌표정보로 재구성하고, 이를 국제 표준 항법 프로토콜인 NMEA 규격형태의 데이터 정보로 변환한다.(S110)

시리얼 인터페이스(114)는 위치가 변화된 차량(10)의 현재 위치정보를 표준 시리얼 신호로 변환하여, 네비게이션 시스템 차량항법장치(200)에 전송한다.(S112)

이상에서 본 고안의 실시예에 따른 GPS 수신장치를 설명하였으나, 본 고안의 권리범위가 이러한 실시예에 제한되지 않으며, 당업자가 용이하게 변형할 수 있는 범위에도 권리가 미친다.

즉, 위 실시예에서 차량에 본 고안의 일실시예에 따른 GPS 수신장치(100)를 설치하는 것으로 차량 이외에 선반, 항공기(경비행기 포함), 사람이나 동물 등의 특정부위 등 위치를 변경하는 모든 이동체 또는 이동장치에 사용할 수 있다.

또한, 위 실시예에서 본 고안의 일실시예에 따른 GPS 수신장치(100)와 차량항법장치(200) 사이에 시리얼 인터페이스를 이용하여 통신하는 것으로 설명하였으나, 시리얼 인터페이스 이외에 유선 또는 무선통신이 가능한 모두 출력장치 또는 출력부를 사용할 수 있다. 향후 근거리 무선통신 발전할 경우 근거리 무선통신을 이용하는 것이 바람직하다.

본 고안에 의하면, 차량항법 시스템 사용자는 위치보정 기능이 없는 네비게이션을 사용하고 있는 경우라도 GPS 수신장치의 교체만으로 정확한 차량의 위치정보를 표시하는 네비게이션 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.

본 고안에 의하면, 기존 차량 항법장치의 소프트웨어 또는 하드웨어의 개조나 변경 등이 없이 기존의 GPS 수신기를 대체하여 사용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 인공위성으로부터 상기 이동체의 위치정보가 포함된 위성신호를 수신하는 GPS 수신부와;

   상기 이동체의 3차원 운동가속도를 측정하여 가속도데이터를 생성하는 가속도센서와;

   상기 가속도데이터를 이용하여 상기 이동체의 속도 또는 변위를 포함하는 위치보정데이터를 연산하는 연산기와;

   상기 위치보정데이터를 상기 위치정보와 결합하여 상기 이동체의 위치정보를 보정하고, 보정된 위치정보를 NMEA 표준통신규약에 따라 NMEA 프로토콜 데이터로 변환하는 위치정보 보정모듈과;

   상기 보정된 위치정보를 차량 네비게이션 시스템에 전송하는 출력부;를 포함하는, 보정된 위치정보를 전송하는 GPS 수신장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 연산기는

   상기 가속도데이터를 연산하여 속도와 변위로 변환하여 위치정보 보정에 사용하는 것을 특징으로 하는, 보정된 위치정보를 전송하는 GPS 수신장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 가속도센서로부터 생성된 상기 가속도데이터의 신호를 증폭하는 증폭기와;

   아날로그 형태인 상기 가속도데이터를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기;를 추가로 포함하는, 보정된 위치정보를 전송하는 GPS 수신장치.