KR20040087940A - 측위시스템 및 측위정보 제공방법 - Google Patents

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야나기하라노리히사
스가와라사토시
마에다도시히데
후지이겐지로
와타나베마사히코
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가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
가부시키가이샤 히다치 산키시스템
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Abstract

본 발명은 도시부의 빌딩 그림자나 산간부의 산 그늘 등에서 고정밀도의 측위를 가능하게 함과 동시에, 고정밀도의 측위를 할 수 있는 영역을 확대하기 위하여, 측위시스템은 준천정 위성으로부터 송신되는 신호에 의거하여 측위정보를 제공하는 것이다.
지상에 놓여진 복수의 기준국이 복수의 측위위성으로부터의 신호를 수신한다. 통신국은 기준국이 수신한 신호를 보정하여 준천정 위성에 송신한다. 측위정보 제공장치는 준천정 위성으로부터 송신된 신호와 자기의 측위정보를 측위장치에 송신한다.

Description

측위시스템 및 측위정보 제공방법{POSITIONING SYSTEM AND METHOD OF PROVIDING POSITIONING INFORMATION}
본 발명은, 측위위성의 신호를 이용한 측위시스템에 관한 것으로, 특히 준천정 위성으로부터의 신호에 의거하여 측위하는 측위시스템에 관한 것이다.
종래의 위성 측위시스템의 예가, 일본국 특개2002-243829호 공보에 기재되어 있다. 이 공보에서는 지상국 및 단말이 궤도정보 데이터와 측위 보정정보를 포함하는 신호를 지상국으로부터 위성에 송신한다. 그리고 위성으로부터 송신된 궤도정보 데이터와 측위 보정정보를 단말이 수신하고, 이들 정보에 의거하여 단말의 위치를 계산하고 있다.
GPS 광역 보강용 정지위성 또는 FM 다중 방송으로부터 GPS 위성의 보정정보를 수신하고, GPS 수신기의 위치정보를 보정하는 GPS 수신기의 예가, 일본국 특개2001 -124841호 공보에 기재되어 있다. 또 정지위성의 위치를 특정하여 정지위성으로부터 GPS 위성의 보정정보를 수신하여, GPS 위성에 관한 데이터를 보정하는 GPS 수신기의 예나, GPS 수신기의 위치에 의거하여 프로바이더를 특정하고, 정지위성의 번호를 특정하는 GPS 수신기의 예가, 일본국 특개2001-228232호 공보에 기재되어 있다.
상기 종래기술에 기재된 GPS 수신기를 사용하면 도시부나 산간부에서는 빌딩 그림자나 산 그늘 등에 의해 위성으로부터 송신되는 보정정보의 신호를 수신할 수 없을 염려가 있다. 그 때문에 고정밀도로 측위할 수 없다는 불편을 일으킨다. 또 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재된 것에서는 위성이 전국을 커버한 보정정보를 단말에 보낼 필요가 있기 때문에, 단말에 대한 데이터의 트래픽량이 커진다. 특허문헌 3에 기재된 것에서는, 각 지역의 보정정보를 제공하는 프로바이더에 대응한 정지위성이 필요하게 된다.
본 발명은 상기 종래기술의 불편을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 도시부의 빌딩 그림자나 산간부의 산 그늘 등에서 고정밀도의 측위를 가능하게 함과 동시에, 고정밀도의 측위를 할 수 있는 영역을 확대하는 것에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 측위장치 및 측위정보 제공장치에의 보정정보의 트래픽량을 저감하여 장치비용을 저감하는 것에 있다. 본 발명의 또 다른 목적은, 각 지역마다에 있어서의 보정정보를 송신하는 위성의 수를 저감하는 것에 있다.
도 1은 측위시스템의 일 실시예의 모식도,
도 2는 도 1에 나타낸 측위시스템에 사용하는 측위정보 제공장치의 동작을 설명하는 도,
도 3은 도 1에 나타낸 측위시스템에 사용하는 측위장치의 동작을 설명하는 도,
도 4는 도 1에 나타낸 측위시스템에 사용하는 측위정보 제공장치가 송신하는 신호의 일례를 나타내는 도면이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 준천정 위성으로부터 송신되는 신호에 의거하여 측위정보를 제공하는 측위시스템에 있어서, 이 신호는 지상에 놓여진 복수의 기준국이 수신한 복수의 측위 위성으로부터의 신호를 처리하여 통신국이 준천정 위성에 송신한 신호를 포함하고, 준천정 위성으로부터 송신된 신호와 자기의 측위정보를 송신하는 측위정보 제공장치를 가지도록 구성한 것이다.
그리고 바람직하게는 통신국이 송신하는 신호는, 적어도 측위정보 제공장치 주위의 3개소의 기준국이 송신한 신호를 처리한 신호를 포함하여, 측위정보 제공장치의 측위정보는 이 측위정보 제공장치의 식별 코드와 송신시각과 이 측위정보 제공장치의 위치 또는 송신위치를 포함하는 것이다. 또 바람직하게는 준천정 위성으로부터 송신되는 신호의 주파수는, 측위정보 제공장치가 송신하는 신호의 주파수와 다른 것이다. 또한 측위정보 제공장치가 송신하는 신호는, 2.4 GHz대, 5 GHz대 또는 이동체 통신의 주파수대인 것이 바람직하다.
그 외에는 측위정보를 제공하는 통신국과 네트워크접속된 측위시스템에 있어서, 통신국으로부터 제공되는 복수의 기준국이 수신한 복수의 측위 위성으로부터의 신호를 처리하여 얻어진 측위정보와, 자기의 측위정보를 송신하는 측위정보 제공장치를 설치하는 것이다.
또한 준천정 위성으로부터 송신되는 신호에 의거하여 측위정보를 제공하는 측위시스템에 있어서, 이 신호는 복수의 측위 위성으로부터의 신호를 복수개소에서 수신하여 신호처리하여 준천정 위성에 송신한 신호를 포함하고, 준천정 위성으로부터 송신된 신호와 지상에 놓여진 자기의 측위정보를 합성하여 송신하는 측위정보 제공장치의 신호를 수신하여 자신의 위치를 측위하는 측위장치를 가지는 것에 있다.
그리고 복수의 측위위성은, GPS위성, GLONASS위성, GALILEO위성, 준천정 위성중 적어도 어느 하나의 위성을 포함하여도 좋고, 준천정 위성으로부터 송신되는 신호는, 측위 위성의 신호를 수신한 기준국에 따라 송신채널을 변화시킨 신호이어도 좋다. 또 측위정보 제공장치는, 준천정 위성으로부터 송신되는 신호 중으로부터 자기의 주위에 배치된 기준국에 따라 수신 채널을 선택적으로 변화시키는 것이어도 좋다. 또한 준천정 위성으로부터 송신되는 신호는, 측위 위성의 신호를 수신한 기준국에 따라 송신 채널이 변화하는 신호이며, 측위정보 제공장치가 이 신호 중으로부터 자기의 주위에 배치된 기준국에 따라 수신 채널을 선택적으로 변화시켜 생성한 신호를 측위장치가 수신하는 것이어도 좋다.
도 1에 본 발명에 관한 측위시스템의 일 실시예의 모식도를 나타낸다. 측위시스템에서는 복수의 GPS(전 지구 측위시스템) 위성(170)과, 그 궤도가 천정 근처를 통과하는 준천정 위성(140)으로부터 송신되는 신호를 사용하여 피측정물의 위치를 피측정물이 구비하는 측위장치(160)가 측정한다. 즉, GPS 위성(170)으로부터의 신호를 지상에 배치된 복수의 기준국(110)이 수신하여 통신국(130)에 수신정보를송신한다.
그리고 통신국(130)은 GPS 위성(170)의 보정정보를 준천정 위성(140)에 송신하고, 준천정 위성(140)은 측위정보 제공장치(150)와 측위장치(160)에 측위정보와 보정정보를 송신한다. 측위정보 제공장치(150)는 측위정보와 보정정보를 측위장치장치(160)에 송신한다. 이에 의하여 측위장치(160)는 자기의 위치를 특정할 수 있다.
보다 상세하게는 기준국(110)은, GPS 위성용 수신수단(111)과 신호 송신수단 (112)을 가진다. GPS 위성용 수신수단(111)은, 안테나 및 RF(고주파), 필터, A/D 컨버터(아날로그/디지털 변환기) 등을 가진다. 이 GPS 위성용 수신수단(111)은, GPS 위성(170)으로부터 보내져 오는 L1대(1575. 42 ± 1 MHz)와 L2대(1227. 6± 1 MHz)의 반송파를 수신한다. 그리고 L1대의 반송파에 포함되는 GPS 위성(170)의 측위정보를 검출하여 L1대와 L2대의 반송파의 위상을 검출한다.
GPS 위성(170)의 측위정보에는, GPS 위성(170)의 식별 코드(의사 잡음 부호)나 반송파의 송신시각, GPS 위성(170)의 궤도정보(Ephemeris; 이페머리스)가 포함되어 있다. 검출된 측위정보는, 전화회선이나 인터넷 등의 회선(120)에 접속된 모뎀이나 네트워크 카드 등의 신호 송신수단(112)으로부터, L1대와 L2대의 반송파의 위상정보와 함께 이 회선에 접속된 통신국(130)에 보내진다.
통신국(130)은, 신호 수신수단(131)과 정보 기억수단(132)과 보정정보 산출수단(133)과 송신수단(134)을 가진다. 신호 수신수단(131)은 모뎀이나 네트워크 카드 등이고, 회선(120)에 접속되어 복수의 기준국(110)으로부터의 신호를 수취한다. 정보 기억수단(132)은 하드 디스크나 메모리 등이며, 기준국(11O)의 식별 코드나 위치, 준천정 위성(14O)의 궤도정보를 저장하고 있다. CPU 등의 보정정보 산출수단 (133)은, 기준국(110)으로부터 보내진 정보와 정보 기억수단(132)에 저장된 정보에 의거하여 각 기준국(110)과 GPS 위성(170)까지의 의사거리나 의사거리의 보정 데이터, L1대와 L2대의 반송파 위상, L1대와 L2대의 반송파 위상의 보정 데이터, 수신시의 GPS 시각을 산출한다. 그리고 GPS 위성(170)의 보정정보와 준천정 위성(140)의 보정정보를 송신수단(134)에 보낸다.
GPS 위성(170)의 보정정보는, 각 기준국(110)에서 포착된 각 GPS 위성(170)까지의 의사거리나 의사거리의 보정 데이터, L1대와 L2대의 반송파 위상, L1대와 L2대의 반송파 위상의 보정 데이터, 기준국(110)의 식별 코드와 위치, 수신시의 GPS 시각을 포함한다. 송신수단(134)은 안테나 및 D/A컨버터, 증폭기를 가지고, GPS 위성(170)의 보정정보 및 준천정 위성(140)의 궤도정보를 준천정 위성(140)에 송신한다.
준천정 위성(140)은, 수신수단(141)과 송신신호 생성수단(142), 시계(143), 송신수단(144)을 구비하고 있다. 그리고 정보를 제공하는 지역의 대략 천정에 위치한다. 수신수단(141)은, 안테나 및 A/D컨버터, 증폭기를 가지고, 통신국(130)으로부터 송신된 신호를 수신하여, GPS 위성(170)의 보정정보와 준천정 위성(14O)의 궤도정보를 검출한다. CPU 등의 송신신호 생성수단(142)은 준천정 위성(140)의 측위정보와 GPS 위성(170)의 보정정보를 조합시킨 신호를 생성한다.
준천정 위성(140)의 측위정보는, 의사 잡음 부호로 생성된 준천정 위성(14O)의 식별 코드나 송신시각, 준천정 위성(14O)의 궤도정보를 포함한다. 또한 궤도정보 대신에 위치정보를 사용하여도 좋다. 시계(143)는 시각을 출력한다. 송신수단 (144)은 안테나 및 D/A컨버터, 증폭기를 가지고, 지상에 준천정 위성(140)의 측위정보와 GPS 위성(170)의 보정정보를 조합시킨 신호를 송신한다.
통신국(130)은 회선(190)을 거쳐 복수의 측위정보 제공장치(150)에 접속되어 있다. 측위정보 제공장치(150)는, 준천정 위성용 수신수단(151)과 보정정보 탐색수단(152), GPS 위성용 수신수단(153), 시계(155), 시각 산출수단(154), 위치정보 기억수단(156), 송신신호 생성수단(157), 송신수단(158)을 가진다. 준천정 위성용 수신수단(151)은, 안테나와 A/D컨버터, 증폭기를 가진다. 이 준천정 위성용 수신수단 (151)은, 준천정 위성(140)으로부터 보내진 신호를 수신하여 준천정 위성(140)의 측위정보와 GPS 위성(170)의 보정정보를 검출한다. CPU 등의 보정정보 탐색수단(152)은, 준천정 위성(140)으로부터 보내지는 정보 중으로부터 측위정보 제공장치(150)를 둘러 싸는 3개의 기준국(110)에서 포착된 각 GPS 위성(170)의 보정정보를 검색한다.
GPS 위성용 수신수단(153)은, 안테나와 RF, 필터, A/D 컨버터를 가지고, GPS 위성(170)으로부터 보내지는 L1대의 반송파를 수신한다. 그리고 이 신호에 포함되는 GPS 위성(170)의 측위정보를 검출한다. 시계(155)는 시각을 출력한다. CPU 등의 시각 산출수단(154)은, GPS 위성용 수신수단(153)이 검출한 GPS 위성(170)의 측위정보와 준천정 위성용 수신수단(151)이 수신한 GPS 위성(170)의 보정정보에 의거하여 수신시각을 산출한다. 또 측위정보 제공장치(150)의 위치정보 정밀도를 향상시키기 위하여, 측위정보 제공장치(150)가 수신시각을 산출하였을 때에 구한 위치정보와 그때까지 요구되어 있는 위치정보와의 평균치를 산출하여 위치정보 기억수단(156)에 저장된 측위정보 제공장치(150)의 위치정보를 수정한다.
위치정보 기억수단(156)은 하드 디스크 또는 메모리 등의 기억수단이고, 측위정보 제공장치(150)의 위치정보를 저장하고 있다. CPU 등의 송신신호 생성수단 (157)은, 보정정보 탐색수단(152)이 검출한 각 GPS 위성(170)의 보정정보와 측위정보 제공장치(150)의 측위정보를 조합시킨 신호를 생성한다. 측위정보 제공장치(150)의 측위정보는, 측위정보 제공장치(150)의 식별 코드나 송신시각, 측위정보 제공장치 (150)의 위치를 포함한다. 송신수단(158)은, 안테나와 D/A컨버터, 증폭기를 포함하고, 정보 제공장치(150)의 측위정보와 GPS 위성(170)의 보정정보를 조합시킨 신호를 송신한다.
측위장치(160)는, 측위정보 제공장치용 수신수단(161)과 GPS 위성용 수신수단 (162), 시계(163), 측위수단(164)을 가진다. 측위정보 제공장치용 수신수단(161)은 안테나와 A/D컨버터, 증폭기를 가지고, 측위정보 제공장치(150)로부터 보내진 신호를 수신하여, 이 신호에 포함되는 GPS 위성(170)의 보정정보 및 측위정보 제공장치 (150)의 측위정보를 검출한다.
GPS 위성용 수신수단(162)은, 안테나와 RF, 필터, A/D 컨버터를 가진다. GPS 위성용 수신수단(162)은, GPS 위성(170)으로부터 보내진 L1대와 L2대의 반송파를 수신하고, 이 신호에 포함되는 GPS 위성(170)의 측위정보 및 L1대와 L2대의 반송파의 위상을 검출한다. 시계(163)는 시각을 출력한다. CPU 등의 측위수단(164)은, GPS 위성(170)의 측위정보와 GPS 위성(170)의 보정정보, 측위정보 제공장치 (150)의 측위정보에 의거하여 측위장치(160)의 위치를 산출한다.
이와 같이 구성한 측위시스템에 사용하는 기준국(110)의 동작순서를, 이하에 설명한다. GPS 위성용 수신수단(111)은, GPS 위성(170)으로부터 보내진 L1대와 L2대의 반송파로부터 L1대의 전파에 포함되는 GPS 위성(170)의 측위정보를 검출한다. 그것과 함께 L1대와 L2대의 반송파의 위상을 검출하여, 수신시각과 GPS 위성(170)의 측위정보와 L1대와 L2대의 반송파의 위상정보를 신호 송신수단(112)에 보낸다. 신호 송신수단(112)은, 수신시각과 GPS 위성(170)의 측위정보와 L1대 및 L2대의 반송파의 위상정보를, 통신국(130)에 송신한다.
통신국(130)은, 이하와 같이 동작한다. 신호 수신수단(131)이, 복수의 기준국(110)이 포착한 GPS 위성(170)의 측위정보 및 L1대와 L2대의 반송파의 위상정보, 수신시각을 수신하여 보정정보 산출수단(133)에 보낸다. 이들 정보와 정보 기억수단(132)에 저장된 기준국(110)의 위치정보에 의거하여, 보정정보 산출수단 (133)은 각 기준국(110)이 포착한 GPS 위성(170)까지의 의사거리나 의사거리의 보정 데이터, L1대와 L2대의 반송파 위상, L1대와 L2대의 반송파 위상 보정 데이터, 수신시의 GPS 시각을 산출한다. 그리고 정보 기억수단(132)에 미리 저장한 기준국(110)의 식별 코드 및 위치, 준천정 위성(140)의 궤도정보를 송신수단(134)에 보낸다. 송신수단(134)에서는, 각 기준국(110)이 포착한 GPS 위성(170)의 보정정보와 준천정 위성(140)의 궤도정보를 준천정 위성(140)에 송신한다.
준천정 위성(140)의 동작순서를, 이하에 설명한다. 통신국(130)으로부터 보내진 신호를 수신수단(141)이 수신하고, 그 신호로부터 각 기준국(110)이 포착한 GPS 위성(170)의 보정정보와 준천정 위성(140)의 궤도정보를 검출하여 송신신호 생성수단 (142)에 보낸다. 송신신호 생성수단(142)에서는, 준천정 위성(140)의 식별 코드와 궤도정보 및 송신시각의 정보[준천정 위성(140)의 측위정보], GPS 위성(170)의 보정정보를 조합시킨 신호를 생성한다. 그리고 송신수단(144)에 이 생성신호를 보낸다. 송신수단(144)에서는 시계(143)로부터 출력되는 시각을 기준으로 하여 송신신호 생성수단(142)이 생성한 신호의 송신시각을 결정하여 지상에 송신한다.
이와 같이 준천정 위성(140)으로부터 송신된 신호를 지상측에서 처리하는 측위정보 제공장치(150)의 동작순서를, 도 2를 사용하여 설명한다.
준천정 위성용 수신수단(151)이, 준천정 위성(140)으로부터의 신호로부터 GPS 위성(170)의 보정정보와 준천정 위성(140)의 측위정보를 검출한다. 그리고 측위정보를 보정정보 탐색수단(152)에 보낸다(단계 201). 이어서, 단계 202에 있어서 보정정보 탐색수단(152)이, GPS 위성(170)의 보정정보 중으로부터 측위정보 제공장치(150)가 설치되어 있는 장소를 둘러 싸는 3개의 기준국(110)이 포착한 GPS 위성(170)의 보정정보를 검색한다. 이 검색결과는, 송신신호 생성수단(157)에 보내진다.
한편, GPS 위성용 수신수단(153)이 시계(155)의 출력에 동기시켜 GPS 위성 (170)으로부터의 신호를 수신한다. 그리고 포착한 GPS 위성(170)의 측위정보를 검출하여 시각 산출수단(154)에 송신한다(단계 203). 이어서 단계 204에 있어서, 시각 산출수단(154)이, 이 GPS 위성(170)의 측위정보와, GPS 위성(170)의 보정정보에 의거하여 측위정보 제공장치(150)의 위치와 수신시각을 산출한다. 산출한 수신시각에 처리시간을 더하여 현재의 시각을 추정하여, 시계(155)에 송신한다. 그것과 함께 시각 산출수단(154)이 추정한 현재의 시각에 의거하여 시계(155)의 시각을 수정한다. 측위정보 제공장치(150)가 이번에 구한 위치와, 그때까지 구하여 놓은 위치의 평균치를 측위정보 제공장치(150)의 위치로서 측위정보 기억수단(156)에 저장한다(단계 205).
단계 202에서 검색한 GPS 위성(170)의 보정정보와, 송신시각과, 식별 코드(의사 잡음 부호)와 위치정보와, 측위정보 제공장치(150)의 측위정보를 조합시킨 신호를, 송신신호 생성수단(157)이 생성하여 송신수단(158)에 보낸다(단계 206). 이어서 단계 207에 있어서 송신수단(158)이 시계(155)의 출력시각에 의거하여 미리 정한 송신시각에 맞추어 단계 206에서 생성된 신호를 측위장치(160)에 발신한다.
측위장치(160)의 동작순서를, 도 3을 사용하여 설명한다.
측위정보 제공장치(150)로부터 측위장치(160)에 보내진 신호는, 측위정보 제공장치용 수신수단(161)으로 수신된다. 이 수신시, 시계(163)로부터 출력되는 시각이 측위수단(164)에 보내진다. 또 수신한 신호 중으로부터 측위정보 제공장치 (150)가 설치된 장소를 둘러 싸는 3개의 기준국(110)이 포착한 GPS 위성(170)의 보정정보와, 측위정보 제공장치(150)의 측위정보를 측위정보 제공장치용 수신수단 (161)이 검출하여, 측위수단(164)에 보낸다(단계 301).
측위수단(164)에서는 보내진 정보로부터 측위정보 제공장치(150)의 측위정보와 GPS 위성(170)의 보정정보를 분리한다(단계 302). 한편 GPS 위성용 수신수단 (162)은 GPS 위성(170)으로부터 송신되는 L1대와 L2대의 반송파를 수신하고, GPS 위성(170)의 측위정보 및 L1대와 L2대의 반송파의 위상을 검출하여 측위수단(164)에 보낸다. 또 수신시에 시계(163)로부터 출력되는 시각을 측위수단(164)에 보낸다(단계 303).
측위수단(164)은, 측위정보 제공장치(150)의 측위정보와 GPS 위성(170)의 보정정보, 포착한 GPS 위성(170)의 측위정보, L1대와 L2대의 반송파의 위상에 의거하여 측위정보 제공장치(150) 및 GPS 위성(170)과 측위장치(160) 사이의 거리가 의사거리에 가장 가까워졌을 때의 측위장치(160)의 위치와 수신시각을 계산한다. 여기서 의사거리란, 겉보기 전파의 전송시간과 광속의 곱이다. 이 계산의 상세를 이하에 나타낸다. GPS 위성(170)의 측위정보와 L1대의 반송파의 수신시각에 의거하여 SA(단독 측위정보의 작위적 열화조치)가 실시된 측위장치(160)의 위치를 계산한다.
각 GPS 위성(170)에 대한 의사거리와 위상의 보정 데이터가, 경도와 위도에 관하여 선형으로 변화된다고 한다. 3개의 기준국(110)에 대하여 경도(x)와 위도 (y)에 있어서의 각 GPS 위성(170)의 의사거리의 보정 데이터(d)는, 동일평면에 탑재된다. 이 평면은 수학식 1의 선형 관계로 나타내진다. 여기서 a1 내지 a3을, 3개의 기준국(110)의 경도와 위도 및 각 GPS 위성(170)에 관한 의사거리의 보정 데이터로부터 계산한다.
측위장치(160)의 위치(경도, 위도)를 수학식 1에 대입하여 그때의 의사거리의 보정 데이터를 산출한다. L1대와 L2대의 반송파의 위상에 대해서도 선형 변화되는 것으로 하여 보정 데이터를 산출한다. 산출한 보정 데이터에 의거하여 의사거리를 보정하여 측위장치(160)의 위치와 수신시각을 산출한다. 측위정보 제공장치(150)에 대한 의사거리도 전송시간과 광속의 곱으로 구해진다(단계 304). 이어서 측위수단(164)으로 산출한 수신시각에 의거하여 시계(163)의 시각을 수정한다(단계 305).
또한 단계 304에 있어서의 의사거리의 계산에서는 여러가지의 방법을 사용할 수 있다. 그 예로서는 캘거리대학에서 제안된 가상 기준점 방식(Multiref 방식), Geo ++위성에서 사용되고 있는 Referenznetz방식, Terrasat 위성에서 사용되고 있는 Virtual Reference Station 방식을 들 수 있다.
단계 304에 있어서, 측위장치(160)가 수신한 GPS 시각이, GPS 위성(170)의 보정정보에 포함되는 기준국(110)에서 수신한 GPS 시각에 비하여 10초 이상 경과하고 있는 경우는, GPS 위성(170)의 보정정보 대신에 GPS 위성(170)의 측위정보 및 L1대와 L2대의 반송파의 위상으로 산출한 측위장치(160)의 위치를 채용한다. 이것은 보정에 의한 정밀도 향상을 기대할 수 없게 되기 때문이다.
측위정보 제공장치(150) 주위의 3개의 기준국(110)에서 포착한 GPS 위성 (170)의 보정정보를 검색하는 대신에, 3개 이상의 기준국(110)이 포착한 GPS 위성 (170)의 보정정보를 검출하여 송신하여도 측위할 수 있다. 이때 측위장치(160)는 최소 이승법을 사용하여 수학식 1의 계수(a1 내지 a3)를 계산한다.
본 실시예에서는 3개의 기준국(110)이 포착한 GPS 위성(170)의 보정정보를 검색하여 송신하고 있기 때문에, 일본 전국의 기준국(110)이 포착한 GPS 위성(170)의 보정정보를 송신하는 데 비하여, 측위정보 제공장치(150)로부터 측위장치(160) 에의 데이터의 트래픽량을 줄일 수 있다. 이에 의하여 측위정보 제공장치(150)와 측위장치(160)의 처리량을 저감할 수 있어 장치 비용이 저감된다.
측위정보 제공장치(150)가 송신하는 GPS 위성의 보정정보를, 3개의 기준국이 포착한 것으로부터 측위정보 제공장치(150)의 위치 또는 측위정보 제공장치(150)가 신호를 송신하는 장소의 중심위치에 대한 것으로 변경함으로써, 데이터용량을 1/3로 할 수 있다. 데이터용량이 저감하였기 때문에, 측위정보 제공장치(150)와 측위장치 (160)의 처리량을 저감할 수 있다. 또한 측위정보 제공장치(150)는 보정정보를 상기 수학식 1에 의해 구한다. 측위장치(160)는 송신된 보정정보를 사용하여 의사거리와 이송을 보정한다.
도 4에 측위정보 제공장치(150)가 송신하는 신호의 예를 나타낸다. 이 신호는 GPS 신호와 동일한 L1대의 주파수 및 포맷으로 되어 있고, GPS 신호의 항법 메시지의 서브 프레임이다. 이에 의하여 측위장치(160)는 6초마다 GPS 위성(170)의 보정정보를 수신하는 것이 가능하게 된다.
도 4에 나타낸 신호는, 코드의 시작을 나타내는 정보(401) 및 측위정보 제공장치(160)의 경도(402), 위도(403)와 고도(404), 송신시각(405), 송신한 주의 번호 (406), 측위정보 제공장치(150)의 위치 또는 측위정보 제공장치(150)가 신호를 송신하는 장소의 중심위치에 있어서의 7개의 GPS 위성(170)의 의사잡음부호(식별 코드)(407)의, 의사거리의 보정 데이터(408)를 포함한다.
측위정보 제공장치(150)의 위도(402)에 32비트, 경도(403)에 31비트, 고도 (404)(지표 1만m 분)에 20비트 사용함으로써 cm 오더로 측위정보 제공장치(150) 위치를 표시할 수 있다. 송신하는 시각에 대해서는 1980년 1월 6일을 기준으로 한 주의 번호(406)에 10비트, 주초부터의 경과시간을 6초 단위로 표시한 송신시각 (405)에 18비트 사용하고 있다. GPS 위성(170)의 모든 의사 잡음 부호를 5비트로 나타낼 수 있기 때문에, 의사거리의 보정 데이터(408)에 11비트 사용함으로써 ±50m의 범위를 5cm 단위로 나타낼 수 있다.
또한 측위정보 제공장치(150) 근방의 기준국(110)이 포착한 GPS 위성(170)의 수가 7보다 많을 때는 7개만 선택하면 된다. 그때 기준국(110)이 포착하기 쉬운 천정에 가까운 GPS 위성(170)을 선택하면, 측위장치(160)도 포착할 수 있을 가능성이 높기 때문에, 측위 정밀도가 향상한다. 패리티(409)의 6비트는 패리티(409)의 이전에 송신되는 24비트의 정보를 체크하는 데 사용된다.
본 실시예에 의하면, 측위정보 제공장치용 수신수단(161)과 GPS 위성용 수신수단(162)을 공용할 수 있다. 또한 측위정보 제공장치(150)는 의사적인 GPS 신호를 송신하는 의사위성에 상당한다. 측위장치(160)는 디퍼렌셜방식을 사용하여 측위한다.
본 실시예에 있어서, GPS 위성(170) 이외의 측위위성인 GLONASS 위성(181)이나 GALILEO 위성(182), 준천정 위성(140)의 적어도 어느 하나의 위성[이하, 단지 측위위성(200)라 함]의 보정정보도 사용하면, 고정밀도로 측위할 수 있다. 구체적으로는 기준국(110)에 이들 측위위성(200)용의 수신수단(113)을 설치하여 위성의 식별 코드나 궤도, 발신시각을 포함하는 측위정보를 검출한다. 그리고 통신국 (130)의 보정정보 산출수단(133)이, 측위위성(200)의 측위정보로부터 의사거리를 계산하여 정보 기억수단(132)에 저장한 기준국(110)의 위치로부터 구한 의사거리와의 차를 의사거리의 보정 데이터로서 구한다. 통신국(130) 및 준천정 위성은 GPS 위성(170)의 보정정보에 측위위성(200)의 보정정보도 더하여 신호를 전송한다.
측위정보 제공장치(150)는, 수신한 준천정 위성(140)으로부터의 신호 중으로부터 측위정보제공장치(150) 근방의 3개 이상의 기준국(110)이 포착한 GPS 위성 (170)의 보정정보와 측위위성(200)의 보정정보를 검색한다. 그리고 이 보정정보와 측위정보 제공장치(150)의 측위정보를 조합하여 측위장치(160)에 송신한다.
측위장치(160)에 측위위성(200)의 수신수단(165)을 추가하여 측위위성(200)의 측위정보를 수신 가능하게 한다(도 3의 단계 306 참조). 그리고 측위정보 제공장치 (150)로부터 송신된 GPS 위성(170)의 보정정보와, 측위위성(200)의 보정정보에 의거하여 의사거리를 보정한다. 도 3의 단계 304와 동일한 방법으로 동기시켜 측위장치 (160)의 위치를 산출한다.
측위정보 제공장치(150)가 송신하는 측위위성(200)의 보정정보를, 측위정보제공장치(150)의 주위에 위치하는 3개의 기준국(110)이 포착한 것으로부터, 측위정보 제공장치(150)가 있는 장소 또는 측위정보 제공장치(150)가 송신하는 장소의 중심에 있어서의 보정정보를 상기한 수학식 1로 보정한 것으로 변경하면, 데이터용량을 1/3로 할 수 있다. 이에 의하여 측위정보 제공장치(150)로부터 측위장치(160)에의 데이터의 트래픽량을 줄일 수 있고, 측위정보 제공장치(150)와 측위장치(160) 의 처리량을 저감할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 통신국(130)과 측위정보 제공장치(150)를 회선(190)으로 연결하고 있기 때문에, 준천정 위성(140)으로부터 보내지는 GPS 위성(170)과 측위위성(200)의 보정정보를 수신할 수 없어도 회선(190)으로부터 이들 정보를 수취할 수 있어 안정되고 연속적으로 보정정보를 발신할 수 있다.
상기 실시예에 있어서, 측위장치(160)의 GPS 위성용 수신수단(162)을 GPS 위성(170)으로부터 보내져 오는 L1대의 반송파를 수신하여 GPS 위성(170)의 측위정보를 검출하는 수단으로 하고, 측위수단(164)을 수학식 1을 사용하여 측위장치(160)의 위치에 있어서의 의사거리의 보정 데이터를 계산하고, 그것을 기초로 GPS 위성 (170)으로부터의 의사거리를 보정하여 측위장치(160)의 위치를 산출하는(디퍼렌셜방식)수단으로 하면 보정정보를 사용하고 있기 때문에 단독 측위에 비하여 측위 정밀도가 향상된다. 또 L2대의 수신기가 불필요하게 되기 때문에, L2대의 반송파도 수신할 수 있는 장치에 비하여 저렴해진다.
또한 본 실시예에서는 준천정 위성(140)이 가지는 송신수단(144)의 송신방식에 스펙트럼 확산방식을 사용하고 있다. 그 때문에 송신신호 생성수단(142)은 스펙트럼 확산방식의 채널수에 맞추어 각 기준국(110)의 보정정보를 지역마다 그룹으로 나눈다. 그룹으로 나뉘어진 보정정보는, 송신수단(144)으로부터 측위정보 제공장치(150)나 측위장치(160)에 송신된다. 이들 장치(150, 160)는 자기의 위치에 의거하여 준천정 위성(14O)의 채널을 선택 수신한다. 이에 의하여 보정정보를 송신하는 간격이 짧아져 보정정보를 단시간에 수신할 수 있다.
기준국(110)이 수신하고 나서 측위장치(160)가 측위하기까지의 시간이 길어질 수록 측위 정밀도가 악화된다. 따라서 상기 실시예에서는 각 기준국(110)의 보정정보를 지역마다 그룹으로 나누고 있다. 준천정 위성(140)으로부터 보정정보를 송신하고 있다. 이에 의하여 보정정보의 송신에 요하는 시간을 단축할 수 있어, 측위 정밀도가 향상된다. 또 측위정보 제공장치(150)와 측위장치(160)에의 데이터의 트래픽량을 줄일 수 있기 때문에, 측위정보 제공장치(150)와 측위장치(160)의 처리량이 저감하여 장치 비용이 저감된다.
측위정보 제공장치(150)는 GPS 위성(170)의 보정정보와 측위정보 제공장치 (150)의 측위정보의 송신에 휴대전화나 휴대정보단말(PDA) 등에서 사용되는 주파수대인 2.4 GHz대나 5 GHz대를 사용하고 있다. 따라서 무선 LAN 기능을 가지는 휴대전화나 휴대정보단말 등에 측위장치(160)의 기능을 가지게 하면, 장치를 소형화할수 있고, 장치 비용을 저감할 수 있다.
또한 GPS 위성(170)의 보정정보를 RTCM ver. 3.0형식으로 송신하면, 3개의 기준국(110)이 각각 12개의 GPS 위성(170)을 포착하면, 4446비트의 데이터량이 된다. IEEE802.11형식을 사용하면 주파수가 2.4 GHz대의 전송속도는 1 Mbps/2 Mbps, 전송영역은 100 ×100m 이다. 이에 의하여 1초마다 GPS 위성(170)의 보정정보를 송신 가능하게 된다. 주파수 대역이 5 GHz 대일 때에는 IEEE802.11a 형식을 사용한다. 전송 속도가 최대 54 Mbps 이기 때문에 이 경우도 1초마다 GPS 위성(170)의 보정정보를 송신 가능하다. 또 휴대전화 등의 이동체 통신에 있어서 CDMA 시스템의 IS-95형식을 사용하면 전송속도는 9.6 kbps가 된다. 이 경우도 1초마다 GPS 위성(170)의 보정정보를 송신 가능하다.
상기 실시예에 의하면, 종래 측위 위성으로부터의 수신장해로 되어 있던 위치에, 보조적인 수신 및 송신수단인 측위정보 제공장치를 설치 가능하기 때문에 측위 장해개소를 저감할 수 있다. 또 측위정보 제공장치를 복수의 측위 위성으로부터의 수신에 적합한 곳에 배치할 수도 있기 때문에, 측위정보 및 측위의 신뢰성이 향상된다.
본 발명에 의하면, 복수의 측위 위성의 측위정보를 수신 가능한 보조 수신수단을 설치하고, 그 정보에 의거하여 측위정보를 보정하고 있기 때문에, 측위 장해위치를 저감할 수 있음과 동시에, 고정밀도의 측위를 할 수 있다. 또 3개의 기준국이 포착한 측위 위성의 보정정보를 측위정보 제공장치가 측위장치에 송신하기 때문에 측위장치 및 측위정보 제공장치에의 보정정보의 트래픽량이 저감되고, 장치 비용도 저감된다.

Claims (13)

  1. 준천정 위성으로부터 송신되는 신호에 의거하여 측위정보를 제공하는 측위시스템에 있어서,
    상기 신호는, 지상에 놓여진 복수의 기준국이 수신한 복수의 측위 위성으로부터의 신호를 처리하여 통신국이 준천정 위성에 송신한 신호를 포함하고,
    상기 준천정 위성으로부터 송신된 신호와 자기의 측위정보를 송신하는 측위정보 제공장치를 가지는 것을 특징으로 하는 측위시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    통신국이 송신하는 신호는, 적어도 상기 측위정보 제공장치의 주위의 3개소의 기준국이 송신한 신호를 처리한 신호를 포함하고, 상기 측위정보 제공장치의 측위정보는 이 측위정보 제공장치의 식별 코드와 송신시각과 이 측위정보 제공장치의 위치 또는 송신위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 측위시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 준천정 위성으로부터 송신되는 신호의 주파수는, 상기 측위정보 제공장치가 송신하는 신호의 주파수와 다른 것을 특징으로 하는 측위시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 측위정보 제공장치가 송신하는 신호는, 2.4 GHz대, 5 GHz대 또는 이동체 통신의 주파수대인 것을 특징으로 하는 측위시스템.
  5. 측위정보를 제공하는 통신국과 네트워크 접속된 측위시스템에 있어서,
    상기 통신국으로부터 제공되는 복수의 기준국이 수신한 복수의 측위 위성으로부터의 신호를 처리하여 얻어진 측위정보와, 자기의 측위정보를 송신하는 측위정보 제공장치를 설치한 것을 특징으로 하는 측위시스템.
  6. 준천정 위성으로부터 송신되는 신호에 의거하여 측위정보를 제공하는 측위시스템에 있어서,
    상기 신호는, 복수의 측위 위성으로부터의 신호를 복수개소에서 수신하여 신호처리하여 준천정 위성에 송신한 신호를 포함하고,
    상기 준천정 위성으로부터 송신된 신호와 지상에 놓여진 자기의 측위정보를 합성하여 송신하는 측위정보 제공장치의 신호를 수신하여 자신의 위치를 측위하는 측위장치를 가지는 것을 특징으로 하는 측위시스템.
  7. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 복수의 측위위성은, GPS 위성, GLONASS 위성, GALILEO 위성, 준천정 위성 중 적어도 어느 하나의 위성을 포함하는 것을 특징으로 하는 측위시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 준천정 위성으로부터 송신되는 신호는, 측위 위성의 신호를 수신한 기준국에 따라 송신채널을 변화시킨 신호인 것을 특징으로 하는 측위시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 측위정보 제공장치는, 상기 준천정 위성으로부터 송신되는 신호 중에서자기의 주위에 배치된 기준국에 따라 수신채널을 선택적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 측위시스템.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 준천정 위성으로부터 송신되는 신호는, 측위 위성의 신호를 수신한 기준국에 따라 송신채널이 변화되는 신호이고, 측위정보 제공장치가 이 신호 중으로부터 자기의 주위에 배치된 기준국에 따라 수신 채널을 선택적으로 변화시켜 생성한 신호를 상기 측위장치가 수신하는 것을 특징으로 하는 측위시스템.
  11. 준천정 위성으로부터 송신되는 신호에 의거하여 측위정보를 제공하는 측위정보 제공방법에 있어서,
    상기 신호는, 지상에 놓여진 복수의 기준국이 수신한 복수의 측위 위성으로부터의 신호를 처리하여 통신국이 준천정 위성에 송신한 신호를 포함하고,
    상기 준천정 위성으로부터 송신된 신호와 자기의 측위정보를 송신하는 것을특징으로 하는 측위정보 제공방법.
  12. 통신국으로부터 제공되는 복수의 기준국이 수신한 복수의 측위 위성으로부터의 신호를 처리하여 측위정보를 얻어, 상기 측위정보와 자기의 측위정보를 송신하는 것을 특징으로 하는 측위정보 제공방법.
  13. 준천정 위성으로부터 송신되는 신호에 의거하여 측위정보를 제공하는 측위제공방법에 있어서,
    상기 신호는, 복수의 측위 위성으로부터의 신호를 복수개소에서 수신하여 신호처리하여 준천정 위성에 송신한 신호를 포함하고,
    상기 준천정 위성으로부터 송신된 신호와 지상에 놓여진 자기의 측위정보를 합성하여 송신하는 측위정보 제공장치의 신호를 수신하여 자신의 위치를 측위하는 것을 특징으로 하는 측위정보 제공방법.
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