KR20060056389A - 위성 위치측정 시스템에서 시간을 결정하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

위성 위치측정 시스템과 관련된 기준 시간을 결정하는 방법 및 장치. 교대로, 일 실시형태에서는, 이 기준 시간을 이용하여 다른 항행 정보를 결정하게 된다. 상기 항행 정보는, 예를 들어, 위성 위치측정 시스템(SPS) 수신기의 장소/위치를 포함할 수도 있다. 일 실시형태에서, SPS 수신기와 하나 이상의 위성들의 세트간의 상대 속도를 이용하여 SPS 수신기에 의해 표시된 시간과 기준 시간간의 오프셋을 결정하게 된다. 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 오차 통계치를 이용하여 기준 시간을 결정하게 된다. 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 위성 메시지의 적어도 일부분을 각각 나타내는 2개의 기록들을 비교하여 시간을 결정하게 된다. 일 실시형태에서, SPS 수신기는 이동성이며, 기지국과 결합하여 동작하여 상술한 방법들 중 하나 또는 조합에 따라 시간 및/또는 다른 항행 정보를 결정하게 된다.
위성 위치측정 시스템, SPS 수신기, 기지국

Description

위성 위치측정 시스템에서 시간을 결정하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING TIME IN A SATELLITE POSITIONING SYSTEM}
도 1A 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 사용될 수 있는 결합된 이동 GPS 수신기 및 통신 시스템의 일 예를 도시한다.
도 1B 는 도 1A 의 RF/IF 변환기 (7) 및 주파수 합성기 (16) 를 더 상세하게 나타낸다.
도 2 는 도 1A 에 도시된 것과 같은 이동 통신 수신기 및 송신기와 결합된 이동 SPS 수신기에서 이용되는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 위성 위치측정 시스템에서 시간 결정을 위해 상대 위성 속도를 이용하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3A 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 위성 위치측정 시스템에서 시간을 결정하기 위해 오차 통계치를 이용하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3B 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 위성 위치측정 시스템에서 시간을 결정하기 위해 도 3A 의 방법 (300) 에서 유닛 분산 오차 통계치를 이용하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4A 및 도 4B 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 한 세트의 범위 추정값들에 적합한 유닛 분산의 일 예를 도시한다.
*도 5 는 위성 데이터 메시지의 제 1 및 제 2 기록을 비교하여 위성 위치측정 시스템과 관련된 시간을 결정하는 일반화된 방법으로서, 본 발명의 일 실시형태에 따라, 도 1A 에 도시된 것과 같은, 이동 통신 수신기 및 송신기와 결합된 이동 SPS 수신기에서 이용될 수 있는 일반화된 방법을 나타낸다.
도 6 은 위성 위치측정 시스템에서 이용하는 위성 데이터 메시지들과 관련된 시간을 측정하는 방법 (620) 을 더 상세하게 나타낸다.
도 7A 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 기지국을 나타낸다.
도 7B 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 기지국을 나타낸다.
도 8 은 SPS 수신기, 이동 전화 사이트, 기지국, 인터넷 및 클라이언트 컴퓨터 시스템을 포함하는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 시스템을 나타낸다.
본 출원은, 본 발명의 양수인에게 양도되며 1997년 2월 3일 출원된, 발명의 명칭이 "시간측정에 기초한 위성 위치측정 시스템용 방법 및 장치" 인 미국 특허 출원 제 08/796,694 호의 부분 계속 출원 (continuation-in-part) 이다.
본 발명은 위성 위치측정 시스템 (SPS) 에 관한 것으로, 더욱 자세하게는, SPS 신호 송신 및/또는 수신과 관련된 시간을 결정하는 것이다.
통상적으로, GPS(전지구 위치파악 시스템) 수신기 등의 SPS 수신기는 GPS(또는 NAVSTAR) 위성 등의 다수의 위성들로부터 동시에 송신된 신호들의 상대적인 도 착시간을 계산하여 자신의 위치를 결정한다. GPS 등의, 전형적인 위성 위치측정 시스템에서, 다수의 위성들은 고정밀 시스템 클록에 따라 동기화되며, 이들은 원자시계의 정확도를 제공한다. 통상적으로, 각 위성은, 시스템 클록에 의해 표시된 시간 (이하, 시스템 시간으로 지칭) 에 따라, 언제 데이터가 송신되었는지를 표시하는 시간 스탬프도 포함하는 (위성의 위치 등의) 항행 데이터를 송신하며, GPS 의 경우에는 상기 시스템 시간을 (GPS)시스템 시간으로 지칭한다.
그러나, 통상적으로 SPS 수신기는 그러한 정밀 클록 등을 가지고 있지 않다. 따라서, 통상적으로 SPS 수신기는 위성 메시지 내에 포함된 정보를 판독하여 타이밍 함으로써 타이밍 정보를 결정하게 된다. 여러 수신기들은 4개 (또는 그 이상) 의 위성들로부터의 측정값을 이용하여 위치 및 시간을 결정한다. 4개의 위성들(i= 1,2,3,4) 각각에 대한 범위는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112006019393690-PAT00001
(1)
여기서, x,y 및 z 는 수신기의 좌표/위치 (미지수) 이며;
xi, yi 및 zi 는 i 번째 위성의 좌표/위치 (기지수) 이며; 또한
cb 는 클록 바이어스를 나타내며, 기준 시간과 수신기 클록간의 시간 오차의 결과 (미지수) 이다.
따라서, 상기 식 (1) 에는 통상적으로 전부 4개의 미지수가 존재한다.
PRi 는, 식 (1) 에서 cb 항으로 표시된 수신기의 클록 오차로 인해 발생할 수도 있는 오프셋을 더하거나 뺀, i 번째 위성에 대한 실제 범위를 나타내므로, 종종 의사범위 (pseudorange) 로 지칭된다. 4개의 위성들로부터의 측정값들을 이 용하여, 상기 식을 선형화하고 다음과 같이 행렬형태로 표현할 수도 있다.
Figure 112006019393690-PAT00002
또는
Figure 112006019393690-PAT00003
(2)
여기서, △PRi 는 i번째 위성(i= 1,2,3,4)에 대한 의사범위 오차로서, i번째 위성에 대한 초기 추정범위와 측정된 의사범위간의 차이 (기지수) 이며;
uxi, uyi, 및 uzi 는 x,y 및 z 좌표축을 따라 투영된, 수신기로부터 i번째 위성까지의 가시선 (LOS; line-of-sight) 벡터의 방향 코사인 (기지수) 이다;
△x,△y,△z, 및 △cb 는 수신기의 좌표/위치의 초기 추정값 및 클록에 대한 보정 (미지수) 이며, 수신기의 클록은 기준 클록으로부터 오프셋 될 수 있다.
이하, 의사범위 오차벡터는 Z 로도 지칭되며, n×4 행렬 H 는 관찰 행렬로도 지칭되고, x 는 중요한 미지수를 포함한, SPS 수신기 위치 및 시간 보정벡터를 나타낸다. 따라서, 관찰 행렬 H 의 역행렬이 존재한다면, 상기 행렬식 (2) 에 의해 표현된 1차 방정식 세트 내에서 미지수 x 에 대한 유일 해를 다음과 같이 결정하게 된다;
Figure 112006019393690-PAT00004
또는
Figure 112006019393690-PAT00005
(3)
여기서,
Figure 112006019393690-PAT00006
은 관찰 행렬의 역행렬이며;
Figure 112006019393690-PAT00007
은 관찰 행렬의 의사역행렬이며; 또한
Figure 112006019393690-PAT00008
는 미지의 변수 x 의 최소 제곱 추정값이다.
의사 범위 (PRi) 의 벡터를 결정하기 위해, 통상적으로, 종래 SPS 수신기는 밀리초내로 알려진 클록 바이어스 및 자신의 위치의 초기 추정값을 이용한다. 그러나, 위성으로부터의 신호들은 거의 광속으로 이동하기 때문에, 1 밀리초의 시간 불명확성조차도 의사범위 측정값에서는 300 킬로미터에 이르는 오차를 발생하게 된다. 상기 행렬식 (2) 을 해결함으로써, 종래 GPS 수신기는 자신의 초기 클록 바이어스 추정값에 대한 보정을 계산하게 되며, 이 초기 클록 바이어스 추정값은 "시간-정렬"정보를 제공하는 항행 메시지를 판독하여 얻어진다.
불행하게도, 많은 경우에, 신호 품질의 저하때문에, 하나 이상의 위성들의 항행 메시지를 판독하여 시스템 시간을 결정하는 것은 어렵다. 예를 들어, 위성 신호의 방해물이 존재하는 곳에서는, GPS 위성들로부터의 신호 대 잡음비(SNR) 또는 수신된 신호레벨이 너무 낮아 오차없이 위성 데이터 신호를 복조하여 판독할 수 없다. 상기 상황은 퍼스널 트래킹 및 다른 높은 이동성의 애플리케이션에서 발생할 수도 있다. 상기 신호 상황에서, 여전히 수신기가 GPS 신호를 포착하여 추적하는 것이 가능하다. 그러나, 타이밍 데이터 없이 위치 및 불명확한 시간측정을 수행하는 것은 다른 방법을 이용하여 가장 잘 수행될 수도 있다.
본 발명은, 위성 항행 데이터 메시지 내에 제공된 처리 타이밍 정보로부터 기준 시간을 결정할 필요 없이, (예를 들어, 시스템 시간 또는 다른 비교적 정확한 기준 시간 등의) 기준 시간에 대해 SPS 수신기에 의한 위성 송신 시간 및/또는 측 정 시간 등의 SPS 내 시간을 결정하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
위성 위치측정 시스템과 관련된 기준 시간을 결정하는 방법 및 장치가 개시되어 있다. 일 실시형태에서, 기준 시간이 일단 결정되면, 이 기준 시간을 다른 항행 정보를 결정하는 데에 이용할 수도 있다. 상기 항행 정보는, 예를 들어, 위성 위치측정 시스템(SPS) 수신기의 위치/장소를 포함할 수 있다. 한 실시형태에서, SPS 수신기와 한 세트의 하나 이상의 위성들 간의 상대 속도를 SPS 수신기에 의해 표시된 시간과 기준 시간간의 오프셋을 결정하는 데에 이용할 수도 있다. 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 기준 시간을 결정하는 데에 오차 통계치가 이용된다. 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 위성 메시지의 적어도 한 부분을 각각 나타내는 2개의 기록들을 비교하여 시간을 결정한다. 하나의 구현에서, SPS 수신기는 이동성이며 기지국과 결합하여 동작하여, 상술한 방법들 중에서 하나 또는 이들의 조합에 따라 시간 및/또는 다른 항행 정보를 결정한다.
이하, 위성 위치측정 시스템에서 이용하기 위한 위성 데이터 메시지와 관련된 시간을 측정하는 여러 방법 및 장치를 설명한다. 본 발명에 대한 설명의 일부는 미국의 전지구 위치파악 시스템 (GPS) 에 초점을 맞추고 있다. 그러나, 상기 방법들을 러시아 글로나스 시스템 (Russian Glonass system) 등의, 유사한 위성 위치측정 시스템에 동일하게 적용할 수 있음이 명백하다. 또한, 본 발명의 사상들을 의사위성 (pseudolite) 또는 위성들과 의사위성의 조합을 이용하는 위치 측정 시스템에 동일하게 적용할 수 있다. 또한, 기지국 및 이동 SPS 수신기에 대한 여러 아키텍쳐들은 본 발명을 한정하려는 것이 아니라 설명하려는 목적으로 제공된다.
일 실시형태의 개요:
시간 결정을 위해 위성 속도를 이용
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 도 1A 에 도시된 것과 같은 이동 통신 수신기 및 송신기와 결합된 이동 SPS 수신기에서 이용되는, 위성 위치측정 시스템에서 시간 결정을 위해 상대 위성 속도를 이용하는 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 2 에 도시된 방법 (200) 에서, 도 1A 에 도시된 이동 SPS 수신기 (100) 등의, 엔티티는 단계 (202) 에서 한 세트의 하나 이상의 위성들에 대해 자신의 위치를 추정한다. 일 실시형태에서, SPS 수신기는 위성들로부터 송신된 신호들에 기초하여 위성들 세트에 대해 한 세트의 의사 범위들을 결정하게 된다. 이와 같이, 통상적으로 SPS 수신기에 의한 어떤 범위 또는 위치 추정도, SPS 수신기의 클록에 의해 제공된 측정 시간과 기준 시간간의 오프셋으로 인해, 실제 위치 또는 범위에 대해 오프셋될 것이다.
단계 204 에서, 도 7A 에 도시된 기지국 등의 기지국은 SPS 수신기로부터 추정 정보를 수신한다. 예를 들어, 추정 정보는 SPS 수신기에 의한 측정 시간의 추정과 관련된, 의사 범위 측정의 표시를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 의사 범위는 SPS 수신기의 클록에 의해 표시된 시간을 이용하여 결정될 수도 있다. 상술한 바와 같이, 실제 기준 시간에 대해, 정확한 시간 인스턴스에서의 위성 위치 를 알지 못하는 경우, SPS 수신기는, 단지 시간상의 소정 오프셋/오차로 인해 실제 거리만큼 오프셋되는 자신의 위치의 추정/근사로 제한된다.
단계 206 에서, 기지국은, 위성들 세트의 상대 속도의 추정값에 기초하여, SPS 수신기에 의해 기지국에 제공된 추정 정보에 의해 표현되는, SPS 수신기의 범위 또는 위치 추정과 관련된 시간 오프셋을 결정한다. 일 실시형태에서, 위성들 세트 각각의 상대 속도는 위성과 이동 SPS 수신기간의 근사 상대 속도를 나타낸다. SPS 수신기에 의한 측정 시간과 기준 시간(예를 들어, GPS 시스템 시간)간의 시간 오프셋을 결정하기 위해, 상대 위성 속도를 이용하는 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법을 아래에서 행렬식 (4) 을 참조하여 설명한다.
마지막으로, 단계 208 에서, 기지국은 시간, 위치, 속도 등의 개선된 항행 정보를 SPS 수신기에 제공한다. 위치, 범위 또는 다른 정보를 이동 SPS 수신기에 의해 기준 시간에 대하여 언제 추정하거나 측정하였는지를 결정하기 위해, 개선된 항행 정보는 오프셋(또는 그의 근사값)의 결정에 기초한다. 다른 실시형태에서는, 기지국이 개선된 항행 정보를 그 SPS 수신기에 제공하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 상기 정보를 저장하여 유선 또는 무선 등의 데이터 통신 링크를 통해 다른 엔티티에 제공할 수도 있다.
테이블 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 여기서 설명한 몇몇 양들을 어떤 장치로 어떻게 결정하는지를 나타낸다.
테이블 1
SPS 수신기 기지국 결정 방법
PR X X 예를 들어, 이하, 도 5 내지 도 6 을 참조하여 설명된 상호 상관의 방법에 의해 측정됨
△PR X 관계식 △PR=PR-
Figure 112006019393690-PAT00009
을 이용하여 추정되며,
Figure 112006019393690-PAT00010
은 진정한 범위 R 의 추정값이다.
TOM(측정 시간) X TOM(GPS 또는 기준)=TOM(수신기)+클록 오프셋이 되도록 추정됨
GPS 시간 X 위성 항행 데이터 메시지(들)을 판독하여 알려짐
SV 범위_레이트 X 위성 항행 데이터 메시지(들)을 판독하여 추정됨
본 발명의 일 실시형태에서, 아래에서 설명하는 의사 범위 행렬식 (4) 은 이동 SPS 수신기에서의 측정 시간과 관련된 추정된 시간과 기준 시간간의 시간상 오차/오프셋에 대해 풀게 된다. 일 실시형태에서, 상기 해는, 이동 SPS 수신기의 위치를 추정하는 데에 이용된 위성들 세트와 이동 SPS 수신기 자신간의 상대 속도에 기초하고 있다. 5개의 측정값에 대하여, 변형된 행렬식 (4) 은 다음과 같이 표현된다.
Figure 112006019393690-PAT00011
여기서, △PRi 는 i 번째 위성(i=1,2,3,4,5)에 대한 의사 범위 오차 (기지수) 로서, i번째 위성에 대한 초기 추정 범위와 측정된 의사 범위간의 차이를 나타낸다.
uxi, uyi, 및 uzi 는 x,y 및 z 좌표축을 따라 투영된, 수신기로부터 i번째 위성까지의 가시선 (LOS; line-of-sight) 벡터의 방향 코사인 (기지수) 이다;
sv_range_ratei 는 (예를 들어, 이동 SPS 수신기 등의)엔티티와 i번째 위성 (i=1,2,3,4,5) 간의 상대 속도 (기지수) 이다;
△x,△y,△z, 및 △cb 는 수신기의 클록 및 좌표/위치의 초기 추정값에 대한 보정 (미지수) 이다.
△t 는 시간 측정에서의 오프셋 (미지수) 으로서, 일 실시형태의 경우, (예를 들어, GPS 시스템 시간에 기초한 시간인 GPS 시스템 시간 등의)기준 시간과 의사 범위 측정이 수행되는 추정 시간간의 차이 (또는 오프셋) 를 나타낸다.
상기 행렬식 (4) 을 해결하여, 특정시간에 취해진 의사 범위 측정들을 "적합시키는" 유일한 해를 얻게 된다. 행렬식 (4) 의 해로부터, 의사 범위들이 결정되는 시간의 초기 추정에 대해, △t 는 대충 보정을 제공하며, △cb 는 미세 보정을 제공한다. 따라서, 서브 밀리 초 이상의 오더일 수 있는, 한 엔티티가 자신의 위치 및/또는 한 세트의 위성들의 위치를 추정하는 추정 시간과 (예를 들어, GPS 시스템 시간 등의) 기준 시간간의 오프셋을, 위성들 세트의 상대 속도에 기초하여 결정할 수 있게 된다.
항상 이와 같은 것은 아니지만, 통상적으로, 행렬식 (4) 는 5개의 미지값들(△x,△y,△z,△cb, 및 △t)을 포함한다. 따라서, 측정 시에 이들 미지값들 중 어느 것도 알고 있지 않은 경우에는, 통상적으로 5개(또는 그 이상)의 독립한 의사 범위 측정들을 고려하여 미지값들에 대해 유일한 해를 구하여야 한다.
통상적으로, 행렬식 (4) 의 정확성은 각 위성들의 상대 속도 (sv_range_ratei) 의 정확성에 적어도 부분적으로 의존한다. 또한, 각 위성으로부터 이동 SPS 수신기 등의, 한 엔티티까지의 가시선(LOS) 벡터를 계산하는 데에 이용되는 초기 위치 및 시간 추정에서의 오차로 인해, 각 위성의 속도 추정에서 오차가 발생하게 된다. 따라서, 일 실시형태에서는, 셀룰러 사이트 (cellular site) 위치 정보를 이용하여 SPS 수신기 위치의 초기 추정을 결정하게 된다. 또한, 일 실시형태에서는, 엔티티에 대해 개선된 위치 추정값들을 갖는 하나 이상의 위성들 세트의 속도들을 재계산하여 행렬식 (4) 을 반복적으로 풀 수도 있다. 이와 같이, 각 반복은 5개의 개선점들을 제공하게 된다: 공간 도메인 또는 위치/범위에서 3개(△x,△y,△z)와, 시간 도메인에서 2개의 개선점들(△cb 및 △t).
이동 SPS 수신기의 속도가 알려진, 본 발명의 일 실시형태에서는, 도플러 측정들을 이용하여 시간을 결정하게 된다. 이 실시형태에서는, 도플러 정보를 이용함으로써 사후 속도 오차를 최소화하여 시간을 결정한다. 이 실시형태에서, 속도 오차는, (상기 행렬식 (4) 또는 이하에 설명할 오차 통계치 방법을 포함하는, 여러 방법들을 이용하여 계산되는)이동 SPS 수신기에 대해 계산된 속도와 이동 SPS 수신기의 알고 있는 속도간의 차이를 나타낸다. 상기와 같은 오차를 최소화함으로써, 해당 시간을 결정하게 된다. 예를 들어, 이동 SPS 수신기가 정지해 있는 경우(예를 들어, 속도가 제로인 경우)에는, 기준 시간에 대해, 측정 시간에 대한 여러 근사치를 이용하여 한 세트의 해들을 계산할 수도 있다. 제로의 속도에 대응하는 해들은 기준 시간에 가장 근접하게 되므로, 이동 SPS 수신기의 위치 및/또는 다른 항행 정보를 결정하는 데에 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시형태들에서는, 고도 에이딩 (altitude aiding), 데드 레커닝 (dead reckoning; 즉, 알려진 방향으로 속도를 제한), 또는 다른 기술들을 이용하여 SPS 수신기 및 하나 이상의 위성들 세트의 상대 속도의 이용을 향상시키거나 단순화하여 시간 및/또는 다른 항행 정보를 결정할 수도 있다.
다른 실시형태의 개요:
시간 결정을 위해 오차 통계치를 이용
본 발명의 일 실시형태에서는, 오차 통계치를 이용하여 위성 위치측정 시스템과 관련된 기준 시간을 결정한다. 본 발명의 상기 태양, 즉, 오차 통계치에 기초한 시간 결정이 유용한 상황은, 측정들 (예를 들어, 의사 범위 측정들) 개수가 (예를 들어, △x,△y,△z,△cb 등의) 미지값들 개수를 초과하는 경우이다. 또한, 시간의 결정 및/또는 다른 항행 정보를 개선하기 위해, 오차 통계치를 다른 기술들과 함께 이용할 수 있다.
도 3A 는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 오차 통계치를 이용하여 위성 위치측정 시스템에서 시간을 결정하는 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 3A 에 도시된 방법 (300) 의 단계 (302) 에서, 이동 SPS 수신기 등의, 엔티티는 한 세트의 시간 인스턴스에서 한 세트의 위성들에 대한 자신의 범위 또는 위치를 추정하며, 시간 인스턴스들 세트의 하나 이상은 기준 시간으로부터 오프셋되는 추정된 측정 시간과 관련되어 있다. 상술한 바와 같이, 상기 오프셋은, SPS 수신기 클록과 기준 시간에 의해 표시되는 시간 사이의 오프셋, 드리프트 및/또는 SPS 수신기 클록의 다 른 부정확성에 기인한다. 기준 시간은 GPS 시스템 시간 등의, 위성 위치측정 시스템과 관련된 시간에 대응할 수 있다.
단계 304 에서는, 오프셋을 더 더하거나 뺌으로써 시간 인스턴스들 세트의 각각을 변경하게 된다. 예를 들어, 일 실시형태에서는, 각각의 범위 또는 위치 추정과 관련된 각각의 추정 측정 시간을 -5 와 +5 초 사이의 오프셋만큼 변경할 수도 있다. 다른 실시형태들에서는, 오프셋 값들의 다른 범위들을 더하거나 뺌으로써 오차 통계치에 대한 여러 샘플들을 얻게 된다.
단계 306 에서는, 시간 인스턴스들의 변경된 세트 (즉, 오프셋을 더하거나 뺀 시간 인스턴스들) 에 대해 오차 통계치를 결정하게 된다. 마지막으로, 단계 308 에서는, 오차 통계치의 행동에 기초하여 기준 시간 (또는 그 근사치) 을 결정하게 된다. 이하 도 3B 를 참조하여 더 설명되는, 일 실시형태의 경우, 오차 통계치는 의사 범위 오차값들의 유닛 분산 분포를 결정하는 단계를 포함하게 된다. 이 실시형태에서, 유닛 분산의 선형 편차는 통상적으로 공간 (x,y,z) 및 시간 (△t) 도메인에서의 선형 편차에 대응한다. 이용된 오차 통계치를 최적화 함으로써-유닛 분산이 유닛 분산의 최소값에 대응하는 경우-, 구하는 기준 시간에 근사하는 시간을 결정할 수 있게 된다. 이하, 일 실시형태에 따른, 범위 또는 위치 추정 오차/오프셋들에 대한 유닛 분산의 이용을 도 3B 를 참조하여 더 설명한다.
도 3B 는, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 도 3A 의 방법 (300) 에서의 유닛 분산 오차 통계치를 이용하여 위성 위치측정 시스템에서 기준 시간을 결정하는 방법을 나타낸 흐름도이다. 더욱 자세하게는, 도 3B 는 도 3A 의 단계 (306) 의 일 실시형태를 나타낸다. 단계 (310) 에서는, 시간 인스턴스들의 변경된 세트에 대해 유닛 분산을 결정한다. 일 실시형태에서, 유닛 분산은 다음과 같이 정의된다:
Figure 112006019393690-PAT00012
(상기 식 (3) 으로부터) (5)
여기서,
Figure 112006019393690-PAT00013
는 사후 의사 범위 오차들의 전치 벡터이다;
W 는 가중 인자로서, 가중 관찰 행렬을 나타낸다,
일 실시형태에서는, 어떠한 가중 인자도 이용되지 않으며, 통상적으로 가중 행렬을 항등 행렬로 설정하는 것과 동일하다; 또한
n 은 측정들의 개수이다; 또한
m 은 미지수들의 개수이다.
따라서, 유닛 분산은 대부분의 경우, 의사 범위 오차값들의 가중된(또는 가중되지 않은)제곱 합을 나타낸다. 유닛 분산 식 (5) 의 분모는 자유도의 갯수를 나타낸다.
단계 (312) 에서는, 유닛 분산에 적합한 다항식이 결정된다. 정규 분포된 의사 범위 오차들의 경우, 유닛 분산의 기대값은 1 이며 분포는 (n-m)의 자유도를 갖는 카이제곱 분포로 됨을 알 수 있다. 그러나, 어떤 경우에는, 개별 유닛 분산값들도 제로와 동일하게 되어, SPS 수신기에 대한 위치 또는 시간 픽스의 완전한 적합에 대응할 수도 있다. 따라서, 통계적으로 최적인 위치 픽스에 대한(예 를 들어, 의사 범위, 의사 범위 오차들 등의)측정들은, 통상적으로 유닛 분산을 제로에 가까운 값으로 이상적으로 최소화해야 한다. 즉, 한 세트의 범위 또는 위치 측정들에 대한 유닛 분산이 최소화되는 경우에는, "최적합"(또는 해)을 공간 및/또는 시간에서 얻을 수 있게 된다.
도 4A 및 도 4B 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 한 세트의 범위 추정들에 적합한 유닛 분산의 일 예를 나타낸다. 도 4A 에 도시된 것과 같은, (시간 오프셋의 함수로서)유닛 분산 오차 통계치의 분포가 얻어지는 경우에는, 양 (+) 오프셋에 대한 하나와 음 (-) 오프셋에 대한 하나의, 2개의 선형 피트들을 계산할 수 있게 된다. 2개의 선들이 교차하는, 경사 지점은 기준 시간에 대한 근사치를 제공한다. 유닛 분산 데이터에 대해 여러 개의 공지된 형태의 다항식 피트들을 이용하여, 유닛 분산 분포의 구역 최소값을 결정하고 다시 해당 기준 시간을 결정할 수 있음을 알 수 있다.
도 4B 는 도 4A 에 도시된 유닛 분산 분포 예의 확대도이다. 이와 같이, 도 4B 의 시간 오프셋 스케일은 도 4A 의 시간 오프셋 스케일보다 작다. 도 4B 의 예로부터 유닛 분산 피트의 경사의 교차점 또는 최소값 위치가 제로의 시간 오프셋에 정확하게 대응하지 않을 수도 있음을 알 수 있다. 어떤 경우에도, 유닛 분산은 SPS 수신기 위치의 충분히 정확한 추정 및/또는 GPS 시스템 시간 등의, 기준 시간을 제공할 수 있다.
다른 오차 통계치를 이용하여 기준 시간에 대한 근사치를 제공하는 "피트 (fit)"를 얻을 수도 있음을 알 수 있다. 또한, 도 3A 및 도 3B 를 참조하여 설 명된 방법은, 이동 SPS 수신기와 기지국의 조합에 의해, 또는 전적으로 어느 하나의 엔티티에 의해 수행될 수도 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 기지국은 이동 SPS 수신기로부터 한 세트의 범위 추정들 (예를 들어, 의사 범위 값들) 을 수신하여, 유닛 분산 등의 오차 통계치에 기초하여 수신기의 시간, 위치 또는 다른 항행 정보를 결정한다. 또한, 기지국은 항행 정보, 또는 상기 항행 정보에 적어도 부분적으로 기초한 정보를 이동 SPS 수신기 또는 다른 엔티티에 제공할 수도 있다. 이러한 경우에, SPS 수신기는, 상기 정보 및/또는 다른 정보에 기초하여, 자신의 시간, 위치 및/또는 다른 항행 정보를 결정할 수 있다.
다른 실시형태
상술한 바와 같이, (예를 들어, 의사 범위 오차들과 관련된 유닛 분산 등의)오차 통계치 및 상대 속도를, 본 발명의 여러 실시형태들에 따라, 개별적으로 이용하거나 함께 이용하여, 위성 위치측정 시스템과 관련된 시간을 결정하게 된다. 또한, 이용 가능한 데이터, 신호의 품질, 위성들의 개수/공간, 하나 이상의 위성들과 수신기간의 범위 등의, 소정의 조건에 따라 어떤 방법을 이용할 것인지를 선택하게 된다. 일 실시형태에서는, 모든 방법들을 수행할 수 있으며, 시간, 위치, 또는 다른 항행 정보의 해에 대한 최적 결과를 부정확성의 최소화에 기초하여 선택할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서는, 위성 위치측정 시스템에서의 시간을 결정하기 위한 상술한 방법 및 장치들 중 하나 또는 조합을, 여기서 참조하고 있으며 발명의 명칭이 "위성 위치측정 시스템 기반 시간 측정을 위한 방법 및 장치" 이고 1997년 2월 3일 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제 08/794,649 호에 상세하게 설명되어 있는, 시간 결정을 위한 다른 방법 및 장치들과 함께 조합할 수 있다. 상기 특허 출원에 상세하게 설명된 바와 같이, 이동 SPS 수신기 등의 엔티티에 의해 수신된 위성 데이터 메시지의 기록을 오차가 없는 것으로 여겨지는 다른 기록과 비교하여 시간을 결정할 수도 있다. 이하, 도 5 및 도 6 을 참조하여 일반적으로 설명되며, 상기에서 언급한 공동 계류 출원 일련번호 제 08/794,649 호에서 더욱 자세하게 설명된 바와 같이, 상기 비교로부터, 시간을 결정할 수도 있다.
도 5 는, 위성 데이터 메시지의 제 1 기록과 제 2 기록을 비교하여 위성 위치측정 시스템과 관련된 시간을 결정하는 일반화된 방법으로서, 도 1A 에 도시된, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 이동 통신 수신기 및 송신기와 결합된 이동 SPS 수신기에서 이용될 수 있는 일반화된 방법을 나타낸다. 이하 도 5 및 도 6 을 참조하여 설명하는 방법은, 상대 속도 및/또는 오차 통계치 결정에 기초한 시간 결정의 상술한 기술들 중 하나 또는 조합과 결합될 수 있다. 도 1A 에 도시된 이동 GPS 수신기 (100) 는 천체 위치 (ephemeris) 등의 위성 데이터 메시지를 샘플링하여 단계 (501) 에서 메시지의 기록을 생성한다. 다음에 방법 (500) 에서는, 원격 또는 이동 GPS 수신기는 상기 기록을 단계 (503) 에서 도 7A 및 도 7B 에 도시된 기지국 등의 기지국에 송신한다. 통상적으로, 상기 기록은 이동 SPS 수신기에 의해 수신된 위성 데이터 메시지의 소정의 표시이다. 단계 (505) 에서, 기지국은 이동 SPS 수신기로부터 송신된 기록을 위성 항행 메시지의 기준 기록으로 고려되는 다른 기록과 비교한다. 상기 기준 기록은 시간 값들과 관련되어 있으 며, 위성 데이터 메시지의 여러 세그먼트들은 관련된 "기준" 시간들을 지정한다. 단계 (507) 에서, 기지국은 위성 데이터 메시지의 이동 GPS 수신기에 의해 샘플링 시간을 결정한다. 상기 결정은 기준 기록과 관련된 시간 값에 기초하고 있으며, 통상적으로 이동 GPS 수신기에 의해 기록이 수신된 시간을 표시할 것이다.
도 6 은 위성 위치측정 시스템에서 이용하기 위한 위성 데이터 메시지들과 관련된 측정 시간에 대한 방법 (620) 을 더욱 상세하게 설명한다. 이동 또는 원격 GPS 수신기는 단계 (621) 에서 GPS 신호들을 포착하여 이들 포착된 GPS 신호들로부터 의사 범위를 결정한다. 단계 (623) 에서, 이동 GPS 수신기는 PN 데이터를 삭제하고 의사 범위들을 생성하거나 결정하는 데에 이용된 포착된 GPS 신호들로부터 위성 데이터 메시지의 기록을 생성하게 된다. 통상적으로, 상기 기록은 포착된 GPS 신호들 내의 위성 항행 메시지의 소정의 표시이며, 통상적으로 데이터의 추정을 나타낸다. 단계 (625) 에서, 이동 GPS 수신기는 이 기록과 결정된 의사 범위들을 도 7A 또는 도 7B 에 도시된 기지국 등의 기지국에 송신한다.
단계 (627) 에서, 기지국은 이동 GPS 수신기로부터 송신된 기록과 위성들 세트의 항행 메시지의 기준 기록과의 상호 상관을 수행한다. 통상적으로, 상기 기준 기록은 기준 기록 내에 데이터와 관련된 정확한 시간 스탬프를 포함하며 (예를 들어, 기준 기록내의 각 비트는 관련된 시간 값 또는 "스탬프"를 갖는다), 이 때 상기 시간 스탬프를 이용하여 원래 포착된 GPS 신호들의 이동 GPS 수신기에 의한 수신 시간을 결정하게 된다. 통상적으로, 이동 GPS 수신기로부터 송신된 기록과 기준 기록은 시간상 부분적으로 중첩하게 된다.
단계 (629) 에서, 기지국은 수신된 GPS 신호들의 원격 GPS 수신기에 의한 포착 시간을 상기 상호 상관 연산으로부터 결정한다. 그 후, 기지국은 단계 (631) 에서 GPS 신호들의 원격 GPS 수신기에 의한 포착 시간을 이용하며 결정된 의사 범위들을 이용하여, 원격/이동 GPS 수신기의 위도 및 경도로 되는 위치 정보를 결정하게 된다. 단계 (633) 에서 기지국은, 원격 GPS 수신기의 상기 위치 정보를, 인터넷 또는 인트라넷 등의 네트워크를 통해 기지국에 결합된 컴퓨터 시스템 등의 다른 엔티티와 통신할 수도 있다.
하드웨어 개요
도 1A 는 본 발명에서 이용되는 결합된 이동 GPS 수신기와 통신 시스템의 일 예를 나타낸다. 상기 결합된 이동 GPS 수신기 및 통신 시스템 (100) 은, 여기서 참조하며 발명의 명칭이 "결합된 GPS 위치측정 시스템 및 공유 회로를 이용한 통신 시스템" 이고 1996년 5월 23일 출원된 공동 계류중인 미국 특허 출원 일련번호 제 08/652,833 호에 더욱 상세하게 설명되어 있다. 도 1B 는 도 1A 의 RF/IF 변환기 (7) 및 주파수 합성기 (16) 를 더욱 상세하게 설명한다. 도 1B 에 도시된 이들 구성요소들은 공동 계류 출원 일련번호 제 08/652,833 호에도 설명되어 있다.
도 1A 에 도시된 이동 GPS 수신기 및 통신 시스템 (100) 은, 수신기가 고감도를 갖는 방법으로 저장된 GPS 신호들 상에서 디지털 신호 처리의 특정 형태를 수행하도록 구성될 수도 있다. 이는, 여기서 참조하며 발명의 명칭이 "GPS 수신기 및 GPS 신호를 처리하는 방법" 인 1997년 9월 2일 취득된 미국 특허 제 5,663,734 호 공보에 더욱 상세하게 설명되어 있다. 미국 특허 제 5,663,734 호 공보에 설명된 상기 처리 오퍼레이션은, 통상적으로, 고속 푸리에 변환 (FFT) 을 통상적으로 이용하여 복수의 중간 컨벌루션들을 계산하여 디지털 메모리 내에 이들 중간 컨벌루션들을 저장한 후 이들 중간 컨벌루션들을 이용하여 적어도 하나의 의사 범위들을 제공하게 된다. 또한, 도 1A 에 도시된 결합된 GPS 및 통신 시스템 (100) 은 소정의 주파수 안정화 또는 캘리브레이션 기술들을 내장하여 GPS 수신기의 감도 및 정확도를 더 향상시킬 수도 있다. 이들 기술들은, 여기서 참조하며 발명의 명칭이 "통신 링크를 이용한 개선된 GPS 수신기" 이고 1996년 12월 4일 출원된 공동 계류중의 출원 일련 번호 제 08/759,523 호에 설명되어 있다.
도 1A 에 도시된 결합된 이동 GPS 수신기 및 통신 시스템의 동작을 상세하기 설명하기보다는, 여기서는 간단한 개요만을 제공한다. 통상의 실시형태에서, 이동 GPS 수신기 및 통신 시스템 (100) 은, 도 7A 또는 도 7B 에 도시된 기지국들 중 어느 하나인 기지국 (17) 등의 기지국으로부터 명령을 수신하게 된다. 상기 명령은 통신 안테나 (2) 상에서 수신되며, 상기 명령을 디지털 메시지로서 처리하여 프로세서 (10) 에 의해 메모리 (9) 내에 저장한다. 일 실시형태에서, 메모리 (9) 는 명령, 데이터 및/또는 "스냅샷"정보를 저장하는 랜덤 액세스 메모리(RAM)로 확장될 수도 있다. 프로세서 (10) 는, 메시지가 기지국에 위치 정보를 제공하는 명령인지를 결정하며, 이는 프로세서 (10) 는 통신 시스템과 적어도 부분적으로 공유되는 시스템의 GPS 부분을 활성화시키게 된다. 이는, 예를 들어, RF/IF 변환기 (7) 는 통신 안테나 (2) 로부터 통신 신호들을 수신하기보다는 GPS 안테나 (1) 로부터 GPS 신호들을 수신하도록, 스위치 (6) 를 세팅하는 것을 포함한다. 그 후, GPS 신호들을 수신하고, 디지털 화하여 디지털 메모리 (9) 내에 저장하며, 미국 특허 제 5,663,734 호 공보에 설명된 디지털 신호 처리 기술들에 따라 처리할 수도 있다. 통상적으로, 상기 처리 결과는 "보이는 (in-view)"위성들 세트에 대한 복수의 의사 범위들을 포함할 수 있으며, 그 후 송신기부를 활성화하여 통신 안테나 (2) 를 통해 기지국에 의사 범위들을 다시 송신함으로써, 이 의사 범위들 또는 그에 기초한 데이터를 처리 구성요소 (10) 에 의해 기지국에 다시 송신할 수도 있다.
도 1A 에 도시된 기지국 (17) 은 무선 통신 링크를 통해 원격 지국에 직접 결합되거나, 또는 도 8 에 도시된 바와 같이, 전화 사이트와 기지국간의 유선 통신 링크를 제공하는 이동 전화 사이트를 통해 원격 지국에 결합될 수도 있다. 도 7A 및 도 7B 는 이들 2개의 가능한 기지국들의 예들을 나타낸다.
도 7A 에 도시된 기지국 (701) 은, 이동 GPS 수신기들에 및 이동 GPS 수신기들로부터 무선 링크를 제공하며 수신된 의사 범위를 처리함으로써 자율 유닛으로 기능할 수도 있다. 상술한 실시형태들 중 하나 또는 조합에 따라, 기지국 (701) 은 의사 범위들을 처리하여, 상대 위성 속도, 오차 통계치 및/또는 위성 데이터 메시지 기록들의 비교를 이용함으로써 시간을 결정할 수도 있다. 기지국이 대도시 지역에 위치하고 있으며 추적될 모든 이동 GPS 수신기들이 동일 대도시 지역에 이와 유사하게 위치하고 있는 경우에, 상기 기지국 (701) 을 이용할 수 있게 된다. 예를 들어, 상기 기지국 (701) 은 경찰대 또는 구조대들에 의해 이용 되어, 이동 GPS 수신기들을 지니고 있거나 이용하는 개인들을 추적할 수 있게 된다. 통상적으로, 송신기 및 수신기 소자들 (709 및 711) 은, 각각 단일 송수신기 유닛 내에 병합되어 단일 안테나를 갖게 된다. 그러나, 이들 구성요소들은, 상기 구성요소들이 개별적으로 존재할 수도 있으므로, 개별적으로 도시되어 있다. 송신기 (709) 는 명령 및/또는 항행 정보를 송신기 안테나 (710) 를 통해 이동 GPS 수신기들에 제공하는 기능을 한다. 통상적으로, 송신기 (709) 는, 처리 유닛의 사용자로부터 요구를 수신하여 특정 이동 GPS 수신기의 위치를 결정할 수 있는 데이터 처리 유닛 (705) 의 제어 하에 존재한다. 따라서, 데이터 처리 유닛 (705) 은 송신기 (709) 에 의해 명령이 이동 GPS 수신기에 송신되도록 한다. 이에 응답하여, 이동 GPS 수신기는, 본 발명의 일 실시형태에서 수신안테나 (712) 에 의해 수신된 의사 범위들 및 관련된 시간 추정값들 및/또는 위성 데이터 메시지 기록들(또는 그 부분)을 수신기 (711) 에 다시 송신하게 된다. 수신기 (711) 는 이동 GPS 수신기로부터 상기 정보를 수신하여 상기 정보를 데이터 처리 유닛 (705) 에 제공하며, 상기 데이터 처리 유닛 (705) 은 상술한 오퍼레이션들 중 하나 이상의 오퍼레이션을 수행하여 시간, 위치 및/또는 이동 GPS 수신기로부터 수신된 의사 범위들과 관련된 다른 항행 정보를 결정하게 된다. 공동 계류 중인 출원 제 08/796,649 호를 참조하여 상술한 바와 같이, 상기 오퍼레이션들은 GPS 수신기 (703) 또는 기준 품질 위성 데이터 메시지들의 다른 소스로부터 수신된 위성 데이터 메시지들과 관계될 수도 있다. 이에 대해서는 상술한 공동 계류중인 특허 출원에 더욱 상세하게 설명되어 있다. GPS 수신기 (703) 는, 일 실시형태에서 이동 GPS 수신기의 위치 정보를 계산하기 위해, 의사 범위들 및 결정된 시간과 함께 이용되는 위성 천체 위치 데이터를 제공하게 된다. 대량 저장장치 (707) 는, 위성 속도 정보, 이동 GPS 수신기로부터 수신된 기록들과 비교하는 데에 이용되는 저장된 형태의 위성 데이터 메시지들의 기준 기록, 상술한 기술들 중 하나 이상에 따른 오차 통계치 분석 루틴들, 및/또는 이동 GPS 수신기에 의해 제공된 소정의 다른 정보와 의사 범위에 기초하여 시간을 결정하기 위한 정보를 저장하게 된다. 데이터 처리 유닛 (705) 은 임의의 디스플레이 (715) 에 결합될 수 있으며, 또한 선택적인 GIS 소프트웨어를 갖는 대량 저장 장치 (713) 에 결합될 수도 있다. 개별적으로 설명하였지만, 대량 저장 장치 (713 및 707) 는 동일한 하드디스크 또는 다른 데이터 저장 장치/매체 내에 포함되므로, 대량 저장 장치 (713) 는 대량 저장 장치 (707) 와 동일하게 된다.
도 7B 는 본 발명의 다른 기지국을 나타낸다. 상기 기지국 (725) 은 도 8 에 도시된 이동 전화 사이트 (855) 등의 원격 송신 및 수신 사이트에 결합되게 된다. 또한, 상기 기지국 (725) 은 인터넷 또는 인트라넷 등의 네트워크, 또는 다른 형태의 컴퓨터 네트워킹 시스템을 통해 클라이언트 시스템에 결합될 수도 있다. 상기 방법으로 기지국을 이용하는 것은, 여기서 참조하며 발명의 명칭이 "클라이언트 서버 기반 원격 위치측정 장치" 이고, 1996년 9월 6일 출원된 공동 계류중의 출원 일련번호 제 08/708,176 호에 더욱 상세하게 설명되어 있다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 기지국 (725) 은, 이동 전화 사이트 (855) 및 이에 대응하는 안테나 또는 안테나들 (857) 을 통해 도 8 에 도시된 결합된 이동 GPS 수신기 및 통신 시스템 (853) 등의 이동 GPS 유닛과 통신한다. 결합된 GPS 수신기 및 통신 시스템 (853) 은 도 1A 에 도시된 시스템 (100) 과 유사하다는 것을 알 수 있다.
도 7B 에 도시된 바와 같이, 기지국 (725) 은, 랜덤 액세스 메모리 (RAM) 일 수 있는 메인 메모리 (729) 에 버스 (730) 에 의해 결합된 종래 마이크로프로세서일 수 있는 프로세서 (727) 를 포함한다. 기지국 (725) 은 키보드, 마우스 및 디스플레이들 (735) 등의 다른 입출력 장치들, 및 버스 (730) 를 통해 프로세서 (727) 와 메모리 (729) 에 결합되는 관련된 I/O 제어기들을 더 포함한다. 하드디스크 또는 CD ROM 등의 대량 저장장치 (733) 또는 다른 대량 저장장치들은 버스 (730) 를 통해 프로세서 (727) 등의 여러 시스템 구성요소에 결합된다. 또한, GPS 수신기 또는 위성 데이터 메시지들의 다른 소스간의 I/O 기능을 제공하는 입력/출력(I/O) 장치 (731) 도 버스 (730) 에 결합된다. 상기 I/O 장치 (731) 는 (예를 들어, 도 7A 에 도시된 GPS 수신기 (703) 등의)GPS 수신기로부터 위성 데이터 메시지들을 수신하여 상기 위성 데이터 메시지들을 버스 (730) 를 통해 프로세서에 제공하며, 상기 프로세서는 본 발명의 상술한 실시형태들 중 하나에 따라 상기 위성 데이터 메시지들에 시간 스탬프를 부착할 수 있다. 그 후, 예를 들어 이동 GPS 수신기들로부터 수신된 기록들과 비교하는 데에 나중에 이용하기 위해, 대량 저장 장치 (733) 에 기록들을 저장한다. 또한, 대량 저장장치 (733) 는 하나 이상의 위성들 세트의 상대 속도를 나타내는 속도 정보를 저장할 수도 있다. 또한, 대량 저장장치 (733) 는 위성 위치측정 정보/신호들을 처리하는 상술한 방법 들 중 하나 이상에 대응하는 루틴들을 저장할 수도 있다.
기지국 (725) 에 대해 멀리 떨어져 위치한 다른 시스템들에 대한 인터페이스들로서 2개의 모뎀들 (739 및 737) 이 도 7B 에 도시되어 있다. 모뎀 또는 네트워크 인터페이스 (739) 의 경우, 상기 장치는 예를 들어, 인터넷 또는 소정의 다른 컴퓨터 네트워크를 통해 클라이언트 컴퓨터에 결합된다. 모뎀 또는 다른 인터페이스 (737) 는, 시스템 (851) 을 나타내는 도 8 에 도시된 사이트 (855) 등의 이동 전화 사이트에 대한 인터페이스를 제공한다.
기지국 (725) 은, 당업자가 잘 알고 있는 여러 컴퓨터 아키텍쳐들로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 다중 버스들 또는 메인 버스 및 주변 버스가 존재할 수도 있으며, 다중 컴퓨터 시스템 및/또는 다중 프로세서가 존재할 수도 있다. 예를 들어, GPS 수신기 (703) 로부터 위성 데이터 메시지를 수신하며, 기준기록을 준비하는 과정 및 이를 저장하여 상술한 실시형태 중 하나에 따라 저장된 데이터 양을 관리하는 과정에 간섭이 없는 전용 방법으로 기준 기록을 제공하기 위해 그 메시지를 처리하는 전용 프로세서가 있는 것이 유리하다.
도 8 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 시스템을 도시하며, SPS 수신기, 이동 전화 사이트, 기지국, 인터넷 및 클라이언트 컴퓨터 시스템을 포함한다. 도 8 에 도시된 시스템 (851) 은 일 실시형태에서 다음과 같은 방법으로 동작하게 된다. 클라이언트 컴퓨터 시스템 (863) 은 인터넷 (861) 등의 네트워크를 통해 메시지를 기지국 (825) 에 송신한다. 네트워크 또는 인터넷 (861) 내에, 특정 이동 GPS 수신기의 위치에 대한 요구를 따라 통과하는 인터비닝 라우터 (intervening router) 또는 컴퓨터 시스템들이 존재할 수도 있음을 알 수 있다. 그 후, 기지국 (825) 은, 통상적으로 유선 전화 링크 (859) 인 링크를 통해 메시지를 이동 전화 사이트 (855) 에 송신하게 된다. 그 후, 상기 이동 전화 사이트 (855) 는 자신의 안테나 또는 안테나들 (857) 을 이용하여 명령을 결합된 이동 SPS 수신기 및 통신 시스템 (853) 에 송신하게 된다. 이에 응답하여, 시스템 (853) 은 의사 범위들, 위성 데이터 메시지들의 기록들, 속도 정보, 및/또는 다른 정보를 반송한다. 상기 정보는 이동 전화 사이트 (855) 에 의해 수신되어 링크 (859) 를 통해 기지국에 다시 전송된다. 그 후, 기지국은, 상대 위성 속도, 도플러 측정들, 오차 통계치 및/또는 2개 이상의 위성 데이터 기록들의 비교들 중 하나 또는 조합을 이용한 시간 결정 등의, 본 발명의 여러 실시형태들로 상술한 오퍼레이션들 중 하나 이상을 수행하게 된다. 그 후, 기지국은 시간 및/또는 SPS 수신기의 위치 등의, 항행 정보를 결정하여, 인터넷 (861) 등의 네트워크를 통해 상기 항행 정보를, 클라이언트 컴퓨터 시스템에, 상기 시스템의 사용자로 하여금 이동 SPS 시스템 (853) 의 정확한 위치를 맵 상에서 볼 수 있도록 하는 자체 맵핑 소프트웨어를 가지는 클라이언트 컴퓨터 시스템 (853) 에 전송하게 된다.
다른 실시형태들
이상, 여러 개의 실시형태들과 도면들을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 당업자는 상술한 실시형태들과 도면들에 본 발명이 한정되지 않는다는 것을 알 수 있다. 특히, (1) 위성들 세트 및/또는 엔티티의 상대 속도를 이용하는 것; (2) 시간 또는 위치/범위에 대한 오차 통계치를 계산하는 것; 및 (3) 2개 이상의 위성 데이터 메시지들을 비교하는 것들 중 하나 또는 조합에 의해 위성 위치측정 시스템에서의 시간 또는 다른 항행 정보를 결정하는 방법 및/또는 장치를 제공하는 여러 다른 실시형태들에서 본 발명을 실시할 수 있다.
따라서, 본 발명의 방법 및 장치들은 첨부된 청구항들의 사상과 범위 내에서 변형 및 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 본 명세서는 본 발명을 한정하려는 것이 아니라 설명하려는 것이다.
본 발명에 따르면, 위성 항행 데이터 메시지 내에 제공된 처리 타이밍 정보로부터 기준 시간을 결정할 필요 없이, (예를 들어, 시스템 시간 또는 다른 비교적 정확한 기준 시간 등의) 기준 시간에 대해 SPS 수신기에 의한 위성 송신 시간 및/또는 측정 시간 등의 SPS 내 시간을 결정하기 위한 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

Claims (77)

  1. 위성 위치 측정 시스템과 관련된 시간을 결정하는 방법으로서,
    제 1 시간값을 결정하기 위해, 제 1 엔티티에 의해 수신된 위성 메시지의 적어도 일부의 제 1 기록을 제 2 엔티티에서 수신된 상기 위성 메시지의 제 2 기록과 비교하는 단계; 및
    위성들의 세트의 상대 속도에 기초하여 제 2 시간값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 시간값과 상기 제 2 시간값 중 적어도 하나는 상기 위성 위치 측정 시스템과 관련된 상기 시간을 나타내는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기록과 상기 제 2 기록은 시간상 적어도 부분적으로 중첩하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 엔티티가 상기 위성 메시지의 상기 제 2 기록을 상기 제 1 엔티티에 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 엔티티는 기지국인 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 엔티티는 이동 위성 위치 측정 시스템 (SPS) 수신기인 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    위성들의 세트의 상대 속도에 기초하여 제 2 시간값을 결정하는 상기 단계는
    상기 위성들의 세트 각각의 범위와 관련된 범위값을 결정하는 단계; 및
    상기 범위와 관련된 상기 범위값, 및 상기 위성들의 세트의 상기 상대 속도를 사용하여 상기 제 2 시간값을 결정하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 범위값은 의사범위 오차에 해당하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 시간값과 상기 제 2 시간값중 적어도 하나는 상기 제 2 엔티티의 위치를 결정하는데 사용되는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 시간값과 상기 제 2 시간값 중 하나를 선택하여 상기 위성 위치 측정 시스템과 관련된 상기 시간을 나타내는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 시간값은, 적어도 부분적으로는, 상기 제 2 시간값을 사용하여 결정되는 방법.
  11. 위성 위치 측정 시스템과 관련된 시간을 결정하는 방법으로서,
    제 1 시간값을 결정하기 위해, 제 1 엔티티에 의해 수신된 위성 메시지의 적어도 일부의 제 1 기록을 제 2 엔티티에서 수신된 상기 위성 메시지의 제 2 기록과 비교하는 단계; 및
    오차 통계값의 세트에 기초하여 제 2 시간값을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 시간값과 상기 제 2 시간값 중 적어도 하나는 상기 위성 위치 측정 시스템과 관련된 상기 시간을 나타내는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 기록과 상기 제 2 기록은 시간상 적어도 부분적으로 중첩하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 엔티티가 상기 위성 메시지의 상기 제 2 기록을 상기 제 1 엔티티 에 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 엔티티는 기지국인 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 엔티티는 이동 위성 위치 측정 시스템 (SPS) 수신기인 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 엔티티는 이동 위성 위치 측정 시스템 (SPS) 수신기인 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 엔티티는 기지국인 방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 시간값을 결정하는 단계는
    상기 제 1 엔티티와 상기 위성들의 세트 중 적어도 하나 사이의 범위와 관련된 범위값들의 각 세트에 대한 오차 통계값의 세트를 결정하는 단계; 및
    상기 오차 통계값을 최적화하여 상기 제 2 시간값을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 범위값들의 세트는 의사범위 오차에 해당하는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 오차 통계값의 세트는 시간에 있어 서로에 대해 오프셋된 범위값들의 세트의 분산에 해당하는 방법.
  21. 위성 위치 측정 시스템과 관련된 기준 시간을 결정하는 방법으로서,
    위성들의 세트에 대한 엔티티의 위치를 추산하는 단계로서, 상기 추산은 제 1 시간측정과 관련되고 상기 제 1 시간측정 및 상기 기준 시간은 오프셋만큼 시간적으로 차이가 있는, 상기 추산하는 단계;
    상기 위성들의 세트의 상대 속도를 결정하는 단계; 및
    상기 위성들의 세트의 상기 상대 속도 및 상기 추산된 위치에 기초하여, 상기 제 1 시간측정과 상기 기준 시간 사이의 상기 오프셋을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 엔티티는 이동 위성 위치 측정 시스템 (SPS) 수신기인 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    원격 엔티티가 상기 엔티티로부터 추산 메시지를 수신하여 상기 추산된 위치를 나타내고, 상기 원격 엔티티가 상기 추산 메시지를 사용하여 상기 오프셋을 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 원격 엔티티가 상기 오프셋에 기초하여 상기 엔티티에 항행 정보를 제공하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 항행 정보는 상기 기준 시간을 포함하는 방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 항행 정보는 상기 엔티티의 위치를 포함하는 방법.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 원격 엔티티는 상기 위성들의 세트의 상기 상대 속도의 상기 결정을 수행하는 방법.
  28. 제 21 항에 있어서,
    원격 엔티티가 상기 위성들의 세트의 상기 상대 속도의 상기 결정을 수행하고,
    상기 원격 엔티티가 상기 상대 속도 및 상기 상대 속도에 기초한 데이터 중 적어도 하나를 SPS 수신기를 포함하는 상기 엔티티에 제공하는 단계; 및
    상기 SPS 수신기가 상기 상대 속도 및 상기 상대 속도에 기초한 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 항행 정보를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 항행 정보는 상기 오프셋을 포함하는 방법.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 항행 정보는 상기 엔티티의 위치를 포함하는 방법.
  31. 제 21 항에 있어서,
    상기 추산된 위치는 상기 위성들의 세트에 대한 의사범위를 포함하는 방법.
  32. 제 21 항에 있어서,
    원격 엔티티가 상기 위성들의 세트의 상기 상대 속도의 상기 결정을 수행하고,
    상기 원격 엔티티가 상기 위성들의 세트의 상기 상대 속도에 기초한 항행 정 보를 상기 엔티티에 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 항행 정보는 상기 오프셋을 포함하는 방법.
  34. 제 32 항에 있어서,
    상기 항행 정보는 상기 엔티티의 위치를 포함하는 방법.
  35. 제 21 항에 있어서,
    상기 위성들의 세트의 상기 상대 속도를 의사범위 오차 계산에 포함시킴에 의해 상기 오프셋을 계산하는 단계를 더 포함하는 방법.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 상대 속도는 상기 엔티티와 상기 위성들의 세트 사이의 상대 속도를 나타내는 방법.
  37. 제 35 항에 있어서,
    상기 상대 속도는 상기 엔티티와 상기 원격 엔티티 사이의 상대 속도를 나타내는 방법.
  38. 제 35 항에 있어서,
    새로운 데이터 세트를 사용하여 상기 의사범위 오차 계산을 재귀적으로 반복적하는 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 반복된 의사범위 오차 계산의 각각은 상기 엔티티의 상기 위치 및 상기 오프셋에 대한 보정을 제공하는 방법.
  40. 위성 위치 측정 시스템과 관련된 기준 시간을 결정하는 방법으로서,
    엔티티가 상기 엔티티에 대한 위성들의 세트의 위치와 관련된 제 1 값을 추산하는 단계로서, 상기 추산된 제 1 값은 제 1 시간측정과 관련되고 상기 값들과 관련된 상기 제 1 시간 측정 및 상기 위성 위치 측정 시스템과 관련된 상기 기준 시간은 오프셋만큼 차이가 있는, 상기 추산하는 단계;
    상기 제 1 값에 대한 오차 통계를 계산하는 단계; 및
    상기 오차 통계에 기초하여, 상기 제 1 시간측정 및 상기 위성 위치 측정 시스템과 관련된 상기 기준 시간 사이의 상기 오프셋을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 제 1 값의 상기 추산을 재귀적으로 반복하여 복수의 값들 및 이에 관련 된 복수의 시간측정을 획득하는 단계;
    상기 복수의 값들 및 상기 복수의 시간측정들에 대한 상기 오차 통계를 최소화하는 단계; 및
    상기 최소화된 오차 통계에 기초하여, 상기 오프셋을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  42. 제 40 항에 있어서,
    상기 제 1 값은 의사범위 오차값을 포함하고, 상기 오차 통계는 상기 의사범위 오차값의 제곱의 합을 포함하는 방법.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 의사범위 오차값의 제곱의 합은 가중 인자에 의해 가중되는 방법.
  44. 제 40 항에 있어서,
    상기 오프셋에 기초한 상기 엔티티의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  45. 제 40 항에 있어서,
    상기 오프셋을 사용하여 GPS 시스템 시간을 결정하는 단계; 및
    상기 엔티티를 상기 GPS 시스템 시간에 동기화하는 단계를 더 포함하는 방 법.
  46. 제 40 항에 있어서,
    원격 엔티티가 상기 오차 통계의 상기 결정을 수행하고,
    상기 원격 엔티티가 상기 위성 위치 측정 시스템 (SPS) 수신기를 포함하는 상기 엔티티로 항행 정보를 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 항행 정보는 상기 오프셋을 포함하는 방법.
  48. 제 46 항에 있어서,
    상기 항행 정보는 상기 SPS 수신기의 위치를 나타내는 정보를 포함하는 방법.
  49. 위성 위치 측정 시스템과 관련된 기준 시간을 결정하는 장치로서,
    위치값들의 세트를 기억하는 기억유닛으로서, 상기 위치값들은 위성들의 세트의 상대적인 위치를 나타내고, 상기 위치값들의 세트 각각은 오프셋 만큼 상기 기준 시간과 다른 측정 시간과 관련되는, 상기 기억유닛; 및
    상기 기억유닛과 결합되고, 상기 위치값들의 세트 및 상기 위성들 세트 각각의 상대 속도의 추산에 기초하여 상기 오프셋을 결정하는 처리유닛을 포함하는 장 치.
  50. 제 49 항에 있어서,
    상기 위치값들은 상기 위성들의 세트와 위성 위치 측정 시스템 (SPS) 수신기 사이의 상대 위치를 나타내는 장치.
  51. 제 49 항에 있어서,
    사기 기억유닛 및 상기 처리 유닛은 기지국에 포함되고,
    상기 기지국은 상기 오프셋에 기초하여 항행정보를 위성 위치 측정 시스템 (SPS) 수신기로 제공하는 통신 링크를 포함하는 장치.
  52. 제 51 항에 있어서,
    상기 항행 정보는 상기 SPS 수신기의 위치를 포함하는 장치.
  53. 제 51 항에 있어서,
    상기 항행 정보는 상기 위성들 세트 각각의 상기 상대 속도를 포함하는 장치.
  54. 제 51 항에 있어서,
    상기 항행 정보는 상기 SPS 수신기와 위성들 세트 각각 사이의 범위를 포함 하는 장치.
  55. 제 49 항에 있어서,
    상기 프로세서에 결합되어 엔티티로의 정보의 송신을 하게 하는 송신기를 더 포함하는 장치.
  56. 제 55 항에 있어서,
    이동 위성 위치 측정 시스템 (SPS) 수신기를 더 포함하는 장치.
  57. 제 56 항에 있어서,
    상기 엔티티는 상기 SPS 수신기로부터 상기 정보를 수신하는 기지국을 포함하는 장치.
  58. 제 57 항에 있어서,
    상기 정보는 상기 SPS 수신기로부터 상기 위성들의 세트로의 의사범위에 관한 값들을 포함하는 장치.
  59. 제 49 항에 있어서,
    상기 기억유닛 및 상기 처리유닛은 셀룰러 네트워크에 포함되고, 상기 셀룰러 네트워크는 기지국을 포함하고, 상기 기지국은 상기 오프셋에 기초하여 항행정 보를 위성 위치 측정 시스템 (SPS) 수신기로 제공하는 통신 링크를 포함하는 장치.
  60. 제 35 항에 있어서,
    상기 상대 속도는 상기 위성들의 세트와 원격 엔티티 사이의 상대 속도를 나타내는 장치.
  61. 위성 위치 측정 시스템과 관련된 시간을 결정하는 방법으로서,
    상기 위성 위치 측정 시스템의 적어도 하나의 위성의 속도를 나타내는 값을 기억하는 단계; 및
    상기 값에 기초하여 상기 시간을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  62. 제 61 항에 있어서,
    상기 시간을 결정하는 단계는
    엔티티 및 상기 적어도 하나의 위성 사이의 제 1 범위값을 계산하는 단계로서, 상기 제 1 범위값은 제 1 시간 오차와 관련되는, 상기 계산 단계; 및
    상기 값 및 상기 제 1 범위값에 기초하여 오프셋을 결정하는 단계로서, 상기 오프셋은 상기 제 1 시간 오차를 나타내는, 상기 결정 단계를 포함하는 방법.
  63. 제 62 항에 있어서,
    상기 제 1 범위값 및 상기 제 1 시간 오차에 기초하여 상기 엔티티의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  64. 제 63 항에 있어서,
    상기 엔티티는 이동 위성 위치 측정 시스템 (SPS) 수신기를 포함하는 방법.
  65. 제 63 항에 있어서,
    상기 제 1 범위값 및 상기 제 1 시간 오차에 기초한 상기 엔티티 위치의 상기 결정은 원격 엔티티에 의해 수행되는 방법.
  66. 제 65 항에 있어서,
    상기 원격 엔티티가 항행 정보를 상기 엔티티로 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 항행 정보는 상기 엔티티의 상기 위치와 관련된 정보를 포함하는 방법.
  67. 위성 위치 측정 시스템과 관련된 시간을 결정하는 장치로서,
    상기 위성 위치 측정 시스템의 적어도 하나의 위성의 속도를 나타내는 값을 기억하는 기억유닛; 및
    상기 기억유닛에 결합되고, 상기 값에 기초하여 상기 시간을 결정하는 처리기를 포함하는 장치.
  68. 제 67 항에 있어서,
    상기 처리기는
    엔티티 및 상기 적어도 하나의 위성 사이의 제 1 범위값을 계산하는 단계로서, 상기 제 1 범위값은 제 1 시간 오차와 관련되는, 상기 계산 단계; 및
    상기 값 및 상기 제 1 범위값에 기초하여 오프셋을 결정하는 단계로서, 상기 오프셋은 상기 제 1 시간 오차를 나타내는, 상기 결정 단계
    에 의해 상기 시간을 결정하는 장치.
  69. 제 68 항에 있어서,
    상기 처리기는 상기 제 1 범위값 및 상기 제 1 시간 오차에 기초하여 상기 엔티티의 위치를 결정하는 장치.
  70. 제 69 항에 있어서,
    상기 엔티티는 이동 위성 위치 측정 시스템 (SPS) 수신기를 포함하고, 상기 시간은 SPS 시간인 장치.
  71. 제 69 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 SPS 수신기를 포함하는 장치.
  72. 처리 시스템에 의해 수행되는 경우 상기 처리 시스템이 위성 위치 측정 시스 템과 관련된 시간을 결정하는 방법을 수행하게 하는 실행가능한 명령어를 포함하는 기기 판독가능 매체로서, 상기 방법은
    상기 위성 위치 측정 시스템의 적어도 하나의 위성의 속도를 나타내는 값을 기억하는 단계; 및
    상기 값에 기초하여 상기 시간을 결정하는 단계를 포함하는 기기 판독가능 매체.
  73. 제 72 항에 있어서,
    상기 시간을 결정하는 단계는
    엔티티 및 상기 적어도 하나의 위성 사이의 제 1 범위값을 계산하는 단계로서, 상기 제 1 범위값은 제 1 시간 오차와 관련되는, 상기 계산 단계; 및
    상기 값 및 상기 제 1 범위값에 기초하여 오프셋을 결정하는 단계로서, 상기 오프셋은 상기 제 1 시간 오차를 나타내는, 상기 결정 단계를 포함하는 기기 판독가능 매체.
  74. 제 73 항에 있어서, 상기 방법은
    상기 제 1 범위값 및 상기 제 1 시간 오차에 기초하여 상기 엔티티의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 기기 판독가능 매체.
  75. 제 74 항에 있어서,
    상기 엔티티는 이동 위성 위치 측정 시스템 (SPS) 수신기를 포함하고, 상기 시간은 SPS 시간인 기기 판독가능 매체.
  76. 제 74 항에 있어서,
    상기 제 1 범위값 및 상기 제 1 시간 오차에 기초한 상기 엔티티 위치의 상기 결정은 원격 엔티티에 의해 수행되는 기기 판독가능 매체.
  77. 제 76 항에 있어서,
    상기 원격 엔티티가 항행 정보를 상기 엔티티로 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 항행 정보는 상기 엔티티의 상기 위치와 관련된 정보를 포함하는 기기 판독가능 매체.
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