KR20070110028A - 향상된 자율 위치 확인 시스템을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

향상된 자율 위치 확인 시스템을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

원격 수신기의 위치를 결정하는 방법 및 장치가 설명된다. 일 예에서, 장기간 위성 추적 데이터가 원격 수신기에 입수된다. 위성 위치 시스템(SPS) 위성들이 탐지된다. 원격 수신기부터 탐지된 SPS 위성들까지의 의사 거리들이 결정된다. 원격 수신기의 위치는 의사 거리들과 장기간 위성 추적 데이터를 이용하여 계산된다. SPS 위성들은, 이전 계산 위치를 이용한 획득 보조 데이터 또는 무작위 탐색 중에 적어도 하나를 이용하여 탐지될 수 있다. 장기간 위성 추적 데이터의 이용은 원격 수신기가 위성들로부터 위성력을 디코딩해야 하는 필요를 없앨 수 있다. 추가적으로, 원격 수신기의 위치는 서버나 네트워크를 통해 초기 위치 추정을 입수하지 않고도 계산된다.

Description

향상된 자율 위치 확인 시스템을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ENHANCED AUTONOMOUS GPS}
본 발명은 위치 확인 시스템(position location system)에 관련된 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 원격 수신기에서 장기간 위성 추적 데이터(long term satellite tracking data)를 이용하는 방법에 관련된 것이다.
지구 위치 시스템(Global Positioning Sytem, GPS) 수신기는 위치를 계산하기 위해 여러 개의 위성들로부터 받은 측정값을 이용한다. GPS 수신기는 통상적으로, 위성들로부터 송신되어 지구 표면 위에 또는 그 부근에 있는 수신기에서 수신되는 신호들의 송신과 수신 사이에 발생하는 시간 지연을 계산함으로써 자신의 위치를 결정한다. 이러한 시간 지연에 빛의 속도를 곱하면, 수신기의 입장에서 본, 위성들 각각과 수신기 사이의 거리를 알 수 있다. 상기 GPS 위성들은 수신기들에 대해, 위성 위치 데이터(satellite-positioning data), 속칭 "위성력(ephemeris)"을 송신한다. 이러한 위성력 데이터에 더하여, 상기 위성들은 상기 수신기들에 대해, 상기 위성 신호와 관련된 절대 시간 정보(absolute time information)를 전송한다. 즉, 이 절대 시간 신호(absolute time signal)는 위크 신호(week signal)의 두 번째 부분으로서 송신된다. 이 절대 시간 신호는 상기 수신기로 하여금 각 수신 된 신호가 각 위성에서 송신된 그 시점에 대한 시간 태그(time tag)를 정확하게 결정할 수 있게 한다. 신호들 각각이 송신된 정확한 시간을 알게 됨으로써, 상기 수신기는 상기 위성력 데이터를 이용하여, 각 위성이 신호를 송신했던 시점에 각 위성이 어디에 있었을 지를 계산할 수 있다. 최종적으로, 상기 수신기는 위성 위치에 대한 정보와 그 위성들까지의 계산된 거리들을 결합함으로써 수신기의 위치를 계산할 수 있다.
더 구체적으로, GPS 수신기들은 궤도를 공전하는 GPS 위성들로부터 송신된, 고유한 의사 랜덤 노이즈(pseudo-random noise, PN) 코드들을 포함하는 GPS 신호들을 수신한다. 상기 GPS 수신기들은 상기 수신된 PN 코드 신호 시퀀스와 내부에서 생성된 PN 신호 시퀀스 사이의 시간 차이(shifts)를 비교함으로써 상기 신호들의 송신과 수신 사이에 발생한 시간 지연을 결정한다.
각각의 송신된 GPS 신호는 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 신호(direct sequence spread spectrum signal)이라고 한다. 상업적인 용도로 활용할 수 있는 신호들은 표준 위치 서비스(Standard Positioning Service)에 의해 제공된다. 이들 신호들은 1575.42 MHz(L1 주파수)의 반송파 위에 실린, 1.023 MHz 확산율(spread rate)을 가지는 직접 시퀀스 확산 신호를 이용한 것이다. 각 위성은, 특정 위성을 식별시켜주며 또한 어느 한 신호가 다른 신호에 의해 거의 간섭을 받지 않는 상태로 다수의 위성들로부터 동시에 신호들이 송신되어 하나의 수신기에 동시에 수신될 수 있도록 만들어 주는, 고유한 PN 코드(C/A 코드라고 알려져 있음)를 송신한다. 상기 PN 코드 시퀀스 길이는 1023 칩(chips)이며, 이는 1 밀리초(millisecond) 시구간에 상응 한다. 1023 칩의 한 사이클은 PN 프레임(PN frame)이라고 불린다. 수신된 각 GPS 신호는 1023 칩으로 된 반복되는 1.023 MHz PN 패턴으로부터 구축된다. 매우 낮은 신호 레벨에서도, 상기 PN 패턴은 여전히 관측될 수 있으며, 여러 PN 프레임들을 처리하고 또한 본질적으로 평균화함으로써, 정확한 시간 지연의 측정치를 제공할 수 있다. 이렇게 측정된 시간 지연은 "서브 밀리세컨드 의사 거리(sub-millisecond pseudoranges)"라고 불리는데, 이는 시간 지연 값들이 1 밀리초 PN 프레임 경계값들의 모듈로(modulo)인 것으로 알려져 있기 때문이다. 각 위성에 대한 각 지연 값에 관련된 정수 값의 밀리초의 해를 구함으로써, 진정하고 명백한 의사 거리(true, unambiguous, pseudoranges)를 얻을 수 있다. 명백한 의사 거리를 구하는 과정은 "정수 밀리초 모호성 결정(integer millisecond ambiguity resolution)"이라고 알려져 있다.
GPS 신호들의 송신이 이뤄진 절대 시간들에 대한 정보와 함께 네 개의 의사 거리들 세트 및 그 절대 시간들에 위성들이 있었던 위치 정보들은 그 GPS 수신기의 위치를 구하는 데에 충분하다. 송신이 이뤄진 절대 시간들은, 송신 시점에서의 위성들의 위치를 결정하는 데에, 나아가 상기 GPS 수신기의 위치를 결정하기 위해 필요하다. GPS 위성들은 약 3.9 km/s의 속도로 이동하며, 따라서 지구로부터 측정된 그 위성까지의 거리는, 최대 ±800 m/s의 변화율로 변한다. 절대 타이밍 오차(absolute timing errors)는 타이밍 에러(timing errors)의 각 밀리초마다 최대 0.8 m까지 거리 오차(range errors)를 초래한다. 이러한 거리 오차들은 상기 GPS 수신기의 위치에서도 비슷한 수준의 오차를 발생시킨다. 따라서, 10 ms 정도의 절 대 시간 정확도(absolute time accuracy)는 약 10 m 정도의 위치 정확도(position accuracy)에 대해서 충분하고 할 수 있다. 10 ms보다 훨씬 큰 절대 타이밍 오차는 더 큰 위치 오차를 초래할 것이며, 따라서 통상적인 GPS 수신기들은 절대 시간이 약 10 ms 정도 또는 그보다 나은 정확도를 가져야 했다.
GPS 수신기가 위성으로부터 위성력 데이터를 내려받는 것은 언제나 느리고(18초 이상 걸림), 종종 매우 어렵고 또한 가끔씩은 불가능하기도 한다. 이러한 이유로, 위성으로부터 송신을 기다리는 대신에, 어떤 다른 수단을 통해 GPS 수신기로 위성의 공전 및 클럭 데이터를 송신하는 것이 더 유리하다는 것이 주지되어 있었다. 이렇게 위성의 공전 및 클럭 데이터, 즉 "보조 데이터(aiding data)"를 GPS 수신기에 제공하는 기술이 "보조 측위 GPS(Assisted-GPS)" 또는 A-GPS라는 이름으로 알려져 있다.
A-GPS 시스템의 한 형태에서는, 상기 GPS 수신기는 의사 거리를 측정하여 어느 서버(server)로 그 의사 거리를 송신하면, 상기 서버가 상기 GPS 수신기의 위치를 확인해 준다. 이러한 시스템은 이 명세서에서 "단말기 보조(mobile-assisted)" 시스템이라고 칭한다. 단말기 보조 시스템에서는, 각 위치 계산에 대해, 상기 GPS 수신기와 상기 서버 사이에 네 번의 송수신(transaction)이 일어난다. 즉, 수신기로부터 서버로 도움을 요청하는 것, 서버로부터 수신기로 보조 정보가 송신되는 것, 수신기로부터 서버로 의사 거리 측정치가 송신되는 것, 그리고 마지막으로 서버로부터 수신기로 위치 정보가 송신되는 것이 바로 그것들이다. 대부분의 단말기 보조 측위 시스템에서, 새로운 요청 및 새로운 보조 정보는 각각의 새로운 위치마 다 전송되는데, 이는 각 보조 데이터가 짧은 시간 구간(예를 들어 수 분 정도) 동안에만 유효하기 때문이다. 따라서, 이러한 단말기 보조 측위 시스템들에 대해서, 위치를 확정하는 데 걸리는 총 시간은 수신기와 서버 사이에 이뤄지는 송수신의 횟수들에 의해 심하게 영향을 받는다. 또한, 만약 수신기가 보조 데이터를 전달하는 네트워크의 서비스 영역을 벗어나 이동하게 되면, 상기 수신기는, 가령 그 수신기가 자력 연산이 가능하다고 가정한다면, 자력으로 위성 신호들을 획득하고 위치를 계산하여야만 한다.
다른 형태의 A-GPS 시스템에서는, GPS 수신기는 서버로부터 전달된 보조 데이터를 이용하여 자신의 위치를 확인한다. 그러한 시스템을 이 명세서에서는 "단말기 기반(mobile-based)" 시스템이라고 호칭한다. 단말기 기반 시스템에서는, 각 위치 계산마다, 수신기 및 서버 사이에서 최대 두 번의 송수신이 이뤄진다. 이는 수신기가 서버에 도움을 요청하는 것과 서버가 수신기에 보조 정보를 송신하는 것이다. 위치는 수신기 내부에서 상기 보조 정보를 이용하여 계산된다. 종래의 단말기 기반 시스템에서, 상기 보조 정보는 2 시간 내지 4 시간까지 유효한 위성력 데이터이다. 즉, 상기 위성력 데이터는 위성들에서 송출되는 것과 동일한 데이터들이다. 따라서, 종래의 단말기 기반 시스템들에서, 위치를 확정하는데 걸리는 총 시간은, 만약 그 수신기가, 상기 보조 데이터가 유효한 시구간인 2 내지 4 시간을 벗어나서 위치를 계산해야 할 경우에, 상기 수신기와 상기 서버 사이에 추가적인 송수신이 요구되기 때문에, 심각하게 영향을 받을 수 있다. 추가적으로, 만약 상기 수신기가, 2 내지 4 시간보다 더 긴 시구간동안, 상기 보조 데이터를 전달하는 네트워크 의 서비스 영역을 벗어나서 이동할 경우에는, 상기 수신기는 자력으로 위성 신호들을 획득하고 위치를 계산하여야만 한다.
따라서, 관련된 기술 분야에서는, 수신기와 서버 사이에 송수신의 횟수를 최소화하는 방식으로 원격지에 있는 수신기에서 위성 추적 데이터를 이용할 수 있게 하는, 또한 네트워크의 서비스 영역 바깥에까지 확장된 동작을 가능하게 하는 방법 및 장치에 대한 필요성이 있어왔다.
원격 수신기에서 장기간 위성 추적 데이터를 이용하는 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에서, 서버로부터 장기간 위성 추적 데이터가 원격 수신기에 수신된다. 예를 들어, 상기 장기간 위성 추적 데이터는 장래에 대해 적어도 6시간의 구간동안 유효한 위성 궤도, 위성 시간 각각, 또는 위성 궤도 및 위성 시간 정보를 포함할 수 있다. 상기 장기간 위성 추적 데이터는 기준 네트워크, 위성 제어국 또는 이들 모두로부터 획득된 상기 위성 추적 정보를 이용하여 상기 서버에서 생성될 수 있다. 예를 들어, 상기 장기간 위성 추적 데이터는 위성력 데이터와 같은, 여러 블록의 위성 궤도 내지 클럭의 모델들을 이용하여 생성될 수 있다.
상기 장기간 위성 추적 데이터는 상기 원격 수신기에서는 획득 보조 데이터(acquisition assistance data)를 계산하는 데에 이용된다. 예를 들어, 획득 보조 데이터는 상기 원격 수신기의 위치에서 본, 위성들에서 송신된 위성 신호들의 예상되는 도플러 천이값들을 포함할 수 있다. 상기 도플러 천이값들은 추정된 위치, 추정된 타임오브데이 및 상기 장기간 위성 추적 데이터를 이용하여 계산될 수 있다. 상기 원격 수신기는 이후에 상기 획득 보조 데이터를 이용하여 위성 신호들을 획득할 수 있다. 상기 획득된 위성 신호들은 상기 원격 수신기의 위치를 결정하는 데에 이용될 수 있다.
다른 실시예에서는, 장기간 위성 추적 데이터가 원격 수신기에 입수된다. 위성 위치 시스템(SPS) 위성들이 탐지된다. 상기 원격 수신기로부터 상기 탐지된 SPS 위성들까지의 의사 거리들이 결정된다. 원격 수신기의 위치는 상기 의사 거리들 및 상기 장기간 위성 추적 데이터를 이용하여 계산된다. 일 실시예에서, SPS 위성들은, 이전 계산된 위치를 이용하여 계산된 획득 보조 데이터, 또는 무작위 탐색 중 적어도 어느 하나를 이용하여 탐지된다. 장기간 위성 추적 데이터는 위성들에서 수신된 위성력을 원격 수신기에서 디코딩할 필요를 없애준다. 추가적으로, 원격 수신기의 위치는 서버나 네트워크로부터 초기 위치 추정을 입수하지 않고서도 계산된다.
상술한 본 발명의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에서 간략하게 요약된 본 발명에 대한, 더욱 구체적인 설명을, 실시예들을 참조하여, 주어질 수 있으며, 그러한 실시예들 중 일부는 다음 첨부된 도면에 예시되어 있다. 다만, 그러한 첨부 도면들은 단지 본 발명의 전형적인 실시예들만을 예시하는 것이며, 본 발명으로서 동일하게 효과를 발휘하는 그 밖의 실시예들이 가능하기 때문에, 그 범위를 제한하는 것으로 인정되어서는 아니 됨을 주지하여야 한다.
도 1은 위치 확인 시스템의 예시적인 실시예를 설명하는 블록도이다.
도 2는 위성 추적 데이터의 예시적인 실시예를 설명하는 블록도이다.
도 3은 원격 수신기의 예시적인 실시예를 설명하는 블록도이다.
도 4는 서버의 예시적인 실시예를 설명하는 블록도이다.
도 5는 원격 수신기로 위성 추적 데이터를 자동으로 송신하기 위한 절차의 예시적인 실시예를 설명하는 순서도이다.
도 6a 내지 6c는 장기간 위성 추적 데이터를 이용하여 원격 수신기의 위치를 확정하는 절차의 예시적인 실시예에 관한 순서도를 설명한다.
도 7은 원격 수신기의 위치를 추정하는 절차의 예시적인 실시예를 설명하는 순서도이다.
도 8은 본 발명과 관련하여 원격 수신기의 위치를 확정하는 방법의 예시적인 실시예를 설명하는 순서도이다.
도 9는 본 발명과 관련하여, 무작위 탐색 기술(blind seach technique)을 이용하여 원격 수신기의 위치를 확정하는 방법의 예시적인 실시예를 설명하는 순서도이다.
도 10은 본 발명과 관련하여, 무작위 탐색 기술을 이용하여 원격 수신기의 위치를 확정하는 방법의 다른 예시적인 실시예를 설명하는 순서도이다.
도 11은 본 발명과 관련하여, 무작위 탐색 기술을 이용하여 원격 수신기의 위치를 확정하는 방법의 또 다른 예시적인 실시예를 설명하는 순서도이다.
이해를 돕기 위해, 도면들 중에 공통되는 동일한 요소들을 지시하는 데에, 가능한 한 동일한 참조 번호들이 사용되었다.
도 1은 위치 확인 시스템(100)의 예시적인 실시예를 설명하는 블록도이다. 상기 시스템(100)은 서버(102)와, 예시적으로 원격 수신기(1041), 원격 수신기(1042) 및 원격 수신기(1043)로 나타난 복수의 원격 수신기들(104)을 포함한다. 상기 원격 수신기들(104)은 위치를 확인할 수 있는 한 세트의 위성들 중에서 일부 복수의 위성들(106)까지의 의사 거리(pseudoranges)를 측정한다. 예를 들어, 상기 원격 수신기들(104)은 GPS 위성 집단 시스템(constellation)에 속하는 복수의 GPS 위성들까지의 의사 거리를 측정할 수 있다. 상기 서버(102)는 상기 원격 수신기들(104)의 동작을 원활하게 하도록, 위성 궤적 정보(satellite trajectory information), 위성 클럭 신호(satellite clockk signal) 또는 이들 모두를 나타내는 데이터 즉 "위성 추적 데이터(satellite tracking data)"를 배급한다. 특히, 상기 원격 수신기들(104)은 상기 위성 추적 데이터를 이용하여 위성의 신호들을 획득하는 것을 보조하거나 또는 위치를 계산할 수 있다.
상기 서버(102)는 상기 위성 추적 데이터를 통신 링크(communication link), 예를 들어 무선 통신 시스템(108) 또는 네트워크(110)를 통해 상기 원격 수신들(104)로 분배할 수 있다. 예를 들어, 상기 원격 수신기(1041)는 상기 무선 통신 시스템(108)의 한 서비스 영역(112) 내에 위치할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 위성 추적 데이터는, 상기 무선 통신 시스템(108)의 상기 서비스 영역(112) 내에 위치하는 기지국(116)과 상기 원격 수신기(1041) 사이에 형성된 무선 링크(114)를 통해 상기 원격 수신기(1041)로 송신될 수 있다. 예를 들어, 상기 무선 통신 시 스템(108)은 셀룰러 전화 네트워크(cellular telephone network)이고, 상기 서비스 영역(112)은 하나의 셀 사이트(cell site)일 수 있으며, 상기 기지국(116)은 상기 셀 사이트를 서비스하는 셀 타워(cell tower)일 수 있다. 다른 실시예에서, 위성 추적 데이터는 상기 서버(102)에 의해 상기 네트워크(110)로 제공될 수 있고, 다시 상기 원격 수신기(1042)로 송신될 수 있다. 예를 들어, 상기 원격 수신기(1042)는 상기 위성 추적 데이터를 인터넷을 통해 내려받을 수 있다. 몇몇 경우에, 하나 또는 그 이상의 원격 수신기들(104)(예를 들어 원격 수신기(1043))은 상기 서버(102)로부터 위성 추적 데이터를 수신하지 못할 수도 있다. 예를 들어, 상기 원격 수신기(1043)는 상기 서비스 영역(112)의 외부로 이동하게 될 수 있고, 상기 무선 통신 시스템(108)에 접속할 수 없을 수 있다. 또한, 상기 원격 수신기(1043)는 상기 네트워크(110)에도 접속하지 못할 수 있다. 아래에 상세하게 설명하겠지만, 상기 서버(102)에 의해 상기 원격 수신기들(104)로 보내지는 위성 추적 데이터는 표준적인 송출 위성력들에 비해 긴 시간 동안(예를 들어 2 내지 4일) 유효하다. 따라서, 상기 원격 수신기(1043)는 상기 서버(102)에 대해 접속이 불가능함에도 불구하고 상당한 시간동안 동작을 지속할 수 있을 것이다.
상기 위성 추적 데이터는 다양한 형태의 위성 측정 데이터 즉 "위성 추적 정보(satellite tracking information)"을 이용하여 생성될 수 있다. 구체적으로, 상기 서버(102)는 외부 정보원(external source), 예를 들어 추적 기지국들의 네트워크(network of tracking stations) 즉 "기준 네트워크(reference network)"(118) 또는 위성 제어국(satellite control station)(120) 또는 이들 모두로부터, 위성 추적 정보를 수신한다. 상기 기준 네트워크(118)는 위성 시스템들 내에 포함되는 모든 위성들로부터 위성 추적 정보를 수집하는 다수의 추적 기지국들을 포함할 수도 있고, 또는 전 세계 중에서 특정 지역에 해당하는 위성 추적 정보만을 수집하는 두세 개 또는 단일한 추적 기지국을 포함할 수도 있다. 상기 기준 네트워크(118)로부터 수신된 위성 추적 정보는, 예를 들어, 적어도 하나의 위성력, 코드 위상 측정치(code phase measurements), 반송파 위상 측정치(carrier phase measurements) 및 도플러 측정치(Doppler measurements)를 포함한다. 어떤 기준 네트워크를 이용하여 위성력 데이터를 수집하고 분배하는 예시적인 시스템은 미국 특허 6,411,892 (2002년 6월 25일 발행)에 설명되어 있으며, 이는 그 전체로서 본 명세서에 참고 문헌으로서 일체화된다. 상기 서버(102)는 위성 추적 정보(예를 들어 위성력)를 상기 위성 제어국(120)(예를 들어 GPS 시스템의 중앙 제어국(the Master Control Station))으로부터 통신 링크(122)를 통해 수신할 수 있다. 어느 위성 제어국으로부터 직접적으로 위성력 정보를 취득하는 예시적인 시스템은 2002년 2월 22일에 출원된 미국 특허 출원 번호 10/081,164(관리 번호 GLBL 020)에 설명되어 있고, 이는 그 전체로서 본 명세서에 참고 문헌으로서 일체화된다.
상기 서버(102)는 상기 원격 수신기들(104)에 분배하기 위한 위성 추적 데이터를, 상기 기준 네트워크(118) 또는 상기 위성 제어국(120)으로부터 수신한 위성 추적 정보를 이용하여 생성한다. 상기 서버(102)에 의해 생성된 상기 위성 추적 데이터는 위성 궤적 데이터, 위성 클럭 데이터나 이들 모두를 포함한다. 상기 위성 추적 데이터는 상기 위성들(106)에 의해 송출되는 위성력 데이터에 비해 긴 기간 동안 유효하다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 위성 궤적 데이터는 적어도 6 시간 동안 유효하다. 다른 실시예에서는, 상기 위성 궤적 데이터는 최대 4 일 동안 유효하다. 이렇게, 상기 원격 수신기들(104)로 전달되는 상기 위성 추적 데이터는, 통상적으로 겨우 2 내지 4 시간 정도에서만 유효한 송출 위성력과 그러한 데이터를 구별할 수 있도록, 본 명세서에서는 "장기간 위성 추적 데이터(long term satellite tracking data)"라고 참조될 것이다. 위성 추적 데이터를 생성하는 예시적인 시스템은 2003년 4월 1일자로 발행된 미국 특허 6,542,820에 설명되어 있으며, 이는 그 전체로서 본 명세서에 참고 문헌으로 일체화된다.
도 2는 위성 추적 데이터(200)의 예시적인 실시예를 설명하는 블록도이다. 상기 위성 추적 데이터(200)는 복수의 모델들(2021 내지 202N)(집합적으로 모델들(202)로 참조함)을 포함하며, 여기서 N은 1과 같거나 또는 더 큰 정수이다. 모델들(202)의 각각은 장래에 대해 특정한 시간 구간 동안 유효하다(예를 들어, 본 실시예에서는 6 시간). 상기 모델들(202)의 각각은 위성 궤적 데이터(satellite trajectory data), 위성 시계 데이터(satellite clock data) 또는 이들 모두를 포함한다. 상기 모델들(202)의 각각에서 상기 위성 궤적 데이터 부분은 위성의 위치, 위성의 속도 및 위성의 가속도를 나타내는 하나 또는 그 이상의 데이터를 포함할 수 있다. 상기 모델들(202)의 각각에서 상기 위성 시계 데이터 부분은 위성 시계 오프셋(offset), 위성 시계 드리프트(drift) 및 위성 시계 드리프트 비율(drift rate)을 나타내는 하나 또는 그 이상의 데이터를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 모델들(202)의 각각은 상기 기준 네트워크(118) 내지 상기 위성 제 어국(120)을 통해 수집한 위성력 데이터를 포함한다. 다른 실시예서는, 상기 모델들(202)의 각각은 궤도 파라미터들(orbital parameters) 내지 시계 파라미터들(clock parameters)을 나타내는 몇몇의 다른 포맷들의 형태가 될 수 있다. 상기 위성 추적 데이터에 대한 예시적인 모델들은 미국 특허 6,542,820 내에 설명되어 있다.
상기 위성 추적 데이터(200)는 위성 궤도(satellite orbit) 및 위성 시계(satellite clock) 데이터로 구성된 N 개의 연속하는 블록들(즉, N 개의 모델들(202))로 정의된다. 예를 가지고 명확하게 하자면, 상기 모델들(202)의 각자는 6 시간의 구간 동안 유효하며, 따라서 상기 위성 추적 데이터는 6N 시간 동안 유효하다. 그렇지만, 상기 모델들(202)의 각각이 다른 시간 구간만큼 유효할 수 있다는 점이 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 4 일 동안 유효할 위성 추적 데이터는 상기 모델들(202) 중에서 16개의 연속하는 모델을 이용하여 생성될 수 있다.
도 1로 돌아가서, 본 발명의 일 실시예에서는, 상기 서버(102)에 의해 생성된 상기 위성 추적 데이터는 위성 시스템 내의 모든 위성들과 연관된다. 따라서, 상기 원격 수신기들(104)이 위치를 계산하는 장소가 어디이든지 상관없이, 상기 원격 수신기들(104)은 현재 시야에 들어와 있는 위성들에 관한 정확한 정보를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 서버(102)에 의해 생성되는 위성 추적 데이터는, 그 궤도 및 시계 데이터가 유효한 시간 구간 내에서, 어느 특정한 지역(예를 들어, 그 원격 수신기들(104)이 동작하는 국가) 내에서 보이는 위성들에만 연관된다. 예를 들어, 위에서 설명하였듯이, 상기 위성 추적 데이터는, 앞으로 총 4 일을 커버 할 수 있는 16 개의 연속하는 6 시간짜리 궤도 및 시계 모델들로부터 형성될 수 있다. 이들 6 시간 구간들 중 일부 구간에서는, 몇몇 위성들은 상기 원격 수신기들(104)이 동작하는 국가 내의 어느 곳에서도 볼 수 있지 않을 수 있는데, 상기 서버(102)는 상기 위성 추적 데이터가 상기 원격 수신기들(104)에 배포되기 전에, 상기 위성 추적 데이터 중에서 그러한 특정한 모델들을 제거하도록 구성될 수 있다. 상기 서버(102)가 모든 이용 가능한 위성들(예를 들어, 위성 시스템 내의 모든 위성들 또는 특정 지역 내에서 시야에 들어오는 모든 위성들)에 대한 위성 추적 데이터를 제공하기 때문에, 상기 원격 수신기들이 어느 특정 지역 내의 어딘가에 있는 한, 상기 데이터는 상기 위성 추적 데이터를 전달하는 그 시점에 그 원격 수신기들(104)이 있는 위치에 대해 의존적이지 않게 된다.
도 3은 원격 수신기(300)의 예시적인 실시예를 설명하는 블록도이다. 상기 원격 수신기(300)는 도 1 내에서 보인 원격 수신기들(104) 중의 어느 것이라도 이용될 수 있다. 상기 원격 수신기(300)는 예시적으로 위성 신호 수신부(satellite signal receiver)(302), 무선 송수신부(wireless transceiver)(304), 마이크로컨트롤러(microcntroller)(306), 메모리(308), 모뎀(310) 및 시계(311)를 포함한다. 상기 위성 신호 수신기(302)는 안테나(312)를 통해 위성 신호들을 수신한다. 상기 위성 신호 수신기(302)는 상기 위성 신호들을 주지된 방법을 통해 처리하여 의사 거리들을 형성한다. 예시적인 보조 측위 GPS 신호 수신기는 2002년 9월 17일자로 발행된 미국 특허 6,453,237에 설명되어 있으며, 이는 본 명세서에 그 전체로서 참조 문헌으로 일체화된다. 상기 시계(311)는 추정된 타임오브데이(time of day)를 만들 어 내는 데에 사용될 수 있다.
상기 메모리(308)는 랜덤 액세스 메모리(random access memory), 리드 온리 메모리(read only memory), 이동식 저장장치(removable storage), 하드 디스크 저장장치(hard disc storage) 또는 그러한 메모리 장치들의 여하한 조합이 될 수 있다. 상기 메모리(308)는 위성 신호의 획득, 위치의 계산 또는 이들 모두를 보조하는 데에 이용될 수 있는 위성 추적 데이터(316)를 저장할 수 있다. 상기 위성 추적 데이터(316)는 상기 무선 송수신부(304)를 이용하여 안테나(314)를 통해 수신되거나, 또는 상기 모뎀(310)을 이용하여 어느 컴퓨터 네트워크(예를 들어 인터넷)를 통해 수신될 수 있다. 상기 메모리(308)는 또한 위치들로 이루어진 테이블(테이블(318))을 저장할 수 있다. 상기 테이블(318)은 상기 원격 수신기(300)에 대한 최근에 계산된 위치 정보들이나, 상기 원격 수신기(300)가 최근에 교신하였던 기지국들 또는 셀 사이트들의 위치 정보들을 포함할 수 있다. 상기 테이블(318)은 상기 원격 수신기(300)의 추정된 위치 정보를 구축하는 데에 이용될 수 있다. 아래에서 설명하는 바와 같이, 상기 원격 수신기(300)의 추정된 위치와 추정된 타임오브데이는 상기 위성 추적 데이터(316)로부터 상기 위성 신호들을 획득한 것을 보조할 데이터 즉 "획득 보조 데이터(acquisition assistance data)"(320)를 생성하는 데에 이용될 수 있다.
도 4는 서버(400)의 예시적인 실시예를 설명하는 블록도이다. 상기 서버(400)는 도 1에 나타난 서버(102)와 같이 이용될 수 있다. 상기 서버(400)는 예시적으로, 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU)(402), 입출력 (I/O) 회 로들(404), 지원 회로들(406) 및 메모리(408)를 포함한다. 상기 지원 회로들(406)은 상기 CPU(402)의 동작을 원활하게 하는 주지된 회로들, 예를 들어 클럭 회로들, 캐시(cache), 전원 회로 등과 같은 회로들을 포함한다. 상기 메모리(408)는 랜덤 액세스 메모리, 리드 온리 메모리, 이동식 저장장치, 하드 디스크 저장장치 또는 그러한 메모리 장치들의 여하한 조합이 될 수 있다.
위성 추적 정보(410)(예를 들어, 위성력, 코드 위상 측정치, 반송파 위상 측정치, 도플러 측정치)는, 상기 입출력 회로들(404)을 이용하여 그러한 정보의 외부 정보원(예를 들어, 기준 네트워크나 위성 제어국)으로부터 수신되어, 상기 메모리(408)에 저장된다. 상기 서버(400)는 상기 위성 추적 정보(410)를 이용하여 원격 장치에 의해 이용될 장기간 위성 추적 데이터를 계산한다. 상기 입출력 회로들(404)은 또한 셀 데이터베이스(cell database)(412)에 결합될 수도 있다. 상기 셀 데이터베이스(412)는 무선 통신 시스템의 다양한 기지국들 또는 셀 사이트들을 위한 식별 표식(identification indicia) 즉 셀 아이디(cell ID)의 데이터베이스를, 그러한 기지국들 또는 셀 사이트들의 위치 정보들과 함께 저장한다. 후술하는 바와 같이, 기지국 또는 셀 사이트의 위치는 상기 원격 수신기의 대략적인 위치로서 이용될 수 있다. 다시 말해서, 상기 원격 수신기의 대략적인 위치는 셀 사이트들 사이, 기지국들 사이, 마지막으로 파악된 위치들 사이, 기타 등등의 위치 이동을 이용하여 결정될 수 있다.
상기 입출력 회로들(404)은 또한 장치 데이터베이스(414)에 연결될 수 있다. 상기 장치 데이터베이스(414)는 어느 특정 위성 추적 데이터가 언제 어느 원격 수 신기에 배포되었는지, 그리고 언제 어떤 위성 추적 데이터가 유효 기간이 만료될 것인지를 추적하는 데에 이용될 수 있다. 상기 장치 데이터베이스(414)를 이용함으로써, 상기 서버(400)는 언제 상기 원격 수신기들에 새로운 위성 추적 데이터를 갱신할 것인지 결정할 수 있다. 위성 추적 정보를 원격 수신기에 송신하는 예시적인 절차는 후술한다.
위성 추적 데이터는 원격 수신기들로부터의 요청에 대해 응답하는 방식으로 상기 원격 수신기들에 전달될 수 있다. 예를 들어, 원격 수신기의 사용자가 수동으로 상기 서버로부터 위성 추적 데이터를 요청할 수 있고, 또는 사용자가 위성 추적 데이터를 필요로 하는 위치 계산을 개시할 수도 있다. 위성 추적 데이터는 또한 상기 원격 수신기들에 자동으로 전달될 수도 있다. 도 5는 원격 수신기로 위성 추적 데이터를 자동으로 송신하기 위한 절차(500)의 예시적인 실시예를 설명하는 순서도이다. 상기 절차(500)는 상기 서버 또는 상기 원격 수신기 중 어느 쪽에 의해서도 실행될 수 있다. 즉, 상기 원격 수신기가 자신이 위성 추적 데이터를 필요로 할 시기를 결정할 수도 있고, 또는 서버가 원격 수신기가 위성 추적 데이터를 필요로 할 시기를 결정할 수도 있다.
상기 절차(500)는 단계(502)에서 시작하는데, 이 단계에서는 마지막으로 위성 추적 데이터가 송수신되었던 때로부터 경과된 시간이 결정된다. 단계(504)에서는, 상기 경과 시간이 소정의 문턱값(threshold)을 초과하였는지 여부에 관해 판정이 이루어진다. 상기 문턱값은 상기 위성 추적 데이터의 유효 기간에 대한 퍼센티지 값일 수 있다. 예를 들어, 만약 위성 추적 데이터가 4 일 동안 유효하다고 하 면, 상기 문턱값은 2 일로 설정될 수 있다. 따라서, 만약 그렇게 2 일이 마지막으로 위성 추적 데이터 전송이 이뤄진 때부터 경과된 경우에는, 상기 문턱값이 초과된 것이다. 만약 상기 문턱값이 초과되었다면, 상기 절차(500)는 단계(506)로 진행한다. 그렇지 않다면, 상기 절차는 단계(502)로 돌아간다.
단계(506)에서는, 상기 서버로 접속 가능한지 여부에 관해 판정이 이루어진다. 예를 들어, 만약 상기 원격 수신기가 전원 공급이 되지 않거나, 이 시스템의 서비스 영역 바깥으로 이동한 경우에는, 서버로 접속하는 것이 가능하지 않을 것이다. 만약 접속이 가능하다면, 상기 절차(500)는 단계(508)로 진행한다.
단계(508)에서는, 새로운 위성 추적 데이터가 상기 원격 수신기로 트래픽이 낮은 구간을 이용하여 전송될 수 있도록 예약된다. 단계(504)의 문턱값이 상기 위성 추적 데이터의 유효 기간에 관한 퍼센티지로 설정되기 때문에, 상기 원격 수신기는 즉시 새로운 위성 추적 데이터를 필요로 하는 것이 아니며, 현재 저장된 위성 추적 데이터는 유효하게 남아있다. 따라서, 새로운 위성 추적 데이터는 무선 통신 시스템 또는 그 밖의 네트워크 중 어느 것을 이용하여, 그러한 네트워크가 낮은 활동을 보이는 구간 동안에 상기 원격 수신기로 전송될 수 있다.
만약, 단계(506)에서, 접속이 불가능하다면, 상기 절차는 단계(510)로 진행한다. 단계(510)에서는, 상기 경과 시간이 상기 위성 추적 데이터의 유효 기간을 초과하였는지 여부에 대해 결정이 이루어진다. 만약 그렇지 않았다면, 상기 절차(500)는 위에서 설명한 바와 같이 단계(508)로 진행한다. 즉, 상기 서버는 트래픽이 낮은 구간에 상기 원격 수신기로 새로운 위성 추적 데이터의 전송을 예약해 둘 것이다. 단계(504)의 상기 문턱값이 상기 위성 추적 데이터의 유효 기간에 관한 퍼센티지로 설정되기 때문에, 상기 원격 수신기는 즉시 새로운 위성 추적 데이터를 필요로 하는 것은 아니다. 상기 원격 수신기는 접속이 가능하게 되고 새로운 위성 추적 데이터가 낮은 트래픽을 보이는 구간에 송신될 수 있게 될 때까지 유효한 위성 추적 데이터를 이용하여 동작을 계속할 수 있다.
만약, 단계(510)에서, 상기 경과된 시간이 상기 위성 추적 데이터의 유효 기간을 초과하였다면, 상기 절차(500)는 단계(512)로 진행한다. 단계(512)에서는, 새로운 위성 추적 데이터는 접속이 가능하게 된 때에 상기 원격 수신기로 송신될 수 있도록 예약된다. 즉, 만약 원격 장치가 다시 이 시스템에 접속하면, 상기 새로운 위성 추적 데이터가 상기 원격 장치에 업로딩될 수 있다.
이와 같이, 모든 원격 수신기들은 이들이 서버에 접속할 수 있는 거의 모든 시간 동안에 유효한 위성 추적 데이터를 가질 수 있다. 추가적으로, 거의 모든 원격 수신기들이, 이들이 위치 확인을 필요로 하는 때에는, 위성 추적 데이터를 요청해야 하고 또는 위성 추적 데이터가 전달될 때까지 대기해야 할 필요가 없이, 즉각적으로 보조 측위 GPS 동작의 혜택을 받을 수 있다. 따라서, 서버 송수신의 회수가 최소화된다. 서버에 접속하지 못하는 원격 수신기들도 서버로부터 단절된 상태로 더 길어진 시간 동안(예를 들어 4 일) 위성 추적 데이터를 이용하여 동작을 계속할 수 있다. 추가적으로, 상기 위성 추적 데이터는 상기 원격 수신기들이 이 데이터를 이용하게 될 정확한 시간에 대해 독립적이다.
도 6a 내지 6c는 장기간 위성 추적 데이터를 이용하여 원격 수신기의 위치를 확정하는 절차(600)의 예시적인 실시예에 관한 순서도를 설명한다. 상기 절차(600)는 단계(602)에서 시작하며, 여기서는 마지막으로 위성 추적 데이터의 전송이 이뤄진 때로부터 경과된 시간이 결정된다. 단계(604)에서는, 상기 위성 추적 데이터의 유효 기간이 초과되었는지 여부에 관해 판정이 이뤄진다. 예를 들어, 상기 위성 추적 데이터는 4 일 동안 유효할 수 있다. 만약 상기 위성 추적 데이터가 유효하지 않다면, 상기 절차(600)는 단계(606)로 진행한다. 반대의 경우에는, 상기 절차(600)는 단계(610)로 진행한다.
단계(606)에서는, 상기 서버와 상기 원격 수신기 사이의 접속이 가능한지 여부에 관해 판정이 이루어진다. 만약 부정적이면, 상기 절차(600)는 단계(608)로 진행하고, 여기서는 접속이 불가능하다고 플래그(flag)가 작성된다. 반대의 경우에는, 상기 절차(600)는 단계(607)로 진행한다. 단계(607)에서는, 새로운 위성 추적 데이터가 요청되고, 상기 원격 수신기에서 상기 서버로부터 수신된다. 단계(609)에서는, 상기 저장된 위성 추적 데이터는 새로운 위성 추적 데이터로 갱신된다. 상기 절차(600)는 단계(610)로 진행한다.
단계(610)에서는, 타임오브데이(time of day)가 결정된다. 일 실시예에서, 추정된 타임오브데이는 상기 원격 수신기 내의 시계를 가지고 결정될 수 있다. 단계(612)에서는, 상기 원격 수신기의 위치가 추정된다. 단계(614)에서는, 획득 보조 데이터(acquisition assistance data)가 상기 타임오브데이, 추정 위치 및 저장되어 있는 위성 추적 데이터(또는 달력(Almanac) 데이터)를 이용하여 계산된다. 상기 획득 보조 데이터는 상기 원격 수신기가 위성 신호들을 획득하는 것을 보조한다. 일 실시예에서, 상기 획득 보조 데이터는 상기 원격 수신기의 입장에서 본 각 위성에 대한 예측된 도플러 천이들(Doppler shifts)을 포함한다. GPS 시스템에서는, 모든 위성 신호들은 정확히 1675.42MHz의 동일한 주파수로 위성을 떠난다. 그러나, 상기 원격 수신기에서 관측된 위성 신호들의 주파수는 위성의 상대적인 움직임 때문에 ±4.5 KHz 정도 천이하게 된다. 지평선 위로 솟아오르는 위성은 최대 4.5 KHz 만큼 높은 도플러 천이를 보이며, 가라앉는 위성은 최대 4.5 KHz 만큼 낮은 도플러 천이를 보일 것이고, 남중점(상기 원격 수신기의 시점에서 봤을 때 하늘에서 가장 높은 지점)에 있는 위성은 도플러 천이를 보이지 않을 것이다.
상기 원격 수신기는 위치 추정, 현재 시각 그리고 저장되어 있는 위성 추적 데이터(또는 달력 데이터)를 이용하여 상기 원격 수신기의 추정 위치에 대해 상대적인 도플러 천이를 계산해 낸다. 위에서 서술한 바와 같이, 한 실시예에서는, 상기 위성 추적 데이터는 위성력 데이터로 이뤄진 블록들의 형태로 제공될 수 있다. 만약 그러한 위성 추적 데이터가 이용될 경우에, 상기 추정 위치 및 타임오브데이에서 이뤄진 도플러 천이의 계산은 통상의 방법으로 수행된다. 상기 획득 보조 데이터는 일종의 윈도우(window) 즉 예상되는 도플러 천이 주변의 불확실성 범위(range of uncertainty)를 제공한다. 상기 불확실성 범위의 크기는 초기의 위치 추정 및 타임오브데이의 정확도에 의존한다. 타임오브데이는 상기 불확실성 범위의 크기에 별 영향을 주지 않고, 따라서 GPS 시간에 대해 몇 초 정도의 오차가 있을 수 있다. 위치 추정은 상기 불확실성 범위에 더 큰 영향을 가진다. 만약 상기 위치 추정이 상기 원격 수신기의 실제 위치에 대해 대략 10 km의 범위 내에 있다면, 그 렇다면 도플러 범위는 약 ±10 Hz 정도이다. 만약 위치 추정이 실제 위치를 포함하는 광역 지역에 포함되는 것이라면(예를 들어 동작이 일어나는 특정한 국가 내라든가, 3000 km 내에 있다거나), 도플러 범위는 약 ± 3000 Hz 정도가 될 것이다. 원격 수신기의 위치를 추정하는 예시적인 절차는 후술된다. 당해 기술 분야에서 주지된 바와 같이, 도플러에 관한 탐색 범위는 또한 상기 수신기 내부의 국부 기준 주파수의 불확실성도 포함하여야 한다.
단계(616)에서는, 위성 신호들은 상기 획득 보조 데이터를 이용하여 상기 원격 수신기에서 획득된다. 일 실시예에서, 상기 원격 수신기는 상기 획득 보조 데이터 및 국부 주파수 기준 신호에 의해 정의되는 주파수 범위 내에서 상기 위성 신호들을 탐색한다. 초기 위치를 계산하기 위해 필요한 위성 신호들을 획득하는 데에 걸리는 시간(이를 "제1 결정 시간(time to first fix)"이라 함)은 상기 주파수 윈도우의 크기에 따라 결정된다. 더 작은 주파수 윈도우가 더 빠른 제1 결정 시간을 가진다.
단계(618)에서는, 접속이 불가능한 것으로 플래그가 설정되었는지 여부에 관해 판정이 이루어진다. 만약 그렇지 않다면, 상기 절차(600)는 단계(624)로 진행하며, 여기서는 상기 원격 수신기의 위치가 상기 저장된 위성 추적 데이터를 이용하여 계산된다. 만약 단계(608)에서 접속이 불가능하다고 플래그가 설정된 경우, 상기 절차는 단계(620)로 진행한다. 단계(620)에서, 위성력이 상기 획득된 위성 신호들로부터 디코딩된다. 유효하지 않거나 "오래된" 위성 추적 데이터 또는 위성 달력 데이터가 단계(614)에서 상기 획득 보조 데이터를 계산하는 데에 사용될 수 있지 만, 그러한 유효기간이 만료되거나 부정확한 위성 추적 데이터는 상기 원격 수신기의 위치를 계산하기 위해서는 이용되어서는 안 될 것이다. 이렇듯, 만약 저장되어 있는 위성 추적 데이터가 유효기간이 만료되고 또한 원격 수신기가 새로운 위성 추적 데이터를 구하고자 서버에 접속할 수가 없을 경우에는, 상기 원격 수신기는 위성력 데이터를 획득하기 위해 위성 신호들을 디코딩하여야 한다. 단계(622)에서는, 상기 원격 수신기의 위치는 상기 위성력 정보를 이용하여 계산될 수 있다.
도 7은 원격 수신기의 위치를 추정하는 절차(700)의 예시적인 실시예를 설명하는 순서도이다. 상기 절차(700)는 주가 되는 추정 기술로서 상기 절차(600) 중의 단계(612) 내에서 이용될 수 있는 것이다. 관련 기술의 숙련된 자들이라면, 관련 기술에서 공지된, 예를 들어 원격 수신기가 위치한 셀 사이트들 사이 또는 기지국들 사이의 이동을 이용한다거나, 또는 상기 원격 수신기가 마지막으로 있었던 것으로 알려진 위치를 이용한 그 밖의 위치 추정 기술들도 쓸 수 있다는 점을 이해할 것이다. 상기 절차(700)는 단계(702)에서 시작하는데, 여기서는 상기 원격 수신기가 현재 동작 중인 셀 사이트(이를 "활성 셀 사이트(active cell site)"라고 함)에 대한 셀 아이디(cell ID)가 결정된다. 만약 셀 아이디가 없다면, 또는 활성 셀 사이트가 존재하지 않으면, 상기 절차(700)는 단계(706)로 진행한다. 그렇지 않다면, 상기 절차(700)는 단계(704)로 진행한다.
단계(704)에서는, 상기 셀 위치가 상기 원격 수신기 내에 저장된 테이블(table) 내에 있는지 여부에 관해 판정이 이루어진다. 즉, 상기 원격 수신기는 셀 아이디를 이용하여 위치 정보로 이뤄진 테이블을 검색(index)하여, 활성 셀 사 이트의 위치를 식별해낼 수 있다. 만약 활성 셀 사이트에 관련된 위치 정보가 상기 테이블 내에 있다면, 상기 절차(700)는 단계(708)로 진행하며, 여기서는 상기 원격 수신기의 추정된 위치 및 상기 추정 위치의 불확실성이 출력된다. 만약 셀 위치가 테이블 내에 있지 않으면, 상기 절차(700)는 단계(706)로 진행한다.
단계(706)에서는, 셀 아이디가 없거나(즉, 상기 원격 수신기가 상기 무선 통신 시스템의 서비스 영역 내에서 동작하고 있지 않거나), 또는 테이블 내에 상기 셀 아이디와 관련하여 저장된 위치 정보가 존재하지 않거나 둘 중의 하나이다. 따라서, 최근의 위치 결정(recent position fix)이 있었는지 여부에 관해 판정이 이루어진다. 예를 들어, 최근의 위치 결정이란, 이전 3 분 이내에 있었던 위치 계산일 수 있다. 그 3 분 내에서는, 만약 원격 수신기가 200 km/h 보다 느린 속도로 이동 중이었다면, 상기 원격 수신기는 10 km 보다 더 멀리 이동하지는 못할 것이다. 이는 만약 셀 사이트의 위치 정보를 이용한다면 상기 원격 수신기가 얻을 수도 있는 대략적인 위치 불확실성 범위 내이다. 만약 최근의 위치 결정이 있었다면, 상기 절차(700)는 단계(708)로 진행하며, 여기서 상기 최근의 위치 결정은 추정된 위치로서 이용될 수 있고, 상기 추정된 위치 및 불확실성이 출력된다. 추가적으로, 위치 테이블은 단계(710)에서 최근 위치를 가지고 갱신될 수 있다.
만약 단계(706)에서 최근의 위치 결정이 없었다면, 상기 절차(700)는 단계(712)로 진행한다. 단계(712)에서는, 서버와 원격 수신기 사이에 접속이 이용 가능한지 여부에 관해 판정이 이뤄진다. 만약 아니라면, 상기 절차(700)는 단계(718)로 진행하고, 여기서는 위치 추정은 광역(예를 들어 국가 또는 동작 지역)으로 설 정된다. 상기 절차(700)는 단계(718)로부터 단계(708)로 진행하며, 여기서 상기 위치 추정 및 불확실성이 출력된다.
만약 단계(712)에서,상기 서버와 상기 원격 수신기 사이에 접속이 현존한다면, 상기 절차(700)는 단계(714)로 진행한다. 단계(714)에서는, 활성 셀 사이트의 위치 정보가 상기 서버로 요청된다. 상기 원격 수신기는 셀 아이디가 이미 획득되어 있다면 상기 셀 아이디를 서버로 송신할 수 있다. 단계(716)에서는, 만약 위치 정보가 서버로부터 전달되면 상기 절차는 단계(708)로 진행하며, 이때 상기 위치 추정 및 불확실성이 출력된다. 추가적으로, 위치 테이블은 단계(710)에서 상기 특정 활성 셀 사이트에 관해 전달받은 위치 정보를 가지고 갱신될 수 있다. 만약 단계(716)에서 상기 위치가 서버로부터 전달되지 않으면, 상기 절차(700)는 단계(718)로 진행하고, 여기서 상기 위치 추정은 광역으로 설정된다.
위치를 포함하는 테이블을 이용함으로써, 그리고 최근의 위치 결정을 이용함으로써, 상기 원격 수신기는 상기 서버와 사이에 불필요한 송수신을 피할 수 있다. 따라서, 그 셀 아이디를 이용하는 활성 셀 사이트에 대한 위치를 요청하는 대신에, 상기 원격 수신기는 먼저 그러한 정보가 국부적으로 저장되어 있는지를 판단한다.
장기간 위성 추적 데이터를 이용하는 방법 및 장치가 지금까지 설명되었다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 장기간 위성 추적 데이터는 2 내지 4일 사이의 시 구간 동안 유효한 위성 궤도 및 위성 시계 데이터를 포함한다. 따라서, 원격 수신기들은 최대 4 일까지 갱신된 정보를 받을 수 있게 서버에 접속하지 않고서도 동작을 계속할 수 있다. 만약 어느 원격 수신기가 서버에 접속할 수 없다면(예를 들어, 그 원격 수신기가 네트워크의 서비스 영역 바깥을 이동하는 경우), 상기 원격 수신기는 네트워크에 다시 한번 접속할 수 있게 될 때까지 장기간 위성 추적 데이터를 계속하여 이용할 수 있다. 이렇듯, 상기 서버 및 원격 수신기 사이에 일어나는 송수신이 매 2 내지 4 일마다, 또는 상기 원격 수신기가 서버로부터 셀 사이트 또는 기지국의 위치 정보를 요구할 때에 한 번씩 일어날 뿐이다.
상기 장기간 위성 추적 데이터를 획득함으로써, 상기 원격 수신기는 위성 신호들을 획득하고, 정보가 획득된 위성들까지의 의사 거리들을 결정하며, 그러한 의사 거리들 및 상기 장기간 위성 추적 데이터를 이용하여 자신의 위치를 계산할 수 있다. 상기 원격 수신기는 또한 상기 장기간 위성 추적 데이터를, 위치 추정 및 시간 추정과 함께 이용하여, 위성 신호 획득 절차 내에서 보조할 수 있는 획득 보조 데이터(예를 들어, 예상되는 도플러 천이들)를 생성할 수 있다. 그러한 절차는 도 6과 관련하여 위에서 설명되어 있다. 일 실시예에서, 상기 위치 추정은 상기 네트워크(예를 들어 셀 아이디를 이용하여) 구할 수 있다.
그렇지만, 몇몇 경우에 있어서, 상기 원격 수신기는 획득 보조 데이터를 계산할 수 있도록 네트워크로부터 초기 위치를 얻을 수가 없을 수 있다. 예를 들어, 상기 원격 수신기가 독자적으로 그 네트워크의 서비스 영역 밖에서 동작하고 있을 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에서는, 상기 원격 수신기는, 상기 네트워크로부터 위치 추정을 수신하려고 시도하는 대신에, 획득 보조 데이터를 계산하며 또 의사 거리들을 결정할 수 있도록, 이전에 계산된 위치를 초기 위치로서 이용한다. 상기 원격 수신기는 이후에 상기 의사 거리들 및 장기간 위성 추적 데이터를 이용하여 위치를 계산한다. 상기 위치는 이후에 그 유효성에 대해 검증을 받고, 만약 유효하지 않은 경우에는, 상기 원격 수신기는 위치를 계산하기 위해 무작위 탐색 절차를 수행한다.
도 8은 본 발명과 관련하여 원격 수신기의 위치를 확정하는 방법(800)의 예시적인 실시예를 설명하는 순서도이다. 상기 방법(800)은 상기 원격 수신기에서 상기 네트워크로부터 초기 위치 추정을 얻지 않고 수행되는 방법이다. 상기 방법(800)은 단계(802)에서 시작한다. 단계(802)에서는, 장기간 위성 추적 데이터가 입수된다. 예를 들어, 상기 장기간 위성 추적 데이터는 상기 원격 수신기 내부의 메모리로부터 얻을 수 있다. 상기 원격 수신기는 도 5와 관련하여 위에서 설명하였다시피, 네트워크를 통해 상기 장기간 위성 추적 데이터를 수신해왔을 수 있는 것이다. 상기 원격 수신기는 도 6과 관련하여 위에서 설명하였다시피, 주기적으로 상기 장기간 위성 추적 데이터를 갱신할 수 있다.
단계(806)에서는, 이전에 계산된 위치가 이용가능한지 여부에 관해 판정이 이루어진다. 예를 들어, 상기 원격 수신기는, 계산된 위치들을 저장해두고 그로부터 이전에 계산된 위치들이 입수될 수 있는 위치 캐시(position cache)를 보유할 수 있다. 만약 이전 계산 위치가 이용될 수 없다면, 상기 방법(800)은 단계(820)로 진행한다. 단계(820)에서는, 위치는 무작위 탐색 절차를 이용하여 계산된다. 단계(820)에서 이용될 수 있는 무작위 탐색 절차의 예시적인 실시예들이 도 9 내지 11과 관련하여 아래에 설명된다. 상기 방법(800)은 단계(822)로 진행하며, 여기서는 상기 위치는 다음번의 반복 작업 시에 이전 계산 위치로서 이용될 수 있도록 저 장된다.
만약, 단계(806)에서, 이전 계산 위치가 이용가능하다면, 상기 방법(800)은 단계(808)로 진행한다. 단계(808)에서는, 상기 이전 계산 위치는 위치 추정으로서, 상기 장기간 위성 추적 데이터와 함께, 획득 보조 데이터(예를 들어 예상되는 도플러 천이들)을 계산하는 데에 이용된다. 단계(810)에서는, 위성 위치 시스템(satellite positioning system, SPS) 위성들로부터 위성 신호들이 상기 원격 수신기에서 상기 획득 보조 데이터를 이용하여 획득된다.
단계(812)에서, 획득된 위성들의 수는 사전에 지정된 문턱값을 초과하였는지 여부에 관해 판정이 이뤄진다. 예를 들어, 상기 문턱값은 2 개의 위성들일 수 있다. 따라서, 2 개 이상의 위성들이 단계(810)에서 획득되고, 방법(800)은 단계(814)로 진행한다. 그렇지 않은 경우에, 만약 딱 2 개 또는 그보다 적은 수의 위성들이 단계(810)에서 획득되었다면, 상기 방법(800)은 단계(820)로 진행하고, 여기서는 무작위 탐색 절차가 위치를 계산할 수 있도록 수행된다.
단계(814)에서는, 탐지된 SPS 위성들까지의 의사 거리들이 결정된다. 상기 원격 수신기는 통상적인 상관 프로세스(correlation process)를 이용하여 상기 탐지된 SPS 위성들까지 서브-밀리세컨드 의사 거리들을 측정할 수 있다. 상기 서브 밀리세컨드 의사 거리의 정수 밀리세컨드 부분이, 위치 추정으로서 이용되고 있는 이전 계산 위치를 이용하여 결정된다(fixed). 일 실시예에서, 상기 정수 부분들은 상기 서브 밀리세컨드 의사 거리들과, 상기 장기간 위성 추적 데이터로부터 유도되는 예측 위성 위치들 및 이전 계산 위치들 사이에서 계산된 예측 의사 거리들에 관 련하여 결정될 수 있다. 의사 거리들의 정수 부분들을 계산하는 한 예시적인 방법이 2004년 5월 11일자로 발행된 공동 소유인 미국 특허 6,734,821에 설명되어 있으며, 이는 그 전체가 본 명세서에 참조 문헌으로서 일체화된다.
단계(816)에서는, 상기 원격 수신기의 위치가 단계(814)에서 결정된 의사 거리들 및 단계(804)에서 입수한 장기간 위성 추적 데이터를 이용하여 계산된다. 상기 위치는 종래의 항법 방정식들(navigation equations)을 이용하여 계산될 수도 있다. 단계(818)에서는, 단계(816)에서 계산된 위치가 유효한지 여부에 관해 판정이 이루어진다. 여기서, 상기 계산된 위치의 무결성은 관련 기술 분야에서 주지된 다양한 무결성 검증 기술들을 이용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 계산된 위치와, 상기 위치 추정으로서 사용된 이전에 계산된 위치 사이의 차이가 계산될 수 있고, 어떤 문턱값과 비교될 수 있다. 만약 그 차이가 그 문턱값을 초과한다면(예를 들어, 150 km), 그렇다면 상기 계산된 위치는 유효하지 않은 것으로 플래그가 설정된다. 다른 방법으로는, 계산된 위치의 고도(altitude)가 타당한 범위(예를 들어, -1 km 내지 15 km) 내에 들어있는지 여부에 대해 결정이 이루어질 수 있다. 만약 그 고도가 위 범위를 벗어난다면, 상기 계산된 위치는 유효하지 않은 것으로 플래그가 설정된다. 다른 실시예에서, 측정된 의사 거리들과 관련이 있는 사후 잔여값들(a-posteriori residuals)이 형성될 수 있다. 상기 사후 잔여값들은 어떤 잘못된 의사 거리들을 식별해 낼 수 있도록 분석될 수 있다. 만약 의사 거리들 중의 어느 것이라도 잘못된 것이 발견된 경우에는, 상기 계산된 위치는 유효하지 않은 것으로 간주된다. 사후 잔여값들을 분석하는 예시적인 절차는 위에서 인용된 미국 특허 6,734,821에 설명되어 있다.
만약, 단계(818)에서, 상기 계산된 위치가 유효하지 않은 것으로 간주될 경우에, 상기 방법(800)은 단계(820)로 진행하며, 여기서 상기 무작위 탐색 절차가 위치를 계산할 수 있도록 수행된다. 만약 그렇지 않은 경우에는, 상기 방법(800)은 단계(822)로 진행하며, 여기서는 상기 계산된 위치는 다음번의 절차 반복시에 이전 계산 위치로써 이용할 수 있도록 저장된다. 상기 방법(800)은 단계(824)에서 종료된다.
도 9는 본 발명과 관련하여, 무작위 탐색 기술(blind seach technique)을 이용하여 원격 수신기의 위치를 확정하는 방법(900)의 예시적인 실시예를 설명하는 순서도이다. 상기 방법(900)은 상기 원격 수신기에서 상기 네트워크로부터 초기 위치 추정(initial position estimate)을 얻지 않고 수행되는 방법이다. 상기 방법(900)은 단계(902)에서 시작한다. 단계(904)에서는, 무작위 탐색이 수행되어 SPS 위성들을 탐지한다. 즉, 상기 원격 수신기는 획득 보조 데이터의 장점을 이용하지 않고 종래의 방법을 통해 위성 신호들을 탐색한다. 단계(906)에서, 위에서 탐지된 SPS 위성들까지의 의사 거리들이 결정된다. 상기 원격 수신기는 종래의 연관 프로세스(correlation process)를 이용하여 상기 탐지된 위성들까지의 서브 밀리세컨드 의사 거리들을 측정할 수 있다. 상기 밀리 세컨트 의사 거리들의 정수 부분들은, 위성으로부터 송출되는 위성 항법 스트림(satellite navigation stream) 내의 핸드오버 워드(handover word, HOW)를 디코딩하여 타임오브위크(time-of-week, TOW) 카운트 값을 입수하는 방법을 이용하는 주지된 방법을 통해 계산된다. 단계(908)에서 는, 상기 원격 수신기의 위치는 단계(906)에서 결정된 의사 거리들과, 상기 원격 수신기 내에 저장되어 있는 장기간 위성 추적 데이터를 이용하여 계산될 수 있다. 상기 위치는 통상적인 항법 방정식들을 이용하여 계산될 수 있다. 상기 방법(900)은 단계(910)에서 종료한다.
위치를 계산하기 위해 상기 장기간 위성 추적 데이터를 이용하는 것은, 의사 거리가 결정되는 각 위성마다 원격 수신기에서 그 위성의 항법 스트림으로부터 위성력(ephemeris)을 디코딩할 필요를 없앤다. 위성력이 디코딩될 필요가 없기 때문에, 상기 원격 수신기의 콜드 스타트(cold start) 속도가 증가되며, 특히 만약 위성 신호들이 약하거나 또는 간헐적일 경우에 그러하다. 더 나아가, 상기 방법(900)은 네트워크로부터 초기 위치 또는 정확한 시간을 수신할 필요가 없이 수행되며, 이는 상기 방법(900)으로 하여금, 상기 원격 수신기가 상기 네트워크의 서비스 영역 바깥에 있을 때에도 수행될 수 있게 할 수 있다. 상기 방법(900)을 이용하여 계산되는 위치는 도 8과 관련하여 위에서 설명한 바와 같이, 다음번의 위치 확정 계산 시에 획득 보조 데이터를 계산할 수 있도록 위치 추정으로서 저장되고 사용될 수 있다.
도 10은 본 발명과 관련하여, 무작위 탐색 기술을 이용하여 원격 수신기의 위치를 확정하는 방법(1000)의 다른 예시적인 실시예를 설명하는 순서도이다. 도 9의 방법(900)과 유사하게, 상기 방법(1000)은 상기 원격 수신기에서 상기 네트워크로부터 초기 위치 추정을 얻지 않고 수행되는 방법이다. 상기 방법(1000)은 단계(1002)에서 시작한다. 단계(1004)에서는, 무작위 탐색이 수행되어 SPS 위성들을 탐지한다. 단계(1006)에서, 위에서 탐지된 SPS 위성들까지의 의사 거리들이 결정된다. 단계(1008)에서는, 의사 거리 변화율(pseudorange rates)이 상기 원격 수신기에서 측정된다. 일 실시예에서, 상기 의사 거리 변화율들은 도플러 측정치들을 입수함으로써 측정될 수 있다. 다른 방법으로는, 상기 의사 거리 변화율들은 상기 서브 밀리세컨드 의사 거리들의 시간 도함수(time-derivative)를 계산함으로써 측정될 수 있다.
단계(1010)에서는, 상기 원격 수신기의 추정 위치가 상기 원격 수신기 내부에 저장된 장기간 위성 추적 데이터와 상기 의사 거리 변화율들을 이용하여 계산된다. 일 실시예에서, 이는 다음과 같은 수학적 모델을 반복적으로 적용함으로써 이뤄질 수 있다.
Figure 112007058309141-PCT00001
여기서, u 는 의사 거리 변화율의 잔여값의 벡터(즉, 측정된 의사 거리 변화율과 예상치 사이의 차이)이고, ∂는 부분 미분을,
Figure 112007058309141-PCT00002
은 n 번째 의사 거리 변화율이며, c 는 빛의 속도를 의미한다. 변수들 x, y, z는 사후적 위치(a-priori position)에 대한 갱신값들(updates)이다. 본 실시예에서는, 제공된 초기 위치가 없으며, 따라서 위의 모델은 지구 중심에 있는 초기 위치를 가지고 적용되어, 갱신값들이 수렴할 때까지 반복될 수 있다. 상기 변수 fc는 상기 원격 수신기 내의 사후 적 기준 주파수(a-priori reference frequency)의 오프셋(offset)에 대한 갱신값이다. 일 실시예에서, fc의 단위는 seconds/second이며, c의 단위는 m/s이고, u의 단위는 m/s이다. 상기 예상되는 의사 거리 변화율 및 상기 행렬의 요소들은 장기간 위성 추적 데이터를 이용하여 계산될 수 있다. 이 모델의 유도는 2003년 7월 11에 출원된 공동 소유인 미국 특허 출원 번호 10/617,559(대리인 관리 번호 GLBL 027)에 더욱 상세하게 설명되어 있으며, 이는 본 명세서에 그 전체가 참고 문헌으로서 일체화된다. 타임오브데이(time-of-day) 오프셋과 같은 추가적인 항들이 상술한 계산에 포함될 수도 있는데, 하지만 단지 대략적인 위치만이 필요하기 때문에(예를 들어, 10 km 내 정도), u의 값과 상기 행렬 내의 요소들의 값들을 계산하는 데에 있어, 대략적인 타임오브데이를 사용하는 만으로 충분하다.
다른 실시예에서는, 상기 원격 수신기의 추정 위치는 단계(1010)에서 상기 의사 거리 변화율 및 서브 밀리세컨드 의사 거리들을 이용하여 계산될 수 있다. 이때, 만약 오직 두 개의 위성들만이 단계(1004)에서 탐지될 경우, 상기 원격 수신기는 추가적인 보조 데이터 없이, 단지 상기 거리 변화율들 또는 단지 상기 의사 거리들만을 가지고는 위치를 계산할 수 없을 것이다. 그렇지만, 상기 거리 변화율들 및 상기 의사 거리들의 각각이 독립적인 측정치를 제공하기 때문에, 상기 거리 변화율들 및 상기 의사 거리들은 위치를 계산하는 데에 충분한 측정치들(예를 들어, 위도, 경도, 고도 및 공통 모드 시간 바이어스(common mode clock bias))을 제공할 수 있도록 결합될 수 있다. 그러한 연산이 위에서 인용한 미국 특허 출원 번호 10/617,559에 나타나 있다.
단계(1012)에서는, 단계(1006)에서 측정된 상기 서브 밀리세컨드 의사 거리들의 정수 부분들이, 단계(1010)에서 계산된 추정 위치를 이용하여 결정된다. 일 실시예에서, 상기 정수들은 단계(1006)에서 측정된 상기 서브 밀리세컨드 의사 거리들과, 상기 장기간 위성 추적 데이터로부터 유도된 추정 위성 위치들과 위치 추정들 사이에서 계산된 예상 의사 거리들에 관련하여 결정될 수 있다. 의사 거리 정수들을 계산하는 예시적인 절차에 관하여는, 위에서 인용한 미국 특허 6,734,821 내에 설명되어 있다.
단계(1014)에서는, 정확한 타임오브데이가 상기 원격 수신기에서 이용가능한지 여부에 관해 판정이 이루어진다. 예를 들어, 상기 원격 수신기는, 상기 HOW를 디코딩하여 상기 TOW 카운트 메시지(TOW count message)를 얻음으로써 정확한 위성 시간을 얻을 수 있다. 다른 방법으로는, 상기 원격 수신기는 초기에 네트워크로부터 정확한 위성 시간을 얻고, 그 이후부터 정확한 시간을 계속 추적할 수도 있다. 만약 정확한 타임오브데이가 상기 원격 수신기에 알려지면, 상기 방법(1000)은 단계(1016)로 진행한다. 단계(1016)에서는, 상기 원격 수신기의 위치는 상기 장기간 위성 추적 데이터 및 상기 완전한 의사 거리들을 이용하여 종래의 항법 해법을 통해 계산된다. 만약 정확한 타임오브데이가 상기 원격 수신기에 알려지지 않았다면, 상기 방법(1000)은 단계(1018)로 진행한다.
단계(1018)에서는, 상기 원격 수신기의 위치는 시간 배제 항법 모델(time-free navigation model)에서 상기 장기간 위성 추적 데이터 및 상기 완전한 의사 거리들을 이용하여 계산된다. 여기서, 실제의 의사 거리들과 예상된(expected) 의사 거리들 사이의 잔여 차이를, 위치(예를 들어, x, y, z 위치) 및 시간(예를 들어 국부 시간 바이어스(tc) 및 타임오브데이 오차(ts))의 갱신값들에 대해 연관짓는 데에 이용되는 수학적 모델이 있다. 상기 예상된 의사 거리들은 단계(1010) 단계에서 계산된 위치 예측에 기초한다. 일 실시예에서는, 상기 수학적 모델은 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112007058309141-PCT00003
여기서, u는 의사 거리 변화율의 잔여값의 벡터(즉, 예상된 의사 거리들과 실제의 의사 거리들 사이의 차이)이고, H 행렬은 상기 의사 거리 잔여값들에 대해 상기 위치 갱신값들(x, y, z)을 연관시키는 주지의 시선 벡터들(line-of-sight vectors, 첫 세 개의 열)과, 국부 시간 바이어스(tc)를 상기 의사 거리 잔여값들에 대해 연관시키는 주지의 상수 열(column of constants, 빛의 속도 c), 그리고 상기 타임오브데이 오차(ts)를 상기 의사 거리 잔여값들에 연관시키는 거리 변화율들의 컬럼들을 포함한다. 상술한 수학적 모델에 대한 상세한 이해를 위해서는 독자는 위 에서 인용한 미국 특허 6,734,821을 참조하기 바란다. 상술한 수학적 모델의 여러 차례 반복 연산이 수행되면 어느 위치에 수렴한다. 상기 방법(1000)은 단계(1020)에서 종료한다.
위치를 계산하기 위해 상기 장기간 위성 추적 데이터를 이용하는 것은, 의사 거리가 결정되는 각 위성마다 원격 수신기에서 그 위성의 항법 스트림으로부터 위성력(ephemeris)을 디코딩할 필요를 없앤다. 위성력이 디코딩될 필요가 없기 때문에, 상기 원격 수신기의 콜드 스타트(cold start) 속도가 증가되며, 특히 만약 위성 신호들이 약하거나 또는 간헐적일 경우에 그러하다. 더 나아가, 상기 방법(1000)은 네트워크로부터 초기 위치 또는 정확한 시간을 수신할 필요가 없이 수행되며, 이는 상기 방법(1000)으로 하여금, 상기 원격 수신기가 상기 네트워크의 서비스 영역 바깥에 있을 때에도 수행될 수 있게 할 수 있다. 상기 방법(1000)을 이용하여 계산되는 위치는 도 8과 관련하여 위에서 설명한 바와 같이, 다음번의 위치 확정 계산 시에 획득 보조 데이터를 계산할 수 있도록 위치 추정으로서 저장되고 사용될 수 있다.
도 11은 본 발명과 관련하여, 무작위 탐색 기술을 이용하여 원격 수신기의 위치를 확정하는 방법(1100)의 또 다른 예시적인 실시예를 설명하는 순서도이다. 역시, 상기 방법(1100)은 상기 원격 수신기에서 상기 네트워크로부터 초기 위치 추정을 얻지 않고 수행될 수 있다. 상기 방법(1100)은 단계(1102)에서 시작한다. 단계(1104)에서는, 무작위 탐색이 수행되어 SPS 위성들을 탐지한다. 단계(1106)에서, 위에서 탐지된 SPS 위성들까지의 의사 거리들이 결정된다. 단계(1108)에서, 상기 원격 수신기의 사후적 위치가 모든 가능한 위치들로 이루어진 "공간"(space)으로부터 선택된다. 상기 모든 가능한 사후적 위치들의 공간은 구획화(segmented)될 수 있는데, 예를 들어 하나가 100 km x 100 km인 위도-경도 격자로 분할될 수 있으며, 이때 고도는 지형도 상의 고도들(topographical altitudes)을 포함하는 룩업 테이블(look-up table)로부터 할당된다. 단계(1110)에서는, 상기 서브 밀리세컨드 의사 거리들의 정수 부분들이 상기 사후적 위치 추정에 기초하여 결정된다. 상기 정수 부분들은 도 10에 관련하여 위에서 설명한 방법(1000)의 단계(1012)에서 수행되는 것과 유사한 프로세스를 이용하여 결정될 수 있다.
단계(1112)에서는, 상기 원격 수신기의 위치가 그 원격 수신기 내에 저장된 장기간 위성 추적 데이터 및 완전한 의사 거리들을 이용하여 계산된다. 상기 위치는 통상적인 항법 방정식들을 이용하여(만약 정확한 시간이 이용가능한 경우) 계산되거나, 또는 도 10과 관련하여 상술한 바와 같은 시간 배제 항법 모델을 이용하여 계산될 수 있다. 단계(1114)에서는, 상기 계산된 위치가 유효한지 여부에 관해 결정이 이뤄질 수 있다. 상기 계산된 위치의 유효성은 상기 방법(800)의 단계(818)에 관하여 상술한 것과 같이 추정될 수 있다. 만약 유효하지 않다면, 상기 방법(1100)은 단계(1108)로 돌아가는데, 여기서는 또 다른 사후적 위치가 상기 가능한 위치들의 공간으로부터 선택된다. 만약 유효하다면, 상기 방법(1100)은 단계(1116)으로 진행한다. 단계(1116)에서, 상기 계산된 위치가 출력된다. 상기 방법(1110)은 단계(1118)에서 종료한다. 상기 방법(1100)을 이용한 위치 출력은 도 8과 관련하여 서술한 바와 같이, 다음번의 위치 확정 연산 시에 획득 보조 데이터를 계산할 수 있도록 위치 추정으로서 저장되고 이용될 수 있다.
지금까지의 논의에 있어서, 본 발명은 미국의 지구 위치 시스템(Global Positioning System, GPS)에 관한 응용예를 참조하여 설명되었다. 그러나, 이러한 방법들은 유사한 위성 시스템들, 특히, 러시아의 Glonass 시스템, 유럽의 Galileo 시스템 및 기타 시스템 내지 Glonass 시스템과 Galileo 시스템 및 GPS 시스템에 대해서도 똑같이 적용될 수 있다는 점은 명백할 것이다. 본 명세서에서 사용된 "GPS"라는 용어는, 러시아의 Glonass 시스템 및 유럽의 Galileo 시스템을 포함하는, 대안이 될 수 있는 위성 위치 확인 시스템들을 포함한다.
본 발명에 관한 상기 방법들 및 장치들은 GPS 위성들을 기준으로 설명되었지만, 발명의 사상은 의사 위성들(pseudolites) 또는 실제 위성들과 의사 위성들의 조합을 이용하는 위치 확인 시스템들에 대해 똑같이 적용할 수 있다. 의사 위성들은 일반적으로 GPS 시간에 동기하여 L 밴드 반송파 신호들 상에서 변조되는 PN 코드(GPS 신호와 유사함)를 광역 송출하는 지상 기반의 송신기들이다. 상기 "위성"이라는 용어는 본 명세서에서는, 의사 위성들 또는 의사 위성들에 등가인 장치를 포함하도록 의도된 것이며, 상기 "GPS 신호들"이라는 용어는 본 명세서에서는, 의사 위성들 또는 의사 위성들의 등가 장치들로부터 송신되는 유사 GPS 신호들을 포함하도록 의도되었다.
지금까지의 기재 사항들이 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 그 밖의 실시예들도 그 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있으며, 그 청구 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (21)

  1. 원격 수신기에서 장기간 위성 추적 데이터(long term satellite tracking data)를 입수하는 단계;
    위성 위치 시스템(satellite positioning system, SPS)에 속하는 위성들을 탐지하는 단계;
    상기 원격 수신기로부터 상기 탐지된 SPS 위성들까지의 의사 거리들(pseudoranges)을 결정하는 단계; 및
    상기 의사 거리들 및 상기 장기간 위성 추적 데이터를 이용하여 상기 원격 수신기의 위치를 계산하는 단계를 포함하는 원격 수신기의 위치 결정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 위성들을 탐지하는 단계는,
    이전에 계산된 위치를 이용하여 계산된 획득 보조 데이터(acquisition assistance data)를 이용하여 상기 SPS 위성들을 탐지하는 단계와,
    무작위 탐색(blind search)을 수행하여 상기 SPS 위성들을 탐지하는 단계 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 수신기의 위치 결정 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 장기간 위성 추적 데이터는 서버(server)로부터 보내져 상기 원격 수신기에서 수신되는 것을 특징으로 하는 원격 수신기의 위치 결정 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 장기간 위성 추적 데이터는 상기 원격 수신기에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 원격 수신기의 위치 결정 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 의사 거리들을 결정하는 단계는,
    상기 탐지된 SPS 위성들까지의 서브 밀리세컨드(sub-millisecond) 의사 거리들을 측정하는 단계;
    상기 탐지된 SPS 위성들 중 적어도 하나에 의해 송신된 타임오브위크(time-of-week, TOW)을 디코딩하는 단계; 및
    상기 TOW을 이용하여 상기 의사 거리들을 결정할 수 있도록 상기 서브 밀리세컨드 의사 거리들로부터 정수 밀리세컨드 부분들(integer-millisecond portions)의 해를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 수신기의 위치 결정 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 의사 거리들을 결정하는 단계는
    상기 탐지된 SPS 위성들까지의 서브 밀리세컨드 의사 거리들을 측정하는 단계;
    상기 탐지된 SPS 위성들에 대해 의사 거리 변화율들(pseudorange rates)을 측정하는 단계;
    상기 의사 거리 변화율들을 이용하여 상기 원격 수신기의 위치 추 정(position estimate)을 연산하는 단계; 및
    상기 위치 추정을 이용하여 상기 의사 거리들을 결정할 수 있도록 상기 서브 밀리세컨드 의사 거리들로부터 정수 밀리세컨드 부분들의 해를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 수신기의 위치 결정 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 위치를 계산하는 단계는,
    타임오브데이(time-of-day) 추정을 입수하는 단계;
    상기 장기간 위성 추적 데이터, 상기 타임오브데이 추정 및 상기 위치 추정을 이용하여, 상기 서브밀리세컨드 의사 거리들을 복수의 위치 및 시간 변수들(position and time variables)에 대해 연관시키는 단계; 및
    상기 하나 또는 그 이상의 위치 및 시간 변수들에 대해 해를 구하여 상기 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 수신기의 위치 결정 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 의사 거리들을 결정하는 단계는,
    상기 탐지된 SPS 위성들까지의 서브 밀리세컨드 의사 거리들을 측정하는 단계;
    위치 공간(position space) 중에서 하나의 사후적 위치(a-priori position)를 선택하는 단계; 및
    상기 사후적 위치를 이용하여 상기 의사 거리들을 결정할 수 있도록 상기 서 브 밀리세컨드 의사 거리들로부터 정수 밀리세컨드 부분들의 해를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 수신기의 위치 결정 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 위치를 계산하는 단계는,
    타임오브데이 추정을 입수하는 단계;
    상기 장기간 위성 추적 데이터, 상기 타임오브데이 추정 및 상기 사후적 위치를 이용하여, 상기 서브밀리세컨드 의사 거리들을 복수의 위치 및 시간 변수들에 대해 연관시키는 단계; 및
    상기 하나 또는 그 이상의 위치 및 시간 변수들에 대해 해를 구하여 상기 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 수신기의 위치 결정 방법.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 결정된 위치가 유효하지 않다는 판정이 있을 경우에, 상기 위치 공간에 포함된 적어도 하나의 추가적인 사후적 위치에 대해 상기 선택하는 단계 및 상기 해를 구하는 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 수신기의 위치 결정 방법.
  11. 원격 수신기에서 장기간 위성 추적 데이터를 입수하는 단계;
    제1 복수의 SPS 위성들까지의 서브 밀리세컨드 의사 거리들을 측정하는 단계;
    제2 복수의 SPS 위성들에 대한 의사 거리 변화율들을 측정하는 단계;
    상기 의사 거리 변화율들을 이용하여 상기 원격 수신기의 위치 추정을 연산하는 단계;
    상기 위치 추정을 이용하여 완전한 의사 거리들을 생성할 수 있도록 상기 서브 밀리세컨드 의사 거리들로부터 정수 밀리세컨드 부분들의 해를 구하는 단계; 및
    상기 완전한 의사 거리들 및 상기 장기간 위성 추적 데이터를 이용하여 상기 원격 수신기의 위치를 계산하는 단계를 포함하는 원격 수신기 위치 결정 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 위치를 계산하는 단계는,
    정확한 타임오브데이가 이용 가능한지 여부를 판정하는 단계; 및
    상기 정확한 타임오브데이가 이용 가능하지 않다는 판정에 대해, 시간 배제 항법 모델(time-free navigation model)을 이용하여 상기 위치를 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 수신기 위치 결정 방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 연산하는 단계는,
    타임오브데이 추정을 입수하는 단계;
    상기 장기간 위성 추적 데이터, 상기 타임오브데이 추정 및 상기 위치 추정을 이용하여, 상기 서브 밀리세컨드 의사 거리들을 복수의 위치 및 시간 변수들에 대해 연관시키는 단계; 및
    상기 하나 또는 그 이상의 위치 및 시간 변수들에 대해 해를 구하여 상기 위 치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 수신기 위치 결정 방법.
  14. 장기간 위성 추적 데이터를 저장하는 메모리;
    위성 위치 시스템(SPS) 위성들을 탐지하고, 상기 탐지된 SPS 위성들까지의 의사 거리들을 결정하는 위성 신호 수신부; 및
    상기 의사 거리들과 상기 장기간 위성 추적 데이터를 이용하여 위치를 계산하는 프로세서를 포함하는 위치 결정 장치.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 위성 신호 수신부는,
    a) 이전 계산 위치를 이용하여 계산된 획득 보조 데이터 및 b) 무작위 탐색 중 적어도 하나를 이용하여 상기 SPS 위성들을 탐지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
  16. 청구항 14에 있어서, 서버로부터 상기 장기간 위성 추적 데이터를 수신하기 위한 통신 송수신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
  17. 청구항 14에 있어서, 상기 위성 신호 수신부는,
    상기 탐지된 SPS 위성들까지의 서브 밀리세컨드 의사 거리들을 측정하고,
    상기 탐지된 SPS 위성들 중 적어도 하나에 의해 송신된 타임오브위크(TOW)를 디코딩하며,
    상기 TOW 값을 이용하여 상기 의사 거리들을 결정할 수 있도록 상기 서브 밀리세컨드 의사 거리들로부터 정수 밀리세컨드 부분들의 해를 구하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
  18. 청구항 14에 있어서, 상기 위성 신호 수신부는,
    상기 탐지된 SPS 위성들 중 적어도 하나의 SPS 위성까지의 서브 밀리세컨드 의사 거리들을 측정하고,
    상기 탐지된 SPS 위성들 중 적어도 하나의 SPS 위성에 대해 의사 거리 변화율들을 측정하며,
    상기 의사 거리 변화율들을 이용하여 상기 원격 수신기의 위치 추정을 연산하고,
    상기 위치 추정을 이용하여 상기 의사 거리들을 결정할 수 있도록 상기 서브 밀리세컨드 의사 거리들로부터 정수 밀리세컨드 부분들의 해를 구하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 프로세서는,
    타임오브데이(time-of-day) 추정을 입수하고,
    상기 장기간 위성 추적 데이터, 상기 타임오브데이 추정 및 상기 위치 추정을 이용하여, 상기 서브밀리세컨드 의사 거리들을 복수의 위치 및 시간 변수들에 대해 연관시키며,
    상기 위치를 결정하도록 상기 하나 또는 그 이상의 위치 및 시간 변수들에 대해 해를 구하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
  20. 청구항 14에 있어서, 상기 위성 신호 수신부는,
    상기 탐지된 SPS 위성들까지의 서브 밀리세컨드 의사 거리들을 측정하고,
    위치 공간 중에서 하나의 사후적 위치(a-priori position)를 선택하며,
    상기 사후적 위치를 이용하여 상기 의사 거리들을 결정할 수 있도록 상기 서브 밀리세컨드 의사 거리들로부터 정수 밀리세컨드 부분들의 해를 구하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
  21. 청구항 20에 있어서, 상기 프로세서는
    타임오브데이 추정을 입수하고,
    상기 장기간 위성 추적 데이터, 상기 타임오브데이 추정 및 상기 사후적 위치를 이용하여, 상기 서브밀리세컨드 의사 거리들을 복수의 위치 및 시간 변수들에 대해 연관시키며,
    상기 위치를 결정하도록 상기 하나 또는 그 이상의 위치 및 시간 변수들에 대해 해를 구하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
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