KR20080028276A - 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템 - Google Patents

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Abstract

양방향 의사 위성(Two-way Pseudolite)의 위치를 실시간으로 추정하는 시스템이 제안된다. 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템은 항법 신호를 송수신하는 하나 이상의 양방향 의사 위성 모듈, 양방향 의사 위성을 이동시켜 배치하는 양방향 의사 위성의 운반체, 항법 신호를 수신하여 전송하는 기준국, 및 각 기준국 및 양방향 의사 위성에서 전송되는 측정치를 수신하고 이를 조합하여 각 의사 위성의 위치를 추정하는 중앙처리국을 포함하여 구성된다. 양방향 의사 위성의 위치 추정 알고리즘은 양방향 의사 위성의 측정치를 조합하여 의사 위성 간의 기하학적인 관계를 구하여 의사 위성의 위치를 실시간으로 산출하는 것을 특징으로 한다. 이러한 시스템에 따르면 의사 위성의 위치를 실시간으로 추정할 수 있으며, 이동식 의사 위성을 이용한 정밀 항법 시스템의 구성과 고정식 의사 위성 시스템 구축시 설치 후 신속한 운영에 유용하게 활용될 수 있다.
의사 위성(Pseudolite), 자가 위치 추정(Self-Positioning)

Description

양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템{Self-Positioning System of Two-way Pseudolite}
본 발명은 양방향 의사 위성(Two-way Pseudolite)의 위치를 실시간으로 추정하는 시스템에 관한 것이다.
위성 항법 기술은 관성 항법에 비하여 위치 정확도를 획기적으로 향상시킨 전파 항법의 일종으로 지구 전역에서 자신의 위치 정보를 제공하는 항법 기술이다. 그러나 종래의 위성 항법 시스템은 위성 신호의 수신이 가능한 지역, 즉 4개 이상의 항법 위성 가시성이 확보되는 지역에서만 이용이 가능하므로, 일반적으로 야외에서만 사용이 가능하며 위성 신호가 차단되는 지역이나 실내에서는 사용이 불가능하다.
의사 위성이란, 이러한 종래의 위성 항법 시스템의 제약을 극복하기 위하여 제안된 장치로서, 항법 위성의 신호와 동일한 종류의 신호를 발생시켜 음영 지역에서도 연속적인 항법을 가능하게 해준다.
의사 위성을 설치하여 항법 환경을 구성하기 위해서는 의사 위성의 정확한 위치 측량이 선결되어야 한다. 의사 위성의 정밀 측위를 위하여 그 동안 GPS 수신 기와 같은 외부 센서를 사용하여 왔고, 장시간 동안 저장된 데이터를 후처리하여 위치를 산출하였다. 이 때문에 의사 위성을 이용한 항법 시스템은 신속한 설치 및 구동에 많은 어려움이 있고, 일반적으로 특정 위치에 고정하여 고정식 의사 위성 서비스를 제공하여 왔다.
고정식 의사 위성 시스템의 경우 설치 가능한 고도에 제한이 있으므로 항법 성능에도 여러 제약이 따른다. 우선 지상 사용자의 경우 의사 위성에서 멀리 떨어진 지역에서는 시선 방향 벡터의 확보가 어려우므로 사용 범위가 매우 제한적이다. 또한, 항공 사용자의 경우 시선 방향이 모두 지상을 향하므로 기하학적 분포가 좋지 않아 고도 방향의 정확도가 나쁘다.
이와 같은 고정식 의사 위성 시스템의 제약을 극복하고자 제안된 방법이 인버티드 GPS(Inverted GPS)이다. 인버티드 GPS는 1995년 군용 항공기의 정확한 위치 계산을 휘해 사용되는 이동식 의사 위성 테스트에서 처음으로 제안되었다.
도 1은 종래의 의사 위성의 자가 위치 추정 방법인 인버티드 GPS 방식의 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 인버티드 GPS 시스템은, 이동식 의사 위성(101), 기준국(102), 중앙처리시스템(103), 기준국 수신기 시계 오차 제거용 기준 의사 위성(104) 또는 항법 위성(105)으로 구성되어 있다.
GPS 위성 신호와 동일한 신호를 발생시키는 장치인 기준 의사위성(104) 또는 항법 위성(105)은 GPS를 보조하기 위하여 또는 GPS 위성의 신호를 수신할 수 없는 지역에서 GPS와 동일한 신호를 송신하기 위한 구성요소이다.
도 1에서 화살표로 나타내고 있는 바와 같이 기준 의사위성(104) 또는 항법 위성(105)은 L1(1575.42MHz)의 반송파에 C/A 코드와 항법 메시지, 즉 PRN(Pseudo Random Number) 코드와 데이터 메시지를 변조하여 반송파 신호를 기준국(102)으로 송신한다. 즉, 기준 의사위성(104) 또는 항법 위성(105)은 GPS 위성과 동일한 신호를 발생시킴으로써 또 다른 GPS 위성 역할을 수행하게 된다.
도 1에 도시된 기준 의사위성(104) 또는 항법 위성(105)을 이용한 정밀 항법시스템에서 기준 의사위성(104) 또는 항법 위성(105)이 설치되는 장소의 좌표는 미리 정밀한 측량을 통해 계산된다.
기준국(102)은 기준 의사위성(104) 또는 항법 위성(105)으로부터 수신한 반송파 위성 정보를 이용하여 이동식 의사위성(101)으로 반송파 보정정보를 전송하고 이동식 의사위성(101)은 기준 의사위성(104) 또는 항법 위성(105)으로부터 수신한 반송파 정보와 지상 기준국(102)으로부터 수신한 반송파 보정정보를 이용하여 자신의 위치를 파악한다. 여기서 반송파 보정정보는 이중 차분을 이용하여 생성된다.
도 1에 도시된 바와 같은 종래의 의사위성 항법시스템에서 기준 위성(R)의 위치를 정확히 알고 있고, 지상에 n개의 기준국(i)이 분포하여 있으며, 이동식 의사 위성(M)의 위치를 추정하고 싶을 경우 각 기준국에서 측정된 측정치는 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112007062152928-PAT00001
여기서,
ρ: 각 기준국에서 수신한 의사위성의 의사거리
d : 각 기준국과 의사위성 사이의 거리
B : 각 기준국의 수신기 시계 오차
b : 이동식 의사위성의 위성 시계 오차
e : 기준국에서 의사위성을 바라본 시선벡터
R : 각 구성 요소의 절대 위치
이동식 의사 위성과 기준 의사 위성 측정치를 단일 차분하면 다음의 수학식 2와 같다.
Figure 112007062152928-PAT00002
기준 의사 위성과 기준국의 위치를 정확히 알고 있으므로, 이를 다시 정리하 면 다음의 수학식 3과 같다.
Figure 112007062152928-PAT00003
위와 같은 방법으로 관측 방정식을 구성한 후, GPS 알고리즘에서와 같이 반복(iteration)을 통하여 의사 위성의 위치를 구할 수 있다.
이러한 인버티드 GPS 방식에서 기준국(102)의 시계 오차를 제거하기 위한 기준으로 의사 위성(104)을 사용할 경우 위성 신호가 수신되지 않는 환경에서도 사용가능하고 구성이 용이하지만, 시선 벡터의 확보가 어려워 광역의 지역에서는 활용이 어렵다는 단점이 있다. 또한, 시계 오차 제거를 위해 항법 위성(105)을 이용하는 경우 광역의 지역에서 소수의 기준국(102) 만으로도 구성이 가능하다는 장점이 있으나, 이는 자가 추정이 아니라 외부 센서에 여전히 의존적이다.
본 발명은 종래의 인버티드 GPS 방식에서 각 기준국의 시계 오차를 제거하기 위하여 필수적으로 사용되어 온 의사 위성이나 항법 위성을 사용하지 않고 양방향 의사 위성으로 대체할 수 있는 방법을 제안하고자 한다.
본 발명은 의사위성의 이동 여부와 관계없이 실시간으로 위성의 위치를 추정하는 위치 추정 알고리즘을 수행할 수 있도록 하는 양방향 의사위성을 이용한 정밀 항법 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 의사위성의 위치를 실시간으로 추정함으로써 신속하고 유연하게 고정식 의사위성 또는 이동식 의사위성의 항법 환경을 제공하는 데에 목적이 있다.
본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서의 도면, 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위로부터 본 발명의 다른 목적 및 장점을 쉽게 인식할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 양방향 의사 위성(Two-way Pseudolite)의 위치를 실시간으로 추정하는 시스템에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템은 항법 신호를 송수신하는 하나 이상의 양방향 의사 위성 모듈, 상기 양방향 의사 위성을 이동시켜 배치하는 양방향 의사 위성의 운반체, 상기 항법 신호를 수신하여 전송하는 기준국, 및 각 기준국 및 상기 양방향 의사 위성에서 전송되는 측정치를 수신하고 이를 조합하여 각 의사 위성의 위치를 추정하는 중앙처리국을 포함하여 구성된다.
본 발명은 양방향 의사 위성의 측정치를 조합하여 의사 위성 간의 기하학적인 관계를 구하여 의사 위성의 위치를 실시간으로 산출하는 것이 특징이며, 본 발명의 양방향 의사 위성 모듈은 항법 신호를 송출하는 송신부, 항법 신호를 수신하는 수신부, 상기 수신부에서 측정한 측정치를 외부로 전송하는 통신부, 의사 위성들 사이에 송신부 시계 오차가 동기된 경우 상기 수신부로부터 수신한 항법 신호로부터 위치를 추정하는 위치 추정부, 및 상기 위치 추정부로부터의 위치 정보를 포함하여 메시지를 시호에 암호화하여 상기 송신부로 전달하는 메시지 생성부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 위치 추정부는 수신부로부터 수신한 항법 신호로부터 위치를 추정하는 방법 외에도 외부로부터 전달되는 위치, 속도, 가속도 정보를 이용하여 현재의 위치를 추정하는 방법을 이용하여 의사 위성의 위치를 추정할 수도 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 의사 위성의 이동 여부와 관계 없이 실시간으로 위성의 위치를 추정할 수 있으므로 언제나 신속하게 원하는 위치에 항법 환경을 구성할 수 있다.
즉, 위성의 위치추정을 위하여 필수적으로 사용되어 온 의사 위성이나 항법 위성을 별도로 사용하지 않고, 이를 양방향 의사 위성으로 대체할 수 있음에 따라, 본 발명은 의사위성의 이동 여부와 관계없이 실시간으로 위성의 위치를 추정하는 위치 추정 알고리즘을 수행할 수 있도록 하는 양방향 의사위성을 이용한 정밀 항법 시스템을 제공할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 이동식 의사 위성을 이용한 정밀 항법 시스템의 구성과 고정식 의사 위성 시스템 구축시 설치 후 신속한 운영에 유용하게 활용될 수 있다.
본 발명에 의하면 이동식 양방향 의사위성에 의한 항법 시스템 구축이 가능하므로 가시성 확보가 용이한 높은 고도에 의사위성의 배치가 용이하게 된다. 양방향 의사위성을 높은 고도에 배치할 경우, 기존 시스템의 도움 없이 적은 수의 의사위성을 이용하여 넓은 지역에 서비스가 가능하므로 독자적인 항법 시스템, 지역 항법 시스템 구축이 가능하다.
이동식 양방향 의사위성뿐만 아니라 고정식 의사위성에 본 발명이 이용될 경우, 시스템의 신속한 설치 및 구동이 가능하므로 이에 필요했던 많은 시간과 노력이 절감될 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서, 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템의 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명을 구현하기 위한 양방향 의사 위성 시스템은, 항법 신호를 송출하는 양방향 의사 위성 모듈(201a, 201b), 항법 신호를 수신하여 전송하는 기준국(202a, 202b, 202c, 202d), 기준국에서 수신한 항법 측정치를 처리하는 중앙 처리국(203)을 포함하여 구성된다.
양방향 의사 위성 모듈(201a, 201b)은 항법 신호를 송출하는 장치로서 자체적으로 수신한 신호를 바탕으로 모듈 외부 또는 내부에서 의사 위성의 위치를 계산하고 사용자가 항법을 할 수 있도록 신호를 구성하여 송출한다. 양방향 의사 위성 모듈에 대하여는 상세하게 후술한다.
양방향 의사 위성은 양방향 의사 위성 운반체에 의하여 배치되는데, 양방향 의사 위성의 운반체는 특정 지역에 항법 환경을 구성하거나 항법 성능을 향상시킬 수 있도록 시스템 관리자가 임의로 양방향 의사 위성을 이동시켜 배치를 가능하게 하는 장치이다. 양방향 의사 위성의 운반체로는 자동차, 선박, 항공기, 비행선, 기구, 글라이더 등 육상, 해상 및 공중의 모든 이동 수단 뿐만 아니라, 인공위성까지도 사용된다.
기준국(202a, 202b, 202c, 202d)은 위치를 알고 있는 육, 해, 공의 모든 지 점에 설치 가능하며 이동식 양방향 의사 위성의 절대 좌표를 획득하는데 중요한 기준이 된다. 기준국(202a, 202b, 202c, 202d)에서는 각 의사 위성에서 송출한 신호를 수신하여 중앙처리국(203)으로 전송한다.
기준국(202a, 202b, 202c, 202d)은 양방향 의사 위성 모듈이 기준국 내에 설치되도록 구현되거나, 또는 수신기 모듈만이 설치되도록 구현될 수 있다.
중앙처리국(203)은 각 기준국(202a, 202b, 202c, 202d) 및 양방향 의사 위성(201a, 201b)에서 통신 모듈을 통해 전송한 측정치를 수신한 후 이들을 조합하여 각 의사 위성의 위치를 추정한다. 양 방향 의사 위성의 위치 추정 알고리즘에 대해서는 상세하게 후술한다.
위와 같은 양방향 의사위성 시스템의 사용자(204)는 기존 항법 사용자와 동일하다. 단, 필요에 따라 기존 위성 항법 시스템의 신호와 의사위성 신호를 모두 수신할 수 있도록 시스템을 구축한다. 또한, 기존 위성 항법의 정확도 향상을 위하여 사용하는 DGPS, CDGPS 등의 기법을 모두 활용할 수 있다.
도 3은 도 2의 양방향 의사 위성 모듈의 구성도이다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 양방향 의사 위성 모듈은 항법 신호 송신부와 수신부가 결합되어 있는 장비이다. 즉, 양방향 의사 위성 모듈은 자신의 신호를 송출할 뿐만 아니라 신호의 수신까지도 가능한 장비로서, 송신부와 수신부, 통신부, 위치 추정부 및 메시지 생성부를 포함하여 구성된다.
양방향 의사 위성의 송신부는 종래의 의사 위성의 송신부와 동일하다. 종래의 위성 항법 시스템과의 호환을 위하여 GPS의 L1 등 상용 주파수를 사용하는 것이 일반적이나 필요에 따라 별도의 주파수로도 사용이 가능하며 출력 조정도 용이하다.
양방향 의사 위성의 수신부는 일반 항법 수신기와 동일한 구조로 되어 있으나, 의사 위성의 신호 송출 형태에 따라 상용 항법 주파수 외에도 의사 위성의 고유한 신호도 수신가능하도록 설계된다. 뿐만 아니라, 양방향 의사 위성의 특성상 외부에서 송출된 신호와 자신이 송출한 신호를 모두 수신한다.
양방향 의사 위성의 통신부는 측정치 전송, 제어 명령 전달, 위치 정보 전달 등의 용도로 사용된다. 구체적으로, 양방향 의사 위성의 수신부에서 측정한 측정치를 통신부를 통해 외부로 전송하고, 외부에서 계산된 의사 위성의 위치를 위치추정부에 전달하며, 양방향 의사 위성의 작동에 필요한 일반적인 제어 명령을 전달한다.
양방향 의사 위성의 위치 추정부의 위치 추정 방식에는 다음과 같은 두 가지 유형이 있다.
첫 번째 유형으로, 양방향 의상 위성 간의 송신부 시계 오차가 동기되지 않은 경우에는 외부에서 추정하여 전송해준 의사 위성의 위치에 외부 센서에서 획득한 위치, 속도, 가속도 정보를 이용하여 현재의 위치를 추정하는 방식이 있다.
두 번째 유형에 있어서, 의사 위성 사이의 송신부 시계 오차가 동기된 경우에는 외부에서 위치를 추정할 필요 없이 자체적으로 수신한 항법 신호만으로 추정이 가능하므로 별도의 통신 모듈과 외부 센서가 필요하지 않다. 물론, 위치 추정 모듈의 성능 향상을 위하여 동기식 양방향 의사 위성의 경우에도 통신 모듈이나 외 부 센서를 포함할 수 있다.
양방향 의사 위성의 메시지 생성부는 위치 정보를 포함하여 메시지를 신호에 암호화하여 송신부로 전달한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 중앙처리국 없이 양방향 의사 위성 내부적으로 자기 위치 추정시의 시스템의 구성도이며, 도 5는 도 4에 도시된 시스템에 적용되는 양방향 의사 위성 모듈의 구성도이다. 도 5에 도시된 양방향 의사 위성 모듈은 의사 위성 사이에 송신부 시계 오차가 동기된 경우 외부에서 위치를 추정할 필요없이 자체적으로 수신한 항법 신호만으로도 위치 추정이 가능하므로 별도의 통신부와 외부 센서가 필요하지 않게 된다.
이하에서는 본 발명에서 사용되는 양방향 의사 위성의 위치 추정 알고리즘에 대하여 상세하게 설명한다.
양방향 의사 위성은 외부에서 송출된 신호와 자신이 송출한 신호를 모두 수신하므로 다음의 수학식 4와 같은 측정치를 획득한다.
Figure 112007062152928-PAT00004
Figure 112007062152928-PAT00005
: 의사위성 j에서 송출하여 양방향 의사위성 i에서 수신한 측정치
Figure 112007062152928-PAT00006
: 양방향 의사위성 i에서 송출하고 수신한 측정치
Figure 112007062152928-PAT00007
: 양방향 의사위성 i와 j 사이의 거리
B : 양방향 의사위성의 수신부 시계오차
b : 양방향 의사위성의 송신부 시계 오차
Figure 112007062152928-PAT00008
: CA code 측정치 오차
Figure 112007062152928-PAT00009
: carrier phase 측정치 오차
상기 수학식 4의 두 측정치를 서로 차분하면 다음의 수학식 5와 같은 양방향 의사 위성 고유의 재구성된 측정치를 획득한다.
Figure 112007062152928-PAT00010
Figure 112007062152928-PAT00011
: 양방향 의사위성 i에서 수신한 측정치로 재구성한 양방향 의사위성 j 측정치
상기 수학식 5와 마찬가지 방식으로 양방향 의사 위성 j에서는 다음의 수학 식 6과 같은 의사 위성 i에서 송출된 측정치를 획득한다.
Figure 112007062152928-PAT00012
위와 같은 측정치들을 각 위성이 중앙처리국으로 전송하여주면, 중앙처리국에서는 상기 수학식 5 및 수학식 6과 같은 한 쌍의 측정치를 조합하여 두 의사 위성 간의 거리를 다음의 수학식 7과 같이 산출해낼 수 있다.
Figure 112007062152928-PAT00013
위와 같이 두 위성 간의 거리값이 산출되면 다음의 수학식 8과 같은 위성 간의 기하학적인 관계에 따라 다음의 수학식 9와 같은 선형식이 유도된다.
Figure 112007062152928-PAT00014
Figure 112007062152928-PAT00015
: 양방향 의사위성 i에서 j 의사위성을 바라본 시선벡터
R j : 양방향 의사위성 j의 위치
Figure 112007062152928-PAT00016
다음의 수학식 10 또는 수학식 11과 같은 최소자승법을 이용하면 상기 수학식 9의 해를 구할 수 있고, 이를 통하여 양방향 의사 위성의 위치 정보를 획득한다.
Figure 112007062152928-PAT00017
Figure 112007062152928-PAT00018
시각 동기가 정확하게 이루어진 경우에는 중앙처리국을 거치지 않고 다음의 수학식 12와 같이 각 의사 위성 간의 상대 위치를 추정할 수 있다.
Figure 112007062152928-PAT00019
이와 같이 두 위성 간의 거리값이 산출되면 다음의 수학식 13과 같은 선형식이 유도되고 위치해는 상기 수학식 10 또는 수학식 11을 통해 산출된다.
Figure 112007062152928-PAT00020
종래의 위치 추정 알고리즘은 수신기 시계 오차가 포함된 의사 거리를 이용하였기 때문에 위성의 기하학적인 분포에 위치 오차가 큰 영향을 받게 되어 고도 방향 성능이 좋지 않았다. 그러나, 본 발명에서 사용하는 위치 추정 알고리즘은 의사 거리 대신에 실제 거리를 사용하므로 추정 위치 성능이 크게 향상된다.
도 2에 도시된 시스템에서, 기준국에 양방향 의사 위성을 설치한 경우, 기준국에서 수신한 측정치와 기준국에서 송출한 신호의 측정치를 모두 획득할 수 있으므로 이를 조합하면 다음의 수학식 14를 얻는다.
Figure 112007062152928-PAT00021
Figure 112007062152928-PAT00022
: 양방향 의사위성 j에서 송출하여 기준국(R) k에서 수신한 측정치
상기 수학식 14에서 기준국 k의 위치는 정확히 알고 있으므로 다음의 수학식 15와 같이 측정치를 가공할 수 있다.
Figure 112007062152928-PAT00023
상기 수학식 15에서 얻은 관계식을 상기 수학식 9에 대입하면 다음의 수학식 16과 같은 선형 방정식을 얻을 수 있고, 도 5에 도시된 바와 같은 동기식 양방향 의사 위성의 경우 수학식 17과 같은 방정식을 구할 수 있다.
Figure 112007062152928-PAT00024
Figure 112007062152928-PAT00025
이상에서 설명한 방법을 사용하는 경우, 기준국의 시계 오차를 제거하기 위하여 별도의 의사 위성이나 항법 위성을 사용하지 않아도 되므로 시스템 구축이 간단해지고 넓은 지역의 항법 환경을 구성할 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 시스템에서 기준국에 수신기만 설치한 경우, 도 2에서 양방향 의사 위성 모듈과 기준국 간에 화살표로 표시된 바와 같이 양쪽 방향 모두로 신호의 송수신이 일어나지 않고, 양방향 의사 위성 모듈로부터 기준국으로만, 즉 한쪽 방향(one-way)으로만 신호의 송출이 일어나게 되며, 이러한 경우에 종래의 방법인 인버티드 GPS 방법과 위에서 제안한 알고리즘을 혼합하여 사용할 수 있다.
각 기준국에서 수신한 측정치는 수신기 시계 오차가 제거된 의사 거리로 다음의 수학식 18과 같이 표현된다.
Figure 112007062152928-PAT00026
상기 수학식 18은 다음의 수학식 19과 같이 정리되고, 이 측정치들을 수학식 9와 수학식 13에 추가하면 다음의 수학식 20 및 수학식 21을 얻는다.
Figure 112007062152928-PAT00027
Figure 112007062152928-PAT00028
Figure 112007062152928-PAT00029
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백하다 할 것이다.
도 1은 종래의 의사 위성의 자가 위치 추정 방법인 인버티드 GPS 방식의 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 기준국에 양방향 의사위성이 설치된 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템의 구성도.
도 3은 도 2의 양방향 의사 위성 모듈의 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 중앙처리국 없이 양방향 의사 위성 내부적으로 자기 위치 추정시의 시스템의 구성도.
도 5는 도 4의 양방향 의사 위성 모듈의 구성도.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
101: 이동식 의사위성
102: 기준국
103, 203: 중앙처리장치
104: 시계오차 제거용 기준 의사위성
105: 시계오차 제거용 기준 항법위성
201a, 201b, 401a, 401b: 양방향 의사위성 모듈
202a, 202b, 202c, 202d: 기준국
204: 사용자

Claims (17)

  1. 양방향 의사 위성의 위치를 실시간으로 추정하는 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템에 있어서,
    항법 신호를 송수신하는 하나 이상의 양방향 의사 위성 모듈;
    상기 양방향 의사 위성을 이동시켜 배치하는 양방향 의사 위성의 운반체;
    상기 항법 신호를 수신하여 전송하는 기준국; 및
    각 기준국 및 상기 양방향 의사 위성에서 전송되는 측정치를 수신하고 이를 조합하여 각 의사 위성의 위치를 추정하는 중앙처리국을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양방향 의사 위성 모듈은,
    항법 신호를 송출하는 송신부;
    항법 신호를 수신하는 수신부;
    상기 수신부에서 측정한 측정치를 외부로 전송하는 통신부;
    의사 위성들 사이에 송신부 시계 오차가 동기된 경우 상기 수신부로부터 수신한 항법 신호로부터 위치를 추정하는 위치 추정부; 및
    상기 위치 추정부로부터의 위치 정보를 포함하여 메시지를 시호에 암호화하여 상기 송신부로 전달하는 메시지 생성부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하 는 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양방향 의사 위성 모듈은,
    항법 신호를 송출하는 송신부;
    항법 신호를 수신하는 수신부;
    상기 수신부에서 측정한 측정치를 외부로 전송하는 통신부;
    외부로부터 전달되는 위치, 속도, 가속도 정보를 이용하여 현재의 위치를 추정하는 위치 추정부; 및
    상기 위치 추정부로부터의 위치 정보를 포함하여 메시지를 시호에 암호화하여 상기 송신부로 전달하는 메시지 생성부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준국은,
    양방향 의사 위성 모듈을 기준국 내에 포함하도록 구현되는 것임을 특징으로 하는 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준국은,
    수신기 모듈을 기준국 내에 포함하도록 구현되는 것임을 특징으로 하는 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    인버티드 GPS 방법과 혼합하여 사용되는 것을 특징으로 하는 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준국은 상기 중앙 처리국으로 측정치를 전송하는 통신부를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중앙 처리국은 상기 기준국에서 위치 추정을 위하여 전송하는 측정치와 각 양방향 의사위성에서 전송하는 측정치를 수신하고, 추정된 결과를 각 의사위성에 전달하는 통신부를 구비하는 것을 특징으로 하는 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중앙 처리국은 각 의사위성의 위치를 추정하는 위치 추정 알고리즘을 포함하며, 상기 위치 추정 알고리즘은 위성 간 시각 동기 전의 위치 추정 알고리즘 및 시각 동기 후의 위치 추정 알고리즘을 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양방향 의사위성의 자가 위치 추정 시스템은 이동식 양방향 의사위성 시스템 및 고정식 양방향 의사위성 시스템을 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템.
  11. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 통신부는,
    외부에서 계산된 상기 양방향 의사 위성의 위치를 상기 위치 추정부에 전달하고, 상기 양방향 의사 위성의 작동에 필요한 일반적인 제어 명령을 전달하는 것을 특징으로 하는 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 위치 추정부는,
    외부에서 추정하여 전송해준 의사 위성의 위치에 외부 센서에서 획득한 위치, 속도, 가속도 정보를 이용하여 현재의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 위치 추정부는,
    자체적으로 수신한 항법 신호만으로 현재의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템.
  14. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 메시지 생성부는,
    각 의사위성의 추정된 위치 정보가 포함된 항법 메시지의 구성과 관련되는 소프트웨어를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템.
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양방향 의사 위성 모듈은 실내 및 실외에 모두 설치가 가능한 것을 특징으로 하는 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 양방향 의사위성 모듈을 실외에 설치하는 경우, 위성항법시스템(GPS, GLONASS, Galileo 등)과 통합된 항법 시스템을 구성하는 것을 특징으로 하는 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템.
  17. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양방향 의사 위성 모듈은 동기식 양방향 의사 위성 모듈인 것을 특징으로 하며, 상기 중앙 처리국을 거치지 않고 의사 위성 내부에서 위치추정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 양방향 의사 위성의 자가 위치 추정 시스템.
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