KR20080048710A - 시간 측정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 시간 측정 장치 및 방법은 신호의 발생 시각을 GPS 수신부를 통하여 검출한 후 이를 데이터화하여 사용함으로써, 다수의 신호 간의 시간 측정이 용이하며, 이격된 거리에서 발생된 신호의 발생 시각도 오차 없이 수신받아 처리가 가능하다.

또한, 내부 발진자를 사용하지 않으므로, 내부 발진자의 자체 오류로 인한 시간 측정의 정확성 저하의 문제가 없으며, 따라서 시간차의 장단 여부에 관계없이 일관되고 정확한 시간 측정이 가능하다.

GPS, 시간 측정, 시각

Description

시간 측정 장치 및 방법{Apparatus and method for time check}

도 1은 종래의 시간 측정 방법을 나타낸 개략도.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 시간 측정 장치를 나타낸 블럭도.

도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 시간 측정 장치를 나타낸 블럭도.

도 4는 본 발명에 따른 시간 측정 방법을 나타낸 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10,110...GPS 수신부 20, 120...시각 검출부

30, 230...제어부 40...시각 동기부

150...송신부 260...수신부

100...신호 발생 시각 검출부 200..시각 연산부

본 발명은 시간 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 발생된 신호들 간의 시간차를 정밀하게 측정함과 동시에, 다수의 신호들 간의 시간차도 측정이 가능한 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래의 시간 측정 방법을 나타낸 개략도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 시간 측정 방법은 두 입력 펄스 사이의 시간 간격만큼 내부 발진자에서 생성되는 기준 시각 파형의 수를 세어 시간을 측정하는 것이다.

상기 기준 시각 파형의 주파수가 fHz이며, 상기 두 입력 펄스 사이의 시간 간격 동안에 기준 시각 파형의 수가 N개 생성된 경우, 상기 두 입력 펄스 사이의 시간차는 아래의 식

입력 펄스 사이의 시간차 = 1/f × N

에 의하여 결정된다.

이와 같은 방식은 간단한 구성으로 신호간의 시간차를 측정할 수 있기는 하나 다음과 같은 문제점이 있다.

우선, 상기 내부 발진자의 불가항력적인 오차에 기인한 것으로, 시간을 측정하고자 하는 신호간의 시간차가 길어질수록 상기 내부 발진자의 오차 누적이 심해지므로 측정 시간이 부정확해지는 문제점이 있다.

다음으로, 거리가 이격된 두 지점 이상에서 발생된 신호 간의 시간차를 계산하는 경우, 상기 신호의 전송과정에서 신호의 지연 등으로 인하여 시간 측정에 오류가 일어날 가능성이 크다. 특히, 무선 신호 전송기를 사용하는 경우 혼신 등으로 인하여 그 정도가 심각하게 나타나고 있어, 거리에 관계없이 정확한 시간차를 측정할 수 있는 시간 측정 장치가 요구되고 있다.

또한, 종래의 시간 측정 방법으로는 다수의 신호 간 시간차를 측정하기 어려운 문제점도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 신호 간의 시간차를 정확히 측정 가능하며, 특히, 장기간의 시간차, 이격된 위치에서 생성된 신호 간의 시간차 및 다수의 신호 간의 시간차를 정확하게 측정 가능한 시간 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 위성을 이용하여 정확한 시각을 제공하는 GPS 수신부와; 적어도 두개 이상의 신호를 입력받은 후, 상기 GPS 수신부를 이용하여 상기 신호의 입력 시각을 검출하는 시각 검출부와; 상기 두개 이상의 신호의 입력 시각을 데이터화한 후 각 데이터 간의 차를 연산하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 위성을 이용하여 정확한 시각을 제공하는 GPS 수신부와, 소정 신호의 발생 시각을 상기 GPS 수신부를 이용하여 검출하는 시각 검출부 및 검출된 발생 시각을 데이터화하여 송신하는 송신부가 구비된 신호 발생 시각 검출부와; 적어도 한 곳 이상에 설치된 상기 신호 발생 시각 검출부로부터 데이터화한 발생 시각을 적어도 두개 이상 수신받는 수신부 및 상기 수신된 발생 시각 간의 차를 연산하는 제어 부가 구비된 시각 연산부를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.

여기서, 상기 연산은 감산인 것이 바람직하며, 상기 시각 검출부에서 검출되는 입력 시각은 동일 신호의 시작 신호와 끝 신호의 입력 시각일 수 있다.

한편, 상기 두개 이상의 신호간의 거리차에 따른 시간 오차를 보정하는 시각 동기부를 더 포함하는 것이 바람직하며, 마찬가지로 상기 신호 발생 시각 검출부가 두개 이상 존재하며, 각각의 발생 신호 간의 시간차를 측정하는 경우, 상기 신호 발생 시각 검출부의 거리차에 따른 시간 오차를 보정하는 시각 동기부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 시간 측정 방법은 위성을 이용하여 정확한 시각을 제공하는 GPS 수신부를 이용하여, 소정 신호의 발생 시각을 검출하는 단계와; 상기 검출된 발생 시각을 데이터화하여 저장하여 데이터 베이스화하는 단계와; 상기 소정 신호가 2개 이상 발생되고 상기 신호들 간의 시간차를 측정하고자 하는 경우, 상기 데이터 베이스화된 데이터 중 상기 시간차를 측정하고자 하는 신호들에 대응되는 데이터를 추출하여 연산에 의하여 시간차를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 연산은 감산인 것이 바람직하며, 발생 시각 검출 단계는 상기 신호의 발생 위치를 검출하는 단계를 더 포함하고, 상기 데이터 베이스화 단계는 상기 검출된 발생 위치를 상기 발생 시각과 함께 데이터화하여 저장하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 시간 측정 장치를 나타낸 블럭도로서, 살펴보면, 본 실시예에 따른 시간 측정 장치는 위성을 이용하여 정확한 시각을 제공하는 GPS 수신부(10)와, 적어도 두개 이상의 신호를 입력받은 후, 상기 GPS 수신부(10)를 이용하여 상기 신호의 입력 시각을 검출하는 시각 검출부(20)와, 상기 두개 이상의 신호의 입력 시각을 데이터화한 후 각 데이터 간의 차를 연산하는 제어부(30)로 이루어져 있다.

상기 GPS 수신부(10)는 GPS(위성항법장치,衛星航法裝置, global positioning system)가 구비되어 정확한 위치 정보 및 시각 정보를 제공하게 된다.

GPS는 나침반과 달리 위도·경도·고도의 위치뿐만 아니라 3차원의 속도정보와 함께 정확한 시간까지 얻을 수 있다. 위치 정확도는 군사용과 민간용에 따라 차이가 있으며, 민간용은 수평·수직 오차가 10∼15m 정도이며 속도측정 정확도는 초당 3cm이다. 또한, 인공위성에는 3개의 원자시계가 탑재되어 있어 3만 6000년에 1초만의 오차를 갖는 시간 정보를 제공하고 있다.

이와 같은 GPS는 현재 단순한 위치정보 제공에서부터 항공기·선박·자동차의 자동항법 및 교통관제, 유조선의 충돌방지, 대형 토목공사의 정밀 측량, 지도제작 등 광범위한 분야에 응용되고 있으며, GPS 수신기는 개인 휴대용에서부터 위성 탑재용까지 다양하게 개발되어 있다.

상기 시각 검출부(20)는 소정의 신호를 입력받으며, 상기 GPS 수신부(10)를 이용하여 상기 입력된 신호의 입력 시각을 정확하게 검출하게 되는데, 신호 간의 시간차를 측정하는 것을 목적으로 하는만큼 적어도 두개 이상의 신호를 수신받아 각 신호의 입력 시각을 검출한다.

상기 제어부(30)는 상기 시각 검출부(20)에서 검출된 각 신호의 입력 시각을 데이터화한 후 각 데이터 간의 차를 연산한다.

상기 데이터는 상기 입력 신호의 입력 시각을 숫자 등으로 변환시킨 것이므로, 상기 각 데이터 간의 차는 곧 각 입력 신호간의 시간차가 된다. 아울러, 이러한 연산에 감산을 이용하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 제1 입력 신호의 입력 시각이 01:20 이고, 제2 입력 신호의 입력 시각이 02:30 인 경우, 종래에는 상기 제1 및 2 입력 신호 간격 동안에 내부 발진자에서 생성된 기준 시각 파형의 주파수 수를 세어 시간차를 측정하였지만, 본 실시예에 따른 시간 측정 장치는 제1 입력 신호의 입력 시각 01:20 을 숫자 데이터 등으로 데이터화하고, 이와 마찬가지로 제2 입력 신호의 입력 시각 02:30 도 숫자 데이터 등으로 데이터화한 후 상기 두 숫자 데이터의 감산으로 시간차를 측정한다.

물론, 이러한 과정에서 입력 시각의 데이터를 저장하는 저장부(미도시)가 필요한 것은 당연한 것이며, 이를 통하여 데이터베이스를 구축할 수도 있다.

한편, 상기 시각 검출부(20)로 입력되는 신호는 동일 신호의 시작 신호와 끝 신호가 그 대상이 될 수도 있으며, 서로 다른 신호 간의 시작과 끝 신호도 그 대상이 될 수 있다. 후자의 경우에서, 특히, 신호의 발생 위치가 다른 경우, 위치에 따른 시간 오차가 발생될 수도 있으므로, 이를 방지하기 위하여 입력되는 신호의 발 생 위치에 따른 시간 오차를 보정해 주는 시각 동기부(40)를 추가로 구비하는 것이 바람직한다. 시각 동기에 대해서는 GPS 관련 기술로 이미 공지가 되어 있는 상태이다. 물론, 상기 시각 동기부(40)의 정확한 동작을 위해서는 신호의 발생 위치를 상기 제어부(30)에서 정확히 인지하고 있어야 한다.

이상과 같이 본 실시예에서는 여러 신호가 입력된 시각을 GPS 수신기를 이용하여 각각 취득한 후, 상기 입력 시각을 데이터화하여 상기 데이터 각각의 차를 연산함으로써, 내부 발진자의 오류로 인한 시간 측정의 오류 문제가 없다. 따라서, 장시간의 시간차를 측정하는 경우에도 단시간의 시간차 측정과 마찬가지의 정확도를 확보할 수 있으며, 데이터간의 비교이므로 다수의 신호간의 시간차 측정도 용이하게 가능하다. 다만, 신호의 발생 위치에 따른 시간 오차가 발생될 수 있으나, 상기 시각 동기부(40)를 이용하여 이 문제 또한 해결이 가능하다.

참고로, 아래의 표 1에 GPS 시각 정밀도(단위: ns)를 나타내었으며, 이에 따라 본 실시예에 따른 시간 측정 정밀도가 결정된다. 물론 신호의 전송 선로 및 내부 처리에서의 시간차 등으로 인하여 표 1의 오차보다 큰 500ns정도의 시간 측정 오차를 보였으나, 종래의 1ms에 비하여 상당히 개선되었음을 확인할 수 있었다.

서비스	50% 신뢰구간	신뢰구간(1σ)	신뢰구간(2σ)
SPS	115	170	340
PPS	68	100	200

SPS: Standard Positioning System

PPS: Precise Positioning System

도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 시간 측정 장치를 나타낸 블럭도로서, 위성을 이용하여 정확한 시각을 제공하는 GPS 수신부(110)와, 소정 신호의 발생 시각을 상기 GPS 수신부(110)를 이용하여 검출하는 시각 검출부(120) 및 검출된 발생 시각을 데이터화하여 송신하는 송신부(150)가 구비된 신호 발생 시각 검출부(100)와; 적어도 한 곳 이상에 설치된 상기 신호 발생 시각 검출부(100)로부터 데이터화한 발생 시각을 적어도 두개 이상 수신받는 수신부(260) 및 상기 수신된 발생 시각 간의 차를 연산하는 제어부(230)가 구비된 시각 연산부(200)로 이루어져 있는 것을 알 수 있다.

상기 신호 발생 시각 검출부(100)는 상기 시각 연산부(200)와 동일 위치 또는 이격된 위치에 배치되어 시간차를 측정하고자 하는 신호가 발생된 경우 이를 입력받아 입력 시각을 검출한 후 이를 다시 데이터화하여 상기 시각 연산부(200)로 송신하게 된다. 여기서, 입력 시각은 상기 시각 검출부(120)에 외부에서 발생된 신호가 입력된 시간을 의미하며, 정확하게는 발생 시각과 그 시간에 차이가 있다. 그러나, 발생 신호와 상기 시각 검출부(120)의 거리가 가까운 경우 그 차이는 무시가 가능하므로, 본 실시예에서는 입력 시각과 발생 시각을 동일한 것으로 가정한다. 아울러, 이와 같은 상황을 고려하여, 본 실시예에서는 상기 신호 발생 시각 검출부(100)를 상기 시각 연산부(200)와 분리하여 형성하고 있는 것이다. 즉, 신호 발생 위치에 상기 신호 발생 시각 검출부를 배치할 수 있도록 하고 있는 것이다.

상기 신호 발생 시각 검출부(100)는 GPS 수신부(110), 시각 검출부(120) 및 상기 시각 검출부(120)에서 검출된 신호의 발생 시각을 데이터화하여 송신하는 송신부(150)가 구비되어 있으며, 필요에 따라서는 별도의 제어부(미도시)의 구비도 가능하다. 즉, 앞서 설명된 시간 측정 장치에 송신부만을 추가하여 구성하는 것도 가능하다. 물론 이 경우에는 자체적으로 두 신호 이상을 입력받아 시간차를 측정할 수도 있으며, 그때의 구성 및 동작은 앞의 설명을 참조하도록 한다.

상기 시각 연산부(200)는 상기 신호 발생 시각 검출부(100)의 송신부(150)에 대응되는 수신부(260) 및 시간차를 측정하는 제어부(230)로 이루어진다.

상기 수신부(260)는 적어도 한 곳 이상에 설치된 상기 신호 발생 시각 검출부(100)로부터 데이터화한 발생 시각을 적어도 두개 이상 수신받게 되는데, 상기 송수신은 유/무선망을 통하여 이루어지며, 혼신 등의 영향을 거의 받지 않게 된다. 즉, 종래에는 발생 신호 자체를 유/무선망 자체를 통하여 전송하는 관계로 혼신 등이 발생한 경우 신호의 수신 시각에 오류가 발생되므로, 정확한 측정이 불가능하였지만, 본 실시예에서는 발생 시각을 숫자 등의 데이터로 데이터화한 후 상기 데이터를 전송하므로, 전송상에서 시간차의 문제가 발생될 여지가 없기 때문이다.

예를 들어, 종래에는 입력 펄스 자체를 전송하였으므로 전송 과정의 혼신 등으로 인한 전송 시간 지연이 문제가 되나, 본 실시예에서는 01:20, 02:30 등과 같은 데이터를 전송하는 것이므로 중간에 전송 시간 지연의 문제가 발생하더라고 수신부에서 상기 01:20, 02:30 를 의미하는 데이터만 수신받는다면 문제가 되지 않는 것이다.

상기 제어부(230)는 상기 수신부(260)에 수신된 발생 시각 간의 차를 연산하하게 되며, 그 연산은 상기 수신부(260)로 수신된 일반적인 데이터를 대상으로 하는 것이므로 일반적인 감산에 의하여 처리가 가능하다.

한편, 상기 신호 발생 시각 검출부(100)가 두개 이상 존재하며, 신호 발생 시각 검출부(100) 각각의 발생 신호 간의 시간차를 측정하는 경우, 상기 신호 발생 시각 검출부(100)의 거리차에 따른 시간 오차를 보정하는 시각 동기부(미도시)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 시각 동기부는 상기 신호 발생 시각 검출부(100) 또는 시각 연산부(200) 중 적어도 어느 한 요소에 형성되어야 하며, 상기 신호 발생 시각 검출부(100) 각각 및 시각 연산부(200)의 위치를 파악하고 있어야 한다.

그 후에 일정 위치를 기준으로 잡고 종래의 GPS 관련 기술을 이용하여 보정을 하게 된다.

이상의 실시예들을 정리하여 보면, 우선 위성을 이용하여 정확한 시각을 제공하는 GPS 수신부를 이용하여, 소정 신호의 발생 시각을 검출하고, 상기 검출된 발생 시각을 데이터화하여 저장하여 데이터 베이스화한다.

그 후, 상기 소정 신호가 2개 이상 발생되고 상기 신호들 간의 시간차를 측정하고자 하는 경우, 상기 데이터 베이스화된 데이터 중 상기 시간차를 측정하고자 하는 신호들에 대응되는 데이터를 추출하여 연산에 의하여 시간차를 측정하게 된다.

이와 같은 일련의 흐름은 본 발명에 따른 시간 측정 방법을 나타낸 도 4와 같은 측정 방법을 의미하게 된다.

즉, GPS 수신부를 통하여 측정하고자 하는 신호의 시작과 끝 시각 13:10:20.0000000, 13:10:40.1000001(이 숫자 자체가 데이터화된 것임)을 검출하고, 간단한 감산에 의하여 시간차 20.1000001을 측정할 수 있다.

한편, 발생 위치가 다른 신호 간의 시간차를 검출하는 경우 발생될 수 있는 위치에 따른 시간 오차를 방지하기 위하여, 발생 시각 검출시에 상기 신호의 발생 위치를 추가로 검출한 후, 상기 검출된 발생 위치를 상기 발생 시각과 함께 데이터화하여 이를 데이터베이스화한 후 이를 이용하여 시각 동기를 행하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 시간 측정 장치 및 방법은 신호의 발생 시각을 GPS 수신부를 통하여 검출한 후 이를 데이터화하여 사용함으로써, 다수의 신호 간의 시간 측정이 용이하며, 이격된 거리에서 발생된 신호의 발생 시각도 오차 없이 수신받아 처리가 가능하다.

또한, 내부 발진자를 사용하지 않으므로, 내부 발진자의 자체 오류로 인한 시간 측정의 정확성 저하의 문제가 없으며, 따라서 시간차의 장단 여부에 관계없이 일관되고 정확한 시간 측정이 가능하다.

Claims (9)

1. 위성을 이용하여 정확한 시각을 제공하는 GPS(위성항법장치, 衛星航法裝置, global positioning system) 수신부와;

   적어도 두개 이상의 신호를 입력받은 후, 상기 GPS 수신부를 이용하여 상기 신호의 입력 시각을 검출하는 시각 검출부와;

   상기 두개 이상의 신호의 입력 시각을 데이터화한 후 각 데이터 간의 차를 연산하는 제어부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 측정 장치.
2. 위성을 이용하여 정확한 시각을 제공하는 GPS 수신부와, 소정 신호의 발생 시각을 상기 GPS 수신부를 이용하여 검출하는 시각 검출부 및 검출된 발생 시각을 데이터화하여 송신하는 송신부가 구비된 신호 발생 시각 검출부와;

   적어도 한 곳 이상에 설치된 상기 신호 발생 시각 검출부로부터 데이터화한 발생 시각을 적어도 두개 이상 수신받는 수신부 및 상기 수신된 발생 시각 간의 차를 연산하는 제어부가 구비된 시각 연산부

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 측정 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 연산은 감산인 것을 특징으로 하는 시간 측정 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 시각 검출부에서 검출되는 입력 시각은 동일 신호의 시작 신호와 끝 신호의 입력 시각인 것을 특징으로 하는 시간 측정 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 두개 이상의 신호간의 거리차에 따른 시간 오차를 보정하는 시각 동기부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 측정 장치.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 신호 발생 시각 검출부가 두개 이상 존재하며, 각각의 발생 신호 간의 시간차를 측정하는 경우, 상기 신호 발생 시각 검출부의 거리차에 따른 시간 오차를 보정하는 시각 동기부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 측정 장치.
7. 위성을 이용하여 정확한 시각을 제공하는 GPS 수신부를 이용하여, 소정 신호의 발생 시각을 검출하는 단계와;

   상기 검출된 발생 시각을 데이터화하여 저장하여 데이터 베이스화하는 단계와;

   상기 소정 신호가 2개 이상 발생되고 상기 신호들 간의 시간차를 측정하고자 하는 경우, 상기 데이터 베이스화된 데이터 중 상기 시간차를 측정하고자 하는 신 호들에 대응되는 데이터를 추출하여 연산에 의하여 시간차를 측정하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 측정 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 연산은 감산인 것을 특징으로 하는 시간 측정 방법.
9. 제 7 항에 있어서,

   발생 시각 검출 단계는 상기 신호의 발생 위치를 검출하는 단계를 더 포함하고,

   상기 데이터 베이스화 단계는 상기 검출된 발생 위치를 상기 발생 시각과 함께 데이터화하여 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 측정 방법.

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