KR20090095895A - Ｇｐｓ/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치 - Google Patents

Ｇｐｓ/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치에 관한 것이다.
본 발명은 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치에 있어서, 특정 위상의 클럭을 입력받아 특정 위상을 갖는 P 코드, 특정 위상을 기준으로 기 설정된 특정 지연값만큼 뒤진 L 코드, 특정 지연값보다 더 뒤진 VL 코드, 특정 지연값만큼 앞선 E 코드 및 특정 지연값보다 더 앞선 VE 코드를 포함한 추정 PRN 코드를 생성하고, 이를 위성신호의 PRN 코드와 상관하여 상관값을 계산하고, 계산된 상관값, BOC(1,1) 신호의 자기상관함수 및 가중치를 이용하여 코드 위상 오차를 계산하여, 출력된 코드 위상 오차가 위성신호 추적 범위 이내에 존재하는 동안 위성신호를 추적하기 위하여 추정 PRN 코드의 생성을 위한 클럭의 특정 위상이 변경되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, BOC(1,1) 변조에서 발생하는 모호성 문제점을 해결하여 위성신호의 추적 성능 및 획득 성능을 향상시키는 위성신호 추적 장치를 구비한 GPS/갈릴레오 수신기를 제공하는 효과가 있다.
GPS/갈릴레오 수신기, VEMVL(Very Early Minus Very Late), WDELP(Weighted Double Early minus Late Power), 코드 비교부(Code Discriminator)

Description

ＧＰＳ/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치{Apparatus for Tracking GPS and Galileo Signal in GPS/Galileo Receiver}
본 발명은 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, BOC(1,1) 변조에서 발생하는 모호성 문제점을 해결하여 위성신호의 추적 성능 및 획득 성능을 향상시키는 위성신호 추적 장치를 구비한 GPS/갈릴레오 수신기에 관한 것이다.
미국 국방성은 군사용 목적의 위성항법시스템인 GPS(Global Positioning System)를 개발하였으며, 현재 GPS는 군사용도만으로 제한되지 않고 실생활 곳곳에 파고들어 있다. 대표적인 예가 자동차가 있는 지점을 위성 신호 추적을 이용하여 운전자에게 막히지 않는 길을 안내하는 장치인 GPS를 이용한 차량 항법장치이다. 휴대전화 서비스의 친구 찾기나 위치 추적 서비스도 GPS를 이용한다.
이렇게 여러 분야에 이용되고 있는 GPS는 미국 국방성의 영향력 아래에 있기 때문에, 미국의 필요에 따라 GPS의 정밀도 및 이용에 대한 제한이 있을 수 있다. 또한, 광대역 전파에 의해 쉽게 방해를 받기 때문에 전자전 상황에서 오작동하기 쉬우며, 시가지나 숲 속처럼 전파 수신이 어려운 지역에서는 심각한 오차를 일으키 기도 한다. 이러한 GPS의 문제점에 대비한 위성항법시스템을 EU를 중심으로 한국, 중국, 이스라엘 등이 참여하여 개발하고 있으며, 이것이 "갈릴레오 시스템"이다. 이러한 갈릴레오 시스템은 상업용 서비스를 목적으로 하고 있으므로 1m급의 위치 정확도를 보장할 수 있으며, 실내에서도 신호를 획득할 수 있고 GPS와 함께 이용되면 도심에서도 정확한 위치를 알 수 있게 되어 전체 위성항법시스템의 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서 이러한 갈릴레오 시스템과 기존의 GPS를 통합적으로 처리할 수 있는 수신기 기술에 대한 연구도 활발하게 이루어지고 있다.
전술한 갈릴레오 시스템에서는 신호에 대한 새로운 디자인이 요구되어 GPS BPSK 변조 신호와 공용할 수 있는 변조 기술이 연구되어 왔으며, 그러한 연구 결과 중에서 BOC(Binary Offset Modulation)가 적절한 신호 변조 기술로서 부각되었다.
하지만, GPS 신호를 복조하기 위해 사용하던 전통적인 BPSK 복조 기술은 몇 가지 이유로 인하여 새로운 갈릴레오 신호 복조에 그대로 적용할 수가 없다. 이러한 점은 BOC 변조 신호가 확산 코드(Spreading Code)에 확장 코드 주파수의 배수 배가 되는 주파수 성분의 부반송파(Subcarrier)신호를 곱한 신호라는 특징으로 인하여 발생한다.
전술한 BOC 변조 신호 중에서 갈릴레오 시스템에서 사용할 BOC(1,1) 신호의 특징은 하나의 메인 피크(Main peak)와 두개의 사이드 피크(Side peak)를 포함하는 새로운 형태의 자기상관함수를 가지는 것이며 도 1에서 확인할 수 있다.
도 1을 참조하면, BOC(1,1) 변조에 이용된 부반송파 신호는 확산 코드와 동일한 주파수 성분을 가지며, 자기상관함수에 급한 기울기를 가지는 하나의 메인 피 크와 두 개의 사이드 피크를 발생시킨다. 여기서, 하나의 메인 피크는 코드 추적(트래킹) 성능을 향상시키고 다중경로(Multipath) 문제점을 완화할 수 있으나, 두 개의 사이드 피크는 BOC(1,1) 위성신호를 추적하는데 "모호성 문제점(Ambiguity Problem)"을 발생시킨다. 전술한 모호성 문제점은 수신기가 BOC(1,1) 변조 신호를 추적하는데 있어서 사이드 피크에 고정(Lock)되어 추적하고 있을 때 발생하며, 이는 위성 신호의 추적 성능과 항법 성능을 저하시킬 수 있다. 하지만, 종래의 EML(Early Minus Late) 상관기를 구비한 수신기는 이러한 모호성 문제점을 해결할 수 없는 실정이다.
본 발명의 목적은 BOC(1,1) 변조 신호를 복조할 때 발생하는 모호성 문제점을 해결하여 위성신호의 추적 성능 및 항법 성능을 향상시키는 위성신호 추적 장치를 구비한 GPS/갈릴레오 수신기를 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 측면에 따르면, 위성으로부터 BOC(Binary Offset Carrier)(1,1) 변조 기법으로 변조된 신호를 수신하여 처리하는 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치에 있어서, 특정 위상의 클럭을 입력받아 상기 특정 위상을 갖는 P(Prompt) 코드, 상기 특정 위상을 기준으로 기 설정된 특정 지연값만큼 뒤진 L(Late) 코드, 상기 특정 지연값보다 더 뒤진 VL(Very Late) 코드, 상기 특정 지연값만큼 앞선 E(Early) 코드 및 상기 특정 지연값보다 더 앞선 VE(Very Early) 코드를 포함하는 추정 PRN 코드를 생성하여 출력하는 코드 생성부; 상기 위성신호와 상기 추정 PRN 코드를 입력받아, 상기 위성신호를 동상위상 성분 및 직각위상 성분으로 분리하고, 상기 분리된 위성신호에 포함된 PRN 코드와 상기 추정 PRN 코드를 각각 상관하여 상관값을 출력하는 상관부; 상기 출력된 상관값, 상기 BOC(1,1) 신호의 자기상관함수 및 2개의 가중치를 이용하여 코드 위상 오차를 계산하여 출력하는 코드 비교부; 및 상기 출력된 코드 위상 오차가 기설정된 위성신호 추적 범위 이내에 존재하는 동안 상기 위성에서 송신된 위성신호를 추적하기 위하여 상기 클럭의 상기 특정 위상이 변경되도록 제어하여 상기 코드 생성부로 입력하는 코드 추적 루프 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, BOC(1,1) 변조 신호에 의하여 발생하는 모호성 문제점을 해결하고 위성신호의 추적 성능 및 항법 성능을 향상시키는 위성신호 추적 장치를 구비한 GPS/갈릴레오 수신기를 제공하는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예가 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치(200)에 대한 개략적인 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 위성으로부터 BOC(Binary Offset Carrier,이하 "BOC"라 칭함)(1,1) 변조 기법으로 변조된 신호를 수신하여 처리하는 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치(200)는 수신된 위성신호에 포함된 PRN 코드와 유사한 위상의 추정 PRN 코드를 생성하는 코드 생성부(210), 수신된 위성신호에 포함된 PRN 코드와 코드 생성부(210)에서 생성된 추정 PRN 코드를 상관하여 상관값을 출력하는 상관부(220), 상관부(220)에서 출력된 상관값을 근거로 위성신호에 포함된 PRN 코드와 코드 생성부(210)에서 생성된 추정 PRN 코드의 코드 위상 오차를 검출하는 코드 비교부(230) 및 코드 비교부(230)에서 검출된 코드 위상 오차에 근거하여 코드 추적을 제어하는 코드 추적 루프 제어부(240) 등을 포함한다.
GPS/갈릴레오 수신기는 위성으로부터 위성의 정보, 위성에 탑재된 시계의 시각 정보, 궤도 정보 및 이력(Almanac), 천체력(Ephemeris) 및 오차 보정을 위한 계수 등이 포함된 항법 데이터, 해당 위성에 대한 고유 식별 정보인 의사 잡음(PRN: Pseudo Random Noise, 이하 "PRN"이라 칭함) 코드, 부반송파(Subcarrier), 반송파 등을 포함하는 위성신호를 수신하여 항법 데이터를 복조하기 위해 위성신호를 획득한다. 이러한 위성신호 획득을 위해서 위성신호의 반송파와 유사한 주파수의 추정 반송파 및 위성신호의 PRN 코드와 유사한 위상의 추정 PRN 코드를 생성해야만 한다. 위에서 언급한 위성신호는 GPS 시스템에서의 GPS 신호 및 갈릴레오 시스템에서의 갈릴레오 신호를 포함할 수 있다.
전술한 코드 생성부(210)가 위성신호의 PRN 코드와 유사한 위상을 가지는 추정 PRN 코드를 생성하는데, 본 발명에서 코드 생성부(210)는 코드 추적 루프 제어부(240)에 의해 제어된 특정 위상의 클럭을 입력받아 특정 위상을 갖는 P(Prompt, 이하 "P"이라 칭함) 코드, 특정 위상을 기준으로 기 설정된 특정 지연값만큼 뒤진 L(Late, 이하 "L"이라 칭함) 코드, 특정 지연값보다 더 뒤진 VL(Very Late, 이하 "VL"이라 칭함)코드, 특정 지연값만큼 앞선 E(Early, 이하 "E"라 칭함) 코드 및 특정 지연값보다 더 앞선 VE(Very Early, 이하 "VE"라 칭함) 코드를 포함하는 추정 PRN 코드를 생성하여 출력한다.
또한, 전술한 코드 생성부(210)는 추정 PRN 코드를 다수 생성하기 위해서 특정 위상을 기준으로 앞서거나 뒤지는 코드를 생성하는 데, 이때 앞서거나 뒤지는 정도를 위에서 언급한 특정 지연값으로 정해주며, 이러한 특정 지연값은 칩(Chip) 단위로 기 설정되며, 위성신호의 획득률 및 수신기의 성능에 따라 변경하여 재설정 가능하다.
전술한 상관부(220)는 위성신호와 코드 생성부(210)에서 생성된 추정 PRN 코드를 입력받아, 위성신호를 동상위상(In-phase: I) 성분 및 직각위상(Quadrature-phase: Q) 성분으로 분리하고, 이렇게 분리된 위성신호에 포함된 PRN 코드와 입력된 추정 PRN 코드를 각각 상관하여 상관값을 출력한다. 이때 동상위상 성분과 직각위상 성분의 위성신호는 90도의 위상차이를 보인다.
전술한 상관부(220)를 더욱 상세하게 설명하면, 상관부(220)는 위성신호의 동상위상 성분을 코드 생성부(210)에서 생성된 추정 PRN 코드(VE 코드, E 코드, P 코드, L 코드 및 VL 코드)와 상관하여 IVE 상관값, IE 상관값, IP 상관값, IL 상관값 및 IVL 상관값을 생성한다. 또한, 위성신호의 직각위상 성분을 코드 생성부(210)에서 생성된 추정 PRN 코드(VE 코드, E 코드, P 코드, L 코드 및 VL 코드)와 상관하여 QVE 상관값, QE 상관값, QP 상관값, QL 상관값 및 QVL 상관값을 생성한다.
전술한 코드 비교부(230)는 위상 검출기(Phase Detector)처럼 수신된 위성신호의 PRN 코드와 내부에서 생성된 추정 PRN 코드의 위상 차이를 검출하는 것으로서, "코드 판별기(Code Discriminator)"라고도 한다.
이러한 코드 비교부(230)는 위상 차이를 검출하기 위해 상관부(220)에서 출력된 상관값과 2개의 가중치(Weight)를 이용하여 코드 위상 오차를 계산하여 출력한다.
코드 위상 오차 계산시, 전술한 코드 비교부(230)는 상관부(220)에서 출력된 IVE 상관값, IE 상관값, IL 상관값, IVL 상관값, QVE 상관값, QE 상관값, QL 상관값 및 QVL 상관값을 입력받아 기설정된 2개의 가중치를 이용하며 하기 [수학식 1]을 통해 계산한다. 단, [수학식 1]에서의 w1을 0으로, w2를 1로 설정하게 되면 종래의 GPS 수신기에서 사용하는 코드 비교부에 대한 출력이 된다.
Figure 112008016615067-PAT00001
Figure 112008016615067-PAT00002
Figure 112008016615067-PAT00003
Figure 112008016615067-PAT00004
Figure 112008016615067-PAT00005
Figure 112008016615067-PAT00006
Figure 112008016615067-PAT00007
전술한 상관부(220)에서 출력된 상관값들과 자기상관함수와는 아래 [수학식 2]와 같은 관계가 있다.
Figure 112008016615067-PAT00008
Figure 112008016615067-PAT00009
Figure 112008016615067-PAT00010
Figure 112008016615067-PAT00011
전술한 코드 비교부(230)는 위에서 언급한 2개의 가중치(w1, w2)를 칩 지연(ε)에 대한 출력된 코드 위상 오차의 기울기 부호가 항상 영(Zero) 이상이 되게 설정한다. 이렇게 설정한 2개의 가중치(w1, w2)를 이용하여 도 5에서 도시된 칩 지연(ε)에 대한 출력된 코드 위상 오차가 변곡점을 가지지 않도록 제어하면 종래의 GPS/갈릴레오 수신기에서 BOC(1,1) 신호의 사이드 피크를 추적함으로써 발생하는 "모호성 문제점(Ambiguity Problem)"을 해결할 수 있고, 그로 인해 위성신호의 추적 성능 및 항법 성능을 향상시킬 수 있게 되는 것이다. 이는 위성신호를 추적(Tracking)한 결과를 나타내는 도 5 및 도 6을 통해 확인할 수 있다.
전술한 [수학식 1]에서의 VEMVL (Very Early Minus Very Late)의 칩 간격(d1)을 1로 가정하여 정리하면 하기 [수학식 3]과 같다. 단, 전술한 [수학식 1]에서의 EML (Early Minus Late)의 칩 간격(d2)을 일정한 상수로 가정하여 VEMVL의 칩 간격(d1)을 변수로 가지는 수학식으로 정리할 수도 있다. 하지만, GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치(200)의 성능은 VEMVL의 칩 간격(d1)보다 EML의 칩 간격(d2)에 더 민감하게 영향을 받기 때문에 VEMVL의 칩 간격(d1)을 상수로 가정하고 EML의 칩 간격(d2)에 대한 하기 [수학식 3]을 유도한다.
Figure 112008016615067-PAT00012
전술한 [수학식 3]에서 w1을 0으로, w2를 1로 설정하면 종래의 GPS에서 사용하는 코드 비교부의 출력값이 되는데, 이때 [수학식 3]의 세 번째 구간에서 기울기(부호)가 바뀌므로 변곡점이 발생하여 모호성 문제점(Ambiguity Problem)이 존재하게 된다. 따라서 아래의 [수학식 4]를 만족하도록 2개의 가중치를 상관기 칩 간격에 따라 변경함으로써 변곡점을 없앨 수 있다.
Figure 112008016615067-PAT00013
만약, 전술한 [수학식 2]에서 EML의 칩 간격(d2)이 0.2일 때 전술한 [수학식 4]를 만족하는 2개의 가중치(w1, w2)를 2와 1로 각각 설정하면, 전술한 [수학식 3]은 하기 [수학식 5]처럼 다시 정리할 수 있다.
Figure 112008016615067-PAT00014
도 5는 코드 비교부(230)의 출력인 코드 위상 오차를 나타내는 전술한 [수학식 5]를 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 코드 위상 오차가 변곡점을 가지지 않도록 제어되어 종래의 모호성 문제점이 해결됨을 확인할 수 있다. 단, VEMVL (Very Early Minus Very Late)의 칩 간격(d1), EML (Early Minus Late)의 칩 간격(d2) 및 2개의 가중치(w1, w2)는 전술한 [수학식 4]를 만족하고 위성신호 추적 장치(200)의 성능을 고려하여 변경할 수 있다.
도 6은 위성신호 추적 장치(200)의 성능 및 모호성 문제점의 해결 여부를 확인하기 위해 위성신호를 추적(Tracking)한 결과를 비교하는 그래프로서, 도 6의 (a)는 종래의 위성신호 추적 결과 그래프이고 도 6의 (b)는 본 발명에 따른 위성신호 추적 결과 그래프이다.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 종래의 GPS 상관기는 BOC(1,1) 신호의 사이드 피크만을 추적하는 반면, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 발명에 의한 상관기는 메인 피크를 추적하는 것을 확인할 수 있다. 이는 도 6의 (b)에 도시한 상관기 출력값이 (a)에 도시한 상관기 출력보다 약 4배가 크다는 사실로부터 유추할 수 있다.
한편, 전술한 코드 추적 루프 제어부(240)는 코드 비교부(230)에서 출력된 코드 위상 오차가 기설정된 위성신호 추적 범위 안에 들어오면 위성신호를 획득한 것으로 판단하고, 기설정된 위성신호 추적 범위를 벗어나면 위성신호를 놓친 것으로 판단한다. 따라서 코드 추적 루프 제어부(240)는 위성신호 획득 이후부터 위성신호를 놓치기 전까지는 위성신호 추적을 반복적으로 수행하도록 제어한다.
이러한 위성신호 추적에 대한 제어를 위해, 코드 추적 루프 제어부(240)는 코드 비교부(230)에서 계산되어 출력된 코드 위상 오차가 기설정된 위성신호 추적 범위 이내에 존재하는 동안 해당 위성에서 송신된 위성신호를 추적(Tracking)하도록 클럭에 대한 특정 위상이 변경되도록 제어하여 코드 생성부(210)로 입력하여, 코드 생성부(210)가 변경된 특정 위상에 대하여 지연시킨 코드를 생성하도록 한다. 이러한 점으로 인해 코드 추적 루프 제어 구조는 지연 고정 루프(Delayed Locked Loop: DLL) 구조를 가진다고 한다.
본 발명에 따른 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치(200)에서의 코드 생성부(210)는 종래에서 생성하는 L 코드, P 코드 및 E 코드보다 2개의 추정 PRN 코드(VL 코드, VE 코드)를 추가로 생성하고, 상관부(220)가 생성된 추정 PRN 코드를 이용하여 위성신호의 PRN 코드와 상관하고, 코드 비교부(230)에서는 2개의 가중 치(w1, w2)를 이용하여 코드 위상 오차를 계산하여 위성신호를 획득 및 추적한다는 의미에서, GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치(200)에서의 상관부(220)를 "VEMVL(Very Early Minus Very Late) 상관기"라고도 하며, 코드 판별기(Code Discriminator)인 코드 비교부(230)에서 가중치를 포함하는 [수학식 1]을 이용하여 코드 위상 오차를 계산하는 알고리즘을 "WDELP(Weighted Double Early minus Late Power) 알고리즘"이라 하여 전술한 [수학식 1]에서 코드 위상 오차를 DWDELP(ε)로 표현하였다.
한편, 이상에서의 설명에서는 코드 생성부(210)가 VL 코드, L 코드, P 코드, E 코드 및 VE 코드를 포함한 5개의 추정 PRN 코드를 생성하고, 상관부(220)가 이를 이용하여 위성신호의 PRN 코드와 상관하며 코드 비교부(230)에서는 2개의 가중치(w1, w2)를 이용하여 코드 위상 오차를 계산하여 위성신호를 획득 및 추적하는 것이었으나, 코드 생성부(210)는 VL 코드의 위상보다 더 뒤진 하나 이상의 코드 및 VE 코드의 위상보다 더 앞선 하나 이상의 코드를 추정 PRN 코드로서 추가 생성할 수도 있다. 이렇게 되면, 상관부(220)는 추가 생성된 추정 PRN 코드를 위성신호의 동상위상(In-phase: I) 성분 및 직각위상(Quadrature-phase: Q) 성분과 각각 상관하고, 코드 비교부(230)는 가중치를 추가로 더 이용하여 코드 위상 오차를 계산한다. 예를 들어, 코드 생성부(210)에서 L 코드의 위상보다 더 뒤진 하나 이상의 코드와 VE 코드의 위상보다 더 앞선 하나 이상의 코드를 포함하는 2개의 추정 PRN 코드가 추가 생성되면, 코드 상관부(220)에서는 4개의 상관값이 추가로 출력되고 코 드 비교부(230)는 1개의 가중치(W3)를 추가로 이용하여 전술한 [수학식 1]을 변경하여 코드 위상 오차를 계산한다.
한편, 본 발명에 따른 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치(200)에 대한 이상의 설명에서는 항법 데이터, PRN 코드, 부반송파 및 반송파 등을 포함하는 위성신호를 수신하여 항법 데이터를 복조하고자 위성신호를 획득하기 위해서, 추정 PRN 코드를 생성하고 이를 위성신호의 PRN 코드와 상관하여 위성신호의 PRN 코드와 동일한 위상의 추정 PRN 코드를 생성하도록 제어하는 코드 추적 루프 제어를 통하여 위성신호를 획득하고 추적하는 방식에 대하여 설명하였으나, 본 발명에 따른 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치(200)는 도 3에서처럼 추정 반송파를 생성하고 이를 위성신호의 반송파와 상관하여 위성신호의 반송파와 추정 반송파의 주파수가 동일하도록 추적하는 반송파 추적 루프 제어부(340), 반송파 생성부(310), 반송파 비교부(330) 등을 추가로 포함한다. 여기서, 반송파 추적 루프 제어부(340)에 의해 수행되는 반송파 추적 루프에 대한 구조는 위상 고정 루프(Phase Locked Loop: PLL) 구조 또는 주파수 고정 루프(Frequency Locked Loop: FLL) 구조를 가지며, 이는 코드 추적 루프 제어부(240)에 의해 수행되는 코드 추적 루프에 대한 구조가 지연 고정 루프(Delayed Locked Loop: DLL) 구조와 차이점이다. 이러한 차이점으로 인해 반송파 추적 루프 제어부(340)에 의해 수행되는 반송파 추적 루프 제어는 코드 추적 루프 제어와는 다른 알고리즘에 의해 수행된다.
한편, 본 발명에 따른 위성신호 추적 장치(200)를 구비한 GPS/갈릴레오 수신 기는 항법 데이터 변조부 및 항법 수행부 등을 추가로 포함한다.
도 4는 도 2 및 도 3을 참조하여 전술한 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치(200)를 더욱 상세하게 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 반송파 오실레이터(342)는 레지스터 값을 조절하여 출력되는 클럭의 주파수를 조절하고, 반송파 생성부(310)는 이렇게 조절된 주파수의 클럭(구형파)을 입력받아 정해진 비트의 해상도(Resolution)를 갖는 정현파 신호의 추정 반송파를 생성하며 주파수 합성기(Frequency Synthesizer)로 구현될 수 있다. 반송파 생성부(310)에서 생성된 정현파 신호의 추정 반송파는 수신된 위성신호의 동상위상(I) 성분 및 직각위상(Q) 성분과 2개의 반송파 믹서(221, 222)에서 각기 곱해진다.
도 4를 참조하면, 위성신호의 동상위상(I) 성분이 추정 반송파와 반송파 믹서(221)에서 믹싱된 신호는 코드 생성부(210)에서 생성된 VE 코드, E 코드, P 코드, L 코드 및 VL 코드를 포함한 추정 PRN 코드와 동상위상(I) 부분에서의 5개의 코드 믹서(2211, 2212, 2213, 2214, 2215)에서 곱해지고, 5개의 코드 믹서(2211, 2212, 2213, 2214, 2215)에서 믹싱된 신호는 5개의 적분기에서 각기 상관값을 계산하는 데 이용된다. 5개의 적분기에서 계산된 상관값은 IVE(In-phase Very Early) 상관값, IE(In-phase Early) 상관값, IP(In-phase Prompt) 상관값, IL(In-phase Late) 상관값 및 IVL(In-phase Very Late) 상관값이다.
도 4를 참조하면, 위성신호의 직각위상(Q) 성분이 추정 반송파와 반송파 믹서(222)에서 믹싱된 신호는 코드 생성부(210)에서 생성된 VE 코드, E 코드, P 코 드, L 코드 및 VL 코드를 포함한 추정 PRN 코드와 직각위상(Q) 부분에서의 5개의 코드 믹서(2221, 2222, 2223, 2224, 2225)에서 곱해지고, 5개의 코드 믹서(2221, 2222, 2223, 2224, 2225)에서 믹싱된 신호는 해당 5개의 적분기에서 각기 상관값을 계산하는 데 이용된다. 해당 5개의 적분기에서 계산된 상관값은 QVE(Quadrature-phase Very Early) 상관값, QE(Quadrature-phase Early) 상관값, QP(Quadrature-phase Prompt) 상관값, QL(Quadrature-phase Late) 상관값 및 QVL(Quadrature-phase Very Late) 상관값이다.
10개의 적분기에서 계산되어 출력되는 10개의 상관값(IVE 상관값, IE 상관값, IP 상관값, IL 상관값, IVL 상관값, QVE 상관값, QE 상관값, QP 상관값, QL 상관값 및 QVL 상관값) 중에서 IP 상관값 및 QP 상관값은 반송파 비교부(330)로 입력되어 추정 반송파와 위성신호의 주파수 차이(주파수 오차)를 검출하여 검출 결과에 따라 반송파 추적 루프 제어부(340)에 의해 반송파 추적 루프가 제어된다. 반송파 추적 루프 제어부(340)에는 반송파 오실레이터(342) 및 반송파 루프 필터(341)를 포함할 수 있다. 반송파 루프 필터(341)는 위성신호의 반송파 주파수와 추정 반송파 주파수가 다른 경우 발생할 수 있는 잡음 성분을 제거하며 동적으로 변하는 신호 특성에 따라 변하는 주파수 오차를 보상하기 위한 피드백 제어 시스템(Feedback Control System)에서의 보상기(Compensator) 역할을 수행할 수 있다.
또한, 10개의 적분기에서 계산되어 출력되는 10개의 상관값(IVE 상관값, IE 상관값, IP 상관값, IL 상관값, IVL 상관값, QVE 상관값, QE 상관값, QP 상관값, QL 상관값 및 QVL 상관값) 중에서 IP 상관값 및 QP 상관값을 제외한 나머지 8개 상 관값은 코드 비교부(230)로 입력되어 추정 PRN 코드와 위성신호의 PRN 코드와의 위상 차이(위상 오차)를 검출하여 검출 결과에 따라 코드 추적 루프 제어부(240)에 의해 코드 추적 루프가 제어된다. 코드 추적 루프 제어부(240)에는 코드 오실레이터(242) 및 코드 루프 필터(241)를 포함할 수 있다. 코드 루프 필터(341)는 위성신호의 PRN 코드의 위상과 추정 PRN 코드의 위상 차이로 인해 발생할 수 있는 잡음 성분을 제거하며 동적으로 변하는 신호 특성에 따라 변하는 위상 오차를 보상하기 위한 피드백 제어 시스템(Feedback Control System)에서의 보상기(Compensator) 역할을 수행할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 BOC 변조 신호의 자기상관함수를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치에 대한 개략적인 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 반송파 추적 루프 구조를 포함하는 위성신호 추적 장치에 대한 개략적인 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치에 대한 상세 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치에서의 코드 비교부로부터 출력되는 코드 위상 오차를 나타내는 그래프,
도 6은 위성신호 추적 성능을 비교하기 위한 그래프이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
200: 위성신호 추적 장치
210: 코드 생성부
220: 상관부
230: 코드 비교부
240: 코드 추적 루프 제어부

Claims (7)

  1. 위성으로부터 BOC(Binary Offset Carrier)(1,1) 변조 기법으로 변조된 BOC(1,1) 신호인 위성신호를 수신하여 획득하는 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치에 있어서,
    특정 위상의 클럭을 입력받아 상기 특정 위상을 갖는 P(Prompt) 코드, 상기 특정 위상을 기준으로 기 설정된 특정 지연값만큼 뒤진 L(Late) 코드, 상기 특정 지연값보다 더 뒤진 VL(Very Late) 코드, 상기 특정 지연값만큼 앞선 E(Early) 코드 및 상기 특정 지연값보다 더 앞선 VE(Very Early) 코드를 포함하는 추정 PRN 코드를 생성하여 출력하는 코드 생성부;
    상기 위성신호와 상기 추정 PRN 코드를 입력받아, 상기 위성신호를 동상위상 성분 및 직각위상 성분으로 분리하고, 상기 분리된 위성신호에 포함된 PRN 코드와 상기 추정 PRN 코드를 각각 상관하여 상관값을 출력하는 상관부;
    상기 출력된 상관값, 상기 BOC(1,1) 신호의 자기상관함수 및 2개의 가중치를 이용하여 코드 위상 오차를 계산하여 출력하는 코드 비교부; 및
    상기 출력된 코드 위상 오차가 기설정된 위성신호 추적 범위 이내에 존재하는 동안 상기 위성에서 송신된 위성신호를 추적하기 위하여 상기 클럭의 상기 특정 위상이 변경되도록 제어하여 상기 코드 생성부로 입력하는 코드 추적 루프 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상관부는,
    상기 위성신호의 상기 동상위상(In-phase: I) 성분을 상기 추정 PRN 코드와 상관하여 IVE 상관값, IE 상관값, IP 상관값, IL 상관값 및 IVL 상관값을 생성하고, 상기 위성신호의 상기 직각위상(Quadrature-phase: Q) 성분을 상기 추정 PRN 코드와 상관하여 QVE 상관값, QE 상관값, QP 상관값, QL 상관값 및 QVL 상관값을 생성하되, 상기 IVE 상관값, 상기 IE 상관값, 상기 IL 상관값, 상기 IVL 상관값, 상기 QVE 상관값, 상기 QE 상관값, 상기 QL 상관값 및 상기 QVL 상관값을 출력하는 것을 특징으로 하는 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 코드 비교부는,
    상기 상관부에서 출력된 상기 IVE 상관값, 상기 IE 상관값, 상기 IL 상관값, 상기 IVL 상관값, 상기 QVE 상관값, 상기 QE 상관값, 상기 QL 상관값 및 상기 QVL 상관값을 입력받아 상기 2개의 가중치를 이용하여 하기식을 통해 상기 코드 위상 오차를 계산하는 것을 특징으로 하는 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치.
    Figure 112008016615067-PAT00016
    Figure 112008016615067-PAT00017
    Figure 112008016615067-PAT00018
    Figure 112008016615067-PAT00019
    Figure 112008016615067-PAT00020
    Figure 112008016615067-PAT00021
    Figure 112008016615067-PAT00022
    Figure 112008016615067-PAT00023
    Figure 112008016615067-PAT00024
    Figure 112008016615067-PAT00025
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 코드 비교부는,
    상기 2개의 가중치(w1, w2)를 상기 칩 지연(ε)에 대한 상기 출력된 코드 위상 오차의 기울기 부호가 항상 영(Zero) 이상이 되게 설정하는 것을 특징으로 하는 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 코드 추적 루프 제어부는,
    상기 출력된 코드 위상 오차가 상기 기설정된 위성신호 추적 범위 안에 들어오면 상기 위성신호를 획득한 것으로 판단하고, 상기 기설정된 위성신호 추적 범위를 벗어나면 상기 위성신호를 놓친 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 코드 생성부는,
    상기 특정 지연값을 칩(Chip) 단위로 기 설정하되, 상기 특정 지연값은 상기 위성신호의 획득률에 따라 변경가능한 것을 특징으로 하는 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 코드 생성부는,
    상기 VL 코드의 위상보다 더 뒤진 하나 이상의 코드 및 상기 VE 코드의 위상보다 더 앞선 하나 이상의 코드를 상기 추정 PRN 코드로서 추가 생성하는 것을 특징으로 하는 GPS/갈릴레오 수신기의 위성신호 추적 장치.
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