KR20100022410A - 위성 추적 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위성 추적 장치 및 방법에 관한 것으로, 위성으부터 수신된 위성 신호를 기초로 각각 서로 다른 적분 시간 단위로 적분 연산을 수행함으로써 상관값들을 생성하는 복수의 추적 모듈들, 상관값들에 기초로 하여 위성과 위성 추적 장치 사이의 거리 측정값들 및 위성 신호에 대한 SNR(signal to noise ratio)들을 생성하는 복수의 추적 루프들, 및 SNR들을 기초로 가중치들을 설정하고, 가중치들을 거리 측정값들에 적용하여 위성 추적 장치의 위치를 계산하는 위치 계산부를 포함한다.

Description

위성 추적 방법 및 장치{Method and Apparatus of tracking satellite signal}

본 발명은 위성 추적 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위성 신호의 레벨 변화에 대응 가능한 위성 추적 장치 및 방법, 및 상기 위성 추적 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.

위상 항법 시스템(GNSS, Global Navigation Satellite System)은 우주 상공에 띄운 인공 위성의 네트워크를 이용하여 지상에 있는 목표물의 위치를 정확히 추적해내는 시스템으로, 미국 국방부에서 운영하는 통상적인 GPS(Global Positioning System), 유럽 연합을 위주로 하여 개발 중인 갈릴레오 위치 결정 시스템(Galileo Positioning System) 및 러시아에서 운영하는 GLONASS(Global Navigation Satellite System) 등을 지칭한다. 이러한 위성 항법 시스템은 항공기, 선박의 위치 확인 및 텔레매틱스 등 정보통신 분야에 광범위하게 사용되고 있다.

대표적으로, GPS는 우주 궤도를 돌고 있는 위성을 이용하여 위치 정보를 제공하는 위성 항법 시스템으로, GPS 위성은 6개의 궤도에 4개의 위성이 할당되어 코드 분할 다중 접속(CDMA, Code Division Multiple Access) 방식으로 같은 주파수 대역을 이용해 서로 다른 코드를 사용하여 대역을 공유하고 있다.

GPS 수신기는 최소한 3개 이상의 GPS 위성으로부터 송신된 신호를 수신하여 사용자의 위치를 결정하는데, 일반적으로 GPS 수신기는 12개 내지 16개의 추적 모듈을 사용하고, 1개의 위성에 1개의 추적 모듈을 할당하여 1개의 측정값을 얻는다. 그런데, 추적 모듈은 성능이 고정되어 있고, 그 성능이 가변되는 경우에도 한계가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위성 신호 레벨의 변화에 따른 신호 추적 성능을 향상시킬 수 있는 위성 추적 장치 및 방법, 및 상기 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 위성 추적 장치는 위성으로부터 수신된 위성 신호를 기초로 각각 서로 다른 적분 시간 단위로 적분 연산을 수행함으로써 상관값들을 생성하는 복수의 추적 모듈들; 상기 상관값들에 기초로 하여 상기 위성과 상기 위성 추적 장치 사이의 거리 측정값들 및 상기 위성 신호에 대한 SNR들을 생성하는 복수의 추적 루프들; 및 상기 SNR들을 기초로 가중치들을 설정하고, 상기 가중치들을 상기 거리 측정값들에 적용하여 상기 위성 추적 장치의 위치를 계산하는 위치 계산부를 포함한다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 위성 추적 장치의 위성 추적 방법은 위성으로부터 수신된 위성 신호를 기초로 각각 서로 다른 적분 시간 단위로 적분 연산을 수행하여 상관값들을 생성하는 단계; 복수의 추적 루프들을 이용하여, 상기 상관값들을 기초로 하여 상기 위성과 상기 위성 추적 장치 사이의 거리 측정값들 및 상기 위성 신호에 대한 SNR들을 생성하는 단계; 및 상기 SNR들을 기초로 가중치들을 설정하여, 상기 설정된 가중치들을 상기 거리 측정값들에 적용하여 상기 위성 추적 장치의 위치를 계산하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 과제는 위성으로부터 수신된 위성 신호를 기초로 각각 서로 다른 적분 시간 단위로 적분 연산을 수행하여 상관값들을 생성하는 단계; 복수의 추적 루프들을 이용하여, 상기 상관값들을 기초로 하여 상기 위성과 위성 추적 장치 사이의 거리 측정값들 및 상기 위성 신호에 대한 SNR들을 생성하는 단계; 및 상기 SNR들을 기초로 가중치들을 설정하여, 상기 설정된 가중치들을 상기 거리 측정값들에 적용하여 상기 위성 추적 장치의 위치를 계산하는 단계를 포함하는 위성 추적 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 위성 추적 장치는 하나의 위성으로부터 수신되는 위성 신호에 할당되는 복수의 부 추적 모듈들을 포함함으로써, 복수의 거리 측정값들을 획득할 수 있고, 획득한 복수의 거리 측정값들에 대하여 가중치를 적용함으로써 최적의 위치를 계산할 수 있다. 이로써, 위성 신호의 감도 변화에도 불구하고 위성 추적 장치의 위치에 대한 정확도를 향상시킬 수 있다.

또한, 하나의 부 추적 모듈이 위성 신호를 잃더라도, 다른 부 추적 모듈을 이용하여 위성 신호를 잃은 부 추적 모듈이 빠르게 위성 신호를 재획득하고 추적할 수 있도록 함으로써, 위성 추적 장치의 위치에 대한 정확도를 향상시킬 수 있다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예들을 설명하기에 앞서 본 발명에 따른 위성 추적 장치 및 위성 추적 방법은 인공 위성으로부터 수신된 신호를 이용하여 위치를 결정하는 위치 측정 시스템에서의 위성 추적 장치 및 위성 추적 방법으로 이해되어야 함을 분명히 한다. 즉, 상술한 GPS, 갈릴레오 위치 결정 시스템 및 GLONASS 등에서 위성 신호를 추적하여 위치를 결정하는 위성 추적 장치로 이해되어야 한다. 이하에서는 위치 추적 장치로서 대표적으로 GPS 수신 장치를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니며, 상술한 갈릴레오 위치 결정 시스템 및 GLONASS의 위성 추적 장치에 적용됨은 자명하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 수신 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 수신 장치(1)는 안테나(10), RF(Radio Frequency) 처리부(20), 추적 모듈(tracking module, 30), 추적 루프(40) 및 위치 계산부(50)를 포함한다.

안테나(10)는 GPS 위성에서 송신되는 신호를 수신한다. RF 처리부(20)는 안테나(10)에서 수신된 신호를 RF 영역에서 중간 주파수(IF, Intermediate Frequency)로 변환한다. 추적 모듈(30)은 각각 서로 다른 위성에 할당된 복수의 주 추적 모듈들을 포함하고, RF 처리부(20)에서 출력된 신호로부터 상관값을 생성하는바, 추적 모듈(30)을 상관기(correlator)라고도 한다. 추적 루프(40)는 추적 모듈(30)에서 생성된 상관값을 수신하여, 추적 모듈(30)을 제어하고, 거리 측정값 및 SNR(signal to noise ratio)을 생성한다. 위치 계산부(50)는 추적 루프(40)에서 생성된 거리 측정값 및 SNR을 수신하여 최적의 위치를 계산한다.

도 2는 도 1의 GPS 수신 장치의 일부를 상세하게 나타내는 블록도이다.

도 2를 참조하면, GPS 수신 장치는 추적 모듈(30), 추적 루프(40) 및 위치 계산부(50)를 포함한다.

추적 모듈(30)은 서로 다른 위성에 할당되는 복수의 주 추적 모듈들, 즉, 제1 주 추적 모듈(31) 내지 제N 주 추적 모듈(32)을 포함하고, 제1 주 추적 모듈(31) 내지 제N 주 추적 모듈(32) 각각은 복수의 보조 추적 모듈들을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 제1 주 추적 모듈(31) 내지 제N 주 추적 모듈(32) 각각은 3개의 부 추적 모듈들을 포함한다. 그러나, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하고, 다른 실시예에서 제1 주 추적 모듈(31) 내지 제N 주 추적 모듈(32) 각각은 2개 또는 3개 이상의 부 추적 모듈들을 포함할 수 있다.

구체적으로, 제1 주 추적 모듈(31)은 제1 부 추적 모듈(311), 제2 부 추적 모듈(312) 및 제3 부 추적 모듈(313)을 포함한다. 제1 내지 제3 부 추적 모듈들(311, 312, 313) 각각은 의사 잡음 코드와 반송파를 복제해내어 위성으로부터 수신한 신호와 혼합한 후, 그 결과를 서로 다른 적분 시간으로 적분한다. 예를 들어, 제1 부 추적 모듈(311)의 적분 시간은 C/A(Coarse/Acquisition) 코드의 주기인 1ms, 제2 부 추적 모듈(312)의 적분 시간은 데이터 비트의 주기인 20ms, 제3 부 추적 모듈(313)의 적분 시간은 20ms 이상으로 설정할 수 있다.

다시 말해, 제1 내지 제3 부 추적 모듈들(311, 312, 313)은 RF 처리부(20)로부터 중간 주파수로 변환된 신호를 수신하여 1ms의 적분 시간으로 적분을 시작하고, 비트 동기화가 완료되면 제1 부 추적 모듈(311)은 1ms의 적분 시간 단위로 적분을 계속하고, 제2 및 제3 부 추적 모듈들(312, 313)은 20ms의 적분 시간으로 적분을 수행한다. 그 다음, 위성으로부터 모든 서브 프레임들이 획득되면, 제3 부 추적 모듈(313)은 20ms 이상의 적분 시간으로 적분을 수행한다. 여기서, 비트 동기화는 1ms의 시간 단위로 적분된 결과 값을 토대로 데이터 비트의 천이(transition) 위치를 찾아 해당 위치에서 동작을 시작하는 것이다. 이로써, 제1 부 추적 모듈(311)은 -145dBm까지 위성 신호를 추적할 수 있고, 제2 부 추적 모듈(312)은 -153dBm까지 위성 신호를 추적할 수 있으며, 제3 부 추적 모듈(313)은 -160dBm까지 위성 신호를 추적할 수 있게 된다.

추적 루프(40)는 추적 모듈(30)에 포함된 복수의 주 추적 모듈들에 대응하는 복수의 주 추적 루프들, 즉, 제1 주 추적 루프(41) 내지 제N 주 추적 루프(42)를 포함하고, 제1 주 추적 루프(41)는 제1 내지 제3 부 추적 모듈들(311, 312, 313)에 대응하는 제1 내지 제3 부 추적 루프들(411, 412, 413)을 포함하며, 제N 주 추적 루프(42)는 제1 내지 제3 부 추적 모듈들(321, 322, 323)에 대응하는 제1 내지 제3 부 추적 루프들(421, 422, 423)을 포함한다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실 시예에서, 각각의 주 추적 모듈은 3개의 부 추적 모듈들을 포함하므로, 각각의 주 추적 루프도 3개의 부 추적 루프들을 포함한다. 그러나, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하고, 다른 실시예에서 각각의 주 추적 루프는 부 추적 모듈들의 개수에 대응하는 부 추적 모듈들을 포함할 수 있다.

제1 내지 제3 부 추적 루프들(411, 412, 413) 각각은 제1 내지 제3 부 추적 모듈들(311, 312, 313)로부터 출력되는 데이터, 즉, 상관값을 이용하여 반송파 및 의사 잡음 코드를 추적하여 제1 내지 제3 추적 모듈들(311, 312, 313)을 제어한다. 또한, 제1 내지 제3 부 추적 루프들(411, 412, 413) 각각은 제1 내지 제3 부 추적 모듈들(311, 312, 313)로부터 출력되는 데이터, 즉 상관값을 이용하여 GPS 수신 장치(1)와 위성 간의 거리를 측정하여, 거리 측정값 및 SNR을 생성한다.

보다 상세하게는, 위성 신호의 의사 잡음 코드와 복제된 의사 잡음 코드 간의 지연이 없애고 위성 신호의 반송파와 복제된 반송파 간의 주파수 및 위상이 동일하도록 하기 위해, 제1 내지 제3 부 추적 루프들(411, 412, 413) 각각은 제1 내지 제3 부 추적 모듈들(311, 312, 313)의 반송파 발생기 및 코드 발생기의 주파수를 계산하여 제어값을 생성하고, 그 제어값을 이용하여 상기 반송파 발생기 및 코드 발생기의 주파수를 제어한다. 예를 들어, 제1 내지 제3 부 추적 루프(411, 412, 413)는 반송파 추적을 위해 FLL(Frequency Locked Loop) 또는 PLL(Phase Locked Loop)이 적용될 수 있고, 코드 추적을 위해 DLL(Delay Locked Loop)가 적용될 수 있다.

상술한 바와 같이 제1 내지 제3 부 추적 모듈들(311, 312, 313)은 서로 다른 적분 시간으로 신호를 적분하여 출력하기 때문에, 제1 내지 제3 부 추적 루프들(411, 412, 413)은 제1 내지 제3 부 추적 모듈들(311, 312, 313) 중 하나가 신호를 잃더라도 다른 부 추적 모듈에서 출력되는 데이터를 이용하여 신호를 잃은 부 추적 모듈의 신호를 계속 업데이트한다. 이로써, 추후 신호를 잃은 부 추적 모듈이 다시 신호를 획득하게 되면 그에 따른 제어값, 즉, 반송파 발생기 및 코드 발생기의 주파수 제어값을 전송하여 신호의 재획득에 소요되는 시간을 줄일 수 있다. 다시 말해, 제1 내지 제3 부 추적 루프들(411, 412, 413)은 신호를 잃은 부 추적 모듈에서 다시 신호를 획득하면 그 재획득한 신호를 처음부터 다시 추적하지 않고, 다른 부 추적 모듈에서 출력되는 데이터를 이용하여 곧바로 추적을 이어갈 수 있도록 함으로써, 추적 시간을 줄일 수 있다.

제1 내지 제3 부 추적 루프들(411, 412, 413) 각각은 제1 내지 제3 부 추적 모듈들(311, 312, 313)로부터 수신된 신호 중 하나의 SNR이 소정의 임계값보다 낮은 경우에 해당 부 추적 모듈은 신호를 잃은 것으로 판단한다. 제1 내지 제3 부 추적 모듈들(311, 312, 313) 중 제1 부 추적 모듈(311)의 적분 시간이 가장 짧기 때문에 SNR이 작은 경우가 많으므로, 제1 부 추적 모듈(311)이 신호를 잃는 경우가 많고, 제3 부 추적 모듈(313)의 적분 시간이 가장 길기 때문에 대부분 SNR이 크기 때문에 신호를 잃는 경우가 적다.

예를 들어, GPS 수신기가 신호의 감도가 좋지 않은 지역에 위치하는 경우, 제1 주 추적 루프(41)는 1ms의 적분 시간 동안 적분을 수행하는 제1 부 추적 모듈(311)로부터 출력되는 데이터를 이용해서 위성 추적을 추적할 수 없다. 그러 나, 제2 및 제3 부 추적 모듈들(312, 313)은 충분한 적분 시간 동안 적분을 수행하기 때문에, 신호의 감도가 좋지 않아도 제2 및 제3 부 추적 루프들(412, 413)은 지속적으로 신호를 추적할 수 있으므로, 그 추적 값을 제1 부 추적 루프(411)로 전달한다. 제1 부 추적 루프(411)는 제1 부 추적 모듈(311)의 신호를 계속 업데이트하여 제1 부 추적 모듈(311)이 신호 획득을 다시 하게 되면 추적을 계속 이어갈 수 있도록 한다.

도 3은 도 2에 포함된 제1 부 추적 모듈 및 제1 부 추적 루프를 상세하게 나타내는 블록도이다. 도 4는 도 3에 포함된 제1 부 추적 모듈을 상세하게 나타내는 블록도이다. 이하에서는, 도 1 내지 4을 참조하여, 제1 부 추적 모듈 및 제1 부 추적 루프의 동작을 상술하기로 한다.

도 1 내지 4를 참조하면, 제1 부 추적 모듈(311)은 반송파 제거부(3111), 코드 제거부(3112) 및 적산부(3113)를 포함한다. 도 2의 주 추적 모듈에 포함된 제2 및 제3 부 추적 모듈(312, 313)의 구성도 이와 유사하므로 생략하기로 한다.

반송파 제거부(3111)는 제1 부 추적 루프(411)에서 출력된 제어값을 기초로 하여 RF 처리부(20)에서 출력된 중간 주파수의 신호로부터 반송파를 제거한다. 보다 상세하게는, 반송파 제거부(3111)는 반송파 발생기(carrier generator, 31111)와 제1 및 제2 혼합기(mixer, 31112, 31113)들을 포함한다. 제1 및 제2 혼합기들(31112, 31113)은 RF 처리부(20)에서 출력된 중간 주파수의 신호와 반송파 발생기(31111)에서 출력되는 신호들을 혼합하여 중간 주파수의 신호에서 반송파를 제거하여 I 신호 및 Q 신호를 생성한다. 이 경우, 반송파 발생기(31111)는 제1 부 추적 루프(411)에서 출력되는 제어값에 따라 변경되는 주파수에 따라 반송파를 발생한다.

코드 제거부(3112)는 제1 부 추적 루프(411)에서 출력되는 제어값을 기초로 하여 반송파 제거부(3111)에서 출력되는 신호로부터 코드를 제거한다. 보다 상세하게는, 코드 제거부(3112)는 코드 발생기(code generator, 31121)와 제1 내지 제6 혼합기들(31122, 31123, 31124, 31125, 31126, 31127)을 포함한다. 제1 내지 제3 혼합기들(31122, 31123, 31124)은 반송파 제거부(3111)에서 출력된 I 신호와 코드 발생기(31121)에서 발생되는 C/A 코드, 즉, 얼리(early) 코드, 프롬프트(prompt) 코드 및 레이트(late) 코드를 혼합하여 I 신호에서 코드를 제거한다. 또한, 제4 내지 제6 혼합기들(31125, 31126, 31127)은 반송파 제거부(3111)에서 출력된 Q 신호와 코드 발생기(31121)에서 발생되는 C/A 코드, 즉, 얼리 코드, 프롬프트 코드 및 레이트 코드를 혼합하여 Q 신호에서 코드를 제거한다. 이 경우, 코드 발생기(31121)는 제1 부 추적 루프(411)에서 출력되는 제어값에 따라 변경되는 주파수에 따라 코드를 발생시킨다.

적산부(3113)는 코드 제거부(3112)에서 출력되는 신호를 소정의 적분 시간 단위로 적분하여 상관값을 출력한다. 보다 상세하게는, 적산부(3113)는 제1 내지 제6 적분기들(accumulator, 31131, 31132, 31133, 31134, 31135, 31136)을 포함하는데, 여기서, 적분기의 개수는 코드 제거부(3112)의 혼합기의 개수에 대응된다. 제1 내지 제3 적분기들(31131, 31132, 31133)은 I 신호와 얼리 코드, 프롬프트 코드 및 레이트 코드와의 상관 결과인 상관값을 각각 출력하고, 제4 내지 제6 적분기 들(31134, 31135, 31136)은 Q 신호와 얼리 코드, 프롬프트 코드 및 레이트 코드와의 상관 결과인 상관값을 각각 출력한다. 상술한 바와 같이, 각각의 부 추적 모듈마다 적분 시간이 서로 다르게 설정되는데, 제1 부 추적 모듈(311)의 적분 시간은 1ms이므로, 적산부(3113)에 포함된 제1 내지 제6 적분기들은 1ms 단위로 적분을 수행한다.

다시 도 2를 참조하면, 위치 계산부(50)는 제1 내지 제N 주 추적 루프들(41, 42)에서 출력되는 위성 및 수신기 간의 거리 측정값들 및 SNR들을 이용하여 GPS 수신장치(1)의 위치를 계산한다. 구체적으로, 위치 계산부(50)는 제1 주 추적 루프(41)에 포함된 제1 내지 제3 부 추적 루프들(411, 412, 413)로부터 거리 측정값들(L1, L2, L3) 및 SNR들(SNR1, SNR2, SNR3)을 수신한다.

종래의 GPS 수신 장치는 복수의 보조 채널 모듈들을 포함하지 않고 하나의 채널 모듈만을 포함하므로, 신호의 감도가 좋은 경우에는 적분 시간을 낮추고, 신호의 감도가 좋지 않은 경우에는 적분 시간을 늘려서 위성 신호를 추적한다. 이와 같이, 적분 시간을 늘리면 각 부 추적 모듈에서 출력되는 상관값이 변경되고, 이에 따라 각 부 추적 루프에서 측정된 거리의 정확도가 떨어지게 된다. 또한, 적분 시간을 늘리면 신호의 추적은 용이하나, 위치의 오차가 상대적으로 커진다.

본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 수신 장치(1)의 제1 주 채널 모듈(31)은 적분 시간이 서로 다른 복수의 보조 채널 모듈들(311, 312, 313)을 포함하고, 이에 대응되는 복수의 보조 채널 루프들(411, 412, 413)은 각각의 보조 채널 모듈(311, 312, 313)에서 출력되는 값을 이용하여 복수의 거리 측정값들을 생성하므로, 위치 계산부(50)는 각각의 거리 측정값을 모두 이용할 수 있다. 즉, GPS 수신 장치(1)는 복수의 보조 채널 모듈들을 포함함으로써, 신호가 약해서 신호의 감도가 좋지 않은 경우에도 하나의 위성에 대해 복수의 거리 측정값들을 획득할 수 있다. 이 경우, 위치 계산부(50)는 복수의 보조 채널 루프들(411, 412, 413)에서 생성되는 복수의 거리 측정값들 간에 가중치를 두어 보다 정확한 위치를 결정할 수 있다.

따라서, 위치 계산부(50)는 제1 내지 제3 보조 채널 루프들(411, 412, 413)에서 수신된 SNR들(SNR1, SNR2, SNR3)을 기초로 하여 제1 내지 제3 가중치들(α, β, γ)를 설정하고, 설정된 제1 내지 제3 가중치들(α, β, γ) 및 제1 내지 제3 거리 측정값들(L1, L2, L3)을 이용하여 최적의 위치를 계산한다. 구체적으로, 위치 계산부(50)의 아래의 수학식 1에 따라 최적의 위치 값을 계산한다.

[수학식 1]

L= α*L1 + β*L2 + γ*L3

여기서, L은 최적의 위치 값을 나타낸다. 예를 들어, 신호의 감도가 낮아서 적분 시간이 짧은 제1 보조 채널 모듈(311)에서 신호를 놓친 경우 제1 가중치(α)를 0으로 설정하고, 적분 시간이 긴 제2 및 제3 보조 채널 모듈(312, 313)에서 생성된 상관값을 기초로 하는 제2 및 제3 거리 측정값들(L2, L3)을 이용하여 위치를 계산한다.

도 5는 도 2의 위치 계산부의 동작을 설명하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 흐름도이다. 이하에서는, 도 2 및 5를 참조하여, 위치 계산부(50)의 동작을 상술하기로 한다.

5100 단계에서, 위치 계산부(50)는 제1 SNR(SNR1)이 제1 임계값(TH1) 보다 큰지 여부를 판단한다. 판단 결과, 제1 SNR(SNR1)이 제1 임계값(TH1) 보다 큰 경우 5200 단계를 수행하고, 그렇지 않으면 5300 단계를 수행한다.

5200 단계에서, 위치 계산부(50)는 제1 SNR(SNR1)이 제1 임계값(TH1) 보다 큰 경우이므로, 제1 가중치(α)를 1로 설정하고, 제2 및 제3 가중치(β, γ)를 0으로 설정한다. 제1 SNR(SNR1)이 제1 임계값(TH1) 보다 큰 경우는 적분 시간이 1ms로 가장 짧은 제1 부 추적 모듈(311)에서 수신된 신호의 감도가 상당히 좋은 것을 의미하므로, 제2 및 제3 부 추적 모듈들(312, 313)에서 수신된 신호를 이용하지 않아도 된다. 따라서, 위치 계산부(50)는 설정된 제1 내지 제3 가중치들(α, β, γ)을 수학식 1에 적용하여 최적의 위치를 L1으로 출력한다.

5300 단계에서, 위치 계산부(50)는 제1 SNR(SNR1)이 제2 임계값(TH2) 보다 큰지 여부를 판단한다. 여기서, 제2 임계값(TH2)은 제1 임계값(TH1) 보다 작다. 판단 결과, 제1 SNR(SNR1)이 제2 임계값(TH2) 보다 큰 경우 5400 단계를 수행하고, 그렇지 않으면 5500 단계를 수행한다.

5400 단계에서, 위치 계산부(50)는 제1 SNR(SNR1)이 제2 임계값(TH2)과 제1 임계값(TH1) 사이인 경우이므로, 제3 가중치(γ)를 0으로 설정하고, 제1 및 제2 가중치들(α, β)을 다음 수학식 2 및 3을 이용하여 설정한다.

[수학식 2]

α = SNR1 / (SNR1 + SNR2)

[수학식 3]

β = SNR2 / (SNR1 + SNR2)

제1 SNR(SNR1)이 제2 임계값(TH2)과 제1 임계값(TH1) 사이인 경우는 제1 및 제2 부 추적 모듈들(311, 312)에서 각각 수신된 신호의 감도가 좋은 것을 의미하므로, 제3 부 추적 모듈(313)에서 수신된 신호를 이용하지 않아도 된다. 따라서, 위치 계산부(50)는 설정된 제1 내지 제3 가중치들(α, β, γ)을 수학식 1에 적용하여 최적의 위치를 α*L1 + β*L2로 출력한다.

5500 단계에서, 위치 계산부(50)는 제2 SNR(SNR2)이 제3 임계값(TH3) 보다 큰지 여부를 판단한다. 판단 결과, 제2 SNR(SNR2)이 제3 임계값(TH3) 보다 큰 경우 5600 단계를 수행하고, 그렇지 않으면 5700 단계를 수행한다.

5600 단계에서, 위치 계산부(50)는 제1 SNR(SNR1)이 제2 임계값(TH2) 보다 작고, 제2 SNR(SNR2)이 제3 임계값(TH3) 보다 큰 경우이므로, 제1 가중치(α)를 0으로 설정하고, 제2 및 제3 가중치들(β, γ)을 다음 수학식 4 및 5를 이용하여 설정한다.

[수학식 4]

β = SNR2 / (SNR1+SNR2)

[수학식 5]

γ = SNR3 / (SNR2+SNR3)

제1 SNR(SNR1)이 제2 임계값(TH2) 보다 작은 경우는 제1 부 추적 모듈(311)에서 수신된 신호의 감도가 좋지 않음을 의미하므로, 제1 부 추적 모듈(311)에서 수신된 신호를 이용하지 않아도 된다. 이로써, 위치 계산부(50)는 설정된 제2 및 제3 가중치(β, γ)를 수학식 1에 적용하여 최적의 위치를 β*L2 + γ*L3으로 출력한다.

5700 단계에서, 위치 계산부(50)는 제1 SNR(SNR1)이 제2 임계값(TH2) 보다 작고, 제2 SNR(SNR2)이 제3 임계값(TH3) 보다 작은 경우이므로, 제1 및 제2 가중치(α, β)를 0으로 설정하고, 제3 가중치(γ)를 1로 설정한다. 제1 SNR(SNR1)이 제2 임계값(TH2) 보다 작고, 제2 SNR(SNR2)이 제3 임계값(TH3) 보다 작은 경우는 제1 및 제2 부 추적 모듈들(311, 312)에서 수신된 신호의 감도가 좋지 않음을 의미하므로, 제1 및 제2 부 추적 모듈들(311, 312)에서 수신된 신호를 이용하지 않아도 된다. 이로써, 위치 계산부(50)는 설정된 제1 내지 제3 가중치들(α, β, γ)을 수학식 1을 적용하여 최적의 위치를 L3으로 출력한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위치 계산부의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명의 다른 실시예에서, 각각의 주 채널 모듈은 두 개의 보조 채널 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 주 채널 모듈(31)은 제1 및 제2 보조 채널 모듈들(311, 312)만을 포함할 수 있다. 이하에서는, 이러한 경우의 위치 계산부(50)의 동작을 상술하기로 한다.

도 6을 참조하면, 6100 단계에서, 위치 계산부(50)는 제1 SNR(SNR1)이 제1 임계값(TH1) 보다 큰지 여부를 판단한다. 판단 결과, 제1 SNR(SNR1)이 제1 임계값(TH1) 보다 큰 경우 6200 단계를 수행하고, 그렇지 않으면 6300 단계를 수행한다.

6200 단계에서, 위치 계산부(50)는 제1 SNR(SNR1)이 제1 임계값(TH1) 보다 큰 경우 제1 가중치(α)를 1로 설정하고, 제2 가중치(β)를 0으로 설정한다. 제1 SNR(SNR1)이 제1 임계값(TH1) 보다 큰 경우는 적분 시간이 1ms로 가장 짧은 제1 부 추적 모듈(311)에서 수신된 신호의 감도가 상당히 좋은 것을 의미하므로, 제2 부 추적 모듈(312)에서 수신된 신호를 이용하지 않아도 된다. 따라서, 위치 계산부(50)는 수학식 1을 이용하여 최적의 위치를 L1으로 출력한다.

6300 단계에서, 위치 계산부(50)는 제1 SNR(SNR1)이 제2 임계값(TH2) 보다 큰지 여부를 판단한다. 여기서, 제2 임계값(TH2)은 제1 임계값(TH1) 보다 작다. 판단 결과, 제1 SNR(SNR1)이 제2 임계값(TH2) 보다 큰 경우 6400 단계를 수행하고, 그렇지 않으면 6500 단계를 수행한다.

6400 단계에서, 위치 계산부(50)는 제1 SNR(SNR1)이 제2 임계값(TH2)과 제1 임계값(TH1) 사이인 경우이므로, 제1 및 제2 가중치(α, β)를 다음 상기 수학식 2 및 3을 이용하여 설정한다. 따라서, 위치 계산부(50)는 설정된 제1 및 제2 가중치를 수학식 1에 적용하여 최적의 위치를 α*L1 + β*L2로 출력한다.

6500 단계에서, 위치 계산부(50)는 제1 SNR(SNR1)이 제2 임계값(TH2) 보다 작은 경우이므로, 제1 가중치(α)를 0으로 설정하고, 제2 가중치(β)를 1로 설정한다. 제1 SNR(SNR1)이 제2 임계값(TH2) 보다 작은 경우는 제1 부 추적 모듈(311)에서 수신된 신호의 감도가 좋지 않음을 의미하므로, 제1 부 추적 모듈(311)에서 수신된 신호를 이용하지 않아도 된다. 이로써, 위치 계산부(50)는 설정된 수학식 1을 이용하여 최적의 위치를 L2로 출력한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 추적 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 위성 추적 방법은 도 1 내지 4에 도시된 위성 추적 장치에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도 1 내지 4에 도시된 위성 추적 장치에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시예에 따른 위성 추적 방법에도 적용된다.

710 단계에서, 복수의 추적 모듈들은 복수의 위성들 중 하나로부터 수신된 위성 신호를 복제된 반송파 및 코드와 혼합한다. 여기서, 복제된 코드는 복제된 의사 잡음 코드이다.

720 단계에서, 복수의 추적 모듈들은 상기 혼합된 결과를 각각 서로 다른 적분 시간 단위로 적분하여 상관값들을 생성한다.

730 단계에서, 복수의 추적 루프들은 상기 상관값들을 기초로 하여 상기 복제된 반송파 및 코드를 제어하는 제어값들, 위성과 위성 추적 장치 사이의 거리 측정값들 및 위성 신호에 대한 SNR들을 생성한다.

740 단계에서, 위치 계산부는 상기 생성된 SNR들을 기초로 가중치들을 설정하여, 상기 설정된 가중치들을 상기 거리 측정값들에 적용하여 위성 추적 장치의 위치를 계산한다.

도 8a 및 8b는 본 발명의 일 실시예에 따라 제2 부 추적 모듈만 이용하여 계산한 위치의 오류를 나타낸다. 도 9a 및 9b는 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 및 제2 부 추적 모듈을 이용하여 계산한 위치의 오류를 나타낸다.

도 8a 및 9a는 단독 측위 오류(stand-alone positioning error)를 나타내는 데, 가로축의 m 단위의 동쪽(east)을 나타내고, 세로축은 m 단위의 북쪽(north)을 나타낸다. 도 8b 및 9b는 2D rms 오류를 나타내는데, 가로축은 초 단위의 시간이고, 세로축은 m 단위의 2D rms 오류를 나타낸다. 먼저, 도 8a와 9a를 비교해보면, 제1 및 제2 부 추적 모듈을 모두 이용한 도 9a의 경우 오류가 훨씬 줄어든 것을 알 수 있다. 마찬가지로, 도 8b와 9b를 비교해보면, 도 9b의 경우 오류가 줄어든 것을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명이 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이와 균등하거나 또는 등가적인 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다 할 것이다.

또한, 본 발명에 따른 시스템은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 GPS 수신 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.

도 2는 도 1의 GPS 수신 장치의 일부를 상세하게 나타내는 블록도이다.

도 3은 도 2에 포함된 제1 부 추적 모듈 및 제1 부 추적 루프를 상세하게 나타내는 블록도이다.

도 4는 도 3에 포함된 제1 부 추적 모듈을 상세하게 나타내는 블록도이다.

도 5는 도 2의 위치 계산부의 동작을 설명하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 흐름도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위치 계산부의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 추적 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 8a 및 8b는 본 발명의 일 실시예에 따라 제2 부 추적 모듈만 이용하여 계산한 위치의 오류를 나타낸다.

도 9a 및 9b는 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 및 제2 부 추적 모듈을 이용하여 계산한 위치의 오류를 나타낸다.

Claims (20)

1. 위성 추적 장치에 있어서,

   위성으로부터 수신된 위성 신호를 기초로 각각 서로 다른 적분 시간 단위로 적분 연산을 수행함으로써 상관값들을 생성하는 복수의 추적 모듈들;

   상기 상관값들에 기초로 상기 위성과 상기 위성 추적 장치 사이의 거리 측정값들 및 상기 위성 신호에 대한 SNR(signal to noise ratio)들을 생성하는 복수의 추적 루프들; 및

   상기 SNR들을 기초로 가중치들을 설정하고, 상기 가중치들을 상기 거리 측정값들에 적용하여 상기 위성 추적 장치의 위치를 계산하는 위치 계산부를 포함하는 위성 추적 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 추적 모듈들은 상기 위성 신호를 복제된 반송파 및 코드와 혼합하고, 상기 혼합된 결과를 각각 서로 다른 적분 시간 단위로 적분하여 상기 상관값들을 생성하고,

   상기 복수의 추적 루프들은 상기 상관값들에 기초로 하여 상기 복제된 반송파 및 코드를 제어하는 제어값들, 상기 거리 측정값들 및 상기 SNR들을 생성하는 것을 특징으로 하는 위성 추적 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 복수의 추적 루프들은, 상기 복수의 추적 모듈들 중 하나가 상기 위성 신호를 잃은 경우에 다른 추적 모듈에서 생성된 상관값을 이용하여 상기 위성 신호를 잃은 추적 모듈에 대한 제어값을 업데이트하는 것을 특징으로 하는 위성 추적 장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 복수의 추적 모듈들은 제1 및 제2 추적 모듈들을 포함하고,

   상기 제1 추적 모듈의 제1 적분 시간은 상기 코드의 주기로 설정되고, 상기 제2 추적 모듈의 제2 적분 시간은 데이터 비트의 주기로 설정되는 것을 특징으로 하는 위성 추적 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 복수의 추적 루프들은 상기 제1 추적 모듈에 대응되는 제1 추적 루프 및 상기 제2 추적 모듈에 대응되는 제2 추적 루프를 포함하고,

   상기 제1 추적 루프는 제1 거리 측정값 및 제1 SNR을 생성하고, 상기 제2 추적 루프는 제2 거리 측정값 및 제2 SNR을 생성하는 것을 특징으로 하는 위성 추적 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 위치 계산부는 상기 제1 SNR을 소정의 임계값과 비교하여 상기 제1 및 제2 거리 측정값들에 대한 가중치들을 설정하는 것을 특징으로 하는 위성 추적 장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 위치 계산부는

   상기 제1 SNR이 제1 임계값보다 큰 경우 상기 제1 거리 측정값에 대한 가중치를 1로 설정하고,

   상기 제1 SNR이 상기 제1 임계값보다 작은 제2 임계값보다 작은 경우 상기 제2 거리 측정값에 대한 가중치를 1로 설정하며,

   상기 제1 SNR이 상기 제2 임계값과 상기 제1 임계값의 사이인 경우 상기 제1 거리 측정값에 대한 가중치는 상기 제1 SNR을 상기 제1 및 제2 SNR의 합으로 나눈 값으로, 상기 제2 거리 측정값에 대한 가중치는 상기 제2 SNR을 상기 제1 및 제2 SNR의 합으로 나눈 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 위성 추적 장치.
8. 제4항에 있어서,

   상기 복수의 추적 모듈은 상기 제2 적분 시간보다 긴 제3 적분 시간을 갖는 제3 추적 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 추적 장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 복수의 추적 루프들은 상기 제1 추적 모듈에 대응되는 제1 추적 루프, 상기 제2 추적 모듈에 대응되는 제2 추적 루프 및 상기 제3 추적 모듈에 대응되는 제3 추적 루프를 포함하고,

   상기 제1 추적 루프는 제1 거리 측정값 및 제1 SNR을 생성하고, 상기 제2 추적 루프는 제2 거리 측정값 및 제2 SNR을 생성하며, 상기 제3 추적 루프는 제3 거리 측정값 및 제3 SNR을 생성하는 것을 특징으로 하는 위성 추적 장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 위치 계산부는 상기 제1 및 제2 SNR들을 소정의 임계값들과 비교하여 상기 제1 내지 제3 거리 측정값들에 대한 가중치들을 설정하는 것을 특징으로 하는 위성 추적 장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 위치 계산부는

    상기 제1 SNR이 제1 임계값보다 큰 경우 상기 제1 거리 측정값에 대한 가중치를 1로 설정하고,

    상기 제1 SNR이 상기 제1 임계값보다 작은 제2 임계값과 상기 제1 임계값의 사이인 경우 상기 제1 거리 측정값에 대한 가중치는 상기 제1 SNR을 상기 제1 및 제2 SNR의 합으로 나눈 값으로, 상기 제2 거리 측정값에 대한 가중치는 상기 제2 SNR을 상기 제1 및 제2 SNR의 합으로 나눈 값으로 설정하며,

    상기 제1 SNR이 상기 제2 임계값보다 작고, 상기 제2 SNR이 제3 임계값보다 큰 경우 상기 제2 거리 측정값에 대한 가중치는 상기 제2 SNR을 상기 제2 및 제3 SNR의 합으로 나눈 값으로, 상기 제3 거리 측정값에 대한 가중치는 상기 제3 SNR을 상기 제2 및 제3 SNR의 합으로 나눈 값으로 설정하고,

    상기 제1 SNR이 상기 제2 임계값보다 작고, 상기 제2 SNR이 상기 제3 임계값보다 작은 경우 상기 제3 거리 측정값에 대한 가중치를 1로 설정하는 것을 특징으로 하는 위성 추적 장치.
12. 위성 추적 장치의 위성 추적 방법으로서,

    위성으로부터 수신된 위성 신호를 기초로 각각 서로 다른 적분 시간 단위로 적분 연산을 수행함으로써 상관값들을 생성하는 단계;

    상기 상관값들을 기초로 상기 위성과 상기 위성 추적 장치 사이의 거리 측정값들 및 상기 위성 신호에 대한 SNR들을 생성하는 단계; 및

    상기 SNR들을 기초로 가중치들을 설정하여, 상기 설정된 가중치들을 상기 거리 측정값들에 적용하여 상기 위성 추적 장치의 위치를 계산하는 단계를 포함하는 위성 추적 방법.
13. 제12항에 있어서,

    상기 상관값들을 생성하는 단계는 상기 위성 추적 장치에 포함된 복수의 추적 모듈들에 의해 수행되고,

    상기 복수의 추적 모듈들 중 하나가 상기 위성 신호를 잃은 경우에 다른 추적 모듈에서 생성된 상관값을 이용하여 상기 위성 신호를 잃은 추적 모듈에 대한 제어값을 업데이트하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 추적 방법.
14. 제13항에 있어서,

    상기 위치를 계산하는 단계는, 상기 SNR들을 소정의 임계값과 비교하여 상기 거리 측정값들에 대한 가중치를 설정하는 것을 특징으로 하는 위성 추적 방법.
15. 제14항에 있어서,

    상기 SNR들은 제1 및 제2 SNR을 포함하고,

    상기 위치를 계산하는 단계는.

    상기 제1 SNR이 제1 임계값 보다 큰지 여부를 판단하는 단계; 및

    상기 제1 SNR이 상기 제1 임계값보다 큰 경우 상기 제1 SNR에 대응되는 거리 측정값을 상기 위성 추적 장치의 위치로 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 추적 방법.
16. 제15항에 있어서,

    상기 위치를 계산하는 단계는,

    상기 제1 SNR이 상기 제1 임계값보다 작은 경우 상기 제1 SNR이 상기 제1 임계값보다 작은 제2 임계값보다 큰지 여부를 판단하는 단계;

    상기 제1 SNR이 상기 제2 임계값보다 큰 경우 상기 제1 및 제2 SNR에 따라 가중치를 설정하여 상기 위성 추적 장치의 위치를 계산하는 단계; 및

    상기 제1 SNR이 상기 제2 임계값보다 작은 경우 상기 제2 SNR에 대응되는 거리 측정값을 상기 위성 추적 장치의 위치로 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 추적 방법.
17. 제14항에 있어서,

    상기 SNR들은 제1 내지 제3 SNR을 포함하고,

    상기 위치를 계산하는 단계는,

    상기 제1 SNR이 제1 임계값보다 큰지 여부를 판단하는 단계; 및

    상기 제1 SNR이 상기 제1 임계값보다 큰 경우 상기 제1 SNR에 대응되는 거리 측정값을 상기 위성 추적 장치의 위치로 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 추적 방법.
18. 제17항에 있어서,

    상기 위치를 계산하는 단계는,

    상기 제1 SNR이 상기 제1 임계값보다 작은 경우 상기 제1 SNR이 상기 제1 임계값보다 작은 제2 임계값보다 큰지 여부를 판단하는 단계; 및

    상기 제1 SNR이 상기 제2 임계값보다 큰 경우 상기 제1 및 제2 SNR에 따라 가중치를 설정하여 상기 위성 추적 장치의 위치를 계산하는 단계를 더 포함하는 것 을 특징으로 하는 위성 추적 방법.
19. 제18항에 있어서,

    상기 위치를 계산하는 단계는,

    상기 제1 SNR이 상기 제2 임계값보다 작은 경우 상기 제2 SNR이 제3 임계값보다 큰지 여부를 판단하는 단계;

    상기 제2 SNR이 상기 제3 임계값보다 큰 경우 상기 제2 및 제3 SNR에 따라 가중치를 설정하여 상기 위성 추적 장치의 위치를 계산하는 단계; 및

    상기 제2 SNR이 상기 제3 임계값보다 작은 경우 상기 제3 SNR에 대응되는 거리 측정값을 상기 위성 추적 장치의 위치로 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 추적 방법.
20. 제12항 내지 제19항 중 어느 하나의 위성 추적 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.

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