KR20100034290A

KR20100034290A - 위성전파항법 보강 시스템

Info

Publication number: KR20100034290A
Application number: KR1020080093338A
Authority: KR
Inventors: 조득재; 박상현; 서상현
Original assignee: 한국해양연구원
Priority date: 2008-09-23
Filing date: 2008-09-23
Publication date: 2010-04-01
Also published as: KR100980093B1

Abstract

본 발명은 기준국의 송신기를 통해 출력되는 위성 오차정보와 위성으로부터 수신된 위성신호를 이용하여 기준국에서 송출된 위성 오차정보의 신뢰성을 감시하는 감시국과, 기준국과 감시국을 제어하는 제어국을 구비하는 위성전파항법 보강 시스템에 관한 것으로서, 기준국은 GPS 안테나를 통해 수신된 위성신호에 대해 설정된 대역폭의 신호를 추출하여 출력하는 제1광대역필터와, 제1광대역 필터에서 출력되는 신호의 주파수를 더 낮은 주파수 신호로 변환하는 제1다운 컨버터와, 제1다운 컨버터에서 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환하는 제1 A/D 변환기와, 제1 A/D 변환기에서 출력되는 신호로부터 위성 오차정보를 산출하여 송신기로 출력하는 오차정보 산출기를 구비하고, 오차정보 산출기는 프로그래밍 가능한 컴퓨터에 탑재되어 실행될 수 있게 구축된다.

위성전파항법 보강 시스템, 업그레이드, 컴퓨터, 응용프로그램

Description

위성전파항법 보강 시스템{GNSS augmentation system}

본 발명은 위성전파항법 보강시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 기준국 또는 감시국의 업그레이드가 용이한 위성전파항법 보강시스템에 관한 것이다.

위성전파항법 시스템은 전세계 어디에서나 위치와 시각정보를 제공하며, 로란-C와 같은 지상전파항법 시스템보다 높은 정확도의 측위 서비스를 제공한다는 점에서 해상항법 분야를 포함하여 그 활용 범위가 급속히 넓어지고 있다. 그런데, 현재의 위성전파항법 체계만을 단독으로 사용하는 단독 측위법(standalone positioning)은 항만과 같이 교통량이 많고, 선박 상호간의 충돌 위험도가 높은 지역에서 요구되는 측위 정확도를 만족시키지 못하는 문제가 있다. 이를 해결하기 위한 대표적 방법이 위성전파항법 보강시스템(GNSS augmentation system)을 이용한 DGNSS(Differential Global Navigation Satellite Systems) 측위법이다. DGNSS 측위법은 보강시스템에 설치된 기준국 수신기를 이용하여 위성신호의 오차성분을 추출하고, 추출된 오차성분을 해당 기준국 이용범위 안에 있는 주변 위성전파항법 이용자 단말기들에게 방송하여 위성신호 오차를 보정하게 함으로써 측위 정확도를 향상시키는 방법이다.

한편, 유럽연합은 군사적인 목적으로 시작되어 보편화 된 GPS와 러시아의 GLONASS(Glogal Navigation Satellite System)가 여전히 민간용 또는 상업적 사용에 대해 제약을 받고 있으므로 이를 탈피하고, 미국과 러시아가 주도하고 있는 위성항법기술 및 시장 의존도를 낮춤과 동시에 새로운 위성항법관련 시장을 창출하기 위해 새로운 전지구 위성항법시스템인 갈릴레오(Galileo) 구축을 추진 중에 있다. 또한, GPS를 운용중인 미국 정부는 군과 민간의 요구를 수렴하고, 유럽연합의 갈릴레오 위성항법시스템에 대한 비교 우위를 확보하기 위해 GPS 현대화 계획을 수립하였다. GPS에 대응하기 위하여 러시아에서 구축한 위성항법시스템인 GLONASS는 러시아의 경제난으로 인하여 불완전 운용중이었으나, 현재 GLONASS 위성배치를 복원하기 위한 프로그램을 추진 중에 있다.

이상과 같이 위성항법시스템의 다원화는 현재 GPS 중심의 위성항법보강시스템에서 탈피한 GNSS(Glogal Navigation Satellite System) 통합보강시스템으로의 진화를 더욱 가속화시키고 있다.

또한, 우리나라뿐만 아니라 전 세계적으로 해양용 위성항법보강시스템인 DGPS(Differential GPS)시스템의 내구연한 도래에 따라 개선된 성능의 DGNSS(Differential GNSS) 통합 보강시스템 및 관련 운영 체계에 대한 개선 요구가 증가하고 있다.

국제항로표지협회(International Association of marine aids to navigation and Lighthouse Authorities, IALA)는 현재와 미래의 시스템 이용을 평가하여 노후한 시스템의 구조개선을 위한 권고사항이 필요하다고 결론내리고, 국제해사기 구(International Maritime Organization, IMO) 결의 A.915(22)에 따른 항법시스템의 요구사항을 만족시키기 위해 사용자 편의를 위한 시스템 개발과 기술적인 혁신을 통해 위성항법시스템의 성능향상이 가능할 것으로 보고 있다.

우리나라에서도 국제적 환경변화에 따라 국토해양부가 국가 측위 인프라로서 운영하고 있는 위성항법보강시스템인 DGPS를 고도화하기 위한 통합보강시스템의 구축 및 운영개선을 위한 노력을 기울이고 있다.

본 발명은 상기와 같은 위성항법 보강시스템의 개선요구에 대해, 업그레이드가 용이하게 이루어질 수 있는 위성항법 보강시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 위성항법 보강시스템은 기준국의 송신기를 통해 출력되는 위성 오차정보와 위성으로부터 수신된 위성신호를 이용하여 상기 기준국에서 송출된 위성 오차정보의 신뢰성을 감시하는 감시국과, 상기 기준국과 감시국을 제어하는 제어국을 구비하는 위성전파항법 보강 시스템에 있어서, 상기 기준국은 GPS 안테나를 통해 수신된 위성신호에 대해 설정된 대역폭의 신호를 추출하여 출력하는 제1광대역필터와; 상기 제1광대역 필터에서 출력되는 신호의 주파수를 더 낮은 주파수 신호로 변환하는 제1다운 컨버터와; 상기 제1다운 컨버터에서 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환하는 제1 A/D 변환기와; 상기 제1 A/D 변환기에서 출력되는 신호로부터 위성 오차정보를 산출하여 상기 송신기로 출력하는 오차정보 산출기;를 구비하고, 상기 오차정보 산출기는 프로그래밍 가능한 컴퓨터에 탑재되어 실행될 수 있게 구축된다.

바람직하게는 상기 오차정보 산출기는 상기 제1 A/D변환기에서 출력되는 디지털 신호로부터 위성신호와의 동기 유지를 위한 동위 위상 상관값, 직교위상 상관값, 앞섬 코드에 대한 상관값 및 뒤짐 코드에 대한 상관값을 제공하는 제1라디오 상관기 모듈과; 상기 제1라디오 상관기 모듈에서 제공된 상기 상관값들로부터 수신 된 상기 위성신호의 초기동기 및 위성과 수신기 간의 의사거리를 측정하는 측정치 생성모듈과; 상기 측정치 생성모듈로부터 측정된 측정값으로부터 상기 위성 오차정보를 생성하는 보정정보 생성모듈과; 상기 보정정보 생성모듈에서 생성된 위성 오차정보를 설정된 송신 포맷으로 변환하여 상기 송신기로 출력하는 포맷생성모듈;을 구비한다.

또한, 상기 제1라디오 상관기 모듈은 상기 제1 A/D 변환기에서 출력되는 직렬신호를 병렬신호로 변환처리하는 직/병렬 처리부와; 반송파 신호를 생성하는 반송파 생성기와; C/A 코드신호를 생성하는 코드 생성기와; 상기 직/병렬 처리부에서 출력되는 신호와, 상기 반송파생성기에서 출력되는 신호 및 상기 코드 생성기에서 출력되는 신호를 상호 조합하여 출력하는 조합부와; 상기 조합부에서 출력되는 조합신호에 대응되는 상관값이 미리 저정되어 있고, 상기 조합신호를 어드레스로 하여 대응되는 상관값을 제공하는 룩업테이블;을 구비한다.

더욱 바람직하게는 상기 감시국은 GPS 안테나를 통해 수신된 위성신호에 대해 설정된 대역폭의 신호를 추출하여 출력하는 제2광대역필터와; 상기 제2광대역 필터에서 출력되는 신호의 주파수를 더 낮은 주파수 신호로 변환하는 제2다운 컨버터와; 상기 제2다운 컨버터에서 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환하는 제2A/D 변환기와; 상기 기준국의 상기 송신기를 통해 수신되는 신호를 디코딩하여 출력하는 데이터 링크 수신기와; 상기 제2 A/D 변환기에서 출력되는 신호와 상기 링크 수신기로부터 수신된 신호로부터 상기 위성 오차정보의 신뢰도를 판단하고, 판단결과를 상기 제어국 및 상기 기준국에 출력하는 감시정보 산출기;를 구비하고, 상기 감 시정보 산출기는 프로그래밍 가능한 컴퓨터에 탑재되어 실행될 수 있게 구축된다.

본 발명에 따른 위성항법 보강 시스템은 수신된 위성신호로부터 위성오차정보를 산출하는 기준국 또는 위성오차정보의 신뢰도를 감시하는 감시국의 연산처리를 담당하는 부분이 프로그래밍 가능한 컴퓨터에 의해 실행될 수 있도록 구축할 수 있어, 업그레이드시 관련 프로그램을 변경하면 되기 때문에 위성항법 운용체계의 변화에 신속히 대처할 수 있으면서 업그레이드에 의한 경제적 부담을 완화시킬 수 있는 장점을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 위성전파항법 보강 시스템을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 위성항법 보강 시스템을 나타내 보인 블록도이고, 도 2는 도 1의 기준국의 상세 블록도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 위성항법 보강 시스템은 기준국(100), 감시국(200) 및 제어국(300)을 구비한다.

기준국(100)은 GPS안테나(102)를 통해 수신된 신호로부터 위성 오차정보를 산출하여 송신기(104)로 출력한다.

기준국(100)은 제1광대역필터(111), 제1다운컨버터(113), 제1A/D변환기(115), 오차정보산출기(130)를 구비한다.

제1광대역필터(111)는 GPS 안테나(102)를 통해 수신된 위성신호에 대해 설정 된 대역폭의 신호를 추출하여 출력한다.

제1다운컨버터(113)는 주파수 혼합기로서 제1광대역 필터(111)에서 출력되는 신호와 국부발진기(미도시)의 신호를 혼합 또는 차감하여 보다 낮은 중간 주파수(IF; Intermediate Frequency) 신호로 변환한다.

제1 A/D 변환기(115)는 제1다운 컨버터(113)에서 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환한다.

오차정보 산출기(130)는 제1 A/D 변환기(115)에서 출력되는 신호로부터 위성 오차정보를 산출하여 송신기(104)로 출력한다.

여기서 오차정보 산출기(130)는 프로그래밍 가능한 컴퓨터(120)에 탑재되어 실행되는 응용프로그램이다.

컴퓨터(120)는 중앙처리장치(121), 롬(ROM)(122), 입력장치(123), 표시장치(124), 기억장치(125) 및 입출력인터페이스(126)로 되어 있고, 오차정보 산출기(130)는 기억장치(125)에 탑재되어 운용체계의 지원하에 실행될 수 있게 설치되어 있다.

이러한 오차정보 산출기(130)는 업그레이드시에 프로그램의 변경이 용이하여 하드웨어적인 변경을 최소화 할 수 있는 장점을 제공한다.

오차정보 산출기(130)는 도 3에 도시된 바와 같이 제1라디오 상관기 모듈(131), 측정치 생성모듈(141), 보정정보 생성모듈(143), RTCM포맷생성모듈(145)을 구비한다.

제1라디오 상관기 모듈(131)은 제1 A/D변환기(115)에서 출력되는 디지털 신 호로부터 반송파 및 코드를 제거하여 위성신호와의 동기유지를 위해 요구되는 상관값을 산출한다. 제1라디오 상관기 모듈(131)에서 산출되는 상관값은 반송파 및 코드를 추적하는 판별기의 종류에 따라 결정되며, 일 예로서, 반송파 추적루프를 위해 동위 위상(in-phase) 상관값과, 직교위상(quadrature-phase) 상관값 그리고, 코드 추적루프를 위해 앞섬(early) 코드에 대한 상관값과, 뒤짐(late) 코드에 대한 상관값을 산출한다.

이러한 제1라디오 상관기 모듈(131)은 상관값을 연산하는 과정에서의 연산부담을 완화시키기 위해 도 5에 도시된 바와 같은 처리모듈에 의해 상관값을 산출하도록 구축되는 것이 바람직하다.

도 5를 참조하면, 제1라디오 상관기 모듈(131)은 직/병렬 처리부(132), 반송파 생성기(133), 코드 생성기(135), 조합부(137) 및 룩업테이블(138)을 구비한다.

직/병렬 처리부(132)는 제1 A/D 변환기(115)에서 출력되는 직렬신호 즉, IF데이터에 대해 설정된 비트수 만큼을 병렬신호로 변환하여 조합부(137)에 출력한다.

반송파 생성기(133)는 반송파신호를 생성하여 출력한다. 여기서 반송파신호는 중간 주파수 신호(IF)를 제거하기 위해 생성하는 동위 위상 반송파 신호와 직교 위상 반송파 신호를 말한다.

바람직하게는 반송파 생성기(133)는 이웃하는 반송파들의 변화가 적은 특성을 이용하여 반송파 패턴의 수를 일반화하여 압축된 반송파를 생성하고, 생성된 압축반송파를 출력하도록 구축된다.

코드 생성기(135)는 C/A 코드신호를 생성하는 출력한다. 여기서 C/A 코드신호는 위성으로부터 수신된 코드신호를 제거하기 위해 생성되는 신호이다.

바람직하게는 코드 생성기(135)는 코드 위상(code phase)과 샘플링 클럭과의 관계에 따라 코드 패턴의 수를 일반화하여 압축된 코드신호를 생성하고, 생성된 압축코드신호를 출력하도록 구축된다.

조합부(137)는 직/병렬 처리부(132)에서 출력되는 신호와, 반송파 생성기(133)에서 출력되는 신호 및 코드 생성기(135)에서 출력되는 신호를 상호 조합하여 출력한다.

일 예로서, 조합부(137)는 직/병렬 처리부(32)에서 출력되는 신호와, 반송파생성기(133)에서 출력되는 신호 및 코드 생성기(135)에서 출력되는 신호를 직렬상으로 순차적으로 합성한 열을 조합신호로서 출력한다.

룩업테이블(LUT)(138)은 조합부(137)에서 출력되는 조합신호에 대응되는 상관값이 미리 저정되어 있고, 조합부(137)에서 출력되는 조합신호를 어드레스로 하여 대응되는 상관값을 제공한다.

이러한 상관처리구조에 의하면 연산 부담을 줄일 수 있어 처리 속도를 향상시킬 수 있다.

제1측정치 생성모듈(141)은 제1라디오 상관기 모듈(131)에서 제공되는 상관값으로부터 수신한 위성신호의 초기 동기 및 위성과 수신기 간의 의사거리를 측정한다.

보정정보 생성모듈(143)은 제1측정치 생성모듈(141)로부터 측정된 측정값으 로부터 위성 오차정보를 생성한다. 여기서 위성 오차정보는 의사거리 보정정보(PRC; Pseudorange Correction)와 의사거리 변화율 보정정보(RRC;Pseudorange Rate Correction)가 포함된다.

RTCM포맷생성모듈(145)은 보정정보 생성모듈(143)에서 생성된 위성 오차정보를 설정된 송신 포맷으로 변환하여 송신기(104)로 출력한다.

도시된 예에서는 RTCM포맷생성모듈(145)은 보정정보 생성모듈(143)에서 생성된 위성오차 정보를 RTCM(Radio Technical Commission for Maritime Services) 표준으로 변환하는 것을 예로 하였고, 표준이 바뀔 경우 바뀐 표준의 포맷으로 변환처리하도록 구축되면 된다.

송신기(104)는 송신안테나(106)를 통해 위성 오차정보를 송출한다.

한편, 감시국(200)은 기준국(100)의 송신기(104)를 통해 출력되는 위성 오차정보와 위성으로부터 수신된 위성신호를 이용하여 기준국(100)의 위성 오차정보의 신뢰성을 감시하고, 감시결과를 출력한다.

감시국(200)의 구조는 도 2 및 도 4를 참조하여 설명한다.

감시국(200)은 제2광대역필터(211), 제2다운컨버터(213), 제2A/D변환기(215), 감시정보산출기(230) 및 데이터 링크 수신기(250)를 구비한다.

여기서 제2 광대역필터(211), 제2다운컨버터(213), 제2A/D변환기(215)는 GPS안테나(102)안테나를 통해 수신된 신호를 처리하는 것으로 앞서 설명된 기준국(100)의 제1광대역필터(111), 제1다운컨버터(113), 제2A/D변환기(115)와 동일 기능을 하는 요소이고, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

데이터 링크 수신기(250)는 기준국(100)의 송신기(104)를 통해 수신되는 신호를 디코딩하여 출력한다.

감시정보 산출기(230)는 제2 A/D 변환기(215)에서 출력되는 신호와 데이터 링크 수신기(250)로부터 수신된 신호로부터 위성 오차정보의 무결성여부 즉, 신뢰도를 판단하고, 판단결과를 제어국(300) 및 기준국(100)에 제공한다. 일 예로서, 감시정보 산출기(230)는 제2 A/D 변환기(215)에서 출력되는 신호와 데이터 링크 수신기(250)로부터 수신된 신호로부터 RTCM SC-104의 RSIM(Reference Stations and Integrity Monitors)의 표준에 의해 위성 오차정보의 무결성여부 즉, 신뢰도를 판단하고, 판단결과를 출력하도록 구축된다.

여기서, 감시정보 산출기(230)도 도 2에 도시된 프로그래밍 가능한 컴퓨터(120)에 탑재되어 실행되는 응용프로그램으로 구축된다.

감시정보 산출기(230)는 도 4에 도시된 바와 같이 제2라디오 상관기모듈(231), 제2측정치 생성모듈(241) 및 무결성 감시정보 생성모듈(245)을 구비한다.

제2라디오 상관기모듈(231) 및 제2측정치 생성모듈(241)은 앞서 설명된 제1라디오 상관기모듈(131) 및 제1측정치 생성모듈(141)과 동일 기능을 수행한다.

무결성 감시정보 생성모듈(245)은 데이터 링크 수신기(250)에서 수신된 정보와 제2측정치 생성모듈(241)로부터 생성된 측정값으로부터 기준국(100)에서 생성한 위성오차정보가 정확한지의 여부를 판단하고, 판단결과를 통신 인터페이스를 통해 기준국(100) 및 제어국(300)에 제공한다.

제어국(300)은 기준국(100)과 감시국(200)으로부터 송출되는 신호를 모니터 링 하고 제어한다.

도 1은 본 발명에 따른 위성항법 보강 시스템을 나타내 보인 블록도이고,

도 2는 도 1의 기준국의 상세 블록도이고,

도 3은 도 2의 컴퓨터에 설치된 기준국 처리모듈의 상세 블록도이고,

도 4는 도 1의 감시국의 상세 블록도이고,

도 5는 도 2의 제1라디오 상관기 모듈의 상세 블록도이다.

Claims

기준국의 송신기를 통해 출력되는 위성 오차정보와 위성으로부터 수신된 위성신호를 이용하여 상기 기준국에서 송출된 위성 오차정보의 신뢰성을 감시하는 감시국과, 상기 기준국과 감시국을 제어하는 제어국을 구비하는 위성전파항법 보강 시스템에 있어서,

상기 기준국은

GPS 안테나를 통해 수신된 위성신호에 대해 설정된 대역폭의 신호를 추출하여 출력하는 제1광대역필터와;

상기 제1광대역 필터에서 출력되는 신호의 주파수를 더 낮은 주파수 신호로 변환하는 제1다운 컨버터와;

상기 제1다운 컨버터에서 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환하는 제1 A/D 변환기와;

상기 제1 A/D 변환기에서 출력되는 신호로부터 위성 오차정보를 산출하여 상기 송신기로 출력하는 오차정보 산출기;를 구비하고,

상기 오차정보 산출기는 프로그래밍 가능한 컴퓨터에 탑재되어 실행될 수 있게 구축된 것을 특징으로 하는 위성전파항법 보강 시스템.
제1항에 있어서, 상기 오차정보 산출기는

상기 제1 A/D변환기에서 출력되는 디지털 신호로부터 위성신호와의 동기 유 지를 위한 동위 위상 상관값, 직교위상 상관값, 앞섬 코드에 대한 상관값 및 뒤짐 코드에 대한 상관값을 제공하는 제1라디오 상관기 모듈과;

상기 제1라디오 상관기 모듈에서 제공된 상기 상관값들로부터 수신된 상기 위성신호의 초기동기 및 위성과 수신기 간의 의사거리를 측정하는 측정치 생성모듈과;

상기 측정치 생성모듈로부터 측정된 측정값으로부터 상기 위성 오차정보를 생성하는 보정정보 생성모듈과;

상기 보정정보 생성모듈에서 생성된 위성 오차정보를 설정된 송신 포맷으로 변환하여 상기 송신기로 출력하는 포맷생성모듈;을 구비하는 것을 특징으로 하는 위성전파항법 보강 시스템.
제2항에 있어서, 상기 제1라디오 상관기 모듈은

상기 제1 A/D 변환기에서 출력되는 직렬신호를 병렬신호로 변환처리하는 직/병렬 처리부와;

반송파 신호를 생성하는 반송파 생성기와;

C/A 코드신호를 생성하는 코드 생성기와;

상기 직/병렬 처리부에서 출력되는 신호와, 상기 반송파생성기에서 출력되는 신호 및 상기 코드 생성기에서 출력되는 신호를 상호 조합하여 출력하는 조합부와;

상기 조합부에서 출력되는 조합신호에 대응되는 상관값이 미리 저정되어 있고, 상기 조합신호를 어드레스로 하여 대응되는 상관값을 제공하는 룩업테이블;을 구비하는 것을 특징으로 하는 위성전파항법 보강 시스템.
제3항에 있어서,

상기 감시국은

GPS 안테나를 통해 수신된 위성신호에 대해 설정된 대역폭의 신호를 추출하여 출력하는 제2광대역필터와;

상기 제2광대역 필터에서 출력되는 신호의 주파수를 더 낮은 주파수 신호로 변환하는 제2다운 컨버터와;

상기 제2다운 컨버터에서 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환하는 제2A/D 변환기와;

상기 기준국의 상기 송신기를 통해 수신되는 신호를 디코딩하여 출력하는 데이터 링크 수신기와;

상기 제2 A/D 변환기에서 출력되는 신호와 상기 링크 수신기로부터 수신된 신호로부터 상기 위성 오차정보의 신뢰도를 판단하고, 판단결과를 상기 제어국 및 상기 기준국에 출력하는 감시정보 산출기;를 구비하고,

상기 감시정보 산출기는 프로그래밍 가능한 컴퓨터에 탑재되어 실행될 수 있게 구축된 것을 특징으로 하는 위성전파항법 보강 시스템.