KR20100034328A

KR20100034328A - 위성항법신호 중계 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20100034328A
Application number: KR1020080093395A
Authority: KR
Inventors: 신천식; 이상욱; 김재훈
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2008-09-23
Filing date: 2008-09-23
Publication date: 2010-04-01
Also published as: KR100981964B1

Abstract

본 발명은 항법신호 중계장치 및 그 방법을 개시한다.

본 발명은 건물 옥상 및 위성에 대한 가시도가 보장된 장소에 항법신호 중계장치를 설치하여 이를 통해 항법신호를 재전송하며, 항법신호 중계장치에서는 항법신호에 대한 신호증폭과 더불어 잡음을 제거하여 실내에서의 항법신호 수신감도 및 수신레벨을 향상시킬 수 있다.

Description

위성항법신호 중계 장치 및 그 방법{Apparatus and Method for Relaying the Satellite Navigation Signal}

본 발명은 항법신호 중계장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 항법수신 단말기가 공간적으로 폐쇄된 지역인 건물 실내에서 보다 정확하고 신속하게 자신의 위치를 산출할 수 있도록 하기 위한 항법신호 중계장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 위성항법 지상국시스템 및 탐색구조 단말기 개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[관리번호: 2006-S-021-03, 과제명: 위성항법 지상국 시스템 및 탐색구조 단말기 기술개발].

위성항법시스템에서 GPS는 현재 위치정보 제공에서부터 항공기, 선박, 자동차의 자동항법 및 교통관제, 유조선의 충돌방지, 대형 토목공사의 정밀 측량, 지도제작 등 광범위한 분야에 응용되고 있으며, 이때 이용되는 GPS 수신기는 개인 휴대형에서부터 위성 탑재형까지 다양하게 개발되어 사용되고 있다. 하지만 종래의 GPS 위성에만 의존하는 위치기반 서비스는 예컨대 지하 주차장, 지하철 내, 빌딩 안과 같은 GPS 위성의 LOS가 존재하지 않는 장소에서 서비스 제공이 사실상 불가능하다.

또한 종래의 의사위성들(Pseudolites)을 이용한 항법시스템의 경우, 사용자는 의사위성들로부터 받은 반송파 정보와 기준국으로부터 넘겨받은 보정용 반송파 정보를 이용하여 자신의 위치를 구한다. 사용되는 의사위성은 GPS를 보조하기 위하여 또는 GPS 위성의 신호를 받을 수 없는 지역에서 GPS 위성과 같은 신호를 송신해주기 위한 장비이다. 그러나 의사위성은 사용자와 거리가 GPS 위성에 비해 매우 가깝고, 의사위성들 간에 시각이 동기되어 있지 않기 때문에 이를 이용하기 위해서는 근거리/원거리 문제, 의사위성이 GPS 위성과 달리 저가의 발진기(TCXO)를 사용하기 때문에 모든 의사위성들 사이의 시간이 정확히 동기되어 있지 않다는 점, 모든 방향으로 밀폐된 실내라는 특성으로 인해 발생되는 심각한 다중경로 효과를 해소하여야 한다.

또한 GPS의 현대화 및 유럽의 독자항법시스템인 Galileo 출현 등 항법위성이 다원화되면서 항법위성을 이용한 실내에서의 위치기반서비스 제공에 어려움이 가중되고 있다.

본 발명은 위성항법시스템에 있어, 항법신호를 전송하는 항법위성의 신호가 실내 환경하에서는 수신신호 레벨이 낮아 각 수신기에서 위치정보 산출이 어렵다는 점을 인식하고 이를 해결하기 위한 방안을 제공하고자 한다.

본 발명은 GPS 및 Galileo 위성과 같은 항법위성이 송신하는 항법신호를 건물 내에서 보다 정확하게 수신하고 수신신호 레벨이 보다 향상되도록 하기 위해 항법위성을 보다 많이 볼 수 있는 건물 옥상 등의 장소에 항법신호 중계장치를 설치하고, 항법신호 중계장치에서 항법위성이 송신해 준 신호에 대해 잡음은 제거하고 원하는 신호는 증폭하여 항법수신기에 전송해 줌으로써 실내에서의 측위 정보 산출에 따른 정보의 정확성 및 신속성을 개선하고, 실내환경에서 항법수신기의 신호획득 성능 향상 및 수신신호 레벨 향상을 통해 항법수신기의 위치정확도 향상을 제공할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명은 건물 옥상 또는 위성에 대한 가시도가 보장된 장소에 항법신호 중계장치를 설치하고, 항법신호 중계장치에서는 항법신호에 대한 신호증폭과 더불어 잡음을 제거하여 항법신호를 재전송함으로써 실내에서의 항법신호 수신감도를 향상시켜 실내에서 항법신호 수신레벨을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 항법신호 중계장치는, 항법위성으로부터 수신한 항법신호로부터 잡음을 제거하고 잡음 제거된 항법신호를 증폭하는 신호수신부; 상기 증폭된 항법신호로부터 도플러주파수 및 코드위상 추정값을 위성정보로서 산출하는 위성정보추정부; 및 상기 산출된 위성정보를 항법메시지와 함께 항법수신기로 전송하는 신호송신부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 항법신호수신 단말장치는, 항법위성으로부터의 항법신호를 항법신호 중계장치를 통해 수신하고, 신호수신 환경에 따라 신호누적시간을 가변하여 각 항법위성에 대한 신호획득을 수행하는 신호획득부; 항법메시지 수신이 완료될 때까지 상기 신호획득에 의해 획득된 코드 및 주파수 정보를 기초로 각 항법위성에 대한 신호추적을 수행하는 신호추적부; 및 신호추적에 의해 획득된 위성 데이터를 이용하여 항법위성으로부터의 거리 및 위치를 산출하는 위치산출부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 공간적으로 폐쇄된 환경에서 중계장치에 의한 항법신호 중계 방법은, 항법위성으로부터 수신한 항법신호로부터 잡음을 제거하고 잡음 제거된 항법신호를 증폭하는 단계; 상기 증폭된 항법신호로부터 도플러주파수 및 코드위상 추정값을 위성정보로서 산출하는 단계; 및 상기 산출된 위성정보를 항법메시지와 함께 항법수신기로 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 공간적으로 폐쇄된 환경에서 항법신호수신 단말장치에 의한 위치 산출 방법은, 항법위성으로부터의 항법신호를 항법신호 중계장치를 통해 수신하는 단계; 신호수신 환경에 따라 상기 항법신호의 누적시간을 가변하여 각 항법위성에 대한 신호획득을 수행하는 단계; 항법메시지 수신이 완료될 때까지 상기 신호획득에 의해 획득된 코드 및 주파수 정보를 기초로 각 항법위성에 대한 신호추적을 수행하는 단계; 및 신호추적에 의해 획득된 위성 데이터를 이용하여 항법위성으로부터의 거리 및 위치를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명은 GPS 및 Galileo 위성항법시스템을 이용하여 가시위성 수가 제한적인 환경 또는 실내 등과 같은 항법위성의 가시도가 낮은 환경하에서 항법 신호를 중계하여 항법수신 단말기에 활용되도록 함으로써 향상된 항법신호를 제공할 수 있고, 실내에서의 측위 정확도 향상 및 위치계산에 요구되는 시간을 단축하고 보다 정밀한 위치정보를 산출할 수 있도록 한다.

또한 항법위성으로부터 항법신호를 처리하는 항법수신 단말기에서 항법신호에 대한 신호획득 성능을 높이기 위해 신호에 대한 누적시간을 수신신호 상태에 따라 가변함으로써, 실내에서의 항법수신 단말기의 활성화 및 항법수신 단말기의 위치정확성을 높일 수 있도록 한다.

본 발명은 건물 옥상에 항법신호 중계장치를 설치하고, 항법신호 중계 장치에서 항법신호에 대한 신호증폭 및 잡음 제거 후 재전송함으로써 실내에서의 항법신호 수신감도를 향상시킬 수 있어, 현재 폐쇄되어 있는 건물 내에서나 신호 수신이 어려운 도심지역에서 겪고 있는 항법신호 수신레벨로 인한 문제점을 해결할 수 있다.

또한 본 발명은 항법신호 중계장치에서 도플러 주파수 및 코드위상 정보를 산출하여 항법메시지와 함께 항법수신기에 전송하거나, 항법수신기가 의사거리 및 도플러 주파수에 대해 인지하고 있는 경우 항법메시지만을 전송해 줌으로써 신호획득에 필요한 시간을 줄일 수 있다.

또한 본 발명은 항법위성시스템을 이용하는 분야를 다양화함은 물론 위성항법 시스템이 제공하는 위치정보가 보다 정확해짐으로써 정밀한 위치정보의 활용도 향상에도 기여할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 명세서에 기재된 각 기능부는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

현재 실내에서 GPS 등과 같은 항법위성이 송신한 항법신호의 수신신호 레벨이 매우 낮아, 이를 처리하여 자신의 위치정보를 산출하는 수신기의 동작이 어려운 상태이다. 이를 해결하기 위한 방안으로 본 발명은 항법위성의 가시도가 우수한 지역인 건물의 옥상에 항법신호를 재전송하는 장치인 항법신호 중계장치를 설치함은 물론 도플러 주파수 및 코드위상 정보를 산출하여 항법메시지와 함께 항법수신기에 전송하거나 항법메시지만을 추출하여 다시 전송해줌으로써 항법수신기에서 항법신호에 대한 신호획득시간을 줄일 수 있도록 한다.

본 발명은 항법신호 중계장치를 통한 실내에서의 수신신호 레벨 향상과 더불어 항법위성이 송신한 정보를 통해 자신의 위치를 산출하는 항법수신기에서도 수신신호 상태에 따라 신호에 대한 누적시간을 가변적으로 처리할 수 있도록 함으로써 실내에서의 항법신호에 대한 획득성능을 향상시킨다.

또한 항법수신기는 항법신호 중계장치를 통해 보다 향상된 신호를 수신함은 물론 항법메시지에 대한 정확한 정보를 함께 수신하여 항법신호 수신레벨 향상에 따른 위치정확도 개선 및 신호 획득에 요구되는 시간 단축을 가져와 수신기의 성능 향상을 이룰 수 있다.

본 발명의 항법신호 중계장치는 실내에 있는 항법수신기(또는 항법수신 단말기)가 갖고 있는 가시위성 수의 제한적인 환경조건과 수신신호 품질의 열화 환경이라는 단점을 해결하기 위한 항법신호 중계기능을 가진 장치로서 개방된 지역의 공간영역을 확보하기 위해서는 건물의 옥상에 설치되어야 한다. 항법신호 중계장치가 사용하는 주파수는 기존 항법위성이 사용하는 주파수와 동일해야 하고 항법위성이 제공하는 모든 정보를 항법수신기에 제공할 수 있어야 한다. 실내에 있는 항법수신기에 보다 정확한 정보 전달이 이루어지기 위해서는 일정 수준의 신호증폭이 이루어져야 하고, 기존의 항법수신기가 자신의 위치 산출을 위해서는 항법위성이 최소 4개 이상으로부터 항법신호를 수신해야 한다는 점에서 항법신호 중계장치는 4개 이상의 항법위성이 송신해 준 항법신호를 모두 신호 증폭하여 항법수신기에 송신해 줌으로써, 실내에 있는 항법수신기에서 항법신호를 처리할 수 있도록 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하겠다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성항법시스템의 구성도이다. 도 2a는본 발명의 일 실시예에 따른 항법신호 중계장치의 내부구성을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 항법수신 단말기의 내부구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 위성항법시스템은 항법위성(10, 11), 항법신호 중계장치(20, 30) 및 항법수신 단말기(40)를 포함한다.

본 발명의 위성항법시스템은 항법신호를 직접 수신하기 어려운 실내 환경에서, 항법신호 중계장치(20, 30)가 항법위성(10, 11)으로부터 항법신호를 수신하여 위성링크 상에서 발생된 잡음제거, 항법신호 증폭 및 도플러주파수와 코드 지연에 대한 예상 값을 도출하여 이를 건물 내에 존재하는 항법수신 단말기(40)에 전송하는 중계시스템이다.

항법위성(10, 11)은 GPS(10)와 Galileo(11) 등을 포함하고, 항법메시지와 시 각정보, 각 위성에 대해 할당된 코드 등의 정보를 항법신호 형태로 지상으로 송출하는 기능을 수행한다. 개방된 장소의 항법수신 단말기(41)는 항법위성으로부터 직접 항법신호를 수신할 수 있으나, 폐쇄된 공간 내의 항법수신 단말기(40)는 항법신호 중계장치(20, 30)를 통해 항법신호를 수신하게 된다.

항법신호 중계장치(20, 30)는 다수의 항법위성으로부터 항법신호를 수신할 수 있어야 한다. 이를 위해 항법신호 중계장치(20, 30)는 중형급의 안테나를 구비하여 모든 위성으로부터 항법신호를 수신한 뒤 위성링크 상에서 발생되는 잡음 등을 제거함은 물론 항법신호에 대한 신호증폭과 더불어 실내에 존재한 항법위성 단말기가 보다 신속하게 항법신호를 획득하는데 필요한 도플러주파수와 I 및 Q 채널에 대한 코드 위상정보를 추출한다. 항법신호 중계장치(20)에서는 각 항법위성이 송신한 신호를 수신하기 위한 수신안테나(21), 항법위성이 송신해준 신호에 대한 잡음 제거 및 신호증폭은 물론 각 위성이 송신한 코드에 대한 지연값 도출 및 도플러 주파수에 대한 추정값을 산출하는 신호처리시스템(22)으로 구성되어 있다. 이와 같은 항법신호 중계장치(20)는 항법위성이 송신한 항법신호에 대한 잡음제거 및 신호증폭을 통해 현재 항법신호가 실내에서 신호레벨이 낮음에 따른 문제를 해결할 수 있는데 크게 기여할 수 있다. 항법신호 중계장치(20)는 최소한 4개의 항법위성으로부터 항법신호를 수신함은 물론 위성을 바라보는 각도인 앙각이 우수한 항법위성을 선정함으로써 신호수신 레벨이 우수한 위성으로부터 항법신호를 수신할 수 있다. 항법신호 중계장치(20)는 건물의 옥상이나 장애물이 없는 개방된 지역에 설치되어 항법신호를 수신하여 이를 폐쇄된 공간에 있는 항법수신 단말기(40)에 제공함 으로써 우수한 신호품질의 항법신호를 제공할 수 있도록 한다. 항법신호 중계장치(30)는 항법신호 중계장치가 원거리에 존재할 경우에 대비하여 중앙에 있는 항법신호 중계장치(20)로부터 수신한 항법관련 신호를 건물 내 항법수신 단말기(40)에 중계하는 기능을 수행하는 보조 장치이다.

도 2a를 참조하면, 항법신호 중계장치(20)의 신호처리시스템(22)은 신호수신부(221), 위성정보추정부(223), 오차보정부(225) 및 신호송신부(227)를 포함한다.

신호수신부(221)는 항법신호 중계장치가 설치된 장소에서 가시위성으로부터 항법신호를 안테나를 통해 수신한 후, 무선주파수(RF) 대역을 중간주파수(IF) 대역으로 변환하고 기저대역 신호로 복조하는 주파수 변환 과정과 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호처리 과정을 수행한다. 신호수신부(221)는 항법수신 단말기와의 링크가 끊기지 않도록 신호를 증폭한다.

항법신호 중계장치(20)는 항법위성이 보낸 항법신호와 정확한 동기를 맞추기 위해 복사신호를 생성하여 항법위성이 송신한 항법신호와 상관기능을 수행하여야 하며, 항법위성이 송신한 코드와 반송파 위상에 대한 정확한 상관 기능이 이루어지기 위해서는 항법신호에 대한 신호획득이 이루어져야 한다.

위성정보추정부(223)는 디지털 신호로의 변환 과정이 이루어진 뒤, 위성의 움직임 등으로 인해 발생하는 도플러 주파수를 산출하고, 항법위성이 송신한 코드와 항법신호 중계장치에서 생성한 코드 간의 시간차이가 어느 정도 되는지를 체크하는 코드위상 정보를 산출한다. 위성정보추정부(223)는 항법위성이 항법신호를 전송한 시각정보와 항법신호 중계장치가 보유한 시각 정보를 이용하여 코드 지연에 대한 추정값을 산출하고, 반송파 주파수에서 항법위성 또는 단말장치의 이동에 의한 속도 등으로 인해 발생되는 도플러주파수 값을 산출한다.

오차보정부(225)는 디지털 신호로 변환된 항법신호에 대해 위성 링크 상에서 발생되는 잡음 등에 의해 발생하는 오차를 보정한다.

신호송신부(227)는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 기저대역 신호를 무선주파수 대역으로 변환하여 항법수신 단말기로 전송한다. 신호송신부(227)는 최소 4개 이상의 항법위성의 도플러주파수 측정정보 및 코드위상정보를 포함하는 위성정보, 오차보정정보 등의 항법정보와 신호증폭정보를 항법메시지와 함께 전송한다. 신호송신부(227)는 항법수신 단말기(40)가 의사거리 및 도플러 주파수에 대해 인지하고 있는 경우 항법메시지만을 전송할 수 있다.

항법수신 단말기(40)는 항법위성에서 제공하는 의사거리로부터 정확한 위치정보를 추출하는 단말기로서, 항법신호 중계장치(20, 30)로부터 전달된 항법신호로부터 자신의 위치, 속도 및 시각정보를 산출한다. 항법수신 단말기(40)는 항법신호 중계장치로부터 송신된 도플러주파수 및 코드위상정보를 우선적으로 처리하여 항법신호 획득에 필요한 시간을 단축할 수 있다. 항법수신 단말기(40)는 실내에서의 신호 민감도를 향상시키기 위해 입력되는 항법신호의 신호레벨에 따라 누적시간을 가변적으로 처리함으로써 건물 내 위치에 따라 자신의 위치정보를 산출할 수 있다. 항법수신 단말기(40)는 항법위성 신호 중계시스템으로부터 수신된 정보를 통해 항법신호 획득 및 추적과정을 기본적으로 수행해야 하며, 항법신호 획득시간을 단축하기 위한 필요한 정보인 도플러 주파수 및 코드위상에 대한 정보를 항법신호 중계 장치(20)로부터 수신하고 이를 이용하여 항법신호 획득 시간을 단축할 수 있는 기능을 수행해야 한다.

도 2b를 참조하면, 항법수신단말기(40)는 신호수신부(411), 신호획득부(413), 신호추적부(415), 오차보정부(417) 및 위치산출부(419)를 포함한다.

신호수신부(411)는 항법신호 중계장치로부터 전송된 항법신호를 수신한다. 신호수신부(411)는 수신 신호에 대해 무선주파수(RF) 대역을 중간주파수(IF) 대역으로 변환하고, 기저대역 신호로 복조하는 주파수 변환 과정과 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정을 수행한다.

신호획득부(413)는 신호수신부(411)가 수신한 항법신호로부터 각 위성에 대한 도플러주파수 및 코드지연 추정값이 포함되어 있는지를 판단하고, 수신된 도플러주파수 및 코드지연 추정값을 추출하여 신호 획득에 사용함으로써 기존보다 단축된 시간으로 신호를 획득한다. 이때 신호획득부(413)는 항법신호 수신 레벨이 신호처리에 필요한 범위에 있는지 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 누적시간을 가변한다. 예를 들어, 개방된 지역에서는 신호의 누적시간을 약 1msec로 하고, 실내인 경우 누적시간을 약 4msec로 확장하여 신호레벨이 낮은 환경에서도 신호레벨을 향상시켜 신호추적이 가능하도록 한다. 신호획득부(413)는 항법신호 수신채널이 파일럿 채널만을 사용하는지 데이터 채널과 같이 사용하는지 여부를 점검한다.

신호추적부(415)는 신호누적시간이 항법메시지의 길이(데이터의 길이)보다 작으면 항법메시지의 수신이 완료될 때까지 각 위성에 대한 신호추적을 수행한다. 신호추적부(225)는 신호획득된 정보를 기초로 코드에 대한 정확한 지연값 도출, 주 파수에 대한 정확한 값 도출 및 위상에 대한 정확한 값을 도출한다.

오차보정부(417)는 위성과 항법수신기 간의 위성 링크 상에서 항법메시지에 에러가 존재하는지를 점검하여, 비트동기, 프레임동기 및 메시지에 대한 오류정정 기법을 적용하고, 이때 항법메시지의 각종 계수를 이용한다. 오차보정부(417)는 항법신호 중계장치로부터 수신한 오차보정정보 또한 오차보정에 사용한다.

위치산출부(419)는 항법메시지 수신이 완료되면, 신호추적을 통해 구한 위성데이터를 이용하여 자신의 위치, 속도, 시각 정보를 산출한다.

상기한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 실내에서의 위성항법신호 레벨 향상을 위한 시스템 및 그 방법의 동작과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 항법신호 중계 방법을 설명하는 흐름도로서, 도 1의 항법신호 중계장치(20)와 항법신호 중계장치(20)로부터 수신된 신호를 단순히 중계하는 중계장치(30), 실내에 있는 항법수신단말기(40) 간에 기능 수행 절차를 나타낸다.

항법신호 중계장치(20)는 GPS 또는 Galileo 등과 같은 항법위성으로부터 항법신호를 수신한다(S301).

수신한 항법신호에 대해 위성링크 상에서 발생되는 신호 열화 보상을 위한 잡음 제거 및 신호 증폭을 수행한다(S302).

각 항법위성으로부터 수신한 항법신호에서 도플러주파수 및 코드지연에 대한 추정값(코드위상정보)을 위성정보로서 산출한다(S303).

신호수신 위성 수를 체크한다(S304). 이는 신호수신 위성 수가 최소 4개 이 상이어야 항법수신 단말기가 항법위성을 통한 자신의 위치정보 산출이 가능하기 때문이다.

도플러주파수 및 코드 지연에 대한 추정값과 항법신호에 대한 신호증폭 정보를 항법수신 단말기로 전송한다(S305). 이때 항법수신단말기와 항법신호 중계장치 간 정보 전달을 위한 무선링크를 제공한다. 항법신호 중계장치(20)는 항법수신기가 의사거리 및 도플러 주파수에 대해 인지하고 있는 경우 항법메시지만을 전송할 수 있다.

항법신호 중계장치(20)가 중앙에 있을 경우 건물 옥상에 위치한 중계장치(30)를 통해 실내에 있는 항법수신단말기(40)로 신호를 중계한다(S306).

항법수신단말기(40)는 항법신호 중계장치(20)에 의해 신호 증폭된 우수한 신호레벨을 갖는 항법위성 신호를 수신함은 물론 항법신호 획득 시간을 단축할 수 있도록 도플러 주파수 및 코드 지연에 대한 추정값을 수신하여 이를 처리하여야 한다.

항법수신단말기(40)는 항법위성 신호를 수신하여 각 위성에 대한 코드 지연 및 도플러 추정값을 검출한다(S307).

신호획득 향상을 위해 필요한 신호에 대한 누적시간을 가변적으로 수행하여 신호획득 과정을 수행한다(S308). 항법위성에 대한 신호품질이 비교적 양호한 경우에는 누적 시간을 짧게 하고, 신호품질이 열악한 경우에는 누적시간을 데이터 길이만큼 변경하여 신호 품질이 열악한 환경에서도 신호획득이 이루어질 수 있도록 한다.

신호획득 과정이 이루어진 다음에는 신호추적 및 항법메시지 처리를 수행하여(S309) 코드에 대한 정확한 지연을 통해 항법수신단말기(40)의 위치정보, 위성이 제공하는 시각정보, 속도정보를 얻을 수 있도록 항법해 처리과정을 수행한다(S310).

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 항법수신단말기의 신호처리 흐름 절차를 나타낸 정보 흐름도이다.

항법수신단말기(40)는 항법신호 중계장치(20)로부터 항법신호를 수신한다(S401).

수신한 항법신호에 각 위성에 대한 도플러주파수 및 코드 지연에 대한 추정 값이 포함되었는지를 판단한다(S402).

도플러주파수 및 코드 지연에 대한 추정 값이 포함되어 있다면, 각 위성에 대한 신호획득 성능 향상을 위해 신호누적시간을 가변시킨다(S403).

신호누적시간에 대한 최대값을 항법메시지가 포함된 길이인 데이터 길이로 적용하여 신호누적시간 점검을 수행한다(S404).

신호누적시간이 데이터 길이보다 작으면 각 위성에 대한 신호추적 기능을 수행한다(S405). 항법수신단말기(40)는 신호획득 과정에 의해 획득한 코드정보와 주파수정보를 추적한다.

수신기에서의 항법해 도출을 위해서는 항법 메시지를 모두 수신해야 하므로 이에 대한 정확한 수신여부 파악을 위해 항법 메시지 수신완료 여부를 점검한다(S406).

항법 메시지 수신이 완료되면 항법수신 단말기는 자신의 위치, 속도, 시각 정보를 산출하고 항법수신기에 대한 모든 타스크를 종료하게 된다(S407). 계산된 자신의 위치정보는 항법위성으로 송출된다.

본 발명은, 항법위성 다원화 및 항법위성시스템을 이용한 응용분야가 크게 다양화되는 시대에서 사용하는 환경에 대한 제한 사항을 크게 완화시키는데 기여할 수 있는바, 항법위성시스템을 활용하는 응용분야 개척에 크게 기여할 수 있다.

본 발명은 실내에서 항법수신기를 이용하는 사용자에게 항법수신기를 통한 정확한 위치정보를 제공할 수 있어, 실내 측위에 대한 위치정보를 활용하는 많은 사용자에게 편리성과 안전성은 물론 자신의 위치정보를 상대방에게 보다 정확하게 알려줄 수 있어, 위치정보의 불확실성으로 인한 불안감 및 상대방으로 하여금 자신의 위치를 찾는데 크게 기여할 수 있다.

본 발명의 항법신호 중계장치를 이용한 항법신호 재전송은 실내에서 측위가 어려운 점이나 도심지역에서 정확한 위치정보가 요구되는 응용분야에 크게 기여할 수 있다. 또한 항법위성으로부터 항법신호를 수신하여 이를 통해 자신의 위치를 산출하는 항법수신기에서는 수신신호의 상태에 따라 신호에 대한 획득성능을 높이기 위하여 항법신호에 대한 누적시간을 가변적으로 수행함으로써, 수신기 레벨에서의 수신신호 성능을 향상시킬 수 있다.

항법위성을 통한 응용분야가 단순한 위치정보가 요구되는 분야에서 차량 네비게이션, 건설분야, 정밀농업분야 등으로 크게 확장되고 있고, 항법위성시스템에서도 기존의 GPS에서 유럽의 독자항법시스템인 Galileo, 중국이 개발하고 있는 COMPASS, 일본의 GPS 보완기능을 제공하는 준천정 위성 등 항법위성이 보다 다양화되는 추세인 점을 고려할 때, 이들 시스템 등이 갖고 있는 실내 측위의 어려움과 가시위성이 매우 제한적인 환경에서의 측위 어려움을 해결하기 위한 방안으로 항법신호 중계장치를 이용하는 기술개발이 크게 활성화될 수 있을 것이다.

본 발명은 또한 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. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 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 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

지금까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.

그러므로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성항법시스템의 구성도이다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 항법신호 중계장치의 내부구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 항법수신 단말기의 내부구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 항법신호 중계 방법을 설명하는 흐름도이다.

Claims

항법위성으로부터 수신한 항법신호로부터 잡음을 제거하고 잡음 제거된 항법신호를 증폭하는 신호수신부;

상기 증폭된 항법신호로부터 도플러주파수 및 코드위상 추정값을 위성정보로서 산출하는 위성정보추정부; 및

상기 산출된 위성정보를 항법메시지와 함께 항법수신기로 전송하는 신호송신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 항법신호 중계장치.
제1항에 있어서, 상기 신호수신부는,

최소 4개의 항법위성으로부터 항법신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 항법신호 중계장치.
제1항에 있어서, 상기 항법신호 중계장치는,

건물의 옥상이나 장애물이 없는 개방된 지역에 설치되는 것을 특징으로 하는 항법신호 중계장치.
제1항에 있어서,

항법위성과의 위성 링크 상에서 발생하는 오류를 보정하는 오차보정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항법신호 중계장치.
제1항에 있어서, 상기 신호송신부는,

상기 항법수신기가 의사거리 및 도플러 주파수에 대해 인지하고 있는 경우 항법메시지만을 전송하는 것을 특징으로 하는 항법신호 중계장치.
항법위성으로부터의 항법신호를 항법신호 중계장치를 통해 수신하고, 신호수신 환경에 따라 신호누적시간을 가변하여 각 항법위성에 대한 신호획득을 수행하는 신호획득부;

항법메시지 수신이 완료될 때까지 상기 신호획득에 의해 획득된 코드 및 주파수 정보를 기초로 각 항법위성에 대한 신호추적을 수행하는 신호추적부; 및

신호추적에 의해 획득된 위성 데이터를 이용하여 항법위성으로부터의 거리 및 위치를 산출하는 위치산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 항법신호수신 단말장치.
제6항에 있어서, 상기 신호획득부는,

상기 수신한 항법신호로부터 각 항법위성에 대한 도플러주파수 추정값 및 코드지연 추정값의 수신여부를 판단하고, 수신된 도플러주파수 추정값 및 코드지연 추정값을 이용하여 신호획득을 수행하는 것을 특징으로 하는 항법수신 단말장치.
제6항에 있어서, 상기 신호추적부는,

상기 신호누적시간이 항법메시지의 길이보다 작으면 신호추적 수행을 시작하는 것을 특징으로 하는 항법수신 단말장치.
제6항에 있어서, 상기 위치산출부는,

최소 4개의 항법위성의 항법신호를 기초로 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 항법수신 단말장치.
항법위성으로부터 수신한 항법신호로부터 잡음을 제거하고 잡음 제거된 항법신호를 증폭하는 단계;

상기 증폭된 항법신호로부터 도플러주파수 및 코드위상 추정값을 위성정보로서 산출하는 단계; 및

상기 산출된 위성정보를 항법메시지와 함께 항법수신기로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공간적으로 폐쇄된 환경에서 중계장치에 의한 항법신호 중계 방법.
제10항에 있어서,

상기 중계장치는 최소 4개의 항법위성으로부터 신호를 수신하여 처리하는 것을 특징으로 하는 공간적으로 폐쇄된 환경에서 중계장치에 의한 항법신호 중계 방법.
제10항에 있어서, 상기 전송 단계는,

상기 항법수신기가 의사거리 및 도플러 주파수에 대해 인지하고 있는 경우 항법메시지만을 전송하는 것을 특징으로 하는 공간적으로 폐쇄된 환경에서 중계장치에 의한 항법신호 중계 방법.
항법위성으로부터의 항법신호를 항법신호 중계장치를 통해 수신하는 단계;

신호수신 환경에 따라 상기 항법신호의 누적시간을 가변하여 각 항법위성에 대한 신호획득을 수행하는 단계;

항법메시지 수신이 완료될 때까지 상기 신호획득에 의해 획득된 코드 및 주파수 정보를 기초로 각 항법위성에 대한 신호추적을 수행하는 단계; 및

신호추적에 의해 획득된 위성 데이터를 이용하여 항법위성으로부터의 거리 및 위치를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공간적으로 폐쇄된 환경에서 항법신호수신 단말장치에 의한 위치 산출 방법.
제13항에 있어서, 상기 신호획득 단계는,

상기 수신한 항법신호로부터 각 항법위성에 대한 도플러주파수 추정값 및 코드지연 추정값의 수신여부를 판단하는 단계; 및

수신된 도플러주파수 추정값 및 코드지연 추정값을 이용하여 신호획득을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공간적으로 폐쇄된 환경에서 항법신호수신 단말장치에 의한 위치 산출 방법.
제13항에 있어서, 상기 신호추적 단계는,

상기 신호누적시간이 항법메시지의 길이보다 작으면 신호추적을 시작하는 것을 특징으로 하는 공간적으로 폐쇄된 환경에서 항법신호수신 단말장치에 의한 위치 산출 방법.
제13항에 있어서, 상기 위치 산출 단계는,

최소 4개의 항법위성의 항법신호를 기초로 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 공간적으로 폐쇄된 환경에서 항법신호수신 단말장치에 의한 위치 산출 방법.