KR20110068128A - Signal detection apparatus and method, and parameter setting method of the signal detection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 위성 항법 수신기에 관한 것으로서, 구체적으로는 위성 항법 수신기로부터 획득한 신호의 주파수 해상도를 변화시킬 수 있는 신호 획득 장치와 방법 및 이의 파라미터 설정 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
본 발명은 지식경제부의 위성항법 지상국시스템 및 탐색구조 단말기 개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-S-301-03, 과제명: 위성항법지상국시스템 및 탐색구조단말기 기술개발].The present invention is derived from the research conducted as part of the satellite navigation ground station system and search rescue terminal development project of the Ministry of Knowledge Economy. [Task management number: 2007-S-301-03, Title: Satellite navigation ground station system and search rescue terminal] Technology development].
일반적으로, 위성항법 수신기에는 입력신호의 도플러 주파수를 산출하기 위한 신호 획득 장치가 사용된다.In general, a satellite navigation receiver uses a signal acquisition device for calculating the Doppler frequency of an input signal.
종래의 위성항법 수신기에서 신호 획득 장치의 도플러 주파수의 주파수 해상도는 입력데이터의 길이와 역수의 단위를 가졌다. 따라서, 종래의 신호 획득 장치는 도플러 해상도가 높으면 입력데이터의 길이가 늘어나고, 그에 따라 입력데이터를 저장하는 메모리의 크기와 신호 획득을 위한 처리량이 늘어나는 문제점이 있었 다.In the conventional satellite navigation receiver, the frequency resolution of the Doppler frequency of the signal acquisition apparatus has units of length and reciprocal of input data. Therefore, the conventional signal acquisition apparatus has a problem in that when the Doppler resolution is high, the length of the input data increases, thereby increasing the size of the memory storing the input data and the throughput for signal acquisition.
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 위성 항법 수신기로부터 획득한 신호의 주파수 해상도를 변화시킬 수 있는 신호 획득 장치와 방법 및 이의 파라미터 설정 방법을 제공함에 있다.In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a signal acquisition apparatus and method and a parameter setting method thereof that can change the frequency resolution of the signal obtained from the satellite navigation receiver.
본 발명의 일면에 따른 신호 획득 장치는, 위성으로부터 획득한 신호와 기설정된 PRN(Pseudo Random Noise) 코드를 기설정된 신호 획득 주파수에 따라 각각 샘플링하는 샘플링 모듈; 상기 각각 샘플링된 상기 획득한 신호와 상기 PRN 코드를 상관 연산하는 상관 연산기; 상기 상관 연산된 결과의 주파수 해상도를 기설정된 푸리에 변환 포인트에 따라 변화시켜 푸리에 변환하는 푸리에 변환기; 및 상기 푸리에 변환된 결과로부터 에너지값의 피크를 검출하고, 상기 에너지값의 피크가 기설정된 임계값보다 크면 신호 획득에 성공한 것으로 판단하는 피크 검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a signal obtaining apparatus comprising: a sampling module for sampling a signal obtained from a satellite and a preset PRN code according to a preset signal acquisition frequency; A correlation calculator for correlating the obtained signals with the PRN code; A Fourier transformer for Fourier transforming the frequency resolution of the result of the correlation operation according to a predetermined Fourier transform point; And a peak detector that detects a peak of the energy value from the Fourier transformed result and determines that the signal acquisition is successful when the peak of the energy value is greater than a predetermined threshold value.
본 발명의 다른 면에 따른 신호 획득 방법은, 위성으로부터 획득한 신호와 기설정된 PRN(Pseudo Random Noise) 코드를 기설정된 신호 획득 주파수에 따라 각각 샘플링하는 단계; 상기 각각 샘플링된 상기 획득한 신호와 상기 PRN 코드를 상관 연산하는 단계; 상기 상관 연산된 결과의 주파수 해상도를 기설정된 푸리에 변환 포인트에 따라 변화시켜 푸리에 변환하는 단계; 상기 푸리에 변환된 결과로부터 에너지값의 피크를 검출하는 단계; 및 상기 에너지값의 피크가 기설정된 임계값보 다 크면 신호 획득에 성공한 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a signal acquisition method, comprising: sampling a signal obtained from a satellite and a predetermined pseudo random noise (PRN) code according to a predetermined signal acquisition frequency; Correlating the obtained signals with the PRN code; Fourier transforming the frequency resolution of the correlation result according to a predetermined Fourier transform point; Detecting a peak of an energy value from the Fourier transformed result; And determining that the signal acquisition is successful when the peak of the energy value is larger than a preset threshold.
본 발명의 또 다른 면에 따른 신호 획득 장치의 파라미터 설정 방법은, 신호 획득 주파수에 따라 위성으로부터 획득한 신호 및 PRN 코드에 대한 샘플링 주파수를 결정하는 단계; 상기 획득한 신호 및 PRN 코드를 상관 연산할 정합 필터의 사이즈를 결정하는 단계; 상기 획득한 신호의 도플러 해상도 및 푸리에 변환의 포인트를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a parameter setting method of a signal obtaining apparatus, the method including: determining a sampling frequency for a signal obtained from a satellite and a PRN code according to a signal acquisition frequency; Determining a size of a matched filter to correlate the obtained signal and the PRN code; Determining a Doppler resolution and a Fourier transform point of the obtained signal.
본 발명에 따르면, 위성 항법 수신기로부터 획득한 신호의 샘플링 주파수나 상관 연산 주파수와 달리 획득한 신호의 주파수 해상도를 조절할 수 있어 상관 연산의 처리량을 감소시킬 수 있으며, 원하는 해상도의 도플러 주파수를 얻을 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, unlike the sampling frequency or correlation operation frequency of the signal obtained from the satellite navigation receiver, the frequency resolution of the obtained signal can be adjusted to reduce the throughput of the correlation operation, and the Doppler frequency of the desired resolution can be obtained. It works.
이와 같이, 본 발명은 샘플링된 데이터의 사이즈보다 도플러 해상도를 정밀하게 구할 수 있으며, 상관 연산의 사용되는 메모리의 크기와 상관 연산의 처리량을 줄일 수 있어, 위성 항법 수신기의 효율을 높일 수 있다.In this way, the present invention can obtain the Doppler resolution more precisely than the size of the sampled data, can reduce the size of the memory used for the correlation operation and the throughput of the correlation operation, thereby improving the efficiency of the satellite navigation receiver.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 위성 항법 수신기의 신호 획득 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 신호 획득 장치를 도시한 구성도이다.Hereinafter, a signal acquisition apparatus of a satellite navigation receiver according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1. 1 is a block diagram illustrating a signal acquisition apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 신호 획득 장치(10)는 샘플링 모듈(110), 상관 연산기(120), 제1 메모리(130), 푸리에 변환기(140), 파워 검출기(150), 제2 메모리(160) 및 피크 검출기(170)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the
샘플링 모듈(110)은 위성으로부터 획득한 수신신호와 기설정된 PRN(Pseudo Random Noise) 코드를 기설정된 신호 획득 주파수에 따라 각각 샘플링하며, 샘플링부(111), 반송파 제거부(112), 다운 샘플링부(113), 코드 생성부(114) 및 오버 샘플링부(115)를 포함한다. 여기서, 신호 획득 주파수는 신호 획득 장치(10)의 연산 단위일 수 있으며, 도 1에서는 0.5칩 단위(2.046[MHz])라는 가정하에 설명한다.The
샘플링부(111)는 GPS 위성으로부터 획득(수신)한 수신신호(즉, 위성 항법 신호)를 중간주파수(IF) 대역으로 변환한 다음, 디지털 변환하여 샘플링 데이터를 출력한다. 이때, 샘플링부(111)는 이미 중간주파수 대역으로 변환된 수신신호를 입력받아 디지털 변환만을 수행하여 샘플링 데이터를 출력할 수도 있다.The
반송파 제거부(112)는 샘플링 데이터로부터 반송파를 제거하여 반송파가 제거된 샘플링 데이터를 출력한다.The
다운 샘플링부(113)는 반송파가 제거된 샘플링 데이터를 신호 획득 주파수로 다운 샘플링하여 블록 데이터를 출력한다. 즉, 샘플링 데이터가 112MHz의 샘플링 주파수로 샘플링되었다면, 다운 샘플링부(113)는 샘플링 데이터의 샘플링 주파수를 신호 획득 주파수로 제산한 수만큼씩(예컨대, 112000/2046 =54.7) 병합하여 신호 획득 주파수의 블록 데이터를 출력한다.The
코드 생성부(114)는 기설정된 PRN(Pseudo Random Noise) 코드를 1칩(Chip) 단위(예컨대, 1.023MHz)로 생성한다.The
오버 샘플링부(115)는 1칩 단위의 PRN 코드를 신호 획득 장치(10)의 신호 획득 주파수로 오버샘플링한다. 즉, 신호 획득 주파수가 0.5칩 단위면, 오버 샘플링부(115)는 PRN 코드를 2배로 오버 샘플링하며, 신호 획득 주파수가 0.25칩 단위면, 오버 샘플링부(115)는 PRN 코드를 4배로 오버 샘플링한다.The
상관 연산기(120)는 블록 데이터와 오버 샘플링된 PRN 코드를 1ms의 길이 단위로 입력받아 상관 연산하며, 데이터 버퍼(121), 코드 버퍼(122) 및 상관부(123)를 포함한다.The
데이터 버퍼(121)는 1ms의 길이 단위로 다운 샘플링된 블록 데이터를 임시저장하며, 코드 버퍼(122)는 1ms 길이 단위로 오버 샘플링된 PRN 코드를 임시저장한다.The
상관부(123)는 데이터 버퍼(121)에 저장된 블록 데이터와 코드 버퍼(122)에 저장된 PRN 코드를 정합필터(Matched Filter) 또는, FFT/IFFT(Fast Fourier Transform/Inverse Fast Fourier Transform)를 이용하여 상관연산함으로써, 1ms 길이의 블록 데이터에 대응하는 상관 샘플을 출력한다.The correlator 123 uses the matched filter or fast fourier transform / inverse fast fourier transform (FFT / IFFT) to block data stored in the
제1 메모리(130)는 상관 연산기(120)로부터 출력된 1ms의 상관 샘플을 순차적으로 저장하고, 푸리에 변환기(140)의 연산 단위에 대응하면 푸리에 변환기(140)로 저장된 1ms의 상관 샘플을 전달한다. 이때, 제1 메모리(130)는 간섭성 메모리(Coherent Memory)일 수 있다.The
푸리에 변환기(140)는 제1 메모리(130)로부터 전달받은 상관 샘플에 제로 패딩(Zero Padding)을 수행하여 주파수 해상도를 변화시킨 다음 푸리에 변환을 수행 하며, 제로 패딩부(141) 및 푸리에 변환부(142)를 포함한다.The Fourier
제로 패딩부(141)는 푸리에 변환부(142)의 포인트 수(N, 상수)에 대응하도록 제로 패딩을 수행하여 상관 샘플의 주파수 해상도를 변화시킨다.The zero
푸리에 변환부(142)는 주파수 해상도가 변화된 상관 샘플을 N 포인트 푸리에 변환하여 주파수 대역의 상관 샘플을 출력한다.The Fourier
파워 검출기(150)는 주파수 대역의 상관 샘플의 에너지값(Power)을 연산하여 제2 메모리(160)에 저장시킨다.The
피크 검출기(170)는 제2 메모리(160)에 저장된 상관 샘플의 에너지값의 피크가 기설정된 임계값을 초과하면, 신호 획득에 성공했다고 판단하고 획득된 신호의 도플러 주파수와 코드 위상을 검출한다. 여기서, 제2 메모리(160)는 비간섭성 메모리(Non-Coherent Memory)일 수 있다.When the peak of the energy value of the correlation sample stored in the
이때, 임계값은 실험치 또는 시뮬레이션 결과에 의하여 설정될 수 있으며, 파워 검출기(150)와 피크 검출기(170)는 하나의 구성요소로 구성될 수 있음은 물론이다. In this case, the threshold value may be set by an experimental value or a simulation result, and the
이후, 도플러 주파수와 코드 위상은 지구 도플러 추정, 도플러 탐색 범위 예측이나, 코드 탐색 범위 예측 등에 사용될 수 있다.The Doppler frequency and code phase can then be used for earth Doppler estimation, Doppler search range prediction, or code search range prediction.
반면, 피크 검출기(170)는 제2 메모리(160)에 저장된 상관 샘플의 에너지값의 피크가 임계값보다 작으면, 신호 획득에 실패했다고 판단하고, 위성으로부터 획득한 수신신호와 기설정된 다른 PRN 코드에 대한 샘플링, 상관 연산 및 푸리에 변환 등의 신호 획득 과정을 수행한다.On the other hand, when the
한편, 신호 획득 장치(10)는 위성 또는 다른 기기로부터 PRN 코드를 복수 개로 수신하여 PRN 코드를 복수 개로 설정할 수 있으며, 이때는 복수 개의 PRN 코드에 대하여 각각 신호 획득 과정을 수행하여 도플러 주파수와 코드 위상을 산출한다.Meanwhile, the
이와 같이, 본 발명의 신호 획득 장치는 위성 항법 수신기로부터 획득한 신호의 샘플링 주파수나 상관 연산 주파수와 달리 획득한 신호의 주파수 해상도를 조절할 수 있어 상관 연산의 처리량을 감소시킬 수 있으며, 원하는 해상도의 도플러 주파수를 얻을 수 있다.As such, the signal acquisition device of the present invention can adjust the frequency resolution of the acquired signal, unlike the sampling frequency or correlation operation frequency of the signal obtained from the satellite navigation receiver, thereby reducing the throughput of the correlation operation, and the Doppler of the desired resolution. Frequency can be obtained.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 신호 획득 장치(10)의 파라미터 설정 방법에 대하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신호 획득 장치(10)의 파라미터 설정 방법을 도시한 흐름도이다.Hereinafter, a parameter setting method of the
도 2를 참조하면, 신호 획득 장치(10)는 샘플링 주파수를 결정한다(S210). 여기서, 샘플링 주파수는 GPS 위성으로부터 수신된 수신신호를 디지털 변환하는 기준주파수일 수 있다.Referring to FIG. 2, the
이어서, 신호 획득 장치(10)는 신호 획득 주파수에 대응하는 다운 샘플링 주파수를 결정한다(S220). 즉, 신호 획득 주파수가 0.5칩 단위라면, 신호 획득 장치(10)는 GPS L1의 경우에는 다운 샘플링 주파수를 2.046MHz, GPS L5의 경우에는 다운 샘플링 주파수를 20.46MHz로 결정할 수 있다.Subsequently, the
그리고, 신호 획득 장치(10)는 검색하고자하는 도플러 주파수의 범위를 결정하고, 그에 따라 정합필터의 사이즈를 결정한다(S230). 예컨대, GPS L1에서 정합필 터 사이즈를 128로 결정하면, 도플러 주파수 범위는 대략 16kHz(≒2046/128)로 결정된다.The
그리고, 신호 획득 장치(10)는 푸리에 변환의 포인트를 결정하며(S240), 그에 따라 도플러 주파수의 주파수 해상도가 결정된다.The
이하, 하기의 표 1의 예를 들어 도 2의 과정에 대하여 설명한다.Hereinafter, the process of FIG. 2 will be described, for example, in Table 1 below.
즉, 신호 획득 장치(10)의 각 파라미터가 (S210) 내지 (S230) 단계를 거쳐 상기의 표 1과 같이 설정되었다면, 다운 샘플링 주파수를 도플러 검색 범위로 제산한 값인 20이 상관 샘플의 개수이자 최소 푸리에 변환의 포인트가 되며, 푸리에 변환의 포인트는 20 이상으로 결정될 수 있다.That is, if each parameter of the
즉, (S240) 단계에서 푸리에 변환의 포인트가 40으로 결정되면 도플러 주파수의 주파수 해상도는 500Hz로 결정되며, 200으로 결정되면 100Hz로 결정될 수 있다.That is, if the point of Fourier transform is determined to be 40 in step S240, the frequency resolution of the Doppler frequency is determined to be 500 Hz, and if it is determined to be 200, it may be determined to be 100 Hz.
이하, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 푸리에 변환기(140) 및 피크 검출기(170)의 연산 과정에 대하여 설명한다. 도 3은 푸리에 변환기(140)의 푸리에 변환 과정을 도시한 도면이다. 도 3에서는, 상관 샘플이 2O개씩 푸리에 변환기(140)로 입력되고, 푸리에 변환기(140)가 N 포인트 푸리에 변환을 수행하는 경우를 예로 들어 설명한다.3 illustrates a calculation process of the
도 3에 도시된 바와 같이, 푸리에 변환기(140)는 제1 메모리(130)로부터 20개의 첫 번째 상관 샘플을 전달받는다(S310).As shown in FIG. 3, the
그리고, 푸리에 변환기(140)는 첫 번째 상관 샘플에 제로 패딩을 수행하면서(S320), N 포인트 푸리에 변환을 수행한다(S330). 즉, 푸리에 변환기(140)는 20개의 상관 샘플에 (N - 20) 개의 제로 패딩을 수행한 다음, 제로 패딩된 첫 번째 상관 샘플에 N 포인트 푸리에 변환을 수행한다.The
그 다음으로, 파워 검출기(150)는 N 포인트 푸리에 변환된 결과로부터 에너지값을 연산하고(S340), 피크 검출기(170)는 에너지값의 피크와 임계값을 비교하여 신호 획득의 성공 여부를 판단한다(S350). 이때, 신호 획득 장치(10)는 판단결과 신호 획득에 성공하였으면, 획득된 신호로부터 도플러 주파수와 코드 위상을 검출한다.Next, the
여기서, 신호 획득 장치(10)의 N 포인트 푸리에 변환, 에너지값의 피크와 임계값의 비교, 신호 획득의 성공 여부의 판단 및 도플러 주파수와 코드 위상 검출은 동일 PRN 코드에 대한 20 개의 상관 샘플에 대하여 반복적으로 수행한다(S360).Here, the N point Fourier transform of the
반면, 신호 획득 장치(10)는 판단결과 신호 획득에 실패하였으면, 다른 PRN 코드에 대하여 신호 획득을 수행하여 도플러 주파수와 코드 위상을 검출한다.On the other hand, if the
이와 같이, 본 발명은 샘플링된 데이터의 사이즈보다 도플러 해상도를 정밀하게 구할 수 있으며, 상관 연산의 사용되는 메모리의 크기와 상관 연산의 처리량을 줄일 수 있어, 위성 항법 수신기의 효율을 높일 수 있다.In this way, the present invention can obtain the Doppler resolution more precisely than the size of the sampled data, can reduce the size of the memory used for the correlation operation and the throughput of the correlation operation, thereby improving the efficiency of the satellite navigation receiver.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, it is to be understood that the invention is not limited to the above-described embodiments. Those skilled in the art will appreciate that various modifications, Of course, this is possible. Accordingly, the scope of protection of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by the description of the following claims.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 신호 획득 장치를 도시한 구성도.1 is a block diagram showing a signal acquisition device according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신호 획득 장치의 파라미터 설정 방법을 도시한 흐름도.2 is a flowchart illustrating a parameter setting method of a signal acquisition apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3은 푸리에 변환기의 푸리에 변환 과정을 도시한 도면. 3 is a diagram illustrating a Fourier transform process of a Fourier transformer.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20180117487A (en) * | 2017-04-19 | 2018-10-29 | 국방과학연구소 | Robust signal processing method against the variation of received beacon signal level in a communications system |
CN110646818A (en) * | 2018-06-26 | 2020-01-03 | 北京自动化控制设备研究所 | High-sensitivity satellite navigation fine-capturing method |
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