KR20110083960A - 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치 및 그를 이용한 시각 보정과 동기 방법 - Google Patents

로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치 및 그를 이용한 시각 보정과 동기 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 로란 신호에 존재하는 일변효과를 해당 로란 신호에 존재하는 진폭과 위상으로 추정하여 보정 및 동기시킴으로써 일변효과를 효과적으로 보상할 수 있는 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치 및 그를 이용한 시각 보정과 동기 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치는 로란 무선국으로부터의 로란 신호를 받아 초펄스를 출력하는 로란 수신부; 클럭 발생부에서 발생된 주파수를 받아 설정된 주기의 초펄스를 출력하는 주파수 제어부; 로란 수신부에서 출력되는 기준 초펄스와 주파수 제어부에서 출력되는 초펄스의 위상을 비교하여 두 초펄스의 위상 차이값을 측정하는 위상비교부; 위상비교부에서 측정된 로란 수신부의 초펄스에 대한 주파수 발진부의 초펄스 사이의 시간간격에 대한 데이터에서 로란 신호의 이동평균값을 측정하는 이동평균 계산부; 이동평균 계산부에서 구해진 이동평균값과 로란 신호에 존재하는 일변효과를 추정한 패턴의 진폭과 위상을 비교하여 로란 신호의 일변효과를 보정하는 보상신호 생성하는 패턴 생성 및 비교부; 패턴 생성 및 비교부에서 생성된 보상신호에서 주파수 오프셋 값을 계산하는 주파수 오프셋 계산부; 및 주파수 오프셋 계산부에서 계산된 주파수 오프셋 값을 주파수 제어부로 전송하는 제어 신호 출력부; 를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치를 제공한다.

Description

로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치 및 그를 이용한 시각 보정과 동기 방법{Apparatus for clock correction and synchronization using Loran-C signals and method for clock correction and synchronization using the smae}
본 발명은 정밀시각 제공을 위한 클럭 보정과 동기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로란 신호를 이용하여 고정밀의 시각 동기 시스템을 구축함에 있어 로란 신호에 존재하는 일변효과를 해당 로란 신호에 존재하는 진폭과 위상으로 추정하여 보정 및 동기시킴으로써 일변효과를 효과적으로 보상할 수 있는 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치 및 그를 이용한 시각 보정과 동기 방법에 관한 것이다.
이동통신 기준국이나 전력 시스템은 고정밀의 시각 동기를 요구하는데 이러한 고정밀의 시각 동기를 요구하는 시스템에서 로란-C(Loran-C : Long Range Navigation) 신호를 이용하여 시각 동기를 하는 경우가 있다.
여기서, 로란-C는 중장거리 항행 원조 시스템의 하나로써, 100KHz 대역의 반송파 주파수를 이용하여 주로 해안에서의 항법을 위해 고안된 지상파 신호로써 높은 주파수 정밀도 및 시각 동기 성능을 제공하기 때문에 고정밀의 주파수 및 시각동기가 필요한 산업체에서 이를 활용하고 있다.
로란-C 방식은 로란-A 방식에 비해 유효 거리는 약 2배 정도이고, 위치 측정 정밀도 역시 약 2배 이상 양호하여 최근에는 로란-A보다 로란-C가 주로 사용되고 있다. 이와 같은 로란-C 무선국은 영해 주변을 항행하는 항공기와 선박의 항행에 도움을 주고 있다. 현재 우리나라에서는 포항과 광주 두 곳의 로란-C 송신국에서 로란-C 신호를 송출하고 있다.
이러한 로란-C 신호를 이용하여 시각동기를 할 경우 성능에 큰 영향을 미치는 요소 중 하나는 지상파 신호가 가지고 있는 일변효과이다. 이는 하루를 주기로 나타나는 현상으로 일반적으로 변동폭이 수백 ns 정도에 이른다. 따라서 이러한 변동폭 이하의 더욱 정밀한 시각동기를 위해서는 이를 보상해 주기 위한 방법이 요구되어진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 로란 신호를 이용한 시각 보정 및 동기 장치를 설명하기로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 로란 신호를 이용한 시각 보정 및 동기 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다. 종래 기술에 따른 로란 신호를 이용한 시각 보정 및 동기 장치는 도 1에 나타낸 바와 같이, 로란-C 수신기(1), 주파수 발진기(2), 주파수 제어기(3), 위상 비교기(4), 주파수 오프셋 계산기(5) 및 제어신호 출력기(6)로 구성된다.
여기서, 로란-C 수신기(1)는 로란 무선국(도시하지 않음)으로부터 로란-C 신호를 받아 초펄스를 출력한다.
클럭 발생기(2)는 기준 주파수를 발생시킨다.
주파수 제어기(3)는 클럭 발생기(2)에서 발생된 기준 주파수를 받아 초펄스를 출력한다.
위상 비교기(4)는 로란-C 수신기(1)와, 주파수 제어기(3)에서 출력된 각각의 초펄스를 받아 두 초펄스의 위상을 비교한 뒤 두 초펄스의 시간간격 즉 위상차이값을 생성(측정)한다.
주파수 오프셋 계산기(5)는 측정된 위상차이값 데이터를 정해진 개수만큼 모아서 평균값을 구한 후 이에 대한 라인피팅(Line Fitting) 알고리즘을 사용하여 기울기 및 편차를 구한다. 그리고, 라인피팅에 의해서 구해진 값을 사용하여 시간변화량의 값을 구하고 이를 사용하여 주파수 오프셋 값
Figure pat00001
는 다음 수학식 1과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00002
여기서, T는 측정시간이고,
Figure pat00003
는 측정시간동안의 시간변화량이며,
Figure pat00004
은 입력 기준 주파수이다. 한편, 측정시간(T)은 라인피팅에 사용될 데이터를 생성하는데 사용된 총시간이다.
제어신호 출력기(6)는 주파수 오프셋 값을 주파수 제어기(3)로 전송한다.
그러면 주파수 제어기(3)에서는 제어신호 출력기(6)에서 전송된 주파수 오프셋 값에 해당되는 값만큼 더해서 출력 주파수의 값을 변화시키며, 이를 기준으로 하여 생성된 초펄스가 시각동기에 사용된다.
그러나 이와 같은 종래 기술에 있어서는 로란-C 신호에는 일변효과가 존재하고 이 변동폭이 주파수 오프셋 측정에 반영되므로 일변효과에 해당하는 만큼의 동기 성능이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 로란 신호에 존재하는 일변효과를 해당 로란 신호에 존재하는 진폭과 위상으로 추정하여 보정 및 동기시킴으로써 일변효과를 효과적으로 보상할 수 있는 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치 및 그를 이용한 시각 보정과 동기 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 로란 무선국으로부터의 로란 신호를 받아 초펄스를 출력하는 로란 수신부; 클럭 발생부에서 발생된 주파수를 받아 설정된 주기의 초펄스를 출력하는 주파수 제어부; 로란 수신부에서 출력되는 기준 초펄스와 주파수 제어부에서 출력되는 초펄스의 위상을 비교하여 두 초펄스의 위상 차이값을 측정하는 위상비교부; 위상비교부에서 측정된 로란 수신부의 초펄스에 대한 주파수 발진부의 초펄스 사이의 시간간격에 대한 데이터에서 로란 신호의 이동평균값을 측정하는 이동평균 계산부; 이동평균 계산부에서 구해진 이동평균값과 로란 신호에 존재하는 일변효과를 추정한 패턴의 진폭과 위상을 비교하여 로란 신호의 일변효과를 보정하는 보상신호 생성하는 패턴 생성 및 비교부; 패턴 생성 및 비교부에서 생성된 보상신호에서 주파수 오프셋 값을 계산하는 주파수 오프셋 계산부; 및 주파수 오프셋 계산부에서 계산된 주파수 오프셋 값을 주파수 제어부로 전송하는 제어 신호 출력부; 를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치를 제공한다.
그리고, 이동평균 계산부에서 측정하는 이동평균값을 mvi라 하고, i는 i개의 주기라 하며, xj는 주기 i 동안에 위상비교부에서 측정된 로란-C 수신부의 초펄스와 주파수 제어부의 초펄스간 시간간격에 의한 위상차의 총합 데이터라 하는 경우,
Figure pat00005
, 여기서,
Figure pat00006
인 것이 바람직하다.
한편, 보정에 필요한 보상신호를 생성하기 위하여 패턴 생성 및 비교부는 보상에 필요한 주파수를 선별적으로 선택하기 위하여 데이터 특성에 맞는 주파수 영역을 설정하고, 최소제곱주파수추정 방법으로 설정된 영역 내에서의 주파수 성분을 추정하며, 추정된 주파수 성분 중 최대 전력에 대한 전력비를 사용하여 정해진 임계값 이상에 해당하는 전력 값을 갖는 주파수만을 선정하고, 추정된 주파수 중에서 최대 전력을 갖는 주파수 성분에 대한 주기를 사용하여 원래 데이터를 스무딩한 후 이를 토대로 진폭과 위상을 추정하는 것이 바람직하다.
그리고, 진폭은 진폭을
Figure pat00007
라 하고, 최소제공주파수추정에 의해 구해진 전력 크기를
Figure pat00008
라 하며,
Figure pat00009
는 전체 주파수에 대한 전력의 크기라 하고,
Figure pat00010
는 스무딩된 신호의 최대값이라 하는 경우,
Figure pat00011
에 의해 추정되는 것이 바람직하다.
한편, 위상은 위상을
Figure pat00012
라 하고,
Figure pat00013
는 각각 측정된 데이터로부터 구해진 최대 위상값이고,
Figure pat00014
는 각각 측정된 데이터로부터 구해진 최소 위상값이라 하는 경우,
Figure pat00015
에 의해 추정되는 것이 바람직하다.
또한, 최대 위상값(
Figure pat00016
)은 스무딩 주기를 T라 하고, 스무딩 주기에 대해 스무딩된 신호의 최대값
Figure pat00017
의 인덱스 값을 Imax라 하고, 스무딩 주기에 대해 스무딩된 신호의 최소값
Figure pat00018
의 인덱스 값을 Imin이라 하는 경우
Figure pat00019
에 의해 계산됨이 바람직하다.
한편, 진폭 및 위상에 대한 추정값을 사용하여 개별적인 주파수 성분에 대한 코싸인 신호를
Figure pat00020
라 하는 경우,
Figure pat00021
에 의해 구하고, 개별적인 주파수 성분에 대한 합에 따른 보상신호를
Figure pat00022
라 하는 경우
Figure pat00023
에 의해 생성됨이 바람직하다.
한편, 로란 수신부는 로란-C 수신기 또는 로란-A 수신기 중 적어도 하나인 것이 바람직하다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 로란 무선국으로부터의 로란 신호를 수신한 로란 수신부에서 수신된 로란 신호에 따른 기준 초펄스를 출력하고, 주파수 제어부는 설정된 초펄스를 출력하는 단계; 로란 수신부에서 출력된 기준 초펄스와, 주파수 제어부에서 출력되는 초펄스에 대하여 위상 비교부가 두 초펄스의 시간간격에 따른 위상을 비교하여 위상차를 측정하는 단계; 위상 비교부에서 측정된 위상차에 대한 데이터에 대하여 이동평균 계산부에서 이동평균값을 측정하는 단계; 및 이동평균 계산부에서 구해진 이동평균값과 로란 신호에 존재하는 일변효과를 추정한 패턴의 진폭과 위상을 비교하여 패턴 생성 및 비교부에서 로란 신호의 일변효과를 보정하는 보상신호를 생성하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 방법을 제공한다.
여기서, 패턴 생성 및 비교부에서 로란 신호의 일변효과를 보정하는 보상신호를 생성하는 단계는, 보상에 필요한 주파수를 선별적으로 선택하기 위하여 데이터 특성에 맞는 주파수 영역을 설정하는 단계와, 최소제곱주파수추정 방법으로 설정된 영역 내에서의 주파수 성분을 추정하는 단계와, 추정된 주파수 성분 중 최대 전력에 대한 전력비를 사용하여 정해진 임계값 이상에 해당하는 전력 값을 갖는 주파수만을 선정하는 단계와, 추정된 주파수 중에서 최대 전력을 갖는 주파수 성분에 대한 주기를 사용하여 원래 데이터를 스무딩한 후 이를 토대로 진폭과 위상을 추정하여 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 일변효과 패턴은, 로란 무선국으로부터의 로란 신호를 수신하는 지역에 존재하는 로란 수신기에서의 일변 효과를 추정한 패턴을 이용하는 것임이 바람직하다.
또한, 패턴 생성 및 비교부에서 보상신호를 생성하는 단계 이후에 생성된 보상신호를 주파수 오프셋을 계산하는 주파수 오프셋 계산부로 전송하는 단계와, 주파수 오프셋 계산부에서 라인피팅을 통해 주파수 오프셋 값을 구하는 단계와, 주파수 오프셋 값을 제어신호 출력부에서 주파수 제어부로 전송하여 주파수 제어부에서 발생되는 초펄스를 보정하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치 및 그를 이용한 시각 보정과 동기 방법에 있어서는 로란-C 신호를 이용하여 고정밀의 시각 동기를 요구하는 동기 장치의 구현에 있어서 로란-C 신호에 존재하는 일변효과를 효과적으로 보상해 줌으로써 보다 높은 성능의 안정적인 동기 장치를 제공할 수 있다. 특히, 수십 나노 초 이하의 초 고정밀의 시각 동기를 요구하는 시각 동기 장치의 구축에 보다 효과적으로 이용할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 로란 신호를 이용한 시각 동기 및 보정 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치를 설명하기 위한 블록 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치를 이용한 시각 보정과 동기 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
이하, 본 발명에 따른 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치 및 그를 이용한 시각 보정과 동기 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다.
또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
도 2는 본 발명에 따른 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다. 본 발명에 따른 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치는 도 2에 나타낸 바와 같이, 로란-C 수신부(10), 클럭 발생부(20), 주파수 제어부(30), 위상 비교부(40), 이동평균 계산부(50), 패턴생성 및 비교부(60), 주파수 오프셋 계산부(70) 및 제어신호 출력부(80)로 구성된다.
로란-C 수신부(10)는 로란 무선국(도시하지 않음)으로부터 로란-C 신호를 받아 초펄스를 출력한다.
클럭 발생부(20) 기준 주파수를 발생시킨다.
주파수 제어부(30) 클럭 발생부(20)에서 발생된 기준 주파수를 받아 초펄스를 출력한다.
위상 비교부(40)는 로란-C 수신부(10)와, 주파수 제어부(30)에서 출력된 각각의 초펄스를 받아 두 초펄스의 위상을 비교하여 두 초펄스의 시간간격 즉 위상차이값을 생성(측정)한다.
이동평균 계산부(50)는 시간간격 계수부(30)에서 측정된 로란-C 수신부(10)의 초펄스에 대한 주파수 제어부(20)의 초펄스 사이의 시간간격에 대한 데이터를 사전에 정해진 평균주기만큼 모아서 이동평균값을 구한다. 이때, 이동평균값을
Figure pat00024
라 하는 경우, 이동평균값(
Figure pat00025
)은 수학식 2와 같이 구할 수 있다.
Figure pat00026
이때, i는 i개의 주기이고,
Figure pat00027
는 주기 i 동안에 시간간격 계수부(30)에서 측정된 로란-C 수신부(10)의 초펄스와 주파수 발진부(20)의 초펄스 사이의 시간간격에 의한 위상차의 총합 데이터이다.
패턴생성 및 비교부(60)는 이동평균 계산부(50)에서 구해진 위상차의 총합 데이터를 이용하여 사전에 미리 구해진 이전의 일변효과 패턴과 비교하여 로란-C 수신부(10)에서 발생된 로란-C 신호의 일변 효과를 보상한다. 여기서, 미리 구해진 이전 패턴이란 로란 무선국으로부터의 로란-C 신호를 수신하는 지역에 존재하는 로란 수신기에서의 일변 효과를 추정한 패턴을 이용한다.
이때, 일변효과 패턴을 yn이라 하는 경우, 다음 수학식3과 같이 추정할 수 있다.
Figure pat00028
여기서,
Figure pat00029
는 로란-C 신호의 일변효과에 대한 추정된 정현파 패턴의 진폭이고,
Figure pat00030
는 위상값이며,
Figure pat00031
는 바이어스 값이다.
이를 보다 상세히 설명하면, 패턴 생성 및 비교부(60)에 있는 로란-C 신호의 일변 효과에 대한 추정된 패턴은 로란-C 신호를 수신하는 지역에서의 일변 효과를 추정한 값을 사용하며 이에 대한 절차는 다음과 같다.
우선, 데이터 특성에 맞는 주파수 영역을 설정하여야 한다. 이때, 수학식 3에서와 같이 24시간 동안의 주파수 영역을 설정할 수도 있고, 12시간 또는 6시간 동안의 주파수 영역을 설정할 수도 있다. 여기서, 데이터 특성 및 목적에 맞게 추정한 주파수 성분의 영역을 먼저 설정하는 것은 많은 주파수 성분 중에서 보상에 필요한 주파수를 선별적으로 선택하기 위해 필요하다. 이때, 일변 효과를 보상하기 위하여는 24시간 동안의 주파수 영역을 설정하는 것이 바람직하다.
그 다음, 최소제곱주파수추정(LSSA : Least Square Spectral Analysis) 방법을 사용하여 설정된 영역 내에서의 주파수 성분을 추정한다.
이어, 추정된 주파수 성분 중 최대 전력에 대한 전력비를 사용하여 정해진 임계값 이상에 해당하는 전력 값을 갖는 주파수만을 선정한다. 즉, 주파수 범위가 정해졌다고 할지라도 해당 범위내에서 검출되는 주파수의 개수는 상당히 많은 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 모든 주파수 성분에 대해서 보상해 줌으로써 기대할 수 있는 성능 향상이 크지 않기 때문에 설정된 임계값 이상에 해당하는 전력 값을 갖는 주파수 선정 범위를 설정하는 것이다.
그리고, 추정된 주파수 중에서 최대 전력을 갖는 주파수 성분에 대한 주기를 사용하여 원래 데이터를 스무딩한 후 이를 토대로 진폭과 위상을 추정한다.
여기에서 주기는 통상의 f=1/T를 이용하여 구하고, 진폭은 로란-C 수신부(10)에서 수신된 각각의 로란-C 주파수에 대해 추정된 로란-C 신호의 정현파 형태의 코싸인 함수의 진폭을
Figure pat00032
에 의해 다음 수학식4를 이용해 구할 수 있다.
Figure pat00033
여기서,
Figure pat00034
는 LSSA에 의해 구해진 전력 크기이고,
Figure pat00035
는 전체 주파수에 대한 전력의 크기(
Figure pat00036
)이며,
Figure pat00037
는 스무딩된 신호의 최대값이다.
또한, 각각의 주파수에 대한 코사인 함수의 위상값에 대한 추정은 다음 수학식5와 같이 구할 수 있다.
Figure pat00038
여기서,
Figure pat00039
는 추정된 코싸인 함수의 위상값이고,
Figure pat00040
는 각각 측정된 데이터로부터 구해진 최대 위상값이고,
Figure pat00041
는 각각 측정된 데이터로부터 구해진 최소 위상값으로 최대 위상값(
Figure pat00042
)과 최소 위상값(
Figure pat00043
)은 다음 수학식 6과 같이 계산할 수 있다.
Figure pat00044
여기에서 T는 스무딩 주기이고, Imax 및 Imin는 각각 이 주기에 대해 스무딩된 신호의 최대값
Figure pat00045
및 최소값의
Figure pat00046
인덱스 값이다.
이렇게 구해진 진폭 및 위상에 대한 추정값을 사용하여 개별적인 주파수 성분에 대한 코싸인 신호를 다음 수학식 7과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00047
그리고, 수학식 7에서 구한 개별적인 주파수 성분을 수학식 8과 같이 합해줌으로써 최종적인 보상신호를 생성하여 본래 수신된 로란-C 신호에서 빼줌으로써 일변효과를 보상한다.
Figure pat00048
즉, 추정된 진폭 및 위상 값을 이용하여 수학식 7과 같이 개별 보상 신호를 생성하고 이러한 신호들을 수학식 8에서와 같이 합하여 전체적인 보상 신호를 생성한 후에 이를 본래 신호, 즉 로란-C 수신부(10)에서 수신된 신호에서 빼 줌으로써 일변효과를 보상할 수 있다.
이렇게 보상된 신호를 이용하여 주파수 오프셋 계산부(70)에서는 라인피팅을 통해 주파수 오프셋 값을 구한다.
그리고, 주파수 오프셋 계산부(70)에서 구한 제어신호 출력부(80)는 주파수 오프셋 값을 주파수 제어부(30)를 전송한다.
그러면 주파수 제어부(30)는 제어신호 출력부(80)에서 전송된 주파수 오프셋 값에 해당되는 값을 더해서 출력 주파수의 값을 보정시키며, 이를 기준으로 하여 생성된 초펄스가 시각 동기에 사용된다.
도 3은 본 발명에 따른 로란 신호를 이용한 정밀시각 제공을 위한 클럭 보정과 동기 장치를 이용한 클럭 보정과 동기 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다. 본 발명에 따른 로란 신호를 이용한 정밀시각 제공을 위한 클럭 보정과 동기 장치를 이용한 클럭 보정과 동기 방법은 도 3에 나타낸 바와 같이, 로란 무선국(도시하지 않음)으로부터의 로란-C 신호를 수신한 로란-C 수신부(10)에서 수신된 기준 초펄스를 출력하고, 주파수 제어부(30)에서는 초펄스를 출력한다(S10)
위상비교부(40)는 로란-C 수신부(10)에서 출력된 기준 초펄스와, 주파수 제어부(30)에서 출력되는 초펄스를 수신받아 두 초펄스의 시간간격에 따른 위상을 비교하여 두 값의 차이값을 측정한다(S20).
그 다음, 이동평균 계산부(50)는 시간간격 계수부(30)에서 측정된 로란-C 수신부(10)의 초펄스에 대한 주파수 발진부(20)의 초펄스 사이의 시간간격에 대한 데이터를 사전에 정해진 평균주기만큼 모아서 이동평균값을 측정한다(S30).
한편, 이와 같이 이동평균 계산부(50)에서 구해진 이동평균값은 패턴생성 및 비교부(60)에서 사전에 미리 구해진 이전의 일변효과 패턴과 비교하여 로란-C 수신부(10)에서 발생된 로란-C 신호의 일변 효과를 보상한다. 여기서, 미리 구해진 이전 패턴이란 로란 무선국으로부터의 로란-C 신호를 수신하는 지역에 존재하는 로란 수신기에서의 일변 효과를 추정한 패턴을 이용한다.
이때, 우선, 패턴 생성 및 비교부(60)에서는 데이터 특성에 맞는 주파수 영역을 설정한다(S40).
그리고, 패턴 생성 및 비교부(60)에서는 최소제곱주파수추정(LSSA : Least Square Spectral Analysis) 방법을 사용하여 설정된 영역 내에서의 주파수 성분을 추정한다(S50).
그 다음, 패턴 생성 및 비교부(60)에서는 추정된 주파수 성분 중 최대 전력에 대한 전력비를 사용하여 정해진 임계값이상에 해당하는 전력 값을 갖는 주파수만을 선정한다(S60).
이어, 패턴생성 및 비교부(60)에서는 최대전력을 갖는 주파수에 대해 진폭 및 위상값을 추정한다(S70).
그리고, 추정된 진폭 및 위상값을 이용하여 보상신호를 생성한다(S80).
그 다음 생성된 보상신호를 이용하여 일변효과를 보상한다(S90).
이때 본래의 신호, 즉 로란-C 수신부(10)에서 수신된 신호에서 빼 줌으로써 일변효과를 보상할 수 있다.
이렇게 보상된 신호를 이용하여 주파수 오프셋 계산부(70)에서는 라인피팅을 통해 주파수 오프셋 값을 구한다.
그리고, 주파수 오프셋 계산부(70)에서 구한 제어신호 출력부(80)는 주파수 오프셋 값을 주파수 제어부(30)를 전송한다.
그러면 주파수 제어부(30)는 제어신호 출력부(80)에서 전송된 주파수 오프셋 값에 해당되는 값을 더해서 출력 주파수의 값을 보정시키며, 이를 기준으로 하여 생성된 초펄스가 시각 동기에 사용된다.
한편, 본 발명에서는 로란-C 수신기를 위주로 설명하였으나, 로란-A 수신기에도 이를 적용할 수 있다.
이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 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 한다.
10 : 로란-C 수신부 20 : 클럭 발생부
30 : 주파수 제어부 40 : 위상 비교부
50 : 이동평균 계산부 60 : 패턴 생성 및 비교부
70 : 주파수 오프셋 계산부 80 : 제어신호 출력부

Claims (12)

  1. 로란 무선국으로부터의 로란 신호를 받아 초펄스를 출력하는 로란 수신부;
    클럭 발생부에서 발생된 주파수를 받아 설정된 주기의 초펄스를 출력하는 주파수 제어부;
    상기 로란 수신부에서 출력되는 기준 초펄스와 상기 주파수 제어부에서 출력되는 초펄스의 위상을 비교하여 두 초펄스의 위상 차이값을 측정하는 위상비교부;
    상기 위상비교부에서 측정된 상기 로란 수신부의 초펄스에 대한 상기 주파수 발진부의 초펄스 사이의 시간간격에 대한 데이터에서 상기 로란 신호의 이동평균값을 측정하는 이동평균 계산부;
    상기 이동평균 계산부에서 구해진 이동평균값과 상기 로란 신호에 존재하는 일변효과를 추정한 패턴의 진폭과 위상을 비교하여 상기 로란 신호의 일변효과를 보정하는 보상신호 생성하는 패턴 생성 및 비교부;
    상기 패턴 생성 및 비교부에서 생성된 보상신호에서 주파수 오프셋 값을 계산하는 주파수 오프셋 계산부; 및
    상기 주파수 오프셋 계산부에서 계산된 주파수 오프셋 값을 상기 주파수 제어부로 전송하는 제어 신호 출력부; 를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동평균 계산부에서 측정하는 상기 이동평균값을 mvi라 하고, i는 i개의 주기라 하며, xj는 주기 i 동안에 상기 위상비교부에서 측정된 상기 로란-C 수신부의 초펄스와 상기 주파수 제어부의 초펄스간 시간간격에 의한 위상차의 총합 데이터라 하는 경우,
    상기
    Figure pat00049
    , 여기서,
    Figure pat00050
    에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정에 필요한 보상신호를 생성하기 위하여 상기 패턴 생성 및 비교부는,
    상기 보상에 필요한 주파수를 선별적으로 선택하기 위하여 데이터 특성에 맞는 주파수 영역을 설정하고, 최소제곱주파수추정 방법으로 상기 설정된 영역 내에서의 주파수 성분을 추정하며, 상기 추정된 주파수 성분 중 최대 전력에 대한 전력비를 사용하여 정해진 임계값 이상에 해당하는 전력 값을 갖는 주파수만을 선정하고, 상기 추정된 주파수 중에서 최대 전력을 갖는 주파수 성분에 대한 주기를 사용하여 원래 데이터를 스무딩한 후 이를 기초로 상기 진폭과 위상을 추정하는 것을 특징으로 하는 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 진폭은 상기 진폭을
    Figure pat00051
    라 하고, 상기 최소제공주파수추정에 의해 구해진 전력 크기를
    Figure pat00052
    라 하며,
    Figure pat00053
    는 전체 주파수에 대한 전력의 크기라 하고,
    Figure pat00054
    는 스무딩된 신호의 최대값이라 하는 경우, 상기
    Figure pat00055
    에 의해 추정되는 것을 특징으로 하는 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 위상은 상기 위상을
    Figure pat00056
    라 하고,
    Figure pat00057
    는 각각 측정된 데이터로부터 구해진 최대 위상값이고,
    Figure pat00058
    는 각각 측정된 데이터로부터 구해진 최소 위상값이라 하는 경우 상기
    Figure pat00059
    에 의해 추정되는 것을 특징으로 하는 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 최대 위상값(
    Figure pat00060
    )은 상기 스무딩 주기를 T라 하고, 상기 스무딩 주기에 대해 스무딩된 신호의 최대값
    Figure pat00061
    의 인덱스 값을 Imax라 하고, 상기 스무딩 주기에 대해 스무딩된 신호의 최소값
    Figure pat00062
    의 인덱스 값을 Imin이라 하는 경우 상기
    Figure pat00063
    에 의해 계산됨을 특징으로 하는 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치.
  7. 제 3 항, 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 진폭 및 위상에 대한 추정값을 사용하여 개별적인 주파수 성분에 대한 코싸인 신호를
    Figure pat00064
    라 하는 경우, 상기
    Figure pat00065
    에 의해 구하고,
    상기 개별적인 주파수 성분에 대한 합에 따른 보상신호를
    Figure pat00066
    라 하는 경우 상기
    Figure pat00067
    에 의해 생성됨을 특징으로 하는 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 로란 수신부는 로란-C 수신기 또는 로란-A 수신기 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 장치.
  9. 로란 무선국으로부터의 로란 신호를 수신한 로란 수신부에서 수신된 로란 신호에 따른 기준 초펄스를 출력하고, 주파수 제어부는 설정된 초펄스를 출력하는 단계;
    상기 로란 수신부에서 출력된 기준 초펄스와, 상기 주파수 제어부에서 출력되는 초펄스에 대하여 위상 비교부가 상기 두 초펄스의 시간간격에 따른 위상을 비교하여 위상차를 측정하는 단계;
    상기 위상 비교부에서 측정된 위상차에 대한 데이터에 대하여 이동평균 계산부에서 이동평균값을 측정하는 단계; 및
    상기 이동평균 계산부에서 구해진 이동평균값과 상기 로란 신호에 존재하는 일변효과를 추정한 패턴의 진폭과 위상을 비교하여 패턴 생성 및 비교부에서 상기 로란 신호의 일변효과를 보정하는 보상신호를 생성하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 패턴 생성 및 비교부에서 상기 로란 신호의 일변효과를 보정하는 보상신호를 생성하는 단계는,
    상기 보상에 필요한 주파수를 선별적으로 선택하기 위하여 데이터 특성에 맞는 주파수 영역을 설정하는 단계와,
    최소제곱주파수추정 방법으로 상기 설정된 영역 내에서의 주파수 성분을 추정하는 단계와,
    상기 추정된 주파수 성분 중 최대 전력에 대한 전력비를 사용하여 정해진 임계값 이상에 해당하는 전력 값을 갖는 주파수만을 선정하는 단계와,
    상기 추정된 주파수 중에서 최대 전력을 갖는 주파수 성분에 대한 주기를 사용하여 원래 데이터를 스무딩한 후 이를 토대로 상기 진폭과 위상을 추정하여 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 일변효과 패턴은,
    상기 로란 무선국으로부터의 상기 로란 신호를 수신하는 지역에 존재하는 로란 수신기에서의 일변 효과를 추정한 패턴을 이용하는 것임을 특징으로 하는 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 패턴 생성 및 비교부에서 상기 보상신호를 생성하는 단계 이후에 상기 생성된 보상신호를 주파수 오프셋을 계산하는 주파수 오프셋 계산부로 전송하는 단계와,
    상기 주파수 오프셋 계산부에서 라인피팅을 통해 주파수 오프셋 값을 구하는 단계와,
    상기 주파수 오프셋 값을 제어신호 출력부에서 상기 주파수 제어부로 전송하여 상기 주파수 제어부에서 발생되는 초펄스를 보정하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 로란 신호를 이용한 시각 보정과 동기 방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160000725A (ko) * 2014-06-25 2016-01-05 연세대학교 산학협력단 이로란 신호의 asf 측정 시스템 및 방법
KR20190129224A (ko) * 2018-05-10 2019-11-20 연세대학교 산학협력단 다중 체인 기반의 로란 측위 시스템에서 사용자 위치를 계산하는 장치 및 방법
KR102054440B1 (ko) 2018-11-30 2019-12-10 한국해양과학기술원 ＴｏＡ 측정치를 이용하는 로란-씨/이로란 다중 체인 측위 장치 및 방법
CN112904386A (zh) * 2021-01-15 2021-06-04 武汉梦芯科技有限公司 一种基于GNSS来补偿LoRa多普勒频偏的方法及系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4800391A (en) 1987-11-03 1989-01-24 Megapulse, Inc. Method of and apparatus for message communication on Loran-C navigational signal broadcasts and the like with reduced navigation errors
US6308077B1 (en) 1992-10-02 2001-10-23 Motorola, Inc. Apparatus and method for providing synchronization of base-stations in a communication system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160000725A (ko) * 2014-06-25 2016-01-05 연세대학교 산학협력단 이로란 신호의 asf 측정 시스템 및 방법
KR20190129224A (ko) * 2018-05-10 2019-11-20 연세대학교 산학협력단 다중 체인 기반의 로란 측위 시스템에서 사용자 위치를 계산하는 장치 및 방법
KR102054440B1 (ko) 2018-11-30 2019-12-10 한국해양과학기술원 ＴｏＡ 측정치를 이용하는 로란-씨/이로란 다중 체인 측위 장치 및 방법
CN112904386A (zh) * 2021-01-15 2021-06-04 武汉梦芯科技有限公司 一种基于GNSS来补偿LoRa多普勒频偏的方法及系统

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