KR20130126054A

KR20130126054A - 실내외 연속 측위를 위한 ｇｐｓ신호 생성 장치 및 방법, 이를 포함하는 실내외 연속 측위 시스템

Info

Publication number: KR20130126054A
Application number: KR1020120049807A
Authority: KR
Inventors: 고희동; 김상욱; 김익재
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2032-05-10
Also published as: KR101385598B1

Abstract

본 발명은, 실내외 연속 측위를 위한 GPS 신호 생성 장치 및 방법, 이를 포함하는 실내외 연속 측위 시스템에 관한 것으로서, 특히, 실내에서의 정밀한 측위를 위해 의사 위성(pseudolite)과 기준국(reference station)을 두어, 이들을 이용하여 지연 보정된 GPS 신호를 생성함으로써, 종래의 일반적인 상용 GPS 신호 수신기로도 측위 가능하고, 보다 정밀한 실내 위치 측정이 가능한 GPS 신호를 생성할 수 있다.

Description

실내외 연속 측위를 위한 ＧＰＳ신호 생성 장치 및 방법, 이를 포함하는 실내외 연속 측위 시스템{Apparatus and method for generating GPS signal for indoor/outdoor seamless positioning and indoor/outdoor seamless positioning system}

본 발명은, 실내외 연속 측위를 위한 GPS 신호 생성 장치 및 방법, 이를 포함하는 실내외 연속 측위 시스템에 관한 것으로서, 특히, 실내에서의 정밀한 측위를 위해 의사 위성(pseudolite)과 기준국(reference station)을 두어, 이들을 이용하여 지연 보정된 GPS 신호를 생성하는 실내외 연속 측위를 위한 GPS 신호 생성 장치 및 방법, 그리고 실내외 연속 측위 시스템에 관한 것이다.

본래 군사용으로 개발된 위성항법 시스템(Global Positioning System, GPS)은 오늘날 실생활 속 다양한 분야에 이용되고 있다. 특히 최근엔 스마트폰과 같은 이동통신 단말기와 융합하여 사용자가 있는 위치 정보 및 주변 정보를 엮어 새로운 부가가치를 창출하는 위치 기반 서비스로도 활용되고 있다. 위치 기반 서비스는 구조 요청, 범죄 신고에의 대응, 인접 지역 정보 제공의 지리 정보 시스템, 교통 정보, 차량 항법 및 물류 관계 등 다양한 분야에서 사용된다.

일반적으로 GPS는 GPS 위성 신호의 수신이 가능한 지역 즉 수신기의 안테나에서 GPS 위성이 보이는 지역에서만 이용이 가능하기 때문에, 야외에서만 사용이 가능하며 위성 신호가 차단되는 지역이나 실내에서는 GPS를 이용하는 데에 상당한 제약이 있었다. 즉, GPS 위성으로부터 송신되는 전파의 세기가 미약하기 때문에, 지형 지물에 의하여 위성이 관측되지 않아 전파가 수신되지 않으면 GPS에 의한 위치 측정은 불가능하고, GPS는 일반적으로 위성이 관측되는 실외에서만 사용이 가능하며, 빌딩 내부, 공장 내부 등과 같은 실내에서는 이용이 불가능하다는 한계가 있다.

이러한 한계를 해결하기 위한 종래의 기술로, 의사 위성(pseudolite)을 사용하는 기술이 있다. 의사 위성(pseudolite)은 GPS 위성과 같은 신호를 송신하도록 지상에 설치된 송신기로서 GPS 신호를 수신할 수 없는 지역의 GPS 수신기가 자신의 위치를 측정할 수 있도록 한다.

그러나 이러한 의사 위성 기반의 종래의 측위 기술들은 GPS 의사 위성 신호를 수신하여 측위하기 위한 별도의 의사 위성 신호 전용 수신기(모듈)이 필요하다거나, 정밀한 실내 위치 측정에는 한계가 있는 기술이 대부분이어서, 그 활용범위가 매우 제한적이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 종래의 일반적인 상용 GPS 신호 수신기로도 측위 가능하고, 보다 정밀한 실내 위치 측정이 가능한 GPS 신호 생성 장치 및 방법, 그리고 실내외 연속 측위 시스템을 제공하는 데에 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명에 의한, 실내외 연속 측위를 위한 GPS 신호 생성 장치는 실내 측위 대상 공간의 외부에서 수신가능한 실외 GPS 신호를 송출한 적어도 하나 이상의 실제 위성들의 실제위성정보를 수집하는 실제위성정보수집부; 실내 측위 대상 공간의 내부에 설치된 적어도 하나 이상의 의사 위성들 각각과 의사 의성들로부터 송출된 실내 GPS 신호를 수신하는 실내 측위 공간의 내부의 기준국 간의 의사위성거리를 획득하는 의사위성거리획득부; 수집된 실제위성정보 및 획득된 의사위성거리를 기초로 실외 GPS 신호를 의사위성거리에 맞게 지연보정한 보정 GPS 신호를 생성하는 GPS 신호생성부; 및 의사 위성들을 통해 보정 GPS 신호를 송출하는 GPS 신호 송출부를 포함한다.

보다 바람직하게는, 의사위성거리는 의사 위성들 각각로부터 송출된 GPS 신호로부터 추출된 정보를 기초로 측정될 수 있다.

보다 바람직하게는, 보정 GPS 신호는 실외 GPS 신호의 네비게이션 데이터 및 PRN 코드를 포함하는 GPS 신호코드를 의사위성거리에 맞게 지연보정한 지연코드를 포함할 수 있다.

보다 바람직하게는, GPS 신호 생성부는 측정된 의사위성거리를 기초로 기준국의 위치를 계산하고, 계산된 위치를 기초로 산정된 지연 보정 팩터를 기초로 보정 GPS 신호를 생성할 수 있다.

보다 바람직하게는, GPS 신호 생성부는 보정 GPS 신호를 송출할 의사 위성들에 대응하는 적어도 하나 이상의 GPS 신호 생성 회로들을 포함할 수 있다.

보다 바람직하게는, GPS 신호 생성회로들은 측정된 의사위성거리를 기초로 실외 GPS 신호의 네비게이션 데이터 및 PRN 코드를 포함하는 GPS 신호코드를 지연보정한 지연 코드를 생성하는 지연코드 생성부; 및 지연 코드를 기초로 생성된 RF 신호의 전력을 보정하여 보정 GPS 신호를 생성하는 RF 감쇠기를 각각 포함할 수 있다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명에 의한, 실내외 연속 측위를 위한 GPS 신호 생성 방법은 실내 측위 대상 공간의 외부에서 수신가능한 실외 GPS 신호를 송출한 적어도 하나 이상의 실제 위성들의 실제위성정보를 수집하는 단계; 실내 측위 대상 공간의 내부에 설치된 적어도 하나 이상의 의사 위성들 각각과 의사 의성들로부터 송출된 실내 GPS 신호를 수신하는 실내 측위 공간의 내부의 기준국 간의 의사위성거리를 획득하는 단계; 수집된 실제위성정보 및 측정된 의사위성거리를 기초로 실외 GPS 신호를 의사위성거리에 맞게 지연보정한 보정 GPS 신호를 생성하는 GPS 신호생성단계; 및 의사 위성들을 통해 보정 GPS 신호를 송출하는 단계를 포함한다.

보다 바람직하게는, GPS 신호 생성 단계는 보정 GPS 신호를 송출할 의사 위성들에 대응하는 적어도 하나 이상의 GPS 신호 생성 회로들에 의해 수행될 수 있다.

보다 바람직하게는, GPS 신호 생성단계는 측정된 의사위성거리를 기초로 기준국의 위치를 계산하는 단계; 계산된 위치를 기초로 지연 보정 팩터를 산정하는 단계; 및 산정된 지연 보정 팩터를 기초로 보정 GPS 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명에 의한, 실내외 연속 측위 시스템은 실내 측위 대상 공간의 외부에서 적어도 하나 이상의 실제 위성들의 실외GPS 신호를 수신하여, 실외 GPS 신호로부터 실제 위성들의 실제위성정보를 수집하는 실외 GPS 수신 장치; 실내 측위 대상 공간의 내부에 설치되어 실내 GPS 신호를 송출하는 저어도 하나 이상의 의사 위성들; 적어도 하나 이상의 의사 위성들로부터 송출된 실내 GPS 신호를 수신하는 기준국; 실제위성정보 및 의사 위성들 각각과 기준국 간의 의사 거리를 기초로 실외 GPS 신호를 의사위성거리에 맞게 지연보정한 보정 GPS 신호를 생성하는 GPS 신호 생성 장치를 포함하고, 의사 위성들은 생성된 보정 GPS 신호를 송출한다.

보다 바람직하게는, GPS 신호 생성장치는 보정 GPS 신호를 송출할 의사 위성들에 대응하는 적어도 하나 이상의 GPS 신호 생성 회로들을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 종래의 일반적인 상용 GPS 신호 수신기로도 실내외 연속 측위가 가능하고, 기준국의 위치를 참조하여 보다 정밀한 실내 측위가 가능하다. 따라서, 대규모 전시회, 박물관 및 쇼핑몰 기타 대형 실내 공간에서의 실내항법에 유용하게 활용될 수 있다.

도 1a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 실내외 연속 측위 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 1b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 실내외 연속 측위 시스템의 GPS 신호 생성장치의 개략적인 구성을 예시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 GPS 신호 생성 방법의 흐름을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 GPS 신호 생성 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 GPS 신호 생성 장치의 상세한 구성을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 GPS 신호 생성 장치의 일 구성요소인 지연 코드 생성부의 구성을 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 GPS 신호 생성 장치의 지연 코드 생성부의 일 구성요소인 지연 클럭 신호 생성부의 구성을 예시한 도면이다.

이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블록을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다. 또한, 프로세서, 제어 또는 이와 유사한 개념으로 제시되는 용어의 사용은 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어를 배타적으로 인용하여 해석되어서는 아니 되고, 제한 없이 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 롬(ROM), 램(RAM) 및 비휘발성 메모리를 암시적으로 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 주지 관용의 다른 하드웨어도 포함될 수 있다.

상술한 목적, 특징 및 장점들은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 더욱 분명해 질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하거나 간략하게 설명하는 것으로 한다.

한편 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.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 실내외 연속 측위 시스템의 구성을 도시한 도면이다.

도 1a를 참조하면, 본 실시예에 따른 실내외 연속 측위 시스템은 복수의 실제 위성들(Satellite vehicles, SV(1)~SV(N1)), 복수의 의사 위성들(pseudolites, PL(1)~PL(N2)), 실외 GPS 수신 장치(outdoor GPS receiver, 110), 기준국(reference station, 120) 및 GPS 신호 생성 장치(130)를 포함한다.

실외 GPS 수신 장치(110)는 실내 측위 대상 공간(100)의 외부에 설치되어, 실제 위성의 실외 GPS 신호를 수신하고, 수신된 실외 GPS 신호로부터 필요한 정보를 추출할 수 있는 장치로서, 본 실시예에서는 실내 측위 대상 공간(100)의 외부에서 수신 가능한 실제 위성들(SV(1)~SV(N1)) 각각의 실외 GPS 신호 정보 즉, 실외 GPS 수신 장치(110)의 안테나에 보이는 실제 위성들(SV(1)~SV(N1)) 각각의 네비게이션 데이터(NAV data), 식별 정보(SV(n1)) 및 의사 거리(Pseudo-range, PR(n1))를 획득하여, GPS 신호 생성 장치(130)에 전달하는 기능을 수행한다.

기준국(120)은 실내 측위 대상 공간(100)의 내부에 설치된 GPS 신호 수신 장치로서, 실내 측위 대상 공간의 의사 위성의 실내 GPS 신호를 수신하여, 수신된 실내 GPS 신호로부터 필요한 정보를 추출할 수 있는 장치로서, 본 실시예에서는, 실내 측위 대상 공간(100)의 내부에 설치된 의사 위성들(PL(1)~PL(N2)) 각각과 기준국(120) 간의 의사 거리(Pseudo-range, PR`(n2))를 측정하는 데에 필요한 정보를 추출하거나, 또는 이러한 의사 거리를 직접 측정하여, GPS 신호 생성 장치(130)에 전달하는 기능을 수행한다.

GPS 신호 생성 장치(130)는 실내 측위 대상 공간(100)의 외부에 설치된 실외 GPS 수신 장치(110) 및 실내 측위 대상 공간(100)의 내부에 설치된 기준국(120)에 연결되어, 실외 GPS 수신 장치(110)로부터 수신 가능한(visible) 실제 위성들(SV(1)~SV(N1)) 각각의 GPS 신호 정보 및 기준국(120)으로부터 의사 위성들(PL(1)~PL(N2)) 각각과 기준국(120) 간의 의사 거리 측정에 필요한 정보 혹은 측정된 의사 거리 정보를 수신하여, 이를 기초로 실제 위성들 각각의 GPS 신호와 동일하도록 GPS 신호의 네비게이션 데이터 (NAV data) 및 PRN 코드((Psedo-random number)를 포함하는 GPS 신호 코드를 지연 보정한 GPS 신호를 생성한다.

여기에서, PRN(Psedo-random number) 코드란, GPS 신호를 코드 분할 방식으로 변조시키기 위한 난수 코드로서, GPS에서는 C/A code와 P code가 사용된다.

GPS 측위 시스템에서 모든 GPS 위성들은 위성 고유의 PRN(Pseudo Random Nouse) 코드를 이용하여 GPS 신호를 변조시킨 다음 이를 송출한다. 이는 동일한 주파수를 사용하는 GPS 위성들로부터 전송된 GPS 신호를 GPS 수신기가 식별할 수 있도록 하기 위함이다. 예컨대, ICD-GPS-200(GPS 위성과 GPS 수신기 사이의 인터페이스 표준)에서는 36개의 사용 가능한 PRN 코드를 규정하고 각 PRN 코드들에게 1번부터 37번까지의 PRN 번호를 부여하고 있다.

본 발명에서는, 설명의 편의를 위해, 이하에서, GPS 신호의 네비게이션 데이터 (NAV data) 및 PRN 코드((Psedo-random number)를 포함하는 GPS 신호 코드를 GPS 신호를 송출할 의사 위성과 실내 측위 대상 공간과의 의사 거리에 맞추어 지연시킨 코드를 지연 코드라고 약칭한다.

GPS 신호 생성 장치(130)는 수신 가능한(visible) 실제 위성들(SV(1)~SV(N1)) 각각의 GPS 신호 정보 및 의사 위성들(PL(1)~PL(N2)) 각각과 기준국(120) 간의 의사 거리 정보를 기초로 지연 보정 팩터(D(1)~D(N2))를 계산하기 위해서는, 연산 장치(131)를 구비할 수 있다.

아울러, 이러한 연산 장치(131)에서 계산된 지연 보정 팩터(D(1)~D(N2))를 반영하여 생성된 지연 코드를 기초로, 복수의 의사 위성들(PL(1)~PL(N2))을 통해 송출할 보정 GPS 신호를 생성함에 있어서, 복수의 의사 위성들 각각에 맞도록 서로 다른 지연 보정 팩터를 반영한 보정 GPS 신호를 생성해야 하며, 이를 위해, 복수의 채널 각각에 대한 GPS 신호 생성 회로들(132)이 별도로 존재하는 것이 바람직하다고 할 것이다.

GPS 신호 생성 장치(130)는 이처럼 생성된 보정 GPS 신호를 의사 위성들(PL(1)~PL(N2))을 통해 실내 측위 대상 공간 내에 위치한 GPS 수신기들(미도시)에게 송출한다.

GPS 신호 생성 장치(130)를 도 1a에 도시된 것처럼 하나의 연산 장치(130) 및 복수의 GPS 신호 생성 회로들(132)로 구현한 구성은 본 발명의 설명의 편의를 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 구성 자체가 이에 한정되는 것은 아니라고 할 것이다.

도 1b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 실내외 연속 측위 시스템의 GPS 신호 생성장치(130)의 개략적인 구성을 예시한 블럭도이다.

도 1b를 참조하면, 본 실시예에 따른 GPS 신호 생성 장치(130)는 실제위성정보수집부(135), 의사위성거리획득부(136), GPS 신호생성부(137) 및 GPS 신호 송출부(138)를 포함한다.

실제위성정보수집부(135)는 실내 측위 대상 공간의 외부에서 수신가능한 실외 GPS 신호를 송출한 적어도 하나 이상의 실제 위성들의 실제위성정보를 수집하는 구성요소로서, 도 1a에 도시된 실내외 연속 측위 시스템의 실외 GPS 수신 장치(110)로부터 실제 위성 정보를 획득하여 수집할 수 있다.

의사위성거리획득부(136)는 실내 측위 대상 공간의 내부에 설치된 적어도 하나 이상의 의사 위성들 각각과 실내 측위 공간의 내부의 기준국 간의 의사위성거리를 획득하는 구성요소로써, 의사 위성의 실내 GPS 신호를 수신한 기준국(120, 도 1a 참조)으로부터 의사위성거리 측정에 필요한 정보 혹은 기준국(120, 도 1a 참조)에서 측정한 의사위성거리 정보를 수신하여, 이를 기초로 의사 위성들 각각과 기준국 간의 의사위성거리를 획득할 수 있다. 이 때의, 의사위성거리는 의사 위성들 각각로부터 송출된 GPS 신호로부터 추출된 정보를 기초로 의사위성거리획득부(136) 또는 기준국(120, 도 1a 참조)에 의해 측정될 수 있다.

GPS 신호 생성부(137)는 실제위성정보수집부(135)에서 수집된 실제위성정보 및 의사위성거리획득부(136)에서 획득된 의사위성거리를 기초로 실외 GPS 신호를 의사위성거리에 맞게 지연보정한 보정 GPS 신호를 생성한다. 이때, 보정 GPS 신호는 실외 GPS 신호의 네비게이션 데이터 및 PRN 코드를 포함하는 GPS 신호코드를 의사위성거리에 맞게 지연보정한 지연코드를 포함하여 구성될 수 있다.

GPS 신호 송출부(138)는 의사 위성들을 통해 보정 GPS 신호를 송출한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 GPS 신호 생성 방법의 흐름을 예시한 도면으로, 본 실시예에 따른 GPS 신호 생성 방법은 도 1a 내지 1b에 도시된 실내외 연속 측위 시스템의 GPS 신호 생성 장치(130)에서 수행될 수 있다. 따라서, 도 1a 내지 1b에 도시된 실내외 연속 측위 시스템의 GPS 신호 생성 장치(130)에서와 동일한 사항에 대해서는 이를 참조한다.

도 2를 참조하면, 먼저, 실내 측위 대상 공간의 외부에 설치된 실외 GPS 수신 장치 등으로부터 수신 가능한(visible) 실제 위성들 각각의 GPS 신호 정보를 수집한다(S201). 이때 수집되는 GPS 신호 정보로는 네비게이션 데이터(NAV data), 수신 가능한 실제 위성들의 식별 정보(SV(N)) 및 수신 가능한 실제 위성들과 실내 측위 대상 공간 간의 의사 거리(Pseudo-range, PR(N))등이 포함될 수 있다.

S201 단계에서 수집된 GPS 신호 정보 중 네비게이션 데이터를 GPS 신호를 송출할 의사 위성들에 각각 대응되는 GPS 신호 생성 회로들에 전송한다(S202)

그리고, S201 단계에서 수집된 GPS 신호 정보 중 수신 가능한 실제 위성들의 식별 정보(SV(N))를 GPS 신호를 송출할 의사 위성들에 각각 대응되는 GPS 신호 생성 회로들에 각각 할당한다(S203). 실제 위성들을 GPS 신호 생성 회로들에 각각 할당하는 기준으로는, 실제 위성들과 실내 측위 대상 공간 간의 방위각(azimuth angle) 등이 될 수 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니라고 할 것이다.

예컨대, 실제 위성들과 실내 측위 대상 공간 간의 방위각(azimuth angle)을 할당 기준으로 할 경우에, 이러한 실제 위성들의 방위각(azimuth angle)과 의사 위성들과 기준국과의 방위각(azimuth angle)을 비교하여 일치하는 정도에 따라 의사 위성들 각각에 대응되는 GPS 신호 생성 회로들에 할당하는 방법으로 구현할 수도 있을 것이다.

S203 단계를 통해 할당된 실제 위성들의 의사 거리(PR(N))을 기초로 초기 지연 코드들을 생성하고(S204), GPS 신호 생성 회로들에서, 이를 기초로 의사 위성들을 통해 송출할 GPS 신호를 생성하게 한다(S205).

의사 위성들에서 송출된 GPS 신호를 수신한 기준국(reference station)을 이용하여 의사 위성들과 기준국 간의 의사 거리 정보(PR`(N))를 측정한다(S206).

S206 단계에서 측정된 의사 위성들과 기준국 간의 의사 거리 정보를 이용하여 기준국의 정확한 위치를 계산한다(S207).

S207 단계에서 계산된 기준국의 위치를 기초로 지연 보정 팩터를 설정한다(S208)

S208 단계에서 설정된된 지연 보정 팩터들을 GPS 신호 생성 회로들에 전달하여(S209), GPS 신호 생성 회로들에서, 의사 위성들을 통해 송출할 GPS 신호를 생성하는 과정(S205)에서 이를 반영하게 한다.

본 실시예의 S201 내지 S205까지의 초기 GPS 신호 생성 과정 또는 S201 내지 S209까지의 GPS 신호 생성 과정은 주기적으로 반복 수행될 수 있으며, 본 발명의 구성은 본 도면에 도시된 예에 한정되지 않는다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 GPS 신호 생성 장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 GPS 신호 생성 장치는 연산부(310) 및 GPS 신호 생성부(320)를 포함한다.

연산부(310)는 실외 GPS 수신 장치(301)로부터 수신 가능한 실제 위성들의 정보(SV info) 및 네비게이션 데이터(NAV data)를 획득하여(S302) 이를 GPS 신호 생성부(320)에 전달한다.

아울러, 연산부(310)는 실내 GPS 수신 장치(305)로부터 실내의 의사 위성들로부터 수신한 GPS 신호의 원시 데이터(GPS Raw data)를 획득한다(S306)

연산부(310)는 S302에서 획득한 실제 위성들의 정보(SV info) 및 네비게이션 데이터(NAV data)와, S306에서 획득한 의사 위성들의 GPS 신호의 원시 데이터를 이용하여 GPS 신호 생성 장치의 실내 측위 대상 공간의 위치를 계산하고(S307), 이렇게 계산된 위치와 이전에 추정하였거나 알려진 실내 측위 공간의 위치와 비교하여, 실내 측위 대상 공간의 위치를 보정한다(S308).

S308에서 보정된 위치를 기초로 해당 실내 측위 공간에 송출할 GPS 신호의 지연 보정 팩터를 설정한다(S309).

아울러, 연산부(310)는 S306에서 획득한 의사 위성들의 GPS 신호의 원시 데이터를 이용하여 GPS 신호 송출에 필요한 전력을 측정하고(S311), 측정된 전력을 기초로 GPS 신호 생성부(320)에 투입되는 전력을 제어한다(S312).

GPS 신호 생성부(320)는 연산부(310)로부터 해당 실내 측위 공간에서 수신가능한 실제 위성들의 정보(SV info) 및 네비게이션 데이터(NAV data)를 획득하고(S321), 특히, 실제 위성들의 정보(SV info)를 기초로 PRN(Psedo-random number) 코드를 생성한다(S322).

실내의 의사 위성들 각각에 대응되는 GPS 송출 채널들 각각에 대하여, S321에서 획득된 네비게이션 데이터 (NAV data) 및 S322에서 생성된 PRN 코드(Psedo-random number)를 포함하는 GPS 신호 코드를 S309에서 설정된 지연 보정 팩터에 따라 지연시켜서 지연 코드를 생성하고(S323), S312에서의 전력 제어에 따르는 RF 회로를 통해 S323에서 생성된 지연 코드를 기초로 한 GPS 신호를 생성한다(S324).

도 4는 도 3에 도시된 GPS 신호 생성 장치의 보다 상세한 구성을 예시한 블록도로, 본 실시예에 따른 GPS 신호 생성 장치의 연산부(410) 및 GPS 신호 생성부(420)는 도 3에 도시된 GPS 신호 생성 장치의 연산부(310) 및 GPS 신호 생성부(320)에 각각 대응되는 구성요소이며, 실외 GPS 수신 장치(401) 및 실내 GPS 수신 장치(402)는 도 3에 도시된 실외 GPS 수신 장치(301) 및 실내 GPS 수신 장치(302)에 각각 대응될 수 있다. 따라서, 도 3에 도시된 GPS 신호 생성 장치, 실외 GPS 수신 장치 및 실내 GPS 수신 장치에서와 동일한 사항에 대해서는 이를 참조한다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 GPS 신호 생성 장치의 GPS 신호 생성부(420)는 EEPROM에 네비게이션 데이터(NAV data)를 저장하고(421), 수신가능한 실제 위성들의 정보를 관리하는 실제 위성 정보 테이블(SV# Table)을 두어, 여기에 실제 위성들의 식별 정보(SV#), 방위각(Az), El, 의사거리(PR(N)) 등의 정보를 저장한다(422).

본 실시예에 따른 GPS 신호 생성 장치의 GPS 신호 생성부(420)는 실내의 의사 위성들 각각에 대응되는 GPS 송출 채널들 각각에 대하여, 지연 코드 생성부(Delayed code generator, 423), RF 회로(424), RF 감쇠기(RF Attenuator, 425) 및 안테나(426)를 구비한다.

지연코드생성부(423)은 네비게이션 데이터 및 실제 위성들의 정보를 할당받아 연산부(410)로부터 획득한 지연 보정 팩터(Delay correction factor)를 고려하여 지연 코드를 생성한다.

RF 감쇠기(425)는 지연코드생성부(423)에서 생성된 지연 코드를 기초로 생성된 RF 신호를 연산부(410)로부터 획득한 전력 보정 팩터(Power correction factor)를 고려하여, 해당 의사 위성 채널을 통해 송출할 GPS 신호를 생성하고, 이를 안테나(426)를 통해 송출한다

도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 GPS 신호 생성 장치의 일 구성요소인 지연 코드 생성부의 구성을 예시한 도면으로, 본 실시예에 따른 지연 코드 생성부(500)는 도 4에 도시된 GPS 신호 생성 장치의 지연 코드 생성부(423)에 대응될 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 지연 코드 생성부(423)에서와 동일한 사항에 대해서는 이를 참조한다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 지연 코드 생성부(500)는 지연 클럭 신호 생성부(510), 네비게이션 데이터 생성부(520), PRN 코드 생성부(530) 및 가산기(540)를 포함한다.

지연 클럭 신호 생성부(510)는 16.368 MHz의 기본 클럭 신호를 입력받아, 이를 지연 보정 팩터(Delay correction factor)를 기초로 지연 보정한 후에, 50Hz의 지연 클럭 신호와 1.023MHz의 지연 클럭 신호로 분배한 후에, 전자는 네비게이션 데이터 생성부(520)에 전달하고, 후자는 PRN 코드 생성부(530)에 전달한다.

네비게이션 데이터 생성부(520)는 지연 클럭 신호 생성부(510)로부터 50Hz의 지연 클럭 신호를 분배받아 이를 이용하여 네비게이션 데이터를 변조한다.

PRN 코드 생성부(530)는 지연 클럭 신호 생성부(510)로부터 1.023MHz의 지연 클럭 신호를 분배받아 이를 이용하여 PRN 코드를 변조한다.

가산기(540)는 네비게이션 데이터 생성부(520)로부터 출력되는 네비게이션 데이터 변조 신호 및 PRN 코드 생성부(530)로부터 출력되는 PRN 코드 변조 신호를 합산함으로써 지연 코드(Delayed code)를 생성할 수 있다.

도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 GPS 신호 생성 장치의 지연 코드 생성부의 일 구성요소인 지연 클럭 신호 생성부의 구성을 예시한 도면으로, 본 실시예에 따른 지연 클럭 신호 생성부(600)는 도 5에 도시된 지연 코드 생성부의 지연 클럭 신호 생성부(510)에 대응될 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 지연 클럭 신호 생성부(510)에서와 동일한 사항에 대해서는 이를 참조한다.

도 6를 참조하면, 본 실시예에 따른 지연 클럭 신호 생성부(600)는 디지털 클럭 관리 회로(Digital Clock Management, 610), 제1위상동기루프(PLL #1, 620), 및 제2위상동기루프(PLL #2, 630)를 포함한다.

디지털 클럭 관리 회로(610)는 16.368 MHz의 기본 클럭 신호를 입력받아, 이를 지연 보정 팩터(Delay correction factor)를 기초로 지연시킨다.

제1위상동기루프(620)는 16.368 MHz의 지연 클럭 신호의 주파수를 1.023MHz로 변경하여, 그 일부를 출력하고, 나머지 일부는 제2위상동기루프(630)로 전달한다.

제2위상동기루프(630)는 제1위상동기루프(620)로부터 출력된 1.023MHz의 지연 클럭 신호의 주파수를 50Hz로 변경하여 출력한다.

본 발명에 따라 GPS 신호를 생성하면, 스마트폰 기타 휴대용 전자기기에 내장된 GPS 수신 모듈이나 일반 상용 GPS 수신기를 그대로 이용하여 실내에서도 정밀한 측위가 가능하다. 따라서, 대규모 전시회, 박물관 및 쇼핑몰 기타 대형 실내 공간에서의 실내항법에 유용하게 활용될 수 있다.

아울러, 본 발명에 따른 GPS 신호 생성 장치의 연산부에서 수행되는 연산과정은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

실내 측위 대상 공간의 외부에서 수신가능한 실외 GPS 신호를 송출한 적어도 하나 이상의 실제 위성들의 실제위성정보를 수집하는 실제위성정보수집부;
상기 실내 측위 대상 공간의 내부에 설치된 적어도 하나 이상의 의사 위성들 각각과 상기 의사 의성들로부터 송출된 실내 GPS 신호를 수신하는 상기 실내 측위 공간의 내부의 기준국 간의 의사위성거리를 획득하는 의사위성거리획득부;
상기 수집된 실제위성정보 및 상기 획득된 의사위성거리를 기초로 상기 실외 GPS 신호를 상기 의사위성거리에 맞게 지연보정한 보정 GPS 신호를 생성하는 GPS 신호생성부; 및
상기 의사 위성들을 통해 상기 보정 GPS 신호를 송출하는 GPS 신호 송출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내외 연속 측위를 위한 GPS 신호 생성 장치.
제1항에 있어서,
상기 의사위성거리는 상기 의사 위성들 각각로부터 송출된 GPS 신호로부터 추출된 정보를 기초로 측정된 것을 특징으로 하는 실내외 연속 측위를 위한 GPS 신호 생성 장치.
제1항에 있어서,
상기 보정 GPS 신호는 상기 실외 GPS 신호의 네비게이션 데이터 및 PRN 코드를 포함하는 GPS 신호코드를 상기 의사위성거리에 맞게 지연보정한 지연코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내외 연속 측위를 위한 GPS 신호 생성 장치.
제1항에 있어서,
상기 GPS 신호 생성부는 상기 측정된 의사위성거리를 기초로 상기 기준국의 위치를 계산하고, 상기 계산된 위치를 기초로 산정된 지연 보정 팩터를 기초로 상기 보정 GPS 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 실내외 연속 측위를 위한 GPS 신호 생성 장치.
제1항에 있어서,
상기 GPS 신호 생성부는 상기 보정 GPS 신호를 송출할 의사 위성들에 대응하는 적어도 하나 이상의 GPS 신호 생성 회로들을 포함하는 것을 특징으로 하는 실내외 연속 측위를 위한 GPS 신호 생성 장치.
제5항에 있어서,
상기 GPS 신호 생성회로들은
상기 측정된 의사위성거리를 기초로 상기 실외 GPS 신호의 네비게이션 데이터 및 PRN 코드를 포함하는 GPS 신호코드를 지연보정한 지연 코드를 생성하는 지연코드 생성부; 및
상기 지연 코드를 기초로 생성된 RF 신호의 전력을 보정하여 상기 보정 GPS 신호를 생성하는 RF 감쇠기를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 신호 생성 장치.
실내 측위 대상 공간의 외부에서 수신가능한 실외 GPS 신호를 송출한 적어도 하나 이상의 실제 위성들의 실제위성정보를 수집하는 단계;
상기 실내 측위 대상 공간의 내부에 설치된 적어도 하나 이상의 의사 위성들 각각과 상기 의사 의성들로부터 송출된 실내 GPS 신호를 수신하는 상기 실내 측위 공간의 내부의 기준국 간의 의사위성거리를 획득하는 단계;
상기 수집된 실제위성정보 및 상기 측정된 의사위성거리를 기초로 상기 실외 GPS 신호를 상기 의사위성거리에 맞게 지연보정한 보정 GPS 신호를 생성하는 GPS 신호생성단계; 및
상기 의사 위성들을 통해 상기 보정 GPS 신호를 송출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내외 연속 측위를 위한 GPS 신호 생성 방법.
제7항에 있어서,
상기 의사위성거리는 상기 의사 위성들 각각로부터 송출된 GPS 신호로부터 추출된 정보를 기초로 측정된 것을 특징으로 하는 실내외 연속 측위를 위한 GPS 신호 생성 방법.
제7항에 있어서,
상기 보정 GPS 신호는 상기 실외 GPS 신호의 네비게이션 데이터 및 PRN 코드를 포함하는 GPS 신호코드를 상기 의사위성거리에 맞게 지연보정한 지연코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내외 연속 측위를 위한 GPS 신호 생성 방법.
제7항에 있어서,
상기 GPS 신호 생성 단계는 상기 보정 GPS 신호를 송출할 의사 위성들에 대응하는 적어도 하나 이상의 GPS 신호 생성 회로들에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 실내외 연속 측위를 위한 GPS 신호 생성 방법.
제7항에 있어서,
상기 GPS 신호 생성단계는
상기 측정된 의사위성거리를 기초로 상기 기준국의 위치를 계산하는 단계;
상기 계산된 위치를 기초로 지연 보정 팩터를 산정하는 단계; 및
상기 산정된 지연 보정 팩터를 기초로 상기 보정 GPS 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내외 연속 측위를 위한 GPS 신호 생성 방법.
실내 측위 대상 공간의 외부에서 적어도 하나 이상의 실제 위성들의 실외GPS 신호를 수신하여, 상기 실외 GPS 신호로부터 상기 실제 위성들의 실제위성정보를 수집하는 실외 GPS 수신 장치;
상기 실내 측위 대상 공간의 내부에 설치되어 실내 GPS 신호를 송출하는 저어도 하나 이상의 의사 위성들;
상기 적어도 하나 이상의 의사 위성들로부터 송출된 실내 GPS 신호를 수신하는 기준국;
상기 실제위성정보 및 상기 의사 위성들 각각과 상기 기준국 간의 의사 거리를 기초로 상기 실외 GPS 신호를 상기 의사위성거리에 맞게 지연보정한 보정 GPS 신호를 생성하는 GPS 신호 생성 장치를 포함하고,
상기 의사 위성들은 상기 생성된 보정 GPS 신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 실내외 연속 측위 시스템.
제12항에 있어서,
상기 GPS 신호 생성 장치는 상기 보정 GPS 신호를 송출할 의사 위성들에 대응하는 적어도 하나 이상의 GPS 신호 생성 회로들을 포함하는 것을 특징으로 하는 실내외 연속 측위 시스템.
제12항에 있어서,
상기 GPS 신호 생성회로들은
상기 측정된 의사위성거리를 기초로 상기 실외 GPS 신호의 네비게이션 데이터 및 PRN 코드를 포함하는 GPS 신호코드를 지연보정한 지연 코드를 생성하는 지연코드 생성부; 및
상기 지연 코드를 기초로 생성된 RF 신호의 전력을 보정하여 상기 보정 GPS 신호를 생성하는 RF 감쇠기를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 실내외 연속 측위 시스템.