KR20140135048A - ＧＰＳ 및 Ｇａｌｉｌｅｏ 위성 신호의 주피크 특성을 이용한 위성 신호 멀티패스 추적 시스템 - Google Patents

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Abstract

GPS 및 Galileo 위성 신호의 주피크 특성을 이용하여 보다 정확한 항법 데이터를 얻을 수 있는 위성 신호 멀티패스 추적 시스템이 개시된다. 이를 위해, 본 발명은 GPS 및 Galileo 위성 신호의 주피크 특성을 이용한 위성 신호 멀티패스 추적 시스템으로서, GPS의 위성 신호로부터 변조된 BPSK 신호와 Galileo의 위성 신호로부터 변조된 BOC(Binary Offset Carrier) 신호간 자기상관 결과를 비교하여 주피크가 예리한 BOC 신호를 찾아내고, 찾아진 상기 BOC 신호를 이용하여 코드 위상 정보와 도플러 주파수 정보를 획득하는 신호 획득 모듈; 상기 신호 획득 모듈에서 획득한 코드 위상과 도플러 주파수 정보를 이용하여 GPS 및 Galileo에 대한 코드와 반송파를 추적하는 신호 추적 모듈; 및 상기 신호 추적 모듈에서 추적된 코드와 반송파를 이용하여 상관 데이터를 추출하고, 추출된 상관 데이터의 비트열을 입력받아 프레임 동기와 항법 데이터를 추출하는 항법 데이터 추출 모듈을 포함한다.

Description

ＧＰＳ 및 Ｇａｌｉｌｅｏ 위성 신호의 주피크 특성을 이용한 위성 신호 멀티패스 추적 시스템{SATELLITE SIGNAL MULTIPASS TRACKING SYSTEM USING MAINPEAK QUALITY OF GPS AND GALILEO SATELLITE SIGNAL}
본 발명은 위성 신호 멀티패스 추적 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 GPS 및 Galileo 위성 신호의 주피크 특성을 이용하여 보다 정확한 항법 데이터를 얻을 수 있는 위성 신호 멀티패스 추적 시스템에 관한 것이다.
Galileo 위성은 고도 23,000km 중궤도에 배치해서 30개의 위성을 운용할 계획이다. 표준으로 이중 주파수를 제공함으로써, 미터 범위의 높은 위치 정확도를 제공한다. 또한 GPS 및 GLONASS와 함께 두 개의 다른 위성항법 시스템과 상호 운영될 수도 있다. Galileo 항법 신호는 E1, E5a, E5b, E6 4개의 대역에 실어 전송한다. 신호 구조는 GPS에서 사용되는 BPSK (Binary Phase Offset Carrier) 변조와 달리 BOC(Binary Offset Carrier) 변조 방법을 사용한다.
일반적으로, GPS와 Galileo 두 시스템의 위성을 사용해 측위할 경우 단독보다 높은 정밀도, 신뢰성, 가용성, 무결성이 제공되고 있기 때문에 국내외에서 다중 위성용 수신기 개발과 응용 연구가 활발히 이루어지고 있었다.
특히, GPS L1 신호와 Galileo E1 신호는 1575.42MHz 같은 대역을 사용함으로써, 하나의 수신전단부를 사용해 구성할 수 있고, 기존 GPS 기술에 Galileo 기술을 접목해 보다 쉽게 수신기 제작에 응용할 수 있었다.
그러나, GPS 및 Galileo는 각각 3 대역과 4개의 주파수 대역으로 전송되고 있었으나, 이중에서 GPS L1 C/A 코드와 Galileo BOC 코드는 1575.42MHz L1 대역에서 동시에 전송되고 있어지만, GPS 및 Galileo 위성의 항법 메시지 전송은 PN 코드를 이용한 대약확산 방식으로 전송되어 변조 방식과 코드 길이가 서로 다르게 운영되어온 문제점이 있었다.
1. 한국특허등록 : 10-0745829호, 등록일 : 2007년 07월 27일, 발명의 명칭 : 다중 전파항법시스템용 수신기 및 그 위치 결정 방법. 2. 한국등록등록 : 10-0459834호, 등록일 : 2004년 11월 24일, 발명의 명칭 : 멀티-비트상관기를 구비한 확산스펙트럼 수신기.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, GPS 및 Galileo 위성 신호의 주피크 특성을 이용하여 GPS 및 Galileo 위성 신호에 대한 코드와 반송파를 추적하여 보다 정확한 항법 데이터를 찾아낼 수 있는 위성 신호 멀티패스 추적 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한, 본 발명의 특징은 다음과 같다.
본 발명의 일 관점에 따르면, GPS 및 Galileo 위성 신호의 주피크 특성을 이용한 위성 신호 멀티패스 추적 시스템으로서, GPS의 위성 신호로부터 변조된 BPSK 신호와 Galileo의 위성 신호로부터 변조된 BOC(Binary Offset Carrier) 신호간 자기상관 결과를 비교하여 주피크가 예리한 BOC 신호를 찾아내고, 찾아진 상기 BOC 신호를 이용하여 코드 위상 정보와 도플러 주파수 정보를 획득하는 신호 획득 모듈; 상기 신호 획득 모듈에서 획득한 코드 위상과 도플러 주파수 정보를 이용하여 GPS 및 Galileo에 대한 코드와 반송파를 추적하는 신호 추적 모듈; 및 상기 신호 추적 모듈에서 추적된 코드와 반송파를 이용하여 상관 데이터를 추출하고, 추출된 상관 데이터의 비트열을 입력받아 프레임 동기와 항법 데이터를 추출하는 항법 데이터 추출 모듈;을 포함하는 위성신호 멀티패스 추적 시스템이 제공된다.
여기서, 본 발명의 일 관점에 따른 상기 신호 추적 모듈은 메모리 기반 코드 생성기, EPL(Early-Prompt-Late) 코드 발생기 및 Very Early-Late 상관기를 통해 상기 코드와 반송파가 추적될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 신호 획득 모듈과 신호 추적 모듈의 구비로 인하여 기존에 보다 정확한 항법 데이터를 추출할 수 있기 때문에 정밀도를 요하는 항법 데이터 활용이 더욱 높이는 효과가 있다.
특히, 본 발명에 따르면, 기존의 Shift 기반 PRN 코드 생성기 대신 메모리 기반 코드 생성기, EPL(Early-Prompt-Late) 코드 발생기 및 Very Early-Late 상관기를 이용함으로써 더욱더 정확한 항법 데이터 추출이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 신호 멀티패스 추적 시스템(100)의 구성을 예시적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 추적 모듈(120)의 상관기 구조를 예시적으로 나타낸 구성도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 신호 멀티패스 추적 시스템(100)의 각 구성에 의해 획득되어진 데이터를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 신호 멀티패스 추적 시스템(100)의 구성을 예시적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 추적 모듈(120)의 상관기 구조를 예시적으로 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 신호 멀티패스 추적 시스템(100)은 GPS 및 Galileo 위성 신호의 주피크 특성을 이용하여 보다 정확한 항법 데이터를 추출하기 위한 시스템으로서, 신호 획득 모듈(110), 신호 추적 모듈(120) 및 항법 데이터 추출 모듈(130)를 포함하여 구성된다.
먼저, 본 발명에 따른 신호 획득 모듈(110)은 GPS의 위성 신호로부터 변조된 BPSK 신호(Binary Phase Offset Carrier signal)와 Galileo의 위성 신호로부터 변조된 BOC(Binary Offset Carrier) 신호를 수집한다.
이런 다음, 본 발명에 따른 신호 획득 모듈(110)은 수집된 BPSK 신호와 BOC 신호간 자기상관 결과를 비교하여 주피크가 예리한 BOC 신호를 찾아내고, 찾아진 BOC 신호를 이용하여 코드 위상 정보와 도플러 주파수 정보를 획득한다.
이와 같이, 자기 상관 결과를 비교하게 되면 BPSK 신호는 넓게 에너지가 분포하게 되나 BOC 신호는 주피크가 예리하게 나타나게 되어 상기 BOC 신호를 찾아낼 수 있게 된다. 이러한 결과는 도 3 및 도 4에 나타내었다. 상기 도 3은 GPS에 대한 BOC 신호 탐색 결과를 나타낸 그래프이고, 도 4는 Galileo에 대한 BPSK 신호 탐색 결과를 나타낸 도면이다.
이와 같이, 획득된 코드 위상 정보와 도플러 주파수 정보는 이후에 설명될 신호 추적 모듈(120)의 채널 형태로 제공된다.
다음으로, 본 발명에 따른 신호 추적 모듈(120)은 앞서 설명한 신호 획득 모듈(110)에서 획득한 코드 위상과 도플러 주파수 정보를 이용하여 GPS 및 Galileo에 대한 코드와 반송파를 추적한다. 이때, GPS 및 Galileo에 대한 코드와 반송파의 추적은 도 2에 도시된 기존의 GPS C/A 상관기가 변형된 형태로서, Shift 기반 PRN 코드 생성기 대신에 메모리 기반 코드 생성기, 변형된 EPL(Early-Prompt-Late) 코드 발생기 및 Galileo E1 BOC(1,1) 신호의 자기상관 모호성을 개선을 위한 Very Early-Late 상관기를 통해 코드 위상과 도플러 주파수 정보를 이용하여 GPS 및 Galileo에 대한 코드와 반송파를 추적한다.
상기 신호 추적은 반송파의 경우 1차 FLL 추적 루프를 사용했고 코드의 경우 2차 DLL을 사용하며, Galileo E1은 BOC(1,1) 신호에 의해 자기상관 모호성이 존재하므로, 추적 초기에 VE-VL 상관기 값을 이용해 부엽의 크기가 주엽보다 클 경우, 코드 NCO를 0.5 chip 증가하는 Bump-Jumping 루틴을 삽입해 코드 및 반송파를 추적할 수 있다.
마지막으로, 본 발명에 따른 항법 데이터 추출 모듈(130)은 신호 추적 모듈(120)에서 추적된 코드와 반송파를 이용하여 상관 데이터를 추출한다. 이때, 상관 데이터는 신호 추적 모듈(120)에서 획득한 반송파 주파수와 코드를 곱해 누적해서 상관값을 얻어 가능하게 된다. 상기 추출된 상관 데이터는 Prompt I와 Q채널의 상관 데이터를 의미한다. 이러한 Prompt I와 Q채널의 상관 데이터 결과는 도 5에 나타내었다.
이런 다음, 본 발명에 따른 항법 데이터 추출 모듈(130)은 앞서 설명한 바와 같이 추출된 상관 데이터에 포함된 비트열을 입력받아 프레임 동기와 항법 데이터를 추출한다. 여기서, 상기 비트열은 Prompt I 채널의 값을 20개 적분하여, 그 값이 음이냐 양이냐에 따라 비트 0과 1을 판별을 통해 얻어진 결과이다.
이와 같이, 항법 데이터 추출 모듈(130)에 의해 추출된 항법 데이터는 도 6에 나타내었다. 상기 도 6에서 획득된 항법 데이터는 임의의 기준점에서의 수직 수평오차와 PDOP (Positioning Dilution of Precision)을 나타낸다. 상기 PDOP가 좋지 않아 수평 오차가 다소 크지만, GPS 및 Galileo 위성 신호에 대한 항법 데이터가 동시에 수신됨을 확인하였다.
이상에서와 같이, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
100 : 위성 신호 멀티패스 추적 시스템 110 : 신호 획득 모듈
120 : 신호 추적 모듈 130 : 항법 데이터 추출 모듈

Claims (2)

  1. GPS 및 Galileo 위성 신호의 주피크 특성을 이용한 위성 신호 멀티패스 추적 시스템으로서,
    GPS의 위성 신호로부터 변조된 BPSK 신호와 Galileo의 위성 신호로부터 변조된 BOC(Binary Offset Carrier) 신호간 자기상관 결과를 비교하여 주피크가 예리한 BOC 신호를 찾아내고, 찾아진 상기 BOC 신호를 이용하여 코드 위상 정보와 도플러 주파수 정보를 획득하는 신호 획득 모듈;
    상기 신호 획득 모듈에서 획득한 코드 위상과 도플러 주파수 정보를 이용하여 GPS 및 Galileo에 대한 코드와 반송파를 추적하는 신호 추적 모듈; 및
    상기 신호 추적 모듈에서 추적된 코드와 반송파를 이용하여 상관 데이터를 추출하고, 추출된 상관 데이터의 비트열을 입력받아 프레임 동기와 항법 데이터를 추출하는 항법 데이터 추출 모듈;
    을 포함하는 위성신호 멀티패스 추적 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 추적 모듈은,
    메모리 기반 코드 생성기, EPL(Early-Prompt-Late) 코드 발생기 및 Very Early-Late 상관기를 통해 상기 코드와 반송파가 추적되는 것을 특징으로 하는 위성신호 멀티패스 추적 시스템.
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