KR20150084857A - 위성 지오로케이션 측정들에서 에러의 레벨을 추정하고 상기 추정들의 신뢰성을 모니터링하는 방법 및 관련 디바이스 - Google Patents

위성 지오로케이션 측정들에서 에러의 레벨을 추정하고 상기 추정들의 신뢰성을 모니터링하는 방법 및 관련 디바이스 Download PDF

Info

Publication number
KR20150084857A
KR20150084857A KR1020157012817A KR20157012817A KR20150084857A KR 20150084857 A KR20150084857 A KR 20150084857A KR 1020157012817 A KR1020157012817 A KR 1020157012817A KR 20157012817 A KR20157012817 A KR 20157012817A KR 20150084857 A KR20150084857 A KR 20150084857A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
error
global navigation
errors
estimating
rti
Prior art date
Application number
KR1020157012817A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102205329B1 (ko
Inventor
덴 보쉐 마티아스 판
Original Assignee
탈레스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 탈레스 filed Critical 탈레스
Publication of KR20150084857A publication Critical patent/KR20150084857A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102205329B1 publication Critical patent/KR102205329B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/22—Multipath-related issues
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/20—Integrity monitoring, fault detection or fault isolation of space segment

Abstract

본 발명은 지오로케이션 분야에 관한 것이다. 본 발명은 더 구체적으로는 위성 지오로케이션 측정들에서 에러의 레벨을 추정하고 상기 추정들의 신뢰성을 모니터링하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 지오로케이션 디바이스에 의해 구현되는데 로컬 에러들은 지오로케이션 디바이스에 의해 검출되고 위성들에 연결된 에러들은 그라운드 세그먼트에 의해 검출된다.

Description

위성 지오로케이션 측정들에서 에러의 레벨을 추정하고 상기 추정들의 신뢰성을 모니터링하는 방법 및 관련 디바이스{METHOD FOR ESTIMATING THE LEVEL OF ERROR IN SATELLITE GEOLOCATION MEASUREMENTS AND FOR MONITORING THE RELIABILITY OF SAID ESTIMATIONS AND ASSOCIATED DEVICE}
본 발명은 위성 글로벌 내비게이션 분야에 관한 것이다. 본 발명은 더 구체적으로는 글로벌 내비게이션 위성 측정들에서 에러의 레벨을 추정하고 이들 추정들의 신뢰성을 보장하는 방법, 및 이 방법을 구현하는 글로벌 내비게이션 디바이스에 관한 것이다.
글로벌 내비게이션 위성 시스템들 (global navigation satellite systems; GNSS) 이라고도 또한 지칭되는 글로벌 내비게이션 위성 디바이스들은, 위성들과 수신기 단말기 사이의 내비게이션 위성들에 의해 방출되는 신호들의 전파 시간을 측정함으로써 수신기 단말기의 포지션을 계산한다. 단말기는 그 후에 그것으로부터 다양한 위성들과 이 단말기 사이의 거리들을 추론한다.
신호가 대기의 다양한 층들을 통과하기 때문에, 단말기에 의해 추정된 포지션은 항상 정확한 것은 아니다. 이러한 간섭을 고려하도록 시스템에 계산들의 보정들을 도입한 것이 알려져 있지만 사용된 모델들은 규정하기가 복잡하다. 부가적으로, 이들 모델들은 예를 들어 다중경로 영향들과 같은 수신기 단말기의 환경을 고려하지 않는다.
본 발명의 목적은 특히 환경에 의해 유도된 측정 에러의 레벨이 정량화되게 하고 이들 추정들의 신뢰성이 모니터링되게 하는 방법을 제공함으로써 종래 기술의 적어도 어느 정도의 결점들을 완화시키는 것이다.
이 목적을 위해, 본 발명의 하나의 대상은 글로벌 내비게이션 위성 측정들에서 에러의 레벨을 추정하고 제어하며 이들 추정들의 신뢰성을 보장하는 방법으로, 이 방법은 글로벌 내비게이션 디바이스에 의해 구현되는데 로컬 에러들은 상기 글로벌 내비게이션 디바이스에 의해 검출되고 위성들과 연관된 에러들은 그라운드 세그먼트에 의해 검출된다.
하나의 변형 구현에 따르면, 이 방법은:
- 로컬 에러들
Figure pct00001
을 추정하는 단계 Etp1;
- 에러 버짓 (error budget) 을 구성하는 단계 Etp2;
- 추정된 에러를 모니터링하는 단계 Etp3; 및
- 무결성 파라미터들을 계산하는 단계
를 포함한다.
하나의 변형 구현에 따르면, 이 발명의 단계 Etp1 은:
- 열 잡음 (thermal noise) 으로 인한 에러 분산을 결정하는 단계 Etp11;
- 다중경로 영향들로 인한 잡음을 결정하는 단계 Etp12; 및
- 로컬 에러를 계산하는 단계 Etp13
을 포함한다.
하나의 변형 구현에 따르면, 이 발명의 단계 Etp2 는:
- 전리층 에러를 고려하는 단계 Etp21;
- 대류권 에러를 고려하는 단계 Etp22;
- 궤도/클록 에러를 고려하는 단계 Etp23; 및
- 에러 버짓을 계산하는 단계 Etp24
를 포함한다.
하나의 변형 구현에 따르면, 이 발명의 단계 Etp3 은:
- 글로벌 내비게이션 디바이스의 포지션을 추정하는 단계 Etp31;
- 의사거리 잔차들 (pseudorange residues) 을 추정하는 단계 Etp32; 및
- 추정된 에러 버짓들과 양립불가능한 측정치들을 거부하는 단계 Etp33
을 포함한다.
하나의 변형 구현에 따르면, 무결성 파라미터들은 미리 설정된 임계 값보다 더 작아야 하는 보호 반경을 규정함으로써 계산된다.
하나의 변형 구현에 따르면, 무결성 파라미터들은 알람 값들을 초과하는 리스크를 직접적으로 계산함으로써 결정된다.
하나의 변형 구현에 따르면, 로컬 에러들의 추정들은 견고한 알고리즘 (robust algorithm) 으로 검증된다.
본 발명의 제 2 목적은 위성 내비게이션 디바이스를 제공하는 것이다. 이 목적을 위해, 본 발명의 다른 대상은 상술된 내비게이션 방법을 구현하는 것이 가능한 글로벌 내비게이션 디바이스이다.
본 발명의 다른 특징들 및 이점들은, 첨부된 도면들을 참조하여 그리고 비제한적인 예시로 주어지는 다음의 설명을 읽을 때 더 분명히 명백해질 것이다:
- 도 1 은 본 발명에 따른 방법을 예시한 일 예시적인 블록 플로차트를 도시한 것이다.
본 발명은 글로벌 내비게이션 위성 측정들에 대한 무결성 파라미터들을 추정하고 제어하며 이들 추정들의 신뢰성을 보장하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은 하나의 특정된 비제한적인 항공 관련 애플리케이션으로 아래에 설명될 것이다.
본 발명의 원리는 글로벌 내비게이션 디바이스를 사용하여 로컬 에러들을 검출하는 것과 그라운드 세그먼트를 사용하여 위성들과 연관된 에러들을 검출하는 것에 있다.
도 1 을 참조하면, 본 발명에 따른 방법은 주로 로컬 에러들을 추정하는 제 1 단계 Etp1, 에러 버짓 (error budget) 을 구성하는 단계 Etp2, 추정된 에러를 모니터링하는 단계 Etp3, 및 무결성 파라미터들을 계산하는 단계를 포함한다.
제 1 단계는 인스턴트 t 에서 글로벌 내비게이션 위성 디바이스의 수신기 단말기의 환경에 특정된 로컬 측정들에서 에러를 추정하는 것으로 이루어진다.
수신기는 전자기 간섭을 겪게 될 수도 있다. 예를 들어, 수신기가 레이더에 가까운 경우, 이 레이더의 방출들에 관련된 잡음이 수신된 신호들에 부가되어 측정들이 무작위로 잡음에 의해 오염될 것이다. 측정들이 또한 수신기와 연관된 열 잡음 (thermal noise) 에 의해 방해받을 수도 있다. 아래에서, "열 잡음" 이라는 표현은 수신기에 특정된 열 잡음과 수신기의 환경에서의 임의의 전자기 간섭 양쪽 모두를 포함할 것이다. 열 잡음으로 인한 에러는 가능하다면 글로벌 내비게이션 디바이스의 수신기 단말기에서 구현되는 기술에 의존하여 결정된다. 이것은 신호 대 잡음 비 C/N0 에 의존할 것이다.
수신기 단말기에 대한 열 잡음
Figure pct00002
로 인한 에러 분산은, 예를 들어:
Figure pct00003
이도록 하는 표준 식을 사용하여 단계 Etp11 에서 시간 t 에서 추정될 수도 있고,
여기서 T 는 주기를 나타내고 Bn 은 잡음 대역폭을 나타낸다.
구현의 다른 방법에 따르면, 열 잡음으로 인한 에러는 측정 변동들의 비상관된 부분의 함수로서 추정될 수도 있다. 이 목적을 위해,
Figure pct00004
에 의해 나누어진 2 개의 연속 측정들 사이의 측정 차이들의 제곱의 평균이 수행되어 비상관된 잡음들을 격리시킬 수도 있다.
수신기의 안테나에 도달하기 전에, 글로벌 내비게이션 위성에 의해 방출된 신호는 또한 예를 들어 빌딩들과 같은 그라운드-레벨 장애물들로부터 반사되었을 수도 있다. 수신기는 그에 따라, 그의 수신기 안테나에서, 이러한 환경에서 가능하다면 1 회 이상 반사되었을 신호들의 복제들을 수신할 것이다. 이들 신호들은 직접 경로보다 더 긴 경로를 이동했을 것이며 측정들을 방해할 것이다. 다중경로 영향들로 인한 에러는, 예를 들어, 코드/캐리어 차이의 함수로서 평가될 수도 있다.
GNSS 측정이 수행될 때, 2 개의 타입들의 측정들이 행해질 수도 있다. 제 1 측정은 파라미터들이 암호화되는 코드가 전파하는데 걸리는 시간을 측정함으로써 수행될 수도 있고, 전파 속도는 전자기 신호의 군 속도이다. 다른 측정은 캐리어가 전파하는데 걸리는 시간을 계산하는 것으로 이루어질 수도 있다. 이를 행하기 위해, 도플러 시프트가 측정된다. 캐리어가 전자기 신호의 위상 속도로 전파하기 때문에, 그것으로부터 수신기 단말기와 위성 사이의 거리를 추론하는 것이 가능하다. 이들 측정들을 수행하기 위해, 2 개의 상이한 기법들이 사용될 수도 있고 상이한 측정 품질들이 획득될 것이다. 코드들이 긴 주기들에 걸쳐 반복되기 때문에, 코드의 위상은 명확하지만 잡음에 의해 오염된다. 이와 대조적으로, 캐리어의 위상은 더 작은 길이를 가져서 불명확하지만 매우 적은 잡음에 의해 오염될 것이다. 코드를 오염시키는 잡음이 다중경로 영향들로 인한 것이라는 것을 알기 때문에, 특정 필터링 시간 동안 다중경로 잡음을 추정하는 하나의 방법은, 캐리어 측정과 코드 측정의 범위 사이의 편차의 표준 편차를 계산하는 것으로 이루어질 수도 있다. 다중경로 영향들로 인한 에러는 그에 따라, 예를 들어 다음 식을 사용하여 단계 Etp12 에서 평가될 수도 있고:
Figure pct00005
여기서 L 은 필터링 시간, 통상적으로는 몇 십 초를 나타내고,
Figure pct00006
(각각,
Figure pct00007
) 는 시간 t 에서 캐리어의 (각각, 코드의) 위상을 나타내며, 통상적으로 L 은 수신기가 코드를 사용하여 위상 앰비규어티 (ambiguity) 의 추정시 수렴하는데 걸리는 시간의 대략적 크기이다.
로컬 에러의 추정은 다음 식을 사용하여 단계 Etp13 에서 수행될 수도 있다:
Figure pct00008
복수의 수신 주파수들을 사용하는 수신기 단말기들의 경우, 각각의 주파수 i 에 대해 개별적으로 추정이 계산되어야 한다. 선행하는 식은 다음과 같이 된다:
Figure pct00009
일단 로컬 에러들이 추정되었다면, 이 방법의 제 2 단계 Etp2 는 에러 버짓을 구성하기 위해 다른 기여자들 (contributors) 을 고려함으로써 이들 추정들을 보완하는 것으로 이루어진다. 이들 에러들은 본질적으로 2 차수의, 대기 에러들 (대류권 및 전리층 에러들) 및 클록 및 궤도 에러들로 되어 있다.
부단계 Etp 21 은 전리층 에러
Figure pct00010
를 고려하는 것으로 이루어진다. 제 1 솔루션은 GNSS 증강 시스템 또는 (위성 기반 증강 시스템 (Satellite Based Augmentation System) 으로서의) SBAS 에 의해 송신된 보정 값들을 사용하는 것에 있다. 증강 시스템은 전리층을 관측하고, 이러한 층의 대기로 인한 신호의 딜레이를 고려하는데 요구되는 보정들을 계산한 후에 이들을, 이들 값들 각각에 대한 신뢰 구간의 표시 (그리드 전리층 수직 에러 (Grid Ionospheric Vertical Error) 로서의 GIVE) 가 수반된 그리드 형태 (그리드 전리층 수직 딜레이 (Grid Ionospheric Vertical Delay) 로서의 GIVD) 로 송신한다. 그에 따라 사용자는, 그의 포지션에 따라, 고려될 보정 값
Figure pct00011
를 사용한다. 그에 따라,
Figure pct00012
이다. 이 솔루션은 모노주파수 내비게이션 디바이스들에 사용된다.
전리층이 매우 비균일하고, 이 층이 그에 따라 모델링하기 어려우며 그리드의 값들이 계산하기 어려울 수도 있다는 문제가 있다. 제 2 솔루션은 전자기 신호가 이 층의 대기에서 딜레이되는 양이 그의 주파수에 의존한다는 사실을 사용하는 것에 있다. 그 생각은 적어도 2 개의 상이한 주파수들에서 신호를 수신하여 수신기 단말기가 멀티주파수 조합에 의해 그 자신의 전리층 보정들을 계산할 수 있도록 한다는 것이다. 이 경우, 에러 버짓에 대한 기여는 두 부분으로 된다. 제 1 기여
Figure pct00013
는 고차 전리층 에러들에 대응한다. 제 2 기여는 로컬 에러들을 증폭시키는 곱셈 인자에 대응한다. 바이-주파수 (bi-frequency) 수신기 단말기의 경우, 전리층 딜레이를 고려한 의사거리 측정치는 다음 식을 사용하여 획득될 수도 있고:
Figure pct00014
여기서
Figure pct00015
및
Figure pct00016
는 각주파수들 (angular frequencies)
Figure pct00017
및
Figure pct00018
에 대한 의사거리 측정치들을 나타낸다.
전리층 에러의 추정은 이들 2 개의 기여들을 조합하는 것으로 이루어진다. 그에 따라, 바이-주파수 수신기 단말기의 완전히 비제한적인 경우, 이 에러는 다음 식을 사용하여 추정될 수도 있고:
Figure pct00019
여기서
Figure pct00020
및
Figure pct00021
는 각주파수들
Figure pct00022
및
Figure pct00023
에 대한 로컬 에러들을 나타내고,
Figure pct00024
는 고차 에러들을 나타낸다.
대류권 에러들의 추정은 단계 Etp 22 에서 평가된다. 이 층의 대기를 통해 전자기 신호의 전파로 인한 딜레이의 측정은 매우 복잡하다. 부가적으로, 수신기 단말기는 일반적으로 사용자가 이 딜레이를 추정하기에 충분한 데이터로의 액세스를 갖지 않는다. 대류권으로 인한 에러
Figure pct00025
는 그에 따라 모델링되어야 한다. 이 에러의 추정은 예를 들어 종래 기술에서 입수가능한 모델을 사용하여 획득될 수도 있다.
대류권의 영향이 추정될 수도 있을 때, 즉, 상당한 수의 GNSS (GPS, Galileo, Glonass, Compass, …) 위성들이 이용가능할 때, 이 에러
Figure pct00026
는, 예를 들어, 대류권 추정 프로세스의 공분산들로부터 추출될 수도 있다.
클록 및 궤도 에러들
Figure pct00027
은 그 후에 단계 Etp 23 에서 고려된다. 이들 에러들은 증강 시스템 SBAS 에 의해 분산 형태로 송신된다. MOPS-D 표준에 따른 증강 시스템의 경우, 이들은 송신된 UDRE 수량 (UDRE 는 사용자 차동 범위 에러 (User Differential Range Error) 를 나타냄) 을 통해 입수가능할 수도 있다.
마지막으로 단계 Etp24 는 에러 버짓을 확립하는 것으로 이루어진다. 의사거리들에서의 총 에러의 분산은 다양한 에러들의 분산들을 합산함으로써 획득된다.
예로서, MOPS-D 표준을 준수하는 증강 시스템의 파라미터들을 사용하는 모노주파수 수신기 단말기의 경우, 총 에러에서의 분산이 다음 식을 사용하여 획득될 수도 있다:
Figure pct00028
바이-주파수 수신기 단말기의 경우, 총 에러에서의 분산이 다음 식을 사용하여 획득될 수도 있다:
Figure pct00029
물론, 이 식은 멀티주파수 수신기 단말기의 경우로 일반화될 수도 있다.
이 에러 버짓은 하나의 특정 의사거리 측정치 (가시선) 에 대한 총 에러를 제공한다. 이것은 수신기 단말기에 의해 보여지는 주어진 위성에 대해 수집된 정보에 기초하여 계산된 총 에러의 문제이다. 이 분산은 수신기 단말기의 포지션이 결정되게 하는 각각의 의사거리 측정치 n 에 대해 추정될 수도 있고 아래에
Figure pct00030
으로 나타낼 것이다.
일단 에러 버짓이 계산되었다면, 이 방법의 다음 단계 Etp3 은 추정된 에러를 모니터링하는 것으로 이루어진다.
제 1 부단계 Etp31 에서, 글로벌 내비게이션 디바이스의 수신기 단말기의 포지션이 계산된다. 이 포지션은 선행하는 단계들에서 계산된 에러들의 공분산들을 사용하여 단말기의 의사거리 측정치들을 가중함으로써 추정된다. 유리하게는, 이들 추정치들은, 추정된 에러들에 대한 실질적인 편차들을 검출하는 것이 가능한, 예를 들어 그리고 비제한적으로 Huber 알고리즘과 같은 견고한 알고리즘 (robust algorithm) 에 의해 획득된다.
종래에는, 수신기의 포지션은 최소제곱법을 사용하여 그의 좌표들 (경도, 위도 및 고도) 을 계산함으로써 추정된다. 이 방법은 간섭에 매우 민감한 알고리즘을 사용한다는 문제가 있다. 측정치들이 가우스 분포 (Gaussian distribution) 로 분포된다면, 알고리즘은 올바르게 기능하고 계산된 포지션들은 올바르다. 수행된 측정들에서의 특정 에러들이 가우스 분포로부터 벗어날 때, 계산된 포지션들은 측정 에러들에 비례하여 실제 포지션으로부터 벗어난다. 그에 따라, 하나의 비정상적인 측정치가 극도로 큰 포지션 에러를 초래할 수도 있다.
이러한 타입의 에러를 방지하기 위해, 본 발명에 따른 방법은 최소제곱들에 기초한 알고리즘을 사용하지 않고 견고한 알고리즘을 사용한다. 이러한 알고리즘의 이점은 비정상적인 측정치들을 검출하고 이들을 계산으로부터 제거하거나, 이들에게 매우 작은 가중치가 있는 것으로 간주한다는 점이다. 유리하게는, 간주되는 가중치는 측정 에러가 증가함에 따라 감소된다.
에러 버짓은 다음 방법으로 모니터링된다. 각각의 의사거리 측정치
Figure pct00031
에 대해, 의사거리 잔차들 (pseudorange residues)
Figure pct00032
은 단계 Etp32 에서 추정된다. 이들 의사거리 잔차들은 측정치 사이의 차이, 및 측정된 포지션
Figure pct00033
과 추정된 포지션
Figure pct00034
사이의 차이로서 규정된다.
Figure pct00035
분산
Figure pct00036
의 적합도가 그 후에 평가된다. 이를 행하기 위해, 임계 상수 K 가 고려된다. 이 임계 값은 에러
Figure pct00037
에서의 신뢰도 레벨, 즉,
Figure pct00038
을 과소추정하여 잠재적으로 에러가 있는 포지션 추정을 초래할 확률을 설정하는 파라미터를 나타낸다.
Figure pct00039
인 경우, 측정치는 올바른 것으로 간주되어 유지된다.
Figure pct00040
인 경우, 추정치
Figure pct00041
은 너무 낙관적인 것으로 간주된다. 측정 에러는 그 후에 관측된 위성 n 의 방향에서 열악하게 검출된 것으로 간주되고, 이 측정치는 그에 따라 거부된다. 포지션은 다시 이 측정치 없이 이 가시선 없이 계산된다. 분산
Figure pct00042
의 적합도가, 분산이 임계 값보다 낮을 때까지 다시 평가된다. 이 테스트의 목적은, 양립불가능한, 즉, 설정된 임계 값보다 높은 임의의 가시선들을 거부하기 위한 것이다. 추정된 에러 버짓들과 양립불가능한 측정치들을 거부하는 이 단계 Etp33 은, 에러 버짓에서의 어떠한 빠른 변동도 포지션 추정들에 오류를 일으키지 않는다는 것을 보장하는 것을 가능하게 한다.
그에 따라, 유리하게는, 본 발명에 따른 방법은, 에러 버짓
Figure pct00043
의 거의 실시간 추정이 견고한 알고리즘에 의한 현실에 대한 그의 적합도의 모니터링과 조합되게 하여 수신기 단말기의 포지션을 추정하고 이들 에러 버짓들이 관측된 잔차 에러들에 대응하는 방법을 분석한다.
무결성 파라미터들은 그 후에, 선행하는 단계들에서 추정되고 검증된 에러들을 사용하여 계산된다. 무결성 파라미터들은 예를 들어 종래 방법, 표준 최소제곱 솔루션을 사용하여 계산된다.
로컬 수직 축 및 수평 평면 상에 추정된 에러의 분산들을 투영함으로써 수평 및 수직 포지션에서의 에러의 분산이 계산된다.
V 개의 유효한 가시 위성들로 측정된 V 개의 의사거리들에 대한 포지션 방정식은 형태
Figure pct00044
로 되도록 고려된다.
여기서: X 는 수신기/클록 오프셋의 북쪽, 동쪽, 수직 좌표 시스템 포지션을 나타내는 1×4 벡터이다;
Y 는 V 개의 의사거리 측정치들의 벡터를 나타낸다;
A 는 각각의 위성에 대한 방향 코사인들의 관측 행렬 V×4 이다;
B 는 V 개의 의사거리 측정 에러들의 벡터이다.
포지션 방정식의 최소제곱 솔루션은 형태 X = M Y 로 되도록 고려되고 (4×V) 행렬
Figure pct00045
은 측정 에러 상관 행렬
Figure pct00046
, 즉,
Figure pct00047
를 사용하여 계산된다.
에이비오닉스 (avionics) 에 관련된 하나의 특정된 비제한적인 사용이 이제 고려된다. 이 분야에서, 이것은 특히 관심있는 수직 에러와 수평 에러이다. 민간 항공 표준들에서, 애플리케이션들은 사용자들의 커뮤너티들에 의해 특정된 수평 에러 및 수직 에러의 최대 허용가능 값을 갖는다. 이들 값들은 일반적으로 두음문자들 HAL (Horizontal Alert Limit) 및 VAL (Vertical Alert Limit) 에 의해 나타낸다. 이들 표준들에 따르면, 이들 수직 에러들 (각각, 수평 에러들), 즉, 실제 포지션과 추정된 포지션 사이의 차이는, 애플리케이션의 요건들에 의해 특정되는 값 P 이상인 확률을 갖는 VAL 한도 (각각, HAL 한도) 를 초과하지 않아야 한다. 예로서, 항공에서, P 의 값은 종종
Figure pct00048
과 동일하다.
수직 에러의 분포는 다음 식을 사용하여 각각의 가시선에서의 에러들을 조합함으로써 계산된다:
Figure pct00049
마찬가지로, 수평 에러들의 분산은 다음 식을 사용하여 획득될 수도 있다:
Figure pct00050
일단 이들 에러 분산들이 계산되었다면, 가우스 타입 편차가 다루어지고 있고, 그 후에 계속하기 전에 비-가우스 에러 소스들이 제거된다고 가정한다. 다양한 포지션들을 계산하는데 사용되었던 각각의 검증된 위성의 가시선들 각각의 에러 버짓에 기초하여, 내측이 사용자가 민간 항공 기관들에 의해 요구되는 것보다 더 높은 확률을 갖는 것으로 확신하는 원통형 볼륨의 사이즈가 계산된다.
사용자가 위치되는 반경이 HAL 또는 VAL 알람 반경보다 더 큰 경우, 수신기 단말기는 포지션이 충분히 신뢰성 있지 않다고 간주할 것이고 에러 메시지를 브로드캐스트할 것이다. 이것이 그러한 경우가 아니라면, 계산된 포지션이 신뢰성 있다고 간주할 것이다.
2 개의 방법들을 사용하여 무결성 파라미터들이 결정될 수도 있다. 선행하는 제 1 방법은 설정된 경고 값들보다 더 작아야 하는 보호 반경을 규정함으로써 SBAS MOPS 표준에 설명된 방법을 사용하는 것으로 이루어진다. 이들 경고 값들은 예를 들어 항공 애플리케이션의 경우 국제 민간 항공 기구 (International Civil Aviation Organization; ICAO) 에 의해 예를 들어 설정될 수도 있다. 수평 보호 레벨 (horizontal protection level; HPL) 및 수직 보호 레벨 (vertical protection level; VPL) 은 확률 P 를 갖는 실제 포지션과 추정된 포지션 사이의 최대 수평 거리 (각각, 최대 수직 거리) 인 것으로 간주된다. 이들 보호 레벨들은 다음 식을 사용하여 획득될 수도 있다:
Figure pct00051
계산된 포지션은 HPL 및 VPL 보호 레벨들이 HAL 및 VAL 경고 값들보다 엄밀히 더 작은 경우 확신하는 것으로 간주될 것이다.
제 2 의 가능한 구현은 경고 값들을 초과하는 리스크를 직접적으로 계산하는 것으로 이루어진다. 이 방법은 GALILEO 표준에 대응한다.
무결성 리스크는 포지션 추정 에러가 값 X 보다 더 큰 확률인 것으로 규정될 수도 있다.
수직 에러의 경우, 무결성 리스크는 다음 식을 사용하여 획득될 수도 있다:
Figure pct00052
그리고 수평 에러의 경우, 다음 식을 사용하여 획득될 수도 있다:
Figure pct00053
여기서
Figure pct00054
는 표준 편차
Figure pct00055
의 중심에 있는 가우스 분포를 나타내고,
Figure pct00056
는 파라미터
Figure pct00057
및 2 자유도들을 갖는 X2-분포를 나타낸다.
계산된 포지션은
Figure pct00058
인 경우 확신하는 것으로 간주될 것이다.
본 발명의 방법은 항공에 대한 애플리케이션에 의해 설명되었다. 이 예는 완전히 비제한적인 것이고 이 방법은, 예를 들어, 해양 내비게이션 또는 철도들과 같은 수송의 임의의 수단에 적용될 수도 있다. 이 방법은 또한 걷고 있는 누군가에 의해 사용되어 예를 들어 이머전시 서비스들에 의해 그의 정밀한 포지션을 획득할 수도 있다.
본 발명은 또한 상술된 방법을 구현하는 것이 가능한 글로벌 내비게이션 위성 디바이스에 관한 것이다. 이 단말기는 적어도 하나의 프로세싱 모듈 및 SBAS 증강 시스템의 스테이션들 및 글로벌 내비게이션 위성들에 의해 방출된 적어도 하나의 전자기 신호를 수신하는 것이 가능할 때까지 적어도 하나의 수신기를 소유한다.
유리하게는, 본 발명의 방법은 3 개의 엘리먼트들이 함께 커플링되게 한다:
- 사용자의 수신기 단말기의 동작 파라미터들을 사용하는 로컬 에러들의 거의 실시간 추정;
- 로컬 에러들의 추정에서 과소추정들을 검출하는 것을 가능하게 하도록 포지션을 결정하기 위한 견고한 알고리즘; 및
- 이들 에러들에 대한 위성 기여를 올바르게 가중하기 위한, 예를 들어 EGNOS 와 같은 증강 스테이션들 (SBAS) 로부터의 데이터의 사용 (ARAIM 애스팩트).
본 발명의 하나의 이점은 GNSS 수신기들에 대한 일부 책임들을 위임함으로써 그라운드 세그먼트들의 비용이 감소되게 한다는 점이다. 빠른 영향들과 느리게 변하는 영향들 사이의 할당을 공유하는 현재 경향과는 대조적으로, 본 발명 배후의 원리는 로컬 영향들 (다중경로 영향들, 열 잡음, 전자기 간섭, 대류권 에러) 과 글로벌 영향들 (전리층 에러, 위성 클록/궤도 에러) 사이의 할당을 공유하는 것에 있다. 로컬 영향들은 수신기 단말기에 의해 모니터링되고 글로벌 영향들은 시스템에 의해 모니터링된다.

Claims (13)

  1. 글로벌 내비게이션 디바이스에 의해 구현되는 글로벌 내비게이션 위성 측정들을 위한 무결성 파라미터들을 추정하고 제어하는 방법으로서,
    상기 글로벌 내비게이션 디바이스에 의해 로컬 에러들이 검출되고,
    위성들과 연관된 에러들이 그라운드 세그먼트에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 글로벌 내비게이션 위성 측정들을 위한 무결성 파라미터들을 추정하고 제어하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은:
    - 로컬 에러들
    Figure pct00059
    을 계산하는 단계 Etp1;
    - 상기 위성들과 연관된 에러들 및 상기 로컬 에러들로부터 에러 버짓 (error budget) 을 구성하는 단계 Etp2;
    - 상기 에러 버짓을 모니터링하는 단계 Etp3; 및
    - 선행하는 단계들에서 추정된 에러들을 사용하여 무결성 파라미터들을 계산하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 글로벌 내비게이션 위성 측정들을 위한 무결성 파라미터들을 추정하고 제어하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 단계 Etp1 은:
    - 열 잡음 (thermal noise) 으로 인한 에러 분산을 계산하는 단계 Etp11;
    - 다중경로 영향들로 인한 잡음을 계산하는 단계 Etp12; 및
    - 로컬 에러를 계산하는 단계 Etp13
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 글로벌 내비게이션 위성 측정들을 위한 무결성 파라미터들을 추정하고 제어하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다중경로 영향들로 인한 잡음은 다음 식을 사용하여 결정되고:
    Figure pct00060

    여기서 L 은 필터링 시간을 나타내고,
    Figure pct00061
    는 시간 t 에서 글로벌 내비게이션 위성에 의해 방출된 신호의 캐리어의 위상을 나타내며,
    Figure pct00062
    는 시간 t 에서 상기 글로벌 내비게이션 위성에 의해 방출된 신호의 암호화된 파라미터들인 코드의 위상을 나타내는 것을 특징으로 하는 글로벌 내비게이션 위성 측정들을 위한 무결성 파라미터들을 추정하고 제어하는 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 에러 버짓은 상기 위성들과 연관된 에러들 및 상기 로컬 에러들의 2 차 합산 (quadratic summation) 에 의해 획득되는 것을 특징으로 하는 글로벌 내비게이션 위성 측정들을 위한 무결성 파라미터들을 추정하고 제어하는 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 단계 Etp2 는:
    - 전리층 에러를 고려하는 단계 Etp21;
    - 대류권 에러를 고려하는 단계 Etp22;
    - 궤도/클록 에러를 고려하는 단계 Etp23; 및
    - 상기 에러 버짓을 계산하는 단계 Etp24
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 글로벌 내비게이션 위성 측정들을 위한 무결성 파라미터들을 추정하고 제어하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 글로벌 내비게이션 디바이스는 바이-주파수 (bi-frequency) 디바이스이고,
    상기 전리층 에러는 다음 식을 사용하여 계산되고:
    Figure pct00063

    여기서
    Figure pct00064
    는 상기 전리층 에러를 나타내고;
    Figure pct00065
    및
    Figure pct00066
    는 각주파수들 (angular frequencies)
    Figure pct00067
    및
    Figure pct00068
    에 대한 로컬 에러들을 각각 나타내며; 는 고차 에러들을 나타내는 것을 특징으로 하는 글로벌 내비게이션 위성 측정들을 위한 무결성 파라미터들을 추정하고 제어하는 방법.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 단계 Etp3 은:
    - 상기 글로벌 내비게이션 디바이스의 포지션을 추정하는 단계 Etp31;
    - 의사거리 잔차들 (pseudorange residues) 을 추정하는 단계 Etp32; 및
    - 추정된 에러 버짓들과 양립불가능한 측정치들을 거부하는 단계 Etp33
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 글로벌 내비게이션 위성 측정들을 위한 무결성 파라미터들을 추정하고 제어하는 방법.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 무결성 파라미터들은 미리 설정된 임계 값보다 더 작아야 하는 보호 반경을 규정함으로써 계산되는 것을 특징으로 하는 글로벌 내비게이션 위성 측정들을 위한 무결성 파라미터들을 추정하고 제어하는 방법.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 무결성 파라미터들은 알람 값들을 초과하는 리스크를 직접적으로 계산함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 글로벌 내비게이션 위성 측정들을 위한 무결성 파라미터들을 추정하고 제어하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로컬 에러들의 추정들은 견고한 알고리즘 (robust algorithm) 으로 검증되는 것을 특징으로 하는 글로벌 내비게이션 위성 측정들을 위한 무결성 파라미터들을 추정하고 제어하는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무결성 파라미터들의 계산은 이전에 검증된 추정들에 기초하여 수행되는 것을 특징으로 하는 글로벌 내비게이션 위성 측정들을 위한 무결성 파라미터들을 추정하고 제어하는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 구현하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 글로벌 내비게이션 디바이스.
KR1020157012817A 2012-11-16 2013-11-15 위성 지오로케이션 측정들에서 에러의 레벨을 추정하고 상기 추정들의 신뢰성을 모니터링하는 방법 및 관련 디바이스 KR102205329B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1203073 2012-11-16
FR1203073A FR2998378B1 (fr) 2012-11-16 2012-11-16 Procede d'estimation du niveau d'erreur de mesures de geolocalisation par satellites et de controle de la fiabilite de ces estimations et dispositif associe
PCT/EP2013/073983 WO2014076254A1 (fr) 2012-11-16 2013-11-15 Procede d'estimation du niveau d'erreur de mesures de geolocalisation par satellites et de controle de la fiabilite de ces estimations et dispositif associe

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150084857A true KR20150084857A (ko) 2015-07-22
KR102205329B1 KR102205329B1 (ko) 2021-01-19

Family

ID=48236997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157012817A KR102205329B1 (ko) 2012-11-16 2013-11-15 위성 지오로케이션 측정들에서 에러의 레벨을 추정하고 상기 추정들의 신뢰성을 모니터링하는 방법 및 관련 디바이스

Country Status (10)

Country Link
US (1) US10012737B2 (ko)
EP (1) EP2920608A1 (ko)
JP (1) JP6262248B2 (ko)
KR (1) KR102205329B1 (ko)
CN (1) CN104813191A (ko)
AU (1) AU2013346734B2 (ko)
BR (1) BR112015011292B1 (ko)
CA (1) CA2891363C (ko)
FR (1) FR2998378B1 (ko)
WO (1) WO2014076254A1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107703525B (zh) * 2016-08-08 2019-12-06 华为技术有限公司 用于网络rtk基准站网更新的方法和装置
US10613233B2 (en) * 2016-09-21 2020-04-07 Honeywell International Inc. ARAIM clustering distribution improvement
FR3065083A1 (fr) * 2017-04-05 2018-10-12 Thales Procede de determination de niveaux de protection de solutions de navigation, produit programme d'ordinateur et recepteur associes
KR101882482B1 (ko) * 2017-12-20 2018-07-27 엘아이지넥스원 주식회사 표적 인식 장치 및 방법
US11143765B2 (en) * 2019-04-25 2021-10-12 Honeywell International Inc. Reducing bias impact on GNSS integrity
CN111077545B (zh) * 2019-12-23 2022-02-25 深圳市力合微电子股份有限公司 一种北斗和gps卫星信号接收的正直性监测和判决方法
US11709819B2 (en) 2020-09-30 2023-07-25 International Business Machines Corporation Validating test results using a blockchain network
US20240027630A1 (en) * 2022-07-22 2024-01-25 Qualcomm Incorporated Real-time ppe base station measurement uncertainty modeling for protection level computation
CN115951378B (zh) * 2023-03-08 2023-05-16 北京大学 一种基于北斗星基增强信息的自适应信息融合定位方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1183978A (ja) * 1997-09-03 1999-03-26 Japan Radio Co Ltd Ｇｐｓ受信機
JP2004522947A (ja) * 2000-12-15 2004-07-29 ユナイテッド　パーセル　サービス　オブ　アメリカ　インコーポレイテッド 受信機自律垂直インテグリティ監視

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5600329A (en) * 1995-06-30 1997-02-04 Honeywell Inc. Differential satellite positioning system ground station with integrity monitoring
US6151551A (en) * 1997-03-03 2000-11-21 Motorola, Inc. Method and apparatus for generating an indication of loss of positioning integrity in emergency call systems
US7089452B2 (en) * 2002-09-25 2006-08-08 Raytheon Company Methods and apparatus for evaluating operational integrity of a data processing system using moment bounding
US6847893B1 (en) * 2003-01-22 2005-01-25 Trimble Navigation, Ltd Horizontal/vertical exclusion level determination scheme for RAIM fault detection and exclusion implementation
US8131463B2 (en) * 2003-12-02 2012-03-06 Gmv Aerospace And Defence, S.A. GNSS navigation solution integrity in non-controlled environments
US20060047413A1 (en) * 2003-12-02 2006-03-02 Lopez Nestor Z GNSS navigation solution integrity in non-controlled environments
US7095369B1 (en) * 2004-06-15 2006-08-22 Lockheed Martin Corporation Phase step alert signal for GPS integrity monitoring
EP1637899A1 (en) * 2004-09-20 2006-03-22 EADS Astrium GmbH Method and apparatus for providing integrity information for users of global navigation system
JP4656969B2 (ja) 2005-03-02 2011-03-23 日本無線株式会社 衛星信号受信システム
DE102007050034A1 (de) * 2007-10-17 2009-04-23 Astrium Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Integritätsüberwachung von Satellitennavigationssignalen
DE102009016337A1 (de) * 2009-04-06 2010-10-07 Astrium Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Abschätzung des Integritätsrisikos in einem Satellitennavigationssystem
FR2947342B1 (fr) * 2009-06-30 2012-05-25 Thales Sa Procede de determination de la position d'un mobile a un instant donne et de surveillance de l'integrite de la position dudit mobile
US8334804B2 (en) * 2009-09-04 2012-12-18 Hemisphere Gps Llc Multi-frequency GNSS receiver baseband DSP
EP2418515A1 (en) * 2010-07-21 2012-02-15 Astrium GmbH Integrity method for differential corrections
EP2461182B1 (en) * 2010-12-01 2014-06-04 European Space Agency Method and apparatus for determining an integrity indicating parameter indicating the integrity of positioning information determined in a global positioning system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1183978A (ja) * 1997-09-03 1999-03-26 Japan Radio Co Ltd Ｇｐｓ受信機
JP2004522947A (ja) * 2000-12-15 2004-07-29 ユナイテッド　パーセル　サービス　オブ　アメリカ　インコーポレイテッド 受信機自律垂直インテグリティ監視

Also Published As

Publication number Publication date
FR2998378B1 (fr) 2016-01-29
JP6262248B2 (ja) 2018-01-17
BR112015011292B1 (pt) 2022-05-03
WO2014076254A1 (fr) 2014-05-22
BR112015011292A2 (pt) 2017-07-11
JP2016501365A (ja) 2016-01-18
US20150355339A1 (en) 2015-12-10
AU2013346734A1 (en) 2015-06-04
AU2013346734B2 (en) 2017-11-02
KR102205329B1 (ko) 2021-01-19
CA2891363C (en) 2020-09-22
US10012737B2 (en) 2018-07-03
CN104813191A (zh) 2015-07-29
EP2920608A1 (fr) 2015-09-23
CA2891363A1 (en) 2014-05-22
FR2998378A1 (fr) 2014-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102205329B1 (ko) 위성 지오로케이션 측정들에서 에러의 레벨을 추정하고 상기 추정들의 신뢰성을 모니터링하는 방법 및 관련 디바이스
Zhu et al. GNSS position integrity in urban environments: A review of literature
EP2652523B1 (en) Method and system for localizing mobile communications terminals
US8624779B2 (en) Global navigation satellite system (GNSS) reference station integrity monitoring and assurance
Closas et al. Direct position estimation of GNSS receivers: Analyzing main results, architectures, enhancements, and challenges
Paziewski et al. Assessment of GPS+ Galileo and multi-frequency Galileo single-epoch precise positioning with network corrections
US9720095B2 (en) System and method for wireless collaborative verification of global navigation satellite system measurements
US8131463B2 (en) GNSS navigation solution integrity in non-controlled environments
RU2501039C2 (ru) Устройство и способ контроля целостности в реальном времени спутниковой навигационной системы
US8610624B2 (en) Satellite navigation system fault detection based on biased measurements
JP7280053B2 (ja) 車両用の衛星航法における大気擾乱を補正するための大気補正パラメータを検査する完全性情報を提供する方法及び装置
Margaria et al. A novel local integrity concept for GNSS receivers in urban vehicular contexts
CN101395443A (zh) 混合定位方法和设备
Hussain et al. Adaptive GNSS receiver design for highly dynamic multipath environments
Han et al. GNSS/IMU tightly coupled scheme with weighting and FDE for rail applications
Zhu GNSS propagation channel modeling in constrained environments: Contribution to the improvement of the geolocation service quality
KR20150110398A (ko) 신뢰 지수를 갖는 지오포지셔닝 방법, 및 연관된 단말
Elsayed et al. Bounding of correlated double-differenced GNSS observation errors using NRTK for precise positioning of autonomous vehicles
Ziebold et al. On fault detection and exclusion in snapshot and recursive positioning algorithms for maritime applications
JP2014119459A (ja) 衛星航法信号の異常を検知する方法およびシステム、並びにそのような検知システムを含む混成システム
Kirkko-Jaakkola et al. Improving TTFF by two-satellite GNSS positioning
El-Mowafy et al. Positioning integrity, availability and precision for journey planning and navigation using GNSS integrated with low-cost sensors
Preston GPS multipath detection and mitigation timing bias techniques
KR20190006560A (ko) 위성 신호 처리를 위한 방법 및 시스템
US20240027631A1 (en) Mac method for monitoring, with common bias compensation, the integrity of a point positioning process using virtual beacons

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant