KR20150125621A - 위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치를 결정하는 방법, 및 연관된 시스템 - Google Patents

위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치를 결정하는 방법, 및 연관된 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수신된 신호들의 확률 가중치가 사용되는, 위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치를 결정하는 방법에 관한 것이며, 상기 가중치는 인덱스 i 의 각 위성에 대하여 계수 Ki 를 사용하고, 상기 계수 Ki 는 방해물의 존재 확률을 각각 포함하는 인자들의 곱이고, 상기 계수 Ki 는 인덱스 i 의 각 위성에 대하여, 형태
Figure pat00016
의 적어도 하나의 인자를 포함한다.

Description

위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치를 결정하는 방법, 및 연관된 시스템{METHOD FOR DETERMINING THE POSITION OF A SATELLITE NAVIGATION SYSTEM RECEIVER, AND ASSOCIATED SYSTEM}
본 발명은 위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치를 결정하는 방법, 및 연관된 시스템에 관한 것이다.
의도적으로 또는 비의도적으로 방해되는 무선-전기 환경들에 대한 높은 무결성의 제약으로 위성 네비게이션 시스템들의 강인성을 개선하는 것은 중요하다. 이는 특히, 육상, 철도 및 항공 수송 애플리케이션들에 관련된다.
특히 스페이스 증강 시스템 또는 항공용의 "위성 기반 증강 시스템" 을 나타내는 약어인 SBAS 에 대하여, 위치 불확실성 영역에 "마진들" 을 도입하는 것이 알려져 있다.
이와 같은 접근방식은 더 중요한 환경들에서가 아닌 비교적 공개되고 (약간의 마스크들) 미약하게 방해되는 환경들에서만 만족스럽다.
또한, 예컨대 지상 환경들에서, 모노 또는 멀티-안테나 모드에서, 및 모노 또는 멀티-콘스텔레이션 모드에서 다중-경로들의 검출 및 거부를 위한 알고리즘들의 경우에, 거부들을 채용하는 것이 알려져 있다.
이와 같은 접근방식은 잠음과 방해물 사이에 높은 모호성을 초래하는 어려움을 보이고, 실제로 섭동의 미세한 특성화를 허용하지 않으며, 특히 폴스 알람 (false alarm) 의 경우에 간단한 거부 접근방식은 사용가능성에 있어 문제들을 생성할 수도 있다.
본 발명의 목적은 전술된 단점들을 경감시키는 것이다.
본 발명의 목적은 위성 네비게이션 시스템들의 강인성을 개선하는 것이다.
따라서, 본 발명의 일 양태에 따라, 수신된 신호들의 확률 가중치가 사용되는, 위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치를 결정하는 방법이 제안되며, 상기 가중치는 인덱스 i 의 각 위성에 대하여 계수 Ki 를 사용하고, 상기 계수 Ki 는 방해물의 존재 확률을 각각 포함하는 인자들의 곱이고, 상기 계수 Ki 는 방해물의 존재 확률을 각각 포함하는 인자들의 곱이며, 상기 계수 Ki 는 인덱스 i 의 각 위성에 대하여, j 가 1 부터 6 까지 변화하는 형태
Figure pat00001
의 적어도 하나의 인자를 포함하며, 여기서,
P1 i 은, 인덱스 i 의 위성에 대하여, 수신된 신호가 비-반사 신호 컴포넌트와 다중-경로 신호 컴포넌트의 조합을 포함할 제 1 확률을 나타내고,
P2 i 은, 인덱스 i 의 위성에 대하여, 수신된 신호가 다중-경로 신호 컴포넌트만을 단독으로 포함할 제 2 확률을 나타내고,
P3 i 은, 인덱스 i 의 위성에 대하여, 수신된 신호가 지상 간섭에 의해 재밍될 제 3 확률을 나타내고,
P4 i 은, 인덱스 i 의 위성에 대하여, 수신된 신호가 지면 상의 재머에 의해 생성된 신호의 컴포넌트와 공칭 신호의 컴포넌트의 조합을 포함할 제 4 확률을 나타내고,
P5 i 은, 인덱스 i 의 위성에 대하여, 수신된 신호가 상기 신호의 이전 수신 조건들과 코히어런스 (coherence) 하지 않을 제 5 확률을 나타내고,
P6 i 은, 인덱스 i 의 위성에 대하여, 수신된 신호가 주변지역들 (environs) 의 맵핑과 코히어런스하지 않을 제 6 확률을 나타내고, 그리고
αi 는 양의 실수를 나타낸다.
따라서, 방해 확률을 평가함으로써, 수신기의 위치의 분해능에 있어서 방해 모델들을 간단하고 효율적으로 고려하는 것, 및 위치 계산과 무결성 계산에서 상기 모델들을 자동으로 통합하는 것이 가능하다.
이러한 형태의 가중치 Ki 는 식별될 수 있는 방해들의 모든 소스들에 관한 정보를 하나의 동일한 공식에 결부시키는 것을 가능하게 하고, 따라서 앞서 보여진 것과 같은 측정 가중치에 의해 및/또는 잔인한 거부에 의해 그 간단한 사용을 허용한다. 다른 장점은 누적되는 것이며, 따라서 불분명하거나 식별하기 어려운 현상들이 고려되게 하는 것이다: 확률들의 계산이 방해의 타입이 확실한 것으로 드러나지 않게 하는 (어떤 확률도 100% 와 동일하지 않음) 경우에도, 몇몇 표시자들은 방해될 수도 있고 (몇몇
Figure pat00002
은 0% 를 초과할 것이다), 따라서 전체 스코어 Ki 는 결고 제한되지 않을 수도 있다.
일 실시형태에서, 계수 Ki 가 제 1 임계치 미만일 경우, 위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치의 상기와 같은 결정은 인덱스 i 의 위성으로부터 수신된 신호들을 폐기한다.
따라서, 그에 대한 방해가 확실하거나 거의 확실한 것으로 고려되는 신호들을 제거하는 것이 가능하다.
일 실시형태에 따라, 위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치의 상기와 같은 결정은 개별 값
Figure pat00003
인 상기 위성들에 의해 방사된 신호들의 측정들의 가중치를 사용한다.
따라서, 가장 방해받지 않을 측정들은 수신기의 포인트 또는 위치의 분해능에서의 로케이션 프로세싱에 있어서 선호된다. 또한, 사용된 모든 위성들에 걸친 가중치들의 합은 특히 무결성을 확립하는데 사용된 신뢰도 레벨의 생성에 기여한다. 반드시 1 이상인 이들 값들
Figure pat00004
을 통합함으로써, 방해 확률이 비-제로일 때 방해 확률을 고려하기 위한 신뢰도 레벨과 같이, 가중치들의 합이 증가된다.
일 실시형태에서, 인덱스 i 의 위성에 대하여, 수신된 신호가 비-반사 신호 컴포넌트와 다중-경로 신호 컴포넌트의 조합을 포함할 제 1 확률 P1 i 은, 좁은 분리의 얼리/레이트 판별식에 기초한 지연 트래킹 루프, 정상 분리의 얼리/레이트 판별식에 기초한 지연 트래킹 루프, 및 상기 루프들에 의해 평가된 래그 (lag) 들 간의 차이 (discrepancy) 를 동시에 사용한다.
따라서, 다중-경로가 좁은 분리의 얼리/레이트 판별식의 분리보다 크다면, 2 개의 출력들 또는 2 개의 트래킹들 간에 차이가 발생한다: 좁은 트래킹은 직접적인 경로를 뒤따를는 것을 계속할 것이지만, 정상 트래킹은 직접적인 경로와 반사된 경로의 조합을 볼 것이다. 다중-경로가 좁은 분리의 얼리/레이트 판별식의 분리보다 작다면, 2 개의 트래킹들이 유사하게 영향을 받기 때문에 검출은 기능하지 않을 것이지만, 이러한 효과를 제한하기 위해, 충분히 작은 좁은 분리가 고려되어 다중-경로의 영향이 (통상적으로 1 미터 미만에서) 수용가능하다. 따라서, 2 개의 트래킹들 간의 차이의 이러한 측정은 실제로 직접 신호로 다중-경로들의 검출을 위한 메트릭을 구성하는 것을 가능하게 한다.
얼리/레이트 판별식은 신호에 대하여 앞선 순간에서의 상관과 신호에 대하여 지연된 순간에서의 상관 간의 차이에 대응한다. 이는 동기화의 진전을 트래킹하는 것을 가능하게 하고, 시간 트래킹 루프 (또는 "지연 로킹 루프" 를 나타내는 약어인 DLL) 의 측정에 대응한다. 종래의 방식에서, 칩의 1/2 의 (앞선 또는 지연된) 2 개의 상관들의 분리가 고려되는데, 이는 가우시안 환경에서 최적의 성능을 제공하기 때문이다. 그러나, 특히 0 칩과 0.5 칩들 간에 기여를 부가할 수도 있는 다중-경로들의 경우에, 예컨대 0.1 칩들의 (앞선 또는 지연된) 2 개의 상관들의 더 작은 분리를 위해 적용된 판별식이 또한 관심이 있을 수도 있다. 2 개 사이에 뚜렷한 차이가 나타난다면, 이 차이는 선험적으로 0.1 칩들에 관한 제한된 얼리/레이트 판별식이 아니라 0.5 칩들에 관한 종래의 얼리/레이트 판별식에 영향을 주는 0.1 칩과 0.5 칩들 간의 오프셋의 다중-경로의 부호이다.
일 실시형태에 따르면, 인덱스 i 의 위성에 대하여, 수신된 신호가 다중-경로 신호 컴포넌트만을 단독으로 포함할 제 2 확률 P2 i 은, 좁은 분리의 얼리/레이트 판별식에 기초한 지연 트래킹 루프, 정상 분리의 얼리/레이트 판별식에 기초한 지연 트래킹 루프, 및 상기 루프들에 의해 평가되는 래그들 간의 차이의 시간 변동을 동시에 사용한다.
따라서, P1 i 과 대비하여, 어떤 직접적인 경로도 존재하지 않으며, 따라서 좁은 분리 판별식에 의해 관측되는 인터벌에서 더이상 어떤 유용한 신호도 존재하지 않는다. 연관된 트래킹은 정상 분리 판별식이 다중-경로 상에 록킹되는 것을 유지하는 동안 결국 분기하게 된다. 따라서, 록킹의 상대적인 일탈과 연관된 메트릭은 실제로 방해를 설명하는 것을 가능하게 한다.
일 실시형태에서, 인덱스 i 의 위성에 대하여, 수신된 신호가 지상 간섭에 의해 재밍될 제 3 확률 P3 i 은, 유용한 수신된 신호의 전력 대 수신된 신호에서 잡음의 전력의 비율의 측정치와, 유용한 수신된 신호의 전력 대 수신된 신호에서 잡음의 전력의 비율의 예상 추정치 간의 차이를 사용한다. 신호 대 잡음 비에 있어서 감소는 간섭으로부터, 또는 마스킹 또는 어떤 다른 감쇠로부터 발생할 수도 있다. 그 후에, 상기 예상 추정치에 마스킹들 및 맵핑 (특히 3D) 을 통해 알려진 다른 감쇠들을 포함시킴으로써 상기 예상 추정치의 모델을 개선하는 것이 가능하다.
따라서, 간섭으로부터 발생하는 신호 대 잡음비에서의 감소를 관측하는 것이 가능하다.
일 실시형태에 따르면, 인덱스 i 의 위성에 대하여, 수신된 신호가 지면 상의 재머에 의해 생성된 신호의 컴포넌트와 공칭 신호의 컴포넌트의 조합을 포함할 제 4 확률 P4 i 은, 의사-거리 잔차의 측정치와 의사-거리 잔차의 예상 추정치 간의 차이를 사용한다.
따라서, 추정된 위치에 대하여 신호의 비-코히어런스를 절대 값 (바이어스) 에서 관측하는 것이 가능하다.
일 실시형태에 따르면, 인덱스 i 의 위성에 대하여, 수신된 신호가 상기 신호의 이전 수신 조건들과 코히어런스하지 않을 제 5 확률 P5 i 은, 상기 위성들의 의사-거리들의 잔차들의 분산의 변동을 사용한다.
따라서, 추정된 위치에 대하여 신호의 시간에 걸친 비-코히어런스 또는 잡음을 관측하는 것이 가능하다. 2 가지 의심스러운 경우들이 존재한다:
- 분산이 강하게 감소하는 경우로서, 이것은:
- 신호들이 분산된 다중-경로에 의해 방해되었고, 신호는 반사된 다중-경로를 통과한 것: 도시 환경들에서 매우 빈번한 케이스.
- 또는, 신호가 약간의 잡음이 있는 "정상" 조건들에서 수신되었지만, 현재 디코이 (decoy) 에 의해 생성될 수 있는 것과 같이 완벽한 조건들에서 수신되는 것
을 의미한다.
- 분산이 강하게 증가하는 경우로서, 이는 따라서 방해 환경으로의 진입을 의미한다.
일 실시형태에서, 인덱스 i 의 위성에 대하여, 수신된 신호가 주변지역들의 맵핑과 코히어런스하지 않을 제 6 확률 P6 i 은, 인덱스 i 의 위성으로부터 수신된 신호의 측정된 전력과 인덱스 i 의 위성으로부터 수신된 신호의 전력의 예상 추정치 간의 차이를 사용한다.
따라서, 전력을 고려함으로써, 유리하게는 매우 높은 수신 레벨들의 효과들을 고려하는 것 (신호들은 마스킹되어 수신되어야 하지만 (위치 에러는) 아님), 또는 신호들이 매우 약하게 수신되어야 하고 그 대신 스푸퍼 (spoofer) 가 수신되는 것을 고려하는 것, 또는 매우 낮은 수신 레벨들의 효과들을 고려하는 (신호들은 마스킹되어 수신되지 않아야만 하지만 (위치 에러) 임)) 것이 가능하다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 전술된 것과 같은 방법을 구현하도록 구성된, 위성 네비게이션 시스템의 시스템 수신기의 위치를 결정하는 시스템이 또한 제안된다.
본 발명은 완전히 비-제한적인 예들로서 설명되고 도 1 및 도 2 가 개략적으로 예시되는 첨부된 도면들에 의해 예시되는 몇몇 실시형태들을 연구할 때 더 잘 이해될 것이다.
도 1 에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 양태에 따르면, 수신된 신호들의 확률 가중치가 사용되는, 위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치를 결정하는 방법이 제안되며, 상기 가중치는 인덱스 i 의 각 위성에 대하여 계수 Ki 를 사용하고, 상기 계수 Ki 는 방해물의 존재 확률을 각각 포함하는 인자들의 곱이고, 상기 계수 Ki 는 인덱스 i 의 각 위성에 대하여, j 가 1 부터 6 까지 변화하는 형태
Figure pat00005
의 적어도 하나의 인자를 포함하며, 여기서,
P1 i 은, 인덱스 i 의 위성에 대하여, 수신된 신호가 비-반사 신호 컴포넌트와 다중-경로 신호 컴포넌트의 조합을 포함할 제 1 확률을 나타내고,
P2 i 은, 인덱스 i 의 위성에 대하여, 수신된 신호가 다중-경로 신호 컴포넌트만을 단독으로 포함할 제 2 확률을 나타내고,
P3 i 은, 인덱스 i 의 위성에 대하여, 수신된 신호가 지상 간섭에 의해 재밍될 제 3 확률을 나타내고,
P4 i 은, 인덱스 i 의 위성에 대하여, 수신된 신호가 지면 상의 재머에 의해 생성된 신호의 컴포넌트와 공칭 신호의 컴포넌트의 조합을 포함할 제 4 확률을 나타내고,
P5 i 은, 인덱스 i 의 위성에 대하여, 수신된 신호가 상기 신호의 이전 수신 조건들과 코히어런스하지 않을 제 5 확률을 나타내고,
P6 i 은, 인덱스 i 의 위성에 대하여, 수신된 신호가 주변지역들의 맵핑과 코히어런스하지 않을 제 6 확률을 나타내고, 그리고
αi 는 양의 실수를 나타낸다.
통상적으로, αi 는 0 과 3 사이에 있는 양의 실수이다.
도 2 에 도시된 것과 같이, 가중치는 인덱스 i 의 각 위성에 대하여 이하 식의 계수 Ki 를 사용할 수 있다:
Figure pat00006
(αi 는 이 경우 모두 1 과 동일하다)
물론, 일 변경으로서, 계수 Ki 는 상기 관계식의 인자들 중 일부만을 포함할 수 있다.
계수 Ki 가 제 1 임계치 Si 미만일 경우, 위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치의 결정은 인덱스 i 의 위성으로부터 수신된 신호들을 폐기한다. 이는 그에 대한 방해가 확실하거나 거의 확실한 것으로 고려되는 신호들을 제거하는 것을 가능하게 한다.
위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치의 결정은 개별 값
Figure pat00007
인 상기 위성들에 의해 방사된 신호들의 측정들의 가중치를 사용한다.
인덱스 i 의 위성에 대하여, 수신된 신호가 비-반사 신호 컴포넌트와 다중-경로 신호 컴포넌트의 조합을 포함할 제 1 확률 P1 i 은, 좁은 분리의 얼리/레이트 판별식에 기초한 지연 트래킹 루프, 정상 분리의 얼리/레이트 판별식에 기초한 지연 트래킹 루프, 및 상기 루프들에 의해 평가된 래그들 간의 차이를 동시에 사용한다.
예를 들어, 제 1 확률 P1 i 은, 예컨대 다음 관계식들로 정의될 수도 있다:
Figure pat00008
여기서, DLLnarrow 는 좁은 지연 트래킹 루프에 의해 추정되는 동기를 s 단위로 나타내고,
DLLnormal 는 정상 지연 트래킹 루프에 의해 추정되는 동기를 s 단위로 나타내고,
a 는 예컨대, 0.5 칩들과 동일한, 0 과 1 사이에 있는 루프들 DLLnarrow 와 DLLnormal 의 분리 계수를 칩 단위로 나타내고,
C1 는 측정치들의 제 1 거부 임계치 S1 의 0.1 로의 세팅을 위해 0.9 와 동일할 수도 있는, 0.8 과 1 사이에 있는 무차원 제 1 계수를 나타내며, 그리고
1 칩은 위성 네비게이션 시스템의 확산 스펙트럼 코드의 2 개의 연속하는 비트들 간에 시간 인터벌을 s 단위로 나타낸다.
심볼 Abs 은 물론, 절대값 함수를 나타낸다.
제 1 확률 P1 i 은 공칭 신호가 양호한 조건들 하에 수신되는 경우를 전달하며, 그 후, 상관 포인트들 간의 거리가 1/2 칩인 종래의 상관기를, 상관 포인트들 간의 거리가 더 짧을 수도 있는, 예컨대 0.1 칩들일 수도 있는 좁은 상관기로 대체하는 것이 가능하다. 좁은 상관기의 어려움은 열 잡음에 더 민감하다는 것이며, 따라서 일반적으로는 사용되지 않지만, 대게 직접적인 신호를 트래킹하는데 성공할 수 있다. 주요한 관심은, 반사된 신호가 0.4 칩들과 등가의 시간 오프셋으로 수신될 경우, 그 신호가 0.5 칩의 정상 상관기에서는 보여지지만, 0.1 칩의 좁은 상관기에 의해서는 보여지지 않는다는 것이다. 따라서, 좁은 상관기 상의 DLL 코드 루프 DLLnarrow 와 정상 상관기 상의 코드 루프 DLLnormal 의 차이를 통해 직접 신호의 경우 및 반사 신호에 있을 확률을 전달하는 것이 가능하다.
수신된 신호가 다중-경로 신호 컴포넌트만을 단독으로 포함할 제 2 확률 P2 i 은 예컨대, 다음 관계식들에 의해 정의될 수도 있다:
Figure pat00009
여기서, b 는 예컨대, 0.5 칩들과 동일한, 0 과 1 사이에 있는 루프들 DLLnarrow 와 DLLnormal 의 분리 계수를 칩 단위로 나타내고,
C2 는 측정치들을 거부하기 위한 제 1 임계치 S1 의 0.1 로의 세팅을 위해 0.9 와 동일할 수도 있는, 0.8 과 1 사이에 있는 무차원 제 2 계수를 나타낸다.
제 2 확률 P2 i 은 좁은 판별식이 직접 신호를 더 이상 수신하지 않는다는 사실을 전달한다. 전자의 직접 신호와 반사 신호 간의 점프가 충분히 크다면 (점프가 충분히 작다면, 포지셔닝에 대한 영향은 무시할만하다), 그 판별식에서의 루프는 록 (lock) 을 일탈할 것이고, 따라서 수신된 신호와 어떤 관계도 없이 임의적인 값을 제공할 것이다. 대조적으로, 정상 판별식에 대하여, 점프는 작고, 록-온 (lock-on) 및 트래킹이 반사 신호에 실행된다.
수신된 신호가 지상 간섭에 의해 재밍될 제 3 확률 P3 i 은 예컨대, 다음 관계식들에 의해 정의될 수도 있다:
Figure pat00010
여기서, c 는 예컨대, 2 dB 와 동일한, 0.5 dB 와 10 dB 사이에 있는 신호대 잡음비 계수를 dB 단위로 나타내고,
d 는 예컨대, 10 dB 와 동일한, 3 dB 와 20 dB 사이에 있는 신호대 잡음비 계수를 dB 단위로 나타내고,
S 는 수신된 신호의 전력을 w 단위로 나타내고,
N0 는 수신된 신호에서 잡음 전력을 w 단위로 나타내고, 그리고
C3 는 측정치들을 거부하기 위한 제 1 임계치 S1 의 0.1 로의 세팅을 위해 0.9 와 동일할 수도 있는, 0.8 과 1 사이에 있는 무차원 제 3 계수를 나타낸다.
제 3 확률 P3 i 은 수신기의 대략적인 위치, 위성의 위치, 및 가능하다면, 마스킹들을 예상하기 위한 코오스 (coarse) 얼리먼트를 알고 있을 때, 수신 지오메트리를 고려함으로써 신호대 잡음비의 추정치 (S/N0)expected 를 사용한다. 이러한 추정된 신호대 잡음비 (S/N0)expected 는 측정된 신호대 잡음비 (S/N0)measured 와 비교되며, 후자는 예컨대, 트래킹 루프들의 안정성을 검증함으로써, GNSS 신호들에서 트래킹하는 동안 신호대 잡음비 S/N0 를 측정하기 위한 종래의 기술들에 의해 획득되며 (S/N0 의 값들은 dB 임), 신호대 잡음비 (S/N0)measured 가 예상된 것보다 훨씬 낮지 않은지의 여부를 검증하기 위해 검사가 수행된다.
수신된 신호가 지면 상의 재머에 의해 생성된 신호의 컴포넌트와 공칭 신호의 컴포넌트의 조합을 포함할 제 4 확률 P4 i 은, 예컨대 다음 관계식들에 의해 정의될 수도 있다:
Figure pat00011
여기서, Rexp(t, i) 는 순간 t 에서 위성 i 에 대한 예상된 의사-거리의 잔차를 km 단위로 나타내고,
Robs(t, i) 는 순간 t 에서 위성 i 에 대한 측정된 의사-거리를 km 단위로 나타내고,
tref 는 순간 t 이전의 참조 순간을 나타내고,
e 는 예컨대, 3 과 동일한, 1 과 10 사이에 있는 무차원 비교 계수를 나타내고,
f 는 예컨대, 10 과 동일한, 3 과 20 사이에 있는 무차원 비교 계수를 나타내고, 그리고
C4 는 측정치들을 거부하기 위한 제 1 임계치 S1 의 0.1 로의 세팅을 위해 0.9 와 동일할 수도 있는, 0.8 과 1 사이에 있는 무차원 제 4 계수를 나타낸다.
의사-거리 잔차는 측정된 의사-거리와, 수신기의 추정된 위치와 위성의 그 에페머리스들을 통해 알려진 위치에 따라 계산된 의사-거리 간의 차이이다.
제 4 확률 P4 i 은 수신된 신호들이 여전히 강하고, 따라서 제 3 확률 P3 i 에 의해 검출가능하지 않지만, 이 신호가 적절한 것은 아니라는 사실을 전달한다. 제 4 확률 P4 i 은 특정 예를 제공하기 위해 환경세 박스 (Ecotax box) 들과 같은 민간 섹터에서 사용되는 기술을 관성 위치와 비교하는 구현에 집중할 것을 제안한다. 순간 t 에서의 예상된 위치 Pexp(t) 가 예컨대, tref = t - 10s 인 t 이전의 참조 순간 tref 에서 (GNSS (예컨대, GPS) 와 관성을 결합함으로서) 확립된 참조 위치의 관성 측정치들의 전파에 의해 제공된다는 것을 고려하는 것이 가능하다. 이러한 예상된 위치 Pexp(t) 에 기초하고, 위성 i 의 그 에페머리스들을 통한 위치를 알고 있을 때, 순간 t 에 상기 위성 i 에 대한 예상된 의사-거리 Rexp(t,i) 의 측정치를 계산하고, 그 측정치를 순간 t 에 위성 i 에 대한 관측 또는 측정된 측정치 Robs(t,i) 와 비교하는 것이 가능하다. 이러한 비교 또는 차이는 이노베이션, 더 정확히는 역으로 불리며, 즉, 예상된 값이 감산된 측정 값이다. 순간 tRef 에서 상기와 동일한 비교를 수행하는 것이 또한 가능하다. 이노베이션이 낮고, 특히 tRef 와 t 사이에서 천천히 드리프트한다면, 그 이노베이션은 의심스럽지 않은데, 이는 GNSS 측정치들이 잡음 타입 에러들에 의해 영향을 받고 관성 전파들이 드리프트 타입 에러들에 의해 영향을 받기 때문이다. 다른 한편으로, 갑자기, 차이가 크게 되고 및/또는 드리프트가 높게 된다면, 이는 분명히 문제가 된다.
수신된 신호가 상기 신호의 이전 수신 조건들과 코히어런스하지 않을 제 5 확률 P5 i 은, 예컨대 다음 관계식들에 의해 정의될 수도 있다:
Figure pat00012
여기서, t1 은 지속시간을 s 단위로 나타내고,
V(t, i) 는 순간 t - Dt 와 t 사이에 상기 위성들의 의사-거리들의 잔차들의 분산을 나타내는데, Dt 는 예컨대 10 s 인 분산을 계산하기 위한 인터벌이고,
g 는 예컨대, 3 과 동일한, 1 과 10 사이에 있는 무차원 비교 계수를 나타내고,
h 는 예컨대, 10 과 동일한, 3 과 20 사이에 있는 무차원 비교 계수를 나타내고, 그리고
C5 는 측정치들을 거부하기 위한 제 1 임계치 S1 의 0.1 로의 세팅을 위해 0.9 와 동일할 수도 있는, 0.8 과 1 사이에 있는 무차원 제 5 계수를 나타낸다.
제 5 확률 P5 i 은 제 4 확률 P4 i 과 동일한 기본 메트릭, 즉 GNSS 와 관성에 의해 확립된 예상된 위치에 대한 의사-거리들의 측정치들의 이노베이션을 고려한다. 다른 한편으로, 제 5 확률 P5 i 에서, 1 분에 걸친 이노베이션의 분산을 갖는 장기적 거동이 관심있다.
따라서, t - 60s 과 t 사이에 형성된 모든 측정치들에 대한 이노베이션의 분산은, 예컨대 초당 하나의 측정이 고려되는 (t1 은 예컨대, 60 s 와 동일할 수도 있다) 것을 알고 있을 때, V(t, i) 로 불린다.
수신된 신호가 주변지역들의 맵핑과 코히어런스하지 않을 제 6 확률 P6 i 은, 다음 관계식들에 의해 정의된다:
Figure pat00013
여기서, Pmeasured 는 수신된 신호의 측정 전력을 W 단위로 나타내고,
Pexpected 는 수신된 신호의 예상 전력을 W 단위로 나타내고,
k 는 예컨대, 2 dBW 와 동일한, 0.5 dBW 과 3 dBW 사이에 있는 전력 계수를 dBW 단위로 나타내고,
l 는 예컨대, 2 dBW 와 동일한, 0.5 dBW 과 3 dBW 사이에 있는 전력 계수를 dBW 단위로 나타내고, 그리고
C6 는 측정치들을 거부하기 위한 제 1 임계치 S1 의 0.1 로의 세팅을 위해 0.9 와 동일할 수도 있는, 0.8 과 1 사이에 있는 무차원 제 6 계수를 나타낸다.
제 6 확률 P6 i 에 대하여, 신호의 예상 전력 Pexpected 을 실제로 정확히 추정할 수 있도록 하기 위해, 완전한 3D 맵핑이 채용된다. 이러한 추정은 위성의 고도의 각도에 의존한다. 이 측정치는 신호에 관한 전력 측정치 Pmeasured 와 (제 3 확률 P3 i 에서와 같이 약간) 비교된다. 제 3 확률 P3 i 과의 차이는, 한편으로는 신호대 잡음비보다 전력이 고려되는 것이고, 다른 한편으로는 포지티브 에러들이 또한 의심스러운 것으로 고려되는 것이다: 예상 전력 Pexpected 이 측정 전력 Pmeasured 보다 낮다면, 이는 (포지션에서, 맵핑에서, 또는 신호의 기점에서) 비-코히어런스 및 따라서 위험이 존재한다는 것을 의미한다.
예시적인 도면에서, 1 부터 7 까지 넘버링되는 7 개의 가시적인 위성들을 갖는 일 예가 고려된다.
위성 1 에서, 현재 순간에 예상된 신호에 대하여 매우 강한 잡음이 존재하며, 나머지는 정상이다: P3 i = 0.9; P1 i = P2 i = P4 i = P5 i = P6 i = 0. 위성 i 에 대한 가중치 K 의 값은 Ki 로 표시된다. 따라서, K1 = 0.1 이다.
위성 2 에서, 직통 라인을 갖는 다중-경로가 존재하며, 반사 신호는 상당히 낮은 전력으로 이루어지고, 나머지는 정상이다: P1 i = 0.5, P3 i = 0.1 (잡음에 대한 다중-경로의 약간의 기여), P5 i = 0.1 (다중-경로가 존재하는 현재 순간에 걸친 분산이 다중-경로가 부재한 것으로 가정된 (예컨대, 도시에서 차량의 경우), 이전 순간에 걸친 분산보다 더 높음), P2 i = P4 i = P6 i = 0. 그 후에, K2 = 0.5×1×0.9×1×0.9×1 = 0.405 이다.
위성 3 은 실제 위성이 아니라 잼머이다: P1 i = P2 i = P3 i = 0; P5 i = 0 (잼머는 일분 초과 동안 거기에 있었던 것으로 고려된다); P4 i = 0.8 (잼머는 P4 i 에 의해 잘 보여진다) 이고 P6 i = 0.5 (잼머의 방출자는 신호대 잡음비 (S/N0) 가 적절하지만 (P3 i 는 그것을 보지 않는다), 전력 자체는 너무 높도록 고안된 상황들을 갖는다). K3 = 0.2×0.5 = 0.1 이다.
위성 (4) 은 전리층 버블에 의해 영향받으며, 현재 측정치는 순수한 지연 면에서 감소된다. P1 i = P2 i = P3 i = P6 i = 0. 버블은 시간이 짧고 (10 s 라 하자), 지난 순간 전체에 걸쳐 평균된 분산에 거의 영향을 주지 않지만 (P5 i = 0.3), 이전 측정치와의 비교에 의해 더 가시적이다 (P4 i = 0.5). K4 = 0.5×0.7 = 0.35 이다.
다른 위성들은 방해되지 않는다.
2 가지 단계들로 작업이 수행된다:
만약 Ki < 0.15 이면, 위성은 완전히 제거된다: 그러므로, 위성들 1 및 3 은 제거된다.
다른 위성들에 대하여, Ki 와 비례하는 상보적인 측정들의 가중치가 고려된다: 각 위성에 대하여, 추정된 측정 잡음의 값 sigmaError(i) 은, 예컨대 Minimum Operational Performance Standards (민간 항공에서 GNSS 의 사용을 위한 표준) 을 나타내는 약어인 MOPS 식들에 따라 계산된다. 일반적으로, MOPS 에 따라, 위치는, 그 후에, 추정된 측정 잡음 sigmaError(i) 에 의해 위성 i 의 각 의사-거리를 가중함으로써, 최소 자승법에 의해 풀이된다. 유사하게, 상기 sigmaError(i) 의 위치에 지오메트릭 투사 (북쪽, 동쪽, 수직) 을 함께 부가함으로써, 보호 레벨이 계산된다. 본 발명에 따르면, 동일한 원칙이 유지되지만, 식 sigmaErrorDisturbance(i) = sigmaError(i)/Ki 가 주어질 때, sigmaError(i) 를, 방해 확률 sigmaErrorDisturbance(i) 에 의해 가중된 추정된 측정 잡음의 값으로 대체한다. 따라서, 본 예에서, sigmaError(i) 는 위성들 5, 6 및 7 에 대하여 유지되지만, 위성 2 의 sigmaError(i) 에는 1/K2 = 2.47 이 곱해지고, 위성 4 의 sigmaError(i) 에는 1/K4 = 2.86 이 곱해진다.
다시 말해서, 그 계수들 Ki 이 유지되는 위성들의 신호들의 값들은 인자 1/K1 만큼 가중된다.
또한, 전술된 것과 같은 방법을 구현하도록 구성된, 위성 네비게이션 시스템의 시스템 수신기의 위치를 결정하는 시스템이 또한 제안된다.
전술된 방법의 단계들은 입력 데이터에 작용하여 출력들을 생성함으로써 본 발명의 기능들을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 실행하기 위한 하나 이상의 프로그래밍가능 프로세서들에 의해 수행될 수 있다.
컴퓨터 프로그램은 컴파일링되거나 해석된 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그램 언어로 기록될 수 있고, 컴퓨터 프로그램은 자율 프로그램 또는 서브프로그램으로서, 계산 환경에서 사용하기에 적합한 얼리먼트 또는 다른 유닛을 포함하는 임의의 형태로 배치될 수 있다.

Claims (10)

  1. 위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치를 결정하는 방법으로서,
    수신된 신호들의 확률 가중치가 사용되고, 상기 가중치는 인덱스 i 의 각 위성에 대하여 계수 Ki 를 사용하고, 상기 계수 Ki 는 방해물의 존재 확률을 각각 포함하는 인자들의 곱이고, 상기 계수 Ki 는 인덱스 i 의 각 위성에 대하여, j 가 1 부터 6 까지 변화하는 형태
    Figure pat00014
    의 적어도 하나의 인자를 포함하며, 여기서,
    P1 i 은, 상기 인덱스 i 의 위성에 대하여, 상기 수신된 신호가 비-반사 신호 컴포넌트와 다중-경로 신호 컴포넌트의 조합을 포함할 제 1 확률을 나타내고,
    P2 i 은, 상기 인덱스 i 의 위성에 대하여, 상기 수신된 신호가 다중-경로 신호 컴포넌트만을 단독으로 포함할 제 2 확률을 나타내고,
    P3 i 은, 상기 인덱스 i 의 위성에 대하여, 상기 수신된 신호가 지상 간섭에 의해 재밍될 (jammed) 제 3 확률을 나타내고,
    P4 i 은, 상기 인덱스 i 의 위성에 대하여, 상기 수신된 신호가 지면 상의 재머에 의해 생성된 신호의 컴포넌트와 공칭 신호의 컴포넌트의 조합을 포함할 제 4 확률을 나타내고,
    P5 i 은, 상기 인덱스 i 의 위성에 대하여, 상기 수신된 신호가 상기 신호의 이전 수신 조건들과 코히어런스 (coherence) 하지 않을 제 5 확률을 나타내고,
    P6 i 은, 상기 인덱스 i 의 위성에 대하여, 상기 수신된 신호가 주변지역들의 맵핑과 코히어런스하지 않을 제 6 확률을 나타내며, 그리고
    αi 는 양의 실수를 나타내는, 위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치를 결정하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    계수 Ki 가 제 1 임계치 (S1) 미만일 경우, 상기 위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치의 상기 결정은 상기 인덱스 i 의 위성으로부터 수신된 신호들을 폐기하는, 위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치를 결정하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치의 상기 결정은 개별 값
    Figure pat00015
    인 상기 위성들에 의해 방사된 신호들의 측정들의 가중치를 사용하는, 위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치를 결정하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인덱스 i 의 위성에 대하여, 상기 수신된 신호가 비-반사 신호 컴포넌트와 다중-경로 신호 컴포넌트의 조합을 포함할 상기 제 1 확률 P1 i 은, 좁은 분리의 얼리/레이트 판별식에 기초한 지연 트래킹 루프, 정상 분리의 얼리/레이트 판별식에 기초한 지연 트래킹 루프, 및 상기 루프들에 의해 평가된 래그 (lag) 들 간의 차이 (discrepancy) 를 동시에 사용하는, 위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치를 결정하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인덱스 i 의 위성에 대하여, 상기 수신된 신호가 다중-경로 신호 컴포넌트만을 단독으로 포함할 상기 제 2 확률 P2 i 은, 좁은 분리의 얼리/레이트 판별식에 기초한 지연 트래킹 루프, 정상 분리의 얼리/레이트 판별식에 기초한 지연 트래킹 루프, 및 상기 루프들에 의해 평가되는 래그들 간의 차이의 시간 변동을 동시에 사용하는, 위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치를 결정하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인덱스 i 의 위성에 대하여, 상기 수신된 신호가 지상 간섭에 의해 재밍될 상기 제 3 확률 P3 i 은, 상기 수신된 신호의 전력 대 상기 수신된 신호에서의 잡음의 전력의 비율의 측정치와, 상기 수신된 신호의 전력 대 상기 수신된 신호에서의 잡음의 전력의 비율의 예상 추정치 간의 차이를 사용하는, 위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치를 결정하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인덱스 i 의 위성에 대하여, 상기 수신된 신호가 지면 상의 재머에 의해 생성된 신호의 컴포넌트와 공칭 신호의 컴포넌트의 조합을 포함할 상기 제 4 확률 P4 i 은, 의사-거리 잔차의 측정치와 의사-거리 잔차의 예상 추정치 간의 차이를 사용하는, 위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치를 결정하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인덱스 i 의 위성에 대하여, 상기 수신된 신호가 상기 신호의 이전 수신 조건들과 코히어런스하지 않을 제 5 확률 P5 i 은, 상기 위성들의 의사-거리들의 잔차들의 분산의 변동을 사용하는, 위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치를 결정하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인덱스 i 의 위성에 대하여, 상기 수신된 신호가 주변지역들의 맵핑과 코히어런스하지 않을 상기 제 6 확률 P6 i 은, 상기 인덱스 i 의 위성으로부터 수신된 신호의 측정된 전력과 상기 인덱스 i 의 위성으로부터 수신된 신호의 전력의 예상 추정치 간의 차이를 사용하는, 위성 네비게이션 시스템 수신기의 위치를 결정하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 구현하도록 구성된, 위성 네비게이션 시스템의 시스템 수신기의 위치를 결정하는 시스템.
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