KR20160039666A

KR20160039666A - 항법 및 무결성 모니터링

Info

Publication number: KR20160039666A
Application number: KR1020167005436A
Authority: KR
Inventors: 니겔 클레멘트 데이비스; 토마스 앤드류 에반스; 리차드 에드워드 보든
Original assignee: 키네티큐 리미티드
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2016-04-11
Also published as: RU2016107173A; KR102154979B1; US20160178752A1; JP2016528494A; JP6707448B2; CN105659109B; EP3028070A1; CN105659109A; WO2015014976A1; RU2016107173A3; EP3028070B1; GB201313882D0; RU2672676C2

Abstract

위성 항법 시스템들에 대한 신호 가중을 위한 방법 및 장치가 설명된다. 방법은 (i) 적어도 하나의 위성 항법 시스템으로부터 보안 및 오픈 서비스 신호들을 수신하는 단계, (ii) 수신된 신호들에 대해, 의사 범위를 결정하는 단계, 및 (iii) 통계적 가중을 각각의 의사 범위와 연관시키는 단계를 포함하고, 상기 가중은 신호가 오픈 신호 또는 보안 신호인지의 여부에 대한 고려를 포함한다.

Description

항법 및 무결성 모니터링{NAVIGATION AND INTEGRITY MONITORING}

본 발명은 무결성을 위한 컴퓨터에 대한 장치, 방법들, 신호들, 및 프로그램들에 관한 것이고, 특히 위성 항법 시스템들에서 수신기 단독 무결성 모니터링(Receiver Autonomous Integrity Monitoring; RAIM)에 대해 국한되지 않으며, 상기 무결성을 위한 컴퓨터에 대한 장치, 방법들, 신호들, 및 프로그램들을 통합시키는 시스템들에 관한 것이다.

위성 위치결정 시스템(Global Positioning System; GPS), 갈릴레오, 글로나스(GLONASS), 콤파스(COMPASS) 등과 같은 글로벌 항법 위성 시스템들(GNSS)은 수신기들의 위치들을 제공하기 위해 위성들의 무리를 이용한다. 바람직하게, GNSS 서비스들은 높은 이용가능성, 정확하고, 강건한 위치결정(robust Positioning), 항법 및 타이밍(PNT)을 제공한다.

GNSS 서비스들은 일반적으로, 특수화된 이용자들에 의해 특히, 정부 이용자들 및 군대들에 의해 이용하기 위해 의도된 상업적 항법 디바이스들 및 보안 시스템을 위해 용이하게 이용가능한 상업적 '오픈(open)' 서비스를 제공한다. GPS에서, 이 보안 시스템은 정밀 위치결정 서비스(Precise Positioning Service; PPS)로서 공지되고 갈릴레오에서, 그것은 PRS(Public Regulated Service)로서 공지된다. 이들 서비스들에 의해 제공된 신호들은 방해하고, 차단하며 모방(또는 "스푸핑(spoofing)")하도록 암호화되어 더 강해진다.

종래의 고 성능 GNSS 수신기들은 종종, 주어진 시간 기간 동안(예로서, 비행기의 착륙 단계 동안) 항법 해결책에서 배치될 수 있는 무결성을 결정하기 위해 수신기 단독 무결성 모니터링(RAIM)으로 불리는 기능을 포함한다. RAIM이 많은 상이한 애플리케이션들에 적용가능하긴 하지만, 안전 필수 및 비행 안전 필수 애플리케이션들에서의 그것의 이용은 특히 적절하다.

숙련자들에 잘 알려진 바와 같이, RAIM은 복수의 공지된 기술들을 참조한다. 이러한 하나의 기술은 일관성 검사이고, 여기서 검출된 위성 신호들의 서브세트들을 통해 얻어진 모든 위치 해결책들은 서로 비교된다. 실현가능한 실시예들에서, 이 검사가, 위치들이 일관적이지 않다고 나타내면 수신기는 경고를 이용자에 제공하도록 배열될 수 있다.

또 다른 예에서, RAIM 기술들은 대안적으로 또는 부가적으로 결함 검출 및 배제(FDE)를 제공할 수 있다. 수신기의 위치를 발견하기 위해, 수신기는 먼저 위성으로부터 발생한 것으로 보이는 수신된 각각의 신호에 대한 '의사 범위'를 산출한다. 의사 범위는 신호의 이동 시간(즉, 신호 콘텐트로부터 분명한, 신호가 전송된 시간과 수신자의 클록에 따라 그것이 수신되는 시간 사이의 차)에 기초하여 산출된다. 각각의 신호로부터의 결과들이 비교되고 의사 범위들의 세트로부터 극단치(outlier)들을 형성하는 범위 측정치들은 배제될 수 있다. 이러한 기술들은 가능한 결함있는(또는 부정) 위성 또는 신호를 검출하고, 또한 고려로부터 그것을 배제하는 역할을 할 수 있어서, 항법 서비스가 계속되도록 허용한다. 따라서, RAIM은 최종 항법 결과가 정확하다는 증가된 확신을 제공한다.

이용가능성은 RAIM에 대한 제한 인자일 수 있고, 이는 더 많은 위성들이 기본적인 항법 서비스를 위한 것보다 수신자에 보임을 요구한다. 3D 위치 해결책을 얻기 위해, 적어도 4개의 측정치들이 요구되지만, 결함 검출은 적어도 5개의 측정치들을 요구하며, 결함 분리 및 배제는 적어도 6개의 측정치들(및 실제로 더 많은 측정치들이 바람직하다)을 요구한다. 따라서, 초기에 단일 무리 내에서 이용되는 것으로서 예상되긴 하지만, RAIM은 오픈 서비스 다중 무리 신호들을 이용하기 위해 확대되었다.

본 발명은 무결성 모니터링을 위해, 특히 위성 항법 시스템들에서 수신기 단독 무결성 모니터링(RAIM)을 위해 개선된 방법 및 장치를 제공하려고 노력한다.

본 발명의 하나의 양태에 따라, 위성 항법 시스템들에 대한 신호 가중을 위한 방법이 제공되고, 상기 방법은 (i) 적어도 하나의 위성 항법 시스템으로부터 보안 및 오픈 서비스 신호들을 수신하는 단계, (ii) 수신된 신호들에 대해, 의사 범위를 결정하는 단계, 및 (iii) 통계적 가중을 각각의 의사 범위와 연관시키는 단계로서, 상기 가중은 신호가 오픈 신호 또는 보안 신호인지의 여부에 대한 고려를 포함하는, 상기 통계적 가중을 연관시키는 단계를 포함한다.

이것은, 보안 및 오픈 신호들 둘 모두가 무결성 모델링(특히, 수신기 단독 무결성 모니터링(RAIM) 기능들)을 실행하는데 이용되도록 허용하기 때문에 이로운 반면에, 이들 서비스들 중 단지 하나는 과거에 주어진 시스템에 의해 이용되었다. 특히, 수신기들이 보안 신호에 액세스한 경우에, 이들은 선호되었는데, 이는 이들이 모방하고 차단하기에 덜 용이하기(및 과거에 더 정확했기) 때문이다.

이 양태로 인해, 보안 및 오픈 신호들 둘 모두의 이용은 무결성 결정을 통지하기 위해 더 많은 정보를 제공한다. 또한, 서비스의 범주에 기초하여 신호들에 가중들을 적용할 수 있는 것이 이로운데, 이는 그것이 (안티 스푸핑 및 안티 항법방해(anti-meaconing) 설계 특징들을 가지는) 보안 신호들의 내제하는 더 높은 무결성이 RAIM 산출들에서 반영되도록 허용하기 때문이다. 바람직하게 따라서, 다른 인자들 없이, 보안 시스템에 적용된 가중은 오픈 신호에 적용된 가중보다 크다.

본 발명의 제 2 양태에 따라, 위성 항법 시스템들에 대한 신호 가중을 위한 방법이 제공되고, 상기 방법은 (i) 적어도 하나의 위성 항법 시스템으로부터 신호들을 수신하는 단계, (ii) 수신된 신호들에 대해, 의사 범위를 결정하는 단계, 및 (iii) 통계적 가중을 각각의 의사 범위와 연관시키는 단계로서, 상기 가중은 수신된 신호들의 소스의 상대적 신뢰성에 대한 고려를 포함하는, 상기 통계적 가중을 연관시키는 단계를 포함한다.

이것은, 방법이 이용자가 무결성 모델링을 실행하는데 이용될 특정한 소스를 갖는다는 신뢰의 정도로 수행되는 것을 가능하게 하기 때문에 이롭다.

신호들은 오픈 서비스 신호들일 수 있다. 방법은 상이한 소스들로부터 나오는 신호들에 신뢰성 인자를 할당하는 단계를 더 포함할 수 있고, 신뢰성 인자는 하나 이상의 상이한 소스들로부터 나오는 신호의 신뢰성에 대한 하나의 소스로부터 나오는 신호의 신뢰성의 측정치이다. 특정한 소스로부터 신호들에 적용된 통계적 가중은 그 소스로부터 신호들에 할당된 신뢰성 인자에 비례할 수 있다.

다음의 특징들은 본 발명의 제 1 및 제 2 양태들 둘 모두에 적용가능하다. 다른 인자들은 가중 시에 또한 이용될 수 있다. 이러한 인자들은 위성이 속하는 무리를 포함할 수 있고, 가중은 미리 결정된 규칙들에 따라 결정된다. 예를 들면, 하나의 개체(entity)는 이용가능하면, 먼저 그 자신의 위성 시스템을 이용하는 것이 바람직하지만, 동맹국의 위성 무리로부터의 신호들을 거의 그 만큼 신뢰할 수 있는 반면에, 신뢰되지 않은 개체 또는 국가에 의해 제공된 위성 무리로부터 얻은 신호들은 낮거나, 0의 가중을 제공받을 수 있다.

또 다른 인자는 신호 품질일 수 있다. 그것을 위해, 방법은 신호 품질을 결정하기 위해 수신된 신호들을 검사(screening)하는 단계를 포함할 수 있고, 적용된 가중은 신호 품질을 고려할 수 있다. 이러한 예들에서, 더 높은 품질 신호들은 그 신호로부터 얻어진 정보에 적용된 가중을 증가시키는 경향이 있을 것이다.

또 다른 인자는 신호 간섭일 수 있다. 그것을 위해, 방법은 신호 간섭의 레벨을 결정하기 위해 수신된 신호들을 특징짓는 단계를 포함할 수 있고, 적용된 가중은 측정된 신호 대 잡음 비를 고려할 수 있다. 이러한 예들에서, 더 낮은 간섭 레벨들은 그 신호로부터 얻어진 정보에 적용된 가중을 증가시키는 경향이 있을 것이다.

또 다른 인자는, 신호가 예상된 기준들에 따르는지를 결정하기 위해 인증 확인으로부터 야기될 수 있다. 그것을 위해, 방법은 신호가 예상된 소스(이것이 수신 안테나 시스템으로부터 얻어질 수 있는 경우 도착의 방향과 같은)로부터 도착했다고 결정될 수 있는 신뢰를 결정하기 위해 수신된 신호들을 인증하는 단계를 포함할 수 있고, 적용된 가중은 신뢰 레벨을 고려할 수 있다. 이러한 예들에서, 더 높은 신뢰 레벨들은 그 신호로부터 얻어진 정보에 적용된 가중을 증가시키는 경향이 있을 것이다.

이들 인자들 모두는 방법이 무결성 결정에서 저 신뢰 측정치들의 가중된 기여를 지능적으로 감소시키는데 도움을 주는 것을 가능하게 한다.

방법은 항법의 방법을 포함할 수 있고 가중들은 위치 해결책의 결정 시에 결정된 의사 범위 측정치에 주어진 가중을 결정하기 위해 이용될 수 있다. 이것은, 결정된 위치 측정치가 일반적으로 신뢰된 (그리고 가능하게, 적용된 인자들에 따라 더 양호한 품질) 신호들을 선호할 것임을 의미하기 때문에 이롭다.

방법은 무결성 모니터링 특히, 수신기 단독 무결성 모니터링(RAIM)의 방법을 포함할 수 있다. 가중들은 RAIM 프로세스들에서 이용된 결정된 의사 범위 측정치에 주어진 가중치를 결정하기 위해 이용될 수 있다. 숙련자들이 알게 될 바와 같이, RAIM에서, 다른 측정치들과 부합하지 않는 하나 이상의 기여들은 이용자에 잠재적인 에러들, 스푸핑, 간섭 또는 그 항법 데이터 소스와의 결함을 나타내는 경보를 울릴 수 있거나, 대안적으로 또는 부가적으로, 이러한 일정하지 않은 측정치들을 제공하는 신호는 특히, 항법 기능들로부터 배제될 수 있다.

이러한 예들에서, 개별적인 신호들 모두가 가중되고 RAIM은 모든 신호들에 대해 함께 실행될 수 있지만, 이것은 모든 실시예들에서의 경우가 아닐 것이다. 예를 들면, 제 1 단계 RAIM 프로세스는 높은 신뢰도를 갖고, 신호들이 신뢰되어야 함을 결정하기 위해 보안 신호들에 대해 실행될 수 있다. 이 결정은 그 다음, 제 2 RAIM 프로세스로 보충될 수 있고, 상기 제 2 RAIM 프로세스는 오픈 서비스 신호를 이용하지만 그에 더 낮은 가중을 적용한다. 이것은 일부 실시예들에서 장점들을 가질 수 있는 주어진 RAIM 산출에서 고려되는 신호들의 수를 제한한다.

무결성 모델링 또는 항법 방법들에서, 임계치 가중 미만의 신호들이 배제될 수 있거나, 그렇지 않으면 미리 결정된 바람직한 수의 신호들이 제공될 수 있고, 단지 가장 높게 가중된 신호들이 이용된다. 그러나, 가중이 본질적으로 신뢰된/양호한 신호들을 선호할 것이기 때문에, 이것은 그러한 경우가 아닐 것이고 모든 신호들이 이용될 수 있다.

본 발명의 제 3 양태에 따라, 보안 및 오픈 RF 신호들을 수신하도록 배열된 프로세싱 유닛이 제공되고, 상기 프로세싱 유닛은 RF 신호들을 디지털 신호들로 변환할 수 있는 아날로그 대 디지털 변환기, 신호들의 수집(acquisition)을 수행하도록 배열된 수집 모듈 및 수신된 신호들에 통계적 가중을 적용하도록 배열된 가중 모듈을 포함하고, 상기 가중은 신호가 오픈 신호 또는 보안 신호인지의 여부에 대한 고려를 포함한다.

바람직하게, 프로세싱 유닛은 본 발명의 제 1 양태의 방법을 실행하도록 배열된다.

프로세싱 유닛은 다음의 각각의 다음 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다:

(i) 수신된 보안 신호들의 수집을 지원하도록 배열된 암호 모듈;

(ii) 신호 세기 및 품질을 결정하도록 배열된 특징화 또는 측정 모듈;

(iii) 신호의 소스를 인증하도록 배열된 인증 모듈;

(iv) RAIM 기능들을 실행하도록 배열된 RAIM 모듈;

(v) 수신된 신호들로부터 위치 항법 및 시간 데이터를 결정하도록 배열된 항법 모듈.

프로세싱 유닛은 GNSS 수신자 유닛을 포함할 수 있다.

본 발명의 제 4 양태에 따라, 오픈 RF 신호들을 수신하도록 배열된 프로세싱 유닛이 제공되고, 상기 프로세싱 유닛은 RF 신호들을 디지털 신호들로 변환할 수 있는 아날로그 대 디지털 변환기, 신호들의 수집을 수행하도록 배열된 수집 모듈 및 수신된 신호들에 통계적 가중을 적용하도록 배열된 가중 모듈을 포함하고, 상기 가중은 하나 이상의 상이한 소스들에 대한 수신된 신호들의 소스의 신뢰성에 대한 고려를 포함한다.

숙련자에게 명백하게 될 바와 같이, 바람직한 특징들이 적절하게 조합될 수 있고, 본 발명의 양태들 중 임의의 양태와 조합될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 이제 단지 예로서 그리고 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다.

도 1은 위성들의 무리 및 수신기 유닛을 포함하는 GNSS 시스템을 보여주는 도면.
도 2는 수신기 유닛의 구성요소들을 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스를 묘사한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 또 다른 프로세스를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 양태에 따른 일 대안적인 실시예의 프로세스를 더 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 상세한 프로세싱 단계들을 보여주는 흐름도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단계적 프로세스를 보여주는 도면.

도 1은 수신기 유닛(104)에서 선택되는 라디오 주파수(RF) 신호들을 방출하고 있는 복수의 위성들(100, 102)을 보여준다. 수신기 유닛(104)은 사이트(site)에 장착된 핸드헬드 디바이스일 수 있거나 차량에 장착될 수 있다. 특정한 실현가능한 실시예에서, 본 명세서에서 설명된 방법들이 높은 무결성 위치, 속도 및 시간(PVT) 데이터를 제공할 때, 수신기 유닛(104)은 이륙 및 착륙 동안과 같은 안전 필수 동작 동안에 비행 차량에 있을 수 있고 이용될 수 있다.

이 예에서, 위성들(100, 102)은 제 1(106) 및 제 2(108) GNSS 무리의 부분을 형성하고, 각각의 위성은 보안 및 오픈 서비스 신호 둘 모두를 방출하고 있다(따라서, 실현가능한 예에서, 무리들(106, 108)은 GPS 및 갈릴레오일 수 있고, 각각의 위성은 PPS/PRS 신호 및 오픈 신호를 송신하고 있다).

수신기 유닛(104)의 구성요소들은 도 2에서 더 상세하게 보여진다. 수신기 유닛(104)은 프로세싱 회로(202)를 포함하고, 상기 프로세싱 회로(202)는: 위성들(100, 102)로부터 수신된 RF 신호들을 디지털 신호들로 변환시키는 아날로그 대 디지털 변환기(204); 신호 세기 및 품질을 확인하는 검사 모듈(206); 신호에서의 간섭의 레벨을 평가하도록 배열된 간섭 모니터(208), 수집을 지원하고 수신된 보안 신호들을 복호화하도록 배열된 암호 모듈(210), 위성 신호의 '수집'을 수행하도록 배열된 수집 모듈(212), 신호의 소스를 인증하도록 배열된 인증 모듈(214), 수신된 신호들에 가중을 적용하도록 배열된 가중 모듈(216), RAIM 기능들을 실행하도록 배열된 RAIM 모듈(218), 및 수신된 신호들로부터 수신기의 위치, 항법 및 시간 정보를 결정하도록 배열된 항법 모듈(220)을 포함한다. 이들 모듈들의 기능은 본 명세서에서의 하기와 같이 확장될 것이다.

물론, 숙련자들은 상기 설명된 구성요소들이 별개의 물리적 구성요소들일 필요가 없고 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어, 등에 의해 제공될 수 있음을 알 것이다. 사실, 수신기 유닛(104)은 대안적이거나, 부가적이거나 더 적은 구성요소들을 포함할 수 있고, 상기 설명된 기능들은 하나보다 많은 디바이스 사이에 분할될 수 있다. 특히, 특정한 GNSS 무리로부터 신호들을 수신하는데 지정된 디바이스가 존재할 수 있고/있거나, 보안 신호들을 수신하는데 지정된 디바이스가 존재할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 수신기 유닛(104)은 도 3의 흐름도를 참조하여 설명된 바와 같은 방법을 실행한다. 먼저, 단계(302)에서, 수신기 유닛(104)은 복수의 위성 신호들을 수신한다. 단계(304)에서, 이들 신호들은 아날로그 대 디지털 변환기(204)에 의해 디지털 신호로 변환된다. 다음, 단계(306)에서, 신호들은 신호 세기 및 품질을 확인하는 검사 모듈(206)에 의해 특징화되어, 브랜치(branch)(312)를 통해 가중 모듈(216)에 출력을 제공하고(단계(308)), 신호는 그 다음, 단계(310)에서 간섭 모니터(208)에 의해 확인되며, 이는 또한 브랜치(312)를 통해 간섭의 레벨을 나타내는 출력을 가중 모듈(216)에 제공한다(단계(308)).

수집(단계(316))은 수집 모듈(212)에 의해 암호화된 신호 또는 오픈 서비스 신호에 대해 수행되고, 이는 GNSS의 맥락에서 숙련자들에 잘 알려진 바와 같이, 수신된 신호와 보안 신호들에 대해 단계(314)에서 암호 모듈(210)에 의해 지원될 매치를 발견하기 위해 위성 신호의 로컬적으로 소싱되거나 생성된 레플리카(replica)와 비교하는 프로세스를 의미한다.

수집의 목적은 시간 데이터를 발견하는 것이지만(단계(318)), 또한 단계(320)에서 위성을 식별하는 것을 야기한다. 그것의 가장 기초에서, 수집은 수신된 신호와 후보 신호들 사이의 상관을 요구한다. 상관이 임계치를 초과하는 경우에, 매치가 공표된다.

'의사 범위'(즉, 수신기 유닛(104)으로부터 의도된 소스까지의 거리)는 수집 모듈에 의해 또한 결정된다(단계(322)). 이 예에서, 위성 ID는 브랜치(325)를 통해 가중 모듈(216)로 전달되고, 의사 범위는 RAIM 모듈(218)로 전달되며, 여기서 그것은 도 4에 관하여 설명된 바와 같이 활용된다.

단계(324)에서, 인증 모듈(212)는 그 다음, 신호가 예상된 기준들 예를 들면, 안테나에 대한 도착 방향에 따르는지의 여부인 신호 검증을 평가하기 위해 이용된다. 이를 성취하기 위해, 인증 모듈은 단순한 수집을 위해 정상적으로 요구되는 것보다 활성 안테나 시스템으로부터 많은 정보를 요구할 수 있다. 이것은 가중 모듈(216)로 다시 전달되는 신뢰 레벨을 생성한다.

단계(326)에서, 가중 모듈(216)은, 데이터가 RAIM 모듈에 의해 활용되기 전에 의사 범위 데이터에 가중을 적용하기 위해 입력들을 이용한다. 가중은 다음을 고려할 수 있다:

위성 ID로부터 결정된 바와 같은 위성이 속하는 무리, 가중이 미리 결정된 규칙들에 따라 결정된다.

특징화 모듈의 출력, 더 높은 품질 및 세기의 신호가 더 높은 가중을 부여받는다.

간섭의 레벨(더 높은 간섭은 더 낮은 가중을 야기한다).

인증 모듈에 의해 생성된 신뢰 레벨, 더 낮은 신뢰가 더 낮은 가중을 야기한다.

신호가 보안 신호 또는 오픈 신호인지의 여부, 더 높은 가중이 보안 신호에 주어진다.

물론, 이들 기준들 중 모두가 모든 실시예들에서 이용될 수 있는 것은 아니고, 또 다른 기준들이 다른 실시예들에서 이용될 수 있다.

도 3을 참조하면, 당업자들은, 품질(단계(306)) 및/또는 간섭(단계(308))에 대한 검사가, 도면에서 도시된 바와 같이 신호 수집(단계(316)) 전에 보다는 신호 수집(단계(316)) 후에 선택적으로 실행될 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 경우들에서, 검사 단계들로부터의 데이터는 그 다음, 예를 들면 브랜치(325)를 통해 단계(308)에서 가중 모듈(216)에 제공될 것이다. 당업자들은 또한, 이용된 애플리케이션 및 하드웨어 리소스들에 의존하여, 일부 단계들이 동시에(in parallel or at the same time) 실행될 수 있음을 이해할 것이다.

가중 데이터는 그 다음, 도 4에 제시된 바와 같이 동작하는 RAIM 모듈(218)에 공급된다.

일단, 의사 범위 데이터(단계(400)) 및 가중 데이터(단계(402))가 모든 신호들에 대해 수신되었으면, RAIM 모듈(218)은 결정된 가중들을 반영하기 위해 수정된, 공지된 기술들을 이용하여 단계(404)에서 RAIM 프로세스들을 실행한다. 예를 들면, 가중은 측정치 잔여들을 이용한 항법 방정식의 해법 이전에 적용되고 그 다음, 확립된 RAIM 알고리즘에서 이용될 수 있다(예를 들면, "GPS 단독 무결성 모니터링에 적용되는 결함 검출 접근법(Failure detection approach applying to GPS autonomous integrity monitoring)"(레이더, 소나(Sonar) 및 항법에 대한 IEE 회의록, 볼륨 145, 6호, 페이지 342 내지 346, 1998년 12월)에서 J.C. Juang에 의해 설명된 것).

일 실시예에서, 가중은 의사 범위 측정치들에서 상이한 신뢰 레벨들을 고려하는 가중된 최소 제곱(또는 가중된 총 최소 제곱) 접근법들에 따라 적용된다.

예를 들면, 고 신뢰 의사 범위 측정치들은 그들의 기여를 증가시키기 위해 신뢰 인자 만큼 가중되는 반면에, 저 신뢰 의사 범위 측정치들은 그들의 기여들을 감소시키기 위해 또 다른 인자 만큼 가중된다. 따라서, 최소 제곱된 측정치 잔여 벡터가 이제 반영되고, 이 예에서 고 신뢰 GNSS 의사 범위 측정치들을 향한 가중, 확립된 RAIM 기능들에서 이용될 수 있다(단계(406)).

RAIM 모듈은 그 다음, 항법 모듈(220)을 이용하여 수신기 유닛(104)을 위한 PVT 데이터를 결정하기 전에(단계(410)) 다른 신호들과 부합하지 않은 신호들을 배제하는 역할을 할 수 있다(단계(408)).

이 방법에 대한 대안들이 숙련자들에 의해 용이하게 예상됨에 주의한다. 특히, 그리고 도 5에 제시된 바와 같이, 단계(500)는, 보안 신호들(520)이 본래 가장하거나 서브버팅(subverting)하기에 더 어렵고 정확하게 수신될 가능성이 크다는 것에 기초하여, 보안 신호들(520)로부터 결정된 모든 의사 범위들에 양의 가중(510)을 적용하도록 동작할 수 있다(또는 물론, 역으로 모든 오픈 신호들에 음의 가중(530)을 적용할 수 있다).

이러한 예들에서, 의사 범위 측정치들을 이용하여 항법 방정식을 풀기 위한 최소 제곱된(또는 총 최소 제곱된) 방법은 보안 및 비 보안 의사 범위 측정치들 둘 모두로 이용될 수 있다. 그것에 의해 생성된 측정치 잔여들은 보안 의사 범위 측정치의 잔여를 감소시키기 위해 적용된 가중 인자를 가질 수 있다. 가중된 측정치 잔여 벡터는 그 다음, 확립된 RAIM 알고리즘들(540)에서 이용될 수 있다.

제 2 예시적인 실시예에서, 수신기 유닛(104)은 도 6에 관하여 이제 설명된 바와 같은 방법을 실행한다.

먼저, 단계(602)에서, 수신기 유닛(104)은 복수의 위성 신호들을 수신한다. 단계(604)에서, 이들 신호들은 아날로그 대 디지털 변환기(204)에 의해 디지털 신호로 변환된다.

단계(606)에서, 신호 수집은, 브랜치(610)를 통해 의사 범위 데이터가 수집 모듈(212)에 의해 획득된 각각의 보안 신호에 대해 결정되도록(단계(612)) 암호 모듈(210)의 지원을 통해 실행된다(단계(608)). 보안 신호 의사 범위들은 RAIM 모듈(218)로 전달되고(단계(614)), 상기 RAIM 모듈(218)은 제 1 단계에서, 결함 검출 및 충분한 신호들이 이용가능하면, 결함 배제를 제공하기 위해 RAIM 기술들을 실행한다. 이것은 고 신뢰 레벨을 갖는 결과를 생성한다.

방법은 오픈 신호들에 대한 고려로 진행한다(숙련자가 물론, 이들 단계들 중 일부가 동시에 실행될 수 있음을 인식할지라도). 제 1 수집(단계(606))이 실행되고, 이는 브랜치(616)를 통해 보여진 바와 같이 수집 모듈(212)에 의해 각각의 신호에 대한 의사 범위 정보의 결정(단계(618))을 허용한다. 이 정보는 그 다음, RAIM 모듈(218)에 공급되고, 상기 RAIM 모듈(218)은 단계(620)에서, 보안 의사 범위들(단계(1)) 및 다른 의사 범위들(단계(2))에 위치된 것에 대한 무결성 모니터링을 위해 상이한 신뢰 레벨들을 이용하여 제 2 단계 RAIM 산출을 실행한다. 이것은 더 큰 엠퍼시스(emphasis)가 RAIM 기능에서의 보안 의사 범위들에 위치되도록 허용하고 따라서, 정확한 고 신뢰 항법 데이터가 결정되도록 허용한다(622).

이 단계 접근법은 도 7의 다이어그램에서 요약되고, 여기서 예를 들면, PPS 또는 PRS로부터의 보안 의사 범위들(710)이 결함 검출 및 배제를 위해 제 1 "단계(1)" RAIM 플랫폼(720)에 공급되는 반면에, 예를 들면, SPS 또는 OS로부터의 다른(더 적은 보안 또는 오픈) 의사 범위들(730)은 상기 설명된 바와 같은 결함 검출 및 배제를 위해 제 2 "단계(2)" RAIM 플랫폼(740)에 직접적으로 공급된다. 제 2 RAIM 결함 검출 플랫폼(740)은 그 다음, 제 1 단계(1) RAIM 플랫폼(720)으로부터의 결과들을 그 자신의 것들과 조합하고 RAIM 기능에서 보안 의사 범위들에 있는 더 큰 엠퍼시스를 통해 결함 검출 및 배제를 수행한다.

물론, 당업자들은, 예상된 애플리케이션 및 환경에 의존하여, 신호들에서 고 신뢰를 부여하기 위해 연속적인 반복 결함 검출 및 배제를 갖는, 2개 이상의 단계들이 존재할 수 있음을 이해할 것이다.

이용자는 다른 소스들보다 오픈 서비스 신호들의 일부 소스들로부터 나오는 신호들의 정확도에서 더 큰 레벨의 신뢰를 가질 수 있다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 이들 상이한 신뢰 레벨들은 개선된 PVT 산출 결과들을 제공하기 위해 정량화되어 이용된다. 특히, 개별적인 신호 소스들은 상대적인 신뢰 인자를 할당받는다. 이것은, 이용자가 그 소스의 정확성 또는 무결성에서 갖는 신뢰의 레벨에 대한 측정치이다. 이 실시예에서, 신호들의 소스가 결정되고 할당된 상대적인 신뢰 인자를 나타내는 신호는 가중 모듈로 전송된다(도 2에서의 216). 가중 모듈은, 의사 범위 데이터에 가중을 적용할 때(도 3의 단계(326)) 이 상대적인 신뢰 인자를 고려한다.

본 명세서에서 주어진 임의의 범위 또는 디바이스 값은 본 명세서에서의 교시들의 이해를 위해 숙련자들에게 명백해질 바와 같이, 발견된 효과의 상실 없이 연장되거나 수정될 수 있다.

100, 102: 위성 104: 수신기 유닛
106: 제 1 GNSS 무리 108: 제 2 GNSS 무리
202: 프로세싱 회로
204: 아날로그 대 디지털 변환기 206: 검사 모듈
208: 간섭 모니터 210: 암호 모듈
212: 수집 모듈 214: 인증 모듈
216: 가중 모듈 218: RAIM 모듈
220: 항법 모듈

Claims

위성 항법 시스템들에 대한 신호 가중을 위한 방법에 있어서,
(i) 적어도 하나의 위성 항법 시스템으로부터 보안 및 오픈(open) 서비스 신호들을 수신하는 단계, (ii) 수신된 신호들에 대해, 의사 범위를 결정하는 단계, 및 (iii) 통계적 가중을 각각의 의사 범위와 연관시키는 단계로서, 상기 가중은 상기 신호가 오픈 신호 또는 보안 신호인지의 여부에 대한 고려를 포함하는, 상기 통계적 가중을 연관시키는 단계를 포함하는, 위성 항법 시스템들에 대한 신호 가중을 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
보안 서비스 신호에 적용된 상기 통계적 가중은 오픈 서비스 신호에 적용된 통계적 가중보다 큰, 위성 항법 시스템들에 대한 신호 가중을 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 가중은 또한, 적어도 하나의 미리 결정된 규칙에 따라 결정되는, 위성 항법 시스템들에 대한 신호 가중을 위한 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 미리 결정된 규칙은, 상기 신호들이 어떤 위성 무리로부터 발생하는지에 대한 결정을 포함하는, 위성 항법 시스템들에 대한 신호 가중을 위한 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 미리 결정된 규칙은 상기 가중에 영향을 미치는 신호 품질을 결정하기 위해 상기 수신된 신호들을 검사하는 것(screening)을 포함하는, 위성 항법 시스템들에 대한 신호 가중을 위한 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 미리 결정된 규칙은 상기 가중에 영향을 미치는 인증 확인으로부터 신뢰 레벨을 생성하는 것을 포함하는, 위성 항법 시스템들에 대한 신호 가중을 위한 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
수집(acquisition) 단계는 상기 수신된 신호들과 후보 신호들 사이의 상관을 제공하고, 상기 상관은 상기 가중에 영향을 미치는 미리 결정된 임계치와 비교되는, 위성 항법 시스템들에 대한 신호 가중을 위한 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 의사 범위의 연관된 통계적 가중에 따라 각각의 의사 범위에 무결성 모니터링을 적용하는 단계를 더 포함하는, 위성 항법 시스템들에 대한 신호 가중을 위한 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 무결성 모니터링은 수신기 단독 무결성 모니터링(Receiver Autonomous Integrity Monitoring; RAIM) 단계를 포함하는, 위성 항법 시스템들에 대한 신호 가중을 위한 방법.
제 9 항에 있어서,
미리 결정된 임계 가중 미만의 의사 범위들은 상기 RAIM 단계로부터 배제되는, 위성 항법 시스템들에 대한 신호 가중을 위한 방법.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 RAIM 단계는 적어도 2가지 단계(tier)들로 분할되고, 제 1 단계 RAIM 단계는 이전에 결정된 보안 의사 범위들에 적용되고, 상기 이전에 결정된 보안 의사 범위들의 출력은 이전에 미리 결정된 오픈 의사 범위들을 또한 수신하는 제 2 단계 RAIM 단계에 입력되며, 상기 제 2 단계 RAIM 단계는 결함 검출 및/또는 포함에 대한 입력들을 프로세싱하는, 위성 항법 시스템들에 대한 신호 가중을 위한 방법.
위성 항법 시스템들을 위한 장치에 있어서,
상기 위성 항법 시스템들로부터 보안 및 오픈 서비스 신호들을 수신하도록 배열된 프로세싱 유닛, 상기 수신된 신호들을 디지털 신호들로 변환할 수 있는 아날로그 대 디지털 변환기, 상기 신호들의 수집을 수행하도록 배열된 수집 모듈 및 상기 수신된 신호들에 통계적 가중을 적용하도록 배열된 가중 모듈을 포함하고, 상기 가중은 상기 신호가 오픈 신호 또는 보안 신호인지의 여부에 대한 고려를 포함하는, 위성 항법 시스템들을 위한 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 프로세싱 유닛은 제 1 항의 방법을 실행하도록 배열되는, 위성 항법 시스템들을 위한 장치.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
상기 수신된 보안 신호들의 수집 시에 상기 수집 모듈을 지원하도록 배열된 암호 모듈을 더 포함하는, 위성 항법 시스템들을 위한 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 수신된 보안 및 오픈 신호들의 신호 세기 및 품질을 결정하도록 배열된 검사 모듈을 더 포함하는, 위성 항법 시스템들을 위한 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 수신된 보안 신호 및 오픈 신호들의 소스를 인증하도록 배열된 인증 모듈을 더 포함하는, 위성 항법 시스템들을 위한 장치.
제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
RAIM 기능들을 실행하도록 배열된 수신기 단독 무결성 모니터링(RAIM) 모듈을 더 포함하는, 위성 항법 시스템들을 위한 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 수신된 신호들로부터 위치 항법 및 시간 데이터를 결정하도록 배열된 항법 모듈을 더 포함하는, 위성 항법 시스템들을 위한 장치.
제 12 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
글로벌 항법 위성 시스템(GNSS) 수신기 유닛을 더 포함하는, 위성 항법 시스템들을 위한 장치.
위성 항법 시스템들에 대한 신호 가중을 위한 방법에 있어서,
(i) 적어도 하나의 위성 항법 시스템으로부터 신호들을 수신하는 단계, (ii) 수신된 신호들에 대해, 의사 범위를 결정하는 단계, 및 (iii) 통계적 가중을 각각의 의사 범위와 연관시키는 단계로서, 상기 가중은 상기 수신된 신호들의 소스의 상대적 신뢰성에 대한 고려를 포함하는, 상기 통계적 가중을 연관시키는 단계를 포함하는, 위성 항법 시스템들에 대한 신호 가중을 위한 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 신호들은 오픈 서비스 신호들인, 위성 항법 시스템들에 대한 신호 가중을 위한 방법.
위성 항법 시스템들을 위한 장치에 있어서,
오픈 RF 신호들을 수신하도록 배열된 프로세싱 유닛을 포함하고, 상기 프로세싱 유닛은 상기 RF 신호들을 디지털 신호들로 변환할 수 있는 아날로그 대 디지털 변환기, 상기 신호들의 수집을 수행하도록 배열된 수집 모듈 및 상기 수신된 신호들에 통계적 가중을 적용하도록 배열된 가중 모듈을 포함하고, 상기 가중은 하나 이상의 상이한 소스들에 대한 상기 수신된 신호들의 소스의 신뢰성에 대한 고려를 포함하는, 위성 항법 시스템들을 위한 장치.
첨부된 도면들을 참조하여 본 명세서에서 이전에 설명된 바와 같은, 방법 및 장치.