KR20160082726A

KR20160082726A - 해상 전파항법신호 수신 모듈을 이용한 신호품질감시와 항법오차추정와 신뢰도 평가 기법 및 그 시스템

Info

Publication number: KR20160082726A
Application number: KR1020140191601A
Authority: KR
Inventors: 서기열; 박상현; 신미영
Original assignee: 한국해양과학기술원
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2016-07-11
Also published as: KR101654003B1

Abstract

본 발명은 GNSS, eLORAN, DGNSS 안테나에 각각 연결된 GNSS, eLORAN, DGNSS 수신기와, 분배기를 이용하여 GNSS 안테나에 추가로 연결되며, GNSS 수신기에 입력되는 GNSS 신호가 재밍신호인지 여부를 확인하기 위하여 FFT 샘플링 기능을 수행하는 유에스알피(USRP)와, 상기 GNSS 수신기와의 주파수 및 시각 동기를 위한 루비듐 발진기를 포함하는 통합 PNT 모듈과; 상기 GNSS, eLORAN, DGNSS 수신기, 유에스알피, 루비듐 발진기와 연결되어 재밍신호 입력 여부를 분석하고, 선박의 GNSS 신호를 입력받아 정상 신호인지를 분석하며, eLORAN 수신기로부터 수신된 TOA와 수신위치가 정상적인 데이터인지 유무를 분석하여 이루어진 각각의 분석 자료 또는 분석 자료의 조합으로 신뢰성 평가 정보를 생성하여 통신망을 통해 선박에 전송하는 산업용 PC;를 포함하며, 상기 산업용 PC는 상기 신뢰성 평가 정보를 위하여, 위성수 측정, 관측행렬 계산, 사용자 거리오차 추정, 수평 보호수준(HPL) 계산, 무결성 평가의 과정을 수행하고, 무결성 평가 결과를 기초로 양호, 가용, 주의, 위험을 포함하는 신뢰성 지수를 결정하여 선박에게 제공하는 것을 특징으로 하는 해상 전파항법신호 수신 모듈을 이용한 신호품질감시 및 항법오차추정, 신뢰도 평가 기법을 적용한 시스템에 관한 것이다.

Description

해상 전파항법신호 수신 모듈을 이용한 신호품질감시 및 항법오차추정, 신뢰도 평가 기법 및 그 시스템{the methods of GNSS signal quality monitoring, estimation of navigation error, and the reliability determination using maritime PNT module}

본 발명은 해상 전파항법신호를 수신, 감시할 수 있는 모듈을 이용하여, 전파항법신호의 품질감시와 항법 오차추정, 그리고 그 신뢰도를 평가하여 제공할 수 있는 기법에 관한 것으로, 적어도 항만, 해상 항법을 위한 것이며, 해상 전파항법신호의 무결성을 검사하여, 그 신뢰도를 평가한 다음, 선박 운항자에게 제공함으로서 선박의 안전한 해상 항법을 도모하기 위한 것이다.

위성항법시스템(GNSS)은 위성을 이용한 위치결정시스템으로서, 현재, 미국의 GPS, 러시아의 GLONASS, 유럽연합의 Galileo, 중국의 BeiDou, 일본의 QZSS 등 다양한 위성항법시스템들이 구축되어 운영 또는 준비 중이다.

미국의 GPS 현대화와 러시아 GLONASS의 정상 운영, 2018년을 목표로 하는 유럽연합(EU)의 Galileo 추진에 따라 위성항법보정서비스의 필요성이 강조되고 있으며 위성항법보정시스템(DGNSS)에 대한 고도화 연구가 추진되고 있다.

위성항법보정시스템(Differential Global Positioning System, DGPS)은 GPS의 오차정보를 주변의 다른 GPS 사용자에게 알려주면, 사용자는 그 오차정보를 이용하여 보다 정확한 위치를 계산할 수 있는 시스템이다. 미국의 GPS, 러시아의 GLONASS, 유럽연합의 Galileo, 중국의 COMPASS 등의 위성항법시스템(GNSS)의 위치 정확도를 개선하고 무결성 기능을 강화하기 위한 시스템을 총칭하여 위성항법보정시스템(DGNSS)이라 한다.

세계 각국의 독자위성항법시스템 개발 추진으로 위성의 다원화가 예상됨에 따라 보정서비스의 다원화 및 위성항법보정시스템에 대한 신뢰성 기술개발을 추진하고 있다.

현재 운영 중인 DGPS 기준국 및 감시국(RSIM) 시스템은 GPS 위성신호의 이상현상에 대하여 즉각적인 원인분석이 불가능하고, 단순히 경보정보만을 제공하고 있으므로 이를 개선하기 위한 기술개발이 두각되고 있다.

또한 국제해사기구(IMO), 국제항로표지협회(IALA)에서 요구하는 위성항법보정시스템의 강화된 신뢰성 수준을 준수하기 위한 기술 확보 및 이를 통한 국가 위성항법보정시스템의 공공기능 강화가 필요한 시점이다.

미국 USCG의 NANU(Notice Advisory to Navstar Users) 발행 정보에 의하면 계획되지 않은 GPS 이상현상이 매년 발생하고 있다.

특히 2004년 1월 1일에 발생한 PRN 23 위성시계 이상에 따른 영향으로 DGPS 기준국 서비스가 불가능할 정도의 측위오차가 발생하였다.

또한 2014년 초 GLONASS 위성의 궤도력 정보 이상으로 GPS/GLONASS 통합 항법 시스템에 큰 오차 영향을 주었다.

더욱이 2003년에 발생한 태양폭풍의 경우 DGPS 측위에 미치는 영향을 살펴보면, DGPS 정확도는 1미터 정도인 반면 태양폭풍 시에는 10~20배의 측위정확도가 떨어지는 것으로 나타났으며, 특히 태양폭풍 발생시 육상수로 뿐만 아니라 항구 진입시 요구조건을 만족할 수 없으므로 DGPS 서비스 이용이 제한적일 수 있다.

한편 서해상에서 발생된 전파간섭으로 GPS를 이용하는 해양, 항공 및 통신분야에 혼란이 일어남에 따라 GPS 위성신호의 이상현상 분석·검출 기술개발에 대한 필요성이 절실해진다.(2010.8.23-8.25(3일간) 서해안 지역에서 위성신호 수신 불능사태 발생)

위성의 노후화, 태양활동 극대기 도래 및 전파환경의 취약성에 따른 위성항법시스템(GNSS)의 이상현상 증가에 대비한 신뢰성 보장기술 확보가 필요하다.

공개특허공보 10-2010-0051192(공개일자 2010년05월17일)

본 발명의 목적은 항만 혹은 특정 해역을 운항하는 선박에게 위성항법신호의 무결성 감시, 신뢰도 평가 및 서비스를 제공하기 위하여 항법신호 품질감시, 항법오차 추정, 신뢰도 평가기법을 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 GNSS, DGNSS 안테나에 각각 연결된 GNSS 수신기, DGNSS 수신기와 GNSS 재밍 신호 분석을 위한 USRP, 그리고 주파수 및 시각 동기를 위한 루비듐 발진기를 포함하는 통합 PNT 모듈과 항법신호 이상감시 및 선박에게 제공하기 위한 산업용 PC를 포함하며,

상기 산업용 PC는 상기 항법신호 이상 감시 및 신뢰성 평가, 제공을 위하여 위성수 계산, 관측행렬 계산, 사용자 거리오차(URE) 추정, 수평보호수준(HPL) 계산, 무결성 평가의 과정을 수행하고,

무결성 평가 결과를 기초로 양호, 가용, 주의, 위험을 포함하는 신뢰성 지수를 산출하여 선박에게 제공하는 것을 특징으로 하는 해상 전파항법신호 수신 모듈을 이용한 신호품질감시 및 항법오차추정, 신뢰도 평가 기법을 적용한 시스템에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 해상 전파항법신호 수신 모듈을 이용한 신호품질감시 및 항법오차추정, 신뢰도 평가 기법에 의하면,

적어도 항만 안전항법을 위하여, 해상 전파항법신호의 무결성을 검사하여, 그 신로도를 선박 운항자에게 제공함으로서, 선박 운항자의 위치정보에 대한 신뢰성을 높일 수 있고, 이로 인해 안전한 선박 운항에 기여할 수 있다.

도 1 및 도 2는 해상 전파항법신호 오차 수준 추정이 가능한 해상 전파항법신호 감시 및 그 신뢰도 제공 시스템을 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 GNSS 신호 스펙트럼(Signal Spectrum) 감시 방안을 나타낸 도면,
도 4는 GNSS 원시 계측정보(Raw measurement/Data) 및 보정정보 감시 방안을 나타낸 도면,
도 5는 시각 및 주파수 동기 방안을 나타낸 도면,
도 6은 eLoran 감시 방안을 나타낸 도면,
도 7은 인터페이스 블록도 및 제작 모듈 구성을 나타낸 도면,
도 8은 해상 전파항법신호(PNT) 오차 수준 추정 방법을 나타낸 도면,
도 9는 해상 전파항법신호(PNT)의 신뢰성 평가 방법을 나타낸 도면,
도 10은 본 발명에 의해 생성된 신뢰성 정보가 사용자의 단말기에 표시된 상태를 나타낸 도면.

해상 운항 선박은 선박의 위치정보를 취하기 위한 수단으로 위성항법시스템(GPS) 혹은 위성항법보정시스템(DGPS)을 이용하고 있다. 그러나 현재의 GPS 시스템은 10미터 이상의 측위오차가 있으며, 이를 보완하기 위한 DGPS 시스템은 L1 의사거리 보정의 경우 5미터 이내의 오차가 있는 것으로 알려지고 있다. 고가의 이주파(L1/L2) 수신기를 이용할 경우 1미터 수준의 오차로 보다 정확해지지만 현재까지는 측지측량이나 특수목적에 한정되어 있는 실정이다. 이러한 위성항법시스템의 정확도가 실제 선박 운항자에게 신뢰성을 주지 못하고 있다. 또한 항만을 운항하는 선박이 GPS 위치정보에 의존하고 있는 상황에서 재밍과 같은 전파간섭이나 위성신호의 이상이 발생할 경우 큰 사고의 원인이 될 수 있다. 본 발명에서는 이를 위한 방법론적 대안으로서, 적어도 항만항법을 위하여, 해상 PNT 신호의 무결성을 검사하여, 그 신뢰도를 선박 운항자에게 제공한다. 따라서 항만 혹은 특정 해상에서 위성항법신호를 이용하는 선박의 위치정보에 신뢰성 정보까지 추가된다면 선박운항자의 위치정보에 대한 신뢰성을 높일 수 있어, 선박 운항의 안전에 기여할 수 있다.

이를 위해 본 발명에 따른 해상 전파항법신호 수신 모듈을 이용한 신호품질감시 및 항법오차추정, 신뢰도 평가 기법을 적용한 시스템(이하, '감시 시스템'이라 한다)은 GNSS, eLORAN, DGNSS 안테나(11,12,13)에 각각 연결된 GNSS, eLORAN, DGNSS 수신기(14,15,16)와, 분배기(17)를 이용하여 GNSS 안테나(11)에 추가로 연결되며, GNSS 수신기(14)에 입력되는 GNSS 신호가 재밍신호인지 여부를 확인하기 위하여 FFT 샘플링 기능을 수행하는 유에스알피(USRP)(18)와, 상기 GNSS 수신기(14)와의 주파수 및 시각 동기를 위한 루비듐 발진기(19), 를 포함하는 통합 PNT 모듈(100)과; 상기 GNSS, eLORAN, DGNSS 수신기(14,15,16), 유에스알피(18), 루비듐 발진기(19)와 연결되어 재밍신호 입력 여부를 분석하고, 선박(70)의 GNSS 신호를 입력받아 정상 신호인지를 분석하며, eLORAN 수신기(15)로부터 수신된 TOA와 수신위치가 정상적인 데이터인지 유무를 분석하여 이루어진 각각의 분석 자료 또는 분석 자료의 조합으로 신뢰성 평가 정보를 생성하여 통신망을 통해 선박(70)에 전송하는 산업용 PC(200);를 포함한다.

이와 같은 감시 시스템은 적어도 선박(70)의 항만 항법에 적용된다.

그리고 상기 산업용 PC(200)는 신뢰성 평가 정보를 위하여, 위성수 측정, 관측행렬 계산, 사용자 거리오차 추정, 수평 보호수준(HPL) 계산, 무결성 평가의 과정을 수행하고,

무결성 평가 결과를 기초로 양호, 가용, 주의, 위험을 포함하는 신뢰성 지수를 결정하여 선박에게 제공한다.

여기서, 상기 신뢰성 지수의 양호 또는 가용은 상기 수평 보호 수준(HPL)가 수평 경보 한계(HAL) 이내에 있고, 수평 위치 오차(HPE)가 수평 보호 수준(HPL) 보다 작은 상태를 의미한다.

또한 상기 신뢰성 지수의 주의는 상기 수평 보호 수준(HPL)가 수평 경보 한계(HAL) 이내에 있고, 수평 위치 오차(HPE)가 사용자 보호수준(HPL) 보다 큰 상태를 의미한다.

또한 상기 신뢰성 지수의 위험은 상기 수평 보호 수준(HPL)가 수평 경보 한계(HAL) 이내에 있고, 수평 위치 오차(HPE)가 수평 경보 한계(HAL) 보다 큰 상태를 의미한다.

한편, 상기 통신망은 중파 비컨(RTCM 헤더, RTCM #16), 이동통신망, AIS 메시지, DMB 채널, 어업정보 통신망, TRS 통신망을 포함하며, 이 중 어느 하나일 수 있다.

그리고 상기 산업용 PC(200)는 상기 유에스알피(18)에서 생성한 FFT 샘플링 파일을 수신하여 FFT를 수행하기 위해 미리 정한 크기의 데이터 사이즈만큼 추출하여, FFT를 수행하고 그 결과를 이용하여 재밍신호인지를 인밴드(Inband) 에너지의 평균을 이용하여 판단한다.

이하, 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 감시 시스템은 선박 운항자가 단순 위치정보에 의존하는 방식에서 해당 위치정보 신뢰성을 서비스하여 위치정보의 신뢰성 정보까지 확인이 가능한 것으로 항만 전파항법신호 감시를 위한 통합 PNT 모듈이 구성되어 항만에 설치되고 이 모듈의 원시정보를 분석, 감시하여 항법신호의 이상 유무를 판별하고 이에 따라 생성되는 신뢰성 평가 정보를 사용자에게 제공하는 것을 특징으로 한다.

이에 본 발명에 따른 감시 시스템은 크게 해상 전파항법신호(PNT)를 감시하는 통합 PNT 모듈(100)과, DGNSS 기준국 내에 구비된 산업용 PC(200)와, 사용자 단말기(300)을 포함한다. 통합 PNT 모듈(100)에서는 기준국의 원격 감시국 기능과 사용자 무결성, 신뢰성 측정 및 평가 기능을 수행하고, DGNSS 기준국(RSIM)의 산업용 PC(200)와 연결되어 감시 기능을 수행한다. DGNSS 기준국의 산업용 PC(200)는 사용자에게 보정정보, 신뢰성 정보, 오차수준을 제공하기 위하여 가용한 통신망을 이용하여 사용자 단말기(300)에 제공한다.

구체적으로, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 GNSS, eLORAN, DGNSS 안테나(11,12,13)에 각각 연결된 GNSS, eLORAN, DGNSS 수신기(14,15,16)와, 분배기(17)를 이용하여 GNSS 안테나(11)에 추가로 연결되며, GNSS 수신기(14)에 입력되는 GNSS 신호가 재밍신호인지 여부를 확인하기 위하여 FFT 샘플링 기능을 수행하는 유에스알피(USRP)(18)와, 상기 GNSS 수신기(14)와의 주파수 및 시각 동기를 위한 루비듐 발진기(19)를 포함하는 통합 PNT 모듈(100)과;

상기 GNSS, eLORAN, DGNSS 수신기(14,15,16), 유에스알피(18), 루비듐 발진기(19)와 연결되어 재밍신호 입력 여부를 분석하고, 선박(70)의 GNSS 신호를 입력받아 정상 신호인지를 분석하며, eLORAN 수신기(15)로부터 수신된 TOA와 수신위치가 정상적인 데이터인지 유무를 분석하여 이루어진 각각의 분석 자료 또는 분석 자료의 조합으로 신뢰성 평가 정보를 생성하여 통신망을 통해 선박(70)에 전송하는 산업용 PC(200);를 포함하며,

주요 기능은 첫째, GNSS(GPS, GLONASS) L1 데이터(GNSS 데이터, 원시 계측정보) 감시이고, 둘째, GNSS L1 재밍(Jamming) 신호 감시(스펙트럼 분석을 통한 신호세기 감시)이며, 셋째, eLoran 신호 품질 감시(TD 측정치 감시, 주파수 스펙트럼 표시)이고, 넷째, 감시 항목 데이터베이스(DB)로 저장이며, 다섯째, 인터넷 망을 통해 감시정보 전달이다.

그리고 산업용 PC(200)는 상기 신뢰성 평가 정보를 위하여, 위성수 측정, 관측행렬 계산, 사용자 거리오차 추정, 수평 보호수준(HPL) 계산, 무결성 평가의 과정을 수행하고, 무결성 평가 결과를 기초로 양호, 가용, 주의, 위험을 포함하는 신뢰성 지수를 결정하여 선박에게 제공한다.

다음의 표는 본 발명의 주요 기능인 데이터 감시 항목에 대한 설명이다.

수신기	항목	감시내용	목적
GNSS	신호 스펙트럼	FFT를 통한 GNSS 대역 신호 스펙트럼 감시	재밍 감시 및 검출 시 신호 후 처리 분석을 위한 데이터 저장
	거리 측정	수신된 원시 계측정보의 의사거리 값과 시스템 알고리즘을 통하여 계산된 거리 값의 비교를 통한 감시	평상 시 품질 감시 및 간섭(Spoofing) 감시
	항법 데이터	항법 데이터의 정상 주기의 update를 이용한 감시	간섭(Spoofing) 감시
	측지위치	수신기로부터 산출된 측지위치의 오차범위를 통한 감시	평상시 품질 감시
	C/N0	위성별 고도에 따른 C/N0의 값에 따른 감시	평상 시 품질 감시
eLoran	TD	각 기지국별 TD의 오차범위를 통한 감시	eLoran신호 품질 및 사용가능여부 감시
DGNSS	DGNSS 데이터	DGNSS 데이터 수신	수신데이터 원격서버로 전달

통합 PNT 모듈(100)의 구성은 도 1에 도시한 바와 같이 안테나는 총 3개의 안테나를 각각 사용하며, GNSS 안테나(11)는 분배기(17)를 통하여 FFT 샘플링기능을 수행하는 유에스알피(18)와 GNSS 수신기(14)로 각각 입력된다. 유에스알피(18)은 이더넷을 통하여 산업용 PC(200)와 연결되어 샘플링 작업을 수행하며 샘플링 data는 파일로 저장된다. 나머지 GNSS/DGNSS/eLoran 수신기(11,12,13)와 루비듐 발진기(19)는 각각 RS232로 산업용 PC(200)와 연결된다.

<유에스알피(19)를 이용한 GNSS 신호 스펙트럼 감시>

GNSS 안테나(11)로부터 분배기(17)를 거쳐 유에스알피(19)에 도착한 GNSS신호는 A/D를 거쳐 샘플링 파일을 생성한다. 생성된 파일은 산업용 PC(200)에서 읽어들여 FFT를 수행하기 위해 정해진 크기의 데이터 사이즈만큼 추출한다. FFT가 수행되면 그 결과를 이용하여 재밍(Jamming)신호인지를 Inband(2Mhz) 에너지의 평균을 이용하여 판별한다. 판별결과 이상신호로 판별될 경우 해당 파일을 특정 폴더에 저장시킨다(도 3 참조).

GNSS 원시 계측정보와 GNSS 데이터 감시는 도 4의 순서도와 같이 동작한다.

먼저 GNSS신호를 수신하는지 확인한 후 정상적으로 수신할 경우 사용자로부터 현재 수신하는 측지점의 위치를 입력받거나 입력이 없을 경우 측지위치 계산으로 얻은 위치정보를 사용한다.

NMEA 데이터 포맷에 따라 GNSS 데이터가 정상적으로 수신된다면 원시 계측정보를 이용하여 감시할 수 있는 항목들에 대해 정상적인 데이터인지 유무를 각각의 알고리즘과 임계치(threshold)에 따라 판별한다.

<시각 및 주파수 동기>

도 5는 루비듐 발진기(19)를 제어하여 GPS 수신기 내부의 1PPS Time를 맞추기 위한 제어블럭이다.

GNSS 수신기는 매초마다 GPS위성신호를 사용하여 측정한 1PPS time오차를 RS232통신으로 전송해준다. 산업용 PC(200)는 RS232 통신으로 전송받은 시각오차를 0으로 수렴하도록 S/W PLL루프를 동작시켜 루비듐 발진기(19)를 제어할 제어값을 결정한 후 루비듐 발진기(19)에 제어값을 전송한다. 이렇게 루프형상하여 약 30분 이상 제어하면 루비듐 발진기(19)의 주파수는 통상적으로 5E-11미만으로 수렴하고 1PPS Time도 통상적으로 15ns rms 미만으로 수렴한다.

SW PLL루프는 PID제어 루프로 구성되며 수신기의 1PPS Time측정치의 안정도가 불안할 경우에는 저역필터를 사용하여 측정치를 필터링 한다.

eLoran은 기존의 Loran-C에서 개량된 지상항법 방법이다. Loran-C는 하나의 주국과 2개 이사의 종국으로 구성되어 있다.수신기는 체인을 구성하고 있는 송신국들로부터 수신된 신호의 TDOA(Time Difference Of Arrival)를 이용하여 사용자의 위치를 결정한다. 여기서 TDOA란 주국의 신호가 사용자까지 도달하는데 걸리는 시간과 종국의 신호가 사용자까지 도달하는데 걸리는 시간의 차를 의미한다. Loran-C 항법은 3개 이상의 동기된 송신국이 일정 간격으로 전파를 발사하면 수신기가 주국의 신호를 기준으로 나머지 종국의 신호가 수신되는 전파의 도달시간차를 측정하여 위치를 구하는 원리이다. 그러나 eLoran은 송신국과 수신기의 의사거리를 구한 후 삼각 측량법에 기초하여 수신기의 위치를 얻는다. 이론적으로 3개 이상의 송신국이 존재하면 항법이 가능하다.

도 6은 eLoran의 감시방안에 대한 간단한 블럭도이다. eLoran 수신기(12)로부터 수신된 TOA와 수신위치를 정상적인 데이터인지 유무를 판단하는 알고리즘과 임계치(threshold)를 이용하여 감시한다.

<에러판별 기준>

표 2는 각 감시항목에 대한 임계치(Threshold)를 표로 나타낸 것이다.

수신기	항목	Threshold
GNSS	신호 스펙트럼	Inband(2Mhz) 구간의 에너지 평균 -127dBm
	거리 오차	30m 이내
	항법 데이터	위성별 Ephemeris data 업데이트 주기 2시간
	측지 위치	15m 이내
	C/N0	고도각30°이상에서 C/N0 38(L1), 30(L2)
eLoran	TD	1us
DGNSS	DGNSS 데이터	DGNSS 데이터 수신

도 7은 인터페이스 블록도 및 제작 모듈 구성을 나타낸다.

도 8은 해상 전파항법신호(PNT) 오차 수준 추정 방법을 나타낸 도면이고, 도 9는 해상 전파항법신호(PNT)의 신뢰성 평가 방법을 나타낸 도면으로서, 신뢰성 평가 정보를 위하여 도 9의 Step 1, Step 2, Step 3, Step 4, Step 5를 요구한다.

Step 1은 위성수 측정, Step 2는 관측행렬(G) 계산, Step 3은 사용자 거리 오차(URE)의 추정, Step 4는 수평 보호 수준(HPL) 계산, Step 5는 무결성 평가를 나타내며, 이와 같은 과정은 반복된다.

Step 1은 최소 위성수 결정(TH)을 위한 것이고, Step 2는 ENU 프레임 상에서 관측행렬(G) 계산한다. Step 3의 사용자 거리 오차(URE)의 추정은 가중치 행렬을 이용(W)하고, Step 5의 무결성 평가에서 가용(양호, 또는 가용)가능한 상태는 도 9에 도시한 바와 같이 HPL < HAL 또는 HPE < HPL로서, 수평 보호 수준(HPL)가 수평 경보 한계(HAL) 이내에 있고 수평 위치 오차(HPE)가 수평 보호 수준(HPL) 보다 작은 상태이다.

반면, 주의를 요하는 경우는 상기 수평 보호 수준(HPL)가 수평 경보 한계(HAL) 이내에 있고 수평 위치 오차(HPE)가 사용자 보호수준(HPL) 보다 큰 상태이다.

또한 위험한 경우는 수평 보호 수준(HPL)가 수평 경보 한계(HAL) 이내에 있고 수평 위치 오차(HPE)가 수평 경보 한계(HAL) 보다 큰 상태이다.

그리고 수평 보호 수준(HPL)가 수평 경보 한계(HAL) 보다 큰 경우에는 시스템 이용이 불가한 경우이다.

- 도 8 및 도 9의 용어의 정의 -

SVs : Satellite Vehicles (위성)

TH : Threshold (임계치/한계치)

URE : User Range Error (사용자 거리 오차)

HPL : Horizontal Protection Level (수평 보호 수준)

HAL : Horizontal Alert Limit (수평 경보 한계)

HPE : Horizontal Position Error (수평 위치 오차)

VPL : Vertical Protection Level (수직 보호 수준)

VAL : Vertical Alert Limit (수직 경보 한계)

VPE : Vertical Position Error (수직 위치 오차)

아울러서 이와 같은 방법으로 구해진 무결성 평가 값을 기초로 본 발명은 양호, 가용, 주의, 위험을 포함하는 신뢰성 지수를 산출하고 이를 선박(70)에 제공함으로써 안전한 선박 운항에 도움을 준다.

도 10은 본 발명에 의해 생성된 신뢰성 정보가 사용자의 단말기에 표시된 상태를 나타낸 도면이다. 즉, 도 10은 선박(70)의 사용자 단말기(300)의 화면으로써, 선박(70)의 단말기는 GPS 또는 GNSS 신호를 수신하여 해상에서의 선박(70)의 현재 위치가 표시됨과 더불어 산업용 PC(200)로부터 상기 현재 위치에 대한 신뢰성 평가 정보를 제공받음으로 인해 상기 현재 위치에 대한 신뢰도를 기초로 안전한 해상 운항을 할 수 있다.

이를 위해 산업용 PC(200)는 GNSS, eLORAN, DGNSS 수신기(14,15,16), 유에스알피(18), 루비듐 발진기(19)와 연결되어 재밍신호 입력 여부를 분석하고, 선박(70)의 GNSS 신호를 입력받아 정상 신호인지를 분석하며, eLORAN 수신기(15)로부터 수신된 TOA와 수신위치가 정상적인 데이터인지 유무를 분석하여 이루어진 각각의 분석 자료 또는 분석 자료의 조합으로 신뢰성 평가 정보를 생성하여 통신망을 통해 선박(70)의 단말장치에 전송한다. 이러한 신뢰성 평가 정보는 설정된 기준치를 기준으로 양호, 가용, 주의, 위험을 포함하는 신뢰성 지수 중 어느 하나가 설정된 주기 및 상기 설정된 기준치에 따라 택일되어 선박(70)의 단말장치에 제공되며, 선박(70)의 단말장치는 표시되는 신뢰성 평가 정보 지수을 참조하여 안전한 해상 운항을 이룰 수 있다.

이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 통합 PNT 모듈
11: GNSS 안테나
12: eLORAN 안테나
13: DGNSS 안테나
14: GNSS 수신기
15: eLORAN 수신기
16: DGNSS 수신기
17: 분배기
18: 유에스알피
19: 루비듐 발진기
200: 산업용 PC
70: 선박

Claims

GNSS, eLORAN, DGNSS 안테나(11,12,13)에 각각 연결된 GNSS, eLORAN, DGNSS 수신기(14,15,16)와,
분배기(17)를 이용하여 GNSS 안테나(11)에 추가로 연결되며, GNSS 수신기(14)에 입력되는 GNSS 신호가 재밍신호인지 여부를 확인하기 위하여 FFT 샘플링 기능을 수행하는 유에스알피(USRP)(18)와,
상기 GNSS 수신기(14)와의 주파수 및 시각 동기를 위한 루비듐 발진기(19),
를 포함하는 통합 PNT 모듈(100)과;
상기 GNSS, eLORAN, DGNSS 수신기(14,15,16), 유에스알피(18), 루비듐 발진기(19)와 연결되어 재밍신호 입력 여부를 분석하고, 선박(70)의 GNSS 신호를 입력받아 정상 신호인지를 분석하며, eLORAN 수신기(15)로부터 수신된 TOA와 수신위치가 정상적인 데이터인지 유무를 분석하여 이루어진 각각의 분석 자료 또는 분석 자료의 조합으로 신뢰성 평가 정보를 생성하여 통신망을 통해 선박(70)에 전송하는 산업용 PC(200);를 포함하며,
상기 산업용 PC(200)는 상기 신뢰성 평가 정보를 위하여, 위성수 측정, 관측행렬 계산, 사용자 거리오차 추정, 수평 보호수준(HPL) 계산, 무결성 평가의 과정을 수행하고,
무결성 평가 결과를 기초로 양호, 가용, 주의, 위험을 포함하는 신뢰성 지수를 결정하여 선박에게 제공하는 것을 특징으로 하는 해상 전파항법신호 수신 모듈을 이용한 신호품질감시 및 항법오차추정, 신뢰도 평가 기법을 적용한 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 신뢰성 지수의 양호 또는 가용은
상기 수평 보호 수준(HPL)가 수평 경보 한계(HAL) 이내에 있고,
수평 위치 오차(HPE)가 수평 보호 수준(HPL) 보다 작은 상태를 의미하는 것을 특징으로 하는 해상 전파항법신호 수신 모듈을 이용한 신호품질감시 및 항법오차추정, 신뢰도 평가 기법을 적용한 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 신뢰성 지수의 주의는
상기 수평 보호 수준(HPL)가 수평 경보 한계(HAL) 이내에 있고,
수평 위치 오차(HPE)가 사용자 보호수준(HPL) 보다 큰 상태를 의미하는 것을 특징으로 하는 해상 전파항법신호 수신 모듈을 이용한 신호품질감시 및 항법오차추정, 신뢰도 평가 기법을 적용한 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 신뢰성 지수의 위험은
상기 수평 보호 수준(HPL)가 수평 경보 한계(HAL) 이내에 있고,
수평 위치 오차(HPE)가 수평 경보 한계(HAL) 보다 큰 상태를 의미하는 것을 특징으로 하는 해상 전파항법신호 수신 모듈을 이용한 신호품질감시 및 항법오차추정, 신뢰도 평가 기법을 적용한 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 통신망은 중파 비컨(RTCM 헤더, RTCM #16), 이동통신망, AIS 메시지, DMB 채널, 어업정보 통신망, TRS 통신망을 포함하며, 이 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 해상 전파항법신호 수신 모듈을 이용한 신호품질감시 및 항법오차추정, 신뢰도 평가 기법을 적용한 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 산업용 PC(200)는
상기 유에스알피(18)에서 생성한 FFT 샘플링 파일을 수신하여 FFT를 수행하기 위해 미리 정한 크기의 데이터 사이즈만큼 추출하여, FFT를 수행하고 그 결과를 이용하여 재밍신호인지를 인밴드(Inband) 에너지의 평균을 이용하여 판단하는 것을 특징으로 하는 해상 전파항법신호 수신 모듈을 이용한 신호품질감시 및 항법오차추정, 신뢰도 평가 기법을 적용한 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 시스템은 적어도 선박(70)의 항만 항법에 적용되는 것을 특징으로 하는 해상 전파항법신호 수신 모듈을 이용한 신호품질감시 및 항법오차추정, 신뢰도 평가 기법을 적용한 시스템.