KR20160111499A - 위성 위치 결정 방법들에 대한 개선들 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수신기에 들어오는 위성 신호의 도착 시간을 결정하는 방법에 관한 것이고, 상기 방법은: 들어오는 신호를 수신하는 단계, 들어오는 신호에 제 1 실수값 주기적 변경 신호를 곱하여 제 1 변경 출력을 생성하는 단계, 제 1 상관 출력을 획득하기 위해 제 1 변경 출력을 상관시키는 단계, 들어오는 신호에 제 2 실수값 주기적 변경 신호를 곱하여 제 2 변경 출력을 생성하는 단계, 제 2 상관 출력을 생성하기 위해 제 2 변경 출력을 상관시키는 단계, 및 상기 제 1 상관 출력을 상기 제 2 상관 출력과 비교하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 개선된 위성 위치 결정 방법들에 관한 것이고, 특히 위성과 수신기 사이의 거리를 결정하는 개선된 방법들에 관한 것이다.
GNSS와 같은 위성 위치 결정 시스템들은 지상의 수신기의 위치를 정확하게 결정하기 위해 사용된다. 이는 위성과 수신기 사이의 거리의 정확한 지식을 요구한다. 이러한 거리를 계산하기 위해, 신호가 위성으로부터 수신기로 이동하는 데 걸린 정확한 시간이 요구된다. 이는 신호가 위성을 떠난 정확한 표시를 신호에 포함함으로써 달성된다. 이후, 신호가 수신기에 도달된 정확한 시간을 결정함으로써, 신호가 위성으로부터 수신기로 이동하는 데 걸린 시간이 계산될 수 있다.
수신기에 대해 신호의 도착 시간을 결정하기 위해, 먼저 신호를 캡처해야 한다. 이러한 목적을 위해, 신호는 레인징 코드(ranging code)라고 알려진 코드의 일 섹션을 포함할 수 있다. 레인징 코드는 수신기에 의해 알려진다. 수신기는 레인징 코드를 식별하기 위한 시도에서 신호에 대해 처리 동작들을 수행한다. 레인징 코드가 식별되면, 수신기는 신호를 "자동 추적하고", 신호에 포함된 다른 정보를 판독한다. 제 1 시간에 대한 신호에 대해 자동 추적하는 것은 "포착"으로 알려진다. 포착이 달성되면, 수신기가 위성과 접촉한 채 유지하는 것이 바람직하다. 위성과 수신기 사이의 상대적인 움직임에 의해, 위성과 수신기의 간격은 계속하여 변화하고 있고 결정될 필요가 있다. 신호에 대해 자동 추적되어 유지하는 프로세스는 추적으로 알려진다.
알려진 시스템들에서, 수신기의 안테나에서 낮은 신호 대 잡음비는 레인징 코드를 식별하기 위해 신호에 대한 상관 동작을 수행하는 것이 통상 필요하다는 것을 의미한다. 이는 통상 일정한 시간 간격들에서 시간 기간에 걸쳐 신호의 진폭을 반복적으로 측정하는 것을 포함한다. 특정한 시간에 측정된 진폭은 대응하는 시간에 알려진 레인징 코드의 진폭이 곱해진다. 이들 곱셈 동작들의 결과들은 이후 합산된다. 프로세스는 이후 다수번 반복된다. 각각의 시간에 프로세스는 반복되고, 샘플링 동작은 이전 샘플링 동작에 관해 약간 지연된다. 상기에 언급된 진폭 합산이 매우 크게 될 때, 들어오는 신호와 상관 기준 데이터 사이의 양호한 매칭이 발견된다. 상관기에 의해 적용된 시간 지연이 이후 측정된다. 이러한 방식에서, 수신기에서 신호의 도착 시간의 대략적인 추정치가 획득될 수 있다. 그러나, 도착 시간의 더 정확한 결정을 제공하는 것이 바람직해서, 수신기와 위성의 간격이 더 정확하게 결정될 수 있다. 이는 추적 스테이지 동안 특히 중요하다.
GNSS 위성들에 의해 송신된 신호의 하나의 형태는 2진 위상 시프트 키잉(BPSK)이다. BPSK 신호들에서, 레인징 코드 정보는 사각 펄스들의 시퀀스(칩들)로서 신호들상에 변조된다. 본 발명은 2진 오프셋 반송파(BOC)로서 알려진 GNSS 위성들에 의해 송신된 다른 형태의 신호의 수신에 대해 의도된다. BOC 신호들에서, 레인징 코드 정보를 포함하는 BPSK 신호는 신호상에 변조되기 전에 BPSK 칩 레이트보다 높은 주파수의 부반송파 파형이 먼저 곱해진다. 부반송파 파형은 주파수가 부반송파 주파수인 사각파이다.
BOC 위성 신호에 대해 자동 추적하는 하나의 알려진 방법은 수신된 BOC 신호를 상관기로 입력하고 BOC 신호 그 자체(수신기에 의해 알려지는)를 상관 기준 신호로서 사용하는 것이 의한다. 이러한 방식을 사용하면, 시간에 따른 상관기 출력의 변동은 최대 최고점이 도달될 때까지 점진적으로 증가하는 높이의 일련의 좁은 최고점들 및 점진적으로 감소하는 높이의 일련의 좁은 최고점들이 후속되는 형태를 갖는다. 이러한 방법은 최대 최고점이 신뢰 가능하게 식별되는 충분히 작은 시간 단차를 갖고 샘플링 동작들을 수행하는 것이 고비용인 불리한 점을 갖는다.
신호에 대해 자동 추적하는 하나의 대안적인 방식은 "측파대들"이라고 알려진 그의 에너지가 집중되는 두 개의 주파수 대역들 중 하나 또는 다른 것에 놓인 BOC 신호의 성분들에 대해서만 상관을 수행하는 것이다. 상부 측파대의 중심은 전체 BOC 신호의 중심으로부터 원래의 부반송파 신호의 주파수와 동등한 양만큼 주파수에서 변위된다. 하부 측파대의 중심은 전체 BOC 신호의 중심으로부터 원래의 부반송파 신호의 음의 주파수와 동등한 양만큼 주파수에서 변위된다. BOC 신호의 상부 측파대만의 추출은 디지털 다운 컨버터(DDC)에 의해 달성될 수 있다. 이는 BPSK 신호와 유사한 상관기에 대한 입력을 위한 신호를 초래하고, 레인징 코드의 BPSK 형태는 상관기 기준 신호로서 사용된다. "단일 측파대" 방법이라고 불리는 이러한 방법을 사용하면, 상관기 출력은 그가 BPSK 신호에 대해 행하는 것과 동일한 형태를 갖는다; 이는 최고점에 대해 선형으로 증가하고 이후 선형으로 감소한다. 상관 출력의 정확한 최고점의 시간은 이러한 방법을 사용하여 정확하게 추정하는 것이 더 어렵다. 결과로서, 이러한 방법을 사용하여 획득 가능한 신호 도착 시간의 추정치는 상당히 대략적이다.
다른 알려진 방법들은 들어오는 신호를 변경하는 단계 및 들어오는 신호와 변경 신호 사이의 시간 지연에 관한 정보를 추출하기 위한 시도에서 결과의 변경된 신호를 처리하는 단계를 포함하고, 그에 의해 개선된 도착 시간 추정치를 획득한다. 이러한 방법들은 복잡하고 비교적 큰 처리력을 요구하고 고가이다.
신호의 도착 시간을 정확하게 결정하기 위한 하나의 대안적인 방법이 여기서 생각되었다.
본 발명의 제 1 양태에 따라, 수신기에 들어오는 위성 신호의 도착 시간을 결정하는 방법이 제공되고, 상기 방법은: 들어오는 신호를 수신하는 단계, 제 1 변경된 출력을 생성하기 위해 제 1 실수값 주기적 변경 신호를 들어오는 신호에 곱하는 단계, 제 1 상관 출력을 획득하기 위해 제 1 변경된 출력을 상관시키는 단계, 제 2 변경된 출력을 생성하기 위해 제 2 실수값 주기적 변경 신호를 들어오는 신호에 곱하는 단계, 제 2 상관 출력을 생성하기 위해 제 2 변경된 출력을 상관시키는 단계, 및 제 1 상관 출력을 제 2 상관 출력과 비교하는 단계를 포함한다.
이러한 방법은 제 1 및 제 2 상관 출력들을 비교하는 단계가 알려진 방법들보다 더 적은 처리력을 사용하여 신호의 도착 시간의 정확한 추정치가 획득되게 하기 때문에 이롭다. 특히, 실수값 신호를 곱하는 단계는 복소값 신호를 곱하는 것보다 덜 복잡하고 비용이 덜 든다.
제 1 및 제 2 상관 출력들을 비교하는 단계는 제 1 및 제 2 상관 출력들의 비를 계산하는 단계를 포함할 수 있고, 제 1 및 제 2 상관 출력들의 비에 비례하는 각도의 아크탄젠트를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
들어오는 신호의 제 1 부분에 제 1 실수값 주기적 변경 신호를 곱하는 단계 및/또는 들어오는 신호의 제 2 부분에 제 2 실수값 주기적 변경 신호를 곱하는 단계는 들어오는 신호의 제 1 및/또는 제 2 부분들 각각에 비트스트림을 적용하는 단계를 포함한다. 비트 스트림은 복수의 비트들을 포함할 수 있고, 각각의 비트는 +1 또는 -1의 값을 갖는다. 이러한 것의 이점들은 방법이 간단한 장치를 사용하여 수행될 수 있고 단지 낮은 처리력만이 요구된다는 것이다.
제 1 및/또는 제 2 상관 출력들은 들어오는 신호와 제 1 및/또는 제 2 변경 신호 각각의 사이의 시간 지연에 대해 사인 곡선으로 변할 수 있다.
들어오는 신호는 식별자 신호를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 변경된 출력들을 상관시키는 단계는 식별자 신호와 동일한 형태를 갖는 상관 기준 신호를 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 식별자 신호는 레인징 코드를 포함할 수 있다. 들어오는 신호는 식별자 신호로 변조된 부반송파 신호를 포함할 수 있다. 부반송파 신호는 주기적일 수 있고, 식별자 신호보다 높은 주파수일 수 있다. 부반송파 신호는 일반적으로 사각파의 형태를 가질 수 있다. 식별자 신호는 BPSK 신호를 포함할 수 있다. 들어오는 신호는 BOC 신호일 수 있다. 수신된 들어오는 신호는 제 1 및 제 2 실수값 주기적 곱셈 신호들이 곱해지기 전에 복조될 수 있다.
제 1 실수값 변경 신호는 제 2 실수값 변경 신호에 대해 알려진 관계를 가질 수 있다. 제 1 실수값 변경 신호는 제 2 실수값 변경 신호에 대한 형태에서 유사할 수 있다. 제 1 및 제 2 변경 신호 사이에 미리 결정된 시간 지연이 존재할 수 있다. 제 1 변경 신호는 사인 위상일 수 있다. 제 2 변경 신호는 코사인 위상일 수 있다. 제 1 및/또는 제 2 변경 신호는 들어오는 신호의 성분 신호와 유사하거나 또는 실질적으로 동등한 주파수를 가질 수 있다. 들어오는 신호의 성분은 부반송파 신호일 수 있다.
제 1 및 제 2 주기적 변경 신호들은 실수값 2진(2-값) 또는 3진(3-값) 신호들일 수 있다. 이는 결과의 낮은 전력 소비를 갖고 곱셈 연산들을 수행하기 간단하게 만들 수 있다. 본 발명의 다른 이점은, 상관 동작 동안, 상관 정확성의 최고점 값의 시간 지연을 식별할 필요가 없다는 것이다. 최고점으로부터 떨어져 위치된 제 1 및 제 2 상관기 출력들의 값들은 변경 신호들에 비해 들어오는 신호의 도착 시간에 동일한 상대적인 의존성을 갖는다; 예를 들면, 제 1 및 제 2 상관기 출력들 사이의 비는 그가 최고점에 있을 때 최고점으로부터 떨어진 것과 실질적으로 동일한 것이다.
들어오는 신호는 실질적으로 동시에 제 1 변경 신호 및 제 2 변경 신호가 곱해질 수 있다. 제 1 변경 출력을 상관시키는 단계 및 제 2 변경 출력을 상관시키는 단계는 실질적으로 동시에 수행될 수 있다.
본 방법은 GNSS 위성 위치 결정 시스템들에서 사용하기 위한 것일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 수신기에서 신호의 도착 시간을 결정하기 위한 장치, 들어오는 신호를 수신하기 위한 수신기, 들어오는 신호에 제 1 실수값 주기적 신호를 곱하기 위한 제 1 곱셈기, 제 1 곱셈기의 출력을 상관시키도록 구성된 제 1 상관기, 들어오는 신호에 제 2 실수값 주기적 신호를 곱하기 위한 제 2 곱셈기, 제 2 곱셈기의 출력을 상관시키도록 구성된 제 2 상관기, 및 제 1 및 제 2 상관기들의 각각의 출력들을 비교하기 위한 수단이 제공된다.
장치는 본 발명의 제 1 양태의 방법을 수행하기 위해 적응될 수 있다. 제 1 및 제 2 곱셈기는 제 1 및/또는 제 2 실수값 주기적 신호들이 2진(2-값) 또는 3진(3-값) 신호들이 되도록 적응될 수 있다. 제 1 및 제 2 곱셈기들은 동일한 유닛에 위치될 수 있다.
제 1 곱셈기는 제 1 실수값 주기적 신호가 코사인 위상이 되도록 적응될 수 있다. 제 2 곱셈기는 제 2 주기적 신호가 사인 위상이 되도록 적응될 수 있다. 상관기 출력들을 비교하기 위한 수단은 들어오는 신호와 실수값 주기적 신호들 사이의 시간 지연을 나타내는 출력을 생성하도록 적응될 수 있다.
장치는 사용시, 복조기로부터 출력되는 신호가 제 1 및 제 2 곱셈기들의 입력들에 인가되도록 구성될 수 있다. 제 1 및/또는 제 2 상관기들은 상관기 기준 신호로서 BPSK 신호를 사용할 수 있다. 비교하기 위한 수단은 제 1 및 제 2 상관기 출력들의 비를 계산하도록 적응되어 구성된 계산기를 포함할 수 있다. 계산기는 제 1 및 제 2 상관기 출력들의 비에 비례하는 각도의 아크탄젠트를 계산하도록 적응될 수 있다.
본 발명의 현재 바람직한 실시예는 첨부하는 도면들을 참조하여 예시를 위해서만 여기에 상세히 기술될 것이다.
본 발명은 개선된 위성 위치 결정 방법을 제공한다.
도 1은 일반적인 BOC 신호 및 그의 구성 성분 신호들의 그래프.
도 2는 본 발명의 장치의 개략도.
도 3은 본 발명에 따라 장치에 의해 수행된 방법 단계들의 흐름도.
도 4는 일반적인 BPSK 신호에 대한 시간 오프셋에 대한 상관 진폭의 그래프.
도 5는 코사인 및 사인 위상 주기적 신호들이 곱해진 들어오는 신호들에 대한 시간 오프셋에 대한 상관 진폭의 그래프.
도 6은 들어오는 신호와 적용된 주기적 신호들 사이의 상이한 시간 지연을 갖는 도 5의 그래프.
도 7은 들어오는 BOC 신호와 적용된 주기적 신호 사이의 시간 지연과 함께 상관 진폭이 어떻게 변하는지의 개략적인 그래프.
도 8 내지 도 10은 BOC 신호와 주기적 함수 사이의 세 개의 상이한 시간 지연들에서 주기적 함수와 BOC 신호의 곱셈의 결과를 도시하는 도면들.
도 2는 본 발명의 장치의 개략도.
도 3은 본 발명에 따라 장치에 의해 수행된 방법 단계들의 흐름도.
도 4는 일반적인 BPSK 신호에 대한 시간 오프셋에 대한 상관 진폭의 그래프.
도 5는 코사인 및 사인 위상 주기적 신호들이 곱해진 들어오는 신호들에 대한 시간 오프셋에 대한 상관 진폭의 그래프.
도 6은 들어오는 신호와 적용된 주기적 신호들 사이의 상이한 시간 지연을 갖는 도 5의 그래프.
도 7은 들어오는 BOC 신호와 적용된 주기적 신호 사이의 시간 지연과 함께 상관 진폭이 어떻게 변하는지의 개략적인 그래프.
도 8 내지 도 10은 BOC 신호와 주기적 함수 사이의 세 개의 상이한 시간 지연들에서 주기적 함수와 BOC 신호의 곱셈의 결과를 도시하는 도면들.
본 발명은 GNSS 위성 위치 결정 시스템에 대한 개선들에 관한 것이다. 상기에 언급된 바와 같이, GNSS와 같은 시스템들은 지상의 수신기의 위치의 정확한 결정을 요구한다. 이를 달성하기 위해, 수신기에 위성 신호의 도착 시간은 정확하게 결정되어야 한다. 위성에 의해 전송된 신호는 위성으로부터 신호의 송신의 시간을 포함하는 정보를 포함한다. 위성들에 의해 송신된 몇몇 신호들은 정보가 사각 펄스들(칩들)의 시퀀스상에 변조된 BPSK인 BPSK 신호들이다. 결과의 BPSK 신호는 반복하는 패턴의 칩들을 포함한다. 반복하는 패턴의 일 부분은 수신기에 의해 알려진다. 칩들의 각각의 패턴의 이러한 알려진 부분은 신호를 식별 및 추적하기 위해 수신기에 의해 사용된다.
위성들에 의해 송신된 다른 신호들은 BPSK 신호가 송신 전에 "부반송파" 신호가 곱해진 BOC 신호들이다. "BOC 변조"에서, 부반송파 신호는 실질적으로 BPSK 칩 레이트보다 높은 주파수의 사각파이다. 이러한 곱셈 연산은 BOC 신호를 초래한다. BOC 신호는 무선 주파수 반송파 신호를 변조하기 위해 사용된다. 이러한 RF 신호는 위성에 의해 송신된다. 도 1은 일반적인 BOC 신호(3) 및 그의 구성 성분 신호들(부반송파(1) 및 BPSK 신호(2))을 도시한다.
상기에 언급된 바와 같이, BPSK 신호는 칩들을 포함한다. 각각의 칩은 값 +1 또는 -1을 갖는다. 도 1의 하부 트레이스로 나타내진 BOC 신호를 생각하자. 이러한 BOC 신호는 3 개의 부분들을 갖는다. 제 1 부분은 값 -1에 의해 BPSK 칩만큼 변조된 부반송파 신호이다. 이는 값 +1에 의해 BPSK 칩만큼 변조된 부반송파 신호인 제 2 부분이 후속된다. 이는 값 -1에 의해 BPSK 칩만큼 변조된 부반송파 신호인 제 2 부분이 후속된다.
수신기는 도 2에 개략적으로 도시된다. 일반적으로 4로서 도시된 수신기는 안테나(5)를 통해 RF 반송파 신호를 수신한다. 복조 동작이 이후 여기서부터 앞으로 "BOC 신호"라고 불릴 원래의 송신된 BOC 신호와 유사한 신호를 초래하는 복조기(6)에 의해 수행된다. 곱셈기(8)는, 제 1 출력 신호를 생성하기 위해, 신호(7)에 부반송파 신호의 주파수와 동일하거나 유사한 주파수를 갖는 실수값 코사인 위상 주기적 함수를 곱한다. 이러한 출력 신호는 여기서 코사인 출력이라고 불릴 것이다. 동시에, 곱셈기(9)는, 제 2 출력 신호를 생성하기 위해, 신호(7)에 부반송파 신호의 주파수와 동일하거나 유사한 주파수를 갖는 실수값 사인 위상 주기적 함수를 곱한다. 이러한 출력 신호는 여기서 사인 출력이라고 불릴 것이다. 코사인 및 사인 출력들의 각각의 시간에 의한 변동은 BOC 신호와 실수값 코사인 위상 및 사인 위상 주기적 함수들 사이의 시간 지연, 즉, BOC 신호의 최고점들 및 최저점들의 시간상의 위치에 관한 주기적 함수의 최고점들 및 최저점들의 시간상 위치에 의존한다. 코사인 출력은 제 1 상관기(10)에 인가된다. 동시에, 사인 출력은 제 2 상관기(11)에 인가된다.
제 1 및 제 2 상관기들(10, 11)은 종래의 상관기들이고, 즉 그들의 목적은, 낮은 신호 대 잡음비가 존재할 수 있다는 사실에도 불구하고 신호의 알려진 부분의 시간에서 장소를 찾는 것이다. 제 1 및 제 2 상관기들(10, 11)의 각각은 원래의 BPSK 신호를 기준 신호로서 사용한다. 제 1 및 제 2 상관기들(10, 11)의 각각은 반복하는 칩 패턴들 중 하나 동안 시간 간격들에서 입력 신호의 진폭을 측정한다. 각각의 측정된 진폭은 입력 신호가 비교되고 있는 기준 신호의 대응하는 시간 간격들에서, 진폭이 곱해진다. 곱셈들의 결과들이 이후 합산된다. 합의 크기는 입력 신호가 얼마나 가깝게 기준 신호에 매칭하는의 표시를 제공한다. 측정 및 합산의 이러한 프로세스는 반복하는 칩 패턴들 중 후속하는 것에 대해 반복될 수 있고, 측정들은 측정들의 이전 세트가 만들어진 시간에서 대응하는 지점들로부터 오프셋이 존재하는 시간에서의 지점들에서 행해진다. 이러한 방식으로, 상관 프로세스는 알려진 부분에 대한 반복적인 칩 패턴에 따라 검색한다.
특정 시간 오프셋에서 합산이 이전 시간 오프셋에서 합산보다 큰 값을 갖는 경우, 프로세스는 알려진 부분에 더 가까이 이동하는 것이다. 상관 프로세스를 반복하는 것은 합산에 대한 최고점 값이 도달될 때까지 합산에 대해 점진적으로 더 큰 값을 생성할 것이다. 최고점 값에 도달하는 것은 합산이 알려진 부분에 가장 가까운 시간 오프셋에서 수행되고 있다는 것을 의미한다. 더 큰 시간 오프셋들에서 상관을 수행하는 것은, 프로세스가 알려진 부분을 "지나가고 있을" 때, 합산에 대해 더 낮은 값을 생성할 것이다. 예를 제공하기 위해, 상관기의 기준 신호와 동일한 신호를 사용하여 BPSK 신호를 상관시키는 것은 도 4에 도시된 것과 같은 시간 지연의 함수로서 상관 출력에서 "삼각" 형상 최고점을 제공한다.
상기에 언급된 바와 같이, 본 발명에서, BOC 신호는 실수값 주기적 신호가 곱해진다. 세 개의 트레이스들을 도시하는 도 8을 생각하자. 상부 트레이스는 실수값 주기적 신호를 나타낸다. 중간 트레이스는 도 1의 들어오는 BOC 신호를 나타내고, 즉 원래의 부반송파 신호는 BPSK 신호가 곱해진다. 명확성을 위해, BOC 신호를 생성한 BPSK 신호는 도 8에서 BOC 신호상에 중첩된 점선으로 도시된다. BOC 신호는 세 개의 개별적인 부분들을 갖는다. 대략 t=0과 t=1 사이의 제 1 부분은 +1의 값을 갖는 BPSK 신호의 일 부분이 곱해지는 부반송파 신호로부터 초래된다. 대략 t=1과 t=2 사이의 제 2 부분은 -1의 값을 갖는 BPSK 신호의 일 부분이 곱해지는 부반송파 신호로부터 초래된다. 하부 트레이스는 주기적 신호(상부 트래이스)와 들어오는 BOC 신호(중간 트레이스) 사이의 곱셈의 결과를 보여준다.
주기적 신호와 BOC 신호 사이의 시간 지연은 BOC 신호의 제 1 및 제 3 부분들의 최고점들이 대략적으로 주기적 신호의 최고점들과 시간적으로 정렬되는 것이다. 또한, BOC 신호의 제 2 부분의 최고점들은 대략적으로 주기적 신호의 최저점들과 시간적으로 정렬된다. 이는 BOC 신호에 주기적 신호를 곱하는 것은 도 8의 하부 트레이스를 생성한다는 것을 의미한다. 이러한 하부 트레이스는 BPSK 신호에 대한 형태와 유사하다(중간 트레이스 위에 중첩된 점선). 상관기가 BPSK 신호를 기준 신호로서 사용하기 때문에, 하부 트레이스가 상관기를 통과하는 것은 큰 양의 결과를 생성한다.
도 9 및 도 10은 도 8과 동일한 3 개의 트레이스들을 도시하지만, 도 9 및 도 10에서 주기적 신호와 들어오는 BOC 신호 사이의 시간 지연은 도 8과 상이하고 서로 상이하다. 도 9에서, 시간 지연은 BOC 신호의 제 1 및 제 3 부분들의 최고점들이 대략적으로 주기적 신호의 최저점들과 시간적으로 정렬된다는 것이다. 또한, BOC 신호의 제 2 부분의 최고점들은 대략적으로 주기적 신호의 최고점들과 시간적으로 정렬된다. 이는 BOC 신호에 주기적 신호를 곱하는 것은 도 9의 하부 트레이스를 생성하는 것을 의미한다. 이러한 하부 트레이스는 BPSK 신호에 대해 대략 반대의 형태를 갖는다(중간 트레이스 위에 중첩된 점선). 상관기가 BPSK 신호를 기준 신호로서 사용하기 때문에, 하부 트레이스가 상관기를 통과하는 것은 큰 음의 결과를 생성한다.
도 10에서, 주기적 신호와 BOC 신호 사이의 시간 지연은 BOC 신호의 제 1 및 제 3 부분들의 최고점들이 주기적 신호의 최고점들로부터 시간적으로 약간 오프셋이 있는 것이다. 또한, BOC 신호의 제 2 부분의 최고점들은 주기적 신호의 최저점들로부터 시간적으로 약간 오프셋이 있다. 이는 BOC 신호에 주기적 신호를 곱하는 것은 도 10의 하부 트레이스를 생성한다는 것을 의미한다. 도 10의 이러한 하부 트레이스는 세 개의 부분들을 갖는다. 대략 t=0와 t=1 사이의 제 1 부분에서, 값 +1은 값 -1보다 더 자주 발생한다. 값 +1는 시간의 X% 발생하고, X는 50보다 크다는 것을 알 수 있다. 대략 t=1과 t=2 사이의 제 2 부분에서, 값 -1은 시간의 X% 발생하고, 따라서 값 +1보다 더 자주이다. 제 3 부분은 제 1 부분과 동일한 형태를 갖는다. 상관기가 BPSK 신호를 기준 신호로서 사용하기 때문에, 하부 트레이스가 상관기를 통과하는 것은 양의 결과를 생성한다. 그러나, 결과의 크기는 도 8의 크기보다 적고; 사실상 도 8의 크기의 X%이다.
따라서, 상관 출력의 크기는 BOC 신호와 주기적 신호 사이의 시간 지연에 종속된다는 것이 이해될 수 있다. 본 발명은 BOC 신호와 주기적 신호 사이의 시간 지연을 결정하고, 그래서 수신기에서 BOC 신호의 도착 시간을 정확하게 결정하기 위해 이러한 종속성을 이용한다. 최고점 상관 출력은 들어오는 BOC 신호와 실수값 주기적 함수 사이의 시간 지연에 의해 변한다.
상기에 언급된 바와 같이, 본 발명의 방법에서, 들어오는 BOC 신호의 일 부분은 코사인 위상 주기적 함수가 곱해지고 BOC 신호의 동일한 부분은 사인 위상 주기적 함수가 곱해진다. 각각의 출력을 상관시키는 것은 상이한 결과를 생성할 것이다. 이는 사인 위상 신호들의 최고점들 및 최저점들이 코사인 위상 신호들의 최고들 및 최저점들로부터 오프셋이기 때문이고, 그래서 두 개의 곱셈 동작들이 상이한 결과들을 생성할 것이다. 도 5는 코사인 위상 주기적 함수(하부 트레이스)가 곱해진 BOC 신호에 대한 상관기 출력 및 사인 위상 주기적 함수(상부 트레이스)가 곱해진 BOC 신호에 대한 상관기 출력을 보여준다.
상관기 출력들의 둘 모두는 들어오는 BOC 신호와 각각의 주기적 신호 사이의 시간 지연과 함께 변한다. 이는 신호가 도 5에서보다 나중의 부반송파 기간의 1/16 시간에 도달하는 경우에 대해 상관기들의 출력을 보여주는 도 6에 도시된다. 하부 그래프는 제 1 상관기(10)의 결과들을 도시하고 상부 그래프는 제 2 상관기(11)의 결과들을 도시한다. 도 5 및 도 6에 도시된 그래프들에서 라인들이 직선들이기 때문에, 상위 및 하위 그래프들의 크기의 비는 수평축상의 위치에 무관하다. 주기적 신호들에 관한 들어오는 신호의 시간 지연은 상부 및 하부 그래프들의 크기들의 비를 사용하여 계산된다. 따라서, 이러한 시간 지연은 그들의 출력들이 상관 최고점으로부터 멀어지더라도 사인 및 코사인 상관 출력들을 사용하여 정확하게 계산될 수 있다.
도 7은 들어오는 신호와 적용된 주기적 신호들 사이의 시간 지연과 함께 최고점 상관 출력들이 어떻게 변하는지를 도시한다. 곡선들 중 하나는 코사인 위상 주기적 함수를 사용하여 최고점 상관 출력을 도시하고, 다른 것은 사인 위상 주기적 함수를 사용하여 최고점 상관 출력을 도시한다. 두 개의 곡선들이 실질적으로 지연에 대해 사인 함수 의존성을 갖는다는 것이 이해될 수 있다. 실수값 사인 및 코사인 위상 신호가 서로에게 알려진 관계를 갖기 때문에, 상관 출력들의 값들을 비교하는 것은 시간 지연이 계산되게 한다. 특히, 시간 지연은 제 1 및 제 2 상관기 출력들 사이의 비의 아크탄젠트에 비례한다.
5 : 안테나
6 : 복조기
8, 9 : 곱셈기 10 : 제 1 상관기
11 : 제 2 상관기
8, 9 : 곱셈기 10 : 제 1 상관기
11 : 제 2 상관기
Claims (15)
- 수신기에 들어오는 위성 신호의 도착 시간을 결정하는 방법에 있어서,
들어오는 신호를 수신하는 단계, 제 1 변경 출력을 생성하기 위해 상기 들어오는 신호에 제 1 실수값 주기적 변경 신호를 곱하는 단계, 제 1 상관 출력을 획득하기 위해 상기 제 1 변경 출력을 상관시키는 단계, 제 2 변경 출력을 생성하기 위해 상기 들어오는 신호에 제 2 실수값 주기적 변경 신호를 곱하는 단계, 제 2 상관 출력을 생성하기 위해 상기 제 2 변경 출력을 상관시키는 단계, 및 상기 제 1 상관 출력을 상기 제 2 상관 출력과 비교하는 단계를 포함하는, 수신기에 들어오는 위성 신호의 도착 시간을 결정하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및/또는 제 2 실수값 주기적 변경 신호들은 2진값 또는 3진값인, 수신기에 들어오는 위성 신호의 도착 시간을 결정하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및/또는 제 2 실수값 주기적 변경 신호들은 일반적으로 사인 곡선형을 갖는, 수신기에 들어오는 위성 신호의 도착 시간을 결정하는 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 GNSS 위성 내비게이션 시스템에서 사용을 위한 것인, 수신기에 들어오는 위성 신호의 도착 시간을 결정하는 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 들어오는 신호는 BOC 신호인, 수신기에 들어오는 위성 신호의 도착 시간을 결정하는 방법. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 실수값 주기적 변경 신호는 상기 제 2 실수값 주기적 변경 신호에 대해 알려진 관계를 갖는, 수신기에 들어오는 위성 신호의 도착 시간을 결정하는 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 변경 신호는 사인 위상이고 상기 제 2 변경 신호는 코사인 위상인, 수신기에 들어오는 위성 신호의 도착 시간을 결정하는 방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 상관 출력들을 비교하는 단계는 상기 제 1 및 제 2 상관 출력들의 비를 계산하는 단계를 포함하는, 수신기에 들어오는 위성 신호의 도착 시간을 결정하는 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 방법은 상기 제 1 및 제 2 상관 출력들의 비의 아크탄젠트를 계산하는 단계를 추가로 포함하는, 수신기에 들어오는 위성 신호의 도착 시간을 결정하는 방법. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 주기적 변경 신호들은 실수값 2진(2-값) 신호들인, 수신기에 들어오는 위성 신호의 도착 시간을 결정하는 방법. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 주기적 변경 신호들은 3진(3-값) 신호들인, 수신기에 들어오는 위성 신호의 도착 시간을 결정하는 방법. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 들어오는 신호는 실질적으로 동시에 상기 제 1 변경 신호 및 상기 제 2 변경 신호가 곱해지는, 수신기에 들어오는 위성 신호의 도착 시간을 결정하는 방법. - 수신기에 신호의 도착 시간을 결정하기 위한 장치에 있어서,
들어오는 신호를 수신하기 위한 수신기, 상기 들어오는 신호에 제 1 실수값 주기적 신호를 곱하기 위한 제 1 곱셈기, 상기 제 1 곱셈기의 상기 출력을 상관시키도록 구성된 제 1 상관기, 상기 들어오는 신호에 제 2 실수값 주기적 신호를 곱하기 위한 제 2 곱셈기, 상기 제 2 곱셈기의 상기 출력을 상관시키기도록 구성된 제 2 상관기, 및 상기 제 1 및 제 2 상관기들의 각각의 출력들을 비교하기 위한 수단을 포함하는, 수신기에 신호의 도착 시간을 결정하기 위한 장치. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 곱셈기들은 상기 제 1 및 제 2 실수값 주기적 신호가 2진 또는 3진값이도록 적응되는, 수신기에 신호의 도착 시간을 결정하기 위한 장치. - 첨부하는 도면들을 참조하여 여기에 기술되는 방법 또는 장치.
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| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20210823 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
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| PG1601 | Publication of registration |