KR20170127219A

KR20170127219A - Gps/갈릴레오 복합수신기 베이스밴드 트랙킹 모듈 성능 개선 장치

Info

Publication number: KR20170127219A
Application number: KR1020160057556A
Authority: KR
Inventors: 정진호; 박용희; 박진모
Original assignee: 주식회사 두시텍
Priority date: 2016-05-11
Filing date: 2016-05-11
Publication date: 2017-11-21
Also published as: KR101836063B1

Abstract

GPS/갈릴레오 복합수신기 베이스밴드 트랙킹 모듈 성능 개선 장치가 개시된다. GPS L1과 갈릴레오 E1 엑큐지션(Acquisition) 도플러(Doppler) 검색범위(Search Rang) 수행시간(±7KHz, ±50KHz)을 비교하고 신호획득부의 도플러와 코드 오프?V(offset)을 GPS L1 PRN2 엑큐지션 결과(Doppler: 50000Hz)와 갈릴레오 E1 PRN12 엑큐지션 결과(Doppler: 5000Hz)를 일치시켜 수행하고, L1/E1 신호획득부 FFT-IFFT 신호획득부의 상관계수 설정에서 트래킹/필터 파라미터로 DLL 타입은 엔벨로프를, 데이터 채널 파라미터로 PLL 타입은 atan를 FLL 타입은 atan2를, 코드 인티그레이션 시간과 캐리어 인티그레이션 시간은 길게 설정한다. 따라서 수신기 클럭바이어스 PIT(Pre-detection Integration Time) 가변 조건에 따른 DLL(Delay Locked Loop)과 FLL(Frequency Lock Loop) 성능 개선으로 위치오차를 감소시킬 수 있다.

Description

GPS/갈릴레오 복합수신기 베이스밴드 트랙킹 모듈 성능 개선 장치{GPS/GALILEO COMPOSITE RECEIVER BASEBAND TRACKING MODULE PERFORMANCE IMPROVEMENT APPARATUS}

본 발명은 GPS/갈릴레오 복합수신기 베이스밴드 트랙킹 모듈 성능 개선 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 GPS/갈릴레오 복합수신기의 신호 다중 처리 수신기 베이스밴드 트랙킹 설계 제작 기법 중 수신기 클럭바이어스 PIT(Pre-detection Integration Time) 가변 조건에 따른 DLL(Delay Locked Loop)과 FLL(Frequency Lock Loop) 성능 개선으로 위치오차를 감소시키는 GPS/갈릴레오 복합수신기 베이스밴드 트랙킹 모듈 성능 개선 장치에 관한 것이다.

지피에스(GPS)위성은 6개의 궤도면에 분포해 30개의 위성이 돌고 있으며 전세계 어디에서나 최소 6개의 위성을 관측할 수 있다. 갈릴레오(Galileo) 위성은 미국의 GPS독점에 대항해 유럽연합(EU)에서 고도 23,000km 중궤도에 배치해서 30개의 위성을 운용할 계획이다. 두 위성은 표준으로 이중 주파수를 제공함으로써, 수미터 범위의 높은 위치 정확도를 제공한다. 또한, GPS 및 GLONASS와 함께 두 개의 다른 위성항법 시스템과 상호 운영될 수도 있다. GPS항법 신호는 L1, L1c, L2, L5c신호를 송출하고 있으며 Galileo 항법 신호는 E1, E5a, E5b, E6 4개의 대역에 실어 전송한다. 신호 구조는 GPS에서 사용되는 BPSK(Binary Phase Offset Carrier) 변조와 달리 Galileo는 BOC(Binary Offset Carrier) 변조 방법을 사용한다.

일반적으로 GPS와 Galileo 두 시스템의 위성을 사용해 측위할 경우 단독보다 높은 정밀도, 신뢰성, 가용성, 무결성이 제공되므로, 국내외에서 다중 위성용 수신기 개발과 응용 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히 GPS L1 신호와 Galileo E1 신호는 1575.42MHz 같은 대역을 사용함으로써, 하나의 수신전단부를 사용해 구성할 수 있어 기존 GPS 기술에 Galileo 기술을 접목해 수신기 제작에 대부분 응용하고 있다.

그러나 GPS와 Galileo는 각각 3개 대역과 4개의 주파수 대역으로 전송되나 이중 GPS L1 C/A 코드와 Galileo BOC(1, 1) 코드는 1575.42MHz L1 대역에 함께 전송되지만 GPS/Galileo 위성의 항법 메시지 전송은 PN 코드를 이용한 대역확산 방식으로 전송되어 변조 방식과 코드 길이가 서로 다르게 운영된다. 서로 다른 변조 방식과 코드 길이에 적응하여 복합수신기 베이스밴드 트랙킹 모듈의 성능 개선이 요구된다.

등록번호: 10-1475036, GPS 및 Galileo 위성 신호의 주파수 특성을 이용한 위성 신호 멀티패스 추적 시스템

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 수신기 클럭바이어스 PIT(Pre-detection Integration Time) 가변 조건에 따른 DLL(Delay Locked Loop)과 FLL(Frequency Lock Loop) 성능 개선으로 위치오차를 감소시키는 GPS/갈릴레오 복합수신기 베이스밴드 트랙킹 모듈 성능 개선 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, GPS L1과 갈릴레오 E1 엑큐지션(Acquisition) 도플러(Doppler) 검색범위(Search Rang) 수행시간(±7KHz, ±50KHz)을 비교하고 신호획득부의 도플러와 코드 오프셋(offset)을 GPS L1 PRN2 엑큐지션 결과(Doppler: 50000Hz)와 갈릴레오 E1 PRN12 엑큐지션 결과(Doppler: 5000Hz)를 일치시켜 수행하고, L1/E1 신호획득부 FFT-IFFT 신호획득부의 상관계수 설정에서 트래킹/필터 파라미터로 DLL 타입은 엔벨로프를, 데이터 채널 파라미터로 PLL 타입은 atan를 FLL 타입은 atan2를, 코드 인티그레이션 시간과 캐리어 인티그레이션 시간은 일정 시간 이상 설정한다.

코드 인티그레이션 시간과 캐리어 인티그레이션 시간은 슬립 CPU클럭을 계산하여 남는 시간을 고려하여 설정한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 GPS/갈릴레오 복합수신기 베이스밴드 트랙킹 모듈 성능 개선 장치를 이용할 경우에는 수신기 클럭바이어스 PIT(Pre-detection Integration Time) 가변 조건에 따른 DLL(Delay Locked Loop)과 FLL(Frequency Lock Loop) 성능 개선으로 위치오차를 감소시킬 수 있다.

도 1은 GPS L1 PRN2 엑큐지션 결과(Doppler: 50000Hz)와 갈릴레오 E1 PRN12 엑큐지션 결과(Doppler: 5000Hz)를 보인 예시도이다.
도 2는 SDR 테스트에서 트랙킹 구현 결과를 보인 예시도이다.
도 3은 실험 시나리오를 보인 예시도이다.
도 4는 딜레이 락 루프 디스크리미네이션의 비교를 보인 예시도이다.
도 5는 PLL 1ms PIT에서 이상이 발생할 경우 테스트 조건을 나타낸 예시도이다.
도 6은 디스크리미네이터 타입 변경에 따라 최적의 성능을 발휘하는 파라미터를 보인 표이다.
도 7은 딜레이 락 루프와 주파수 락 루프의 위치오차 성능 개선을 보인 예시도이다.
도 8은 디스크리미네이터 테스트를 보인 예시도이다.
도9 은 루프 필터의 성능을 도시한 예시도이다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 GPS C/A 코드는 1.023Mcps의 BPSK 변조로 전송되고 갈릴레오 L1은 BOC(1,1)으로 변조되어 전송되는 환경에서 L1/E1 신호획득부 FFT-IFFT 신호획득부 방식 구현에 있어 상관계수는 유연하게 구성하여 사용하고 있으나 IF 데이터 컨트롤 처리는 슬립 CPU클럭을 계산하여 남는시간에 계산하지만 전리층 지연계수와 메시지가 없어 데이터가 불안정 해지는 지고 수신기 컨트롤 값 클럭 베이스의 공통오차를 거처나오며 절대시간을 가진 시계와 비교해야 정확하게 계산하는 것이 현실적으로 어렵기 때문에 정확도가 떨어진다.

본 발명은 L1/E1신호획득의 FFT-IFFT구현에 있어 GPS L1과 갈릴레오 E1 엑큐지션(Acquisition) 도플러(Doppler) 검색범위(Search Rang) 수행시간(±7KHz, ±50KHz)을 비교하고 신호획득부의 도플러와 코드 오프셋(offset)을 GPS L1 PRN2 엑큐지션 결과(Doppler: 50000Hz)와 갈릴레오 E1 PRN12 엑큐지션 결과(Doppler: 5000Hz)를 일치시켜 수행시킨다.

도 1은 GPS L1 PRN2 엑큐지션 결과(Doppler: 50000Hz)와 갈릴레오 E1 PRN12 엑큐지션 결과(Doppler: 5000Hz)를 보인 예시도이다.

GPS와 갈릴레오 신호간에 도플러 주파수가 다름을 알 수 있고, 서로 다른 도플러 주파수의 엑큐지션 결과를 일치시켜 신호획득부의 도플러와 코드 오프셋을 수행하는 것이다. 엑큐지션 결과를 일치시킴으로써 L1/E1 신호획득 성능을 향상시킬 수 있다.

도 2는 SDR 테스트에서 트랙킹 구현 결과를 보인 예시도이다.

수신기제어 클럭공통오차에서 절대시간을 가진 시계와 비교해야하는 어려움을 개선하고 트랙킹 구현결과 (1)GPS 위치 속도 시간과 (2)DOP값이 SDR검증을 통해 안정적으로 성능이 향상되어 최적화되는 결과를 확인할 수 있다. SDR 테스트로 트랙킹 구현 결과를 살펴보면 GPS 위치 속도 시간과 DOP 값이 안정적으로 향상되는 것을 알 수 있다.

도 3은 실험 시나리오를 보인 예시도이다.

위성항법 복합수신기의 성능 개선을 검증하기 위해 GNSS BB(Baseband) 트랙킹 모듈 성능 개선 및 최적화를 위해 PIT(Pre-detection Integration Time)가변조건에 따른 도 3의 실험 시나리오(test scenarios) 조건을 통해 디스크리미네이터 타입(Discriminator type) 확인 및 성능분석을 통해 실험 결과를 확인한다. 실험 시나리오로 다양한 조건을 가지도록 파라미터 설정을 달리한 후 실험 결과를 확인해서 트랙킹 모듈의 성능을 개선하고 최적화를 달성하는 것이다.

도 4는 딜레이 락 루프 디스크리미네이션의 비교를 보인 예시도이다.

딜레이 락 루프 디스크리미네이션의 비교(Comparison of delay lock loop discrimination)에서 (가)기울기가 1에 가까울수록 좋은 성능을 가지는 것을 알 수 있다. 도 4에서 박스로 표시된 구간이 기울기가 1에 가까울수록 좋은 성능을 가짐을 나타낸다.

도 5는 PLL 1ms PIT에서 이상이 발생할 경우 테스트 조건을 나타낸 예시도이고, 도 6은 디스크리미네이터 타입 변경에 따라 최적의 성능을 발휘하는 파라미터를 보인 표이다.

만약 도 5의 PLL 1ms PIT에서 이상이 발생할 경우 도 6의 디스크리미네이터 v타입의 변경에 따라 최적의 성능을 발휘하는 것으로 확인될 수 있다. DLL 파라미터는 엔벨로프로 설정하고, PLL 파라미터는 atan로 설정하고, FLL 파라미터는 atan2로 설정한 경우 최적의 성능을 발휘하는 것으로 확인된다.

도 7은 딜레이 락 루프와 주파수 락 루프의 위치오차 성능 개선을 보인 예시도이다.

딜레이 락 루프와 주파수 락 루프의 위치오차 성능 개선을 비교하면, 딜레이 락 루프는 인티그레이션 시간이 클수록 성능 향상이 크고, 주파수 락 루프는 atan보다 atan2에서 더 좋은 성능을 발휘한다.

위치오차 성능은 DLL 인티그레이션 시간이 클수록 성능이 향상되고 FLL 디스크리미네이터는 아크탄젠트(atan)보다 아크탄젠트2(atan2)에서 더 좋은 성능을 발휘하는 것을 도 7의 실험 결과에서 확인할 수 있다.

도 8은 디스크리미네이터 테스트를 보인 예시도이다.

디스크리미네이터 실험결과 노멀라이즈드 EML에서 최적 성능이 발휘되는 것을 확인할 수 있고, Envelop(new)항을 적용할 때 위치오차가 급감하는 것을 확인할 수 있다. 노멀라이즈드 EML이 다른 도트 프러덕트, 파워, 엔벨로프에 비해 최적 성능을 발휘함을 알 수 있다.

도9 은 루프 필터의 성능을 도시한 예시도이다.

루프 필터의 성능은 추정 신호 노이즈 비율 대비 노이즈 지터를 보인 것이다. 노이즈 지터는 38 내지 52 추정 신호 노이즈 비율에서 안정 구간을 가진다.

루프 필터의 트랙킹 루프 스테이빌리티(Tracking Loop stability)로 다이나믹(Dynamics) 분석한 결과 GNSS 위성 사용자간 기하학적 상태에 따라 위치 정확도 영향이 발생하므로 가시성(Visibility)에 GDOP가 영향을 받고 항법수신기의 안테나도 중요한 것으로 확인할 수 있다.

GNSS위성 사용자가 기하학적 운동에 따라 신호 다이나믹이 결정되며 엑큐지션 서치 스페이스(Acquisition search space) 크기에 따라 영향을 주고 트래킹 로버스트니스 투 신호 다이나믹(Traking robustness to signa dynamics)에 영향을 주었고 엑큐지션/트랙킹 민감도(Acquisition/Tracking Sensitivity)에는 영향이 없었다.

DLL(Delay Locked Loop)과 FLL(Frequency Lock Loop) 성능개선으로 위치오차 향상기술을 구현하여 검증한 결과 GPS/갈릴레오 복합수신기의 신호 다중 처리 수신기 BB(Baseband) 트랙킹 설계 제작 기법중 PIT(Pre-detection Integration Time) 가변조건에 따른 DLL(Delay Locked Loop)과 FLL(Frequency Lock Loop) 성능개선으로 위치오차 감소가 향상되는 것을 확인할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

GPS L1과 갈릴레오 E1 엑큐지션(Acquisition) 도플러(Doppler) 검색범위(Search Rang) 수행시간(±7KHz, ±50KHz)을 비교하고 신호획득부의 도플러와 코드 오프셋(offset)을 GPS L1 PRN2 엑큐지션 결과(Doppler: 50000Hz)와 갈릴레오 E1 PRN12 엑큐지션 결과(Doppler: 5000Hz)를 일치시켜 수행하고,
L1/E1 신호획득부 FFT-IFFT 신호획득부의 상관계수 설정에서 트래킹/필터 파라미터로 DLL 타입은 엔벨로프를, 데이터 채널 파라미터로 PLL 타입은 atan를 FLL 타입은 atan2를, 코드 인티그레이션 시간과 캐리어 인티그레이션 시간은 일정 시간 이상 설정하는 GPS/갈릴레오 복합수신기 베이스밴드 트랙킹 모듈 성능 개선 장치.
제1항에 있어서,
상기 코드 인티그레이션 시간과 상기 캐리어 인티그레이션 시간은 슬립 CPU클럭을 계산하여 남는 시간을 고려하여 설정하는 GPS/갈릴레오 복합수신기 베이스밴드 트랙킹 모듈 성능 개선 장치.