KR20170134267A - 교란 환경에서 gnss 수신기의 정밀도 향상을 위한 적응 안테나 조립체 - Google Patents

교란 환경에서 gnss 수신기의 정밀도 향상을 위한 적응 안테나 조립체 Download PDF

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KR20170134267A
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쌍트르 나쇼날 데튜드 스파씨알르 (쎄 엔 어 에스)
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Abstract

본 발명은 하나 이상의 센서, 가능하게는 안테나 위의 하늘의 이미지를 생성하는 어안 카메라를 포함하며, 상기 이미지는 열린 하늘과 이상한 하늘 영역을 식별하도록 처리되며, 상기 식별은 안테나 이득을 생성하는 데 사용된다. 그 결과, 다중경로 반사에 의해 영향을 받는 GNSS 신호들을 제거하기 위해, 비자연적인 하늘 영역들 상에 무효구역(null zones)이 배치되는 패턴 형태를 취할 수 있다. 본 발명의 안테나 조립체는 종래 기술의 임의의 GNSS 수신기와 함께 사용될 수 있다. 수신기의 위치 또는 그 방위에 관한 특정 데이터가 본 발명의 방법을 수행하는 데 필요하지는 않지만 일 실시예에서는 열린 하늘에서 볼 수 있는 위성의 수에 대한 정보를 보내는 것이 유용할 수 있다.

Description

교란 환경에서 GNSS 수신기의 정밀도 향상을 위한 적응 안테나 조립체{ADAPTIVE ANTENNA ASSEMBLY FOR IMPROVING PRECISION OF A GNSS RECEIVER IN A PERTURBATED ENVIRONMENT}
본 발명은 GNSS 수신기용 안테나 조립체에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 안테나 조립체내의 안테나의 방사 패턴이, 내비게이션 시스템의 전반적인 정밀도를 악화시킬 수 있는 비-시야(LOS: line of sight) 신호에 대해 보다 잘 보호되도록 표준 GNSS 수신기에 더 높은 비율의 LOS 신호를 제공하도록 적응되거나 재구성될 수 있다.
내비게이션 수신기의 사용은 일상생활에서 점차 보급되고 있다. 차량의 온보드 전자 장치, 스마트 폰, 태블릿에 내비게이션 수신기가 포함되어 있고 그 위에서 실행되는 응용 프로그램이 단말기 사용자의 위치 및 궤도에 대한 정보를 입력으로 포착하는 것이 일반적이다.
내비게이션 수신기는 중간 지구 궤도 위성에 의해 송신된 L-대역 RF(무선 주파수)신호에 의존하며, GPS(미국), Galileo™(유럽), Glonass™(러시아) 및 Beidou™(중국) 등 지구 표면의 대부분을 커버하기 위해 수십 개로 이루어진 위성군에 일반적으로 포함된다. 이러한 위성군은 GNSS(Global Navigation Satellite System)라는 일반적인 약어로 지정된다.
GNSS 반송파 신호는 수신기와 명확한 위성 사이의 의사 거리(pseudo-range)의 계산을 허용하는 의사 랜덤 코드 및 내비게이션 메시지에 의해 변조된다. 최소 4개의 의사 거리를 사용하여 수신기의 위치, 속도 및 시간(PVT: position, velocity, time)을 계산할 수 있다. 소비자가 사용하는 유형의 수신기에서 위치 정보는 내비게이션 솔루션을 계산하는데 직접 사용되는 정보이다.
PVT 측정은 다수의 오류에 의해 영향을 받고, 그 중 일부는 사용된 측정 원리의 본질적인 것(즉, 위성 궤도에 있어서의 편차에 기인하여, 대류권-대기 및 전리층-을 통한 RF 신호의 궤적의 편차로 인한 것), 수신기 및 위성의 불완전성에 기인한 것(예: 시계 편향) 또는 특정 시간에서 볼 때 인공위성들의 일부 배열에 기인한 것(즉, 수평선 너머의 위성 고도, 가시적인 위성의 낮은 분산-크게 희석된 정밀도(DOP: Dilution Of Precision)등)이다. 여러 교정이 사용될 수 있는데, 이러한 오류를 완화하기 위한 특정 처리기술은 특정 유형의 수신기에서만 사용할 수 있다(예: 이중 주파수 수신기는, 교정의 질에 따라서는 전리층 오차를 수 미터에서 수십 미터의 정밀도 이득까지 완화할 수 있음). 이것은 정밀 포인트 포지셔닝(PPP: Precise Point Positioning)로 알려져 있다. 차동 GPS(DGPS) 또는 실시간 Kinematics(RTK)는 외부 정보의 통합(알려진 위치를 가진 다수의 고정된 기준 스테이션에 대한 상대적인 위치 지정)덕분에 수십 센티미터의 정밀도를 제공한다.
특히, 이 위치가 다수의 물체에 의해 내비게이션 RF 신호를 반사하거나 또는 한 순간에 다수의 위성들의 시야(LOS: line of sight)를 막는 환경에 놓이게 될 때, 수신기의 위치에 의존하는 일부 오류를 일관되고 효율적인 방식으로 완화하는 것이 더욱 어렵다. 그러한 조건에서, PVT의 계산의 정밀도는 GNSS 신호를 획득할 때와 상기 신호를 추적할 때 모두, 오류의 모든 다른 원인이 동일하더라도 취약할 수 있다.
도심 협곡(즉, 마천루 사이의 거리)에서, 다중경로는 위성의 의사 거리의 결정시 오류(사용자 등가 거리 오류(User Equivalent Range Error): UERE)를 증가시킬 뿐만 아니라 안테나의 시야가 좁아지므로, 정밀도 희석(DOP)이나 (기하학적) 정밀도 희석(GDOP)을 초래하여 추가 인공위성의 사용으로 인한 정밀도의 증가가 제한된다.
UERE의 저하는 추적 루프에 의해 획득되거나 추적되는 명확한 위성의 신호 손상에 기인한다. 위성 추적은 획득된 코드 신호와 각 위성에 고유한 코드 신호의 수신기에 의해 생성된 다수의 로컬 복제본 간의 상관 함수의 최대화에 의존한다. 다중경로나 위성들에 의해 손상된 상관함수는 올바르게 획득되지 않거나 손실될 수 있다. 신호 추적이 여전히 가능하더라도 신호 손상은 상관함수의 형태에 영향을 미치므로 의사 거리 추정 및 UERE가 저하된다.
따라서, 대부분의 완화 기술은 상관 단계에서 적용되는 특정 처리에 의존한다. 적용될 수 있는 이러한 선행 기술에 대한 일반적인 개요는 예를 들어 Bhuiyan et alii, 위성기반 포지셔닝 응용을 위한 Advanced Multipath Mitigation Technique, International Journal of Navigation and Observation, Volume 2010, Article ID 412393을 참조한다. 이들 기술은: 좁은 상관기(즉, 칩 또는 코드 길이보다 훨씬 적은 간격의 상관기)를 사용하거나; 표준 수 3 대신 트래킹 채널 당 다수의 상관기를 사용하고 더블 델타 계산을 수행하거나; 다중경로 추정 지연 잠금 루프(Multipath Estimation Delay Lock Loop)는 상관 함수의 출력을 사용하여 LOS 및 비LOS 신호를 포함하는 명확한 위성의 전체 내비게이션 신호를 추정한다.
이러한 모든 해결책은 하드웨어 레벨 또는 소프트웨어 레벨에서 구현하려면 복잡하고 비용이 많이 든다. 어쨌든 이들은 스마트 폰이나 자동차 내비게이션 시스템에 사용되는 표준 소비자 수신기에는 현재 구현할 수 없다.
다중경로를 완화시키는 다른 시도가 시도되었는데, 예를 들어 Neuenschwander에 의한 "카메라로부터의 위성 추적: 역 GPS 문제", 스위스 연방 공과 대학교, 취리히, 2009 년에 설명된 해법이 시도되었다. 이러한 종류의 접근법에서, 수신기의 환경 이미지들이 획득되고; 이미지는 GNSS 수신기와 관련하여 고정된 관성 항법 시스템(INS: Inertial Navigation System)의 출력을 사용하여 지구중심 지구 고정 좌표로 변환되며, 위성은 한 위치에서 시간의 함수로서 한 군의 위성 위치를 제공하는 위성 천문력(ephemerides)과 이미지 처리의 출력 사이의 비교치로부터 시야에 있는 위성을 공제한다.
이러한 종류의 솔루션은 INS 플랫폼 및 외부 데이터를 필요로 하고 상당한 처리전력을 필요로 하기 때문에 구현하기가 상당히 복잡하다. 따라서, 일반 대중이 이용할 수 있도록 표준 수신기에서 구현될 수 있는 다중경로의 영향을 완화하기 위한 해결책을 찾는 것이 중요하다. 본 발명은 상술된 단점을 극복하기 위한 해결책을 개시한다.
본 발명은 GNSS 신호를 수신하기 위한 안테나 조립체를 개시하고, 상기 안테나 조립체는, 상기 GNSS 신호를 수신하도록 적응된 복수의 RF 안테나 소자; 정의된 방사 패턴을 생성하기 위해 상기 안테나 요소들을 구동하도록 적응된 구동 회로들; 안테나 조립체 위의 시야에서 볼륨의 부분들의 하나 이상의 특성을 나타내는 데이터를 포착하도록 구성된 센서; 하나 이상의 GNSS 수신기에 대한 RF 포트; 상기 제1 표면에 대해 참조된 제2 표면 상에 상기 정의된 방사 패턴의 제1 표면 및 제2 투영상의 상기 볼륨의 상기 부분들의 제1 투영을 출력하도록 구성된 계산 로직으로서, 상기 제1 투영은 상기 데이터에 기초하여 이산수의 클래스로 분류되며; 상기 분류된 제1 투영에 기초하여 상기 정의된 방사 패턴을 형성하고 상기 RF 포트들을 통해 상기 하나 이상의 GNSS 수신기에 상기 GNSS 신호들을 전송하도록 상기 구동 회로들의 명령 신호들을 생성하도록 구성된 처리 로직을 포함한다.
바람직하게는, 상기 클래스들 중 하나는 안테나 조립체에 대한 LOS 시야를 정의하고, 상기 구동 회로는 LOS 시야를 정의하는 클래스에 대한 방사 패턴의 최대 이득을 정의한다.
바람직하게는, 상기 구동 회로는 위상 시프터이다.
바람직하게는, 상기 볼륨의 상기 부분들은 상기 안테나 조립체의 이득값을 정의하는 입체각이다. 바람직하게는, 상기 볼륨의 부분들의 하나 이상의 특성은 전자기 방사선에 대한 그들의 투명성을 포함한다.
바람직하게는, 전자기 방사선에 대한 볼륨 부분의 투명도를 나타내는 데이터는 표면 위의 열린 하늘에 대해 LOS/비-LOS를 정의하는 2-상태 변수를 포함한다.
바람직하게는, 센서는 어안 카메라, 열 카메라, 레이더 또는 라이더(lidar) 중 하나 이상을 포함한다.
바람직하게는, 분류는 개방된 하늘에서 건물 및 물체를 구별하기 위해 어안-카메라의 출력에서의 이미지 및 파라미터를 처리하는 컴퓨팅 로직에 의해 수행된다.
바람직하게는, 분류는 열 방출물체를 구별하기 위해 열 카메라의 출력에서 하나 이상의 파라미터를 처리하는 컴퓨팅 로직에 의해 수행된다.
바람직하게는, 분류는 레이더 또는 레이더의 출력에서 하나 이상의 파라미터를 처리하여 시야 내의 반향 물체(echo-returning objects)를 구별하는 컴퓨팅 로직에 의해 수행된다.
바람직하게는, 상기 계산 로직 또는 상기 처리 로직 중 하나 이상은 상기 안테나 조립체의 메모리에 저장된 이득 패턴 정형 인자들의 테이블에 액세스하고, 상기 이득 패턴 정형 인자들은 상기 제1 투영의 각 클래스에 적용되고, 이득 패턴 형성 인자는 구동 회로를 구동하는데 사용된다. 바람직하게는, 상기 컴퓨팅 로직 또는 상기 처리 로직 중 하나 이상은 최소 입체각에 의해 제어되고 상기 클래스의 시야가 상기 최소 입체각보다 작은 경우 상기 LOS 시야를 정의하는 클래스를 확장한다.
바람직하게는, 본 발명의 안테나 조립체는 하나 이상의 GNSS 수신기로부터 계산된 PVT를 획득하도록 구성된 하나 이상의 GNSS 수신기로부터의 복귀 경로를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 컴퓨팅 로직 또는 상기 처리 로직 중 하나 이상은 정의된 시간 및 위치에서 시야 내의 최소 4개의 GNSS 위성을 발견할 수 있는 확률 테이블에 의해 제어되고, 상기 컴퓨팅 로직 또는 상기 처리 로직 중 하나 이상은, 상기 LOS 시야에서 최소 4개의 GNSS 위성을 발견할 확률이 측정시에 상기 안테나 조립체의 위치에서의 상기 테이블에서의 최소 확률보다 낮으면, 상기 LOS 시야를 정의하는 클래스를 확장하도록 구성된다.
본 발명은 또한 안테나 조립체로부터 GNSS 신호를 수신하는 RF 입력을 통해 GNSS 신호를 획득하는 하나 이상의 GNSS 수신기를 포함하는 위치 확인 시스템을 개시하며, 상기 안테나 조립체는, 상기 GNSS 신호를 수신하도록 적응된 RF안테나 소자들; 정의된 방사 패턴을 생성하기 위해 상기 안테나 요소들을 구동하도록 적응된 구동 회로들; 상기 안테나 조립체의 시야 내의 볼륨의 부분들의 하나 이상의 특성을 나타내는 데이터를 포착하도록 구성된 센서; 하나 이상의 GNSS 수신기에 연결된 RF 회로; 상기 제1 표면에 대해 참조된 제2 표면 상에 상기 정의된 방사 패턴의 제1 표면 및 제2 투영상의 상기 볼륨의 상기 부분들의 제1 투영을 출력하도록 구성된 계산 로직으로서, 상기 제1 투영은 상기 데이터에 기초하여 이산수의 클래스로 분류되며; 상기 분류된 제1 투영에 기초하여 상기 안테나 조립체의 상기 정의된 방사 패턴을 형성하고 상기 하나 이상의 GNSS 수신기에 상기 GNSS 신호들을 전송하도록 상기 구동 회로들의 명령 신호들을 생성하도록 구성된 처리 로직을 포함한다.
또한, 본 발명은 GNSS 신호용 안테나 조립체의 방사 패턴을 형성하는 방법을 개시하며, 상기 방법은:
안테나 조립체를 통해 GNSS 신호를 수신하는 단계 - 상기 안테나 조립체는 RF안테나 소자를 포함 함 -;
규정된 방사 패턴을 생성하도록 상기 안테나 소자를 구동하는 단계;
상기 안테나 조립체 위의 시야에서 볼륨의 부분들의 하나 이상의 특성을 나타내는 데이터를 획득하는 단계;
GNSS 신호를 RF출력으로부터 하나 이상의 GNSS 수신기로 출력하는 단계;
상기 제1 표면을 참조하는 제2 표면 상에 상기 정의된 방사 패턴의 제1 표면 및 제2 투영상의 체적 부분의 제1 투영을 출력하는 단계 - 상기 제1 투영은 상기 데이터에 기초하여 이산된 수의 클래스들로 분류 됨 -;
상기 분류된 투영에 기초하여 상기 안테나 조립체의 상기 정의된 방사 패턴을 형성하고 상기 RF출력을 통해 상기 하나 이상의 GNSS 수신기에 상기 GNSS 신호들을 전송하도록 상기 구동 회로들의 명령 신호들을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 목적은 이러한 요구를 충족시키는 데 있다. 이러한 효과를 위해, 본 발명은, 그 방사 패턴이 센서에 의해 결정된 수신기 위의 LOS 시야의 결정에 기초하여 재구성될 수 있는 안테나 조립체를 개시한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 의해 연구되는 종래 기술에서의 LOS/비-LOS 통신의 문제점을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 조립체의 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 조립체 및 대응하는 빔 형성 패턴의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 방법을 구현하기 위한 흐름도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 열린 하늘 영역을 결정하는 프로세스를 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 열린 하늘 영역으로부터 오는 빔을 필터링하기 위해 안테나 이득 패턴 형성을 구동하는 프로세스를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 회로를 갖는 안테나 소자의 예를 도시한다.
도 7은 도 6의 안테나 조립체의 가능한 구성의 테이블을 도시한다.
도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8d, 도 8e 및 도 8f는 도 7의 표에 표시된 상이한 구성에서 도 6의 안테나 조립체의 방사 패턴을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서 안테나 이득 패턴 형성을 적응시키기 위한 피드백 루프를 도시한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 의해 연구되는 종래 기술에서의 LOS/비-LOS 통신의 문제점을 도시한다. 도 1a에서, 수신기(110a)는 2개의 건물(120a) 사이에 위치된다. 어떤 신호들(130a)은 직접적으로 수신기에 도달한다. 다른 신호들(140a)은 건물에 반사된 후에 수신기에 도달한다. 표준 수신기는 직접 신호들(130a)과 반사된 신호들(140a) 사이의 차이를 구별할 수 없으므로, 위치 결정 오차를 초래한다. 수신기(110a)의 주어진 위치에서의 다중경로 오류(multipath errors)는 수신기의 주어진 위치에 존재하는 장애물의 특성(높이, 그 표면의 거칠기 등)뿐만 아니라, 위성의 고도, 하루의 시간, 그리고 기상 조건 등에도 영향을 받는다.
특히 다중경로 오류는 위치 및 시간 의존적이어서 상당한 메모리 및/또는 처리 전력을 필요로 하기 때문에, 다중경로 오류를 교정하는 것은 상당히 어렵다. 또한, 이중 주파수 수신기와 같은 경우, 특히 전리층 오차에 쉽게 대응할 수 있지만, 콜드 스타트가 필요한 경우, 특히, 다중경로 환경에서 효율적이지 않다. 따라서, 내비게이션 솔루션의 오류해결 예산에 영향을 미치는 다른 유형의 장애에 관해서는 이런 문제에 대한 해결책을 찾는 것이 항상 문제였다. 표준 GNSS 수신기에 적용할 수 있는 간단한 방법으로는 더욱 그렇다.
도 1b에 도시된 바와 같이 GNSS 수신기 바로 위에 수직으로 보이는 하늘이 열려 있는 뷰 영역인 가시LOS 영역과, 반사 영역인(120b, 130b, 140b, 150b, 160b) 비LOS영역으로 분할될 수 있다. 영역(110b)에서 나오는 GNSS 신호는 다중경로 완화 없이 처리될 수 있으며, 반면에 다른 영역에서 나오는 신호는 직접 RF 신호들과 반사 신호들 모두를 포함하므로, 항상 효율적이지 않은 복잡한 처리를 필요로 한다.
본 발명의 개념은 LOS상에 있지 않은 위성으로부터 수신된 신호를 제거하고, 이 결과는 수신기 위에 하늘의 LOS/비LOS 영역에 일치하도록 GNSS 수신기의 안테나의 방사 패턴을 성형하여 얻어진다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 조립체의 개략도를 도시한다.
도 2의 안테나 배열은 몇몇 폼 팩터를 가질 수 있고 GNSS 수신기와 관련하여 다른 장소에 위치될 수 있는 안테나의 양식화된 도면이다. 이는 비 또는 눈으로부터 안테나 소자들(220)을 보호하기 위한 레이돔(210)을 포함한다.
안테나 소자는 L-대역(즉, 일반 대중이 이용할 수 있는 현재의 표준 서비스에 대해 약 1.5 GHz)에서 GNSS 신호를 수신하도록 형성된다. 이들은 설명에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 가변 방사 패턴을 생성하도록 배열된다. 그렇게 하기 위해, 다수의 기생 소자, 위상 시프터 및/또는 구동 회로가 안테나 소자에 근접하여 위치될 수 있다. 레이돔은 또한 유리하게도 DC 입력(230), GNSS 수신기에 신호를 송신하는 RF출력(240)을 포함한다. 일 실시예에서, 수신기와의 데이터 링크(도시되지 않음)가 또한 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이는 또한 레이돔의 상부의 개방된 부분 또는 상기 상부의 바로 위에 하나 또는 그 이상의 센서(250)를 포함하며, 상기 센서는 안테나 배열 위의 하늘을 스크린하여 하늘의 구역을 설정한다. 센서는 안테나 장치와 함께 배치될 수는 없지만 상대적 위치는 확인될 수 있다.
하늘을 스크린하기에 적합한 센서는 어안렌즈가 있는 카메라일 수 있다. 어안카메라는 적어도 하나의 방향에서 180 °의 넓은 시야(FOV:field of view)를 제공한다. 어안 렌즈 카메라는 원형, 즉 이미지 형식의 전체 프레임을 커버하는 원형의 이미지를 생성하거나 풀 프레임, 즉 이미지 형식의 전체 프레임을 포착하는, 프레임보다 큰 원형 이미지를 생성한다. 대안으로서 반구형 레이돔 상에 배열된 상이한 고도 및 방위각 배향을 갖는 다수의 CCD/CMOS 이미지 센서는 동일한 결합FOV를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 이미지 센서 각각은 개별 안테나 소자에 연결되어 각 결합된 이미지 센서 및 안테나 소자에 의해 FOV 내에서 수신된 광량에 기초하여 동일한 이미지의 이득을 구동할 수 있다. 이러한 실시예는 아래의 도 2a 및 2b와 관련하여 설명된다. 이미지 센서는 가시광선만 감지할 뿐만 아니라 자외선(UV) 또는 적외선(IR)광도 감지할 수 있다. 수신기가 야간에 작동할 수 있도록 가시광선 및 IR센서의 조합이 필요할 수도 있다.
일 실시예에서, 이미지 센서는 복수의 레이더, 라이더 또는 열 센서로 대체될 수 있다. 이러한 유형의 센서는 센서의 FOV에서 장애물을 감지하여 열린 하늘과 비자연적인 하늘을 구별할 수 있다.
다른 실시예에서, 하나 이상의 센서는 이미지 센서와 레이더, 라이더 또는 열 센서의 조합을 포함할 수 있다. 그러한 구성은 야간/주간 기능을 제공하는데 유용하며, 또한 GNSS 수신기가 "깨끗한" 다중경로 반사, 즉 사용가능한 반사 신호를 수신하는 경우에도 유용할 수 있다. 예를 들어, 다중경로 반사가 정 반사인 사용 예에서, 즉 표면이 전자기 방사선에 대해 거울처럼 반응하는 경우, 반사 표면까지의 거리 및 반사의 방향을 처리하는 것이 가능하다. 이 경우 레이더 또는 라이더 센서가 반사면의 거리와 방향을 측정한다.
본 발명에 따르면, 안테나 장치는 일반적으로 안테나 제어 유닛(ACU, 260)을 포함한다. ACU는 센서(250)의 출력을 처리함으로써 반사영역으로부터 열린 하늘 영역을 차별화하는 컴퓨팅 로직을 포함한다. 이 유형의 처리는 본 기술 분야에 공지되어 있으며, 상세한 설명에서 설명된다. ACU는 안테나 요소(220)의 구동 회로의 명령을 생성하는 처리 로직을 더 포함하는데 이 명령은 안테나 장치의 방사패턴이 열린 하늘/비자연적인 영역과 일치하도록 즉, 높은 이득이 열린 하늘에 적용되고, 낮은 이득 또는 무효값(null)이 비자연적 영역에 적용되도록 구성된다.
따라서, 변형 예에서는, LOS에서 수신되고 다중경로 반사에 의해서 영향을 받지 않는 신호가 RF출력(240)을 통해 GNSS 수신기로 송신되는 것도 있다. 다른 변형 예에서, 반사된 신호의 일부는 반사 표면을 특성화하기 위한 매개 변수와 함께 GNSS 수신기("깨끗한" 반사)로 전송된다.
또 다른 변형 예에서, GNSS 수신기로부터 처리 유닛까지의 입력 포트가 있으며, 이 입력 포트는 보이는 위성의 수와 같은 데이터를 수신한다. 열린 하늘에서 볼 수 있는 위성의 수가 4 이하로 떨어지면 처리 유닛은 열린 하늘을 정의하는 조건을 완화하여 더 많은 위성의 신호를 얻도록 더 넓은 FOV를 생성하기 위해 안테나 요소를 구동하여 획득된 위성의 수는 4 이상으로 증가될 수 있다.
다른 변형 예에서, 예를 들어, 의사 거리 측정값의 UERE(User Equivalent Range Error) 또는 PVT 결정값과 같은 다른 요소들에 대한 안테나 조립체 이득 패턴의 선택에 적응시키도록, 다른 데이터가 GNSS 수신기로부터 입력 포트를 통해 처리 유닛으로 전송된다.
본 발명의 모든 변형 예에서 적용의 타협선은, 처리 유닛에 공급되는 데이터가 제공하는 위치의 정확도 개선과, 프로세싱 유닛/ACU에 필요한 추가 전력의 비용 사이에서 결정될 것이다. 도 2a 및 2b는 각각 본 발명의 실시예에서의 안테나 조립체 및 그에 대응하는 빔 형성 패턴의 개략도를 나타낸다.
도 2a는 빔 형성 네트워크(BFN:Beam Forming Network)의 개략도이다. BFN은, 예를 들어 평면에 위치한 n개의 루네부르크(Luneburg) 렌즈로 형성될 수 있다. 일반적인 루네부르크 렌즈의 굴절률 i는 중심에서 바깥 면으로 방사형으로 감소한다. 따라서 BFN의 n 요소의 방사 패턴은 서로 독립적으로 만들어져 수신하는 신호가 평면 위에 있는 하늘의 p 영역과 독립적으로 일치하도록 만들 수 있다. 도 2b는 BFN의 빔 형성 패턴을 도시하며, 따라서 BFN은 하늘의 개별 영역, 즉, 다중경로 반사에 의해 영향을 받는 일부 영역 및 다중경로 반사에 영향을 받지 않는 다른 영역을 도시하며 이들은 각각에 대응하여 처리된다.
도 3은 그 실시 예에 따른 본 발명의 방법을 구현하기 위한 흐름도를 도시한다.
단계(310)에서, 안테나 장치를 둘러싸는 환경을 나타내는 데이터가 센서(250)로부터 획득된다. 이미 설명된 바와 같이, 이 데이터는 원형 또는 풀 프레임 어안 카메라. 또한 다른 이미지 센서에 의해 서로 다른 방위각/고도 값으로 찍은 여러 이미지일 수 있다. 또한 픽셀 밝기 값으로 제한될 수도 있다. 또한 방위각/고도의 장애물까지의 거리에 대한 레이더 또는 라이더 측정값일 수 있다. 장애물이 감지되면 RF 신호의 흡수계수가 장애물과 관련될 수 있다. 이러한 계수는 "깨끗한" 다중경로 반사이기 때문에 여전히 처리될 수 있는 비-LOS GNSS 신호를 결정하는 데 사용될 수 있다. 이것은 다중경로 반사가 완전한 반사인 경우일 수 있다.
단계(320)에서, ACU(260) 내의 컴퓨팅 로직은 센서들로부터 획득된 데이터에 기초하여 분류된 영역들에서 하늘의 구획화를 수행한다. 데이터가 하늘의 이미지일 때, 그것은 통상의 기술자에게 알려진 이미지 분할 알고리즘 중 하나를 사용하여 처리될 수 있다. 이러한 알고리즘은 2015년 10월 캐나다 앨버타 주 밴프에서 실내 위치 및 실내 내비게이션에 관한 국제회의에서 발표된 예를 들어 P.V. Gakne 및 alii, "GNSS의 하늘 식별을 위한 이미지 분할 알고리즘 평가"에 나타나 있다. 이들은 Otsu, Mean-Shift, Graph-Cut 및 Hidden Markov Random Fields Expectation Maximization(HMRF-EM) 접근 방식을 포함한다.
본 발명의 변형에서, 분류는 2진수일 수 있다. 즉, 열린 하늘과 열리지 않은 하늘 영역이 결정된다. 본 발명의 또 다른 예에서, 하늘의 분류는 2개 이상의 클래스, 예를 들어 3개의 종류: 열려 있는 하늘; 깨끗한 다중경로 반사체; 더러운 다중경로 반사체 등 3개 클래스를 포함할 수 있다.
하늘의 분류를 위한 기초로서 작용하는 세그먼테이션의 해상도는 안테나 장치의 공간 해상도의 함수로서 적응될 수 있다. 이것은 또한 RF링크의 소정의 전력 예산을 달성하기 위해 수신기의 성능에 따라 다양해야 한다. 하늘 분할은 안테나 배열 이득의 기본값을 정의하는 기초 입체각을 기반으로 한다.
단계(330)에서, ACU(260)의 처리 로직은 안테나 이득 패턴 형성을 수행한다. 패턴 형성이 어떻게 작동하는지에 대한 몇 가지 예가 하기에서 설명된다. 패턴 형성은 구동 회로들을 통해 안테나 소자들(220)에 전송되는 명령들을 통해 구현될 수 있다. 이득 패턴 형성 단계에 의해 구성된 안테나 소자들에서 수신된 RF 신호들은 결합되어 GNSS 수신기로 전송된다(340).
이 프로세스는 GNSS 수신기가 이동속도에 따라 변할 수 있는 주파수에서 반복된다(350). 예를 들어, 도시에서 30km/h로 주행하는 자동차는 이동거리가 초당 8m를 넘는다. 1 ~ 2 초마다 업데이트하면 충분하다.
일 실시예에서, GNSS 수신기로부터의 리턴 루프는 최소한의 위성들만 포착되도록 열린 하늘 조건을 완화시키기 위해 하늘 세그먼트들의 분류의 수정을 허용한다(360). 이것은 안테나 패턴 형성에 의한 필터링 후에 수신기에서 수신된 위성 신호들의 수의 표시를 ACU(260)에서 수신기로부터 수신할 것을 요구한다. 그러나 다른 데이터는 정확성이 더 높은 응용 프로그램, 특히 전문 응용 프로그램에 유용할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따라 열린 하늘 영역을 결정하는 프로세스를 도시한다. 도 4a는 수신기 위에 솟아오른 빌딩이 있는 하늘에 대한 2개의 다른 원형의 어안 이미지(410a, 420a)를 도시한다. 도 4b는 상기 각각 410b 및 420b 이미지를 두 세그먼트로 만든, 두 이미지의 변환이다. 상기 세그먼트는 열린 하늘 영역(411b, 421b)과 비공개 하늘 영역(412b, 422b)을 포함한다. 이 간단한 세그먼트 분할에 기초하여, 안테나 이득 패턴 형성이 생성된다.
적절한 안테나 이득 패턴 형성 프로세스는 애플리케이션, 안테나의 분해능 및 이용 가능한 처리 전력의 함수로서 선택된다. 일반적으로 안테나의 분해능은 크기에 따라 증가하기 때문에 독립형 스마트 폰에서는 고정밀이며 고해상도 안테나가 필요한 응용 프로그램을 사용할 수 없다. 그럼에도 불구하고, 실내의 위치 신호를 재분배하기 위해 예를 들어 쇼핑몰의 옥상에 배치된 안테나 어레이를 제공하는 것이 가능하다. 안테나 어레이는 또한 지나가는 보행자의 스마트 폰 또는 차량의 내비게이션 시스템에 위치선정 신호를 재분배하기 위해 교차로에 배치될 수 있다. 도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 열린 하늘 영역으로부터 오는 빔을 필터링하기 위해 안테나 이득 패턴 형성을 구동하는 프로세스를 도시한다. 도 5a는 도 4b의 좌측 이미지를 나타낸다. 다중경로 반사에 영향을 받은 대부분의 GNSS 신호를 제거하기 위해 안테나 이득을 형성하는 간단한 방법은 개방된 하늘 섹터(411b)를 온(On)상태 방사영역(511b)으로 변환하고, 비자연적인 하늘섹터(412b)를 오프 상태 방사영역(512b)으로 변환하여 안테나 이득 패턴(510b)을 형성한다. 섹터의 수는 안테나의 해상도에 의해 결정된다.
도 5b의 안테나 이득 패턴을 생성하는 2가지 가능한 방법이 존재한다. 제1 방법은 정해진 안테나의 이득 패턴이 저장된 테이블화된 데이터베이스에서 원하는 패턴에 가장 가까운 패턴을 선택하는 것이다. 두 번째 방법은 안테나 어레이의 위상 법칙을 사용하여 필요한 위치(512b)에서 무효(null)를 생성할 어레이의 구성을 반전시켜 계산하는 것이다. 위상 법칙은 안테나 구성에 의존하며, 안테나 어레이 기술 분야의 당업자는 어떤 법칙이 적용되고 그것을 어떻게 반전시키는지를 알 것이다. 본 발명을 구현하는데 사용될 수 있는 위상 법칙의 예가 도 7과 함께 설명되며, 이들의 방사 패턴은 도 8a 내지 도 8f와 관련하여 논의된다. 두 가지 방법 중 하나를 선택하는 것은 ACU에서 사용할 수 있는 컴퓨팅 성능과 메모리에 따라 다르다. 대부분의 경우 테이블화된 데이터베이스로 충분하다. 어떤 경우에는, 데이터베이스 내에 상이한 테이블이 제공되어, 이득 패턴 형성하는 구성의 특정 서브-그룹이 데이터베이스의 테이블들 중 하나에서 선택되어, GNSS 수신기가 위치된 영역에서의 함수로서 결정된 특정 환경 조건에 대응되며, 상기 영역은 GNSS 수신기로부터 입력 포트를 통해 ACU로 전송된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 구동 회로를 갖는 안테나 소자의 예를 도시한다.
이 도면의 안테나 배열은 도 2의 안테나 배열의 예시적인 실시예이며, 안테나 배열(220)은 4개의 방사소자(621, 622, 623, 624)를 포함한다.
4개의 방사 소자는 예를 들어 나선형 소자이다. 그것들은 헬릭스 안테나일 수도 있다. 또한 패치 안테나 혹은, 적층형 구성일 수도 있다. 패치 안테나는 메타 물질, 아마도 인공 자기 도체(AMC: artificial magnetic conductor)에 내장될 수 있다. 소자는 100mm 간격을 갖는 정사각형 격자로 배열될 수 있으며, 이것은 1,575GHz의 GPS L1 주파수에 대한 파장의 약 절반이다. 방사 소자는 특정 접지면 구조화를 제공함으로써 상호 결합으로부터 보호될 수 있다.
4개의 방사 소자는 4개의 위상 시프터(631, 632, 633, 634)에 의해 구동된다. 위상 시프터는 2-상태 위상 시프터(0 내지 180 °)일 수 있다. 위상 시프팅은 기생 소자, 능동 렌즈 또는 일치 가능한 소자에 의해 수행될 수 있다. 기생 소자는 액추에이터에 의해 제어되는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)일 수 있다. 일반적으로, 위상 시프터는 ACU(260)로부터 전압 또는 전류 명령을 수신한다. 이 명령은 센서(250)로부터 열린 하늘/비자연적 하늘 이미지/패턴을 수신하는 열린 하늘 검출 알고리즘의 출력에 대응하는 방사 패턴을 생성하도록 구성된다. 이러한 구성은 고도 및 방위각에서 약 파이/8의 분해능을 가진다. 보다 우수한 분해능이 필요한 경우, 방사 소자의 수 및/또는 위상 시프터의 상태의 수를 증가시킬 수 있다. 안테나 조립체에 방사선의 주어진 도착 방향에 대한 안테나 조립체 및 방사 패턴을 선택하는 기술 분야의 당업자는 최적의 구성을 찾기 위해 조립체를 설계하는 방법을 이해할 것이다. 기생 신호의 주어진 목표 감쇠에 대해 공간적으로 신호를 구별하는 데 필요한 성능에 대해 고려해야 할 사항이 있다.
안테나 소자들의 출력들은 결합기(641)에서 결합되어 출력(240)을 통해 GNSS 수신기로 전송된다. 도 7은 도 6의 안테나 조립체의 가능한 구성들의 테이블을 도시한다. 4개의 안테나 소자(621, 622, 623, 624)는 각각의 2개의 가능한 위상 상태(0 내지 180)를 가지며, 가능한 구성의 총 개수는 4의 제곱 또는 16이다. 그러나 이들 구성 중 일부는 동일한 방사 패턴을 생성하는데, 왜냐하면 그것들은 결합된 파이 시프트에 의해서만 다르기 때문이다. 표에서 다음과 같은 경우이다.
- 첫 번째 동일한 패턴(패턴 I)을 생성하는 구성 1 및 16;
- 두 번째 동일한 패턴을 생성하는 구성 2, 5, 14 및 15(패턴 II);
- 세 번째 동일한 패턴을 생성하는 구성 3, 4, 12 및 13(패턴 III);
- 네 번째 동일한 패턴(패턴 IV)을 생성하는 구성 6 및 11;
- 다섯 번째 동일한 패턴(패턴 V)을 생성하는 구성 7 및 10;
- 여섯 번째 동일한 패턴을 생성하는 구성 8 및 9(패턴 VI).
ACU의 메모리에 저장된 테이블은 대응하는 위상 시프터 명령과 함께 6개의 가능한 패턴을 포함한다. 가능한 각각의 패턴에 대해, 안테나 배열의 평면과 같은 표면상의 안테나 패턴의 이득의 무효(null)값 및 비무효값의 맵이 또한 저장된다. 열린 하늘의 주어진 맵에 대한 패턴의 선택은 열린 안테나 검출 알고리즘의 출력에서 이들 안테나 패턴 맵과 온/오프 상태 맵(510b) 사이의 최적 맞춤에 기초하여 이루어진다. 센서의 공간 영역을 많은 수의 요소로 분할하여 최적으로 수렴할 수 있는 옵션도 있다. 도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8d, 도 8e 및 도 8f는 도 7의 표에 표시된 상이한 구성에서도 6개의 안테나 조립체의 방사 패턴을 나타낸다. 상술된 6개의 안테나 이득 패턴 각각에 대해, 상기 도면은 다음을 제공한다:
- 방사선의 도착 방향 및 매개 변수(주파수, 방사 효율, 이득...)의 수에 대한 함수로서의 이득 스케일을 갖는 3D 방사 다이어그램;
- 방사 다이어그램의 2차원 투영도
안테나 조립체의 파라미터(기하 구조, 재료, 위상 상태 등)가 시뮬레이션 툴(CSTTM, HFSSTM, FekoTM 또는 ComsolTM 또는 다른 독점 소프트웨어)에 입력될 때 이러한 방사 패턴은 시물레이션 툴에 의해 생성된다. 표에 대한 대안으로, 온/오프 다이어그램의 직접 계산을 위해 안테나 조립체의 위상 법칙을 ACU에 입력할 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에서, 선택적 리턴 경로에 의해 안테나 조립체로 전송되는 수신기 환경에서 수집된 정보에 기초하여 다수의 안테나 소자들을 활성화/비활성화시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서 안테나 이득 패턴 형성을 적응시키기 위한 피드백 루프를 도시한다.
특정 경우에, 다중경로 반사를 생성하는 것들의 필터링 후에, GNSS 수신기의 관점에서 위성의 수는 위성 의사거리로부터의 PVT를 계산하는데 통상적으로 필요한 것보다 낮은 4이하로 떨어질 수 있다. z가 계산되지 않으면 3개의 위성으로 충분할 수 있다. 이러한 상황에 대처하기 위해, 도 9에 도시된 바와 같이, 도 5b의 "온" 존(511b)을 확대시키는 루프 제공이 가능하다. 그 다음, 일부 존(912, 913, 914, 915)이 4개(또는 3개)의 위성을 포착하고 추적할 확률을 높이기 위해 추가될 수 있다. 이 단계를 수행하는 것은 PVT를 계산하도록 처리된 의사 거리로부터 대표 정보를 ACU가 수신하는 것을 가정한다. 이는 GNSS 수신기에서 ACU로 복귀 경로를 제공함으로써 달성될 수 있다. 프로세스는 포지셔닝 신호가 처리되는 위성의 수가 4 또는 3의 최소 세트에 도달할 때까지 반복된다.
본 발명의 실시예에서, 다중경로 반사에 의해 어느 정도까지 신호가 영향을 받게 하고 또한 영향을 받는 신호에 상이한 가중치를 적용하는 것이 효과적이다. 본 발명의 다수의 실시 예에서, 표준 모드에서 (즉, 수신된 모든 신호가 센서에 의해 필터링되지 않고 GNSS 수신기로 송신됨으로써) 주기적으로 동작하도록 안테나 조립체를 구동할 수 있으므로, 센서에 의해 필터링된 신호로부터 계산된 PVT로 수시로 비교될 수 있는 기준선 PVT를 계산한다. 열린 하늘에서 획득된 위성들의 수가 설정된 임계값 아래로 떨어질 때, 최대 지속기간 동안 손실 이전에 계산된 PVT를 전파하는 것이 또한 가능하다. 이것은 표준 수신기에 추가된 간단한 논리로 구현될 수 있다. 본 명세서에 개시된 예는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이다. 그들은 첨부된 청구범위에 의해 한정되는 상기 발명의 범위를 제한하지 않는다.
본 발명은 임의의 GNSS 수신기에서도 구현하기 쉽다. 수신기를 수정할 필요조차 없다. 본 발명의 안테나 조립체는 임의의 수신기와 결합될 수 있고 수신기의 개조를 필요로 하지 않는다. 안테나 조립체는 방사 패턴 형성의 공지된 방법을 사용할 수 있으며, 생성될 형상은 사전 설정된 주판(abacus)으로부터 획득되며, 이때 주판에서의 포인트의 선택은, 센서의 출력을 처리하여 수신기 위의 자유 공간의 결정에 기초한다. 본 발명은 하이 엔드, 중급 또는 일반 소비자용(즉, 헬리콥터, 전문 무인 비행기, 해군 함정, 트럭 또는 버스, 자동차 내비게이션 시스템, 태블릿 및 스마트 폰)에서 작동할 수 있다.
적용 등급 및 이 적용에 대한 시장과 일치하는 비용 대비 이익율에 따라, 목표 정밀도가 적절하게 정의될 수 있는데, 이것은 즉 안테나 소자의 크기 및 개수, 안테나 조립체의 상세규격, 그리고 안테나 처리 및 메모리 유닛의 성능에 의해 정의된다. 이러한 다양함으로 인해 본 발명은 넓은 범위에 걸쳐서 수행될 수 있다. 기본적으로 본 발명은 개조되지 않은 표준 수신기에서 실행될 수 있다. 그러나 주어진 시간과 위치에서 최적의 측정값을 선택하도록 PVT 계산으로부터 피드백루프와 함께 사용될 수도 있다. 본 발명은 열악하거나 온화한 환경에서 모두 명확한 위치 정확도 개선을 제공한다. 그렇게 하기 위해, 수신기 환경의 지형상의 실시간 운동 또는 증강 데이터와 같은 외부 데이터를 필요로 하지 않는다.
또한, 본 발명은 스푸핑(spoofing) 및 재밍(jamming)에 대한 보호를 제공하는데, 그 이유는 스푸퍼 및 잼머가 일반적으로 낮은 높이에 위치하기 때문이다. 또한, 본 발명은 작은 크기, 작은 중량, 작은 전력장치로 구현될 수 있다.
210: 레이돔 220: 안테나 소자들
230: DC 입력 240: RF 출력
250: 센서 260: 제어 유닛 ACU

Claims (16)

  1. GNSS(Global Navigation Satellite System) 신호를 수신하기 위한 안테나 조립체로서,
    GNSS 신호를 수신하도록 구성된 복수의 RF 안테나 소자(220);
    정의된 방사 패턴을 생성하기 위해 상기 RF 안테나 요소들을 구동하도록 구성된 구동 회로들(260);
    상기 안테나 조립체의 시야 내의 볼륨 부분의 하나 이상의 특성을 나타내는 데이터를 포착하도록 구성된 센서(250);
    하나 이상의 GNSS 수신기에 대한 RF 포트(240);
    제1 표면(410b, 420b) 상의 볼륨의 부분들의 제1 투영 및 상기 제1 표면에 대해 참조된 제2 표면(510b) 상에 설정된 방사 패턴의 제2 투영면을 출력하며, 상기 제1 투영면은 상기 데이터에 기초하여 이산적인 수의 클래스로 분류되는 컴퓨팅 로직; 및
    상기 분류된 제1 투영에 기초하여 상기 정의된 방사 패턴을 형성하고 상기 RF 포트들을 통해 상기 하나 이상의 GNSS 수신기에 상기 GNSS 신호들을 전송하기 위해 상기 구동 회로들의 명령 신호들을 생성하도록 구성된 처리 로직을 포함하는, 안테나 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 클래스들 중 하나는 상기 안테나 조립체에 대한 LOS 시야를 정의하고, 상기 구동 회로는 LOS 시야를 정의하는 클래스에 대한 상기 방사 패턴의 최대 이득을 정의하는 것을 특징으로 하는, 안테나 조립체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 구동 회로는 위상 시프터인, 안테나 조립체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 볼륨 부분은 상기 안테나 조립체의 이득 값을 정의하는 입체각인 것을 특징으로 하는, 안테나 조립체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 볼륨 부분의 하나 이상의 특성은 전자기 방사선에 대한 투명성을 포함하는, 안테나 조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전자기 방사선에 대한 상기 볼륨 부분의 투명도를 나타내는 상기 데이터는 상기 표면 위의 열린 하늘에 대한 LOS/비-LOS를 정의하는 2-상태 변수를 포함하는 것을 특징으로 하는, 안테나 조립체.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 센서는 어안 카메라, 열 카메라, 레이더 또는 라이더 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 안테나 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 분류는 상기 열린 하늘로부터 건물 및 물체를 구별하기 위해 상기 어안 카메라의 출력에서 이미지 및 파라미터 중 하나 이상을 처리하는 상기 컴퓨팅 로직에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 안테나 조립체.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 분류는 방열 대상을 구별하기 위해 상기 열 카메라의 출력에서 하나 이상의 파라미터를 처리하는 상기 계산 로직에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 안테나 조립체.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 분류는 상기 시야 내의 반향 물체를 식별하기 위해 상기 레이더 또는 상기 라이더의 출력에서 하나 이상의 파라미터를 처리하는 상기 컴퓨팅 로직에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 안테나 조립체.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연산 로직 또는 상기 처리 로직 중 하나 이상은 상기 안테나 조립체의 메모리에 저장된 이득 패턴 정형 인자들의 테이블에 액세스하고, 상기 이득 패턴 정형 인자들은 적용될 상기 제1 투영의 각 클래스에 상기 구동 회로를 구동하기 위해 사용되는 이득 패턴 형성 인자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 안테나 조립체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 컴퓨팅 로직 또는 상기 처리 로직 중 하나 이상은 최소 입체각에 의해 제어되고, 상기 클래스의 시야가 상기 최소 입체각보다 낮으면 상기 LOS 시야를 정의하는 클래스를 연장하는 것을 특징으로 하는, 안테나 조립체.
  13. 제2항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 GNSS 수신기로부터의 복귀 경로를 더 포함하고, 상기 복귀 경로는 상기 하나 이상의 GNSS 수신기에 의해 계산된 PVT들을 획득하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 안테나 조립체.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 연산 로직 또는 상기 처리 로직 중 하나 이상은 정의된 시간 및 위치에서 시야 내의 최소 4개의 GNSS 위성을 발견하는 확률 테이블에 의해 제어되고, 상기 연산 로직 또는 상기 처리 로직 중 하나 이상은 상기 LOS 시야의 최소 4개의 GNSS 위성을 발견할 확률이 측정시 안테나 조립체 위치에서 표의 최소 확률보다 낮으면 상기 LOS 시야를 정의하는 클래스를 확장하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 안테나 조립체.
  15. 안테나 조립체로부터 GNSS 신호를 수신하는 RF 입력을 통해 상기 GNSS 신호를 획득하는 하나 이상의 GNSS 수신기를 포함하는 위치 확인 시스템으로서,
    상기 안테나 조립체는,
    상기 GNSS 신호를 수신하도록 적응된 RF안테나 소자들;
    정의된 방사 패턴을 생성하기 위해 상기 안테나 소자를 구동시키는 구동 회로;
    상기 안테나 조립체의 시야 내의 볼륨 부분의 하나 이상의 특성을 나타내는 데이터를 포착하도록 구성된 센서;
    하나 이상의 GNSS 수신기에 연결된 RF회로;
    상기 제1 표면의 볼륨의 부분의 제1 투영 및 상기 제1 표면에 대해 참조된 제2 표면 상에 설정된 방사 패턴의 제2 투영면을 출력하며, 상기 제1 투영면은 상기 데이터에 기초하여 이산적인 수의 클래스로 분류되는 컴퓨팅 로직;
    상기 분류된 제1 투영에 기초하여 상기 안테나 조립체의 상기 정의된 방사 패턴을 형성하고 상기 하나 이상의 GNSS 수신기에 상기 GNSS 신호들을 전송하도록 상기 구동 회로들의 명령 신호들을 생성하도록 구성된 처리 로직을 포함하는, 위치 확인 시스템.
  16. GNSS 신호용 안테나 조립체의 방사 패턴을 형성하는 방법으로서,
    RF안테나 소자를 포함하는 안테나 조립체를 통해 GNSS 신호를 수신하는 단계;
    정의된 방사 패턴을 생성하기 위해 상기 RF안테나 소자들을 구동시키는 단계;
    상기 안테나 조립체 위의 시야에서 볼륨 부분들의 하나 이상의 특성을 나타내는 데이터를 포착하는 단계;
    상기 GNSS 신호를 RF출력으로부터 하나 이상의 GNSS 수신기로 출력하는 단계;
    1 표면의 볼륨의 부분으로 상기 데이터에 기초하여 이산 클래스 수로 분류되는 제1 투영 및 상기 제1 표면에 대해 참조된 제2 표면 상에 설정된 방사 패턴의 제2 투영면을 출력하는 단계; 및
    상기 분류된 투영에 기초하여 상기 안테나 조립체의 상기 정의된 방사 패턴을 형성하고 상기 RF출력을 통해 상기 하나 이상의 GNSS 수신기에 상기 GNSS 신호들을 전송하도록 상기 구동 회로들의 명령 신호들을 생성하는 단계를 포함하는, GNSS 신호용 안테나 조립체의 방사 패턴을 형성하는 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102121591B1 (ko) * 2019-05-21 2020-06-10 중앙대학교 산학협력단 안테나 어레이 보정 방법 및 이를 포함하는 전자 장치

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3316001A1 (en) 2016-10-25 2018-05-02 Centre National d'Etudes Spatiales Collaborative improvement of a vehicle's positioning
EP3505966B1 (en) * 2017-12-28 2023-08-23 Centre National d'Etudes Spatiales Relay platform for transmitting positioning signals to rovers with an optimized radiation pattern
JP6795637B2 (ja) * 2019-02-20 2020-12-02 ミネベアミツミ株式会社 アンテナ装置、及び、給電装置
CN110045741A (zh) * 2019-04-13 2019-07-23 成都飞机工业（集团）有限责任公司 安全引导无人飞行器下滑着陆的组合导航系统
US11378697B2 (en) * 2019-10-30 2022-07-05 Qualcomm Incorporated Multipath mitigation for multiband GNSS receiver
US11245442B1 (en) * 2021-03-08 2022-02-08 Huawei Technologies Co., Ltd. Method and apparatus for communication using massive-beam MIMO phased array
US20230228886A1 (en) * 2021-12-30 2023-07-20 Deere & Company Satellite navigation receiver with aggregate channel digital baseband processing
US11719732B1 (en) * 2022-07-25 2023-08-08 Divirod, Inc. Reflectometer sensor

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE0300303D0 (sv) * 2003-02-06 2003-02-06 Nordnav Technologies Ab A navigation Method and Apparatus
CN101160535B (zh) * 2005-04-17 2011-07-13 天宝导航有限公司 处理gnss信号的方法和装置
FR2906632B1 (fr) * 2006-09-29 2010-09-03 Inrets Procede de localisation d'un vehicule.
CN101377542B (zh) * 2008-09-19 2011-10-26 北京航空航天大学 一种gnss反射信号参数估计的方法和装置
US8305270B2 (en) * 2009-04-27 2012-11-06 Texas Instruments Incorporated Antenna selection for GNSS receivers
US20110071759A1 (en) * 2009-09-22 2011-03-24 Texas Instruments Incorporated Performance of a Navigation Receiver Operating in a Power-Save Mode with the Aid of Sensors
CN102721971A (zh) * 2011-12-31 2012-10-10 武汉苍穹数码仪器有限公司 一种提高gnss接收机抗干扰性能的方法
CN102655276B (zh) * 2012-04-13 2013-05-08 北京航空航天大学 一种应用于无人机的共形相控阵天线增益方向图合成方法
JP6405795B2 (ja) * 2014-08-29 2018-10-17 カシオ計算機株式会社 電波受信装置及び電子時計
CN104241826B (zh) * 2014-09-17 2017-07-28 广州中海达卫星导航技术股份有限公司 一种宽频带单介质层gnss测量型天线装置
CN104716425A (zh) * 2015-03-30 2015-06-17 宁波高新区宁源科技服务有限公司 一种天线及fss系统的构建方法
US20170117628A1 (en) * 2015-10-27 2017-04-27 Ford Global Technologies, Llc Vehicle phased array antenna pattern generation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102121591B1 (ko) * 2019-05-21 2020-06-10 중앙대학교 산학협력단 안테나 어레이 보정 방법 및 이를 포함하는 전자 장치

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