KR20180063398A

KR20180063398A - 위성 항법 시스템의 재밍 처리 장치 및 재밍 처리 방법

Info

Publication number: KR20180063398A
Application number: KR1020160162522A
Authority: KR
Inventors: 윤상준; 김병균; 조종철
Original assignee: 넵코어스 주식회사
Priority date: 2016-12-01
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2018-06-12
Also published as: KR101871908B1

Abstract

본 발명은 배열 안테나와 배열 안테나에서 출력된 RF 위성 신호로부터 위치 정보를 검출하는 위성 항법 수신기를 포함하는 위성 항법 시스템의 재밍 처리 장치로서, 배열 안테나에서 출력된 RF 신호를 디지털 IF신호로 변환하여 출력하는 N개의 주파수 하향 변환부와 N개의 디지털 IF 신호를 추적 위성의 방향으로 조향하여 항재밍 신호를 생성하고, 항재밍 신호에 기초하여 추적 위성 각각에 대응되는 복제 신호를 생성하고, 추적 위성 각각에 대응되는 복제 신호를 합성하여 디지털 합성 신호를 생성하는 재밍 처리부와 디지털 합성 신호를 아날로그 RF 신호로 변환하여 위성 항법 수신기로 출력하는 주파수 상향 변환부를 포함하는 위성 항법 시스템의 재밍 처리 장치를 제공한다.

Description

위성 항법 시스템의 재밍 처리 장치 및 재밍 처리 방법{ANTI-JAMMING APPARATUS FOR GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM AND ANTI-JAMMING METHOD FOR GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM}

본 발명은 위성 항법 시스템의 재밍 처리 장치 및 재밍 처리 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 기존 위성 항법 시스템과 연동 가능한 재밍 처리 장치 및 재밍 처리 방법에 관한 것이다.

위성 항법 시스템(Global Navigation Satellite System; GNSS)은 지구 주위를 선회하는 다수의 위성을 이용하여 삼각 측량법으로 사용자의 위치를 계산하는 시스템이다.

이러한 위성 항법 시스템은 사용시간에 따른 오차의 발산이 없으므로 장시간 사용이 가능하며, 지구 전역에서 정밀한 측위가 가능하다는 장점이 있다.

반면, 약 20,000km 상공의 위성에서 송출된 GNSS 신호는 수신기에 도달하면 상온에서의 열잡음보다도 낮은 약 -128.5dBm의 신호가 된다. 즉, GNSS 신호는 열잡음보다도 낮기 때문에 비고의적인 주위 전파 신호 또는 고의적인 간섭과 재밍에 쉽게 영향을 받아서 항법 오차가 커지거나 항법을 수행하지 못할 수도 있다.

이에, GNSS 신호는 직접 대역 확산의 프로세싱 이득을 가지나, 특히 고의적, 또는 군사 목적의 재밍에는 매우 취약하다. 이와 같은 GNSS 신호의 재밍을 줄이기 위해 위성 항법 시스템에는 항재밍 안테나 기술, 프론트 엔드(front-end) 필터링 항재밍 기술, 디지털 항재밍 신호처리기술 등 다양한 재밍 감쇄 기술이 적용되고 있다.

특히, 항재밍 안테나 기술은 적응형 배열 안테나에 사용하는 기술로, 위성 신호 방향에 매우 좁은 폭의 빔을 형성하여 이득을 높이는 빔 조향 어레이(beam steered array) 기술과 재밍 신호 방향에 널(null)을 형성하여 재밍 신호를 억압하는 널 조향(null steered array) 기술로 분류될 수 있다.

이때, 후자는 GNSS 신호를 디지털 영역으로 변환하여 재밍 방향으로 널을 형성한 후에 RF신호로 복구하는 기술로, 기존 위성 항법 시스템에 항재밍 기능을 추가 가능하다는 장점이 있다.

전자는 위성 방향으로 신호이득을 증가 시켜 GNSS 신호 세기를 증폭하는 기술로 널 조향 기술에 비해 더 우수한 항재밍 성능을 갖는 장점이 있다.

다만, 배열 안테나의 빔 조향 항재밍 기술은 각 위성의 방향에 따라 신호를 분리하여 처리하기 때문에 재밍을 위한 장치가 위성 수신 장치와 일체로 제작되어야 하는 문제점이 있다.

또한, 배열 안테나의 빔 조향 항재밍 기술은 모든 신호처리 채널 별로 RF 신호를 변환하여야 하고, 이를 위해 신호 채널 수만큼의 DAC와 IF/RF부를 구비하여 채널 별로 재밍이 억제된 RF신호를 생성한 후 하나의 RF신호로 합성하거나, 디지털 영역에서 재밍이 억제된 신호를 합성할 수 밖에 없다.

이때 단순히 모든 위성의 신호를 합치게 되면 위성 신호들간의 간섭과 기저잡음의 증가로 인하여 최종 출력되는 신호의 품질을 보장할 수 없게 되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 기 설치된 위성 항법 장치에 적용 가능한 재밍 처리 장치 및 재밍 처리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 디지털 영역에서 항재밍 된 신호에 기초하여 추적 위성의 복제 신호를 생성하고, 이를 디지털 영역에서 합성하여 신호 합성 또는 기저잡음으로 인한 위성 신호의 품질 저하를 억제하는 재밍 처리 장치 및 재밍 처리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 위성 신호의 품질 또는 위성 신호의 재밍 가능성에 따라 합성할 복제 신호를 선택하여 위성 항법 수신기에 최선의 품질을 가진 RF 신호를 제공하는 재밍 처리 장치 및 재밍 처리 방법을 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 배열 안테나와 배열 안테나에서 출력된 RF 위성 신호로부터 위치 정보를 검출하는 위성 항법 수신기를 포함하는 위성 항법 시스템의 재밍 처리 장치로서, 배열 안테나에서 출력된 RF 신호를 디지털 IF신호로 변환하여 출력하는 N개의 주파수 하향 변환부;와 N개의 디지털 IF 신호를 추적 위성의 방향으로 조향하여 항재밍 신호를 생성하고, 항재밍 신호에 기초하여 추적 위성 각각에 대응되는 복제 신호를 생성하고, 추적 위성 각각에 대응되는 복제 신호를 합성하여 디지털 합성 신호를 생성하는 재밍 처리부;와 디지털 합성 신호를 아날로그 RF 신호로 변환하여 위성 항법 수신기로 출력하는 주파수 상향 변환부;를 포함하는 위성 항법 시스템의 재밍 처리 장치를 제공한다.

또한, 전술한 목적을 달성하기 위하여, 배열 안테나와 배열 안테나에서 출력된 RF 위성 신호로부터 위치 정보를 검출하는 위성 항법 수신기를 포함하는 위성 항법 시스템의 재밍 처리 방법으로서, 배열 안테나에서 출력된 RF 신호를 디지털 IF신호로 변환하여 출력하는 N개의 주파수 하향 변환 단계;와 N개의 디지털 IF 신호를 추적 위성의 방향으로 조향하여 항재밍 신호를 생성하고, 항재밍 신호에 기초하여 추적 위성 각각에 대응되는 복제 신호를 생성하고, 추적 위성 각각에 대응되는 복제 신호를 합성하여 디지털 합성 신호를 생성하는 재밍 처리 단계;와 디지털 합성 신호를 아날로그 RF 신호로 변환하여 위성 항법 수신기로 출력하는 주파수 상향 변환 단계;를 포함할 수 있다.

상술한 본 발명의 재밍 처리 장치 및 재밍 처리 방법은 배열 안테나에서 출력된 RF 신호를 디지털 영역에서 재밍을 억제하고, 이를 다시 RF 신호로 변환하여 출력함으로써 기 설치된 항법 수신기에 재밍 신호가 억제된 위성 신호를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 재밍 처리 장치 및 재밍 처리 방법에 따르면 추적 위성의 신호 합성 또는 기저잡음으로 인한 위성 신호의 품질 저하를 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 재밍 처리 장치 및 재밍 처리 방법은 위성 신호의 품질 또는 위성 신호의 재밍 가능성에 따라 합성할 복제 신호를 선택함으로써 위성 항법 수신기에 입력되는 RF 신호의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 재밍 처리 장치가 적용된 위성 항법 시스템의 내부 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 재밍 처리 장치의 전체 구성을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 재밍 처리부의 전체 구성을 도시한다.
도 4는 본 발명에 사용되는 K채널 빔조향부의 내부 구성의 일 예를 도시한다.
도 5는 본 발명에 사용되는 상관기의 내부 구성의 일 예를 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 재밍 처리 장치의 재밍 처리부의 구성을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 재밍 처리 방법을 도시한 순서도이다.
도 8은 디지털 합성 신호 생성 방법의 일 예를 구체적으로 도시한 순서도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 재밍 처리 장치가 적용된 위성 항법 시스템의 내부 구성도이다.

본 명세서에서의 위성 항법 시스템(100)은 미국이 제공하는 위성 항법 시스템(100)인 좁은 의미의 GPS(Global Positioning System)는 물론, 러시아의 위성 항법 체계인GLONASS, 유럽 연합(EU)의 측위 위성 시스템인 GALILEO (Project), 중국의 COMPASS, 일본의 QZSS, 인도의 IRNSS 등 모든 형태의 위성 항법 시스템 또는 위성 측위 시스템을 포함하는 포괄적인 의미로 해석되어야 한다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 GPS를 기준으로 본 발명의 재밍 처리 장치를 설명한다.

일반적으로 위성 항법 시스템(100)은 안테나(110)와 위성 항법 수신기(120)를 포함하여 구성될 수 있다.

일반적인 위성 항법 시스템(100)에서는 GPS 항법 위성(102)의 위성 신호와 GPS 재밍 송출기(104)의 재밍 신호가 안테나(110)에서 수신되어, 안테나(110)를 통해 라디오 주파수 대역의 RF 신호로 위성 신호 및 재밍 신호가 출력된다.

이때, 재밍 신호는 군사적인 목적 등으로 측위 위성 정보를 교란시키기 위하여 GPS 신호와 유사한 체계로 송출하는 방해 전파일 수 있으며, 그 재밍 신호를 송출하는 재머 또는 재밍 신호 송출기(104)는 RF(라디오) 재머, VHF/UHF 재머, GPS 재머 등을 포함할 수 있다.

안테나(110)에서 출력된 RF 신호는 위성 항법 수신기(120)에 입력되고, 위성 항법 수신기(120)는 안테나(110)에서 출력된 RF신호를 미리 설정된 프로토콜에 따라 처리하여, 미리 설정된 포맷의 데이터로 출력한다.

이러한 종래의 위성 항법 시스템에서는 미리 설정된 프로토콜에 따라 RF 신호를 처리하여 미리 설정된 데이터로 출력함으로써, 항재밍에 대한 요청이 있더라도 항재밍 기능의 적용이 쉽지 않은 단점이 있다.

본 발명은 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 실시예에 따라 안테나(110)는 여러 개의 안테나가 조합된 배열 안테나(110)로 대체되고, 재밍 처리 장치(130)는 배열 안테나(110)와 위성 항법 수신기(120) 사이에 마련된다. 더 구체적으로, 재밍 처리 장치(130)의 입력단은 배열 안테나(110)의 출력단과 연결되고, 재밍 처리 장치(130)의 출력단은 위성 항법 수신기(120)의 입력단에 연결된다.

재밍 처리 장치(130)는 배열 안테나(110)에서 출력된 RF 신호를 디지털 영역으로 변환하여 재밍을 억제하고, 그를 다시 RF 신호로 변경하여 출력함으로써 일반적인 위성 항법 수신기(120)의 변경 없이 항재밍 기능을 제공 가능 하다.

또한, 디지털 영역에서 재밍 신호가 억제된 항재밍 신호를 생성하고, 그를 이용하여 생성된 추적 위성의 복제 신호를 디지털 영역에서 합성함으로써 신호 합성 또는 기저 잡음으로 인한 신호 품질 저하 없이 추적 위성의 신호를 합성하고자 한다.

또한, 추적되는 위성에서 전송되는 신호 품질 또는 재밍 가능성에 따라 합성될 복제 신호를 선택함으로써, 위성 항법 수신기(120)로 입력되는 신호의 품질을 향상시키고자 한다.

아래에서는 이러한 재밍 처리 장치(130)에 대하여 도 2 내지 도 5를 참고로 더 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 재밍 처리 장치의 전체 구성을 도시한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 재밍 처리 장치(130)는 N개의 주파수 하향 변환부(210)와, 재밍 처리부(220), 주파수 상향 변환부(230)를 포함할 수 있다. 여기서, N은 자연수로, 배열 안테나(110)를 구성하는 안테나의 수에 대응될 수 있다.

즉, 주파수 하향 변환부(210)는 배열 안테나(110)의 각 채널에 대응되도록 N개 마련된다. 각 주파수 하향 변환부(210)는 그 전단부가 배열 안테나(110)의 하나의 출력단과 연결되어 배열 안테나(110)에서 출력되는 RF 신호를 입력 받는다.

주파수 하향 변환부(210)는 RF/IF 변환부와 ADC(Analog-Digital Converter)를 포함하며, 입력된 RF 신호를 중간 주파수(Intermediate Frequency) 대역의 IF 신호로 변환하고, 그를 다시 고분해능의 디지털 IF 신호로 변환하는 동작을 수행한다.

이때, 주파수 하향 변환부(210)는 이하에서 설명할 주파수 상향 변환부(230)와 동일한 클록을 이용함으로써, 주파수 변환 과정에서 동기를 유지할 있다.

재밍 처리부(220)는 주파수 하향 변환부(210)에서 출력된 N개의 디지털 IF 신호를 추적 위성의 방향으로 빔을 조향하여 재밍 신호가 억제된 항재밍 신호를 생성하고, 항재밍 신호로부터 추적 위성의 복제 신호를 생성하고, 그를 합성하여 재밍이 억제된 디지털 합성 신호를 생성한다.

이와 같이 디지털 영역에서 추적 위성의 복제 신호를 생성하고, 그를 합성함으로써 추적 위성 간의 신호 간섭 또는 기저 잡음의 증가로 인한 신호 품질 저하 없이 재밍 신호를 억제할 수 있다.

주파수 상향 변환부(230)는 DAC(Digital-Analog Converter)와 IF/RF 변환부를 포함하며, 재밍 처리 장치(130)에서 항재밍 처리가 되어 출력된 디지털 합성 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 그를 다시 라디오 주파수 대역의 RF 신호로 변환하여 출력한다.

즉, 본 발명에 의한 주파수 상향 변환부(230)는 재밍이 억제된 디지털 합성 신호를 위성 항법 수신기(120)가 처리 가능한 RF 신호로 변환하여 출력한다.

아래에서는 본 발명의 특징인 재밍 처리 장치(130)의 재밍 처리부(220)에 대하여 도 3 내지 도 5를 참고로 더 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 재밍 처리부의 전체 구성을 도시한다.

본 발명의 실시예에 의한 재밍 처리부(220)는 K채널 빔조향부(310), K채널 상관기(500), 항법 계산부(320), 복제 신호 합성부(330)를 포함하여, 디지털 영역에서 재밍이 억제된 항재밍 신호를 생성하고, 항재밍 신호에 기초하여 생성된 추적 위성의 복제 신호를 합성하여 재밍이 억제된 디지털 합성 신호를 출력한다.

여기서, K는 재밍 처리부(220)에 의하여 추적 가능한 최대 위성의 수를 의미하는 것으로, K는 위치 추적을 위해 필요한 최소의 위성 신호의 수인 3보다 큰 자연수이다.

K 채널 빔조향부(310)는 추적 위성의 수인 K개 마련되어, 재밍 방향으로 널을 형성하고 각 추적 위성의 방향으로 빔을 형성하여 항재밍 신호를 생성한다. 이하, 도 4를 참조하여 K채널 빔조향의 일 예를 더 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명에 사용되는 K채널 빔조향부(310)의 내부 구성의 일 예를 도시한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 빔조향부(310)는 K개의 조향부(410)와 가중치 계산부(420)를 포함한다.

가중치 계산부(420)는 항법 계산부(320)에서 출력된 위성 방향 정보와 주파수 하향 변환부(210)에서 출력되는 디지털 IF 신호에 기초하여 N개의 채널에 적용할 가중치를 산출한다. 가중치는 위성 방향에 대응되는 신호는 강화되고, 재밍 방향에 대응되는 신호는 억제되도록 결정된다.

이때, 추적 위성 별로 위성 방향이 상이하므로 가중치 계산부(420)는 추적 위성 별로 가중치 11 내지 KN을 산출하고, 산출된 가중치를 K 개의 조향부(410) 각각에 입력한다.

조향부(410)는 각 디지털 IF 신호에 가중치를 적용하는N개의 가중치 적용부(411)와 가중치가 적용된 N 개의 디지털 IF 신호를 합성하기 위한 가중치 합성부(412)를 포함하여, 재밍 방향으로 널이 형성되고 위성 방향으로 빔이 조향된 항재밍 신호를 생성할 수 있다.

이와 같이 재밍 방향으로 널을 형성하고 위성 방향으로 조향함으로써 재밍 신호가 억제된 항재밍 신호를 획득할 수 있다.

한편, 도 4에서는 빔조향부(310)가 빔 조향 어레이(beam steered array) 기술과 널 조향(null steered array) 기술을 모두 사용하여 재밍 신호를 억제하는 것으로 설명하였으나, 빔조향부(310)는 빔 조향 어레이 기술만을 사용하여 재밍 신호를 억제할 수도 있다.

다시 도 3을 참조하면, K 채널 빔조향부(310)에서 획득된 항재밍 신호는 K 채널 상관기(500)로 입력된다.

K 채널 상관기(500)는 각 추적 위성마다 할당되어 위성 신호를 추적하는 기능을 수생한다. 구체적으로, 채널 상관기(500)는 입력된 항재밍 신호를 기저 대역으로 낮추고 이를 역 환산하여 추적 위성의 데이터를 복원하며, 복원된 데이터를 적분-덤프하여 출력한다.

항법 계산부(320)는 K 채널 상관기(500)에서 출력된 적분-덤프 값에 기초하여 위성의 추적 여부를 결정하고, 위성 신호의 추적을 위하여 추적 위성의 코드 위상 증가값과 반송파 위상 증가값의 변화를 업데이트하고, 그를 상관기(500)로 출력할 수 있다. 이때, 적분-덤프를 통해 위성의 추적 여부를 결정하는 것 및 위성 추적을 위한 코드와 반송파 변화의 업데이트 방법은 통상의 기술자에게 자명한 사항으로 그 구체적인 설명은 생략한다.

또한, 항법 계산부(320)는 코드 위상 정보의 오차와 반송파 위상 오차를 산출하여 오차를 보정하고, 항법해(예를 들어, 현재 위치, 이동 속도, 시각 정보 등) 연산을 통해 항법 데이터를 추출한다.

또한, 항법 계산부(320)는 항법해를 통해 각 추적 위성의 방향을 분석하여 위성 방향 정보를 생성하고, 이를 가중치 계산부(420)로 출력할 수 있다.

특히, 항법 계산부(320)는 추출된 항법 데이터를 K 채널 상관기(500)에 입력할 수 있으며, K 채널 상관기(500)는 입력된 항법 데이터를 이용하여 각 추적 위성에 대응되는 복제 신호를 생성할 수 있다.

아래에서 도 5를 참조하여, 추적 위성의 복제 신호 생성을 위한 상관기(500) 및 항법 계산부(320)의 동작에 대해 구체적으로 설명한다.

도 5는 본 발명에 사용되는 상관기의 내부 구성의 일 예를 도시한다.

도 5와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 상관기(500)는 입력된 반송파 위상 증가값을 반영하여 추적 위성에 대응되는 반송파를 생성하는 반송파 발생기(510), 항법 계산부(320)에서 입력된 코드 위상 증가값을 반영하여 추적 위성의 코드들 생성하는 코드 발생기(530), 상관 관계를 산출하는 적분-덤프기(550), 항재밍 신호, 반송파, 및 코드를 곱하기 위한 곱셈기(520, 540)을 포함할 수 있다.

상관기(500)에 입력된 항재밍 신호는 추적 위성의 반송파가 곱해져 기저 대역으로 변환되고, 기저 대역으로 변환된 항재밍 신호는 추적 위성의 코드가 곱해져 역 환산되고, 적분-덤프기(550)를 거쳐 항법 계산부(320)로 입력된다.

한편, 항법 계산부(320)는 적분-덤프기(550)에서 출력된 데이터에 기초하여 위성 추적 여부를 결정하고, 항법해 연산을 통해 추출한 추적 위성의 항법 데이터를 복제 신호 생성기(560)에 입력한다.

복제 신호 생성기(560)는 고분해능 반송파 발생기(561), 복제 코드 곱셈기(562), 데이터 발생기(564), 데이터 곱셈기(563)를 포함하여, 디지털 영역에서 추적 위성에 대응되는 복제 신호를 생성한다.

고분해능 반송파 발생기(561)는 반송파 위상 증가값에 대응되는 추적 위성의 반송파를 생성하는 기능을 수행한다.

데이터 발생기(564)는 항법 계산부(320)에서 입력된 항법 데이터와 코드 발생기(510)에서 출력된 코드 위상 정보에 기초하여 추적 위성에 대응되는 데이터를 생성한다.

고분해능 반송파 발생기(561)에서 생성된 추적 위성의 반송파와 코드 발생기(530)에서 생성된 추적 위성의 코드는 복제 코드 곱셈기(562)에 의하여 곱해져 출력되고, 복제 코드 곱셈기(562)의 출력과 데이터 발생기(564)에서 생성된 데이터는 데이터 곱셈기(563)에 의하여 곱해져 추적 위성에 대응되는 복제 신호가 출력된다.

한편, 도 5에서는 복제 신호 생성기(560)에 별도의 고분해능 반송파 발생기(561)가 마련된 것으로 도시되어 있으나, 반송파 발생기(510)에서 생성된 반송파를 이용하여 복제 신호를 생성하는 경우 고분해능 반송파 발생기(561)는 생략될 수 있다.

또한, 도 5와 달리 복제 신호 생성기(560)는 별도의 코드 발생기를 포함할 수도 있다.

또한, 도 5에는 복제 신호 생성기(560)가 상관기(500) 내부에 구성된 것으로 설명하였으나 그에 한정되는 것은 아니며, 다른 구성요소 내부에 구현되거나 별도의 구성요소로 구현될 수도 있다.

다시 도 3을 참조하면, 신호 합성부(330)는 K 채널 상관기(500)에서 추적 위성 각각에 대응되는 복수의 복제 신호가 출력되면, 복수의 복제 신호를 합성하여 디지털 합성 신호를 생성하여 출력한다.

이와 같이 생성된 합성 신호는 도1 및 도 2에서 설명한 것과 같이 주파수 상향 변환부(230)에 의하여 아날로그 RF 신호로 다시 변경되어 위성 항법 수신기(120)에 입력된다.

즉, 도 1 에서의 위성 항법 수신기(120)에는 재밍이 억제된 RF 신호가 입력되게 되므로, 위성 항법 수신기(120)의 수정 없이 항재밍 기능을 구현할 수 있다.

또한, 추적 위성의 복제 신호를 생성하고 그를 디지털 영역에서 합성함으로써, 추적 위성들 간의 신호 간섭으로 인한 잡음을 방지하여 위성 신호의 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 고분해능 반송파를 이용하여 복제 신호를 생성함으로써, 기저 잡음의 발생을 방지하여 위성 신호의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 재밍 처리 장치의 재밍 처리부의 구성을 도시한다.

도 3과 비교할 때, 다른 실시예에 의한 재밍 처리 장치(600)는 신호 선택부(610)를 더 포함할 수 있다. 이하 설명의 편의를 위하여 도 1 내지 도 3과 동일한 기능을 수행하는 구성은 도 3과 동일한 부호를 부여하고, 그 구체적인 설명을 생략한다.

신호 선택부(610)는 K 채널 상관기(500)에서 출력된 K 개의 복제 신호 중 선택 신호에 대응되는 복제 신호만 선별하여 출력한다.

이를 위해, 신호 선택부(610)는 선택 신호에 따라 동작하는 K 개의 스위치를 포함할 수 있으나, 그에 한정되는 것이 아니며, 선택적으로 신호를 출력할 수 있는 다양한 구성을 포함할 수 있다.

항법 계산부(620)는 추적 위성의 신호 세기에 따라 각 추적 위성의 신호 품질을 분석하고, 분석된 품질에 따라 선택 신호를 생성할 수 있다.

예컨대, 항법 계산부(620)는 각 추적 위성의 신호 품질을 분석하고, 미리 설정된 기준 이상의 신호 품질을 가진 위성에 대응되는 복제 신호만이 출력되도록 선택 신호를 생성할 수 있다.

다만, 항법 계산부(620)는 미리 설정된 기준 이상의 품질을 가진 위성의 수가 미리 설정된 최소 추적 위성 수보다 작은 경우, 품질의 우선 순위에 따라 최소 추적 위성 수에 대응되는 복제 신호가 선택되도록 선택 신호를 생성할 수 있다.

또한, 항법 계산부(620)는 각 추적 위성의 재밍 가능성을 분석하고, 재밍 가능성이 있는 위성으로 판단되면 복제 신호가 출력되지 않도록 선택 신호를 생성할 수 있다,

재밍 가능성은 추적 위성으로부터 수신되는 신호 전력의 절대적인 크기, 신호 전력의 변화율, 및 상대적 신호 세기 중 적어도 하나를 요소에 고려하여 분석될 수 있다.

구체적으로, GPS의 신호 전력은 미리 설정된 범위를 초과하지 않을 것으로 예상되므로, 항법 계산부(620)는 추적 위성의 신호 전력이 미리 설정된 범위를 벗어나면 재밍 가능성이 있는 것으로 판단하여, 신호 전력이 미리 설정된 범위를 벗어난 추적 위성의 신호가 출력되지 않도록 선택 신호를 생성할 수 있다.

또한, GPS 위성은 지상으로부터 20,000km 상공에 있어 수신기의 위치 변화에 따라 신호 전력이 급격히 변화하지 않는다. 그러므로, 항법 계산부(620)는 각 추적 위성의 신호 전력의 변화율을 모니터링하고, 신호 전력의 변화율이 미리 설정된 범위를 벗어나면 재밍 가능성이 있는 것으로 판단하여, 신호 전력의 변화율이 미리 설정된 범위를 벗어난 추적 위성의 신호가 출력되지 않도록 선택 신호를 생성할 수 있다.

또한, GPS 위성 신호는 상대적인 고정 전력 비율을 가지므로, 항법 계산부(620)는 복수의 추적 위성의 신호 전력의 상대 값을 비교하여, 상대적으로 신호 전력이 다른 위성과 상이한 추적 위성을 재밍 가능성이 있는 위성으로 분석하여, 상대적으로 신호 전력이 다른 위성과 상이한 추적 위성에 대응되는 복제 신호가 출력되지 않도록 선택 신호를 생성할 수 있다.

이와 같이 신호의 품질 또는 재밍 가능성을 고려하여 복제 신호를 선택함으로써 더 우수한 품질의 항재밍RF 신호를 생성할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 재밍 처리 방법을 도시한 순서도이다.

도 7에 도시된 재밍 처리 방법은 상술한 것과 같이 배열 안테나(110)와 위성 항법 수신기(120) 사이에 마련된 재밍 처리 장치(130)에 의하여 실행될 수 있다.

도 7을 참조하면, 재밍 처리 장치(130)는 배열 안테나(110)를 통해 출력되는 N개의 RF 신호를 수신하고(S710), 그를 디지털 IF 신호로 변환한다(S720).

구체적으로, 디지털 IF 신호는 배열 안테나(110)의 N개의 채널을 통해 출력된 RF 신호를 IF 주파수로 하향 변환하고, 그를 디지털 영역으로 변환하여 생성된다.

재밍 처리 장치(130)는 디지털 영역에서 추적 위성의 복제 신호를 합성하여 디지털 합성 신호를 생성한다(S730).

이때, 추적 위성의 복제 신호는 각 추적 위성이 송출하는 위성 신호에 대응되는 것으로, 빔 조향 어레이 기술 및 널 조향 기술 중 적어도 하나를 이용하여 생성된 항재밍 신호로부터 추출된 항법 데이터에 기초하여 생성될 수 있다. 이와 같이 생성된 추적 위성의 각각에 대응되는 복제 신호는 디지털 영역에서 합성되므로, 추적 위성의 신호 합성으로 인한 상호 간섭이 억제된다. 또한, 복제 신호의 생성에는 고분해능 반송파가 사용되어, 복제 신호 합성으로 인한 기저 잡음의 생성을 억제할 수 있다. 이와 같은 디지털 합성 신호의 생성 방법에 대해서는 아래의 도 8에서 더 상세히 설명한다.

재밍 처리 장치(130)는 디지털 합성 신호를 RF 신호로 주파수 상향하여 출력한다(S740). 즉, 복수의 복제 신호 합성을 통해 생성된 디지털 합성 신호는 아날로그 신호로 변환되고 라디오 주파수 대역의 RF 신호로 주파수 상향 변환된 후 출력된다.

이와 같이 RF 신호를 디지털 영역으로 변환하여 재밍 신호를 억제하고 이를 다시 RF 신호로 변경하여 출력함으로써 기존의 위성 항법 수신기(120)의 구조 변경 없이 항재밍 기능을 추가할 수 있다.

도 8은 디지털 합성 신호 생성 방법의 일 예를 구체적으로 도시한 순서도이다.

도 8을 참조하면, 재밍 처리 장치(130)는 디지털 IF 신호를 조향하여 추적 위성 각각에 대한 신호를 생성한다.

생성된 신호에 대해 위성 방향에 대응되는 신호는 강화하고, 재밍 방향에 대응되는 신호에는 널을 형성하고 약화 시켜 항재밍 신호를 생성한다(S810).

이때 널 형성을 위해 결정된 N개의 가중치는 N개의 디지털 IF 신호 각각에 적용하고, 가중치가 적용된 디지털 IF 신호를 합성함으로써 항재밍 디지털 IF 신호를 생성할 수 있다.

이때, 가중치는 위성 방향 정보와 디지털 IF 신호에 기초하여 결정될 수 있다.

재밍 처리 장치(130)는 항재밍 디지털 IF 신호로부터 항법 데이터를 추출한다(S820). 항법 데이터는 항법해 연산을 통해 획득될 수 있다.

한편, 항법 데이터 추출에 앞서 상술한 것과 같이 항재밍 신호에 추적 위성의 반송파와 추적 위성의 코드를 적용하고, 이를 적분-덤프 처리한 결과에 기초하여 위성 추적 여부가 결정되며, 추적 위성의 코드 위상 증가값과 반송파 위상 증가값이 업데이트되어 그 위성 신호가 추적된다.

재밍 처리 장치(130)는 추적 위성의 반송파와 코드를 합법 데이터에 적용하여 추적 위성의 복제 신호를 생성한다(S830).

구체적으로, 반송파 위상 증가 값에 따라 추적 위성의 반송파가 생성된다. 이때, 재밍 처리 장치(130)에 의해 생성되는 반송파는 고분해능 반송파일 수 있다.

그리고, 추적 위성에 대응되는 코드가 생성되고, 항법 데이터와 추적 위성의 위상 정보에 기초하여 추적 위성에 대응되는 데이터가 생성된다.

이때, 반송파, 코드, 데이터는 순차적으로 생성될 수 있으나, 소정의 클록에 의하여 동기화되어 생성될 수 있다.

재밍 처리 장치(130)는 합성 대상인 위성 복제 신호를 선별하여 출력한다(S840). 위성 복제 신호의 선별은 상술한 선택 신호에 따라 처리될 수 있으며, 추적 위성의 신호 품질 또는 추적 위성의 재밍 가능성에 따라 선택 신호가 생성될 수 있다. 선택 신호 생성 방법은 상술한 항법 계산부(320)의 선택 신호 생성 방법과 동일하므로, 중복을 피하기 위하여 상세한 설명은 생략한다.

재밍 처리 장치(130)는 출력된 복수개의 위성 복제 신호를 합성하여 디지털 합성 신호를 생성한다(S850).

도 8에서 설명한 신호 처리는 모두 디지털 영역에서 이루어진다. 특히, 항재밍 신호에 기초한 추적 위성의 복제 신호 합성도 디지털 영역에서 이루어지므로, 복수 개의 추적 위성 신호 상호 간의 신호 간섭으로 인한 품질 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 기저 잡음의 발생을 방지할 수도 있다.

이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 위성 항법 시스템 110: 배열 안테나
120: 위성 항법 수신기 130: 재밍 처리 장치
210: 주파수 하향 변환부 220: 재밍 처리부
230: 주파수 상향 변환부 310: 빔조향부
320: 항법 계산부 330: 신호 합성부
410: 조향부 420: 가중치 계산부
500: 상관기 510: 반송파 발생기
520: 반송파 곱셈기 530: 코드 발생기
540: 코드 곱셈기 550: 적분-덤프기
560: 복제 신호 생성기

Claims

배열 안테나와 상기 배열 안테나에서 출력된 RF 위성 신호로부터 위치 정보를 검출하는 위성 항법 수신기를 포함하는 위성 항법 시스템의 재밍 처리 장치로서,
상기 배열 안테나에서 출력된 RF 신호를 디지털 IF신호로 변환하여 출력하는 N개의 주파수 하향 변환부;
상기 N개의 디지털 IF 신호를 추적 위성의 방향으로 조향하여 항재밍 신호를 생성하고, 상기 항재밍 신호에 기초하여 상기 추적 위성 각각에 대응되는 복제 신호를 생성하고, 상기 추적 위성 각각에 대응되는 복제 신호를 합성하여 디지털 합성 신호를 생성하는 재밍 처리부; 및
상기 디지털 합성 신호를 아날로그 RF 신호로 변환하여 상기 위성 항법 수신기로 출력하는 주파수 상향 변환부;
를 포함하는 위성 항법 시스템의 재밍 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 재밍 처리부는,
상기 추적 위성의 방향 정보에 기초하여 상기 N개의 IF 신호 각각을 추적 위성 방향으로 조향하고, 재밍 방향으로 널을 형성하여 상기 항재밍 신호를 생성하는 K개의 빔 조향부; 및
상기 항재밍 신호로부터 상기 추적 위성 각각의 항법 데이터를 추출하고, 상기 항법 데이터에 기초하여 상기 추적 위성 각각에 대응되는 복제 신호를 생성하는 상관기;
를 포함하는 위성 항법 시스템의 재밍 처리 장치.
제2항에 있어서,
상기 항법 데이터에 기초하여 상기 추적 위성 각각의 신호 품질을 분석하고, 분석 결과에 따라 위치 검출에 사용할 위성을 결정하여 선택 신호를 생성하는 항법 계산부;
상기 선택 신호에 따라 상기 K개의 복제 신호 중 P개의 복제 신호를 선택하여 출력하는 복제신호 선택기; 및
상기 복제신호 선택기에서 출력된 P 개의 복제 신호를 합성하여 상기 디지털 합성 신호를 생성하는 신호 합성기;
를 포함하는 위성 항법 시스템의 재밍 처리 장치.
제3항에 있어서,
상기 항법 계산부는, 추적 위성으로부터 수신되는 신호 전력의 절대적인 크기, 신호 전력의 변화율, 및 상대적 신호 세기 중 적어도 하나의 요소를 이용하여 상기 추적 위성 각각의 재밍 가능성을 분석하고, 상기 재밍 가능성에 기초하여 상기 선택 신호를 생성하는 위성 항법 시스템의 재밍 처리 장치.
제2항에 있어서,
상기 상관기는,
반송파 위상 증가 값에 따라 추적 위성의 반송파를 생성하는 반송파 발생기;
상기 추적 위성에 대응되는 코드를 생성하는 코드 발생기;
상기 항법 데이터와 상기 추적 위성의 위상 정보에 기초하여 상기 추적 위성에 대응되는 데이터를 생성하는 데이터 발생기; 및
상기 반송파, 상기 코드, 및 상기 데이터를 합성하여 상기 추적 위성의 복제 신호를 생성하는 적어도 하나의 곱셈기;
를 포함하는 위성 항법 시스템의 재밍 처리 장치.
제5항에 있어서,
상기 반송파 발생기는 고분해능 반송파를 생성하는 고분해능 반송파 발생기인 것을 특징으로 하는 위성 항법 시스템의 재밍 처리 장치.
배열 안테나와 상기 배열 안테나에서 출력된 RF 위성 신호로부터 위치 정보를 검출하는 위성 항법 수신기를 포함하는 위성 항법 시스템의 재밍 처리 방법으로서,
상기 배열 안테나에서 출력된 RF 신호를 디지털 IF신호로 변환하여 출력하는 N개의 주파수 하향 변환 단계;
상기 N개의 디지털 IF 신호를 추적 위성의 방향으로 조향하여 항재밍 신호를 생성하고, 상기 항재밍 신호에 기초하여 상기 추적 위성 각각에 대응되는 복제 신호를 생성하고, 상기 추적 위성 각각에 대응되는 복제 신호를 합성하여 디지털 합성 신호를 생성하는 재밍 처리 단계;
상기 디지털 합성 신호를 아날로그 RF 신호로 변환하여 상기 위성 항법 수신기로 출력하는 주파수 상향 변환 단계;
를 포함하는 위성 항법 시스템의 재밍 처리 방법.
제7항에 있어서,
상기 재밍 처리 단계는,
상기 추적 위성의 방향 정보에 기초하여 상기 N개의 IF 신호 각각을 추적 위성 방향으로 조향하고 재밍 방향으로 널을 형성하여 상기 항재밍 신호를 생성하는 단계; 및
상기 항재밍 신호로부터 상기 추적 위성 각각의 항법 데이터를 추출하여 위성을 추적하고, 상기 항법 데이터에 기초하여 상기 추적 위성 각각에 대응되는 복제 신호를 생성하는 단계;
를 포함하는 위성 항법 시스템의 재밍 처리 방법.
제8항에 있어서,
상기 재밍 처리 단계는,
상기 항법 데이터에 기초하여 상기 추적 위성 각각의 신호 품질을 분석하고, 분석 결과에 따라 위치 검출에 사용할 위성을 결정하여 선택 신호를 생성하는 단계;
상기 선택 신호에 따라 상기 K개의 복제 신호 중 P개의 복제 신호를 선택하여 출력하는 단계; 및
상기 복제신호 선택기에서 출력된 P 개의 복제 신호를 합성하여 상기 디지털 합성 신호를 생성하는 단계;
를 더 포함하는 위성 항법 시스템의 재밍 처리 방법.
제9항에 있어서,
상기 선택 신호를 생성하는 단계는,
추적 위성으로부터 수신되는 신호 전력의 절대적인 크기, 신호 전력의 변화율, 및 상대적 신호 세기 중 적어도 하나를 요소를 이용하여 상기 추적 위성 각각의 재밍 가능성을 분석하고, 상기 재밍 가능성에 기초하여 상기 선택 신호를 생성하는 위성 항법 시스템의 재밍 처리 방법.
제8항에 있어서,
상기 복제 신호를 생성하는 단계는,
반송파 위상 증가 값에 따라 추적 위성의 반송파를 생성하는 단계;
상기 추적 위성에 대응되는 코드를 생성하는 단계;
상기 항법 데이터와 상기 추적 위성의 위상 정보에 기초하여 상기 추적 위성에 대응되는 데이터를 생성하는 단계; 및
상기 반송파, 상기 코드, 및 상기 데이터를 합성하여 상기 추적 위성의 복제 신호를 생성하는 단계
를 포함하는 위성 항법 시스템의 재밍 처리 방법.
제11항에 있어서,
상기 반송파는 고분해능 반송파인 것을 특징으로 하는 위성 항법 시스템의 재밍 처리 방법.