KR20190017555A - 위성항법 시스템의 보정정보를 처리하는 장치 및 방법 - Google Patents

위성항법 시스템의 보정정보를 처리하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

위성신호를 수신하는 적어도 하나의 기준국으로부터 데이터를 수신하고, 수신된 데이터를 이용하여 보정정보를 생성하고, 생성된 보정정보를 데이터 링크를 통하지 않고 사용자 디바이스에 송신하는, 중앙 처리 디바이스에서 위성항법 시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS)의 보정정보를 처리하는 방법이 개시된다.
또한, 중앙 처리 디바이스로부터 상기 보정정보를 수신하고, 보정정보의 유효시간 경과 여부를 결정하고, 유효시간이 경과한 경우 보정정보를 이용하여 상기 유효시간이 경과되기 직전의 사용자 디바이스의 제 1 위치정보를 생성하고, 반송파 위상 적분을 이용하여 사용자 디바이스의 유효시간 경과 후 현재 시점의 제 2 위치정보를 생성하는, 사용자 디바이스에서 위성항법 시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS)의 보정정보를 처리하여 사용자 디바이스의 위치정보를 생성하는 방법이 개시된다.

Description

위성항법 시스템의 보정정보를 처리하는 장치 및 방법 {METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING DIFFERENTIAL INFORMATION OF GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM}
본 개시는 위성항법 시스템의 보정정보를 처리하는 장치 및 방법을 제공한다.
GNSS(Global Navigation Satellite System)는 인공위성을 이용하여 지구상의 정밀한 위치정보를 날씨에 상관없이 제공하는 위성항법 시스템으로서 미국 GPS(Global Positioning System) 및 러시아 GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System) 등이 존재한다. 이러한 GNSS의 위치정보는 참값대비 오차를 갖는데, 오차요인으로 위성의 시계 및 궤도 오차, 전리층 지연 오차, 대류층 지연 오차, 다중경로 오차, 수신기 신호추적 오차 및 잡음 등이 존재한다. GNSS 위치정보는 각 위성에 대한 거리측정 데이터로 삼각측량 방식을 적용하여 계산한다.
차분위성항법(DGPS, Differential GPS)은 이러한 오차를 줄일 수 있는 방법으로서, 참값을 갖는 기준국을 이용하여 보정정보를 생성한 후 오차를 제거하여 위치정확도를 향상시킬 수 있다.
차분위성항법은 보정정보 생성 방식에 따라 협역 차분위성항법과 광역 차분위성항법으로 구분된다. 협역 차분위성항법은 참값을 기준으로 각 위성의 오차를 1개 항으로 생성하여 보정하는 방식이다. 광역 차분위성항법은 각각의 오차 성분을 구분하여 여러 항으로 보정하는 방식으로, 위성의 시계/궤도 오차와 전리층 지연 오차 등을 각각 측정하여 보상한다. 이러한 광역 차분위성항법은 각각의 오차 항을 독립적으로 보상하기 때문에 보정정보의 유효범위가 수백 Km 정도로 넓다는 특징을 갖는다.
한편, 위성에서의 위치 측정 정확도 향상을 위해서는, 차분위성항법은 별도의 데이터링크를 이용하여 보정정보를 제공할 필요가 있다. 이러한 데이터링크로 지상의 RF 모뎀을 사용하는 지상기반 보강시스템(GBAS, Ground Based Augmentation System)과 정지궤도 위성을 사용하는 위성기반 보강시스템(SBAS, Satellite Based Augmentation System)이 존재한다. 또한, 보정정보는 유효시간을 가지고 있는데, 유효시간 이후에는 오차정보가 실제와 맞지 않기 때문이다. 따라서 보정정보를 받은 후 일정시간 동안에만 사용할 수 있다.
위성항법 시스템의 보정정보를 처리하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다. 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 개시의 제1 측면은, 위성신호를 수신하는 적어도 하나의 기준국으로부터 데이터를 수신하는 단계; 상기 수신된 데이터를 이용하여 보정정보를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 보정정보를 데이터 링크를 통하지 않고 사용자 디바이스에 송신하는 단계;를 포함하는, 중앙 처리 디바이스에서 위성항법 시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS)의 보정정보를 처리하는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 수신된 데이터를 전처리하는 단계; 및 상기 전처리된 데이터를 이용하여 보정정보를 생성하는 단계;를 포함하는, 방법을 제공할 수 있다.
또한, 전리층 지연 오차에 대한 보정정보 및, 위성의 궤도 및 시계 오차에 대한 보정정보를 순차적으로 생성하는 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 제 2 측면은, 중앙 처리 디바이스로부터 상기 보정정보를 수신하는 단계; 상기 보정정보의 유효시간 경과 여부를 결정하는 단계; 상기 유효시간이 경과한 경우, 상기 보정정보를 이용하여 상기 유효시간이 경과되기 직전의 상기 사용자 디바이스의 제 1 위치정보를 생성하는 단계; 및 상기 사용자 디바이스의 제 1 위치정보를 반송파 위상 적분 기법 적용하여 상기 사용자 디바이스의 상기 유효시간 경과 후 현재 시점의 제 2 위치정보를 생성하는 단계;를 포함하는, 사용자 디바이스에서 위성항법 시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS)의 보정정보를 처리하여 사용자 디바이스의 위치정보를 생성하는 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 유효시간이 경과하지 않은 경우, 상기 보정정보를 이용하여 상기 사용자 디바이스의 현재 시점의 위치정보를 생성하는 단계;를 포함하는, 방법을 제공할 수 있다.
또한, 반송파 위상 데이터를 수신하는 단계; 상기 수신된 반송파 위상 데이터를 적분하여 상기 사용자 디바이스의 위치 변화량을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 위치 변화량 및 상기 사용자 디바이스의 상기 제 1 위치정보를 이용하여 상기 사용자 디바이스의 상기 제 2 위치를 출력하는 단계;를 포함하는, 방법을 제공할 수 있다.
또한, 데이터 링크를 통하지 않고 상기 중앙 처리 디바이스로부터 상기 보정정보를 직접 수신하는 단계를 포함하는, 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 반송파 위상 데이터는, 수학식
Figure pat00001
(여기서,
Figure pat00002
는 위성위치,
Figure pat00003
는 수신기위치,
Figure pat00004
는 위성과 수신기 사이의 시선벡터,
Figure pat00005
는 위성 위치오차,
Figure pat00006
는 전리층 지연오차,
Figure pat00007
는 대류층 지연오차,
Figure pat00008
는 위성 시계오차,
Figure pat00009
는 수신기 시계오차,
Figure pat00010
는 GNSS 신호의 RF 주파수 파장,
Figure pat00011
는 미지정수,
Figure pat00012
는 반송파 위상 데이터
Figure pat00013
의 측정오차를 나타낸다)에 의해 산출되는 것인, 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 제 3 측면은, 위성신호를 수신하는 적어도 하나의 기준국으로부터 데이터를 수신하는 통신부; 및 상기 수신된 데이터를 이용하여 보정정보를 생성하는 보정정보 생성부;를 포함하고, 상기 통신부는 상기 생성된 보정정보를 데이터 링크를 통하지 않고 사용자 디바이스에 송신하는 것인, 위성항법 시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS)에 이용될 보정정보를 처리하는 중앙 처리 디바이스를 제공할 수 있다.
본 개시의 제 4 측면은, 중앙 처리 디바이스로부터 상기 보정정보를 수신하는 통신부; 및 상기 보정정보의 유효시간 경과 여부를 결정하고, 상기 유효시간이 경과한 경우, 상기 보정정보를 이용하여 상기 유효시간이 경과되기 직전의 상기 사용자 디바이스의 제 1 위치정보를 생성하고, 반송파 위상 적분을 이용하여 상기 사용자 디바이스의 상기 유효시간 경과 후 현재 시점의 제 2 위치정보를 생성하는 사용자 디바이스 위치정보 생성부;를 포함하는, 위성항법 시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS)의 보정정보를 이용하여 사용자 디바이스의 위치정보를 생성하는 사용자 디바이스를 제공할 수 있다.
본 개시의 제 5 측면은, 제 1 및 제 2 측면의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 위성항법 시스템의 보정정보를 처리하는 전체적인 동작을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 중앙 처리 디바이스에서 보정정보를 처리하는 예시를 설명하는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 보정정보를 처리하는 방법의 흐름도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 중앙 처리 디바이스에서 보정정보를 생성하는 방법의 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 중앙 처리 디바이스 및 사용자 디바이스에서 보정정보를 처리하는 예시를 설명하는 도면이다.
도 6는 일 실시예에 따른 보정정보를 처리하여 사용자 디바이스의 위치정보를 생성하는 방법의 흐름도이다.
본 명세서에서 다양한 곳에 등장하는 "일부 실시예에서" 또는 "일 실시예에서" 등의 어구는 반드시 모두 동일한 실시예를 가리키는 것은 아니다.
본 개시의 일부 실시예는 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는, 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 또한, 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. “매커니즘”, “요소”, “수단” 및 “구성”등과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 또한, 명세서에 기재된 “…부”, “…모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 연결 선 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것일 뿐이다. 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가된 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들에 의해 구성 요소들 간의 연결이 나타내어질 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 개시를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 위성항법 시스템의 보정정보를 처리하는 전체적인 동작을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 위성항법 시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS)에서 적어도 하나의 기준국(20) 각각은 복수의 GNSS 위성(30)으로부터 위성신호를 수신할 수 있다. GNSS 위성(30)으로부터 수신한 위성신호에는 보정정보 및 위치정보를 생성하기 위한 데이터가 포함될 수 있다.
예를 들어, 보정정보에는 위성의 시계/궤도 오차, 전리층 지연오차, 대류층 지연오차, 위성의 위치 오차 등에 대한 보정정보가 포함될 수 있으며, 위치정보에는 GPS(Global Positioning System) 좌표가 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 한편, 적어도 하나의 기준국(20)은 광역 기준국일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
중앙 처리 디바이스(10)는 적어도 하나의 기준국(20)으로부터 수신한 데이터를 이용하여 사용자 디바이스(40)의 보정정보를 생성할 수 있다. 위성항법 시스템에서 생성된 사용자 디바이스(40)의 위치정보는 실제 사용자 디바이스(40)의 위치 값과 비교하여 오차를 가질 수 있는데, 중앙 처리 디바이스(10)는 기준국(20)으로부터 수신한 데이터를 이용하여 보정정보를 생성함으로써 오차를 보상할 수 있다. 예를 들어, 중앙 처리 디바이스(10)는 기준국(20)으로부터 수신한 데이터를 이용하여 위성의 시계/궤도 오차, 전리층 지연오차, 대류층 지연오차, 위성의 위치 오차 등에 대한 보정정보를 생성함으로써 오차를 보상할 수 있다. 중앙 처리 디바이스(10)에서 생성된 각종 보정정보는 이후 사용자 디바이스(40)에서 사용자 디바이스(40) 자신의 위치정보를 생성하는데 이용될 수 있다.
사용자 디바이스(40)는 중앙 처리 디바이스(10)로부터 수신한 보정정보를 이용하여 사용자 디바이스(40) 자신의 위치정보를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 사용자 디바이스(40)는 각 GNSS 위성(30)에 대한 사용자 디바이스(40)의 거리의 측정 결과인 거리측정 데이터를 삼각측량 방식에 적용하여 사용자 디바이스(40) 자신의 위치정보를 생성할 수 있다. 각종 오차를 보상하는 보정정보를 고려한 거리측정 데이터는 아래와 같은 수식으로 표현될 수 있다.
Figure pat00014
수학식 1에서,
Figure pat00015
는 위성위치,
Figure pat00016
는 수신기위치,
Figure pat00017
는 위성과 수신기 사이의 시선벡터,
Figure pat00018
는 위성 위치오차,
Figure pat00019
는 전리층 지연오차,
Figure pat00020
는 대류층 지연오차,
Figure pat00021
는 위성 시계오차,
Figure pat00022
는 수신기 시계오차,
Figure pat00023
는 다중경로 및 신호추적 등의 오차를 의미한다.
한편, 보다 정확한 보정정보를 획득하기 위해서는 별도의 데이터 링크(미도시)가 필요하다. 데이터 링크(미도시)로는 지상의 RF 모뎀을 사용하는 지상기반 보강시스템(GBAS, Ground Based Augmentation System)과 정지궤도 위성을 사용하는 위성기반 보강시스템(SBAS, Satellite Based Augmentation System)이 존재한다. 다만, 지상의 RF 모뎀이나 정지궤도 위성을 사용하는 데이터 링크(미도시)는 고가이고, 별도의 시설이나 장비가 필요하며 운용유지가 복잡하다.
본 개시에 따르면, 중앙 처리 디바이스(10)에서 기준국(20)으로부터 수신된 데이터를 이용하여 보정정보를 생성하고, 생성된 보정정보를 별도의 데이터 링크(미도시)를 통하지 않고 중앙 처리 디바이스(10)에서 사용자 디바이스(40)로 직접 송신할 수 있다. 생성된 보정정보를 별도의 데이터 링크(미도시)를 통하지 않고 중앙 처리 디바이스(10)에서 사용자 디바이스(40)로 직접 송신함으로써 하드웨어의 변경이 최소화되고, 소프트웨어의 변경만으로 가능할 수 있다.
또한, 사용자 디바이스(40)의 위치를 측정하는 조건이 시간의 흐름에 따라 변화하므로, 기준국(20)으로부터 수신된 데이터를 이용하여 생성된 보정정보는 일정시간 동안만 유효하다. 이와 같이 생성된 보정정보를 유효하게 이용할 수 있는 시간을 보정정보의 유효시간이라고 하며 유효시간 이후에는 보정정보가 실제 값과 상이할 수 있다.
본 개시에 따르면, 반송파 적분기법을 이용함으로써 생성된 보정정보를 유효시간 이후에도 활용하여 사용자 디바이스(40)의 현재 위치정보를 생성할 수 있다. 또한, 반송파 적분기법을 이용함으로써 정밀 차분위성항법 적용시간을 최대화시킬 수 있으며, 초정밀타격 유도무기체계에 효과적으로 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 사용자 디바이스는 유도무기일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 2는 일 실시예에 따른 중앙 처리 디바이스에서 보정정보를 처리하는 예시를 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 중앙 처리 디바이스(10)는 통신부(11) 및 보정정보 생성부(12)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 중앙 처리 디바이스(10)에는 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 2에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 당해 기술분야의 통상의 기술자라면 이해할 수 있다.
기준국(20)은 GNSS 위성(30)으로부터 위성신호를 수신할 수 있다. 위성신호에는 GNSS 위성(30)으로부터 지상의 기준국(20)까지 도달하는 동안 통과하는 전리층과 대류층에 의한 굴절, 지상에서 추정한 위성의 위치와 시각에 대한 오차, 주변 장애물에 의해 반사된 전파 수신 현상인 다중경로 등으로 인한 오차 성분이 포함되어 위치 정확도가 저하될 수 있다.
중앙 처리 디바이스(10)의 통신부(11)는 기준국(20)으로부터 위성신호에 기초한 데이터를 수신할 수 있다. 기준국(20)으로부터 수신한 데이터는 보정정보를 생성하기 위한 정보가 포함될 수 있다.
통신부(11)는, 중앙 처리 디바이스(10)와 기준국(20) 및 사용자 디바이스(40) 간의 통신을 하게 하는 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신부(11)는, 근거리 통신부, 이동 통신부, 방송 수신부를 포함할 수 있다.
근거리 통신부(short-range wireless communication unit)는, 블루투스 통신부, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신부, 근거리 무선 통신부(Near Field Communication unit), WLAN(와이파이) 통신부, 지그비(Zigbee) 통신부, 적외선(IrDA, infrared Data Association) 통신부, WFD(Wi-Fi Direct) 통신부, UWB(ultra wideband) 통신부, Ant+ 통신부 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이동 통신부는, 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 여기에서, 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.
방송 수신부는, 방송 채널을 통하여 외부로부터 방송 신호 및/또는 방송 관련된 정보를 수신한다. 방송 채널은 위성 채널, 지상파 채널을 포함할 수 있다.
중앙 처리 디바이스(10)의 보정정보 생성부(12)는 통신부(11)에서 수신한 데이터를 이용하여 오차를 보상할 수 있는 보정정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 중앙 처리 디바이스(10)는 기준국(20)으로부터 수신한 데이터를 이용하여 위성의 시계/궤도 오차, 전리층 지연오차, 대류층 지연오차, 위성의 위치 오차 등에 대한 보정정보를 생성함으로써 오차를 보상할 수 있다.
중앙 처리 디바이스(10)의 보정정보 생성부(12)는 적어도 하나의 하드웨어 칩 형태로 제작되어 중앙 처리 디바이스(10) 에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 보정정보 생성부(12)는 보정정보 생성을 위한 전용 하드웨어 칩 형태로 제작될 수도 있고, 또는 기존의 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor) 또는 그래픽 전용 프로세서(예: GPU)의 일부로 제작되어 전술한 중앙 처리 디바이스(10)에 탑재될 수도 있다.
중앙 처리 디바이스(10)의 통신부(11)는 보정정보 생성부(12)에서 생성된 각종 보정정보를 사용자 디바이스(40)로 송신할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 보정정보를 처리하는 방법의 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 단계 310에서 중앙 처리 디바이스(10)는 위성신호를 수신하는 적어도 하나의 기준국(20)으로부터 데이터를 수신할 수 있다. 기준국(20)으로부터 수신한 데이터는 보정정보를 생성하기 위한 정보가 포함될 수 있다.
단계 320에서 중앙 처리 디바이스(10)는 적어도 하나의 기준국(20)으로부터 수신된 데이터를 이용하여 보정정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 중앙 처리 디바이스(10)는 기준국(20)으로부터 수신한 데이터를 이용하여 위성의 시계/궤도 오차, 전리층 지연오차, 대류층 지연오차, 위성의 위치 오차 등에 대한 보정정보를 생성함으로써 오차를 보상할 수 있다.
단계 330에서 중앙 처리 디바이스(10)는 생성된 보정정보를 데이터 링크를 통하지 않고 사용자 디바이스(40)에 직접 송신할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 중앙 처리 디바이스에서 보정정보를 생성하는 방법의 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 단계 410에서 중앙 처리 디바이스(10)는 GNSS 위성(30)으로부터 위성신호를 수신하는 적어도 하나의 기준국(20)으로부터 데이터를 수신할 수 있다. 적어도 하나의 기준국(20)은 광역 기준국일 수 있으며 중앙 처리 디바이스(10)는 광역 배치된 기준국의 데이터를 수신 및 통제할 수 있다.
단계 420에서 중앙 처리 디바이스(10)는 적어도 하나의 기준국(20)으로부터 수신된 데이터를 전처리할 수 있다. 일 실시예에서, 중앙 처리 디바이스(10)는 기준국(20)으로부터 수신된 데이터를 이용하여 측정치의 유효성 판단, 반송파 위상 오류 검출 및 잡음을 줄이는 스무딩, 다수 기준국(20)의 GNSS 수신기 시계오차 보상을 수행할 있다. 한편, 중앙 처리 디바이스(10)에서 수행되는 전처리 과정은 이에 제한되지 않는다. 전처리 과정을 거친 데이터는 단계 430에서 이중주파수를 이용한 전리층 오차 보정정보 생성 과정에 적용될 수 있다.
단계 430에서 중앙 처리 디바이스(10)는 전리층 지연 오차에 대한 보정정보를 생성할 수 있다. 전리층 지연 오차에 대한 보정정보는 이중주파수를 이용하여 측정될 수 있는데, 단계 420의 전처리 과정을 거친 다수의 정밀한 측정치가 사용될 수 있다.
단계 440에서 중앙 처리 디바이스(10)는 위성 시계/궤도 오차에 대한 보정정보를 생성할 수 있다. 단계 430에서 전리층 지연 오차에 대한 보정정보가 생성되면, 중앙 처리 디바이스(10)는 전리층 지연 오차를 제거한 나머지 오차로써 GNSS 위성(30)의 시계/궤도 오차를 역으로 계산할 수 있다. GNSS 위성(30)의 시계/궤도 오차는 전리층 지연 오차 다음으로 큰 오차성분으로, 중앙 처리 디바이스(10)는 지상의 정밀측위된 기준국의 위치를 칼만 필터에 적용하여 GNSS 위성(30)의 시계/궤도 오차에 대항 보정정보를 생성할 수 있다.
단계 450에서 중앙 처리 디바이스(10)는 전리층 지연 및 위성 시계/궤도 오차를 제외한 나머지 오차에 대한 보정정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 중앙 처리 디바이스(10)는 대류층 지연오차, 다중경로 오차, 수신기 신호추적 오차 및 잡음에 대한 보정정보를 생성할 수 있으나, 오차의 종류는 이에 제한되지 않는다.
단계 430 및 440에서 위성항법 시스템에서의 가장 큰 오차인 전리층 지연 오차에 대한 보정정보 및 GNSS 위성의 시계/궤도 오차에 대한 보정정보가 생성된다. 전리층 지연 오차에 대한 보정정보 및 GNSS 위성의 시계/궤도 오차에 대한 보정정보를 보상한 후 나머지 오차를 보상함으로써 광역 보정정보를 생성할 수 있다.
단계 410 내지 450을 거쳐 생성된 광역 보정정보는 사용자 디바이스(40)에 직접 전달될 수 있다. 사용자 디바이스(40)에서 광역 보정정보를 이용하여 사용자 디바이스(40) 자신의 정확한 위치정보를 생성할 수 있다.
예를 들어, 중앙 처리 디바이스(10)에서 단계 410 내지 450을 거쳐 생성된 광역 보정정보는 별도의 데이터 링크(예를 들어, GBAS, SBAS 등)를 거치지 않고, 유도무기 등을 발사하거나 통제할 수 있는 사격통제장치와 같은 사용자 디바이스(40)로 직접 전달될 수 있다. 또한, 사격통제장치에서 유도무기 등을 발사하기 직전에 보정정보가 최종적으로 갱신될 수 있다.
지상의 RF 모뎀이나 정지궤도 위성을 사용하는 데이터 링크(미도시)는 고가이고, 별도의 시설이나 장비가 필요하며 운용유지가 복잡하다. 한편, 중앙 처리 디바이스(10)에서 생성된 보정정보를 데이터 링크를 통하지 않고 사용자 디바이스(40)에 직접 송신하는 것은 하드웨어의 변경을 최소화하고, 소프트웨어의 변경만으로 가능할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 중앙 처리 디바이스 및 사용자 디바이스에서 보정정보를 처리하는 예시를 설명하는 도면이다.
이하에서 도 2와 중복되는 내용은 편의상 생략하기로 한다.
도 5를 참조하면, 중앙 처리 디바이스(10)는 통신부(11) 및 보정정보 생성부(12)를 포함할 수 있고, 사용자 디바이스(40)는 통신부(41) 및 보정정보 생성부(42)를 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 중앙 처리 디바이스(10) 및 사용자 디바이스(40)에는 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 5에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 당해 기술분야의 통상의 기술자라면 이해할 수 있다.
기준국(20)은 GNSS 위성(30)으로부터 위성신호를 수신할 수 있다. 또한, 중앙 처리 디바이스(10)의 통신부(11)는 기준국(20)으로부터 위성신호에 기초한 데이터를 수신할 수 있다. 또한, 중앙 처리 디바이스(10)의 보정정보 생성부(12)는 통신부(11)에서 수신한 데이터를 이용하여 오차를 보상할 수 있는 보정정보를 생성할 수 있다. 또한, 중앙 처리 디바이스(10)의 통신부(11)는 보정정보 생성부(12)에서 생성된 각종 보정정보를 사용자 디바이스(40)로 송신할 수 있다.
사용자 디바이스(40)의 통신부(41)는 중앙 처리 디바이스(10)로부터 보정정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 사용자 디바이스(40)의 통신부(41)는 위성의 시계/궤도 오차, 전리층 지연오차, 대류층 지연오차, 위성의 위치 오차 등에 대한 보정정보를 중앙 처리 디바이스(10)로부터 수신할 수 있다.
사용자 디바이스(40)의 사용자 디바이스 위치정보 생성부(42)는 중앙 처리 디바이스(10)로부터 수신한 보정정보를 이용하여 오차를 보상함으로써 사용자 디바이스(40)의 위치정보를 생성할 수 있다.
예를 들어, 사용자 디바이스(40)는 상술한 수학식 1에 중앙 처리 디바이스(10)로부터 수신한 보정정보를 대입함으로써 각 GNSS 위성(30)에 대한 사용자 디바이스(40)의 거리측정 데이터를 생성할 수 있다. 사용자 디바이스(40)는 생성된 거리측정 데이터를 삼각측량 방식에 적용하여 사용자 디바이스(40)의 위치정보를 생성할 수 있다.
한편, 사용자 디바이스(40)의 위치를 측정하는 조건이 시간의 흐름에 따라 변화하므로, 기준국(20)으로부터 수신된 데이터를 이용하여 생성된 보정정보는 일정시간 동안만 유효하다. 이와 같이 생성된 보정정보를 유효하게 이용할 수 있는 시간을 보정정보의 유효시간이라고 하며 유효시간 이후에는 보정정보가 실제 값과 상이할 수 있다. 사용자 디바이스(40)의 사용자 디바이스 위치정보 생성부(42)는 별도의 데이터 링크를 거치지 않고 중앙 처리 디바이스(10)로부터 직접 전달 받은 보정정보를 유효시간 이후에도 유효하게 사용할 수 있는 기법을 적용할 수 있다. 보정정보를 유효시간 이후에도 유효하게 사용할 수 있는 기법은 이하 도 6을 참조하여 후술하기로 한다.
도 6는 일 실시예에 따른 보정정보를 처리하여 사용자 디바이스의 위치정보를 생성하는 방법의 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 단계 610에서 사용자 디바이스(40)의 통신부(41)는 중앙 처리 디바이스(10)로부터 보정정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 사용자 디바이스(40)의 통신부(41)는 위성의 시계/궤도 오차, 전리층 지연오차, 대류층 지연오차, 위성의 위치 오차 등에 대한 보정정보를 중앙 처리 디바이스(10)로부터 수신할 수 있다.
단계 620에서 사용자 디바이스(40)의 사용자 디바이스 위치정보 생성부(42)는 중앙 처리 디바이스(10)로부터 전달 받은 보정정보의 유효시간이 경과되었는지 결정할 수 있다.
단계 620에서의 판단 결과 보정정보의 유효시간이 경과되지 않은 것으로 결정될 경우, 단계 650으로 진행한다.
단계 650에서 사용자 디바이스(40)의 사용자 디바이스 위치정보 생성부(42)는 중앙 처리 디바이스(10)로부터 전달 받은 보정정보를 갱신하지 않고, 보정정보를 그대로 사용하여 실시간 사용자 디바이스의 위치정보를 생성할 수 있다. 사용자 디바이스(40)의 사용자 디바이스 위치정보 생성부(42)는 중앙 처리 디바이스(10)로부터 전달 받은 보정정보를 이용하여 오차를 보상함으로써 사용자 디바이스(40)의 위치정보를 생성할 수 있다.
단계 620에서의 판단 결과 보정정보의 유효시간이 경과된 것으로 결정될 경우, 단계 630으로 진행한다.
단계 630에서 사용자 디바이스(40)의 사용자 디바이스 위치정보 생성부(42)는 중앙 처리 디바이스(10)로부터 전달 받은 보정정보를 유효하게 이용할 수 있도록, 추가적인 기법을 적용할 수 있다. 일 실시예에서 사용자 디바이스 위치정보 생성부(42)는 중앙 처리 디바이스(10)로부터 전달 받은 보정정보를 이용하여 유효시간이 경과되기 직전의 사용자 디바이스(40)의 위치를 결정할 수 있다. 사용자 디바이스 위치정보 생성부(42)는 보정정보를 이용하여 유효시간이 경과되기 직전의 사용자 디바이스(40)의 위치를 사용자 디바이스(40)의 메모리(미도시)에 저장할 수 있다.
단계 640에서 사용자 디바이스(40)의 사용자 디바이스 위치정보 생성부(42)는 반송파 위상 적분 기법을 적용하여, 사용자 디바이스(40)의 유효시간 경과 후 현재 시점의 위치정보를 생성할 수 있다. 반송파 위상 적분 기법에 이용되는 반송파 위상 데이터는 측정오차가 cm 수준으로 매우 작은 정밀한 데이터이다.
일 실시예에서 반송파 위상 데이터
Figure pat00024
는 아래와 같은 수식으로 표현될 수 있다.
Figure pat00025
수학식 2에서,
Figure pat00026
는 위성위치,
Figure pat00027
는 수신기위치,
Figure pat00028
는 위성과 수신기 사이의 시선벡터,
Figure pat00029
는 위성 위치오차,
Figure pat00030
는 전리층 지연오차,
Figure pat00031
는 대류층 지연오차,
Figure pat00032
는 위성 시계오차,
Figure pat00033
는 수신기 시계오차,
Figure pat00034
는 GNSS 신호의 RF 주파수 파장 (GPS의 경우 0.19m),
Figure pat00035
는 미지정수,
Figure pat00036
는 반송파 위상 데이터
Figure pat00037
의 측정오차를 나타낸다.
상술한 거리측정 데이터
Figure pat00038
에 대한 수학식 1과 반송파 위상 데이터
Figure pat00039
의 수학식 2와의 차이점은 전리층 오차 부호가 음수인 것과 RF 주파수 주기의 반복을 나타내는 미지정수 항이 존재한다는 것이다.
반송파 위상 데이터
Figure pat00040
의 측정오차를 나타내는
Figure pat00041
는 한 파장(예를 들어, 0.19m) 내의 위상을 측정하는 오차이므로 매우 작다. 또한, 반송파 위상 데이터를 적분한다는 것은 특정시간 동안 사용자 디바이스(40)의 위치 변화량을 나타내는데, 적분 오차는 시간에 따라 증가하지만 수학식 2에서 대부분의 항이 천천히 변화하기 때문에 적분 오차의 크기는 수분 동안 수십 cm 이하로 매우 작다. 한편, 반송파 위상 데이터를 적분한 결과는 특정시간 동안 사용자 디바이스(40)의 상대적 위치 변화량일 수 있다.
사용자 디바이스 위치정보 생성부(42)는 유효시간이 경과되기 직전의 사용자 디바이스(40)의 위치 및 반송파 위상 데이터
Figure pat00042
를 적분한 결과를 이용하여 사용자 디바이스(40)의 유효시간 경과 후 현재 시점의 위치정보를 생성할 수 있다.
사용자 디바이스(40)는 610 내지 640 단계를 통해, 보정정보의 유효시간이 경과한 후에도 기존 보정정보를 이용하여 생성된 사용자 디바이스(40)의 위치정보에 반송파 적분기법을 적용함으로써, 정밀 차분위성항법 적용시간을 최대화시킬 수 있으며 초정밀타격 유도무기체계에 효과적으로 적용될 수 있다.
본 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈과 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
또한, 본 명세서에서, “부”는 프로세서 또는 회로와 같은 하드웨어 구성(hardware component), 및/또는 프로세서와 같은 하드웨어 구성에 의해 실행되는 소프트웨어 구성(software component)일 수 있다.
전술한 본 명세서의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 명세서의 내용이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 실시예의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 중앙 처리 디바이스에서 위성항법 시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS)의 보정정보를 처리하는 방법에 있어서,
    위성신호를 수신하는 적어도 하나의 기준국으로부터 데이터를 수신하는 단계;
    상기 수신된 데이터를 이용하여 보정정보를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 보정정보를 데이터 링크를 통하지 않고 사용자 디바이스에 송신하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보정정보를 생성하는 단계는,
    상기 수신된 데이터를 전처리하는 단계; 및
    상기 전처리된 데이터를 이용하여 보정정보를 생성하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 보정정보를 생성하는 단계는,
    전리층 지연 오차에 대한 보정정보 및, 위성의 궤도 및 시계 오차에 대한 보정정보를 순차적으로 생성하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  4. 사용자 디바이스에서 위성항법 시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS)의 보정정보를 처리하여 사용자 디바이스의 위치정보를 생성하는 방법에 있어서,
    중앙 처리 디바이스로부터 상기 보정정보를 수신하는 단계;
    상기 보정정보의 유효시간 경과 여부를 결정하는 단계;
    상기 유효시간이 경과한 경우, 상기 보정정보를 이용하여 상기 유효시간이 경과되기 직전의 상기 사용자 디바이스의 제 1 위치정보를 생성하는 단계; 및
    상기 사용자 디바이스의 제 1 위치정보 및 반송파 위상 적분 기법을 이용하여 상기 사용자 디바이스의 상기 유효시간 경과 후 현재 시점의 제 2 위치정보를 생성하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 보정정보의 유효시간 경과 여부를 결정하는 단계는,
    상기 유효시간이 경과하지 않은 경우, 상기 보정정보를 이용하여 상기 사용자 디바이스의 현재 시점의 위치정보를 생성하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제 2 위치정보를 생성하는 단계는,
    반송파 위상 데이터를 수신하는 단계;
    상기 수신된 반송파 위상 데이터를 적분하여 상기 사용자 디바이스의 위치 변화량을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 위치 변화량 및 상기 사용자 디바이스의 상기 제 1 위치정보를 이용하여 상기 사용자 디바이스의 상기 제 2 위치정보를 생성하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 보정정보를 수신하는 단계는,
    데이터 링크를 통하지 않고 상기 중앙 처리 디바이스로부터 상기 보정정보를 직접 수신하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 반송파 위상 데이터는, 수학식
    Figure pat00043
    (여기서,
    Figure pat00044
    는 위성위치,
    Figure pat00045
    는 수신기위치,
    Figure pat00046
    는 위성과 수신기 사이의 시선벡터,
    Figure pat00047
    는 위성 위치오차,
    Figure pat00048
    는 전리층 지연오차,
    Figure pat00049
    는 대류층 지연오차,
    Figure pat00050
    는 위성 시계오차,
    Figure pat00051
    는 수신기 시계오차,
    Figure pat00052
    는 GNSS 신호의 RF 주파수 파장,
    Figure pat00053
    는 미지정수,
    Figure pat00054
    는 반송파 위상 데이터
    Figure pat00055
    의 측정오차를 나타낸다)에 의해 산출되는 것인, 방법.
  9. 위성항법 시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS)에 이용될 보정정보를 처리하는 중앙 처리 디바이스에 있어서,
    위성신호를 수신하는 적어도 하나의 기준국으로부터 데이터를 수신하는 통신부; 및
    상기 수신된 데이터를 이용하여 보정정보를 생성하는 보정정보 생성부;
    를 포함하고,
    상기 통신부는 상기 생성된 보정정보를 데이터 링크를 통하지 않고 사용자 디바이스에 송신하는 것인, 중앙 처리 디바이스.
  10. 위성항법 시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS)의 보정정보를 이용하여 사용자 디바이스의 위치정보를 생성하는 사용자 디바이스에 있어서,
    중앙 처리 디바이스로부터 상기 보정정보를 수신하는 통신부; 및
    상기 보정정보의 유효시간 경과 여부를 결정하고, 상기 유효시간이 경과한 경우, 상기 보정정보를 이용하여 상기 유효시간이 경과되기 직전의 상기 사용자 디바이스의 제 1 위치정보를 생성하고, 반송파 위상 적분을 이용하여 상기 사용자 디바이스의 상기 유효시간 경과 후 현재 시점의 제 2 위치정보를 생성하는 사용자 디바이스 위치정보 생성부;
    를 포함하는, 사용자 디바이스.
  11. 제 1항 내지 8항 중에 적어도 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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