KR20190114250A - 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법 신뢰성 향상 방법 및 이를 이용한 실시간 복합항법 측정 장치 - Google Patents

Abstract

도심 환경에서 위성항법시스템의 신뢰성을 개선하기 위하여 3차원 지도정보 연동 항법해 정확도 성능을 향상시키는 방법으로서, 위성 수신기를 이용하여 위성신호를 수신받는 위성신호 수신단계와 위성신호 수신단계를 통해서 수신된 위성신호를 이용하여 항법 측정치를 생성하는 항법 측정치 생성단계와 항법 측정치 생성단계를 통해서 가시 위성군의 생성된 항법 측정치를 조합하는 가시 위성군 조합단계와 가시 위성군 조합단계를 통해 조합된 항법 측정치 정보를 연산하여 항법해를 출력하는 수신기 항법해 연산단계와 수신기 항법해 연산단계를 통해 출력된 항법해와 3차원 지도정보를 이용하여 실시간 NLOS 벡터 정보를 처리하는 고속 항법해 실행단계와 항법해 실행단계로부터 정보를 전달받아 다중경로의 위성들을 판별하는 다중경로 위성 판단단계 및 다중경로 위성 판단단계를 통해서 다중경로가 제거된 항법해를 결합하여 제공하는 복합항법 연산단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법 신뢰성 향상 방법 및 이를 이용한 실시간 복합항법 측정 장치{MEASUREMENT APPARATUS AND METHOD FOR IMPROVING SATELLITE NAVIGATION RELIABILITY AND REAL-TIME INTEGRATED INERTIAL NAVIGATION USING INTERACTION WITH 3-D MAP COMPUTING ENGINE}

본 발명은 위성항법 신뢰성 향상 방법 및 이를 이용한 실시간 복합항법 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도심 환경 등에서 위성항법시스템 (GNSS : Global Navigation Satellite System)을 이용한 측위시스템의 신뢰성을 개선하기 위하여, 3차원 지도정보 연동 항법해 정확도 성능을 향상시키는 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법 신뢰성 향상 방법 및 이를 이용한 실시간 복합항법 측정 장치에 관한 것이다.

위성항법시스템(GNSS: Global Navigation Satellite System)이란 인공위성네트워크를 이용해 지상에 있는 목표물의 위치를 정확히 추적해내는 시스템, 즉 GLONASS, Galileo Project, GPS 등이 여기에 속한다.

도심 지역에서는 사용자 주변의 건물들이 나쁜 위성 수신환경을 형성하므로 일부 위성 신호가 차단되어 수신할 수 없는 상황이 빈번히 발생된다. 그러나, 건물에 의해 특정 위성 신호가 차단된 상황임에도 불구하고 주변 건물에 의해 반사된 다중경로 신호가 수신될 수 있다.

특히, 고층 건물 밀집지역에서는 건물에 의해 가시성이 확보될 수 없는 위성들의 신호가 빈번하게 수신된다. 이로 인해 수신기에서 위성-사용자 사이의 거리를 부정확하게 계산하게 되므로 오차가 크게 발생한 위치 정보를 사용자에게 제공하는 문제점이 있다.

이러한 위성과 수신기간 위치정보의 오차를 보정하는 기술로는, 오차 요인의 상호 간섭으로 정확한 식별이 어려운 문제를 페러티 공간에서 수직변환을 통해 상호 간섭을 회피하는 기술, 수신된 위성 신호의 이상 유무에 따라 다중경로를 판별하는 기술, 3차원 지리정보와 항법위성의 궤도 정보를 이용하여 도심지역의 가시위성, DOP 분석을 수행하는 기술, 혼잡도가 낮은 도로 구간으로 주행경로를 변경하는 기술, 및 GPS 신호의 공통오차를 보정하는 기술들이 있다.

그러나, 이러한 기술들은 GPS 수신기 내부의 고장을 검출하거나, 수신기 내부의 원시데이터를 기반으로 고장신호를 분별하거나, 위치 신뢰도가 아닌 교통 정보 또는 신호등 정보를 제공하거나, 공통오차를 일부 보정할 수는 있으나 도심지역에서 빈번히 발생하는 다중경로는 수신기 사이의 공통오차가 아니므로 위치정확도를 향상시키기 어려운 문제점이 있다.

대한민국 등록특허번호 제10-1147852호(발명의 명칭 : 위성항법시스템 단말기를 통한 사용자 위치 신뢰도 검증 방법)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 위성항법 미약신호 환경에서 수신된 항법 측정치와 지도정보를 기반으로 3차원 게임 고속연산기능을 이용한 실시간으로 다중경로 위성을 판별하는 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법 신뢰성 향상 방법 및 이를 이용한 실시간 복합항법 측정 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적으로 위성항법 음영환경에서의 다중경로 위성군을 제거함으로써 위성 항법해와 고속 관성측정치를 결합하는 복합 항법해의 신뢰성을 향상시키는 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법 신뢰성 향상 방법 및 이를 이용한 실시간 복합항법 측정 장치를 제공하고자 한다.

다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 도심 환경에서 위성항법시스템의 신뢰성을 개선하기 위하여 3차원 지도정보 연동 항법해 정확도 성능을 향상시키는 방법으로서, 위성 수신기를 이용하여 위성신호를 수신받는 위성신호 수신단계와 위성신호 수신단계를 통해서 수신된 위성신호를 이용하여 항법 측정치를 생성하는 항법 측정치 생성단계와 항법 측정치 생성단계를 통해서 가시 위성군의 생성된 항법 측정치를 조합하는 가시 위성군 조합단계와 가시 위성군 조합단계를 통해 조합된 항법 측정치 정보를 연산하여 항법해를 출력하는 수신기 항법해 연산단계와 수신기 항법해 연산단계를 통해 출력된 항법해와 3차원 지도정보를 이용하여 실시간 NLOS 벡터 정보를 처리하는 고속 항법해 실행단계;와 고속 항법해 실행단계로부터 정보를 전달받아 다중경로의 위성들을 판별하는 다중경로 위성 판단단계 및 다중경로 위성 판단단계를 통해서 다중경로가 제거된 항법해를 결합하여 제공하는 복합항법 연산단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 항법 측정치 생성단계는, 위성신호인 위성 궤도, 의사거리 및 도플러 값을 이용하여 항법해 계산에 필요한 측정치를 생성할 수 있다.

또한, 가시 위성군 조합단계는, 위성신호 정보와 다중경로 판별 값을 이용하여 가시 위성군 조합을 감시할 수 있다.

또한, 수신기 항법해 연산단계는, 위성신호와 항법 측정치 데이터를 이용하여 항법해를 출력할 수 있다.

또한, 항법해 실행단계는, 수신기 항법해와 위성궤도 정보를 입력받고 3차원 지도 정보와 연동하여 3차원 게임엔진을 통해 실시간으로 위성 가시성 정보를 제공하는 3차원 고속 연산단계 및 3차원 게임엔진으로부터 수신기 항법해를 입력받아 주변 3차원 지도정보를 제공하는 3D Map 데이터베이스를 이용하여 3차원 지도정보 제공단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 다중경로 위성 판단단계에서는, 항법해 실행단계로부터 측정 위성별 LOS 벡터 태그를 전달받아 NLOS(Non-line of sight) 위성판별을 수행하여 다중경로 위성의 존재시에는 가시 위성군 조합단계로 이동하고, 다중경로 위성의 부재시에는 복합항법 연산단계로 진행할 수 있다.

또한, 복합항법 연산단계에 다중경로가 제거된 항법해의 제공을 위해서 자이로 센서, 가속도계 및 자기센서를 이용하여 관성값을 측정하는 관성측정단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 복합항법 연산단계에서는, 관성측정단계에서 측정된 관성측정값과 사용자의 위치 및 속도를 수신하는 위성신호 수신단계에서 다중경로가 제거된 항법해를 결합하여 실시간 항법해를 제공할 수 있다.

도심 환경에서 위성항법시스템의 신뢰성을 개선하기 위하여 3차원 지도정보 연동 항법해 정확도 성능을 향상시키는 항법 측정 장치로서, 위성 수신기를 구비하여 위성신호를 수신하는 위성신호 수신유닛과 위성신호 수신유닛에 수신된 위성신호를 이용하여 항법해 계산에 필요한 측정치를 생성하는 항법측정치 생성유닛과 항법측정치 생성유닛을 통해서 생성된 위성신호 정보와 다중경로 판별 값을 이용하여 가시위성군 조합을 감시하는 가시위성군 조합유닛과 위성신호와 항법 측정치 데이터를 이용하여 항법해를 출력하는 수신기 항법해 연산유닛과 수신기 항법해 연산유닛을 통해 출력된 항법해를 실행하는 지도정보를 제공하는 항법해 실행유닛과 항법해 실행유닛으로부터 측정 위성별 LOS 벡터 태그를 전달받아 NLOS(Non-line of sight) 위성판별을 수행하는 다중경로 위성판별유닛 및 다중경로 위성판별유닛을 통해서 다중경로가 제거된 항법해를 결합하여 제공하는 복합항법 연산유닛을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 위성신호는 위성 궤도, 의사거리 및 도플러 값일 수 있다.

또한, 항법해 실행유닛은, 수신기 항법해 연산유닛으로부터 출력된 수신기 항법해와 위성신호 정보를 입력받고 3차원 지도 정보와 연동하여 실시간으로 위성 가시성 정보를 제공하는 3차원 게임엔진 및 3차원 게임엔진으로부터 수신기 항법해를 입력받아 주변 3차원 지도정보를 제공하는 3D Map 데이터베이스를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 복합항법 연산유닛에 다중경로가 제거된 항법해와의 결합을 위한 관성 측정값을 전송하는 관성측정유닛을 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 복합항법 연산유닛은, 관성측정부재에서 측정된 관성측정값과 사용자의 위치 및 속도를 수신하는 위성신호 수신유닛에서 다중경로가 제거된 항법해를 결합하여 실시간 항법해를 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 3차원 게임엔진을 이용하여 고속연산하므로 3D연산에 최적화된 병렬 연산을 시행하여 효과적인 연산시간 단축이 가능하다..

또한, 3차원 게임엔진의 고속연산기능을 활용할 경우 기존의 직렬연산에 대비 상당한 성능향상으로 동적인 상황에서도 다중경로 판별 후 개선된 위성항법해를 복합항법의 측정치로 사용할 수 있다.

또한, 위성신호 수신기가 사용될 수 있는 복잡한 도심환경 및 위성항법 음영 지역에서 다중경로 위성군을 빠르게 판별하여 위성항법의 정확도 및 실시간 응용성을 개선할 수 있다.

또한, 다중경로 제거 등으로 정확도가 개선된 위성항법 항법해의 실시간성을 이용하여 관성측정부재와 결합된 고속연산 복합항법을 실현할 수 있다.

다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법 신뢰성 향상 방법의 전체 순서도이다.
도 2는 상기 항해법 실행단계의 세부 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법을 이용한 실시간 복합항법 측정 장치의 전체개념도이다.
도 4는 본 발명의 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법 신뢰성 향상 방법 및 이를 이용한 실시간 복합항법 측정 장치 연산시간 비교 실험의 제 1실시예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법 신뢰성 향상 방법 및 이를 이용한 실시간 복합항법 측정 장치 연산시간 비교 실험의 제 2실시예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4, 5의 비교실험에 따른 연산시간 비교 그래프를 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법 신뢰성 향상 방법의 전체 순서도이고, 도 2는 상기 항해법 실행단계의 세부 순서도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법을 이용한 실시간 복합항법 측정 장치의 전체개념도이고, 도 4는 본 발명의 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법 신뢰성 향상 방법 및 이를 이용한 실시간 복합항법 측정 장치 연산시간 비교 실험의 제 1실시예를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법 신뢰성 향상 방법 및 이를 이용한 실시간 복합항법 측정 장치 연산시간 비교 실험의 제 2실시예를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 4, 5의 비교실험에 따른 연산시간 비교 그래프를 나타낸 도면이다.

도 1내지 도 6에 도시된 바와 같이, 도심 환경에서 위성항법시스템의 신뢰성을 개선하기 위하여 3차원 지도정보 연동 항법해 정확도 성능을 향상시키는 방법으로서, 본 발명은 위성신호 수신단계(S100), 항법 측정치 생성단계(S200), 가시 위성군 조합단계(S300), 수신기 항법해 연산단계(S400), 고속 항법해 실행단계(S500), 다중경로 위성 판단단계(S600) 및 복합항법 연산단계(S700)를 포함하여 이루어질 수 있다.

위성신호 수신단계(S100)는 위성 수신기(30)를 이용하여 위성신호를 수신받는 단계이다.

위성항법시스템(GNSS, Global Navigation Satellite System)이란, 크게 위성, 지상의 제어국, 사용자로 구성돼 있다. 지상 제어국의 수신장치에서 고도 약 20,000㎞ 중궤도에 위치해 있는 인공위성에서 신호를 받아 100m 이내의 위치정보를 알아낼 수 있는 것이 GNSS의 기본 원리이다. 또한 위성의 위치와 위성시계, 전리층모델, 위성궤도변수, 위성상태 등의 항법정보가 있다면 현재 사용자의 위치를 파악할 수 있다. 즉 위성에서 보내는 신호가 수신기에 도달하기까지 걸리는 시간을 측정해서 위성과 수신기 사이의 거리를 구하고, 사용자의 현재 위치를 계산할 수 있는 것이다.

항법 측정치 생성단계(S200)는 위성신호 수신단계(S100)를 통해서 수신된 위성신호를 이용하여 항법 측정치를 생성하는 단계이다.

항법 측정치 생성단계(S200)는 위성신호인 위성 궤도, 의사거리 및 도플러 값을 이용하여 항법해 계산에 필요한 측정치를 생성할 수 있다.

의사 거리(pseudo-range)란, 전파원(電波源)으로부터의 신호를 수신하여 거리를 측정하는 경우에, 송, 수신점의 시각 맞춤이 정확하지 않으면 측정에 오차가 생기는데, 이러한 측정 거리를 의사 거리라 한다.

도플러 효과란, 파동을 발생시키는 파원과 그 파동을 관측하는 관측자 중 하나 이상이 운동하고 있을 때 발생하는 효과로, 파원과 관측자 사이의 거리가 좁아질 때에는 파동의 주파수가 더 높게, 거리가 멀어질 때에는 파동의 주파수가 더 낮게 관측되는 현상이다.

가시 위성군 조합단계(S300)는 항법 측정치 생성단계(S200)를 통해서 가시 위성군의 생성된 항법 측정치를 조합하는 단계이다.

가시 위성군 조합단계(S300)는 위성신호 정보와 다중경로 판별 값을 이용하여 가시 위성군 조합을 감시할 수 있다.

여기서, 가시 위성에 대해서 알아보면, 가시 위성수(Number of Visible Satellite)란, 의사거리를 이용하여 미지점의 자동적인 3차원 위치(위도, 경도, 높이, 시간)를 계산하기 위해서는 4대 이상의 위성이 추적되어야 한다. 4대의 위성만을 이용하여 미지점의 3차원 위치를 계산할 수 있을 지라도, 더 많은 위성을 관측하는 것이 수학적으로 더 강력한 위치해를 제공하기 때문에 5대 이상의 위성에서 자료를 취득하는 것이 더 좋다. GPS 측량을 실시할 경우에, 여분의 위성들은 잉여의 반송파-위상 관측값을 제공하며, 신호 단절(Cycle Slip)이 발생할 때 시간에 대한 안전요소를 제공한다. 실시간 측량의 경우에 자동적인 초기화를 위해 5대의 위성이 필요하다.

수신기 항법해 연산단계(S400)는 가시 위성군 조합단계(S300)를 통해 조합된 항법 측정치 정보를 연산하여 항법해를 출력하는 단계이다.

수신기 항법해 연산단계(S400)는 위성신호와 항법 측정치 데이터를 이용하여 항법해를 출력할 수 있다.

고속 항법해 실행단계(S500)는 수신기 항법해 연산단계를 통해 출력된 항법해와 3차원 지도정보를 이용하여 실시간 NLOS 벡터 정보를 처리하는 단계이다.

고속 항법해 실행단계(S500)는 3차원 고속 연산단계(S510) 및 3차원 지도정보 제공단계(S520)를 포함하여 이루어질 수 있다.

3차원 고속 연산단계(S510)는 수신기 항법해와 위성궤도 정보를 입력받고 3차원 지도 정보와 연동하여 3차원 게임엔진을 통해 실시간으로 위성 가시성 정보를 제공하는 단계이다.

3차원 지도정보 제공단계(S520)는 3차원 게임엔진으로부터 수신기 항법해를 입력받아 주변 3차원 지도정보를 제공하는 3D Map 데이터베이스를 이용하여 단계이다.

게임엔진(영어: Game engine)은 비디오 게임 같은 실시간 그래픽 표시 기능을 갖춘 상호 작용 응용 프로그램을 구현하는 핵심 소프트웨어 구성 요소를 말한다. 컴퓨터 게임 개발에 바탕이 되는 기술을 제공하여 개발 과정을 단축시켜 줄 뿐 아니라, 게임을 다양한 플랫폼에서 실행할 수 있게 해주기도 한다. 특히 게임 엔진은 재사용을 염두에 두고 있기 때문에, 하나의 게임에 종속되지 않고 여러 종류의 게임에 쓰일 수 있도록 개발된다.

게임엔진이 제공하는 주요 기능으로는 2차원 그래픽이나 3차원 그래픽을 출력하기 위한 렌더링 엔진('렌더러'), 물리 엔진, 충돌 검출과 충돌 반응, 사운드 출력, 스크립트 작성, 애니메이션, 인공 지능, 네트워크, 스트리밍, 메모리 관리, 쓰레딩, 씬 그래프 등이 있다.

MATLAB이란, MATLAB(매트랩)은 MathWorks 사에서 개발한 수치 해석 및 프로그래밍 환경을 제공하는 공학용 소프트웨어이다. 행렬을 기반으로 한 계산 기능을 지원하며, 함수나 데이터를 그림으로 그리는 기능 및 프로그래밍을 통한 알고리즘 구현 등을 제공한다. MATLAB은 수치 계산이 필요한 과학 및 공학 분야에서 다양하게 사용된다.

Unity는 컴퓨터, 콘솔 및 모바일 장치 용 3 차원 및 2 차원 비디오 게임 및 시뮬레이션을 개발하는 데 주로 사용되는 Unity Technologies에서 개발 한 크로스 플랫폼 게임 엔진이다. 2005 년 Apple의 Worldwide Developers Conference에서 OS X에 대해서만 발표 된 이래, 27 개의 플랫폼을 목표로 확장되었다. 유니티의 가장 큰 장점은 다양한 플랫폼을 지원한다는 점이다. 개발자는 모바일 기기, 웹브라우저, 데스크톱, 콘솔 구분 없이 원하는 형태의 게임을 쉽게 만들 수 있다. 개발환경 자체도 입문자가 쉽게 이해할 수 있을 만큼 직관적이고 간단하다. 이러한 이유로 게임 개발자 뿐만 아니라 예술이나 교육 쪽에 있는 비전문가가 그래픽 결과물을 만들기 위해 유니티를 이용하기도 한다.

다중경로 위성 판단단계(S600)는 항법해 실행단계(S500)로부터 정보를 전달받아 다중경로의 위성들을 판별하는 단계이다.

다중경로 위성 판단단계(S600)에서는 항법해 실행단계(S500)로부터 측정 위성별 LOS 벡터 태그를 전달받아 NLOS(Non-line of sight) 위성판별을 수행하여 다중경로 위성의 존재시에는 가시 위성군 조합단계(S300)로 이동하고, 다중경로 위성의 부재시에는 복합항법 연산단계(S700)로 진행할 수 있다.

LOS란 전자파 직선상으로 도달이 가능한 눈으로 볼 수 있는 거리를 말하는 것으로 line-of-sight의 약어이다. NLOS(Non Line Of Sight, 非視線)란, 송신 안테나와 수신 안테나가 안테나의 빔폭 내에서 서로 정면으로 일직선상에 놓여 있는 않는 상태로, 무선통신에서 송신기와 수신기 사이의 전파경로에 장애물이 없는 LOS(Line Of Sight) 조건이 만족되지 않은 상태이다. 실내 무선랜과 같은 환경에서 THz 대역의 전파를 이용한 송신기와 수신기는 직진성이 아주 강해서 LOS 환경에서만 무선통신이 이루어진다. 송신기와 수신기 사이에 장애물이 있는 경우(NLOS) 이 장애물을 피해서 THz 반사경(mirror) 등을 이용하여 실내의 벽면에 THz파를 우회 반사시킨다.

다중 경로(Multipath, 多重經路)란, GPS 위성에서 송신된 신호가 지구상에 위치한 수신기에 도달할 때, 수신기 주변의 물체에 반사되어 수신되는 현상으로, 일반적으로 GPS신호는 GPS 수신기에 위성으로부터 직접파와 건물 등으로부터 반사되어 오는 반사파가 동시에 GPS 수신기에 도달한다. 다중 경로는 마이크로파 신호를 둘 다 사용하기 때문에 경로 길이의 차이로 의사 거리와 위상 관측값에 영향을 주어 관측에 오차를 일으키는 원인이 된다.

복합항법 연산단계(S700)는 다중경로 위성 판단단계(S600)를 통해서 다중경로가 제거된 항법해를 결합하여 제공하는 단계이다.

본 발명은 관성측정단계(S800)를 더 포함할 수 있다. 관성측정단계(S800)는 복합항법 연산단계(S700)에 다중경로가 제거된 항법해의 제공을 위해서 자이로 센서, 가속도계 및 자기센서를 이용하여 관성값을 측정하는 단계이다.

관성센서를 이용하는 관성항법장치(Inertial Navigation System)에 대해서 알아보면, 관성센서란 운동의 관성력을 검출하여 측정 대상인 움직이는 물체의 가속도, 속도, 방향, 거리 등 다양한 항법 관련 정보를 제공하는 센서로, 인가되는 가속도에 의해 관성체에 작용하는 관성력을 검출하는 것이 기본원리로 가속도계와 각속도계로 분류된다. 관성센서 기술의 응용분야는 비행기 및 차량의 항법에서부터 바이오 및 의료분야, 통신 및 광학분야, 자동차의 에어백, 핸드폰, 일반가전 분야에 이르기까지 매우 광범위한 영역에서 활용되고 있다.

자이로 센서(Gyro Sensor)는 가속도를 측정하는 가속도 센서와 달리 각속도를 측정한다. 자이로스코프(Gyroscope)가 각속도를 측정하는 기구인데 MEMS(Micro-ElectroMechanical Systems: 반도체 칩에 내장된 센서, 밸브, 기어, 반사경, 그리고 구동기 등과 같은 아주 작은 기계장치와 컴퓨터를 결합하는 기술)기술을 적용한 칩 형태의 자이로센서도 각속도를 측정한다.

가속도계는 관성에 의한 반작용을 측정함으로써 직선 가속도 또는 각가속도를 측정하는 장치이다. 예컨대 케이스에 부착한 질량과 스프링의 조합으로 구성된 장치가 전체적으로 가속도를 받음으로써 케이스에 대한 질량의 상대 위치가 변화한다. 이 변화(변위)에서 비중력 가속도를 구할 수 있다.

자이로스코프(Gyroscope)는 물체의 각속도를 검출하는 계측기로 흔히 자이로라고 불려지기도 한다. 배 혹은 항공기나 로켓의 자율 항법으로 사용되었으며 최근에는 자동차 내비게이션 시스템이나 자동운전 시스템, 로봇, 디지털카메라, 무인 정찰기 등에서도 이용되고 있다.

자기센서(magnetic sensor)는 자기장 또는 자력선의 크기와 방향을 측정하는 센서이다. 자기장의 영향으로 여러 가지 물질의 성질 등이 변하는 것을 이용하여 자기장을 측정한다. 홀효과나 자기저항효과 등을 이용하여 홀소자나 MR소자 등을 만들기도 하고, VTR, 테이프 리코더 등의 제조에도 이용한다.

전자기유도현상에 의하여 전선에 발생하는 전류인 자기 에너지를 검출ㅇ측정하며, 심자도(心磁圖)에서 취급하는 미약한 것에서부터 초전도에서 취급하는 강력한 것까지 대상으로 한다. 넓게는 자기헤드까지 포함하지만 좁은 뜻으로는 자기장의 영향으로 여러 가지 물성량(物性量)이 변화하는 효과를 이용하는 것을 말한다.

복합항법 연산단계(S700)에서는 관성측정단계(S800)에서 측정된 관성측정값과 사용자의 위치 및 속도를 수신하는 위성신호 수신단계(S100)에서 다중경로가 제거된 항법해를 결합하여 실시간 항법해를 제공할 수 있다.

도심 환경에서 위성항법시스템의 신뢰성을 개선하기 위하여 3차원 지도정보 연동 항법해 정확도 성능을 향상시키는 항법 측정 장치로서, 본 발명은 위성신호 수신유닛(100), 항법측정치 생성유닛(200), 가시위성군 조합유닛(300), 수신기 항법해 연산유닛(400), 항법해 실행유닛(500), 다중경로 위성판별유닛(600) 및 복합항법 연산유닛(700)을 포함하여 구성될 수 있다.

위성신호 수신유닛(100)은 위성 수신기(30)를 구비하여 위성신호를 수신할 수 있다.

위성신호는 위성 궤도, 의사거리 및 도플러 값일 수 있다.

항법측정치 생성유닛(200)은 위성신호 수신유닛(100)에 수신된 위성신호를 이용하여 항법해 계산에 필요한 측정치를 생성할 수 있다.

가시위성군 조합유닛(300)은 항법측정치 생성유닛(200)을 통해서 생성된 위성신호 정보와 다중경로 판별 값을 이용하여 가시위성군 조합을 감시할 수 있다.

수신기 항법해 연산유닛(400)은 위성신호와 항법 측정치 데이터를 이용하여 항법해를 출력할 수 있다.

항법해 실행유닛(500)은 수신기 항법해 연산유닛(400)을 통해 출력된 항법해를 실행하는 지도정보를 제공할 수 있다.

항법해 실행유닛(500)은 3차원 게임엔진(510) 및 3D Map 데이터베이스(520)를 포함하여 구성될 수 있다.

3차원 게임엔진(510)은 수신기 항법해 연산유닛(400)으로부터 출력된 수신기 항법해와 위성신호 정보를 입력받고 3차원 지도 정보와 연동하여 실시간으로 위성 가시성 정보를 제공할 수 있다.

3D Map 데이터베이스(520)는 3차원 게임엔진(510)으로부터 수신기 항법해를 입력받아 주변 3차원 지도정보를 제공할 수 있다. 구체적으로, 디스프레이를 더 포함하여 구성되어 상기의 3차원 지도정보들을 화면에 입체적으로 출력하여 보여줄 수 있다.

다중경로 위성판별유닛(600)은 항법해 실행유닛(500)으로부터 측정 위성별 LOS 벡터 태그를 전달받아 NLOS(Non-line of sight) 위성판별을 수행할 수 있다.

본 발명 측정 장치(10)는 관성측정유닛(710)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 관성측정유닛(710)은 복합항법 연산유닛(700)에 다중경로가 제거된 항법해와의 결합을 위한 관성 측정값을 전송한다.

복합항법 연산유닛(700)은 다중경로 위성판별유닛(600)을 통해서 다중경로가 제거된 항법해를 결합하여 제공할 수 있다.

복합항법 연산유닛(700)은 관성측정유닛(710)에서 측정된 관성측정값과 사용자의 위치 및 속도를 수신하는 위성신호 수신유닛(100)에서 다중경로가 제거된 항법해를 결합하여 실시간 항법해를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명 측정 장치(10)에 포함된 각각의 구성요소들에 대한 설명은 본 발명 측정 방법에서 전술한 바 있다.

또한, 본 발명의 측정 장치(10)는 컨트롤러 등에 연계된 모바일 단말기와 와이파이 통신모듈, 블루트스 통신모듈 및 지그비 통신모듈 중에서 어느 하나로 연동시켜서 사용이 가능하다. 즉, 작업자는 측정 장치(10)를 블루투스 통신모듈, 와이파이 통신모듈 및 지그비 통신모듈 중에서 어는 하나인 방식을 채택하여 사용이 가능하나 상기의 방식에만 국한하지 않고 최선의 방식을 선택하여 사용이 가능하다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시 예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

10 : 측정 장치
30 : 위성 수신기
100 : 위성신호 수신유닛
200 : 항법측정치 생성유닛
300 :　가시위성군 조합유닛
400 : 수신기 항법해 연산유닛
500 : 항법해 실행유닛
510 :　3차원 게임엔진
520 :　3D Map 데이터베이스
600 : 다중경로 위성판별유닛
700 : 복합항법 연산유닛
710 : 관성측정유닛

Claims (13)

1. 도심 환경에서 위성항법시스템의 신뢰성을 개선하기 위하여 3차원 지도정보 연동 항법해 정확도 성능을 향상시키는 방법으로서,
   위성 수신기를 이용하여 위성신호를 수신받는 위성신호 수신단계;
   상기 위성신호 수신단계를 통해서 수신된 위성신호를 이용하여 항법 측정치를 생성하는 항법 측정치 생성단계;
   상기 항법 측정치 생성단계를 통해서 가시 위성군의 생성된 항법 측정치를 조합하는 가시 위성군 조합단계;
   상기 가시 위성군 조합단계를 통해 조합된 항법 측정치 정보를 연산하여 항법해를 출력하는 수신기 항법해 연산단계;
   상기 수신기 항법해 연산단계를 통해 출력된 항법해와 3차원 지도정보를 이용하여 실시간 NLOS 벡터 정보를 처리하는 고속 항법해 실행단계;
   상기 고속 항법해 실행단계로부터 정보를 전달받아 다중경로의 위성들을 판별하는 다중경로 위성 판단단계; 및
   상기 다중경로 위성 판단단계를 통해서 다중경로가 제거된 항법해를 결합하여 제공하는 복합항법 연산단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법 신뢰성 향상 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 항법 측정치 생성단계는,
   상기 위성신호인 위성 궤도, 의사거리 및 도플러 값을 이용하여 항법해 계산에 필요한 측정치를 생성하는 것을 특징으로 하는 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법 신뢰성 향상 방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 가시 위성군 조합단계는,
   상기 위성신호 정보와 다중경로 판별 값을 이용하여 가시 위성군 조합을 감시하는 것을 특징으로 하는 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법 신뢰성 향상 방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 수신기 항법해 연산단계는,
   상기 위성신호와 항법 측정치 데이터를 이용하여 항법해를 출력하는 것을 특징으로 하는 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법 신뢰성 향상 방법.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 고속 항법해 실행단계는,
   수신기 항법해와 위성궤도 정보를 입력받고 3차원 지도 정보와 연동하여 3차원 게임엔진을 통해 실시간으로 위성 가시성 정보를 제공하는 3차원 고속 연산단계; 및
   상기 3차원 게임엔진으로부터 수신기 항법해를 입력받아 주변 3차원 지도정보를 제공하는 3D Map 데이터베이스를 이용하여 3차원 지도정보 제공단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법 신뢰성 향상 방법.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 다중경로 위성 판단단계에서는,
   상기 고속 항법해 실행단계로부터 측정 위성별 LOS 벡터 태그를 전달받아 NLOS(Non-line of sight) 위성판별을 수행하여 다중경로 위성의 존재시에는 상기 가시 위성군 조합단계로 이동하고, 다중경로 위성의 부재시에는 상기 복합항법 연산단계로 진행하는 것을 특징으로 하는 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법 신뢰성 향상 방법.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 복합항법 연산단계에 다중경로가 제거된 항법해의 제공을 위해서 자이로 센서, 가속도계 및 자기센서를 이용하여 관성값을 측정하는 관성측정단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법 신뢰성 향상 방법.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 복합항법 연산단계에서는,
   상기 관성측정단계에서 측정된 관성측정값과 사용자의 위치 및 속도를 수신하는 상기 위성신호 수신단계에서 다중경로가 제거된 항법해를 결합하여 실시간 항법해를 제공하는 것을 특징으로 하는 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법 신뢰성 향상 방법.
   
9. 도심 환경에서 위성항법시스템의 신뢰성을 개선하기 위하여 3차원 지도정보 연동 항법해 정확도 성능을 향상시키는 항법 측정 장치로서,
   위성 수신기를 구비하여 위성신호를 수신하는 위성신호 수신유닛;
   상기 위성신호 수신유닛에 수신된 위성신호를 이용하여 항법해 계산에 필요한 측정치를 생성하는 항법측정치 생성유닛;
   상기 항법측정치 생성유닛을 통해서 생성된 위성신호 정보와 다중경로 판별 값을 이용하여 가시위성군 조합을 감시하는 가시위성군 조합유닛;
   상기 위성신호와 항법 측정치 데이터를 이용하여 항법해를 출력하는 수신기 항법해 연산유닛;
   상기 수신기 항법해 연산유닛을 통해 출력된 항법해를 실행하는 지도정보를 제공하는 항법해 실행유닛;
   상기 항법해 실행유닛으로부터 측정 위성별 LOS 벡터 태그를 전달받아 NLOS(Non-line of sight) 위성판별을 수행하는 다중경로 위성판별유닛; 및
   상기 다중경로 위성판별유닛을 통해서 다중경로가 제거된 항법해를 결합하여 제공하는 복합항법 연산유닛;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법을 이용한 실시간 복합항법 측정 장치.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 위성신호는 위성 궤도, 의사거리 및 도플러 값인 것을 특징으로 하는 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법을 이용한 실시간 복합항법 측정 장치.
    
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 항법해 실행유닛은,
    상기 수신기 항법해 연산유닛으로부터 출력된 수신기 항법해와 위성신호 정보를 입력받고 3차원 지도 정보와 연동하여 실시간으로 위성 가시성 정보를 제공하는 3차원 게임엔진; 및
    상기 3차원 게임엔진으로부터 상기 수신기 항법해를 입력받아 주변 3차원 지도정보를 제공하는 3D Map 데이터베이스;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법을 이용한 실시간 복합항법 측정 장치.
    
12. 청구항 9에 있어서,
    상기 복합항법 연산유닛에 다중경로가 제거된 항법해와의 결합을 위한 관성 측정값을 전송하는 관성측정유닛;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법을 이용한 실시간 복합항법 측정 장치.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 복합항법 연산유닛은,
    상기 관성측정유닛에서 측정된 관성측정값과 사용자의 위치 및 속도를 수신하는 상기 위성신호 수신유닛에서 다중경로가 제거된 항법해를 결합하여 실시간 항법해를 제공하는 것을 특징으로 하는 3차원 지도 고속연산엔진 연동 위성항법을 이용한 실시간 복합항법 측정 장치.

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