KR20200011167A - Gps 기반 속도계 교정시스템 및 교정 방법 - Google Patents

Gps 기반 속도계 교정시스템 및 교정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 GPS 기반 속도계 교정시스템은, 적어도 3개의 가상 GPS 신호들을 생성할 수 있는 GPS 신호생성장치, 상기 GPS신호생성장치로부터 전달받은 상기 GPS 신호들을 반송파에 포함시키기 위해 상기 GPS 신호들의 주파수를 변조하는 GPS 신호송신장치, 상기 GPS 신호송신장치에서 전송된 상기 GPS 신호들을 복사하여 제1 및 제2 GPS 신호군으로 분리하는 신호분리장치, 상기 신호분리장치로부터 수신한 상기 제1 GPS 신호군을 통해 도플러 주파수를 측정하여 이동하는 특정 물체에 대한 표준 속도 값을 계산하는 기준 측정장치, 상기 신호분리장치로부터 수신한 상기 제2 GPS 신호군을 통해 도플러 주파수를 측정하여 상기 특정 물체의 측정 속도 값을 계산하는 피 교정대상 측정장치 및 상기 GPS 신호생성장치의 동작을 제어하고, 상기 기준 측정장치와 상기 피 교정대상 측정장치로부터 각각 상기 표준 속도 값과 상기 측정 속도 값을 수신하여 출력하는 제어 장치를 포함하고, 상기 제어 장치는, 상기 표준 속도 값과 상기 측정 속도 값을 서로 비교하고, 상기 표준 속도 값에서 상기 측정 속도 값을 뺀 값을 상기 피 교정대상 측정장치가 가지는 측정 오차 값으로 출력한다.

Description

GPS 기반 속도계 교정시스템 및 교정 방법{CALIBRATION SYSTEM AND MEHTOD FOR SPEEDMETER BASED ON GPS}
본 발명은 GPS 기반 속도계 교정시스템 및 교정 방법에 관한 것으로써, 보다 구체적으로는 피 교정대상 속도계가 이동 물체에 대해 출력하는 속도 값과 표준 속도계가 이동물체에 대해 출력하는 속도 값을 서로 비교하여 피 교정대상 속도계의 속도 값 오차를 교정하는 GPS 기반 속도계 교정시스템 및 교정 방법에 관한 것이다.
최근에는, 자동차의 속력을 정확하게 측정하기 위한 하나의 수단으로써, GPS를 이용하여 자동차의 속력을 측정할 수 있는 GPS 기반 속도계가 제공되고 있다.
이러한 GPS 기반 속도계는 이동물체가 이동하면서 도플러 주파수의 편차로 발생하는 도플러 신호를 복조하여 이동물체의 속도를 측정하며, GPS 기반 속도계는 다른 속도 측정 장비보다 시간 응답, 신호 대 잡음 비 및 강인성 면에서 우수한 성능을 보여 점차 사용 빈도가 높아지고 있는 추세이다.
그러나, GPS 기반의 속도계 역시 다양한 요소에 의해 오차가 발생할 가능성이 있었으며, GPS 기반의 속도계로 측정한 속도 값에 오차가 발생할 경우, 이를 실내에서 교정하기 위한 교정 시스템이나 교정하는 방법은 제공되지 않았다.
한편, 실외에서 GPS 기반 속도계의 오차를 측정하는 종래의 시스템들은 자동차가 이동할 수 있는 이동 구간을 확보해야 하는 등, 시스템의 구성에 많은 비용과 공간을 필요로 한다는 문제점도 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 실내에서 피 교정대상 측정장치인 GPS 기반 속도계의 오차 값을 측정할 수 있는 GPS 기반 속도계 교정 시스템 및 교정 방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 피 교정대상 측정장치인 GPS 기반 속도계의 오차 값에 대한 불확도를 평가하여, 보다 정확한 오차 값 교정이 가능한 GPS 기반 속도계 교정 시스템 및 교정 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 적어도 3개의 가상 GPS 신호들을 생성할 수 있는 GPS 신호생성장치, 상기 GPS신호생성장치로부터 전달받은 상기 GPS 신호들을 반송파에 포함시키기 위해 상기 GPS 신호들의 주파수를 변조하는 GPS 신호송신장치, 상기 GPS 신호송신장치에서 전송된 상기 GPS 신호들을 복사하여 제1 및 제2 GPS 신호군으로 분리하는 신호분리장치, 상기 신호분리장치로부터 수신한 상기 제1 GPS 신호군을 통해 도플러 주파수를 측정하여 이동하는 특정 물체에 대한 표준 속도 값을 계산하는 기준 측정장치, 상기 신호분리장치로부터 수신한 상기 제2 GPS 신호군을 통해 도플러 주파수를 측정하여 상기 특정 물체의 측정 속도 값을 계산하는 피 교정대상 측정장치 및 상기 GPS 신호생성장치의 동작을 제어하고, 상기 기준 측정장치와 상기 피 교정대상 측정장치로부터 각각 상기 표준 속도 값과 상기 측정 속도 값을 수신하여 출력하는 제어 장치를 포함하고, 상기 제어 장치는, 상기 표준 속도 값과 상기 측정 속도 값을 서로 비교하고, 상기 표준 속도 값에서 상기 측정 속도 값을 뺀 값을 상기 피 교정대상 측정장치가 가지는 측정 오차 값으로 출력하는 GPS 기반 속도계 교정 시스템을 제공한다.
상기 GPS 신호생성장치는 상기 GPS 신호송신장치를 이용하여, 다음 식 (1),
Figure pat00001
(1)
에 의해 상기 GPS 신호들을 생성 및 변조하고, 상기 식 (1)의 Td는 신호 전송 지연시간, t는 신호 전송 시각, Pr은 수신된 신호 전력, Di는 네비게이션 정보 비트, Ci는 의사 잡음 확산 수열, δtiono는 이온층 오차, WL1는 L1 반송파 주파수, WIF는 중간 주파수, Ψ0는 GPS 신호의 초기 위상, noise는 화이트 가우시안 노이즈, SIF 중간 주파수 신호를 나타내며,
상기 식 (1) 의 Td는 다시 아래의 식 (2)로 정의되고,
Figure pat00002
(2)
상기 식 (2)의 δtsv는 위성 클럭 오차, δteph는 위성의 위치좌표 오차, tp는 신호 전송시간, δttropo는 대류권 오차, δtr는 수신기 클럭 오차를 나타낼 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 측정 오차 값에 대하여, 아래의 식 (3) 및 (4)에 의해 불확도를 계산하며, 상기 측정 오차 값 δ에 대한 표준불확도는 식 (3),
Figure pat00003
(3)
을 통해 계산하고, 식 (3)의 uc(δ)는 측정 오차 값 δ에 대한 표준불확도, uA는 반복성 오차, uB는 GPS 시뮬레이터 불확도, u1은 양자화 오차를 나타내며, 합성불확도는 식 (4),
Figure pat00004
(4)
를 통해 계산하며, 식 (4)의 ucr(t)는 합성불확도를 나타낼 수 있다.
상기 제어 장치는, 포함인자 k가 2일 때, 상기 측정 오차 값에 대한 상대 표준불확도는 0.01%이내, 상기 측정 오차 값에 대한 상대 확장불확도는 0.02% 내지 0.03%일 수 있다.
상기 피교정대상 측정장치는, EMI 차폐를 위한 쉴드 박스(Shield Box)를 더 포함할 수 있다.
상기 쉴드 박스는 피라미드 형일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, GPS 신호를 이용하여 이동하는 특정 물체의 속도를 측정하는 GPS기반 속도계를 교정하는 방법에 있어서, GPS 신호생성장치를 이용하여 적어도 3개의 가상 GPS 신호를 생성하는 a) 단계, 생성된 상기 3개의 가상 GPS 신호의 주파수를 GPS 신호송신장치를 사용하여 반송파 주파수로 변조하는 b) 단계, 주파수가 변조된 상기 3개의 가상 GPS 신호를 각각 기준 측정장치와 피 교정대상 측정장치로 전송하는 c) 단계, 상기 기준 측정장치와 상기 피 교정대상 측정장치는 각각 상기 3개의 가상 GPS 신호를 수신하여 주파수를 복조하는 d) 단계, 상기 기준 측정장치와 상기 상기 피 교정대상 측정장치는 각각 수신된 상기 3개의 가상 GPS 신호를 이용하여 도플러 주파수를 측정하고, 이동하는 가상 물체에 대한 표준 속도 값 및 측정 속도 값을 계산하는 e) 단계, 제어장치에서 상기 표준 속도 값과 측정 속도 값의 차이 값을 상기 피 교정대상 측정장치의 측정 오차 값으로 출력하는 f) 단계를 포함하는 GPS 기반 속도계 교정 방법을 제공한다.
상기 a) 단계와 b) 단계는 각각 다음 식 (1),
Figure pat00005
(1)에 의하여 가상 GPS 신호를 생성하는 a-1) 단계 및 변조하는 b-1) 단계이며, 상기 식 (1)의 Td는 신호 전송 지연시간), t는 신호 전송 시각, Pr은 수신된 신호 전력, Di는 네비게이션 정보 비트, Ci는 의사 잡음 확산 수열, δtiono는 이온층 오차, WL1는 L1 반송파 주파수, WIF는 중간 주파수, Φ0는 GPS 신호의 초기 위상, noise는 화이트 가우시안 노이즈, SIF 중간 주파수 신호를 나타내며,
상기 식 (1)의 Td는 아래의 식 (2)로 정의되고,
Figure pat00006
(2), 상기 식 (2)의 δtsv는 위성 클럭 오차, δteph는 위성의 위치좌표 오차, tp는 신호 전송시간, δttropo는 대류권 오차, δtr는 수신기 클럭 오차를 나타낼 수 있다.
상기 a) 단계는, 적어도 4개 이상의 가상 GPS 신호를 생성하는 a-2)단계일 수 있다.
상기 f) 단계는, 상기 측정 오차 값에 대해 불확도를 계산하는 f-1) 단계를 더 포함하며, 상기 f-1) 단계는, 아래의 식 (3),
Figure pat00007
(3)
을 통해 측정 오차 값 δ에 대한 표준불확도를 계산하고, 식 (3)의 uc(δ)는 측정 오차 값 δ에 대한 표준불확도, uA는 반복성 오차, uB는 GPS 시뮬레이터 불확도, u1은 양자화 오차를 나타내며, 아래의 식 (4),
Figure pat00008
(4)
를 통해 합성불확도를 계산하며, 식 (4)의 ucr(t)는 합성불확도를 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 따른 GPS 기반 속도계 교정시스템은 GPS 시뮬레이터를 사용하여 실내에서 피 교정대상 측정장치인 GPS 기반 속도계의 오차를 측정하고 교정할 수 있으므로 종래 실외에서 이루어지는 GPS 기반 속도계의 오차 측정 시스템 보다는 공간과 시간, 비용을 절약할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 사용자가 GPS 시뮬레이터를 이용하여 GPS 기반 속도계의 측정 값에 영향을 미칠 변수를 조정할 수 있으므로, 다양한 측정 오차 값에 대한 데이터를 축적하고, 이러한 데이터에 대한 불확도 평가를 통해 정확한 측정 오차 값을 산출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 GPS 기반 속도계 교정시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 GPS 기반 속도계 교정시스템을 이용하여 피 교정대상 측정장치의 측정 오차 값을 산출하는 과정을 보여주는 순서도이다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 GPS 기반 속도계 교정시스템에 대하여 상세히 설명한다.
이하에서 설명되는 모든 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 나타낸 것이며, 여기에 설명된 실시 예들과 다르게 변형되어 다양한 실시 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 공지 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위해서 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있으며, 각 구성요소들에 참조번호를 기재할 때, 동일한 구성요소들에 대해서는 다른 도면에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시하였다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, 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 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속될 수 있지만, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 '연결', '결합' 또는 '접속'될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명에 대한 다양한 변형 실시 예들이 있을 수 있다.
그리고, 본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
인공위성의 위치측정시스템인 소위, 범지구위치결정시스템(GPS, Global Positioning System)은 미국 정부가 구축한 항법지원시스템으로, 지상, 해상 및 공중 등 지구상의 어느 곳에서나 시간 제약 없이 인공위성에서 발신하는 정보를 수신하여, 정지된 기준 국 또는 이동 중인 이동 국의 위치를 측정할 수 있도록 인공위성 군, 지상제어 국, 사용자 등 3부분으로 구성되어 있는 전천후 위성측정시스템이다.
여기서, 기준 국 또는, 이동국에 구비되어 있는 안테나 및 GPS 수신기는 GPS 위성으로부터 수신된 신호를 처리하여 GPS 수신기가 구비되어 있는 기준국 또는, 이동국의 위치, 속도 및 시간을 계산하는데, 4개 이상의 GPS 위성으로부터 수신된 반송파 위상 신호의 관측을 동시에 수행하게 된다. 이것은, 3차원 좌표와 시간이 합쳐져서 4개의 미지수를 결정해야 하기 때문이다. 아울러, 현재 GPS 수신기는 항해, 위치 측량 및 시간 정보 등 다양한 분야에 이용되고 있다.
초기에 GPS는 군사 목적으로 개발하였으나, 이후 GPS 신호 중 L1, C/A 코드는 민간인에게도 개방되어, GPS 위성에서 방송하는 C/A 코드를 통해서, 전세계 어디에서나 전천후로 24시간 위치 측정이 가능하게 되었다.
GPS 위성은 적도와 약 55도의 경사를 이루는 6개의 궤도로 구성되어 있고, 각 궤도마다 4~5개씩의 위성들이 배치되어 있으며, 지구 표면으로부터 약 20,200km의 상공에 위성을 배치하고 있다. 이러한 GPS 위성의 공전 주기는 11시간 58분으로, GPS 위성이 하루에 지구는 2번씩 회전하도록 하여, 지구상 어디에서나 항상 4개 이상의 GPS 위성을 추적할 수 있도록 되어 있으며, 또한, GPS 위성에는 세슘이나 루비듐 원자 시계를 탑재하여 GPS 위성들 간에 시각을 일치시키고 있다.
GPS 위성들은 개별적으로 탑재된 원자 시계로부터 얻어지는 안정된 주파수를 사용하여 지구로 전송되는 GPS 신호를 만들며, 이 GPS 신호의 기준 주파수는 10.23MHz이다.
표준 측위에는 L1 코드가 사용되는데, 이 코드의 캐리어 주파수 즉, 반송파 주파수를 L1 반송파 주파수라고 한다. L1 반송파의 주파수는 GPS 신호의 기준 주파수의 154배인 1575.42MHz이다.
L1 코드보다 좀 더 높은 정확도 측위를 위해 사용되는 코드는 L2 코드이며, 이 코드의 캐리어 주파수 즉, 반송파 주파수를 L2 반송파 주파수라고 한다. L2 반송파 주파수는 GPS 신호의 기준 주파수의 120배인 1227.60MHz이다.
GPS 신호와 함께 송신되는 데이터의 클럭 주파수도 GPS 신호의 기준 주파수와 정수 배의 관계에 있다.
실제 GPS 위성에서 송신되는 GPS 신호의 주파수는 기준 주파수인 10.23MHz보다 0.00455Hz 낮은 주파수로 구성된다. 이것은 위성이 궤도상에서 받는 중력과 지구 표면 상에서 받는 중력이 다르기 때문에 발생하는 오차를 보정하기 위함이다.
이러한 보정에 의해, GPS 위성에서 전송된 GPS 신호는 지구 표면 상에 있는 GPS 수신기에 수신될 때에는 그 주파수가 10.23MHz로 된다.
GPS의 종류는 다양하게 나눌 수 있으며, GPS 위성의 측정치를 이용하여 나누자면, 위성항법시스템 즉, GPS 위성의 측정치는 크게 수m 수준의 위치 정확도를 가지는 코드 측정치와 수mm ~ 수cm 수준의 위치 정확도를 가지는 반송파 측정치로 나눌 수 있다. 이 때, 반송파 측정치에는 미지정수가 포함되어 있으므로, 반송파 측정치를 이용하기 위해서는 미지정수를 결정해야 한다.
더불어, 단일 위성 항법 시스템을 이용하면, 4개 이상의 GPS 위성 신호를 수신할 수 있는 하나의 GPS 수신기로 지구 어느 곳에서든지 약 30~40m의 위치 오차로 사용자의 위치를 구할 수 있다.
위성항법시스템은 기본적으로 기준 국과 기준 국에 구비되어 있는 GPS 수신기, 및 이동국, 즉 사용자용 GPS 수신기로 구성되어 있다. 위치가 정확히 측지된 지점에 설치된 기준 국에서의 기준국용 GPS 수신기를 사용하여 위성 데이터를 수신하며, 기준 국에서는 모든 가시 위성에 대한 실제 거리(True Range)를 계산할 수 있으므로 오차가 포함된 코드 측정치에 의한 의사 거리(Pseudo Range)로부터 의사 거리 오차를 계산할 수 있다. 기준 국와 이동 국간의 거리가 비교적 가까울 경우, 기준 국의 의사 거리 오차와, 이동 국의 의사 거리 오차가 거의 같기 때문에, 기준 국에서 계산한 오차를 통해서, 이동 국의 의사 거리를 보정하면 이동 국의 의사 거리 오차가 감소하여 1~2m 수준의 위치 오차로 사용자의 위치를 구할 수 있다.
GPS 기반 속도계는 위와 같은 위성항법시스템을 기반으로 하여 GPS 위성으로부터 전송되는 GPS 신호를 수신하여, 이동하는 물체의 속도를 측정할 수 있다.
이 때, i) 위치 미분 방법(Position derivation method: PDM), ii) 반송파 위상 차 방법(Carrier phase difference method: CDM), ⅲ) 도플러 방법(Doppler method: DM)의 3가지 방법에 의해 이동하는 물체에 대하여 속도를 측정할 수 있으며, 이하에서 이동하는 물체는 자동차로 본다.
위치 미분 방법의 경우, 자동차의 위치 정보를 1차 미분하여 자동차의 속도를 구하며, 반송파 위상 차 방법은 GPS 위성으로부터 송신된 신호와 GPS 수신기 자체의 발진기에서 발생한 동기 신호의 위상 변위를 각각 측정 및 비교하여 자동차의 속도를 구한다.
도플러 방법은 GPS 위성의 주파수와 GPS 수신기에서 측정한 주파수를 비교하고 이를 통해 계산된 도플러 주파수를 이용하여 자동차의 속도를 구한다. 최근에는 도플러 방법이 이동하는 물체인 자동차에 대하여 높은 측정 신뢰성을 보여 많이 사용되고 있다.
도플러 방법에서 사용되는 식을 정리하면 아래의 식(ㄱ)으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00009
(ㄱ)
이때, 도플러 주파수는 fd, 위성의 주파수는 fs, 수신기 주파수는 fr이며, VR은 수신기를 향한 위성의 시선 속도(radial speed)를 나타내고, c는 진공에서 빛의 속도를 나타낸다.
시선 속도는 속도의 성분 중에서 시선 방향의 성분을 의미하며, 도플러 효과에 의해 구할 수 있다. 예를 들어, 관측점으로부터 천체가 멀어지고 있으면 스펙트럼 선은 적색으로 나타나고, 관측점으로부터 천체가 가까워지면 푸른색으로 표시되는 도플러 효과로 시선 속도를 구할 수 있다. 이러한 시선 속도는 초속(km/s)단위로 나타낼 수 있으며, 관측점에 접근하는 경우는 음(-)의 부호로 표현하고, 관측점으로부터 멀어지면 양(+)의 부호로 표현한다.
식 (ㄱ)을 통해 알 수 있듯이, 도플러 주파수는 위성의 주파수와 수신기 주파수의 차이로 구할 수 있다.
이때, 식 (ㄱ)는 다음과 같이 정리 할 수 있으며,
Figure pat00010
,
Figure pat00011
식 (ㄱ)는 아래의 식 (ㄴ)으로 간략히 나타낼 수 있다.
Figure pat00012
(ㄴ), 즉
Figure pat00013
이때, R은 위성과 수신기 사이의 거리율(distance rate)을 나타내며, i는 다수의 GPS 수신기인 r1, r2, r3, r4 등을 나타낸다. 또한, j는 다수의 GPS 위성인 s1, s2, s3, s4 등을 나타낸다.
이와 같은 설명을 참고하여, 이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 GPS 기반 속도계 교정시스템(100)에 대하여 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 GPS 기반 속도계 교정시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 GPS 기반 속도계 교정시스템(100)은, GPS신호생성장치(1100), GPS신호송신장치(1200), 신호분리장치(1300), 기준 측정장치(1400), 피 교정대상 측정장치(1500), 제어 장치(1000)를 포함한다.
GPS신호생성장치(1100)는 적어도 3개의 가상 GPS 신호들을 생성할 수 있는 GPS 시뮬레이터(simulator)로 구성되며, GPS신호송신장치(1200) 및 제어 장치(1000)와 전자적으로 연결된다.
GPS 시뮬레이터(1100)는 실제 GPS 위성의 데이터가 포함된 가상 GPS 신호를 생성하여 GPS 위성과 동일한 무선 주파수로 송신할 수 있다.
따라서, GPS 시뮬레이터(1100)로부터 발생된 가상의 GPS 신호는 실제 GPS 위성의 송신 주파수인 fs 와 동일한 주파수를 가지며, GPS 수신기에서 실제 GPS 신호를 수신할 때 발생되는 수신 주파수인 fr와 동일한 주파수를 형성할 수 있다.
결국, GPS 시뮬레이터(1100)를 사용하더라도, 도플러 주파수 fd는 GPS 시뮬레이터(1100)에서의 송신 주파수 fs 와 GPS 수신기에서 가상 GPS 신호를 수신할 때 발생되는 수신 주파수인 fr의 차이에 의해 결정된다.
한편, GPS 시뮬레이터(1100)는 다수의 실제 GPS 위성들이 형성하는 위성 채널과 동일한 위성채널을 생성할 수 있고, 한번에 적어도 12개 이상의 위성 채널을 설정할 수 있다.
GPS 신호생성장치(1100)는 제어장치(1000)의 제어에 의해 가상 GPS 신호를 생성하고 GPS 신호송신장치(1200)로 GPS 신호를 전달한다.
GPS 신호송신장치(1200)는 GPS 신호생성장치(1100)및 신호 분리장치(1300)와 전자적으로 연결되어 있으며, GPS신호생성장치(1100)로부터 전달받은 GPS 신호를 반송파에 포함시키기 위하여, GPS 신호의 주파수를 변조한다.
이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어장치(1000)는 GPS 신호생성장치(1100)와 GPS 신호송신장치(1200)가 아래의 식 (1),
Figure pat00014
(1)
을 통해 GPS 신호를 생성하고 GPS 신호의 주파수를 변조하도록 제어한다.
식 (1)의 Td는 신호 전송 지연시간, t는 신호 전송 시각, Pr은 수신된 신호 전력, Di는 네비게이션 정보 비트, Ci는 의사 잡음 확산 수열, δtiono는 이온층 오차, WL1는 L1 반송파 주파수, WIF는 중간 주파수,
Figure pat00015
는 GPS 신호의 초기 위상, noise는 화이트 가우시안 노이즈, SIF 중간 주파수 신호를 나타낸다.
식 (1)에서 Td는 아래의 식 (2)로 정의되며,
Figure pat00016
식 (2)의 δtsv는 위성 클럭 오차, δteph는 위성의 위치좌표 오차, tp는 신호 전송시간, δttropo는 대류권 오차, δtr는 수신기 클럭 오차를 나타낸다.
GPS 신호를 포함하는 반송파는 L1 코드를 포함할 수 있는 L1 반송파 주파수(1575.42MHz)가 사용되며, L1 코드에는 실제 GPS 위성의 식별 정보, 실제 GPS 위성에 탑재된 원자 시계와 동기화 된 시각이 포함된 네비게이션 메시지, GPS 위성 궤도 및 위치 데이터가 포함된다.
L1 반송파 주파수(1575.42MHz)와 동일한 주파수를 가지도록 변조된 GPS 신호는 GPS 신호송신장치(1200)에 의해 신호분리장치(1300)로 전송된다.
신호분리장치(1300)는 GPS 신호송신장치(1200), 기준 측정장치(1400) 및 피 교정대상 측정장치(1500)와 전자적으로 연결되어 있으며, GPS 신호송신장치(1200)로부터 수신한 GPS 위성 신호들을 복사하여 동일한 2개의 GPS 신호군으로 나눈다.
신호분리장치(1300)는 복사된 2개의 GPS 신호군을 각각 제1 및 제2 GPS 신호군으로 분리하여, 제1 GPS 신호군은 기준 측정장치(1400)로 전송하고, 제2 GPS 신호군은 피 교정대상 측정장치(1500)로 전송한다.
기준 측정장치(1400)는 신호분리장치(1300) 및 제어장치(1000)와 전자적으로 연결되어 있으며, 신호분리장치(1300)로부터 수신한 제1 GPS 신호군을 통해 이동하는 특정 물체, 즉 자동차에 대한 도플러 주파수를 측정한다.
기준 측정장치(1400)는 변조된 GPS 신호인 직접수열 대역확산 신호를 수신하면, 원래 GPS 시뮬레이터에서 전송된 GPS 신호로 복조하기 위해, 수신된 GPS 신호에 의사 잡음 확산 수열(Pseudorandom Noise spreading sequence: PN) 신호를 곱하고, 반송파 신호(
Figure pat00017
)를 곱하여 원래 GPS 신호로 복조한다.
기준 측정장치(1400)는 미리 GPS 위성의 표준 데이터가 입력되어 있으며, GPS 위성에 장착된 원자 시계와 시각 오차가 없도록 설정된 장치로써, 피 교정대상 측정장치(1500)가 이동하는 특정 물체의 속도를 측정하여 제공하는 측정 값에 대하여 비교 기준이 되는 기준 값을 제공하는 측정 장치이다.
본 실시 예에 따른 GPS 기반 속도계 교정 시스템(100)은, GPS 신호생성장치(1100)인 GPS 시뮬레이터를 사용하여, GPS 신호에 포함되는 GPS 위성 데이터를 조작하고, 이를 통해 기준 측정장치(1400)가 실제 이동하는 자동차에서 GPS 신호를 수신하는 것과 동일한 상황을 연출한다.
따라서, 기준 측정장치(1400)는 제1 GPS 신호군을 통해, 이동하는 특정 물체, 즉 이동하는 가상의 자동차에 대한 도플러 주파수를 도출하여 자동차의 표준 속도 값을 산출해 낸다.
이러한 표준 속도 값은 제어장치(1000)로 전송되며, 제어장치(1000)는 이러한 표준 속도 값을 디스플레이 하거나 저장 매체, 용지 등을 통해 출력할 수 있다.
피 교정대상 측정장치(1500)는 신호분리장치(1300) 및 제어장치(1000)와 전자적으로 연결되어 있으며, 신호분리장치(1300)로부터 수신한 제2 GPS 신호군을 통해 이동하는 특정 물체, 즉 자동차에 대한 도플러 주파수를 측정한다.
피 교정대상 측정장치(1500)는 변조된 GPS 신호인 직접수열 대역확산 신호를 수신하면, 원래 GPS 시뮬레이터에서 전송된 GPS 신호로 복조하기 위해, 수신된 GPS 신호에 의사 잡음 확산 수열(Pseudorandom Noise spreading sequence: PN) 신호를 곱하고, 반송파 신호(
Figure pat00018
)를 곱하여 원래 GPS 신호로 복조한다.
피 교정대상 측정장치(1500)는 시험 대상 장치(Device Under Test: DUT)로써, GPS 위성에 장착된 원자 시계와 시각 오차에 대한 교정이 되지 않는 등의 이유로 측정 값에 오차 범위가 존재하는 장치이다. 기준 측정장치(1400)가 이동하는 특정 물체의 속도를 측정하여 제공하는 기준 값에 의해 측정 오차가 결정된다.
본 실시 예에 따른 GPS 기반 속도계 교정 시스템(100)은, GPS 신호생성장치(1100)인 GPS 시뮬레이터를 사용하여, GPS 신호에 포함되는 GPS 위성 데이터를 조작하고, 이를 통해 피 교정대상 측정장치(1500)가 실제 이동하는 자동차에서 GPS 신호를 수신하는 것과 동일한 상황을 연출한다.
따라서, 피 교정대상 측정장치(1500)는 제2 GPS 신호군을 통해, 이동하는 특정 물체, 즉 이동하는 가상의 자동차에 대한 도플러 주파수를 도출하여 자동차의 측정 속도 값을 산출해 낸다.
이러한 측정 속도 값은 제어장치(1000)로 전송되며, 제어장치(1000)는 이러한 측정 속도 값을 디스플레이 하거나 저장 매체, 용지 등을 통해 출력할 수 있다.
피 교정대상 측정장치(1500)는 EMI(Electromagnetic Interference: 전자파) 차폐를 위한 쉴드 박스(Shield Box)를 더 포함할 수 있다.
이 쉴드 박스(1501)는 피라미드 형으로 형성될 수 있다. 하지만, 형태가 이에 제한되는 것은 아니며, 전자파를 차폐할 수 있다면, 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예시적으로 돔(dome) 형상 또는 박스(box) 형상으로 구성될 수 있다.
쉴드 박스(1501)는 피 교정대상 측정장치(1500)를 덮도록 구성되어 외부의 전자기파에 의한 간섭에 따라 피 교정대상 측정장치(1500)가 가질 수 있는 측정 오차를 최소화 할 수 있다.
제어장치(1000)는 GPS 신호생성장치(1100), 기준 측정장치(1400) 및 피 교정대상 측정장치(1500)와 전자적으로 연결되어, GPS 신호생성장치(1100)의 동작을 제어하고, 기준 측정장치(1400)와 피 교정대상 측정장치(1500)로부터 각각 표준 속도 값과 측정 속도 값을 수신하여 출력 또는 디스플레이 한다.
표준 속도 값과 측정 속도 값을 수신한 제어 장치(1000)는 표준 속도 값과 측정 속도 값을 서로 비교하여, 표준 속도 값에서 측정 속도 값을 뺀 값을 피 교정대상 측정장치(1500)가 가지는 측정 오차 값으로 출력 또는 디스플레이 한다.
본 발명에 따른 GPS 기반 속도계 교정 시스템(100)을 이용하여 기준 측정장치(1400)로 측정한 표준 속도 값, 피 교정대상 측정장치(1500)로 측정한 측정 속도 값 및 측정 오차 값을 산출해 낸 실험 예에 대한 결과가 아래의 표 1에 첨부된 테이블 1에 기록되어 있다.
Figure pat00019
테이블 1은 GPS 시뮬레이터를 이용하여, GPS 신호에 포함되는 GPS 위성의 위치 데이터 등을 조정하여 기준 측정장치(1400)와 피 교정대상 측정장치(1500)가 실제 이동하는 자동차에서 GPS 신호를 수신하는 것과 동일한 상황을 재연하고, 각각의 측정장치(1400, 1500)에서 측정한 속도 값들을 비교하여 측정 오차 값을 산출해낸 결과를 나타낸 테이블이다.
이 실험에서는 속도 단위를 Km/h 단위로 나타내고, 40 내지 180Km/h의 범위에서 기준 측정장치(1400)와 피 교정대상 측정장치(1500)로 이동하는 가상의 자동차에 대한 속도를 측정하였으며, 400회에 걸쳐 반복적으로 속도를 측정하여 오차 값을 계산하였다. 또한, 실험 동안 총 9개의 GPS 위성 채널을 사용하였다.
Standard Value가 기준 측정장치(1400)에서 측정한 표준 속도 값이며, Mean Measured Value가 피 교정대상 측정장치(1500)에서 측정한 측정 속도 값이고, Measurement Error는 측정 오차 값이다.
RSD는 Relative Standard Deviation의 약어로써 상대 표준 편차를 나타낸다.
측정 오차 값은 ±0.5km/h 내지 50km/h의 범위에서는 요구 정확도(0.1km/h)인 ±0.1%(±0.1km/h)이내로 측정되었고, 그 이상의 범위에서는 ±1.0% 정도의 측정 오차 값을 보였다.
한편, 본 발명은 측정 속도 값 및 이에 포함된 측정 오차 값에 대한 정확도 평가를 위하여 측정 불확도(Uncertainty)의 결과를 제공한다. 측정 불확도(Uncertainty)는 어떤 것을 측정한 값에 대한 정확도와 신뢰 범위(confidence interval)를 의미한다.
측정 불확도에 의하여 측정대상의 기대값이 특정 신뢰수준에 실질적으로 놓여질 구간을 추정할 수 있으며, 측정된 대표값이 달라질 수도 있는 범위와 그에 따른 정확도를 나타낼 수 있다.
이러한 정확도를 나타내는 개념으로 측정 오차 값이 사용되었으며, 오차 값이라는 것은 측정 값과 참 값의 차로 표현된다.
일반적으로 측정의 결과는 측정의 대상이 되는 특정한 양, 즉 측정 량에 대한 추정 값에 불과할 수 있다. 측정 대상의 참 값은 현실적으로 정확히 알 수 없는 불확실한 부분이 항상 존재하게 되어, 이러한 부분을 완전히 배제할 수는 없다. 하지만, 불확실한 정도의 크기를 적절한 기법을 사용하여 추정할 수 있으면 측정 결과를 이용한 의사 결정에 신뢰가 형성된다.
따라서, 본 발명은 GPS 기반 속도계로써 피 교정대상 측정장치(1500)가 이동하는 자동차에 대해 측정한 측정 속도 값 및 측정 속도 값에 포함된 측정 오차 값에 대한 정확도와 신뢰범위를 나타내는 불확도 평가 결과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 GPS 기반 속도계 교정 시스템(100)은 측정 오차 값에 대하여 불확도의 B형 평가를 제공한다.
여기서, 불확도의 B형 평가는 일련의 관측 값의 통계적인 분석이 아닌 다른 방법으로 불확도를 평가하는 방법으로써, 비교적 신뢰성이 있는 정보의 풀(pool)인 선험적 분포에 근거를 두고 있는 방법을 의미한다.
표준불확도의 B형 평가에서, 반복 관측으로 얻어지지 않은 입력량을
Figure pat00020
이라고 하면, 이 입력량의 추정 값
Figure pat00021
에 대하여 관련된 추정분산
Figure pat00022
또는 표준불확도
Figure pat00023
는
Figure pat00024
의 변동성에 관하여 얻을 수 있는 모든 정보에 근거한 과학적 판단에 의해 평가된다.
이 때, 포함될 수 있는 정보는 과거의 측정 데이터, 관련 재료와 기기의 거동 및 특성에 대한 경험이나 일반지식, 제작자의 규격, 교정 및 기타 인증서에 주어진 데이터, 핸드북에서 인용한 참고자료의 불확도 등이 있다.
이러한 표준불확도의 B형 평가 방법으로 평가된
Figure pat00025
및
Figure pat00026
를 각각 B형 분산과 B형 표준불확도라고 한다.
위와 같은 설명을 바탕으로 하여, 본 발명에 따른 GPS 기반 속도계 교정 시스템(100)에 포함된 제어장치(1000)는 측정 오차 값에 대하여 불확도를 계산하여 출력 또는 디스플레이 할 수 있으며, 표 1에 나타난 측정 오차 값에 대하여 불확도를 계산한 실험 예를 아래의 표 2로 제공한다.
Figure pat00027
표 2는 표 1에 나타난 측정 오차 값과 측정 오차 값에 따른 상대 표준 편차(RSD)가 최대인 속도 값 60Km/h에서 3가지의 불확도 요소인 반복성 오차, 양자화 오차 및 GPS 시뮬레이터 불확도를 고려하여 계산한 표준불확도를 보여주는 표로써, 시험 교정 에러에 대한 불확도 버짓(budget)이다.
SCE는 Simulated Calibration Error로써 실험 교정 에러를 의미한다.
본 발명에 따른 제어장치(1000)는 피교정대상 측정장치(1500)가 측정한 측정 속도 값에 포함된 측정 오차 값(δ)에 대한 표준불확도(uc)를 아래의 식 (3)에 의해 제공한다.
Figure pat00028
(3)
식 (3)의 uc(δ)는 측정 오차 값 δ에 대한 표준불확도, uA는 표 2의 반복성 오차, uB는 표 2의 GPS 시뮬레이터 불확도, u1은 표 2의 양자화 오차를 나타낸다.
uA의 제곱근은 반복성 오차에 대한 합성표준불확도, uB의 제곱근은 GPS 시뮬레이터 불확도에 대한 합성표준불확도, u1의 제곱근은 양자화 오차에 대한 합성표준불확도를 의미한다.
합성표준불확도란 측정결과가 여러 개의 다른 입력량으로부터 구해질 때, 이 측정 결과의 표준불확도를 합성표준불확도라고 한다. 합성표준불확도는 각 입력량의 변화가 측정결과에 미치는 영향에 따라 가중된 분산과 공분산의 합이 양(+)의 제곱근과 같다.
또한, 제어장치(1000)는 측정 오차 값에 대하여, 합성불확도를 아래의 식 (4)를 통해 제공한다.
Figure pat00029
(4)
식 (4)의 ucr(t)는 합성불확도를 나타낸다. 이 때, 상대 표준불확도는 0.01%가 되며, 포함인자 k가 2라면, 측정 오차 값에 대한 상대 확장불확도는 0.02% 내지 0.03% 이내가 된다.
상대 확장불확도는 구간으로 정의되는 측정결과에 대한 양을 말하며, 여기서 구간은 측정량에 대한 값의 분포 중 상당 부분이 포함될 것이라고 기대되는 범위를 의미한다.
또한, 포함인자는 상대 확장불확도를 구하기 위하여 상대 표준불확도에 곱하는 수치인자로써 k로 표시되며 보통 2와 3사이에서 k 값이 정해진다. 표 2에 따른 본 실험 결과에서 포함인자 k는 2였다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 GPS 기반 속도계 교정 시스템(100)을 이용하여 피 교정대상 측정장치(1500)의 측정 오차 값을 산출하는 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 GPS 기반 속도계 교정 시스템을 을 이용하여 피 교정대상 측정장치의 측정 오차 값을 산출하는 과정을 보여주는 순서도이다.
GPS 신호를 이용하여 이동하는 특정 물체의 속도를 측정하는 GPS 기반 속도계의 측정 오차 값을 산출하기 위해, GPS 기반 속도계 교정 시스템(100)은 우선, GPS 신호생성장치(1100)를 이용하여, 적어도 3개의 가상 GPS 신호를 생성한다(S100).
이 때, GPS 신호생성장치(1100)가 한번에 3개 이상의 GPS 위성 채널을 만들 수 있다면, GPS 신호생성장치(1100)는 3개의 가상 GPS 신호보다 더 많은 적어도 4개 이상의 가상 GPS 신호를 생성할 수 있다.
제어장치(1000)는 GPS 신호생성장치(1100)에서 생성된 3개 또는 4개 이상의 가상 GPS 신호를 GPS 신호송신장치(1200)로 전송하도록 GPS 신호생성장치(1100)를 제어한다. 그리고 GPS 신호송신장치(1200)를 사용하여 가상 GPS 신호를 전송대역의 주파수로 변조한다(S101).
제어장치(1000)는 식 (1)을 통해 가상 GPS 위성 신호의 생성하고 주파수를 변조한다.
GPS 신호송신장치(1200)에서 주파수가 변조된 가상 GPS 위성 신호는 신호 분리장치(1300)로 전송된다. 신호 분리장치(1300)는 주파수가 변조된 가상 GPS 신호를 복제하여 제1 및 제2 GPS 신호군으로 분리하고, 제1 GPS 신호군은 기준 측정장치(1400)로 전송하고, 제2 GPS 신호군은 피 교정대상 측정장치(1500)로 전송한다(S102).
기준 측정장치(1400)와 피 교정대상 측정장치(1500)는 각각 제1 및 제2 GPS 신호군을 수신하여 원래의 GPS 신호가 되도록 주파수를 복조한다(S103).
이 때, 기준 측정장치(1400)와 피 교정대상 측정장치(1500)는 수신된 GPS 신호에 의사 잡음 확산 수열(PN) 신호를 곱하고, 반송파 신호(
Figure pat00030
)를 곱하여 원래 GPS 신호로 주파수를 복조한다.
기준 측정장치(1400)와 피 교정대상 측정장치(1500)는 각각 수신된 3개 또는 4개 이상의 가상 GPS 신호를 이용하여 도플러 주파수를 측정하고, 이동하는 가상 물체에 대한 표준 속도 값 및 측정 속도 값을 계산한다(S104).
본 실시 예에 따른 GPS기반 속도계 교정 방법을 사용하는 GPS기반 속도계 교정 시스템(100)은 GPS 시뮬레이터를 GPS 신호생성장치(1100)로 사용하므로, GPS 신호에 포함되는 GPS 위성 데이터를 조정하여, 기준 측정장치(1400) 및 피 교정대상 측정장치가 실제 이동하는 자동차에서 GPS 신호를 수신하는 것과 동일한 상황을 연출할 수 있다.
따라서, 기준 측정장치(1400)와 피 교정대상 측정장치(1500)는 각각 제1 및 제2 GPS 신호군을 통해, 이동하는 특정 물체, 즉 이동하는 가상의 자동차에 대한 도플러 주파수를 도출하여 자동차의 표준 속도 값 및 측정 속도 값을 산출해 낸다.
이러한 표준 속도 값 및 측정 속도 값은 제어장치(1000)로 전송되고, 제어장치(1000)는 표준 속도 값과 측정 속도 값의 차이 값을 계산한다(S105).
표준 속도 값과 측정 속도 값의 차이 값은 피 교정대상 측정장치(1500)의 측정 오차 값이 되므로, 제어장치(1000)는 측정 오차 값에 대한 불확도를 계산(S106)하여 측정 오차 값에 대한 신뢰도를 형성할 수 있다.
제어장치(1000)는 식 (3)을 이용하여 측정 오차 값 δ에 대한 표준 불확도를 계산하고, 식 (4)를 이용하여 상대 표준불확도를 계산한다.
또한, 제어장치(1000)는 표준 속도 값과 측정 속도 값의 차이 값을 피 교정대상 측정장치(1500)의 측정 오차 값으로 출력한다(S107).
사용자는 제어장치(1000)에 출력된 측정 오차 값을 이용하여, 피 교정대상 측정장치(1500)를 교정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 GPS 기반 속도계 교정 시스템(100)은 GPS 시뮬레이터를 사용하여 GPS 신호를 가상으로 만들어 피 교정대상 측정장치의 측정 오차 값을 계산할 수 있으므로, 실내에서 피 교정대상 측정장치인 GPS 기반 속도계의 오차를 측정하고 교정할 수 있다는 장점이 있다.
또한, GPS 시뮬레이터를 이용하여 GPS 기반 속도계의 측정 값에 영향을 미치는 변수를 다양하게 조절할 수 있으므로, 측정 오차 값에 대한 데이터를 축적하여 축적된 측정 오차 값에 대한 불확도 평가를 통해, 정확한 측정 오차 값을 산출해 낼 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 '포함하다', '구성하다' 또는 '가지다' 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 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: GPS 기반 속도계 교정시스템
1000: 제어장치
1100: GPS 신호 생성장치
1200: GPS 신호 송신장치
1300: 신호 분리장치
1400: 기준 측정장치
1500: 피교정대상 측정장치

Claims (10)

  1. 적어도 3개의 가상 GPS 신호들을 생성할 수 있는 GPS 신호생성장치;
    상기 GPS신호생성장치로부터 전달받은 상기 GPS 신호들을 반송파에 포함시키기 위해 상기 GPS 신호들의 주파수를 변조하는 GPS 신호송신장치;
    상기 GPS 신호송신장치에서 전송된 상기 GPS 신호들을 복사하여 제1 및 제2 GPS 신호군으로 분리하는 신호분리장치;
    상기 신호분리장치로부터 수신한 상기 제1 GPS 신호군을 통해 도플러 주파수를 측정하여 이동하는 특정 물체에 대한 표준 속도 값을 계산하는 기준 측정장치;
    상기 신호분리장치로부터 수신한 상기 제2 GPS 신호군을 통해 도플러 주파수를 측정하여 상기 특정 물체의 측정 속도 값을 계산하는 피 교정대상 측정장치; 및
    상기 GPS 신호생성장치의 동작을 제어하고, 상기 기준 측정장치와 상기 피 교정대상 측정장치로부터 각각 상기 표준 속도 값과 상기 측정 속도 값을 수신하여 출력하는 제어 장치;를 포함하고,
    상기 제어 장치는,
    상기 표준 속도 값과 상기 측정 속도 값을 서로 비교하고, 상기 표준 속도 값에서 상기 측정 속도 값을 뺀 값을 상기 피 교정대상 측정장치가 가지는 측정 오차 값으로 출력하는, GPS 기반 속도계 교정시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 GPS 신호생성장치는 상기 GPS 신호송신장치를 이용하여,
    다음 식 (1),
    Figure pat00031
    (1)
    에 의해 상기 GPS 신호들을 생성 및 변조하고, 상기 식 (1)의 Td는 신호 전송 지연시간, t는 신호 전송 시각, Pr은 수신된 신호 전력, Di는 네비게이션 정보 비트, Ci는 의사 잡음 확산 수열, δtiono는 이온층 오차, WL1는 L1 반송파 주파수, WIF는 중간 주파수,
    Figure pat00032
    는 GPS 신호의 초기 위상, noise는 화이트 가우시안 노이즈, SIF 중간 주파수 신호를 나타내며,
    상기 식 (1)의 Td는 아래의 식 (2)로 정의되며,
    Figure pat00033
    (2)
    상기 식 (2)의 δtsv는 위성 클럭 오차, δteph는 위성의 위치좌표 오차, tp는 신호 전송시간, δttropo는 대류권 오차, δtr는 수신기 클럭 오차를 나타내는, GPS 기반 속도계 교정 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 측정 오차 값에 대하여,
    아래의 식 (3) 및 (4)에 의해 불확도를 계산하며,
    상기 측정 오차 값 δ에 대한 표준불확도는 식 (3),
    Figure pat00034
    (3)
    을 통해 계산하고, 식 (3)의 uc(δ)는 측정 오차 값 δ에 대한 표준불확도, uA는 반복성 오차, uB는 GPS 시뮬레이터 불확도, u1은 양자화 오차를 나타내며,
    합성불확도는 식 (4),
    Figure pat00035
    (4)
    를 통해 계산하며, 식 (4)의 ucr(t)는 합성불확도를 나타내는, GPS 기반 속도계 교정시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    포함인자 k가 2일 때, 상기 측정 오차 값에 대한 상대 표준불확도는 0.01%이내, 상기 측정 오차 값에 대한 상대 확장불확도는 0.02% 내지 0.03%인, GPS 기반 속도계 교정시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 피 교정대상 측정장치는,
    EMI 차폐를 위한 쉴드 박스(Shield Box)를 더 포함하는, GPS 기반 속도계 교정시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 쉴드 박스는 피라미드 형인, GPS 기반 속도계 교정시스템.
  7. GPS 신호를 이용하여 이동하는 특정 물체의 속도를 측정하는 GPS기반 속도계를 교정하는 방법에 있어서,
    GPS 신호생성장치를 이용하여 적어도 3개의 가상 GPS 신호를 생성하는 a) 단계;
    생성된 상기 3개의 가상 GPS 신호의 주파수를 GPS 신호송신장치를 사용하여 반송파 주파수로 변조하는 b) 단계;
    주파수가 변조된 상기 3개의 가상 GPS 신호를 각각 기준 측정장치와 피 교정대상 측정장치로 전송하는 c) 단계;
    상기 기준 측정장치와 상기 피 교정대상 측정장치는 각각 상기 3개의 가상 GPS 신호를 수신하여 주파수를 복조하는 d) 단계;
    상기 기준 측정장치와 상기 상기 피 교정대상 측정장치는 각각 수신된 상기 3개의 가상 GPS 신호를 이용하여 도플러 주파수를 측정하고, 이동하는 가상 물체에 대한 표준 속도 값 및 측정 속도 값을 계산하는 e) 단계;
    제어장치에서 상기 표준 속도 값과 측정 속도 값의 차이 값을 상기 피 교정대상 측정장치의 측정 오차 값으로 출력하는 f) 단계;를 포함하는, GPS 기반 속도계 교정 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 a) 단계와 b) 단계는 각각
    다음 식 (1),
    Figure pat00036
    (1),
    에 의하여 가상 GPS 신호를 생성하는 a-1) 단계 및 변조하는 b-1) 단계이며,
    상기 식 (1)의 Td는 신호 전송 지연시간, t는 신호 전송 시각, Pr은 수신된 신호 전력, Di는 네비게이션 정보 비트, Ci는 의사 잡음 확산 수열, δtiono는 이온층 오차, WL1는 L1 반송파 주파수, WIF는 중간 주파수,
    Figure pat00037
    는 GPS 신호의 초기 위상, noise는 화이트 가우시안 노이즈, SIF 중간 주파수 신호를 나타내며,
    상기 식 (1)에서 Td는 아래의 식 (2)로 정의되고,
    Figure pat00038
    (2),
    상기 식 (2)의 δtsv는 위성 클럭 오차, δteph는 위성의 위치좌표 오차, tp는 신호 전송시간, δttropo는 대류권 오차, δtr는 수신기 클럭 오차를 나타내는, GPS 기반 속도계 교정 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    적어도 4개 이상의 가상 GPS 신호를 생성하는 a-2)단계인, GPS 기반 속도계 교정 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 f) 단계는,
    상기 측정 오차 값에 대해 불확도를 계산하는 f-1) 단계;를 더 포함하며,
    상기 f-1) 단계는,
    아래의 식 (3),
    Figure pat00039
    (3)
    을 통해 측정 오차 값 δ에 대한 표준불확도를 계산하고, 식 (3)의 uc(δ)는 측정 오차 값 δ에 대한 표준불확도, uA는 반복성 오차, uB는 GPS 시뮬레이터 불확도, u1은 양자화 오차를 나타내며,
    아래의 식 (4),
    Figure pat00040
    (4)
    를 통해 합성불확도를 계산하며, 식 (4)의 ucr(t)는 합성불확도를 나타내는, GPS 기반 속도계 교정 방법.
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