KR20210092774A - 항공기 위치를 결정하는 절차 및 절차를 수행하기 위한 배열 - Google Patents

Abstract

본 발명의 주제는 항공기의 위치를 결정하기 위한 절차이며, 이러한 절차 동안 공역 사용자는 항공 교통 관리자에 의해 제공되는 서비스의 사용을 개시하고, 식별 데이터를 항공 교통 관리자로 전송하며, 항공 교통 관리자는 항공기 식별자를 등록하고 독립형 위치 결정을 수행한다. 이는, 항공기(1) 기내에 위치되며 스위치 온된 기내 디바이스(2)에 연결된 코드 카드(3)의 IMSI 번호가 식별자로서 사용되고, 공역 사용자는 항공 교통 관리자에 의해 계약된 셀룰러 네트워크(13)에 로그 인하며, 적어도 3개의 최적으로는 4개 내지 6개의 셀룰러 기지국들에 의해 방출된 타임 스탬프들이 기록되고, 그런 다음 셀룰러 기지국들(12)로부터의 거리에 비례하는 관찰된 도착 시간 차이 데이터(8)가 계산되며, 관찰된 도착 시간 차이 데이터(8)는 셀룰러 네트워크(13)를 통해 위치 기반 서버(7)로 그리고 위치 기반 서버(7)를 통해 항공 교통 관리 시스템(10)으로 전송되고, 그런 다음 관찰된 도착 시간 차이 데이터(8)를 추가적이고 독립적인 감시 데이터와 실시간으로 결합하여 위치 기반 서버(7) 및/또는 항공 교통 관리 시스템(10)이 주어진 항공기(1)의 위치를 결정하며, 위치 벡터 데이터(14)가 생성되고, 그런 다음 위치 벡터 데이터(14)가 주어진 항공기(1)로 전송되고, 다수의 공역 사용자들에게 액세스가능한 적어도 하나의 데이터베이스(15)로 포워딩되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 주제는 또한 절차를 수행하기 위한 배열을 포함한다.

Description

항공기 위치를 결정하는 절차 및 절차를 수행하기 위한 배열

본 발명의 주제는 항공기 위치를 결정하기 위해 생성된 절차이다. 본 발명의 주제는 또한 절차를 수행하기 위한 배열을 포함한다.

오늘날 사용되는 항공기의 기내 네비게이션, 통신 및 감시 장비는 상당한 에너지 공급 및 공간을 요구하며, 무겁고 비싸다. 따라서 일반 항공 분야에서 이러한 장비의 사용이 제한된다. 일반적으로, 공간이 부족하며, 에너지 공급이 제한되고 일반 항공 항공기의 기내 인프라스트럭처가 부족하다. 결과적으로, 무인 항공기(unmanned aerial vehicle; UAV)들, 글라이더들, 행글라이더들, 초경량 항공기, 열기들 및 초경량 비행기들과 같은 광범위한 일반 항공 항공기 상에서 부피가 큰 통신, 네비게이션 및 감시(communication, navigation and surveillance; CNS) 장비가 사용될 수 없다. 이러한 이유로, 이러한 항공기의 대부분이 어떠한 종류의 CNS 장비도 사용하지 않는다. 예외는 특정한 경우들에서 위성 네비게이션(GPS) 및 통신을 위한 라디오 송신기/수신기이다. 모든 관련 규정들 및 규제들을 충족시키는 적절하게 인증되고 인가된 장비만이 항공 교통 관리 시스템 내에서 사용될 수 있다. 추가적인 제약은, 항공 교통 관리에서 사용되는 특정 감시 시스템들이 오직 금속성 물체들만을 검출할 수 있다는 사실이다. 이처럼 플라스틱 UAV들, 나무 또는 복합 재료로 만들어진 행글라이더들, 글라이더들은 검출할 수 없다. GNSS(Global Navigation Satellite System)는, 이것이 용이하게 재밍될 수 있으며 이것이 그 자체의 무결성에 대한 임의의 정보를 포함하지 않기 때문에 신뢰할 수 있는 시스템으로 보일 수 없다. 이처럼, 이것의 신뢰성은 단지 그 시스템만을 사용함으로써 수립될 수 없다. 유사하게, 공역(airspace) 사용자는 또한, 이것이 재밍 또는 스푸핑으로 인해 오도된 데이터를 제공할 수 있기 때문에, GNSS 시스템에 의해 표시되는 위치에 항공기가 있다는 것을 확신하지 못할 수 있다. 최신 기술은 다음의 해법들을 포함한다:

중국 특허 제CN104168585호는 GSM/TD-SCDMA/TD-LTE 모바일 통신 시스템을 설명한다. 이러한 발명에 따르면, 느슨한 커플링 모듈화 구조 모드가 사용되며, 기기 및 테스팅 방법이 멀티스레딩 스케줄링 및 동적 체인형 라이브러리 기술들을 사용하여 실현된다. 드라이브 테스트 장비의 주요 기능은 데이터를 수집하고, 통계적 분석을 수행하며, 셀룰러 네트워크를 검사하는 것이다. 이것은, 몇몇 무선 인터페이스 시그널링 프로토콜들의 모니터링 및 분석을 가능하게 한다는 점에서 본 발명과 유사하다.

미국 특허 제US2015139061 A1호는 DL-OTDOA(Observed Time Difference of Arrival) 원리 및 LTE 네트워크들(용어는 4세대 무선 통신 표준인 'Long-Term Evolution'이라는 표현으로부터 유래함)을 사용하는 위치 결정을 위한 방법들 및 배열들을 설명한다. 이러한 발명의 주요 목적은 위치 결정 정확성을 개선하는 것이다. 3-세대 셀룰러 시스템들 내에서의 위치 결정의 주요 문제가 여전히 계류 중이며, 다음과 같이 요약될 수 있다: A-GPS(Assisted-GPS) 위치 결정은 매우 높은 정밀 데이터를 제공할 수 있지만, 이것은 실내(in-door) 위치 결정을 제공하며, 이는 단점이다. OTDOA-IPDL(OTDOA-improved Data Link) 및 UTDOA(Uplink-Time Difference of Arrival)에서 고유한 기술적 해법들은 A-GPS보다 더 양호한 실내 커버리지를 산출하고 더 양호한 정확성을 제공한다. 그러나, 현재 이용가능한 센서 감도는 적절한 정확성을 제공하기에 충분하지 않다. A-GPS(어떤 미터 정확도)와 Cell-ID(셀 데이터는 수신기가 위치된 셀을 보여주며, 이는 약 2-30 km의 정확도를 산출함) 사이의 범위의 정확도가 예상될 수 있다. 이러한 해법은 이동하지 않는 물체들의 응급 위치 결정을 위해 적용될 수 있지만, 교통 모니터링을 위해 또는 분리를 제공하기 위해서는 적용될 수 없으며, 이것은 또한 통합된 시스템이 아니다.

중국 특허 제CN106781478호에서 설명되는 발명은 궤적 추적 방법에 기초하는 LTE(long term evolution) 시그널링에 관한 것이다. 이러한 발명의 근거는 LTE 시그널링 데이터를 사용하여 트랙(track)들을 생성하고 모니터링하는 것이다. 절차는 LTE 시그널링 데이터의 OTDOA(Observed Time Difference of Arrival) 값만을 사용하며, 도로 매칭(road matching)이 수행되고, 목표 위치가 결정되며 이동 궤적이 인식된다. 이러한 기술에 의해 제공되는 알고리즘은: 맵 데이터를 용이하고 빠르게 생성하는 것, 데이터베이스에서 도로 통행료 데이터를 수집하는 것, 실시간으로 데이터베이스 내로 차량 정보를 가져오는 것, 이동 궤적을 타겟팅하는 것, 등을 위해 사용자에 의해 사용될 수 있다. 따라서, 이러한 발명은 LTE 신호 프로세싱 및 그것의 추적 메커니즘을 커버한다. 이것은 맵 상에서의 차량 추적 및 시각화를 수반한다.

한국 특허 제KR20030056266호는 무선 네트워크 내의 적응적 위치 결정 시스템을 논의한다. 이러한 시스템은 네트워크 내의 단말의 자원들을 고려하여 자원들을 이동가능하게 할당하는 목적을 수행하며, 이는 요청된 QoS(Quality of Service) 및 정확도에 따라 실제 위치 결정 서비스를 제공한다. 이러한 해법은 LBS(Location Based Server)와 관련된다.

국제 특허 제WO2018125333 A2호는, 네비게이션을 위해 사용될 수 있는 실제 롱-텀 에볼루션(LTE)을 사용하는 소프트웨어-정의형 수신기를 설명한다. 제공되는 배열은 LTE 다운링크 구조를 적용하고, 신호 프로세싱 및 추적을 제공한다. 이러한 유닛은 우리 시대의 OTDOA 가능 LTE 디바이스들, 예를 들어, 휴대폰들에서 발견될 것이다. 그 외에, 언급된 소프트웨어는 GPS와 유사한 네비게이션 해법을 가능하게 한다. 이것은 통합된 시스템이 아니다.

한국 특허 제KR20160139719호는 버스들에 의해 사용될 LTE 및 GPS에 의존하는 위치 결정 해법을 설명한다. GPS 위치 결정 데이터는 LTE 데이터 서비스를 가지고 포워딩되며; 따라서, LTE 네트워크는 오직 데이터 송신을 위해서만 사용된다. 본 발명과의 추가적인 차이점은, Wi-Fi가 또한 적용된다는 점이다.

중국 특허 제CN108226975호는 선박들의 위치 결정을 설명한다. 이전의 발명들과 마찬가지로, LTE 기술은 오직 데이터 송신을 위해서만 사용되며, 여기에서 또한 GPS 데이터가 송신된다.

그러나, GNSS를 사용하는 것은 몇몇 단점들을 갖는다. 이것의 신호는 용이하고 저렴하게 구입할 수 있는 디바이스들에 의해 재밍될 수 있다. 부다페스트 기술 경제 대학교 부근에서 수행된 우리의 조사들에 기초하면, 우리는 20 일의 프레임워크 내에 약 1000 번의 재밍 이벤트들을 관찰하였다. 추가적인 단점은, 위성들에 의해 방출되는 타임 스탬프들이 제어될 수 없다는 점이다. 이상에서 열거된 해법들 중 어떤 것도 검증되고 신뢰할 수 있는 위치 결정을 제공할 수 없거나, 또는 결정된 위치 결정 데이터를 항공기로 전송할 수 없거나 및/또는 공공 균일 데이터베이스에 저장할 수 없다.

본 발명은 이미 존재하는 해법들의 문제들을 회피하고, 무선 통신 시스템 내에서 위치 결정 정확도를 향상시키기 위한 효율적이고 안전한 배열 및 절차를 생성하는 것을 목적으로 한다. 본 목적은, 저 에너지 활용의 개별적으로 식별가능한, 모바일, 코딩된 기내 디바이스를 사용함으로써 항공 교통 관리(air traffic management; ATM) 시스템에 항공기의 안전하고 통합된 위치 결정을 제공하는 것이다. 추가적인 목적은, 결정되고 검증된 위치 결정 데이터를 항공기 및/또는 공역 사용자에게 전송하고, 또한 이를 균일한 검증되고 아마도 공공의 데이터 베이스 내로 공급함으로써 안전성을 향상시키는 것이다.

진보적인 단계는, 독립항들에 기초하는 절차를 실현하는 것이 이미 존재하는 발명들보다 더 유익한 발명을 생성한다는 것을 인식하는 것에 기초한다. 모바일 네트워크를 사용함으로써, 이러한 인식은, 50 내지 100 m 정확도로 또는 심지어 5 m 정확도로 소형 스위치-온된 그리고 저 전력 소비 기내 디바이스가 장착된 항공기의 위치를 아는 것을 가능하게 하며, 이는 심지어 위성 네비게이션의 수단을 사용하지 않고 가능하다. 이러한 신규한 발명은 또한, 이러한 절차 내에서 항공기가 휴대폰 사용자들의 국제적으로 인정되고 승인된 식별자인, SIM 카드들에서 사용되는 IMSI 코드와 같은 셀룰러 전기 통신 산업 내에서 일반적으로 적용되는 코드들에 의해 식별될 수 있다는 인식에 의해 지지된다. 진보적 단계는 또한, 결정된 위치 벡터가 데이터베이스뿐만 아니라 항공기 및/또는 공역 사용자에게 전송되며 그에 따라서 그/그녀에서 전송되고 있는 데이터의 정확도 및 그것의 실시간 위치를 그/그녀에게 통보한다는 사실에 의해 추가로 향상된다.

이상의 목적에 따르면, 본 발명에 따른 해법 중 가장 일반적인 구현 형태가 독립항 1에서 설명된다. 사용의 절차의 가장 일반적인 형태가 독립항 6에서 설명된다. 개별적인 구현 형태들이 종속항들에서 설명된다.

전반적으로, 해법은 항공기의 위치를 결정하기 위한 배열이며, 여기에서 공역 사용자는 항공 교통 관리자의 서비스의 사용을 개시하고, 식별자 데이터를 항공 교통 관리자로 전송하며, 항공 교통 관리자는 항공기 식별자를 등록하고 독립형 위치 결정을 제공한다. 본 발명은, 항공기가 휴대하는 스위치-온 기내 디바이스에 연결된 코드 카드의 IMSI 번호가 식별자로서 사용되며, 시작 동안 사용자가 항공 교통 관리자에 의해 계약된 셀룰러 네트워크에 연결하고, 적어도 3개 그렇지만 이상적으로는 4개 내지 6개의 기지국들로부터의 타임 스탬프 신호들이 기록되며, 그런 다음 셀룰러 기지국들로부터의 거리에 비례하는 이러한 신호들의 관찰된 도착 시간 차이(observed time difference of arrival; OTDOA) 데이터가 계산되고; 그런 다음 OTDOA는 셀룰러 네트워크를 통해 위치 기반 서버로 전송되며, 위치 기반 서버를 통해 항공 교통 관리(air traffic management; ATM) 시스템으로 전송되고, 위치 기반 서버 및/또는 ATM 시스템은 OTDOA 데이터 및 독립적으로 획득된 감시 데이터를 실시간으로 결합함으로써 주어진 항공기의 위치를 결정하며, 그에 따라 위치 벡터 데이터가 생성되고, 그런 다음 이러한 위치 벡터 데이터는 항공기로 전송되며 다수의 공역 사용자들에게 액세스가능한 적어도 하나의 데이터베이스로 포워딩된다는 사실에 의해 특징지어진다.

셀룰러 네트워크가 비행 계획 데이터 및/또는 위성 위치 결정 데이트를 위치 기반 서버로 그리고 위치 기반 서버를 통해 항공 교통 관리 시스템으로 전송하기 위해 사용된다는 것이 다른 특징일 수 있다.

항공기로 전송되는 위치 벡터 데이터가 저장되고 궁극적으로 기내 디바이스에 의해 디스플레이된다는 것이 다른 특징일 수 있다.

다른 구현 형태는, 위치 벡터 데이터가 항공기에 결합된 바와 같은 데이터베이스에 저장되는 경우일 수 있다.

다른 특징은, 도착 시간 차이 데이터 및 비행 계획들 및/또는 위성 위치 결정 데이터가 위치 기반 서버 및/또는 ATM 시스템에 의해 서로 비교되고, 불일치하는 경우에, 부정확한 데이터가 항공기에 표시되는 경우일 수 있다.

전반적으로, 해법은 항공기의 위치를 결정하기 위한 배열이며, 여기에서 배열은 적어도 하나의 항공기 및 적어도 3개의 셀룰러 기지국들을 포함하며, 항공기는 송신기/수신기 안테나를 갖는 식별자 장비를 배치한다. 식별자 장비는 위치 기반 서버와 주어진 기내 디바이스 사이에 무선 연결이 존재하는 동안 공역 사용자를 식별하고 실시간 도착 시간 차이 데이터의 형태로 셀룰러 기지국들로부터의 항공기의 거리를 포워딩할 수 있는 기내 디바이스이며, 추가로, 기내 디바이스에는 코드 카드 및 모뎀이 장착되고, 위치 기반 서버는 ATM 시스템을 통해 다수의 공역 사용자들에 의해 공유되는 데이터베이스 연결된다는 것이 본 발명의 특징이다.

기내 디바이스에 위치 벡터 데이터를 디스플레이하기 위한 디스플레이가 장착된다는 것이 배열의 특징일 수 있다.

코드 카드는 셀룰러 통신들에서 일반적으로 사용되는 ROM 및/또는 RAM을 포함하며, ROM 및/또는 RAM은 공역 사용자에게 할당된 개별적인 식별자를 갖는다는 것이 다른 특징일 수 있다.

다른 구현 형태는, 셀룰러 네트워크가 LTE 표준들 하에서 동작하며, 코드 카드가 모뎀 내에 설치된 SIM 카드이고, 한편 USIM 카드가 SIM 카드로서 사용되는 것일 수 있다.

기내 디바이스에 GNSS가 구비되며, GNSS는 위성 시스템에 연결된다는 것이 다른 특징일 수 있다.

본 발명은 도면들을 사용하여 구현의 예들에 의해 더 상세하게 제시된다.
다음의 도면들에서,
도 1은 본 발명의 배열을 도시한다.

본 발명의 도 1에 제시된다. 배열은 항공기(1)의 위치를 결정할 수 있다. 위치 결정 이전에, 공역 사용자가 명확하게 식별되어야 한다. 공역 내에서 이동하는 모든 그리고 각각의 물체는, 비제한적으로, 무인 항공기들, 글라이더들, 초경량 항공기들, 행글라이더들, 열기구들 및 초경량 비행기들을 포함하는, 항공기(1)로서 간주되어야 한다. 공역 사용자들은, 무인 항공기를 제어하는 사람이 또한 공역 사용자로서 보여야 함에 따라, 넓은 범위의 대상체들을 포함하는 것으로 간주된다. 배열은 특히, 지금까지는 어떠한 종류의 기내 장비도 휴대하지 않았던, 이러한 소형 및/또는 무인 항공 기계들의 위치를 결정하는 것으로 해석된다. 위치 결정을 돕기 위해 고안된 저-에너지 기내 디바이스(2)는 항공기(1)의 기내에 위치된다. 배열을 사용하는 것은 운영자가 매우 많은 수의 공역 사용자들을 식별하는 것을 가능하게 하며, 항공기(1)의 위치가 결정될 수 있다. 최신 기술에서, 이러한 항공기는 일반적으로 오직 GNSS 데이터만을 사용하여 위치 결정될 수 있지만, 본 발명에서, 식별 장비는 코드 카드(3)를 갖는 식별자, 송신기/수신기 안테나(4) 및 전기기기뿐만 아니라 모뎀(5)을 배치하는 이러한 기내 디바이스(2)이다. 선택적으로, 이것은 또한 GNSS(6) 장비를 포함할 수 있다. 우리의 예에 있어서, 코드 카드(3)는 SIM 카드(여기에서 SIM은 가입자 신원 모듈이라는 표현에서 유래된 잘 알려진 약어임)이거나, 또는, 합리적으로, 더 새롭고 더 안전한 USIM(Universal Subscriber Identity Module)이다. 코드 카드(3)는, 셀룰러 전기통신에서 사용되며 이제 공역 사용자들에게 할당된 개별적인 식별자 코드를 포함하는 ROM(Read Only Memory) 및/또는 RAM(Random Access Memory)을 보유한다. 여기에서, ROM은 또한 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)을 의미하기도 한다. USIM은, 이것이 더 큰 메모리 용량을 가지기 때문에, 더 긴 비밀 코드를 사용할 수 있으며 네트워크를 통해 도달할 수 있는 데이터 피싱 시도들에 대하여 기내 장비에 대한 더 높은 보호를 제공할 수 있다는 점에서 SIM과는 상이하다. 이것의 임무는 셀룰러 네트워크(13) 상에서 기내 디바이스(2)에 대한 식별, 인증을 제공하는 것이다. 코드 카드(3)는 기내 디바이스(2) 내에, 더 구체적으로는, 기내 디바이스 내의 모뎀(5) 내에 설치된다. 코드 카드(3)는, 사용자들을 식별하기 위해 이용되는 IMSI(International Mobile Subscriber Identity) 식별자를 안전하게 저장할 수 있는 이러한 집적 회로를 포함한다. IMSI는 모든 코드 카드(3) 내에 통합된 국제적으로 알려지고 승인된 식별자이며, 이는 항공기(1)의 식별을 가능하게 한다. 모뎀(5)은 3GPP 릴리즈 9 표준(3GPP = 3rd Generation Partnership Project) 또는 그 이상의 표준들을 준수해야 한다. 기내 디바이스(2)가 또한 GNSS(6)를 준수하는 경우, 이것은 또한 위성 위치 결정 데이터(9)를 전송할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 위치 결정은 심지어 이러한 것들 없이 가능하다. 위치 기반 서버(7)(location based server; LBS)는 배열의 핵심 부분이다. 관찰된 도착 시간 차이(OTDOA) 데이터(8)에 의존하여, 그리고 특정한 경우들에서, 위성 위치 결정 데이터(9)에 의존하여, 위치, 2개의 기내 디바이스의 좌표들을 계산하고 이들을 필요한 경우 예를 들어, WGS-84와 같은 희망되는 좌표 포맷으로 변환하는 것은 위치 기반 서버(7)이다. 따라서, 위치 기반 서버(7)는 항공기(1)를 위치를 결정하기 위해 반드시 위성 위치 결정 데이터(9)를 필요로 하는 것은 아니다. 위치 기반 서버(7)는 또한, 항공기(1)로부터 또는 최종 감시 데이터로부터 수신된 비행 계획에 의존하여 데이터를 계산할 수 있으며, 또한 OTDOA 데이터(8)를 검증할 수 있다. 위치 기반 서버(7)는 개별적으로 또는 항공 네비게이션 서비스 제공자(air navigation service provider; ANSP)의 감독 하에서 생성될 수 있거나, 또는 항공 교통 관리 시스템(10)의 부분으로서 생성될 수 있다. 배열의 동작과 관련하여, 항공 교통 관리 시스템 및 ANSP는 상호교환가능한 개념들로서 보일 수 있으며, 이는 산출된 위치 결정 데이터가 수집되고 저장되는 위치로 간주될 수 있다. 이러한 구현 형태에서, 위치 기반 서버(7) 및 항공 교통 관리 시스템(10)이 연결된다. 위치 기반 서버(7)의 임무는 OTDOA 데이터(8)로부터 산출된 위치 결정 데이터 및 궁극적으로는 또한 위성 위치 결정 데이터(9)를 항공 교통 관리 시스템(10)으로 포워딩하는 것이다. OTDOA 데이터(8)는 위치 결정에서 주요 역할을 수행한다.

따라서, 항공 교통 관리 시스템(10)은 OTDOA 데이터(8), OTDOA 데이터(8)로부터 위치 기반 서버(7)에 의해 계산된 바와 같은 위치 결정 데이터, 특정 경우들에서, 위성 위치 결정 데이터(9), 비행 계획들 및 다른 감시 데이터를 수신하고, 이들은 그런 다음 프로세싱되고 ATM 시스템(10)에 의해 비교되며, 이상점 및/또는 달리 손상된 데이터가 소거되고, 신뢰할 수 있는 위치 벡터 데이터(14)가 결정된다. 다른 구현 형태에 있어서, 이는 또한 필요한 경우 위치 기반 서버(7)에 의해 이루어질 수 있다. 이처럼, 위치 벡터 데이터(14)는 신뢰할 수 있고 검증된 데이터이다. 무결성을 제공하기 위해, 적어도 3개의 소스들이 계산들에 통합될 필요가 있다. 그런 다음, 이러한 위치 벡터 데이터(14)는 위치 기반 서버(7)로 그리고 위치 기반 서버(7)를 통해 또한 항공기(1)로 전송된다. 동시에, 우리는, 이들에 의해 전송된 OTDOA 데이터(8) 및/또는 위성 위치 결정 데이터(9)가 궁극적으로 부정확하고 신뢰할 수 없는 경우 위치 기반 서버(7) 및/또는 항공기(1)에 표시한다. 선택적으로, 위치 벡터 데이터(14)는 또한 디스플레이를 사용함으로써 항공기(1) 내에서 디스플레이될 수 있다. 이상에서 열거된 단계들은 자연스럽게 재차 반복될 수 있으며, 활성 기내 디바이스들(2), 위치 기반 서버(7) 및 ATM 시스템(10)은 서로 계속해서 상호연결되며, 자동 위치 결정이 실시간으로 일어난다. 위성 시스템(11)이 배열의 부분인 경우, 위성 위치 결정 데이터(9)가 배열 내에서 이용가능하다. 이러한 경우에 있어서, 위성 위치 결정 데이터(9)가 또한 전송될 수 있다. 이상에서 설명된 바와 같이, 위성 시스템(11)의 사용 및 위성 위치 결정 데이터(9)의 이용가능성은 선택적이며, 배열은 이러한 것들 없이도 신뢰할 수 있는 위치 결정을 할 수 있다. A-GPS(assisted GPS) 데이터가 또한 위성 위치 결정 데이터(9)로서 사용될 수 있다. 배열은, 2D 위치 결정 데이터가 결정되는 것을 가능하게 하기 위하여 적어도 3개의 셀룰러 기지국들(12)을 포함한다. 3D 좌표들이 또한 수립될 수 있는 경우, 상이한 높이들에 위치된 적어도 4개의 셀룰러 기지국들(12)이 요구된다. 위치 결정 벡터 데이터(14)가 또한 ATM 시스템(10)으로부터 잠재적인 공공 데이터베이스(15)로 전송될 수 있다. 위치 벡터 데이터(14)가 위치 기반 서버(7)로부터 데이터베이스(15)로 전송되는 이러한 구현 형태가 또한 가능하다. 셀룰러 네트워크(13)를 통해 통신이 발생하며 데이터가 전송되고 수신된다. 셀룰러 네트워크(13)는, OTDOA 기능이 이용가능하고 동작가능하며 이것이 3GPP 릴리즈 9 표준들 또는 그 이상의 어떤 것을 충족시키는 한, 2G, 3G 또는 LTE 표준들에 따라 동작할 수 있다.

본 발명을 사용하면, 희망되는 결과에 따라, 공역 사용자는 먼저 그의/그녀의 IMSI 식별자를 항공 네비게이션 서비스 제공자에게 전송하며, 항공 네비게이션 서비스 제공자는 식별자를 등록한다. 이용가능한 비행 계획이 존재하는 경우, 공역 사용자는 또한 이를 항공 네비게이션 서비스 제공자에게 전송한다. 이러한 경우에 있어서, 위치 기반 서버(7) 및/또는 ATM 시스템(10)은 이로부터 데이터를 계산하고 비교하기 위한 추가적인 소스를 갖는다. 그 후에, 기내 디바이스(2)는 항공기에서 스위칭 온되어야 한다. 기내 디바이스(2)가 스위칭 온되는 한, 실시간 위치 결정은 연속적이다. 기내 디바이스(2)는, 항공 네비게이션 서비스 제공자가 계약한 전기통신 제공자에 로그 인한다. 공역 사용자 또는 항공기(1)는 항공 네비게이션 서비스 제공자 또는 항공 교통 관리 시스템(10)에 의해 수집될 그것의 위치 결정 데이터를 요청한다. 이러한 단계는 전화 걸기, 버튼 클릭에 의해 수행될 수 있거나 또는 심지어 비행 계획이 이러한 정보를 포함할 수 있다. 이러한 단계를 이용하면, 위치 결정이 활성화되며, 그리고 이제부터 위치 기반 서버(7) 상에서, 항공 네비게이션 서비스 제공자 또는 항공 교통 관리 시스템(10)은 연속적으로 배열 내에서 등록된 항공기(1)의 위치를 인식한다. 기내 디바이스(2)는 신호의 시작에서 생성되고 적어도 3개의, 하지만 최적으로는 4개-6개의 셀룰러 기지국들에 의해 전송된 타임 스탬프를 기록하며, 그런 다음, 이들에 기초하여 OTDOA 데이터(8)를 계산하고, 셀룰러 네트워크(13)를 통해 이러한 OTDOA 데이터(8)를 위치 기반 서버(7)로 포워딩한다. 기내 디바이스(2)가 또한 GNSS(6)을 포함하고 위성 시스템(11)에 연결되는 경우, 이것은 또한 위성 위치 결정 데이터(9)를 위치 기반 서버(7)로 전송할 수 있다. 위치 기반 서버(7)는 OTDOA 데이터(8)로부터 그리고, 선택적으로, 추가적인 위치 결정 데이터(위성 위치 결정 데이터, 다른 감시 데이터 및 비행 계획들)로부터 산출된 위치 데이터를 수집하고 프로세싱하며, 그런 다음, 이를 항공 교통 관리 시스템(10)으로 포워딩하고, 항공 교통 관리 시스템은, 결과적으로, 이러한 데이터를 수집하고, 비교하며 사용하고, 이들에 기초하여, 그 후에 위치 기반 서버(14) 및 데이터베이스(15)로 전송되는 신뢰할 수 있는 위치 벡터 데이터(14)를 생성하며, 이러한 데이터베이스(15)는 최적으로 공용이고 이들 중 몇몇일 수 있다. 다른 경우에 있어서, 위치 기반 서버(7)는 또한 위치 벡터 데이터(14)를 데이터베이스(15)로 전송할 수 있다. 다른 감시 데이터는, 예를 들어, 알려진 레이더 신호 데이터일 수 있다. ATM 시스템(10) 또는 위치 기반 서버(7)는 선택적으로 신뢰할 수 있는 위치 벡터 데이터(14)를, 이상적으로는 예를 들어, WGS 84 좌표들과 같은 항공기(1)의 기내 디바이스(2)와 호환되는 포맷으로 항공기(1)에도 전송할 수 있으며, 그 결과 이것은 확실하게 신뢰할 수 있는 데이터로부터 계산된 바와 같은 이것의 위치를 계속해서 인식할 수 있고, 궁극적으로 이러한 위치는 또한 기내 디바이스(2)에 의해 디스플레이될 수 있다. 데이터 통신 부하를 감소시키기 위해, 위치 벡터 데이터(14)를 항상 항공기로 전송할 필요는 없으며, 데이터 중 하나 또는 일부가 부정확하며 따라서 그들의 무결성이 손상될 때 이들이 반드시 전송되어야 한다.

본 발명의 다수의 장점들을 갖는다. 이들 중 하나는, 데이터를 체크한 이후에, 정확하고 검증된 위치 데이터가 기내 디바이스로 전송될 수 있으며, 따라서 공역 사용자가 이것의 정확한 위치 및 궁극적으로 잘못된 데이터의 소스를 계속해서 인식할 수 있다는 점이다. 예를 들어, 재밍의 경우에, GNSS가 기내 디바이스로 부정확한 데이터를 전송하는 경우, 공역 사용자는, 그/그녀가 위치 기반 서버로부터 실시간의 검증된 정확한 데이터를 수신하는 경우에 그리고 위치 기반 서버가 어떠한 데이터가 손상되었는지 정확하게 식별하는 경우에만 이를 알 수 있다. 이는, 항공기가 정확한 것으로 주장하지만 실제로는 부정확한 데이터를 전송하고 항공 교통 관리부가 이를 신뢰할 수 있는 데이터로서 통합할 때 발생하는 사고들 및 사건들을 방지하는 것을 돕는다. 본 발명의 추가적인 장점은, 기내 디바이스가 소형이고, 경량이며, 안전하고, 통합되며, 모바일이고 저 에너지 소비라는 사실이다. 위치 결정 해법의 정확도는 (WGS-84 시스템에서) 100 m이지만, 심지어 5 m 정확도도 달성될 수 있다. 이러한 정확도를 갖는 위치를 아는 것은 항공기 사이의 안전한 분리를 제공하기에 충분하다. 항공 네비게이션 시스템 제공자들이 위치 기반 서버로부터 수신된 데이터를 현재 항공 교통 관리 및 장래의 무인 항공기 교통 관리(Unmanned Aircraft Traffic Management; UTM) 시스템 내에 용이하게 통합할 수 있다는 점이 유익하다. 추가적인 장점은, 기내 디바이스가 심지어 GNSS 없이도 동작할 수 있다는 사실이다. 기내 디바이스는 배터리들은 경량이며, 저 에너지를 활용하거나 또는 논리적이고, 배터리들이 배치된다. 이것은 모바일이며, 이것은 작은 장소에, 심지어 포켓 내에 휴대될 수 있다. 이것의 방사 파워가 낮으며, 이는 매우 경량의 배터리들의 사용을 가능하게 한다. 경량은 특히 무인 항공기들의 경우에 유익하다. 이것이 비-자율 항공기의 기내 시스템들 내로 통합될 필요가 없다는 것이 또한 유익하다. 이것은 정기적인 교정을 필요로 하지 않는다. 기내 디바이스는 개별적인 식별자를 소유하며, 따라서 각각의 비행 이전에 트랜스폰더(transponder) 코드를 설정할 필요가 없다. 기내 디바이스 및 지상 인프라스트럭처 둘 모두가 재밍되기 어려우며, 따라서, 많은 수의 항공기의 그리고 (잡음이 많은 라디오 주파수 스펙트럼의) 도심 환경 내에서의 위치 결정이 또한 가능하다는 것이 또한 장점이다. USIM 카드가 사용되는 경우, 통신이 암호화되고 안전하다. 이는 가시권외(beyond visual line of sight; BVLOS) 무인 항공기 동작들 및 자율 비행들을 가능하게 하기 위한 상황을 조성한다. 국경들 또는 FIR(flight information region) 경계들에서 트랜스폰더 코드를 변경해야 할 필요성이 없기 때문에, 이것은 시작 FIR을 넘어가는 비행들을 지원할 수 있다. 이것은 사용자들에게 용이하게 이용가능하고 경제적으로 실현 가능한 기술이다. 이것은, 비행장들 또는 다른 제한 구역들과 같은 이들이 지금까지 비행하도록 인가되지 않았던 구역들에서 무인 항공기들의 운영자들이 그들의 디바이스들은 안전하게 동작시킬 수 있는 기회를 제공할 수 있다. 지금까지 검출되지 않았던 항공기가 관찰가능하게 되며, 그들의 정확한 위치가 실시간으로 모니터링될 수 있고, 안전한 분리가 항공 교통 관리에 제공될 수 있다. 이는 사고들 및 재료 손상들의 위험들의 상당한 감소를 초래할 수 있다. 마지막으로, 결정된 그리고 신뢰할 수 있는 위치 벡터 데이터가 공공 데이터베이스로 전송되며, 따라서 현재 공역 사용자들이 규제되고 실시간의 균일한 카탈로그에 기록될 수 있다는 것이 중요한 장점이다. 주어진 항공기의 데이터 및 그것의 실시간 위치가 마찬가지로 결합된 방식으로 저장될 수 있으며, 이러한 경우에 있어서, 임의의 특정 항공기의 실제 위치가 데이터베이스로부터 결정될 수 있다.

본 발명의 적용 영역은 항공 교통 관리, 항공기의 위치 결정 및 항공 운송 안전의 향상이다.

이상의 예들에 더하여, 본 발명은 다른 형태들의 보호 범위 내에서 그리고 다른 절차들을 가지고 구현될 수 있다.

Claims (10)

1. 항공기의 위치 결정을 위한 절차로서,
   상기 절차 동안 공역(airspace) 사용자가 항공 교통 관리자에 의해 제공되는 서비스의 사용을 개시하고, 식별 데이터를 상기 항공 교통 관리자로 전송하며, 상기 항공 교통 관리자는 상기 항공기 식별자를 등록하고 독립형 위치 결정을 수행하되,
   상기 항공기(1) 기내에 위치되며 스위치 온된 기내 디바이스(2)에 연결된 코드 카드(3)의 IMSI 번호가 식별자로서 사용되며, 상기 공역 사용자는 상기 항공 교통 관리자에 의해 계약된 셀룰러 네트워크(13)에 로그 인하며, 적어도 3개의 최적으로는 4개 내지 6개의 셀룰러 기지국들에 의해 방출된 타임 스탬프들이 기록되고, 그런 다음 셀룰러 기지국들(12)로부터의 거리에 비례하는 관찰된 도착 시간 차이 데이터(8)가 계산되며, 상기 관찰된 도착 시간 차이 데이터(8)는 상기 셀룰러 네트워크(13)를 통해 위치 기반 서버(7)로 그리고 상기 위치 기반 서버(7)를 통해 항공 교통 관리 시스템(10)으로 전송되고, 그런 다음 상기 관찰된 도착 시간 차이 데이터(8)를 추가적이고 독립적인 감시 데이터와 실시간으로 결합하여 상기 위치 기반 서버(7) 및/또는 상기 항공 교통 관리 시스템(10)이 상기 주어진 항공기(1)의 위치를 결정하며, 위치 벡터 데이터(14)가 생성되고, 그런 다음 상기 위치 벡터 데이터(14)가 상기 주어진 항공기(1)로 전송되고, 다수의 공역 사용자들에게 액세스가능한 적어도 하나의 데이터베이스(15)로 포워딩되는 것을 특징으로 하는, 절차.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   비행 계획 데이터 및/또는 위성 위치 결정 데이터(9)가 상기 셀룰러 네트워크(13)를 통해 상기 위치 기반 서버(7)로 그리고 상기 위치 기반 서버(7)를 통해 상기 항공 교통 관리 시스템(10)으로 전송되는 것을 특징으로 하는, 절차.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 항공기(1)로 전송된 상기 위치 벡터 데이터(14)는 저장되며, 최적으로, 상기 기내 디바이스(2)를 가지고 디스플레이되는 것을 특징으로 하는, 절차.
   
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 위치 벡터 데이터(14)는 상기 항공기(1)에 결합된 상기 데이터베이스(15)에 저장되는 것을 특징으로 하는, 배열.
   
5. 청구항 2에 있어서,
   도출된 상기 관찰된 도착 시간 차이 데이터(8) 및 상기 비행 계획 데이터 및/또는 위성 위치 결정 데이터(9)는 상기 위치 기반 서버(7) 및/또는 상기 항공 교통 관리 시스템(10)에 의해 비교되고, 불일치하는 경우에, 부정확한 데이터가 상기 항공기(1)에 표시되는 것을 특징으로 하는, 절차.
   
6. 청구항 1에 따른 절차를 수행하기 위한 배열로서,
   상기 배열은 적어도 하나의 항공기(1) 및 적어도 3개의 셀룰러 기지국들(12)을 포함하며, 상기 항공기(1)는 송신기/수신기 안테나(4)가 장착된 식별자 장비를 휴대하되,
   상기 식별자 장비는 상기 공역 사용자를 식별할 수 있으며 또한 관찰된 도착 시간 차이 데이터(8)를 이용해 상기 셀룰러 기지국들(12)로부터의 상기 항공기(1)의 거리를 실시간으로 포워딩할 수 있는 기내 디바이스(2)로 구성되며; 상기 기내 디바이스(2)는 셀룰러 네트워크(13)를 통해 위치 기반 서버(7)에 연결되고 코드 카드(3) 및 모뎀(5)이 장착되며, 상기 위치 기반 서버(7)는 항공 교통 관리 시스템(10)을 통해 다수의 공역 사용자들에게 액세스가능한 데이터베이스(15)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 배열.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 기내 디바이스(2)에 위치 벡터 데이터(14)를 디스플레이하기 위한 디스플레이가 장착되는 것을 특징으로 하는, 배열.
   
8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
   상기 코드 카드(3)는 셀룰러 통신들에서 일반적으로 사용되는 ROM 및/또는 RAM을 포함하며, 상기 ROM 및/또는 RAM은 상기 공역 사용자에게 할당된 개별적인 식별자를 갖는 것을 특징으로 하는, 배열.
   
9. 청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 셀룰러 네트워크(13)는 LTE 네트워크이며, 상기 코드 카드(3)는 상기 모델(5) 내에 설치된 SIM 카드이고, USIM 카드가 SIM 카드로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 배열.
   
10. 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기내 디바이스(2)에 GNSS(6)가 장착되며, 상기 GNSS(6)는 무선 연결을 통해 위성 시스템(11)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 배열.

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