KR20220003969A - 다수의 ads-b 기지국, 네트워크, 및 평가 디바이스를 포함하는 네트워크를 분석하기 위한 컴퓨터 구현 방법 - Google Patents

다수의 ads-b 기지국, 네트워크, 및 평가 디바이스를 포함하는 네트워크를 분석하기 위한 컴퓨터 구현 방법 Download PDF

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Abstract

다수의 ADS-B 기지국(A-D)을 포함하는 네트워크(24)를 분석하기 위한 컴퓨터 구현 방법으로서, 이하의 단계, 즉 a. 제1 기지국(A)의 제1 지리적 영역에 위치된 송신기(26)로부터 ADS-B 신호(28a)를 수신하고, 상기 제1 기지국(A)에서 상기 신호(28a)의 제1 도착 시간(TOAA,28a,act)을 결정하는 단계; b. 상기 ADS-B 신호(28a)로부터 위치 정보(POSGPS)를 추출하는 단계; c. 상기 추출된 위치 정보(POSGPS), 상기 제1 기지국(A)의 위치(POSA), 상기 제2 기지국(B)의 위치(POSB), 및 상기 제1 도착 시간(TOAA,28a,act)을 이용하여, 제2 기지국(B)에서 상기 ADS-B 신호(28b)의 제2 예상 도착 시간(TOAB,28b,exp)을 결정하는 단계; d. 상기 제2 예상 도착 시간(TOAB,28b,exp)과 실제의 제2 도착 시간(TOAB,28b,act)의 비교로부터 에러를 특징화하는 양(ERR)을 결정하는 단계; e. 동일한 송신기 및 제1 및 제2 기지국(A-D)의 추가의 쌍(34a-f)으로부터의 동일한 ADS-B 신호(28)에 대해 단계(a-d)를 수행하는 단계; f. 그 기지국(A-D)과 관련된 에러가 중대한 경우, 기지국(A-D)을 태깅하는 단계를 포함한다.

Description

다수의 ADS-B 기지국, 네트워크, 및 평가 디바이스를 포함하는 네트워크를 분석하기 위한 컴퓨터 구현 방법{A computer-implemented method for analyzing a network comprising a plurality of ADS-B base stations, network, and evaluation device}
본 발명은 다수의 ADS-B 기지국을 포함하는 네트워크를 분석하기 위한 컴퓨터 구현 방법, 다수의 ADS-B 기지국을 포함하고 또한 평가 디바이스(evaluation device)를 포함하는 네트워크, 및 독립 청구항의 전제부에 따른 평가 디바이스에 관한 것이다.
항공 교통 관제(air traffic control)에서의 감시 시스템은, 전형적으로 항공기의 수평 위치를 결정하도록 및/또는 측정하도록 설계되었다. 예를 들어, 자동 종속 감시 방송(automatic dependent surveillance-broadcast)(ADS-B)은, 항공기가 위성 내비게이션을 통해 그 위치를 결정하고 그리고 주기적으로 이를 방송하여, 항공기가 추적될 수 있게 하는 감시 기술이다. 정보는 항공 교통 관제 지상국("기지국")에 의해 수신될 수 있다.
다변 측정(Multilateration)(MLAT)은 이른바 도착 시간 차이(time difference of arrival)(TDOA) 원리에 기초하는 항공기 감시 기술이다. 다수의 지상 수신국("기지국")은 항공기로부터 송신된 신호를 수신한다. 항공기의 2차원 수평 위치는 상이한 지상 수신국에서 수신된 동일한 신호의 도착 시간 차이의 측정으로부터 계산된 쌍곡면(hyperboloid)의 교차점에서 수학적으로 계산된다.
많은 애플리케이션에 있어서, MLAT 및 ADS-B 는 동시에 사용되며, MLAT 는 종종 타겟의 ADS-B 위치를 모니터링하기 위해 사용된다. 이러한 경우에, 송신기의 위치를 결정하기 위해, 2개의 상이한 물리적 원리에 의해 동일한 신호가 중복 사용된다. 이는 안전성을 상당히 향상시키는데, 그 이유는 예를 들어 잘못된 위치 정보가 있는 ADS-B 신호가 식별될 수 있기 때문이다.
그러나 MLAT 에는 몇 가지 제약이 있다. 예를 들어 공항의 활주로, 유도로, 및/또는 에이프런(apron) 상에서 지상의 타겟의 위치를 결정하는 데 MLAT 를 사용해야만 하는 경우, 건물이나 또는 다른 항공기나 차량과 같은 이동하는 물체에 의한 신호 반사 또는 차단이 타겟의 MLAT 위치의 에러로 이어질 수 있다.
또한, 공항 MLAT 시스템의 기여 지상 수신 스테이션(contributing ground receiving station)은, 타이밍 에러로 유도된 반사를 해결하도록 튜닝될 수 있는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 지역화 성능(localization performance)의 육안 검사를 통해 튜닝이 수행될 수 있다. 그러나 이러한 육안 검사는 네트워크의 설치비에 영향을 미치며, 그리고 차선(sub-optimal)의 결과로 이어질 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 목적은 네트워크 및 MLAT 시스템의 국지화(localization) 성능을 용이하게 그리고 자동으로 최적화하는 것을 허용하는 자동화 방법 및 네트워크를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 해결하기 위해, 본 발명은 독립 청구항의 특징을 포함하는 방법 및 네트워크를 제안한다. 본 발명의 유리한 실시예는 종속 청구항에 청구되어 있다.
본 발명의 방법에 따라, 특정 수신기(기지국)의 신호 수신이 건물 또는 기타 장애물에 의해 영향을 받는 영역을 식별하기 위해, ADS-B가 장착된 타겟으로부터 수신된 신호에서 파생된 고품질 위치 정보가 자동화된 프로세스에 사용된다. 이는 특정 영역에 대한 수신기의 기여도(contribution)가 결함으로서 식별되는 경우, 상기 MLAT 시스템의 구성을 자동으로 채택하는 것을 허용한다. 자동화된 방법을 적용할 수 있는 가능성은, 배포 비용을 상당히 감소시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따라, 네트워크를 분석하기 위한 컴퓨터 구현 방법이 프로세싱된다. 상기 네트워크는 ADS-B 송신기에 의해 방출된 ADS-B 신호를 수신하도록 설계된 다수의 ADS-B 기지국을 포함한다. 상기 네트워크는 또한 다변 측정을 위해 상이한 기지국에 의해 수신되는 동일한 신호를 사용하는 평가 디바이스를 포함한다. 본 발명의 방법은 상기 평가 디바이스에 의해 수행될 수 있으며, 그리고 이하의 단계를 포함한다:
(a) 제1 기지국의 제1 지리적 영역에 위치된 송신기로부터 ADS-B 신호를 수신하고, 제1 기지국에서 상기 신호의 최초 도착 시간을 결정하는 단계. 전형적으로 특정 신호의 도착 시간을 결정하기 위해, 동기화된 클록 시스템이 네트워크의 모든 기지국에 의해 사용된다.
(b) ADS-B 신호로부터 위치 정보를 추출하는 단계. 상기 ADS-B 신호는 송신기, 고도 정보, 속도 정보, 위치 정확도 정보, 등을 식별하는 것을 허용하는 식별자와 같은, 추가 정보를 포함할 수 있으며, 이는 또한 추출될 수 있음을 인식해야 한다.
(c) 추출된 위치 정보, 제1 기지국의 위치, 제2 기지국의 위치, 및 제1 도착 시간을 이용하여 제2 기지국에서 ADS-B 신호의 예상되는 제2 도착 시간을 결정하는 단계. 이는 상기 타겟과 제2 기지국 사이의 알려진 거리뿐만 아니라, 알려진 전파의 속도 및 제1 기지국과 타겟 사이의 알려진 거리를 사용하는 간단한 산술 연산(arithmatic operation)이다.
(d) 예상되는 제2 도착 시간과 실제의 제2 도착 시간을 비교하여, 에러를 특징화하는 양 결정 단계. 예를 들어, 상기 양은 절대 차이(absolute difference) 또는 상대 차이(relative difference)이거나, 또는 절대 차이 또는 상대 차이를 기반으로 하는 에러 등급(error class)일 수 있다. 에러가 전혀 없다면, 상기 예상되는 제2 도착 시간과 실제의 제2 도착 시간의 차이는 0 이 된다. 그러나 상기 차이가 클수록, 상기 타겟과 제1 기지국 사이에서 또는 상기 타겟과 제2 기지국 사이에서, ADS-B 신호의 잘못된 반사 또는 차단이 발생한 것으로 가정될 수 있다.
(e) 동일한 송신기 및 네트워크의 추가의 제1 및 제2 기지국 쌍으로부터의 동일한 ADS-B 신호로부터의 동일한 ADS-B 신호에 대한 단계(a-d)를 수행하는 단계. 이는 단계(d)에서 반사되거나 또는 차단된 신호를 수신한 것이 제1 기지국인지 또는 제2 기지국인지를(또는 제1 기지국 및 제2 기지국 모두인지를) 마지막에 식별하는 것을 허용한다.
(f) 기지국과 관련된 에러가 중대한(significant) 경우, 기지국을 태깅(Tagging)하는 단계. "태깅"은, 예를 들어 송신기가 제1 지리적 영역에 위치된 경우 충분히 신뢰할 수 있는 방식으로, 기지국이 사용자에게 이 기지국이 다변 측정에 의해 송신기의 위치 결정에 기여하는데 문제가 있음을 나타내는 일종의 가상 마킹(virtual marking)을 수신할 수 있음을 의미할 수 있다. "중대한"이라는 것은, 예를 들어 에러 또는 상기 에러를 특징화하는 양이 각각 임계값에 도달되었음을 및/또는 초과되었음을 의미할 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 위치 정보에 대한 정확도 정보는 ADS-B 신호로부터 추출되며, 상기 정확도 정보가 임계값에 도달되는 및/또는 통과하는 경우, 전술한 방법 단계(c-f)에 대해서는 ADS-B 신호가 사용되지 않는다. 이는 본 발명의 방법의 신뢰성을 향상시키는데, 그 이유는 이러한 ADS-B 신호만이 상기 추출된 위치 정보의 충분한 정확도를 제공하는 다변 측정에 사용되기 때문이다.
바람직한 실시예에 따라, 송신기의 속도는 연속적인 ADS-B 신호로부터 결정되며, 상기 결정된 속도가 한계값에 도달하거나 또는 이를 초과하는 경우, ADS-B 신호는 단계(c-f)에는 사용되지 않는다. 이런 실시예는 송신기/타겟의 비교적 빠른 속도가 잘못된 다변 측정 결과로 이어질 수 있음을 고려하고 있는데, 그 이유는 속도가 높을수록 송신된 위치가 더욱 역사적이기 때문이다. 결과적으로, 이런 실시예는 본 발명의 방법의 신뢰성을 추가로 향상시킨다.
바람직한 실시예에 따라, ADS-B 신호는 (a) 송신기에 의해 연속적으로 송신된 다수의 ADS-B 신호로부터의 ADS-B 신호가 아니거나 및/또는 (b) 다수가 한계값에 도달하거나 또는 한계값 아래로 떨어지는 경우에는 사용되지 않는다. 두 옵션 모두 ADS-B 신호의 가끔의 송신 신뢰성 및 정밀도가 종종 감소되고 따라서 본 발명의 방법의 신뢰성을 감소시킬 수 있다는 인식에 기초하고 있다. 결과적으로, 이런 실시예는 본 발명의 방법의 신뢰성을 추가로 향상시킨다.
바람직한 실시예에 따라, 송신기의 ADS-B 신호의 추출된 다수의 위치 정보와 다변 측정에 의해 결정된 송신기의 위치 정보 사이의 평균 차이가 한계값에 도달하거나 이를 초과하는 경우에는, ADS-B 신호는 사용되지 않는다. 이런 실시예에서는, 상기 추출된 위치와 다변 측정에 의해 결정된 위치 사이의 "오프셋(offset)" 타입이 발견된다. 이러한 오프셋은 정확하지 않은 ADS-B 위치 정보에 대한 힌트가 될 수 있다.
단계(f)의 바람직한 실시예에 따라, 에러를 특징화하는 양의 매트릭스는 사용된 기지국 쌍에 대해 형성되고, 다른 기지국과 함께 이 기지국의 적어도 n 쌍에 대한 양이 한계값에 도달하거나 또는 한계값을 초과한다면 기지국에 대해 중대성이 가정된다. 이는 수행하기가 용이하고 또한 에러가 중대한 기지국을 명확하게 식별할 수 있는 평가 방법이다.
태깅되지 않은 각각의 기지국에 대한 바람직한 실시예에 따라, 에러를 특징화하는 양의 평균값이 결정되고, 그 평균값이 한계값에 도달하거나 또는 이를 초과하는 이들 기지국이 태깅된다. 이런 실시예에 의해, 송신기가 상기 제1 지리적 영역에 위치되었을 때, MLAT 위치 결정에 신뢰성 있게 기여할 수 없는 추가의 기지국이 식별될 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 태깅된 기지국은 상기 제1 지리적 영역에 위치된 송신기의 다변 측정에 의한 위치 결정을 위해서는 사용되지 않는다. 결과적으로, ADS-B 신호가 잘못된 것으로, 예를 들어 스푸핑된(spoofed) 것으로 잘못 식별되는 것이 방지된다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 방법은 다수의 지리적 영역에 대해 실시되며, 여기서는 이들 기지국만 이 영역에서 태깅되지 않은 특정의 지리적 영역에서의 다변 측정을 위해 사용된다. 바람직하게는, 상기 지리적 영역은 그리드로서 형성되며, 또한 상기 송신기가 특정 그리드에 있을 때마다, 오직 그 기지국들만 이전에 승인된 다변 측정을 위해, 즉 이런 지리적 영역에 대해 태깅되지 않은 다변 측정에 사용된다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 방법은 네트워크의 초기 시동 직후에 수행된다. 이렇게 함으로써, 다변 측정에 의해 그리고 ADS-B 신호로부터 추출된 위치 정보에 의해 동시에 타겟의 위치를 신뢰성 있게 결정하는 것을 허용하는 상태에서, 상기 네트워크가 용이하게 설정된다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 방법은 네트워크의 정상 작동 중 반복적으로 실시되며, 이전에 태깅되지 않았던 기지국이 태깅된 것으로 결정되거나 및/또는 이전에 태깅된 기지국이 더 이상 태깅되지 않은 것으로 결정되었을 때, 메시지가 발행된다. 이런 특히 바람직한 실시예의 사용에 의해, 상기 네트워크의 정상 작동 중에는 일시적으로 존재하는 반사 또는 차단만 식별하는 것이 가능하며, 이는 예를 들어 트럭, 건설 현장, 또는 기타 항공기와 같은 이동하는 물체에 의해 유발될 수 있다. 이런 추가의 실시예에 있어서, 정상 작동 중인 네트워크의 신뢰성이 추가로 향상된다.
본 발명은 또한 다수의 ADS-B 기지국을 포함하고 또한 평가 디바이스를 포함하는 네트워크에 관한 것이다. 상기 평가 디바이스는 마이크로프로세서, 및 실행 가능한 프로그램 코드를 저장하기 위한 저장 디바이스를 포함한다. 물론, 이는 상기 평가 디바이스가 다수의 마이크로프로세서 및 또한 다수의 저장 디바이스를 포함한다는 것을 인식해야 한다. 또한 상기 평가 디바이스가 모든 ADS-B 기지국에 연결되고, 이는 평가 디바이스가 전술한 바와 같은 방법을 실행하는 것을 허용한다는 것을 인식해야 한다.
이제 본 발명의 예시적인 실시예가 첨부된 도면과 관련하여 기재된다.
도 1은 제1 지리적 영역에 있는 항공기와, 상기 항공기에 위치된 송신기에 의해 방출되는 ADS-B 신호를 수신하기 위한 4개의 ADS-B 기지국 네트워크가 있는 공항에서 위에서 본 개략도이다.
도 2는 도 1의 세부사항(Ⅱ)을 도시하고 있다.
도 3은 도 1의 네트워크를 분석하기 위한 컴퓨터 구현 방법의 흐름도이다.
도 4는 두 가지 상이한 경우에 대해 시간의 경과에 따른 도착 시간 에러(time of arrival error)를 나타내는 다이어그램이다.
도 5는 도 1의 상황에 대한 에러를 특징화하는 양에 기초하여 특정 기지국을 식별하기 위한 매트릭스이다.
도 6은 항공기는 제2 지리적 영역에 위치된, 도 1과 유사한 도면이다.
도 7은 도 5의 상황에 대한 도 3과 유사한 매트릭스이다.
도 8은 도 3의 방법의 다른 실행 시나리오의 흐름도이다.
상이한 실시예에서 기능적으로 등가의 요소 및 영역은 이하에 동일한 도면부호로 표시된다.
도 1에서 공항은 일반적으로 도면부호 10으로 표시되어 있다. 상기 공항(10)은 활주로(12), 유도로(14), 및 에이프런(16)을 포함한다. 상기 에이프런(16)에 인접하여, 2개의 건물(18, 20)이 있다. 추가의 건물(22)이 상기 에이프런(16)의 우측에 배치된다.
공항은 네트워크(24)를 포함하며, 이는 다시 다수의, 본 실시예에서는 예를 들어 ADS-B 신호를 수신하도록 설계되고 배치되는 4개의, ADS-B 기지국(A-D)을 포함한다. 이런 ADS-B 신호는 항공기(26)에 탑재된 송신기(도시되지 않음)로부터 방출될 수 있다. 이하에 있어서, 도면부호 26이 송신기를 위해 사용될 수도 있음을 인식해야 한다.
상기 ADS-B 신호는 항공기(26)로부터 거의 모든 방향으로 거의 균일하게 방출되는 무-지향성(non-directional) 신호이지만, 도 1에서는 항공기(26)에 탑재된 송신기에 의해 기지국(A-D)을 향해 방출되는 ADS-B 신호가 방향을 나타내는 화살표(28a-d)로 표시되어 있다.
ADS-B 신호(28a-d)는 항공기(26)의 위치 정보를 포함한다. 이런 위치 정보는 위성 내비게이션 시스템, 예를 들어 GPS 시스템, 또는 관성 내비게이션 시스템, 등과 같이, 항공기(26)에 탑재된 독립적인 위치 획득 수단(independent position acquisition means)에 의해 제공된다. 이런 독립적인 위치 획득 수단은 도면에는 도시되지 않았다. 또한, ADS-B 신호는 송신기/항공기(26)를 식별하는 것을 허용하는 식별자, 고도 정보, 코스 정보, 속도 정보, 위치 정확도 정보, 등과 같은 추가의 정보를 포함할 수 있다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 항공기(26)는 본 예시적인 실시예에서는 그리드(32)의 셀(30b)인 제1 지리적 영역(30b)의 활주로(12) 상에 위치하며, 상기 그리드(32)는 정사각형 타입의 셀(30i)로 구성되며, 상기 i = a, b, c, ....이다. 명확함을 위해, 도 1에는 상기 그리드(32)의 셀(30a-c)만 도시되어 있다. 그리드(32)는, 이하에 추가로 기재되는 바와 같이, 특정의 지리적 영역(30a, 30b, ...)을 분류할 수 있는 가상 그리드일 뿐이라는 것을 인식해야 한다. 또한, 그리드(32)는 항공기(26) 또는 ADS-B 신호를 방출할 수 있는 송신기를 갖는 또 다른 이동 가능한 물체가 도달될 수 있는 공항(10)의 모든 영역을 커버한다는 것도 인식해야 한다.
4개의 ADS-B 기지국(A-D)은 도 1에서 점선(34a-f)으로 도시된 6쌍으로 조합될 수 있다. 기지국(A, B)의 조합은 쌍 34a, 기지국(A, C)의 조합은 쌍 34b, 기지국(A, D)의 조합은 쌍 34c, 기지국(B, C)의 조합은 쌍 34d, 기지국(C, D)의 조합은 쌍 34e, 및 기지국(B, C)의 조합은 쌍 34f로 나타난다.
도 1의 네트워크(24)는 마이크로프로세서(38) 및 실행 가능한 프로그램 코드를 저장하기 위한 저장 디바이스(40)를 포함하는 평가 디바이스(36)를 추가로 포함한다. 예를 들어, 상기 평가 디바이스(36)는 컴퓨터, 바람직하게는 퍼스널 컴퓨터일 수 있다. 상기 평가 디바이스(36)는 이들 기지국(A-D)으로부터 데이터를 수신하기 위해, 네트워크(24)의 모든 기지국(A-D)에 링크된다. 상기 평가 디바이스(36)는, 예를 들어 항공 교통 관제사가 공항(10)의 교통을 모니터링 및 제어하는 것을 허용하는 항공 교통 관제 디바이스(도시되지 않음)에 데이터를 출력할 수 있다. 상기 항공 교통 관제 디바이스에 출력되는 데이터는, 표시된 위치의 실제 정확도에 대한 정보뿐만 아니라, ADS-B 신호를 방출하는 타겟[예를 들어, 항공기(26)]의 위치에 대한 정보를 포함할 수 있다.
이제 평가 디바이스(36)에 의해 실행되는 방법의 흐름도를 나타내는 도 3을 참조하기로 한다. 상기 방법은 ADS-B 신호(28a)가 제1 기지국(A)에서 수신되는 기능 블록(42)에서 시작된다. 후속의 기능 블록(44)에서는, ADS-B 신호(28a)가 항공기(26)에 탑재된 송신기에 의해 연속적으로 송신된 다수의 ADS-B 신호로부터의 ADS-B 신호인지의 여부가 평가된다. 대답이 "아니오"인 경우, 상기 방법은 기능 블록(46)에서는 중지되며, 그 후에 기능 블록(42)에서 재개될 수 있다.
상기 기능 블록(44)에서의 대답이 "예"인 경우, 상기 방법은 기능 블록(48)으로 계속 진행하여, 다수의 연속적인 ADS-B 신호, 이에 따른 기능 블록(42)에서 수신된 신호의 양이 한계값에 도달했는지 또는 심지어 이를 초과했는지의 여부가 평가된다. 전적으로, 예를 들어, 상기 한계값은 5 일 수 있다. 대답이 "아니오"인 경우, 상기 방법은 기능 블록(50)에서 정지되며, 그 후 기능 블록(42)에서 다시 재개될 수 있다.
상기 기능 블록(48)에서의 대답이 "예"인 경우, 방법은 기능 블록(52)으로 계속 진행되어, 제1 기지국(A)에서 ADS-B 신호(28a)의 제1 실제 도착 시간(TOAA,28a,act)이 결정된다. 그 후, 기능 블록(53)에서 ADS-B 신호(28a)에 포함된 위치 정보(POS26, GPS)가 추출되고, 이 위치 정보(POS26,GPS)는 위에서 전술한 바와 같이 항공기(26)에 탑재된 위치 획득 수단에 의해 제공된다. 상기 설명은 이해를 쉽게 하도록 단순화되었음을 인식해야 한다. 실제로, 상기 위치 정보는 이른바 "컴팩트 위치 보고(Compact Position Reporting)"로 전송된다. 즉, Odd 및 Even 의 두 위치 메시지가 교대로 전송되며, 각각의 메시지는 전체 정확도에 요구되는 것보다 낮은 비트 해상도를 갖는다. 이에 따라, 완전한 (초기) 위치 정보 디코딩은, 두 위치 메시지를 모두 수신할 것을 요구한다. 일단 위치가 디코딩되었다면, 오직 하나의 위치 메시지만 사용하여 후속의 위치 정보가 디코딩될 수 있다.
동일한 기능 블록(53)에 있어서, 정확도 정보(PRECPOS,26,GPS)는 ADS-B 신호(28a)로부터 동일하게 추출된다. 이런 정확도 정보(PRECPOS,26,GPS)는 상기 위치 정보(POS26,GPS)가 얼마나 정확한지를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 이러한 정확도 정보는 신호에 동일하게 포함되며, 그리고 항공기(26)에 탑재된 위치 획득 수단에 의해 제공된다.
후속의 기능 블록(54)에서, 정확도(PRECPOS,26,GPS)가 한계값에 도달하거나 또는 심지어 이보다 낮은지의 여부가 평가된다. 상기 기능 블록(54)에서의 대답이 "예"인 경우, 방법은 기능 블록(56)에서 중지되고, 그 후에 기능 블록(42)에서 다시 재개될 수 있다. 기능 블록(54)에서의 대답이 "아니오"인 경우, 상기 방법은 기능 블록으로 진행되어, 항공기(26)의 속도(V)가 평가된다.
항공기(26)의 속도의 평가는, 연속적인 ADS-B 신호 및 그 내부에 포함된 위치 정보, 및 상기 연속적인 ADS-B 신호들 사이의 시간 간격을 평가함으로써 이루어질 수 있다. 대안적으로, 항공기(26)의 속도의 평가는 ADS-B 신호에 직접 포함되고 그리고 항공기(26)에 탑재된 속도 정보 획득 수단에 의해 제공되는 속도 정보를 추출함으로써 이루어질 수 있다. 항공기(26)의 속도가 한계값에 도달하거나 또는 이를 초과한다면, 즉 기능 블록(58)에서의 대답이 "예"인 경우, 상기 방법은 블록(60)에서는 중지되고, 그 후 기능 블록(42)에서 다시 재개될 수 있다.
속도(V)가 한계값 미만이라면, 즉 기능 블록(58)에서의 답변이 "아니오"인 경우, 상기 방법은 기능 블록(62)로 계속 진행되며, 여기서는 다수의 연속적인 신호(26a-d)에 대해 항공기(26)에 탑재된 송신기의 MLAT 위치(POSMLAT)가 다변 측정(MLAT)에 의해 결정된다. 다변 측정에 의한 위치 결정의 원리는 본 기술분야에 잘 알려져 있다. 일반적으로 말해서, 항공기(26)의 2차원 수평 위치는, 상이한 지상 수신 스테이션(A-D)에서 수신된 동일한 신호(26a-d)의 측정된 도착 시간 차이로부터 계산된 쌍곡선의 교차점으로서 수학적으로 계산된다.
후속의 기능 블록(64)에서는, 송신기의 ADS-B 신호의 추출된 다수의 위치 정보(POSGPS)[기능 블록(52)]와, 기능 블록(62)에서의 다변 측정에 의해 결정된 송신기의 위치(POSMLAT) 사이의 평균 차이(DIFFAVG)가 한계값에 도달하였거나 또는 이를 초과했는지의 여부가 평가된다. 이런 테스트에 의해, 추출된 위치 정보(POSGPS)[기능 블록(53)]와 다변 측량에 의해 결정된 위치(POSMLAT)[기능 블록(62)] 사이에 "오프셋" 타입이 있는지의 여부가 평가될 수 있다. 이러한 오프셋은 시간 간격(toffset)에 대해 도 4에서 시각화되어 있으며, 여기서 작은 원은 시간(t)에 대해 결정된 추출된 위치 정보(POSGPS)를 나타내고, 작은 사각형은 시간(t)에 대해 결정된 위치(POSMLAT)를 나타낸다. 기능 블록(62)에서의 응답이 "예"인 경우, 상기 방법은 기능 블록(66)에서 중지되고, 그 후에 기능 블록(42)에서 다시 재개될 수 있다.
기능 블록(62)에서의 응답이 "아니오"인 경우, 방법은 기능 블록(67)으로 계속 진행되어, 제2 기지국(B)에서 상기 ADS-B 신호(26b)의 예상되는 제2 도착 시간(TOAB,28b,exp)이 결정된다. 이는 추출된 위치 정보(POS26,GPS)[기능 블록(53)], 제1 기지국(A)의 알려진 위치(POSA), 제2 기지국(B)의 알려진 위치(POSB), 및 제1 실제 도착 시간(TOAA,28a)을 사용하여 이루어지며, 다음과 같이 작동한다[기능 블록(52)](도 2 참조).
상기 알려진 위치(POSA, POS26,GPS, POSB)에 의해, 제1 기지국(A)과 항공기(26) 사이의 거리(D1) 및 제2 기지국(B)과 항공기(26) 사이의 거리(D2)가 결정될 수 있다. 거리(D1) 및 알려진 전파 속도로부터, 항공기(26)로부터 제1 기지국(A)까지의 신호(28a)의 이동 시간(t26-A) 및 그 후 항공기(26)에 탑재된 송신기에 의한 신호(28a-d)의 송신 시간(TOT26)이 결정될 수 있다. 계산된 거리(D2), 알려진 전파 속도, 및 계산된 전송 시간(TOT26)에 의해, 동일한 방식으로 이동 시간(t26-B) 및 예상되는 제2 도착 시간(TOAb,28b,exp)이 하기의 방정식에 따라 결정될 수 있다.
TOT26 = TOAA,28a,act - t26-A
TOAb,28b,exp = TOT26 + t26-B
후속의 기능 블록(68)에서는, 제2 기지국(B)에서 예상되는 제2 도착 시간의 에러를 특징화하는 양(ERR)이 결정된다. 이 양은 예상되는 제2 도착 시간(TOAb,28b,exp)을 실제의 제2 도착 시간(TOAb,28b,act)과 비교함으로써, 즉 두 값 사이의 차이를 계산함으로써, 결정된다. 전적으로, 예를 들어, 이는 계산된 차이에 대한 에러 등급의 속성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 0 부터 10 까지 11개의 에러 등급이 있을 수 있다. 등급 0 은 두 시간이 서로 완벽하게 매칭되는 것을 의미한다. 등급 10 은 두 시간이 서로 전혀 매칭되지 않음을 의미한다.
후속의 기능 블록(70)에 있어서, 위의 모든 기능 블록(42-68)은 항공기(26)에 탑재된 동일한 송신기로부터의 동일한 ADS-B 신호(28)에 대해, 그러나 기지국(A-D)의 추가의 5쌍(34b-f)에 대해, 실행된다. 본 예시적인 실시예에 있어서, 이는 최종적으로 6개의 분류된 에러 양(ERR) 의 계산으로 유도된다.
블록(72)에 있어서, 분류된 에러 양의 중대성 평가가 실시된다. 이를 위해, 에러를 특징화하는 양(ERR)의 매트릭스가 기지국(A-D)의 상기 쌍(34a-f)에 대해 형성된다. 전적으로, 예를 들어, 이러한 매트릭스의 가능한 실시예가 도 5에 도시되어 있으며, 상기 매트릭스는 도면부호 73으로 도시되어 있다.
도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 기지국(A, B)의 쌍(34a)에 관한 에러 양(ERR)은 "0"으로 분류되며, 이는 제2 기지국(B)에 도착하는 예상 시간과 실제 시간이 완벽하게 일치되는 것을 의미한다. 항공기(26)와 두 기지국(A, B) 사이의 직선 시선(direct lines of sight)에는 장애물이 없기 때문에, 이는 쉽게 이해될 것이다. 이와는 달리, 기지국(A, C)의 쌍(34b)에 대한 에러 양(ERR)은 "9"로 분류되며, 이는 기지국(C)에 도착하는 예상 시간과 실제 시간이 거의 매칭되지 않음을 의미한다. 항공기(26)와 기지국(C) 사이의 직선 시선을 차단하는, 항공기(26)와 기지국(C) 사이의 건물(20)이 있기 때문에, 이는 쉽게 이해될 것이다.
기지국(A, D)의 쌍(34c)과 관련된 에러 양(ERR)은 "2"로 분류되며, 이는 기지국(B)에 도착하는 예상 시간과 실제 시간이 서로 아주 잘 일치하지만, 그러나 완벽하지는 않다는 것을 의미한다. 이는 쉽게 이해될 것인데, 그 이유는 건물(22)의 모서리가 항공기(26)와 기지국(D) 사이의 직선 시선 내로 미세하게 돌출되어 있어서, 신호(28c)의 일부 반사가 있다고 가정할 수 있기 때문이다.
기지국(B, D)의 쌍(34d)에 관한 에러 양(ERR)은, 쌍(34c)에 대해 전술한 바와 동일한 이유로 "2"로 분류된다.
기지국(C, D)의 쌍(34e)에 관한 에러 양(ERR)은, 쌍(34b)에 대해 전술한 바와 동일한 이유로 "9"로 분류된다.
기지국(B, C)에 대한 쌍(34f)에 관한 에러 양(ERR)은, 쌍(34b)에 대해 전술한 바와 동일한 이유로 "8"로 분류된다.
이런 매트릭스에 의해, 그 기지국과 관련된 에러가 중대하다면, 기지국(A-D)이 태깅된다. 다른 기지국과의 적어도 n 쌍(34a-f)에 대한 도 5의 매트릭스에서 이 기지국에 대한 양이 한계값에 도달하거나 또는 이를 초과하는 경우, 기지국(A-D)에 대한 제1 단계에서 이러한 중대성이 가정된다. 전적으로, 예를 들어, 현재의 경우 n 은 3 이고 한계값은 5 라고 가정한다. 도 5로부터 오직 기지국(C)만 모두 3개의 쌍(34b)[기지국(C, A)], 쌍(34e)[기지국(C, D)], 쌍(34f)[기지국(C, B)]에 대해 한계값 5 를 초과했음을 알 수 있다. 결과적으로 기지국(C)은 중대한 에러를 나타내는 것으로 태깅된다.
제2 단계에서, 태깅되지 않은 나머지 기지국(A, B, D) 각각에 대해, 에러를 특징화하는 양의 평균값(Avg)이 결정된다. 이 평균값은 기지국(A, B)의 경우 1 이고, 기지국(D)의 경우 2 이다. 이런 제2 단계에서는, 에러 등급의 평균값이 한계값을 초과하는 스테이션들이 태깅된다. 또한, 전적으로, 예를 들어, 상기 한계값이 1.5 라고 가정한다. 도 5로부터는, 2 의 평균값(Avg)을 갖는 기지국(D)만 이 한계값을 초과하고 그에 따라 태깅되었음을 알 수 있다.
도 3의 기능 블록(72)에 있어서, 태깅된 기지국(C, D)은, ADS-B 신호(28)로부터 추출된 위치 정보에 따른 항공기(26)가 제1 지리적 영역(30)에 위치될 때, 다변 측정에 의한 항공기(26)의 위치 결정을 위해서는 사용되지 않는다.
전술한 바는 본 방법의 원리를 더 잘 이해하기 위해 선택된 단순화된 예의 설명임을 인식해야 한다. 도 3의 매트릭스에 따라, 오직 2개의 기지국, 즉 기지국(A, B)은 셀(30b)에서 항공기(26)의 다변 측정을 실시하기 위해 남아 있다. 실제로, 2개의 기지국은 다변 측정을 올바르게 실시하기에는 너무 적다. 결과적으로, 실제로 상기 네트워크(24)는 모든 셀에서 다변 측정을 정확하게 실시하기에 충분한 수의 기지국이 남아 있을 가능성을 증가시키기 위해, 많은 수의 기지국을 가질 것이다.
기능 블록(42-72)에 따른 상기 방법은 공항(10)의 항공기(26)의 상이한 위치, 즉 그리드(32)의 다른 셀(30)에 대해서도 추가적으로 실시된다. 또한, 전적으로, 예를 들어, 도 6은 항공기(26)가 더 이상 활주로(12)에 있지 않고 건물(18, 20) 사이의 에이프런(16)에 위치되어 있는 상황을 도시하고 있다. 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이제 항공기(26)는 그리드(32)의 셀(30f)에 있다. 도 7은 도 6의 상황에 대해 도 3의 방법의 기능 블록(72)에서 얻어지는 에러 등급의 매트릭스를 나타내고 있다.
도 7로부터는, 중대성 평가의 제1 단계에서 그리드(32)의 셀(30f)에 있는 항공기(26)에 대해 오직 기지국(B)만 기지국(A-D)의 3쌍(34b, 34b, 34f) 모두에 대해 한계값 5 를 초과한다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 중대성 평가의 이런 제1 단계에 있어서, 기지국(B)은 중대한 에러를 나타내는 것으로 태깅된다. 중대성 평가의 제2 단계에 있어서, 각각의 기지국(A-D)에 대해 그리고 다른 기지국(A-D)과의 쌍에 대해, 에러 등급의 평균값(Avg)이 다시 계산된다.
도 7로부터, 태깅되지 않은 나머지 기지국(A, C, D)의 에러 등급의 평균값(Avg) 중 그 어느 것도 한계값 1.5 를 초과하지 않음을 알 수 있다. 결과적으로, 중대성 평가의 이런 제2 단계에서는, 추가의 기지국이 태깅되지 않는다. 마지막으로, 그리드(32)의 셀(30f)에 있는 항공기(26)에 대해, 오직 기지국(B)만 태깅되며, 이에 따라 다변 측정에 의한 위치 결정에는 사용되지 않는다.
도 8의 방법의 기능 블록(76)에 따라, 전술한 방법은 그리드(34)의 각각의 셀(30i)(i = a, b, c, ...)이 어느 기지국(AD)이 다변 측정에 사용될 수 있는지 결정될 때까지, 네트워크(24)의 초기 스타트업[기능 블록(74)] 직후에 바람직하게 실행된다. 이런 정보는 평가 디바이스(36)에 저장되어, 네트워크(24)의 정상 작동 중 자동으로 사용된다.
그러나 전술한 방법은, 도 8의 기능 블록(78)에 의해 나타내는 바와 같이, 네트워크(24)의 정상 작동 중 반복적으로 또는 연속적으로 실시될 수도 있다. 그렇게 했을 때, 이전에 태깅되지 않은 기지국(A-D)이 새롭게 태깅되었는지의 여부가 결정될 수 있으며, 또한 이전에 태깅된 기지국(A-D)이 더 이상 태깅되지 않았는지의 여부가 결정될 수 있다. 기지국(A-D)의 "태깅된" 상태로부터 "태깅되지 않은" 상태로의 이러한 변경은, 또는 그 반대로의 변경은, 항공기(26)와 하나 또는 그 이상의 기지국(A-D) 사이의 신호(28)를 단지 일시적으로 차단하는 및/또는 반사하는 물체로부터 기인할 수 있다. 이러한 물체는 다른 항공기, 지상 차량, 건설 현장, 등일 수 있다. 이러한 상태 변화가 검출되었다면, 평가 디바이스(36)는 그리드(32)의 특정 셀(30i)에서 다변 측정과 관련된 상황이 변경되었음을 네트워크(24)의 사용자/운영자에게 알려주는 메시지를 발행한다.
10: 공항
12: 활주로
14: 유도로
16: 에이프런
18: 건물
20: 건물
22: 건물
24: 네트워크
26: 항공기
28a-d: ADS-B 신호
30a-c: 그리드의 셀
32: 그리드
34a-f: 기지국의 쌍
36: 평가 디바이스
38: 마이크로프로세서
40: 저장 디바이스
42: 기지국(A)에서의 획득 신호(28a)
44: 신호 28a = 다수의 후속 신호로부터의 신호 ?
46: 정지
48: 임계값을 초과하는 다수 ?
50: 정지
52: TOAA,28a,GPS
53: 위치 정보 추출
54: 위치 정보 정확도 평가
56: 정지
58: 속도 평가
60: 정지
62: MLAT 위치의 결정
64: 추출된 위치와 MLAT 위치의 평균값 차이의 평가
66: 정지
67: 제2 예상 도착 시간의 결정
68: 에러를 특징화하는 양의 결정
70: 다른 기지국 쌍에 대한 블록(42-68)의 실행
72: 중대성 평가
73: 매트릭스
74: 초기 스타트업
76: 방법의 초기 실행
78: 방법의 반복 실행

Claims (13)

  1. 다수의 ADS-B 기지국(A-D)을 포함하는 네트워크(24)를 분석하기 위한 컴퓨터 구현 방법으로서:
    a. 제1 기지국(A)의 제1 지리적 영역(30b)에 위치된 송신기(26)로부터 ADS-B 신호(28a)를 수신하고, 상기 제1 기지국(A)에서 상기 신호(28a)의 제1 도착 시간(TOAA,28a,act)을 결정하는 단계;
    b. 상기 ADS-B 신호(28a)로부터 위치 정보(POSGPS)를 추출하는 단계;
    c. 상기 추출된 위치 정보(POSGPS), 상기 제1 기지국(A)의 위치(POSA), 제2 기지국(B)의 위치(POSB), 및 상기 제1 도착 시간(TOAA,28a,act)을 이용하여, 제2 기지국(B)에서 상기 ADS-B 신호(28b)의 제2 예상 도착 시간(TOAB,28b,exp)을 결정하는 단계;
    d. 상기 제2 예상 도착 시간(TOAB,28b,exp)과 실제의 제2 도착 시간(TOAB,28b,act)의 비교로부터 에러를 특징화하는 양(ERR)을 결정하는 단계;
    e. 동일한 송신기 및 네트워크의 제1 및 제2 기지국(A-D)의 추가의 쌍(34a-f)으로부터의 동일한 ADS-B 신호(28)에 대해 단계(a-d)를 수행하는 단계;
    f. 그 기지국(A-D)과 관련된 에러가 중대한 경우, 기지국(A-D)을 태깅하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 위치 정보에 대한 정확도 정보(PRECPOS,26,GPS)는 상기 ADS-B 신호(28a)로부터 추출되고, 상기 ADS-B 신호(28a)는 상기 정확도 정보(PRECPOS,26,GPS)가 한계값에 도달하거나 또는 한계값 아래로 떨어진 경우라면, 단계(c-f)에는 사용되지 않는, 방법.
  3. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송신기(26)의 속도(V)는 연속적인 ADS-B 신호(28a)로부터 바람직하게 결정되고, 상기 ADS-B 신호(28a)는 상기 결정된 속도(V)가 한계값에 도달하거나 한계값을 초과하는 경우라면 단계(c-f)에는 사용되지 않는, 방법.
  4. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    (a) 상기 송신기(26)에 의해 연속적으로 송신된 다수의 ADS-B 신호로부터의 ADS-B 신호(28a)가 아닌 경우라면, 및/또는 (b) 상기 다수가 한계값에 도달하거나 한계값 아래로 떨어졌다면, 상기 ADS-B 신호(28a)가 사용되지 않는, 방법.
  5. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송신기(26)의 상기 ADS-B 신호(28a)의 추출된 다수의 위치 정보(POSGPS)와 다변 측정에 의해 결정된 상기 송신기(26)의 위치 정보(POSMLAT) 사이의 평균 차이(DIFFAVG)가 한계값에 도달하거나 한계값을 초과한 경우라면, 상기 ADS-B 신호(28a)가 사용되지 않는, 방법.
  6. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    단계(f)에서, 상기 에러를 특징화하는 상기 양(ERR)의 매트릭스(73)는 사용된 기지국(AD)의 쌍(34a-f)에 대해 형성되고, 다른 기지국(A, B, D)과 이 기지국(C)의 적어도 n 쌍(34a-f)에 대한 상기 양(ERR)이 한계값에 도달하거나 또는 한계값을 초과한 경우라면, 기지국(C)에 대해 중대성이 가정되는, 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 태깅되지 않은 각각의 기지국(A, B, D)에 대해, 상기 에러를 특징화하는 상기 양(ERR)의 평균값(Avg)이 결정되고, 그 평균값(Avg)이 한계값에 도달하거나 또는 한계값을 초과한 이들 기지국(D)이 태깅되는, 방법.
  8. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    태깅된 기지국(C, D)은 상기 제1 지리적 영역(30b)에 위치된 송신기(26)의 다변 측정에 의한 위치 결정에는 사용되지 않는, 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    다수의 지리적 영역(30a-f)에 대해 실시되고, 오직 이들 기지국(A-D)만 이 영역(30a-f)에서 태깅되지 않은 특정의 지리적 영역(30a-f)에서의 다변 측정을 위해 사용되는, 방법.
  10. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 네트워크(24)의 초기 스타트업 직후에 수행되는, 방법.
  11. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 네트워크(24)의 정상 작동 중 반복적으로 또는 연속적으로 실시되고, 이전에 태깅되지 않은 기지국(A-D)이 태깅된 것으로 결정되었을 때 및/또는 이전에 태깅된 기지국(A-D)이 더 이상 태깅되지 않은 것으로 결정되었을 때, 메시지가 발행되는, 방법.
  12. 다수의 ADS-B 기지국(A-D)을 포함하고, 또한 마이크로프로세서(38) 및 실행 가능한 프로그램 코드를 저장하기 위한 저장 디바이스(40)를 포함하는 평가 디바이스(36)를 포함하는 네트워크(24)에 있어서,
    상기 평가 디바이스(36)는 청구항 1 내지 청구항 11에 따른 방법을 실행하도록 배치 및 설계되는 것을 특징으로 하는 네트워크.
  13. 마이크로프로세서(38) 및 실행 가능한 프로그램 코드를 저장하기 위한 저장 디바이스(40)를 포함하는 평가 디바이스(36)로서,
    청구항 1 내지 청구항 11에 따른 방법을 실행하도록 배치 및 설계되는 것을 특징으로 하는 평가 디바이스.
KR1020210083718A 2020-07-02 2021-06-28 다수의 ads-b 기지국, 네트워크, 및 평가 디바이스를 포함하는 네트워크를 분석하기 위한 컴퓨터 구현 방법 KR20220003969A (ko)

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