KR20220031007A

KR20220031007A - 반사된 gnss 신호에 대한 감도 향상

Info

Publication number: KR20220031007A
Application number: KR1020227000849A
Authority: KR
Inventors: 디겔렌 프랭크 반
Original assignee: 구글 엘엘씨
Priority date: 2019-07-08
Filing date: 2019-07-08
Publication date: 2022-03-11
Also published as: DE112019007534T5; EP3997485A1; WO2021006866A1; US20220026583A1; CN114072701A; JP2022545327A

Abstract

반사된 GNSS 신호에 대한 감도를 향상시키는 예가 여기에 제시되어 있다. 예는 수신기에 도달하기 전에 반사면에서 반사된 특정 포지셔닝 신호를 수신기에 의해 식별하는 것을 포함할 수 있다. 수신기가 움직이고 있을 수 있다. 예는 또한 특정 포지셔닝 신호를 식별하는 것에 기초하여 특정 포지셔닝 신호를 전송한 위성에 대한 반사된 위성 포지션을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 반사된 위성 포지션은 반사면에 대한 위성의 포지션를 반사함으로써 결정될 수 있다. 예는 또한 위성에 대한 반사된 위성 포지션에 대한 방향 벡터를 결정하고 반사된 위성 포지션에 대한 방향 벡터에 기초하여 특정 포지셔닝 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해 임계 시간 기간에 걸쳐 코히렌트 인터그레이션을 수행하는 것을 포함할 수 있다.

Description

반사된 GNSS 신호에 대한 감도 향상

본 명세서는 반사된 GNSS 신호에 대한 감도 향상에 관한 것이다.

스마트 폰, 웨어러블 컴퓨팅 장치, 차량 내비게이션 시스템 및 기타 유형의 장치에는 종종 GPS(Global Positioning System) 및 기타 GNSS(Global Navigation Satellites Systems)를 사용하여 위치(로케이션) 및 속도 결정을 수행하도록 구성된 수신기가 포함된다. GPS는 정확한 궤도에서 지구를 도는 동안 포지셔닝 신호(즉, 신호)를 전송하도록 구성된 위성 네트워크를 포함하는 위성 기반 내비게이션 시스템이다. 각 위성은 위성이 각 신호를 전송한 시간 표시 및 위성의 포지션 정보와 같이 수신기가 사용할 정보를 포함하는 신호를 전송한다. GLONASS, Galileo, BeiDou, QZSS 및 IRNSS와 같은 다른 GNSS는 유사하게 작동하며 위치 결정에 사용될 수도 있다.

수신기는 위치를 추정하기 위해 여러 위성으로부터 신호 내 정보를 수신하고 사용할 수 있다. 예를 들어, 수신기는 적어도 4 개의 GNSS 위성으로부터 얻은 타이밍 신호에 의해 지구 표면에서 사용자의 위치를 추정하기 위해 삼변 측량을 사용할 수 있다. 위성으로부터 신호를 수신하면 수신기는 신호가 수신기에서 수신된 시간을 결정하고 그 시간을 신호 내에 표시된대로 위성에 의해 신호가 전송된 시간과 비교할 수 있다. 수신기는 결정된 시차에 기초하여 위성까지의 거리를 결정할 수 있다. 수신기는 4 개의 위성 신호를 사용하여 위치를 결정할 수 있다. 수신기가 고도와 같은 다른 측정에 액세스할 수 있는 경우 위치 계산에 이러한 측정을 사용하여 필요한 GNSS 신호 수를 줄일 수 있다. 위치를 결정하는 것 외에도 수신기는 GNSS를 사용하여 수신기의 현재 속도를 결정할 수도 있다.

수신기가 GNSS 위성에서 직접 충분한 신호(예: 4 개의 신호)를 수신할 수 없는 상황이 발생할 수 있다. 특히 건물, 육상 구조물(예: 산) 및 기타 구조물은 위성과 수신기 사이의 직접 경로를 차단하여 신호 수신을 방해할 수 있다. 이 설명에서 건물 또는 기타 구조물에 의한 "간섭"은 신호의 차단 및/또는 반사, 회절 및 산란을 의미할 수 있다. 간섭의 결과로, 수신기는 수신기에 도달하기 전에 신호가 하나 이상의 건물에서 반사된 후 반사 형태로 위성으로부터 신호를 간접적으로 수신할 수 있다. 수신기가 포지션 및 속도 결정을 위해 반사에 의존하는 경우 반사는 덜 정확한 결과를 생성할 수 있다. 따라서, 여기에 제시된 예시적인 실시 예는 반사된 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키고 그에 따라 후속 포지션 및 속도 계산의 정확도를 향상시키기 위해 반사된 신호를 사용하여 코히렌트 인터그레이션을 수행할 수 있는 기술을 포함한다.

일 양태에서, 예시적인 방법이 제공된다. 이 방법은 수신기에 도달하기 전에 반사면에서 반사된 특정 포지셔닝 신호를 수신기에 의해 식별하는 것을 포함한다. 수신기가 움직이고 있다. 방법은 또한 특정 포지셔닝 신호를 식별하는 것에 기초하여 특정 포지셔닝 신호를 전송한 위성에 대한 반사된 위성 포지션을 결정하는 단계를 포함한다. 반사된 위성 포지션은 반사면에 대한 위성의 포지션를 반사하여 결정된다. 방법은 또한 위성에 대한 반사된 위성 포지션에 대한 방향 벡터를 결정하고 반사된 위성 포지션에 대한 방향 벡터에 기초하여 특정 포지셔닝 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해 임계 시간 기간에 걸쳐 코히렌트 인터그레이션을 수행하는 단계를 포함한다.

다른 양태에서, 시스템이 제공된다. 시스템은 수신기와 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는 수신기에 도달하기 전에 반사면에서 반사된 특정 포지셔닝 신호를 식별하도록 구성된다. 수신기는 움직이고 있다. 프로세서는 또한 특정 포지셔닝 신호의 식별에 기초하여 특정 포지셔닝 신호를 전송한 위성에 대한 반사된 위성 포지션을 결정하도록 구성된다. 반사된 위성 포지션은 반사면에 대한 위성의 포지션를 반사하여 결정된다. 프로세서는 또한 위성에 대한 반사된 위성 포지션에 대한 방향 벡터를 결정하도록 구성된다. 프로세서는 반사된 위성 포지션에 대한 방향 벡터에 기초하여 특정 포지셔닝 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해 임계 시간 기간에 걸쳐 코히렌트 인터그레이션을 수행하도록 추가로 구성된다.

추가 양태에서, 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체가 제공된다. 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨팅 시스템에 의해 실행될 때 컴퓨팅 시스템이 기능을 수행하게 하는 명령어를 저장하도록 구성된다. 이 기능에는 수신기에 도달하기 전에 반사면에서 반사된 특정 포지셔닝 신호 식별이 포함된다. 수신기는 움직이고 있다. 기능은 또한 특정 포지셔닝 신호를 식별하는 것에 기초하여 특정 포지셔닝 신호를 전송한 위성에 대한 반사된 위성 포지션을 결정하는 것을 포함한다. 반사된 위성 포지션은 반사면에 대한 위성의 포지션를 반사하여 결정된다. 기능은 위성에 대한 반사된 위성 포지션에 대한 방향 벡터를 결정하고, 반사된 위성 포지션에 대한 방향 벡터에 기초하여 특정 포지셔닝 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해 임계 시간 기간에 걸쳐 코히렌트 인터그레이션을 수행하는 것을 더 포함한다.

추가 양태에서, 반사된 GNSS 신호에 대한 감도를 향상시키기 위한 수단을 포함하는 시스템이 제공된다. 시스템은 전술한 예시적인 방법의 단계를 수행하기 위한 수단을 포함할 수 있다.

이들뿐만 아니라 다른 양태, 이점 및 대안은 첨부된 도면을 적절하게 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 당업자에게 명백해질 것이다.

도 1은 예시적인 실시 예에 따른 컴퓨팅 시스템의 단순화된 블록 다이어그램이다.
도 2는 예시적인 실시 예에 따른, 위성 세트로부터의 신호를 사용하는 로케이션(위치) 결정을 도시한다.
도 3은 예시적인 실시 예에 따른 속도 결정을 도시한다.
도 4a는 예시적인 실시 예에 따라 위성으로부터 직접 신호를 수신하는 수신기를 도시한다.
도 4b는 예시적인 실시 예들에 따른, 신호의 반사를 수신하는 수신기를 예시한다.
도 5는 예시적인 실시 예에 따른 방법에 대한 흐름도이다.
도 6은 예시적인 실시 예에 따른 코히렌트 인터그레이션을 수행하는 수신기를 도시한다.
도 7a는 예시적인 실시 예에 따라 위성으로부터 신호의 반사를 수신하는 수신기를 도시한다.
도 7b는 예시적인 실시 예에 따라 위성으로부터의 신호 반사에 대한 감도를 향상시키는 수신기를 도시한다.
도 8은 예시적인 실시 예들에 따라, 롱 코히렌트 인터그레이션을 수행하기 위해 복수의 건물에서 반사되는 신호를 사용하는 수신기를 도시한다.
도 9는 예시적인 장치에서 컴퓨터 프로세스를 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 포함하는 예시적인 컴퓨터 프로그램 제품의 개념적 부분도를 예시하는 개략도이다.

예시적인 방법 및 시스템이 여기에 설명되어 있다. "예", "예시적" 및 "설명적"이라는 단어는 본 명세서에서 "예시, 실례 또는 예시로서 제공하는"을 의미하는 것으로 사용된다는 것을 이해해야한다. 본 명세서에서 "예", "예시적" 또는 "설명적"인 것으로 설명된 임의의 구현 또는 특징은 반드시 다른 구현 또는 특징보다 선호되거나 유리한 것으로 해석될 필요는 없다.

본 명세서에 설명된 예시적인 구현은 제한을 의미하지 않는다. 본 명세서에 일반적으로 설명되고 도면에 예시된 바와 같이 본 개시 내용의 양태는 매우 다양한 상이한 구성으로 배열, 대체, 결합, 분리 및 설계될 수 있으며, 이들 모두는 명시 적으로 고려된다는 것을 쉽게 이해할 것이다.

수신기는 스마트 폰, 웨어러블 컴퓨팅 장치 및 차량 내비게이션 시스템과 같은 다양한 유형의 장치에 대한 위치 및 속도 측정을 제공하는 데 의존한다. GNSS는 수신기의 수동 작동 모드로 인해 무제한의 수신기를 제공할 수 있으므로 (즉, 수신기가 신호만 수신하도록 구성됨), 자율 내비게이션, 매핑 및 측량, 긴급 구조 전략, 데이트 애플리케이션, 여행 중 경로 결정 등 GNSS를 활용하는 수많은 애플리케이션이 개발되었다.

GNSS는 각 위성에 탑재된 정확한 원자 주파수 표준과 관련된 위성의 신호를 참조하는 단방향 TOA(Time of Arrival) 범위 지정 기술을 사용하여 작동한다. 이러한 원자 주파수 표준은 GNSS 시간 기반과 동기화된다. 각 GPS 위성은 두 개의 주파수 채널(L1: 1,575.42MHz 및 L2: 1,227.6MHz)에서 코드 분할 다중 액세스(CDMA)를 사용하여 범위(레이징) 코드 및 내비게이션 데이터가 포함된 신호를 방송한다. 특히 위성은 하나 또는 두 주파수 모두에서 고유한 레인징 코드로 신호를 전송한다. 최신 GPS 위성은 제3 주파수(L5 : 1176.45MHz)로 전송한다. 다른 GNSS 시스템은 일반적으로 유사한 방식으로 작동하며, 일부 시스템 대 시스템 차이는 통상의 기술자에게 잘 알려져있다.

수신기가 신호를 수신하면 신호 내의 내비게이션 데이터를 통해 수신기는 신호 전송시 위성의 위치를 파악할 수 있다. 또한 동일한 신호 내의 레인징 코드를 통해 수신기는 신호의 전파 시간을 결정할 수 있다. 따라서, 수신기는 4 개의 위성 신호 내에서 수집된 TOA 범위 측정을 사용할 때 내부 위성 시스템 시간과 관련된 위도, 경도, 높이 및 수신기 클록 오프셋뿐만 아니라 위성-수신기 범위를 결정할 수 있다.

GNSS는 또한 수신기가 다양한 기술을 통해 포지션뿐만 아니라 속도를 결정할 수 있도록 한다. 하나의 속도 결정 기술은 수신기의 속도를 산출하기 위해 수신기의 두 연속 포지션 간의 차이를 결정하는 것을 포함한다. 또 다른 속도 결정 기술은 수신기-위성 움직임에서 파생된 도플러 측정을 사용하는 것이다.

도플러 정보는 수신기가 여러 위성의 신호를 구별하는 데 사용하는 기술과 같이 신호 처리(프로세싱)에 광범위하게 적용된다. 수신기의 속도를 결정할 때 도플러 데이터를 사용하여 수신기와 송신 위성 사이의 범위 속도를 결정할 수 있다. 범위 속도는 특정 기간 동안 위성과 수신기 사이의 범위가 변경되는 속도를 나타낸다.

범위(레인지) 레이트를 결정하기 위해, 수신기는 코히렌트 인터그레이션(coherent integration)을 수행하고 수신된 신호와 위상 코히런시(phase coherency)를 유지하는 확산 코드의 로컬 사본(카피)을 수신 신호에 곱할 수 있다. 신호의 도플러가 변경되면 확산 코드의 로컬 사본의 도플러를 조정하여 위상 코히런시를 유지해야한다. 수신기 속도의 변화는 속도를 정확하게 계산하기 위해 측정할 수 있는 도플러 시프트를 유발할 수 있다. 특히, 수신기는 추적된 신호를 전송하는 위성의 방향을 향하는 단위(유닛) 벡터인 수신기의 새로운 속도 내적(dot-product)을 이용하여 새로운 도플러 값을 결정할 수 있다. 이 기술을 사용하면 수신기는 초당 몇 센티미터 이내의 속도를 정확하게 결정할 수 있다.

포지션(position) 및 속도 결정을 위해 위성의 신호를 추적할 때 수신기는 코히렌트 인터그레이션(Coherent integration)을 수행할 수 있다. 코히렌트 평균화 또는 시간 영역 평균화라고도하는 코히렌트 인터그레이션은 신호 속성을 추정하기 전에 일련의 펄스(예: 관찰 간격 동안)에 대한 신호 측정을 인터그레이션하는 것을 포함한다. 신호에 대한 코히렌트 인터그레이션의 성능은 신호에 대한 신호 대 잡음비를 개선하는 동시에 전체 신호 처리 요구 사항을 최소화할 수 있다. 따라서 코히렌트 인터그레이션이 효과적이기 위해서는 인터그레이션 기간이 기준 위상에 대한 신호의 위상이 크게 변경되지 않는 시간(즉, 신호의 코히렌트 시간)으로 제한되어야한다.

수신기는 서로 다른 방향에서 수신기에 도착하는 신호를 역상관(decorrelate)시키기 위해 코히렌트 인터그레이션을 사용할 수 있다. 역상관의 정도는 수신기의 속도와 코히렌트 인터그레이션 시간에 따라 달라질 수 있다. 일부 수신기는 소량의 코히렌트 인터그레이션을 수행하도록 구성된다(예: 20 밀리 초 미만). 그런 다음 이러한 수신기는 필요한 경우 신호에 대한 감도를 높이기 위해 수백 밀리 초에 걸쳐 선택적으로 인코히렌트 인터그레이션(incoherently integrate)될 수 있다. 그러나 이 접근 방식은 다중 경로 간섭에 취약할 수 있다. 특히, 인코히렌트 인터그레이션은 캡처된 데이터가 결합되기 전에 신호에서 캡처된 데이터 내에 저장된 위상 정보를 파괴(삭제)할 수 있다. 위상 정보를 삭제하면 LOS(Line-of-Sight) 위성의 신호와 NLOS(Non-Line-of-Sight) 위성의 신호 반사가 동일한 상관 피크 내에 누적되어 원하는 LOS 신호 정보의 왜곡이 발생할 수 있다. 이러한 왜곡은 잘못된 위치 추정으로 이어지는 잘못된 코드 위상 추정을 유발할 수 있다.

일부 수신기는 수십 또는 수백 밀리 초 이상의 코히렌트 인터그레이션을 제공하는 클록 및 모션 보상 페이저 보정 시퀀스를 구현하도록 구성될 수 있다. 이 긴 시간(예: 수십 또는 수백 밀리 초의 임계 값 기간) 동안 코히렌트 인터그레이션을 수행할 때 수신기는 롱 코히렌트 인터그레이션(long coherent integration)을 수행한다고 한다. 롱 코히렌트 인터그레이션은 신호 추적 감도를 거의 0dBHz까지 개선할 수 있으며 위상 정보의 파괴를 줄이는 높은 다중 완화 성능을 제공한다. 특히, 롱 코히렌트 인터그레이션의 성능은 서로 다른 방향에서 도착하는 신호를 주파수 영역에서 분리할 수 있도록 한다. 또한, 롱 코히렌트 인터그레이션은 단일 이동 안테나를 사용하여 GNSS 도착 각도를 직접 해결함으로써 스푸핑 방지(anti-spoofing 및 3 차원(3D) 지도 지원 방법의 새로운 기능을 허용할 수 있다.

수신기가 속도 v로 움직이면, 롱 코히렌트 인터그레이션은 각도 θ를 갖는 신호에 대해 방향적으로 이득을 증가시킬 수 있다. 여기서 v cosθ는 코히렌트 인터그레이션을 위해 선택한 주파수 빈의 오프셋이다. 롱 코히렌트 인터그레이션을 수행함으로써 수신기는 위성 방향으로 이득을 증가시키고 다른 방향으로 이득을 감소시킬 수 있다. 결과적으로 수신자는 다중 경로를 억제할 수 있다.

수신기가 간섭없이 위성에서 직접 수신된 신호가 아닌 위성에서 신호의 반사를 추적하는 상황이 발생한다. 특히 대형 건물 및 기타 구조물(예: 산)이 있는 지역은 위성에서 직접 신호를 수신하는 수신기의 기능을 방해할 수 있다. 수신기와 위성 사이의 직접 경로를 차단하는 간섭으로 인해 수신기는 하나 이상의 반사면(예: 건물 위의 지점)에서 반사되는 반사 형태로 위성으로부터 신호를 간접적으로 수신할 수 있다.

수신기가 하나 이상의 반사를 사용하여 속도 및/또는 포지션을 결정하면 반사로 인해 결과의 정확도가 떨어질 수 있다. 특히, 수신기에서 신호가 접근하여 수신되는 방향은 위성의 실제 방향과 다를 수 있다. 반사로 인해 신호가 위성의 실제 방향과 다른 특정 방향에서 도착하는 것처럼 보일 수 있다. 결과적으로, 계산 내의 방향 벡터가 위성의 실제 위치를 가리키고 반사의 수신 방향과 다르기 때문에 수신기는 반사된 신호를 사용하여 롱 코히렌트 인터그레이션을 정확하게 수행하지 못할 수 있다. 따라서, 반사된 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해 반사된 신호를 사용하여 롱 코히렌트 인터그레이션을 수행할 수 있어야 할 필요가 있다.

여기에 제시된 예시적인 실시 예는 반사된 GNSS 신호에 대한 감도를 향상시키는 기술을 제공한다. 예시적인 기술은 수신기가 위성 신호의 직접 수신을 잠재적으로 방해할 수 있는 구조가 있는 영역에서 작동함에도 불구하고 반사된 신호를 사용하여 롱 코히렌트 인터그레이션을 수행할 수 있게 한다. 롱 코히렌트 인터그레이션을 수행함으로써 수신기는 반사된 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키고 수신기에 도착하는 신호를 다른 방향에서 분리할 수 있다. 그 결과, 수신기가 직접 신호 수신을 방해하는 구조가 있는 지역에서 작동하는 경우에도 수신기는 포지션과 속도를 보다 정확하게 결정할 수 있다.

추가로 예시하기 위해, 예시적인 실시 예는 수신기가 움직이고 있는 동안 GNSS 신호 세트를 초기에 획득하는 수신기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 수신기는 4 개의 신호를 수신하고 신호를 사용하여 삼변 측량을 통해 위치를 결정할 수 있다. 신호 세트로부터 수신기는 수신기에 도달하기 전에 반사면(예: 건물의 한 지점)에서 반사된 것처럼 보이는 특정 신호를 식별할 수 있다. 수신기는 위성의 위치(로케이션)을 지정하는 정보, 반사가 수신기에 도달한 각도를 지정하는 도달 각도, 신호의 강도, 및 수신기의 현재 위치에 대한 지형 정보 등과 같은 하나 이상의 요소(factors)를 사용하여 반사를 식별할 수 있다. 예를 들어, 수신기는 수신기의 위치에서 인근 건물의 포지션과 고도를 전달하는 미리 정의된 지도를 사용할 수 있다.

롱 코히렌트 인터그레이션을 수행하기 위해 반사에 의존할 때, 수신기는 신호가 반사임을 식별하는 관점에서 계산을 조정하도록 구성될 수 있다. 특히, 수신기는 신호가 수신기에 도달하기 전에 신호를 반사한 건물 또는 다른 구조를 반사로 결정할 수 있다(즉, 반사면을 식별). 이는 예를 들어 수신기의 이전에 계산된 또는 대략적인 위치가 소정의 주변 영역의 기하학적 모델을 참조하여 수행될 수 있다. 수신기는 반사면에 대한 위성의 실제 포지션을 반사함으로써 위성에 대한 반사된 위성 포지션을 생성할 수 있다. 위에서 셜명된 바와 같이, 이 반사된 위성 포지션은 수신기로부터 상기 반사된 위성 포지션을 향하는 방향으로 연장되는 단위 벡터를 결정하는데 사용될 수 있다. 결정된 단위 벡터는 반사된 신호에 대해 임계 시간(예를 들어, 수십 밀리 초) 동안 코히렌트 인터그레이션을 수행할 때 이후에 사용될 수 있다. 코히렌트 인터그레이션의 수행은 반사된 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키는 동시에 수신기에 도달하는 신호를 다른 방향에서 분리할 수 있게 한다. 코히렌트 인터그레이션은 반사된 위성 포지션(실제 포지션이 아닌)를 기반으로하는 단위 벡터를 사용하여 수행되므로, 신호 반사와 관련된 효과를 고려하기 때문에 신호에 대한 신호 대 잡음비를 성공적으로 높일 수 있다.

예들 내에서, 수신기 또는 다른 컴퓨팅 장치(예를 들어, 하나 이상의 프로세서)는 수신기의 포지션 및 동작 측정을 위한 신호를 사용하는 것과 관련된 동작(예를 들어, 코히렌트 인터그레이션)을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 수신기는 컴퓨팅 장치의 위치 및 모션 측정을 제공하는 것과 관련된 하나 이상의 동작을 수행하도록 구성된 GNSS 컴포넌트를 더 포함하는 컴퓨팅 장치의 컴포넌트일 수 있다. 다른 예에서, 서버 장치는 여기에 제시된 하나 이상의 동작을 수행하도록 구성될 수 있다.

일부 실시 예에서, 수신기(또는 관련 컴퓨팅 장치)는 수신된 신호에 기초하여 위성을 분류하고 신호가 LOS(Line-of-Sight) 위성 또는 NLOS(Non-Line of Sight) 위성으로부터 수신되는지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. 위성은 신호가 통과할 수 있도록 위성과 수신기 사이에 직접 경로가 있을 때 LOS 위성으로 간주된다. 보다 구체적으로, 수신기는 이동 경로를 방해하는 건물, 토지 구조 또는 기타 물리적 개체없이 LOS 위성으로부터 직접 신호를 수신할 수 있다.

롱 코히렌트 인터그레이션을 사용하고 신호가 LOS 위성에서 오는 경우, 수신기는 위성의 실제 포지션 방향에 있는 수신기의 단위 벡터인 수신기 속도 내적을 사용하여 예상 도플러 값을 계산할 수 있다.

일부 구조물(예: 건물)이 위성과 수신기 사이의 직접 경로를 방해할 때 위성은 NLOS 위성으로 인정된다. 간섭으로 인해 수신기는 NLOS 위성으로부터 신호를 수신할 수 없거나 신호가 하나 이상의 반사면(예: 하나 이상의 건물)에서 반사된 후 신호의 산란 또는 반사를 수신할 수 있다. 롱 코히렌트 인터그레이션을 사용하고 신호가 NLOS 위성에서 오는 경우, 수신기는 수신기에서 반사된 위성 포지션로 확장(연장)되는 단위 벡터를 갖는 수신기 속도 내적을 사용하여 예상 도플러 값을 계산할 수 있다. 이러한 상황에서 수신기는 원래 신호를 전송한 위성에 대한 반사된 위성 포지션을 결정할 수 있도록 반사면(예: 어떤 건물이 수신기를 향해 신호를 반사했거나 신호를 반사한 건물의 특정 지점)을 식별해야 할 수 있다.

일부 상황에서, 수신기는 신호가 LOS 위성 또는 NLOS 위성에서 도착했는지 여부를 결정하기 어려운 신호를 수신할 수 있다. 따라서 수신기는 이러한 신호를 필요할 때만 사용하거나 위치 및 모션 계산을 수행할 때 폐기할 수 있다. 예를 들어, 수신기는 위성으로부터 수신된 신호를 3 개의 세트로 나눌 수 있다. 제1 세트는 하나 이상의 LOS 위성에서 도착했을 가능성이 있는 신호에 해당한다. 예를 들어, 수신기는 LOS 위성으로부터의 임계 확률을 갖는 신호를 제1 세트에 할당할 수 있다(예: 90 % 이상의 가능성). 제1 세트의 각 신호에 대해, 코히렌트 인터그레이션을 수행할 때 각도는 위성의 실제 방향이어야 한다. 제2 세트는 하나 이상의 NLOS 위성에서 도착했을 가능성이 있는 신호에 해당한다. 예를 들어, 수신기는 LOS 위성이 아닌 임계 확률을 갖는 신호를 제2 세트로 할당할 수 있다(예: 10 % 이하). 제2 세트의 각 신호에 대해, 코히렌트 인터그레이션을 수행할 때 각도는 반사된 위성의 방향이어야 한다. 제3 세트는 제1 세트 또는 제2 세트에 배치되지 않는 신호에 해당할 수 있다. 제3 세트의 신호에 대해, 수신기는 위성 방향의 각도를 사용하거나 경우에 따라 이러한 신호를 모두 사용하여 롱 코히렌트 인터그레이션을 수행하지 않을 수 있다.

위의 분할 시스템을 사용할 때 수신기는 세트에 따라 신호의 우선 순위를 지정하여 포지션과 속도를 결정할 수 있다. 특히, 수신기는 제2 및 제 3 세트로부터의 신호를 사용하여 상기 제1 세트로부터의 신호를 사용하여 우선 순위를 결정할 수 있다. 수신기는 또한 제 3 세트로부터의 신호보다 제2 세트로부터의 신호를 사용하여 우선 순위를 지정할 수 있다. 따라서, 수신기는 제1 세트, 제2 세트 및 제3 세트의 순서로 신호의 우선 순위를 지정할 수 있다. 우선 순위가 낮은 신호는 가중치가 낮은 가중치 분석에 사용되거나 전혀 사용되지 않을 수 있다. 일부 예들에서, 수신기는 속도 및 포지션을 결정하기 위해 순차적 구현(예를 들어, 순차적 칼만 필터)을 사용할 수 있다. 따라서 포지션과 속도가 정확도와 불확실성의 일부 임계 값으로 수렴되면 우선 순위가 낮은 신호는 무시될 수 있다.

일부 예들에서, 수신기는 NLOS 위성으로부터 유사한 강도의 다중 반사를 수신할 수 있다. 그러한 상황에서, 수신기는 더 짧은 코히렌트 인터그레이션을 수행하거나 가장 강한 반사를 식별하기 위해 반사의 조합을 검색하도록 구성될 수 있다. 수신기는 다중 반사가 수신기에 도달할 때 발생할 수 있는 예상 도플러의 불확실성으로 인해 이러한 전략 중 하나 또는 둘 다를 활용할 수 있다. 또한, 어떤 경우에는 수신기가 신호가 LOS 위성으로부터 수신된 신호인지 NLOS 위성으로부터 반사된 신호인지 결정하지 못할 수 있다. 이와 같이, 수신기는 미리 정의된 임계 신뢰도를 초과하는 신호의 소스를 확인할 수 없을 때 이러한 신호를 폐기하도록 구성될 수 있다.

일부 실시 예는 수신기에 도달하기 전에 복수의 반사면(예를 들어, 복수의 건물)에서 반사되는 신호를 이용하는 수신기를 포함할 수 있다. 그러한 상황에서, 수신기는 수신기에서 수렴하는 위성으로부터의 다른 신호가 없다고 결정할 수 있다. 수신기가 동일한 위성으로부터 다른 NLOS 신호를 수신하지 않고 여러 반사면에서 신호를 수신하고 있다는 결정에 응답하여, 수신기는 위성의 최종 반사 포지션을 획득할 때까지 각 반사면에 대해 위성을 반사하도록 구성될 수 있다. 특히, 위성에 대한 최종 반사 포지션은 반사가 수신기에 도달하기 전에 신호를 반사한 마지막 반사면을 사용하여 유도될 수 있다. 수신기는 최종 반사 포지션을 사용하여 반사된 신호에 대해 롱 코히렌트 인터그레이션을 수행할 때 나중에 사용될 수 있는 NLOS 위성에 대한 방향 벡터를 결정할 수 있다.

예들이 구현될 수 있는 시스템, 방법 및 장치가 이제 더 상세히 설명 될 것이다. 일반적으로 설명된 방법은 다양한 유형의 컴퓨팅 장치 또는 장치의 컴포넌트에 의해 구현될 수 있다. 하나의 예에서, 시스템은 하나 이상의 서버를 포함할 수 있으며, 이는 모바일 전화기와 같은 장치로부터 정보를 수신하고 장치에 정보를 제공할 수 있다. 그러나, 설명된 방법은 특히 개인용 컴퓨터, 웨어러블 컴퓨팅 장치, 독립형 수신기 또는 모바일 장치와 같은 다른 컴퓨팅 장치에 의해 구현될 수도 있다.

또한, 예시적인 시스템은 여기에 설명된 기능을 제공하기 위해 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어가 저장된 컴퓨터 판독 가능 매체의 형태를 취할 수 있다. 따라서, 예시적인 시스템은 서버와 같은 장치, 또는 그러한 프로그램 명령어가 저장된 그러한 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하는 그러한 장치의 서브 시스템의 형태를 취할 수 있다.

도 1을 참조하면, 도 1은 본 개시에서 설명된 것과 같은 다양한 동작 및/또는 기능을 수행할 수 있는 예시적인 컴퓨팅 시스템(100)의 단순화된 블록 다이어그램이다. 컴퓨팅 시스템(100)은 스마트 폰, 휴대용 컴퓨터 또는 웨어러블 컴퓨팅 장치 등과 같은 임의의 유형의 장치에 대응할 수 있으며, 프로세서(102), 데이터 저장 유닛(104), 통신 인터페이스(106), 사용자 인터페이스(108) 및/또는 GNSS(Global Navigation Satellites Systems) 수신기(110)와 같은 다양한 컴포넌트를 포함할 수 있다.

이들 컴포넌트 및 다른 가능한 컴포넌트는 둘 이상의 장치, 시스템 또는 다른 엔티티 간의 통신을 용이하게 하는 메커니즘을 나타내는 연결 메커니즘(112)을 통해 (또는 다른 장치, 시스템 또는 기타 엔티티에) 서로 연결될 수 있다. 이와 같이, 연결 메커니즘(112)은 케이블 또는 시스템 버스와 같은 단순한 메커니즘 또는 패킷 기반 통신 네트워크(예를 들어, 인터넷)와 같은 비교적 복잡한 메커니즘 일 수 있다. 일부 예에서, 연결 메커니즘은 유형이 아닌 매체(예를 들어, 연결이 무선 인 경우)를 포함할 수 있다. 추가 구현에서, 컴퓨팅 시스템(100)은 더 많거나 더 적은 컴포넌트를 포함할 수 있고, 여기에 설명된 위치 결정 프로세스를 수행하도록 구성된 독립형 수신기에 대응할 수 있다. 프로세서(102)는 범용 프로세서(예를 들어, 마이크로 프로세서) 및/또는 특수 목적 프로세서(예를 들어, 디지털 신호 프로세서(DSP))에 대응할 수 있다. 일부 예에서, 컴퓨팅 시스템(100)은 프로세서의 조합을 포함할 수 있다.

데이터 저장 유닛(104)은 자기, 광학 또는 플래시 스토리지와 같은 하나 이상의 휘발성, 비 휘발성, 이동가능 및/또는 이동불가능한 스토리지 컴포넌트를 포함할 수 있고 및/또는 전체적으로 또는 부분적으로 프로세서(102)와 통합될 수 있다. 이와 같이, 데이터 저장 유닛(104)은, 본 명세서에 설명되어 있는 바와 같이, 프로세서(102)에 의해 실행될 때 컴퓨팅 시스템(100)이 하나 이상의 동작 및/또는 기능을 수행하게 하는 프로그램 명령어(예: 컴파일되거나 컴파일되지 않은 프로그램 로직 및/또는 기계 코드)를 저장한 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 형태를 취할 수 있다. 컴퓨팅 시스템(100)은 본 개시에서 설명된 것과 같은 하나 이상의 동작 및/또는 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 이러한 프로그램 명령어는 개별 소프트웨어 애플리케이션을 정의 및/또는 일부가 될 수 있다. 일부 예에서, 컴퓨팅 시스템(100)은 통신 인터페이스(106) 및/또는 사용자 인터페이스(108)로부터와 같이 입력을 수신하는 것에 응답하여 프로그램 명령어를 실행할 수 있다. 데이터 저장 유닛(104)은 또한 본 개시에서 설명된 유형들과 같은 다른 유형의 데이터를 저장할 수 있다.

일부 예에서, 데이터 저장 유닛(104)은 컴퓨팅 시스템(100)이 트래버스(traverse)할 수 있는 영역에서 잠재적 반사면의 위치를 나타내는 하나 이상의 맵을 저장할 수 있다. 예를 들어, 이러한 지도(맵)는 건물 및 기타 구조적 특징의 포지션과 고도를 나타낼 수 있다. 또한 이러한 지도는 신호 수신을 방해할 수 있는 산 및 기타 육지와 같은 물리적 지형지물의 포지션과 고도를 나타낼 수도 있다. 컴퓨팅 시스템(100)은 외부 소스로부터 지도를 얻고 데이터 저장 유닛(104)에 지도를 저장할 수 있다.

통신 인터페이스(106)는 컴퓨팅 시스템(100)이 하나 이상의 프로토콜에 따라 다른 엔티티에 연결 및/또는 통신하도록 허용할 수 있다. 일 예에서, 통신 인터페이스(106)는 이더넷 인터페이스 또는 HD-SDI(고화질 직렬 디지털 인터페이스)와 같은 유선 인터페이스일 수 있다. 다른 예에서, 통신 인터페이스(106)는 셀룰러 또는 WI-FI 인터페이스와 같은 무선 인터페이스일 수 있다. 연결은 직접 연결 또는 간접 연결일 수 있으며, 후자는 라우터, 스위처 또는 기타 네트워크 장치와 같은 하나 이상의 엔티티를 통과 및/또는 통과하는 연결이다. 마찬가지로, 전송은 직접 전송 또는 간접 전송일 수 있다.

사용자 인터페이스(108)는 적용 가능한 경우 컴퓨팅 시스템(100)과 컴퓨팅 시스템(100)의 사용자 간의 상호 작용을 용이하게 할 수 있다. 이와 같이, 사용자 인터페이스(108)는 키보드, 키패드, 마우스, 터치 감지 패널, 마이크 및/또는 카메라와 같은 입력 컴포넌트 및/또는 디스플레이 장치(예를 들어, 터치 감지 패널), 사운드 스피커 및/또는 햅틱 피드백 시스템과 결합될 수 있다. 보다 일반적으로, 사용자 인터페이스(108)는 컴퓨팅 시스템(100)과 컴퓨팅 장치 시스템의 사용자 간의 상호 작용을 용이하게 하는 하드웨어 및/또는 소프트웨어 컴포넌트를 포함할 수 있다.

GNSS 수신기(110)는 컴퓨팅 시스템(100)이 위치 및 속도 결정 프로세스를 위해 포함할 수 있는 컴포넌트를 나타낸다. GNSS 수신기(110)는 GNSS 위치를 수행할 수 있는 다양한 유형의 수신기에 대응할 수 있다. 예를 들어, GNSS 수신기(110)는 위치 및 속도 결정 프로세스를 수행하기 위해 사용하기 위해 위성으로부터 신호를 수신할 수 있다. 이와 같이, GNSS 수신기(110)는 하나 이상의 프로세서(102), 전원 및 디스플레이 인터페이스 및 오디오 인터페이스와 같은 다양한 인터페이스로부터의 지원을 사용하여 동작할 수 있다. 일부 예에서, GNSS 수신기(110)는 삼변 측량 및/또는 컴퓨팅 시스템(100)의 위치를 결정하기 위한 다른 프로세스를 수행할 수 있다. 삼변 측량은 한 쌍의 나침반을 사용하여 세 개의 서로 다른 랜드 마크로부터의 정확한 거리를 아는 지도상의 위치를 식별하는 것과 유사하며, 여기서 각 원의 반경이 각 랜드 마크로부터의 거리에 해당한다는 점을 고려할 때, 위치는 각 랜드 마크를 중심으로 하는 세 개의 원이 겹치는 지점에 해당할 수 있다. 실제로, GNSS를 사용하는 위치는 일련의 연립 방정식으로 구현된 삼변 측량을 사용하여 수행되며, 여기서 각 방정식은 수신기 위치의 함수로 하나의 특정 위성까지의 거리를 설명한다. 대부분의 경우 네 개 이상의 연립 방정식이 있다.

GNSS 수신기(110)는 다양한 기술을 사용하여 수신기의 사용자의 포지션 및 속도를 계산하기 위해 위성 세트로부터의 신호를 사용할 수 있다. 일부 예들에서, GNSS 수신기(110)는 2 개의 연속적인 포지션을 구별(즉, 사용자 포지션의 미분을 근사화)함으로써 속도를 추정할 수 있다. 이 기술은 실행하기 간단할 수 있지만 다른 기술보다 정확도가 떨어질 수 있다. 특히 두 개의 연속 포지션을 구별하면 의사 거리 기반 포지션(pseudorange-based position) 정확도에 대한 의존성으로 인해 초당 미터 수준의 정확도를 갖는 결과가 생성될 수 있다.

다른 예들에서, GNSS 수신기(110)는 사용자-위성 모션과 관련된 도플러 측정을 사용함으로써 컴퓨팅 시스템(100)의 속도를 결정할 수 있다. 사용자-위성 상대 모션에 의해 생성된 수신 신호의 도플러 주파수 시프트는 속도가 초당 수 센티미터 내에서 정확하게 결정되도록 할 수 있다. 또한, GNSS 수신기(110)는 연속적인 반송파 위상 측정(TDCP: time-differenced carrier phase)의 차이를 처리함으로써 성능을 향상시킬 수 있다. 이러한 전략은 GNSS 수신기(110)가 수신기의 추적 루프로부터 출력된 원시 도플러 측정만을 사용하는 것보다 훨씬 정확하게 속도를 계산할 수있게 할 수 있다.

이와 같이, GNSS 수신기(110)는 컴퓨팅 시스템(100) 또는 컴퓨팅 시스템(100)상의 애플리케이션이 위치, 속도 및 방향 정보에 신속하게 액세스하고 사용할 수 있도록 할 수 있다. 일반적으로 위치는 고도를 포함하여 3 차원으로 결정될 수 있다. GNSS 수신기(110)는 블루투스 또는 Wi-Fi 신호를 통해 수신된 정보로 위치 결정을 보완하도록 구성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 연결 메커니즘(112)은 컴퓨팅 시스템(100)의 컴포넌트를 연결할 수 있다. 연결 메커니즘(112)은 유선 연결로 도시되어 있지만, 일부 구현에서 무선 연결이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 통신 링크(112)는 범용 직렬 버스 또는 병렬 버스와 같은 유선 직렬 버스일 수 있다. 유선 연결은 독점 연결일 수도 있다. 마찬가지로, 통신 링크(112)는 또한 예를 들어 Bluetooth® 무선 기술, IEEE 802.11에 기술된 통신 프로토콜(IEEE 802.11 개정 포함), 셀룰러 기술(GSM, CDMA, UMTS, EV-DO, WiMAX, LTE, or 5G), 지그비(Zigbee®) 기술 등을 사용하는 무선 연결일 수 있다.

도 2는 위성 세트로부터의 신호를 사용하여 위치를 결정하는 수신기(202)를 예시한다. 특히, 도 2는 사용자의 위치를 결정하기 위해 복수의 위성(위성 204A, 위성 204B, 위성 204C 및 위성 204D)으로부터 신호를 수신하고 사용하는 수신기(202)를 포함하는 일반적인 상황을 나타내는 시나리오(200)를 도시한다. 다른 구현 내에서, 시나리오(200)는 더 많거나 더 적은 위성 및/또는 수신기를 포함할 수 있다.

도시된 바와 같이, 수신기(202)는 위성 세트(위성 204A, 위성 204B, 위성 204C 및 위성 204D)로부터 신호를 수신하고 있다. 수신기(202)는 컴퓨팅 시스템(100) 및/또는 더 많거나 더 적은 컴포넌트를 갖는 다른 장치에 대응할 수 있다. 예를 들어, 수신기(202)는 다른 가능한 장치들 중에서 스마트 폰, 웨어러블 컴퓨팅 장치 또는 차량 GNSS 시스템에 대응할 수 있다.

위성(204A-204D) 및 GNSS 네트워크의 다른 위성은 지구 궤도를 돌고 수신기가 위치 결정에 사용할 수 있는 정보를 갖는 신호를 주기적으로 전송할 수 있다. 전송된 각 신호에는 위성이 위성의 원자 시계를 기반으로 지구 표면을 향해 신호를 전송한 시간 표시와 같이 수신기가 위치 결정을 수행하는 데 도움이 되는 정보가 포함될 수 있다. 전송된 신호는 또한 위성의 시계와 GPS 시간 사이의 관계 표시 또는 다른 GNSS의 기준 시간과 같은 다른 정보 및 수신기가 송신 위성의 포지션(위치)를 결정하는 데 도움이되는 정확한 궤도 정보를 제공할 수 있다. 이와 같이, 수신기(202) 및 다른 수신기는 위치 및/또는 속도와 같은 다른 가능한 정보를 결정하기 위해 위성 세트로부터 주기적으로 전송된 신호를 수신하고 사용할 수 있다. 다중 위성(예를 들어, 4 개의 위성)으로부터 신호를 수신하면 수신기가 위에서 설명한 삼변 측량 계산과 같은 위치 결정 프로세스를 수행할 수 있다.

일부 예에서, 수신기(202)에서 수신된 하나 이상의 신호는 수신기(202)에 도달하기 전에 건물 또는 다른 기계 구조와 같은 하나 이상의 특징에서 반사될 수 있다. 예를 들어, 수신기(202)는 수신기(202)가 건물 근처에 위치할 때 위성(204A-204D)으로부터의 신호를 반사할 수 있는 복수의 대형 건물을 포함하는 도시의 위치를 가질 수 있다. 이와 같이, 수신기(202)는 반사로 인해 하나 이상의 신호에 의해 이동되는 추가 경로를 고려할 수 있는 정확한 위치를 결정하기 위해 여기에 설명된 프로세스를 수행할 수 있다.

전반적으로, 수신기(202)는 송신 위성으로부터 직접 일부 신호 및 신호가 수신기(202)의 일반적인 위치에 위치한 하나 이상의 특징을 반사한 후 일부 신호와 같은 다양한 방식으로 신호를 수신할 수 있다. 또한 도 2에는 표시되지 않았지만, 수신기(202)는 또한 소정의 위성과 수신기(202) 사이의 모든 경로를 완전히 차단하는 하나 이상의 특징으로 인해 소정의 위성으로부터 일부 신호를 수신하지 못할 수 있다.

도 3은 예시적인 실시 예에 따른 수신기에 의한 속도 결정을 도시한다. 시나리오(300)는 위성(304)의 포지션(위치)이 수신기(302)에 대해 변화함에 따라 위성(304)으로부터 신호를 수신하는 수신기(302)를 도시한다. 위성(304)만이 도 3에 도시되어 있지만, 수신기(302)는 그 속도를 정확하게 결정하기 위해 다른 위성(예를 들어, 총 4 개의 위성)으로부터의 신호를 사용할 수 있다.

수신기(302)는 GNSS로부터 신호를 수동적으로 수신하도록 구성된 수신기를 갖는 임의의 유형의 장치를 나타낸다. 일부 예들에서, 수신기(302)는 차량 내비게이션 시스템에 대응할 수 있고 속도의 변화를 연속적으로 측정하도록 구성될 수 있다. 수신기(302)는 또한 독립형 수신기에 대응할 수 있다.

위에서 셜명된 바와 같이, 수신기(302)는 다양한 기술을 사용하여 속도를 계산하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 수신기(302)는 수학식 1과 같이 수신기 포지션(위치)의 대략적인 미분을 형성함으로써 속도를 추정하도록 구성될 수 있다.

수학식 1을 이용하면 수신기(302)가 선택된 시간 간격 동안 속도가 거의 일정하다면(즉, 제1 시간(

)과 제2 시간(

) 사이의 시간 동안 가속 또는 저크를받지 않음) 속도를 결정할 수 있다. 따라서, 두 개의 연속적인 포지션(위치) 차이를 통해 수신기(302)의 속도를 추정하는 것이 수신기(302)가 수행하기에 간단할 수 있지만, 수신기(302)는 반송파 위상 측정 처리와 같은 다른 기술을 사용할 수 있다.

반송파 위상 측정을 처리하면 수신기(302)가 수신된 위성 신호(예를 들어, 신호(306, 307, 308))의 도플러 주파수를 정확하게 추정할 수 있다. 위에서 셜명된 바와 같이, 도플러 시프트는 수신기(302)에 대한 위성(304)의 상대적 모션(움직임)에 의해 생성된다. 위성 속도 벡터 v는 천체력(ephemeris) 정보 및 수신기(302)에 의해 접근가능한 궤도 모델(예를 들어, 수신기(302)의 메모리에 저장됨)을 사용하여 계산될 수 있다. 천체력 정보는 시간에 따른 위성(304) 및 기타 위성의 궤적(예를 들어, 포지션(위치) 및 속도)을 제공할 수 있다.

위성(304)이 궤도를 돌면, 위성(304)이 수신기(302)에 접근함에 따라 수신기(302)에서 수신된 주파수가 증가하고(예: 제1 위치 310 및 제2 위치 311에서), 위성(304)이 수신기(302)로부터 후퇴함에 따라 감소한다(예: 제2 위치 311에서 제3 위치 312로). 따라서, 수신기(302)에서 수신된 주파수는 위성(304)이 제1 위치(310)에서 제2 위치(311)를 향해 수신기(302)를 향해 이동함에 따라 증가하고, 위성(304)이 수신기로부터 제2 위치(311)로부터 제 3 위치(312)를 향해 이동함에 따라 감소한다. 이와 같이, 위성(304)이 수신기(302)에 대해 가장 가까운 위치에 있을 때(예를 들어, 위성(304)이 수신기(302) 위의 제2 위치(311)에 위치할 때)에 도플러 시프트는 0이다. 이 시점에서, 수신기(302)에 대한 위성(304)의 속도의 방사 성분은 0이다. 위성(304)이 이 지점(즉, 제2 포지션(위치)(311))을 통과할 때, 주파수는 부호를 변경한다(즉, Δf의 부호가 변경됨). 수신기(302)에서, 수신된 주파수(

)는 수학식 2와 같이 도플러 방정식에 의해 근사화될 수 있다.

여기서,

는 전송된 위성 신호 주파수,

은 위성 대 수신기 상대 속도 벡터, a는 수신기(302)에서 위성(304)까지의 시선을 따라 가리키는 단위 벡터이며, c는 전파 속도이다. 내적(

)은 위성(304)에 대한 시선을 따라 상대 속도 벡터의 방사 성분을 나타낸다. 따라서 벡터(

)는 수학식 3과 같이 속도 차이로 주어진다.

여기서, v는 위성(304)의 속도이고,

는 수신기(302)의 속도이며, 둘 다 공통 지구 중심 접지 고정(ECEF: earth-centered, earth-fixed) 프레임을 참조한다. 상대적 모션으로 인한 도플러 오프셋은 수학식 4와 같은 관계에서 얻는다.

수신기(302)와 같은 수신기는 수신된 도플러 주파수로부터 사용자 속도를 얻기 위해 다양한 기술을 사용할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 기술은 수신기(302)(

)의 포지션(위치)가 결정되었고 선형화 지점으로부터의 변위(

)가 수신기(302)의 요구 사항 내에 있다고 가정할 수 있다. 3 차원 수신기 속도(

)를 계산하는 것 외에도, 기술은 수신기(302) 클록 드리프트(clock drift)(

)를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 따라서 n 번째 위성에 대해 수학식 3을 수학식 2로 대체하면 수학식 5가 생성된다.

위성 전송 주파수(

)는 실제 전송된 위성 주파수이다. 위성 주파수 생성 및 타이밍은 시스템 시간에서 오프셋될 수 있는 매우 정확한 자유 실행 원자 표준을 기반으로 구성될 수 있다.

이 오프셋을 수정하기 위해 지상 제어/모니터링 네트워크에 의해 일부 수정이 주기적으로 생성될 수 있다. 예를 들어, 수정(정정)은 내비게이션 메시지에서 사용할 수 있으며 수신기가 실제 위성 전송 주파수를 얻기 위해 적용할 수 있다. 결과적으로 수학식 6과 같이 결정될 수 있다.

여기서,

은 공칭 전송 위성 주파수를 나타내고,

은 내비게이션 메시지 업데이트에서 결정된 정정을 나타낸다.

수신된 신호 주파수의 측정된 추정치는 n 번째 위성(예를 들어, 위성 304)으로부터의 신호에 대해

으로 표시된다. 이러한 측정 값은 오류가 있으며, 주파수 바이어스 오프셋에 의해

값과 다르다. 이 오프셋은 GPS 시스템 시간에 대한 사용자 클록(user clock)의 드리프트 비율(

)과 관련될 수 있다. 값(

)는 초/초 단위를 가지며 본질적으로 수신기(302)의 클록이 GPS 시스템 시간에 비해 빠르거나 느리게 실행되는 속도를 제공한다. 클록 드리프트 오류(

,

)는 수학식 7과 관련될 수 있다.

여기서,

는 수신기(302)의 클록이 빠르게 실행되는 경우 양수로 간주된다. 수학식 7을 수학식 5로 대체하면 수학식 8이 생성된다.

벡터 컴포넌트의 관점에서 내적을 확장하면 수학식 9가 생성된다.

여기서,

,

이다.

따라서 수학식 9의 왼쪽에 있는 모든 변수는 계산되거나 측정된 값에서 파생된다.

의 성분은 수신기(302) 위치(속도 계산에 선행하는 것으로 가정됨)에 대한 솔루션 동안 획득된다.

의 컴포넌트는 천체력 데이터와 위성 궤도 모델에서 결정된다.

은 위에 표시된 수학식 6과 내비게이션 업데이트에서 파생된 주파수 보정(수정)을 사용하여 추정할 수 있다. 어떤 경우에는 주파수 보정이 필요하지 않을 수 있으며,

은

로 대체될 수 있다.

은 델타 범위의 수신기 측정으로 표현할 수 있다. 수학식 9를 단순화하기 위해 수학식 10과 같이 변수(

)를 사용할 수 있다.

수학식 9에 표시된 용어(

)는 계산 오류없이 1로 근사할 수 있다. 결과적으로 수학식 9를 수학식 11과 같이 다시 작성할 수 있다.

따라서, 4 개의 미지수(

)가 있으며, 이는 4개의 위성에서 측정치를 사용하여 풀 수 있다. 미지의 양은 행렬 대수를 사용하여 일련의 선형 방정식들(수학식들)을 풀어서 결정할 수 있다. 행렬/벡터 체계는 수학식 12와 같다.

위와 같이 H는 수신기 포지션(위치) 결정 공식에 사용된 매트릭스와 동일하다. 행렬 표기법에서, d는 수학식 13과 같다.

속도 및 시간 드리프트에 대한 솔루션은 수학식 14와 같이 구한다.

속도 공식화에 사용된 주파수 추정으로 이어지는 위상 측정은 측정 노이즈 및 다중 경로와 같은 오류로 인해 손상될 수 있다. 더욱이, 수신기(302)의 속도 계산은 수신기(302)의 위치 정확도와 위성 천체력 및 위성 속도에 대한 정확한 지식에 의존한다. 일부 예들에서, 4 개 이상의 위성에 대해 측정이 이루어지면, 미지의 개선된 추정치를 얻기 위해 최소 제곱 추정 기술이 사용될 수 있다.

도 4a는 위성(404)으로부터 직접 신호(406)를 수신하는 수신기(402)를 보여주는 예시적인 시나리오(400)를 도시한다. 어떤 상황에서는 수신기가 건물이나 기타 높은 구조물의 간섭없이 위성으로부터 신호를 수신할 수 있도록 수신기를 배치할 수 있다. 예를 들어, 높은 구조물이 없는 열린 공간에 위치한 수신기는 속도를 정확하게 추정하기에 충분한 신호를 수신할 수 있다. 이러한 상황에서, 위성과 수신기 사이의 가시선이 개방(즉, 간섭이 없음)하기 때문에 송신 위성은 수신기에 대해 LOS 위성으로 간주될 수 있다.

시나리오(400)에 도시된 바와 같이, 수신기(402)는 어떠한 간섭도없이 위성(404)으로부터 직접 경로를 통해 신호(406)를 수신하도록 위치된다. 그 결과, 위성(404)은 수신기(402)에 대한 현재 위치에서 LOS 위성으로 간주될 수 있다. 따라서, 신호(406)는 추가 수정없이 위치 및 속도 계산에 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 수신기(402)는 신호(406)가 간섭없이 수신되었음을 결정하기 위해 위성(404)의 위치(포지션) 및 방향에 추가하여 위치에 대한 대략적인 위치 및 지형 정보를 사용할 수 있다.

도 4b는 위성(412)으로부터 직접 신호(414A)를 수신하지 못한 후 반사된 신호(414B)를 수신하는 수신기(402)를 보여주는 예시적인 시나리오(410)를 도시한다. 경우에 따라 수신기에 신호가 도달하기 전에 신호를 차단하거나 반사할 수 있는 대형 건물 또는 기타 구조물로 인해 수신기가 신호 수신에 간섭을 받을 수 있다.

시나리오 410은 수신기(402)가 피쳐(feature)(416)의 존재로 인해 위성(412)으로부터 직접 신호(414A)를 수신하는 것이 차단되는 예시적인 상황을 나타낸다. 특히, 피쳐(416)은 수신기(402) 및 피쳐(416) 근처에 위치된 다른 수신기가 하나 이상의 송신 위성으로부터 신호를 수신하는 것을 방지할 수 있는 큰 건물 또는 다른 유형의 구조를 나타낼 수 있다. 도시된 바와 같이, 피쳐(416)은 위성(412)에 의해 전송된 신호(414A)의 경로를 수신기(402)에 대한 궤도의 위치 및 방향으로부터 완전히 차단하는 방식으로 위치된다.

수신기(402)는 위성(412)으로부터 직접 신호(414A)를 수신할 수 없는 것으로 도시되었지만, 수신기(402)는 여전히 위치 결정을 위해 위성(412)으로부터 신호를 수신하고 사용할 수 있다. 시나리오(410)에 더 도시된 바와 같이, 수신기(402)는 신호(414B)가 피쳐(418)를 반사한 후에 반사된 신호(414B)를 수신할 수 있다. 신호(414B)를 수신하면, 수신기(402)는 수신기(402)에 대한 위성(412)의 위치(포지션) 및 방향, 지형 정보, 신호(414B)의 수신 각도 및 위성(412)에 대한 수신기(402)의 위치와 같은 다양한 요인에 기초하여 신호(414B)가 반사에 대응할 가능성이 있음을 식별할 수 있다. 예를 들어, 수신기(402)는 지형 정보 및 위성(412)의 위치 및 방향을 사용하여 피쳐(416)이 수신기(402)에 대한 위치 및 수신기(402)가 위성(412)으로부터 신호(414A)를 직접 수신하는 것을 방지하는 전체 고도를 갖는 것을 결정할 수 있다. 이 분석은 추가로 수신기(402)가 신호(414B)가 피쳐(418)에 대한 수신기(402)의 위치 및 위성(412)의 일반적인 위치에 기초하여 반사일 가능성이 있음을 결정하는 것을 도울 수 있다.

도 5는 반사된 GNSS 신호에 대한 감도를 향상시키기 위한 방법(500)의 흐름도이다. 방법(500)은 블록(502, 504, 506, 508 및 510) 중 하나 이상에 의해 예시 된 바와 같이 하나 이상의 동작, 기능 또는 액션을 포함할 수 있다. 블록이 순차적 인 순서로 예시되어 있지만, 이러한 블록은 일부 경우에 병렬로 및/또는 여기에 설명된 것과 다른 순서로 수행될 수 있다. 또한, 다양한 블록은 더 적은 블록으로 결합되고, 추가 블록으로 분할되고, 및/또는 원하는 구현에 기초하여 제거될 수 있다. 또한, 방법(500) 및 본 명세서에 개시된 다른 프로세스 및 방법에 대해, 흐름도는 본 실시 예의 하나의 가능한 구현의 기능 및 동작을 보여준다. 이와 관련하여, 각 블록은 모듈, 세그먼트 또는 프로그램 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 이는 프로세스에서 특정 논리 기능 또는 단계를 구현하기 위해 프로세서에 의해 실행 가능한 하나 이상의 명령어를 포함한다. 프로그램 코드는 예를 들어 디스크 또는 하드 드라이브를 포함하는 저장 장치와 같은 임의의 유형의 컴퓨터 판독 가능 매체 또는 메모리에 저장될 수 있다.

컴퓨터 판독 가능 매체는 예를 들어 레지스터 메모리, 프로세서 캐시 및 RAM(Random Access Memory)과 같은 짧은 기간 동안 데이터를 저장하는 컴퓨터 판독 가능 매체와 같은 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 또한 예를 들어 ROM(read only memory), 광학 또는 자기 디스크, CD-ROM(compact-disc read only memory)과 같은 2 차 또는 영구 장기 스토리지와 같은 비-일시적 매체 또는 메모리를 포함할 수 있다.

컴퓨터 판독 가능 매체는 또한 임의의 다른 휘발성 또는 비 휘발성 저장 시스템일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 예를 들어 컴퓨터 판독 가능 저장 매체, 유형의 저장 장치, 또는 기타 제조 물품으로 간주될 수 있다. 더욱이, 방법(500) 및 본 명세서에 개시된 다른 프로세스 및 방법에 대해, 도 5의 각 블록은 프로세스에서 특정 논리 기능을 수행하도록 연결된 회로를 나타낼 수 있다.

블록(502)에서, 방법(500)은 수신기에 도달하기 전에 반사면에서 반사된 특정 포지셔닝(위치) 신호를 식별하는 것을 포함한다. 수신기는 수신기가 움직이는 동안 특정 위치를 수신하고 식별할 수 있다.

수신기(예를 들어, 수신기(202))는 GNSS 네트워크에서 동작하는 복수의 위성으로부터 신호를 수신하는 GNSS 수신기 일 수 있다. 수신기는 위치 및/또는 수신기의 현재 위치 및 속도와 같은 기타 정보를 결정하기 위해 여러 위성으로부터의 신호를 사용할 수 있다. 다른 예들에서, 수신기는 동일한 위성으로부터 복수의 신호(예를 들어, 2 개 이상의 신호)를 수신하고 추적할 수 있다. 예를 들어, 수신기는 동일한 위성으로부터의 이중 주파수 신호(예: L1 및 L5)를 모니터링하도록 구성될 수 있다.

일부 구현에서, 수신기는 위치 계산을 수행할 때 수신기에 대한 위성의 포지션(위치)를 설명하는 위성의 클록(clock) 및 궤도 정보에 따라 위성이 신호를 전송한 시간의 표시를 사용할 수 있다. 일부 예들에서, 수신기는 삼변 측량 결정을 가능하게 하기 위해 적어도 4 개의 위성으로부터 신호를 수신할 수 있다.

또한, 수신기는 위성으로부터 측위 신호를 수신한 것에 응답하여 도플러 시프트(Doppler shift)를 검출할 수 있다. 이와 같이, 수신기는 도플러 시프트를 검출하는 것에 응답하여 특정 신호가 반사임을 식별할 수 있다.

추가 구현에서, 수신기는 정보의 조합에 기초하여 신호가 반사된 신호에 대응함을 식별할 수 있다. 예를 들어, 수신기는 반사된 신호에 대응할 가능성이 있는 하나 이상의 수신 신호를 식별하기 위해 수신기의 일반적인 위치, 수신기의 대략적인 위치 및 위성의 위치에 대한 지형 정보를 사용할 수 있다. 수신기는 반사된 신호일 수 있는 신호를 식별하는 데 도움을 주기 위해 건물의 위치(포지션) 및 높이 및/또는 일반 위치의 기타 피쳐를 사용할 수 있다. 예를 들어, 수신기는 일반 지역의 지형 정보와 수신기 및 위성의 위치를 사용하여 차단된 직접 경로가 있을 가능성이 있는 모든 신호를 식별할 수 있으므로 이러한 신호는 수신기에 도달하기 전에 하나 이상의 피쳐에서 반사되어야한다.

블록(504)에서, 방법(500)은 특정 위치(포지셔닝) 신호의 식별에 기초하여 특정 포지셔닝 신호를 전송한 위성에 대한 반사된 위성 포지션을 결정하는 것을 포함한다. 수신기는 반사면에 대한 위성의 포지션를 반사함으로써 반사된 위성 포지션을 결정할 수 있다. 일부 예들에서, 수신기는 영역 내의 반사면들의 미리 정의된 맵(예를 들어, 3D 도시 맵 또는 지형 맵)을 사용하여 반사면을 검출할 수 있다. 미리 정의된 지도(맵)는 수신기의 위치를 기반으로 할 수 있다.

블록(506)에서, 방법(500)은 위성에 대한 반사된 위성 포지션(위치)에 대한 방향 벡터를 결정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 방향 벡터는 수신기에서 반사된 위성 포지션로 확장(연장)할 수 있다.

블록(508)에서, 방법(500)은 반사된 위성 포지션에 대한 방향 벡터에 기초하여 특정 포지셔닝 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해 임계 시간 기간 동안 코히렌트 인터그레이션을 수행하는 것을 포함한다. 수신기는 임계 시간 기간 동안 코히렌트 인터그레이션을 수행함으로써 하나 이상의 방향으로부터 수신기에 도달하는 신호의 분리를 가능하게 할 수 있다.

코히렌트 인터그레이션을 수행하는 것은 위성으로부터 특정 포지셔닝(positioning) 신호를 수신할 때 방향 벡터를 따라 방향 이득을 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 또한, 코히렌트 인터그레이션을 수행하는 것은 위성으로부터의 특정 포지셔닝 신호의 도플러와 일치하도록 수신기의 주파수를 조정하는 것을 포함할 수 있다.

일부 예들에서, 수신기는 위성 세트로부터 복수의 포지셔닝 신호를 수신하고 특정 포지셔닝 신호 및 다른 포지셔닝 신호를 사용하여 수신기의 위치(포지션)를 결정할 수 있다. 수신기는 포지셔닝 신호를 사용하여 속도를 결정할 수도 있다. 차례로, 수신기는 수신기의 속도에 기초하여 특정 포지셔닝에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해 임계 시간 기간 동안 코히렌트 인터그레이션을 수행할 수 있다. 속도 측정은 코히렌트 인터그레이션을 수행할 때 보충 역할을 할 수 있다. 일부 예에서, 수신기는 하나 이상의 센서(예: 관성 측정 장치)를 사용하여 속도를 결정하고 코히렌트 인터그레이션을 수행할 때 속도를 사용할 수 있다.

일부 예들에서, 방법(500)은 LOS 위성들과 순차 필터(예를 들어, 칼만 필터)로부터의 포지셔닝 신호만을 사용하여 수신기의 후속 위치 및 후속 속도를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 칼만 필터는 시스템의 동적 모델(예: 모션의 물리적 법칙), 해당 시스템에 대한 알려진 제어 입력 및 여러 연속 측정(예: 추가 신호 및/또는 센서)을 사용하여 시스템의 다양한 수량(quantities)(그 상태)만 사용하여 얻은 추정치보다 더 나은 시스템의 다양한 수량을 추정한다. 컴퓨팅 시스템은 칼만 필터를 이용하여 센서 융합 및 데이터 융합을 수행할 수 있다.

일부 예들에서, 수신기는 위성 세트로부터 포지셔닝 신호를 수신할 수 있다. 신호를 사용하여. 수신기는 각각의 포지셔닝 신호 내의 정보 및 반사면의 미리 정의된 맵에 기초하여 LOS 위성으로부터 발생하는 복수의 포지셔닝 신호의 제1 세트의 포지셔닝 신호 및 NLOS 위성으로부터 발생하는 제2 세트의 포지셔닝 신호를 식별할 수 있다. 수신기는 제1 세트의 포지셔닝 신호 또는 제2 세트의 포지셔닝 신호에 대응하지 않는 포지셔닝 신호의 하나 이상의 포지셔닝 신호를 폐기할 수 있다.

일부 예에서, 수신기는 제1 세트의 포지셔닝 신호가 3 개 이하의 포지셔닝 신호를 포함한다고 결정할 수 있다. 이 결정에 기초하여, 수신기는 제1 세트의 포지셔닝 신호 및 제2 세트의 포지셔닝 신호로부터의 적어도 하나의 포지셔닝 신호의 조합을 사용하여 그의 위치(포지션) 및 속도를 결정할 수 있다. 사용되는 제2 세트 신호의 수는 이용 가능한 제1 세트 신호의 수에 의존할 수 있다. 이와 같이, 수신기는 제1 세트의 신호에 우선 순위를 할당할 수 있다. 제2 세트의 포지셔닝 신호로부터 사용되는 각각의 포지셔닝 신호에 대해, 수신기는 신호를 전송한 위성에 대한 반사된 위성 포지션을 결정할 수 있다. 수신기는 반사된 위성 포지션에 대한 방향 벡터를 결정하고, 신호에 대한 신호 대 잡음 비를 증가시키기 위해 임계 기간 동안 코히렌트를 수행할 수 있다. 수신기는 제2 세트로부터의 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해 임계 기간 동안 코히렌트 인터그레이션을 수행하는 것에 기초하여 수신기의 포지션 및 속도를 추가로 결정할 수 있다.

일부 예들에서, 제1 세트의 포지셔닝 신호들 및 제2 세트의 포지셔닝 신호들로부터의 적어도 하나의 포지셔닝 신호들의 조합을 사용하여 수신기의 포지션 및 속도를 결정하는 것은 각각의 신호에 가중치를 할당하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수신기는 제1 세트의 포지셔닝 신호의 각각의 포지셔닝 신호에 제1 가중치를 할당하고 제2 세트의 포지셔닝 신호의 각 포지셔닝에 제2 가중치를 할당할 수 있다. 제2 가중치는 제1 가중치와는 다르다(예: 제2 가중치가 제1 가중치보다 작음). 수신기는 가중 평균(weighted average) 분석에 기초하여 제1 세트의 포지셔닝 신호와 제2 세트의 포지셔닝 신호로부터의 적어도 하나의 포지셔닝 신호의 조합을 사용하여 수신기의 포지션 및 속도를 결정할 수 있다. 가중 평균 분석은 가중치가 더 높은 신호(예: 제1 세트의 신호)에 더 많은 가중치를 부여할 수 있다(예: 더 높은 값 할당).

일부 예들에서, 수신기(또는 관련 컴퓨팅 장치)는 세트의 포지셔닝 신호 내에서 수신기에 도달하기 전에 제2 반사면에서 반사된 제2 포지셔닝 신호를 식별할 수 있다. 수신기는 특정 포지셔닝 신호와 제2 포지셔닝 신호 사이의 비교를 수행하고 제2 포지셔닝 신호를 폐기할 수 있다. 예를 들어, 수신기는 특정 포지셔닝 신호를 전송한 위성이 제2 포지셔닝 신호도 전송했다고 결정할 수 있고 특정 신호가 제2 포지셔닝 신호보다 우세하다고 결정할 수 있다. 특정 신호 및 제2 신호는 모두 상이한 반사면(예를 들어, 상이한 건물)으로부터 수신기에 도달하는 동일한 신호의 반사일 수 있다. 따라서 수신기는 롱 코히렌트 인터그레이션 및 후속 속도 및 위치 계산을 위해 도미넌트 반사(dominant reflection)를 사용할 수 있다. 도미넌트는 특정 신호(또는 신호의 반사)가 더 큰 강도로 수신되거나 수신기가 신호를 더 쉽게 사용하거나 도미넌트 신호(예: 동일한 신호의 다른 반사)보다 더 정확한 측정을 위해 사용할 수 있음을 나타낼 수 있다.

일부 예들에서, 수신기는 제2 위성이 수신기에서 수신된 제2 포지셔닝 신호를 전송했다고 결정할 수 있다. 특히, 제2 위성은 NLOS 위성일 수 있다. 이와 같이, 수신기는 제2 포지셔닝 신호를 전송한 제2 위성을 결정하는 것에 기초하여 롱 코히렌트 인터그레이션을 사용하여 수신기의 속도 및 위치(포지션)를 결정할 때 제2 포지셔닝 신호를 폐기할 수 있다. 특히, 수신기가 사용 가능한 다른 위성으로부터 충분한 신호를 가지고 있는 경우 수신기는 제2 신호를 폐기할 수 있다.

도 6은 예시적인 실시 예에 따른 코히렌트 인터그레이션을 수행하는 수신기를 도시한다. 수신기(602)는 속도(v)(606)로 이동하는 움직임으로 도시된다. 또한, 수신기(602)는 각도(θ)(608)에 도달하는 위성(604)으로부터 하나 이상의 신호를 수신하고 있다. 이와 같이, 수신기(602)는 위성(604)으로부터 수신된 하나 이상의 신호에 대해 임계 시간 기간(예를 들어, 수십 밀리 초)에 걸쳐 코히렌트 인터그레이션을 수행할 수 있다. 본 명세서에서 롱 코히렌트 인터그레이션을 수행하는 것으로도 지칭되는 시간의 임계 지속기간(예를 들어, 수십 밀리 초 이상)에 걸쳐 코히렌트 인터그레이션을 수행하는 것은 수신기(602)가 각도(θ)(608)를 갖는 신호에 대해 방향적으로 이득을 증가시킬 수 있게 할 수 있다. 그 결과, 수신기(602)는 위성(604) 방향으로 이득(610)을 증가시키고 다른 방향으로 이득을 감소시켜 다중 경로를 억제할 수 있다. 특히, 다중 경로를 억제하면 수신기(602)가 위성(604)으로부터 수신된 신호에 대한 신호 대 잡음비 및 측정 정확도를 증가시킬 수 있다.

도 7a 및 7b는 예시적인 실시 예에 따라 반사된 신호에 대한 감도를 향상시키는 수신기를 보여주는 시나리오를 도시한다. 시나리오 700은 속도를 추정할 때 송신 위성으로부터 직접 신호를 수신하지 못하는 수신기를 포함하는 상황을 나타 내기 위해 예시된다. 예를 들어, 시나리오(700)는 수신기(702)가 대형 빌딩(건물)이 있는 도시 내에서 이동하는 차량용 내비게이션 시스템에 대응할 때 발생할 수 있다. 대형 건물은 위성(704)의 신호 수신을 차단하거나 방해할 수 있다.

도 7a는 예시적인 실시 예에 따라 위성(704)으로부터 신호(712)의 반사를 수신하는 수신기(702)를 도시한다. 도시 내에서 탐색(내비게이션)하는 동안과 같은 일부 상황에서 수신기는 수신기의 성능에 영향을 줄 수 있는 건물 및 기타 장애물에 부딪힐 수 있다. 특히 건물은 위성으로부터 직접 신호를 수신하는 수신기의 기능을 방해할 수 있다. 이러한 상황에서 수신기는 반사 형태로 하나 이상의 신호를 수신할 수 있다. 반사는 수신기에 도달하기 전에 하나 이상의 장애물(예: 하나 이상의 건물)을 반사한 후 수신기에 도착하는 신호이다.

시나리오 700은 수신기(702)가 장애물(예를 들어, 건물(706, 708))에 대한 위치 및 수신기(702)에 대한 위성(704)의 위치로 인해 반사를 수신할 수 있는 예시적인 상황을 보여준다. 특히, 수신기(702)는 신호(712)가 건물(708)에서 바운스(bounce)된 후 신호(712)의 반사를 수신하는 것으로 도시된다. 수신기(702)는 또한 건물(706)이 수신기(702)와 위성(704) 사이의 직접 경로를 차단하기 때문에 신호(710)를 수신할 수 없는 것으로 도시되어있다.

도 7b는 예시적인 실시 예에 따라 위성(704)으로부터의 신호(712)의 반사에 대한 감도를 향상시키는 수신기(702)를 도시한다. 수신기(702)는 빌딩(건물)(706 및 708) 사이에서 속도(714)로 이동하는 모션으로 도시된다.

위성으로부터의 신호를 처리할 때, 수신기(702)(또는 관련 컴퓨팅 장치)는 신호(712)를 수신된 신호와 위상 코히런시(phase coherency)를 유지하는 확산 코드의 로컬 카피(local copy)와 곱하는 것을 포함하는 코히렌트 인터그레이션을 수행할 수 있다. 수신된 신호의 도플러가 변경되면, 특히 롱 코히렌트 인터그레이션(예: 수십 또는 수백 밀리 초 이상에 걸친 코히렌트 인터그레이션)을 수행할 때 위상 코히런시를 유지하기 위해 확산 코드의 로컬 카피의 도플러를 수정해야 한다. 수신기(702)의 속도(714)가 변경될 때 도플러 변화가 발생할 수 있어서, 위에 도시된 바와 같이 위성을 향한 단위 벡터를 갖는 수신기의 새로운 속도 내적으로부터 새로운 도플러 값이 계산될 수 있다. 위상 코히런시를 유지하기 위해 새로운 도플러 값을 계산하는 것을 "tight coupling(밀폐 결합)", "ultra-tight coupling(초밀 결합)" 및 "S-GPS"라고도 한다.

그 위치 및 속도(714)를 계산하기 위해, 수신기(702)는 신호(712)의 반사를 사용할 수 있다. 특히, 신호(712)의 반사는 위성(704)의 현재 위치보다는 건물(708) 뒤의 방향에서 도착하는 것으로 보인다. 따라서, 신호(712)의 반사에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해, 수신기(702)는 반사면으로서 건물(708)을 식별하고 반사된 위성 포지션(716)를 추정하기 위해 건물(708)에 대한 위성(704)의 포지션을 반사하도록 구성될 수 있다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 반사된 위성 포지션(716)은 신호(712)의 반사가 반사된 위성 포지션(716)의 동일한 방향으로부터 도달하는 것처럼 보이도록 위치된다.

위성(704)에 대한 반사된 위성 포지션(716)를 추정하기 위해, 수신기(702)는 반사면을 통해 논리적으로 좌표계(X, Y, Z)를 배치할 수 있다. 따라서, 위성(704)의 현재 포지션(위치)이 좌표(x, y, z)에 있는 경우, 수신기(702)(또는 관련 프로세서)는 위성(704)이 좌표(-x, y, z)에 위치하도록 반사된 위성 포지션(716)를 추정할 수 있다. 수신기(702)는 수신기(702)의 속도를 결정할 때 위성(704)과 연관시키기 위해 수신기(702)로부터 반사된 위성 포지션(716)를 향해 연장하는 방향 벡터를 결정하기 위해 반사된 위성 포지션(716)를 사용할 수 있다. 반사된 위성 포지션(716)에 대한 방향 벡터에 기초하여, 수신기(702)는 포지셔닝 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해 임계 시간 기간(예를 들어, 수십 밀리 초)에 걸쳐 코히렌트 인터그레이션을 수행할 수 있다.

도 8은 예시적인 실시 예들에 따라, 롱 코히렌트 인터그레이션을 수행하기 위해 복수의 건물에서 반사되는 신호를 사용하는 수신기를 도시한다. 시나리오(800)에 도시된 바와 같이, 수신기(802)는 위성(804A)에 의해 전송된 신호(806)의 반사를 수신할 수 있다. 반사는 건물(808)을 먼저 반사하고 이어서 수신기(802)를 향해 건물(810)을 반사한 후에 수신기(802)에 도달할 수 있다. 이와 같이, 시나리오(800)는 신호가 수신기에 도달하기 전에 복수의 피쳐에서 반사된 후 수신기가 임계 시간 기간(예를 들어, 수십 밀리 초)에 걸쳐 코히렌트 인터그레이션을 수행할 수 있는 예시적인 상황을 설명하기 위해 포함된다. 따라서, 신호(806)가 복수의 건물(808, 810)을 반사함에도 불구하고, 수신기(802)는 신호(806)에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해 코히렌트 인터그레이션을 수행할 수 있다.

일부 실시 예에서, 수신기(802)는 수신기(802)상에서 수렴하는(converging) 위성(804A)으로부터의 다른 NLOS 신호가 있는지 여부를 초기에 결정하도록 구성될 수 있다. 신호(806)의 반사가 수신된 유일한 신호(또는 적어도 수신된 가장 강한 신호)라는 결정에 응답하여, 수신기(802)는 반사가 수신기(802)에 도달하기 전에 최종 반사면으로 끝날(ending) 때까지 각 반사면에 대한 위성(804A)의 위치(포지션)를 반사할 수 있다. 특히, 수신기(802)는 반사된 위성 포지션(804B)를 결정하기 위해 건물(808)상의 반사면(812)에 대한 위성(804A)의 포지션(위치)을 먼저 반사할 수 있다. 수신기(802)는 이어서 제2 반사된 위성 포지션(804C)를 결정하기 위해 건물(810)상의 반사면(814)에 대한 제1 반사된 위성 포지션(804B)의 위치를 반사할 수 있다. 그 결과, 수신기(802)는 수신기(802)로부터 반사된 제2 위성 포지션(804C)를 향해 연장하는 단위 벡터를 사용할 수 있다. 유사한 방식으로, 신호의 3 개 이상의 반사는 신호가 수신기(802)에 도달하기 전에 최종 반사면으로 끝나는 각각의 연속적인 반사면에 대한 위성 포지션을 차례로 반사함으로써 통합될 수 있다.

또한, 수신기(802)에 대한 상이한 위성 포지션까지의 추정 거리가 도 8에 도시되어있다. 특히, 위성(804A)이 "-Xsv"위치에 있고 반사면(예: 건물 808, 810) 사이의 거리가 "w"인 경우, 제1 반사된 위성 포지션(804B)은 "Xsv + 2w"위치에 있고, 제2 반사된 포지션(804C)은 "-(Xsv + 2w)"위치에 있다.

추가 예들에서, 신호는 수신기(802)에 도달하기 전에 추가 표면에서 반사될 수 있다. 예를 들어, 신호는 수신기(802)에 도달하기 전에 건물에서 3 번 반사될 수 있다. 이와 같이, 수신기(802) 또는 관련 컴퓨팅 장치는 코히렌트 인터그레이션을 위해 최종 반사된 위성 포지션을 사용하기 위해 위의 프로세스를 수행하고 위성의 포지션을 세 번 반사할 수 있다.

도 9는 본 명세서에 제시된 적어도 일부 실시 예에 따라 배열된, 컴퓨팅 장치에서 컴퓨터 프로세스를 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 포함하는 예시적인 컴퓨터 프로그램 제품의 개념적 부분도를 도시하는 개략도이다. 일 실시 예에서, 컴퓨터 프로그램 제품(900)은 신호 베어링(bearing) 매체(902)를 사용하여 제공된다.

신호 베어링 매체(902)는 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때 도 1-8과 관련하여 위에서 설명된 기능 또는 기능의 일부를 제공할 수 있는 하나 이상의 프로그래밍 명령어(904)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 신호 베어링 매체(902)는 하드 디스크 드라이브, 컴팩트 디스크(CD), 디지털 비디오 디스크(DVD), 디지털 테이프, 메모리 등과 같은(이에 한정되지 않음) 컴퓨터 판독 가능 매체(906)를 포함할 수 있다.

일부 구현에서, 신호 베어링 매체(902)는 메모리, 읽기/쓰기(R/W) CD, R/W DVD 등(이에 제한되지 않음)과 같은 컴퓨터 기록 가능 매체(908)를 포함할 수 있다. 신호 베어링 매체(902)는 디지털 및/또는 아날로그 통신 매체(이에 한정되지 않음)와 같은 통신 매체(예: 광섬유 케이블, 도파관, 유선 통신 링크, 무선 통신 링크 등)(910)를 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 신호 베어링 매체(902)는 무선 형태의 통신 매체(910)에 의해 전달될 수 있다.

프로그래밍 명령어(904)는 예를 들어 컴퓨터 실행 가능 및/또는 논리 구현 명령어일 수 있다. 일부 예에서, 도 1의 프로세서(102)와 같은 컴퓨팅 장치는 컴퓨터 판독 가능 매체(906), 컴퓨터 기록 가능 매체(908), 및/또는 통신 매체(910) 중 하나 이상에 의해 프로세서(102)로 전달되는 프로그래밍 명령어(904)에 응답하여 다양한 동작, 기능 또는 액션을 제공하도록 구성될 수 있다.

비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 또한 서로 원격에 위치할 수 있는 여러 데이터 저장 요소에 분산될 수 있다. 저장된 명령어의 일부 또는 전부를 실행하는 컴퓨팅 장치는 도 1에 도시된 컴퓨팅 시스템(100) 또는 도 2에 도시된 수신기(202)와 같은 장치일 수 있다. 대안 적으로, 저장된 명령어의 일부 또는 전부를 실행하는 컴퓨팅 장치는 서버와 같은 다른 컴퓨팅 장치일 수 있다.

여기에 설명된 배열은 단지 예를 위한 것임을 이해해야 한다. 이와 같이, 당업자는 다른 배열 및 다른 요소(예: 기계, 인터페이스, 기능, 순서 및 기능 그룹 등)가 대신 사용될 수 있고, 원하는 결과에 따라 일부 요소가 모두 생략될 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 설명된 많은 요소는 임의의 적절한 조합 및 위치에서 별개의 또는 분산된 컴포넌트로 또는 다른 컴포넌트와 함께 구현될 수 있는 기능적 엔티티이다. 다양한 양태 및 실시 예가 본 명세서에 개시되었지만, 다른 양태 및 실시 예는 당업자에게 명백할 것이다.

본 명세서에 개시된 다양한 양태 및 실시 예는 예시를위한 것이며 제한하려는 의도가 아니며, 진정한 범위는 이러한 청구 범위가 자격이 있는 등가물의 전체 범위와 함께 다음의 청구 범위에 의해 표시된다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시 예를 설명하기 위한 것이며 제한하려는 의도가 아님을 이해해야한다. 설명된 예에 대해 많은 수정, 변경 및 세부 변경이 이루어질 수 있으므로, 앞선 설명과 첨부된 도면에 나타난 모든 사항은 제한적인 의미가 아닌 예시적인 것으로 해석되어야한다.

Claims

방법으로서,
수신기에 의해, 수신기에 도달하기 전에 반사면에서 반사된 특정 포지셔닝 신호를 식별하는 단계 -수신기는 움직이고 있음-;
특정 포지셔닝 신호 식별에 기초하여, 특정 포지셔닝 신호를 전송한 위성에 대한 반사된 위성 포지션을 결정하는 단계 -반사된 위성 포지션은 반사면에 대한 위성의 포지션를 반사(reflecting)함으로써 결정됨-;
위성에 대한 반사된 위성 포지션에 대한 방향 벡터를 결정하는 단계; 그리고
반사된 위성 포지션에 대한 방향 벡터에 기초하여, 특정 포지셔닝 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키도록 임계 시간 동안 코히렌트 인터그레이션(coherent integration)을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 방법은,
복수의 위성으로부터 복수의 포지셔닝 신호를 수신하는 단계; 그리고
임계 시간 동안 코히렌트 인터그레이션을 수행하는 것에 기초하여, 특정 포지셔닝 신호 및 복수의 포지셔닝 신호를 사용하여 수신기의 포지션을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수신기는 GNSS(Global Navigation Satellite System) 수신기인 것을 특징으로 하는 방법.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
수신기에 도달하기 전에 반사면에서 반사된 특정 포지셔닝 신호를 식별하는 단계는,
수신기의 로케이션(location)을 기반으로 반사면의 미리 정의된 맵을 사용하여 특정 포지셔닝 신호를 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 특정 포지셔닝 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키기 도록 임계 시간 동안 코히렌트 인터그레이션을 수행하는 단계는,
위성으로부터 특정 포지셔닝 신호를 수신할 때 방향 벡터를 따라 방향 이득을 증가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 특정 포지셔닝 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키기도록 임계 시간 동안 코히렌트 인터그레이션을 수행하는 단계는,
위성으로부터의 특정 포지셔닝 신호의 도플러와 일치하도록 수신기의 주파수를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 특정 포지셔닝 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키기도록 임계 시간 동안 코히렌트 인터그레이션을 수행하는 것은 하나 이상의 상이한 방향으로부터 수신기에 도달하는 신호들의 분리를 추가로 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은,
복수의 위성으로부터 복수의 포지셔닝 신호를 수신하는 단계;
복수의 포지셔닝 신호를 사용하여 움직이는 수신기의 속도를 결정하는 단계를 더 포함하며,
특정 포지셔닝 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키기도록 임계 시간 동안 코히렌트 인터그레이션을 수행하는 것은 수신기의 속도에 더 기초하는 것을 특징으로 하는 방법.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은,
복수의 위성으로부터 복수의 포지셔닝 신호를 수신하는 단계; 그리고
LOS(Line-of-Sight) 위성에서 발생하는 복수의 포지셔닝 신호의 제1 세트의 포지셔닝 신호 및
각 포지셔닝 신호 내의 정보 및 반사면의 미리 정의된 맵을 기반으로 NLOS(Non-Line-of-Sight) 위성에서 발생하는 제2 세트의 포지셔닝 신호를 식별하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제9항에 있어서, 상기 방법은,
제1 세트의 포지셔닝 신호 또는 제2 세트의 포지셔닝 신호에 대응하지 않는 복수의 포지셔닝 신호 중 하나 이상의 포지셔닝 신호를 폐기하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 방법은,
제1 세트의 포지셔닝 신호가 3개 이하의 포지셔닝 신호를 포함한다고 결정하는 단계; 그리고
제1 세트의 포지셔닝 신호가 3개 이하의 포지셔닝 신호를 포함한다는 결정에 기초하여, 제1 세트의 포지셔닝 신호 및 제2 세트의 포지셔닝 신호로부터의 적어도 하나의 포지셔닝 신호의 조합을 사용하여 수신기의 포지션 및 속도를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,
제1 세트의 포지셔닝 신호와 제2 세트의 포지셔닝 신호로부터의 적어도 하나의 포지셔닝 신호의 조합을 사용하여 수신기의 포지션 및 속도를 결정하는 단계는,
제1 세트의 포지셔닝 신호의 각 포지셔닝 신호에 제1 가중치를 할당하는 단계;
제2 세트의 포지셔닝 신호의 각 포지셔닝에 제2 가중치를 할당하는 단계 -제2 가중치는 제1 가중치보다 작음-; 그리고
가중 평균 분석에 기초하여 제1 세트의 포지셔닝 신호와 제2 세트의 포지셔닝 신호로부터의 적어도 하나의 포지셔닝 신호의 조합을 사용하여 수신기의 포지션 및 속도를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 제1 세트의 포지셔닝 신호와 제2 세트의 포지셔닝 신호로부터의 적어도 하나의 포지셔닝 신호의 조합을 사용하여 수신기의 포지션 및 속도를 결정하는 단계는,
제2 세트의 포지셔닝 신호에서 사용되는 각 포지셔닝 신호에 대해,
소정의 포지셔닝 신호를 전송한 소정의 위성에 대한 반사된 위성 포지션을 결정하는 단계;
반사된 위성 포지션에 대한 방향 벡터를 결정하는 단계; 그리고
반사된 위성 포지션에 대한 방향 벡터에 기초하여, 소정의 포지셔닝 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해 임계 기간 동안 코히렌트 인터그레이션을 수행하는 단계; 그리고
제2 세트의 포지셔닝 신호로부터의 하나 이상의 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해 임계 기간 동안 코히렌트 인터그레이션을 수행하는 것에 기초하여 수신기의 포지션 및 속도를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 방법은,
LOS 위성 및 순차적 칼만 필터로부터의 포지셔닝 신호만을 사용하여 수신기의 후속 포지션 및 후속 속도를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
수신기에 도달하기 전에 반사면에서 반사된 특정 포지셔닝 신호를 식별하는 단계는,
수신기에 도달하기 전에 특정 포지셔닝 신호가 제1 반사면 및 제2 반사면에서 반사된 것으로 결정하는 단계;
수신기에 도달하기 전에 특정 포지셔닝 신호가 제1 반사면 및 제2 반사면에서 반사된 것으로 결정하는 것에 기초하여, 특정 포지셔닝 신호를 전송한 위성에 대한 제1 반사된 위성 포지션을 결정하는 단계 -제1 반사된 위성 포지션은 제1 반사면에 대한 위성의 포지션를 반사함으로써 결정됨-; 그리고
위성에 대한 제1 반사된 위성 포지션을 결정하는 것에 기초하여, 위성에 대한 제2 반사된 위성 포지션을 결정하는 단계를 포함하며, 제2 반사된 위성 포지션은 제2 반사면에 대한 제1 반사된 위성 포지션을 반사함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제15항에 있어서, 상기 위성에 대한 반사된 위성 포지션에 대한 방향 벡터를 결정하는 단계는 반사된 제2 위성 포지션에 대한 특정 방향 벡터를 결정하는 단계를 포함하며, 그리고
특정 포지셔닝 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해 임계 시간 hd안 코히렌트 인터그레이션을 수행하는 단계는 제2 반사된 위성 포지션에 대한 특정 방향 벡터에 기초하여 특정 포지셔닝 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해 임계 시간 동안 코히렌트 인터그레이션을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
시스템으로서,
수신기;
동작을 수행하도록 구성된 프로세서를 포함하며, 상기 동작들은,
수신기에 도달하기 전에 반사면에서 반사된 특정 포지셔닝 신호를 식별하는 동작 -수신기는 움직이고 있음-;
특정 포지셔닝 신호 식별에 기초하여, 특정 포지셔닝 신호를 전송한 위성에 대한 반사된 위성 포지션을 결정하는 동작 -반사된 위성 포지션은 반사면에 대한 위성의 포지션를 반사(reflecting)함으로써 결정됨-;
위성에 대한 반사된 위성 포지션에 대한 방향 벡터를 결정하는 동작; 그리고
반사된 위성 포지션에 대한 방향 벡터에 기초하여, 특정 포지셔닝 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키도록 임계 시간 동안 코히렌트 인터그레이션(coherent integration)을 수행하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제17항에 있어서, 프로세서는,
복수의 위성으로부터 복수의 포지셔닝 신호를 수신하는 동작; 그리고
임계 시간 동안 코히렌트 인터그레이션을 수행하는 것에 기초하여, 특정 포지셔닝 신호 및 복수의 포지셔닝 신호를 사용하여 수신기의 포지션을 결정하는 동작을 더 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제17항 또는 제18항에 있어서, 프로세서는,
복수의 위성으로부터 복수의 포지셔닝 신호를 수신하는 동작;
복수의 포지셔닝 신호를 사용하여 움직이는 수신기의 속도를 결정하는 동작; 그리고
수신기의 속도를 기반으로 특정 포지셔닝 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해 임계 시간 동안 코히렌트 인터그레이션을 수행하는 동작을 더 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
컴퓨팅 시스템에 의해 실행될 때 컴퓨팅 시스템으로 하여금 동작들을 수행하게 하는 명령어를 저장하도록 구성된 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체로서, 상기 동작들은,
수신기에 도달하기 전에 반사면에서 반사된 특정 포지셔닝 신호를 식별하는 동작 -수신기는 움직이고 있음-;
특정 포지셔닝 신호 식별에 기초하여, 특정 포지셔닝 신호를 전송한 위성에 대한 반사된 위성 포지션을 결정하는 동작 -반사된 위성 포지션은 반사면에 대한 위성의 포지션를 반사(reflecting)함으로써 결정됨-;
위성에 대한 반사된 위성 포지션에 대한 방향 벡터를 결정하는 동작; 그리고
반사된 위성 포지션에 대한 방향 벡터에 기초하여, 특정 포지셔닝 신호에 대한 신호 대 잡음비를 증가시키도록 임계 시간 동안 코히렌트 인터그레이션(coherent integration)을 수행하는 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
컴퓨팅 시스템에 의해 실행될 때 컴퓨팅 시스템으로 하여금 제1항 내지 제16 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하게 하는 명령어를 저장하도록 구성된 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.