KR20220036125A - Gps 위성신호의 음영지역에서의 gps 위성신호 발생 시스템 및 방법 - Google Patents

Gps 위성신호의 음영지역에서의 gps 위성신호 발생 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

GPS 위성신호의 음영지역에서의 GPS 위성신호 발생 시스템 및 방법이 개시된다. 상기 GPS 위성신호 발생 시스템은, 상기 음영지역 입구에 설치되어 다수의 입구 GPS 위성신호를 발생하는 입구 GPS 송신기와, 상기 입구 GPS 송신기가 설치된 위치 이외에서 상기 음영지역의 출구 방향으로 설치되며, 상기 다수의 입구 GPS 위성신호와 동일한 종류의 GPS 위성신호를 발생하는 적어도 하나의 GPS 송신기를 포함하며, 상기 입구 GPS 송신기와 GPS 송신기는, 서로 동기된 상태에서 각각의 신호발생 타이밍에서 각각 다수의 입구 GPS 위성신호와 상기 동일한 종류의 GPS 위성신호를 발생하되, 상기 다수의 입구 GPS 위성신호에 포함된 위치정보와 상기 동일한 종류의 GPS 위성신호에 포함된 위치정보는 상이할 수 있다.

Description

GPS 위성신호의 음영지역에서의 GPS 위성신호 발생 시스템 및 방법{GPS signal generating system and method in GPS signal unavailability area}
본 발명은 GPS 위성신호의 음영지역에서의 GPS 위성신호 발생 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 GPS 위성신호의 음영지역에서 이동체가 위치변화에 상응하는 GPS 위성신호를 수신할 수 있도록 GPS 위성신호를 발생하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 등의 차량에는 이동 수단으로서의 기능을 넘어서 사용자로 하여금 보다 안정적이면서도 편안한 주행 상태를 제공할 수 있도록 하는 각종 편의 수단으로서의 기능이 요구되고 있다.
이에 따라, 자동차에는 각종 전자 제품 및 센서들이 반영되고 있다. 이러한 전자 장치들은 차량 내 부품 뿐만 아니라, 외부 기기와의 연동을 통해 정보를 주고 받으면서 다양한 서비스를 제공할 수 있다.
외부 모바일 기기 또는 외부 정보 제공 시스템은 차량에 필요한 정보를 유지하고 있으며, 차량의 요청에 따라 차량 내 해당 전자 장치로 요청한 정보를 전달하여 차량 탑승자가 해당 정보를 이용할 수 있는 다양한 서비스들이 제공되고 있다.
일반적으로 길 안내 서비스는 설정된 목적지 정보와 외부 정보 제공 시스템으로부터 수신된 여러 교통 정보들을 차량 AVN의 MAP 정보에 매핑한 후 수신되는 GPS 위성신호를 기반으로 현재 위치로부터 길 안내를 하는 방식으로 동작하게 된다.
그러나, GPS 위성신호가 수신되지 않는 음영지역에서는 차량 등의 이동체가 이동을 하지만 음영지역에 GPS 위성신호가 수신되지 않기 때문에 음영지역 진입 전에 수신된 GPS 위성신호를 통해 파악된 위치로 이동체의 위치가 고정되어서 위치기반 서비스, 예를 들어 길 안내 서비스, 자율 주행 서비스 등이 정상적으로 이루어질 수 없게 되는 문제점이 발생된다.
본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2019-0056633호 공개일: 2019년 05월 27일)가 있다.
GPS 위성신호의 음영지역에서 차량 등과 같은 이동체의 위치변화에 상응하는 GPS 위성신호를 수신할 수 있도록 GPS 위성신호를 발생하는 시스템 및 방법이 제안된다.
본 발명의 해결 과제는 이상에서 언급한 해결 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 양상에 따른 GPS 위성신호의 음영지역에서의 GPS 위성신호 발생시스템으로, 상기 음영지역 입구에 설치되어 다수의 입구 GPS 위성신호를 발생하는 입구 GPS 송신기; 와 상기 입구 GPS 송신기가 설치된 위치 이외에서 상기 음영지역의 출구 방향으로 설치되며, 상기 다수의 입구 GPS 위성신호와 동일한 종류의 GPS 위성신호를 발생하는 적어도 하나의 GPS 송신기를 포함하며, 상기 입구 GPS 송신기와 GPS 송신기는, 서로 동기된 상태에서 각각의 신호발생 타이밍에서 각각 다수의 입구 GPS 위성신호와 상기 동일한 종류의 GPS 위성신호를 발생하되, 상기 다수의 입구 GPS 위성신호에 포함된 위치정보와 상기 동일한 종류의 GPS 위성신호에 포함된 위치정보는 상이할 수 있다.
상기 입구 GPS 송신기는, 상기 다수의 입구 GPS 위성신호를 상기 음영지역의 입구방향 및 출구방향으로 송출하거나 또는 상기 다수의 입구 GPS 위성신호를 상기 음영지역의 출구방향으로만 송출할 수 있다.
상기 GPS 송신기는, 상기 다수의 입구 GPS 위성신호와 동일한 종류의 GPS 위성신호를 상기 음영지역의 출구방향으로만 송출할 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면 GPS 위성신호의 음영지역의 입구에 설치되는 입구 GPS 송신기로, 상기 음영지역에서 상기 입구 GPS 송신기가 설치된 위치 이외에 상기 음영지역의 출구 방향으로 설치된 적어도 하나의 GPS 송신기와 서로 동기된 상태에서 상기 입구 GPS 송신기의 신호발생 타이밍에서 다수의 입구 GPS 위성신호를 발생하는 디지털 신호처리부; 와 상기 다수의 입구 GPS 위성신호를 상기 음영지역의 입구방향 및 출구방향으로 모두 송출하거나 또는 상기 음영지역의 출구방향으로만 송출하는 안테나부를 포함한다.
상기 다수의 입구 GPS 위성신호는 상기 GPS 송신기에서 발생하는 GPS 위성신호는 동일한 종류이되, 상기 다수의 입구 GPS 위성신호에 포함된 위치정보와 상기 동일한 종류의 GPS 위성신호에 포함된 위치정보는 상이할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, GPS 위성신호의 음영지역의 입구에 설치된 입구 GPS 송신기의 위치 이외에 상기 음영지역의 출구방향으로 설치되는 GPS 송신기로, 상기 입구 GPS 송신기와 서로 동기된 상태에서 상기 GPS 송신기의 신호발생 타이밍에서 다수의 GPS 위성신호를 발생하는 디지털 신호처리부; 와 상기 다수의 GPS 위성신호를 상기 음영지역의 출구방향으로만 송출하는 안테나부를 포함한다.
상기 다수의 GPS 위성신호는, 상기 입구 GPS 송신기에 발생되는 다수의 입구 GPS 위성신호와 동일한 종류이되, 상기 다수의 GPS 위성신호에 포함되는 위치정보와 상기 다수의 입구 GPS 위성신호에 포함되는 위치정보는 상이할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, GPS 위성신호의 음영지역에서의 GPS 위성신호 발생시스템이 수행하는 GPS 위성신호 발생방법으로, 상기 GPS 위성신호 발생시스템은, 상기 음영지역 입구에 설치되는 입구 GPS 송신기와, 상기 입구 GPS 송신기가 설치된 위치 이외에서 상기 음영지역의 출구 방향으로 설치되는 적어도 하나의 GPS 송신기를 포함하며, 상기 입구 GPS 송신기와 GPS 송신기는, 서로 동기된 상태에서 각각의 신호발생 타이밍에서 각각 다수의 입구 GPS 위성신호와 상기 동일한 종류의 GPS 위성신호를 발생하는 단계; 와 상기 입구 GPS 송신기는 다수의 입구 GPS 위성신호를 외부로 송출하고 상기 GPS 송신기는 상기 동일한 종류의 GPS 위성신호를 외부로 송출하는 단계를 포함하되, 상기 다수의 입구 GPS 위성신호에 포함된 위치정보와 상기 동일한 종류의 GPS 위성신호에 포함된 위치정보는 상이할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, GPS 위성신호의 음영지역에서 차량 등과 같은 이동체의 위치변화에 상응하는 GPS 위성신호를 수신할 수 있도록 GPS 위성신호를 발생함으로써, 이동체에서 위치기반 서비스, 예를 들어 길 안내 서비스, 자율 주행 서비스 등이 정상적으로 이루어지도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 GPS 위성신호의 음영지역에서의 GPS 위성신호 발생 시스템의 구성을 예시한 도면이다.
도 2는 GPS 주파수 대역에서 전파손실을 나타낸 그래프이다.
도 3은 도 1의 각 지점별 수신전계강도를 나타낸 표이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 GPS 송신기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 출력제어 신호(tx_on)를 발생하기 위한 방법에 대한 플로차트이다.
도 6은 1초 주기(1pps_timer)와 T의 관계에 대한 예시를 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 10은 T=250에서 N값이 변경됨에 따라 타이머의 주기 동안 이루어지는 GPS 위성신호 송출 ON/OFF 구간의 변화를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.　
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.　
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.　
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
터널 등과 같은 GPS 위성신호의 음영지역에서 GPS 위성신호가 수신되지 않는 경우를 해결하기 위해서, 음영지역에 Pseudolite(의사위성) 역할을 하는 GPS 송신기를 음영지역 입구에 설치하여 GPS 위성신호를 발생할 수 있다.
이로써 GPS 위성신호의 음영지역에서 이동하는 이동체, 예를 들어 차량 등이 음영지역의 입구에 설치된 GPS 송신기에서 발생된 GPS 위성신호를 수신할 수 있게 된다. 하지만 GPS 송신기가 음영지역의 입구에 설치되기 때문에 GPS 송신기에 발생하는 GPS 위성신호는 GPS 송신기의 위치정보를 포함한다. 이로 인하여 차량 등과 같은 이동체가 음영지역의 입구를 지나쳐서 이동중인 경우에도 음영지역의 입구에 설치된 GPS 송신기에서 발생되는 GPS 위성신호를 수신하기 때문에, 이동체의 위치가 계속 음영지역의 입구로 고정되는 문제가 발생한다. 이때, 이동체는 GPS 위성신호를 수신할 수 있는 GPS 수신기를 포함할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 GPS 위성신호를 발생하는 GPS 송신기를 GPS 위성신호의 음영지역 입구뿐만 아니라 음영지역의 내부에도 GPS 위성신호를 발생할 수 있는 적어도 하나 이상의 GPS 송신기를 설치할 수 있다. 음영지역 입구뿐만 아니라 내부에 GPS 송신기들의 설치 간격을 좁게 할 수 있다.
하지만 GPS 송신기들에서 발생하는 GPS 위성신호들이 중첩되는 구간이 발생하게 된다. 한편 일반적으로 차량 등과 같은 이동체에 설치된 GPS 수신기는 아주 미약하더라도 기존에 트랙킹(tracking) 하던 GPS 위성신호를 트랙킹하는 특성을 가지고 있다. 이로 인하여 GPS 위성신호의 음영지역에서 이동체가 지나쳐온 GPS 송신기에서 발생된 GPS 위성신호를 해당 이동체의 GPS 수신기가 계속 트랙킹하는 경우, 과거의 위치정보를 계속 유지하고 있기 때문에 위치 정확도가 떨어지는 문제점이 발생한다.
이를 해결하기 위해서 GPS 위성신호의 음영지역에서의 GPS 위성신호 발생 시스템이 개시된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 GPS 위성신호의 음영지역에서의 GPS 위성신호 발생 시스템의 구성을 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 GPS 위성신호 발생시스템은, GPS 위성신호의 음영지역 입구에 설치되어 다수의 입구 GPS 위성신호를 발생하는 입구 GPS 송신기(20)와, 상기 입구 GPS 송신기(20)가 설치된 위치 이외에서 상기 음영지역의 출구 방향으로 설치되며, 상기 다수의 입구 GPS 위성신호와 동일한 종류의 GPS 위성신호를 발생하는 적어도 하나의 GPS 송신기(30, 40)를 포함한다.
이때, 상기 다수의 입구 GPS 위성신호에 포함된 위치정보와 상기 동일한 종류의 GPS 위성신호에 포함된 위치정보는 상이할 수 있다.
상기 입구 GPS 송신기(20)는, 상기 다수의 입구 GPS 위성신호를 상기 음영지역의 입구방향 및 출구방향으로 송출하거나 또는 상기 다수의 입구 GPS 위성신호를 상기 음영지역의 출구방향으로만 송출할 수 있다.
상기 GPS 송신기(30, 40)는, 상기 다수의 입구 GPS 위성신호와 동일한 종류의 GPS 위성신호를 상기 음영지역의 출구방향으로만 송출할 수 있다.
이에 대해서 도 1을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.
GPS 위성신호의 음영지역에 3개의 GPS 송신기가 설치된 경우를 예시로 하여서 GPS 위성신호의 발생에 대해서 살펴보기로 한다. 이때 GPS 위성신호의 음영지역에 3개의 GPS 송신기가 설치된 것으로 하였으나 이에 한정되지 않는다.
GPS 위성신호의 음영지역 초입에 있는 GPS 송신기(20)는 GPS 위성신호를 발생하여서 음영지역 입구쪽 방향 및 음영지역 출구쪽 방향으로 모두 송출하거나 또는 GPS 위성신호의 음영지역 출구쪽 방향으로만 송출할 수 있다. 이 음영지역 초입에 있는 GPS 송신기(20)는 음영지역 시작위치에 설치되거나 또는 음영지역 시작위치 전에 설치되거나 또는 음영지역 시작위치로부터 음영지역 내부방향으로 일정 거리 떨어진 곳에 설치될 수 있다.
이와 달리 GPS 위성신호의 음영지역의 입구 이외의 위치에 설치된 GPS 송신기(30, 40)는 GPS 위성신호의 음영지역 출구쪽 방향으로만 각각 발생한 GPS 위성신호를 송출할 수 있다. 이때 GPS 송신기(20, 30, 40)는 모두 동일한 종류의 다수의 GPS 위성신호를 발생하여 송출할 수 있다. 예를 들어 GPS 송신기(20, 30, 40)는 동일한 12개의 GPS 위성신호를 발생하여 송출할 수 있는데, 단지 GPS 송신기(20, 30, 40)에서 각각 송출되는 GPS 위성신호들에 포함된 위치정보는 상이할 수 있다. 예를 들어, GPS 송신기(20)에서 송출되는 GPS 위성신호들과 GPS 송신기(30)에서 송출되는 GPS 위성신들은 모두 동일한 종류의 위성신호들일 수 있다.
하지만 GPS 송신기(20)에서 송출되는 GPS 위성신호들에 포함된 위치정보와, GPS 송신기(30)에서 송출되는 GPS 위성신호들에 포함되는 위치정보는 상이할 수 있다. 이때 GPS 송신기(20)에서 송출되는 GPS 위성신호들에 포함된 위치정보는, GPS 송신기(20)의 위치좌표(XYZ 좌표)일 수 있다. 그리고 GPS 송신기(30)에서 송출되는 GPS 위성신호들에 포함되는 위치정보는, GPS 송신기(30)의 위치좌표(XYZ 좌표)일 수 있다. 마찬가지로 GPS 송신기(40)에서 송출되는 GPS 위성신호들에 포함된 위치정보는, GPS 송신기(40)의 위치좌표(XYZ 좌표)일 수 있다.
이러한 GPS 위성신호 발생 시스템에서 설치된 GPS 위성신호의 음영지역을 통과하는 차량 등의 이동체에 장착된 GPS 수신기는 이동체의 속도에 따라 GPS 송신기(20, 30, 40)에 송출된 GPS 위성신호들을 동시에 수신할 수 있게 된다. 하지만 이동체(10)에 장착된 GPS 수신기는 통상적으로 신호 세기가 낮은 신호에 대해서도 트랙킹을 유지하며 위치를 계산하는 특성을 가지고 있다. 예를 들어 시속 100Km로 주행하는 차량(이동체)(10)의 경우 초당 27.8미터를 주행하게 되고 만약 50미터 간격으로 GPS 송신기들이 설치된 경우라면 1.79초만에 50미터를 통과하게 된다. 이로 인하여 B지역에 진입한 이동체(10)의 GPS 수신기(미도시)는 입구 GPS 송신기(20)가 송출한 GPS 위성신호와 GPS 송신기(30)가 송출한 GPS 위성신호를 동시에 수신할 수 있다. 하지만 이동체(10)의 GPS 수신기는 기존에 트래킹하던 입구 GPS 송신기(20)가 송출된 GPS 위성신호를 유지할 가능성이 커서, B 지역의 위치가 GPS 수신기에 반영되지 못하게 된다. 즉, 이동체(10)의 GPS 수신기는 이동체(10)가 B지역에 위치한 상태여서 위치정보를 GPS 송신기(30)의 위치좌표로 업데이트 해야되지만, 기존에 신호를 트래킹하려던 특성 때문에 입구 GPS 송신기(20)에서 송출된 GPS 위성신호에 포함된 GPS 송신기(20)의 위치좌표를 계속 유지하는 문제를 발생한다.
이러한 문제점이 해결하기 위해서 본 발명은 상기 입구 GPS 송신기(20)와 적어도 하나의 GPS 송신기(30, 40)는, 서로 동기된 상태에서 각각의 신호발생 타이밍에서 각각 다수의 입구 GPS 위성신호와 상기 동일한 종류의 GPS 위성신호를 발생하고 있다.
이에 대해서 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 1에서 GPS 송신기(20)가 양방향(음영지역의 입구방향 및 출구방향)으로 전파를 방사하고, GPS 송신기(30, 40)가 편파로 전파를 방사하는 경우를 예로 들어 설명한다.
B 지역에서 이동체(10)의 GPS 수신기(미도시)는 GPS 송신기(20)에서 송출된 GPS 위성신호와 GPS 송신기(30)에서 송출된 GPS 위성신호를 동시에 수신할 수 있다.
도 2에 도시된 GPS 주파수 대역에서 전파손실을 나타낸 그래프에서 보듯이, 자유공간에서 전파손실은 전파가 50미터(meter) 이동시 대략 70.4dBm이기 때문에, B 지역에서 GPS 송신기(20)가 송출한 GPS 위성신호는 GPS 송신기(20)가 송출한 GPS 위성신호에 비해서 아주 미약한 전계강도를 가진다. 하지만 이동체(10)의 GPS 수신기의 특성상 기존에 트랙킹하던 위성신호의 PRN(Pseudo-Random Noise) 코드의 phase를 트래킹하게 된다. 이러한 경우 이동체(10)의 GPS 수신기는 이동체(10)의 위치를 정확하게 파악못하는 문제를 발생한다. 이를 해결하기 위해서 이동체(10)의 GPS 수신기가, B 지역에서 미약한 전계강도를 갖는 GPS 송신기(20)에서 송출된 GPS 위성신호에 대한 트래킹을 중단시키고 B 지역에서 강한 전계강도를 갖는 GPS 송신기(30)에서 송출된 GPS 위성신호를 트래킹하도록 해주면 된다.
이를 위해서, 각 GPS 송신기(20, 30, 40)는 서로 동기된 상태에서 각각의 신호발생 타이밍에서만 각각 GPS 위성신호를 송출하는 것이다.
이때, 각 GPS 송신기(20, 30, 40)는 실시예로 1PPS(Pulse Per Second)에 동기되어 각각의 송신시간에서만 적어도 하나의 GPS 위성신호를 송출한다. 전파셀이 겹치는 인접한 두 지역에 설치된 GPS 송신기들은 서로 동기된 상태에서 각각의 송신시간에서만 GPS 위성신호를 송출한다. 즉 하나의 GPS 송신기가 GPS 위성신호를 송출하면 다른 GPS 송신기는 GPS 위성신호의 송출을 멈춘다.
이와 같은 방식으로 GPS 송신기들 사이에서 GPS 위성신호의 송출이 교번하여 이루어지는 경우, B 지역으로 진입한 이동체(10)의 GPS 수신기는 GPS 송신기(20)가 GPS 위성신호를 송출을 중단하고 GPS 송신기(30)가 GPS 위성신호를 송출하는 경우, GPS 송신기(20)가 송출한 GPS 위성신호를 순간적으로 유실하고 GPS 송신기(30)가 송출한 GPS 위성신호를 트래킹(tracking)하게 되어 위치 판단을 B 지역으로 하게 된다. 이때, GPS 송신기(20)가 다시 자신의 신호발생 타이밍이 되어 GPS 위성신호를 송출하더라도, 이동체(10)의 GPS 수신기는 B 지역에서 GPS 송신기(20)의 GPS 위성신호보다 전계강도가 더 강한 GPS 송신기(30)의 GPS 위성신호를 트래킹하고 있으며, 시간적으로도 GPS 송신기(30)의 GPS 위성신호가 GPS 송신기(20)의 GPS 위성신호보다 앞서 있기 때문에, GPS 송신기(20)의 GPS 위성신호를 멀티패스(multipath)로 처리하여 거리계산에서 제외시킨다.
이에 대해서 좀 더 구체적으로 살펴본다.
이동체(10)에 설치된 GPS 수신기는 종류마다 차이가 있지만 일반적으로 수신전계강도가 -130dBm인 경우 약 43dBm의 CN(Carrier Noise) 값을 갖는다. 50미터 이동한 지점에서 이동체(10)의 GPS 수신기의 CN 값을 30dBm을 목표로 하면, GPS 수신기의 수신 전계강도는 -143dBm이다. 이에 따른 GPS 송신기에서 송출되는 GPS 위성신호의 전계강도는 이보다 50미터에 해당하는 자유공간 손실 70.4dBm을 적용하면 -72.6dBm(= -143dBm + 70.4dBm)이 되도록 하여야 한다. 이 경우를 가정하여 도 1에 도시된 각 지점별 수신전계강도는 도 3에 도시된 표 1과 같다.
자유공간에서 50미터 거리까지 전파가 도달하는 시간은 166.7nsec이다. 즉 GPS 송신기(20)에서 송출된 GPS 위성신호는 GPS 송신기(30)가 있는 P2 지점까지 도달하는데 166.67nsec가 소요된다. GPS 수신기 ADC(Analog-Digital Converter)의 오버샘플링(oversampling rate)을 C/A code phase의 16배로 하는 경우 GPS 수신기의 트래킹 루프(tracking loop)의 시간 분해능은 61.09nsec(=(1/1.023E6)/16))가 된다.
따라서 지점 P2에서 이동체(10)의 GPS 수신기가 트래킹(tracking) 하던 GPS 송신기(20)에서 송출된 GPS 위성신호가 출력되지 않는 경우 이동체(10)의 GPS 수신기는 시간 분해능 범위 내에 GPS 송신기(30)에서 송출되는 GPS 위성신호를 포착하고 이를 트래킹하게 된다. 이후 GPS 송신기(20)가 다시 GPS 위성신호를 송출하더라도 GPS 송신기(30)에서 송출되는 GPS 위성신호가 GPS 송신가(20)에서 송출되는 GPS 위성신호보다 전계강도가 충분히 강하기 때문에, 이동체(10)의 GPS 수신기는 GPS 송신기(30)에서 송출되는 GPS 위성신호를 트랙킹하게 된다. 이때 이동체(10)의 GPS 수신기는 GPS 송신기(20)에서 송출되는 GPS 위성신호를 166.67nsec 이상 지연된 멀티패스(multipath)로 간주하게 되어 가장 최신의 신호인 GPS 송신기(30)에서 송출되는 GPS 위성신호를 통하여 GPS 송신기(30)의 위치를 측위하게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 GPS 송신기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 도시된 GPS 송신기는 도 1에 도시된 입구 GPS 송신기(20), GPS 송신기(30, 40)에 적용될 수 있다.
이때 입구 GPS 송신기(20)와 GPS 송신기(30, 40)에 적용될 경우에 달라지는 점은, 입구 GPS 송신기(20)가 GPS 위성신호를 GPS 위성신호의 음영지역 입구방향과 출구방향으로 모두 방사하는 경우에 입구 GPS 송신기(20)는 양방향 안테나(bilateral antenna)를 사용한다는 것과, GPS 송신기(30, 40)가 GPS 위성신호를 음영지역의 출구방향으로만 방사하기 위한 편파 안테나를 사용한다는 점이다. 여기서 양방향 안테나는 신호의 방사 방향이 2개인 안테나를 나타낸다. 한편, 입구 GPS 송신기(20)도 송출하는 GPS 위성신호를 음영지역의 출구방향으로만 방사하는 경우, 편파 안테나를 사용할 수 있다.
이에 따라서, 도 4에 도시된 GPS 송신기는 도 1에 도시된 입구 GPS 송신기(20)과 GPS 송신기(30, 40)에 적용되는 경우로 나누어서 구성을 설명하기로 한다.
먼저, GPS 위성신호의 음영지역의 입구에 설치되는 입구 GPS 송신기에 대해서 살펴보기로 한다.
입구 GPS 송신기(20)는 디지털 신호 처리부(100)와 안테나부(200)를 포함한다.
디지털 신호 처리부(100)는 GPS 위성신호의 음영지역에서 입구 GPS 송신기가 설치된 위치 이외에 상기 음영지역의 출구 방향으로 설치된 적어도 하나의 GPS 송신기(30, 40)와 서로 동기된 상태에서 상기 입구 GPS 송신기(20)의 신호발생 타이밍에서 다수의 입구 GPS 위성신호를 발생한다.
이러한 디지털 신호 처리부(100)는 GPS 위성신호 발생부(102), 신호 선택부(104), 디지털 로우패스 필터(106), 출력 제어신호 선택부(108) 및 타이머(110)를 포함한다.
GPS 위성신호 발생부(102)는 다수의 입구 GPS 위성신호를 발생한다. 이렇게 발생되는 다수의 입구 GPS 위성신호는 음영지역에 설치된 GPS 송신기(30, 40)에 발생되는 다수의 GPS 위성신호와 동일한 종류이다. 예를 들어 다수의 입구 GPS 위성신호가 1번, 5번, 17번, 19번, 21번 GPS 위성신호라면, 다수의 GPS 위성신호도 1번, 5번, 17번, 19번, 21번 GPS 위성신호이다. 하지만 다수의 입구 GPS 위성신호에 포함되는 위치정보는 입구 GPS 송신기(20)의 위치좌표를 포함하여서, GPS 송신기(30, 40)에서 발생되는 다수의 GPS 위성신호에 포함된 위치정보와 상이하다. 즉 GPS 송신기(30)에서 출력되는 다수의 GPS 위성신호는 GPS 송신기(30)의 위치좌표를 포함하며, GPS 송신기(40)에서 출력되는 다수의 GPS 위성신호는 GPS 송신기(40)의 위치좌표를 포함한다.
타이머(110)는 입구 GPS 송신기(20)와 GPS 송신기(30, 40)에 서로 동기된 상태에서 입구 GPS 송신기(20)의 신호발생타이밍에서, GPS 위성신호 발생부(102)에서 발생된 다수의 GPS 위성신호가 외부로 송출될 수 있도록 하는 출력제어 신호(tx_on)를 발생한다. 즉 타이머(110)는 10MHz 및 1PPS에 동기되어 Switching_time(N, T, INV) 설정값과 송신기 ID에 따라 출력제어 신호(tx_on)를 발생한다.
이 출력제어 신호(tx_on)를 발생하기 위한 방법에 대한 실시예가 도 5에 도시되어 있다.
도 5에서, 타이머(110)는 1초 주기(1pps_timer)로 동작하며, C/A 코드의 1ms의 resolution을 갖는다.
그리고 T 값은 1ms 단위이며 최대 1000의 값을 가질 수 있으며, 타이머(110)의 주기, 실시예에서는 1초에서 이루어지는 스위칭 타임을 나타낸다. 따라서 T 값이 커질수록 타이머(110)의 주기 동안 이루어지는 스위칭 횟수가 적어진다. 타이머(110)가 1초 주기로 동작하고 C/A 코드의 1ms의 resolution을 갖는 경우에, 1초 주기(1pps_timer)와 T의 관계에 대한 예시가 도 6에 도시되어 있다.
k값은 식 "(1pps_timer/T) - 1"로 구해지며, 0,1,2,3,...(1pps_timer/T - 1)을 가질 수 있다. 즉 타이머(110)의 주기(1pps_timer)인 1초 동안에 이루어지는 스위칭 횟수를 나타낸다.
출력제어 신호(tx_on)는 송신기 ID, T, N 값을 이용하여 결정될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 도 5에 도시된 바와 같이 X(= mod(송신기 ID, N))의 값과 Y(= mod(k,N))의 값이 같고 출력제어 신호(tx_on)의 반전시키기 위한 INV이 '0'인 경우에, 출력제어 신호(tx_on)는 '1'의 값으로 결정될 수 있다. 이때, mod는 모듈러(modular) 연산을 의미하며, 양변의 두 수를 나누어서 몫을 제외한 나머지(reminder)를 구하는 나머지 연산을 나타낸다.
이렇게 출력제어 신호(tx_on)가 '1'이 된 경우, 도 4의 신호 선택부(104)는 GPS 위성신호 발생부(102)에서 발생된 다수의 입구 GPS 위성신호를 안테나부(200)를 통해서 외부로 송출되도록 한다. 한편 출력제어 신호(tx_on)가 '0'인 경우, 신호 선택부(104)는 '0'의 값을 갖는 신호 1을 안테나부(200)를 통해서 외부로 송출되도록 한다. 즉 신호 선택부(104)는 출력제어 신호(tx_on)의 값에 따라 GPS 위성신호 발생부(102)에서 발생된 다수의 입구 GPS 위성신호 또는 '0'의 값을 갖는 신호0을 외부로 출력한다.
이때, N은 2, 3, 4,....값을 가지며, GPS 송신기의 운영방식에 따라 결정될 수 있으며, GPS 송신기 ID에 따라 GPS 위성신호의 송출 ON/OFF 구간을 정의한다. N값이 클수록 GPS 위성신호의 송출되는 구간(ON) 횟수가 타이머(110)의 주기(1pps_timer)동안에 작아지게 된다. 한편, N=1인 경우는 타이머(110)의 주기(1pps_timer) 모든 구간에서 GPS 위성신호가 송출되는 구간(ON)으로 정의될 수 있다. 그리고 송신기 ID는 0, 1, 2, 3,...의 값을 가진다.
이에 대한 예시가 도 7에 도시되어 있다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, T=250에서 N값이 변경됨에 따라 타이머(110)의 주기 동안 이루어지는 GPS 위성신호 송출 ON/OFF 구간의 변화를 나타낸다.
다시, 도 4에서 출력 제어신호 선택부(108)는 반전정보(INV)에 따라 출력제어신호(tx_on)을 그대로 신호 선택부(104)로 출력하거나 또는 출력제어신호(tx_on)가 반전된 신호를 신호 선택부(104)로 출력할 수 있다. 이때 INV = '0'인 경우 출력 제어신호 선택부(108)는 출력제어신호(tx_on)을 그대로 신호 선택부(104)로 출력한다. 반면 INV = '1'인 경우 출력 제어신호 선택부(108)는 출력제어신호(tx_on)가 반전된 신호를 신호 선택부(104)로 출력한다.
디지털 로우패스 필터(106)는 신호 선택부(104)에서 신호 절체시 발생하는 불요파를 제거하는 역할을 한다.
안테나부(200)는 디지털 신호처리부(100)에서 생성된 신호를 아날로그 신호로 변환하고 이를 RF대역으로 변환 후 안테나(ANT)를 통해 외부로 방사한다. 이때, 안테나(ANT)는 양방향 안테나 또는 편파 안테나일 수 있다.
즉 안테나부(200)는 상기 다수의 입구 GPS 위성신호를 상기 음영지역의 입구방향 및 출구방향으로 모두 송출하거나 또는 상기 음영지역의 출구방향으로만 송출할 수 있다.
위에서 입구 GPS 송신기의 구성을 도 4를 참조하여 설명하였다.
이제, 도 4를 참조하여 도 1에 도시된 바와 같이 GPS 위성신호의 음영지역의 입구에 설치된 입구 GPS 송신기(20)의 위치 이외에 위치에 설치되는 GPS 송신기(30, 40)의 구성에 대해서 살펴보기로 한다.
상기 GPS 송신기(30, 40)는 상기 입구 GPS 송신기와 서로 동기된 상태에서 상기 GPS 송신기의 신호발생 타이밍에서 다수의 GPS 위성신호를 발생하는 디지털 신호처리부(100)와 상기 다수의 GPS 위성신호를 상기 음영지역의 출구방향으로만 송출하는 안테나부(200)를 포함한다.
이때, GPS 송신기(30, 40)에서 디지털 신호처리부(100)의 구성 및 동작은 입구 GPS 송신기(20)의 구성 및 동작과 동일하므로 설명을 생략하기로 한다.
그리고, GPS 송신기(30, 40)에서 안테나부(200)의 안테나는 편파 안테나일 수 있다.
상기 다수의 GPS 위성신호는, 상기 입구 GPS 송신기에 발생되는 다수의 입구 GPS 위성신호와 동일한 종류이되, 상기 다수의 GPS 위성신호에 포함되는 위치정보와 상기 다수의 입구 GPS 위성신호에 포함되는 위치정보는 상이할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. GPS 위성신호의 음영지역에서의 GPS 위성신호 발생시스템으로,
    상기 음영지역 입구에 설치되어 다수의 입구 GPS 위성신호를 발생하는 입구 GPS 송신기; 와
    상기 입구 GPS 송신기가 설치된 위치 이외에서 상기 음영지역의 출구 방향으로 설치되며, 상기 다수의 입구 GPS 위성신호와 동일한 종류의 GPS 위성신호를 발생하는 적어도 하나의 GPS 송신기를 포함하며,
    상기 입구 GPS 송신기와 GPS 송신기는, 서로 동기된 상태에서 각각의 신호발생 타이밍에서 각각 다수의 입구 GPS 위성신호와 상기 동일한 종류의 GPS 위성신호를 발생하되,
    상기 다수의 입구 GPS 위성신호에 포함된 위치정보와 상기 동일한 종류의 GPS 위성신호에 포함된 위치정보는 상이한 것을 특징으로 하는, GPS 위성신호 발생시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 입구 GPS 송신기는, 상기 다수의 입구 GPS 위성신호를 상기 음영지역의 입구방향 및 출구방향으로 송출하거나 또는 상기 다수의 입구 GPS 위성신호를 상기 음영지역의 출구방향으로만 송출하는, GPS 위성신호 발생 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 GPS 송신기는, 상기 다수의 입구 GPS 위성신호와 동일한 종류의 GPS 위성신호를 상기 음영지역의 출구방향으로만 송출하는, GPS 위성신호 발생 시스템.
  4. GPS 위성신호의 음영지역의 입구에 설치되는 입구 GPS 송신기로,
    상기 음영지역에서 상기 입구 GPS 송신기가 설치된 위치 이외에 상기 음영지역의 출구 방향으로 설치된 적어도 하나의 GPS 송신기와 서로 동기된 상태에서 상기 입구 GPS 송신기의 신호발생 타이밍에서 다수의 입구 GPS 위성신호를 발생하는 디지털 신호처리부; 와
    상기 다수의 입구 GPS 위성신호를 상기 음영지역의 입구방향 및 출구방향으로 모두 송출하거나 또는 상기 음영지역의 출구방향으로만 송출하는 안테나부를 포함하는, 입구 GPS 송신기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 다수의 입구 GPS 위성신호는 상기 GPS 송신기에서 발생하는 GPS 위성신호는 동일한 종류이되,
    상기 다수의 입구 GPS 위성신호에 포함된 위치정보와 상기 동일한 종류의 GPS 위성신호에 포함된 위치정보는 상이한 것을 특징으로 하는, 입구 GPS 송신기.
  6. GPS 위성신호의 음영지역의 입구에 설치된 입구 GPS 송신기의 위치 이외에 상기 음영지역의 출구방향으로 설치되는 GPS 송신기로,
    상기 입구 GPS 송신기와 서로 동기된 상태에서 상기 GPS 송신기의 신호발생 타이밍에서 다수의 GPS 위성신호를 발생하는 디지털 신호처리부; 와
    상기 다수의 GPS 위성신호를 상기 음영지역의 출구방향으로만 송출하는 안테나부를 포함하는, GPS 송신기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 다수의 GPS 위성신호는, 상기 입구 GPS 송신기에 발생되는 다수의 입구 GPS 위성신호와 동일한 종류이되,
    상기 다수의 GPS 위성신호에 포함되는 위치정보와 상기 다수의 입구 GPS 위성신호에 포함되는 위치정보는 상이한 것을 특징으로 하는, GPS 송신기.
  8. GPS 위성신호의 음영지역에서의 GPS 위성신호 발생시스템이 수행하는 GPS 위성신호 발생방법으로,
    상기 GPS 위성신호 발생시스템은, 상기 음영지역 입구에 설치되는 입구 GPS 송신기와, 상기 입구 GPS 송신기가 설치된 위치 이외에서 상기 음영지역의 출구 방향으로 설치되는 적어도 하나의 GPS 송신기를 포함하며,
    상기 입구 GPS 송신기와 GPS 송신기는, 서로 동기된 상태에서 각각의 신호발생 타이밍에서 각각 다수의 입구 GPS 위성신호와 상기 동일한 종류의 GPS 위성신호를 발생하는 단계; 와
    상기 입구 GPS 송신기는 다수의 입구 GPS 위성신호를 외부로 송출하고 상기 GPS 송신기는 상기 동일한 종류의 GPS 위성신호를 외부로 송출하는 단계를 포함하되,
    상기 다수의 입구 GPS 위성신호에 포함된 위치정보와 상기 동일한 종류의 GPS 위성신호에 포함된 위치정보는 상이한 것을 특징으로 하는, GPS 위성신호 발생방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 입구 GPS 송신기는, 상기 다수의 입구 GPS 위성신호를 상기 음영지역의 입구방향 및 출구방향으로 송출하거나 또는 상기 다수의 입구 GPS 위성신호를 상기 음영지역의 출구방향으로만 송출하는, GPS 위성신호 발생방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 GPS 송신기는, 상기 다수의 입구 GPS 위성신호와 동일한 종류의 GPS 위성신호를 상기 음영지역의 출구방향으로만 송출하는, GPS 위성신호 발생방법.
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