KR20220053066A - Sbas 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템 - Google Patents

Sbas 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템 관한 것으로, GPS 신호 및 SBAS 신호를 수신하는 기준국 수신기, 상기 기준국 수신기에서 수신되는 GPS 신호 및 SBAS 신호를 기초로 SBAS 보정 정보를 생성하고, 위성항법 대상 수신기에서 데이터 요청시 상기 생성되는 SBAS 보정 정보를 전달하는 위성항법 운용 장치, 및 전원이 인가되는 동작 초기에는 상기 위성항법 운용 장치에 데이터 요청하여 전달받은 상기 SBAS 보정 정보를 토대로 SBAS 보정 항법을 수행하고 이후에는 상기 위성항법 운용 장치와의 연결을 해제하고 독자적으로 GPS 신호 및 SBAS 신호를 수신하여 SBAS 보강 항법을 수행하는 위성항법 대상 수신기를 포함함으로써, 수신기 초기 항법 동작 시부터 안정적으로 SBAS 보강항법을 수행할 수 있고 SBAS 보강항법까지 소요되는 시간을 수초 이내로 단축할 수 있어 우수한 위치 추정 정확도 및 무결성 확보할 수 있다.

Description

SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템{A-SGNSS OPERATION SYSTEM FOR REDUCING SBAS TIME TO FIRST FIX}
본 발명은 위성기반 위성항법 보정 시스템(SBAS) 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기준국에서 미리 GPS 신호와 SBAS 신호를 수신하고 보정정보를 생성하여 SBAS 보강항법의 초기 위치 결정 소요 시간을 단축시킴으로써 수신기 동작 초기부터 SBAS 보강항법을 수행할 수 있는 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템에 관한 것이다.
GNSS(global navigation satellite system)는 다양한 분야의 시스템에서 필수적으로 요구되는 사용자 위치 정보를 제공하며, GNSS 측위에는 위성과 사용자간 경로상의 대류층, 이온층 지연 오차 및 위성 자체의 시계, 궤도 오차 등 다양한 오차 요소가 존재한다. 이러한 오차 요소는 사용자의 위치 추정 정확도 열화의 원인이 되며, GNSS 단독항법을 수행하는 경우 위성에서 방송하는 보정정보 및 오차 보정을 위한 모델을 사용하여 항법을 수행한다. 그러나 GNSS 위성에서 방송하는 보정정보 및 사용모델의 오차가 존재하며, 크게는 수십m 수준의 위치 오차가 발생한다.
이를 보완하기 위한 방안으로 측정치 차분 기반 위성항법 보정시스템(DGNSS; differential global navigation satellite system)이 고안되었으며, 지상 기준국 150㎞ 이내의 사용자에게 서비스를 제공하는 지상기반 위성항법 보정시스템(GBAS; ground based argumentation system)과 위성에서 보정정보를 방송하여 상대적으로 넓은 범위에 서비스를 제공하는 위성기반 위성항법 보정시스템(SBAS; satellite based argumentation system)이 존재한다.
SBAS를 활용한 정밀 항법을 수행하기 위해서는 SBAS 메시지를 통해 250 bps의 통신 속도로 제공되는 위성 별 PRC(pseudorange correction), 위성 궤도, 시각 오차 보정정보 및 이온층 수직 지연 오차 정보를 수신하여야 한다. 결과적으로, 짧게는 수백 초에서 길게는 수천 초까지의 SBAS 보정정보 수신을 위한 시간이 소요되어, 수신기 동작 초기로부터 SBAS 보정정보를 적용한 위치 추정에 어려움이 있다.
국내 공개특허공보 제10-2018-0058184호(2018.05.31)
본 발명의 일 실시예는 기준국에서 미리 GPS 신호와 SBAS 신호를 수신하고 보정정보를 생성하여 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 소요 시간을 단축시킴으로써 수신기 동작 초기부터 SBAS 보강항법을 수행할 수 있는 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 위성항법 대상 수신기에 전원이 공급된 이후 유무선 통신 망을 통해 SBAS 보정정보를 제공하여 SBAS 보정정보 수신을 위한 소요시간을 단축시킴으로써 신속하고 정확하게 초기위치를 추정할 수 있는 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 SBAS 보강항법을 위한 정보 전달시 SBAS 보정정보 중 의사거리 측정치 보정정보(Fast Correction), 위성 궤도 및 시계 오차 보정정보(Long-term Correction), 이온층 지연오차를 추출하여 전달되는 정보량을 최소화할 수 있는 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템을 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템은 GPS 신호 및 SBAS 신호를 수신하는 기준국 수신기, 상기 기준국 수신기에서 수신되는 GPS 신호 및 SBAS 신호를 기초로 SBAS 보정 정보를 생성하고, 위성항법 대상 수신기에서 데이터 요청시 상기 생성되는 SBAS 보정 정보를 전달하는 위성항법 운용 장치, 및 전원이 인가되는 동작 초기에는 상기 위성항법 운용 장치에 데이터 요청하여 전달받은 상기 SBAS 보정 정보를 토대로 SBAS 보정 항법을 수행하고 이후에는 상기 위성항법 운용 장치와의 연결을 해제하고 독자적으로 GPS 신호 및 SBAS 신호를 수신하여 SBAS 보강 항법을 수행하는 위성항법 대상 수신기를 포함한다.
실시예들 중에서, SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템은 상기 위성항법 운용 장치와 상기 위성항법 대상 수신기 사이의 연결을 위한 유무선 통신 망을 더 포함할 수 있다.
상기 위성항법 운용 장치는 상기 위성항법 대상 수신기의 요청에 따라 이온층 보정정보, 위성 궤도 및 시계 오차 보정정보(long-term correction), 의사거리 측정치 보정정보(fast correction) 또는 무결성 정보를 포함하는 상기 SBAS 보정 정보를 전달할 수 있다.
상기 위성항법 운용 장치는 수신되는 GPS 신호 및 SBAS 신호로부터 GPS 시각 및 항법 데이터, SBAS 데이터를 저장하고 이를 토대로 상기 위성항법 대상 수신기의 운용을 위한 필요 메시지를 생성하고, 상기 필요 메시지는 메시지 번호, SBAS 데이터 필드, 타임 아웃 산출을 위한 GPS 수신 시각 정보로 구성되며 헤더와 오류 검출 비트를 추가 할당하여 구성할 수 있다.
상기 위성항법 운용 장치는 상기 SBAS 데이터의 MT1의 PRN 마스크 할당 메시지와 MT2부터 MT5까지의 의사거리 측정치 보정정보(fast correction)에 메시지 수신 시의 GPS 시각 정보를 추가하여 SBAS 의사거리 측정치 보정 메시지를 생성하고 이를 전달할 수 있다.
상기 위성항법 운용 장치는 상기 SBAS 데이터의 MT1의 PRN 마스크 할당 메시지와 MT25의 위성 궤도 및 시계 오차 보정정보(long-term correction)에 메시지 수신 시의 GPS 시각 정보를 추가하여 위성 궤도 및 시계 오차 보정 메시지를 생성하고 이를 전달할 수 있다.
상기 위성항법 운용 장치는 보정정보 전달을 위한 필요 메시지의 수에 따라 상기 MT25의 메시지들을 수신하여 상기 MT25 메시지의 IODP가 상기 MT1의 IODP와 일치하는지 확인한 후 저장하며, 상기 MT1의 IODP가 변경되면 상기 저장된 MT25의 메시지들을 초기화하고 수신받은 순서대로 링 버퍼 형태로 저장할 수 있다.
상기 위성항법 운용 장치는 상기 SBAS 데이터의 MT18의 이온층 그리드 위치 할당 메시지와 MT26의 이온층 지연 오차 보정정보에 각 메시지 수신 시의 GPS 시각 정보를 추가하고 GPS 시각 정보가 추가된 이온층 보정 메시지를 SBAS 위성 종류에 따라 방송되는 밴드 수만큼 복수개 생성하여 전달할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템은 기준국에서 미리 GPS 신호와 SBAS 신호를 수신하고 보정정보를 생성하여 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 소요 시간을 단축시킴으로써 수신기 동작 초기부터 SBAS 보강항법을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템은 위성항법 대상 수신기에 전원이 공급된 이후 유무선 통신 망을 통해 SBAS 보정정보를 제공하여 SBAS 보정정보 수신을 위한 소요시간을 단축시킴으로써 신속하고 정확하게 초기위치를 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템은 SBAS 보강 항법을 위한 정보 전달시 SBAS 보정정보 중 의사거리 측정치 보정정보(Fast Correction), 위성 궤도 및 시계 오차 보정정보(Long-term Correction), 이온층 지연오차를 추출하여 전달되는 정보량을 최소화할 수 있다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 위성항법 운용 시스템에서 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 운용 과정을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 3는 도 1에 있는 위성항법 운용 장치와 위성항법 대상 수신기 간의 명령 및 데이터 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 있는 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 장치의 물리적 구성을 설명하는 블록도이다.
도 5는 도 1에 있는 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 장치의 기능적 구성을 설명하는 블록도이다.
도 6은 도 5에 있는 의사거리 측정치 보정 메시지 생성부를 나타내는 구성도이다.
도 7은 도 5에 있는 위성 궤도 및 시계 오차 보정 메시지 생성부를 나타내는 구성도이다.
도 8은 도 5에 있는 이온층 보정 메시지 생성부를 나타내는 구성도이다.
도 9는 도 1에 있는 위성항법 대상 수신기에서 A-SGNSS 운용 메시지를 수신받아 사용하는 과정을 나타내는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 위성항법 운용 시스템(100)은 기준국 수신기(110), SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 장치(130) 및 위성항법 대상 수신기(150)를 포함할 수 있다.
기준국 수신기(110)는 GNSS 안테나를 통해 GPS 위성(200)과 SBAS 위성(300)으로부터 GPS 신호와 SBAS 신호를 각각 수신하여 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 장치(130)로 전달할 수 있다.
SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 장치(130)는 기준국 수신기(110)로부터 GPS 신호 및 SBAS 신호를 전달받아 미리 저장할 수 있고 SBAS 보정정보를 생성하여 위성항법 대상 수신기(150)의 요청시 유무선 통신 망을 사용하여 SBAS 보정정보를 제공할 수 있는 컴퓨터 또는 프로그램에 해당하는 서버로 구현될 수 있다. SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 장치(130)는 복수의 위성항법 대상 수신기(150)들과 이동통신 망이나 무선 인터넷 망으로 연결될 수 있고, 네트워크를 통해 위성항법 대상 수신기(150)와 SBAS 보정정보를 송수신할 수 있다. 일 실시예에서, SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 장치(130)는 도 1과 달리, 기준국 수신기(110)를 내부에 포함하여 구현될 수 있다.
위성항법 대상 수신기(150)는 전원 인가시 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운영 장치(130)에 SBAS 보정정보를 요청할 수 있고 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운영 장치(130)로부터 SBAS 보정정보를 제공받아 동작 초기부터 SBAS 보강 항법을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 위성항법 대상 수신기(150)는 동작 초기에 유무선 통신 망을 통해 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운영 장치(130)로부터 SBAS 보정정보를 전달받아 SBAS 보강 항법을 수행하고 이후 통신이 단절된 경우 GNSS 안테나를 통해 GPS 위성(200) 및 SBAS 위성(300)으로부터 각각 GPS 신호 및 SBAS 신호를 직접 수신하여 SBAS 보강 항법을 수행할 수 있다.
도 2는 도 1에 있는 위성항법 운용 시스템에서 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 운용 과정을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 2에서, 일 실시예에 따른 위성항법 운용 시스템(100)에서 운용과정은 A-GNSS(Assisted-GNSS) 동작 과정과 유사하다. A-GNSS는 GNSS 신호를 이용한 측위를 할 때, 이동통신 망이나 무선 인터넷 망으로 연결된 보조 서버(Assistance Server)를 사용하여 다양한 보조 정보를 제공받아 보다 신속하고 정확한 위치파악이 가능하도록 하는 시스템이다. 여기에서, 위성항법 운용 시스템(100)은 A-GNSS에 SBAS 보강 항법이 적용된 A-SGNSS(Assisted-SBAS GNSS)라 할 수 있다.
일 실시예에서, SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 장치(130)는 SBAS 보정정보 및 위성항법 대상 수신기(150)에 필요 정보를 생성하기 위해 기준국 수신기(110)를 통해 GPS 신호 및 SBAS 신호를 수신한다. 위성항법 운용 장치(130)는 수신되는 GPS 신호 및 SBAS 신호로부터 GPS 시각(Time) 및 항법 데이터(Navigation Data), SBAS 데이터 등을 저장하고 이를 토대로 위성항법 대상 수신기(150)의 운용을 위한 필요 메시지를 생성할 수 있다. 여기에서, A-SGNSS 필요 메시지는 하기 표 1로 정의될 수 있다.
[표 1]
Figure pat00001
상기 표 1에서, Table 4는 후술할 표 4에 해당한다.
일반적으로, SBAS 메시지(Message) 구조 및 포함정보는 MOPS(minimum operational performance standard) 문서에 정의되어 있으며, 하기 표 2와 같다.
[표 2]
Figure pat00002
SBAS 메시지는 메시지 번호에 따라 서로 다른 정보를 갖고 있으며, 메시지 초기 시점 검출을 위한 8비트의 프리앰블(preamble)로 시작하여 메시지 번호가 할당된 6비트, 해당 메시지의 데이터를 포함하는 212비트, 메시지 오류 검출을 위한 24비트의 패리티(parity)로 구성되어 있다. SBAS 메시지 번호는 0~63까지 할당되어 있으며, 의사거리 측정치 및 위성 궤도 시계 오차 보정을 위해 MT(message type) 2에서 5까지의 의사거리 측정치 보정정보(fast correction), MT 25의 위성 시계 오차 보정정보(long-term correction)과 MT 26의 이온층 지연 오차 보정정보가 사용된다. SBAS 보정정보가 포함된 메시지를 사용하기 위해서는 MT1의 PRN 마스크 할당 메시지와 MT 18의 이온층 그리드 위치 할당 메시지를 수신하여야 한다.
상기 표 1에 보여진 바와 같이, 최대 필요 메시지 크기의 경우 MSAS 기준, 보정정보 이외에 무결성 판단을 위한 메시지를 포함한 총 52개를 필요로 한다. 51개의 위성에 대한 의사거리 측정치 보정정보(fast correction) 및 위성 시계 오차 보정정보(long-term correction)를 송신하며 모든 MSAS 이온층 그리드에 대한 보정정보를 포함할 수 있다. 여기서 무결성 관련 정보를 제거하면 총 37개로 줄일 수 있으며, 16개의 위성까지만 고려된 최소메시지의 경우 24개의 메시지로 보정정보를 전달할 수 있다. 각 MOPS SBAS 메시지는 250비트(bit)로 구성되어 있으나, SBAS 정보를 포함하지 않은 프리앰블(Preamble) 및 패리티(Parity) 정보는 필요하지 않으므로, A-SGNSS 데이터 메시지를 재구성시 포함하지 않는다. 이에 따라, A-SGNSS 데이터는 하기 표 3과 같이 6비트의 메시지 번호, 212비트의 SBAS 데이터 필드, 타임 아웃(time out) 산출을 위한 30비트의 GPS 수신 시각 정보로 총 248 비트의 데이터 크기를 갖도록 구성할 수 있다.
[표 3]
Figure pat00003
이에 더하여, 데이터 송수신에 필요한 헤더 및 오류 검출 비트가 할당되어야 한다. 여기에서, 헤더 8비트, 오류 검출 24비트로 설계하여 모든 데이터를 포함한 1개당 총 메시지 크기는 280비트(35바이트)이며, 이를 반영한 경우 MASA의 경우 최소 840바이트, 최대 1,820바이트의 메시지를 활용하여 SBAS 보강항법인 A-SGNSS를 수행할 수 있다.
실질적으로 가시위성 12~14개 내외의 위성에 대해서만 유효한 보정정보를 방송하고 있으므로, 840바이트로만으로도 충분히 SBAS 보강항법이 가능하다.
이외의 이온층 보정정보 송신을 위해 필요한 메시지의 수는 하기 표 4와 같으며, 이를 산출하기 위한 이온층 보정정보 밴드별 블록수는 하기 표 5와 같다.
[표 4]
Figure pat00004
[표 5]
Figure pat00005
위성항법 대상 수신기(150)는 전원이 인가되면 네트워크 연결된 위성항법 운용 장치(130)에 SBAS 보강항법을 위한 데이터 요청을 할 수 있다. 위성항법 운용 장치(130)는 위성항법 대상 수신기(150)의 데이터 요청에 따라 생성한 운용 메시지를 위성항법 대상 수신기(150)에 전송할 수 있다. 여기에서, 운용 메시지에는 GPS 시각(Time) 및 항법 데이터(Navigation Data), SBAS 데이터가 포함되어 GNSS 항법에 SBAS 보정을 반영할 수 있다. 위성항법 대상 수신기(150)는 전원 인가 후 수초 이내에 위성항법 운용 장치(130)로부터 운용 메시지를 전달받아 동작 초기부터 SBAS 보강 항법을 수행할 수 있다. 위성항법 대상 수신기(150)는 동작 초기부터 SBAS 보강 항법을 수행하여 초기 위치 결정 시간(TTFF)을 단축할 수 있다. 위성항법 대상 수신기(150)는 위성항법 운용 장치(130)와 네트워크 연결이 끊어진 경우에도 GPS 위성(200) 및 SBAS 위성(300)으로부터 GPS 신호 및 SBAS 신호를 획득(Acquisition)하고 위치를 추적(Tracking)하고 비트 락(Bit Lock) 및 프레임 락(Frame Lock)을 수행하여 SBAS 보강항법인 A-SGNSS 위성항법을 수행할 수 있다.
도 3은 도 1에 있는 위성항법 운용 장치와 위성항법 대상 수신기 간의 명령 및 데이터 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에서, 위성항법 운용 장치(130)는 A-GNSS 동작 시 필요 데이터인 1PPS(pulse per second)를 시작으로 1PPS 동기된 GPS 시각(GPST)을 송신하고, 위성항법 대상 수신기(150)는 GPS 시각을 수신하여 시간 설정하여 위성항법 운용 장치(130)의 시각에 동기화한다.
이후, 위성항법 운용 장치(130)는 기준국 수신기(110)의 위치, 가시위성에 대한 궤도력(ephemeris), 전체 위성 군에 대한 알마낙(almanac), klobuchar 이온층 보정을 위한 파라미터를 위성항법 대상 수신기(150)에 전송하고, 전송데이터가 정상 파싱되었는지 확인한다.
그리고, 위성항법 운용 장치(130)는 SBAS 보정정보를 타임아웃(time out)이 긴 이온층 보정정보부터 인가하여 위성 시계 오차 보정정보(long-term correction), 의사거리 측정치 보정정보(fast correction) 순으로 송신한다.
위성항법 대상 수신기(150)는 모든 데이터 파싱의 완료를 확인한 SBAS 보강항법 동작을 수행한다.
여기에서, 위성항법 운용 장치(130)는 기준국 수신기(110) 및 위성항법 대상 수신기(150)에 대해 명령 및 모니터링을 위한 소프트웨어가 탑재될 수 있고 해당 소프트웨어를 실행하여 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 명령 및 데이터 흐름이 시계열적으로 이루어질 수 있다. 해당 소프트웨어는 각 수신기에 탑재되고 상호 연동하여 이루어질 수도 있다.
도 4는 도 1에 있는 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 장치(130)의 물리적 구성을 설명하는 블록도이다.
도 4를 참조하면, SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 장치(130)는 프로세서(210), 메모리(230), 사용자 입출력부(250) 및 네트워크 입출력부(270)를 포함하여 구현될 수 있다.
프로세서(210)는 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 과정에서 필요한 각각의 동작을 수행하는 프로시저를 실행할 수 있고, 그 과정 전반에서 읽혀지거나 작성되는 메모리(230)를 관리할 수 있으며, 메모리(230)에 있는 비휘발성 메모리와 비휘발성 메모리 간의 동기화 시간을 스케줄할 수 있다. 프로세서(210)는 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 장치(130)의 동작 전반을 제어할 수 있고, 메모리(230), 사용자 입출력부(250) 및 네트워크(270)와 전기적으로 연결되어 이들 간의 데이터 흐름을 제어할 수 있다. 프로세서(210)는 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 장치(130)의 CPU(Central Processing Unit)로 구현될 수 있다.
메모리(230)는 SSD(Solid State Drive) 또는 HDD(Hard Disk Drive)와 같은 비휘발성 메모리로 구현되어 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 장치(130)에 필요한 데이터 전반을 저장하는데 사용되는 보조기억장치를 포함할 수 있고, RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리로 구현된 주기억장치를 포함할 수 있다.
네트워크 입출력부(270)은 네트워크를 통해 외부 장치 또는 시스템과 연결하기 위한 환경을 포함하고, 예를 들어, LAN(Local Area Network), MAN(Metropolitan Area Network), WAN(Wide Area Network) 및 VAN(Value Added Network) 등의 통신을 위한 어댑터를 포함할 수 있다.
도 5는 도 1에 있는 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 장치의 기능적 구성을 설명하는 블록도이다.
도 5를 참조하면, SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 장치(130)는 의사거리 측정치 보정 메시지 생성부(310), 위성 궤도 및 시계 오차 보정 메시지 생성부(330), 이온층 보정 메시지 생성부(350), A-SGNSS 메시지 출력부(370) 및 제어부(390)를 포함할 수 있다.
의사거리 측정치 보정 메시지 생성부(310)는 기준국 수신기(110)에서 수신되는 SBAS 신호에 포함되는 MT 1부터 MT5까지 할당된 정보를 기초로 의사거리 측정치 보정 메시지를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 의사거리 측정치 보정 메시지 생성부(310)는 SBAS 메시지 종류 MT1부터 MT5까지의 각 메시지에 GPS 시각을 추가하여 의사거리 측정치 보정 메시지를 생성할 수 있다. 여기에서, 의사거리 측정치 보정 메시지 생성부(310)는 GPS 시각이 추가된 MT1부터 MT5까지로 구성된 의사거리 측정치 보정 메시지에 헤더(Header) 및 오류 검출 비트를 할당하여 생성할 수 있다. 의사거리 측정치 보정 메시지는 위성항법 대상 수신기(150)에서 데이터 처리 시 수신받은 데이터가 유효한지 판단하고 사용할 수 있도록 구성된다.
도 6은 도 5에 있는 의사거리 측정치 보정 메시지 생성부(310)를 나타내는 구성도이다.
도 6을 참조하면, 의사거리 측정치 보정 메시지 생성부(310)는 기준국 수신기(110)에서 수신되는 SBAS 데이터로부터 SBAS 메시지 종류 MT1의 PRN 마스크 할당 메시지와 MT2부터 MT5까지의 의사거리 측정치 보정정보(fast correction)를 파싱한 후 파싱된 MT1, MT2부터 MT5까지에 추가하여 저장한다. GPS 시각 정보는 기준국 수신기(110)에서 수신되는 GPS 신호로부터 얻어지며, 각 SBAS 메시지의 수신 시각을 의미한다. 일 실시예에서, 의사거리 측정치 보정 메시지 생성부(310)는 SBAS 데이터에서 MT1의 PRN 마스크 할당 메시지와 MT2부터 MT5까지의 의사거리 측정치 보정정보(fast correction)에 메시지 수신 시의 GPS 시각 정보를 추가하여 SBAS 의사거리 측정치 보정 메시지를 생성할 수 있다. 여기에서, GPS 시각 정보가 추가된 SBAS 의사거리 측정치 보정정보들(MT1+GPST, MT2+GPST, MT3+GPST, MT4+GPST, MT5+GPST)은 송수신에 필요한 헤더 8비트 및 오류 검출 24비트를 추가하여 SBAS 보강항법(A-SGNSS)의 의사거리 측정치 보정을 위한 메시지를 생성한다.
다시, 도 5로 돌아가서, 위성 궤도 및 시계 오차 보정 메시지 생성부(330)는 SBAS 메시지 종류 MT1 및 복수개의 MT25에 GPS 시각을 추가하여 보정 메시지(long-term correction)를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 위성 궤도 및 시계 오차 보정 메시지 생성부(330)는 MT1의 PRN 마스크 할당 메시지의 IODP를 확인하여 가장 최근의 26개의 MT25 데이터를 링버퍼로 관리하여 위성항법 대상 수신기(150)에 가장 최근의 데이터를 송신할 수 있도록 구성된다.
도 7은 도 5에 있는 위성 궤도 및 시계 오차 보정 메시지 생성부(330)를 나타내는 구성도이다.
도 7을 참조하면, 위성 궤도 및 시계 오차 보정 메시지 생성부(330)는 기준국 수신기(110)에서 수신되는 SBAS 데이터로부터 메시지 종류 MT1의 PRN 마스크 할당 메시지와 MT25의 위성 궤도 시계 오차 보정정보(long-term correction)를 파싱한 후 파싱된 MT1 및 복수개의 MT25에 메시지 수신 시의 GPS 시각 정보를 추가하여 저장한다. 여기에서, MT25의 위성 궤도 시계 오차 보정정보는 최대 26개의 메시지를 저장할 수 있다. 표 1에 정의한 바와 같이, 보정정보 전달을 위한 최소 필요 메시지는 8개(16개 위성)이고, 권장 필요 메시지는 16개(32개 위성), 최대 필요 메시지는 26개(51개 위성)이다. 위성 궤도 및 시계 오차 보정정보 메시지 생성부(330)는 MT25의 메시지에서 IODP가 MT1의 IODP와 일치하는지 확인한 후 MT25 메시지들을 저장하고, MT1의 IODP가 변경되면 저장된 MT25의 메시지들을 모두 초기화하고 수신받은 순서대로 링 버퍼 형태로 저장한다. GPS 시각 정보가 추가된 위성 궤도 및 시계 오차 보정정보들(MT1+GPST, MT25+GPST, MT25+GPST, ??, MT25+GPST)은 송수신에 필요한 헤더 8비트 및 오류 검출 24비트를 추가하여 SBAS 보강항법(A-SGNSS)의 위성 궤도 및 시각 오차 보정을 위한 메시지를 생성한다.
다시, 도 5로 돌아가서, 이온층 보정 메시지 생성부(350)는 MT18의 이온층 그리드 위치 할당 메시지와 MT26의 이온층 지연 오차 보정정보에 GPS 시각 정보를 추가하여 이온층 보정 메시지를 생성할 수 있다. 생성된 이온층 보정 메시지는 대상 SBAS 위성에 따라 다른 밴드 번호를 방송하게 되며, SBAS 위성에 따라 방송되는 이온층 밴드별 블록은 표 5와 같다. 이에 따라 이온층 보정 메시지의 크기는 가변할 수 있다.
도 8은 도 5에 있는 이온층 보정 메시지 생성부(350)를 나타내는 구성도이다.
도 8을 참조하면, 기준국 수신기(110)에서 수신되는 SBAS 데이터로부터 메시지 종류 MT18의 이온층 그리드 위치 할당 메시지와 MT26의 이온층 지연 오차 보정정보를 시분할 파싱한 후 파싱된 MT18 및 복수개의 MT26에 GPS 시각 정보를 추가하여 저장한다. SBAS 위성 종류에 따라 방송되는 이온층 보정정보 밴드 0~10 각각의 블록수는 표 5와 같으며, 각 밴드 당 최대 블록수는 13개이다. 이에 따라, 이온층 보정 메시지의 크기는 가변할 수 있다. GPS 시각 정보가 추가된 이온층 보정정보들(MT18+GPST, MT26+GPST, MT26+GPST, ??, MT26+GPST)은 송수신에 필요한 헤더 8비트 및 오류 검출 24비트를 추가하여 SBAS 보강항법(A-SGNSS)의 이온층 보정을 위한 메시지를 생성한다. 이때, 이온층 보정을 위한 메시지는 밴드 수에 따라 복수개 생성하여 대상 SBAS 위성에 따라 다른 밴드 번호를 방송하게 된다.
다시, 도 5로 돌아가서, A-SGNSS 운용 메시지 출력부(370)는 각 메시지 생성부들(310,330,350)에서 생성된 메시지를 특정 순서로 위성항법 대상 수신기(150)로 송신할 수 있다. 일 실시예에서, A-SGNSS 운용 메시지 출력부(370)는 타임 아웃이 긴 이온층 보정 메시지부터 출력하고 위성 궤도 및 시각 오차 보정정보 메시지(long-term correction) 및 의사거리 측정치 보정정보 전달 메시지(fast correction) 순으로 출력한다. 여기에서, A-SGNSS 운용 메시지 출력부(370)는 위성항법 대상 수신기(150)의 요청에 따라 이온층 보정정보, 위성 궤도 및 시계 오차 보정정보(long-term correction), 의사거리 측정치 보정정보(fast correction) 또는 무결성 정보 중 적어도 하나 이상을 포함하는 SBAS 보정정보를 전달할 수 있으며, 이때 전달 메시지의 순서 및 종류가 특정되지 않고 다양하게 운용될 수 있다.
제어부(390)는 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 장치(130)의 전체적인 동작을 제어하고, 의사거리 측정치 보정 메시지 생성부(310), 위성 궤도 및 시각 오차 보정 메시지 생성부(330), 이온층 보정 메시지 생성부(350) 및 A-SGNSS 운용 메시지 출력부(370) 간의 제어 흐름 또는 데이터 흐름을 관리할 수 있다.
도 9는 도 1에 있는 위성항법 대상 수신기에서 A-SGNSS 운용 메시지를 수신받아 사용하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 9에서, 위성항법 대상 수신기(150)는 전원 인가시 유무선 통신 망을 통해 네트워크 연결된 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 장치(130)에 SBAS 보정 정보를 요청하여 위성항법 운용 장치(130)로부터 A-SGNSS 운용 메시지를 전달받을 수 있다. 위성항법 대상 수신기(150)는 A-SGNSS 운용 메시지를 파싱하여 의사거리 오차, 위성 궤도 오차, 위성 시계 오차, 이온층 지연 오차 등을 처리하여 초기 위치를 결정하는데 소요되는 시간을 단축할 수 있다.
위성항법 대상 수신기(150)는 초기 항법 동작 시부터 안정적으로 SBAS 보강항법을 수행할 수 있으며, A-GNSS에서 SBAS 보강항법까지 소요되는 시간을 수초 이내로 단축할 수 있어 우수한 위치 추정 정확도 및 무결성 확보를 기대할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템
110: 기준국 수신기
130: SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 장치
150: 위성항법 대상 수신기
200: GPS 위성 300: SBAS 위성
210: 프로세서 230: 메모리
250: 사용자 입출력부 270: 네트워크 입출력부
310: 의사거리 측정치 보정 메시지 생성부
330: 위성 궤도 및 시계 오차 보정 메시지 생성부
350: 이온층 보정 메시지 생성부
370: A-SGNSS 운용 메시지 출력부
390: 제어부

Claims (8)

  1. GPS 신호 및 SBAS 신호를 수신하는 기준국 수신기;
    상기 기준국 수신기에서 수신되는 GPS 신호 및 SBAS 신호를 기초로 SBAS 보정 정보를 생성하고, 위성항법 대상 수신기에서 데이터 요청시 상기 생성되는 SBAS 보정 정보를 전달하는 위성항법 운용 장치; 및
    전원이 인가되는 동작 초기에는 상기 위성항법 운용 장치에 데이터 요청하여 전달받은 상기 SBAS 보정 정보를 토대로 SBAS 보정 항법을 수행하고 이후에는 상기 위성항법 운용 장치와의 연결을 해제하고 독자적으로 GPS 신호 및 SBAS 신호를 수신하여 SBAS 보강 항법을 수행하는 위성항법 대상 수신기를 포함하는 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위성항법 운용 장치와 상기 위성항법 대상 수신기 사이의 연결을 위한 유무선 통신 망을 더 포함하는 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 위성항법 운용 장치는
    상기 위성항법 대상 수신기의 요청에 따라 이온층 보정정보, 위성 궤도 및 시계 오차 보정정보(long-term correction), 의사거리 측정치 보정정보(fast correction) 또는 무결성 정보를 포함하는 상기 SBAS 보정 정보를 전달하는 것을 특징으로 하는 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 위성항법 운용 장치는
    수신되는 GPS 신호 및 SBAS 신호로부터 GPS 시각 및 항법 데이터, SBAS 데이터를 저장하고 이를 토대로 상기 위성항법 대상 수신기의 운용을 위한 필요 메시지를 생성하고,
    상기 필요 메시지는 메시지 번호, SBAS 데이터 필드, 타임 아웃 산출을 위한 GPS 수신 시각 정보로 구성되며 헤더와 오류 검출 비트를 추가 할당하여 구성하는 것을 특징으로 하는 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 위성항법 운용 장치는
    상기 SBAS 데이터의 MT1의 PRN 마스크 할당 메시지와 MT2부터 MT5까지의 의사거리 측정치 보정정보(fast correction)에 메시지 수신 시의 GPS 시각 정보를 추가하여 SBAS 의사거리 측정치 보정 메시지를 생성하고 이를 전달하는 것을 특징으로 하는 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 위성항법 운용 장치는
    상기 SBAS 데이터의 MT1의 PRN 마스크 할당 메시지와 MT25의 위성 궤도 및 시계 오차 보정정보(long-term correction)에 메시지 수신 시의 GPS 시각 정보를 추가하여 위성 궤도 및 시계 오차 보정 메시지를 생성하고 이를 전달하는 것을 특징으로 하는 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 위성항법 운용 장치는
    보정정보 전달을 위한 필요 메시지의 수에 따라 상기 MT25의 메시지들을 수신하여 상기 MT25 메시지의 IODP가 상기 MT1의 IODP와 일치하는지 확인한 후 저장하며, 상기 MT1의 IODP가 변경되면 상기 저장된 MT25의 메시지들을 초기화하고 수신받은 순서대로 링 버퍼 형태로 저장하는 것을 특징으로 하는 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템.
  8. 제4항에 있어서, 상기 위성항법 운용 장치는
    상기 SBAS 데이터의 MT18의 이온층 그리드 위치 할당 메시지와 MT26의 이온층 지연 오차 보정정보에 각 메시지 수신 시의 GPS 시각 정보를 추가하고 GPS 시각 정보가 추가된 이온층 보정 메시지를 SBAS 위성 종류에 따라 방송되는 밴드 수만큼 복수개 생성하여 전달하는 것을 특징으로 하는 SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 위성항법 운용 시스템.
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