KR20220142102A - Spinning vehicle roll rotation angle calculation method using frequency domain relative correlation calculation and satellite navigation receiver applying the same - Google Patents

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KR20220142102A
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Abstract

The present invention relates to a method for calculating roll rotation angle of an antibody using a frequency-domain relative correlation operation, and a satellite navigation receiver applying the same. The satellite navigation receiver includes: an RF signal processing unit which converts an external satellite signal received through an antenna into a baseband signal; a baseband satellite signal processor for extracting satellite data by removing a carrier signal and a ranging code signal from the baseband signal; and a roll rotation speed estimator for calculating the roll rotation speed and roll attitude angle of the antibody through a frequency domain relative correlation operation between the first rotation signal of the satellite data and the modeled second rotation signal.

Description

주파수영역 상대 상관연산을 이용한 항체의 롤 회전각 계산 방법 및 이를 적용한 위성항법수신기{SPINNING VEHICLE ROLL ROTATION ANGLE CALCULATION METHOD USING FREQUENCY DOMAIN RELATIVE CORRELATION CALCULATION AND SATELLITE NAVIGATION RECEIVER APPLYING THE SAME}Method for calculating roll rotation angle of an antibody using frequency domain relative correlation and a satellite navigation receiver to which it is applied

본 발명은 항체 자세 제어 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전하는 항체에서 주파수영역 상대 상관연산을 이용한 항체의 롤 회전각 계산 방법 및 이를 적용한 위성항법수신기에 관한 것이다.The present invention relates to antibody attitude control technology, and more particularly, to a method for calculating the roll rotation angle of an antibody using frequency domain relative correlation in a rotating antibody, and a satellite navigation receiver to which the same is applied.

위성항법시스템(GNSS, Global Navigation Satellite System)은 지구 주위를 선회하는 다수의 위성을 이용하여 삼각 측량법으로 사용자의 위치를 계산하는 시스템이다.Global Navigation Satellite System (GNSS) is a system that calculates a user's location by triangulation using a number of satellites orbiting the earth.

현재 운영중인 위성항법시스템은 미국의 GPS(Global Positioning System), 러시아의 GLONASS(GLObal Navigation Satellite System), EU의 Galileo, 중국의 BDS(BeiDou Navigation Satellite System) 등이 있다.Currently operating satellite navigation systems include the US Global Positioning System (GPS), Russia's GLONASS (GLOBal Navigation Satellite System), EU's Galileo, and China's BeiDou Navigation Satellite System (BDS).

위성항법시스템은 정밀한 위치, 속도, 시간 정보를 지구 전지역에서 연속적으로 제공한다. 각 위성항법시스템은 각자의 시스템에 맞게 설계된 항법메시지를 위성별 레인징 코드(ranging code)를 이용하여 직접 시퀀스 대역 확산(DSSS, Direct Sequence Spread Spectrum) 방식으로 변조하여 사용주파수 전역으로 확산시킨 뒤 각 대역별 RF 반송파(RF, radio frequency carrier)를 이용하여 송신한다.The satellite navigation system continuously provides precise position, velocity and time information all over the earth. Each satellite navigation system modulates a navigation message designed for each system in a direct sequence spread spectrum (DSSS) method using a ranging code for each satellite, spreads it over the entire frequency range, and then spreads each It transmits using a radio frequency carrier (RF) for each band.

위성항법수신기는 사용자의 위치, 속도, 시간을 계산하기 위해 4개 이상의 위성 신호를 사용한다. 각 위성이 송신하는 항법메시지를 복조하기 위해 RF 반송파와 레인징 코드를 추적하여 제거하고 이 과정에서 위성에서 송출한 신호가 사용자에게 도달하기까지 걸린 시간을 추정해 위성과의 의사거리를 계산한다. 복조한 항법메시지로부터 계산된 위성 위치와 의사거리를 이용해 사용자의 위치를 계산한다.The satellite navigation receiver uses 4 or more satellite signals to calculate the user's position, speed, and time. To demodulate the navigation message transmitted by each satellite, the RF carrier and ranging code are tracked and removed, and in this process, the time taken for the signal transmitted from the satellite to reach the user is estimated to calculate the pseudo-distance with the satellite. The user's position is calculated using the satellite position and pseudorange calculated from the demodulated navigation message.

다양한 사용자 요구사항에 따라 위성항법수신기가 탑재되는 장소와 물체 또한 다양해지고 있으며, 고속으로 움직이며 회전하는 항체(spinning vehicle) 또한 원하는 목표지점까지 안정적인 이동을 위해 위성항법수신기가 탑재된다. 이 경우 항체의 자세 정보를 얻기 위해 다양한 센서의 사용을 고려하게 되는데, 발사 시점의 높은 충격, 운용시의 회전, 크기와 무게 등 많은 제약 조건이 발생한다.The places and objects on which the GPS receiver is mounted are also diversifying according to various user requirements, and the spinning vehicle that moves and rotates at high speed is also equipped with the satellite navigation receiver for stable movement to the desired target point. In this case, the use of various sensors is considered to obtain the attitude information of the antibody, but there are many constraints such as high impact at the time of launch, rotation during operation, size and weight, etc.

이와 같은 문제를 해결하기 위한 방안으로 위성항법 수신기를 사용하는 다양한 기술들이 개발된 바 있다. 항체가 회전하는 경우 위성신호의 크기와 위상이 변하고 이를 모니터링 하면 탑재된 항체의 회전 속도와 롤 회전각을 계산할 수 있다.As a method to solve such a problem, various technologies using a satellite navigation receiver have been developed. When the antibody rotates, the magnitude and phase of the satellite signal change, and by monitoring this, the rotation speed and roll rotation angle of the mounted antibody can be calculated.

한국등록특허 제10-0443550호 (2004.07.28)Korean Patent Registration No. 10-0443550 (2004.07.28)

본 발명의 일 실시예는 회전하는 항체에서 주파수영역 상대 상관연산을 이용한 항체의 롤 회전각 계산 방법 및 이를 적용한 위성항법수신기를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a method for calculating the roll rotation angle of an antibody using a frequency domain relative correlation operation in a rotating antibody and a satellite navigation receiver to which the method is applied. 본 발명의 일 실시예는 보조 센서 등의 추가 장착 없이 위성신호만으로 정확한 롤 회전각을 구할 수 있고 정확한 사용자의 위치, 속도 및 자세 정보를 제공함에 있어 소형화 및 저전력화를 가능하도록 하는 위성항법수신기에서 주파수영역 연산을 통해 항체의 롤 회전각을 구하는 방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is a satellite navigation receiver that can obtain an accurate roll rotation angle only with a satellite signal without additional mounting of an auxiliary sensor, etc. To provide a method for calculating the roll rotation angle of an antibody through frequency domain calculation.

실시예들 중에서, 주파수영역 상대 상관연산을 이용한 항체의 롤 회전각 계산 방법이 적용된 위성항법수신기는 안테나를 통해 수신된 외부의 위성 신호를 기저대역 신호로 변환하는 RF 신호 처리부; 상기 기저대역 신호로부터 반송파 신호와 레인징 코드 신호를 제거하여 위성 데이터를 추출하는 기저대역 위성신호 처리부; 및 상기 위성 데이터의 제1 회전 신호와 모델링된 제2 회전 신호 간의 주파수영역 상대 상관연산을 통해 항체의 롤 회전속도와 롤 자세각을 산출하는 롤 회전속도 추정기;를 포함한다.In embodiments, a satellite navigation receiver to which a method of calculating a roll rotation angle of an antibody using a frequency domain relative correlation operation is applied may include: an RF signal processing unit that converts an external satellite signal received through an antenna into a baseband signal; a baseband satellite signal processing unit for extracting satellite data by removing a carrier signal and a ranging code signal from the baseband signal; and a roll rotation speed estimator for calculating the roll rotation speed and the roll attitude angle of the antibody through a frequency domain relative correlation operation between the first rotation signal of the satellite data and the modeled second rotation signal.

상기 위성항법수신기는 상기 위성 데이터를 기초로 사용자 위치 및 속도를 산출하는 신호제어 및 항법 수행부;를 더 포함할 수 있다.The satellite navigation receiver may further include a signal control and navigation performing unit for calculating a user's position and speed based on the satellite data.

상기 기저대역 위성신호 처리부는 상기 기저대역 신호로부터 반송파 복제신호를 생성하는 반송파 복제신호 생성기; 상기 기저대역 신호로부터 레인징 코드 복제신호를 생성하는 레인징 코드 복제신호 생성기; 상기 기저대역 신호와 상기 반송파 복제신호 간의 곱연산을 통해 상기 기저대역 신호로부터 상기 반송파 신호를 제거하여 제1 위성 데이터를 생성하는 반송파 곱셈기; 상기 제1 위성 데이터와 상기 레인징 코드 복제신호 간의 곱연산을 통해 상기 제1 위성 데이터로부터 상기 레인징 코드 신호를 제거하여 제2 위성 데이터를 생성하는 레인징 코드 곱셈기; 및 상기 제2 위성 데이터를 수신하고 상기 신호제어 및 항법 수행부와 연동하는 적분기;를 포함할 수 있다.The baseband satellite signal processing unit comprises: a carrier replica signal generator for generating a carrier replica signal from the baseband signal; a ranging code replica signal generator for generating a ranging code replica signal from the baseband signal; a carrier multiplier for generating first satellite data by removing the carrier signal from the baseband signal through a multiplication operation between the baseband signal and the carrier replica signal; a ranging code multiplier for generating second satellite data by removing the ranging code signal from the first satellite data through a multiplication operation between the first satellite data and the ranging code replica signal; and an integrator for receiving the second satellite data and interworking with the signal control and navigation unit.

상기 기저대역 위성신호 처리부는 상기 반송파 복제신호 생성기 및 상기 레인징 코드 복제신호 생성기 각각이 GPS, GLONASS, GALILEO 및 BDS를 포함하는 위성항법 시스템에 따라 상기 반송파 복제신호 및 상기 레인징 코드 복제신호를 독립적으로 생성하도록 구현될 수 있다.The baseband satellite signal processing unit independently separates the carrier duplicate signal and the ranging code duplicate signal according to a satellite navigation system in which each of the carrier duplicate signal generator and the ranging code duplicate signal generator includes GPS, GLONASS, GALILEO and BDS. It can be implemented to create

상기 롤 회전속도 추정기는 상기 기저대역 신호에서 저주파 성분을 추출하는 저대역 통과 필터; 추정된 롤 회전속도에 따라 샘플링 주파수를 조절하고 상기 저주파 성분에 대해 샘플링 신호를 추출하여 메모리에 저장하는 메모리 제어기; 상기 메모리에 저장된 샘플링 신호 및 회전 신호 모델부의 모델링 신호 간의 곱연산을 통해 상기 주파수영역 상대 상관연산을 수행하여 결과값을 생성하는 상관연산 처리모듈; 상기 결과값의 크기를 변환하는 포락 계산기; 상기 포락 계산기의 결과에 따라 오차를 계산하는 오차 계산기 및 상기 모델링 신호를 생성하는 회전 신호 모델에 대해 상기 오차에 따라 갱신하는 회전 신호 모델부;를 포함할 수 있다.The roll rotation speed estimator includes a low-pass filter for extracting a low-frequency component from the baseband signal; a memory controller for adjusting a sampling frequency according to the estimated roll rotation speed, extracting a sampling signal for the low frequency component, and storing the sampling signal in a memory; a correlation operation processing module for generating a result value by performing the frequency domain relative correlation operation through a multiplication operation between the sampling signal stored in the memory and the modeling signal of the rotation signal model unit; an envelope calculator for converting the size of the result value; and an error calculator for calculating an error according to a result of the envelope calculator, and a rotation signal model unit for updating a rotation signal model generating the modeling signal according to the error.

상기 롤 회전속도 추정기는 상기 저대역 통과 필터, 상기 메모리 제어기, 상기 포락 계산기, 상기 오차 계산기 및 상기 회전 신호 모델부 각각이 시분할 처리 가능하게 구현되고, 상기 기저대역 신호를 시분할하여 위성 별로 독립된 회전 신호 모델을 생성할 수 있다.The roll rotation speed estimator is implemented such that each of the low-pass filter, the memory controller, the envelope calculator, the error calculator, and the rotation signal model unit can time-division processing, and time-divisions the baseband signal to obtain an independent rotation signal for each satellite. You can create a model.

실시예들 중에서, 위성항법수신기에서 주파수영역 상대 상관연산을 이용한 항체의 롤 회전각 계산 방법은 안테나를 통해 외부의 위성 신호를 수신하는 단계; 상기 위성 신호를 기저대역 신호로 변환하는 단계; 상기 기저대역 신호로부터 반송파 신호와 레인징 코드 신호를 제거하여 위성 데이터를 추출하는 단계; 및 상기 위성 데이터의 제1 회전 신호와 모델링된 제2 회전 신호 간의 주파수영역 상대 상관연산을 통해 항체의 롤 회전속도와 롤 자세각을 산출하는 단계;를 포함한다.In embodiments, a method for calculating a roll rotation angle of an antibody using a frequency domain relative correlation operation in a satellite navigation receiver includes: receiving an external satellite signal through an antenna; converting the satellite signal into a baseband signal; extracting satellite data by removing a carrier signal and a ranging code signal from the baseband signal; and calculating the roll rotation speed and the roll attitude angle of the antibody through a frequency domain relative correlation operation between the first rotation signal of the satellite data and the modeled second rotation signal.

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.The disclosed technology may have the following effects. However, this does not mean that a specific embodiment should include all of the following effects or only the following effects, so the scope of the disclosed technology should not be construed as being limited thereby.

본 발명의 일 실시예에 따른 주파수영역 상대 상관연산을 이용한 항체의 롤 회전각 계산 방법 및 이를 적용한 위성항법수신기는 회전하는 항체에서 주파수영역 상대 상관연산을 이용해 롤 회전각을 계산할 수 있다. The method for calculating the roll rotation angle of an antibody using the frequency domain relative correlation operation according to an embodiment of the present invention and the satellite navigation receiver to which the method is applied can calculate the roll rotation angle using the frequency domain relative correlation operation in the rotating antibody.

본 발명의 일 실시예에 따른 주파수영역 상대 상관연산을 이용한 항체의 롤 회전각 계산 방법은 회전하는 항체에 탑재되는 위성항법수신기에 적용하여 외부에 추가적인 보조센서의 장착에 따른 공간 및 전력 소모에 대한 부담을 줄이고 사용자의 위치 및 속도 정확도 개선을 가능하게 할 수 있다.The method for calculating the roll rotation angle of the antibody using the frequency domain relative correlation operation according to an embodiment of the present invention is applied to the satellite navigation receiver mounted on the rotating antibody, and space and power consumption due to the installation of an additional auxiliary sensor externally. It can reduce the burden and enable the user to improve location and speed accuracy.

도 1은 안테나 회전에 따른 위성 신호의 수신 전력 변화와 모델링된 회전 신호를 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining a change in received power of a satellite signal according to an antenna rotation and a modeled rotation signal.

도 2는 본 발명에 따른 롤 회전속도를 계산할 수 있는 위성항법수신기의 구조를 설명하는 도면이다.2 is a view for explaining the structure of the satellite navigation receiver capable of calculating the roll rotation speed according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 롤 회전속도 추정기와 위성신호처리부의 세부 구조를 설명하는 도면이다.3 is a view for explaining the detailed structure of the roll rotation speed estimator and the satellite signal processing unit according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 오차 계산기의 출력 형태를 설명하는 도면이다.4 is a view for explaining an output form of the error calculator according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 주파수영역 연산부의 각 위성별 처리 구조를 설명하는 도면이다.5 is a view for explaining the processing structure for each satellite of the frequency domain calculating unit according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 주파수영역 연산부의 시분할 처리 구조를 설명하는 도면이다.6 is a diagram for explaining the structure of a time division processing unit of a frequency domain operation unit according to the present invention.

도 7은 다른 위성항법시스템을 포함하여 신호처리 가능한 구조를 설명하는 도면이다.7 is a view for explaining a structure capable of signal processing including another satellite navigation system.

도 8은 본 발명에 따른 항체의 롤 회전각 계산 방법을 설명하는 도면이다.8 is a view for explaining a method of calculating the roll rotation angle of the antibody according to the present invention.

도 1은 안테나 회전에 따른 위성 신호의 수신 전력 변화와 모델링된 회전 신호를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 롤 회전속도를 계산할 수 있는 위성항법수신기의 구조를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 롤 회전속도 추정기와 위성신호처리부의 세부 구조를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 오차 계산기의 출력 형태를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 주파수영역 연산부의 각 위성별 처리 구조를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 주파수영역 연산부의 시분할 처리 구조를 설명하는 도면이다.
도 7은 다른 위성항법시스템을 포함하여 신호처리 가능한 구조를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 항체의 롤 회전각 계산 방법을 설명하는 도면이다.
1 is a view for explaining a change in received power of a satellite signal according to an antenna rotation and a modeled rotation signal.
2 is a view for explaining the structure of the satellite navigation receiver capable of calculating the roll rotation speed according to the present invention.
3 is a view for explaining the detailed structure of the roll rotation speed estimator and the satellite signal processing unit according to the present invention.
4 is a view for explaining an output form of the error calculator according to the present invention.
5 is a view for explaining the processing structure for each satellite of the frequency domain calculating unit according to the present invention.
6 is a diagram for explaining the structure of a time division processing unit of a frequency domain operation unit according to the present invention.
7 is a view for explaining a structure capable of signal processing including another satellite navigation system.
8 is a view for explaining a method of calculating the roll rotation angle of the antibody according to the present invention.

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.Since the description of the present invention is merely an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiment described in the text. That is, since the embodiment is capable of various changes and may have various forms, it should be understood that the scope of the present invention includes equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only such effects, it should not be understood that the scope of the present invention is limited thereby.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.On the other hand, the meaning of the terms described in the present application should be understood as follows.

"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.Terms such as “first” and “second” are for distinguishing one component from another, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, a first component may be termed a second component, and similarly, a second component may also be termed a first component.

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.When a component is referred to as being “connected” to another component, it may be directly connected to the other component, but it should be understood that other components may exist in between. On the other hand, when it is mentioned that a certain element is "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle. On the other hand, other expressions describing the relationship between elements, that is, "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to", etc., should be interpreted similarly.

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.The singular expression is to be understood to include the plural expression unless the context clearly dictates otherwise, and terms such as "comprises" or "have" refer to the embodied feature, number, step, action, component, part or these It is intended to indicate that a combination exists, and it should be understood that it does not preclude the possibility of the existence or addition of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.Identifiers (eg, a, b, c, etc.) in each step are used for convenience of description, and the identification code does not describe the order of each step, and each step clearly indicates a specific order in context. Unless otherwise specified, it may occur in a different order from the specified order. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The present invention can be embodied as computer-readable codes on a computer-readable recording medium, and the computer-readable recording medium includes all types of recording devices in which data readable by a computer system is stored. . Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, and the like. In addition, the computer-readable recording medium may be distributed in a network-connected computer system, and the computer-readable code may be stored and executed in a distributed manner.

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.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Terms defined in the dictionary should be interpreted as being consistent with the meaning of the context of the related art, and cannot be interpreted as having an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application.

도 1은 안테나 회전에 따른 위성 신호의 수신 전력 변화(101)와 모델링된 회전 신호(102)를 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining a change in received power 101 of a satellite signal and a modeled rotation signal 102 according to an antenna rotation.

도 1을 참조하면, 항체가 회전함에 따라 안테나의 장착면과 위성 사이의 벡터가 수직이 되었을 때 위성 신호의 수신 전력은 최대가 될 수 있고, 각도의 차이가 증가할수록 수신 전력은 작아질 수 있다. 롤 회전속도 추정기는 위성 신호의 수신 전력과 모델링된 회전 신호의 주파수영역 상대 상관결과를 이용하여 각 위성별 벡터의 각도가 수직이 되는 지점을 찾을 수 있고 이를 이용하여 항체의 롤 회전각을 계산할 수 있다.Referring to FIG. 1 , when the vector between the mounting surface of the antenna and the satellite becomes vertical as the antibody rotates, the received power of the satellite signal may be maximized, and the received power may decrease as the angle difference increases. . The roll rotation speed estimator can find the point where the angle of the vector for each satellite becomes vertical by using the received power of the satellite signal and the frequency domain relative correlation result of the modeled rotation signal, and using this, the roll rotation angle of the antibody can be calculated. have.

도 2는 본 발명에 따른 롤 회전속도를 계산할 수 있는 위성항법수신기의 구조를 설명하는 도면이다.2 is a view for explaining the structure of the satellite navigation receiver capable of calculating the roll rotation speed according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 위성항법수신기(200)는 안테나(201)를 통해 수신된 외부의 위성 신호를 기저대역 신호로 변환하는 RF 신호 처리부(202), 기저대역 신호로부터 반송파 신호와 레인징 코드 신호를 제거하여 위성 데이터를 추출하는 기저대역 위성신호 처리부(203), 위성 데이터를 기초로 사용자 위치 및 속도를 산출하는 신호제어 및 항법 수행부(204) 및 위성 데이터의 제1 회전 신호와 모델링된 제2 회전 신호 간의 주파수영역 상대 상관연산을 통해 항체의 롤 회전속도와 롤 자세각을 산출하는 롤 회전속도 추정기(205)를 포함하여 구현될 수 있다.2, the satellite navigation receiver 200 according to the present invention includes an RF signal processing unit 202 that converts an external satellite signal received through an antenna 201 into a baseband signal, and a carrier signal from the baseband signal and The baseband satellite signal processing unit 203 for extracting satellite data by removing the ranging code signal, the signal control and navigation execution unit 204 for calculating the user position and speed based on the satellite data, and the first rotation signal of the satellite data and the roll rotation speed estimator 205 for calculating the roll rotation speed and the roll attitude angle of the antibody through a frequency domain relative correlation operation between the and the modeled second rotation signal.

보다 구체적으로, 위성항법수신기(200)는 안테나(201)를 통해 외부의 위성 신호를 수신할 수 있고, RF 신호 처리부(202)를 통해 기저대역의 신호로 변환할 수 있다. RF 신호 처리부(202)와 연결된 기저대역 위성신호 처리부(203)는 기저대역의 신호를 반송파 복제신호 및 레인징 코드 복제신호와의 곱연산을 통해 제거함으로써 위성 데이터를 추출하는 동작을 수행할 수 있다.More specifically, the satellite navigation receiver 200 may receive an external satellite signal through the antenna 201 and convert it into a baseband signal through the RF signal processing unit 202 . The baseband satellite signal processing unit 203 connected to the RF signal processing unit 202 may perform an operation of extracting satellite data by removing the baseband signal through a multiplication operation with the carrier replica signal and the ranging code replica signal. .

이후, 추출된 위성 데이터는 신호제어 및 항법 수행부(204)에 전달될 수 있으며, 사용자의 위치 및 속도 연산을 위해 사용될 수 있다. 또한, 기저대역 위성신호 처리부(203)의 출력은 롤 회전속도 추정기(205)로 전달되어 주파수영역 상대 상관연산을 통해 항체의 롤 회전속도와 롤 자세각을 산출하는데 사용될 수 있다.Thereafter, the extracted satellite data may be transmitted to the signal control and navigation performing unit 204 , and may be used to calculate the user's position and speed. In addition, the output of the baseband satellite signal processing unit 203 is transmitted to the roll rotation speed estimator 205 and can be used to calculate the roll rotation speed and the roll attitude angle of the antibody through a frequency domain relative correlation operation.

도 3은 본 발명에 따른 롤 회전속도 추정기와 위성신호 처리부의 세부 구조를 설명하는 도면이다.3 is a view for explaining the detailed structure of the roll rotation speed estimator and the satellite signal processing unit according to the present invention.

도 3을 참조하면, 위성항법수신기(200)는 기저대역 위성신호 처리부(203) 및 롤 회전속도 추정기(205)를 포함할 수 있다. 여기에서, 기저대역 위성신호 처리부(203)는 기저대역 신호로부터 반송파 복제신호를 생성하는 반송파 복제신호 생성기(302), 기저대역 신호로부터 레인징 코드 복제신호를 생성하는 레인징 코드 복제신호 생성기(304), 기저대역 신호와 반송파 복제신호 간의 곱연산을 통해 기저대역 신호로부터 반송파 신호를 제거하여 제1 위성 데이터를 생성하는 반송파 곱셈기(301), 제1 위성 데이터와 레인징 코드 복제신호 간의 곱연산을 통해 제1 위성 데이터로부터 레인징 코드 신호를 제거하여 제2 위성 데이터를 생성하는 레인징 코드 곱셈기(303) 및 제2 위성 데이터를 수신하고 신호제어 및 항법 수행부(204)와 연동하는 적분기(305)를 포함하여 구현될 수 있다.Referring to FIG. 3 , the satellite navigation receiver 200 may include a baseband satellite signal processing unit 203 and a roll rotation speed estimator 205 . Here, the baseband satellite signal processing unit 203 includes a carrier duplicated signal generator 302 that generates a carrier duplicated signal from a baseband signal, and a ranging code duplicated signal generator 304 that generates a ranging code duplicated signal from the baseband signal. ), a carrier multiplier 301 that generates first satellite data by removing the carrier signal from the baseband signal through multiplication between the baseband signal and the carrier replica signal, and the multiplication operation between the first satellite data and the ranging code replica signal. The ranging code multiplier 303 for generating second satellite data by removing the ranging code signal from the first satellite data through the ) can be implemented.

또한, 롤 회전속도 추정기(205)는 기저대역 신호에서 저주파 성분을 추출하는 저대역 통과 필터(306), 추정된 롤 회전속도에 따라 샘플링 주파수를 조절하고 저주파 성분에 대해 샘플링 신호를 추출하여 메모리(308)에 저장하는 메모리 제어기(307), 메모리(308)에 저장된 샘플링 신호 및 회전 신호 모델부(311)의 모델링 신호 간의 곱연산을 통해 주파수영역 상대 상관연산을 수행하여 결과값을 생성하는 상관연산 처리모듈, 결과값의 크기를 변환하는 포락 계산기(313), 포락 계산기(313)의 결과에 따라 오차를 계산하는 오차 계산기(314) 및 모델링 신호를 생성하는 회전 신호 모델에 대해 오차에 따라 갱신하는 회전 신호 모델부(311)를 포함하여 구현될 수 있다. 이때, 상관연산 처리모듈은 고속 푸리에 변환기(309, 310) 및 고속 푸리에 역변환기(312)를 포함할 수 있다.In addition, the roll rotation speed estimator 205 adjusts the sampling frequency according to the low-pass filter 306 for extracting the low frequency component from the baseband signal, the estimated roll rotation speed, and extracts the sampling signal for the low frequency component to the memory ( Correlation operation for generating a result value by performing a frequency domain relative correlation operation through a multiplication operation between the memory controller 307 stored in the memory controller 307, the sampling signal stored in the memory 308, and the modeling signal of the rotation signal model unit 311 The processing module, the envelope calculator 313 that converts the size of the result value, the error calculator 314 that calculates the error according to the result of the envelope calculator 313, and the rotation signal model that generates the modeling signal are updated according to the error It may be implemented including the rotation signal model unit 311 . In this case, the correlation processing module may include fast Fourier transforms 309 and 310 and inverse fast Fourier transforms 312 .

보다 구체적으로, 도 2의 RF 신호 처리부(202)를 통과한 위성신호는 기저대역 위성신호 처리부(203)에서 반송파 복제신호 생성기(302)와 반송파 곱셈기(301), 레인징 코드 복제신호 생성기(304)와 레인징 코드 곱셈기(303)를 통과한 결과 반송파와 위성별 레인징 코드가 제거될 수 있다. 이후, 적분기(305)로 전달되는 경로와 롤 회전속도 추정기(205)로 전달되는 경로가 구분될 수 있다.More specifically, the satellite signal that has passed through the RF signal processing unit 202 of FIG. 2 is a carrier replica signal generator 302, a carrier multiplier 301, and a ranging code replica signal generator 304 in the baseband satellite signal processing unit 203. ) and the ranging code multiplier 303, the ranging code for each carrier and each satellite may be removed. Thereafter, a path transmitted to the integrator 305 and a path transmitted to the roll rotation speed estimator 205 may be distinguished.

적분기(305)로 전달되는 경우, 도 1의 신호 제어 및 항법 수행부(204)와 연동하여 위성 데이터가 추출될 수 있고, 사용자의 위치 및 속도 연산을 위해 사용될 수 있다. 롤 회전속도 추정기(205)로 전달되는 경우, 먼저 반송파 곱셈 성분 중 저주파 성분만을 사용하기 위해 저대역 통과 필터(306)를 통과할 수 있다. 이후, 메모리 제어기(307)는 추정된 롤 회전속도에 따라 샘플링 주파수를 조절하여 추출된 데이터를 메모리(입력)(308)에 저장할 수 있다.When transmitted to the integrator 305, satellite data may be extracted in conjunction with the signal control and navigation performing unit 204 of FIG. 1 and may be used for calculating the user's position and speed. When transmitted to the roll rotation speed estimator 205, it may first pass through the low-pass filter 306 in order to use only the low-frequency component among the carrier multiplication components. Thereafter, the memory controller 307 may store the extracted data in the memory (input) 308 by adjusting the sampling frequency according to the estimated roll rotation speed.

메모리 제어기(307)는 메모리(308)에 데이터가 모두 쌓인 경우 고속 푸리에 변환기(309)로 전달하여 회전 신호 모델부(311)의 고속 푸리에 변환기(310)를 통과한 결과와의 곱연산을 수행할 수 있다. 그 다음, 고속 푸리에 역변환부(209)를 통해 모델링된 회전 신호와 실제 입력된 데이터 간의 상관 계산 결과값이 계산될 수 있고, 크기 변환을 위한 포락 계산기(313)를 통과한 이후 오차를 계산하는 오차 계산기(314)로 전달될 수 있다. 결과적으로, 오차 계산기(314)의 결과를 이용해 회전 신호 모델링이 갱신되고 갱신된 회전 신호 모델은 다음 단계의 데이터 연산에 사용될 수 있다.When all data is accumulated in the memory 308, the memory controller 307 transmits it to the fast Fourier transformer 309 to perform multiplication with the result of passing the fast Fourier transform 310 of the rotation signal model unit 311. can Then, a correlation calculation result value between the modeled rotation signal and the actual input data may be calculated through the inverse fast Fourier transform unit 209 , and an error of calculating an error after passing through the envelope calculator 313 for size transformation may be passed to the calculator 314 . As a result, the rotation signal model is updated using the result of the error calculator 314, and the updated rotation signal model can be used for data operation in the next step.

도 4는 본 발명에 따른 오차 계산기의 출력 형태를 설명하는 도면이다.4 is a view for explaining an output form of the error calculator according to the present invention.

도 4를 참조하면, 오차 계산기(314)는 일정한 범위 내에서 시간에 따라 움직이는 정현파 형태(401)의 출력을 생성할 수 있다. 이때, 오차값이 0인 지점은 롤 회전각이 0도인 지점을 의미할 수 있으며, 롤 회전속도 추정기(205)는 0을 지나는 지점을 기준으로 선형성을 보이는 구간에서 오차값에 따라 롤 회전각을 추정할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the error calculator 314 may generate an output of a sinusoidal wave shape 401 that moves with time within a predetermined range. At this time, the point at which the error value is 0 may mean a point at which the roll rotation angle is 0 degrees, and the roll rotation speed estimator 205 determines the roll rotation angle according to the error value in the section showing linearity based on the point passing 0. can be estimated

도 5는 본 발명에 따른 주파수영역 연산부의 각 위성별 처리 구조를 설명하는 도면이다.5 is a view for explaining the processing structure for each satellite of the frequency domain calculating unit according to the present invention.

도 5를 참조하면, 위성항법수신기(200)는 각 위성별 기저대역 위성신호 처리부(203)와 롤 회전속도 추정기(205)가 쌍으로 연결된 복수의 주파수영역 연산부(501)들을 포함할 수 있다. 즉, 위성항법수신기(200)는 N개의 위성을 각각 독립적으로 처리하기 위해 동일한 수의 주파수영역 연산부(501)들을 포함하여 구현될 수 있다. 결과적으로, 위성항법수신기(200)는 총 N개의 기저대역 위성신호 처리부(203)와 롤 회전속도 추정기(205)들을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the satellite navigation receiver 200 may include a plurality of frequency domain calculators 501 in which a baseband satellite signal processor 203 for each satellite and a roll rotation speed estimator 205 are connected in pairs. That is, the satellite navigation receiver 200 may be implemented by including the same number of frequency domain operation units 501 in order to independently process each of the N satellites. As a result, the satellite navigation receiver 200 may include a total of N baseband satellite signal processing units 203 and roll rotation speed estimators 205 .

도 6은 본 발명에 따른 주파수영역 연산부의 시분할 처리 구조를 설명하는 도면이다.6 is a diagram for explaining the structure of a time division processing unit of a frequency domain operation unit according to the present invention.

도 6을 참조하면, 위성항법수신기(200)는 모든 위성에 대해 하나의 모듈 내에서 처리 가능한 시분할 구조를 갖는 시분할 롤 회전속도 추정기(601)를 포함하여 구현될 수 있다. 즉, 시분할 롤 회전속도 추정기(601)는 도 3의 저대역 통과 필터(306), 메모리 제어기(307), 포락 계산기(313), 오차 계산기(314) 및 회전 신호 모델부(311) 각각이 시분할 처리 가능하게 구현된 결과, 기저대역 신호를 시분할하여 위성 별로 독립된 회전 신호 모델을 생성할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the satellite navigation receiver 200 may be implemented by including a time division roll rotation speed estimator 601 having a time division structure that can be processed within one module for all satellites. That is, in the time division roll rotation speed estimator 601, each of the low-pass filter 306, the memory controller 307, the envelope calculator 313, the error calculator 314, and the rotation signal model unit 311 of FIG. As a result of the processable implementation, it is possible to generate an independent rotational signal model for each satellite by time-divisioning the baseband signal.

도 6에서, 기존 롤 회전속도 추정기(205)와 달리, 시분할 저대역 통과 필터(602), 시분할 메모리 제어기(603), 확장된 메모리(입력)(604), 시분할 회전 신호 모델부(606) 등이 여러 위성에 대해 처리가 가능하도록 시분할 처리로 구현될 수 있다.In FIG. 6, unlike the conventional roll rotation speed estimator 205, a time division low-pass filter 602, a time division memory controller 603, an extended memory (input) 604, a time division rotation signal model unit 606, etc. It can be implemented as time division processing to enable processing for several satellites.

보다 구체적으로, 위성별 기저대역 위성신호 처리부(103)의 데이터는 시분할 저대역 통과 필터(602)를 거쳐 시분할 메모리 제어기(603)로 전달되고, 각 위성별 데이터는 확장된 메모리(입력)(608)에 저장될 수 있다. 이때, 시분할 메모리 제어기(603)는 고속 푸리에 변환기(309, 310), 고속 푸리에 역변환기(312), 포락 계산기(604) 및 오차 계산기(605)를 포함하는 주파수영역 연산 및 오차 계산 단계를 각 위성별로 시간을 구분하여 동작시킬 수 있다. 각 위성별로 구분되어 동작한 결과는 시분할 회전 신호 모델부(606)에 전달될 수 있고 시분할 회전 신호 모델부(606)는 입력된 오차를 이용하여 각 위성별로 구분된 회전 신호 모델을 생성할 수 있다.More specifically, the data of the baseband satellite signal processing unit 103 for each satellite is transmitted to the time division memory controller 603 through the time division low-pass filter 602, and the data for each satellite is an extended memory (input) 608 ) can be stored in At this time, the time-division memory controller 603 performs the frequency domain operation and error calculation step including the fast Fourier transformers 309 and 310, the fast Fourier inverse transformer 312, the envelope calculator 604 and the error calculator 605 for each satellite. It can be operated separately for each time period. The result of operation for each satellite may be transmitted to the time division rotation signal model unit 606, and the time division rotation signal model unit 606 may generate a rotation signal model divided for each satellite using the input error. .

도 7은 다른 위성항법시스템을 포함하여 신호처리 가능한 구조를 설명하는 도면이다.7 is a view for explaining a structure capable of signal processing including another satellite navigation system.

도 7을 참조하면, 위성항법수신기(200)는 사용 가능한 위성의 숫자를 늘릴 수 있도록 여러 위성항법시스템을 신호 처리할 수 있는 확장된 기저대역 위성신호 처리부(701)를 포함하여 구현될 수 있다.Referring to FIG. 7 , the satellite navigation receiver 200 may be implemented by including an extended baseband satellite signal processing unit 701 capable of processing multiple satellite navigation systems to increase the number of usable satellites.

기존의 기저대역 위성신호 처리부(203)와 달리, 확장된 반송파 복제신호 생성기(702)와 확장된 레인징 코드 복제신호 생성기(703)는 여러 종류의 위성항법시스템에 맞도록 각각 복제신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 확장된 반송파 복제신호 생성기(702)와 확장된 레인징 코드 복제신호 생성기(703) 각각은 GPS, GLONASS, GALILEO 및 BDS를 포함하는 위성항법 시스템에 따라 반송파 복제신호 및 레인징 코드 복제신호를 독립적으로 생성하도록 구현될 수 있다.Unlike the conventional baseband satellite signal processing unit 203, the extended carrier duplicate signal generator 702 and the extended ranging code duplicate signal generator 703 each generate duplicate signals to suit various types of satellite navigation systems. can For example, each of the extended carrier duplicate signal generator 702 and the extended ranging code duplicate signal generator 703 duplicates the carrier duplicate signal and the ranging code according to a satellite navigation system including GPS, GLONASS, GALILEO and BDS. It can be implemented to independently generate the signal.

결과적으로, 사용할 수 있는 위성항법시스템이 많아지면 그 만큼 계산에 사용 가능한 위성의 숫자가 늘어나게 되어 산출되는 자세 정보의 정확도를 높일 수 있다.As a result, if the number of satellite navigation systems that can be used increases, the number of satellites that can be used for calculation increases accordingly, thereby increasing the accuracy of the calculated attitude information.

도 8은 본 발명에 따른 항체의 롤 회전각 계산 방법을 설명하는 도면이다.8 is a view for explaining a method of calculating the roll rotation angle of the antibody according to the present invention.

도 8을 참조하면, 위성항법수신기(200)는 안테나(201)를 통해 외부의 위성 신호를 수신할 수 있다(단계 S810). 위성항법수신기(200)는 RF 신호 처리부(202)를 통해 위성 신호를 기저대역 신호로 변환할 수 있다(단계 S830). 위성항법수신기(200)는 기저대역 위성신호 처리부(203)를 통해 기저대역 신호로부터 반송파 신호와 레인징 코드 신호를 제거하여 위성 데이터를 추출할 수 있다(단계 S850).Referring to FIG. 8 , the satellite navigation receiver 200 may receive an external satellite signal through the antenna 201 (step S810). The satellite navigation receiver 200 may convert the satellite signal into a baseband signal through the RF signal processing unit 202 (step S830). The satellite navigation receiver 200 may extract satellite data by removing the carrier signal and the ranging code signal from the baseband signal through the baseband satellite signal processing unit 203 (step S850).

위성항법수신기(200)는 롤 회전속도 추정기(205)를 통해 위성 데이터의 제1 회전 신호와 모델링된 제2 회전 신호 간의 주파수영역 상대 상관연산을 수행할 수 있으며(단계 S870), 이를 통해 항체의 롤 회전속도와 롤 자세각을 산출할 수 있다(단계 S890).The satellite navigation receiver 200 may perform a frequency domain relative correlation operation between the first rotation signal of the satellite data and the modeled second rotation signal through the roll rotation speed estimator 205 (step S870), through which the antibody The roll rotation speed and the roll attitude angle may be calculated (step S890).

보다 구체적으로, 위성항법수신기(200)로 입력되는 신호는 다음의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.More specifically, the signal input to the satellite navigation receiver 200 may be expressed as in Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기에서, A(t)는 위성 신호 세기, D(t)는 위성 데이터, c(t-τ)은 레인징 코드(위상 정보 포함), fc 및 θ는 반송파 주파수와 위상에 해당한다.Here, A(t) is satellite signal strength, D(t) is satellite data, c(t-τ) is a ranging code (including phase information), and f c and θ are carrier frequency and phase.

또한, A(t)는 다음의 수학식 1-1과 같이 표현될 수 있다.Also, A(t) may be expressed as in Equation 1-1 below.

[수학식 1-1] [Equation 1-1]

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00004
Figure pat00004

위성항법수신기(200)는 기저대역 위성신호 처리부(203)를 통해 위성 신호에서 위성 신호의 레인징 코드와 반송파 주파수 성분을 제거하고 위성 데이터를 추출하기 위해 복제신호(replica signal)를 생성할 수 있다. 이때, 기저대역 위성신호 처리부(203)에서 생성하는 복제신호는 다음의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.The satellite navigation receiver 200 removes the ranging code and carrier frequency component of the satellite signal from the satellite signal through the baseband satellite signal processing unit 203 and generates a replica signal to extract satellite data. . In this case, the duplicate signal generated by the baseband satellite signal processing unit 203 may be expressed as in Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00005
Figure pat00005

여기에서, △τ는 코드 위상 오차, △f는 반송파 주파수 오차, △θ는 반송파 위상 오차에 해당한다.Here, Δτ corresponds to the code phase error, Δf corresponds to the carrier frequency error, and Δθ corresponds to the carrier phase error.

또한, 기저대역 위성신호 처리부(203)는 입력된 위성 신호와 내부 생성한 복제신호를 이용하여 다음의 수학식 3과 같이 표현되는 연산 과정은 수행할 수 있다.In addition, the baseband satellite signal processing unit 203 may perform the calculation process expressed by Equation 3 below using the input satellite signal and the internally generated duplicate signal.

[수학식 3][Equation 3]

Figure pat00006
Figure pat00006

Figure pat00007
Figure pat00007

Figure pat00008
Figure pat00008

레인징 코드 곱셈 성분은 다음의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다. 이때, 코드 위상 오차(△τ)가 시간에 따라 일정할 경우 상수로 처리될 수 있다.The ranging code multiplication component may be expressed as Equation 4 below. In this case, when the code phase error Δτ is constant over time, it may be treated as a constant.

[수학식 4][Equation 4]

(레인징 코드 곱셈 성분)(Ranging code multiplication component)

Figure pat00009
Figure pat00009

또한, 반송파 곱셈 성분은 다음의 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.In addition, the carrier multiplication component may be expressed as in Equation 5 below.

[수학식 5][Equation 5]

(반송파 곱셈 성분)(carrier multiplication component)

Figure pat00010
Figure pat00010

Figure pat00011
Figure pat00011

Figure pat00012
Figure pat00012

다음으로, 반송파 곱셈 후에 롤 회전속도 추정기(205)의 입력단에 있는 저대역 통과 필터(306)를 통과시킨 결과는 다음의 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.Next, the result of passing the low-pass filter 306 at the input of the roll rotation speed estimator 205 after carrier multiplication can be expressed as in Equation 6 below.

[수학식 6][Equation 6]

(반송파 곱셈 성분, LPF 필터 통과)(carrier multiplication component, passing through LPF filter)

Figure pat00013
Figure pat00013

Figure pat00014
Figure pat00014

또한, 저대역 통과 필터(306)와 연결되어 있는 주파수영역 상대 상관연산의 결과에 대해 크기 변환을 위해 실수부와 허수부로 나누어 제곱근 처리하면 남아있는 반송파 주파수 오차 성분(△f)과 반송파 위상 오차 성분(△θ)이 서로 상쇄되어 제거될 수 있으며, 다음의 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.In addition, if the result of the frequency domain relative correlation operation connected to the low-pass filter 306 is divided into a real part and an imaginary part for magnitude conversion, and the square root is processed, the remaining carrier frequency error component (Δf) and the carrier phase error component (Δθ) may be removed by canceling each other, and may be expressed as in Equation 7 below.

[수학식 7][Equation 7]

(반송파 곱셈 성분, 상대 상관연산 결과 제곱근 처리)(Carrier multiplication component, square root processing of relative correlation operation result)

Figure pat00015
Figure pat00015

상기의 수학식 3에 대해 상기의 수학식 4 내지 7을 적용하면 롤 회전속도 추정기(205)의 주파수영역 상대 상관연산 단계로 입력되는 신호는 다음의 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.When Equations 4 to 7 are applied to Equation 3, the signal input to the frequency domain relative correlation operation step of the roll rotation speed estimator 205 can be expressed as Equation 8 below.

[수학식 8][Equation 8]

Figure pat00016
Figure pat00016

여기에서, 코드 위상 오차(△τ)가 시간에 따라 일정하다고 가정하여 레인징 코드 곱셈 성분(C(△τ))을 상수로 하고 위성신호 데이터(D(t))는 신호제어 및 항법 수행부(204)에서 입력해준다고 가정하면 롤 회전속도 추정기(205)의 주파수영역 상대 상관연산 단계의 입력 신호에는 위성 신호 세기 성분(A(t))만 남게 될 수 있다.Here, assuming that the code phase error (Δτ) is constant with time, the ranging code multiplication component (C(Δτ)) is a constant, and the satellite signal data (D(t)) is a signal control and navigation unit Assuming that it is input in 204, only the satellite signal strength component A(t) may remain in the input signal of the frequency domain relative correlation operation step of the roll rotation speed estimator 205 .

또한, 항체가 회전할 때 위성 신호 세기가 일정한 주기(T)에 따라 변화한다고 가정하면 푸리에 급수를 사용하여 다음의 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.In addition, assuming that the satellite signal strength changes according to a constant period (T) when the antibody rotates, it can be expressed as Equation 9 below using a Fourier series.

[수학식 9][Equation 9]

Figure pat00017
Figure pat00017

Figure pat00018
Figure pat00018

Figure pat00019
Figure pat00019

상기의 수학식 9의 신호 성분 중 크기가 가장 큰 성분을 추출하기 위해 푸리에 변환을 사용하면 다음의 수학식 10과 같이 표현될 수 있다. 해당 성분의 주파수는 거친 롤 회전 속도로 사용될 수 있으며, 회전 신호 모델부(311)에 전달될 수 있다. 해당 값은 또한 회전 신호 모델링의 초기값으로 사용될 수 있다. 이때, 주파수의 해상도는 롤 회전속도 추정기 입력 신호의 샘플링 주파수와 푸리에 변환 탭 수에 관한 다음의 수학식 11와 같이 표현될 수 있다. 주파수 해상도를 높이기 위해 메모리 제어기(307)에서 롤 회전 속도 추정기 입력 신호의 샘플링 주파수를 조정할 수 있다. 예를 들어, 롤 회전속도 추정기 입력 신호의 샘플링 주파수가 1kHz이고 푸리에 변환 탭 수가 2048라고 한다면 거친 롤 회전 속도의 해상도는 0.49Hz에 해당할 수 있다.If a Fourier transform is used to extract a component having the largest magnitude among the signal components of Equation 9, it can be expressed as Equation 10 below. The frequency of the component may be used as a coarse roll rotation speed, and may be transmitted to the rotation signal model unit 311 . This value can also be used as an initial value for modeling the rotation signal. In this case, the resolution of the frequency may be expressed by the following Equation 11 regarding the sampling frequency of the input signal of the roll rotation speed estimator and the number of Fourier transform taps. In order to increase the frequency resolution, the memory controller 307 may adjust the sampling frequency of the roll rotation speed estimator input signal. For example, if the sampling frequency of the input signal of the roll rotation speed estimator is 1 kHz and the number of Fourier transform taps is 2048, the resolution of the coarse roll rotation speed may correspond to 0.49 Hz.

[수학식 10][Equation 10]

Figure pat00020
Figure pat00020

[수학식 11][Equation 11]

(주파수 해상도)=

Figure pat00021
(frequency resolution)=
Figure pat00021

거친 롤 회전 속도가 반영된 회전 신호 모델부(311)의 출력 신호는 다음의 수학식 12와 같이 표현될 수 있다.The output signal of the rotation signal model unit 311 reflecting the rough roll rotation speed may be expressed as Equation 12 below.

[수학식 12][Equation 12]

Figure pat00022
Figure pat00022

회전 신호 모델부(311)의 출력 신호와 입력된 신호의 상대 상관을 위해 각각의 신호를 푸리에 변환을 하여 곱한 뒤 푸리에 역변환이 수행될 수 있다. 해당 과정을 수식으로 나타내면 다음의 수학식 13 내지 15와 같이 표현될 수 있다.For relative correlation between the output signal of the rotation signal model unit 311 and the input signal, each signal is multiplied by Fourier transform, and then inverse Fourier transform may be performed. If the corresponding process is expressed as an equation, it can be expressed as Equations 13 to 15 below.

[수학식 13][Equation 13]

Figure pat00023
Figure pat00023

[수학식 14][Equation 14]

Figure pat00024
Figure pat00024

Figure pat00025
Figure pat00025

Figure pat00026
Figure pat00026

Figure pat00027
Figure pat00027

Figure pat00028
Figure pat00028

[수학식 15][Equation 15]

Figure pat00029
Figure pat00029

오차 계산기(314)는 푸리에 역변환된 결과를 이용해 오차함수를 계산할 수 있으며, 이는 일반적인 위성항법수신기의 판별기 역할과 동일할 수 있다. 사용 환경에 따라 선택된 위치(p(τ0),P(τ1))의 값을 이용해 그 값의 크기 차를 정규화한 값으로 표현할 수 있으며, 다음의 수학식 16과 같이 표현될 수 있다.The error calculator 314 may calculate an error function using the inverse Fourier transform result, which may be the same as the role of a discriminator of a general satellite navigation receiver. The difference in magnitude of the value may be expressed as a normalized value by using the value of the position (p(τ 0 ),P(τ 1 )) selected according to the use environment, and may be expressed as Equation 16 below.

[수학식 16][Equation 16]

Figure pat00030
Figure pat00030

본 발명에 따른 위성항법수신기(200)는 위성신호 상관값과 회전 모델 신호를 이용하여 주파수영역 상대 상관연산을 통해 항체의 롤 회전속도와 롤 회전각을 계산할 수 있도록 구현될 수 있다.The satellite navigation receiver 200 according to the present invention may be implemented to calculate the roll rotation speed and the roll rotation angle of the antibody through the frequency domain relative correlation calculation using the satellite signal correlation value and the rotation model signal.

즉, 위성항법수신기(200)는 기존 위성항법 신호처리 알고리즘에서 출력되는 상관값(Correlation value)을 이용해 거친 롤 회전 속도(coarse roll rate)를 계산하고 이를 회전 신호 모델링에 적용할 수 있다. 위성항법수신기(200)는 회전 모델 신호와 입력 신호를 기초로 주파수영역 상관 연산을 수행할 수 있고 해당 결과를 이용하여 오차를 계산할 수 있으며 이를 다시 회전 신호 모델링에 반영할 수 있다. 위성항법수신기(200)는 오차 계산기(314)의 출력을 이용하여 롤 회전속도(roll rate)와 롤 회전각(roll angle)을 산출할 수 있다.That is, the satellite navigation receiver 200 may calculate a coarse roll rate using a correlation value output from an existing satellite navigation signal processing algorithm and apply it to rotation signal modeling. The satellite navigation receiver 200 may perform a frequency domain correlation operation based on the rotation model signal and the input signal, and may calculate an error using the result, and may reflect this again in the rotation signal modeling. The satellite navigation receiver 200 may calculate a roll rate and a roll angle using the output of the error calculator 314 .

이에 따라, 본 발명에 따른 위성항법수신기(200)는 외부에 추가적인 보조센서의 장착에 따른 공간 및 전력 소모에 대한 부담을 줄일 수 있고, 사용자의 위치 및 속도에 관한 정확도를 개선할 수 있다.Accordingly, the satellite navigation receiver 200 according to the present invention can reduce the burden of space and power consumption due to the installation of an additional auxiliary sensor outside, and can improve the accuracy of the user's position and speed.

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.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that it can be done.

101: 안테나 회전에 따른 위성 신호의 수신 전력 변화
102: 모델링된 회전 신호 200: 위성항법수신기
201: 위성항법용 안테나 202: 광대역 RF 신호 처리부
203: 기저대역 위성신호 처리부 204: 신호제어 및 항법 수행부
205: 롤 회전속도 추정기
301: 반송파 곱셈기 302: 반송파 복제신호 생성기
303: 레인징 코드 곱셈기 304: 레인징 코드 복제신호 생성기
305: 적분기 306: 저대역 통과 필터
307: 메모리 제어기 308: 메모리(입력)
309: 고속 푸리에 변환기(위성신호용)
310: 고속 푸리에 변환기(회전 신호 모델용)
311: 회전 신호 모델부 312: 고속 푸리에 역변환기
313: 포락 계산기(Envelope) 314: 오차 계산기
401: 오차 계산기의 출력 파형
501: 주파수영역 연산부
601: 시분할 롤 회전속도 추정기 602: 시분할 저대역 통과 필터
603: 시분할 메모리 제어기 608: 확장된 메모리(입력)
604: 시분할 포락 계산기 605: 시분할 오차 계산기
606: 시분할 회전 신호 모델부
701: 확장된 기저대역 위성신호 처리부
702: 확장된 반송파 복제신호 생성기
703: 확장된 레인징 코드 복제신호 생성기
101: change in reception power of satellite signals according to antenna rotation
102: modeled rotation signal 200: satellite navigation receiver
201: satellite navigation antenna 202: broadband RF signal processing unit
203: baseband satellite signal processing unit 204: signal control and navigation performing unit
205: roll rotation speed estimator
301: carrier multiplier 302: carrier replica signal generator
303: ranging code multiplier 304: ranging code replication signal generator
305: integrator 306: low-pass filter
307: memory controller 308: memory (input)
309: Fast Fourier Transformer (for satellite signals)
310: Fast Fourier Transformer (for rotating signal models)
311: rotation signal model unit 312: fast Fourier inverse transformer
313: Envelope 314: Error Calculator
401: Output waveform of error calculator
501: frequency domain operation unit
601: time-division roll rotation speed estimator 602: time-division low-pass filter
603: time division memory controller 608: extended memory (input)
604: time division envelope calculator 605: time division error calculator
606: time division rotation signal model unit
701: extended baseband satellite signal processing unit
702: Extended carrier wave replica signal generator
703: Extended ranging code replication signal generator

Claims (8)

안테나를 통해 수신된 외부의 위성 신호를 기저대역 신호로 변환하는 RF 신호 처리부;
상기 기저대역 신호로부터 반송파 신호와 레인징 코드 신호를 제거하여 위성 데이터를 추출하는 기저대역 위성신호 처리부; 및
상기 위성 데이터의 제1 회전 신호와 모델링된 제2 회전 신호 간의 주파수영역 상대 상관연산을 통해 항체의 롤 회전속도와 롤 자세각을 산출하는 롤 회전속도 추정기;를 포함하는 주파수영역 상대 상관연산을 이용한 항체의 롤 회전각 계산 방법이 적용된 위성항법수신기.
an RF signal processing unit for converting an external satellite signal received through an antenna into a baseband signal;
a baseband satellite signal processing unit for extracting satellite data by removing a carrier signal and a ranging code signal from the baseband signal; and
A roll rotation speed estimator for calculating the roll rotation speed and the roll attitude angle of the antibody through a frequency domain relative correlation operation between the first rotation signal of the satellite data and the modeled second rotation signal; using a frequency domain relative correlation operation including a A satellite navigation receiver to which the roll rotation angle calculation method of the antibody is applied.
제1항에 있어서,
상기 위성 데이터를 기초로 사용자 위치 및 속도를 산출하는 신호제어 및 항법 수행부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수영역 상대 상관연산을 이용한 항체의 롤 회전각 계산 방법이 적용된 위성항법수신기.
The method of claim 1,
A satellite navigation receiver to which a method of calculating a roll rotation angle of an antibody using a frequency domain relative correlation operation, characterized in that it further comprises; a signal control and navigation performing unit for calculating a user's position and speed based on the satellite data.
제2항에 있어서, 상기 기저대역 위성신호 처리부는
상기 기저대역 신호로부터 반송파 복제신호를 생성하는 반송파 복제신호 생성기;
상기 기저대역 신호로부터 레인징 코드 복제신호를 생성하는 레인징 코드 복제신호 생성기;
상기 기저대역 신호와 상기 반송파 복제신호 간의 곱연산을 통해 상기 기저대역 신호로부터 상기 반송파 신호를 제거하여 제1 위성 데이터를 생성하는 반송파 곱셈기;
상기 제1 위성 데이터와 상기 레인징 코드 복제신호 간의 곱연산을 통해 상기 제1 위성 데이터로부터 상기 레인징 코드 신호를 제거하여 제2 위성 데이터를 생성하는 레인징 코드 곱셈기; 및
상기 제2 위성 데이터를 수신하고 상기 신호제어 및 항법 수행부와 연동하는 적분기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수영역 상대 상관연산을 이용한 항체의 롤 회전각 계산 방법이 적용된 위성항법수신기.
3. The method of claim 2, wherein the baseband satellite signal processing unit
a carrier replica signal generator for generating a carrier replica signal from the baseband signal;
a ranging code replica signal generator for generating a ranging code replica signal from the baseband signal;
a carrier multiplier for generating first satellite data by removing the carrier signal from the baseband signal through a multiplication operation between the baseband signal and the carrier replica signal;
a ranging code multiplier for generating second satellite data by removing the ranging code signal from the first satellite data through a multiplication operation between the first satellite data and the ranging code replica signal; and
and an integrator for receiving the second satellite data and interworking with the signal control and navigation unit.
제3항에 있어서, 상기 기저대역 위성신호 처리부는
상기 반송파 복제신호 생성기 및 상기 레인징 코드 복제신호 생성기 각각이 GPS, GLONASS, GALILEO 및 BDS를 포함하는 위성항법 시스템에 따라 상기 반송파 복제신호 및 상기 레인징 코드 복제신호를 독립적으로 생성하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 주파수영역 상대 상관연산을 이용한 항체의 롤 회전각 계산 방법이 적용된 위성항법수신기.
4. The method of claim 3, wherein the baseband satellite signal processing unit
Each of the carrier duplicate signal generator and the ranging code duplicate signal generator is implemented to independently generate the carrier duplicate signal and the ranging code duplicate signal according to a satellite navigation system including GPS, GLONASS, GALILEO and BDS A satellite navigation receiver to which the method of calculating the roll rotation angle of an antibody using the frequency domain relative correlation operation is applied.
제1항에 있어서, 상기 롤 회전속도 추정기는
상기 기저대역 신호에서 저주파 성분을 추출하는 저대역 통과 필터;
추정된 롤 회전속도에 따라 샘플링 주파수를 조절하고 상기 저주파 성분에 대해 샘플링 신호를 추출하여 메모리에 저장하는 메모리 제어기;
상기 메모리에 저장된 샘플링 신호 및 회전 신호 모델부의 모델링 신호 간의 곱연산을 통해 상기 주파수영역 상대 상관연산을 수행하여 결과값을 생성하는 상관연산 처리모듈;
상기 결과값의 크기를 변환하는 포락 계산기;
상기 포락 계산기의 결과에 따라 오차를 계산하는 오차 계산기 및
상기 모델링 신호를 생성하는 회전 신호 모델에 대해 상기 오차에 따라 갱신하는 회전 신호 모델부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수영역 상대 상관연산을 이용한 항체의 롤 회전각 계산 방법이 적용된 위성항법수신기.
The method of claim 1, wherein the roll rotation speed estimator is
a low-pass filter for extracting a low-frequency component from the baseband signal;
a memory controller for adjusting a sampling frequency according to the estimated roll rotation speed, extracting a sampling signal for the low frequency component, and storing the sampling signal in a memory;
a correlation operation processing module for generating a result value by performing the frequency domain relative correlation operation through a multiplication operation between the sampling signal stored in the memory and the modeling signal of the rotation signal model unit;
an envelope calculator for converting the size of the result value;
an error calculator for calculating an error according to the result of the envelope calculator; and
The rotation signal model unit for updating the rotation signal model that generates the modeling signal according to the error is applied.
제5항에 있어서, 상기 롤 회전속도 추정기는
상기 저대역 통과 필터, 상기 메모리 제어기, 상기 포락 계산기, 상기 오차 계산기 및 상기 회전 신호 모델부 각각이 시분할 처리 가능하게 구현되고,
상기 기저대역 신호를 시분할하여 위성 별로 독립된 회전 신호 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 주파수영역 상대 상관연산을 이용한 항체의 롤 회전각 계산 방법이 적용된 위성항법수신기.
The method of claim 5, wherein the roll rotation speed estimator is
Each of the low-pass filter, the memory controller, the envelope calculator, the error calculator, and the rotation signal model unit is implemented to enable time division processing,
A satellite navigation receiver to which a method of calculating an antibody roll rotation angle using a frequency domain relative correlation operation is applied, characterized in that the baseband signal is time-divided to generate an independent rotation signal model for each satellite.
제1항에 있어서,
상기 기저대역 위성신호 처리부 및 상기 롤 회전속도 추정기 간의 쌍이 복수개로 형성된 결과 외부의 위성마다 독립적으로 할당되어 동작하는 것을 특징으로 하는 주파수영역 상대 상관연산을 이용한 항체의 롤 회전각 계산 방법이 적용된 위성항법수신기.
The method of claim 1,
As a result of the formation of a plurality of pairs between the baseband satellite signal processing unit and the roll rotation speed estimator, a method for calculating the roll rotation angle of an antibody using a frequency domain relative correlation operation is applied, characterized in that each external satellite is independently allocated and operated. receiving set.
안테나를 통해 외부의 위성 신호를 수신하는 단계;
상기 위성 신호를 기저대역 신호로 변환하는 단계;
상기 기저대역 신호로부터 반송파 신호와 레인징 코드 신호를 제거하여 위성 데이터를 추출하는 단계; 및
상기 위성 데이터의 제1 회전 신호와 모델링된 제2 회전 신호 간의 주파수영역 상대 상관연산을 통해 항체의 롤 회전속도와 롤 자세각을 산출하는 단계;를 포함하는 위성항법수신기에서 주파수영역 상대 상관연산을 이용한 항체의 롤 회전각 계산 방법.
Receiving an external satellite signal through an antenna;
converting the satellite signal into a baseband signal;
extracting satellite data by removing a carrier signal and a ranging code signal from the baseband signal; and
Calculating the roll rotation speed and the roll attitude angle of the antibody through a frequency domain relative correlation operation between the first rotation signal of the satellite data and the modeled second rotation signal; Method of calculating the roll rotation angle of the antibody used.
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Title
본 발명의 일 실시예는 보조 센서 등의 추가 장착 없이 위성신호만으로 정확한 롤 회전각을 구할 수 있고 정확한 사용자의 위치, 속도 및 자세 정보를 제공함에 있어 소형화 및 저전력화를 가능하도록 하는 위성항법수신기에서 주파수영역 연산을 통해 항체의 롤 회전각을 구하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 회전하는 항체에서 주파수영역 상대 상관연산을 이용한 항체의 롤 회전각 계산 방법 및 이를 적용한 위성항법수신기를 제공하고자 한다.

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