KR960000795B1 - 정밀 차동 포지셔닝 시스템 - Google Patents

정밀 차동 포지셔닝 시스템 Download PDF

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KR960000795B1
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알.해치 로날드
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마그나복스 일렉트로닉스 시스템즈 컴패니
킹 케이. 컬프
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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
정밀 차동 포지셔닝 시스템
[도면의 간단한 설명]
제1도는 2개의 수신기를 가지는 차동 포지셔닝 시스템의 개략도(비율이 일정치 않음)로서, 하나는 알려진 좌표를 갖는 기준위치에 배치되고 다른 하나는 알려지지않는 좌표를 갖는 원격이동위치에 배치되며, 상기 2개 수신기는 원격 위치의 좌표를 결정하기 위해 4개이상의 궤도 위성으로부터 발사되는 신호를 검출한다.
제2도는 제1도의 이동원격수신기의 위치좌표를 즉시 정확하게 결정할 경우 본 발명의 장치에 의해 수행되는 동작단계를 나타내는 간략한 흐름도이다.
제3도는 연속적인 코드측정치가 그들의 정확도를 개선하기 위해 어떻게 처리되는가를 나타내는 개략도.
[발명의 상세한 설명]
발명의 배경
본 발명은 일반적으로 다수의 궤도위성으로부터 발사된 신호를 이용하는 포지셔닝 시스템에 과한것으로, 특히 알려전 좌표상에 있는 기준 수신기에 대한 원격수신기의 위치좌표를 결정하는 위성을 기초로한 차동포지셔닝 시스템을 관한것이다.
글로발 포지셔닝 시스템(GPS)과 같은 위성을 기초로한 포지셔닝 시스템은 이제와서 수신기의 좌표를 정확 및 정밀하게 결정하는 매우 일반적인 수단이 되었다. 이 시스템은 다수의 실제적인 응용을 가지고 있으며, 측정이 이루어지는 지속시간에 따라 센티미터 이하의 정밀도를 수신기의 위치를 결정할 수 있다.
GPS에 있어서 정확한 극궤도상에서 지구를 선회하는 다수의 위성은 그들의 정확한 궤도위치를 나타내는 신호를 계속해서 발사한다. 각각의 위성은 L1및 L2로 표시되는 2개의 변조된 반송파신호를 발사한다.
여러가지 위성으로부터의 신호는 모두 동일한 2개의 주파수로 발사되지만 각각 독특한 의사랜덤 디지탈코드에 의해 변조된다. 각 위성신호는 정밀한 내부클럭에 기초된 것이다. 수신기는 중첩변조된 L1및 L1의 반송파신호를 검출하고, 수신기 자체의 내부클럭과 관련하여 각 검출된 신호의 코드 및 반송파워상중 어느하나 또는 그 모두를 측정한다. 이 검출된 코드 및 반송파 위상은 수신기의 위치좌표를 결정하는데 사용될 수 있다.
절대적인 포지셔닝 시스템, 즉 가까이에 기준수신기를 두지않고 수신기의 위치좌표를 결정하는 시스템에 있어서, 그 위치결정은 전리층에 의해 에러가 발생되기 쉽다. 이 전리층은 변조된 코드의 검출을 지연시키는, 변조된 신호상에 집단적지연이 일어나게 만든다. 이것은 반송위성이 실제보다 좀더 떨어진 위치에 존재하는 것처럼 만든다. 이 에러는 비록 그것이 통상적으로 10미터정도가 될지라도 수백미터이상으로 될수도 있다.
대조에 의하면, 같은 전리층은 반송파신호에 위상전진을 일으키는데 이것은 크기에 있어서 검출된 코드위상에서의 지연과 같게된다. 이 전리층으로 인한 거리 측정 에러는 측정된 L1및 L2반송파위상의 적절한 조합에 따라 L1및 L2의 코드를 조정함으로써 교정될 수 있다. 이러한 기술은 1982년 1월발행 “Magnavox Technical Paper MX-TM-3353-82”에서 Ronald R. Hatch의 논문, “The Synergism of GPS Code and Carrier Measurements”에 발표되어 있다.
위와같은 전리층에러 교정기술이 절대포지셔닝 시스템에서 전리층에 의해 발생되는 레인지에러를 제거하는데는 일반적으로 만족스럽지만, 완전히 만족스러운것이라고는 판명되지 못했다. 그 이유는 교정과정에 의해 실질적으로 잡음레벨이 증가하기 때문이며, 또한 일반적으로 상기 과정은 매우 정확한 측정이 얻어지기 이전에 처리되어야할 다수의 독립된 측정을 요구하기 때문이다.
때때로, 공지된 좌표를 갖는 기준위치에 배치되는 기준수신기는 원격 수신기가 신호를 수신하는 것과 동시에 위성신호를 수신할 수 있다. 만약 기준 및 원격수신기가 서로 충분히 근접하여, 예를들면 약 50 내지 100킬로미터내에 있다면, 그들이 대체로 동등하게 수신하는 여러가지 위성신호에 대해 전리층이 영향을 미친다는 것을 가정할 수 있다. 이러한 경우에, 2개의 수신기에 의해 동시에 수신되는 신호는 전리층에 의한 에러발생을 실질적으로 제거하기 위해, 따라서 기준수신기의 좌표에 대한 원격수신기의 좌표를 정확히 결정하기 위해 적당히 조합될 수 있다.
기준수신기 및 원격수신기에 의해 동시에 수신된 신호를 적당히 조합하기 위해 그리고 이것으로 전리층의 에러발생영향을 제거하기 위해서는 원격 수신기좌표의 초기치를 제공하는 것이 필요하다. 원격수신기의 초기상관위치를 얻기위한 가장 쉬운 방법은 원격수신기를 미리조사된 표시점에 위치시키는 것인데, 블행하게도 그러한 표시점은 향상 이용될수 없는 것이다. 기준수신기의 좌표에 관련한 원격수신기의 초기좌표를 결정화기 위한 또다른 방법은 2개 수신기가 계속해서 L1반송파를 검출하는 동안 2개의 수신기용 안테나를 교환하는 것이다. 이것은 2개 안테나간의 벡터거리의 2배인 2개 안테나간의 외견상 이동으로 나타나는데, 이 외견상 이동은 반분될수 있고 2개 수신기간의 초기 오프셋으로서 이용될 수 있다.
위에서 언급한 2개의 초기상관위치 설정기술은 검출되는 L1반송파 신호의 수가 록(lock) 손실 또는 신호통로의 차단 때문에 4이하로 떨어진다고 가정했을때 반복되어야만 한다는 결점이 있다. 이것은 일반적으로 많은 시간을 요구하므로 바람직하지 못하다.
차동 포지셔닝 시스템에 있어서, 원격수신기 및 기준수신기의 초기 상관위치를 결정하기위한 이전에 제안된 또다른 방법은 원격수신기의 좌표가 약 10센티미터의 정확도내로 다시 설정될 수 있을 때까지 원격수신기를 고정 위치에 유지하는 것이다. 이것은 L1반송파위상 및 코드측정을 처리하는 통상의 고정위치 포지셔닝기술을 사용할수 있게 해준다. 그러나 불행하게도 이 기술을 필요한 정확도를 얻어내기 위해서 적어도 10분을 요구하고 있다.
따라서 원격수신기의 특정한 이동에 어떠한 조건을 부과함이 없이 그리고 과도한량의 시간을 요구함이 없이 고정된 기술수신기에 대한 원격 수신기의 초기좌표를 결정하기 위한 장치 및 방법이 필요하게 되었다.
본 발명의 목적은 위와같은 필요성을 충족시키는데 있다.
[발명의 요약]
본 발명은 초기의 위치가 결정되게 하기위해 원격수신기의 초기이동에 어떤 조건을 과하지 않고 그리고 과또한 량의 시간을 필요로하지않으면서 알려진 좌표상에 있는 기준수신기에 대한 원격수신기의 좌표를 결정하기 위한 장치 및 그 방법을 제공한다. 상기 방법은 다수의 GPS 위성으로부터 방송된 2개의 변조된 L1및 L2반송파신호 모두를 사용한다. 검출된 반송파신호의 수가 순간적으로 필요한 수 이하로 떨어진다하더라도 본 발명의 방법은 원격수신기의 이동에 어떠한 특정한 조건을 과함이 없이 그리고 과도한 시간지연을 필요로함이 없이 원격수신기의 좌표를 정확하게 재결정할 수 있다.
상기 방법에 있어서, 초기단계는 각각의 연속적인 시점에서 기준수신기와 원격수신기로부터 4개이상의 각 GPS 위성까지의 거리를 측정하는 것이다. 상기 측정의 초기단계는 각 시점에서 각 위성/수신기쌍에 대한 코드측정이 이루어지도록 L1및 L2코드를 검출하는 단계와, 각 시점에서 각위성/수신기쌍에 대한 반송파 위상측정이 이루어지도록 L1및 L2반송파 위상을 검출하는 또다른 단계를 포함한다. 이 연속적인 코드측정은 그후 같은 시점에서 대응하는 반송파위상측정에 따라 그리고 모든 앞선시점에 대한 코드 및 반송파 위상측정에 따라 처리된다. 이것은 각 시점에서, 각 위성/수신기쌍에 대한 반송파 조정된 코드측정이 이루어지게 한다.
그 다음, 기준수신기에 대한 상기 처리된, 반송파조정된 코드측정은 각각의 처리된 코드측정에 대한 에러값을 만들어내기 위해 기준수신기의 알려진 좌표와 4개이상의 위성의 공지된 궤도에 기초한 이론적인 레인지값과 비교된다. 그 다음 위성클럭에러는 상기 에러값에 기초하여 결정된다. 원격수신기에 대한 연속적으로 처리된 코드측정은 그후 위성클럭에러의 영향이 제거되도록 조정되어 각 위성에 대한 일련의 교정된 레인지측정이 이루어지게 한다. 최종적으로, 원격지점의 개산된 좌표가 교정된 레인지 측정에서의 에러를 최소화시킨 특정한 좌표로 되도록 결정된다.
본 발명의 다른 양상에 있어서, 측정의 초기단계에서 만들어진 코드 측정은 개별적으로 검출된 L1및 L2코드의 가중된 평균치를 계산함으로써 나타난다. 이것은 개별적인 L1및 L2코드 측정의 노이즈 레벨보다 낮은 노이즈레벨을 발생한다. 더우기, 이들 코드 레인지측정은 L1및 L2의 반송파위상측정의 위상차에 따라 조정될 수 있다. 이 위상차는 L1또는 L2반송파신호의 파장보다 훨씬더긴 파장을 반사하고 이것은 각 링크에서의 전체사이클수를 더욱 빨리 결정할 수 있게해주고 따라서 원격수신기의 좌표를 더욱 빨리 그리고 더욱 정확하게 결정할 수 있게 해준다.
본 발명의 또다른 양상에 있어서, 처리단계는 이전의 시점에 대해 대응하는 처리된 코드측정에 기초하여 그리고 동일한 시점과 이전에 시점에 대해 대응하는 반송파 위상측정사이의 차이에 기초한 각각의 코드특정에 대한 예정값을 계산하는 초기단계를 포함할 수 있다. 현재시점에 대한 처리된 코드 측정은 현재 코드측정의 가중된 평균치와 그들의 대응하는 예정된 코드 측정값을 계산함에 의해 산출된다.
좌표를 결정하는 최종단계는 개산된 원격수신기의 좌표와 공지된 위상 궤도에 기초하여 조정단계에서 산출된 고정된 레인지측정값과 이론적인 레인지값을 차별하는 초기단계를 포함할 수 있다. 이것은 각 시점에 대한 일단의 에러값을 산출한다. 그 다음 원격수신기의 좌표의 개산값이 조정되어 각 시점에 대한 일단의 에러값이 최소화 된다. 본 발명은 각 좌표의 개산치가 이전의 시점에 대한 조정된 개산치를 기초로 하면서 실시간에 반복적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 원격수신기의 좌표에 개산치가 원격 수신기에 대한 L1-L2반송파위상측정치와 조정단계에서 산출된 대응하는 교정된 레인지측정치를 구별시킴에 의해 보다 정확하게 얻어질 수 있다. 이것은 각 시점에 대해 일군의 에러값을 산출한다. 그 다음 이와같은 일군의 에러값을 최소화하는 특정한 위치좌표는 각 시점에대해 결정되어질수 있다. 이와동일한 처리과정이 먼저 개별적인 L1또는 L2반송파위상측정치를 사용하고 그 다음 가중된 평균치의 개별적 L1및 L2반송파위상측정치를 사용하여 여전히 위치결정을 촉진시키도록 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 양상과 장점은 예시적으로 본 발명의 원리를 설명하는 첨부된 도면에따른 양호한 실시예에 따른 이하의 설명으로부터 명백하게 될것이다.
양호한 실시예의 설명
첨부한 도면에 도시된 바와같이, 본 발명은 다수의 궤도위성(13)으로부터 발사되는 신호를 이용하여 이동원격수신기(11)의 위치좌표를 정확하게 결정하기 위한 장치로써 구현된다. 상기 장치는 특히 글로발 포지셔닝 시스템(GPS)의 일부로서 이용되는데, 이 시스템에서 각 위성은 독립된 의사랜덤 디지탈코드에 의해 변조된, L1및 L2로 표시되는 2개의 독립된 반송파신호를 발사한다. 기준수신기(15)는 알려진 좌표를 갖는 기준위치에 배치되는데, 이동원격수신기(11)로부터 50-100 킬로미터 떨어진 위치가 될 수 있다. 따라서, 4개의 위성을 사용할 경우 2개 수신기와의 사이에는 8개의 독립된 링크(17)가 존재하게 된다.
4개의 위성(13)에 의해 발사되는 L1및 L2반송파신호는 2개의 동일한 주파수이나 그러한 각각의 반송파신호는 독특한 의사랜덤 디지탈코드에 의해 변조된다. 원격수신기(11)와 기준수신기(15) 각각은 중첩된, 변조반송파신호를 수신하기 위한 안테나(19)와 (21)를 포함한다. 이 수신기들은 수신된 신호를 서로 분리하고, 각 입력된 신호의 코드위상 및 반송파위상을 측정한다. 이 코드위상 및 반송파위상 측정치는 위치결정을 위해 라인(23) 및 (25)를 통해 각각의 수신기(11)및 (15)로부터 데이터처리기(27)에 전달된다.
상기 원격수신기(11) 및 기준수신기(15)는 그들의 코드 및 반송파위상 측정치를 연속적으로 발생한다. 예를들면, 일장의 새로운 측정치가 매 3초당 라인(23) 및 (25)에서 수신한 연속적인 코드 및 반송파 위상측정치를 즉시 처리해서 좀더 정확힌 위치결정이 연속적으로 이루어지게 한다. 바람직하게도, 데이타처리기에 의해 수행되는 알고리즘은 원격수신기(11)의 이동을 구속하지 않는다. 수신기는 상기 연속적인 측정치가 만들어지는 중에는 어떤형태로든 이동될 수 있으나, 데이타 처리기는 계속해서 정확한 위치결정을 연속적으로 제공한다. 약 1센티미터 이내의 정확도는 2 내지 3분정도의 데이타처리후 성취될 수 있다.
원격수신기의 위치좌표의 빠른 결정 및 원격수신기 위치의 초기구속을 위한 어떤 필요성이 제거는 특별한 알로기즘으로 연속적인 코드 및 반송파위상 측정치를 조합함으로서 얻어진다. 특별히, 정확도 및 속도를 개선하기위한 2개의 특별한 단계가 취해진다. 제 1 단계에서는 각 위성/수신기링크(17)을 위한 L1및 L2코드측정치가 노이즈의 감소를 위해 평균화되고, 제 2 단계에서는 각 위성/수신기 링크(17)을 위한 L1및 L2반송파 위상측정치가 각각의 L1또는 L2반송파의 파장보다 긴 효과적인 파장을 제공하도록 차이가 나게하는 것이다. 이것은 각 링크에서 모든 반송파사이클의 수를 확인하는데 요하는 시간을 감소하고 그리고 따라서 표준 L1반송파 위상기술의 조기상용을 허용한다.
본 발명의 바람직한 방법은 제2도를 참조로 좀더 쉽게 이해될것이다.
제2도는 원격수신기의 위치좌표를 정확하게 결정하는데 요하는 연속적인 단계를 간략한 형태로 나타내고 있다.
초기단계(31)에서, 기준수신기(15)와 이동 원격수신기(11)는 4개 이상의 위성(13)으로부터 발사되는 L1및 L2반송파신호의 현재코드 및 단계(31)가 반복될 경우 계속해서 반복될것이다. 매번, 반송파위상 측정치는 연속적인 측정에서의 어떤 위상 잡음의 크기가 감소되도록 통상의 방법으로 얻어낼 수 있다. 예를들면, 상기 측정치는 매 200 밀리초마다 만들어질수 있고, 매 3초마다 한번 갱신되는 평균값으로 밀집될 수 있다.
다음 단계(33)에서, 각 위성/수신기 링크(17)에 대한 L1및 L2코드 측정치는 서로함께 평균되어 각 링크에 대한 단일코드측정치를 산출한다.
이것은 측정치의 유효잡음을 감소하고 약 1.4의 이득을 제공한다. L1및 L2측정치는 바람직하게 조합되어 다음과 같은 주파수 가중 평균치를 만들어낸다:
P(n)=(L1*P1+L2*P2)/(L1+L2)
여기서:(P(n)=n번째 시점에서의 가중된 평균코드측정치
L1=L1반송파신호의 주파수
L2=L2반송파신호의 주파수
P1=n번째 시점에서의 L1코드측정치
P2=n번째 시점에서의 L2코드측정치
다음단계(35)에서, L1및 L2반송파위상측정치의 각 대응하는 쌍은 차이가 나게되어 L1반송파(즉, 19센티미터) 또는 L2반송파(즉, 24센티미터)의 파장보다 좀더긴 파장(즉, 86센티미터)를 가지는 차이 반송파에 대한 위상측정치를 만들어낸다. 이것은 다음식과 같이 표현될 수 있다.
C(n)=C1-C2
여기서 : C(n)=n번째 시점에서의 (L1-L2) 반송파위상측정치
C1=n번째 시점에서의 L1반송파위상측정치
C2=n번째 시점에서의 L2반송파위상측정치
따라서 상기 차이 반송파의 위상측정치는 매우 조잡하지만 각링크에 존재하는 모든 반송파 차이 사이클 수의 매우 빠른 결정을 용이하게 해준다. 이 결정은 궁극적으로 최대의 정확도를 가지면서 원격수신기 좌표의 빠른 결정을 유도한다.
다음 단계(37)에서는 각 위상/수신기링크(17)에 대해 현시점을 위한 소위 처리된 레인지값을 산출한다. 이 처리된 레인지값은 현재 및 이전시점에 대한(단계 35에서 산출.) 반송파위상측정치의 차이에 의해 조정된(단계 37에서 산출.) 이전시점에대한 처리된 레인지값을 기초로하여 예상되는 코드 측정치와(단계 33에서 산출.) 현재의 코드측정치의 가중된 평균을 계산함으로서 산출된다. 앞선시점이 없는 제1의 시점의 경우에, 상기 처리된 레인지값은 제1의 코드 측정치와 동등하게 간단히 만들어질 수 있다. 이 단계는 제3도를 참조하면 좀더 쉽게 이해될 것이다.
제3도는 도면에서 참조번호(41)로 표시된 지점에 위치된 수신기에 대한 단일위성의 궤도를 나타내는 개략적인 다이어그램이다. 코드 및 반송파위상 측정은 3개의 독립된 시점에서 행해지는 것으로 표시된다. 시점1에서, 코드측정치는 위성이 P(1) 지점에 위치되어 있다는 것을 나타낸다. 이 지점은 L1및 L2코드측정치의 노이즈 때문에 궤도라인(39)상의 위성의 실제위치와는 다르다. 시점 2(예를들면, 3초후)에서, 코드측정치는 위성이 P(2)로 표시되는 지점에 위치된다는 것을 표시한다. 부가해서, 제1의 시점으로부터 제2의 시점으로의 반송파 위상측정치의 변화, 즉 C(2)-C(1)은 위성이 도면에 도시된 양만큼 수신기에 가깝게 이동했다는 것을 나타낸다.
단계 37(제2도)에서의 여러측정치를 조합해서 제2의 시점에 대한 처리된 레이지값을 만들어내기 위해, 코드에 대한 예상되는 값, 즉 EP(2)는 제1의 시점으로부터 제2의 시점으로의 반송파위상측정치의 변화, 즉 C(2)-C(1)과 조합된 제1의 시점에서 실질적으로 측정된 코드와 동등하게 되도록 한정된다. 이때, 처리된 코드는 제2의 코드측정치, 즉 P(2)와 제2의 코드레인지 측정치의 예상되는 값, 즉 EP(2)의 산술평균치가 도도록 한정된다. 따라서, 제2의 시점에 대한 이들 방정식은 다음과 같다:
EP(2)=P(1)+(C(2)-C(1))
SP(2)=P(2)+EP(2)/2.
n번째 시점에 대한 상기 2개의 일반식은 다음과 같다 :
EP(n)=SP(n-1)+(C(n)-C(n-1))
SP(n)=EP(n)+P(n)-EP(n)/n.
따라서, 제3도에서 제2의 시점, 즉 SP(2)에서의 처리된 코드 레인지는 예상되는 코드, 즉 EP(2)와 실제측정된 코드, 즉 P(2) 사이의 중간에 위치된다. 유사하게, 제3의 시점에 대한 처리된 코드, 즉 SP(3)는 예상되는 코드, 즉 EP(3)와 실제측정된 코드, 즉 P(3) 사이의 ⅓되는 곳에 위치된다. 시점 n에서, 측정된 코드이 각각, 즉 P(1)-P(n)은 처리된 코드레인지, 즉 SP(n)에 대한 1/n이 되는 곳에 위치된다. 실제로, 연속적인 반송파 위상측정치의 모두는 제1의 시점이후의 레인지 변화를 정확히 반사하기 때문에 연속적인 코드측정치는 모두 제1의 시점에 대한 코드측정치의 정확도를 개선하도록 작용한다. 따라서, 각 연속적인 시점에서는 좀더 정확한 레인지결정을 얻어낼 수 있다는 것이 기대된다.
다시 제2도를 참조하면, 단계 37에서는 각 위성/수신기 링크(17)에 대한 현시점, 즉 SP(n)에 대한 처리된 코드값을 만들어낸다는 것이 이해될 것이다. 이것은 현재 및 모든 앞선 시점에 대해 만들어진 코드 및 반송파 위상측정치를 기초로한, 각 수신기(11) 또는 (15)로부터 각 위성(13)으로의 레인지의 최적의 결과치를 나타낸다.
다음 단계(43)에서, 기준수신기(15)로부터 4 또는 그 이상의 위성(13)까지의 이론적 레인지는 기준수신기의 알려진 좌표와 위성의 알려진 궤도를 사용하여 계산된다. 이 일려진 궤도는 검출된 L1및 L2코드 또는 내셔날지오데틱 서베이(National Geodetic Survey)에서와 같은 독립된 공급원으로부터 얻어질 수 있다.
다음 단계(45)에서, 현재 처리된 레인지값과 이론적 레인지값간의 차이가 기준수신기(15)와 여러위성(13)간의 링크(17)에 대해 결정된다. 이 결정된 차이는 여러위성의 내부클럭에서의 에러를 유발하는 것으로 규정된다. 사실, 이 에러는 변조된 코드를 지연하고 반송파위상을 진전시키는 전리층에 의한 영향과 위성궤도에러에 기인될수 있다. 그러나, 이 에러들은 대체로 동등하게 2개의 수신기(11) 및 (15)에 의해 수신되는 신호에는 영향을 미치지 않을 것이기 때문에, 에러가 전리중, 위성궤도 또는 위성클럭중 어느것에 기인되든지간에 차이를 만들지 못한다.
처리된 레인지값과 단계 45에서 결정된 이론적 레인지값간의 차이는 L1- L2반송파 차이측정치의 정수 및 분수값으로 나타내진다. 임의적으로, 그러나, 유리하게도 상기 차이의 정수부분은 바이어스값이 되도록 결정되고, 상기 분수부분은 위성클럭에러가 되도록 결정된다.
다음 단계(47)에서, 위성(13)과 원격수신기(11)간의 각 링크(17)에 대한 처리된 레인지값은 단계(45)에서 결정된 위성클럭에러를 교정하기 위해 조정된다. 위성클럭에러, 궤도에러 및 전리층 영향이 제거되고, 앞선코드 및 반송파 위상측정치 모두의 이점을 감안할때 얻어진 조정되고 처리된 레인지값은 원격수신기로부터 각위성까지의 레인지의 현재 최적의 결과치를 나타낸다.
다음 단계(49)에서, 원격수신기(11)와 4 또는 그 이상의 위성(13) 사이의 링크(17)에 대한 조정되고 처리된 레인지값은 수신기에 대한 개개의 X, Y 및 Z의 위치좌표와 이 레인지값에서의 에러를 최소화하는 개개의 수신기 클럭에러값을 결정하도록 처리된다. 만약 4개위성으로부터의 측정차가 처리되고 있아면 3위치좌표와 수신기클럭에러는 정확하게 0에러로 해결될 수 있다. 그 반면에 5 또는 그 이상의 위성에 대한 측정치가 처리되고 있다면 방정식은 적어도 제곱평균에러형태로 해결될 수 있다.
특히, 단계(49)는 원격수신기의 좌표와 공지된 위성궤도의 개산을 기초로한 이론적 레인지값과(단계 47로부터의) 조정된, 처리된 레인지값간에 차이를 주는 초기단계를 포함할 수 있다. 이것은 각 시점에 대한 일단의 에러값을 만든다. 이때, 원격수신기의 좌표의 개산치가 조정되어 각 시점에 대한 일단의 에러값을 최소화시킨다. 이 방법은 반복적으로 수행되기 때문에 상기 좌표의 초기개산치는 앞선지점에 대한 조정된 개산치를 기초로 할 수 있다.
최종단계(51)에서, 프로그램은 다음 시점으로 넘어가고 여러 입사 반송파신호에서 코드 및 반송파위상을 측정하는 초기단계(31)로 되돌아간다. 위에서 상술한 과정은 필요한만큼 반복되고, 연속적으로 좀더 정확한위치 결정을 얻어낸다.
대략 2 내지 3분정도 데이타를 처리한후 위치결정이 기대될수 있는데 그 정확도는 L1-L2반송파차이의 ½파장(즉, 43 센티미터)이내가 될수 있다. 그때에, 치이는 원격수신기좌표의 최적의 결과치로부터 각 위성(13)까지의 레인지에 상응하는 L1-L2반송파위상측정치 사이에서 계산될 수 있다. 얻어진 차이의 분수부분은 개산된 좌표를 조정함으로서 최소화될 수 있는 일단의 에러값을 형성한다. 얻어진 차이의 모든 숫자부분은 여러링크(17)에서의 L1- L2반송파차이의 모든 사이클의 수를 나타낼때 무시될 수 있다. 이 단계에서는 10센티미터 또는 그 이하로 정확하게되는 위치좌표를 얻어낼 수 있다.
위에서 언급된 L1-L2반송파위상처리절차후 즉시 이행될 수 있는 그 다음 절차에서, 차이는 개산된 레인지 및 상응하는 각각의 L1또는 L2위상측정치 사이에서 계산된다. 또다시, 얻어진 차이의 분수부분은 윈격 수신기(11)의 개산된 좌표를 조정함으로서 최소화될 수 있는 일단의 에러값을 형성한다. 이 처리절차에서는 약 1센티미터 이내로 정확하게 되는 위치 좌표를 얻어내는데, 이것은 L1또는 L2반송파의 각 사이클의 극히 일부를 나타낸다.
마지막으로, 동일한 처리절차가 각 L1및 L2반송파위상측정치의 가중된 평균치를 구하기 위해 수행된다. 여기서, 어떤 방향에서든 1센티미터 이하의 정확도를 가지는 위치좌표를 얻어낸다.
위에서 상술한 차동 포지셔닝 시스템은 원격수신기(11)가 고정되어 있거나, 또는 계속해서 움직이거나간에 효과적이라는 것이 이해될 것이다. 이것은 최종위치결정이 단순히 각 위성(13)에 대한 수신기위치의 개산치와 조정된, 처리된 레인지 측정치를 사용해서 단계(49)에서 이루어지기 때문이다. 따라서, 수신기의 이동은 위성의 이동과 같은 정도로 즉시 조절된다.
본 발명이 고정된 기준수신기에 관련하여 이동원격수신기의 위치좌표를 빠르고 정확하게 결정하기 위한 현저히 개선된 기술을 제공한다는 것은 전술한 설명으로부터 명백한 것이다. 상기 기술은 4개이상의 궤도를 선회하는 GPS 위성으로부터 발사된 L1및 L2반송파신호의 연속적인 코드측정치와 반송파 위상측정치를 이용한다. 각 위성/수신기 링크에서의 각각의 L1및 L2코드 측정치의 가중된 평균을 기초로한 코드측정치는 L1-L2반송파 차이신호에 대한 상응하는 반송파위상 측정치에 따라 조정되고 시간이 경과하면 또한번 처리된다. 이것은 정확도를 점진적으로 증가시키면서 원격수신기의 위치좌표를 빠르게 결정하게해준다. 약 2 내지 3분정도의 처리후 폭넓은 레인(lane)화 절차가 약 1센티미터이내의 정확도로 위치를 결정하기위해 실행될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예를 참조로 자세히 기술되었지만, 당업자는 여러가지 변경이 본 발명으로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서 본 발명은 청구된 청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims (10)

  1. 4개이상의 GPS 위성으로부터 반송되는 변조된 L1및 L2반송파 신호를 사용하여 알려진 위치좌표상에 있는 기준수신기에 대한 원격수신기의 좌표를 결정하기 위한 방법에 있어서, 각 시점에서 각각의 위성/수신기 쌍에 대한 코드측정치를 산출하기 위해 L1및 L2코드를 검출하고, 그리고 각 시점에서 각각 위성/수신기쌍에 대한 방송파 위상 측정치를 산출하도록 L1및 L2반송파 위상을 검출하는 단계를 포함하고, 일련의 시점 각각에서 기준수신기와 원격수신기로부터 4개이상의 위성까지의 레인지를 측정하는 단계와, 각 시점에서 각각의 위성/수신기쌍에 대한 처리된 코드 측정값을 산출하도록 동일시점에 대해 대응하는 반송파위상 측정치에 따라 그리고 이전의 시점에 대한 코드 측정치 및 반송파 위상 측정치에 따라 각각의 위성/수신기쌍에 대한 일련의 코드 측정치를 처리하는 단계와, 기준 수신기에 대해 각각의 처리된 코드 측정치에 대한 에러값을 산출하도록 기준수신기에 대한 일련의 처리된 코드 측정치와 기준수신기의 알려진 좌표 및 4개이상의 위성의 알려진 궤도에 기초한 이론적인 레인지 값을 비교하는 단계와, 상기 비교단계중에 산출된 에러값에 기초하여 4개이상의 위성 각각의 내부 클럭에 있어서의 에러를 결정하는 단계와, 상기 에러 결정단계에서 결정된 위성의 클럭에러의 영향을 제거하여 각 위성에 대한 일련의 교정된 레인지 측정값을 산출하도록 원격수신기에 대한 일련의 처리된 코드 측정치를 조정하는 단계와, 그리고 일련의 고정된 레인지 측정값내의 에러를 최소화하는 원격 수신기의 특정 좌표를 결정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정밀 차동 포지셔닝 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 측정단계의 일부로 되는 제1의 검출단계는 각 위성/수신기상에 대해 개별적인 L1및 L2코드를 검출하는 단계와, 각각의 코드 측정치가 이에 기초한 개별적 L1및 L2코드보다 적은 잡음을 갖게 하면서 각 시점에서 각 위성/수신기쌍에 대한 코드 측정치를 산출하도록 검출된 개별 L1및 L2코드의 가중된 평균값을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 차동 포지셔닝 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 측정단계의 일부인 제2의 검출단계는 각 시점에서 각 위성/수신기쌍에 대한 L1및 L2반송파 신호를 차별하고, 각 계산된 L1-L2차이신호의 반송파위상을 검출하며, 이 차이가 반송파위상 측정치로되게 하는 단계를 포함하고, 상기 처리단계는 이전의 시점에 대해 대응하는 처리된 코드측정에 기초하여 그리고 동일시점과 이전의 시점에 대해 대응하는 반송파 위상 측정사이의 차이에 기초한 각 코드측정에 대한 에정값을 계산하는 단계와, 그리고 각 시점에서 각 위성/수신기쌍에 대해 처리된 코드측정치가 산출되도록 각 코드 측정치의 가중측정치와 대응하는 예정된 코드측정치를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 차동 포지셔닝 방법.
  4. 제3항에 있어서, 결정의 최종단계는 원격수신기의 위치좌표의 개산치와 공지된 위성궤도에 기초하여 각 시점에서 원격수산기로부터 4개이상의 위성까지의 이론적인 레인지값을 제공하고, 각 시점에 대한 일단의 에러값을 산출하도록 상기 제공단계에서 결정된 이론적인 레인지값과 조정단계에서 산출된 대응하는 교정된 레인지측정치를 차별하고, 대응하는 일단의 에러값을 최소화하도록 각 시점에서 원격수신기의 위치좌표의 개산치를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 차동 포지셔닝 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 방법의 단계가 반복적으로 수행되고, 제공단계에서 사용된 각 시점에서의 원격수신기의 위치 좌표의 개산치가 이전 시점에 대한 조정단계에서 제공된 조정된 개산치에 기초하는 것을 특징으로 하는 정밀 차동 포지셔닝 방법.
  6. 제3항에 있어서, 결정의 최종단계는 각 시점에 대한 일단의 에러값에 산출되도록 측정단계의 수행중에 산출된 원격수신기에 대한 L1-L2반송파 위상측정치와 조정단계에서 산출된 대응하는 교정된 레인지 측정값을 차별하고, 그리고 각 시점에서 일단의 에러값을 최소화하는 원격수신기에 대한 측정 위치좌표를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 차동 포지셔닝 방법.
  7. 제3항에 있어서, 결정의 최종단계는 각 시점에 대한 일단의 에러값이 산출되도록 측정단계에서 산출된 원격수신기에 대한 L1반송파 위상측정치와 조정단계에서 산출된 대응하는 교정된 레인지 측정값을 차별하고, 그리고 각 시점에서 일단의 에러값을 최소화하는 원격수신기에 대한 특정 위치 좌표를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 차동 포지셔닝 방법.
  8. 제3항에 있어서, 결정의 최종단계는 각 시점에서 원격수신기에 대한 측정단계에서 산출된 L1및 L2반송파 위상 측정치의 가중된 평균값을 계산하고, 각 시점에 대한 일단의 에러값이 산출되도록 계산단계에서 계산된 가중 평균치와 조정단계에서 산출된 대응하는 교정된 레인지 측정치를 차별하고, 그리고 각 시점에서 일단의 에러값을 최소호하는 원격수신기에 대한 특정한 위치 좌표를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀차동 포지셔닝 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 방법이 실시간에 반복적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 정밀 차동 포지셔닝 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 비교하는 단계는 각 시점에서 각 위성에 대한 에러값을 산출하도록 알려진 기준위치의 좌표와 4개이상의 위상의 알려진 궤도를 기초하여 기준수신기에 대한 일련의 처리된 코드 측정치와 이론적인 레인지 값을 차별하는 단계를 포함하고, 결정의 제 1 단계가 차별단계에서 위성 클럭 에러를 산출된 대응하는 에러값의 분수부분과 동일하게 되도록 한정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 차동 포지셔닝 방법.
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