KR101219467B1

KR101219467B1 - 지상기준국 기반 우주항공 노드중계 측위 시스템

Info

Publication number: KR101219467B1
Application number: KR1020110144427A
Authority: KR
Inventors: 임재성; 장지녕
Original assignee: 아주대학교산학협력단
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2013-01-11

Abstract

지상기준국과 위성항공중계국을 활용하여, 수신국의 위치를 계산하는 측위 시스템, 측위 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 측위 방법은 수신국의 측위 방법에 있어서, 중심국에 의해 동기화된 3개 이상의 지상기준국에서 할당된 코드신호를 전송하고, 위성항공 중계국을 통해 중계된 신호의 수신시간차(TDOA)를 이용하여, 수신국에서는 위성항공 중계국 위치 및 수신국과의 거리를 자체적으로 계산 가능하여, 위치를 측정할 수 있다.

Description

지상기준국 기반 우주항공 노드중계 측위 시스템 {Ground Positioning System based on Terrestrial Reference Node to Aerospace Relay Node}

본 발명은 측위 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지상기준국과 위성항공통신중계국을 활용하여, 수신국의 위치를 계산하는 측위 시스템, 측위 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부 및 정보통신산업진흥원(NIPA)의 대학 IT 연구센터 육성 지원 사업(ITRC)의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다 [과제관리번호 : 1415115239, 과제명 : 국방 IT 전술통신 기술 연구].

우주 궤도를 돌고 있는 인공위성을 이용하여 지상에 있는 물체의 위치, 고도, 속도에 관한 정보를 얻는 방식을 일반적으로 전지구 위성 항법 시스템(GNSS, Global Navigation Satellite System)이라 한다.

작게는 10 m 이하 해상도의 정밀한 위치 정보까지 파악할 수 있으며, 군사적 용도뿐 아니라 항공기ㆍ선박ㆍ자동차 등 교통수단의 위치 안내나 측지ㆍ긴급구조ㆍ통신 등 민간 분야에서도 폭넓게 응용되고 있다.

GNSS는 하나 또는 그 이상의 인공위성과 신호를 받을 수 있는 수신기, 지상의 감시국 및 시스템 보전성 감시체계로 이루어진다. 인공위성에서 발신된 전파를 수신기에서 받아 위성으로부터의 거리를 구하여 수신기의 위치를 결정하는 방식이다. 사용자의 지리적 위치에 관계없이 수신기를 구비하면 신호를 이용할 수 있는 점, 수신기가 소형인 점, 실시간으로 출력을 얻을 수 있어 이동 중에도 작업할 수 있는 점 등이 장점으로 꼽힌다.

현존하는 GNSS는 미국 국방부가 개발하여 운영하고 있는 지피에스(GPS；Global Positioning System)가 독점하고 있는 실정이다. 이에 대응하여 러시아가 글로나스(GLONASS；GLObal NAvigation Satellite System)를, 유럽연합(EU)은 갈릴레오(Galileo)를, 중국은 베이더우[北斗 Beidou]를 구축하고 있다.

미국 국방부에서 독점하고 있는 GPS는 우주 부분(Space Segment)과 사용자 부분(User Segment) 그리고 관제 부분(Control Segment) 3개 부분으로 이루어져 있다.

GPS의 동작원리는 위성에서 보내주는 항법 메시지를 받아 수신기에서 위치를 계산함으로써 위치를 파악한다. 수신기에서는 자신이 받은 신호가 24개의 위성 중 어떤 위성으로부터 왔는지를 알아야 하는데, 각 위성에서 모두 똑같은 주파수로 각자의 데이터를 실어 보내기 때문에 주파수로는 구분이 불가능하다.

따라서 각 위성마다 독립적인 ID코드를 할당하여 발신위성을 파악한다. 수신기는 위성으로부터 신호가 들어오면 가지고 있는 모든 위성의 ID중 서로 맞는 ID를 찾아 내어 어느 위성으로부터 온 신호인지를 파악하게 되면 항법 데이터를 얻게 되고 위치를 계산하게 된다.

그러나 전리층과 대류권에 의해 GPS에서 송신된 신호의 속도에 영향을 미치게 되어 궂은 날씨에 따라 오차가 발생 하게 되고, 수신신호세기가 약한 중궤도 위성항법시스템은 지상 차량 탑재 교란 장비로 50~100km 범위의 GPS 신호를 교란할 수 있어 군용이나, 재해 상황 시 커다란 장애를 불러 일으킬 수 있다.

이런 이유 때문에 지상통신망 등을 이용하여 GPS의 미약한 신호를 보완하고, GPS의 오차를 보정하고자 하는 노력이 있어 왔는데, 그 중 하나가 한국등록특허 제10-0411758호에 언급된 것과 같은 하이브리드 위성항법 시스템이다. 그러나 지상통신망을 이용하여 GPS의 위치 정보를 보완하는 경우, 도심에서는 정확한 위치 정보가 제한될 수 있다는 약점이 있다.

따라서, 국가 안보를 고려할 때 GPS에 전적으로 의존하는 기존의 기술들이 아니면서, 신호교란과 오차에 강하고 보다 정밀한 위치 정보를 제공할 수 있는 측위시스템의 개발이 필요하다.

한국등록특허 제10-0411758호

최근 군의 무기체계는 첨단화를 추진하고 있으며, 이러한 정밀 무기체계의 측위 시스템은 기본적으로 GPS에 기반하고 있다. 그러나 수신신호세기가 약한 중궤도 위성항법시스템은 지상 차량 탑재 교란 장비로 50~100km 범위의 GPS 신호를 교란할 수 있음이 알려져 있으며, 최근 한국의 수도권 서북부 지역에서도 GPS 교란상황은 이와 같은 GPS 신호 교란의 취약성을 보여주고 있다. 즉 GPS에 전적으로 의존한 시스템의 개발은 지양되어야 할 것이며, 중궤도 위성에서 발생되는 GPS 특성상 저 신호의 측위신호에 대한 신호교란은 근본적인 해결이 어렵다.

특히 오늘날에는 IT 기술의 발전으로 작은 크기로 보다 큰 출력을 내는 RF Sources와 안테나에 대한 기술의 진보를 이루고 있으며, 전자기적 교란 장비는 저비용으로 개발 및 운용 할 수 있으며, 주요 위협세력 및 반 사회적인 테러집단에 의한 GPS 신호 교란은 인류에 큰 재앙이 될 수도 있다.

즉 국가치안체계, 재난경보체계, 산업 인프라 네트워킹을 위한 능력을 지원하는 측위/상황정보 수집 통제를 위한 국방/안보/재난의 복합능력을 지원할 수 있는 시스템 개발이 필요하며, 이러한 국가 안보적 측면에서 상기 제시한 능력을 갖춘 측위 시스템의 개발이 필요하다.

따라서, 본 발명은 종래의 전 세계적 서비스 능력을 갖춘 중궤도 위성을 기반한 측위 시스템에 종속되는 것이 아닌, 지상기준국과 위성항공 중계국을 활용하여 국가치안체계, 재난경보체계, 산업 인프라 네트워킹을 위한 능력을 지원하는 측위/상황정보 수집 통제를 위한 국방/안보/재난의 복합능력을 지원할 수 있는 독자적인 측위 시스템 구조 및 구현 기술을 개발 하는 것이 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해여, 본 발명은 중심국, 지상기준국, 위성항공 중계국, 수신국으로 구성된다.

중심국은 지상기준국들을 동기화하며, 위성중계신호를 모니터링하고, 지상기준국 코드, 전송주파수를 할당한다.

3개 이상의 지상기준국에서는 할당된 코드 및 주파수를 통해 3개 이상의 위성항공 중계국으로 고유신호를 전송하며, 위성항공 중계국에서는 수신된 고유신호를 중첩하여 수신국으로 전송한다. 이 때 위성항공 중계국에서는 수신된 고유신호를 증폭하여, 수신국으로 반송할 수도 있다.

수신국에서는 3개 이상의 위성항공 중계국으로부터 수신된 중첩 고유신호 간의 코드 도달시간차를 통하여 위성항공중계국의 위치를 계산하고, 계산된 3개 이상의 위성항공중계국의 위치 및 수신국 간의 도달거리를 통하여 자신의 위치를 계산한다. 수신국에서 위성항공 중계국들의 위치 및 자신의 위치를 계산하는 과정은 얻어진 거리를 통한 삼각측량법으로 가능하다.

수신국은 수신되는 다운링크 채널에 대한 측정값 또는 주변 환경 정보를 업링크를 통하여 지상기준국으로 전송할 수 있고, 지상기준국에서는 피드백된 채널 측정값 또는 주변 환경 정보를 이용하여 송신신호의 전력 레벨을 조절할 수 있다.

이 때 수신국에서 확보된 송신능력에 따라서 업링크를 통하여 추가적인 정보를 생성할 수도 있는데, 추가적인 정보는 저속메시지 통신 등을 이용하여 전송될 수 있으며, 지상기준국 또는 중심국과 수신국 간의 양방향 통신도 가능하다. 전송되는 정보는 수신국 주변의 기상 정보, 돌발 상황 정보, 재해 정보 등 다양한 정보일 수 있다.

본 발명은 신호가 미약한 GPS 시스템의 특성에 있어서, 악의적인 신호교란에 취약한 종래 GPS 시스템에 비해 악의적 신호교란 대응 능력을 지상기준국을 이용하여 향상시킬 수 있으며, 본 발명을 국방분야 무기체계에 적용함으로써 GPS의 의존 심화도를 낮추고, GPS 신호교란 상황에서도 무기체계의 정확한 측위능력을 제공할 수 있다.

또한 민간분야, 해상 상선/어선의 위치식별, 항만/항공/교통 관제, 시설물 관리 등 다양한 분야의 측위 시스템으로 사용될 수 있고, 위성항공 통신 중계에 따른 저속 메시지를 수신국에 방송할 수 있다. 이는 수신국과 지상기준국, 또는 중심국 간의 양방향 통신을 가능하게 함으로써 재난방송시스템과 같이 운용될 수 있다.

또한 수신국이 송신능력을 갖춘다면, 수신국은 저속메시지 통신을 통해 센서노드로서의 역할을 수행 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지상기준국 기반 위성항공 통신 중계 측위시스템 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신국의 개념적인 구성을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피드백이 가능한 수신국의 개념적인 구성을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지상기준국 기반 위성항공 통신 중계 측위 시스템에서 이루어지는 측위 방법의 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 5는 도 4의 S431 단계를 더욱 상세히 나타낸 동작 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신국에서의 피드백 과정을 나타낸 동작 흐름도이다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

본 발명은 측위 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지상기준국과 위성항공통신중계국을 활용하여, 수신국에서 자신의 위치를 계산하는 측위 시스템과, 그 측위 시스템 내에서의 측위 방법 및 그 장치에 관한 것으로 전 세계범위의 GPS 시스템에 종속되는 시스템이 아닌, 독자적이고 지역적인 시스템으로서도 활용 가능한 국가안보 및 상용, 재난 및 전투 상황시에 융통성 있고, 신속히 적 교란신호 위협에 영향을 적게 받는 측위 시스템 구축을 목표로 발명되었다.

종래의 GNSS기술을 이용한 GPS기술은 신호가 미약하여 산간지방에서 수신율이 저하되는 단점을 가지고 있으며, 악의적인 신호교란에 취약하여 GPS를 이용한 군장비의 치명적인 약점이 될 수 있었다.

본 발명은 종래의 전 세계적 서비스 능력을 갖춘 중궤도 위성을 기반한 측위 시스템에 종속되는 것이 아닌, 지상기준국과 위성항공 중계국을 활용하여 수신국에서 위치를 측정할 수 있는 독자적인 측위 시스템 구조 및 구현 기술을 이용한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지상기준국 기반의 위성항공 통신 중계 측위 시스템 구조를 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 측위 시스템은 적어도 3개 이상의 지상기준국들(111, 112, 113), 적어도 3개 이상의 위성항공 중계국들(121, 122, 123)과 그리고 수신국(130)을 포함한다.

여기서 수신국(130)이라 함은, 휴대폰 등의 통신 단말기/통신 장치, 선박이나 자동차 등에 설치된 측위 장치, 또는 위성 신호 수신 장치 중 하나 이상을 포함하는 개념을 나타낸다.

또한, 지상기준국들(111, 112, 113)은 위치 측정의 기준이 되는 지점으로서, 지상기준국들(111, 112, 113)의 정확한 위치 정보가 수신국에 알려져 있을 것을 전제로 한다.

위성항공 중계국(121)은, 정지궤도 통신위성, 포워딩/통신 기능을 갖춘 인공위성, 또는 포워딩/통신 기능을 갖춘 항공체 중 하나 이상을 포함하는 개념이며, 본 발명의 측위 시스템에서 위성항공 중계국들(121, 122, 123)의 위치는 고정될 수도 있으나, 반드시 고정될 필요는 없다.

지상기준국(111)은 중계국들(121, 122, 123) 각각마다 서로 다른 주파수 대역 f1, f2, f3을 할당할 수 있다. 이 때 중계국들(121, 122, 123) 각각에 대한 주파수 대역의 할당은 중심국(140)에 의하여 이루어지고, 할당 정보가 지상기준국들(111, 112, 123)에 전달될 수 있다.

지상기준국(111)은 중계국(121)에 대하여 주파수 대역 f1에 코드정보 C1을 실어 전송할 수 있고, 중계국(122)에 대하여 주파수 대역 f2에 코드정보 C4를 실어 전송할 수 있고, 중계국(123)에 대하여 주파수 대역 f3에 코드정보 C7을 실어 전송할 수 있다. 이 때 코드정보 C1, C4, C7은 지상기준국(111)에 대한 고유식별정보를 포함하는 코드이며, 실시예에 따라서는 중심국(140)에 의하여 지상기준국들(111, 112, 113) 각각에 대응하는 고유코드가 할당될 수 있다.

지상기준국(112)도 마찬가지로 중계국들(121, 122, 123) 각각마다 서로 다른 주파수 대역 f1, f2, f3을 할당할 수 있다. 이 때 중계국들(121, 122, 123) 각각에 대한 주파수 대역의 할당은 중심국(140)에 의하여 이루어지고, 할당 정보가 지상기준국들(111, 112, 123)에 전달될 수 있다.

지상기준국(112)도 지상기준국(113)과 마찬가지로 중계국(121)에 대하여 주파수 대역 f1에 코드정보 C2을 실어 전송할 수 있고, 중계국(122)에 대하여 주파수 대역 f2에 코드정보 C5를 실어 전송할 수 있고, 중계국(123)에 대하여 주파수 대역 f3에 코드정보 C8을 실어 전송할 수 있다. 이 때 코드정보 C2, C5, C8은 지상기준국(113)에 대한 고유식별정보를 포함하는 코드이며, 실시예에 따라서는 중심국(140)에 의하여 지상기준국들(111, 112, 113) 각각에 대응하는 고유코드가 할당될 수 있다.

지상기준국(113)도 마찬가지로 중계국들(121, 122, 123) 각각마다 서로 다른 주파수 대역 f1, f2, f3을 할당할 수 있다. 이 때 중계국들(121, 122, 123) 각각에 대한 주파수 대역의 할당은 중심국(140)에 의하여 이루어지고, 할당 정보가 지상기준국들(111, 112, 123)에 전달될 수 있다.

지상기준국(113)도 마찬가지로 중계국(121)에 대하여 주파수 대역 f1에 코드정보 C3을 실어 전송할 수 있고, 중계국(122)에 대하여 주파수 대역 f2에 코드정보 C6를 실어 전송할 수 있고, 중계국(123)에 대하여 주파수 대역 f3에 코드정보 C9을 실어 전송할 수 있다. 이 때 코드정보 C3, C6, C9은 지상기준국(112)에 대한 고유식별정보를 포함하는 코드이며, 실시예에 따라서는 중심국(140)에 의하여 지상기준국들(111, 112, 113) 각각에 대응하는 고유코드가 할당될 수 있다.

이 때 지상기준국들(111, 112, 113)에서 전송하는 코드신호는 모두 동기화되어 동일한 시간에 전송된다.

중계국(121)은 지상기준국(111)으로부터는 f1 대역의 코드신호 C1을, 지상기준국(112)으로부터는 f1 대역의 코드신호 C2를, 지상기준국(113)으로부터는 f1 대역의 코드신호 C3을 수신하여, 이들을 증폭하고, 중첩하여 수신국(130)으로 전송한다.

코드신호 C1, C2, C3 간의 수신시간차(TDOA, Time Difference of Arrival)는 지상기준국들(111, 112, 113)과 중계국(121) 간의 거리 차이에 대응하는 값이다. 코드신호 C1, C2, C3 간의 수신시간차는 중계국(121)에 도달한 시점에 결정되고, 중계국(121)이 코드신호 C1, C2, C3를 중첩하여 수신국(130)으로 전송하기 때문에 수신국(130)에서도 코드신호 C1, C2, C3 간의 수신시간차가 그대로 반영된 중첩 코드신호를 수신할 수 있으며, 수신시간차를 측정할 수 있다. 이 때 C1, C2, C3가 지상기준국들(111, 112, 113)에서 동기화되어 전송되므로, 수신국(130)에서는 C1, C2, C3 간의 수신시간차에 기초하여 중계국(121)의 위치를 삼각측량법에 의하여 계산할 수 있다.

그 외 중계국들(122, 123) 또한 지상기준국(111)로부터 f1 대역의 코드신호 C4, C7를, 지상기준국(112) 으로 부터는 f1 대역의 코드신호 C5, C8를, 지상기준국(113)으로부터는 f1 대역의 코드신호 C6, C9을 수신하여, 이들을 증폭하고, 중첩하여 수신국(130)으로 전송한다.

코드신호 C4, C5, C6 와 C7, C8, C9 간의 수신시간차(TDOA, Time Difference of Arrival)는 지상기준국들(111, 112, 113)과 중계국들(122, 123) 간의 거리 차이에 대응하는 값이다. 코드신호 C4, C5, C6 와 C7, C8, C9 간의 수신시간차는 중계국들(122, 123)에 도달한 시점에 결정되고, 중계국들(122, 123)이 코드신호 C4, C5, C6 와 C7, C8, C9을 중첩하여 수신국(130)으로 전송하기 때문에 수신국(130)에서도 코드신호 C4, C5, C6 와 C7, C8, C9간의 수신시간차가 그대로 반영된 중첩 코드신호를 수신할 수 있으며, 수신시간차를 측정할 수 있다. 이 때 C4, C5, C6 와 C7, C8, C9가 지상기준국들(111, 112, 113)에서 동기화되어 전송되므로, 수신국(130)에서는 C4, C5, C6 와 C7, C8, C9 간의 수신시간차에 기초하여 중계국들(122, 123)의 위치를 삼각측량법에 의하여 계산할 수 있다.

도 1에서는 중계국들(121, 122, 123)마다 서로 다른 주파수 f1, f2, f3이 할당되는 실시예가 도시되었으나, 본 발명은 도 1의 실시예에만 국한되지 않는다. 중계국들(121, 122, 123)에 동일한 주파수 대역이 할당되는 실시예도 가능하다. 중계국들(121, 122, 123)에 동일한 주파수 대역이 할당되는 경우에는 시간분할(time-division), 또는 코드분할(code-division) 등 주파수분할(frequency-division)이 아닌 다른 방법으로 중계국들(121, 122, 123) 각각이 식별될 수도 있다. 수신국(130)에서는 중첩 수신된 고유코드가 어느 중계국을 경유하였는지만 식별할 수 있으면 되므로, 중계국들(121, 122, 123) 각각을 식별하는 방법에는 제한이 없다.

도 2는 본 발명의 수신국(130)의 개념적인 구성을 나타내고 있는데 수신국(130)은 수신부(131), 제 1계산부(132), 및 제 2계산부(133)를 포함한다.

수신부(131)에서는 지상기준국(111)에서 시작되어 위성항공 중계국(121)으로 부터 전달된 고유신호를 수신하는 역할을 하게 된다.

수신국(130)은 지상기준국들(111, 112, 113)에 대한 고유식별코드 및 위치 정보를 미리 저장할 수 있다. 수신부(131)에 수신된 고유신호로부터 지상기준국들(111, 112, 113) 각각의 고유식별정보가 추출되면, 수신국(130)에 미리 저장된 고유식별코드 및 위치 정보를 이용하여 제 1계산부(132)는 중계국들(121, 122, 123)로부터 수신된 고유신호의 중첩된 코드 C1, C2, C3 와 C4, C5, C6 및 C7, C8, C9의 각각의 수신시간차를 통하여 3개 이상의 중계국들(121, 122, 123)의 위치를 계산한다.

제 2계산부(133)에서는 상기 계산된 중계국들(121, 122, 123)의 위치와. 중계국들(121, 122, 123)과 수신국(130) 간의 거리를 이용한 삼각측량으로 수신국(130)의 위치를 계산한다. 수신국(130)에 수신된 고유신호 C1 내지 C9은 모두 동기화되어 전송되었으므로, 지상기준국(111, 112, 113)에서의 전송 시각이 동일하다. 따라서 수신국(130)에 고유신호 각각이 도달된 시각과, 전송 시각 간의 차이에 의하여 지상기준국들 각각(111, 112, 113)로부터 중계국들(121, 122, 123)을 경유하여 수신국(130)에 도달하는 전송 거리를 계산할 수 있다. 수신국(130)은 이미 중계국들(121, 122, 123)의 위치를 계산하였고, 지상기준국들(111, 112, 113)의 위치를 알고 있으므로, 고유신호의 전체 도달 거리에서 지상기준국들(111, 112, 113)과 중계국들(121, 122, 123) 간의 거리를 제외하면 중계국들(121, 122, 123)과 수신국(130) 간의 거리를 얻을 수 있다.

제 1계산부(132)에서는 3개 이상의 수신된 고유신호의 수신시간차를 이용하여 지상기준국과 위성항공 중계국과의 위치 및 거리를 계산하며, 제 2계산부(133)에서는 상기 계산된 3개 이상의 위성항공 중계국의 위치 및 수신국 간의 거리를 통하여 자신의 위치를 계산한다.

도 3은 피드백이 가능한 수신국(130)의 개념적인 구성을 나타낸다.

도 3의 수신부(131), 제 1계산부(132), 및 제 2계산부(133)의 동작은 도 2에서 설명한 것과 유사하므로 생략한다.

도 3을 참조하면, 수신국(130)은 지상기준국들(111, 112, 113)로부터 고유신호가 수신되는 다운링크 채널에 대한 측정값을 송신부(135)의 업링크를 통하여 피드백한다. 또한 수신국(130)의 주변 환경에 따라 메시지 생성부(134)에서 저속메세지를 생성하고 업링크를 통하여 지상기준국들(111, 112, 113)로 전송할 수 있다. 이 때 수신국(130)에서 생성되고 전송되는 메시지에는 다운링크 채널에 대한 측정값이 포함될 수 있고, 또는 수신국(130) 주변의 기상 환경, 돌발 상황, 자연 재해 정보 등도 포함될 수 있다.

수신국(130)은 채널 측정값을 피드백할 수도 있고, 경우에 따라서는 채널 특성이 불량하여 측위 과정이 실패했음을 메시지로 생성하여 피드백할 수도 있다.

한편 수신국(130)은 지상기준국들(111, 112, 113) 또는 중심국(140)으로 주변 환경 정보 또는 채널 특성 정보를 전송할 수 있을 뿐만 아니라, 다른 수신국(도시되지 않음)과도 주변 환경 정보 또는 채널 특성 정보를 송수신할 수 있다. 이 때 수신국(130)은 중계국들(121, 122, 123)과의 통신 채널을 이용하여 주변 수신국들과 통신할 수 있다. 수신국(130)은 지상기준국들(111, 112, 113) 또는 중심국(140)의 제어 하에서 다른 수신국과 통신할 수도 있고, 지상기준국들(111, 112, 113) 또는 중심국(140)의 제어를 받지 않는 환경에서 다른 수신국과 통신할 수도 있다. 수신국(130)이 지상기준국들(111, 112, 113) 또는 중심국(140)의 제어를 받지 않는 환경에서 다른 수신국과 통신하기 위해서 메쉬(mesh) 시스템 등을 구성할 수도 있다.

이 때 수신국(130)은 지상기준국들(111, 112, 113), 중심국(140) 또는 다른 수신국과 통신하기 위하여 단문 메시지 등의 형태로 정보를 전송하고 수신할 수도 있다.

도 4는 지상기준국 기반 위성항공 통신 중계 측위 시스템에서 이루어지는 측위 방법의 일 실시예의 동작 흐름도를 나타낸다. 지상기준국들(111, 112, 113)은 중계국들(121, 122, 123)에게 각각의 주파수를 할당하고 고유코드를 부여하여 전송한다(S410).

중계국들(121, 122, 123)은 수신된 고유코드를 중첩하여 수신국(130)으로 전달한다(S420). 수신국(130)의 제 1계산부(132)에서 고유신호의 수신시간차를 이용하여 중계국들(121, 122, 123) 각각의 위치를 계산하여 중계국들(121, 122, 123)의 위치를 알 수 있다(S430).

수신국(130)의 제 2계산부(133)에서는 위와 같이 얻어진 중계국들(121, 122, 123)의 위치와, 수신국(130)으로 수신된 고유신호의 도달시간을 이용하여 수신국(130)의 위치 또한 계산할 수 있다(S440).

도 5는 도 4의 단계(S430)를 더욱 상세히 설명하는 일 예를 도시한 것이다.

도 5를 참조하면, 수신국(130)은 수신된 고유식별코드로부터 각 지상기준국들(111, 112, 113)을 식별한다. 수신국(130)은 미리 알고 있는 지상기준국들(111, 112, 113) 각각의 고유식별코드 및 위치정보의 대응관계로부터, 상기 식별된 지상기준국들(111, 112, 113)의 위치를 얻는다(S431).

수신국(130)의 제 1계산부(132)에서는 고유신호의 수신 시간차와, 상기 얻어진 지상기준국들(111, 112, 113)의 위치를 이용하여 중계국들(121, 122, 123) 각각의 위치를 계산한다(S432).

이 때 지상기준국들(111, 112, 113)은 각각의 위치정보를 중심국(140)으로부터 미리 전달받아 저장할 수 있다. 지상기준국들(111, 112, 113) 각각은 자신의 위치를 다운링크 채널을 경유하여 수신국(130)으로 미리 전달할 수 있다.

도 6은 수신국(130)에서의 피드백과, 그에 따른 지상기준국들(111, 112, 113) 각각의 응답 등 전반적인 피드백 과정을 나타낸 동작 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 지상기준국들(111, 112, 113) 각각이 고유신호를 전송한다(S610). 이 때 고유신호는 중계국들(121, 122, 123) 각각마다 할당된 주파수 대역을 이용하여 전송될 수 있다.

중계국들(121, 122, 123) 각각은 수신된 고유신호들을 중첩하여 반송하고, 반송 과정에 의하여 수신국(130)으로 중첩된 고유신호가 전달된다(S620).

한편 수신국(130)은 중첩된 고유신호가 전달되는 다운링크 채널에 대한 특성값을 측정하고 계산한다(S630). 이 때 특성값을 측정하는 과정은 중첩된 고유신호를 이용하여 실행될 수도 있고, 측위를 위한 고유신호 이외에 채널 특성을 측정하기 위한 별도의 파일럿 신호를 이용하여 실행될 수도 있다.

수신국(130)은 업링크를 경유하여 채널 측정값을 피드백할 수 있다(S640). 이 때 수신국(130)은 채널 특성이 불량하여 측위 과정이 실패한 경우, 실패했음을 알리는 별도의 메시지를 추가로 피드백할 수도 있다.

지상기준국들(111, 112, 113) 각각은 피드백된 정보에 기초하여 송신 전력 레벨을 조정할 수 있다(S650). 만일 측위 과정이 실패한 사실을 피드백받은 경우, 지상기준국들(111, 112, 113) 각각은 송신 전력 레벨을 높여 불량한 채널 특성을 극복하고자 시도할 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 지상기준국 기반의 위성항공 중계노드를 이용한 측위 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 지상기준국 기반의 위성항공 중계노드를 이용한 측위 시스템
111, 112, 113: 지상기준국
121, 122, 123: 위성항공 중계국
130: 수신국
140: 중심국

Claims

복수의 지상기준국들로부터 전송되어 복수의 위성항공 중계국들에 의하여 전달되는 기준신호를 수신하는 단계;
상기 수신된 기준신호의 수신시간차를 이용하여 상기 복수의 위성항공 중계국들 각각의 위치를 계산하는 단계; 및
상기 계산된 상기 복수의 위성항공 중계국들 각각의 위치와 상기 수신된 기준신호의 도달시간을 이용하여 수신국의 위치를 계산하는 단계
를 포함하는 지상기준국 기반의 측위 방법.
제1항에 있어서,
상기 수신시간차는 상기 복수의 지상기준국들 각각과 상기 복수의 위성항공 중계국들 각각 간의 거리의 차이에 대응하는 지상기준국 기반의 측위 방법.
제1항에 있어서,
상기 기준신호는 상기 복수의 지상기준국들 각각의 고유식별정보를 포함하는 지상기준국 기반의 측위 방법.
제3항에 있어서,
상기 복수의 지상기준국들 각각의 고유식별정보 및 위치정보를 미리 저장하는 단계
를 더 포함하고,
상기 복수의 위성항공 중계국들 각각의 위치를 계산하는 단계는
상기 기준신호로부터 상기 복수의 지상기준국들 각각의 고유식별정보를 추출하여 상기 복수의 지상기준국들 각각의 위치정보를 획득하는 단계; 및
상기 획득된 복수의 지상기준국들 각각의 위치정보 및 상기 수신된 기준신호의 수신시간차를 이용하여 상기 복수의 위성항공 중계국들 각각의 위치를 계산하는 단계
를 포함하는 지상기준국 기반의 측위 방법.
제1항에 있어서,
상기 복수의 위성항공 중계국들 각각으로부터 전달되는 기준신호는 상기 복수의 지상기준국들로부터 전송되는 고유식별정보가 중첩되어 전송되는 지상기준국 기반의 측위 방법.
제1항에 있어서,
상기 기준신호는 상기 복수의 기준국들로부터 동기화되어 상기 복수의 위성항공 중계국들로 전송되는 지상기준국 기반의 측위 방법.
제1항에 있어서,
상기 수신국이 주변 환경 정보를 업링크를 통하여 전송하는 단계
를 더 포함하는 지상기준국 기반의 측위 방법.
제1항에 있어서,
상기 수신국이 상기 기준신호가 수신되는 다운링크 채널에 대한 측정값을 업링크를 통하여 피드백하는 단계
를 더 포함하는 지상기준국 기반의 측위 방법.
제1항에 있어서,
상기 수신국이 상기 위성항공 중계국들과의 통신 채널을 이용하여 제2 수신국과 통신하는 단계
를 더 포함하는 지상기준국 기반의 측위 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
각각의 고유신호를 동기화하여 전송하고, 위치가 알려진 복수의 지상기준국들;
상기 복수의 지상기준국들 각각으로부터 전송된 고유신호를 중첩하여 전달하는 복수의 위성항공 중계국들; 및
상기 복수의 위성항공 중계국들로부터 중첩하여 전달된 고유신호의 수신시간차를 이용하여 상기 복수의 위성항공 중계국들 각각의 위치를 식별하는 수신국
을 포함하고,
상기 수신국은 상기 식별된 상기 복수의 위성항공 중계국들 각각의 위치를 이용하여 상기 수신국의 위치를 계산하는 지상기준국 기반의 측위 시스템.
제11항에 있어서,
상기 복수의 지상기준국들 각각은 상기 복수의 위성항공 중계국들 각각에 대하여 서로 다른 주파수 대역을 할당하고, 상기 동기화된 고유신호를 상기 할당된 주파수 대역을 이용하여 전송하는 지상기준국 기반의 측위 시스템.
제11항에 있어서,
상기 수신국은 상기 고유신호가 전달되는 채널의 상태 정보를 피드백하고,
상기 복수의 기준국들 각각은 상기 피드백된 상기 채널의 상태 정보에 응답하여 전송 신호의 전력 레벨을 조정하는 지상기준국 기반의 측위 시스템.
복수의 지상기준국들으로부터 전송되어 복수의 위성항공 중계국들에 의하여 전달되는 기준신호를 수신하는 수신부;
상기 수신된 기준신호의 수신시간차를 이용하여 상기 복수의 위성항공 중계국들 각각의 위치를 계산하는 제1계산부; 및
상기 계산된 상기 복수의 위성항공 중계국들 각각의 위치와 상기 수신된 기준신호의 도달시간을 이용하여 수신국의 위치를 계산하는 제2계산부
를 포함하는 지상기준국 기반의 측위 장치.
제14항에 있어서,
상기 수신시간차는 상기 복수의 지상기준국들 각각과 상기 복수의 위성항공 중계국들 각각 간의 거리의 차이에 대응하는 지상기준국 기반의 측위 장치.
제14항에 있어서,
상기 수신국의 주변 환경 정보를 생성하는 메시지 생성부; 및
상기 생성된 주변 환경 정보를 업링크를 통하여 전송하는 송신부
를 더 포함하는 지상기준국 기반의 측위 장치.