KR20110067908A - 위성 항법 신호 생성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위성 항법 시스템에서 소프트웨어를 기반으로 하여 위성 항법을 위한 신호를 발생하기 위한 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 위성 항법 신호 생성 장치는, 위성의 위치 및 속도 정보와 수신기의 위치 및 속도 정보를 기반으로 미리 결정된 의사 거리 생성 주기에서 상기 위성과 상기 수신기 간의 실제 거리를 계산하고, 이온층/대류층/시계 오차에 의해 계산된 거리 지연 값을 상기 계산된 실제 거리에 가산하여 의사 거리를 생성하는 의사 거리 생성부; 미리 설정된 비트 및 코드 각각에 대응하는 시간 값을 기반으로 상기 생성된 의사 거리에 상응하는 시간을 비트 및 코드 정보로 변환하는 신호 변환부; 상기 위성의 위치 및 속도 정보와 상기 수신기의 위치 및 속도 정보를 이용하여 두 지점의 움직임으로 발생하는 도플러 및 상기 두 지점간의 신호의 세기를 계산하는 도플러/파워 계산부; 중간 주파수 신호의 중심 주파수에 상응하는 반송파에 상기계산된 도플러 성분을 가산하여 최종 반송파를 출력하는 반송파 생성부; 및 상기 신호 변환부에 의해 변환된 신호에 상기 최종 반송파를 곱한 후 양자화하여 중간 주파수 신호를 생성하는 중간 주파수 항법 데이터 생성부를 포함한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 의사 거리 계산 주기를 결정하여 해당 주기마다 의사 거리를 계산함으로써 신호의 정밀도 및 신호 생성에 소요되는 시간을 줄일 수 있는 이점이 있다.

위성, 항법, 의사 거리, 위성 위치, 수신기 위치

Description

위성 항법 신호 생성 장치{Apparatus for generating satellite navigation signal}

본 발명은 위성 항법 시스템에서의 신호 생성 시뮬레이터에 관한 것으로, 특히 위성 항법 시스템에서 소프트웨어를 기반으로 하여 위성 항법을 위한 신호를 발생하는 위성 항법 신호 생성 장치에 관한 것이다.

일반적으로 위성 항법 신호의 생성을 위한 시뮬레이터의 개발은 하드웨어적인 요소인 무선 주파수(Radio Frequence; RF) 신호 처리부가 필요 없이 디지털 중간 주파수(Intermediate Frequence; IF) 신호를 생성함으로써 소프트웨어 항법 수신기의 효과적인 검증을 위하여 구현되었다.

이와 같이 하드웨어를 기반으로 하여 구현한 것이 아니라 소프트웨어를 기반으로 하여 구현을 추구함으로써, 유연성 및 비용에 있어서의 절감을 가져올 수 있다. 그러나 소프트웨어를 기반으로 하는 시뮬레이터에 의해 신호를 생성하는 경우에는 하드웨어를 기반으로 하는 신호 생성기에 의해 신호를 생성하는 경우에 비하 여 많은 시간이 소요된다.

따라서 유연성 및 비용에 있어서의 절감뿐만 아니라 신호를 생성하는 시간을 줄일 수 있는 소프트웨어를 기반으로 하여 신호를 생성하기 위한 시뮬레이터의 구현이 요구된다.

따라서 본 발명의 목적은, 위성 항법 신호를 생성하기 위한 위성과 수신기간의 의사 거리 계산 주기를 결정하여 위성 항법 신호의 특성을 반영할 수 있도록 의사 거리 생성 주기 단위로 생성된 의사 거리를 기반으로 신호를 생성하는 장치를 제공하는 데에 있다.

그 외의 본 발명에서 제공하고자 하는 목적은, 하기의 설명 및 본 발명의 실시 예들에 의하여 파악될 수 있다.

이를 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 위성 항법 신호 생성 장치는, 위성의 위치 및 속도 정보와 수신기의 위치 및 속도 정보를 기반으로 미리 결정된 의사 거리 생성 주기에서 상기 위성과 상기 수신기 간의 실제 거리를 계산하고, 이온층/대류층/시계 오차에 의해 계산된 거리 지연 값을 상기 계산된 실제 거리에 가산하여 의사 거리를 생성하는 의사 거리 생성부; 미리 설정된 비트 및 코드 각각에 대응하는 시간 값을 기반으로 상기 생성된 의사 거리에 상응하는 시간을 비트 및 코드 정보로 변환하는 신호 변환부; 상기 위성의 위치 및 속도 정보와 상기 수신기의 위치 및 속도 정보를 이용하여 두 지점의 움직임으로 발생하는 도플러 및 상기 두 지점간의 신호의 세기를 계산하는 도플러/파워 계산부; 중간 주파수 신호의 중심 주파수에 상응하는 반송파에 상기계산된 도플러 성분을 가산하여 최종 반송파를 출력하는 반송파 생성부; 및 상기 신호 변환부에 의해 변환된 신호에 상기 최종 반송파를 곱한 후 양자화하여 중간 주파수 신호를 생성하는 중간 주파수 항법 데이터 생성부를 포함한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 의사 거리 계산 주기를 결정하여 해당 주기마다 의사 거리를 계산함으로써 신호의 정밀도 및 신호 생성에 소요되는 시간을 줄일 수 있는 이점이 있다.

한편 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 그리고 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자 및 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

본 발명에서는 위성 항법 신호 생성 시뮬레이터를 구성하는 IF 신호 생성부에서 위성의 위치와 수신기의 위치를 이용하여 의사 거리를 생성 후 신호 변환하는 시간을 최소화하기 위하여 최적의 의사 거리 생성 주기를 결정하도록 하고, 결정된 의사 거리 생성 주기에 의하여 항법 신호를 생성하는 방안을 제공한다.

또한, 본 발명에서는 위성 항법 신호의 생성을 위한 시뮬레이터를 구현함에 있어, 결정된 의사 거리 생성 주기에 의해 실제 신호와 유사한 신호를 생성하는 방안을 제공한다.

한편, 위성의 궤도 정보를 이용한 위성의 위치 정보 및 수신기의 위치 정보를 이용하여 의사 거리를 계산함에 있어, 종래 샘플 단위로 계산하는 방법과 임의의 의사 거리 생성 주기를 이용하여 신호를 생성하는 방법이 있다.

그러나, 이러한 방법들은 실제 위성 신호와 가장 유사한 신호를 생성할 수 있으나 계산량이 많아 신호 생성 시간이 많이 소요되는 단점이 있다. 또한 임의의 생성 주기를 설정하여 신호를 생성하는 방법은 생성 주기에 따라 시간은 적게 소요될 수 있으나 실제 신호의 특성을 제때 반영하기 어렵다는 단점이 있다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 신호 생성 초기에 샘플단위로 의사 거리를 생성하도록 하고, 생성된 의사 거리를 신호 변환하였을 때 이전 신호와 다른 특성을 갖는 시점(의사 거리 생성 주기)을 획득한 후 의사 거리 생성 주기를 기반으로 의사 거리를 계산하여 신호를 생성하고자 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 항법 신호의 생성을 위한 시뮬레이터의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 항법 신호의 생성을 위한 시뮬레이터는 궤도 생성부(100), 오차 생성부(200), 항법 데이터 생성부(300) 및 신호 생성부(400)를 포함한다.

궤도 생성부(100)는 위성의 궤도 요소를 기반으로 하여 위성의 궤도를 생성하고, 상기 생성된 궤도상에서 위성의 위치 정보를 생성한다.

오차 생성부(200)는 환경 오차 요인인 이온층 및 대류층 오차와 위성의 시계 오차를 생성하고, 상기 생성된 이온층 및 대류층 오차와 위성의 시계 오차를 기반으로 하는 오차 정보를 항법 데이터 생성부(300)와 신호 생성부(400)로 출력한다.

항법 데이터 생성부(300)는 상기 궤도 생성부(100)로부터 수신된 위성 궤도 파라미터와 상기 오차 생성부(200)로부터 제공되는 오차 파라미터를 기반으로 하여 항법 데이터를 생성한다.

신호 생성부(400)는 상기 궤도 생성부(100)에 의해 생성된 위성의 위치 정보와 상기 오차 생성부(200)에 의해 생성된 지연 오차 및 상기 항법 데이터 생성부(300)에 의해 생성된 항법 데이터를 기반으로 하여 중간 주파수 형태의 신호를 생성한다.

상기와 같은 신호 생성부(400)의 구체적인 동작을 이하에서 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 생성부의 구체적인 구성을 보여주는 블록도이다.

도 2를 참조하면, 신호 생성부(400)는, 의사 거리를 생성하기 위하여 궤도 생성부(100)로부터 위성의 위치 및 속도 정보를 수신하고, 오차 생성부(200)로부터 이온층, 대류층, 시계오차와 관련된 지연 값을 수신하며, 항법 데이터 생성부(300)로부터 항법 데이터를 수신한다.

의사 거리 생성부(420)는 위성과 수신기간의 실제 거리를 계산하고 오차 성분을 포함한 의사 거리를 생성한다. 이때 상기 의사 거리 생성부(420)는 위성과 수신기간의 거리를 계산하기 위하여 위성의 위치와 수신기의 위치를 알 수 있어야 한다. 따라서, 의사 거리 생성부(420)는 상기 궤도 생성부(100)로부터 수신한 위성의 위치 및 속도 정보를 이용하여 위성의 위치를 생성한다. 그리고 상기 의사 거리 생성부(420)는 수신기의 위치 및 속도 정보를 이용하여 수신기의 위치를 생성한다. 그 후 상기 의사 거리 생성부(420)는 앞에서 생성한 두 위치 간의 실제 거리를 계산한다.

또한, 의사 거리 생성부(420)는 상기 오차 생성부(200)로부터 수신된 거리의 오차 성분인 이온층/대류층/시계오차를 이용하여 오차에 해당하는 거리 지연 값을 계산한다. 그리고, 의사 거리 생성부(420)는 상기 계산된 실제 거리와 상기 계산된 거리 지연 값을 더하여 의사 거리를 최종적으로 생성한다. 이때 상기 의사 거리 생성부(420)는 상기 최종적인 의사 거리를 의사 거리 생성 주기 결정부(410)에 의해 결정된 의사 거리 생성 주기에 따라 생성한다.

신호 변환부(430)는, 상기 의사 거리 생성부(420)에 의해 생성된 의사 거리 정보를 코드 생성부(450)에 의해 생성된 코드 및 상기 항법 데이터 생성부(300)로부터 수신된 항법 데이터를 기반으로 하여 실제 신호로 변환한다. 즉 상기 생성된 의사 거리를 비트, 코드정보로 변환하는데, 상기 생성된 의사 거리에 해당하는 시간을 비트 및 코드로 나타내는 시간으로 변환한다. 예를 들어, 1 비트를 20ms로 변환하고, 1코드를 1ms로 변환하며, 1칩을 1/1023 ms로 변환할 수 있다.

도플러/파워(Doppler/Power) 계산부(460)는 상기 궤도 생성부(100)로부터 수신된 위성의 위치 및 속도 정보와 수신기의 위치 및 속도 정보를 입력으로 하여 상기 위성의 위치 및 상기 수신기의 위치에 상응하는 두 지점의 움직임으로 발생하는 도플러를 계산하다. 또한, 상기 위성의 위치 및 상기 수신기의 위치에 상응하는 두 지점 간의 신호의 세기를 계산한다.

반송파(Carrier) 생성부(470)는 IF 신호의 중심 주파수에 해당하는 반송파를 생성한다. 그리고 상기 생성한 반송파에 상기 도플러/파워 계산부(460)에 의해 생성된 도플러 성분을 가산한다.

IF 데이터 생성부(440)는 상기 신호 변환부(430)에 의해 생성된 신호와 상기 반송파 생성부(470)에서 생성된 반송파를 곱한 후 양자화하여 디지털 형태의 중간주파수(IF) 신호를 생성한다. 이렇게 생성된 IF 신호는 실제 환경에서 항법 수신기가 RF신호를 처리하여 베이스 밴드 처리를 위한 입력 신호를 생성한 것과 동일한 신호이다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 항법 신호 생성을 위해 수신기와 위성 간의 거리를 기반으로 하여 의사 거리를 계산하는 것을 보여주는 개념도이다.

도 3을 참조하면, 신호 생성 시뮬레이터는 위성에서 수신기로 신호를 전송함에 따라 발생하는 신호 지연을 이용하여 항법 신호를 생성한다. 이때 의사 거리(511)는 T 시간에서 위성(501)과 수신기(600) 간의 거리를 의미한다. 상기 의사 거리(511)를 신호로 변환하였을 때 비트, 코드 및 칩의 수가 결정된다.

예를 들어, 시간이 T+t일 때의 의사 거리(512)는 위성(502)과 수신기(600)간의 거리로 시간이 T일 때의 의사 거리와 다르다. 하지만 신호 변환 정보는 동일한 비트, 코드 및 칩의 수를 가지게 된다. 이렇게 의사 거리의 변화가 발생하더라도 동일한 신호 변환 정보를 갖는 시간이 T+ t(n-1)이 되며, 이 때의 의사 거리(513)는 위성(503)과 수신기(600)간의 거리가 된다. 그러나 위성(503)이 이동하여 위성(504)의 위치에 있는 경우, 지금까지의 신호 변환 정보와 다른 값을 갖게 된다. 즉, 위성(501)이 위성(504)으로 시간 흐름에 따라 이동하면 위성(501)과 수신기(600)간 의사 거리를 변환한 신호 정보(비트, 코드 및 칩의 수)는 위성(504)과 수신기(600)간 의사 거리(514)를 반영하기 위한 신호 정보로 변경된다. 이 때 신호변환 정보의 최소 값이 칩의 수가 변경되며, 상기 칩의 수가 변경됨에 따라 코드 및 코드의 변화에 따른 비트 수가 변경된다.

따라서, 일정 구간 동안(T ~ T+ t(n-1))은 시간 변화에 따른 의사 거리를 생성할 필요 없이 초기 의사 거리를 이용하여 신호 변환 정보를 생성할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 의사 거리 생성 주기를 결정하고 결정된 주기에 의해 의사 거리 를 생성하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 항법 신호를 생성하기 위한 의사 거리를 생성하는 것을 보여주는 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 단계(601)에서, 의사 거리 생성부(420)는 의사 거리 생성을 위한 주기를 초기화(T)한다.

이 후, 단계(603)에서, 의사 거리 생성부(420)는 위성의 궤도 정보를 이용하여 현재 시각에 해당하는 위성의 위치 정보와 수신기의 위치 정보를 이용하여 위성과 수신기 간의 실제 거리를 계산한다. 그리고 상기 계산된 위성과 수신기 간의 실제 거리에 이온층 및 시계 오차 성분을 추가로 고려하여 의사 거리를 생성한다.

단계(605)에서, 신호 변환부(430)는 의사 거리 생성부(420)에 의해 생성된 의사 거리에 대한 신호 변환을 수행한다. 즉 비트, 코드 및 칩의 수를 이용하여 상기 생성된 의사 거리를 표현한다.

이 후, 단계(607)에서, 신호 변환부(430)는 상기 신호 변환에 의한 결과 중에서 최소 단위인 칩의 수에 대한 변화가 있는지를 판단한다. 만약 칩 수의 변화가 발생하였다면 단계(609)로 진행하고, 그렇지 않다면 현재 시점을 한 샘플 간격에 해당하는 시간만큼 이동한 후, 단계(603)로 진행하여 상기 이동한 시점에서의 의사 거리를 생성한다.

칩 수의 변화가 발생하였다고 판단하여 진행한 단계(609)에서, 신호 변환부(430)는 시작점에 대한 검색이 완료되었는지를 판단한다. 만약, 시작점에 대한 검색이 완료되었다면 해당 시점을 의사 거리 생성 주기 시작점으로 설정하고 시작점에 대한 검색을 완료한다. 즉, 의사 거리 생성 주기의 시작점에 대한 검색이 완료되었다고 판단되면, 단계(615)로 진행하여 의사 거리 생성 주기의 시작점을 저장한다. 그리고 현재 시점을 한 샘플 간격에 해당하는 시간만큼 이동한 후, 단계(603)로 진행하여 상기 이동한 시점에서의 의사 거리를 생성한다.

하지만 계속적으로 신호 변환 정보 중 칩수의 변화에 대한 검색을 통해 칩수의 변화가 감지되면, 단계(611)로 진행하여 해당 시점을 의사 거리 생성 주기의 끝점으로 저장한다.

상기와 같이, 의사 거리 생성 주기의 시작점과 끝점이 결정되면, 단계(613)로 진행하여 상기 시작점과 상기 끝점에 상응하는 두 지점간의 차에 의해 의사 거리 생성 주기를 결정한다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 결정된 의사 거리를 이용하여 신호를 생성하는 것을 보여주는 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 단계(701)에서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 위성 항법 신호 생성 장치는, 의사 거리 생성 주기를 초기화 (T)한다. 즉 의사 신호를 생성하기 위한 의사 거리 생성 주기가 결정이 되면, 의사 거리 생성시간을 0으로 초기화한다.

이후, 단계(703)에서, 의사 거리 생성 주기의 끝점에서 계산된 의사 거리를 이용하여 초기 의사 거리를 생성하고, 단계(705)로 진행하여 샘플 시간 간격마다 신호 변환을 수행한다.

이 후, 단계(707)에서, 의사 거리 생성 주기가 도래하였는지를 판단한다. 즉, 의사 거리 생성 시간이 의사 거리 생성 주기와 동일한지를 판단한다. 만약 의사 거리 생성시간과 의사 거리 생성 주기가 동일하다면, 단계(707)로 진행하여 해당 시점에서의 의사 거리를 생성한다. 그리고 상기 단계(705)로 진행하여 상기 생성된 의사 거리에 대한 신호를 변환을 수행한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 의사 거리에 대한 계산을 신호 변환 정보가 변경될 때에 수행함으로써, 원래 신호의 특성은 그대로 유지하면서 의사 거리 계산 량을 줄일 수 있어 보다 효과적인 신호 생성을 수행할 수 있는 이점이 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 항법 신호의 생성을 위한 시뮬레이터의 블록도,

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 생성부의 구체적인 구성을 보여주는 블록도,

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 항법 신호 생성을 위해 수신기와 위성 간의 거리를 기반으로 하여 의사 거리를 계산하는 것을 보여주는 개념도,

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 항법 신호를 생성하기 위한 의사 거리를 생성하는 것을 보여주는 흐름도,

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 결정된 의사 거리를 이용하여 신호를 생성하는 것을 보여주는 흐름도.

Claims (1)

1. 위성의 위치 및 속도 정보와 수신기의 위치 및 속도 정보를 기반으로 미리 결정된 의사 거리 생성 주기에서 상기 위성과 상기 수신기 간의 실제 거리를 계산하고, 이온층/대류층/시계 오차에 의해 계산된 거리 지연 값을 상기 계산된 실제 거리에 가산하여 의사 거리를 생성하는 의사 거리 생성부;

   미리 설정된 비트 및 코드 각각에 대응하는 시간 값을 기반으로 상기 생성된 의사 거리에 상응하는 시간을 비트 및 코드 정보로 변환하는 신호 변환부;

   상기 위성의 위치 및 속도 정보와 상기 수신기의 위치 및 속도 정보를 이용하여 두 지점의 움직임으로 발생하는 도플러 및 상기 두 지점간의 신호의 세기를 계산하는 도플러/파워 계산부;

   중간 주파수 신호의 중심 주파수에 상응하는 반송파에 상기계산된 도플러 성분을 가산하여 최종 반송파를 출력하는 반송파 생성부; 및

   상기 신호 변환부에 의해 변환된 신호에 상기 최종 반송파를 곱한 후 양자화하여 중간 주파수 신호를 생성하는 중간 주파수 항법 데이터 생성부

   를 포함하는 위성 항법 신호 생성 장치.

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