KR20130075022A - 위성항법시스템의 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법 - Google Patents

위성항법시스템의 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위성항법시스템의 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법에 관한 것으로, 상기 이동체와 기준국에 설치된 상기 복수의 안테나에 수신된 상기 각 항법위성의 반송파를 통해 반송파 측정값을 산출하는 단계; 상기 이동체의 동적 특성을 반영하여 상기 이동체에 설치된 복수의 안테나를 통해 반송파 측정값을 산출하는 단계; 동적 특성이 반영된 반송파 측정값을 통해 검정통계량을 생성하는 단계; 및 상기 검정통계량의 기준값을 통해 상기 복수의 안테나를 통해 산출된 반송파 측정값에서 고장 성분을 검출하는 단계;를 포함한다.

Description

위성항법시스템의 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법{Method for detecting error GPS carrier phase measurements}
본 발명은 육상교통 환경에 적용 가능한 위성항법시스템의 반송파 측정값의 고장성분 검출방법에 관한 것이다.
위성항법시스템은 위성에서 제공되는 항법 데이터를 사용하여 이동체의 위치와 속도를 계산하고, GPS 위성 신호를 수신하여 계산된 속도와 위치 정보는 이동체의 항법 및 추적에 이용되며, 높은 위치 정확도가 요구되는 항공기 자동 착륙 시스템, 측지, 이동체의 자세 결정에 주로 적용되고 있다.
이와 같은 위성항법시스템은 정확한 위치 측정에 있어 많은 장점을 가지고 있으나, 현재의 위성항법시스템은 시스템의 고장을 자체적으로 알 수 없기 때문에 안전이 최우선시되는 항공교통 분야에서는 항법위성의 고장 발생을 사용자에게 알려주기 위한 고장검출 기능이 부가된 별도의 시스템을 필수적으로 장착되고 있다.
한편, 최근에는 위성항법시스템을 육상 교통 수단에 적용하려는 기술이 개발되고 있으나, 항공교통이나 해양교통에 적용되는 위성항법시스템의 고장검출 기술을 그대로 적용할 수 없는 문제점이 있다.
통상적으로, 종래의 위성항법시스템의 고장검출 방식은 크게 세 가지 방식으로 구현될 수 있는데, 첫 번째 방식은 물리적인 장비를 이용하는 방법이고, 두 번째 방식은 개선된 수신기술을 이용하는 방법이며, 세 번째 방식은 신호 데이터 처리 방법 등이 적용될 수 있다.
이 중에서 가장 간단한 방법으로 위성항법시스템의 측정값에 대한 고장검출을 위한 방법은 물리적인 장비를 활용하는 방법으로 초크링(choke ring)을 사용한 측정값의 다중경로 제거방법이 적용될 수 있으나, 이 방식은 안테나의 크기 문제로 육상교통 수단에 채용하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 수신기 기술의 향상 기법은 Narrow CorrlertorTM 의 수신기 장비를 이용하면 0.1칩 간격을 유지하면서 IF(Intermediate Frequency)에서 보다 넓은 대역폭을 가지게 됨에 따라 다중경로를 완화시킬 수 있으나, 측정값의 향상된 수신을 위한 수신기 구조 자체가 특정 회사의 독자적인 기술이기 때문에 임의의 수신기 구조를 변경할 수 없는 문제점이 있다.
그리고, 측정값의 데이터 처리 방법은 코드의 측정값과 반송파의 측정값을 함께 스무딩(smoothing) 알고리즘을 이용하여 코드의 다중경로를 감쇄시킬 수 있으나, 코드 측정값의 다중경로를 제거하는 데에는 유용하지만 반송파 측정값의 다중경로를 제거하는 것이 어려운 단점이 있다.
이러한 방식들 외에 기저선 제한 조건을 자세결정에 활용하는 방법이 있으나, 이 방법은 항공교통이나 해양교통 수단의 자세 결정에만 적용될 수 있는 단점이 있다.
대한민국 공개특허 제2000-0014357호
따라서, 본 발명은 종래에 주로 항공교통에 적용되고 있는 위성항법시스템의 고장검출 방법에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 육상교통 수단의 동적 특성과 위성항법시스템의 데이터를 수신하는 다중 안테나 사이의 거리를 매개체로 하여 반송파 측정값의 채널별 고장성분 검출방법이 제공됨에 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은, 이동체 상에 복수의 안테나가 장착됨과 아울러 기준국에 적어도 하나의 안테나가 고정 설치되고, 복수의 항법위성으로부터 상기 복수의 안테나에 반송파가 수신되어 측정되는 반송파 측정값의 고장 성분을 검출하는 방법에 있어서, (a) 상기 이동체와 기준국에 설치된 상기 복수의 안테나에 수신된 상기 각 항법위성의 반송파를 통해 반송파 측정값을 산출하는 단계; (b) 상기 이동체의 동적 특성을 반영하여 상기 이동체에 설치된 복수의 안테나를 통해 반송파 측정값을 산출하는 단계; (c) 동적 특성이 반영된 반송파 측정값을 통해 검정통계량을 생성하는 단계; 및 (d) 상기 검정통계량의 기준값을 통해 상기 복수의 안테나를 통해 산출된 반송파 측정값에서 고장 성분을 검출하는 단계;를 포함하는 위성항법시스템의 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법이 제공됨에 의해서 달성된다.
이때, 상기 이동체의 상면에 설치된 복수의 안테나는, 일정한 간격(d)으로 이격되어 설치될 수 있다.
상기 (a) 단계 이후에는, 상기 이동체에 설치된 제1 안테나와 상기 기준국에 설치된 제3 안테나가 상기 각 항법위성들에 대한 이중차분 반송파 측정값을 산출하는 단계; 및 상기 이동체에 설치된 제2 안테나와 상기 기준국에 설치된 제3 안테나가 상기 각 항법위성들에 대한 이중차분 반송파 측정값을 산출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 이중차분 반송파 측정값은, 제1 안테나와 제3 안테나 및 상기 제2 안테나와 제3 안테나가 상기 각 항법위성을 통해 관측되는 공통오차를 제거하여 산출될 수 있다.
또한, 상기 이중차분 반송파 측정값은, 상기 제3 안테나를 기준으로 상기 제1 안테나와 제2 안테나가 각각 상기 제3 안테나와 근접하여 상기 각 항법위성의 동일 관측 영역 내에 위치할 수 있다.
그리고, 상기 각 이중차분 반송파 측정값은, 측정 시간에 따른 측정값 변화량이 산출될 수 있다.
한편, 상기 이동체의 동적 특성은 이동 속력(υ)가 일정하게 유지될 수 있다.
상기 이동체에 설치된 상기 제1 안테나와 제2 안테나의 이격된 간격(d)에 의해 상기 이동체가 이동 시간(t)에 비례한 이동 속력에 대하여
Figure pat00001
의 시간변수를 가질 수 있다.
또한, 상기 이동체의 이동 속력이 일정할 때, 이동 시간을 미세하게 나누어 상기 이동체의 동적 특성이 부여된 다중 안테나 반송파 측정값은 다음의 수학식에 의해 산출될 수 있다.
수학식
Figure pat00002
또한, 상기 (c) 단계에서, 상기 검정통계량은 상기 이동체의 이동에 따른 동적 특성이 부여된 다중 안테나 반송파 측정값에 상수의 특성을 가지는 부동값(C)이 적용될 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계에서, 상기 검정통계량은 상기 각 항법위성과 상기 복수의 안테나의 거리에 대한 조합식(K(t))을 상기 동적 특성이 반영된 반송파 측정값에 적용하여 상수의 특성을 유지하는 부동값(C)이 산출되며, 이때 상기 K(t)는 아래의 수학식으로 정의될 수 있다.
수학식
Figure pat00003

한편, 상기 (d) 단계에서,
상기 검정통계량의 기준값은 0 으로 정의될 수 있으며, 상기 검정통계량 값이 0 이면, 상기 다중 안테나 반송파 측정값이 정상으로 판단될 수 있다.
또한, 상기 검정통계량 값이 0 을 벗어나면, 다중 안테나 반송파 측정값에 고장 성분이 포함된 것으로 판단할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 위성항법시스템의 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법은 동적 특성을 가지는 이동체에 복수의 안테나를 설치하고, 복수의 안테나 사이의 거리와 이동체의 속력을 매개체로 다중 안테나 반송파 측정값을 산출할 수 있으며, 복수의 측정값이 검정통계량 값으로 생성됨에 따라 반송파 측정값에서 용이하게 고장 성분을 검출할 수 있는 이점이 있으며, 복수의 안테나를 이용한 반송파 측정값만을 통해 고장 검출이 가능하기 때문에 위치 결정을 수반하는 종래의 고장 검출 방법에 비해 그 구현이 용이한 장점이 있다.
또한, 반송파 측정값의 고장 성분은 다수의 채널에 동시에 발생되고, 이를 채널별로 검출하여 각 반송파 측정값의 고장 성분을 파악할 수 있기 때문에 동일한 도로에 다수의 차량이 이동하게 되는 육상교통 환경에서 적합하도록 개발될 수 있는 작용효과를 발휘할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법에 적용되는 다중 안테나 배치의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법에서 이동체의 위치 이동을 고려한 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 다중 안테나 반송파 측정값의 고장성분 검출 방법에 대한 일실시예의 구성도.
도 4는 도 3의 일실시예에 따른 복수의 항법 위성에 대한 고장 성분을 검출한 그래프.
본 발명에 따른 위성항법시스템의 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법에 적용되는 다중 안테나 배치의 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 적용되는 다중 안테나 배치 구조는 육상교통에서의 이동체(100)의 상부에 제1 안테나(A)와 제2 안테나(B)의 위성항법 안테나가 복수로 설치될 수 있으며, 기준국(200)에 적어도 하나의 제3 안테나(C)가 고정되게 설치될 수 있다. 또한, 이동체(100)에 설치된 제1 안테나(A)와 제2 안테나(B)는 일정한 간격(d)으로 이격되어 이동체(100) 상에 설치될 수 있다.
여기서, 이동체(100)는 버스나 승용차 및 오토바이 등을 포함하는 육상교통 수단을 포괄적으로 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 안테나(A) 내지 제3 안테나(C)는 각각 제1 위성(GPS i)과 제2 위성(GPS j)에서 송신되는 반송파를 수신하여 반송파 측정값을 산출할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 안테나(A, B, C)의 다중 안테나에서 수신된 위성항법 반송파를 통해 산출된 반송파 측정값을 통해 반송파 측정값에 고장 성분이 포함되어 있는지를 검출할 수 있으며, 반송파 측정값의 고장검출은 검정통계량(Test statistics)을 통해 확인할 수 있음에 따라 검정통계량을 추출하기 위한 반송파 측정식을 정의하고, 이를 정리하면 아래의 수학식과 같다.
먼저, 도 1과 같이 복수의 제1 안테나(A)와 제2 안테나(B)가 이동체(100)에 설치되고, 기준국(200)에 제3 안테나(C)가 고정 설치되어 있을 때의 위성항법 반송파 측정값을 계산하기 위한 측정식은 수학식 1과 같이 기술될 수 있다.
Figure pat00004
여기서,
Figure pat00005
: 위성항법 반송파 측정값,
Figure pat00006
는 제1 위성(GPS i)부터 제1 안테나까지의 거리,
dion : 전리층 지연 오차,
dtrop : 대류권 지연 오차,
λ : 반송파 파장,
Figure pat00007
: 미지정수(Integer Ambiguity),
δi : 위성 시계 오차,
Figure pat00008
:안테나 시계 오차, 및
Figure pat00009
:는 측정 잡음이다.
상기 수학식 1의 반송파 측정식을 통해 각 안테나를 통해 측정되는 반송파 측정값을 각각 기술하면, 제1 안테나(A)에서 측정된 제2 위성(GPS j)의 반송파 측정값은
Figure pat00010
로 기술되고, 제2 안테나(B)에서 측정된 제1 위성(GPS i)의 반송파 측정값은
Figure pat00011
로 기술되며, 제2 안테나(B)에서 측정된 제2 위성(GPS j)의 반송파 측정값은
Figure pat00012
로 기술되고, 제3 안테나(C)에서 측정된 제1 위성(GPS i)의 반송파 측정값은
Figure pat00013
로 기술되며, 제3 안테나(C)에서 측정된 제2 위성(GPS j)의 반송파 측정값은
Figure pat00014
로 기술될 수 있다.
상기 수학식 1을 통해 각 안테나(A, B, C)에 수신되는 각 항법위성(GPS i, GPS j)의 반송파 측정값을 산출할 수 있으며, 이때 산출된 반송파 측정값은 이동체()의 위치 이동이 없을 때의 각 안테나를 통해 산출 가능한 반송파 측정값이다.
다음, 이동체(100)의 제1 안테나(A)와 기준국(200)의 제3 안테나(C) 사이의 거리가 매우 근접되어 있을 경우 두 안테나(A, C)가 동시에 관측 가능한 제1 위성(GPS i)에 대한 단일 차분식은 다음의 수학식 2와 같이 정리될 수 있다.
Figure pat00015
상기 수학식 2에서 제1 안테나(A)와 제3 안테나(C)는 매우 근접한 위치일 경우이므로 동시에 관측 가능한 제1 위성(GPS i)의 공통오차, 즉 전리층 지연오차(dion)와 대류권 지연오차(dtrop) 및 위성시계 오차(δi)는 소거될 수 있으며, 소거된 공통오차를 제거하고 재배열하면 아래의 수학식 3과 같다.
Figure pat00016
그리고, 제2 위성(GPS j)에 대한 단일 차분식도 수학식 3과 같은 방법으로 정리하면 다음의 수학식 4와 같이 정리될 수 있다.
Figure pat00017
다음으로, 수학식 3과 수학식 4를 이용하여 이중 차분된 측정식으로 정리하면 각 안테나의 반송파 측정값에서 안테나 시계 오차(
Figure pat00018
)를 제거할 수 있으며, 이를 통해 최종적으로 이중 차분된 반송파 측정식은 다음의 수학식 5와 같이 유도될 수 있다.
Figure pat00019
한편, 상기 수학식 5에서 이중 차분된 위성(제1 위성, 제2 위성)들과 안테나(제1 안테나, 제3 안테나) 사이의 기하학적 거리를 각각의 거리로 분해하면 아래의 수학식 6으로 정리될 수 있으며,
Figure pat00020
여기서, 상기 위성들과 안테나 사이의 거리를 선형화 기준좌표인 A0에 대하여 선형화하게 되면 수학식 7로 정의되고, 상기 수학식 7은 수학식 8로 정리될 수 있다.
Figure pat00021
Figure pat00022
한편, 이와 같이 이중 차분식을 기술한 바와 같이, 이동체(100)의 제2 안테나(B)와 기준국(200)의 제3 안테나(C)에서 동시에 관측 가능한 제1 위성(GPS i)과 제2 위성(GPS j)에 대한 이중차분 반송파 측정값을 산출하기 위한 반송파 측정식은 아래의 수학식 9와 같이 정리될 수 있다.
Figure pat00023
이와 같이, 이동체(100)와 기준국(200)에 설치된 각 안테나(A, B, C)에 수신되는 각 항법위성(GPS i, GPS j)의 반송파 측정값을 산출한 후, 공통오차를 제거하기 위하여 제1 안테나(A)와 제3 안테나(C) 및 제2 안테나(B)와 제3 안테나(C) 각각의 사이 거리가 매우 근접한 위치에서 측정되도록 할 수 있다.
한편, 이동체(100)와 기준국(200)의 제1 안테나(A)와 제3 안테나(C)에 수신된 각 위성들의 반송파를 차분한 측정식인 수학식 8과, 이동체(100)와 기준국(200)의 제2 안테나(A)와 제3 안테나(C)에 수신된 각 위성들의 반송파를 차분한 측정식인 수학식 9에서 각 안테나와 각 위성 사이의 거리에 대한 선형화 기준좌표를 서로 같다고 하면, B0 = A0 가 성립하게 되고, 상기 수학식 9는 아래의 수학식 10과 같이 정리될 수 있다.
Figure pat00024
한편, 제1 안테나(A)와 제3 안테나(C) 및 제2 안테나(B)와 제3 안테나(C)에 대한 이중차분 반송파 측정값의 시간 경과에 대한 측정값 변화를 고려하여 시간변수 t를 적용하면 수학식 8과 수학식 10은 다음의 수학식 11과 수학식 12로 정리될 수 있다.
Figure pat00025
Figure pat00026
이와 같이, 복수의 제1 안테나(A)와 제2 안테나(B)가 이동체(100)에 설치되고, 제3 안테나(C)가 기준국(200)에 설치된 상태에서 기준국(200)과 이동체(100)에 설치된 안테나들이 위성들로부터 수신되는 반송파를 통한 반송파 측정값을 산출하게 되며, 기준국(200)의 제3 안테나(C)를 기준으로 제1 안테나(A)와 제2 안테나(B)가 매우 근접한 위치에 배치됨을 가정하여 각 위성을 통해 관측되는 정보 중 공통의 오차 정보를 소거하여 제1 안테나(A)와 제3 안테나(B) 및 제2 안테나(B)와 제3 안테나(C) 간의 이중차분된 반송파 측정값을 산출할 수 있다.
다음, 도 2는 본 발명에 따른 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법에서 이동체의 위치 이동을 고려한 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법은 육상교통의 이동체(100)가 일정한 속력(υ)으로 이동되고 있는 동적 특성이 고려되어 반송파 측정값이 산출될 수 있다.
이동체(100)는 일정한 간격(d)으로 이격된 제1 안테나(A)와 제2 안테나(B)가 이동체(100)의 이동에 따라 위치가 변화될 수 있는 데, 도 2와 같이 일정한 시간(t)동안 일정한 속력(υ)으로 이동체(100) 일방향으로 이동된다고 하면, 이동체(100)의 제1 안테나(A)는 제2 안테나(B)가 위치했던 영역으로 이동하게 되고, 제1 안테나(A)가 이동되는 시간동안의 속력에 대하여
Figure pat00027
의 시간변수를 가질 수 있다.
이때, 상기 제3 안테나(C)를 기준으로 제1 안테나(A)에 대한 이중차분 반송파 측정값을 구하기 위한 이중차분 측정식은 아래의 수학식 13으로 정리될 수 있다.
여기서, d : 제1 안테나와 제2 안테나 사이의 거리,
V : 이동체의 이동 속력이다.
Figure pat00028
상기 수학식 12와 수학식 13에서, 시간변수에 대하여 시간의 변화가 크지 않게 되면, 제1 안테나(A)와 제2 안테나(B)의 시간변수에 대한
Figure pat00029
와
Figure pat00030
가 서로 같고, 제1 안테나(A)와 제2 안테나(B)에 관측되는 제1 위성(GPS i)과 제2 위성(GPS j)에 대한 시선벡터의 차이가 각 안테나와 각 위성 사이의 거리를 감안하여 매우 작기 때문에
Figure pat00031
와
Figure pat00032
가 서로 같다고 가정할 수 있다.
이와 같이, 이동체(100)의 이동 속력이 일정할 때 시간 변화에 대한 이동 속력을 미세하게 나누게 되면 상기 수학식 12와 수학식 13에서 공통된 값을 소거할 수 있으며, 공통된 값이 소거 후 정리하면 아래의 수학식 14와 같다.
Figure pat00033
이와 같이, 이동체의 이동 속력(υ)과 이동 시간(t)을 고려하여 기준국(200)에 고정된 제3 안테나(C)를 기준으로 제1 안테나(A)와 제2 안테나(B)를 통한 다중 안테나의 반송파 측정값이 구해지게 되면, 다중 안테나의 반송파 측정값을 이용하여 각 위성의 채널별 검정통계량을 생성할 수 있다.
이때, 상기 검정통계량에서 산출된 상수값을 통해 다중 안테나의 반송파 측정값에 고장 성분이 포함되어 있는지를 판단할 수 있으며, 검정통계량의 생성과 이를 통한 반송파 측정값의 고장성분 검출 과정을 아래에서 좀 더 자세하게 설명하기로 한다.
상기 수학식 14에서 좌변은 다중 안테나의 반송파 측정값이며, 우변에서 위성궤도력과 기준국의 위치 정보를 이용하여 계산되는 식으로, 각 위성과 안테나의 거리에 대한 조합식을 K(t)로 정의할 수 있으며, K(t)를 식으로 정의하면 아래의 수학식 15와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00034
또한, 상기 수학식 15에서 K(t)에 해당하는 우변을 이항하면, 다중 안테나의 반송파 측정값에서 K(t)를 차분한 계산식은 일정한 상수의 부동값(C)이 유지되는 특성을 가진 수학식 16으로 정리될 수 있다.
Figure pat00035
여기서, C :
ω(t) : 이다.
한편, 상기 수학식 16을 이용하여 검정통계량의 기준값을 설정하기 위한 T(tk+1)을 대입하여 정리하면, 아래의 수학식 17로 정리될 수 있으며, 이 수학식 17을 통해 검출되는 검정통계량의 상수값을 통해 다중 안테나 반송파 측정값에 고장 성분이 포함되어 있는지를 판단할 수 있다.
Figure pat00036
이때, 수학식 17을 이용하여 이동체(100)에 설치된 제1 안테나(A)와 제2 안테나(B)의 간격(d)를 고려하고, 이동체의 이동 속력(υ)을 고려하여 각 위성(GPS i, GPS j)에 대한 다중 안테나의 반송파 측정값을 산출하여 이에 따른 검정통계량 값을 산출하였을 때, 검정통계량 값이 0이 되면 다중 안테나 반송파 측정값에 고장 성분이 포함되지 않은 정상적인 상태이며, 검정통계량 값이 0에서 벗어날 경우에는 다중 안테나 반송파 측정값에 고장 성분이 포함된 것으로 예상할 수 있다.
본 발명에 따른 다중 안테나 반송파 측정값의 고장성분 검출 방법의 일실시예를 아래 도시된 도 3 및 도 4를 통해 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 다중 안테나 반송파 측정값의 고장성분 검출 방법에 대한 일실시예의 구성도이고, 도 4는 도 3의 일실시예에 따른 복수의 항법 위성에 대한 고장 성분을 검출한 그래프이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 복수의 제1 위성(GPS i)과 제2 위성(GPS j)의 반송파가 수신되는 이동체(100)에 제1 안테나(A)와 제2 안테나(B)를 설치하고, 기준국(200)에 제3 안테나(C)를 고정되게 설치한다.
이때, 이동체(100)는 상면에 일정한 간격(d, 1.39m)으로 이격되게 복수의 제1 안테나(A)와 제2 안테나(B)가 설치되고, 일정한 속력(V, 2.541 m/s)으로 일방향을 향해 이동되고 있다.
또한, 기준국(200)은 본 출원인이 위치한 항공우주연구원의 건물이며, 기준국(200)에 설치된 제3 안테나(C)는 항공우주연구원이 위치한 건물의 옥상에 설치된다.
그리고, 복수의 제1 위성(GPS i)과 제2 위성(GPS j)은 각각 PRN 6번 위성과 PRN 19번 위성을 지정하여 각각의 위성에서 수신되는 반송파를 통해 제3 안테나(C)를 기준으로 제1 안테나(A)와 제2 안테나(B)의 반송파 측정값을 산출하고, 산출된 반송파 측정값을 기준으로 검정통계량 값을 검출하였다.
여기서, 도 4는 도 3에 도시된 일실시예를 통해 6번 위성과 19번 위성의 검정통계량 값이 분포를 나타낸 그래프로서, 도 4에 근거하여 6번 위성과 19번 위성의 반송파 측정값의 고장 성분 포함 여부를 판단할 수 있다.
도 4의 그래프에서 가로축은 반송파 측정값의 측정시간을 의미하며, 세로축은 검정통계량의 상수값 크기를 의미한다.
도 4의 그래프를 살펴보면, 6번 위성은 모든 측정시간에서 검정통계량 값이 0으로 측정됨에 따라 반송파 측정값에 고장 성분을 포함하고 있지 않은 것으로 판단되며, 19번 위성은 모든 측정시간에서 소수의 시간을 제외하고 검정통계량 값이 0을 벗어난 것으로 측정됨에 따라 반송파 측정값에 고장 성분이 포함된 것으로 판단된다.
이와 같이 도 4의 검정통계량 분포를 통해 6번 위성에 비해 19번 위성이 반송파 측정값에 고장 성분이 다수 존재하는 이유는 19번 위성의 고도각이 매우 낮게 형성되기 때문인 것으로 분석될 수 있으며, 일반적으로 고도각이 낮은 위성의 경우 위성에서 수신된 신호에 다중경로 성분이 주로 포함되는 경향이 있는 것으로 분석될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 시험예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재되는 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100. 이동체
200. 기준국
A. 제1 안테나
B. 제2 안테나
C. 제3 안테나
GPS i : 제1 위성
GPS j : 제2 위성

Claims (14)

  1. 이동체 상에 복수의 안테나가 장착됨과 아울러 기준국에 적어도 하나의 안테나가 고정 설치되고, 복수의 항법위성으로부터 상기 복수의 안테나에 반송파가 수신되어 측정되는 반송파 측정값의 고장 성분을 검출하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 이동체와 기준국에 설치된 상기 복수의 안테나에 수신된 상기 각 항법위성의 반송파를 통해 반송파 측정값을 산출하는 단계;
    (b) 상기 이동체의 동적 특성을 반영하여 상기 이동체에 설치된 복수의 안테나를 통해 반송파 측정값을 산출하는 단계;
    (c) 동적 특성이 반영된 반송파 측정값을 통해 검정통계량을 생성하는 단계; 및
    (d) 상기 검정통계량의 기준값을 통해 상기 복수의 안테나를 통해 산출된 반송파 측정값에서 고장 성분을 검출하는 단계;
    를 포함하는 위성항법시스템의 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이동체의 상면에 설치된 복수의 안테나는, 일정한 간격(d)으로 이격되어 설치된 위성항법시스템의 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이후에,
    상기 이동체와 기준국에 설치된 안테나들 중에서,
    상기 이동체에 설치된 제1 안테나와 상기 기준국에 설치된 제3 안테나가 상기 각 항법위성들에 대한 이중차분 반송파 측정값을 산출하는 단계; 및
    상기 이동체에 설치된 제2 안테나와 상기 기준국에 설치된 제3 안테나가 상기 각 항법위성들에 대한 이중차분 반송파 측정값을 산출하는 단계;
    를 더 포함하는 위성항법시스템의 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법
  4. 제2항에 있어서,
    상기 이중차분 반송파 측정값은, 제1 안테나와 제3 안테나 및 상기 제2 안테나와 제3 안테나가 상기 각 항법위성을 통해 관측되는 공통오차를 제거하여 산출되는 위성항법시스템의 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법
  5. 제3항에 있어서,
    상기 이중차분 반송파 측정값은, 상기 제3 안테나를 기준으로 상기 제1 안테나와 제2 안테나가 각각 상기 제3 안테나와 근접하여 상기 각 항법위성의 동일 관측 영역 내에 위치하는 위성항법시스템의 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법
  6. 제2항에 있어서,
    상기 각 이중차분 반송파 측정값은, 측정 시간에 따른 측정값 변화량이 산출되는 위성항법시스템의 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 이동체의 동적 특성은 이동 속력(υ)가 일정하게 유지되는 위성항법시스템의 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이동체에 설치된 상기 제1 안테나와 제2 안테나의 이격된 간격(d)에 의해 상기 이동체가 이동 시간(t)에 비례한 이동 속력에 대하여
    Figure pat00037
    의 시간변수를 가지는 위성항법시스템의 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 이동체의 이동 속력이 일정할 때, 이동 시간을 미세하게 나누어 상기 이동체의 동적 특성이 부여된 다중 안테나 반송파 측정값은 다음의 수학식에 의해 산출되는 위성항법시스템의 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법.
    수학식
    Figure pat00038

  10. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 검정통계량은, 상기 이동체의 이동에 따른 동적 특성이 부여된 다중 안테나 반송파 측정값에 상수의 특성을 가지는 부동값(C)이 적용되는 위성항법시스템의 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 검정통계량은, 상기 각 항법위성과 상기 복수의 안테나의 거리에 대한 조합식(K(t))을 상기 동적 특성이 반영된 반송파 측정값에 적용하여 상수의 특성을 유지하는 부동값(C)이 산출되며,
    이때, 상기 K(t)는 아래의 수학식으로 정의되는 위성항법시스템의 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법.
    수학식
    Figure pat00039

  12. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서,
    상기 검정통계량의 기준값은 0 으로 정의된 위성항법시스템의 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서,
    상기 검정통계량 값이 0 이면, 상기 다중 안테나 반송파 측정값이 정상으로 판단되는 위성항법시스템의 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서,
    상기 검정통계량 값이 0 을 벗어나면, 다중 안테나 반송파 측정값에 고장 성분이 포함된 것으로 판단하는 위성항법시스템의 다중 안테나 반송파 측정값에 대한 고장성분 검출방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101503001B1 (ko) * 2014-01-28 2015-03-18 건국대학교 산학협력단 지상설비 안테나와 기저선 길이 예측값을 이용한 위성항법시스템의 고장 판단 시스템 및 그 방법
KR101981225B1 (ko) * 2018-12-03 2019-05-22 한국해양과학기술원 Gnss 측정치에 포함된 특이신호요소 정밀추정 방법

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