KR20200109597A - 복수의 위성항법 전리층측정치의 지향성 처리 방법 및 그 시스템 - Google Patents

복수의 위성항법 전리층측정치의 지향성 처리 방법 및 그 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예는, 위성항법신호를 수신하고, 상기 수신된 위성항법신호로부터 시간별 경사총전자량(STEC)을 파악하는 신호수신부; 상기 파악된 경사총전자량을 고정시간간격으로 3차수치미분하고, 상기 3차수치미분된 결과로부터 미세전리층의 교란이 발생된 시점을 적어도 두 시점 이상을 특정하는 3차원수치미분처리부; 상기 3차수치미분된 결과를 기초로 적어도 두 가지 이상의 시간간격에 따라 3차수치미분을 수행하여 미세전리층의 교란에 대한 3차원시변데이터를 산출하는 시변데이터처리부; 및 상기 산출된 3차원시변데이터를 시간간격의 변화에 따라 분석하고, 상기 분석된 결과로부터 상기 특정된 적어도 두 시점의 시점 중에서 지상의 원인에 의한 미세전리층 교란시점을 결정하는 시변데이터분석부;를 포함하는 미세전리층 교란시점 분석장치를 개시한다.

Description

복수의 위성항법 전리층측정치의 지향성 처리 방법 및 그 시스템 {Method for directional processing of multiple GNSS ionosphere measurement for ionosphere disturbance monitoring and system thereof}
본 발명은 복수의 위성항법 전리층측정치의 지향성 처리 방법 및 그 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 복수의 위성항법 전리층관측치를 조합하여 특정 방향에서 도래하는 교란을 선택적으로 처리할 수 있는 지향성 처리 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
미국의 GPS를 포함한 위성항법시스템은 항법신호원을 송출하는 다수의 인공위성으로 구성된다. 일반적인 위성항법의 사용은, 지상의 사용자가 항법 신호를 수신하여 자신의 위치를 계산하는 것이다. 이 때, 위성 신호의 전파전달 경로상에 존재하는 전리층은 위성 신호의 전달 지연을 유발하는 오차 요인으로 인식된다. 전리층 오차의 정확한 추정을 위해, 항법위성은 2개의 주파수에서 신호원을 방송하고 지상의 위성항법 수신기는 각 주파수에서 발생한 지연의 차이를 이용하여 전리층 지연량을 추정하고 오차를 보정할 수 있다.
위성항법의 본래 용도 이외에, 위성항법 신호원을 이용하여 전리층을 관측하는 원격측정(remote sensing)분야가 있다. GPS를 예로 들면, GPS 신호는 L1 주파수(1575.42MHz)와 L2 주파수(1227.60MHz)에서 동시에 방송된다. 전리층은 분산매질(dispersive medium)특성을 갖기 때문에, 전리층을 통과하는 신호원의 주파수의 제곱에 반비례하는 지연량을 일으킨다. 따라서 두 개 주파수에서 수신된 신호의 차이로부터 위성과 사용자를 잇는 전리층 통과점에 대한 전리층 지연량을 계산할 수 있다.
도 1은 전리층통과점과 해당 지점에서의 전리층지연량을 도시한 도면이다.
도 1은, 지상의 관측기준국에 있는 수신기들이 복수의 GPS 위성들로부터 수신한 위성항법신호를 분석한 결과에 의해 도출될 수 있으며, 실제 전리층은 지구상에서 고도 80km에서 1000km사이에 분포하고 있으나, 데이터 처리를 용이하게 하기 위해서, 특정한 지점을 전리층 집중고도로 설정하고, 해당 고도를 통과하는 지점을 전리층통과점이라고 정의한 채로 분석한 결과이다. 도 1을 참조하면, 한반도를 중심으로 하여, 일본과 중국에 다수의 관측기준국 수신기가 존재하는 것을 알 수 있으며, 위도가 높은 지점에 위치한 수신기에서 더 적은 전리층지연량이 관측됨을 알 수 있다.
이러한 위성항법 전리층 원격 측정 분야는 전리층의 다양한 특성을 관측하는데 적용되고 있다. 전리층은 태양 활동, 지구 지자기 변화 등의 대규모 또는 중규모의 변화 뿐 아니라 지상에서 발생하는 지진, 화학 폭발, 지하 핵실험 등의 원인에 의한 미세한 규모의 변화를 겪게 된다. 본 특허는 이들 중, 지상의 원인에 의해 발생하는 전리층의 미세한 교란을 검출하는 것을 대상으로 한다.
위성항법을 이용하여 지진, 화학 폭발, 지하 핵실험에 의한 미세 전리층의 교란을 검출하는 다수의 연구가 있어 왔다. 전리층의 미세한 수준의 변화를 검출하기 위해서는 전리층의 일변화와 같은 주된 경향성을 제거해야 한다. 이러한 경향성 제거 방식으로 는 크게 2가지 방법이 있다.
첫째는, 위성의 고도각 변화에 따른 전리층 지연량의 변화를 특정 함수로 모델링하고, 실제 전리층의 변화를 모델링 결과와 차분하는 방법이다. 실제 전리층 관측값 TECU (Total Electron Content Unit) 단위로 관측이 되는 장점이 있으나 전리층 교란원의 발생 시점을 특정하기 어려운 한계가 있다.
둘째는, 전리층 관측값을 수치 미분하여 변화량을 이용하는 방식이다. 최근의 연구에서는 전리층 관측값을 3차 수치미분하는 방식으로 지하 핵실험에 의한 아주 미세한 전리층 교란을 검출한 바 있다. 수치 미분 방식은 전리층 교란원의 변화를 미세하게 확인할 수 있는 장점이 있으나, 다수의 전리층 교란원에 의해 영향을 받기 때문에 교란원을 구분하는데 어려움이 있다.
수치 미분에 따른 미세 전리층 교란 검출 방식은 참고 논문(Jihye Park, Ph.D. Dissertation, Ohio State University, 2011)에서 확인할 수 있다.
1. 대한민국 등록특허 제10-1387659호 (2014.04.21 등록공보 발행) 2. 대한민국 등록특허 제10-1181443호 (2012.09.24 등록공보 발행) 3. 대한민국 등록특허 제10-0305714호 (2001.09.26 등록공보 발행)
1. Ionospheric monitoring by the Global Positioning Satellite System (GNSS), Jihye Park, Ph.D.Dissertation, Ohio State University, 2012 2. GPS discrimination of traveling ionospheric disturbances from underground nuclear explosions and earthquakes, Jihye Park et. al., NAVIGATION: Journal of The Institute of Navigation, Vol 61, No.2, Summer 2014
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 미세 전리층 교란(Traveling Ionospheric Disturbance, TID) 검출에 있어, 지상에서 발생한 원인에 의한 전리층 교란에 대해서 관측이득을 향상시켜서, 다른 원인에 의한 전리층 교란들로부터 구분하는 방법 및 그 방법을 구현하기 위한 시스템을 제공하는 데에 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 전리층통과점파악부가, 복수의 항법위성으로부터 적어도 하나 이상의 관측기준국 수신기가 위성항법신호를 수신한 통신결과를 분석하고, 상기 분석된 결과를 기초로 기설정된 기준고도상에서 상기 항법위성들과 상기 수신기 사이에 위치한 전리층통과점들을 파악하는 전리층통과점파악단계; 다차원벡터산출부가, 상기 기준고도 상에서의 전리층교란신호가 발생된 교란원지점과 상기 파악된 전리층통과점과의 상대적인 거리 및 방향에 대한 정보를 하나의 다차원벡터로 산출하는 다차원벡터산출단계; 가중치적용부가, 상기 교란원지점의 위치정보를 기초로 상기 교란원지점에 대한 가중치를 산출하고, 상기 산출된 가중치를 상기 다차원벡터에 적용하는 가중치적용단계; 및 교란시점결정부가, 상기 적용된 다차원벡터를 분석한 결과로부터 상기 교란원지점에서 발생된 전리층교란을 결정하는 교란시점결정단계를 포함한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 시스템은, 복수의 항법위성으로부터 적어도 하나 이상의 관측기준국 수신기가 위성항법신호를 수신한 통신결과를 분석하고, 상기 분석된 결과를 기초로 기설정된 기준고도상에서 상기 항법위성들과 상기 수신기 사이에 위치한 전리층통과점들을 파악하는 전리층통과점파악부; 상기 기준고도 상에서의 전리층교란신호가 발생된 교란원지점과 상기 파악된 전리층통과점과의 상대적인 거리 및 방향에 대한 정보를 하나의 다차원벡터로 산출하는 다차원벡터산출부; 상기 교란원지점의 위치정보를 기초로 상기 교란원지점에 대한 가중치를 산출하고, 상기 산출된 가중치를 상기 다차원벡터에 적용하는 가중치적용부; 및 상기 적용된 다차원벡터를 분석한 결과로부터 상기 교란원지점에서 발생된 전리층교란을 결정하는 교란시점결정부;를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예는, 상기 방법을 구현하기 위한 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독가능한 기록매체를 제공할 수 있다.
기존의 전리층 교란 검출 기법은 단일 전리층 통과점에서 관측되는 주된 경향성이 제거된 전리층 측정치를 이용하기 때문에 지상의 원인에 의해 발생하는 미약한 전리층 교란을 검출하는데 한계가 있었으나, 본 발명은 다수의 전리층 통과점에서의 전리층 측정치를 통합하여 특정 방향에서 발생하는 전리층 교란에 대하여 관측 이득을 향상시킬 수 있다.
또한, 전리층에 대한 원격 감시는 지진, 지하 핵폭발 등의 상황에 대하여 적용되므로 본 발명을 감시 대상이 되는 이벤트 발생 방향을 지향하는 데에 이용한다면, 위성항법을 이용한 전리층 원격감시의 활용도를 현격하게 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
도 1은 전리층통과점과 해당 지점에서의 전리층지연량을 도시한 도면이다.
도 2는 수치 미분에 따른 미세 전리층 교란 검출 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 따른 미세 전리층 교란 검출 방식에 있어서 지상에서 발생된 사건을 원인으로 하는 미세전리층의 교란을 구분하기 어려운 점과 본 발명의 도입취지를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 복수의 관측기준국이 복수의 항법위성으로부터 관측한 전리층통과점에서의 전리층측정치를 통합하는 과정을 설명한 위한 도면이다.
도 5는 안테나 시스템에서 적용되는 위성배열안테나 기술에 대한 개념도의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 복수의 위성항법 전리층측정치의 지향성 처리 시스템의 일 예의 블록도를 도시한 도면이다.
도 7은 기준고도상의 전리층통과점들의 위치정보를 획득하는 과정을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 전리층통과점에서의 수신되는 신호를 모델링하기 위해 필요한 도면을 도시한다.
도 9는 일반적인 빔포머(beamformer)의 구조를 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따라 특정 방향에서 입사되는 신호의 관측 이득을 향상시키기거나 감쇄시키는 다른 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 동쪽방향의 관측이득을 증폭시키고, 북쪽방향에 대한 관측이득은 감쇄시킨 공간신호처리 기법을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 12는 도 10b의 각 전리층 통과점에서 수신처리되는 전리층 교란 관측값을 시뮬레이션한 결과의 일 예를 나타낸다.
도 13은 도 10b의 각 전리층 통과점에서 수신되는 전리층 교란 관측값을 시뮬레이션한 결과의 다른 일 예를 나타낸다.
도 14는 본 발명에 따른 전리층측정치의 지향성 처리 방법의 일 예의 흐름도를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시 예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시 예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시 예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징을 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
어떤 실시 예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 2는 수치 미분에 따른 미세 전리층 교란 검출 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 중국에서 관측된 데이터로 1시~5시 까지의 전리층 관측 결과를 보이고 있으며, 지진계 및 관련 전문가의 기초 연구에 의해 밝혀진 지하 핵실험 정보를 근거로 하여, 도 2의 2시에 발생한 전리층의 교란이 지하의 핵실험에 의한 것으로 확인이 되는 것을 알 수 있다.
위성항법을 이용하여 지진, 화학 폭발, 지하 핵실험 등에 의한 미세한 전리층의 교란을 검출하기 위해서는 위성항법을 이용한 전리층측정치에서 전리층의 일변화와 같은 주된 경향성을 제거하고, 특정 교란원에 의한 불규칙 특성을 검출해야 한다. 본 발명은 주된 경향성을 제거하는 기법 자체에 종속되지는 않으며, 보다 구체적으로는, 경향성이 제거된 후의 전리층관측치에 적용하는 기술을 제안한다.
또한 수식의 간략화를 위해 GPS 신호를 처리하는 것을 가정하였으나 GPS 이외의 위성항법신호원에 주파수 변환 과정만을 거쳐서 모두 동일하게 사용할 수 있다.
위성항법 수신기에서 획득되는 GPS L1, L2, 2개 주파수에서의 반송파 측정치는 수학식 1 및 수학식 2와 같이 모델링할 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
수학식 1 및 수학식 2는 위성항법 수신기에서 획득되는 L1, L2 이상 2개 주파수에서의 반송파 측정치에 대한 모델링에 이용되는 수학식을 의미한다. 수학식 1 및 수학식 2에서 아래첨자 1은 L1 대역 주파수, 아래첨자 2는 L2 대역 주파수를 각각 의미하고, 위첨자 i는 임의의 가시위성을 의미한다. 또한, 수학식 1 및 수학식 2에서 L은 반송파 측정치, d는 수신와 위성간의 실제 거리, δR은 위성의 3차원 위치 오차에 의해 발생되는 스칼라거리측정오차, b는 위성시계오차, I는 전리층 지연오차, T는 대류층 지연오차, B는 수신기 시계오차, λ는 반송파 위상, N은 미지정수, ε는 측정 잡음을 의미한다. 수학식 1 및 수학식 2의 2중 주파수 측정치를 차분하여 경사전리층 지연 추정값을 계산할 수 있다.
Figure pat00003
수학식 3은 경사전리층 지연 추정값에 대한 수학식을 나타낸다. 수학식 3에서
Figure pat00004
는 경사전리층 지연 추정값, f는 주파수, bias는
Figure pat00005
에 해당하는 값으로 임의의 바이어스 상수값을 의미한다. 경사전리층 지연 추정값에는 경사전리층 지연량, 위성 및 수신기의 하드웨어 지연, 측정 잡음 등이 포함되어 있다.
따라서, 경사전리층 추정값으로부터 경사전리층 지연량을 추정하기 위해서는 위성 및 수신기의 하드웨어 지연과 측정 잡음을 제거해야 한다. 위성 및 수신기의 하드웨어 지연과 측정 잡음을 제거하는 방법은 선행기술문헌으로 소개한 문헌(Ionospheric monitoring by the Global Positioning Satellite System (GNSS), Jihye Park, Ph.D.Dissertation, Ohio State University, 2012 또는, GPS discrimination of traveling ionospheric disturbances from underground nuclear explosions and earthquakes, Jihye Park et. al., NAVIGATION: Journal of The Institute of Navigation, Vol 61, No.2, Summer 2014)에 개시되어 있으므로, 본 명세서에서는 상세한 설명을 생략하기로 하며, 경사전리층 지연 추정값은 이미 하드웨어 지연과 측정 잡음이 제거된 것으로 가정한다.
경사전리층 지연량은 경사총전자량(STEC)과 주파수에 비례하는 경향성을 갖고 있으므로, 이러한 비례관계를 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00006
수학식 4는 GPS L1 주파수에 대해 i번째 위성에서 관측한 경사총전자량을 나타내는 수학식이다. 수학식 4에서
Figure pat00007
는 i번째 위성에서 관측한 경사총전자량, f1은 L1 대역 주파수,
Figure pat00008
는 경사전리층 지연 추정값을 의미한다. 지상의 관측기준국의 수신기가 위성항법신호를 수신하고, 수신된 위성항법신호를 분석한 관측기준국의 메인프로세서(main processor)는, 수학식 4를 통해 시간별 경사총전자량(STEC)을 산출할 수 있다.
이어서, 메인프로세서는 경사총전자량을 수학식 5 내지 수학식 7과 같이 고정시간간격으로 3차수치미분한다.
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
수학식 5 내지 수학식 7은 경사총전자량을 고정시간간격인 30초 간격으로 3차수치미분한 결과를 순차적으로 나타낸 수학식이다. 수학식 7에 실제 지상 원인에 의한 전리층 교란 데이터를 적용하면, 도 2와 같은 결과를 얻을 수 있다.
도 3은 도 2에 따른 미세 전리층 교란 검출 방식에 있어서 지상에서 발생된 사건을 원인으로 하는 미세전리층의 교란을 구분하기 어려운 점과 본 발명의 도입취지를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 도 2에 의한 전리층 교란 검출 결과를 시간범위를 더욱 더 확장시켜서, 0시부터 6시 30분까지 도시한 결과라는 것을 알 수 있다. 도 3에서는 도 2에서 이미 설명한 2시에 발생된 전리층 교란 이외에도, 0시에서 1시 사이 및 6시에서 6시 30분 사이에 상당히 큰 전리층 교란이 있음이 확인된다. 도 3에 따르면, 2시에서 관측된 전리층 교란보다 더 큰 크기의 교란이 1시 이전과 6시 이후에 상당히 여러 번 발생한 것을 확인할 수 있으며, 해당 시각에서는 지상에서 전리층을 교란시키는 특정 사건이 전혀 없었던 점을 고려하여, 지상의 원인에 의한 것이 아니라, 지구 자기장의 변화나 태양 활동의 특성(흑점이동주기 등)에 의해 일상적으로 발생가능한 전리층의 불규칙적 변화에 의한 것으로 추정된다.
도 3에서 설명한 바와 같이, 단순히 전리층 측정치에 대해 수치 미분을 적용하는 방식을 이용하는 전리층 교란 검출 기법에 따르면, 단일 위성항법 관측기준국에서 전리층의 주된 경향성을 제거하여 불규칙 변화를 추출하는 방식을 적용하고 있고, 이러한 방법만으로 획득된 전리층 교란의 크기가 매우 미약하여, 지상의 원인 이외의 교란(예를 들어, 도 3의 0시에서 1시 사이, 6시 이후에 관측되는 교란)과 혼동될 수 있다. 위와 같이, 단일 위성항법 관측기준국의 수신기가 수신한 위성항법신호로 경사총전자량(STEC)을 산출하여, 지상원인에 의한 전리층의 미세 교란을 확인할 수는 있으나, 그 이외의 다양한 원인에 의한 전리층 교란도 같이 관측이 되기 때문에 위성항법을 이용한 전리층 교란 검출 기법을 활용하는 분야는 후처리로 제한되는 한계가 있다.
도 4는 복수의 관측기준국이 복수의 항법위성으로부터 관측한 전리층통과점에서의 전리층측정치를 통합하는 과정을 설명한 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명은 복수의 항법위성이 존재할 때, 그 항법위성들로부터 위성항법신호를 수신하는 수신패턴제어안테나(CRPA: Controlled Reception Pattern Antenna)유닛(410)을 두고, 그 수신패턴제어안테나유닛(410)으로부터 산출된 전리층측정치를 관측기준국의 수신기(430)가 수신하는 구조를 이용하는 것을 알 수 있다.
전술한 도 2 및 도 3에 따른 방법과 도 4에 따른 방법의 차이점을 설명하면, 전술한 도 2 및 도 3에 따른 방법은 항법위성으로부터 위성항법신호를 수신한 단일 관측기준국에 의해 전리층 교란값이 산출되는 반면, 도 4에 따른 방법은 복수의 항법위성과 복수의 관측기준국을 두고, 그 항법위성들과 관측기준국 사이에 가상의 평면(수신패턴제어안테나유닛(410)을 의미)이 존재하는 것으로 간주하여 그 평면상에서 1차적으로 전리층 교란값이 산출된 후에 지상의 관측기준국의 수신기(430)에 전달되어 최종적으로 관측이득이 향상된 전리층 교란값이 획득되는 점에 있다.
도 4에 따른 방법에 의하면, 복수의 관측기준국이 복수의 항법위성으로부터 관측되는 복수의 전리층통과점에서의 전리층측정치를 통합할 수 있게 되어, 관심대상인 지상원인에 의한 전리층 교란의 관측이득(검출이득)을 향상시킬 수 있게 된다. 구체적으로, 본 발명은 전리층 교란의 관측이득을 향상시키기 위해서, 복수의 전리층관측치를 통합하는 과정에서 특정 방향에서 도래하는 전리층교란을 선택적으로 동기적분하여 관측이득을 향상시키고, 그 외의 방향에서 도래하는 전리층교란은 비동기적분이 될 수 있도록 한다.
도 5는 안테나 시스템에서 적용되는 위성배열안테나 기술에 대한 개념도의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 복수의 안테나를 수신지점으로 하여, 각 안테나에서 수신된 신호에 대한 위상제어를 적용하는 개념을 도식적으로 나타낸 도면이다. 위상배열안테나 기술 중 본 발명의 일부 구성으로 활용되는 구성은, 복수의 안테나로 구성되는 배열안테나를 이용하여 각 안테나 소자에서 수신된 RF 신호의 위상을 제어하여 특정 방향에서 수신되는 RF 신호의 이득을 향상시키고, 그 외의 방향에서 수신되는 신호의 이득은 감쇄시키는 방식이다. 본 발명은 위와 같은 위상배열안테나 기술을, 위성항법신호를 통해 획득되는 전리층교란값의 관측이득을 향상시키는 기술과 접목하기 위해서, 후술하는 일련의 수학식을 통한 기준고도에서의 전리층측정치를 정교하게 모델링하여 적용하는 방식을 제안한다.
안테나 시스템에서의 위상배열 안테나의 각 안테나 소자는 실제 신호를 수신하는 장치이고, 위치가 고정되어 있으나, 본 발명과 같이 전리층 관측에 적용하는 관점에서는 위성항법 관측기준국의 위성항법 수신안테나가 아니라 전리층통과점을 수신지점으로 설정해야 한다. 또한, 도 5에서의 각 안테나 소자는 도 1에서의 전리층통과점들과 각각 대응되고, 실제 위성항법신호는 지상에 설치된 위성항법 관측기준국의 수신안테나에 수신되지만, 본 발명에서는 전리층 지연량이 관측되는 전리층통과점을 수신지점으로 정의한다는 점에서 기존의 배열안테나 기술을 그대로 이용하는 것과는 구별된다.
전리층통과점은 위성이 이동함에 따라서 계속적으로 이동하기 때문에 복수의 전리층통과점은 매 시간 변화하는 특성을 갖게 되고, 전리층통과점에서 관측되는 물리량은 전리층지연량 또는 총 자유전자량이지만, 관측대상이 되는 미세이동성 전리층교란을 검출하기 위해서, 본 발명은, 주된 경향성이 제거된 전리층측정치를 대상으로 하여 통합처리를 수행하며, 주된 경향성이 제거된 전리층측정치에 대한 처리를 수행하기 위해서, 전술한 수학식 1 내지 수학식 7이 이용될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 복수의 위성항법 전리층측정치의 지향성 처리 시스템의 일 예의 블록도를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 지향성 처리 시스템(600)은 전리층통과점파악부(610), 다차원벡터산출부(630), 가중치적용부(650) 및 교란시점결정부(670)를 포함하는 것을 알 수 있다.
전리층통과점파악부(610)는 복수의 항법위성으로부터 적어도 하나 이상의 관측기준국 수신기가 위성항법신호를 수신한 통신결과를 분석하고, 분석된 결과를 기초로 기설정된 기준고도상에서 항법위성들과 수신기 사이에 위치한 전리층통과점들을 파악한다.
본 발명은 전리층측정치에 대해서 지향성 이득을 향상시키기 위한 것으로, 복수의 위성항법 관측기준국에서 복수의 항법위성에 대해 관측하는 전리층통과점을 전리층집중고도 350km 상공에서 정의한다. 그러므로, 전리층통과점파악부(610)에 기설정된 기준고도는 해발 350km가 될 수 있다.
도 7은 기준고도상의 전리층통과점들의 위치정보를 획득하는 과정을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 7에서, 전리층지연량은 위성과 관측기준국을 직선으로 잇는 경로상에서 관측되고, 관측된 지연량은 경사전리층지연량(slant delay)로 호칭한다. 본 발명에서는 복수의 전리층관측치를 통합하여 처리하기 위해서 경사전리층지연량을 수직전리층지연량으로 변환하여 사용한다. 따라서, 수학식 3에 따라 산출된 경사전리층지연량은 수학식 4에 따라 경사총전자량 STEC로 변환되고, 후술하는 수학식 8에 따라 수직전리층지연량 VTEC(vertical TEC)로 변환될 수 있다. 도 7을 참조하면, slant delay와 vertical delay는 β만큼의 각도편차가 있으며, β는 도 7에 도시되어 있는 수학식과 같이 Rr, Rs, h, el이 주어지면 결정될 수 있다.
Figure pat00012
수학식 8은 경사총전자량을 수직전리층지연량으로 변환하기 위한 수학식을 나타낸다. 수학식 8에서 STEC는 경사총전자량, Rr은 지구의 중심으로부터 지상의 관측기준국까지의 거리로서, 지구의 반지름과 동일한 값이고, Rs는 지구의 중심으로부터 전리층통과점까지의 거리이고, el은 관측기준국에서 측정된 항법위성의 고도각을 의미한다. 수학식 8에서, h는 지상과 전리층집중고도간의 거리차이로서 350km, i는 전리층통과점을 개별적으로 세기 위한 기호로 본다.
전리층통과점파악부(610)는 도 7과 같이 항법위성과 관측기준국이 존재할 때, 항법위성들과 관측기준국의 수신기 사이에 위치한 전리층통과점들의 위치정보와 수를 파악하며, 전리층통과점들의 위치정보란 구체적으로 전리층통과점들의 위도 및 경도를 의미한다.
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
수학식 9 내지 수학식 11은 전리층통과점파악부(610)가 도 7에서 복수의 항법위성과 관측기준국이 존재할 때, 전리층통과점들의 위치정보(위도, 경도)를 산출하는 데에 이용하는 수학식의 일 예이다. 도 7을 참조하면, 수학식 9 내지 수학식 11에서, φr, λr은 각각 관측기준국의 위도 및 경도(degree단위)이고, φpp, λpp는 전리층통과점의 위도 및 경도(degree단위)이며, Az는 관측기준국에서의 항법위성의 방위각을 의미한다. 또한, 수학식 11에서 ψpp는 지구중심을 기준으로 했을 때, 관측기준국과 항법위성간의 각도편차를 의미한다.
전리층통과점의 수는 항법위성의 수와 관측기준국의 수에 따라서 달라질 수 있다. 예를 들어, 항법위성의 수가 4개이고, 항법위성으로부터 위성항법신호를 수신하는 지상의 관측기준국의 수가 3개이며, 전리층통과점의 수는 12개가 될 수 있다.
수학식 8에 따라 산출된 VTEC값은 다양한 방법에 의해서 주된 경향성이 제거되어 전리층의 불규칙 변화를 관측할 수 있는 측정치로 사용될 수 있다. 일 예로서, 수학식 5 내지 수학식 7에 따른 수치미분 방식을 VTEC에도 그대로 적용될 수 있다. 즉, 전리층측정치(VTEC)에서 주된 경향성을 제거하는 방법을 독립적으로 적용가능하므로, 주된 경향성이 제거된 VTEC을 δVTEC로 정의하여 후속적인 연산처리에 이용할 수 있다.
도 8은 전리층통과점에서의 수신되는 신호를 모델링하기 위해 필요한 도면을 도시한다.
보다 구체적으로, 도 8은 4개의 항법위성, 3개의 위성항법 관측기준국에 의한 M개의 전리층통과점이 전리층집중고도 350km상의 가상평면 상에 위치하고 있는 것을 도식적으로 나타내고 있다. 여기서, M은 12가 될 수 있으며, 항법위성 및 관측기준국의 수에 따라 달라질 수 있다.
도 8의 각각의 ri(i=1, 2, 3, 4, ... M)는 항법위성 관측기준국 수신기와 항법위성의 전파전달경로상의 고도 350km 지점에 생성된 전리층통과점의 위치를 의미한다. 전리층통과점의 위도 φpp와 경도 λpp는 수학식 9와 수학식 10을 통해 산출될 수 있다. 본 발명에서는 고도 350km 상공의 전리층 집중고도를 지역적인 평면으로 가정하고, 2차원 평면에 대한 지역 좌표계 x-y를 정의한다. 따라서, 전리층통과점의 위경도 좌표는 x-y 좌표계로 변환가능하다.
Figure pat00016
수학식 12는 전리층통과점의 위경도 좌표를 x-y좌표계로 변환한 결과에 대한 수학식을 나타낸다. 수학식 12에서, ax, ay는 각각 x-y좌표계에 대한 단위벡터이고, rx, ry는 각 좌표에 대한 크기값을 의미한다.
도 8를 참조하면, 전리층 교란 원점의 상공 350km 지점을 가정하고, 교란 원점의 위치가 2차원 벡터 u로 표시된 것을 알 수 있다. 전리층 교란원에 대한 2차원 벡터 u는 입사각 θ에 대해서 수학식 13과 같이 표시될 수 있다.
Figure pat00017
수학식 13에서, u는 x-y좌표계에서의 전리층 교란 원점의 2차원 벡터, θ는 x-y좌표계의 원점에 대한 전리층 교란 원점의 입사각을 의미한다.
다음으로, 전리층교란원에 의해 전리층 상에서 파동의 형태로 전달되는 이동성 전리층 교란을 입력신호 s(t) 및 wc의 반송파로 정의하면, 임의의 기준 전리층통과점에서 수신하는 기준신호 x(t)는 수학식 14와 같이 모델링할 수 있다.
Figure pat00018
수학식 14를 기준으로 임의의 i번째 전리층 통과점 ri에 수신되는 전리층신호 xi(t)는 수학식 15와 같이 모델링할 수 있다.
Figure pat00019
수학식 15에서, vTID는 전리층에서의 이동성 전리층교란 파동의 전파속도를 의미하고,
Figure pat00020
는 전리층통과점의 위치에 따른 전리층 교란의 도달시간의 차이를 의미한다. 일반적인 배열안테나 기술에 따르면, 전리층 교란의 파동 s(t)를 단일 파동에 의한 협대역 신호라고 가정하여, s(t)와 s(t-τ)가 같다고 단순화시켜서, 반송파에 의한 지연값만을 고려하지만, 본 발명에서 대상으로 하는 전리층 교란의 파동은 반송파가 존재하지 않고, 전리층통과점간의 거리와 교란 발생 도달 거리를 고려할 때, s(t)를 협대역 신호로 가정할 수 없다. 그러므로, 반송파 주파수 wc를 0으로 보고, s(t)의 파동을 정현파로 가정하면 수학식 15는 수학식 16과 같이 정리할 수 있다.
Figure pat00021
Figure pat00022
수학식 16 및 수학식 17에서, ws는 전리층교란파동의 주파수를 의미하고, ai(θ)는 전리층통과점을 각 배열안테나로 가정한 경우의 각 통과점에 대한 배열조향벡터로 정의할 수 있다. 수학식 17을 M개의 통과점에 대한 벡터신호로 나타내면 수학식 18과 같다.
Figure pat00023
또한, 수학식 18을 더욱 확장하여, 관심의 대상이 되는 지상의 원인에 의한 전리층교란이 일으키는 파동 이외에 태양의 활동 및 자기장의 변화에 의해 발생하는 파동을 고려하면, 전리층 교란원 s(t)를 단일 교란원이 아닌 임의의 K개의 교란원을 고려하여, 동시에 K가지 방향에서 도래하는 K개의 신호 si(t), i=1~K를 포함하는 행렬식을 수학식 19와 같이 정의할 수 있다.
Figure pat00024
Figure pat00025
수학식 19에서 A(θ)는 전리층통과점으로 구성되는 배열조향벡터로 정의될 수 있으며, 수학식 20과 같이 다차원벡터로 표현될 수 있다. 최종적으로 수학식 19에 수신잡음 n(t)를 고려하면, 수학식 21과 같이 기준고도의 전리층통과점에서 수신되는 배열수신신호에 대한 모델링이 완료되는 것을 알 수 있다.
Figure pat00026
이하에서는, 다시 도 6에 대한 설명을 이어서 하기로 한다.
다차원벡터산출부(630)는 기준고도 상에서의 전리층교란신호가 발생된 교란원지점과 전리층통과점파악부(610)가 파악한 전리층통과점과의 상대적인 거리 및 방향에 대한 정보를 하나의 다차원벡터로 산출한다. 여기서, 다차원벡터산출부(630)가 산출하는 다차원벡터는 수학식 20과 같은 전리층통과점으로 구성되는 배열조향벡터를 의미한다.
가중치적용부(650)는 교란원지점의 위치정보를 기초로 교란원지점에 대한 가중치를 산출하고, 산출된 가중치를 다차원벡터에 적용한다.
이하에서는, 가중치적용부(650)가 교란원지점에 대한 가중치를 산출하는 과정에 대해서 설명하기로 한다.
본 발명은 수학식 12 내지 수학식 21까지의 전리층통과점을 수신안테나로, 전리층 교란 파동을 입사 신호원으로 가정한 배열안테나의 모델링을 제안하는 방식을 이용한다. 본 발명에 따라 수학식 21과 같이 모델링이 완료된 후에는, 그 모델링이 완료된 결과에 다양한 배열안테나 알고리즘을 적용하여, 전리층통과점에서 관측되는 전리층교란의 관측값을 특정방향에 대하여 이득을 향상시키는 방식을 통해서 지상에서의 특정 원인으로 하는 전리층 교란이 발생된 시점을 명확히 특정해낼 수 있게 된다.
일 예로서, 수학식 21과 같이 모델링된 결과에 컨벤셔널 빔포머(conventional beamformer)를 적용하는 과정을 설명하기로 한다.
도 9는 일반적인 빔포머(beamformer)의 구조를 나타낸다.
도 9에서, 가중치적용부(650)는 수학식 21의 각 수신 신호에 대하여 가중치 w를 조절하여, 특정방향으로 입사되는 신호의 출력이 최대가 되도록 한다.
먼저, 가중치적용부(650)는 각 수신신호에 대해 적용시킬 가중치를 산출한다. 가중치적용부(650)는 특정 방향에 대한 이득이 향상되도록 w의 크기를 조절하며, w의 크기를 조절하기 위해서 도 8에 도시된 빔포머의 조향을 결정하게 된다.
Figure pat00027
수학식 22는 수학식 21과 같이 전리층통과점의 수신신호에 대한 모델링이 완료된 결과에 특정 방향에 대한 관측이득까지 향상시킨 결과신호를 나타낸다. 가중치 벡터 w를 결정하는 방법은, 전술한 컨벤셔널 빔포머, 최초 분산 빔포머(minimum variance beam former) 등 다양한 빔형성 기법이 이용될 수 있으며, 본 발명에서, 이러한 빔형성 기법을 통해서 가중치 벡터 w를 결정하고, 특정 방향에 대한 관측이득을 향상시킬 수 있는 것은, 상공 350km 지점을 기준고도로 설정하고, 전리층통과점을 기준고도의 x-y좌표계에 놓여있는 배열안테나로 가정하고 모델링을 진행했기 때문이다.
가중치적용부(650)는 위와 같이 산출된 가중치를 다차원벡터에 적용함으로써, 전리층 교란에 대한 결과를 분석하기 위한 최종신호 y(t)를 산출하게 된다.
이어서, 교란시점결정부(670)는 가중치가 적용된 다차원벡터를 분석하고, 그 분석한 결과로부터 교란원지점에서 발생된 전리층교란을 결정한다.
일 예로서, 가중치적용부(650)가 컨벤셔널 빔포머를 이용하여, 특정방향 θ에서 입사되는 교란원 신호에 대하여 출력을 최대로 하여, 신호대잡음비(SNR)을 최대로 하는 최적 가중치 w를 수학식 23을 통해 결정할 수 있다.
Figure pat00028
수학식 23은 가중치적용부(650)가 컨벤셔널 빔포머 기법으로 특정방향 θ에서 입사되는 교란원신호의 가중치를 산출하기 위한 수학식으로서, 수학식 23이 수학식 22에 적용되면, 최종 신호 y(t)에서는 특정 방향 θ에 대한 관측이득이 향상된 결과가 관찰될 수 있다. 즉, 가중치적용부(650)는 전리층통과점들이 존재하는 2차원좌표계에서의 원점을 기준으로 측정된 각도(입사각)정보를 기초로 하여 가중치 w를 산출할 수 있다.
도 3을 예를 들어 설명하면, 가중치적용부(650)에 의해서, 2시에서의 전리층 교란의 관측이득이 대폭 향상되어, 0시에서 1시 사이와 6시 이후의 전리층 교란의 크기보다 더 커지게 됨에 따라서, 교란시점결정부(670)는 지상의 원인에 의한 전리층 교란을 더욱 더 명확하게 구분해낼 수 있게 된다. 본 발명에서 교란시점결정부(670)가 지상의 원인에 의한 전리층 교란을 명확하게 구분할 수 있게 되는 것은, 기준고도상의 복수의 전리층통과점들을 배열안테나로 간주하고, 배열안테나기법을 적용시키기 위한 모델링을 수행하였을 뿐만 아니라, 모델링이 완료된 결과에 입사각 θ에 대한 함수로 가중치 w를 정의하여 그 가중치를 기반으로 수학식 22와 같이 최종 신호 y(t)를 산출한 점에서 기인한다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따라 특정 방향에서 입사되는 신호의 관측 이득을 향상시키기거나 감쇄시키는 다른 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 10a는 지상 관측기준국과 어느 항법위성 하나에 대한 전리층 통과점을 직관적으로 나타내고 있다. 구체적으로, 도 10a에서 한반도에 위치하고 있는 8개의 검은색 원들은 한반도에 위치하고 있는 지상 관측기준국 8곳을 의미하고, 한반도를 기준으로 북서쪽에 위치한 파란색 별들은 지정된 항법위성에 대한 전리층 통과점을 의미한다. 도 10a에서는 설명의 편의를 위해서, 항법위성 하나와 그 항법위성과 통신하는 8개의 관측기준국에 대해서만 설명하였으나, 본 발명이 실제로 구현되는 상황에서는, 복수의 항법위성 및 각각의 항법위성들로부터 항법신호를 수신하는 복수의 기준국에 의해 수많은 전리층 통과점이 존재할 수 있다.
본 발명에서는 전리층 통과점 각각을 마치 전리층 교란을 관측하는 센서로 가정하기 때문에, 항법위성과 지상 관측기준국 간에 특정한 높이에 존재하는 전리층 통과점이 특정되고 나면, 이후에는 지상 관측기준국을 배제한 상태에서 전리층 통과점만을 이용하여, 신호처리를 수행하고, 도 10a의 전리층 통과점을 지역좌표계를 이용하여 도 10b와 같이 도시할 수 있다.
도 10b는 도 10a에서의 전리층 통과점을 지역좌표계로 변환하여 도시한 도면으로서, 도 10a에 따라, 8개의 전리층 통과점이 지역좌표계 상의 km단위로서 표현되어 있는 것을 알 수 있다. 도 10b에서는 설명의 편의를 위해서, 항법위성 하나와 그 항법위성과 통신하는 8개의 관측기준국에 대해서만 설명하였으나, 본 발명이 실제로 구현되는 상황에서는, 도 8과 같이 항법위성의 수와 지상 관측기준국의 수를 곱한 수만큼의 전리층 통과점이 지역좌표계로 표현될 수 있다는 것은 이 분야의 통상의 기술자에게 자명한 사실일 것이다.
본 발명에 따른 복수의 위성항법 전리층측정치의 지향성 처리 시스템은 도 10b와 같이 전리층 통과점이 지역좌표계를 통해 설정되면, 그 설정된 전리층 통과점에 대해서 수학식 12 내지 수학식 21까지의 모델링을 적용하게 된다. 본 발명에 따른 복수의 위성항법 전리층측정치의 지향성 처리 시스템은 특정한 방향(예를 들어, A방향)에서 입사되는 신호의 관측 이득은 증폭시키고, 다른 특정 방향(예를 들어, B방향)에서 입사되는 신호의 관측 이득은 감쇄시키는 배열안테나 알고리즘을 적용하며, 전술한 것처럼 수학식 23의 컨벤셔널 빔포머를 일 예로서 설명한 바 있다.
도 11은 동쪽방향의 관측이득을 증폭시키고, 북쪽방향에 대한 관측이득은 감쇄시킨 공간신호처리 기법을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
보다 구체적으로는, 도 11은 방위각 90도에 해당하는 동쪽 방향의 관측 이득을 증폭시키고, 방위각 0도에 해당하는 북쪽방향에 대한 관측 이득은 감쇄시키는 기법을 나타내고 있으며, 각 방위각에 대한 수신 이득을 도시하고 있다. 도 11에서, 방위각 90도 대비 방위각 0도의 수신 이득은 약 25dB가량 차이가 나는 것을 확인할 수 있다(방위각 90도일 때 이득 0dB, 방위각 0도일 때 이득 -25dB). 본 발명은, 전술한 것과 같이, 컨벤셔널 빔포머 이외에 MVDR 등 다양한 빔포밍 알고리즘을 적용하여 특정 방향의 신호에 대한 관측 이득을 증폭 또는 감쇄시킬 수 있으며, 적용하는 알고리즘에 따라 특정하고자 하는 전리층 교란을 더욱 더 명확하게 확인할 수 있게 된다.
도 12는 도 10b의 각 전리층 통과점에서 수신처리되는 전리층 교란 관측값을 시뮬레이션한 결과의 일 예를 나타낸다.
보다 구체적으로는, 도 12는 1000~1200번째 샘플에서 관측되는 교란은 동쪽 방향(방위각 90도)에서 수신되고, 200~400번째 샘플에서 관측되는 교란은 북쪽방향(방위각 0도)에서 수신되었다고 가정한 상태에서 산출된 결과이다.
도 12를 도 3과 연관지어 설명하면, 먼저, 사용자가 관측하고자 하는 지점에서의 전리층 교란은 도 3의 2시시점에서의 전리층 교란이고, 동시에 도 12의 동쪽방향에서 수신되는 전리층 교란이다. 또한, 사용자가 관측하고자 하는 지점의 전리층 교란을 관측하는 데에 장해요소로 작용하는 전리층 교란은, 도 3의 0시에서 1시 사이 또는 6시 이후의 전리층 교란이고, 동시에 도 12의 북쪽방향에서 수신되는 전리층 교란이다. 도 3 및 도 12는 단일 전리층 통과점에서 관측되는 상황으로서, 이러한 경우, 종래에 방식에 따르면, 사용자는 시스템의 출력결과로부터 관측하고자 하는 지점 및 방향에서의 전리층 교란과 장해요소로 작용하는 전리층 교란을 서로 구분할 수 없다.
도 13은 도 10b의 각 전리층 통과점에서 수신되는 전리층 교란 관측값을 시뮬레이션한 결과의 다른 일 예를 나타낸다.
보다 구체적으로, 도 13은 본 발명을 적용하여 동쪽 방향에서 수신되는 전리층 교란을 증폭시키고, 북쪽 방향에서 수신되는 전리층 교란을 감쇄시킨 결과를 나타내고 있다. 도 13은 도 10b의 8개 전리층 통과점에서 수신되는 전리층 교란 관측값을 모두 통합하여, 도 11에서 설명한 컨벤셔널 빔포밍 알고리즘을 적용한 결과로서, 도 12에서는 200~400번째 샘플(북쪽 방향)과 1000~1200번째 샘플(동쪽 방향)을 서로 구분할 수 없을 뿐만 아니라, 200~400번째 샘플(북쪽 방향)의 크기가 1000~1200번째 샘플(동쪽 방향)의 크기에 비해 더 컸으나, 도 13에서는 각 방향에 대한 관측 이득의 증폭 또는 감쇄가 적용됨에 따라서, 다른 샘플들에 비해서 1000~1200번째 샘플(동쪽 방향)의 크기만 다른 독보적으로 두드러지는 양상을 보이는 것을 알 수 있다.
통신시스템에서 적용되는 빔형성(beamformer)기법은 임의 방향을 고려하여 최대의 신호이득을 얻게 되는 각도 θ를 추정하게 되지만, 본 발명은 특정 원인에 의해 발생되는 전리층 교란을 지향하여 관측 이득을 향상시켜야 하므로, θ값을 관심대상지역으로 설정하여 특정 전리층 교란에 대한 관측 이득이 향상(증폭)되도록 활용한다는 점에서 종래의 미세전리층 교란 검출 기법보다 더 우수하다.
도 14는 본 발명에 따른 전리층측정치의 지향성 처리 방법의 일 예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 14는 도 6에 따른 전리층측정치의 지향성 처리 시스템(600)에 의해 구현될 수 있으므로, 이하에서는 도 6을 참조하여 설명하고, 도 6에서 설명한 것과 중복된 설명은 생략하기로 한다.
전리층통과점파악부(610)는 기준고도상의 복수의 전리층통과점들의 위치정보를 파악한다(S1410).
다차원벡터산출부(630)는 파악된 전리층통과점들과 전리층교란원지점간의 거리, 방향에 대한 정보를 하나의 다차원벡터로 산출한다(S1430).
가중치적용부(650)는 교란원지점의 위치정보를 기초로 교란원지점에 대한 가중치를 산출하고, 산출된 가중치를 단계 S1430에서 산출된 다차원벡터에 적용한다(S1450).
교란시점결정부(670)는 가중치가 적용된 다차원벡터를 분석한 결과로부터 교란원지점에서 발생된 전리층교란을 결정한다(S1470), 여기서, 교란시점결정부(670)가 결정하는 전리층교란은, 해당 전리층교란의 크기가 발생된 시점 및 크기를 모두 포함하는 개념일 수 있다.
기존의 전리층 교란 검출 기법은 단일 전리층 통과점에서 관측되는 주된 경향성이 제거된 전리층 측정치를 이용하기 때문에 지상의 원인에 의해 발생하는 미약한 전리층 교란을 검출하는데 한계가 있었으나, 본 발명은 다수의 전리층 통과점에서의 전리층 측정치를 통합하여 특정 방향에서 발생하는 전리층 교란에 대하여 관측 이득을 향상시킬 수 있다.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시 예는 컴퓨터상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.
한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 “상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

Claims (9)

  1. 전리층통과점파악부가, 복수의 항법위성으로부터 적어도 하나 이상의 관측기준국 수신기가 위성항법신호를 수신한 통신결과를 분석하고, 상기 분석된 결과를 기초로 기설정된 기준고도상에서 상기 항법위성들과 상기 수신기 사이에 위치한 전리층통과점들을 파악하는 전리층통과점파악단계;
    다차원벡터산출부가, 상기 기준고도 상에서의 전리층교란신호가 발생된 교란원지점과 상기 파악된 전리층통과점과의 상대적인 거리 및 방향에 대한 정보를 하나의 다차원벡터로 산출하는 다차원벡터산출단계;
    가중치적용부가, 상기 교란원지점의 위치정보를 기초로 상기 교란원지점에 대한 가중치를 산출하고, 상기 산출된 가중치를 상기 다차원벡터에 적용하는 가중치적용단계; 및
    교란시점결정부가, 상기 적용된 다차원벡터를 분석한 결과로부터 상기 교란원지점에서 발생된 전리층교란을 결정하는 교란시점결정단계; 를 포함하는 복수의 위성항법 전리층측정치의 지향성 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전리층통과점의 위치정보는,
    상기 항법위성과 상기 수신기를 연결한 직선과 상기 기준고도상의 가상의 평면이 만나는
    위치의 위도 및 경도에 대한 정보인 것을 특징으로 하는 복수의 위성항법 전리층측정치의 지향성 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준고도는,
    해발 350km인 것을 특징으로 하는 복수의 위성항법 전리층측정치의 지향성 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가중치적용단계는,
    상기 전리층통과점들이 존재하는 2차원좌표계에서의 원점을 기준으로 측정된 각도정보로 상기 가중치를 산출하는 것을 특징으로 하는 복수의 위성항법 전리층측정치의 지향성 처리 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터판독가능한 기록매체.
  6. 복수의 항법위성으로부터 적어도 하나 이상의 관측기준국 수신기가 위성항법신호를 수신한 통신결과를 분석하고, 상기 분석된 결과를 기초로 기설정된 기준고도상에서 상기 항법위성들과 상기 수신기 사이에 위치한 전리층통과점들을 파악하는 전리층통과점파악부;
    상기 기준고도 상에서의 전리층교란신호가 발생된 교란원지점과 상기 파악된 전리층통과점과의 상대적인 거리 및 방향에 대한 정보를 하나의 다차원벡터로 산출하는 다차원벡터산출부;
    상기 교란원지점의 위치정보를 기초로 상기 교란원지점에 대한 가중치를 산출하고, 상기 산출된 가중치를 상기 다차원벡터에 적용하는 가중치적용부; 및
    상기 적용된 다차원벡터를 분석한 결과로부터 상기 교란원지점에서 발생된 전리층교란을 결정하는 교란시점결정부;를 포함하는 복수의 위성항법 전리층측정치의 지향성 처리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전리층통과점의 위치정보는,
    상기 항법위성과 상기 수신기를 연결한 직선과 상기 기준고도상의 가상의 평면이 만나는
    위치의 위도 및 경도에 대한 정보인 것을 특징으로 하는 복수의 위성항법 전리층측정치의 지향성 처리 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 기준고도는,
    해발 350km인 것을 특징으로 하는 복수의 위성항법 전리층측정치의 지향성 처리 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 가중치적용부는,
    상기 전리층통과점들이 존재하는 2차원좌표계에서의 원점을 기준으로 측정된 각도정보로 상기 가중치를 산출하는 것을 특징으로 하는 복수의 위성항법 전리층측정치의 지향성 처리 시스템.
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