KR100380112B1

KR100380112B1 - 위성측위 보정신호의 시각동기 신호 삽입 송·수신 장치

Info

Publication number: KR100380112B1
Application number: KR10-2000-0083439A
Authority: KR
Inventors: 김종철
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2003-04-11
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: KR20020055458A

Abstract

본 발명은 독자적인 시각정보를 포함하는 위성측위시스템(GPS) 보정신호의 생성과 송신 및 수신에 관한 것으로, GPS 보정(DGPS)신호 생성 및 송ㆍ수신에 관한 기존의 방법(MSK(Minimum Shift Keying))에 독자적인 시각정보를 부가하기 위해 ASK(Amplitude Shift Keying) 변조방식을 결합함으로써, 평상시에는 GPS의 이용을 증진시키기며 GPS의 이용이 곤란한 상황(지역적 또는 유사시)에는 대체항법(시각동기 및 측위) 기능을 구현하고자 하는 것이다.

이러한 본 발명은 GPS 신호를 수신하는 안테나(1)와, 중파에 위성측위보정 정보(4)를 싣는 MSK 변조기(6)와, MSK 변조신호(7)에 시각정보(3)를 싣는 ASK 변조기(8)와, 최종변조(MSK 변조와 ASK 변조)신호(9)를 송출하는 송신기(10)로 송신장치가 이루어지고,

수신안테나(11)로부터 받은 신호를 기저대역으로 내려주는 디모듈레이터(12)와, 전달매체의 주파수 성분을 제거하고자 반송신호(carrier)를 발생시키는 장치(13)와, 반송신호가 섞인 신호로부터 원하는 정보 신호만을 선택적으로 걸러주는 대역필터(BPF)와 수신신호의 크기변화를 보정해 주는 자동이득조절장치(AGC)로 구성된 모듈(14)과, 대역필터와 자동이득조절장치를 거친 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시켜주는 A/D 변환기(15)와, 앞선 신호처리 과정에 의한 신호를 병렬로 복조하여 원하는 위성측위 보정정보와 시각정보를 얻는 DSP 모듈(16)과, 전체적인 시스템 제어 및 외부장치와의 신호연결을 위한 인터페이스 제어장치(17)로 수신장치가 이루어지는 것으로, DGPS 기능 뿐 아니라, 독자적인 측위시스템의 기능을 할 수 있는 것이다.

Description

위성측위 보정신호의 시각동기 신호 삽입 송·수신 장치{Transmitter receiver system that insert time synchronization signal in Differential Global Positioning System singl}

본 발명은 자체적인 시각정보를 포함하는 위성측위시스템(GPS) 보정신호(DGPS)의 생성과 송신 및 수신장치에 관한 것으로, 기존의 GPS 보정(DGPS)신호 생성방법인 최소편이변조방식(Minimum Shift Keying; 이하 MSK로 약칭)에 시각정보를 싣기 위한 진폭변조방식(Amplitude Shift Keying; 이하 ASK로 약칭)을 결합한 것으로 GPS의 이용상의 제한을 보완하고, 고속통신망의 주파수 동기원 및 시각동기를 확보하여 유사시 GPS를 이용할 수 없는 상황에 대비할 수 있는 대체항법시스템을 구축할 수 있도록 한 것이다.MSK 변조방식이란 디지털 변조방식의 하나로서 협대혁 주파수편이변조방식의 하나이며 주파수편이 △F를 최소화한 변조방식을 말한다.또한 ASK 변조방식이란 디지털 데이터의 입력신호(0 또는 1)에 따라 반송파의 크기(amplitude)를 변화시키는 변조방식을 말한다.

데이터 신호들 사이의 고정밀한 시각동기의 구현은 지상전파를 이용하는 방법과 위성을 이용하는 방법이 있으나, 위성을 이용한 시각동기 방법은 전 세계규모의 넓은 지역에 대하여 정밀하고 정확한 원자시계를 탑재한 위성의 개발과 운용 비용이 비싸, 일개 국가차원에서 독자적인 위성을 확보하기는 어렵다.

GPS는 세계 어느 곳에서나 악천후에서도 이용할 수 있다는 장점이 있으나, 대기지연오차, 위성시계와 위성궤도오차 등으로 인해 민간에서 요구하는 수준의 이용가능성과 정확도를 갖는 서비스를 제공하지 못하며 GPS 정보를 싣는 반송파의 특성으로 인해 실내, 지하, 터널 안, 고층 건물이 많은 도심 등에서는 GPS 신호가 수신되지 않는 단점이 있다.

민간에서 요구하는 수준의 서비스를 제공하기 위해서는 GPS 신호를 보정해 주는 보정시스템(DGPS)이 필요하며, 보정시스템으로부터 계산된 보정신호를 각 이용분야에 맞는 FM- subcarrier, VHF, UHF, 중파 등 여러 전달매체를 통하여 일반 사용자에게 방송하게 된다.

중파(200-300Khz)대의 신호를 이용한 서비스는 전파의 성질상 장거리 통신에 유리하여 그 동안 해상, 육상, 항공기 등에서 널리 사용되어왔으며, 이 대역의 신호를 GPS의 정확도를 높이기 위한 위성측위시스템 보정(DGPS)신호의 방송매체로 사용하게 되면 실내, 지하, 터널 안, 고층 건물이 많은 도심 등에서도 GPS 보정(DGPS)신호를 수신할 수 있다.

중파를 전달매체로 한 보정신호는 이미 RTCM(Radio Technical Commission Maritime) SC-104에 육·해상용 국제표준으로 규정되어 있으며 실제 선박항행을 위해 이용되고 있으나, 그 보정신호 내에 자체 시각정보를 포함하고 있지 않아 독자적인 측위시스템으로의 활용이 불가능하다.

이에 RTCM 표준을 하나도 손상하지 않으며 추가적으로 시각정보를 실어 보낼 수 있는 시스템을 개발하여 위성측위 보정신호로서의 기능뿐 아니라, 독자적인 측위시스템의 기능을 할 수 있는 시스템을 구축하고자 한다.

RTCM은 MSK로 정해진 변조방식과 생성 데이터의 길이, 전송속도 등이 정해져 있는 국제규약이므로 이에 대한 변경은 불가능하다. 따라서 DGPS 신호에 독자적인 측위시스템을 위한 시각정보를 추가로 전송하기 위해, 신호의 직교성을 이용하여, MSK 변조신호에 정보가 실리지 않는 크기(amplitude) 부분에 정보를 실어 보내는 ASK 변조방식을 이용하면 국제표준 규격의 DGPS 서비스에 영향을 주지 않으며 GPS 대체기능을 구현할 수 있다.

기존의 중파를 이용한 DGPS 신호 생성은 MSK변조방식을 사용하고 있으나 본 발명은 MSK 변조에 ASK 변조방식을 혼합함으로써 MSK 변조에 의한 DGPS 정보를 손상시키지 않으면서, 신호의 직교성을 이용한 ASK 변조를 통해 부가적인 시각정보를 싣고자 하는 것이다.

도 1 에서 보듯이 ASK 변조에 의해 MSK 변조신호의 크기가 왜곡돼지만 MSK 변조신호의 정보는 오로지 신호의 주파수 성분에만 관심이 있으므로 ASK 변조에 의한 왜곡은 무시될 수 있다.

이용자 수신기는 위성의 신호와 수신기 내부의 시계, 기준국에서 방송되는 보정신호 등을 종합하여 자신의 위치를 결정하게 되는데 이때 중요한 변수가 되는 것은 위성신호 발생의 기준이 되는 위성 내부의 원자시계와 수신기 장착된 시계와의 시각동기이며 수신기는 시각동기 된 정보만을 이용하여 위치를 결정하게 된다.

기존의 사용자는 시각동기원을 위성신호와 수신기 내부의 시계로부터 얻고 있으나 위성측위 보정(DGPS)신호에 시각정보를 추가하는 경우 위성이 아닌 DGPS 신호로부터 얻을 수 있으며, 이러한 방법으로 생성된 신호의 송신장치와 수신장치를 이용하여 현 GPS에 독립적인 시각동기원을 구축할 수 있으며 이를 이용하여 독자적인 대체항법시스템을 가질 수 있게 된다.

도 1 은 본 발명의 MSK 변조방식과 ASK 변조방식을 결합한 신호의 생성 및 송신 회로도

도 2 는 본 발명의 MSK 변조방식과 ASK 변조방식을 결합한 신호의 수신회로도

도 3 은 본 발명의 MSK 변조방식과 ASK 변조방식을 결합한 신호의 복조회로도

도 4 는 본 발명의 MSK 변조방식과 ASK 변조방식을 결합한 신호의 스펙트럼

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1 : 안테나 2 : 위성측위보정 값 계산기

3 : 시각정보 4 : 위성측위보정(DGPS) 정보

5 : 중파 6 : MSK 변조기

7 : MSK 변조신호 8 : ASK 변조기

9 : 최종변조신호 10 : 송신기

11 : 수신안테나 12 : 디모듈레이터

13 : 반송파 혼합기 14 : 대역필터와 자동이득조절장치 모듈

15 : A/D 변환기 16 : DSP 모듈

17 : 인터페이스 제어장치 20 : ASK 복조기

22 : MSK 복조기

본 발명의 송신장치는 도 1 에 도시된 바와 같이 GPS 신호를 수신하는 안테나(1)와, 중파(5)에 위성측위보정 값 계산기(2)로부터 계산된 위성측위보정 정보(4)를 싣는 MSK 변조기(6)와, 상기 MSK 변조기(6)에서 변조된 MSK 변조 신호(7)에 안테나(1)에서 수신되어 분리된 시각정보(3)를 싣는 ASK 변조기(8)와, 상기 ASK 변조기(8)에서 변조된 최종변조(MSK 변조와 ASK 변조)신호(9)를 송출하는 송신기(10)로 구성된다.

최종변조신호(9)를 수신하는 본 발명의 수신장치는 도 2 에 도시된 바와 같이 수신안테나(11)로부터 받은 신호를 기저대역으로 내려주는 디모듈레이터(12)와, 전달매체의 주파수 성분을 제거하고자 반송신호(carrier)를 발생시키는 반송파 혼합기(13)와, 상기 반송파 혼합기(13)의 반송신호가 섞인 신호로부터 원하는 정보 신호만을 선택적으로 걸러주는 대역필터(BPF)와 수신신호의 크기변화를 보정해 주는 자동이득조절장치(AGC)로 구성된 모듈(14)과, 상기 모듈(14)의 대역필터와 자동이득조절장치를 거친 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시켜주는 A/D 변환기(15)와, 상기 A/D 변환기(15)에서 변환된 디지털 신호를 병렬로 복조하여 원하는 위성측위 보정정보와 시각정보를 얻는 DSP(Digital Signal Process) 모듈(16)과, 전체적인 시스템 제어 및 외부장치와의 신호연결을 위한 인터페이스 제어장치(17)로 구성된다.

DSP 모듈(16)에서 원하는 정보를 얻고자 수행되는 신호복조는 도 3 에 도시된 바와 같이 수신장치 내부의 DSP 모듈(16)에서 ASK 복조기(20)와 MSK 복조기(22)를 통하여 병렬로 처리하게 되며 상기 ASK 복조기(20)와 MSK 복조기(22)에서 처리된 신호는 신호처리부(24)를 통하여 외부기기(25)와 신호처리 되어진다.

여기서 ASK 복조기(20)를 통해서는 시각정보(21)를 얻게되고 MSK 복조기(22)를 통해서는 위성측위보정(DGPS) 정보(23)를 얻게 된다.

이러한 구성의 본 발명 송신장치는 안테나(1)에서 수신된 GPS 신호로부터 시각정보(3)를 얻고, 위성측위 보정 값 계산기(2)를 통해 계산된 위성측위보정 정보(4)는 MSK 변조기(6)에서 중파(5)에 실리게 되고, 이 신호에 다시 ASK 변조기(8)에서 시각정보(3)를 실어 송신기(10)에서는 최종변조 신호(9)를 송신하게 된다.

이러한 송신장치에서 생성되는 MSK 변조방식과 ASK 변조방식을 결합한 신호의 스펙트럼은 도 4 에 도시된 바와 같다.

상기된 송신장치에서 송신된 최종변조신호(9)는 수신안테나(11)로 수신되어 디모듈레이터(12)에서 기저대역으로 내려주게 되고, 이 신호에 신호의 주파수 성분을 제거하고자 반송신호를 반송파 혼합기(13)에서 혼합한 후 대역필터와 자동이득조절장치로 구성된 모듈(14)에서 원하는 정보 신호만을 선택적으로 걸러주는 한편 수신신호의 크기변화를 보정해 주도록 한다.

대역필터와 자동이득조절장치를 거친 아날로그 신호는 디지털 신호로 변환된 후 DSP 모듈(16)에서 병렬로 복조하여 원하는 위성측위 보정정보와 시각정보를 얻도록 한다.

이때 DSP 모듈(16)에서는 MSK와 ASK 변조신호(19)를 ASK 복조기(20)와 MSK 복조기(22)에 병렬로 인가되어 처리되게 함으로써 ASK 복조기(20)에서는시각정보(21)를 얻도록 하고, MSK 복조기(22)에서는 위성측위보정 정보(23)를 얻도록 한다.

따라서 본 발명을 통해 시각동기원을 위성이 아닌 육.해상용 DGPS를 위한, 지상파에 시각정보가 부가된 DGPS 신호로부터 얻을 수 있으며, 이러한 방법으로 생성된 신호의 송신장치와 수신장치를 이용하여 현 GPS에 독립적인 대체항법시스템을 가질 수 있게 된다.

본 발명의 MSK 변조와 ASK 변조 방식을 혼합한 송신 및 수신 장치는 현재의 MSK 중파 변조 방식의 펄스를 세분화하여 DGPS 정보에 시각정보를 추가적으로 송신 및 수신을 할 수 있으므로, RTCM 표준을 사용하는 기존의 위성측위 보정신호 방송 서비스를 하나도 손상시키지 않으며 추가적으로 시각정보를 방송할 수 있어 DGPS 기능 뿐 아니라, 독자적인 측위시스템의 기능을 할 수 있다.

이 같이 285∼325Khz를 사용하는 MSK 중파 DGPS 장치에 ASK 변조를 통해 시각정보를 부가함으로써 현재의 GPS를 대신할 수 있는 대체항법시스템을 구축할 수 있다.

Claims

GPS 신호를 수신하는 안테나(1)와,

중파(5)에 위성측위보정 값 계산기(2)로부터 계산된 위성측위보정 정보(4)를 싣는 MSK 변조기(6)와,

상기 MSK 변조기(6)에서 변조된 MSK 변조신호(7)에 안테나(1)에서 수신되어 GPS 신호로부터 분리된 시각정보(3)를 싣는 ASK 변조기(8)와,

상기 ASK 변조기(8)에서 변조된 최종변조신호(9)를 송출하는 송신기(10)로 이루어진 송신장치와,

상기 송신기(10)로부터 수신안테나(11)를 통해 받은 최종변조신호(9)를 기저대역으로 내려주는 디모듈레이터(12)와,

상기 디모듈레이터(12)로부터 기저대역으로 내려진 신호에 전달매체의 주파수 성분을 제거하고자 반송신호를 발생시키는 반송파 혼합기(13)와,

상기 반송파 혼합기(13)의 반송신호가 섞인 신호로부터 원하는 정보 신호만을 선택적으로 걸러주는 대역필터와 수신신호의 크기변화를 보정해 주는 자동이득조절장치로 구성된 모듈(14)과,

상기 모듈(14)의 대역필터와 자동이득조절장치를 거친 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시켜주는 A/D 변환기(15)와,

상기 A/D 변환기(15)에서 변환된 디지털 신호를 병렬로 복조하여 원하는 위성측위 보정정보와 시각정보를 얻는 DSP 모듈(16)과,

전체적인 시스템 제어 및 외부장치와의 신호연결을 위한 인터페이스 제어장치(17)로 이루어진 수신장치로 구성됨을 특징으로 하는 위성측위 보정신호의 시각동기 신호 삽입 송·수신 장치,
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제 1 항에 있어서, DSP 모듈(16)은 수신신호를 ASK 복조기(20)와 MSK 복조기(22)를 통해 병렬로 처리하게 되며 상기 ASK 복조기(20)에서 얻어진 시각정보와 MSK 복조기(22)에서 얻어진 위성측위 보정정보는 신호처리부(24)를 통하여 외부기기(25)와 신호처리 되어지게 구성된 것을 특징으로 하는 위성측위 보정신호의 시각동기 신호 삽입 송·수신 장치.