KR101179135B1

KR101179135B1 - 위성 항법 시각 생성 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101179135B1
Application number: KR1020110009572A
Authority: KR
Inventors: 김천중; 박흥원; 김현석
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2012-09-07
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: WO2012105758A3; KR20120088308A; US20130307724A1; WO2012105758A2

Abstract

본 발명에 따른 위성 항법 시각 생성 장치는 관성 항법 장치와의 동기화를 위해 위성 항법 장치에서 생성되는 1PPS(Pulse Per Second) 신호와 대응되는 제1 위성 항법 시각(GPS TIME)을 저장하는 저장부 및 상기 위성 항법 장치로부터 상기 1PPS 신호 수신시 상기 저장부에 저장된 바로 이전의 제1 위성 항법 시각과 상기 1PPS 신호의 주기를 가산하여 제2 위성 항법 시각을 산출하고, 상기 수신된 1PSS 신호와 대응되는 제1 위성 항법 시각을 상기 저장부에 저장시키는 위성 항법 산출부를 포함함으로써, 1PPS 생성 시점의 정확한 위성 항법 시각을 산출할 수 있다.

Description

위성 항법 시각 생성 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING GPS TIME}

본 발명은 위성 항법 시각 생성 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 관성 항법 장치(Inertial Navigation System: INS)와 위성 항법 장치(Global Positioning System: GPS)를 구비하는 통합 항법 장치에서 동기화에 이용되는 위성 항법 시각(GPS TIME)을 생성하는 위성 항법 시각 생성 장치 및 방법에 관한 것이다.

관성 항법 장치 및 통합 항법 장치의 항법 성능을 평가하기 위해서는 기준 항법 정보가 필요하다. 이러한 기준 항법 정보의 생성에 DGPS(Differential Global Positioning System)가 이용된다.

DGPS를 이용해 관성 항법 장치 및 통합 항법 장치의 항법 성능을 평가하기 위해서는 DGPS의 위성 항법 시각(GPS TIME)과 평가 대상을 정밀하게 시각 동기화하여야 한다. 그러나 위성 항법 장치에서 전송되는 위성 항법 시각은 위성 항법 장치 내부의 처리시간만큼 지연되기 때문에 관성 항법 장치에서 위성 항법 시각을 수신한 시점을 기준으로 동기화하여 항법 정보를 출력하면 정확한 위성 항법 시각 정보를 갖는 DGPS에 시각 동기된 항법 정보와 시각 동기가 이루어지지 않게 된다. 그 결과 항법 성능 분석시 정확한 분석이 어렵게 된다. 이와 같은 문제는 동기화에 이용될 수 있는 정확한 위성 항법 시각을 통합 항법 장치에서 생성하지 못하는 것에 기인한다.

본 발명은 관성 항법 장치와 위성 항법 장치를 구비하는 통합 항법 장치에서 동기화에 이용되는 위성 항법 시각(GPS TIME)을 생성하는 위성 항법 시각 생성 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 위성 항법 시각 생성 장치는 관성 항법 장치와의 동기화를 위해 위성 항법 장치에서 생성되는 1PPS(Pulse Per Second) 신호와 대응되는 제1 위성 항법 시각(GPS TIME)을 저장하는 저장부 및 상기 위성 항법 장치로부터 상기 1PPS 신호 수신시 상기 저장부에 저장된 바로 이전의 제1 위성 항법 시각과 상기 1PPS 신호의 주기를 가산하여 제2 위성 항법 시각을 산출하고, 상기 수신된 1PPS 신호와 대응되는 제1 위성 항법 시각을 상기 저장부에 저장시키는 위성 항법 시각 산출부를 포함할 수 있다.

이때, 상기 위성 항법 시각 산출부는 상기 1PPS 신호로부터 상기 1PPS 신호의 주기를 산출할 수 있다.

또한, 상기 제2 위성 항법 시각을 초기값으로 하고 상기 관성 항법 장치의 항법 계산 주기마다 상기 항법 계산 주기를 상기 초기값에 누산하여 제3 위성 항법 시각을 산출하는 세부 위성 항법 시각 산출부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 저장부는 상기 제3 위성 항법 시각을 더 저장할 수 있다.

또한, 상기 제2 위성 항법 시각은 상기 1PPS 신호의 주기마다 산출될 수 있다.

한편, 본 발명의 항법 정보의 시각 동기화 장치는 관성 항법 장치와의 동기화를 위해 위성 항법 장치에서 생성되는 1PPS(Pulse Per Second) 신호와 대응되는 제1 위성 항법 시각(GPS TIME)을 저장하는 저장부와, 상기 위성 항법 장치로부터 상기 1PPS 신호 수신시 상기 저장부에 저장된 바로 이전의 제1 위성 항법 시각과 상기 1PPS 신호의 주기를 가산하여 제2 위성 항법 시각을 상기 1PPS 신호의 주기마다 산출하고 상기 수신된 1PPS 신호와 대응되는 제1 위성 항법 시각을 상기 저장부에 저장시키는 위성 항법 시각 산출부와, 상기 제2 위성 항법 시각을 초기값으로 하고 상기 관성 항법 장치의 항법 계산 주기마다 상기 항법 계산 주기를 상기 초기값에 누산하여 제3 위성 항법 시각을 산출하여 상기 저장부에 저장시키는 세부 위성 항법 시각 산출부가 구비된 위성 항법 시각 생성부; 및 상기 저장부에 저장된 제3 위성 항법 시각을 이용해 기준 항법 장치에서 생성되는 기준 항법 정보와 상기 위성 항법 장치의 항법 정보 및 상기 관성 항법 장치의 항법 정보를 동기화시키는 동기화부를 포함할 수 있다.

이때, 상기 동기화부는 상기 관성 항법 장치의 오차 보정을 위한 보조 센서의 항법 정보를 더 동기화시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 통합 항법 장치의 평가 시스템은 앞에서 설명된 항법 정보의 시각 동기화 장치 및 상기 동기화부에서 동기화된 기준 항법 정보와 각 항법 정보를 이용해 상기 동기화부의 동기화 대상이 되는 장치를 평가하는 평가 장치를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 위성 항법 시각 생성 방법은 위성 항법 장치로부터 1PPS 신호를 수신하는 단계, 상기 1PPS 신호 수신시 저장부에 저장된 바로 이전의 제1 위성 항법 시각을 추출하는 단계, 상기 추출된 제1 위성 항법 시각과 상기 위성 항법 장치의 1PPS 신호의 주기를 가산하여 제2 위성 항법 시각을 산출하는 단계 및 상기 수신된 제1 위성 항법 시각을 저장하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 1PPS 신호 수신 단계 후 상기 제2 위성 항법 시각 산출 단계 이전에, 상기 전송받은 1PPS 신호의 주기를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 위성 항법 시각 산출 단계 후에, 상기 제2 위성 항법 시각을 초기값으로 하고 관성 항법 장치의 항법 계산 주기마다 상기 항법 계산 주기를 상기 초기값에 누산하여 제3 위성 항법 시각을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제3 위성 항법 시각을 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편, 이상의 위성 항법 시각 생성 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 프로그램으로 기록될 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명의 위성 항법 시각 생성 장치 및 방법은 위성 항법 장치에서 시각 동기를 위해 주기적으로 출력되는 1PPS(Pulse Per Sec) 신호와 시간 지연되어 전송되는 위성 항법 시각을 이용하여 1PPS 생성 시점의 정확한 위성 항법 시각을 산출할 수 있다.

이렇게 산출된 위성 항법 시각은 1PPS 생성 시점의 위성 항법 시각이 되므로 위성 항법 시각을 이용하는 DGPS와 신뢰성 있는 동기화가 가능하다.

또한, 이렇게 산출된 위성 항법 시각과 관성 항법 장치의 항법 계산 주기를 이용하여 시각 동기에 필요한 위성 항법 시각을 상기 항법 계산 주기마다 생성할 수 있다. 이를 통해 DGPS와의 동기화는 물론 통합 항법 장치에 구비되는 다양한 보조 센서 또한 위성 항법 시각으로 동기화시킬 수 있다.

결과적으로 통합 항법 장치의 성능 평가의 기준이 되는 DGPS와 평가 대상이 되는 각 요소 간의 신뢰성 있는 동기화가 가능해지므로 기준 항법 장치를 이용한 신뢰성 있는 평가가 가능하다.

도 1은 본 발명의 위성 항법 시각 생성 장치를 나타낸 블럭도.
도 2는 본 발명의 위성 항법 시각 생성 장치에 관련된 각 신호를 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명의 항법 정보의 시각 동기화 장치를 나타낸 블럭도.
도 4는 본 발명의 통합 항법 장치의 평가 시스템을 나타낸 블럭도.
도 5는 본 발명의 위성 항법 시각 생성 방법을 나타낸 흐름도.

이하, 본 발명의 위성 항법 시각 생성 장치 및 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 위성 항법 시각 생성 장치를 나타낸 블럭도이다.

도 1에 도시된 위성 항법 시각 생성 장치는 관성 항법 장치와의 동기화를 위해 위성 항법 장치에서 생성되는 1PPS(Pulse Per Second) 신호와 대응되는 제1 위성 항법 시각(GPS TIME)을 저장하는 저장부(110) 및 상기 위성 항법 장치로부터 상기 1PPS 신호 수신시 상기 저장부에 저장된 바로 이전의 제1 위성 항법 시각과 상기 1PPS 신호의 주기를 가산하여 제2 위성 항법 시각을 산출하고, 상기 수신된 1PPS 신호와 대응되는 제1 위성 항법 시각을 상기 저장부에 저장시키는 위성 항법 시각 산출부(130)를 포함하고 있다.

관성 항법 장치(inertial navigation system)는 장거리 로켓이나 비행기 등의 비행체에 사용되는 항법 장치로 비행체의 현재 위치를 산출한다. 자이로를 이용, 관성공간에 대해 일정한 자세를 유지하는 기준 테이블을 만들고, 그 위에 정밀한 가속도계를 장치하여 이 장치를 비행체에 탑재한다. 이 장치에 의해 발진한 순간부터 임의의 시각까지 3축방향의 가속도를 2회 적분(積分)하면 비행거리가 얻어지며, 따라서 현재의 위치를 알 수 있다. 이 장치는 다른 원조를 전혀 필요로 하지 않고 자기 위치를 결정할 수 있는 특징을 가지며, 또한 외부의 방해를 받지 않는다. 원래 이 장치는 미사일의 유도장치(유도를 하는 시간은 몇 분 정도)로 개발된 것으로, 정밀도가 향상되어 비행시간이 10여 시간인 항공기에도 탑재되며, 수천 km의 비행거리에서 오차는 10km 정도이다. 이와 같은 오차는 상당히 작은 정도이나, 정밀한 항법이 요구되는 경우 이와 같은 오차는 심각한 문제를 초래할 수 있다. 따라서, 이와 같은 관성 항법 장치의 오차를 최소화하기 위해 보조 항법 장치가 이용되며, 본 발명에서는 보조 항법 장치로 위성 항법 장치가 이용된다. 또한, 부가적으로 고도계, 영상 센서 등의 보조 센서가 추가될 수 있다. 이때 관성 항법 장치와 보조 항법 장치 및 관성 항법 장치의 오차 보정을 위한 보조 센서를 모두 포함하여 통합 항법 장치라 지칭한다.

위성 항법 장치(global positioning system, GPS)는 정확한 위치를 알고 있는 항법 위성에서 송신된 전파를 수신시의 전파 지연시간을 이용하여 상호간의 거리(pseudo-range)를 계산하여 위치를 구하는 전파 항법 장치이다. 이때 위성 항법 장치의 위치 좌표는 삼각측량의 원리를 이용하면 이론적으로 최소 3개의 위성에서 송신한 전파를 수신하면 얻을 수 있다. 이를 위해선 수신기에서 계산한 시간 정보와 항법 위성에서 계산한 시간 정보가 동기되어 있다는 가정이 필요하다. 현실적으로 항법 위성에 탑재되어 있는 고가의 원자 시계를 수신기에 채용할 수 없으므로, 항법 위성 시계와 수신기 시계 사이의 시각 차이를 미지수로 두고, 4개의 연립방정식을 풀어서 항체의 위치 좌표와 두 시계 사이의 시각 차이를 구하는 방식이 사용된다. 따라서 위성 항법 장치에서 위치를 산출하기 위해선 최소 4개의 위성이 필요하다. 최근에는 위성 항법 장치의 중요성이 점차 증가함에 따라 미국, 러시아에서 운용중인 GPS, GLONASS 위성 항법 체계에 대한 현대화 작업이 진행되고 있으며 유럽연합도 Galileo라는 위성 항법 체계를 독자적으로 구축하고 있다. 이외에도 중국, 일본, 인도 등도 독자적인 위성 항법 체계의 구축을 진행하고 있어 향후에는 다중 위성 항법 신호의 수신을 통하여 보다 정확한 위치 정보 및 시간 정보의 사용이 가능하게 될 것이다.

위에서 언급한 바와 같이 4개의 항법 위성 신호를 수신하여 연속적으로 위성 항법을 수행하여 계산된 시간 정보인 위성 항법 시각(GPS TIME)은 항법 위성의 시간 정보와 동등한 정밀도를 유지하기 때문에 전 세계 어디에서든 위성 항법 시각이 가용한 경우 항법 위성의 시간 정보와 동일한 정밀도의 시간 정보를 획득할 수 있다. 그러므로 다양한 분야에서 시각 동기의 목적으로 위성 항법 시각(GPS TIME)을 사용한다.

위성 항법 시각은 항법 위성에서 전송된 항법 신호를 수신하는 시점에서의 시각 정보이다. 그런데, 위성 항법 장치에서 출력되는 위성 항법 시각은 항법 신호를 수신한 위성 항법 장치에서의 항법 신호 처리 시간 ΔT만큼 지연되어 출력된 것이다. 이러한 지연 오차를 해소하기 위해 또는 이러한 지연 오차를 외부로 알리기 위해 위성 항법 장치는 항법 신호 수신 시점을 나타내는 하드웨어 신호인 1PPS(Pulse Per Second) 신호를 생성한다. 1PPS 신호의 생성 시점은 항법 신호 수신 시점과 동일하다.

1PPS 신호는 일반적으로 펄스 형태의 신호로 출력되며, 통합 항법 장치에서는 이 신호를 하드웨어적(케이블 등을 이용한 신호 전송)으로 공유하여 시각 동기를 맞추고 있다.

통합 항법 장치의 성능 평가를 위해서는 기준 항법 정보가 필요하다. 이러한 기준 항법 정보는 DGPS(Differential Global Positioning System, 위성 항법 보정 시스템)에서 생성될 수 있다. DGPS는 GPS 수신기를 2개 이상 사용하여 상대적 측위(側衛)를 하는 방법으로, 개별 항법 위성의 거리 오차 보정치를 정밀하게 계산한 후 이를 작업 현장의 GPS 모듈의 오차 보정(誤差補正)에 이용하는 시스템이다. 이때 작업 현장, 즉 통합 항법 장치가 탑재된 비행체에 설치되는 GPS 수신기를 제1 DGPS 모듈이라 할 때 또하나의 GPS 수신기인 제2 DGPS 모듈을 정확한 위치 파악이 가능한 위치에 설치하게 되면 제1 DGPS의 오차를 보정할 수 있다. 따라서, 제1 DGPS에서는 정확한 항법 정보가 산출되며, 이렇게 산출된 항법 정보가 기준 항법 정보가 된다. 이때 제2 DGPS에서는 통합 항법 장치에 구비된 위성 항법 장치의 1PPS 신호를 이용할 수 없으므로 결과적으로 제1 DGPS에서 생성된 기준 항법 정보와 평가 대상인 통합 항법 장치에서 출력되는 항법 정보를 동기화시킬 수가 없다. 참고로, 제2 DGPS는 GPS 수신기 대신 레이더와 같은 항법 장치로 대체될 수 있으며 제1 DGPS까지 포함한 이들 모두를 기준 항법 장치라 지칭하기로 한다.

제1 DGPS와 제2 DGPS는 정확한 항법 정보의 산출을 위해 위성 항법 시각을 이용해 동기화하므로 평가 대상인 통합 항법 장치의 항법 정보 또한 상기 위성 항법 시각에 동기화시킬 필요가 있다. 이때 동기화의 대상이 되는 통합 항법 장치의 항법 정보로는 위성 항법 장치의 항법 정보와 보조 센서의 항법 정보가 포함된다. 보조 센서의 경우 위성 항법 장치의 1PPS 신호를 이용하지 않고 관성 항법 장치와의 동기화를 수행하는 시각 동기 수단을 포함할 수도 있는데, 이때의 시각 동기 수단 역시 위성 항법 시각에 동기화시킬 필요가 있다.

위성 항법 시각에 동기화시키는 과정에서 위성 항법 장치의 처리 지연 시간 ΔT가 문제가 된다. 즉, 위성 항법 장치의 위성 항법 시각이 1PPS 신호 생성 시점에서 출력되지 않고 ΔT만큼 지연되어 출력되므로 정상적인 시점에서 출력되는 기준 항법 정보와의 동기화가 불가능하다. 이러한 문제를 해소하기 위해 본 발명의 위성 항법 시각 생성 장치는 저장부(110)와 위성 항법 시각 산출부(130)를 포함한다.

저장부(110)는 1PPS(Pulse Per Second) 신호와 대응되는 제1 위성 항법 시각(GPS TIME)을 저장한다. 제1 위성 항법 시각은 위성 항법 장치에서 출력되는 위성 항법 시각으로 자신이 나타내는 시각보다 위성 항법 장치에서의 항법 신호 처리 시간 ΔT만큼 지연되어 출력된다.

여기서의 '대응'의 의미는 동일한 항법 신호에 의해 생성되는 것임을 의미한다. 따라서, 1PPS 신호와 대응되는 제1 위성 항법 시각은 1PPS 신호 생성 시점(항법 신호 수신 시점)에서 생성되지는 않으나 동일한 항법 신호에 의해 생성된 것임을 의미한다.

위성 항법 시각 산출부(130)는 1PPS 신호가 수신되면 저장부(110)에 저장되어 있는 바로 이전의 제1 위성 항법 시각을 추출한다. 예를 들어 현재 수신된 제1 위성 항법 시각을 n번째 제1 위성 항법 시각이라 가정할 때 '바로 이전의 제1 위성 항법 시각'은 n-1번째 제1 위성 항법 시각이다.

그런 다음 추출된 제1 위성 항법 시각과 1PPS 신호의 주기를 가산한다. 상기 가산 결과가 제2 위성 항법 시각이다. 제2 위성 항법 시각의 생성 시점은 1PPS 신호의 수신 시점과 동일하며 결과적으로 위성 항법 장치에서의 1PPS 신호의 생성 시점, 즉 항법 정보의 수신 시점과 동일하다.

또한, 위성 항법 시각 산출부(130)는 수신된 1PPS 신호와 대응되는 제1 위성 항법 시각을 저장부(130)에 저장시킨다. 이때 1PPS 신호와 대응되는 제1 위성 항법 시각은 위성 항법 장치의 처리 지연 시간으로 인하여 제2 위성 항법 시각 생성 후에 수신된다.

위와 같은 처리를 위해 위성 항법 시각 산출부는 위성 항법 장치로부터 1PPS 신호, 1PPS 신호의 주기 및 제1 위성 항법 시각을 전송받아야 한다.

한편, 위성 항법 시각 산출부는 전송받은 1PPS 신호로부터 1PPS 신호의 주기를 산출할 수 있다. 이에 따르면 위성 항법 장치는 1PPS 신호의 주기를 전송할 필요가 없게 되므로 1PPS 신호의 주기를 산출하기 위한 수단을 마련할 필요가 없다. 물론, 1PPS 신호의 주기를 산출하기 위해서 전송되는 1PPS 신호는 복수개여야 하며 시계열적으로 전송되어야 한다.

위성 항법 장치에서 1PPS 신호가 생성되는 시점과 위성 항법 시각 산출부에서 1PPS 신호를 수신하는 시점의 시간차는 없는 것으로 한다. 이에 따르면 위성 항법 시각 산출부에서 산출되는 제2 위성 항법 시각은 1PPS 신호 수신 시점, 즉 1PPS 신호 생성 시점에서 생성되는 위성 항법 시각이다. 이를 도 2를 통하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 위성 항법 시각 생성 장치에 관련된 각 신호를 나타낸 개략도이다.

위성 항법 장치는 1PPS 신호를 일정한 주기 T에 따라 생성한다. 이때의 주기 T는 항법 위성의 항법 신호를 통해 보정이 이루어지기 때문에 정확하다. 1PPS 신호 생성 시점이 ③일 때 상기 1PPS 신호에 대응하는 제1 위성 항법 시각은 ΔT만큼 지연된 ④시점에서 출력된다. 비록 ④시점에서 출력된다 하더라도 항법 처리 대상이 ③시점에서의 항법 신호이므로 ④시점에서 출력되는 제1 위성 항법 시각은 ③시점을 나타낸다. 그러나 ③시점에서는 미래의 ④시점에서 출력되는 제1 위성 항법 시각을 알 수 없다. 이때 저장부에는 과거 ②시점의 제1 위성 항법 시각이 저장되어 있다. ②시점의 제1 위성 항법 시각은 비록 ②시점에서 출력되나 그 값은 ①시점을 나타낸다. 도 2를 살펴보면 ①시점에 1PPS 신호의 주기 T를 가산하면 ③시점이 되는 것을 알 수 있다. 따라서, ②시점에서 저장부에 저장된 제1 위성 항법 시각에 T를 가산하면 ③시점의 위성 항법 시각을 산출할 수 있다. 이렇게 산출된 위성 항법 시각이 제2 위성 항법 시각이며 정확하게 ③시점을 나타냄과 동시에 ③시점에서 생성된다. 물론 이를 위해서는 1PPS 신호의 주기 T가 동일해야 할 것이다.

따라서, 본 발명의 위성 항법 시각 산출부에 의하면 각 1PPS 신호 생성 시점에서의 정확한 위성 항법 시각을 각 1PPS 신호 생성 시점에서 생성할 수 있다. 기준 항법 장치도 위성 항법 시각을 이용하여 기준 항법 장치를 구성하는 2개의 모듈 간에 동기화를 수행하고 있으므로 제2 위성 항법 시각을 이용하여 기준 항법 장치의 기준 항법 정보와 통합 항법 장치의 항법 정보를 동기화시킬 수 있게 된다. 필요에 따라 위성 항법 시각 산출부는 제2 위성 항법 시각을 저장부(110)에 저장시킬 수 있다. 제2 위성 항법 시각은 1PPS 신호 생성시마다 산출될 수 있다.

한편, 기준 항법 정보의 주기 T_D가 도 2에서와 같이 위성 항법 장치의 1PPS의 주기 T와 다를 경우 적절한 보정이 필요하다. 또한, 기준 항법 정보를 관성 항법 장치의 항법 정보 또는 보조 센서의 항법 정보와도 효과적으로 동기화시킬 필요가 있다. 이를 위해 세부 위성 항법 시각 산출부(150)가 이용된다.

세부 위성 항법 시각 산출부(150)는 위성 항법 시각 산출부(130)에서 산출된 제2 위성 항법 시각을 초기값으로 하는 조밀한 간격의 위성 항법 시각을 생성한다. 이때 조밀하게 생성되는 위성 항법 시각은 관성 항법 장치의 항법 계산 주기에 따라 생성된다.

예를 들어 세부 위성 항법 시각 산출부(150)는 제2 위성 항법 시각을 초기값으로 하고 관성 항법 장치의 항법 계산 주기 δT마다 상기 항법 계산 주기 δT를 상기 초기값에 누산하여 제3 위성 항법 시각을 산출할 수 있다. 참고로, 세부 위성 항법 시각 산출부는 항법 계산 주기를 알기 위해 관성 항법 장치로부터 항법 계산 주기를 직접 전송받거나 상기 항법 계산 주기로 생성되는 항법 정보를 전송받아 상기 항법 계산 주기를 산출할 수 있다.

도 2를 살펴보면 관성 항법 장치는 위성 항법 장치의 1PPS의 주기보다 상대적으로 매우 작은 항법 계산 주기 δT로 항법 정보를 생성한다. 이러한 이유로 관성 항법 장치의 시각 정보는 단기간에 대해서는 신뢰성이 우수하다. 이러한 특성을 이용하여 위성 항법 시각을 관성 항법 장치의 항법 계산 주기 δT 간격으로 생성할 수 있다. 다만, 장기간에 대해서는 관성 항법 장치의 특성상 오차가 발생되므로 제2 위성 항법 시각을 이용하여 항법 계산 주기 δT를 보정한다.

이를 위해 세부 위성 항법 시각 산출부(150)는 관성 항법 장치의 항법 계산 주기 δT를 수신하고, 위성 항법 시각 산출부로부터 제2 위성 항법 시각을 수신한다. 제2 위성 항법 시각이 수신되면 현재 시각을 제2 위성 항법 시각으로 초기화한 후 항법 계산 주기 δT를 누산한다. 누산된 각 값이 제3 위성 항법 시각이 되며, 그 개수는 관성 항법 장치의 항법 정보의 개수와 일치한다. 이렇게 산출되는 제3 위성 항법 시각은 통합 항법 장치의 다양한 세부 요소와의 동기화를 위해 저장부(110)에 저장될 수 있다. 세부 위성 항법 시각 산출부(150)는 관성 항법 장치로부터 항법 정보를 수신하여 상기 항법 계산 주기 δT를 산출하여 이용할 수도 있다.

한편, 제2 위성 항법 시각을 이용한 초기화 간격이 크면 제3 위성 항법 시각에 대한 신뢰성이 저하될 수 있다. 따라서, 위성 항법 시각 산출부에서 산출되는 제2 위성 항법 시각은 1PPS 신호의 주기마다 산출될 수 있다. 이를 통해 세부 위성 항법 시각 산출부는 1PPS 신호의 주기마다 항법 계산 주기 δT가 누산되는 제3 위성 항법 시각을 보정하게 되므로 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

저장부(110)에 저장된 제3 위성 항법 시각은 조밀하게 생성된 위성 항법 시각을 의미한다. 따라서, 제3 위성 항법 시각과 동일한 주기의 관성 항법 장치, 제3 위성 항법 시각보다 큰 주기를 갖는 기준 항법 장치, 보조 센서와의 동기화를 용이하게 수행할 수 있다.

도 3은 본 발명의 항법 정보의 시각 동기화 장치를 나타낸 블럭도이다.

도 3에 도시된 항법 정보의 시각 동기화 장치는 위성 항법 시각 생성부(100) 및 동기화부(210)를 포함할 수 있다.

위성 항법 시각 생성부(100)는 도 1에서 설명된 위성 항법 시각 생성 장치일 수 있다.

즉, 위성 항법 시각 생성부(100)는 관성 항법 장치와의 동기화를 위해 위성 항법 장치에서 생성되는 1PPS(Pulse Per Second) 신호와 대응되는 제1 위성 항법 시각(GPS TIME)을 저장하는 저장부(110)와, 위성 항법 장치로부터 1PPS 신호 수신시 저장부(110)에 저장된 바로 이전의 제1 위성 항법 시각과 1PPS 신호의 주기를 가산하여 제2 위성 항법 시각을 1PPS 신호의 주기마다 산출하고 수신된 1PPS 신호와 대응되는 제1 위성 항법 시각을 저장부(110)에 저장시키는 위성 항법 시각 산출부(130)와, 제2 위성 항법 시각을 초기값으로 하고 관성 항법 장치의 항법 계산 주기마다 항법 계산 주기를 상기 초기값에 누산하여 제3 위성 항법 시각을 산출하여 저장부(110)에 저장시키는 세부 위성 항법 시각 산출부(150)를 포함할 수 있다.

동기화부(210)는 저장부(110)에 저장된 제3 위성 항법 시각을 이용해 기준 항법 장치에서 생성되는 기준 항법 정보와 위성 항법 장치의 항법 정보 및 관성 항법 장치의 항법 정보를 동기화시킨다.

이때 동기화부(210)는 관성 항법 장치의 오차 보정을 위한 보조 센서의 정보를 더 동기화시킬 수 있다.

기존에는 1PPS 신호를 이용할 수 없는 기준 항법 장치의 특성에 따라 기준 항법 정보의 동기화가 불가능하였다. 그러나 본 실시예에 따르면 1PPS 신호 생성 시점의 위성 항법 시각을 1PPS 신호 생성 시점에서 생성할 수 있으므로 기준 항법 장치와의 동기화가 가능하다. 그 결과 통합 항법 장치의 신뢰성 있는 평가가 가능하다.

도 4는 본 발명의 통합 항법 장치의 평가 시스템을 나타낸 블럭도이다.

도 4에 도시된 통합 항법 장치의 평가 시스템은 항법 정보의 시각 동기화 장치(310) 및 항법 정보의 시각 동기화 장치에 구비된 동기화부에서 동기화된 기준 항법 정보와 각 항법 정보를 이용해 상기 동기화부의 동기화 대상이 되는 장치를 평가하는 평가 장치(320)를 포함할 수 있다.

항법 정보의 시각 동기화 장치(310)는 도 3에서 살펴본 항법 정보의 시각 동기화 장치일 수 있다.

평가 장치(320)는 통합 항법 장치를 구성하는 관성 항법 장치(340), 위성 항법 장치(330), 보조 센서(360) 등의 평가 대상을 기준 항법 장치(350)를 기준으로 하여 평가한다. 평가를 위해서는 각 평가 대상의 항법 정보와 기준 항법 장치의 기준 항법 정보의 동기화가 요구되는데, 이때의 동기화는 항법 정보의 시각 동기화 장치(310)에서 수행된다.

참고로, 평가 장치(320)는 각 평가 대상의 항법 정보를 인터페이싱하는 수단 또한 평가할 수 있다.

기존에는 동기화의 문제로 인하여 기준 항법 장치를 이용하기가 어려운 부분이 있었으나, 항법 정보의 시각 동기화 장치(310)에 의해 이러한 문제를 해소하였다.

도 5는 본 발명의 위성 항법 시각 생성 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 5에 도시된 위성 항법 시각 생성 방법은 도 1에 도시된 위성 항법 시각 생성 장치의 동작으로서 설명될 수도 있다.

먼저, 위성 항법 장치로부터 1PPS 신호를 수신한다(S 510).

상기 1PPS 신호 수신시 저장부에 저장된 바로 이전의 제1 위성 항법 시각을 추출한다. 그 후 상기 추출된 제1 위성 항법 시각과 상기 1PPS 신호의 주기를 가산하여 제2 위성 항법 시각을 산출한다(S 530).

상기 수신된 1PPS 신호와 대응되는 제1 위성 항법 시각을 수신하여 상기 저장부에 저장한다(S 560). 수신된 1PPS 신호와 대응되는 제1 위성 항법 신호는 T만큼 지연되어 수신된다. 제2 위성 항법 시각은 1PPS 신호의 수신 시점에 산출되므로 제1 위성 항법 시각의 저장은 제2 위성 항법 시각의 산출 후에 이루어지게 된다.

이때, 상기 1PPS 신호 수신 단계(S 510) 후와 상기 제2 위성 항법 시각 산출 단계(S 530) 전에, 상기 전송받은 1PPS 신호의 주기를 산출하는 단계(S 520)를 더 포함할 수 있다. 이상의 과정은 위성 항법 시각 산출부(130)에서 수행될 수 있다.

다음으로 제2 위성 항법 시각 산출 단계(S 530) 후에, 상기 제2 위성 항법 시각을 초기값으로 하고 관성 항법 장치의 항법 계산 주기마다 상기 항법 계산 주기를 상기 초기값에 누산하여 제3 위성 항법 시각을 산출할 수 있다(S 540). 또한 상기 제3 위성 항법 시각을 산출하는 단계 후에, 상기 제3 위성 항법 시각을 저장할 수 있다(S 550). 세부 위성 항법 시각 산출부(150)에서 수행되는 동작이다.

한편, 도 5에서 설명된 본 발명의 위성 항법 시각 생성 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 프로그램으로 기록될 수 있다.

한편, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

통합 항법 장치의 동기화에 이용될 수 있다.

특히, 1PPS를 이용하지 않는 기준 항법 장치와 같은 외부 장치를 부가할 필요가 있는 경우에 유용하다.

이를 통해 기준 항법 장치를 이용한 통합 항법 장치의 신뢰성 있는 평가가 가능하다.

100...위성 항법 시각 생성부 110...저장부
130...위성 항법 시각 산출부 150...세부 위성 항법 시각 산출부
210...동기화부 310...항법 정보의 시각 동기화 장치
320...평가 장치 330...위성 항법 장치
340...관성 항법 장치 350...기준 항법 장치
360...보조 센서

Claims

관성 항법 장치와의 동기화를 위해 위성 항법 장치에서 생성되는 1PPS(Pulse Per Second) 신호와 대응되는 제1 위성 항법 시각(GPS TIME)을 저장하는 저장부;
상기 위성 항법 장치로부터 상기 1PPS 신호 수신시 상기 저장부에 저장된 바로 이전의 제1 위성 항법 시각과 상기 1PPS 신호의 주기를 가산하여 제2 위성 항법 시각을 산출하고, 상기 수신된 1PSS 신호와 대응되는 제1 위성 항법 시각을 상기 저장부에 저장시키는 위성 항법 시각 산출부; 및,
상기 제2 위성 항법 시각을 초기값으로 하고 상기 관성 항법 장치의 항법 계산 주기마다 상기 항법 계산 주기를 상기 초기값에 누산하여 제3 위성 항법 시각을 산출하는 세부 위성 항법 시각 산출부;
를 포함하는 위성 항법 시각 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 위성 항법 시각 산출부는 상기 1PPS 신호로부터 상기 1PPS 신호의 주기를 산출하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시각 생성 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 저장부는 상기 제3 위성 항법 시각을 더 저장하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시각 생성 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제2 위성 항법 시각은 상기 1PPS 신호의 주기마다 산출되는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시각 생성 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 저장부에 저장된 제3 위성 항법 시각을 이용해 기준 항법 장치에서 생성되는 기준 항법 정보와 상기 위성 항법 장치의 항법 정보 및 상기 관성 항법 장치의 항법 정보를 동기화시키는 동기화부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시각 생성 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 동기화부는 상기 관성 항법 장치의 오차 보정을 위한 보조 센서의 정보를 더 동기화시키는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시각 생성 장치.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 동기화부에서 동기화된 기준 항법 정보와 각 항법 정보를 이용해 상기 동기화부의 동기화 대상이 되는 장치를 평가하는 평가 장치;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시각 생성 장치.
위성 항법 시각 산출부가 위성 항법 장치로부터 1PPS 신호를 수신하는 단계;
상기 위성 항법 시각 산출부가 상기 1PPS 신호 수신시 저장부에 저장된 바로 이전의 제1 위성 항법 시각을 추출하는 단계;
상기 위성 항법 시각 산출부가 상기 추출된 제1 위성 항법 시각과 상기 1PPS 신호의 주기를 가산하여 제2 위성 항법 시각을 산출하는 단계; 및
상기 위성 항법 시각 산출부가 상기 수신된 1PPS 신호와 대응되는 제1 위성 항법 시각을 수신하여 상기 저장부에 저장하는 단계;
를 포함하되,
상기 제2 위성 항법 시각 산출 단계 후에, 세부 위성 항법 시각 산출부가 상기 제2 위성 항법 시각을 초기값으로 하고 관성 항법 장치의 항법 계산 주기마다 상기 항법 계산 주기를 상기 초기값에 누산하여 제3 위성 항법 시각을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시각 생성 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 1PPS 신호 수신 단계 후와 상기 제2 위성 항법 시각 산출 단계 전에,
상기 위성 항법 시각 산출부가 상기 1PPS 신호로부터 상기 1PPS 신호의 주기를 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시각 생성 방법.
삭제
제 9 항에 있어서,
상기 제3 위성 항법 시각을 산출하는 단계 후에,
상기 저장부가 상기 제3 위성 항법 시각을 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 항법 시각 생성 방법.
제 9 항, 제 10 항 또는 제 12 항 중 어느 한 항의 위성 항법 시각 생성 방법을 프로그램으로 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.