KR20000033073A - 이동통신기기와 gps 수신기를 이용한 차량항법장치 - Google Patents

Abstract

이동통신기기와 GPS 수신기를 이용한 차량항법장치가 개시된다. 지도메모리부는 지도데이터를 저장하고, GPS 수신부는 GPS 위성으로부터 측위신호를 제공받아 제1 위치정보를 출력하고, 이동통신부는 기지국으로부터 기지국신호를 제공받아 통신어댑터를 경유하여 제2 위치정보를 출력하고, 최적위치추정부는 GPS 수신부로부터 제1 위치정보를 제공받고, 통신어댑터를 경유하여 이동통신부로부터 제2 위치정보를 제공받아 최적의 위치정보인 제3 위치정보를 산출하고, 네비게이션제어부는 지도메모리부로부터 제3 위치정보에 대응하는 지도데이터를 제공받아 차량의 위치정보를 지도에 매칭시켜 디스플레이 화면 또는 스피커를 통해 매칭된 차량의 위치정보와 차량의 주행지도를 출력한다.

Description

이동통신기기와 ＧＰＳ 수신기를 이용한 차량항법장치

본 발명은 이동통신기기와 GPS 수신기를 이용한 차량항법장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 현재위치의 검출이 불가능한 상태가 없이 항상 고정밀도의 항법을 수행할 수 있는 이동통신기기와 GPS 수신기를 이용한 차량항법장치에 관한 것이다.

GPS(Global positioning system; 이하 GPS라 칭함.)는 인공위성에서 발사된 전파를 수신해 자기 자신의 위치를 정확하게 감지하는 시스템으로 기본 구상은 지국를 중심으로 적도면 55도의 기울기를 갖는 6개의 서로 다른 궤도면을 가지며 위성의 고도는 약 2만㎞, 원형궤도를 회전하는 주기는 약 12시간으로 합계 24개의 위성(주21, 예비3)을 배치시켜 시스템을 구성하게 된다.

상기 GPS에 의한 위치측정은 동시에 3개 이상의 위성으로부터의 신호가 필요한데, 이용자의 입체적인 현재 위치 및 속도정보와 시간(real time)정보를 세계 어느 곳에서나 주야, 기상상태에 관계없이 거의 동시에 제공하며 위치측정 오차는 약 25m CEP(Circle error probability) 이내이다.

상기 GPS에 의한 측위원리는 위성으로부터 발사되는 전파의 지역시간을 계측하고 궤도로부터의 거리에서 현재의 위치를 구하는 방법이 있다. 보다 상세히는 상기 GPS 위성의 신호를 수신하여 위치를 산출하는 방법으로는 몇가지 거론되고 있으나 보통의 항법장치에 이용하는 방식은 슈도우 레인지(Pseudo range)방식으로 위성으로부터 송신되는 PRN코드를 포착하여 수신기에 내장된 시계와의 차로부터 위성과 수신기간의 거리를 측정하는 방법이다.

이때 3개의 위성에 의한 측위원리는 하나의 위성으로부터의 거리를 알면 현재 위치는 그 위성을 중심으로 하여 반경이 그 위성과의 거리가 되는 구상의 한점이 된다. 또 하나의 위성과의 거리를 알면 현재의 위치는 두 구가 서로 겹치는 원주상의 어느 곳으로 된다. 그리고 3번째 위성과의 거리를 알면 세 구가 만나는 점이 바로 현재의 2차원 위치가 된다.

상기 GPS위성에는 원자시계가 탑재되어 모든 위성이 동시에 신호를 송신하도록 되어 있다. 위성과 마찬가지로 수신기에도 같은 정밀도의 시계가 있다면 위성이 송신하는 신호의 타이밍을 알면 위성신호가 수신기까지 도달하는데 걸리는 시간과 전파속도로부터 위성과의 거리를 계산할 수 있다

상기 GPS위성에는 원자시계가 탑재되어 있어 정확한 시각정보 및 궤도정보를 주기적으로 송신하고 있다. 이 정보를 이용하여 지상의 시계를 교정하거나 4개의 위성으로부터 송신된 신호를 동시에 수신함으로써 수신점의 위치와 시각 그리고 이동체의 속도, 방향 등도 측정할 수 있다.

그러나 상기 GPS신호의 문제점은 전송시간을 정확히 측정해야 하며 그에 따른 매우 정확한 시계가 필요하고 환경적으로 오차의 근원이 많다는 문제가 있다.

이와같이 GPS에 의한 위치오차 요인으로는 위성과의 시계오차, 위성내의 신호전파 지연, 전리층에서의 굴절에 의한 지연, 대기층에서의 굴절에 의한 지연, 수신기 노이즈 와 양자화에 의한 오차, 멀티패스에 의한 오차, 그리고 수신기내의 신호전파 오차 등이 있다.

도 1은 종래의 일반적인 네비게이션 시스템을 설명하기 위한 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 일반적인 네비게이션 시스템은 주행 또는 이동중인 이동체의 현재 위치를 파악하기 위한 현재위치검출부(10)가 포함되는데, 이는 방위 및 이동거리를 검출하기 위한 센서부 및 GPS 수신부를 구비하고 있으며, 이동체의 이동에 따라서 센서의 정보를 기준으로 현재위치의 좌표를 연산하여 갱신해가는 자립항법과 GPS위성으로부터의 전파를 수신하여 현재위치를 산출해 내는 전파항법에 의해 현재위치를 검출한다. 이때 상기 센서부의 방위센서로는 지자기센서 또는 자이로센서 등이 주로 사용될 수 있고, 거리센서는 차량 내에 설치되어 있는 차속센서 또는 가속도센서 등이 주로 사용된다.

그리고, 지도기억부(30)는 도로지도정보 및 음식점, 관광지, 공공시설명 등과 같은 서비스정보를 저장하고, 상기 출력부(40)는 상기 지도기억부(30)에서 읽어들인 지도정보 및 각종 데이터를 표시하고, 휴대폰 등의 통신장치(50)는 외부 정보센터로부터 교통정보 등을 제공받아 상기 네비게이션제어부(20)에 제공하고, 상기 네비게이션제어부(20)는 상기 현재위치검출부(10)에서 얻어진 위치정보를 기준으로 주변지역의 지도데이터를 읽어내어 상기 출력부(40)에 표시 및 경로탐색 등 여러 가지 응용기능의 제어를 비롯한 전체시스템의 동작을 제어한다.

그러나 방위센서 및 거리센서를 이용한 자립항법의 경우에 있어서, 방위센서로 주로 사용되는 자이로센서의 경우 각속도에 대한 출력값의 감도계수가 온도나 시간과 함께 변환하는 특성이 있고, 거리센서로 주로 사용하는 차속센서는 타이어의 마모나 승차인원에 따라 스케일 팩터(Scale factor)가 변화되며, 이러한 오차들이 누적 연산되므로 초기 얼마동안은 측위가 가능하지만, 장시간동안 계속 연산이 이루어질 경우 누적오차가 커져서 발산하는 문제가 있다.

또한 순간적으로 GPS 위성신호를 수신할 수 없는 경우에는 이러한 센서들을 이용한 자립항법이 가능하지만, GPS수신불능 시간이 오래 지속될 경우, 정확한 측위는 불가능하게 된다. 그리고, 차속센서를 연결하는 것도 일반사람들이 쉽게 할 수 없기 때문에 전문 카센터 등에서 설치하여야 하므로 별도의 비용이 드는 문제가 있다.

이에, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 기지국과의 통신에 의한 휴대폰자체의 위치정보와 GPS위성으로부터의 위치 정보를 이용하여 현재위치의 검출이 불가능한 상태가 없이 항상 고정밀도의 항법이 가능한 휴대폰과 GPS를 이용한 차량항법장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래의 일반적인 네비게이션 시스템을 설명하기 위한 블럭도;

도 2는 본 발명에 의한 이동통신기기와 GPS 수신기를 이용한 차량항법장치를 설명하기 위한 블럭도;

도 3은 맵 매칭의 자동차 위치 수정을 설명하기 위한 도면;

도 4는 맵 매칭의 복수경로트레이스를 설명하기 위한 도면; 그리고

도 5는 맵 매칭의 거리차보정을 설명하기 위한 도면이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

10 : 현재위치검출부 20, 600 : 네비게이션제어부

30, 100 : 지도기억부 40, 700 : 출력부

50 : 통신장치 200 : GPS 수신기

300 : 이동통신기기 400 : 통신어댑터

500 : 최적위치추정부

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 본 발명은

지도데이터가 저장된 지도메모리;

GPS 위성으로부터 측위신호를 제공받아 제1 위치정보를 출력하기 위한 GPS 수신부;

기지국으로부터 기지국신호를 제공받아 제2 위치정보를 출력하기 위한 이동통신부;

상기 GPS 수신기과 상기 이동통신기기로부터 각각 제공되는 제1 위치정보와 제2 위치정보중 적어도 하나 이상 제공받아 차량의 현재 최적 위치정보인 제3 위치정보를 산출하기 위한 최적위치추정부;

상기 이동통신기기와 상기 최적위치추정부와의 인터페이싱을 수행하기 위한 통신어댑터;

상기 지도메모리로부터 상기 제3 위치정보에 대응하는 지도데이터를 제공받아 차량의 위치정보를 지도에 매칭시켜 출력하기 위한 네비게이션제어부; 그리고

상기 네비게이션제어부로부터 지도에 매칭된 차량의 위치정보를 출력하기 위한 출력부로 이루어진 이동통신기기와 GPS 수신기를 이용한 차량항법장치를 제공한다.

상기한 이동통신기기와 GPS 수신기를 이용한 차량항법장치에 의하면, GPS 위성으로부터 제공되는 GPS 신호를 이용하여 차량의 위치정보를 얻고, 또한 휴대폰을 이용하여 차량의 위치정보를 얻어 두 위치정보로부터 차량의 최적의 위치정보를 검출해낼 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 의한 이동통신기기와 GPS 수신기를 이용한 차량항법장치를 설명하기 위한 블럭도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 이동통신기기와 GPS 수신기를 이용한 차량항법장치는 지도기억부(100), GPS 수신기(200), 이동통신기기(300), 통신어댑터(400), 최적위치추정부(500), 네비게이션제어부(600), 그리고 출력부(700)로 구성된다.

상기 도로지도기억부(100)는 도로지도데이터가 저장되어 상기 네비게이션제어부(600)의 제어에 응답하여 상기 저장된 도로지도데이터를 상기 네비게이션제어부(600)에 제공한다. 보다 상세히는 상기 도로지도데이터는 공중사진을 바탕으로 만들어지는 축척 1/25,000의 지형도를 기초로 하여, 도로 주행 및 도로 관리에 필요한 지리적 정보가 디지털방식으로 수치화되어 있고, 이들 수치 데이터는 "기준 지역 메슈"마다 정비되어 있다. 예를들어 전국을 경도차 1도·위도차 40분에서 구획되는 "1차 메슈"(종횡 약 80㎞)를 8등분하여 "2차 메쉬"(종횡 약 10㎞)로 하고, 상기 2차 메슈 구획을 10등분(종횡 약 1㎞)한 구획을 3차 메쉬(mesh)라 한다. 덧붙여 전국은 약 39만개의 3차 메슈로 뒤덮이게 될 것이다.

상기 GPS 수신기(200)는 적어도 3개 이상의 GPS 위성으로부터 전파를 수신하여 위성의 궤도정보와 거리를 구함으로써 지구상에서의 절대위치인 제1 위치정보를 상기 최적위치추정부(500)에 제공한다.

그러나, GPS에 의한 측위시에도 그 위치오차가 100미터 이상으로 커지는 경우가 있고, 고가도로 및 산림지역, 도로의 빌딩사이 등에서는 전파를 수신할 수가 없어 측위불가능 상태로 되는 경우가 종종 발생한다.

휴대폰이나 PCS등의 상기 이동통신기기(300)는 기지국으로부터 위도좌표와 경도좌표의 위치정보를 제공받아 휴대폰 위치인식방법을 이용하여 제2 위치정보를 산출한 후 산출된 제2 위치정보를 상기 통신어댑터(400)를 경유하여 상기 최적위치추정부(500)에 제공한다. 보다 상세히는, 기지국은 자국의 존재를 휴대폰에 알려주기 위해 SMS(Short message service)를 이용하여 고유의 ID 및 위치정보를 발생하고, 휴대폰은 최적의 수신감도를 유지하기 위해 통화중이거나 또는 통화대기상태에서, 그리고 심지어 휴대폰을 오프시켰을 경우에도 최대 3개의 기지국 ID와 그 전계강도로부터 자기위치를 계산해낸다.

상기한 휴대폰을 이용한 휴대폰 위치인식방법을 보다 상세히 설명한다.

그 일 예로써 전파가 강한 상위 3개의 기지국위치인 위도신호 및 경도신호와 그 전계강도로부터 위치를 구하는 방법이다. 이때 기지국은 자국의 존재를 휴대폰에 알려주기 위해 고유의 ID 및 위치정보를 발생하고, 휴대폰은 최대 3개의 기지국 ID와 그 전계강도로부터 자기위치를 계산해낸다. 이때 위치정확도는 기지국간 거리가 얼마나 떨어져 있느냐에 따라 좌우된다. 즉, 기지국간 거리가 짧을수록 상기 위치정확도는 높게 되는데, 보통 수십 미터 내지 수백 미터의 측위오차가 발생할 수 있다.

또 다른 일 예로써 각 기지국과 휴대폰간의 시간지연에 의해 위치를 계산하는 방법이다.

상기한 방법은 기지국으로부터 제공되는 전파의 전계강도를 이용하지 않고, 기지국과 휴대폰사이의 통신시에 위치를 계산하는 방법으로 이는 GPS위성으로부터의 전파시간지연을 기준으로 위치를 계산해 내는 방법과 유사하다.

상기 통신어댑터(400)는 상기 이동통신기기(300)로부터 제공되는 이동통신기기의 위치정보를 적절한 형태로 데이터 변환한 후 상기 최적위치추정부(500)에 제공한다. 만일 상기 이동통신기기(300)가 아날로그 방식의 단말기라면 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키기 위한 A/D 변환기를 추가하여 구성할 수 있음은 자명한 일이다.

상기 최적위치추정부(500)는 상기 GPS 수신기(200)로부터 제1 위치정보를 제공받고, 상기 이동통신기기(300)로부터 제2 위치정보를 제공받아 차량의 최적의 위치정보인 제3 위치정보를 산출한 후 산출된 제3 위치정보를 상기 네비게이션제어부(600)에 제공한다.

보다 상세히는 상기 최적위치추정부(500)는 칼만필터(Kalman filter) 등을 포함하여 구성된다. 이때 상기 칼만필터는 상기 GPS 수신기(200)로부터 제공되는 GPS 측위신호인 제1 위치정보와 상기 이동통신기기(300)로부터 제공되는 이동통신기기(300)의 위도/경도에 대한 좌표값 등으로 구성될 수 있는 제2 위치정보를 제공받아 각각 칼만필터의 상태변수로 설정하고, 설정된 상태변수를 근거로 최적의 위치정보를 추정한다. 만일 GPS 측위가 불가능한 경우에는 상기 최적위치추정부(500)는 상기 이동통신기기(300)로부터의 제공되는 제2 위치정보만을 수신하여 현재위치를 검출할 수 있다. 참고로, 현재의 기술로는 GPS에 의한 위치측정이 휴대폰 위치인식기법에 의한 위치측정보다 정확도가 높다.

상기 네비게이션 제어부(600)는 상기 최적위치추정부(500)로부터 계산된 제3 위치정보와 상기 도로지도기억부(100)에 기록된 지도데이터를 기준으로 현재 위치를 구한 후 그 위치를 지도데이터상에 나타내고, 상기 출력부(700)에 제공한다. 이때, 휴대폰과 GPS로부터의 위치오차는 대개의 경우 이동체는 도로상에 존재한다는 가정을 전제로 개발된 맵 매칭(Map matching)법을 사용하여 위치오차를 보정하여 지도 데이터의 도로 상에 매칭시키기 때문에 오차를 현저하게 줄일 수 있다.

보다 상세히는 자동차 위치 추측 항법에 있어서는 방위의 설정오차, 각종 센서의 오차, 도로상의 실제도로와의 미스 매칭(Miss matching) 등에 의해 발생되는 누적오차를 적시에 보정할 필요가 있다. 추측항법에 의해 얻을 수 있었던 주행궤적을 화면에 디스플레이되는 도로 지도의 도로 형상과 비교하여 가장 높은 확률로 형상이 일치된다고 생각되는 지도의 도로에 자동차 위치를 자동으로 수정하는 기능을 맵 매칭이라고 한다.

도 3은 맵 매칭의 자동차 위치 수정을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하여, 도로 지도에 설정되어 있는 검정점( P_n-2 , P_n-1 , P_n , P_n+1 )을 통과때 마다 상기 검정점을 연결하여 형성되는 도로 형상(X)과 추측항법에 의한 실제 궤적 형상(Y)을 조합하여 그 유사성이 소정의 값 이상일 때 이 도로를 통과중이라고 판단하는 것이다. 이때 유사성 판정의 소정값은 차량의 방위오차, 거리오차, 도로폭, 검정점간의 거리 등으로부터 확률적 요소를 가지고 결정한다. 자동차 위치는 이 판정에 있어서 과거의 검정점들 중에서 최초의 통과 검정점(Po)을 기점으로 실제 주행 거리에서 수정된다.

도 4는 맵 매칭의 복수경로트레이스를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하여, 도로가 근접해 있을 경우 복수 도로를 검정의 대상으로 추적하여 점선으로 표시한 추정치를 실제의 도로에 B만큼 매칭시켜 수정한다. 이러한 복수경로트레이스는 가능한 한 빠른 시기에 판정하는 것이 필요하다.

도 5는 맵 매칭의 거리차보정을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하여, 궤적의 굴곡부를 검출하여 교차로와 굴곡점에서 수정함으로 거리센서의 오차등에 의한 위치 차이를 보정하는 것이다. 도 5에 있어서 도로 ⓐ를 오른쪽으로 굴곡시켜 도로 ⓑ에 진입시켰을 때, 굴곡형상을 보고 맞다면 현재 위치를 도로 ⓑ에서 수정한다.

상기 출력부(700)는 CRT 또는 LCD 등으로 구성된 디스플레이부와 스피커 등으로 구성되어 상기 네비게이션제어부(600)로부터 제공되는 지도상에 표시된 위치정보를 일단을 통해 디스플레이하거나 또는 상기 위치정보를 스피커를 통해 음성출력한다. 이때 상기 디스플레이부의 화면상에 나타나는 도로 지도는 상기 도로지도데이터를 기초로 하여 다양한 속성데이터인 도로명 또는 랜드마크, 페인트색 등을 첨가해서 실행될 수 있다.

또한 여기에서 사용되는 휴대폰을 이용하여 정보센터 등 외부와의 교통정보 송수신, 인터넷 억세스 등의 기능도 겸용할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예로는 휴대폰을 이용하여 타 이동체에 자신의 위치정보를 송신하거나 타이동체로부터의 위치정보를 수신하여 서로의 위치확인도 가능하다.

보다 상세히는 이동통신기기(300)는 상기 네비게이션제어부(600)로부터 최적의 위치정보가 매칭된 도로정보에 관한 데이터를 상기 통신 어댑터(400)를 통해 제공받아 특정 이동통신기기(도시하지 않음)에 송신하여 상기 특정 이동통신기기는 상기 이동통신기기(300)의 위치정보를 확인할 수 있고, 그 반대도 역시 동일한 방법으로 수행하므로써 각 이동통신기기간의 위치확인이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 차량항법장치에 있어서, GPS 수신기를 통해 차량의 제1 위치정보를 제공받고, 휴대폰이나 PCS폰 등의 이동통신기기를 통해 차량의 제2 위치정보를 제공받아 차량의 위치정보를 추정하므로써 측정오차를 줄여 최적의 위치정보를 확인할 수 있고, 또한 만일 GPS 수신기를 통해 위치정보를 확인할 수 없는 지역을 경유하더라도 상기 이동통신기기를 통해 입력되는 위치정보를 근거로 차량의 위치정보를 중단없이 확인할 수 있다.

이상, 설명한 바와 같이 본 발명에 따라 네비게이션 시스템과의 통신을 위한 어댑터와 상기 네비게이션시스템의 최적위치추정부의 변경만으로도 일반적으로 사용하는 휴대폰이나 PCS폰을 이용하여 데이터통신 및 위치정보의 송/수신이 가능하므로 별도의 장치를 구입하지 않고도 차량의 위치 정보검색이 가능하다.

또한 기존의 네비게이션 시스템에서 사용되는 자립항법유니트(DRU; Dead Reckonning Unit) 대신에 휴대폰을 이용한 현재 위치 검출방법이 사용될 수 있기 때문에 비용절감효과를 기대할 수 있으며, 자이로센서 등을 채용함으로 인해 발생되었던 환경변화의 영향에 의한 오차를 줄일 수 있다.

또한 GPS 측위와 이동통신기기를 이용한 측위로부터의 위치정보를 기준으로 정밀의 항법이 가능하다.

또한 차량외에서도 휴대폰만의 위치정보 제공이 가능하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 지도데이터가 저장된 지도메모리수단;

   GPS 위성으로부터 측위신호를 제공받아 제1 위치정보를 출력하기 위한 GPS 수신수단;

   기지국으로부터 기지국신호를 제공받아 제2 위치정보를 출력하기 위한 이동통신수단;

   상기 GPS 수신기과 상기 이동통신수단으로부터 각각 제공되는 제1 위치정보와 제2 위치정보중 적어도 하나 이상 제공받아 차량의 현재 최적 위치정보인 제3 위치정보를 산출하기 위한 최적위치추정수단;

   상기 이동통신수단과 상기 최적위치추정수단과의 인터페이싱을 수행하기 위한 통신어댑터;

   상기 지도메모리수단으로부터 상기 제3 위치정보에 대응하는 지도데이터를 제공받아 차량의 위치정보를 지도에 매칭시켜 출력하기 위한 네비게이션제어수단; 그리고

   상기 네비게이션제어수단으로부터 지도에 매칭된 차량의 위치정보를 출력하기 위한 출력수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이동통신기기와 GPS 수신기를 이용한 차량항법장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 통신어댑터는 상기 이동통신수단과 상기 네비게이션제어수단과의 데이터통신도 더 수행하는 것을 특징으로 하는 이동통신기기와 GPS 수신기를 이용한 차량항법장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 최적위치추정수단은 칼만필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신기기와 GPS 수신기를 이용한 차량항법장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 이동통신수단은 휴대폰 위치인식기법을 이용하여 제2 위치정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 이동통신기기와 GPS 수신기를 이용한 차량항법장치.