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KR20050005201A - Down link typed location estimating system of terminal system and method therefor - Google Patents

Down link typed location estimating system of terminal system and method therefor Download PDF

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KR20050005201A
KR20050005201A KR1020030045880A KR20030045880A KR20050005201A KR 20050005201 A KR20050005201 A KR 20050005201A KR 1020030045880 A KR1020030045880 A KR 1020030045880A KR 20030045880 A KR20030045880 A KR 20030045880A KR 20050005201 A KR20050005201 A KR 20050005201A
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최성일
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햄펙스 주식회사
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Abstract

본 발명은 위치추적을 위해 독립적으로 구축된 무선망을 이용하여 위치추적 단말기의 위치를 추적하기 위한 위치추적 단말기의 다운 링크형 위치추적시스템과 그 방법에 관한 것으로, 이를 실현하기 위한 본 발명은 자체 기준클럭발진기를 구비하고 이를 기지국간 시각을 동기시키기 위한 시각동기장치부, 위치추적용 신호로서 송출할 정보를 저장하고 있는 정보저장부, 상기 시각동기장치부의 클럭에 의거 GPS 시각에 정확히 동기시켜 정보저장부의 위치추적 신호를 송출용 신호로 변조하는 수단 및 상기 변조신호를 안테나를 통해 무선송출하는 RF송신부를 포함하고 있는 주기지국과 종기지국으로 이루어진 기지국과, 상기 기지국들이 송출하는 위치추적용 신호를 수신하여 자체의 클럭을 기준으로 각 수신신호의 도달시각의 차이를 측정한 후 이 측정값을 이용하여 자신의 위치를 계산하는 단말기로 이루어져, 단말기의 송출전력을 줄일 수 있어 배터리의 크기를 줄일 수 있으므로 단말기의 소형화가 가능하고, 기존 휴대폰에 수납하여 휴대폰 기지국을 이용한 네트워크 방식의 위치추적이 어려운 점을 해결하여 119 전화와 같은 비상전화 호출시 단말기 위치를 안정적으로 제공할 수 있는 장점이 있는 발명임.The present invention relates to a downlink type location tracking system of a location tracking terminal for tracking the location of a location tracking terminal using a wireless network independently constructed for location tracking, and a method thereof. A time synchronization device having a reference clock oscillator and synchronizing the time between base stations, an information storage unit for storing information to be transmitted as a position tracking signal, and information synchronized in time with the GPS time based on the clock of the time synchronization unit. A base station comprising a base station and a terminal station including means for modulating the position tracking signal of the storage unit into a transmission signal and an RF transmitter for radio transmission of the modulated signal through an antenna, and a position tracking signal transmitted by the base stations. After receiving and measuring the difference of arrival time of each received signal based on its own clock, this side It consists of a terminal that calculates its own location by using a value. It can reduce the power consumption of the terminal and can reduce the size of the battery. Therefore, the terminal can be miniaturized and can be stored in an existing mobile phone. In order to solve this difficulty, the invention has the advantage of providing the terminal location stably in emergency call such as 119 phone.

Description

위치추적 단말기의 다운 링크형 위치추적시스템과 그 방법{DOWN LINK TYPED LOCATION ESTIMATING SYSTEM OF TERMINAL SYSTEM AND METHOD THEREFOR}DOWN LINK TYPED LOCATION ESTIMATING SYSTEM OF TERMINAL SYSTEM AND METHOD THEREFOR}

본 발명은 위치추적을 위해 독립적으로 구축된 무선망을 이용하여 위치추적 단말기(이하 '단말기'라 함)의 위치를 추적하기 위한 시스템과 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초정밀 GPS 시각동기장치를 내장한 주기지국과 상기 주기지국 신호에 동기 된 종기지국에서 위치추적용 신호를 송신하면 단말기에서 상기 신호의 수신시각 차이를 이용하여 자신의 위치를 계산하도록 하는 위치추적 단말기의 다운 링크형(Downlink Type) 위치추적시스템과 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for tracking the location of a location tracking terminal (hereinafter referred to as a 'terminal') using a wireless network independently constructed for location tracking, and more particularly, an ultra-precise GPS visual synchronization device. When the base station having a built-in and the terminal station synchronized with the base station signal transmits a location tracking signal, the terminal determines the location of the location tracking terminal using the difference in the reception time of the signal. Type) Location tracking system and method.

종래에 상업화되고 있는 위치추적 방식은 도 1에 도시된 바와 같이 단말기(10)에서 위치추적을 위한 정보가 실린 전파를 송출하고 이를 주변의 초정밀 시각 동기 된 주기지국(1)에서 수신하는 업 링크(Uplink) 방식으로 구성되어 있으며, 단말기(10)의 신호를 수신한 각 주기지국(1)은 단말기(10)가 송신한 전파를 측정하여 이를 위치계산장치(5)에 전송하고 위치계산장치(5)는 각 주기지국(1)에서 수집한 정보를 취합하여 단말기(10)의 위치를 계산한 후 그 계산결과를 단말기(10)와 네트워크상의 사용자에게 전송하는 방식으로 이루어져 있다.Conventionally, the location tracking method, which is commercialized in the related art, transmits a radio wave containing information for location tracking in the terminal 10 and receives the uplink (received) from the main station 1, which is synchronized with a high precision time around. The main station 1 receiving the signal of the terminal 10 measures the radio wave transmitted by the terminal 10 and transmits it to the position calculating device 5 and the position calculating device 5. ) Calculates the location of the terminal 10 by collecting the information collected by each base station 1 and transmits the calculation result to the terminal 10 and the user on the network.

그러나 이러한 종래의 위치추적시스템은 업 링크 방식으로 이루어져 있기때문에 단말기(10)가 일정출력 이상의 대 전력으로 신호를 송출하여야 하므로 단말기(10)의 송신부분이나 배터리를 소형화할 수 없었고, 주기지국(1)은 신호를 반드시 위치계산장치(5)에 전송하여야 하므로 통신망이 반드시 필요하며, 또한 단말기(10)가 송신하는 신호를 포착하여야 하므로 너무 먼 거리에 주기지국(1)을 배치할 수는 없어 주기지국(1)의 밀집도가 비교적 높은 문제점이 있었다.However, since the conventional location tracking system is configured in the uplink method, the terminal 10 must transmit a signal with a large power of a certain output or more, and thus the transmission part or the battery of the terminal 10 cannot be miniaturized. Note that the communication network is necessary because the signal must be transmitted to the position calculating device 5, and the main station 1 cannot be placed too far because the terminal 10 must capture the signal transmitted. There was a problem that the density of the base station 1 is relatively high.

본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위하여 발명한 것으로, 정확히 측량된 위치에 존재하며, GPS 시각(시각 : 고정된 한 시점에서의 표현정보의 일치 도를 의미 : 예를 들어 어느 한 시점에서 A 시계와 B 시계가 가리키는 시간 값이 1분차이라고 한다면 이 1분이 시각차이 값이다.)과 시간(시간 : 흐름 일치도 : 예를 들어 정확히 일치된 A 시계와 B 시계가 1시간 후에 1초의 시간차이가 있다면 1초/1시간이 시간 오차 값이다.)에 동기 된 신호를 발생하는 주기지국과 종기지국이 신호를 송출하고 이를 단말기가 수신하는 다운 링크 방식으로 구성하여 송출전력 제한문제를 해결함으로서 위치추적용 신호를 송출하는 기지국의 밀집도를 낮춰 기지국의 건설비용을 낮추며 또한 단말기는 수신만하는 형태로 바꾸어 그 크기를 극단적으로 작게 할 수 있도록 된 위치추적 단말기의 다운 링크형 위치추적시스템과 그 방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.The present invention has been invented to improve the above problems, and exists at a precisely measured position, and means GPS coincidence (time: coincidence of expression information at a fixed point in time: for example, A clock at any point in time). If the time point indicated by and clock B is 1 minute, this 1 minute is the time difference value) and the time (time: flow coincidence: for example, the exact difference between A and B clocks is 1 second after 1 hour. If there is a 1 second / 1 hour is a time error value, the main station and the terminal station that generate a signal synchronized with the terminal transmits the signal and configures it by the downlink method that the terminal receives. It is possible to reduce the construction cost of the base station by lowering the density of the base station that transmits the signal for transmitting the signal. Also, the terminal can be changed to the form of receiving only so that the size can be made extremely small. As to provide a downlink-type positioning systems and their methods of enemy terminal it is an object.

도 1은 종래 업 링크형 위치추적 망의 구성도,1 is a block diagram of a conventional uplink location tracking network,

도 2는 본 발명에 따른 위치 추적 시스템의 구성도,2 is a configuration diagram of a location tracking system according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 단말기의 구성도,3 is a block diagram of a terminal according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 주기지국의 구성도,4 is a block diagram of a main base station according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 종기지국의 구성도,5 is a block diagram of a seed station according to the present invention,

도 6은 본 발명에 따른 주 정보의 구성도,6 is a block diagram of main information according to the present invention;

도 7은 본 발명에 따른 보조 정보의 구성도,7 is a configuration diagram of auxiliary information according to the present invention;

도 8은 본 발명에 따른 IPDL 도면이다.8 is an IPDL diagram according to the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10 -- 단말기, 11 -- RF수신부,10-terminal, 11-RF receiver,

12 -- PN코드복조부, 13 -- 도착시간측정부,12-PN code demodulation unit, 13-Arrival time measurement unit,

14 -- 처리부, 20 -- GPS위성,14-processor, 20-GPS satellites,

22 -- 주기지국, 22A -- 시각동기장치부,22-main station, 22A-visual synchronization unit,

22B -- 데이터저장부, 24 -- 종기지국,22B-data storage, 24-boil station,

41, 51 -- GPS 수신기, 42, 52 -- 세슘 발진기,41, 51-GPS receiver, 42, 52-cesium oscillator,

43, 53 -- 비교기, 44, 54 -- 주정보 저장부,43, 53-comparators, 44, 54-main information storage,

45, 55 -- 보조정보 저장부, 46, 56 -- 정보처리기,45, 55-auxiliary information storage, 46, 56-information processor,

47, 57 -- 코드 발생기, 48, 58 -- RF송신부,47, 57-code generator, 48, 58-RF transmitter,

49, 59 -- 안테나.49, 59-antenna.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 위치추적 단말기의 다운 링크형 위치추적시스템은, GPS 수신 장치와 세슘 발진기를 이용하여 그 측정오차를 10nsec 이하로 유지하는 시각동기장치를 갖춘 주기지국, 상기 주기지국 신호를 수신하여 루비듐 내장형 시각동기 장치를 동기 시키는 형태의 종기지국 그리고 상기 기지국들이 송출하는 위치추적용 신호를 수신하여 자체의 내부시계를 기준으로 각 신호의 도달시각의 차이를 측정한 후 이 측정값을 이용하여 자신의 위치를 계산하는 단말기로 이루어진 구조로 되어 있다.A downlink type positioning system of a positioning device according to the present invention for realizing the above object comprises a main station having a visual synchronization device for maintaining a measurement error of 10 nsec or less using a GPS receiver and a cesium oscillator, After receiving the base station signal and receiving the base station of the type synchronizing the Rubidium-embedded visual synchronization device and the location tracking signal transmitted by the base stations, and measuring the difference in the arrival time of each signal based on its internal clock It has a structure that consists of a terminal that calculates its position using the measured values.

상기 주기지국 및 종기지국이 송출하는 위치추적용 신호는 기지국 고유의 PN Code상의 시각 지연 정보, 시간 값, 기지국의 헬스정보로 이루어진 주 정보와 주기지국 그룹번호, 기지국의 위치정보, 주변 기지국의 PN Code 정보, 주변 기지국의 위치 정보로 이루어진 보조정보로 구성되어 있다.The location tracking signal transmitted by the main station and the terminal station is composed of main information consisting of time delay information, time value, base station health information, base station group number, base station location information, and PN of neighboring base station. It consists of auxiliary information consisting of code information and location information of neighboring base stations.

또한, 상기에 있어 주기지국은 GPS 시각에 동기 된 시각정보와 1 [펄스/초] 단위의 클럭을 발생시키는 GPS 수신기, 자체적으로 10-13이상의 정밀한 신호를 발생시키는 세슘 발진기, GPS 신호와 세슘 발진기간의 시각 차이를 측정하여 시각 차이에 100nsec 이상의 오차가 발생하였을 경우 세슘발진기를 조정하여 오차를 제거하는 비교기, GPS 수신기의 시각정보와 주 정보 저장부와 보조정보 저장부에 저장되어 있는 기지국의 주정보 및 보조정보를 출력하는 정보처리기, 상기 정보처리기의 출력신호를 코드화하여 출력하는 코드발생기 그리고 상기 코드발생기의 코드신호를무선송출하는 RF송신부로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, in the above, the main station has a GPS receiver which generates time information synchronized with GPS time and a clock of 1 [pulse / second], a cesium oscillator which generates its own precision signal of 10 -13 or more, a GPS signal and a cesium oscillator. Comparator to remove the error by adjusting cesium oscillator to measure the difference in time and to measure the difference in time, and the main information of the base station stored in the GPS receiver's visual information and main information storage and auxiliary information storage. And an information processor for outputting auxiliary information, a code generator for coding and outputting the output signal of the information processor, and an RF transmitter for wireless transmission of the code signal of the code generator.

아울러, 상기에 있어 종기지국은, 주기지국 신호에 동기 된 시각정보와 기준클럭을 발생시키는 주기지국 신호 수신기, 자체적으로 정밀한 신호를 발생시키는 루비듐(또는 크리스탈 발진기), 주기지국 신호와 루비듐 발진기간의 시각 차이를 측정하여 시각 차이에 기준치 이상의 오차가 발생하였을 경우 루비듐 발진기(또는 크리스탈 발진기)를 조정하여 오차를 제거하는 비교기, 주기지국 신호 수신기의 시각정보와 주 정보 저장부와 보조정보 저장부에 저장되어 있는 기지국의 주정보 및 보조정보를 출력하는 정보처리기, 상기 정보처리기의 출력신호를 코드화하여 출력하는 코드발생기 그리고 상기 코드발생기의 코드신호를 무선송출하는 RF송신부로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, in the above, the terminal station is the main station signal receiver which generates time information and reference clock synchronized with the main station signal, the rubidium (or crystal oscillator) which generates its own precise signal, the time of the main station signal and the rubidium oscillation period. When the difference is measured and the error occurs more than the reference value, the comparator is used to eliminate the error by adjusting the rubidium oscillator (or crystal oscillator), and it is stored in the visual information of the main station signal receiver, the main information storage unit and the auxiliary information storage unit. It comprises an information processor for outputting the main information and auxiliary information of the base station, a code generator for encoding and outputting the output signal of the information processor and an RF transmitter for wireless transmission of the code signal of the code generator.

그리고, 본 발명에 따른 위치추적 단말기의 다운 링크형 위치추적방법은, 주기지국에서 GPS시각에 동기되고 종기지국에서는 주기지국신호에 동기된 위치추적신호를 송출하는 단계, 단말기에서는 상기 위치추적신호를 수신하여 수신 기지국들의 위치 중점을 구하는 단계, 중점위치를 원점으로 하고 북극 방향을 Y축으로 하며 원점에서 멀어지는 방향을 Z축으로 하는 좌표변환을 시행하여 각 기지국의 새로운 위치값을 구하는 단계, 상기 변환된 새로운 위치값에서 Z 값은 모두 "0"으로 가정하고 X-Y 만의 값으로 TDOA 계산을 실시한 후 이를 원래의 좌표계로 변환하여 단말기의 위치를 계산하도록 하는 단계를 포함하여 이루어져 있다.The downlink type location tracking method of the location tracking terminal according to the present invention comprises the steps of: transmitting a location tracking signal synchronized with the GPS time at the periodic base station and synchronized with the periodic station signal at the terminal station; Obtaining the position center point of the receiving base station by receiving, obtaining a new position value of each base station by performing the coordinate transformation of the center point as the origin, the north pole as the Y axis, and the direction away from the origin as the Z axis, the transformation In the new position value, all Z values are assumed to be “0”, and the TDOA calculation is performed using the value of XY only, and then converted to the original coordinate system to calculate the position of the terminal.

이하 본 발명의 바람직한 일실시예에 대한 구성 및 작용을 첨부한 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 위치 추적 시스템의 구성도를 나타낸다.2 shows a configuration diagram of a location tracking system according to the present invention.

GPS위성(20:20a,20b,20c,20d …)은 미 국방성에 의해 개발되어 군사적인 용도로 사용되다가 경제성 및 유용성으로 인해 민간용으로 급속도록 확장되어 현재 가장 일반적인 항법시스템으로 자리잡아 사용되고 있는 항법시스템으로, 기울임각 55°인 6개의 원형 궤도면에 각각 4개씩 지구 중심으로부터 26567.5km 상에 배치되어 있고 약 12시간의 주기를 가지며, 이러한 GPS 위성 배치는 사용자의 3차원 위치 및 수신기 시계 오차(clock error)를 계산하기 위해 지구 전역에서 최소한 4개 이상의 위성이 항상 보이도록 특수하게 설계된 것이다. 그리고 각각의 GPS 위성에서 송신되는 위성 데이터는 각 위성 번호에 따라 특수하게 설계된 PRN 코드(Pseudo Random Noise code)를 포함하여 코드 다중 분할 방식(Code Division Multiple Access : CDMA)으로 사용자에게 전송되므로 GPS 수신기에서는 각 위성에 해당하는 항법 데이터를 명확하게 수신할 수 있도록 된 것이다.GPS satellites (20: 20a, 20b, 20c, 20d…) were developed by the US Department of Defense and used for military purposes, but are rapidly expanding into civilian use due to economic and usefulness, and are now being used as the most common navigation system. 4 satellites on 6 circular orbits with a 55 ° tilt angle are located 26567.5 km from the center of the earth and have a period of about 12 hours, which is a GPS satellite positioning of the user It is specially designed so that at least four satellites are always visible across the globe to calculate the error. Satellite data transmitted from each GPS satellite is transmitted to the user by Code Division Multiple Access (CDMA) including PRN code (Pseudo Random Noise code) specially designed for each satellite number. The navigation data corresponding to each satellite can be clearly received.

주기지국(22)은 도 4에 도시된 바와 같이 GPS 수신기(41)와 세슘 발진기(42) 및 비교기(43)로 구성되는 시각동기장치부(22A), 주정보 저장부(44)와 보조정보 저장부(45)에 각종 위치추적용 정보를 저장하여 주기적으로 출력하는 데이터저장부(22B), 상기 데이터저장부(22B)의 위치추적용 데이터를 전송하기 위한 코드를 발생시키는 코드발생기(47) 및 위치추적용 데이터를 RF신호로 송출하기 위한 RF송신부(48)로 구성된다.As shown in FIG. 4, the main base station 22 includes a visual synchronization unit 22A, a main information storage unit 44, and auxiliary information including a GPS receiver 41, a cesium oscillator 42, and a comparator 43. A data storage unit 22B for storing various position tracking information in the storage unit 45 and periodically outputting the code generator 47 for generating a code for transmitting the position tracking data of the data storage unit 22B; And an RF transmitter 48 for transmitting the position tracking data as an RF signal.

상기 GPS 수신기(41)는 일반적인 GPS 수신기를 사용하고, GPS 시각에 동기 된 1 PPS[Pulse Per Second]의 펄스와 시각정보가 제공되며, 상기 1 PPS 펄스는 세슘발진기(42)에서 발생하는 시각정보의 오차를 측정하기 위한 것이다. 시각정보 자체는 보조적인 정보로서 단말기(10)로 송출하여 단말기(10)를 시계대용으로도 쓸 수 있도록 하는 보조적인 기능이다.The GPS receiver 41 uses a general GPS receiver and is provided with pulse information of 1 pulse per second (PPS) synchronized with GPS time, and the 1 PPS pulse is visual information generated by the cesium oscillator 42. To measure the error of The visual information itself is an auxiliary function that sends the terminal 10 as auxiliary information so that the terminal 10 can also be used as a watch.

세슘발진기(42)는 주파수와 1 PPS를 조정할 수 있는 형태의 것을 사용하는 것이 바람직하다. GPS는 장기안정도가 "0"일 정도로 우수하나 단기안정도(GPS 수신기의 경우는 안정도라고 표시하기에는 무리가 있고 지터(Jitter) 또는 점프(Jump)라고 표시함이 적당)가 1 usec 수준이어서 시스템의 시각 원으로는 사용할 수가 없기 때문에, 단기안정도가 대단히 우수하고 장기안정도도 좋은 편인 세슘의 출력을 시각 원으로 사용하고 세슘자체의 장기안정도의 부족부분은 GPS를 이용하여 보정하는 구조를 갖추게 된다. 세슘의 보정은 실시간으로 실시하지 않고 자유동작 상태로 운용하다가 시각오차가 약 100nsec가 되는 시점에서 이루어지도록 한다. 세슘 발진기(42)의 보정은, 운용초기에는 수 시간 이내의 교정주기를 가지나 운용기간이 길어지면서 교정주기가 길어져 정상적인 상황(약 2-3개월 후)에서는 약 1개월 정도의 주기로 교정하도록 하는 것이 바람직하다.The cesium oscillator 42 is preferably used in the form of adjustable frequency and 1 PPS. GPS is good enough to have a long-term stability of "0", but short-term stability (in the case of GPS receivers, it is not enough to indicate stability and jitter or jump is appropriate) is 1 usec. Since it cannot be used as a circle, the cesium output, which is excellent in short-term stability and long-term stability, is used as a visual source, and the lack of long-term stability of cesium itself is compensated by GPS. The cesium is calibrated at the point of time when the visual error is about 100 nsec. The cesium oscillator 42 has a calibration cycle within several hours at the beginning of operation, but the calibration cycle becomes longer as the operation period becomes longer, so that the calibration of the cesium oscillator 42 takes about one month in a normal situation (about 2-3 months later). desirable.

비교기(43)는 세슘 발진기(42)의 1 PPS 출력과 GPS 수신기(41)의 1 PPS 출력을 최소제곱법으로 계속 비교하여 주파수 성분과 시각오차 성분을 계산해 낸다. 시각오차 성분은, 최소제곱법의 특성상 최초에는 오차 성분이 많으므로 처음 세 시간 안에는 적용하지 않고 그 전의 오차값을 그대로 반영하며 그 후에는 계산된 값을적용한다.The comparator 43 continuously compares the 1 PPS output of the cesium oscillator 42 and the 1 PPS output of the GPS receiver 41 by the least square method to calculate a frequency component and a visual error component. The visual error component has many error components at first due to the characteristic of least square method, so it is not applied within the first three hours, but reflects the previous error value and applies the calculated value afterwards.

데이터 저장부(22B)는 기지국이 위치추적용 신호로서, 송출할 기지국 고유의 PN Code상의 시각 지연 정보, 시간 값, 기지국의 헬스정보로 이루어진 주 정보를 저장하는 주 정보 저장부(44)와 주기지국 그룹번호, 기지국의 위치정보, 주변 기지국의 PN Code 정보, 주변 기지국의 위치 정보로 이루어진 보조정보를 저장하는 보조정보 저장부(45)를 구비하고 있고, 아울러 상기 주 정보와 보조정보를 독출하여 출력하는 정보처리기(46)로 이루어져 있으며, 또한 상기 정보처리기(46)에는 GPS수신기(41)에서 출력되는 시각정보가 입력되도록 이루어져 있다. 이하에서는 상기 주 정보와 보조정보에 대해 좀 더 상세히 설명한다.The data storage unit 22B is a main information storage unit 44 and a main storage unit which store main information including time delay information, time value, and health information of the base station on a base station-specific PN Code to be transmitted by the base station as a location tracking signal. And an auxiliary information storage unit 45 for storing auxiliary information consisting of a base station group number, location information of a base station, PN code information of neighboring base stations, and location information of neighboring base stations, and reading the main information and auxiliary information. It consists of an information processor 46 for outputting, and the information processor 46 is configured to input visual information output from the GPS receiver 41. Hereinafter, the main information and the auxiliary information will be described in more detail.

주정보 저장부(44)에 저장되어 있는 PN Code상의 시간 지연값은 nsec 단위로서, 출력단에 연결되어 있는 RF 송신부(48), 도시되지 않은 선형전력증폭기(LPA)와 케이블, 그리고 안테나(49)에 의한 송출지연 등이 포함된 값이다.The time delay value on the PN Code stored in the main information storage unit 44 is nsec. The RF transmitter 48 connected to the output terminal, the linear power amplifier (LPA) and the cable (not shown), and the antenna 49 are connected. It is a value including delay of sending by.

시각정보도 주정보 저장부(44)에 저장되어 있으며, 예컨대 4바이트로 이루어져 있고 2000년 1월1일 0시0분0초를 "0"으로 하는 초 단위 시간 값이며 약 136년 정도의 주기를 갖는다. 본 시각정보는 GPS와 일치하는 시간 값이 아니라 UTC와 일치하는 시간 값으로서 윤초가 발생할 경우 같이 적용된다.The time information is also stored in the main information storage section 44. For example, it consists of 4 bytes, and is a time value of a second in which 0: 0: 0 second is "0" on January 1, 2000, and the period is about 136 years. Has This time information is not a time value consistent with GPS but a time value consistent with UTC.

또한 기지국 헬스 정보도 주정보 저장부(44)에 저장되어 있으며, 단말기가 해당 기지국 정보의 가용성을 판단하는 요소이며 또한 기지국을 운용하는 운용자에게는 시설유지에 중요한 정보가 된다. 유지 보수자는 실제 기지국까지 유선을 끌 필요 없이 가장 가까운 곳에 단말기를 설치하고 기지국의 헬스정보를 파악하는 것으로 유지보수가 가능하도록 제공하는 정보이다. 주요내용으로는 냉방기, 히터, 세슘/루비듐, GPS수신기/주기지국 신호 수신기, 메인 프로세서, 코드 발생기, RF 송신부 등에 대한 정보로 이루어져 있다.In addition, the base station health information is also stored in the main information storage unit 44, the terminal determines the availability of the base station information is also important information for facility maintenance for the operator operating the base station. The maintainer is the information provided to enable the maintenance by installing the terminal in the nearest and grasping the health information of the base station without having to turn off the wire to the actual base station. The main contents are information on air conditioner, heater, cesium / rubidium, GPS receiver / period signal receiver, main processor, code generator and RF transmitter.

한편, 보조정보 저장부(45)에 저장되어 있는 주기지국 그룹번호는 이웃 주기지국 그룹과의 차별화를 위한 부분이며, 이 의미는 해당 주기지국 휘하의 종기지국이 보유한 기지국 정보 중에 이웃 주기지국이나 그 휘하의 종기지국에 적용되고 있는 시간 지연값을 알 수가 없으므로 수신기가 한 종기지국로부터 획득한 기지국 정보에서 이웃 주기지국 그룹의 시간 지연 값을 맹목적으로 판단하지 않도록 하기 위한 것으로, 예컨대 256 까지 번호를 할당할 수 있다.On the other hand, the main station group number stored in the auxiliary information storage unit 45 is a part for differentiation from the neighboring main station group, which means that the neighboring base station or its base station information among the base station information held by the base station under the corresponding main station. Since the time delay value applied to the subordinate base station is not known, the receiver does not blindly determine the time delay value of the neighboring main base station group from the base station information obtained from the single base station. can do.

PN(Pseudo Noise) 코드 번호도 보조정보 저장부(45)에 저장되어 있으며, 주기지국 그룹번호나 각 기지국 번호와는 무관하게 실제 할당된 기지국 PN 번호로서 예컨대 기지국 그룹당 0∼511번까지의 낮은 쪽 PN번호와 512∼1023까지의 높은 쪽 PN번호가 할당되어, 하나이 기지국은 2개의 PN 번호를 가지면서 두 PN 번호간의 번호 차이는 512가 되도록 설정되어 있다. 낮은 쪽 PN 번호는 주 정보를 송출하는데 사용하고 높은 쪽 PN 번호는 보조 정보 신호를 송출하는데 사용하며, 낮은 쪽 PN 데이터는 최대한의 송출전력을 사용하고 높은 쪽 PN데이터는 낮은 쪽 PN데이터의 송출전력에 대해 4/10 정도의 출력으로 송출한다. 보조 정보를 실은 코드는 측정에 사용하지 않고 단지 데이터를 수신하는데 만 사용하며 어느 것 하나만 받더라도 나머지를 알 수 있는 반면에 주 정보를 실은 PN은 도착시간 측정에 사용하고 데이터 자체도 직접 측정에 적용하기 때문에 주 정보의 신호를 크게 송출한다. PN 코드의상단은 모두 "0"으로 채워지는데 이는 단말기가 QPSK 복조할 때 기준위치가 되기도 한다.The PN (Pseudo Noise) code number is also stored in the auxiliary information storage unit 45. The PN (Pseudo Noise) code number is the base station PN number that is actually allocated regardless of the main station group number or each base station number. A PN number and a higher PN number of 512 to 1023 are allocated so that one base station has two PN numbers while the number difference between the two PN numbers is 512. The lower PN number is used to transmit the main information, the higher PN number is used to transmit the auxiliary information signal, the lower PN data uses the maximum transmission power, and the higher PN data uses the lower power PN data. 4/10 of the power is sent out. The code carrying the supplementary information is not used for measurement but only for receiving data and the rest of the information can be known by receiving any one, whereas the PN containing the main information is used for the arrival time measurement and the data itself is used for the measurement. Therefore, the main information signal is sent out loud. The top of the PN code is all filled with "0", which is also the reference position when the terminal demodulates QPSK.

기지국 위치정보도 보조정보 저장부(45)에 저장되어 있으며, 세계측지계(World Geodetic System:WGS-84)기반의 지구중심 지구고정(ECEF: Earth Centered Earth Fixed) 직각좌표계 하나만 제공된다. 이러한 타입은, 공통이며 어떠한 좌표계라도 변형이 자유롭기 때문이다. 단말기는 수신된 좌표 점들을 통과하는 평면수식을 산출한 다음 평면상의 위치를 계산하고 이를 원하는 좌표계로 변환하는 절차를 취하게 된다.Base station location information is also stored in the auxiliary information storage unit 45, and only one geocentered earth fixed (ECEF) rectangular coordinate system based on the World Geodetic System (WGS-84) is provided. This is because these types are common and can be freely deformed in any coordinate system. The terminal calculates a plane equation passing through the received coordinate points, and then calculates a position on the plane and converts it into a desired coordinate system.

정보처리기(46)는 주 정보 저장부(44) 및 보조정보 저장부(45)에서 출력되는 정보데이터를 직렬신호로 변환하여 출력하는 작용을 하며, 정보처리기(46)는 제1 정보처리기(46a)와 제2 정보처리기(46b) 2개가 한조를 이루며, 제1 정보처리기(46a)에서는 주 정보, 제2 정보처리기(467b)에서는 보조 정보를 처리하여 출력하는 작용을 한다.The information processor 46 acts to convert the information data output from the main information storage unit 44 and the auxiliary information storage unit 45 into a serial signal and output the serial signal. The information processor 46 has a first information processor 46a. ) And two second information processors 46b. The first information processor 46a processes main information and the second information processor 467b processes and outputs auxiliary information.

코드 발생기(47)는 통상적인 CDMA의 코드 발생부분과 동일하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 할당할 수 있는 코드는 총 1000개로 한정하였는데, 이때 PN 코드의 길이는 131072비트이고 100msec의 주기를 가지므로 1초당 10번의 코드가 송출된다. 때문에 코드프레임 단위로 위치추적을 실시하는 단말기는 100msec[코드프레임 길이] X 3E8[m:광속] = 30000km 이내의 거리에서 거리식별이 가능하다. 코드 발생기(47)도 정보처리기(46)와 마찬가지로 제1 코드발생기(47a)와 제2 코드발생기(47b) 2개가 한조를 이루며, 제1 코드발생기(47a)에서는 주 정보, 제2코드발생기(47b)에서는 보조 정보를 실어 출력하는 작용을 한다.The code generator 47 is identical to the code generation portion of conventional CDMA. In the preferred embodiment of the present invention, the number of codes that can be allocated is limited to 1000. In this case, since the length of the PN code is 131072 bits and has a period of 100 msec, 10 codes are transmitted per second. Therefore, the terminal that performs the location tracking in the code frame unit can identify the distance within a distance of 100 msec [code frame length] X 3E8 [m: luminous flux] = 30000 km. Like the information processor 46, the code generator 47 is composed of two sets of the first code generator 47a and the second code generator 47b, and the first code generator 47a has main information and a second code generator ( In 47b), auxiliary information is loaded and output.

RF(Radio Frequency) 송신부(48)는 코드발생기(47)에서 발생된 코드정보를 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)로 변조하여 송신하는 부분으로, 송신출력은 수동으로 조절이 가능하며 주 정보 코드에 비해 보조 정보는 예컨대 1/8 의 송신출력을 유지한다. 안테나(49)는 수직안테나로서 지상방향으로 무지향성을 갖는다. 또한 기지국 근방에 위치한 단말기가 최근거리 기지국의 대 전력 송출로 인해 원거리 기지국의 신호를 수신하지 못하는 현상을 방지하기 위해 일정시간동안 출력을 낮춰 원거리 기지국의 미약신호를 수신할 수 있도록 IPDL(Idle Period Down Link)기능을 가지고 있으며, IPDL 구간은 프레임 클럭에 동기 되어 있고 195.3125usec의 길이를 가지며 구간 내에서는 평상시 송출 전력의 크기에 따라 1/10~1/100 수준으로 송출전력을 낮추게 된다. 이러한 저 전력 송출구간은 0.1초당 1회 수준으로 발생하므로 1초에 10회 발생한다. 100msec 내의 저 전력 송출구간은 PN 순서대로 195.3125usec 씩 저 전력 송출을 실시하고 기준은 매초단위의 표준 시각이다(도 8 참조).The RF (Radio Frequency) transmitter 48 modulates and transmits code information generated by the code generator 47 by Quadrature Phase Shift Keying (QPSK). The transmission output is manually adjustable and compared with the main information code. The auxiliary information holds, for example, 1/8 transmit power. The antenna 49 is a vertical antenna and has a non-directional direction in the ground direction. Also, in order to prevent the terminal located near the base station from receiving the signal from the far base station due to the large power transmission of the latest far base station, the output period may be lowered for a predetermined time to receive the weak signal of the far base station. IPDL section is synchronized to the frame clock and has a length of 195.3125usec, and within the section, the transmission power is reduced to 1/10 to 1/100 depending on the size of the transmission power. This low power transmission interval occurs at a level of once every 0.1 seconds, so it occurs 10 times per second. The low power transmission section within 100 msec performs low power transmission by 195.3125usec in the order of PN, and the reference is the standard time of every second (see Fig. 8).

다음에는 기지국에서 위치추적을 위해 송출되는 송신데이터의 구조에 대해 설명한다.Next, the structure of the transmission data transmitted for the location tracking from the base station will be described.

RF 송신부(48)의 제1 RF 송신부(48a)와 제2 RF 송신부(48b)에서 송출되는 송신데이터는 주 정보와 보조정보로서 각각 다르나 데이터 구조는 근본적으로는 동일한 구조를 가지고 있다.Although the transmission data transmitted from the first RF transmitter 48a and the second RF transmitter 48b of the RF transmitter 48 are different as the main information and the auxiliary information, the data structure has essentially the same structure.

주 정보는 기지국에 대한 정보로 이루어져 있는 것으로, 본 발명의 실시예에서는 예컨대 도 6에 도시된 바와 같이 프리앰블 5바이트, 그룹번호 1바이트, PN번호 2바이트, 시간지연값 2바이트, 위치정보 12바이트, 시간값 4바이트, 기지국 헬스정보 4바이트, CRC 2바이트 등 총 32바이트로 이루어져, 1초당 10회 송출될 수 있도록 2560 bps로 변조되도록 이루어져 있다.The main information consists of information about the base station. In the embodiment of the present invention, for example, as shown in FIG. 6, the preamble 5 bytes, the group number 1 byte, the PN number 2 bytes, the time delay value 2 bytes, and the location information 12 bytes. It consists of a total of 32 bytes, such as 4 bytes of time value, 4 bytes of base station health information, 2 bytes of CRC, and is modulated at 2560 bps to be transmitted 10 times per second.

보조 정보는 기지국의 위치에 관한 정보로 이루어져 있는 것으로, 본 발명의 실시예에서는 예컨대 도 7에 도시된 바와 같이 주 정보와는 달리 시각 정보대신 프리앰블 13바이트, 이웃기지국당 15바이트 길이로 이루어진 33개 정보 그리고 마지막으로 4바이트의 32 CRC 코드로 이루어져, 13바이트 + 15 ×33 + 4 = 512바이트 4096비트로서 12.8초 주기로 송출되며, 이 정보는 주 정보의 1/8 수준 전력으로 송출된다.The auxiliary information consists of information on the location of the base station. In the embodiment of the present invention, unlike the main information, as shown in FIG. 7, for example, 33 pieces of 13 bytes of preambles and 15 bytes of length per neighboring base station are used instead of time information. Information and finally 32 CRC codes of 4 bytes, 13 bytes + 15 × 33 + 4 = 512 bytes 4096 bits, sent in 12.8 second cycles, this information is sent at 1 / 8th the power of the main information.

다음에는 종기지국(24)에 대해 설명한다.Next, the seed station 24 will be described.

시각동기를 위하여 종기지국(24)에서는, 주기지국(22)이 GPS 신호를 수신하여 세슘으로 동기 시키는데 반해, 주기지국(22)의 신호를 수신하여 여기에 루비듐 또는 OCXO(Oven-Controlled Crystal Oscillators)(이하 '루비듐발진기'라 함)를 동기시킬 수 있도록 주기지국신호 수신기(51)가 구비되어 있다.At the seed station 24 for time synchronization, the main station 22 receives the GPS signal and synchronizes it with cesium, whereas the main station 22 receives the signal from the main station 22 and receives rubidium or Oven-Controlled Crystal Oscillators (OCXO). The main station signal receiver 51 is provided so as to synchronize (hereinafter referred to as a rubidium oscillator).

이러한 형태가 가능한 이유는 주기지국(22)의 신호원이 워낙 정확하고 또한 주기지국(22)과 종기지국(24)이 움직이지 않으므로 오차를 유발할 이유가 별로 없기 때문이다. 루비듐발진기(52)의 출력은 주기지국(22)으로부터 종기지국(24)까지의 거리로 인한 지연시간을 감안하여 출력시간을 조절하여 송출하게 하여야 하며 최대한 주기지국(22)의 송출시각에 동기 되어야 한다. 허용오차는 주기지국 송출시각 10nsec 이내로 유지한다.This type is possible because the signal source of the main base station 22 is so accurate and the main station 22 and the terminal station 24 do not move, so there is little reason to cause an error. The output of the rubidium oscillator 52 should be controlled by the output time in consideration of the delay time due to the distance from the main station 22 to the terminal station 24, and should be synchronized with the sending time of the main station 22 as much as possible. do. Tolerance shall be kept within 10nsec.

종기지국(24)에서도 주기지국(22)과 마찬가지로 비교기(53)에서 주기지국신호수신기(51)의 1MHz 출력과 루비듐발진기(52)의 1MHz 출력을 비교하여 루비듐발진기(52)의 주파수와 시각을 주기지국신호와 일치시킨다. 또한 주기지국(22)과 같은 형태로 주정보 저장부(54)에 저장된 주정보와 보조정보 저장부(55)에 저장된 보조정보를 정보처리기(56)의 제1 정보처리기(56a)와 제2 정보처리기(56b)에서 일렬로 나누어 출력하며, 이어 주정보와 보조정보가 각각 제1 코드발생기(57a)와 제2 코드발생기(57b) 및 제1 RF송신부(58a)와 제2 RF송신부(58b)를 통해 송출된다.Like the main station 22, the terminal station 24 compares the 1 MHz output of the main station signal receiver 51 with the 1 MHz output of the rubidium oscillator 52 in the comparator 53, and compares the frequency and time of the rubidium oscillator 52 with each other. Match with main station signal. In addition, the main information stored in the main information storage unit 54 and the auxiliary information stored in the auxiliary information storage unit 55 in the same form as the main base station 22, the first information processor 56a and the second of the information processor 56. The information processor 56b divides and outputs the data in a row, and then the main information and the auxiliary information are first code generator 57a, second code generator 57b, first RF transmitter 58a, and second RF transmitter 58b, respectively. Is sent through).

이때, 종기지국(24) 자체의 지연시간은 외부 계측기에 의해 "0"으로 조절되므로 없다고 봐도 무방하다. 다만 주기지국(22)의 지연시간만큼 그대로 반영되므로 주기지국(22)의 정보를 분석하여 주기지국 지연시간 값을 그대로 자기 자신의 지연시간 값으로 적용한다.At this time, since the delay time of the terminal station 24 itself is adjusted to " 0 " However, since it is reflected as much as the delay time of the main station 22, the information of the main station 22 is analyzed and the delay period value of the main station is applied as its own delay time value.

다음에는 도 3에 의거 단말기(10)에 대하여 설명한다.Next, the terminal 10 will be described with reference to FIG. 3.

단말기(10)는 첨부 도면에 도시된 바와 같이 크게 RF수신부(11), PN코드복조부(12), 도착시간측정부(13) 및 처리부(14)를 포함하고 있다.The terminal 10 includes an RF receiver 11, a PN code demodulator 12, an arrival time measuring unit 13, and a processor 14 as shown in the accompanying drawings.

RF수신부(10)는 기지국에서 송출되는 RF신호를 수신하여 QPSK 복조하는 기능을 가지고 있다.The RF receiver 10 has a function of demodulating QPSK by receiving an RF signal transmitted from a base station.

PN코드복조부(12)는 128개의 코릴레이터(Correlator)를 포함한다. 128개의 코릴레이터가 필요한 이유는 초기 신호 수신 시간의 단축 및 초기 동기시 수신 세기가 작더라도 충분히 복조를 할 수 있도록 하기 위함이다.The PN code demodulator 12 includes 128 correlators. The reason why 128 correlators are required is to shorten the initial signal reception time and to sufficiently demodulate even if the reception strength is small during initial synchronization.

각 코릴레이터는 조금씩 다른 시간차를 가지고 신호 포착을 시도한다. 서로 다른 코릴레이터가 동일한 신호를 포착하였을 경우 먼저 도착한 신호를 우선적으로 결정하며 나머지 코릴레이터도 먼저 도착한 신호를 포착하도록 유도한다. 단말기(10)는 각 코릴레이터를 수신한 보조 정보에 기록된 이웃 기지국 리스트의 모든 정보를 포착하도록 균등하게 배분한다. 신호가 강하여 먼저 안정적으로 수신되는 신호를 제외하고 신호세기가 낮은 기지국은 추후 더 많은 코릴레이터를 배분하여 안정적인 수신을 실시하도록 유도하게 된다.Each correlator attempts to capture signals with slightly different time differences. When different correlators pick up the same signal, the signal that arrives first is determined first, and the other correlators also induce the first signal to arrive. The terminal 10 distributes evenly so as to capture all the information of the neighbor base station list recorded in the auxiliary information which has received each correlator. Except for the signal that is received stably because the signal is strong, the base station with low signal strength will induce more stable correlators to be distributed later.

도착시각측정부(13)는 코릴레이터에 의해 복조되어 신호를 확인하게 되면 자체에 구비된 시각측정기에 의해 도착시각을 측정하게 되는데 측정의 기준은 예컨대 200msec 단위의 내부 클럭이다. 본 발명의 실시예에서 시각측정기는 총 20개 이상을 갖추어서 최대 20개까지 수신되는 신호에 대해 측정을 실시하여야 하며 1nsec 단위로 측정을 실시하여 최대 100 msec까지 계수를 하여야 하므로 27비트 단위의 2진 카운터가 사용된다.When the arrival time measurement unit 13 demodulates by the correlator to confirm the signal, the arrival time measurement unit 13 measures the arrival time by using a time measuring device provided thereon. The measurement standard is, for example, an internal clock of 200 msec. In the embodiment of the present invention, the visual measuring device must have a total of 20 or more and perform measurement on up to 20 received signals, and measure by 1 nsec unit to count up to 100 msec. Gin counters are used.

처리부(14)는 측정된 도착시각정보와 수신된 지연시각 정보, 그리고 기지국 위치정보를 혼합하여 단말기(10)의 위치를 계산하는 절차를 진행하게 되는데, 위치계산절차는, 먼저 각 기지국의 위치정보는 ECEF 직각좌표계 형태이므로 2차원 최소제곱법으로 수신한 기지국에 가장 가까운 근사 평면 방정식을 구하는 단계, 대부분의 기지국은 근사평면에 일치하지 않으므로 우선 근사평면에 투영하며 근사평면에 대한 X,Y 2차방정식으로 구성하는 단계, 먼저 일차로 나의 위치를 계산하는 단계,개략적으로 구해진 나의 위치정보를 이용하여 기지국을 근사평면에 투영하기전의 측정 길이를 투영후의 직선 길이로 바꾸는 단계, 다시 한번 위치계산을 실시하고 측정오차의 평균에서 가장 멀리 떨어진 정보를 측정오차의 평균으로 수정하는 방법을 실시한 후 위치를 계산하는 단계로 이루어져 있다.The processor 14 performs a procedure of calculating the position of the terminal 10 by mixing the measured arrival time information, the received delay time information, and the base station location information. The location calculation procedure first includes the location information of each base station. Since is an ECEF rectangular coordinate system, obtain the approximate plane equation closest to the base station received by the two-dimensional least squares method. Since most base stations do not coincide with the approximate plane, they are first projected on the approximate plane, and the X, Y second order of the approximate plane is used. Comprising an equation, first calculating my position first, using the approximate location information of my location, changing the measured length before projecting the base station to the approximate plane to the straight line after the projection, and performing position calculation once again And correct the information farthest from the mean of the measurement error to the mean of the measurement error. Compute phase.

이하에서는 본 발명으로 위치를 계산하는 방법에 대해 좀 더 상세하게 설명한다.Hereinafter, the method for calculating the position with the present invention will be described in more detail.

기지국 위치는 WGS-84를 기반으로 하는 지구중심 지구고정(ECEF: Earth Centered Earth Fixed) 직각좌표계로 표현되는데 이는 어느 한 지역에 국한되지 않고 쓸 수 있기 때문이다.The base station location is represented by the Earth Centered Earth Fixed (ECEF) Cartesian coordinate system based on WGS-84 because it can be used without being limited to any one region.

하지만 이 좌표계를 쓸 경우 평면상에 위치하는 기지국 배치 특성상 기지국 배치와 직각을 이루는 고도정보 부분은 매우 오차가 크게 발생하므로 고도 정보를 배제하기 위한 방법이 필요하다. 이상과 같은 오차를 배제하기 위해 각 기지국의 고도 값이 균일한 평면을 가정하고 그 평면위에서 단말기의 위치를 구한다음, 구한 단말기 위치를 다시 WGS84 직각좌표계로 변환하는 방법이 필요하다.However, when using this coordinate system, the altitude information part perpendicular to the base station arrangement is very error due to the base station arrangement characteristic located on the plane, so a method for excluding altitude information is needed. In order to eliminate the error as described above, it is necessary to assume a plane having a uniform altitude value of each base station, obtain the position of the terminal on the plane, and then convert the obtained terminal position back to the WGS84 rectangular coordinate system.

위치계산은 다음과 같이 실시한다.Position calculation is performed as follows.

1. 수신 기지국들의 위치 중점을 구한다.1. Find the location emphasis of the receiving base stations.

중점위치 = (Xoo,Yoo,Zoo) 라 할 때When the center position = (X oo , Y oo , Z oo )

2. 중점위치를 원점으로 하고 북극 방향을 Y축으로, 원점에서 멀어지는 방향을 Z축으로 하는 좌표변환을 시행한다.2. Coordinate transformation is carried out with the midpoint as the origin, the north pole as the Y axis, and the far away from the origin as the Z axis.

지구중점에서 새로운 중점까지의 거리Distance from the center of gravity to the new center

위 직선을 X-Y 평면에 투영 했을 때의 거리Distance when the upper straight line is projected on the X-Y plane

X축으로부터 Y축으로의 각Angle from X axis to Y axis

Z축에서 XY 평면으로의 각Angle from Z axis to XY plane

각 기지국의 새로운 위치 값New location value for each base station

위에서 구해지는 새로운 좌표는 (Xoo,Yoo,Zoo)를 원점으로 하고 지구표면에 접면이며 북극방향이 Y축, 높이 방향이 Z축인 좌표계상에서의 값이다. (여기서 Elipsoid 타원구체와 완전 구체와의 차이가 있는데 미세한 각의 차이이므로 고려하지 않았다.) 이렇게 변환된 상황에서 기지국은 지구 표면에 있기 때문에 Z값의 차이가 별로 없으며 구하고자 하는 단말기의 계산위치도 고도 값 계산은 불가능하므로 Z 값은 모두 "0"으로 가정하고 X-Y 만의 값으로 TDOA 계산을 실시한다.The new coordinates obtained above are (X oo , Y oo , Z oo ) as origins and are tangent to the earth's surface, with values in the coordinate system of the Y-axis and Z-axis in the north direction. (There is a difference between the Elipsoid ellipsoid and the perfect sphere, but it is not considered because it is a slight angle difference.) In this situation, since the base station is on the earth's surface, there is little difference in Z value and the calculation position of the terminal to be obtained Altitude value calculation is impossible, so all Z values are assumed to be "0" and TDOA calculation is performed with only XY value.

TDOA 계산에 의해 구해진 단말기의 위치가The location of the terminal determined by TDOA calculation

(Xpo, Ypo, 0 ) 이라할 때(X po , Y po , 0)

와같이 원래의 좌표계로 변환하게 된다.Will be converted to the original coordinate system.

상기한 바와 같이 본 발명은 정밀한 시각동기장치를 내장한 주기지국과 이에 동기 된 보조 기지국 체제로 분리하여 위치추적신호 송출시스템을 구축함으로서 각 기지국 자체의 건설비용을 줄일 수 있고, 기지국의 송출전력을 크게 하여 더 원거리에서도 수신이 가능하게 함으로서 기지국의 밀도를 낮추는 효과가 있으며, 기지국 유지보수 관련 정보까지도 송신코드에 포함하여 기지국까지의 통신선이 필요 없고 무인운용이 가능한 장점이 있다.As described above, the present invention can reduce the construction cost of each base station itself by constructing a location tracking signal transmission system by separating the main base station with a precise time synchronization device and the auxiliary base station system synchronized thereto. By making it possible to receive more remotely, the density of the base station can be reduced, and the base station maintenance-related information is also included in the transmission code, thereby eliminating the need for a communication line to the base station.

또한 수신전용인 단말기를 채택함으로서 단말기의 크기를 극단적으로 줄이는 계기를 마련하여 독립 위치추적 단말기로서의 효과뿐만 아니라 기존 휴대폰에 내장하여 비상 전화 시 위치 추적 문제도 쉽게 해결할 수 있는 장점이 있다.In addition, by adopting a terminal exclusively for reception, it is possible to prepare an instrument that reduces the size of the terminal to an extreme position, and has the advantage that it is not only effective as an independent positioning terminal but also easily solves a problem of location tracking during an emergency call.

Claims (9)

자체 기준클럭발진기를 구비하고 이를 기지국간 시각을 동기시키기 위한 시각동기장치부, 위치추적용 신호로서 송출할 정보를 저장하고 있는 정보저장부, 상기 시각동기장치부의 클럭에 의거 GPS 시각에 정확히 동기시켜 정보저장부의 위치추적 신호를 송출용 신호로 변조하는 수단 및 상기 변조신호를 안테나를 통해 무선송출하는 RF송신부를 포함하고 있는 주기지국과 종기지국으로 이루어진 기지국과, 상기 기지국들이 송출하는 위치추적용 신호를 수신하여 자체의 클럭을 기준으로 각 수신신호의 도달시각의 차이를 측정한 후 이 측정값을 이용하여 자신의 위치를 계산하는 단말기로 이루어진 위치추적 단말기의 다운 링크형 위치추적시스템.A time synchronization device having its own reference clock oscillator and synchronizing the time between base stations, an information storage unit for storing information to be transmitted as a position tracking signal, and accurately synchronizing the GPS time with the clock of the time synchronization unit. A base station consisting of a main station and a terminal station including means for modulating the position tracking signal of the information storage unit into a transmission signal and an RF transmitter for wirelessly transmitting the modulated signal through an antenna, and a position tracking signal transmitted by the base stations A downlink location tracking system of a location tracking terminal consisting of a terminal receiving a signal and measuring a difference in arrival time of each received signal based on its own clock and calculating its location using the measured value. 제1항에 있어서, 상기 주기지국의 시각동기장치부는 GPS 시각에 동기 된 시각정보와 1 [펄스/초] 단위의 클럭을 발생시키는 GPS 수신기, 자체적으로 10-13이상의 정밀한 신호를 발생시키는 세슘 발진기, GPS 신호와 세슘 발진기간의 시각 차이를 측정하여 시각 차이에 100nsec 이상의 오차가 발생하였을 경우 세슘발진기를 조정하여 오차를 제거하는 비교기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 위치추적 단말기의 다운 링크형 위치추적시스템.According to claim 1, wherein the time synchronization unit of the main station GPS receiver for generating time information synchronized to the GPS time and a clock unit of 1 [pulse / second], cesium oscillator for generating a precise signal of 10 -13 or more by itself Downlink location tracking system of a location tracking terminal, comprising a comparator for measuring the time difference between the GPS signal and the cesium oscillation period and adjusting the cesium oscillator to remove the error when an error of 100 nsec or more occurs. . 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 종기지국의 시각동기장치부는 주기지국 신호에 동기 된 시각정보와 기준클럭을 발생시키는 주기지국 신호 수신기, 자체적으로 정밀한 신호를 발생시키는 루비듐 발진기, 주기지국 신호 수신기와 루비듐 발진기간의 시각 차이를 측정하여 시각 차이에 기준치 이상의 오차가 발생하였을 경우 루비듐 발진기를 조정하여 오차를 제거하는 비교기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 위치추적 단말기의 다운 링크형 위치추적시스템.According to claim 1 or claim 2, wherein the time synchronization unit of the terminal station, the main station signal receiver for generating time information and reference clock synchronized with the main station signal, the rubidium oscillator for generating a precise signal itself, the periodic station signal A downlink type location tracking system of a location tracking terminal, comprising a comparator for measuring a time difference between a receiver and a rubidium oscillation period and adjusting a rubidium oscillator to remove an error when an error exceeding a reference value occurs. 제1항에 있어서, 상기 주기지국 및 종기지국이 송출하는 위치추적용 신호는 기지국 고유의 PN 코드상의 시각 지연 정보, 시간 값으로 이루어진 주 정보와 주기지국 그룹번호, 기지국의 위치정보, 주변 기지국의 PN 코드정보, 주변 기지국의 위치 정보로 이루어진 보조정보를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 위치추적 단말기의 다운 링크형 위치추적시스템.According to claim 1, wherein the location tracking signal transmitted from the base station and the terminal station is the time delay information on the base station specific PN code, the main information consisting of the time value and the main station group number, the location information of the base station, the base station A downlink type location tracking system of a location tracking terminal, comprising auxiliary information including PN code information and location information of neighboring base stations. 제4항에 있어서, 상기 PN코드번호는 기지국 그룹당 0∼511번까지의 낮은 쪽 PN번호와 512∼1023까지의 높은 쪽 PN번호가 할당되고, 각 기지국은 낮은 쪽 PN번호와 높은 쪽 PN번호에서 PN간의 번호차이가 512 가 나는 PN번호가 각각 1개씩 2개의 번호가 할당되는 한편, 낮은 쪽 PN번호는 주정보를 송출하는데 사용되고 높은 쪽 PN번호는 보조정보를 송출하는데 사용하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 위치추적 단말기의 다운 링크형 위치추적시스템.5. The PN code number according to claim 4, wherein the PN code numbers are assigned with lower PN numbers from 0 to 511 and higher PN numbers from 512 to 1023 per base station group, and each base station is assigned from a lower PN number and a higher PN number. Two PN numbers, each with a 512 number difference between PNs, are assigned to each other, while the lower PN number is used for transmitting main information and the higher PN number is used for transmitting auxiliary information. Downlink location tracking system of a location tracking terminal. 제4항에 있어서, 상기 주정보에는 기지국의 건강상태를 나타낸는 기지국 헬스정보를 추가로 포함하여 별도의 관리용 회선을 제거할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 위치추적 단말기의 다운 링크형 위치추적시스템.[5] The system of claim 4, wherein the main information further includes base station health information indicating a health state of the base station so that a separate management line can be removed. 제1항에 있어서, 상기 위치추적 신호를 송출용 신호로 변조하는 수단은 CDMA방식으로 이루어지고, PN(Pseudo Noise) Code의 프레임을, 주기지국인 경우 세슘 발진기의 클럭에 동기 시키고 종기지국인 경우 루비듐 발진기의 클럭에 동기 시키는 한편 세슘발진기와 루비듐발진기간의 시각오차는 PN 코드안에 포함시켜 정보로 제공하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 위치추적 단말기의 다운 링크형 위치추적시스템.The method of claim 1, wherein the means for modulating the position tracking signal into a transmission signal is performed by a CDMA method, and the PN (Pseudo Noise) code frame is synchronized with the clock of the cesium oscillator in the case of the main station, and the terminal station. A downlink location tracking system of a location tracking terminal, wherein the clock error of the cesium oscillator and the rubidium oscillation period is synchronized with the clock of the rubidium oscillator and included in the PN code to provide information. 제1항에 있어서, 상기 단말기는 초기 신호 수신 시간의 단축 및 초기 동기 시 수신 세기가 작더라도 충분히 복조를 할 수 있도록 128개의 코릴레이터를 구비한 PN코드복조부를 포함함을 특징으로 하는 위치추적 단말기의 다운 링크형 위치추적시스템.2. The terminal of claim 1, wherein the terminal includes a PN code demodulation unit having 128 correlators so as to sufficiently demodulate even if the initial signal reception time is shortened and the initial reception strength is small. Downlink location tracking system of the terminal. 주기지국에서 GPS시각에 동기되고 종기지국에서는 주기지국신호에 동기된 위치추적신호를 송출하는 단계, 단말기에서는 상기 위치추적신호를 수신하여 수신 기지국들의 위치 중점을 구하는 단계, 중점위치를 원점으로 하고 북극 방향을 Y축으로 하며 원점에서 멀어지는 방향을 Z축으로 하는 좌표변환을 시행하여 각 기지국의 새로운 위치값을 구하는 단계, 상기 변환된 새로운 위치값에서 Z 값은 모두 "0"으로 가정하고 X-Y 만의 값으로 TDOA 계산을 실시한 후 이를 원래의 좌표계로 변환하여 단말기의 위치를 계산하도록 하는 단계를 포함하여 이루어진 위치추적 단말기의 다운 링크형 위치추적시스템의 단말기 위치계산방법.Transmitting the position tracking signal synchronized with the GPS time at the main station and the terminal station at the terminal station, and receiving the position tracking signal at the terminal to obtain the position center points of the receiving base stations; Obtaining a new position value of each base station by performing a coordinate transformation using the Y-axis direction and the Z-axis direction away from the origin, assuming that all Z values are "0" in the converted new position value, only XY values And calculating the location of the terminal by converting it to the original coordinate system after performing the TDOA calculation to the terminal location calculation method of the downlink location tracking system of the location tracking terminal.
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