KR20090013760A

KR20090013760A - 일반화된 고성능 네비게이션 시스템

Info

Publication number: KR20090013760A
Application number: KR1020087025734A
Authority: KR
Inventors: 클락 이. 코헨; 데이비드 에이. 웰렌; 로버트 더블유. 브럼리; 바튼 지. 페렐; 그레고리 엠. 거트
Original assignee: 더 보잉 컴파니
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2027-05-17
Also published as: IL194338A; EP2330441B1; EP2033010A2; JP5253388B2; WO2008105778A2; IL194338A0; EP2330441A1; IL220751A0; CA2647582A1; CA2647582C; KR101378272B1; AU2007347851A1; WO2008105778A3; JP2010506138A

Abstract

일반화된 고성능 네비게이션 시스템이 LEO 위성을 이용해서 제공된다. 1실시예에서, 네비게이션을 수행하기 위한 방법이, LEO 위성으로부터 LEO(low earth orbit) 신호를 수신하고, LEO 신호로부터 네비게이션 신호를 디코딩하고, 제1 및 제2영역 소스로부터 각각 제1 및 제2영역 신호를 수신하고, 제1 및 제2영역 소스와 관련된 조정 정보를 결정하고, 네비게이션 신호, 제1 및 제2영역 신호 및, 조정 정보를 이용해서 위치를 계산하는 것을 포함한다. 다른 실시예에 있어서, LEO 위성으로부터 LEO 신호를 제공하는 방법이, 다수의 전송 슬롯을 거쳐 다수의 전송 채널을 제공하되, 전송 채널이 통신 채널의 세트와 네비게이션 채널의 세트를 구비하여 구성되고, 네비게이션 신호에 대응하는 제1PRN 영역 오버레이를 발생시키고, 제1PRN 영역 오버레이를 네비게이션 채널의 제1세트에 대해 인가하고, 통신 채널과 네비게이션 채널을 LEO 신호에 결합하는 것을 포함한다. 또한 방법은, LEO 위성으로부터 LEO 신호를 방송하는 것을 포함한다. LEO 위성 데이터 업링크가 또한 제공된다. 방법은 LEO 위성에 대해 데이터 업링크 신호를 방송하는 것을 포함한다. 네비게이션 신호의 국부화된 교란에 대한 다양한 접근이 더 제공된다. 변조된 잡음 신호가 네비게이션 신호에 대응하는 다수의 교란 버스트를 제공하도록 동작의 영역을 거쳐 방송된다. 교란 버스트는 동작의 영역의 네비게이션 신호를 실질적으로 마스크하도록 구성된다.

Description

일반화된 고성능 네비게이션 시스템{GENERALIZED HIGH PERFORMANCE NAVIGATION SYSTEM}

본 발명은 네비게이션에 관한 것으로, 특히 위성을 기반으로 하는 네비게이션 기술에 관한 것이다.

네비게이션 시스템의 성능은 시스템에 의해 제공된 네비게이션 측정의 에러 분포(예컨대, 정확도)에 의해 결정될 수 있다. 시스템 성능은 이용되어질 수 없을 때 사용자에게 적시에 경고를 제공하는 능력에 또한 의존한다(예컨대, 무결성). 성능은 또한 네비게이션 시스템이 콜드 스타트(cold start)로부터 첫 번째 위치 고정을 달성하는데 얼마나 오래 걸리는가에 의해 측정된다(예컨대, 첫 번째 고정에 대한 시간). 더욱이, 시스템 성능은 시간의 부분이나 특정된 성능 파라미터가 특정 한계 내로 들어가는 특정 환경(예컨대, 유효성)에 의존한다.

불행히도, 네비게이션 신호는 종종 만족스러운 시스템 성능을 제공하지 않는 다양하게 존재하는 네비게이션 시스템에 의해 제공된다. 특히, 이러한 네비게이션 신호의 신호 전력, 대역 및, 기하학적 수단은 많은 지나친 요구를 하는 사용 시 나리오의 필요에 부합하기에는 일반적으로 불충분하다.

예컨대, GPS(Global Positioning System) 신호를 기반으로 하는 현존하는 네비게이션 접근은 건물이나 도시의 협곡을 용이하게 통과하기에는 불충분한 신호 전력이나 기하학적 배치를 제공한다. 이러한 신호는 또한 유해한 환경의 교란(jamming)에 약해질 수 있어, 생명 안전 적용(safety-of-life applications)에서의 사용을 방해할 수 있다. 셀룰러 전화나 텔레비전 신호를 기반으로 하는 다른 네비게이션 접근은 전형적으로 수직 네비게이션 정보가 결여된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 네비게이션을 수행하기 위한 방법은, LEO 위성으로부터 LEO(low earth orbit) 신호를 수신하고; LEO 신호로부터 네비게이션 신호를 디코딩하고; 제1 및 제2영역 소스로부터 각각 제1 및 제2영역 신호를 수신하고; 제1 및 제2영역 소스와 관련된 조정 정보를 결정하고; 네비게이션 신호, 제1 및 제2영역 신호 및, 조정 정보를 이용해서 위치를 계산하는 것을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 네비게이션 장치는, LEO 위성으로부터 LEO 신호를 수신하고 제1 및 제2영역 소스로부터 각각 제1 및 제2영역 신호를 수신하도록 채택된 안테나와; 더 프로세싱하기 위한 LEO 신호를 다운컨버트하도록 채택된 수신기 프로세서 및; LEO 신호로부터 네비게이션 신호를 디코드하도록 채택되고, 네비게이션 신호, 제1 및 제2영역 신호 및, 제1 및 제2영역 신호와 관련된 조정 신호를 이용해서 네비게이션 장치의 위치를 계산하도록 채택된 네비게이션 프로세서를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 네비게이션 장치는, LEO 위성으로부터 LEO 신호를 수신하기 위한 수단과; LEO 신호로부터 네비게이션 신호를 디코딩하기 위한 수단; 제1 및 제2영역 소스로부터 각각 제1 및 제2영역 신호를 수신하기 위한 수단; 제1 및 제2영역 소스와 관련된 조정 정보를 결정하기 위한 수단 및; 네비게이션 신호, 제1 및 제2영역 신호 및, 조정 정보를 이용해서 위치를 계산하기 위한 수단을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, LEO 위성으로부터 LEO 신호를 제공하는 방법은, 다수의 전송 슬롯을 거쳐 다수의 전송 채널을 제공하고, 전송 채널이 통신 채널의 세트와 네비게이션 채널의 세트를 구비하여 구성되고; 네비게이션 신호에 대응하는 제1PRN 영역 오버레이를 발생시키고; 제1PRN 영역 오버레이를 네비게이션 채널의 제1세트에 대해 인가하고; 통신 채널과 네비게이션 채널을 LEO 신호에 결합하고; LEO 위성으로부터 LEO 신호를 방송하는 것을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, LEO 위성은, LEO 위성으로부터 LEO 신호를 방송하도록 채택된 안테나와; 다수의 전송 슬롯을 거쳐 다수의 전송 채널을 제공하되, 전송 채널이 통신 채널의 세트와 네비게이션 채널의 세트를 구비하여 구성되고, 네비게이션 신호에 대응하는 제1PRN 영역 오버레이를 발생시키고, 제1PRN 영역 오버레이를 네비게이션 채널의 제1세트에 대해 인가하고, 통신 채널과 네비게이션 채널을 LEO 신호에 결합하도록 채택된, 프로세서;를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, LEO 위성은, 다수의 전송 슬롯을 거쳐 다수의 전송 채널을 제공하기 위한, 전송 채널이 통신 채널의 세트와 네비게이션 채널의 세트를 구비하여 구성된, 수단과; 네비게이션 신호에 대응하는 제1PRN 영역 오버레이를 발생시키기 위한 수단; 제1PRN 영역 오버레이를 네비게이션 채널의 제1세트에 대해 인가하기 위한 수단; 통신 채널과 네비게이션 채널을 LEO 신호에 결합하기 위한 수단과; LEO 위성으로부터 LEO 신호를 방송하기 위한 수단을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, LEO 위성에 대해 데이터 업링크를 제공하는 방법은, LEO 위성으로부터 수신한 LEO 신호와, 제1영역 소스로부터 수신한 제1영역 신호 및, 제2영역 소스로부터 수신한 제2영역 신호를 이용해서 위치 정보를 결정하고; 국부 클럭 기준과 LEO 위성 클럭 기준을 이용해서 시간 진행 파라미터를 결정하고; LEO 위성에 대해 방송되어지는 업링크 데이터를 갖추어 이루어진 데이터 업링크 신호를 준비하고; 시간 진행 파라미터를 이용해서 데이터 업링크 신호를 LEO 위성과 동기시키고; LEO 위성에 대해 데이터 업링크 신호를 방송하는 것을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 데이터 업링크 장치는, LEO 위성으로부터 LEO 신호를 수신하고, 제1 및 제2영역 소스로부터 각각 제1 및 제2영역 신호를 수신하고, LEO 위성에 대해 데이터 업링크 신호를 방송하도록 채택된, 안테나와; LEO 신호와, 제1영역 신호 및, 제2영역 신호를 이용해서 위치 정보를 결정하고, 국부 클럭 기준과 LEO 위성 클럭 기준을 이용해서 시간 진행 파라미터를 결정하고, LEO 위성에 대해 방송되어지는 업링크 데이터를 갖추어 이루이진 데이터 업링크 신호를 준비하고, 시간 진행 파라미터를 이용해서 데이터 업링크 신호를 LEO 위성과 동시키도록 채택된, 프로세서;를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 데이터 업링크 장치는, LEO 위성으로부터 수신한 LEO 신호와, 제1영역 소스로부터 수신한 제1영역 신호 및, 제2영역 소스로부터 수신한 제2영역 신호를 이용해서 위치 정보를 결정하기 위한 수단과; 국부 클럭 기준과 LEO 위성 클럭 기준을 이용해서 시간 진행 파라미터를 결정하기 위한 수단; LEO 위성에 대해 방송되어지는 업링크 데이터를 갖추어 이루어진 데이터 업링크 신호를 준비하기 위한 수단; 시간 진행 파라미터를 이용해서 데이터 업링크 신호를 LEO 위성과 동기시키기 위한 수단 및; LEO 위성에 대해 데이터 업링크 신호를 방송하기 위한 수단을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 네비게이션 신호가 LEO 위성에 의해 제공된 LEO 신호의 적어도 일부를 갖추어 구성되고, 네비게이션 신호의 국부화된 교란을 수행하는 방법이, 주파수 밴드의 다수의 필터링된 잡음 신호를 제공하도록 다수의 주파수 밴드로 잡음 소스를 필터링하고, 네비게이션 신호가 LEO 신호의 다수의 채널을 거쳐 분산되고, 채널이 주파수 밴드와 다수의 시간 슬롯을 거쳐 분배되고; 채널을 거쳐 네비게이션 신호를 분산하도록 LEO 위성에 의해 이용된 변조 시퀀스에 대응하는 PRN 시퀀스를 발생시키고; 다수의 변조된 잡음 신호를 제공하도록 PRN 시퀀스를 이용해서 필터링된 잡음 신호를 변조하고; 네비게이션 신호에 대응하는 다수의 교란 버스트를 제공하도록 동작의 영역을 거쳐 변조된 잡음 신호를 방송하되, 교란 버스트가 동작의 영역에서 네비게이션 신호를 실질적으로 마스크(mask)하는 것을 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 네비게이션 신호가 LEO 위성에 의해 제공된 LEO 신호의 적어도 일부를 갖추어 구성되고, 네비게이션 신호의 국부화된 교란을 수행하도록 구성된 교란 장치가, 잡음 신호를 제공하도록 채택된 잡음 소스와; 주파수 밴드에서 다수의 필터링된 잡음 신호를 제공하도록 다수의 주파수 밴드로 잡음 신호를 필터링하도록 채택되되, 네비게이션 신호가 LEO 신호의 다수의 채널을 거쳐 분산되고, 채널이 주파수 밴드와 다수의 시간 슬롯을 거쳐 분배되는, 다수의 필터; 채널을 거쳐 네비게이션 신호를 분산하도록 LEO 위성에 의해 이용된 변조 시퀀스를 제공하도록 채택된 PRN 시퀀스 발생기; 다수의 변조된 잡음 신호를 제공하도록 PRN 시퀀스를 이용해서 필터링된 잡음 신호를 변조하도록 채택된 다수의 오실레이터 및; 네비게이션 신호에 대응하는 다수의 교란 버스트를 제공하도록 동작의 영역을 거쳐 변조된 잡음 신호를 방송하도록 채택된 안테나를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 네비게이션 신호가 LEO 위성에 의해 제공된 LEO 신호의 적어도 일부를 갖추어 구성되고, 네비게이션 신호의 국부화된 교란을 수행하도록 구성된 교란 장치가, 주파수 밴드의 다수의 필터링된 잡음 신호를 제공하도록 다수의 주파수 밴드로 잡음 소스를 필터링하기 위한, 네비게이션 신호가 LEO 신호의 다수의 채널을 거쳐 분산되고, 채널이 주파수 밴드와 다수의 시간 슬롯을 거쳐 분배되는, 수단과; 채널을 거쳐 네비게이션 신호를 분산하도록 LEO 위성에 의해 이용된 변조 시퀀스에 대응하는 PRN 시퀀스를 발생시키기 위한 수단; 다수의 변조된 잡음 신호를 제공하도록 PRN 시퀀스를 이용해서 필터링된 잡음 신호를 변조하기 위한 수단; 네비게이션 신호에 대응하는 다수의 교란 버스트를 제공하도록 동작의 영역을 거쳐 변조된 잡음 신호를 방송하기 위한, 교란 버스트가 동작의 영역에서 네비게이션 신호를 실질적으로 마스크(mask)하도록 구성된, 수단을 포함한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통합된 고성능 네비게이션 및 통신 시스템의 개관을 나타낸 도면,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 시스템의 다른 개관을 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 시스템의 전체 동작 구성을 나타낸 도면,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저지구 궤도 신호(low earth orbit signals)를 구현하기 위한 접근을 나타낸 도면,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 저지구 궤도 신호와 관련된 자기상관함수(autocorrelation function)를 나타낸 도면,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 저지구 궤도 신호의 군용 네비게이션 구성요소를 디코딩하는 프로세스를 나타낸 도면,

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 네비게이션 장치의 상관기(correlator)의 블록도를 나타낸 도면,

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 저지구 궤도 신호의 상업용 네비게이션 구성요소를 디코딩하는 프로세스를 나타낸 도면,

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 저지구 궤도 신호의 상업용 네비게이션 구성요소를 디코딩하는 다른 프로세스를 나타낸 도면,

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 저지구 궤도 신호의 민간용 네비게이션 구성요소를 디코딩하는 프로세스를 나타낸 도면,

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 저지구 궤도 신호의 네비게이션 구성요소와 GPS 코드 사이의 비교를 나타낸 도면,

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 네비게이션 신호의 국부 교란을 수행하는데 이용할 수 있는 교란장치(jamming device)의 블록도를 나타낸 도면,

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 도 12의 교란장치의 동작의 주파수 및 시간 도메인 표현을 제공하는 도면,

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 의사 랜덤 잡음(pseudo random noise)을 발생시키는 프로세스를 나타낸 도면,

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 채널 선택 풀(channel selection pool)로부터 모듈로 영역(modulo range)의 일정하게 분배된 정수를 구성하는 프로세스를 나타낸 도면,

도 16은 본 발명의 실시예에 따른 채널 선택 풀을 랜덤 비-중첩 채널(random non-overlapping channels)의 리스트로 변환하는 프로세스를 나타낸 도면,

도 17은 본 발명의 실시예에 따른 도 16의 프로세스에 의해 발생된 주파수 홉핑 패턴(frequency hopping pattern)을 나타낸 도면,

도 18은 본 발명의 실시예에 따른 다운컨버전(downconversion)을 위한 네비 게이션 신호를 수신 및 샘플하도록 구성된 수신기 프로세서(receiver processor)의 블록도를 나타낸 도면,

도 19는 본 발명의 실시예에 따른 영역 프로세싱(ranging processing)을 수행하도록 구성된 네비게이션 프로세서의 블록도를 나타낸 도면,

도 20은 본 발명의 실시예에 따른 도 19의 네비게이션 프로세서에 의해 이용된 다양한 상태 변수(state variable) 정의를 나타낸 도면,

도 21은 본 발명의 실시예에 따른 신호 추적을 수행하도록 구성된 추적 모듈(tracking module)의 블록도를 나타낸 도면,

도 22∼도 29는 본 발명의 실시예에 따른 다른 환경에서 네비게이션을 수행하도록 네비게이션 시스템의 다양한 이용을 나타낸 도면,

도 30은 본 발명의 실시예에 따른 저지구 궤도 위성 업링크를 위한 생성된 프레임 구성을 나타낸 도면,

도 31은 본 발명의 실시예에 따른 저지구 궤도 위성 데이터 업링크를 동기시키도록 그라운드 시설(ground infrastructure)을 나타낸 도면,

도 32는 본 발명의 실시예에 따른 저레벨 데이터 업링크 신호의 구현을 나타낸 도면,

도 33은 본 발명의 실시예에 따른 저지구 궤도 위성 데이터 업링크를 지원하는 트랜스미터(transmitter)의 블록도를 나타낸 도면,

도 34는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 업링크를 지원하도록 구성된 저지구 궤도 위성의 다양한 구성요소의 블록도를 나타낸 도면이다.

본 발명 및 그 이점의 실시예는 이하 설명되는 상세한 설명에 의해 가장 잘 이해되어질 수 있고, 동일한 구성요소에는 동일한 참조부호를 붙이기로 한다.

이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

여기서 설명되는 다양한 실시예에 따르면, 저지구 궤도(LEO; Low Earth Orbiting) 위성을 채택하는 네비게이션 시스템은 높은 무결성 네비게이션(high integrity navigation)을 제공하도록 다양한 네비게이션 신호를 구현하는데 이용되어질 수 있다. LEO 위성 및 다른 비-LEO 트랜스미터(예컨대, 우주 및/또는 지구 상의)로부터의 수동 영역 신호(passive ranging signals)는, 시스템에 통합될 수 있다.

모니터 스테이션의 기준 네트워크(reference network)는 클럭 바이어스, 신호 구조 및, 트랜스미터 위치, 또는 수동 영역 신호가 전송되는 다양한 플랫폼의 천문력을 평가한다. 이러한 평가된 정보(또는 조정 정보(calibration information))는 LEO 위성을 갖는 데이터 링크 또는 다른 데이터 링크를 통해 다양한 네비게이션 장치로 전달된다.

네비게이션 장치는 높은-정확도 네비게이션을 수행하도록 방송 정보(broadcast information) 및 다양한 다른 형태의 신호를 혼합하도록 구성될 수 있다. 방송 LEO 신호는 다른 네비게이션 신호들 사이에서의 이용자의 분할을 허 용하고 기반 비용 할당을 가능하게 하도록 군용, 상업용, 민간용 네비게이션 신호에 따라 구현되어질 수 있다. 통합 스프레드 스펙트럼, LPI/D(low probability of intercept and detection) 데이터 업링크가 여기서 설명되는 바와 같이 제공될 수 있다.

에시된 도면은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것으로, 한정하기 위한 것은 아니며, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통합 고성능 네비게이션 및 통신 시스템(100; 또한 iGPS 시스템으로 언급됨)의 개관을 제공한다. 시스템(100)은 네비게이션을 수행하기 위해 다양한 우주 및 지구 영역 소스로부터 신호를 수신하고 디코딩하도록 적절한 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구현되는 네비게이션 장치(102)(또한, 사용자 장비, 사용자 장치 및/또는 사용자 네비게이션 장치로 언급됨)를 포함한다. 이러한 신호는, 예컨대 GPS로부터의 위성 방송, LEO(예컨대, Iridium 또는 Globalstar), WAAS(Wide Area Augmentation System), EGNOS(European Geostationary Navigation Overlay Service), MSAS(Multi-functional Satellite Augmentation System), QZSS(Galileo, Quasi-Zenith Satellite System) 및/또는 MSV(Mobile Satellite Ventures) 위성을 포함할 수 있다. 이러한 신호는 또한 셀룰러 타워(cellular towers), TV 타워, WiFi, WiMAX, VII(National Vehicle Infrastructure Integration) 노드 및, 다른 적절한 소스로부터의 지구 상의 방송을 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 예에 있어서, 네비게이션 장치(102)는 통상적인 네비게이션 위성으로부터 GPS(global positioning system) 신호(106)(예컨대, 보호된 및/또는 비보호된 GPS 신호)를 수신하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 네비게이션 장치(102)는 저지구 궤도(LEO) 위성(108)으로부터 신호(104)를 더 수신한다. 이와 관련하여, 각 LEO 신호(104)(또한, iGPS 신호로 언급됨)는 통신 신호(104A), 군용 네비게이션 신호(104B), 상업용 네비게이션 신호(104C) 및, 민간용 네비게이션 신호(104D)를 포함하는 혼합 신호로서 구성될 수 있다. 이러한 구현은 군용, 상업용 및 민간용 사용자를 동시에 서비스하도록 LEO 위성(108)을 허용하고, 운용 시스템(100)의 비용을 할당하도록 이러한 사용자를 허용한다.

1실시예에 있어서, LEO 위성(108)은 여기서 설명하는 바와 같이 시스템(100)을 지원하도록 변경 및/또는 재구성된 현존하는 통신 시스템(예컨대, Iridium 또는 Globalstar)의 위성에 의해 구현될 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, LEO 위성(108)은 다양한 LEO 위성(108) 간에서의 크로스링크(crosslink) 신호(110)를 지원하도록 구현될 수 있다.

GPS 신호(106) 및/또는 LEO 신호(104)를 이용하면, 네비게이션 장치(102)는 높은 정확도로 그 위치(그리고 따라서 관련된 사용자의 위치)를 계산한다. 결정되면, 계산된 위치 데이터(그리고, 원하는 다른 데이터)가 여기서 설명하는 스프레드 스펙트럼 데이터 업링크를 이용해서 LEO 위성(108)에 대해 업링크된다.

네비게이션 장치(102)는 특정 실시예로 설명되어질 수 있는 바와 같이 다른 우주 및 지구 상의 영역 소스의 방송을 이용해서 네비게이션을 수신하고 수행하도록 더욱 구성되어질 수 있다. 더욱이, 네비게이션 장치(102)는 여기서 설명하는 바와 같이 교란 보호를 제공하도록 예컨대 MEMS(microelectromechanical system) 장치로서 구현된 IMU(inertial measurement unit)에 따라 구성될 수 있다.

네비게이션 장치(102)는 특정 적용을 위해 적절한 소정의 원하는 구성으로 구현될 수 있다. 예컨대, 다양한 실시예에 있어서, 네비게이션 장치(102)는 휴대용 네비게이션 장치, 차량 기반 네비게이션 장치, 항공기 기반 네비게이션 장치, 또는 다른 형태의 장치로서 구현될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시스템(100)의 다른 개관을 제공하는 것이다. 특히, 도 2는 지구 주위 궤도의 LEO 위성(108)과 GPS 위성(202)을 나타낸다. 도 2는 시스템(100)의 시설 서브시스템의 다양한 측면을 더 나타낸다. 예컨대, 시스템(100)은 LEO 신호(104)나 다른 영역 신호를 수신하도록 구성된 기준 네트워크(204), GPS 그라운드 시설(206) 및, LEO 그라운드 시설(208)을 포함할 수 있다. 부가적인 우주 및/또는 지구 상의 구성요소가 또한 시스템(100)의 다양한 예에 제공되어질 수 있음이 인정된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시스템(100)의 전체 동작 구성을 나타낸다. 다양한 서브시스템이 도 3에 도시되었음에도 불구하고, 이러한 모든 서브시스템은 시스템(100)의 모든 실시예에 제공될 필요가 없음이 인정된다.

도 3에 도시된 바와 같이, LEO 위성(108)은 네비게이션 장치(102)와 다양한 도시된 지구 상의 서브시스템에 관하여 급속한 움직임을 나타낸다. 유리하게, 이러한 급속한 각도 움직임은 사이클 모호성을 해결하는데 지구 상의 서브시스템를 부가할 수 있다. 더욱이, LEO 신호(104)는 통상적인 네비게이션 신호(106)에 관하여 고출력으로 구현된다. 이와 같이, LEO 신호(104)는 또한 간섭이나 빌딩을 통해 통과를 가능하게 한다.

LEO 신호(104)는 다양한 그라운드 터미널에 대해 영역 및 데이터 링크를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 터미널은 지리학적으로 다양한 기준 네트워크(204) 및 네비게이션 장치(102)(본 예에서는 셀 폰 핸드셋, MEMS 장치 및, 차량으로서 도시됨)를 포함한다.

GPS 위성(202), 갈릴레오(Galileo) 위성(306), WAAS 위성(302) 및, QZSS/MSV 위성(304)을 포함하는 다양한 위성이 또한 도시되는 바, 이들 중 어느 것은 다양한 실시예에 따라 기준 네트워크(204)과 네비게이션 장치(102)에 대해 방송 영역 및 데이터 다운링크를 하도록 구성된다.

명확하게 하기 위해 몇몇 영역 신호는 도 3에 도시되지 않음이 인정되어진다. 예컨대, 1실시예에 있어서, 모든 도시된 위성은 모든 네비게이션 장치(102) 및 기준 네트워크(204)에 대해 방송하도록 구성된다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 영역 신호 소스(310)로부터의 다양한 영역 신호(318)는 기준 네트워크(204) 및 네비게이션 장치(102)에 의해 모니터된다. 기준 네트워크(204)는 각 영역 신호 소스와 련된 조정 정보(calibration information)를 제공하기 위해 각 영역 신호 소스(310; ranging signal source)를 특징지우도록 구성된다. 이러한 정보는 적절한 데이터 업링크(320)를 거쳐 LEO 위성(108)를 지나가고, LEO 위성(108)에 의해 LEO 신호(104)의 하나 이상의 군용, 상업용 또는 민간용 네비게이션 신호(104B/104C/104D)로 인코드되며, LEO 신호(104)의 일부로서 네비게이션 장치(102)에 대해 방송한다. 이어 조정 정보는 LEO 신 호(104)를 이용해서 수행된 영역 측정과 협동하여 네비게이션을 수행하기 위해 영역 신호(318)를 해석하도록 네비게이션 장치(102)에 의해 이용될 수 있다.

일반적으로, 다양한 트랜스미터가 타이밍 및 (그리고 따라서 영역)데이터를 제공할 수 있다. 이와 관련하여, 일반화된 영역 소스에 대해, 그 관련된 영역 신호는 기준 네트워크(204) 및 네비게이션 장치(102)에 의해 수신된다. 기준 네트워크(204)는 영역 신호와 관련된 조정 정보를 결정하고, LEO 위성(108)을 갖는 데이터 업링크 및/또는 지구 상의 링크를 통해 네비게이션 장치(102)로 조정 정보를 전송한다.

예컨대, 도 3은 WiFi 노드로서 구현된 영역 신호 소스(103) 중 하나에 의해 수신되는 GPS 신호(106)를 나타낸다. WiFi 신호의 미리 정의된 속성의 타이밍(광의 속도에 의해 곱해지면 영역에 대해 등가)을 측정하는 능력이 GPS 수신기 내에서 구현되면, 수신기는 수신된 WiFi 및 GPS 신호 시간을 동시에 측정할 수 있다. 이들 양 사이의 차이는 WiFi 노드와 관련된 조정 정보를 제공하도록 계산되고, 시간 태그되며, 기준 네트워크(204)에 전송될 수 있다. 부가적 조정 정보가 수신되는 GPS 신호(106) 및 다른 형태의 영역 신호(318)에 응답하여 기준 네트워크(204)에 의해 결정될 수 있다. 각 경우에 있어서, 기준 네트워크(204)는 업링크(320) 및 LEO 신호(104)를 거쳐(예컨대, 우주 기반 링크를 거쳐) LEO 위성(104)을 통해 네비게이션 장치(102)로 WiFi 노드와 관련된 실시간 조정 정보를 전송한다. 조정 정보는 또한 지구 상의 링크를 거쳐 네비게이션 장치(102)에 제공된다. 유리하게, 각 영역 신호 소스(310)는 네트워크(316)(예컨대, 인터넷)가 다양한 지구 상의 노 드 사이에 존재하면, 기준 네트워크(204)의 모든 노드가 반드시 고려되어질 필요는 없다.

논의한 바와 같이, LEO 위성(108)은 시스템(100)의 네비게이션 특성을 지원하도록 여기서 설명된 바와 같이 변형 및/또는 재구성되는 통신 위성(예컨대, Iridium 또는 Globalstar 위성)으로서 구현될 수도 있다. 이하 테이블 1 및 2는 각각 이리듐(Iridium) 및 그로벌스타(Globalstar) 통신 위성의 다양한 속성을 식별하고, 다양한 실시예에 따라 LEO 위성(108)으로서 이용될 수 있다.

테이블 1

GSM 셀 폰 구조 기반

FDMA 및 TDMA 양쪽

41.667kHz 채널 분할

10.5MHz 다운링크 할당

25,000sps에서 40% Root Raised Cosine QPSK 변조

90ms 프레임

타임 슬롯: (1) 단향방식 감소 (4) 8.28ms 이중 상승, (4) 8.28ms 이중 감소

테이블 2

CDMA IS-95 셀 폰 구조 기반

FDMA 및 CDMA 양쪽

1.25MHz 채널 분할

16.5MHz 다운링크 할당

벤트-파이프 트랜스폰더(Bent-Pipe Transponder)

이리듐(Iridium) 통신 위성이 LEO 위성(108)을 구현하는데 이용되는 예에 있어서, 이리듐 통신 위성의 비행 컴퓨터는 네비게이션 신호의 취급을 용이하게 하도록 적절한 소프트웨어로 재프로그램될 수 있다. 이리듐 통신 위성이 LEO 위성(108)을 구현하는데 이용되는 다른 예에 있어서, 위성 벤트 파이프 구 조(satellite bent pipe architecture)는 다양한 신호 포맷을 가능하게 하도록 업그레이드 되어지는 그라운드 장비를 가능하게 한다.

LEO 위성(108)이 통신 위성을 이용해서 구현되는 실시예에 있어서, 통신 위성은 통신 신호 뿐만 아니라 네비게이션 신호를 지원하도록 구성된다. 이와 관련하여, 이러한 네비게이션 신호는, 선택적 억세스, 비-속임(anti-spoofing) 및, 차단의 낮은 확률성을 포함하는, 다중경로 거절(multipath rejection), 영역 정확도(ranging accuracy), 상호 상관(cross-correlation), 교란 및 간섭에 대한 저항 및, 기밀성(security)과 같은 다양한 팩터를 설명하도록 구현된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LEO 신호(104)를 구현하기 위한 접근을 나타낸다. 특히, 도 4의 블록(410,420,430)은 통신 및 네비게이션 신호를 위한 지원을 제공하도록 LEO 위성(108)에 의해 전송 및 수신된 신호의 구조를 나타내고, LEO 위성(108)은 현존하는 이리듐 통신 위성을 이용해서 구현된다. 블록(410,420,430)에 있어서, 주파수가 수평축에 도시되고, 시간이 페이지의 내 및 외에 도시되며, 전력 스펙트럼 밀도가 수직축에 도시된다.

1실시예에 있어서, LEO 위성(108)은 다수의 전송 슬롯(402)으로 구현된 다수의 채널과 90ms 프레임 폭을 거쳐 TDMA(time division multiple access) 형태로 구성되고 10MHz 주파수 밴드폭을 거쳐 FDMA(frequency division multiple access) 형태로 더 구성된 다수의 수신 슬롯(404)을 지원하도록 구성된다. 이와 관련하여, 각 채널은 특정 주파수 대역에 제공된 프레임의 특정 전송 및 수신 슬롯에 대응하는 것이 인정된다. 예컨대, 1실시예에 있어서, LEO 위성(108)은 프레임 당 4 타 임 슬롯을 제공하는 240 주파수 대역을 갖는, 약 960 채널(예컨대, 240 주파수 대역 × 4 타임 슬롯 = 960 채널)의 전송을 지원하도록 구현된다.

블록(410)에 도시된 바와 같이, 몇몇 전송 슬롯(402) 및 수신 슬롯(404)은 현존하는 통신(예컨대, 전화 호출(440)로서 도 4에 도시된)과 관련된다. 이용된 전송 슬롯(402)은 LEO 위성(108)에 의해 전송된 LEO 신호(104)의 통신 신호(104A)를 거쳐 제공된 데이터에 대응한다.

블록(410)에 도시된 실시예에서, 다수의 전송 슬롯(402)이 이용되지 않고 남겨짐이 인정된다. 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 이용되지 않은 전송 슬롯(402)의 이용되지 않은 통신 능력은 여기서 설명되는 바와 같이 네비게이션 신호를 지원하도록 영향을 주게 된다.

블록(420)에 도시된 바와 같이, PRN(pseudo random noise)의 영역 오버레이(422; ranging overlay)는 각 남아있는 사용되지 않은 전송 슬롯(402)에 도입된다. 영역 오버레이(422)는 채널 마다의 기반 상에서 낮은 평균 전력에서 실행될 수 있지만, 영역 오버레이(422)를 집합시킴에 따라 교란을 극복하도록 고전력을 나타낸다. 한편, 블록(430)은 LEO 위성(108)에 의해 제공된 최대 전력 스폿 빔을 이용해서 구현된 영역 오버레이(422)를 나타낸다.

1실시예에 있어서, 영역 오버레이(422)는 주파수 홉핑 및 다이렉트 시퀀스 PRN의 조합을 이용해서 구현된다. 주파수 홉핑 구성요소에 대해, 주파수의 서브셋이 각 버스트를 의사-랜덤 기반(pseudo-random basis) 상에서 선택하게 된다. 이어, 각 버스트 내에서, 데이터 비트가 또한 의사-랜덤 기반 상에서 선택된다.

1실시예에서, 전화 호출(440)은, 영역 오버레이(422)가 우발적인 실종 또는 훼손된 버스트에 의해 약간 영향을 받음에 따라, 영역 오버레이(422)를 거쳐 전송 슬롯(402)에서 우선권을 부여한다. 다른 실시예에 있어서, 영역 오버레이(422)는, 전화 호출(440)이 마찬가지로 우발적인 실종 또는 훼손된 버스트에 의해 약간 영향을 받음에 따라, 전화 호출(440)을 거쳐 전송 슬롯(402)에서 우선권을 부여한다.

1실시예에 있어서, 영역 오버레이(422)는 스펙트럼 규정을 가능한 한 밴드폭을 넓게함에 따라 구현된다. 이 경우에 있어서, 모든 가능한 채널이 이용되고, 주파수, 시간 및, CDMA(code division multiple access)의 다양한 방법이 사용자가 코드를 알지 못하는 한은 평탄한 백색 잡음 처럼 보이는 경향이 있는 다운링크 신호를 생성하는데 채택된다. 평탄성(flatness)은 정확도, 교란 저항 및, 다경로 거절에 대해 적절한 신호를 제공한다. 교차 상관은 네비게이션 장치(102)에서 고속 디지털 신호 처리에 의해 가능하게 만들어진 적절한 암호화 알고리즘을 이용함으로써 최소화되어질 수 있다.

1실시예에 있어서, LEO 신호(104)는 이하의 식으로 나타낸 바와 같이 복합 신호 s(t) 대 시간 t로서 구현될 수 있다.

상기 식에 있어서, A는 신호 진폭, n은 심볼 인덱스, p는 ±1로서 부여된 다이렉트-시퀀스 의사-랜덤 잡음, h는 심볼 임펄스 응답, m은 채널 주파수 인덱스, f₀ 는 스프레드 스펙트럼 방송 스팬(spread spectrum broadcast span), N은 스프레드 스펙트럼 방송 스팬을 형성하는 채널 주파수의 수이다.

LEO 위성(108)이 그로벌스타 위성에 의해 구현되는 다른 실시예에 있어서, 저전력 다이렉트-시퀀스 코드(low-power direct-sequence code)가 전화 통화량(telephony traffic)에 대해 직교(orthogonal)인 1.25MHz 채널의 각각에 대해 제공된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 LEO 신호(104)에 대해 고착되도록 네비게이션 장치(102)에 의해 구현될 수 있는 자기상관함수(502; autocorrelation function)를 나타낸다. 도 5에 있어서, τ는 자기상관인수(autocorrelation argument), R은 기본 40% 루트 라이즈드 코사인 심볼 임펄스 응답(root raised cosine symbol impulse response), N은 LEO 위성(108)의 스펙트럼 할당에 의해 허용할 수 있는 채널의 수(예컨대, 1실시예에 있어서 최대 240), f₀는 허용가능 주파수 스팬(1실시예에서 f₀=[41.667 kHz]N인 채널 공간에 의한 N과 관련된),

은 각 채널에 대한 위성 위상 바이어스(satellite phase bias)이다.

더욱이, 도 5는 다른 스케일을 이용해서 자기상관함수(502)의 플롯(504,510)을 제공한다. 플롯(504)에 있어서, 자기상관함수(502)의 인벨롭(506; envelope)은 25ksps 다이렉트 시퀀스 데이터의 유효 상관 길이에 의해 형성되어지는 것으로 도시된다. 이 실시예에 있어서, 자기상관은 41.667kHz로 분리된 광대역(broadband) 채널의 집합에 의해 형성된다. 예컨대, 10MHz 와이드 방송(wide broadcast)에 대해, 유효 다이렉트 시퀀스 칩 길이는 Y 코드, 즉 30m의 길이로 된다. 비교를 위해, 예시적 GPS C/A(coarse/acquisition)-코드(512) 및 예시적 GPS M(military)-코드(514)가 또한 플롯(510) 상에 중첩되어 도시된다. 플롯(510)에 도시된 바와 같이, 자기상관함수(502)의 사이드 로브(side lobes)가 GPS M-코드(514)에 대한 그것과 같이 용이하게 관리될 수 있다. 이와 관련하여, 자기상관함수(502)의 사이드 로브는 고도로 감쇄되거나 명확하게 구분가능하다.

상기한 바와 같이, LEO 신호(104)는 군용 네비게이션 신호(104B), 상업용 네비게이션 신호(104C) 및, 민간용 네비게이션 신호(104D)를 포함하는 다양한 네비게이션 신호를 포함할 수 있다. 이와 같이, 네비게이션 장치(102)는 네비게이션을 수행하도록 이들 신호 중 하나 이상을 디코드하도록 구성되어질 수 있다.

예컨대, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 LEO 신호(104)의 군용 네비게이션 신호(104B)를 디코딩하는 프로세스를 나타낸다. 도 6의 프로세스는 수신 LEO 신호(104)에 응답하여 네비게이션 장치(102)에 의해 수행되어짐이 인정된다.

다양한 적용에 있어서, 가능한 교란을 극복하도록 고전력 신호로서 군용 네비게이션 신호(104B)를 구현하는 것이 바람직하다. 따라서, 도 6의 단계 1에 도시된 바와 같이, LEO 신호(104)는 군용 네비게이션 신호(104B)를 운반하도록 구성된 (도 6에 12채널로서 도시된 바와 같이)여러 병렬 채널(602)을 포함한다. 1실시예에 있어서, 의사-랜덤 프로세스가 LEO 위성(108)으로부터 각 방송 버스트를 위해 활성화된 특정 채널(602)을 결정하는데 이용되어진다. 도 6의 단계에 도시된 바와 같이, QPSK(quadrature phase-shift key) 심볼(604)의 스트링(string)이, 페 이지로 가는 시간에 따라, 채널(602) 상의 각 병렬 버스트를 위해 도시된다. QPSK 심볼(604)은 PRN 다이렉트 시퀀스 인코딩에 따라 변조되고, 또한 LEO 신호(104)에서의 그들의 주파수 옵셋(offset)을 기초로 바이어스 및 회전을 나타낸다.

도 6의 단계 2에서, 변형된 QPSK 심볼(606)에 의해 표현되는 바와 같이, PRN 인코딩은 군용 네비게이션 신호(104B)와 관련된 버스트 운반 데이터의 세트를 제공하도록 베이스밴드에 대해 각 버스트를 회전시킴으로써 확대되고, 내부-채널 바이어스를 빼며, PRN 다이렉트 시퀀스 패턴을 분해한다.

도 6의 단계 3에서, 낮은 비트율 데이터가 M 가능 직교 매크로 심볼(608; M possible orthogonal macro symbols)의 세트에 따라 복조된다. QPSK 변조로부터의 쿼터 사이클 모호성(quarter cycle ambiguities)이 존재하면, 결합된 모호성 및 매크로 심볼은 완전하게 직교하지 않게 된다. 데이터가 한번 평가 되면, 하드 디시젼 알고리즘(hard decision algorithm)은 변조되지 않은 캐리어(610)만을 남기는 평가된 데이터를 분해한다.

도 6의 단계 4에서, 캐리어가 전체 버스트를 거쳐 평균되고 이어 각 채널을 거친다. 결과적으로, 순간적인 추적 오차(tracking error)의 동 위상 및 직각 위상 측정(612; in phase and quadrature measurement)이 제공될 수 있다. 네비게이션 장치(102)의 PLL(phase locked loop)이 이어 위성 캐리어를 추적하도록 이용된다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도 6의 프로세스를 수행하도록 이용되는 네비게이션 장치(102)의 상관기의 블록도를 나타낸다. 수치 제어 오실레이터(702; numerically controlled oscillator)는 도입 LEO 신호(104)(예컨대, 네비게이션 장치(102)의 안테나를 통해 수신된)를 베이스밴드 신호(714)로 다운컨버트하는 캐리어를 발생시킨다. 베이스밴드 신호(714)에는 펑츄얼 코드 캐리어 추적(punctual code carrier tracking)을 수행하는 상부 경로(704; upper path)가 제공된다. 베이스밴드 신호(714)에는 또한 얼리 마이너스 레이트 검출(early minus late detection)을 수행하는 하부 경로(706)가 제공된다.

하부 경로(706)에 있어서, 합성기(708)와 PRN 발생기(710)의 뱅크는 LEO 신호(104)의 각 채널을 복제한다. 상부 경로(704)에 있어서, 복제된 신호(712)는 분리적으로 각 채널을 위한 모든 코드 및 위상 회전을 제거하도록 베이스밴드 신호(714)와 혼합된다. 가설 발생기(716; hypothesis generator)는 각 가능한 매크로 심볼(608)과 만약 있다면 쿼터 사이클 모호성과 관련된 신호를 계산한다. 프로세스(718)는 어느 매크로 심볼 가설이 가장 유망한지를 식별하는 데이터 평가(720)를 제공하도록 MAP(maximum a posteriori) 알고리즘을 이용한다. 도시된 바와 같이, 데이터 평가(720)는 얼리 마이너스 레이트 디시젼에서 이용하기 위해 하부 경로(706)로 지나간다. 상부 경로(704)에서 펑츄얼 검출을 수행하기 위해, 프로세스(718)는 데이터를 분해하고, 동 위상 및 직각 위상 추적 오차(724)에 도달하도록 시간에 걸쳐 집합 버스트를 통합하는 합산 블록(722)으로 최종 버스트를 출력한다.

하부 경로(706)에 있어서, 복제된 신호(712)는 (상부 경로(704)로부터 수신된 데이터 평가(720)을 이용해서)얼리 마이너스 레이트 블록(726) 및 데이터 발생 기 블록(728)에 의해 더 변조된다. 도시된 바와 같이, 최종 변조된 신호는 얼리 마이너스 레이트 판별장치(734)를 제공하도록 시간 평균을 위해 베이스밴드 신호(714)와 혼합되어 합산 블록(732)으로 보내지는 복합 얼리 마이너스 레이트 복제 신호(730)를 형성하도록 함께 합해진다. 따라서, 캐리어 록과 충분한 평균 인터벌을 부여하고, 얼리 마이너스 레이트 판별장치(734)는 순간 추적 오차의 측정을 제공한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 LEO 신호(104)의 상업용 네비게이션 신호(104C)의 프로세스를 나타낸다. 도 8의 프로세스는 수신 LEO 신호(104)에 응답하여 네비게이션 신호(102)에 의해 수행됨이 인정된다.

도시된 바와 같이, 도 8의 프로세스는 도 8의 단계 1∼4가 일반적으로 도 6의 단계 1∼4에 대응함에 따라 도 6의 프로세스와 유사하다. 그러나, 도 8의 프로세스에 있어서, 더 적은 채널(802)(예컨대, 도시된 실시예에서는 2채널)이 도 6의 채널(602)과 비교해 볼때 이용되는 것이 인정된다. 더 적은 수의 채널(802)이 이용되기 때문에, LEO 신호(104)의 상업용 네비게이션 신호(104C)는 군용 네비게이션 신호(104B) 보다 더 낮은 전력과 더 낮은 대역폭으로 구현될 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 LEO 신호(104)의 상업용 네비게이션 신호(104C)를 디코딩하는 다른 프로세스를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 도 9의 프로세스는 도 9의 단계 1∼2가 일반적으로 도 8의 단계 1∼2에 대응함에 따라 도 8의 프로세스와 유사하다. 그러나, 도 9의 단계 3에 있어서, 다운링크 데이터(예컨대, 조정 정보)는 LEO 신호(104)와 다른 방법으로 네비게이션 장치(102)에 의해 수신되어질 수 있다(예컨대, 링크로부터 도 3에 도시된 기준 네트워크(204) 또는 하나 이상의 노드(310)로). 이어, 도 8의 단계 3 및 4의 각각과 유사하게 도 9의 단계 4 및 5에서 다른 프로세싱이 수행될 수 있다. 유리하게, 도 9의 프로세스에서 단계 3의 삽입은 실내 환경에서 더 높은 민감성을 제공할 수 있다. 이와 관련하여, 네비게이션 장치(102)는 다운링크 데이터 및/또는 쿼터 사이클 스트리핑 없이, 기준 네트워크(204)의 하나 이상의 기준 스테이션으로부터 다운링크 데이터의 신뢰할 수 있는 표현(representation)을 수신할 수 있고, 따라서 네비게이션 장치(102)에 의해 요구되는 프로세싱을 감소하여 신호 프로세싱 이득을 개선하게 된다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 LEO 신호(104)의 민간용 네비게이션 신호(104D)의 프로세스를 나타낸다. 다양한 실시예에 있어서, 민간용 네비게이션 신호(104D)의 이용은 일반적으로 캐리어 만(carrier-only)의 네비게이션에 촛점이 맞추어진다. 결과적으로, 민간용 네비게이션 신호(104D)는 비교적 좁은 대역폭(예컨대, 약 1MHz)에 따라 구현되고 공공연하게 알려지게 된다. 이와 같이, 민간용 네비게이션 신호(104D)를 위해 이용된 채널(1002)은 중요 스펙트럼 스프레드 없이 구현된다. 이와 관련하여, 도 10의 단계 1에 도시된 채널(1002)은 도 6,8,9의 각각의 단계 1에 도시된 채널(602,802)과 비교하여 가깝게 그룹지워짐이 인정된다. 도 10의 단계 1∼4의 동작은 이전에 논의된 도 6의 동작 단계 1∼4로부터 이해되어짐이 인정된다.

상기 논의의 관점에서, LEO 신호(104)의 군용, 상업, 민간용 네비게이션 신 호(104B,104C,104D)의 소정 실시예에서는 다음의 테이블 3에서 식별되는 속성에 따라 구현됨이 인정된다.

테이블 3

신호	전력	대역폭
군용	최대	최대
상업	적당	높음
민간용	적당	적당

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 시스템(100)은 동작의 영역 외에서 상업 및 민간용 네비게이션 신호(104C,104D)의 의심을 받을 만한 이용 없이, 동작의 특정 영역에서의 상대편에 대해 상업 및/또는 민간용 네비게이션 신호(104C,104D)의 이용을 동시에 부정하는 동안 군용 네비게이션 신호(104B)의 군사적 이용을 허용하도록 구현될 수 있다.

예컨대, 1실시예에 있어서, 상업용 네비게이션 신호(104C)의 디코딩은 동작의 영역을 지나 소멸되도록 허용되어지는 분배된 암호화 키의 이용에서 조절된다. 다른 실시예에 있어서, LEO 위성(108)의 상업용 네비게이션 신호(104C)의 방송은 동작의 영역을 거쳐 선택적으로 중단된다(예컨대, LEO 위성(108)으로부터의 개별 스폿 빔이 독립적으로 턴 오프된다).

다른 실시예에 있어서, 상업용 네비게이션 신호(104C) 및/또는 민간용 네비게이션 신호(104D)는 동작의 영역 내에서 국소적으로 교란되어진다. 이와 관련하여, 도 11은 군용 네비게이션 신호(104B)와 민간용 네비게이션 신호(104D) 및 GPS C/A 코드(512)와, GPS M-코드(514) 간의 비교를 나타낸다.

도 11에 도시된 바와 같이, GPS C/A 코드(512)는 C/A 코드 대역를 교란하는 것에 의해 군용 목적을 위해 교란되어질 수 있다. 또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 민간용 네비게이션 신호(104D)는 전력 스펙트럼 밀도와 대역폭 양쪽에서 군용 네비게이션 신호(104B)의 서브셋으로서 보여질 수 있다. 영역 오버레이(422)가 FDMA 및 TDMA 양쪽을 이용해서 구현되면, 민간용 네비게이션 신호(104D)은 도 11에 도시된 바와 같이 주파수 홉핑 버스트에서 명백하게 됨을 알 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 상업 및 민간용 네비게이션 신호(104C,104D)의 국소화된 교란을 수행하는데 이용되는 교란장치(1200)의 블록도를 나타낸다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 백색 잡음원(1202)(예컨대, Brownian 모션을 이용해서 생성된)이 LEO 위성(108)의 전송 채널에 대략 대응하는 대역폭을 갖는 잡음 신호(1206)를 제공하도록 필터(1204)에 의해 처리된다.

군용 수신기 장치(1208), 발생기(1210) 및, 오실레이터(1212/1214)는 이미 정의된, 공개된 민간용 PRN 시퀀스에 결정됨에 따라 민간용 네비게이션 신호(104D)의 순간 주파수에 대응하는 다중 채널(1216)을 제공하도록 구성된다. 채널(1216)은 잡음 신호(1206)를 변조하는데 이용되고, 이는 LEO 신호(104)의 일부로서 LEO 위성(108)으로부터 수신된 민간용 네비게이션 신호(104D)의 시간, 구간 및, 주파수를 정확하게 교란 버스트를 방출하도록 부가적인 도시된 구성요소를 이용해서 업컨버트된다. 상기한 접근은 특정 구현에서 바람직함에 따라 상업용 네비게이션 신호(104C)의 교란을 제공하는데 또한 이용될 수 있음이 인정된다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 도 12의 교란 장치의 동작의 주파수 및 시간 도메인 표현을 제공한다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 교란 장치(1200)에 의해 제공된 개별 잡음 버스트(1302)는 민간용 네비게이션 신호(104D)에 대응하는 좁은 주파수 대역(1304)에 촛점이 맞추어진다. 유리하게, 군용 네비게이션 신호(104B) 구성요소(검은 직사각형(1306)으로 표현된)는 효과적으로 변경되지 않고 군용 동작을 위해 완전하게 유용하다.

LEO 위성(108)에서의 영역 오버레이(422)의 발생은 도 14∼17과 관련하여 설명되어진다. 이와 관련하여, 도 14∼17과 관련하여 설명된 다양한 프로세스가 LEO 위성(108)의 적절한 프로세서에 의해 수행된다. 더욱이, LEO 위성(108)은 QPSK 포맷으로 통신 신호(예컨대, 전화통화 버스트)를 변조 및 방송하도록 적절한 소프트웨어 및 하드웨어로 구성된다.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 의사 랜덤 잡음을 발생시키는 접근을 나타낸다. 도 14에 도시된 실시예는 카운터-기반 의사-랜덤 수 발생기(1400; counter-based pseudo-random number generator)를 이용한다. 이와 관련하여, 카운터 값(1402)은 128-비트 암호를 제공하도록 128-비트 암호화 트래픽 키(1404)와 결합된다. 카운터 값(1402)을 암호(1406)와 관련지움으로써, 영역 오버레이(422)의 다양한 PRN 요소가 구축될 수 있게 된다. 1실시예에 있어서, 카운터 입력(1402) 및 암호는 AES(Advanced Encryption Standard) 프로세스를 이용해서 128-비트 워드로 각각 구현된다.

도 14에 나타낸 바와 같이, 각 카운터 값(1402)은 채널 선택(예컨대, 타입 플래그(1412)가 "1"로 설정되면) 또는 다이렉트 시퀀스 칩(예컨대, 타입 플래그(1412)가 "0"으로 설정되면)를 특정화 함에 따라 각 카운터 값(1402)을 식별하는 타입 플래그(1412; type flag)를 포함한다. 타입 플래그(1412)가 채널 선택에 대해 설정되면, 이 때 카운터 값(1402)의 다른 비트가 데이터 버스트 칩을 방송하도록 채널 선택 풀(1408; channel selection pool) 중 어느 채널을 특정화한다. 타입 플래그(1412)가 다이렉트 시퀀스에 대해 설정되면, 이 때 카운터 값(1402)의 다른 비트가 칩 블록 인덱스(1414)(예컨대, 방송되어지는 다이렉트 시퀀스 칩(1410) 중 특정한 하나를 특정화) 및 버스트 카운트(1416)(예컨대, 방송되어지는 특정 다이렉트 시퀀스 칩(1410)의 프레임 수를 특정)에 대응한다.

1실시예에 있어서, 암호(1406)는 다이렉트 주파수 홉핑인 채널 선택 랜덤 수 풀(1408)로부터의 값을 선택하는데 이용될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 암호(1406)는 QPSK 데이터 비트를 채우는 다이렉트 시퀀스 칩(1410)을 선택하는데 이용될 수 있다.

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 채널 선택 풀(1408)로부터 모듈로 영역의 일정하게 분배된 정수를 구성하는 프로세스를 나타낸다. 도 15의 프로세스는 도 14와 관련하여 이미 설명된 채널 선택 풀(1408)과 함께 이용됨이 인정된다.

도 16은 본 발명의 실시예에 따른 채널 선택 풀(1408)을 랜덤 비-중첩 채널(random non-overlapping channels)의 리스트로 변환하는 프로세스를 나타낸다. 도 16의 프로세스는 이하의 테이블 4에서 제공된 값에 따라 M과 N(도 16에 도시된)을 위한 다른 파라미터를 선택함으로써 군용 네비게이션 신호(104B), 상업용 네 비게이션 신호(104C), 민간용 네비게이션 신호(104D)를 위해 이용될 수 있다.

테이블 4

신호	전력(N)	대역폭(M)
군용	대(Large)	240
상업	1 또는 2	>100
민간용	1 또는 2	8-32

도 17은 본 발명의 실시예에 따른 도 16의 프로세스에 의해 발생된 주파수 홉핑 패턴을 나타낸다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 다양한 랜덤 채널 선택(대응하는 전송 주파수와 관련된)이 연속적인 전송 버스트를 위해 제공된다. 각 주파수와 칩은 LEO 위성(108)과 네비게이션 장치(102)에 의해 미리 알려진 공통 키(common key)(예컨대, 128-비트 키)를 이용해서 의사 랜덤 방법으로 발생되는 것이 인정된다.

도 18∼21은 본 발명의 실시예에 따라 구현된 네비게이션 장치(102)의 다양한 측면을 나타낸다. 예컨대, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다운컨버전을 위한 신호를 수신 및 샘플하도록 구성된 네비게이션 장치(102)의 수신기 프로세서(1800)의 블록도를 나타낸다. 도 18에 나타낸 바와 같이, 안테나(1802)에 의해 수신된 네비게이션 신호는 다중 밴드 필터(1804)(원하는 주파수 대역을 미리 선택하도록)에 의해 필터링되고, 증폭기(1806)에 의해 증폭되며, 원래의 디지털 RF 샘플(1816)을 제공하도록 샘플 앤드 홀드 회로(1808)에 의해 샘플링된다.

수신기 프로세서(1800)는 샘플 앤드 홀드 회로(1808)를 동기화하는데 이용되 는 합성기(1812) 및 오실레이터(1810)를 또한 포함한다. 다양한 실시예에 있어서, 샘플 앤드 홀드 회로(1808)의 샘플율은 에일리어즈된(aliased), 미리 선택된 주파수 대역 사이에서 중첩을 방지하도록 선택될 수 있다.

수신기 프로세서(1800)는 수신기의 공통 클럭에 동기된 측정 시간 태그를 갖는 가속도계와 3-Axis MEMS 자이로(gyro)로서 구현된 IMU 1814를 또한 포함하고, 원래의 디지털 움직임 샘플(1818)을 제공하는데 이용된다. 다른 수신기 구현이 양자택일적으로 단일 또는 다중-단계 다운 컨버전을 용이하게 하도록 이용됨이 인정된다.

도 19는 본 발명의 실시예에 따른 영역 프로세싱을 수행하도록 구성된 네비게이션 장치(102)의 네비게이션 프로세서(1900)의 블록도를 나타낸다. 도 19에 나타낸 바와 같이, 힐버트 변환 블록(1902; Hilbert transform block)이 원래의 디지털 RF 샘플(1816)을 복합 샘플(1904)로 변환한다. 다수의 추적 모듈(1906; tracking modules)이 제공된다. 각 추적 모듈(1906)은 복합 샘플(1904)에 제공된 다른 신호와 관련되고, 위성 또는 지구 상의 영역 소스를 추적하는데 이용될 수 있다.

네비게이션 프로세서(1900)는 관성 프로세서(1916; inertial processor) 및 확장된 칼만 필터(1914; extended Kalman filter)에 의해 처리된 원래의 디지털 움직임 샘플(1818)을 기초로 추적 모듈(1906)로 피드 포워드 명령(1908; feed forward commands)을 제공한다. 지원 정보(1908)는 파장의 작은 부분에 대해 추적 모듈(1906)을 구동시킨다. 추적 모듈(1906)로부터의 원래의 코드 및 캐리어 위 상 측정(1910)은 네비게이션 프리프로세서(1912; navigation preprocessor)로 판독되고, 확장된 칼만 필터(1914)에 의해 처리되며, 위치 고정(1918; position fix)을 제공하도록 결합된다.

도 20은 본 발명의 실시예에 따른 네비게이션 프로세서(1900)의 확장된 칼만 필터(1914)에 의해 채택된 다양한 상태 변수 정의를 나타낸다.

도 20에 있어서, 식 2002는 통합 및 덤프 상관기(integrate and dump correlator)의 모델이다. 출력 추적 오차 Δy는 실제 위상과 필터에 의해 예측된 위상 사이의 차이인 평균 초과 시간(averaging over time) T에 의해 모델링된다. 식 2004는 지구 상 및 우주의 양쪽을 기반으로, 관성, 클럭 및, 모든 시간 및 영역 소스를 포함하는 완전한 네비게이션 시스템의 연속적 시간 갱신 모델이다. 평가기 상태 벡터 변수(estimator state vector variables)는 누적 상관기 위상(cumulative correlator phase), 사용자 위치(user position), 속도(velocity), 자세(attitude), 가속도계 ㅂ바바이어스(lerometer bias), 자이로 바이어스(gyro bias), 영역 바이어스(range bias), 영역 바이어스 율(range bias rate), 클럭 바이어스(clock bias) 및, 클럭 바이어스 율(clock bias rate)이다. 식 2006은 기하학 및 대기(atmospheric) 오차를 고려한 기준 위치(reference site)로부터 사용자에 대한 시간 전송 피드 포워드(time transfer feed forward)를 나타내는 캐리어 위상 관찰 모델(carrier phase observation model)이다.

도 21은 본 발명의 실시예에 따른 추적 모듈(1906) 중 하나의 블록도를 나타낸다. 추적 모듈(1906)은 추적 모듈(1906)에 의해 추적되어지는 특정 영역 신호 를 위한 코드 및 캐리어 위상 양쪽을 사전배치(preposition)하도록 피드 포워드 명령(1908; feed forward commands)을 수신한다. 다운컨버터(1950)는 제1처리단계로서 베이스밴드에 대해 콤플렉스 샘플(1904; complex samples)에 제공된 캐리어를 회전시킨다. 다음에, 다운컨버트된 신호(1952)가 매치된 얼리 마이너스 레이트 필터(1954; matched early minus late filter)와 매치된 펑츄얼 필터(1956; matched punctual filter)에 대해 분리 및 지나가게 된다.

고려 중인 각 영역 신호를 위한 신호 파형은 사용자 메모리에 미리 저장되거나 조건적으로 LEO 위성(108) 또는 네트워크(예컨대, 셀룰러, WiFi, WiMAX 또는 VII) 노드를 갖는 데이터 링크를 매개로 리프레쉬된다. 데이터 링크 갱신은 가상적으로 소정의 전송된 신호와 함께 이용되어지는 구조의 확장을 가능하게 한다. 이러한 임펄스 응답(GPS 위성을 위한 PRN 코드와 유사한)은 매치된 필터 프로세싱을 기초로 한다. 셀룰러, WiFi, WiMAX, VII 또는 텔레비전과 같은 지구 상의 신호의 임펄스 응답은 기준 신호(reference signal)의 결정론적인 부분을 유지함으로써 맞추어질 수 있다. 알려지지 않은 데이터와 같은, 비-결정론적 특성(non-deterministic characteristics)을 포함하는 신호의 소정 부분은 기준 신호에서 무효로 된다. 이들 각 매치된 필터에는 이어 매치된 필터/상관기에서의 실행을 위한 기준 신호 구조 임펄스 응답이 제공된다. 결과적으로, 필터(1954,1956)는 얼리 마이너스 레이트 추적 에러(1958; early minus late tracking errors) 및 펑츄얼 추적 에러(1960; punctual tracking errors)의 동 위상 및 직각 위상 표현을 각각 제공한다.

다양한 데이터 구조가 본 발명의 실시예에 따른 영역 소스를 인코드하는데 이용될 수 있다. 예컨대, 1실시예에서, 영역 신호는 다음의 코드에 의해 표현된다.

struct ranging_signal { /* Generalized Ranging Source Parameters */

impulse_response broadcast_signal; /* signal structure of ranging source */

double broadcast_frequency; /* ranging source frequency */

position broadcast_location; /* phase center of ranging source */

time broadcast_clock; /* clock bias of ranging source */

};

상기 코드에 있어서, 신호 기준 파형은 시간 원점이 방송 클럭에 관련되는 임펄스 응답 파라미터로서 인코드된다. 방송 주파수는 영역 소스의 캐리어 주파수이다. 방송 위치는 우주선(space vehicles)을 위한 정밀 천문력과 지구 상의 영역 소스을 위한 데카르드 정적 좌표(Cartesian static coordinate)로서 인코드된다. 클럭 보정(clock correction)은 UTC(Coordinated Universal Time)(예컨대, USNO(United States Naval Observatory)에 의해 제공된)를 기초로 시스템 시간에 대한 영역 소스를 조정한다.

다양한 실시예에 있어서, 적절한 그라운드 스테이션이 가까운 실시간에서 LEO 위성(108)에 의해 채택된 새로운 영역 소스를 판독하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 이러한 그라운드 스테이션은 판독된 코드를 네비게이션 장치(102)에 제공하고, 그에 따라 네비게이션 장치(102)가 협동하거나 하지 않고서 가상적으로 소정 신호를 이용해서 네비게이션을 수행하도록 한다.

도 22∼29는 본 발명의 실시예에 따른 네비게이션을 수행하는 시스템(100)의 다양한 이용을 나타낸다. 예컨대, 도 22는 본 발명의 실시예에 따른 실내 위치결정을 제공하는 시스템(100)의 이용을 나타낸다. 이와 관련하여, 도 22에서는 네비게이션 장치(102)가 빌딩이나 다른 구조물의 내부에 위치될 수 있음이 인정된다.

도 22에 나타낸 바와 같이, 네비게이션 장치(102)(예컨대, 휴대용 사용자 네비게이션 장치)는 LEO 위성(108)으로부터 직접 LEO 신호(104)를 그리고 노드(310)로부터 부가 영역 신호(318)를 수신한다. 또한, 도시된 바와 같이, 기준 네트워크(204)의 기준 스테이션은 또한 영역 신호(318)를 수신한다. 앞에서 논의한 바와 같이, 기준 네트워크(204)는 각 영역 신호 소스(310)와 관련된 조정 정보를 결정하도록 적절한 하드웨어나 소프트웨어와 함께 구성될 수 있고, 데이터 업링크(320)을 거쳐 LEO 위성(108)으로 지나가며, LEO 위성(108)에 의해 LEO 신호(104)로 인코드 되고, LEO 신호(104)의 일부로서 네비게이션 장치(102)에 방송된다. 이어 조정 정보는 LEO 신호(104)를 이용해서 수행된 영역 측정과 결합해서 네비게이션을 수행하기 위해 영역 신호(318)를 해석하도록 네비게이션 장치(102)에 의해 이용될 수 있다. 결과적으로, 네비게이션 장치(102)는 네비게이션을 수행하도록 LEO 신호(104)와 영역 신호(318)를 이용한다.

군용 네비게이션 신호(104B)(예컨대, LEO 신호(104)의 일부로서 LEO 위성(108)에 의해 제공된) 뿐만 아니라 영역 신호(318)(예컨대, 셀룰러 또는 텔레비전 신호 소스와 같은 영역 신호 소스(310)에 의해 제공된)는 실내 환경에 위치할 때 네비게이션 장치(102)에 도달하도록 빌딩 재질을 관통할 수 있는 고전력 신호로서 구현된다. 따라서, 도 22에 도시된 접근에서 이러한 고전력 신호를 이용함으로써, 네비게이션 장치(102)는 실내 네비게이션을 수행하고 콜드 스타트로부터 빠르게 획득한다.

도 23은 본 발명의 실시예에 따른 실내 위치결정을 제공하도록 시스템(100)의 이용을 나타낸다. 도 23에 도시된 구현은 일반적으로 이전에 논의된 도 22의 구현에 대응됨이 인정된다. 그러나, 도 23에 도시된 실시예에 있어서, 네비게이션 장치(102)는 또한 네트워크(316)를 통해 기준 네트워크(204) 또는 노드(312 또는 314)와 조건적으로 통신한다.

더욱이, 시스템(100)은 도 8과 관련하여 설명한 바와 같이, 한계 상의 상업 신호 프로세싱을 채택하도록 구성된다. 이 경우, 더 낮은 전력 상업용 네비게이션 신호(104C)가 영역 신호(318)를 거쳐 상업용 네비게이션 신호(104C)에 인코드된 네비게이션 데이터의 복제를 전송함으로써 증가된 프로세싱 이득을 얻는데 이용된다. 네비게이션 신호가 도 8의 프로세스를 이용해서 제거되기 때문에, 추적 루프 대역폭(tracking loop bandwidth)은 상당하게 감소된다.

1실시예에 있어서, 네비게이션 장치(102)는 각 영역 소스, k를 위한 의사영역(pseudoranges)의 벡터를 형성하고, 이어 사용자 위치, x와 사용자 클럭 바이어 스 τ를 위한 초기 추측에 관해 초기화함으로써 그 최종 위치 고정을 결정한다.

최소 제곱법(least squares)의 방법은 사용자 위치 평가를 세밀하게 하는데 이용된다.

다른 실시예에 있어서, 시스템(100)은 높은-정확도, 높은-무결성 네비게이션을 제공하도록 구현된다. 이와 관련하여, 도 24는 본 발명의 실시예에 따른 GPS 신호(106)와 2중 밴드 LEO 신호(104, 104')를 이용해서 네비게이션을 수행하기 위한 시스템(100)의 이용을 나타낸다. 특히, 도 24는 어떻게 단일-주파수 L1 GPS 신호가 네비게이션 수행의 높은 레벨을 제공하도록 2개의 다른 LEO 신호(104,104')(예컨대, 다른 LEO 위성(108,108')로부터 다른 주파수 대역의 다른 LEO 신호)와 함께 이용될 수 있는가를 나타낸다. 도 24에 도시된 실시예에 있어서, GPS 신호(106)와 LEO 신호(104,104')의 캐리어는 네비게이션(신호로부터의 코드 위상은 이용되어질 필요가 없는)을 위해 충분하다. 그러나, 다른 실시예에 있 어서, 코드와 캐리어 양쪽은 사용가능한 주목할 만한 것으로부터 최대 정보를 추출하는데 이용된다.

도 24에 있어서, 기준 블록(204)은 GPS 신호(106)와 LEO 신호(104,104')를 모니터하고, GPS 위성(202)와 LEO 위성(108)의 정밀한 궤도 결정을 수행하도록 연속적 캐리어 위상 정보를 모은다. 다른 LEO 신호(104,104')를 이용함으로써, 전리층의 효과가 제거될 수 있고, 전리층이 없는 캐리어 위상 신호를 초래한다. 모든 GPS 위성(202)과 LEO 신호(104,104')(예컨대, 타원체(2402)에 의해 나타낸)의 사이클 모호성은 LEO 신호(104,104)의 큰 각도 움직임의 평균을 취함으로써 평가되어질 수 있다.

네비게이션 장치(102)의 위치(예컨대, 본 실시예에서는 항공기)는 도 22∼23과 관련하여 상기한 설명과 유사한 방법으로 도 24에서 결정될 수 있다. 특히, 다음의 표기는 시기(epoch) m에서 사용자 위치 x와, 연속 변수 b로서 모델링된 모든 위성 영역 바이어스에 따른 대류권 정점 지연(tropospheric zenith delay) DZ를 결정하도록 k번째 의사영역 측정을 제공한다.

다시, 최소 제곱법의 방법은 위치 조정, 시간 바이어스 및, 영역 바이어스의 벡터를 위한 수식의 시스템을 해결하는데 이용된다. GPS 신호(106)를 이용해서 측정이 단일 주파수 및 전리층 바이어스에 대해 수행됨에도 불구하고, 결과적인 해결은 전리층 종속성을 갖지 않게 된다. LEO 신호(104,104')를 이용하는 측정은 전리층에서 자유롭고 LEO 신호(104,104')는 급격한 각도 움직임(GPS(202)의 가상적 정적 움직임과 비교하여)을 나타내기 때문에, 기하학적 매트릭스는 클럭과 영역 바이어스 사이의 공통 모드를 제외하고 완전계수(full rank)이다. 이는 GPS 위성(202)을 위한 바이어스 평가가 LEO 신호(104,104')를 이용해서 전리층이 없는(ionosphere-free) 측정을 기초로 올바르게 사용자를 위치시키는 값을 취함을 의미한다.

도 25는 본 발명의 실시예에 따른 GPS 신호(106)와 LEO 신호(104)를 이용해서 네비게이션을 수행하기 위한 시스템(100)의 이용을 나타낸다. 고려 중인 단일 LEO 위성(108)의 궤도 기하학적 배치는 국부 수평을 갖는 불확실한 타원체(2502) 위치를 정렬시키는 비행경로 상에 LEO 위성(108)을 위치시키는 경향이 있다. LEO 신호(104)와 GPS 신호(106)에 부가하여, (예컨대, 갈릴레오 위성(306) 또는 다른 위성으로부터의)제3신호(2504)가 그 위치를 결정하도록 네비게이션 장치(102)(예컨대, 본 실시예에서는 항공기)에 의해 조건적으로 이용된다.

네비게이션 시스템의 무결성은 이용되어지지 않을 때 적시에 경고를 제공하는 시스템의 능력에 의해 측정될 수 있다. 이와 관련하여, 네비게이션 시스템의 무결성 위험은 예외적인 미검출된 위험한 네비게이션 시스템의 확률로서 특징지워질 수 있다. 1실시예에 있어서, 시스템(100)은 RAIM(Receiver Autonomous Integrity Monitoring)을 이용해서 높은 무결성을 제공하도록 수행되어질 수 있다. RAIM 구현에 있어서, 네비게이션 장치(102)는 다양한 고장 모드와 관련된 네비게이션 에러를 검출하도록 자기모순이 없는 측정을 모니터하도록 구성될 수 있다. 유리하게, LEO 위성(108)의 급격한 움직임은 이러한 측정을 용이하게 할 수 있다.

RAIM에 따르면, 최소 제곱근 맞춤의 나머지는 시스템 고장의 카이제곱 가설 검출(chi-square hypothesis detection)을 수행하는데 이용된다. 이와 관련하여, 다음의 식이 이용된다.

상기 식에 있어서,

는 영역 측정에 대응하고, H는 위성 기하학적 매트릭스에 대응하며,

는 위치 평가에 대응한다.

모든 위치 맞춤의 결정에 따르면, 네비게이션 장치(102)는 측정 나머지 R을 계산하도록 구성된다. R이 임계값 이하이면, 이 때 시스템(100)은 적절히 동작하는 것으로 간주된다. R이 임계값 보다 더 크거나 같으면, 네비게이션 장치(102)는 무결성 알람을 유출한다.

도 26은 본 발명의 실시예에 따른 위치 해법 상의 영역 에러의 효과를 나타낸다. 통상, 영역 측정은 자기모순이 없다. 그러나, 하나 이상의 측정이 손상되고 바이어스되어, 에러는 진실로부터 멀어지는 출력 해법을 밀어내게 된다. 측정 사이의 모순이 실제 위치 에러와 높게 상관되기 때문에, RAIM은 에러를 검출할 수 있다.

도 27은 시스템 캐리어 위상 평형 폐색(system carrier phase counterbalances occlusion)의 정밀도 및 열악한 DOP(Dilution of Precision) 기하학적 배치를 어떻게 하는가를 나타낸다. 2차원 경우에 있어서, 최소 제곱근 맞춤은 위치 에러의 수직 구성요소를 배제한다. 유리하게, 1실시예에 있어서, 시스템(100)은 폐색(occlusion) 동안 견고한 네비게이션을 제공하도록 센티미터 수준 캐리어 위상 정밀도에 따라 구현된다. 도시된 바와 같이, 도 27의 프로세스는 또한 미리 측량된 고도 지도를 이용한다.

도 28은 본 발명의 실시예에 따른 LEO 위성(108)과 GPS 위성(202)으로부터 직접 수신된 신호를 이용해서 네비게이션을 수행하기 위한 시스템(100)의 이용을 나타낸다. 도 29는 도 28과 유사한 구현을 나타내지만, 서비스의 연속성에 영향을 미치는 것으로부터 LEO 신호(104)와 GPS 신호(106)에서의 배제되는 순간적 간섭에 부가된 네트워크(316) 및 영역 신호(318)를 갖는다.

상기한 바와 같이, 시스템(100)은 네비게이션 신호(104B/104C/104D)를 이용해서 네비게이션 장치(102)에 의해 수행된 네비게이션을 용이하게 하도록 기준 네트워크(204)의 기준 스테이션으로부터 데이터 업링크(320)를 지원하도록 구성된다. 데이터 업링크(320)는 또한 적절하게 구성된 네비게이션 장치(102)에 의해 지원되어진다. 이와 관련하여, 데이터 업링크(320)는 또한 LEO 신호(104)의 통신 신호(104A)의 일부로서 이어지는 방송을 위해 기준 네트워크(204) 및/또는 네비게이션 장치(102)로부터 LEO 위성(108)으로 소정의 원하는 데이터를 지나가게 하는데 이용될 수 있다.

GPS Time과 UTC가 시스템(100)의 정밀 시간 함수로부터 사용가능하기 때문에, 다이렉트 양방향 동기화(direct two-way synchronization) 없이 발생되도록 데이터 업링크(320)를 허용하는 단방향 업링크 프로토콜(one-way uplink protocol)을 확립하는 것이 가능하다. 데이터 업링크(320)의 시간 및 주파수 위상정합(phasing)은 심볼 마다를 기초로 하는 위성의 순간 캐리어 위상 및 프레임 구조를 정확하게 매치시키기 위해 LEO 위성(108)에 도착하도록 미리 위치될 수 있다. 적절한 다중-이용 프로토콜이 부여됨에 따라, 다중 네비게이션 장치(102) 사이에서 업링크 채널을 할당하는 것이 가능하다. 이러한 다중-이용 프로토콜은 시간, 주파수, 코드 또는 그 소정의 조합에 의해 구현된다. 1실시예에 있어서, 데이터 업링크(320)는 반-교란(anti-jamming) 및 LPI/D(low probability of intercept and detection)를 갖는 스프레드 스펙트럼 업링크로서 구성될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 데이터 업링크(320)의 저전력 신호는 잡음이 없는 전체 매크로 심볼을 끌어 당기도록 많은 심볼을 거쳐 합해지고 LPI/D 업링크를 제공한다.

도 30은 본 발명의 실시예에 따른 LEO 위성(108)에 대한 업링크(320)의 데이터 버스트(3002)를 위한 일반화된 프레임 구조를 나타낸다. 1실시예에 있어서, 데이터 업링크(320)는 버스트 당 414 비트를 갖는 약 240 채널에서 버스트 업링크 버스트를 지원하도록 구성된다. 심볼 마다의 기초 상에서 적절히 정렬되어지는 데이터 업링크(320)에 대해, LEO 위성(108)의 프레임 구조는 휴지 상태(rest state)(예컨대, LEO 위성(108)과 관련하여 시간 쉬프트가 없고 주파수 쉬프트가 없는)에서 미리 위치하게 된다. 다른 실시예에 있어서, 기준 네트워크(204)의 기준 스테이션은 LEO 위성(108)에 대해 데이터 업링크(320)를 위한 적절한 동기화 신호를 발생시키도록 구성된다. 이 동기화 신호의 효과는 UTC 또는 GPS Time 기준에 대한 버스트에서의 데이터 심볼을 위한 프레임 구조를 미리 정렬(pre-align)하는 것이다.

도 31은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 업링크(320)를 동기화하기 위한 그라운드 시설을 나타낸다. 특히, 도 31의 그라운드 시설은 각 데이터 버스트(3002)의 페이로드 필드(3104)를 정렬하는데 이용되는 기준 네트워크(204)의 기준 스테이션을 포함한다. 1실시예에 있어서, 기준 스테이션은 버스트의 부분이 페이로드(3104)에 대해 위치되는 동안 방송되지 않도록 구성된다(이 시간은 네비게이션 장치(102)를 위해 예약된다). 1실시예에 있어서, 각 네비게이션 장치(102)는 소정의 시간 및 주파수 슬롯 내에서 단일 심볼을 업링크하도록 허가된다. 이러한 방식에서, 각 심볼(또는 각 QPSK 프레임 구조에서의 각 직교 비트)은 그 위치 및 UTC/GPS Time을 아는 소정의 네비게이션 장치(102)에 의해 개별적으로 어드레스가능하다. 네비게이션 장치(102)는 네비게이션 장치(102)가 정의된 필드에서 비트를 할당함으로써 소정의 적절한 다중-이용 프로토콜에 따라 구현된다. 예컨대, CDMA 프로토콜 하에서, 다중 네비게이션 장치(102)는 오히려 동일한 비트를 할당한다.

다양한 실시예에 있어서, 데이터 업링크(320)는 저전력 신호로 구현된다. 예컨대, 1실시예에 있어서, 업링크(320)는 LEO 위성(108)에 대해 초 당 데이터의 수 비트를 전송하도록 밀리와트-레벨 방송을 이용해서 구현된다. 이러한 전력이, 예컨대 10MHz 대역폭을 거쳐 스프레드되면, 최종 전력 플럭스 스펙트럼 밀도는 LPI/D 적용을 위해 적당하다. 이러한 업링크(320)의 스프레드 스펙트럼 구현은 또한 반교란(antijam) 보호를 제공한다.

도 32는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 업링크(320)를 위해 이용된 저레벨 신호의 구현을 나타낸다. 1실시예에 있어서, LEO 위성(108)은 배경 잡음에 따른 QPSK 변조에서의 각 비트를 수신하도록 구성된다. QPSK가 2개의 직교 BPSK(binary phase-shift key) 스트림으로부터 합성될 수 있기 때문에, 단순화된 BPSK 확률 분포(옵셋 가우시안 분포의 쌍)가 도 32에 도시된다. 통상적으로, LEO 위성(108)의 복조기의 검출기는 제로에서의 임계값을 기초로 "1" 또는 "0"(여기서는 -1로서 언급됨) 결정을 만들고, 비트 에러의 확률은 SNR의 함수로서 가우시안 하의 영역을 통합함으로써 계산된다.

1실시예에 있어서, 복조기는 하드 리미터(hard limiter)로서 취급된다. SNR이 1 보다 많이 더 작을 때, 도 32에 도시된 중앙 가우시안 곡선이 대표적이다. 신호(예컨대, 데이터 비트)의 존재는 한쪽으로부터 다른쪽으로 곡선을 매우 근소하게 쉬프트시키게 되지만, 일반적으로 출력은 잡음에 의해 고착되게 된다. 그러나, 많은 이산 샘플을 함께 평균함으로써, LEO 위성(108)은 신호의 발생을 검출할 수 있다. 당엉자에게 알려진 계산은 약 2dB에서 하드 리미터의 손실을 알아차린다. 즉, 2dB 효과 아날로그-디지털 변환 손실이 없다면, LEO 위성(108)이 처음부터 통신 위성으로서 구현되었음에도 불구하고, 입력 신호는 완전하게 보전된다. 상기한 접근은 LEO 위성(108)의 특정 구현에 한정되는 것은 아니다.

다양한 실시예에 있어서, 데이터 비트의 프로세싱은 기준 네트워크(204), 네비게이션 장치(102) 또는 기내에 설치된 LEO 위성(108)에 의해 수행될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 다중 비트 RF 프론트 엔드(multi-bit RF front end)를 갖는 주문 생산된 복조기는 유사 만곡 파이프 구성(analog bent pipe configurations)에 따라 구현된 LEO 위성(108)의 2dB 하드 리미터를 제거하는데 이용된다.

도 33은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 업링크(320)를 지원하도록 구성된 트랜스미터(3300)의 블록도를 나타낸다. 이와 관련하여, 트랜스미터(3300)는 기준 네트워크(204)의 기준 스테이션의 일부로서 또는 하나 이상의 네비게이션 장치(102)의 일부로서 제공됨이 인정된다. 예컨대, 1실시예에 있어서, 트랜스미터(3300)는 휴대용 DAGR(Defense Advanced GPS Receiver) 장치, 셀룰러 전화 핸드셋, 또는 소정의 다른 컴팩트한 저비용 장치에 통합된다. 유리하게, 이러한 네비게이션 장치(102)는 통신 신호(104A)를 거쳐 더욱 방송하기 위해 데이터 업링 크(320)를 거쳐 세계의 어느 곳으로부터 낮은 대기시간 텍스트(low-latency text) 또는 상태 메시지(status messages)를 보내도록 이러한 장치의 사용자를 허용하도록 구성된다.

도 33에 나타낸 바와 같이, (예컨대, 네비게이션 솔루션(3302)에 의해 제공된)네비게이션 장치(102)의 위치 및 클럭과, (예컨대, 네비게이션 프로세서(1912)에 의해 제공된) LEO 위성(108)의 위치 및 클록 옵셋은, 도시된 바와 같이 시간 진행 계산 블록(3308; timing advance calculation block)에 의해 이용된 선험적 시간 진행 파라미터(τ₀; priori timing advance parameter)를 형성하도록 차이가 난다. 이와 관련하여, (τ₀)는 개별 데이터 비트 d_nm의 전송이 정밀하게 정확한 시간 및 위상을 LEO 위성(108)에 도착하도록 진행되는 리드 타임(lead time)에 대응한다.

이 때 시간 진행 파라미터는 베이스밴드 프로세서에서의 신호의 합성을 관리한다. 업링크된 데이터는 사용자 선호에 따라 블록(3304)에서 인코드 및 암호화된다. 데이터 변조기 블록(3306)은 적절한 데이터 비트, PRN 다이렉트 시퀀스 코드 및, PRN 발생기 블록(3310) 및 합성기 블록(3312)에 의해 제공된 채널 주파수 옵셋에 의해 변조된 40% 루트 라이즈드 코사인 펄스(root raised cosine pulses)를 발생시킨다. 소정의 원하는 수의 채널이 병렬로 동시에 처리될 수 있다. 도 33의 블록(3316∼3324)에 의해 나타낸 바와 같이 방송을 위해 신호가 합해지고, 업컨버트되며(본 경우에는 100MHz에 의해), 실제 형태로 컨버트되고, 디지털에서 아날 로그로 컨버트되며, RF로 업컨버트된다.

컴팩트 및 저전력 동작을 위해, 베이스밴드 구성요소는 DAGR 또는 셀룰러 핸드셋의 변형된 베이스밴드 소유지에 존재하도록 구현된다. 1실시예에 있어서, 안테나(3324)가 또한 DAGR 또는 셀룰러 핸드셋에서의 GPS신호를 위해 이용되어진다. 1실시예에 있어서, 데이터 업링크 방송 하드웨어의 전력 손실 및 폼 팩터(form factor)는 핸드셋 또는 컴팩트 사용을 위해 구현된다. 예컨대, 1실시예에 있어서, 이러한 전송 하드웨어는 RF 출력 전력의 10dBm을 제공하고 3V에서 25mA를 초래하는 RF Micro Devices로부터 이용가능한 RF2638 칩에 의해 구현된다.

도 34는 본 발명의 실시예에 따른 데이터 업링크(320)를 지원하도록 구성된 LEO 위성(108)의 다양한 구성요소(3400)의 블록도를 나타낸다. 1실시예에 있어서, LEO 위성(108)은 안테나(3402) 및 수신기 블록(3404)을 통해 데이터 비트 임펄스를 수신하도록 구성되고, 최종 결정, 즉 +1 또는 -1로 내부 프레임 구조를 채우게 된다. PRN 발생기 블록(3406)은 네비게이션 장치(102)와 LEO 위성(108) 양쪽에 의해 진행되는 알려진 패턴으로 업링크 상의 주파수 홉핑을 명령한다. 다이렉트 시퀀스 PRN 코드는 또한 PRN 발생기 블록(3408)에 의한 도입 비트(incoming bits)에 대해 적용된다. 다양한 매크로 심볼 가설(가설 발생기 블록(3410)에 의해 제공된)과 관련된 파형은 최종 데이터 메시지(3414)를 제공하도록 도입 신호와 혼합되고 이어 (예컨대, 프로세서(718)와 관련하여 미리 설명된 방법으로)프로세서(3412)에 의해 처리된다. LEO 신호(104)와 함께 여기서 또한 설명됨에 따라, 직교 인코딩은 데이터 업링크(320)을 위한 Eb/NO(excellent bit energy per noise spectral density) 성능을 제공한다.

데이터 업링크(320)는 또한 PRN 코딩 변조에 의해 내장 영역 신호를 포함한다. 조건적으로, DLL(delay-locked loop)이 네비게이션 장치(102)로부터 LEO 위성(108)까지의 영역을 평가하도록 LEO 위성(108)에 제공된다. 결과적으로, 역 3각측량(reverse triangulation)을 수행하는 것이 가능하여, 네비게이션 장치(102)의 위치를 수동적으로 3각측량하도록 다중 LEO 위성(108)을 이용한다.

유리하게, 시스템(100)은 다양한 적용에서 원하는 형태를 제공하는데 이용된다. 예컨대, 1실시예에 있어서, 시스템(100)은 급속한, 직접 재입력(rapid, directed rekeying)을 제공하도록 구현된다. 시스템(100)과 함께 공공-개인 키 시설 기술(public-private key infrastructure techniques)을 이용함에 따라, 네비게이션 장치(102)는 방송에 의해 암호화된 트래픽 키가 지나가기 전에 양방향 데이터 링크를 이용해서 인증된다. 이러한 방법에서, 포지티브 콘트롤은 특정 사용자, 수신자, 위치 및, 재입력(rekeying)의 시간을 거쳐 유지될 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 시스템(100)은 조인트 블루 포스 상황 인식(joint blue force situational awareness)을 지원하도록 구현된다. 이와 관련하여, 네비게이션 장치(102)는 위치 정보를 가까운 다른 우호적인 세력(friendly forces)과 공유할 수 있고, 상대편 위치 상의 위험한 영역 및 정보가 실시간으로 공유되어질 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 시스템(100)은 통신 네비게이션과 감시-항공 교통 관리(surveillance-air traffic management)를 지원하도록 구현된다. 이와 관련하 여, 네비게이션 장치(102)는 Cat III 착륙(landing), 내장 통신 링크(built-in communication link), 통합된 자동 종속 감시(integrated automatic dependent surveillance) 및, 통합된 우주 기반 항공 교통 제어(integrated space-based air traffic control)를 가능하게 하도록 항공기(예컨대, 항공기의 MMR(Multi-Mode Receiver)에서 안테나 및 GPS 카드 대신)에서 구현된다.

다른 실시예에 있어서, 시스템(100)은 탐색 및 구조를 지원하도록 구현된다. 이와 관련하여, 네비게이션 장치(102)는 군용 및 민간용 목적 양쪽을 위한 그로벌 E911 형태를 제공하도록 구성된다. 데이터 업링크(320)의 군용 버전의 LPI/D 특징은 적대하는 조건 하에서 채택되어지도록 변형된 DAGR을 한정한다.

다른 실시예에 있어서, 시스템(100)은 전쟁 대미지 평가를 지원하도록 구현된다. 이와 관련하여, 위치 정보를 포함하는, 사람 또는 센서 형태로 모여진 정보는 데이터 업링크(320)를 매개로 빠르게 결집될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 시스템(100)은 실시간으로 모여질 수 있는 위치에 의해 상관되는 날씨 정보를 지원하도록 구현된다.

다른 실시예에 있어서, 시스템(100)은 그 정확한 위치를 3각 측량하기 위해 교란기 전력의 측정 또는 이용 시간 또는 교란기에서의 주파수 특징을 결집시키도록 네비게이션 장치(102)의 네트워크를 허용하도록 구현된다.

다른 실시예에 있어서, 시스템(100)은 스폿 빔 제어(spot beam control)를 지원하도록 구현된다. 이와 관련하여, 반교란(antijam) 목적을 위한 스폿 빔 전력을 제어하는 권한의 인벨롭(envelope)은 네비게이션 장치(102)에 위임된다. 예 컨대, 교란이 경험되어지면, 네비게이션 장치(102)는 LEO 신호(104)의 방송 전력에서 실시간 증가를 요청하도록 구성된다. 이러한 구현은 정부 정책에 의해 결정된 권한의 인벨롭에 따라, 라이프 사용자(life users)의 군용 또는 민간용 안전에 대해 가능하게 만들어진다.

다른 실시예에 있어서, 시스템(100)은 글로벌 셀룰러 텍스트 메시징(global cellular text messaging)을 지원하도록 구현된다. 예컨대, 데이터 업링크(320) 성능은 전세계의 소정 위치로부터 그리고 소정 위치로 보내지는 텍스트 메시지를 허용하도록 네비게이션 장치(102)(예컨대, 변형된 DAGR 또는 셀룰러 전화 핸드셋)에 제공된다.

본 발명은 상기한 실시예로 한정되는 것은 아니고 본 발명이 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

Claims

ⅰ. LEO 위성으로부터 LEO(low earth orbit) 신호를 수신하고;

ⅱ. LEO 신호로부터 네비게이션 신호를 디코딩하고;

ⅲ. 제1 및 제2영역 소스로부터 각각 제1 및 제2영역 신호를 수신하고;

ⅳ. 제1 및 제2영역 소스와 관련된 조정 정보를 결정하고;

ⅴ. 네비게이션 신호, 제1 및 제2영역 신호 및, 조정 정보를 이용해서 위치를 계산하는 것을 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 네비게이션을 수행하기 위한 방법.
제1항에 있어서, LEO 신호가 통신 신호 및 네비게이션 신호를 갖추어 이루어지고, LEO 위성이 LEO 신호를 제공하도록 구성된 통신 위성인 것을 특징으로 하는 네비게이션을 수행하기 위한 방법.
제2항에 있어서, LEO 위성이 이리듐 위성 및 그로벌스타 위성으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 네비게이션을 수행하기 위한 방법.
상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 네비게이션 신호가 LEO 신호의 다수의 채널에서 인코드된 의사 랜덤 잡음(PRN; pseudo random noise) 신호를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 네비게이션을 수행하기 위한 방법.
상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 네비게이션 신호가 군용 네비게이션, 상업용 네비게이션 신호 및, 민간용 네비게이션 신호로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 네비게이션을 수행하기 위한 방법.
상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 영역 신호 중 적어도 하나가 셀룰러 전화 신호, 텔레비전 신호 및, GPS(global positioning system) 신호로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 네비게이션을 수행하기 위한 방법.
상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 조정 정보가 코드 시간, 캐리어 위상, 데이터 비트 및, 심볼 위상을 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 네비게이션을 수행하기 위한 방법.
상기 항 중 어느 한 항에 있어서,

ⅰ. 셀룰러 네트워크을 통해 네비게이션 신호의 복제를 수신하고;

ⅱ. 네비게이션 신호, 제1 및 제2영역 신호 및, 조정 정보의 복제를 이용해서 위치를 계산하는 것을 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 네비게이션을 수행하기 위한 방법.
상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 방법이 휴대용 네비게이션 장치, 차량 기반 네비게이션 장치 및, 항공기 기반 네비게이션 장치로 구성된 그룹으로부터 선택된 장치에 의해 수행되어지는 것을 특징으로 하는 네비게이션을 수행하기 위한 방법.
상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 방법의 수행이 네비게이션 장치에 의한 암호화 키의 소유 상에서 조절되는 것을 특징으로 하는 네비게이션을 수행하기 위한 방법.
ⅰ. LEO 위성으로부터 LEO 신호를 수신하기 위한 수단과;

ⅱ. LEO 신호로부터 네비게이션 신호를 디코딩하기 위한 수단;

ⅲ. 제1 및 제2영역 소스로부터 각각 제1 및 제2영역 신호를 수신하기 위한 수단;

ⅳ. 제1 및 제2영역 소스와 관련된 조정 정보를 결정하기 위한 수단 및;

ⅴ. 네비게이션 신호, 제1 및 제2영역 신호 및, 조정 정보를 이용해서 위치를 계산하기 위한 수단을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 네비게이션 장치.
제11항에 있어서, 단일-주파수 GPS L1 신호를 이용해서 전리층 효과를 평가하기 위한 수단을 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 네비게이션 장치.
제11항 또는 제12항에 있어서, 네비게이션 신호와 제1신호를 이용해서 항공기용 3차원 자동 착륙 안내를 제공하기 위한 수단을 더 구비하여 구성되고, 제1영역 소스가 위성인 것을 특징으로 하는 네비게이션 장치.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 네비게이션 신호를 이용해서 수직 자동 착륙 안내를 제공하기 위한 수단을 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 네비게이션 장치.
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, RAIM((Receiver Autonomous Integrity Monitoring)을 구현하기 위한 수단을 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 네비게이션 장치.
ⅰ. 다수의 전송 슬롯을 거쳐 다수의 전송 채널을 제공하되, 전송 채널이 통신 채널의 세트와 네비게이션 채널의 세트를 구비하여 구성되고;

ⅱ. 네비게이션 신호에 대응하는 제1PRN 영역 오버레이를 발생시키고;

ⅲ. 제1PRN 영역 오버레이를 네비게이션 채널의 제1세트에 대해 인가하고;

ⅳ. 통신 채널과 네비게이션 채널을 LEO 신호에 결합하고;

ⅴ. LEO 위성으로부터 LEO 신호를 방송하는 것을 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 LEO 위성으로부터 LEO 신호를 제공하는 방법.
제16항에 있어서, 다수의 수신 슬롯을 거쳐 다수의 수신 채널을 제공하는 것을 더 갖추어 이루어지되, 수신 채널과 통신 채널이 다수의 전화 호출과 관련되고, 각 전화 호출이 적어도 하나의 전송 슬롯과 적어도 하나의 수신 슬롯과 관련되는 것을 특징으로 하는 LEO 위성으로부터 LEO 신호를 제공하는 방법.
제16항 또는 제17항에 있어서, 동작의 영역을 거쳐 LEO 신호를 더 방송하는 것을 불가능하게 하는 것을 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 LEO 위성으로부터 LEO 신호를 제공하는 방법.
제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

ⅰ. 데이터 신호를 수신하고;

ⅱ. 데이터 신호에서 인코드된 데이터를 결정하도록 데이터 신호의 다수의 단일 비트 측정을 평균하고;

ⅲ. LEO 신호에 데이터 신호를 결합하는 것을 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 LEO 위성으로부터 LEO 신호를 제공하는 방법.
ⅰ. LEO 위성으로부터 LEO 신호를 방송하도록 채택된 안테나와;

ⅱ. ⅰ) 다수의 전송 슬롯을 거쳐 다수의 전송 채널을 제공하되, 전송 채널이 통신 채널의 세트와 네비게이션 채널의 세트를 구비하여 구성되고,

ⅱ) 네비게이션 신호에 대응하는 제1PRN 영역 오버레이를 발생시키고,

ⅲ) 제1PRN 영역 오버레이를 네비게이션 채널의 제1세트에 대해 인가하고,

ⅳ) 통신 채널과 네비게이션 채널을 LEO 신호에 결합하도록 채택된,

프로세서;

를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 LEO 위성.
제20항에 있어서, 전송 슬롯이 TDMA(time division multiple access) 프레임으로 구성되는 것을 특징으로 하는 LEO 위성.
제20항 또는 제21항에 있어서, 전송 슬롯이 다수의 FDMA(frequency division multiple access) 주파수 밴드로 구성되는 것을 특징으로 하는 LEO 위성.
제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 프로세서가 다수의 수신 슬롯을 거쳐 다수의 수신 채널을 제공하도록 채택되되, 수신 채널과 통신 채널이 다수의 전화 호출과 관련되고, 각 전화 호출이 전송 슬롯의 적어도 하나와 수신 슬롯의 적어도 하나와 관련되는 것을 특징으로 하는 LEO 위성.
제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 네비게이션 신호가 군용 네비 게이션 신호이고, 프로세서가,

ⅰ. 상업용 네비게이션 신호에 대응하는 제2PRN 영역 오버레이를 발생시키고;

ⅱ. 제2PRN 영역 오버레이를 네비게이션 채널의 제2세트에 인가하고;

ⅲ. 민간용 네비게이션 신호에 대응하는 제3PRN 영역 오버레이를 발생시키고;

ⅳ. 제3PRN 영역 오버레이를 네비게이션 채널의 제3세트에 인가하도록 채택되는; 것을 특징으로 하는 LEO 위성.
제20항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 프로세서가,

ⅰ. 다수의 카운터 입력 값에 응답해서 다수의 암호를 발생시키고;

ⅱ. 암호를 이용해서 네비게이션 채널의 제1세트의 네비게이션 채널을 선택하도록; 채택되는 것을 특징으로 하는 LEO 위성.
제20항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 프로세서가,

ⅰ. 다수의 카운터 입력 값에 응답해서 다수의 암호를 발생시키고;

ⅱ. 암호를 이용해서 다수의 다이렉트 시퀀스 칩을 선택하되, 선택된 다이렉트 시퀀스 칩이 네비게이션 신호에 대응하도록; 채택되는 것을 특징으로 하는 LEO 위성.
제20항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, LEO 위성이 이리듐 위성 및 글로벌스타 위성으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 LEO 위성.
LEO 위성으로부터 수신한 LEO 신호와, 제1영역 소스로부터 수신한 제1영역 신호 및, 제2영역 소스로부터 수신한 제2영역 신호를 이용해서 위치 정보를 결정하고;

국부 클럭 기준과 LEO 위성 클럭 기준을 이용해서 시간 진행 파라미터를 결정하고;

LEO 위성에 대해 방송되어지는 업링크 데이터를 갖추어 이루어진 데이터 업링크 신호를 준비하고;

시간 진행 파라미터를 이용해서 데이터 업링크 신호를 LEO 위성과 동기시키고;

LEO 위성에 대해 데이터 업링크 신호를 방송하는 것을 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 LEO 위성에 대해 데이터 업링크를 제공하는 방법.
제28항에 있어서, 데이터 업링크 신호와 통신 신호를 이용해서 LEO 위성을 통해 양방향 통신을 용이하게 하도록 LEO 신호로부터 통신 신호를 디코딩하는 것을 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 LEO 위성에 대해 데이터 업링크를 제공하는 방법.
제29항에 있어서, 통신 신호와 데이터 업링크 신호가 전화 호출을 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 LEO 위성에 대해 데이터 업링크를 제공하는 방법.
제29항 또는 제30항에 있어서, 통신 신호와 데이터 업링크 신호를 이용해서 항공 교통 관리를 수행하는 것을 더 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 LEO 위성에 대해 데이터 업링크를 제공하는 방법.
제28항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 데이터 업링크 신호가 빔 제어 요청을 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 LEO 위성에 대해 데이터 업링크를 제공하는 방법.
제28항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 업링크 데이터가 텍스트 메시지를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 LEO 위성에 대해 데이터 업링크를 제공하는 방법.
제28항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 데이터 업링크 신호가 다수의 채널을 갖추어 이루어지되, 채널이 다수의 주파수 밴드와 다수의 시간 슬롯을 거쳐 분배되며, 준비하는 것이,

업링크 데이터를 갖추어 이루어진 PRN 오버레이를 발생시키고;

PRN 오버레이를 채널에 인가하고;

데이터 업링크 신호를 제공하도록 채널을 결합하는 것을 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 LEO 위성에 대해 데이터 업링크를 제공하는 방법.
제28항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 방법이 휴대용 네비게이션 장치, 차량 기반 네비게이션 장치 및, 항공기 기반 네비게이션 장치로 구성된 그룹으로부터 선택된 장치에 의해 수행되어지는 것을 특징으로 하는 LEO 위성에 대해 데이터 업링크를 제공하는 방법.
제28항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, LEO 위성이 이리듐 위성 및 그로벌스타 위성으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 LEO 위성에 대해 데이터 업링크를 제공하는 방법.
ⅰ. LEO 위성으로부터 LEO 신호를 수신하고,

ⅱ. 제1 및 제2영역 소스로부터 각각 제1 및 제2영역 신호를 수신하고;

ⅲ. LEO 위성에 대해 데이터 업링크 신호를 방송하도록 채택된;

안테나와;

ⅰ. LEO 신호와, 제1영역 신호 및, 제2영역 신호를 이용해서 위치 정보를 결정하고,

ⅱ. 국부 클럭 기준과 LEO 위성 클럭 기준을 이용해서 시간 진행 파라미터를 결정하고,

ⅲ. LEO 위성에 대해 방송되어지는 업링크 데이터를 갖추어 이루이진 데이터 업 신호를 준비하고,

ⅳ. 시간 진행 파라미터를 이용해서 데이터 업링크 신호를 LEO 위성과 동시키도록 채택된;

프로세서;를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 데이터 업링크 장치.
제37항에 있어서, 프로세서가, 데이터 업링크 신호와 통신 신호를 이용해서 LEO 위성을 통해 양방향 통신을 용이하게 하도록 LEO 신호로부터 통신 신호를 디코드하도록 채택된 것을 특징으로 하는 데이터 업링크 장치.
제38항에 있어서, 프로세서가, 통신 신호를 디코드하기 위해 LEO 신호의 다수의 단일 비트 측정을 평균하도록 채택된 것을 특징으로 하는 데이터 업링크 장치.
제38항 또는 제39항에 있어서, 프로세서가, 통신 신호와 데이터 업링크 신호를 이용해서 재입력 동작(rekeying operation)을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 데이터 업링크 장치.
제38항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 프로세서가, 통신 신호와 데이터 업링크 신호를 이용해서 항공 교통 관리를 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 데이터 업링크 장치.
제37항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 데이터 업링크 신호가 그로벌 조난 호출(global distress call)을 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 데이터 업링크 장치.
제37항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 업링크 데이터가 위치 정보를 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 데이터 업링크 장치.
제37항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 네비게이션 신호가 군용 네비게이션, 상업용 네비게이션 신호 및, 민간용 네비게이션 신호로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 데이터 업링크 장치.
제37항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, LEO 위성 클럭 기준이 LEO 신호에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 데이터 업링크 장치.
제37항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 프로세서가, 다수의 비트에서의 업링크 데이터의 단일 비트를 인코드하도록 채택되는 것을 특징으로 하는 데이 터 업링크 장치.
네비게이션 신호의 국부화된 교란을 수행하는 방법으로, 네비게이션 신호가 LEO 위성에 의해 제공된 LEO 신호의 적어도 일부를 갖추어 구성되고, 방법이,

주파수 밴드의 다수의 필터링된 잡음 신호를 제공하도록 다수의 주파수 밴드로 잡음 소스를 필터링하되, 네비게이션 신호가 LEO 신호의 다수의 채널을 거쳐 분산되고, 채널이 주파수 밴드와 다수의 시간 슬롯을 거쳐 분배되며;

채널을 거쳐 네비게이션 신호를 분산하도록 LEO 위성에 의해 이용된 변조 시퀀스에 대응하는 PRN 시퀀스를 발생시키고;

다수의 변조된 잡음 신호를 제공하도록 PRN 시퀀스를 이용해서 필터링된 잡음 신호를 변조하고;

네비게이션 신호에 대응하는 다수의 교란 버스트를 제공하도록 동작의 영역을 거쳐 변조된 잡음 신호를 방송하되, 교란 버스트가 동작의 영역에서 네비게이션 신호를 실질적으로 마스크(mask)하도록 구성된; 것을 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 네비게이션 신호의 국부화된 교란을 수행하는 방법.
제47항에 있어서, 교란 버스트가 동작의 영역에서만 네비게이션 신호를 실질적으로 마스크하도록 더 구성된 것을 특징으로 하는 네비게이션 신호의 국부화된 교란을 수행하는 방법.
제47항 또는 제48항에 있어서, 네비게이션 신호가 민간용 네비게이션 신호이되, LEO 신호가 다른 다수의 주파수 밴드와 다른 다수의 시간 슬롯을 거쳐 분배된 LEO 신호의 다른 다수의 채널을 거쳐 분산되는 군용 네비게이션 신호를 더 갖추어 이루어지고, 교란 버스트가 동작의 영역에서 군용 네비게이션 신호에 실질적으로 대응하지 않도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 네비게이션 신호의 국부화된 교란을 수행하는 방법.
제49항에 있어서, 민간용 네비게이션 신호가 그 관련 채널을 거쳐 분배된 제1전력 레벨을 나타내고, 군용 네비게이션 신호가 그 관련 채널을 거쳐 분배된 제2전력 레벨을 나타내며, 제2전력 레벨이 제1전력 레벨 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 네비게이션 신호의 국부화된 교란을 수행하는 방법.
제50항에 있어서, 교란 버스트가 제1전력 레벨 보다 더 큰 전력 레벨을 나타내는 것을 특징으로 하는 네비게이션 신호의 국부화된 교란을 수행하는 방법.
제50항에 있어서, 군용 네비게이션 신호가 민간용 네비게이션 신호 보다 더 큰 수의 채널과 관련되는 것을 특징으로 하는 네비게이션 신호의 국부화된 교란을 수행하는 방법.
네비게이션 신호의 국부화된 교란을 수행하도록 구성된 교란 장치로서, 네비게이션 신호가 LEO 위성에 의해 제공된 LEO 신호의 적어도 일부를 갖추어 구성되고, 장치가,

잡음 신호를 제공하도록 채택된 잡음 소스와;

주파수 밴드에서 다수의 필터링된 잡음 신호를 제공하도록 다수의 주파수 밴드로 잡음 신호를 필터링하도록 채택되되, 네비게이션 신호가 LEO 신호의 다수의 채널을 거쳐 분산되고, 채널이 주파수 밴드와 다수의 시간 슬롯을 거쳐 분배되는, 다수의 필터;

채널을 거쳐 네비게이션 신호를 분산하도록 LEO 위성에 의해 이용된 변조 시퀀스를 제공하도록 채택된 PRN 시퀀스 발생기;

다수의 변조된 잡음 신호를 제공하도록 PRN 시퀀스를 이용해서 필터링된 잡음 신호를 변조하도록 채택된 다수의 오실레이터 및;

네비게이션 신호에 대응하는 다수의 교란 버스트를 제공하도록 동작의 영역을 거쳐 변조된 잡음 신호를 방송하도록 채택되되, 교란 버스트가 동작의 영역에서 실질적으로 네비게이션 신호를 마스크하도록 구성된 안테나를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 네비게이션 신호의 국부화된 교란을 수행하도록 구성된 교란 장치.
제53항에 있어서, 방송을 위한 변조된 잡음 신호를 준비하도록 채택된 업컨버터를 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 네비게이션 신호의 국부화된 교란을 수행하도록 구성된 교란 장치.
제53항 또는 제54항에 있어서, LEO 신호의 채널이 FDMA 구성의 주파수 밴드와, TDMA 구성의 시간 슬롯을 거쳐 분배되는 것을 특징으로 하는 네비게이션 신호의 국부화된 교란을 수행하도록 구성된 교란 장치.
제53항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서, LEO 위성이 이리듐 위성 및 그로벌스타 위성으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 네비게이션 신호의 국부화된 교란을 수행하도록 구성된 교란 장치.
제53항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 교란 장치가 동작의 영역에 위치하도록 채택되는 것을 특징으로 하는 네비게이션 신호의 국부화된 교란을 수행하도록 구성된 교란 장치.