초록 ▼

본 발명은 기능별로 3개의 프로세스로 구분하여 구현함으로써 신속·정확하게 항체의 2차원 또는 3차원 자세를 측정할 수 있는 위성항법시스템 및 그를 이용한 항체 자세 측정 방법에 관한 것이다.전술한 3가지 프로세스는, 상관기부에서 발생하는 1ms 이내의 인터럽트 신호에 의하여 수행되며, 상관기부에서 생성된 상관값 읽기 및 저장, 위성신호의 데이터비트와 프레임의 동기(synchronization), 코드 및 반송파 추적을 수행하는 제 1 프로세스와, 약 100ms 주기로 수행되며 위성을 각 상관기부의 채널에 할당하고, 상관기에서 생성되

본 발명은 기능별로 3개의 프로세스로 구분하여 구현함으로써 신속·정확하게 항체의 2차원 또는 3차원 자세를 측정할 수 있는 위성항법시스템 및 그를 이용한 항체 자세 측정 방법에 관한 것이다.전술한 3가지 프로세스는, 상관기부에서 발생하는 1ms 이내의 인터럽트 신호에 의하여 수행되며, 상관기부에서 생성된 상관값 읽기 및 저장, 위성신호의 데이터비트와 프레임의 동기(synchronization), 코드 및 반송파 추적을 수행하는 제 1 프로세스와, 약 100ms 주기로 수행되며 위성을 각 상관기부의 채널에 할당하고, 상관기에서 생성되는 코드와 반송파 위상 및 반송파 사이클 개수를 획득하는 제 2 프로세스와, 약 1s 주기로 수행되며 위성정보를 획득하고, 외부 기기와의 통신을 수행하며, 항법해를 계산하고 미지정수 결정을 통한 항체의 자세측정을 수행하는 제 3 프로세스로 이루어진다.

대표청구항 ▼

하나의 기준안테나와 2 이상의 보조안테나로 이루어진 위성신호 수신 안테나부;상기 수신 안테나부의 안테나 각각에서 수신된 고주파(Radio Frequency; RF) 위성 신호를 중간주파수(Intermediate Frequency; IF)로 변환하고, 변환된 중간주파수 신호를 이산화(digitalization)하는 3개 이상의 RF/IF부;각각 5채널 이상의 추적모듈을 포함함으로써, 상기 각각의 RF/IF부로부터의 이산신호를 이용하여 추적모듈에서 상관값을 생성하고 위성신호를 추적하는 3 이상의 상관기부;상기 3 이상의 상관기부에서 획

하나의 기준안테나와 2 이상의 보조안테나로 이루어진 위성신호 수신 안테나부;상기 수신 안테나부의 안테나 각각에서 수신된 고주파(Radio Frequency; RF) 위성 신호를 중간주파수(Intermediate Frequency; IF)로 변환하고, 변환된 중간주파수 신호를 이산화(digitalization)하는 3개 이상의 RF/IF부;각각 5채널 이상의 추적모듈을 포함함으로써, 상기 각각의 RF/IF부로부터의 이산신호를 이용하여 추적모듈에서 상관값을 생성하고 위성신호를 추적하는 3 이상의 상관기부;상기 3 이상의 상관기부에서 획득한 코드 및 반송파 위상 측정치를 이용하여 항법해를 구하고 대상 항체의 자세를 측정하는 중앙처리부;외부 기기와 상기 중앙처리부 사이의 데이터 통신을 위한 입·출력부;로 이루어진 위성항법시스템.상기 제 1 항에 의한 시스템을 이용하여 수행되는 항체의 자세측정방법으로서,상기 상관기부에서 발생하는 1ms 이내의 인터럽트 신호에 의하여 수행되며, 상관기부에서 생성된 상관값 읽기 및 저장, 위성신호의 데이터비트와 프레임의 동기(synchronization), 코드 및 반송파 추적을 수행하는 제 1 프로세스;상기 제 1 프로세스보다 낮은 우선순위(priority)를 가지고 제 1 프로세스의 수행주기보다 긴 주기로 중앙처리부에서 수행되며, 위성을 각 상관기부의 채널에 할당하고, 상관기에서 생성되는 코드와 반송파 위상 및 반송파 사이클 개수를 획득하는 제 2 프로세스;상기 제 1 프로세스보다 낮은 우선순위(priority)를 가지고 제 1 프로세스의 수행주기보다 긴 주기로 중앙처리부에서 수행되며, 위성정보를 획득하고, 외부 기기와의 통신을 수행하며, 항법해를 계산하고 미지정수 결정을 통한 항체의 자세측정을 수행하는 제 3 프로세스;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성체를 이용한 항체의 자세측정방법.제 2 항에 있어서, 상기 제 1 프로세스에서의 코드 및 반송파 추적은, 상기 상관기부에서 획득한 상관값을 이용하여 중앙처리부에서 산출된 오차값을 보정함으로써 수행되며, 반송파 추적 루프는 주파수 고정 루프(Frequency Lock Loop; FLL) 및 위상 고정 루프(Phase Lock Loop; PLL)로 이루어져 있어서, FLL을 이용하여 주파수 오차가 소정 임계치 이하가 된 경우에 한하여 PLL을 작동시키고, 주파수 오차가 상기 임계치 이상이 되는 경우에는 다시 FLL로 돌아가는 이중적인 구조인 것을 특징으로 하는 위성체를 이용한 항체의 자세측정방법.제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 프로세스에서의 위성할당은, 상기 상관기부 각각에서 매 TIC마다, 가시위성이 상관기부의 채널에 모두 할당되어 있는가를 판단하는 제 2-1 단계;가시위성이 모두 할당되어 있는 경우에는 나머지 위성을 상관기부의 빈채널에 할당하는 제 2-2 단계; 할당되지 않은 가시위성이 있는 경우에는 빈채널에 할당하고, 빈채널이 없는 경우에는 위치미결정 위성(unpredicted SV)이 할당되어 있는 채널을 비워 해당 가시위성을 할당한 후 다음 TIC로 넘어가는 제 2-3 단계;가시 위성이 모두 할당될 때까지 제 2-1 단계 내지 제 2-3 단계를 반복함으로써, 모든 가시위성을 상기 각 상관기부의 동일한 채널에 할당하는 제 2-4 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성체를 이용한 항체의 자세측정방법. 제 2 항에 있어서,상기 제 3 프로세스에서 수행되는 항체의 자세측정은, 상기 기준안테나와 제 1 보조안테나 사이의 제 1 기저선에 대한 독립 미지정수 검색범위를 결정하고, 검색범위 내의 후보를 검색하여 참 미지정수를 결정하며, 구해진 참 미지정수를 이용하여 제 1 기저선 벡터를 구하는 제 3-1 단계;상기 기준안테나와 제 2 보조안테나 사이의 제 2 기저선과 제 1 기저선의 사이각정보를 이용하여 제 2 기저선에 대한 미지정수 검색범위를 결정하고, 검색범위 내의 후보를 검색하여 참 미지정수를 결정하며, 구해진 참 미지정수를 이용하여 제 2 기저선 벡터를 구하는 제 3-2 단계;제 3 이상의 보조안테나가 있는 경우에, 상기 제 3-2 단계를 제 3 이상의 보조 안테나에 대하여 적용하여 제 3 이상의 기저선에 대한 미지정수를 결정하고, 제 3 이상의 기저선 벡터를 구하는 제 3-3 단계;상기 제 1 내지 제 2 이상의 기저선 벡터를 이용하여 항체의 3차원 자세를 측정하는 제 3-4 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위성체를 이용한 항체의 자세측정방법.제 5 항에 있어서, 상기 제 3-1단계에서의 미지정수 검색범위 결정은,상기 제 2 프로세스에서 구해진 위성신호의 코드 측정치 공분산, 위성의 위치정보를 이용하는 제 3-1-1 방법;상기 제 2 프로세스에서 구해진 위성신호의 코드 측정치 공분산과 반송파 위상 측정치 공분산, 위성의 위치정보 및 제 1 기저선 길이를 이용하는 제 3-1-2 방법;상기 제 1 기저선 길이정보, 위성의 위치정보, 및 제 3 프로세스의 항법해 계산에 의하여 구해진 속도정보를 이용하는 제 3-1-3 방법;상기 항체에 설치되어 있는 관성측정유닛(IMU)에서 출력되는 자세정보, 및 위성의 위치정보를 이용하는 제 3-1-4 방법; 중 하나 이상의 방법에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 위성체를 이용한 항체의 자세측정방법.제 6 항에 있어서, 상기 제 3-1-3 방법에서 미지정수의 검색범위는 아래의 식에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 위성체를 이용한 항체의 자세측정방법.여기서, l은 이중차분된 반송파 위상 측정치, H는 이중차분된 시선각벡터, BL은 제 1 기저선의 길이, 와 는 항법해 계산에 의하여 구해진 항체의 속도벡터와 그 오차성분.제 6 항에 있어서,상기 3-1-4 방법에서의 미지정수 검색범위는 아래의 식에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 위성체를 이용한 항체의 자세측정방법.여기서, Cen은 좌표변환행렬, 및 는 IMU에서 구한 항체자세정보의 극좌표계값을 선형화 기준점에 대하여 선형화한 값 및 그 오차성분, β는 미지정수 전재범위에 대한 신뢰도, b, ψ, θ는 각각 기저선벡터의 길이, 방위각, 앙각. 제 5 항 내지 제 8 항 중 하나의 항에 있어서, 상기 제 3 프로세스에서 구해진 참 미지정수의 유효성을 확인하기 위하여,결정된 독립미지정수를 이용하여 기저선의 길이를 구하고, 구한 기저선 길이와 실제 기저선 길이의 차이값을 소정의 임계치와 비교하여, 차이값이 임계치 미만인 경우에 한하여 미지정수가 유효하다고 판단하는 제 1 유효성 판단방법;결정된 종속미지정수와 위성의 위치정보를 이용하여 목적함수를 구하고, 구해진 목적함수 값을 소정의 임계치와 비교하여 임계치 미만인 경우에 한하여 미지정수가 유효하다고 판단하는 제 2 유효성 판단방법;항법해 계산에 의하여 구하여진 항체의 속력 및 속도오차(가속도에 의한 속도오차)의 크기를 소정 임계치와 비교하여, 속력이 임계치 미만이거나 속도오차가 임계치 이상인 경우에 미지정수가 유효하지 않다고 판단하고, 속력이 임계치 이상이고 속도오차가 임계치 미만인 경우에는 27개 미지정수 후보에 대한 미지정수 검색을 통하여 참 독립미지정수를 결정하는 제 3 유효성 판단방법; 결정된 미지정수를 이용하여 구한 제 1 기저선벡터와 제 2 기저선 벡터 사이각을 실제 기저선 사이각과 비교하여 그 차이가 소정 임계치 미만인 경우에 한하여 미지정수가 유효하다고 판단하는 제 4 유효성 판단방법; 중 하나 이상의 미지정수 유효성 판단방법을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 위성체를 이용한 항체의 자세측정방법.제 5 항 내지 제 8 항 중 하나의 항에 있어서, 상기 제 3 프로세스에 의하여 구하여진 항체 자세의 유효성을 확인하기 위하여,현재 이포크(epoch) 및 이전 이포크 사이의 항체 앙각(피치)의 시간변화량이 소정 임계치 미만인 경우에 한하여 구하여진 자세가 유효하다고 판단하는 제 1 자세 유효성 판단방법;현재 이포크(epoch) 및 이전 이포크 사이의 항체 방위각(요;yaw)의 시간변화량이 소정 임계치 미만인 경우에 한하여 측정자세가 유효하다고 판단하는 제 2 자세 유효성 판단방법;상기 제 3 프로세서에서 구한 항체의 속도정보 중 항체 속력이 소정 임계치가 넘는 경우에 한하여, 항체의 속도벡터로부터 구한 항체의 방위각과 기저선벡터로부터 구한 항체의 방위각 차이가 소정 임계치 이하인 경우에 한하여 측정 자세가 유효하다고 판단하는 제 3 자세 유효성 판단방법; 중 하나 이상의 자세 유효성 판단방법을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 위성체를 이용한 항체의 자세 측정방법.<