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KR20020087187A - 지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치추정방법 - Google Patents

지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치추정방법 Download PDF

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KR20020087187A
KR20020087187A KR1020010026188A KR20010026188A KR20020087187A KR 20020087187 A KR20020087187 A KR 20020087187A KR 1020010026188 A KR1020010026188 A KR 1020010026188A KR 20010026188 A KR20010026188 A KR 20010026188A KR 20020087187 A KR20020087187 A KR 20020087187A
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KR1020010026188A
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Inventor
조민성
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엘지전자 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 지리정보 시스템과 기지국을 적응적으로 이용하여 이동국의 위치를 추종할 수 있도록 한 것으로, 본 발명에 따른 지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치 추정방법은, 이동국이 위성 신호 수신 가능 여부를 확인하는 단계; 상기 이동국이 위성 신호가 수신되면 내부에 장착된 GPS수신기에서 위성 신호를 추적하여 위치를 추정하고, 위성 신호 수신 불가능이면 기지국 기반 신호를 발생시켜 기지국 신호를 추적하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 같은 본 발명에 의하면, 위성 수신기를 탑재한 이동국의 위치 확인을, 위성과의 가시 거리 확보 여부에 따라 위성를 이용한 위치 확인과 가시거리 미 확보에 따른 기지국을 이용한 위치확인을 주변 환경에 따라 적응적으로 대응할 수 있도록 함에 있다.

Description

지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치 추정방법{Presumption method for accommodation position of mobile terminal using Global Position System and Base station}
본 발명은 이동국의 위치 확인을 위해서, 위성과 기지국을 가시거리 확보 여부에 따라 적응적으로 변경하여 이동국의 위치를 확인할 수 있도록 한 지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치 추정방법에 관한 것이다.
현재 단말기의 위치를 찾아내는 방법으로는 크게 위성을 이용하여 찾는 방법과 기지국을 기반으로 기지국 간의 신호를 이용하여 찾는 방법 두 가지 경우가 있다.
위성을 이용하여 개인용 또는 차량용 이동국의 위치를 찾는 경우는, 위성을 이용한 자동 측위 시스템인 GPS(Global Position System)가 상공에 떠 있는 24개의 위성으로부터 시간과 위치에 대한 정보를 수신하여 삼각 측량의 원리로 현재의 3차원 위치 및 시간을 알아내는 방식이다.
도 1은 위성을 이용한 종래의 측위 시스템의 구성 예를 나타낸 것으로, 이동 통신 단말기(TE)가 다수의 위성(SAT1~SAT4)으로부터 시간과 위치에 대한 정보를 수신하는 상태를 보여주고 있다. 이때 사용자 즉, 상기 이동통신 단말기(TE)의 좌표 및 시각(Xu, Yu, Zu, Tu)라 하고, 제 1위성(SAT1)의 좌표 및 시각(X1,Y1,Z1,T1)이라 하면 상기 이동통신 단말기(TE)와 상기 제 1위성(SAT1) 사이의 의사(Pseudo) 거리는 사용자의 시계오차 △Tu라고 가정하고 광속이 C일 때 다음과 같이 계산된다.
이때 위성의 좌표는 미리 알고 있으므로 미지수 Xu, Yu, Zu, △Tu를 알아내기 위해서는 4개의 식이 필요하고, 이것은 4개 이상의 위성으로부터 신호를 받을 수 있으면 해결된다. 실제 운용되는 위성은 4개의 괘도에 각 6개씩 총 24개가 있으므로 가시 범위에서 접할 수 있는 위성의 개수는 항상 5개이다. 이렇게 알아낼 수 있는 사용자의 위치오차는 현재 수 100M 내외이다.
이러한 코드 신호 이외에도 반송파 위상 신호를 이용하면 그 정확도가 수 MM단위에 이를 정도로 정확한 반면에 위성과 이동국간의 가시거리가 확보되지 않으면그 성능을 발휘하지 못하는 단점이 있다.
또한, 기지국을 이용하는 방법의 경우 기지국간의 신호를 이용하여 이동국의 위치를 추적하는 것으로, 일반적으로 AOA(Angle Of Arrival)나 TOA(Time Of Arrival), 혹은 TDOA(Time Difference Of Arrival) 등이 이용되고 잇다. 이중에서도 AOA는 이동국과 기지국 간의 거리가 가까운 경우에 좋은 성능을 발휘하고, TDOA는 이동국과 기지국 간의 거리가 먼 경우에 좋은 성능을 나타낸다.
그러나, 이러한 기지국을 이용한 방식은 현재까지 FCC권고안에서 요구하는 수준(125M(67% 정확도))을 맞추기에는 많은 어려움이 따른다.
여기서, TDOA는 각각의 기지국에서 도달하는 시간의 차를 이용하는 방법이다. 도 2는 TDOA의 기본 개념도로서, (x,y)로 표현되는 이동국(TE)의 좌표값과 각 기지국(BS1,BS2,BS3)(x1, y1)(x2,y2)들을 순차적으로 계산하여 상대적인 거리(ri)를 구하고, 이때의 주어진 거리를 이용하여 상대적인 수신 시간차를 구한다. 다음은 그러한 방법의 기본적인 식 1을 나타내었다.
여기서, x,y 는 확인되지 않은 이동국 위치이고, xi,yi는 확인된 기지국 위치이다.
그리고, AOA는 3개 이상의 기지국으로부터 들어오는 신호의 각을 이용하여 그 각들의 교차점을 이용하여 이동국의 위치를 찾는 방법이다. 일반적으로 군에서 많이 사용되는 삼각 측량법에 기초하고 있다.
그러나, 상술한 바와 같이 이동국의 위치를 확인하기 위해 위성을 이용한 방법에는 가시거리의 확보의 문제점이 존재하고, 기지국을 이용한 방법에는 각각의 방법에 따라 원근간의 문제와 정확도에 대한 문제가 남는다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 위성 수신기를 탑재한 이동국의 위치 확인을, 위성과의 가시 거리 확보 여부에 따라 위성를 이용한 위치 확인과 가시거리 미 확보에 따른 기지국을 이용한 위치확인을 주변 환경에 따라 적응적으로 대응할 수 있도록 한 지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치 추정방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래 위성을 이용한 이동국의 측위 시스템 구성도.
도 2는 종래 기지국을 이용한 이동국의 측위 시스템 구성도.
도 3은 본 발명 실시 예에 따른 지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치 추정방법을 나타낸 플로우 챠트.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
SAT1,SAT2,SAT3...위성BS1,BS2...기지국
TE...이동국
상기한 목적 달성을 위한, 본 발명에 따른 지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치 추정방법은,
이동국이 위성 신호 수신 가능 여부를 확인하는 단계;
상기 이동국이 위성 신호가 수신되면 내부에 장착된 GPS수신기에서 위성 신호를 추적하여 위치를 추정하고, 위성 신호 수신 불가능이면 기지국 기반 신호를 발생시켜 기지국 신호를 추적하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 기지국 기반 신호를 발생시켜 이동국이 기지국 신호를 추적하는 방식은 TDOA 의 방식을 사용하여 이동체의 측위를 시도하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 TDOA의 경우는 CHAN의 방식으로 이용하여 기지국과 이동체 간의 상대적인 거리 및 위치를 구하여 기지국과 이동체간의 위치를 구한 후, 구한 결과치에서 잡음성분을 제거한 값을 구한 다음 공분산 행렬을 구하여 최대 유사한 값으로부터 이동국의 위치를 구하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치 추정 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명 실시 예에 따른 지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치 추정방법을 나타낸 플로우 챠트이다.
도 3을 참조하면, 이동국의 GPS 수신기에서 위성 신호 수신 가능 여부를 확인한 후(301), 위성신호 수신 가능이면 위성 신호를 추적하고(302), 이동국의 위치를 추정하게 된다. 그리고, 위성 신호를 수신하지 못하는 경우 기지국 기반 신호를 발생시키고(304), 기지국 신호를 추적하여(305) 이동국 위치를 추적하게 된다(303).
상세하게, 위성 수신 환경과 기지국 기반 환경을 설명하면, 이동국은 GPS수신기를 내장하고, 지리정보 시스템을 이용하여 위성과의 가시거리가 확보가 이루어지면 측위 환경에 대한 우선권을 위성을 이용한 위치 확인을 하고, 위성과의 가시거리 확보가 이루어지지 않는다면 기지국을 이용하여 위치 확인을 하게 되는 것으로, 이동국의 위치 확인을 위성과 기지국을 적응적으로 이용하는 것이다.
여기서, 위성을 이용하는 경우 도플러 효과를 이용하게 되는데, 도플러는 반송파 위상의 순간 값에 해당하며, 도플러를 적분하여 반송파 위상을 구할 수 있다. 따라서 도플러를 이용하여 구해진 속도는 코드를 이용하여 구해진 위치의 차로부터 구한 속도에 비해 정확한 결과를 나타낼 수 있다.
상세하게 설명하면, 이동국의 GPS수신기에서는 수신기에서 만들어낸 기준 주파수와 수신된 위성 신호의 주파수로부터 구해진 도플러를 이용하여 속도를 구한다. 도플러 측정치는 식 2와 같이 반송파 위상신호의 시각에 대한 미분으로 나타난다.
여기서 수신기 측정 잡음을 제외한 다른 오차는 무시하였으며, 미지 정수는 수신기가 위성 신호를 연속적으로 추정하는 한 변화하지 않는 상수값이므로 도플러 측정치에는 나타나지 않는다.
여기서,는 측정오차를 나타낸다. 식 2에서 수신기의 위치벡터P와 위성의 위치 벡터 Si를 이용하여 거리를 나타내면 식 3과 같이 되며, 이를 미분하고 시선벡터와 속도의 정의를 이용하여 나타내면 식 4과 같이 된다.
식 4를 식 2에 대입하고 위성 궤도 정보로부터 위성의 속도를 구할 수 있으므로, 이를 좌변으로 옮기면 식 5가 된다. 즉, 4개 이상의 위성으로부터 도플러 측정치를 얻을 수 있다면 위성 4개 이상이 정확한 측위의 기본이므로 이동국의 속도(VP)와 시계 오차의 변화율(BA)을 구할 수 있다.
이러한 도플러 측정치를 이용하여 절대위치를 구하기 위하여 식 2의 도플러 측정치에서 위성과 수신기간의 위치 벡터의 속도벡터를와로 정의하고 임의의 기준 점에서 선형화하면 다음의 관계를 얻는다.
여기서,
를 나타내며, 위성의 위치는 알고 있으므로는 수신기의 측정오차를 나타낸다. 식 4를 이용하여 구해진 수신기의 속도를 식 6에 대입하고 정리하면 식 7을 얻는다.
4개 이상의 측정치가 존재하는 경우 벡터와 행렬로 나타난 식 8을 이용하면 수신기의 위치와 수신기 시계 오차의 변화율을 구할 수 있다.
이렇게 이동국의 위치와 시계 오차의 변화율을 구할 수 있으므로, 이동국의 위치를 측위하게 된다.
이와 같이 위성을 이용하여 이동국의 위치 추정을 하다가, 위성과의 가시거리 확보가 이루어지지 않으면 즉, 건물 내부 환경이거나 OOS환경이 발생하는 경우는 TDOA 방법을 사용하여 이동국의 측위를 시도하게 된다.
이동국은 기지국 기반 신호를 발생시키면 기지국 신호를 추적하여 이동국의 위치를 추정하게 된다.
여기서, TDOA의 경우는 PANG의 방법을 이용하는데, 미지수와 TDOA의 측정치의 수가 같을 때 정확한 해를 계산하나 4개 이상의 TDOA의 측정값을 사용할 수 없는 단점이 있어, 일반적으로 CHAN이 제안한 방법이 TDOA를 사용한 방법에 있어서최적의 해를 구할 수 있다.
이때의 상기 식 1을 사용하여 기지국과 이동간의 위치에 관한 값을 얻을 수 있다. 이러한 결과치에서 잡음성분을 제거한 값을 구하고 공분산 행렬을 구하여 최대 가능한 방법을 사용하여 이동국의 위치를 구할 수 있게 된다. 여기서, TDOA를 이용한 이동국의 좌표값 추정은 3개 이상의 기지국을 사용하며 추정하게 된다.
즉,로부터 이동국과 기지국간의 상대적인 거리를 구한 후, 이동국과 기지국간의 위치를 구할 수 있다. 여기서, x,y 는 확인되지 않은 이동국 위치이고, xi,yi는 확인된 기지국 위치이다.
또, 공분산 행렬은 식 9에 도시한 바와 같다.
식 9를 이용하여 최적 가능한 이동국의 위치를 구할 수 있다.
이러한 환경에서 측위를 시도하다가 위성과의 가시거리 확보가 이루어지면 측위 환경에 대한 우선권은 위성을 이용한 방법으로 넘어가게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치 추정방법에 의하면, 위성 수신기를 내부에 탑재한 이동국이 위성 과의 가시거리 확보시 위성을 이용하여 위치를 확인하고, 가시거리 미확보시 기지국을 이용하여 위치를 확인할 수 있도록 적응적으로 대처함으로써, FCC권고 안의 조건을 만족하는 수준을 이룰 수 있고, 실버 서비스를 위한 단순한 위치 확인용 호출 시스템 또는 기타 특정 지역 등의 환경에서의 이동국의 초기 위치 확인이나 응급 서비스, 감시 체계 등 적용 범위를 넓힐 수 있다.

Claims (3)

  1. 이동국이 위성 신호 수신 가능 여부를 확인하는 단계;
    상기 이동국이 위성 신호가 수신되면 내부에 장착된 GPS수신기에서 위성 신호를 추적하여 위치를 추정하고, 위성 신호 수신 불가능이면 기지국 기반 신호를 발생시켜 기지국 신호를 추적하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치 추정방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기지국 기반 신호를 발생시켜 이동국이 기지국 신호를 추적하는 방식은 TDOA 의 방식을 사용하여 이동체의 측위를 시도하는 것을 특징으로 하는 지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치 추정방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 TDOA는 CHAN의 방식으로 이용하여 기지국과 이동체 간의 상대적인 거리 및 위치를 구하여 기지국과 이동체간의 위치를 구한 후, 구한 결과치에서 잡음성분을 제거한 값을 구한 다음 공분산 행렬을 구하여 최대 유사한 값으로부터 이동국의 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치 추정방법.
KR1020010026188A 2001-05-14 2001-05-14 지리정보 시스템과 기지국을 이용한 이동국의 적응적 위치추정방법 Withdrawn KR20020087187A (ko)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100847345B1 (ko) * 2003-08-22 2008-07-21 노키아 코포레이션 위치 기반 애플리케이션에 따른 이동국의 위치 결정을용이하게 하기 위한 장치 및 관련된 방법
KR100897731B1 (ko) * 2004-05-26 2009-05-15 모토로라 인코포레이티드 무선 통신 네트워크 및 그 동작 방법

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Patent event code: PA01091R01D

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Patent event date: 20010514

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PN2301 Change of applicant

Patent event date: 20020614

Comment text: Notification of Change of Applicant

Patent event code: PN23011R01D

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