위치결정 시스템 및 그 방법 {Positioning System and the Method}

본 발명은 위성항법시스템을 이용하여 위치를 결정하는 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 위성항법시스템의 위치결정 오차를 최소화하는 위치결정 시스템 및 방법에 관한 것이다.

급속한 산업화의 발전과 기술혁신으로 인식기술 및 인지기술은 계속 발전하고 있다. 특히 자율 주행 및 제어 기술의 중심에는 인식/인지기술의 발달이 있었으며, 향후 산업화 기술의 핵심이라고 예측하고 있다.

이러한 인식/인지기술의 기반이 되는 기술이 위치결정이다. 현재 위치결정의 기술은 다양한 방법을 통해 이루어지고 있지만 이동체를 대상으로 진행되는 위치결정으로 가장 대중화된 방법이 위성항법시스템을 이용한 위치결정이다. 하지만 위성항법시스템을 이용한 위치결정의 경우 실내에서는 위성 사용이 어려워(불가능하지는 않음) 위치결정이 어렵고, 실외에서는 장애물에 영향을 받기 쉽고, 고도각이 낮은 위성들은 멀티패스의 간섭이 심하고, 위치오차가 예측하기 어려울 정도로 급변한다는 것이다.

이러한 문제점은 위성항법시스템의 신뢰성과 안정적인 사용에 걸림돌이 되고 있어 산업화의 확장에 한계를 보여주고 있다. 따라서 현재는 건설이나 산업 현장에서 고정점 위치결정에 사용되거나, 사람의 판단에 지원 정도만 가능한 차량용 내비게이션으로 사용되고 있다.

전술한 여러 가지 문제점 중 가장 심각한 문제점은 모든 통신에서와 마찬가지로 멀티패스이다. 특히 위성항법시스템을 이용한 위치결정에서 고도각에 의한 멀티패스는 심각한 위치 오차를 발생시키고 있다. 따라서 이러한 위치 오차를 해결하기 위해서 많은 노력들이 이루어지고 있다.

현대 사회는 산업화의 고도화로 Urban Canyon이 점점 증가하고 있다. 이러한 환경은 멀티패스를 발생시키는 주된 요소이다. 따라서 멀티패스를 해소하기 위한 여러 가지 방법들을 제안하고 있지만 뚜렷한 해결점을 찾지 못하고 있다. 특히 위성항법시스템을 이용한 위치결정에서는 해결점을 더욱 찾지 못하고 있는 것이 현실이다.

일부 내비게이션 업체에서 위치 오차를 줄이는 방법으로 맵 매칭 방법 등을 사용하나 이 또한 뚜렷한 해결점이 되지 못하고 있다. 또한 현재 위치결정 연구의 동향을 보면 환경별 가용위성 수의 변화에 따른 위치결정은 멀티패스로 인한 위치 오차가 심각한 문제점으로 지적되고 있다. 또한 단독 측위의 한 부분인 PPP(Precise Point Positioning)에서도 멀티패스의 문제는 위성항법시스템의 심각한 문제점으로 지적되고 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 위성항법시스템과 비전시스템을 이용하여 고정밀 위치결정이 가능한 수신기 모델 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 GPS 신호를 수신하고, 상기 GPS 신호를 전송한 위성의 수 및 각 위성의 고도각을 확인하는 위성신호수신부; 상기 각 위성의 고도각 중 기설정된 각보다 작은 고도각이 존재하면 객체를 인식하는 객체인식부; 및 상기 위성의 수, 상기 객체의 수 및 상기 위성의 고도각에 기초하여 위치결정에 이용할 위성, 객체 또는 위성 및 객체를 선택하고, 선택한 위성으로부터 수신한 GPS 신호 및 선택한 객체 중 적어도 하나를 이용하여 위치를 결정하는 위치결정부를 포함하는 위치결정 시스템을 제공한다.

본 발명의 일면에 따르면, 상기 위치결정부는 상기 위성의 수와 상기 객체의 수의 합이 기설정된 개수 이상인 범위에서 상기 위성의 고도각이 상기 기설정된 각보다 작은 위성을 위치결정에 이용할 위성에서 제외하되, 상기 위성의 고도각이 작은 순서대로 상기 위치결정에 이용할 위성에서 제외하는 것인 위치결정 시스템을 제공한다.

본 발명의 다른 일면에 따르면, 상기 위치결정부는 상기 각 위성의 고도각이 모두 기설정된 각 이상이면 상기 각 위성으로부터 수신한 GPS 신호만 이용하여 위치를 결정하는 것인 위치결정 시스템을 제공한다.

본 발명의 다른 일면에 따르면, 상기 위치결정부는 상기 객체인식부가 인식할 수 있는 객체가 존재하지 않으면 상기 위성으로부터 수신한 GPS 신호만 이용하여 위치를 결정하는 것인 위치결정 시스템을 제공한다.

본 발명의 다른 일면에 따르면, 상기 객체인식부는 상기 각 위성의 고도각 중 기설정된 각보다 작은 고도각이 존재하면 인식가능한 객체가 존재하는지 여부를 확인하고, 인식가능한 객체가 존재하면 객체를 인식하고 인식한 객체의 수를 확인하는 것인 위치결정 시스템을 제공한다.

본 발명은 GPS 신호를 수신하고, 상기 GPS 신호를 전송한 위성의 수 및 각 위성의 고도각을 확인하는 단계; 상기 위성의 고도각이 작은 순서대로 우선순위를 설정하는 단계; 상기 각 위성의 고도각 중 기설정된 각보다 작은 고도각이 존재하면 객체를 인식하는 단계; 상기 위성의 수, 상기 객체의 수 및 상기 위성의 고도각에 기초하여 위치결정에 이용할 위성, 객체 또는 위성 및 객체를 선택하는 단계; 및 상기 선택한 위성으로부터 수신한 GPS 신호 및 상기 선택한 객체 중 적어도 하나를 이용하여 위치를 결정하는 단계를 포함하되, 상기 위치결정에 이용할 위성, 객체 또는 위성 및 객체를 선택하는 단계는 상기 위성의 수와 상기 객체의 수의 합이 기설정된 개수 이상인 범위에서 상기 위성의 고도각이 기설정된 각보다 작은 위성을 상기 우선순위가 높은 순서대로 위치결정에 이용할 위성에서 제외하는 단계를 포함하는 것인 위치결정 방법으로 이용될 수 있다.

본 발명은 위성항법시스템이 가지고 있는 내재적인 문제점을 비전시스템과 융합하여 신뢰성 있고 안정적인 위치결정을 위한 알고리즘을 제공한다. 위성항법시스템은 장애물이나 외부의 영향으로 위치정확도가 떨어지거나 음영지역이 발생하여 연속적인 부분에서는 취약한 단점을 가지고 있는데, 본 발명은 연속적이면서도 위치결정의 신뢰도를 향상시키기 위하여 위성항법시스템에 비전시스템을 융합한 실외 위치결정 시스템 및 그 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 위성항법시스템과 비전시스템을 융합한 위치결정 수신기 모델을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고도각을 고려한 위성항법시스템과 비전시스템을 융합한 위치결정 수신기 모델을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 위치결정 시스템의 구조를 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 위치결정 방법의 과정을 나타낸 흐름도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의된다.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가함을 배제하지 않는다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 위성항법시스템과 비전시스템을 이용하여 위치결정이 어느 정도 가능한 환경에서 위치결정에 오차를 증가시키는 위성을 위치결정엔진에서 필터링하여 정밀한 위치결정을 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 위성항법시스템과 비전시스템을 융합한 위치결정 수신기 모델을 나타낸다.

도 1의 수신기 모델은 위성항법시스템으로 위치결정을 시도하고, 환경이 열악한 지역에서는 비전시스템과 융합하여 위치결정을 할 수 있는 매개체의 수를 증가시키는 수신기 구조이다. 위성수의 증가는 대부분 정확한 위치결정을 할 수 있도록 하지만, 최소제곱법으로 위치를 결정하는 경우 측위 정확도(DOP: Dilution of Precision)상태가 좋지 않은 위성이나 고도각이 낮은 위성은 반사파 신호를 발생시켜 오차를 증가시키는 요인이 된다.

도 2는 위성의 고도각을 고려한 위성항법시스템과 비전시스템 융합 위치결정 수신기 모델을 나타낸다.

도 2에 도시된 융합 위치결정 수신기 모델에서 아날로그 처리부는 안테나로 수신한 신호의 증폭, 신호 대역 제한, 중간 주파수 신호로 변환을 수행한다. 중간 주파수로 변환된 신호는 이산화 과정을 거치고 마이크로프로세서와 디지털 신호 상관기를 이용한 디지털 신호 처리 과정을 거친다. 디지털 신호 상관기에서는 반송파 제거 및 코드 상관 연산을 수행하고 항법에 필요한 측정치를 생성한다.

그리고 마이크로프로세서는 위성 정보 추출 및 항법 등을 수행하는 것이 일반적인 시스템 동작인데, 본 발명의 일실시예에 따른 융합 위치결정 수신기 모델은 위성항법시스템의 신호처리가 끝나면 위성항법시스템에서 들어온 신호를 분석하고, 비전시스템에서 들어온 객체의 수를 파악한다. 위성의 고도각 상태가 좋지 않은 위성을 제외해도 비전시스템을 통해 인식된 객체의 수가 충분하면 고도각 상태가 좋지 않은 위성의 신호를 위치결정에서 제외한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 위치결정 시스템의 구조를 나타낸 블록도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 위치결정 시스템은 위성신호수신부(300), 객체인식부(310) 및 위치결정부(320)를 포함한다.

위성신호수신부(300)는 GPS 신호 수신이 가능한 위성들로부터 GPS 신호를 수신한다. 또한 위성신호수신부(300)는 상기 GPS 신호를 전송한 위성들의 수를 확인하고, 각 위성들의 고도각을 확인한다.

위성신호수신부(300)는 GPS 신호, 위성의 수 및 고도각 정보를 위치결정부(320)로 전달한다.

객체인식부(310)는 GPS 신호에 의한 위치결정의 오차를 보완하기 위한 것으로서, 인식가능한 객체를 인식하고 객체정보를 위치결정부(320)로 전달한다.

객체인식부(310)는 GPS 신호에 의한 위치결정의 오차를 보완하기 위한 것이므로 일정 요건 하(예컨대, GPS 신호만으로 위치결정을 할 경우 오차가 클 것이라고 예상되는 경우 등)에서만 객체를 인식하도록 할 수도 있으며, 이 경우 위치결정부(320)로부터 객체인식명령신호를 수신한 경우에 객체를 인식한다.

객체 인식이 요구되는 경우는 이하 위치결정부(320)를 통해 상세하게 설명한다.

위치결정부(320)는 위성신호수신부(300)로부터 GPS 신호와 함께 GPS 신호를 전송한 위성의 수 및 각 위성들의 고도각 정보를 수신한다.

위치결정부(320)는 위성들의 고도각을 확인하여 기설정된 각(예컨대, 30°)보다 작은 고도각이 존재하는지 여부를 확인하고, 기설정된 각보다 작은 고도각을 갖는 위성이 존재하면 GPS 신호에 의한 위치결정을 보완하는 프로세스를 수행한다.

이때 모든 위성들의 고도각이 기설정된 각 이상이면 위성항법시스템에 의한 위치결정의 오차가 크지 아니하므로, GPS 신호만을 이용하여 위치결정을 수행한다.

반면에 기설정된 각보다 작은 고도각을 갖는 위성이 존재하면 위치결정부(320)는 객체인식부(310)로 객체인식명령신호를 전송한다. 객체인식명령신호를 수신한 객체인식부(310)는 인식가능한 객체가 존재하는지 여부를 확인하고, 인식할 수 있는 객체가 존재하면 객체를 인식한 후 객체정보를 위치결정부(320)로 전달한다.

위치결정부(320)는 위성신호수신부(300)와 객체인식부(310)로부터 수신한 정보에 기초하여 위치결정에 이용할 위성, 객체를 선택한다.

위치결정부(320)는 위성과 객체의 수의 합이 기설정된 개수 이상(예컨대, 4개 이상)인 범위에서 위성들 중 고도각이 기설정된 각보다 작은 위성을 위치결정에 이용할 위성에서 제외한다.

즉, GPS 신호를 수신한 위성의 수가 기설정된 개수 이상이면 그 중에서 고도각이 기설정된 각보다 작은 위성을 위치결정에 이용할 위성에서 제외하고, 객체인식부(310)를 통해 인식한 객체정보를 함께 이용하여 위치결정에 이용하되, 위성의 수와 객체의 수의 합이 기설정된 개수 이상을 유지할 수 있도록 한다.

한편, 위치결정부(320)는 위치결정에 이용할 위성을 선택함에 있어서 위성들의 고도각 정보를 수신할 때 고도각이 작은 순서대로 우선순위를 설정하고 우선순위가 높은 위성들을 먼저 위치결정에 이용할 위성에서 제외할 수 있다.

따라서 본 발명은 GPS 신호에 기초한 위치결정을 할 때 오차가 크게 발생할 것이라고 예상되는 경우(예컨대 고도각이 작은 위성이 존재하는 경우) 객체인식부(310)를 통해 인식한 객체정보를 GPS 신호와 함께 이용하여 위치결정을 함으로써 위성신호에 기초한 위치결정의 오차를 줄일 수 있도록 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 위치결정 방법의 과정을 나타낸 흐름도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 위치결정 시스템은 위치결정을 위해 GPS 신호를 수신한다(S400). 그리고 위치결정 시스템이 수신한 GPS 신호를 전송한 위성의 수와 각 위성들의 고도각을 확인한다(S410). 이는 GPS 신호에 기초한 위치결정을 함에 있어 고도각이 작은 위성에 의한 위치결정 오차를 감소시키기 위한 것으로서, 위성들의 고도각이 작은 순서대로 우선순위를 설정한다(S420).

위치결정 시스템은 각 위성들의 고도각을 확인하여 기설정된 각보다 작은 고도각을 갖는 위성이 존재하는지 여부를 확인한다(S430).

모든 위성들의 고도각이 기설정된 각 이상이면 GPS 신호에 기초한 위치결정의 오차가 크지 않으므로 수신한 GPS 신호들을 이용하여 위치결정을 수행한다(S460).

그러나 위성들의 고도각 중 기설정된 각보다 작은 고도각이 존재하면 인식가능한 객체가 존재하는지 여부를 확인하고 객체를 인식한다(S440). 이때 인식가능한 객체가 존재하지 않으면 GPS 신호만을 이용하여 위치결정을 수행한다.

위치결정 시스템은 GPS 신호를 수신하고 객체를 인식하면, 위치결정에 이용할 위성과 객체를 선택한다(S450). 위치결정 시스템은 GPS 신호를 전송한 위성의 수와 객체의 수의 합이 기설정된 개수 이상을 유지하도록 하면서, 고도각이 작은 위성을 위치결정에 이용할 위성에서 제외한다.

예컨대, 기설정된 개수가 4개이면 GPS 신호를 전송한 위성과 인식된 객체의 수의 합이 4개 이상인 상태에서 고도각이 기설정된 각보다 작은 위성을 위치결정에 이용할 위성에서 제외한다. 따라서 고도각이 작은 위성이 존재하더라도 위성과 객체의 수의 합이 4개 이하이면 고도각이 작은 위성을 제외하지 않는다.

그리고 위치결정 시스템은 고도각이 기설정된 각보다 작은 위성이 다수 존재하는 경우 우선순위가 높은 순서대로 즉, 고도각이 작은 순서대로 위성을 제외할 수 있다.

위치결정 시스템은 위치결정에 이용할 위성, 객체의 선택이 완료되면, GPS 신호 및 객체정보에 기초하여 현재 위치를 결정하고 위치정보를 출력한다(S460).

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.