KR101068322B1

KR101068322B1 - 위성 위치확인 시스템 수신기에서의 시간 결정 방법

Info

Publication number: KR101068322B1
Application number: KR1020047015285A
Authority: KR
Inventors: 토마스마이클 킹; 조지제프리 제이어; 로드니패트릭 랜더스; 마이클조셉 슬래이드; 데클럭폴
Original assignee: 모토로라 모빌리티, 인크.
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2011-09-28
Also published as: WO2003081977A3; JP2005521863A; TW200306729A; TWI223534B; AU2003219887A1; US6944540B2; CN100397094C; KR20090018733A; KR20040105803A; AU2003219887A8; WO2003081977A2; US20030187575A1; CN1642797A

Abstract

위성 위치확인 시스템(GPS)에서의 방법에 있어서, 적어도 4개의 위성에 대한 의사거리(pseudorange) 측정을 상기 의사거리 측정에 대응하는 대략적 시간(coarse time)에서 결정하는 단계; 상기 4개의 위성 중 하나의 주기적 GPS 이벤트와 상기 대략적 시간 사이의 오프셋 시간을 결정하는 단계; 상기 대략적 시간의 오차가 상기 주기적 GPS 이벤트의 주기 절반보다 적은 경우, 상기 주기적 GPS 이벤트의 주기, 상기 오프셋 시간 및 상기 대략적 시간에 기초하여 시간 정정 델타(time correction delta)를 결정하는 단계; 및 상기 대략적 시간의 오차가 상기 주기적 GPS 이벤트의 절반보다 적은 경우, 상기 대략적 시간과 상기 시간 정정 델타에 기초하여 정정 시간을 결정하는 단계를 포함하는 방법.

위성 위치확인 시스템, 대략적 시간, 의사거리 측정, 시간 정정 델타, 주기적 GPS 이벤트

Description

위성 위치확인 시스템 수신기에서의 시간 결정 방법{METHOD OF DETERMINING TIME IN SATELLITE POSITIONING SYSTEM RECEIVERS}

본 발명은 위성 위치확인 시스템 수신기에 관한 것으로서, 특히, 위성 위치 확인 시스템 수신기 예를 들면, 위성 위치 확인 시스템(GPS) 인에이블드 셀룰러 무선 통신 헤드셋에서의 시간 결정 및 그 방법에 관한 것이다.

위성 위치확인 시스템(GPS)은 미국 국방성에 의해 구현된 위성 기반 시스템으로서 지구상 어디에든지 GPS 수신기에 그 고도를 포함하는 정확한 위치 정보를 제공한다. GPS 시스템은 12시간 궤도로서 24개 이상의 지구 궤도 위성의 성좌(constellation)를 포함한다. 이 위성들은 6개의 궤도 평면으로 배치되며, 각각은 4개의 위성을 포함하고 60도 간격이며 지구면으로부터 대략 55도 기울어져 있다. 성좌 구성은 4개 및 12개 위성들 사이에서 청명한 관측으로 지구상 임의의 위치에서 임의의 시간에 가시적임을 보장한다. 적절하게 구비된 GPS 수신기는 통상 3차원의 위치 좌표를 산출한다.

GPS 위성 신호는 0.001초 반복 구간에 대응하는, 1.023㎒ 칩 레이트의 1023비트 길이 골드 확산 코드(Gold spreading code)로 변조된 이중 위상(bi-phase)인 반송파 신호를 포함한다. 또한, 반송파 신호는 초당 50비트(BPS)(데이터 비트 당 20 밀리초의 속도로 전송)에서 변조된 네비게이션 데이터 메시지(navigation data message)를 포함한다. 네비게이션 데이터 메시지는 GPS 수신기에 의해 사용되는 위성 위치(천체 위치) 데이터 및 위성 클럭 정정 데이터를 포함하는 GPS 위성 데이터, 및 GPS 시간(즉, GPS 위성의 클럭 시간)을 결정하는 정보와 지리적 위치를 결정하는 정보를 포함한다.

정확한 GPS 위치확인을 위해서는 정확한 시간이 필요하다. 정확한 위치 추정을 도출하기 위해서는, 몇 개의 대응 의사거리 측정과 관련된 위성 위치의 정확한 추정이 요구되며, 의사거리 측정을 결정하기 위해서는, GPS 수신기와 각 위성 간의 신호 전송 시간의 지식이 요구하다. 1 미터의 차수의 위성 위치를 예측하기 위해서는, 위성 움직임에 기여하는 피크 범위 속도가 대략 1㎞/sec이기 때문에, 예를 들어, 시간은 1 밀리초의 정확성으로 획득되어야 한다. 정확한 시간 정보가 없으면, GPS 상업용 의사랜덤 코드의 주기인 1 밀리초 내의 의사거리 측정의 단지 일부만을 나타내기 때문에 GPS 수신기 코드 위상 측정이 모호해진다.

GPS 메시지에 포함되는 클럭 시간은 위성에서 정확하게 동기되는 절대 시간 신호이다. 특히, GPS 성좌 내의 모든 위성은 지면 기준국(ground reference station)에 의해 동기되며, 상기 지면 기준국은 수 나노초의 차수로 위성의 절대 시간 오차를 정확하게 제어한다.

절대 GPS 시간 신호는 GPS 수신기에 의해 사용되어 시간과 위치를 정확하게 결정할 수 있다. 일단 위치가 대략 알려지면, GPS 수신기 내의 절대 시간은 수신기와 위성 간의 계산 가능한 전파 지연에 의해 위성 동보 메시지에서 GPS 수신기에 의해 관측되는 정확한 시간을 오프셋함으로써 결정될 수 있다. 따라서, GPS 수신기가 정확한 시간 측정을 얻을 수 있는 것이 바람직하다.

GPS 수신기는 GPS 위성 동보 네비게이션 데이터 메시지로부터 로컬 시간을 항상 신뢰성있게 결정할 수는 없다. 그들의 휴대 속성으로 인해, 이러한 GPS 수신기, 예를 들면, 셀룰러 전화기 및 핸드헬드 장치에 통합된 것은 도시의 협곡이나 빌딩에서 차량으로 이동할 때, 및 위성 신호를 상당히 저감시키거나 방해하는 다른 환경에서 종종 사용된다. 이들 환경에서, 네비게이션 데이터 메시지의 50BPS 절대 시간 신호의 수신은 신뢰성이 없다.

50BPS 네비게이션 데이터 메시지에 포함되는 타임 오브 위크(Time Of Week; TOW) 데이터 필드는 절대 시간 신호와 함께, GPS 수신기가 정확하고 신뢰성있게 로컬 시간을 결정할 수 있게 한다. TOW 데이터는 60초 간격으로 모든 위성에 의해 전송된다. TOW 데이터의 검출은 신호 크기에 의존한다. 특정 신호 크기 레벨 아래에서는, 범위 측정(range measurement)을 획득할 수는 있지만, TOW 데이터를 디코딩할 수는 없다. 예를 들면, 대략 30㏈-㎐ 이하의 신호 레벨에서는, 50BPS 메시지의 개별 메시지 비트를 디코딩하는 것이 거의 불가능하다. 그러나, 실질적으로 30㏈-㎐ 이하의 신호에서, 그리고 대개는 20㏈-㎐ 이하의 신호에서는 신호 정정을 획득할 수 있다. GPS 수신기에서 정확성을 요구하는 것이 바람직할 뿐만 아니라, 예를 들면, 30㏈-㎐ 아래의 신호 레벨의 약한 신호 환경에서 정확하게 신호를 결정하는 것도 바람직하다.

발명의 명칭이 "Method And Apparatus For Determining Time For GPS Receivers"인 미국특허번호 제 5,945,944호는 셀룰러 통신 기반구조에서 수신되는 신호의 복조에 의해 무선 통신 단말 내의 GPS 시간의 설정을 개시한다.

발명의 명칭이 "Method And Apparatus For Satellite Positioning System Based Time Measurement"인 미국특허번호 제 5,812,087호는 시간상 중첩된 위성 네비게이션 메시지 부분을 비교하여 GPS 시간을 결정하는 것을 개시하지만, 이는 최대 수초만큼 시간 오차가 있는 경우에만 사용가능하다.

발명의 명칭이 "Method And Apparatus For Determining Time in a GPS Receiver"인 미국특허번호 제 6,346,911호는 데이터 상호연관 방법에 의한 예측 비트 시퀀스의 도달 시간 및 기지의 예측 비트 시퀀스에 관련된 시간을 측정하는 방법을 개시한다.

본 발명의 다양한 양태, 특징 및 이점은 후술하는 본 발명의 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조하여 당업자에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 1은 예시적인 모바일 GPS 수신기 단말.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 시간 결정 프로세스의 흐름도.

도 3은 주기적 GPS 이벤트에 대한 의사거리 측정의 오프셋 시간을 나타내는 도면.

도 4는 메시지 프리앰블(message preamble)의 도달 시간의 검출 및 시간과의 관련성을 나타내는 도면.

도 5는 메시지 프리앰블과 두개의 추가 비트의 도달 시간의 검출 및 시간과 의 관련성을 나타내는 도면.

도 6은 TLM 메시지의 도달 시간의 검출 및 시간과의 관련성을 나타내는 도면.

도 7은 패리티 동기 비트의 도달 시간의 검출 및 시간과의 관련성을 나타내는 도면.

도 8은 임의의 기지의 비트 시퀀스의 도달 시간의 검출 및 시간과의 관련성을 나타내는 도면.

도 9는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 시간 결정 프로세스의 흐름도.

도 10은 본 발명의 또다른 예시적인 실시예에 따른 시간 결정 프로세스의 흐름도.

도 11은 네비게이션 솔루션 잔여 크기(navigation solution residual magnitude) 대 시간의 플롯을 나타내는 도면.

도 1은 모바일 위성 위치확인 시스템 수신기, 예를 들어, 무선 셀룰러 통신 단말(100)이 집적된 GPS 수신기를 나타낸다. 도 1은 또한 지구 궤도 위성의 성좌에서 위성(132, 134, 136 및 138)으로부터 위성 신호를 수신하는 단말의 예시적인 GPS 수신기 부분(120)의 개략 블록도를 나타낸다.

도 1에서, GPS 수신기는 GPS 안테나에 결합된 다운 컨버터(122), 아날로그 대 디지털 변환기(124), 의사랜덤(PN) 코드 위상 및 도플러 검색 공간 아키텍처를 갖는 GPS 신호 처리기(126), 제어기(128) 및 사용자 인터페이스를 나타내는 입출력 (I/0) 블록(130), 무선 통신 회로 인터페이스 및 다른 입력 및 입출력 포트를 일반적으로 포함한다. 다른 실시예에서, GPS 수신기는 단독형 장치이거나 몇몇 다른 장치에 집적될 수 있다.

본 발명에서, 시간은 일반적으로 GPS 위성(SV)에 의해 전송되는 신호의 주기적 GPS 이벤트와 위성 위치확인 시스템 수신기를 동기화한 후, 대략적 시간의 정확성에 따라, 대략적 시간 또는 과결정된 네비게이션 타임 솔루션으로부터 유도되는 개선된 대략적 시간에 기초하여 시간을 계산하여 결정된다. 이 방법은 GPS 네비게이션 데이터 메시지 신호의 모든 비트 또는 비트의 조합이 일부 주기 기간에서 모호한 시간과 관련된다는 사실을 이용한다.

대략적 시간(또는 개선된 대략적 시간)의 오차는 GPS 위성의 움직임을 통해 의사거리(PR)에 영향을 미치며, 즉, 크기 Δt의 GPS 시간의 지식의 오차는 식(1)에서 나타낸 바와 같이 PR 잔여(PR에서 위성에 대한 추정 범위를 차감한 것)에 영향을 미친다.

여기서, v_r은 위성 범위 속도이고, a_r은 위성 범위 가속도이다.

식 (1)은 임의 크기의 Δt에 대하여 무한개의 항을 갖는다. 따라서, Δt에 대한 솔루션을 수월하게 하기 위해서 항의 개수를 한정하는 것이 바람직하다. 특히, Δt에서 제1차 항보다 높은 모든 항은 작은 것으로 간주될 수 있으므로, 식(1)은 PR 잔여와 미지의 오차 컴포넌트 Δt 간의 선형 식으로 표현된다. GPS 위성 범위 가속도는 약 0.2 미터/초²에서 피크이며, 보다 높은 미분항에서는 동일하게 작아진다. 이는 이른바, 타임 솔루션에 대한 "선형 범위", 즉, 식 (1)에서 표현된 관계가 선형으로 간주될 수 있는 Δt 크기의 범위를 설정하여, Δt내의 모든 고차항은 무시될 수 있다.

선형 범위는 일반적으로 이용가능한 위성의 개수, 위성 기하학, 및 각 신호에 관련된 신호 대 잡음 비의 함수이다. 대략적 시간의 선형 범위는 네비게이션 솔루션의 오류 수렴을 방지하도록 보수적으로 선택되어야 한다. 특히, 대략적 시간 오차가 크게 되는 경우, 식 (1)에서의 무시된 항은 예측된 의사거리 측정 오차를 초과하는 오차를 산출한다. 대략적 시간 오차가 수 초 이상이면, 오차는 중요해질 수 있다. 예를 들어, 10초의 대략적 시간 오차는 10 미터 만큼의 범위 측정 오차를 산출할 수 있다. 하나의 애플리케이션에서, 대략적 시간의 오차의 범위는 대략 3 내지 4초 이상은 아니지만, 일부 애플리케이션에서는 상술한 변수에 따라 10초 이상일 수도 있다.

선형 추정기의 수렴 범위는 반복에 의해 확장될 수 있다. 상술한 타임 솔루션에 있어서, 이는 선형 솔루션이 루프 내에서 수행될 수 있음을 암시하며, 여기서, 타임 오차 Δt의 각각의 새로운 선형 추정의 형태 후에, 솔루션은 비선형 효과를 보상하는 의사거리 잔여 벡터(식 1에서의 PR_res)로 반복된다. 이 보상은 PR_res에 대한 계열 확장에서 적어도 다음 항, 즉, a_rΔt²/2을 사용하여 발견되며, 여기서, Δt의 값은 선형 추정기의 이전 반복으로부터 알 수 있다. 따라서, 선형 추정기의 k번째 반복에서 수행되는 보상은 아래 식 1.1에 의해 주어진 형태이다:

여기서, k와 k-1 첨자는 반복 회수를 나타낸다.

도 2의 블록 210에서, 적어도 4개의 위성에 대한 의사거리(PR) 측정은 당업자에게 공지의 수단으로 수신기에 의해 수행된다. 도 2에서, 대략적 시간은 네비게이션 솔루션의 선형 범위 내인 것으로 간주된다.

도 2의 블록 220에서, PR 측정 시간에 대응하는 대략적 시간이 결정된다. 이 대략적 시간은 예를 들면, 몇몇 무선 통신 단말 실시예에서 무선 통신 네트워크로부터 또는 로컬 클럭인 여러 소스 중 하나로부터 추정될 수 있다.

도 2의 블록 230에서, 대략적 시간의 오차가 주기적 GPS 이벤트의 주기 절반보다 적은지에 대한 판정이 행해진다. 이 판정은 대략적 시간의 정확성에서의 불확실성을 추정하여 행해질 수 있다. 예를 들면, 대략적 시간이 50 BPS 네비게이션 데이터 메시지에 포함되는 타임 오브 위크(TOW) 데이터 필드에 의해 이전에 조정된 로컬 실시간 클럭(RTC)에 의해 생성되는 경우, 실시간 클럭 발진기의 예측된 안정성은 현재의 시간과 TOW 데이터 필드가 RTC를 조정하는데 사용되는 시간 사이의 기간 만큼 승산될 수 있다. 다르게는, 대략적 시간이 공중 프로토콜 메시지를 통해 셀룰러 네트워크 내의 클럭에서 단말에 대략적 시간을 전송함으로써 생성되는 경우, 셀룰러 네트워크에서의 정확성과 네트워크를 통해 단말에 메시지를 전송하는 시간의 추정된 지연의 합은 대략적 시간에서의 오차를 추정하는데 사용될 수 있다.

도 2의 블록 240에서, 적어도 4개의 위성 중 하나의 주기적 GPS 이벤트와 대략적 시간 사이의 오프셋 시간이 결정된다. 도 3은 오프셋 시간(deltT), 주기적 GPS 이벤트 및 PR 측정 간의 관계를 나타낸다.

오프셋 시간을 결정하기 위해 사용될 수 있는 다수의 주기적 GPS 이벤트가 있는데, 예컨대 GPS 네비게이션 데이터 메시지의 구조를 들 수 있다. 특히, 각각의 위성은 주기적으로 조정될 수 있는 온-보드 원자 클럭에 동기인 초당 50비트(BPS)의 네비게이션 데이터 메시지를 전송한다. 이 네비게이션 데이터 메시지는 5개의 300비트 길이의 서브프레임을 포함하는 1500비트 길이의 프레임이다. 이는 각 서브프레임 마다 6초에, 모든 5개의 서브프레임을 전송하여 총 30초가 걸린다.

각 서브프레임은 10개의 30비트 길이의 워드로 이루어진다. 각 워드의 MSB가 제일 먼저 전송된다. 각각의 서브프레임 및/또는 서브프레임의 페이지는 텔레메트리(TLM) 워드, 핸드오버 워드(HOW)를 포함하며, 양자는 모두 SV에 의해 생성되고 TLM/HOW 쌍으로 개시한다. TLM 워드는 제일 먼저 전송되고 바로 다음에 HOW가 뒤따른다. HOW 다음에는 8개의 데이터 워드가 뒤따른다. 각 프레임 내의 각각의 30비트 워드는 6 패리티 비트와 24 정보 비트를 포함한다. 하나의 워드는 매 0.6초 마다 전송된다. 10워드의 그룹화를 서브프레임으로 부른다. 하나의 서브프레임은 매 6초마다 전송된다. 서브프레임 1 내지 5로 이루어진 수퍼프레임은 매 30 초 마다 전송된다.

서브프레임 4와 서브프레임 5는 각각 25번 서브정류되어(subcommutated), 완료된 데이터 메시지는 25개의 전체 프레임의 전송을 요구한다. 서브프레임 4와 서브프레임 5의 25 버전은 여기서 각 서브프레임의 페이지 1 내지 25로서 불린다. 데이터 구조의 상세한 세부사항은 ARINC 연구 협회의 1993년 10월 10일에 "Navstar GPS Space Segment/Navigation User Interfaces"제하의 GPS 시스템 사양서 ICD-GPS-200에 포함되어 있다.

두개의 파라미터는 GPS 시스템 타임을 추적하며, 이들 파라미터는 타임 오브 위크(TOW)와 위크 번호(WN)로 불린다. TOW 파라미터는 주의 개시로부터 초의 개수에 기초하며, TOW 필드는 매주 제로에서 604,800초의 사이에 있다. 토요일 자정 GMT로서 정의되는 매 주의 끝에는, TOW 파라미터는 제로로 리셋되어 위크 번호가 1씩 증가한다. GPS 위크 번호는 1980년 1월 5일에 제로에서 시작하였다. 따라서, GPS 위크 번호와 TOW 파라미터를 해석함으로써, GPS 수신기는 로컬 시간 및 날짜를 계산할 수 있다.

각각의 위성에 있어서, GPS 네비게이션 메시지 시퀀스는 골드 확산 코드의 첫번째 비트 뿐만 아니라, 제1 서브프레임의 제1 워드의 제1 비트와 일치하도록 토요일 GPS 자정 시간에 동기된다. 정확하게 토요일 GPS 타임 자정에서, 각각의 위성에서는, 제1 서브프레임의 제1 워드의 제1 비트와 골드 확산 코드의 제1 비트가 지면으로의 짧은 여행을 위해 위성에서 출발하기 시작한다. 위성에서 지면으로의 전파 지연은 통상 수신기의 위치에 따라 약 60 내지 100밀리초이다. 그 결과, 그 시간에서 전송되는 모든 진행 비트는 타임 클럭으로서 사용될 수 있으며, 여기서, "틱(ticks)"은 0.020의 증분, 또는 하나의 비트 타임이다. 보다 정확하게는, 수신기에서 하나의 데이터 비트 에지의 도달 시간에 동기되는 타임 태그(time tag)을 생성할 수 있고, 위성에서 수신기로의 전파 지연과 위성 클럭 오차를 보상할 수 있으면, 수신기에서 측정되는 이벤트의 절대 시간은 N*0.020초로서 표현될 수 있으며, 여기서, N은 주의 개시 이래 데이터 비트의 정수개이다.

데이터 비트 에지의 도달 시간은, 여기서 참조로서 통합되는, 발명이 명칭이 "Data Message Bit Synchronization And Local Time Correction Methods And Architectures"인 함께 계류중인 미국특허출원번호 제 09/931120호에 기재된 비트 싱크 검출기(bit-sync detector) 등의 방법에 의해 또는 1996년 미국 항공우주협회에서 발행된 "Global Positioning System: Theory and Applications Volume 1"의 페이지 395에서 파킨슨(Parkinson)에 의해 설명된 히스토그램 비트 동기 방법 등의 동기 방법에 의해 용이하게 측정될 수 있다. 다르게는, 여러 다른 방법이 유명한 완급 게이트 비트 동기화기를 포함하는, Prentice Hall사 출판의 "Digital Communications by Satellite"의 페이지 431 내지 439에서 스필커(Spilker)에 의해 개시되어 있다.

데이터 비트의 주기적 속성으로 인해, 수신기가 데이터 비트 에지와 동기된 비트를 획득할 때마다, 수신기는 0.020초의 모호성으로 정확한 시간을 "인식"할 수 있다. 그러나, 수신기는 주의 개시로부터 정수개의 비트를 알지 못한다. 따라서, 주기적 GPS 이벤트에 대한 정수 모호성 N을 해결하는 방법이 비트 동기 오프셋 시간으로 불리는 주기적 이벤트의 측정된 도달 시간에 기초하여 수 나노초의 정확성으로 수신기가 시간을 결정할 수 있게 하는 것이 요구된다.

네비게이션 데이터 메시지 구조는 시간을 결정하는데도 사용될 수 있는 관련 다른 검출가능 주기적 이벤트를 갖는다. 예를 들면, 50BPS 데이터 메시지가 30비트 워드로 수집되기 때문에, 각 데이터 워드는 타임 마크로서 사용될 수 있으며, 이에 있어서, 30비트 워드의 개시에 관련되는 절대 시간은 0.6초의 증분이다. 유사하게, 각 서브프레임의 개시(예를 들면, 각 서브프레임의 워드 1의 제1 비트)는, 그 비트에 관련된 절대 시간이 6초의 단위인 경우에 대하여 틱 마크로서 사용될 수 있다. 이들 및 다른 것들은 GPS 수신기에서 정확한 시간을 검출하는 기반으로 사용될 수 있다.

표 1은 모호성을 해결하는 방법으로 사용될 수 있는 7개의 이벤트의 요약을 나타낸다. 이는 전체 리스트가 아니며, "기지의 비트"의 임의의 시퀀스가 도달 시간(TOA)를 검출하는데 사용될 수 있고, 반복적으로 GPS 이벤트 증분의 주기의 몇몇 정수 번호 N으로 알려져 있다.

사용가능한 7개의 주기적 이벤트

이벤트	반복 시간	시간 식
프리앰블	6.0초	N*6.0+0.160-Dtprop(sv)+Tcorr(sv)
프리앰블 + 두개의 진행 "00"비트	6.0초	N*6.0-0.160-Dtprop(sv)+Tcorr(sv)
TLM 워드 동기	6.0초	N*6.0+0.480-Dtprop(sv)+Tcorr(sv)
TOW 워드 동기	6.0초	N*6.0+0.940-Dtprop(sv)+Tcorr(sv)
워드 패리티 동기	0.60초	N*0.60-Dtprop(sv)+Tcorr(sv)
비트 동기	0.020초	N*0.020-Dtprop(sv)+Tcorr(sv)
코드 동기	0.001초	N*0.001-Dtprop(sv)+Tcorr(sv)

도 4는 8비트의 프리앰블 "10001011"의 도달 시간의 관측에 의한 메시지 프리앰블의 검출을 나타낸다. 이 시퀀스는 서브프레임 경계의 개시를 나타내도록 매 6.0초마다 모든 위성에 의해 전송된다. 이 검출기는 단순히 수신된 데이터 메시지의 8비트 길이의 시퀀스의 비트별 비교이며, 모든 비트가 패턴 "10001011"과 일치하면, 출력 펄스는 6초의 모호성을 갖는 시간을 목격하고, 펄스의 시간은 주의 개시이래 N*6 초가 된다. 다르게는, 이 시퀀스는 발명의 명칭이 "Method And Apparatus For Determining Tims In A GPS Receiver"인 미국특허번호 제 6,346,911호에서 기재된 데이터 정정 방법을 사용하여 검출될 수 있으며, 여기서, 신호는 각각의 개별 데이터 비트를 신뢰성있게 검출하기에는 너무 약할 수 있다. 비트들 중 임의의 8비트 시퀀스가 랜덤하게 "10001011"과 일치할 수 있기 때문에, 프리앰블이 수신되었음을 보장하는 일부 확인 형태가 필요하다. 하나의 확인 형태는 두개의 연속 프리앰블 패턴이 정확히 6초 간격으로 관측되는 것일 수 있다. 다르게는, 패턴의 확인은 또한 둘 이상의 위성으로부터 동시에 프리앰블 도달 시간의 관측과, 그 후, 물론 Dtprop(sv)와 Tcorr(sv)의 항으로 나타낸 전파 시간과 위성 클럭 오차 차이에 대한 보상에 의해 획득될 수 있다.

도 4에서, 프리앰블 검출에 기초하는 시간에 대한 양적 표현이 다음과 같이 주어진다.

여기서, N은 주의 개시 이래 전송된 미지 개수의 정수 서브프레임이다. 상수 0.160초는 8비트의 프리앰블의 전송과 관련되는 시간을 나타내며, 8비트를 검출하는 것은 모든 8비트가 수신될 때까지 발생하지 않는다. 프리엠블은 서브프레임의 워드1의 비트 위치 1 내지 8에서 전송되고, 서브프레임의 개시는 6.0초의 정수배에 대한 시간을 나타내기 때문에, 전체 프리앰블의 검출은 서브프레임의 개시 후 8*0.020 = 0.160초까지는 발생하지 않는다. 파라미터 Dtprop(sv)는 검출된 위성 신호의 신호 전파 시간(위성에서 사용자에게)을 나타내며, 검출된 위성 신호는 천체 위치 데이터, 대략적 시간 추정, 및 사용자 단말의 근사 위치를 통해 계산가능하다. 파라미터 Tcorr(sv)는 네비게이션 데이터 메시지와 대략적 시간 추정에서 제공되는 전송된 파라미터로부터 계산가능한 위성 클럭 오차이다. 클럭 정정 파라미터는 각 위성에 대하여 GPS 지면국(ground station)에 의해 측정되고 클럭 오차를 모델링할 목적으로 사용자 커뮤니티로의 분배를 위해 위성에 업로드된다.

도 5는 프리앰블의 도달 시간과 서브 프레임 1의 마지막 두개의 비트(항상 "00")와 서브프레임 1의 제1 8비트로 이루어진 10비트 길이의 시퀀스의 도달 시간의 관측에 의한 두개의 진행 비트(00)의 합의 검출을 나타내며, 이들의 조합은 상술한 바와 같이 검출될 수 있는 기지의 10비트 시퀀스를 형성한다. 도 5에서, 10비트 프리앰블 검출에 기초한 시간의 양적 표현은 다음과 같이 주어진다:

두개의 잉여 비트는 시퀀스의 전단에 있으며, 실제로는 진행 서브프레임의 마지막 두개의 비트이다. 결과적으로, 10개의 비트 시퀀스 중 제1 비트의 개시에 관련된 시간은 0.040 초 이전이며, 따라서, 전체 10비트 시퀀스를 검출하기 위한 서브프레임의 개시로부터의 오프셋 시간은 여전히 0.160초이다.

도 6에서, 각 서브프레임의 워드 1의 비트 9 내지 22에 위치한 14비트 길이의 비트 시퀀스를 갖는 TLM 메시지의 검출은 시간 결정에 대한 기준을 형성한다. TLM 워드는 (예를 들면, 다른 소스로부터 수신기에 전송된, 도는 이전 서브프레임에서 관측된)수신기에 의해 인식될 수 있다. 따라서, TLM 워드의 TOA는 주기적 이벤트의 소스로서 사용될 수 있다. 도 5에서, 14비트 TLM 메시지에 기초하여 시간에 대한 양적 표현은 다음과 같이 주어진다.

도 7에서, 32비트 워드 패리티의 검출은 시간이 결정되는 주기적 GPS 이벤트이다. 패리티 검출기가 양의 패리티를 나타내면, 10 워드 경계 중 하나의 TOA가 검출되며 그 시간은 0.6초의 모호성으로 알려져 있다. 이 경우, 시간 식은 다음과 같이 주어진다.

여기서, 이 경우의 N은 주의 개시 이래, 즉, 반복 기간 동안 위성에 의해 전송되는 워드의 개수이다.

도 7에서, 새로운 비트가 수신될 때마다(매 0.020초마다), 프로세스는 수신된 가장 최신의 비트와 패리티 동기가 관측될 때까지 이전의 31비트로 이루어지는 32비트를 검사하여 반복한다. 패리티 알고리즘은 30비트 워드에서 동작할 뿐만 아니라 이전 워드에서 마지막 두 비트를 포함하기 때문에, 이 알고리즘은 패리티 성공 또는 실패의 표시를 제공하도록 수신된 이전의 32 비트를 관측할 필요가 있다.

도 8은 "기지의 비트"의 임의의 시퀀스가 시간을 결정하는데 사용될 수 있음을 일반적으로 나타내며, 여기서 시간은 기지의 비트의 반복 시간(RT)의 몇개의 정수 N배와 몇몇 오프셋 시간 Y로서 알려져 있으며, 여기서 Y는 GPS 주기적 이벤트의 반복 시간의 개시에 대한 기지의 비트 검출 이벤트의 오프셋 시간이다. 예를 들어, 도 4 및 도 5에서, RT는 6.0초이고, Y는 0.160초이다.

도 2의 블록 250에서, 시간 정정 델타는 제1 및 제2 양의 모듈러스를 계산하여 주기적 GPS 이벤트의 주기, 오프셋 시간 및 대략적 시간 값에 기초하여 결정된다. 제1 양은 오프셋 시간을 결정하는데 사용되는 주기적 이벤트를 갖는 위성의 전파 시간, 위성 클럭 오차, 오프셋 시간 및 상기 시간값의 합이고, 제2 양은 주기적 GPS 이벤트의 주기이다. 양적 표현은 다음과 같다.

여기서, "a"는 시간값, 오프셋 시간, 위성 클럭 오차 및 전파 시간의 합이고, "b"는 주기적 GPS 이벤트의 주기이며, "int(a/b)"는 비율 "a/b"의 정수 부분이다.

도 2의 블록 260에서, 대략적 시간의 오차가 주기적 GPS 이벤트의 주기 절반보다 적은 경우에는, 대략적 시간 및 시간 정정 델타에 기초하여 결정된다. 몇몇 실시예에서, 정정 시간의 무결성은 추가적인 위성들의 주기적 GPS 이벤트와 대략적 시간 사이의 오프셋 시간에 기초하여 추가적인 정정 시간들을 결정한 후, 그 다른 정정 시간들과 제1 정정 시간을 비교함으로써 평가될 수 있다. 또다른 실시예에서, 정정 시간의 무결성은 추가적인 의사거리 측정치들의 세트를 사용하여 시간 결정 프로세스를 반복한 후 그 정정 시간 솔루션의 안정성을 관측하여 평가될 수 있다.

도 2의 블록 230에서, 대략적 시간의 오차가 주기적 GPS 이벤트 주기 절반보다 적지 않은 경우, 프로세싱은 도 9로 진행한다. 특히, 도 9의 블록 910에서, 대략적 시간이 선형 범위 내에 있지만 주기적 GPS 이벤트 주기 절반보다 적지 않으면, 개선된 대략적 시간이 결정된다. 개선된 대략적 시간은, 예를 들어, 적어도 4개의 의사거리 측정치들과 대략적 시간에 기초하여 과결정되는(overdetermined) 네비게이션 타임 솔루션을 계산하여 결정될 수 있다.

도 9의 블록 920에서, 4개의 위성 중 하나의 주기적 GPS 이벤트와 개선된 대략적 시간 사이의 개선된 오프셋 시간이 도 3을 참조하여 일반적으로 설명한 바와 같이 결정된다. 그 후, 블록 930에서, 개선된 시간 정정 델타는 식 6에 따라 개선된 대략적 시간, 주기적 GPS 이벤트의 주기, 및 개선된 오프셋 시간에 기초하여 결정된다. 그 후, 블록 940에서, 정정 시간은 개선된 대략적 시간과 개선된 시간 정정 델타에 기초하여 결정된다.

대략적 시간이 선형 범위 내에 있지 않으면, 정정 시간은 도 10의 프로세스에 따라 결정된다. 블록 1100에서, 적어도 4개의 위성에 대한 의사거리(PR) 측정은 상술한 바와 같이 수신기에서 행해진다. 블록 1110에서, 최소의 네비게이션 솔루션 잔여 크기 시간(minimum navigation solution residual magnitude time)이 결정된다. 블록 1120에서, 4개의 위성 중 하나의 주기적 GPS 이벤트와 최소 네비게이션 솔루션 잔여 크기 시간 사이의 오프셋 시간이 결정된다. 블록 1130에서, 주기적 GPS 이벤트의 주기, 오프셋 시간 및 최소 네비게이션 솔루션 잔여 크기 시간에 기초하여 시간 정정 델타가 결정되며, 블록 1140에서, 정정 시간이 시간 정정 델타와 최소 네비게이션 솔루션 잔여 크기 시간에 기초하여 결정된다.

최소 네비게이션 솔루션 잔여 크기 시간은, 소정 범위, 예를 들면, 대략적 시간의 오차의 추정된 범위에 대한 증분 시간 값에 의해 증가되는 대략적 시간과 적어도 4개의 의사거리 측정에 기초하여 네비게이션 솔루션 잔여 크기를 반복적으로 계산함으로써 결정된다. 도 11은 잔여 크기 대 시간을 나타낸다.

일 실시예에서, 시간이 증가되는 범위는 최소 네비게이션 솔루션 잔여 크기 시간이 주기적 이벤트의 주기 절반보다 적게 되는 때인 범위가 주기적 이벤트의 주기 절반보다 적게 될 때까지 감소된다. 도 11에서, 예를 들면, 데이터 포인트 A와 B는비교적 큰 시간 증분을 나타내며, 이들 사이에서 최소 네비게이션 솔루션 잔여 크기는 추정된 플롯 MR₁에 기초하여 배치되는 것으로 알려져 있다. 그 후, 플롯 MR₁에 의해 나타낸 바와 같이 시간 증분은 데이터 포인트 A와 B사이에서 최소 네비게이션 솔루션 잔여 크기와 그 대응 시간이 위치하는 곳을 보다 정확하게 결정하도록 감소된다.

일 실시예에서, 네비게이션 솔루션 잔여 크기는 네비게이션 솔루션 잔여 크기 시간의 오차가 네비게이션 시간 솔루션의 선형 범위 내에 있을 때까지, 예를 들면, 시간값이 증가되는 범위가 상술한 바와 같이 대략 3 또는 4초인 경우에 계산된다. 이 지점에서, 최소 네비게이션 솔루션 잔여 크기 시간 값은 도 9의 프로세스에서 사용되어 정정 시간을 직접 계산할 수 있다. 최소 네비게이션 솔루션 잔여 크기 시간의 오차가 주기적 GPS 이벤트의 주기 절반보다 적을 때까지 지속되며, 그 후, 정정 시간은 도 2의 프로세스에 따라 계산될 수 있다.

상술한 바와 같이, 도 10 및/또는 도 2와 도9의 프로세스에 따라 계산된 정정 시간의 무결성은 하나 이상의 추가 위성의 오프셋에 기초하여 정정 시간을 다시 계산한 후, 또는 다른 세트의 의사거리 측정을 사용하여 시간 결정 단계를 반복한 후, 그 결과를 비교함으로써 평가될 수 있다.

후술하는 설명은 하나의 시간 솔루션 접근법의 세부 레벨을 나타낸다. 이 시간 결정 접근법은 다음과 같이 진행한다: "대략적" GPS 시간은 모든 획득된 위성에 대하여 GPS 수신기에 의해 유도된 일련의 코드 위상(또는 의사거리)에 관련된다. 시간이 아직 정확하게 알려지지 않더라도, 비트 동기 프로세스는 획득된 위성에 대한 네비게이션 데이터 비트 에지의 위치를 식별한다. 다르게는, 표 1에 도시된 다른 주기적 이벤트 중 하나의 시간은 본 명세서에서 상술한 바와 같이 검출될 수 있다. 후술하는 설명은 비트 동기 이벤트에 관한 것이다. 다르게는, 그러나, 비트 동기에 대하여 설명한 동일한 방법이 비트 동기 이벤트의 반복 간격(즉, 20 밀리초)를 특정 주기적 이벤트의 반복 간격으로 대체함으로써 표 1에서 설명된 임의의 주기적 GPS 이벤트에 적용될 수 있다. 예를 들면, 프리앰블 이벤트가 주기적 이벤트에 대하여 사용되었으면, 반복 시간은 6.0초가 된다.

도 3에 도시한 바와 같이, 비트 동기 프로세스는 도면에서 간격 Δt를 식별하며, 이는 의사거리 측정과 다음 네비게이션 데이터 비트 에지 간의 시간 간격을 나낸다. 이러한 대략적 GPS 타임(도 3에서 PR 측정 시간으로 나타냄)은 수초 또는 심지어 수분 만큼의 오차일 수 있다. 최적 시간 결정 접근법의 선택은 이러한 대략적이고 초기 시간 추정의 예측된 정확성에 의존할 수 있다. 대략적 시간이 수 분의 오차인 경우에는, 반복 솔루션이 요구되며, 그 후, 타임 오프셋을 위한 직접 선형 솔루션이 뒤따른다. 다르게는, 대략적 시간이 단지 수 초 만큼의 오차에 있는 경우, 그 반복은 보다 단순하고 직접적인 선형 솔루션으로 대체될 수 있으며, 이러한 솔루션은 시간 소모적인 반복을 방지한다.

반복 접근법에 있어서, 네비게이션 솔루션 잔여는 그 후 모호성을 해결하기 위해서 타임 가정의 근접 측정으로서 사용될 수 있다.

도 11은 -200밀리초에서 +200밀리초까지 20밀리초의 정수 간격으로 가정된 고정 시간을 변경하여 위성 솔루션의 잔여의 합을 나타낸다. 이는 +/- 10 비트 동기 시간들 또는 +/- 하나의 10비트 프리앰블 주기의 기간이다. 알 수 있는 바와 같이, 잔여 합은 가정된 솔루션의 시간 오차를 측정하는 유효 통계이며, 검사할 필요가 있는 "시도"만은 일부 가정된 시간에 있어서는 N*20 밀리초의 간격이고, 20밀리초 모듈의 시간은 비트 동기 방법에 의해 알려진다.

초기 시간 오차가 수초만큼의 오차인 것으로 판정되면, 또는 보다 큰 초기 시간 오차의 반복이 수 초 내에 수렴되었으면, 직접 솔루션 접근법이 사용될 수 있다. 위성 범위 가속과 식 1에 나타낸 보다 고차의 미분에 의해 야기되는 비선형 효과가 명목상 의사거리 오차에 비해 중요하지 않기 때문에 이러한 접근법은 동작한다. 선형성은 일련의 의사거리 측정으로부터 위치 및 클럭 오프셋에 대한 최소 자승(LS) 또는 가중치 최소 자승(WLS) 솔루션에서 추가 미지의 것으로서 타임 오프셋의 직접 모델링을 가능하게 한다. GPS 측정 시간의 지식(즉, 의사거리 측정 시간)의 오차를 나타내는 추가 미지의 것은 각각의 위성에 대한 추정된 범위 속도를 통해 관측가능하다. 이 범위 속도는 위성 천체위치 데이터를 사용하여 각 위성의 속도를 계산한 후, 각 속도 벡터를 각 위성에 대한 시선을 따라 투사하여 추정될 수 있다. 따라서, 갱신된 측정 구배 백터는 다음과 같다:

여기서, 식 7은 3개의 위치 오차 컴포넌트(u_i ^T를 통해 관측가능)에 더하여 GPS 타임 오프셋과 사용자 클럭 오차를 포함하는 4개의 추정된 상태에 대한 측정 관측가능성을 나타낸다.

"대략적" GPS 시간이 어느 하나의 방법, 또는 상기 방법들의 조합을 사용하여 정정되었으면, 원하는 1밀리초 정확성은 타임 솔루션을 비트 동기의 지식과 결합하여 달성된다. 명확성을 위해서 도 3을 다시 참조한다. 시간의 초기 결정에서 잔여 오차가 10밀리초 이내에 있는 한(즉, 주기적 이벤트의 시간 주기의 절반), 정정 네비게이션 데이터 비트 에지 시간은 서브밀리초 정확성으로 결정될 수 있다. 비트 동기 정보의 시간 결정과의 결합의 세부사항은 아래의 식으로 나타낸다:

여기서, t_GPS ^c ¹은 시간 결정의 제1 단계, 즉 정정된 대략적 시간(t_GPS ⁱ는 대략적 시간)후의 의사거리 측정의 GPS 타임이고, Δt_corr은 시간 결정의 제1 단계에 의해 생성된 GPS 타임 t_GPS ⁱ을 가정하면, 초기값에 대한 정정이다.

여기서, t_GPS ^b는 의사거리 측정 시간에 뒤따라 최근접 비트 에지(주기적 이벤트)의 정정 GPS 타임을 나타낸다.

여기서, t_GPS ^t ¹은 네비게이션 데이터 비트 에지의 (비트 동기를 결정하는데 사용되는 위성으로부터의)전송 시간의 추정을 나타내며, R은 위성에 대한 추정된 범위, c는 광속, 그리고 Δt_SV는 위성의 클럭에 대한 계산된 정정이다.

식 11에서 계산된 시간은 위성에서 네비게이션 데이터 비트 에지의 전송의 정정된 GPS 타임을 나타내므로, 20밀리초(식 11에서 0.02초)의 정수배이어야 한다. 따라서, 잔여 오차는 식 5로부터 다음과 같이 나타낼 수 있다:

최종, 정정된 GPS 타임은, 서브 밀리초 까지 정확하며 다음과 같이 나타낸다:

상술한 방법이 비트 동기 이벤트에 대한 것이지만, 이 프로세스는 약간 변형되어 표 1에 열거된 임의의 작업에 대하여 동작할 수 있다. 사실상, 이 프로세스는 주기적 이벤트 시간이 크다면(즉, 프리앰블 동기, TOW 동기 TLM 워드 동기, 또는 비트 동기 이벤트 또는 코드 상관 이벤트 대신에 패리티 동기) 보다 잘 동작한다.

이 점에서 상술한 방법은 최종 위치 솔루션이 수신기 내부에 계산되는 MS 기반 GPS 가능 단말 또는 자동 GPS 수신기에서 시간의 설정 방법을 설명한다. MS 기반 단말이 구비된 GPS 수신기에서 단말의 위치를 계산하는데 필요한 근사 위치, 천체위치 데이터 및 위성 클럭 정정 데이터는 공중(over-the-air) 프로토콜 메시지를 통해 이전 GPS 위성 복조에 의해 또는 단말로의 전달에 의해 이미 알려져 있다. 이 경우, GPS 수신기는 하나 또는 다수의 의사거리 측정을 행한 후, 측정 시간과 표 1에 도시된 주기적 이벤트 중 하나의 적어도 하나의 위성으로부터의 도달 시간 간의 시간을 측정한다. 도달 시간은 반복 간격을 갖는 모호성으로 인식되며, 직접 또는 반복 과결정된 네비게이션 솔루션은 시간의 모호성을 해결하는데 사용된다. 시간에서 모호성을이 해결된 후에, 정정 네비게이션 솔루션은 시간 오차에 연관된 어떤 오차도 없이 계산될 수 있다.

동일한 방법이 위치 솔루션이 원격 위치 계산 장치(PDE)에서 GPS 장착 단말의 외부에서 계산되는, MS 지원 단말에서 사용될 수 있다. 원격 위치 계산 장치는 로컬 GPS 수신기로부터 또는 웹기반 서버로부터 모든 가시적인 위성에 대한 거의 실시간 천체위치 및 위성 클럭 정정 데이터를 획득한다. MS 지원 단말은 단순히 일려의 가시적 위성에 대한 의사거리를 측정하고, 적어도 하나의 위성에 따라 측정에 타임 태그를 부가한 후, 최종 위치 계산을 위해 관측된 의사거리와 타임 태그를 PDE에 전송한다. 본 발명은 또한 MS 지원 단말로부터 의사거리 측정을 시간지연하는데 사용될 수 있으므로 원격 PDE가 의사거리 측정의 시간을 계산할 수 있으며 궁극적으로는 이들 측정 및 위성 천체위치, 클럭 정정 데이터 그리고 모바일의 근사 위치에 따라 위치을 계산한다.

이를 달성하기 위해서, 단말은 PDA에 대한 서식화된 메시지로 주기적 이벤트와 의사거리 측정의 시간 사이의 시간차를 측정하는데 어느 위성이 사용되었는지를 식별하여야 한다. 이는 주기적 이벤트 측정을 행하는데 사용되는 위성에 대하여 위성 ID를 전송하여 달성될 수 있다. 또한, 서식화된 메시지는 선택된 위성의 주기적 이벤트 시간과 의사거리 측정의 시간 사이의 시간차를 포함한다. 마지막으로, 단말은 어느 유형의 주기적 이벤트가 관측을 하는데 사용될 수 있는지를 식별 하여 PDE가 주기적 이벤트 시간 간격을 시간 모호성을 해결하는 프로세스의 요인이 될 수 있다.

하나의 위성 상에서 관측된 주기적 이벤트와 의사거리 측정 간의 시간차를 전송하는 대안으로서, 주기적 이벤트의 시간 주기의 모듈로인 GPS 시간 단위로 의사거리 측정의 타임 태그를 전송할 수 있다. 단말이 (MS 기반 단말에서 요구되는 바와 같이) 위성 전체위치와 클럭 정정과 내부적으로 저장된 근사 위치 데이터를 갖는 경우, 위성과 GPS 수신기 간의 전파 시간 및 위성 클럭 정정 데이터가 단말에서 위치를 계산할 필요없이 타임 태그의 생성의 요소가 될 수 있다. 이는 어느 위성이 주기적 이벤트 관측 시간을 행하도록 사용되는지를 PDE에 식별하고 전송할 필요를 제거한다. 이는 다음 식을 적용하여 단말에서 달성된다.

여기서, Tperiodic은 주기적 이벤트, 전체위치, 근사 위치, (dTprop을 계산하기 위한)근사 시간, Tcorr을 계산하기 위한 클럭 정정 데이터에 따라 표 1에 나타낸 식을 사용하여 획득된다. Trepeat는 주기적 이벤트의 반복 시간이다. Dt1은 주기적 이벤트의 관측과 의사거리 측정의 시점 간의 시간차이다. dT1은 양(즉, 주기적 이벤트가 의사거리 측정이 행해지기 전에 관측됨) 또는 음(주기적 이벤트가 의사거리 측정이 행해진 후에 관측됨)일 수 있다.

예를 들면, 관측된 주기적 이벤트가 프리앰블 도달이면, Tgps_local_ambiguous는 의사거리 측정의 시간의 로컬 시간 측정(GPS 타임 좌표에 서)일 수 있다. T_gps_local_ambiguous의 값은 0초와 6초 사이의 범위에 있을 것이다. 관측된 주기적 이벤트가 패리티 동기 이벤트이면, T_gps_local_ambiguous는 0초와 0.6초 사이의 범위에 있을 것이다. 단말은 이러한 T_gps_local_ambiguous의 계산을 행하고 이를 관측을 하는데 사용된 주기적 이벤트 주기를 나타내는 일부 유형의 지시기와 함께 PDE에 의사범위 측정의 타임 태그로서 전송한다. PDE는 타임 태그(T_gps_local_ambiguous)와 주기적 이벤트 주기(예를 들어, 6초 또는 0.6초)를 나타내며, 상술한 방법을 사용하여 타임 태그 T_gps_local_ambiguous에서 모호성을 발견한다. 즉, T_gps_local_ambiguous는 반복 시간의 모듈로(modulo)이기 때문에, 의사거리 관측의 실제 시간은 다음과 같이 주어진다.

여기서, 모호성 N은 상술한 바와 같이 직접 또는 반복적으로 과결정된 네비게이션 솔루션을 사용하여 PDE에서 해결된다.

위치가 네트워크에서 결정되는 경우에는, 일단 PDE가 모바일의 위치와 측정에 관련된 정확한 로컬 타임를 결정하면, 네트워크는 모바일에서 사용하기 위한 계산된 위치를 다시 모바일에 전송할 수 있다. 이 새로운 위치 추정은 다음에 위치 요청이 요구될 때 근사 위치에 대한 기준으로서 사용될 수 있다. 또한, 네트워크는 PDE 내의 위치를 계산하는데 사용된 의사거리 측정의 해결된 절대 시간을 모바일에 전송할 수 있다. 일단 의사거리 측정의 정확한 비모호성 시간이 단말에 전달되면, 단말은 이 정확한 시간을 단말 내 로컬 실시간 클럭으로 조정하는 기준으로 서 사용할 수 있다. 포스트 고정(post-fix) 시간 조정을 수행하기 위해서, 단말은, 의사거리 측정 시에, 로컬 실시간 클럭을 동시에 판독하고 메모리에 이 시간 T_{rtc_meas}를 저장한다. 의사거리 측정은 다음 중 하나에 의해 네트워크 PDE 장치에 전송된다:

1) 의사거리 측정의 시간과 주기적 이벤트의 관측 시간 사이의 차이인 시간자와 네트워크가 어느 위성이 주기적 이벤트를 관측하는데 사용되었는지를 판정할 수 있는 위성 ID 및 다른 식별자.

2) (1)에서 측정된 시간차와 위성에서 사용자로의 추정된 전파 시간 및 위성 클럭 정정에 기초한 모호성 로컬 타임 태그.

따라서, 네트워크 PDE 장치는 상술한 바와 같이 의사거리 측정의 시간과 모바일의 위치를 해결할 수 있다. 그 후, 네트워크는 모바일의 위치와 T_resolved로 불리는 결정된 측정 시간 을 모바일에 전송한다. 그 후, 모바일은 T_resolved와 T_{rtc_meas}를 구별하여 로컬 RTC의 시간 오차를 계산하고 이 차를 사용하여 RTC에 현재 저장되는 시간을 조절 또는 조정할 수 있다. 예를 들면, 로컬 RTC 시간은 식 (16)에 도시한 바와 같이 조절될 수 있다.

T_resolved와 T_rtc _{_meas}간의 차이는 정확한 비모호성 로컬 타임 태그를 사용하여 향후 의 사거리 측정을 시간 태깅하거나 국부 위치를 계산하기 위해 요구된 것과 같이 정확한 시간 소스로서 사용하기 위해 로컬 RTC에서 저장되는 시간을 조정하거나 개선하는데 사용될 수 있다. 로컬 실시간 클럭 시간의 정확성은 또한 네트워크에서 보다는 단말에서 정정된 의사거리 측정 시간에 기초하여 개선될 수 있다.

본 발명과 최선의 양태라고 간주되는 것은 발명자에게 그 소유권을 설정하고 당업자가 본 발명을 사용 및 이용할 수 있도록 하는 방식으로 설명되었지만, 여기서 개시된 바람직한 실시예의 많은 균등물이 있으며 수많은 변형 및 변경이 본 발명의 범위 및 취지를 벗어남이 없이 행해질 수 있으며, 여기서, 본 발명의 범위 및 취치는 바람직한 실시예가 아닌 첨부된 청구항에 의해 한정되어야 함을 이해할 수 이해할 것이다.

Claims

위성 위치확인 시스템(GPS) 수신기에서의 시간 결정 방법에 있어서,

적어도 4개의 위성에 대한 의사거리(pseudorange) 측정치들을, 상기 의사거리 측정치에 대응하는 대략적 시간(coarse time)에 결정하는 단계;

상기 4개의 위성 중 하나의 위성의 주기적 GPS 이벤트와 상기 대략적 시간 간의 오프셋 시간을 결정하는 단계;

상기 대략적 시간의 오차가 상기 주기적 GPS 이벤트의 주기의 절반보다 적은 경우, 상기 주기적 GPS 이벤트의 주기, 상기 오프셋 시간 및 상기 대략적 시간에 기초하여 시간 정정 델타(time correction delta)를 결정하는 단계;

상기 대략적 시간의 상기 오차가 상기 주기적 GPS 이벤트의 주기의 절반보다 적은 경우, 상기 대략적 시간과 상기 시간 정정 델타에 기초하여 정정 시간(corrected time)을 결정하는 단계를 포함하는, 시간 결정 방법.
제1항에 있어서,

상기 4개의 위성 중 제2 위성의 상기 주기적 GPS 이벤트와 상기 대략적 시간 간의 오프셋 시간에 기초하여 제2 정정 시간을 결정하고, 상기 정정 시간과 상기 제2 정정 시간을 비교하여 정정 시간 무결성(corrected time integrity)을 평가하는 단계를 더 포함하는, 시간 결정 방법.
제1항에 있어서,

상기 적어도 4개의 위성에 대한 후속 의사거리 측정치들의 결정에 기초하여 후속 정정 시간을 결정하고, 첫 번째 상기 정정 시간과 상기 후속 정정 시간을 비교하여 정정 시간 무결성을 평가하는 단계를 더 포함하는, 시간 결정 방법.
제1항에 있어서,

상기 대략적 시간의 상기 오차가 상기 주기적 GPS 이벤트 주기의 절반보다 적지 않은 경우, 상기 주기적 GPS 이벤트의 주기, 상기 오프셋 시간 및 개선된 대략적 시간(improved coarse time)에 기초하여 개선된 시간 정정 델타를 결정하고,

상기 대략적 시간의 상기 오차가 상기 주기적 GPS 이벤트 주기의 절반보다 적지 않은 경우, 상기 개선된 대략적 시간과 상기 개선된 시간 정정 델타에 기초하여 상기 정정 시간을 결정하는 단계를 더 포함하는, 시간 결정 방법.
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제1항에 있어서,

상기 대략적 시간의 상기 오차가 상기 주기적 GPS 이벤트의 주기 절반보다 적지 않은 경우, 그리고 상기 대략적 시간이 상기 네비게이션 타임 솔루션(navigation time solution)의 선형 범위 내에 있는 경우, 개선된 대략적 시간과 개선된 시간 정정 델타에 기초하여 상기 정정 시간을 결정하는 단계를 더 포함하는, 시간 결정 방법.
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