KR20030062344A

KR20030062344A - Ｇｐｓ 신호의 시간-자유 처리

Info

Publication number: KR20030062344A
Application number: KR10-2003-7006656A
Authority: KR
Inventors: 프랑크 반디겔렌
Original assignee: 글로벌 로케이트, 인크.
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2003-07-23
Also published as: DE60143271D1; WO2002059634A2; ATE484758T1; US6734821B2; KR100904016B1; US20030052817A1; US6417801B1; EP1334371B1; EP1334371A4; EP2256510A2; EP1334371A2; WO2002059634A9; WO2002059634A3; EP2256510A3; JP2004518135A

Abstract

본 발명은 GPS 수신기에서 사용 가능한 타이밍의 위성 또는 선택적인 소스에 의해 전송된 절대 시간 정보를 사용함없이 GPS 수신기(108) 위치를 계산하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. GPS 수신기는 무선 통신 송수신기(112)를 포함하지만 절대 시간 정보의 정확한 소스에 접속할 필요가 없는 집적형 수신기내에 포함된다. 무선 송수신기는 무선 네트워크(150)를 통해 서버(121)와 통신한다. GPS 수신기는 위성 의사범위를 측정하고 무선 통신 송수신기를 사용하여 서버에 의사범위를 송신한다. 서버는 GPS 수신기 위치와 절대 시간이 미지의 파라미터인 수학적 모델에 의사범위를 적용한다. 다음으로 서버는 모델에 가장 잘 맞는 위치와 절대 시간을 계산하고, 이에 따라 GPS 수신기에 대한 정확한 위치 및 의사범위 측정이 행해진 절대 시간을 산출한다.

Description

ＧＰＳ 신호 처리용 장치 {APPARATUS FOR PROCESSING OF GPS SIGNALS}

위성 위치 확인 시스템(GPS) 수신기는 일반적으로 위성으로부터 송신되어 지구 표면상의 또는 표면에 근접한 수신기에 의해 수신된 신호의 전송 및 수신 사이의 시간 지연을 계산함으로써 그들의 위치를 결정한다. 광속이 곱해진 시간 지연은 수신기로부터 수신기의 시야내 각각의 위성까지의 거리를 제공한다. GPS 위성은 소위 "추정위치(ephemeris)" 데이터라 불리는 위성-위치 데이터를 수신기로 전송한다. 추정위치 데이터에 부가하여, 위성은 위성 신호와 관련된 절대 시간 정보를 수신기에 전송한다 즉, 절대 시간이 제 2의 약한 신호로서 송신된다. 이러한 절대 시간 신호는 수신기가 각각의 수신된 신호가 각각의 위성에 의해 전송될 때 시간 태그를 명확하게 결정할 수 있도록 한다. 각각의 신호에 대한 정확한 전송 시간을 앎으로써, 수신기는 신호를 전송할 때 각각의 위성이 위치하는 위치를 계산기 위해 추정위치 데이터를 사용한다. 마지막으로, 수신기는 수신기 위치를 계산하기 위해 위성에 대해 계산된 거리와 알려진 위성 위치를 조합한다.

GPS 신호를 탐색하고 획득하며, 추정위치 및 관련 데이터를 판독하기 위한프로세스는 다수의 위성에 대한 절대 시간이 시간 소모적이고 수신기 위치를 계산하는데 있어서 수용할 수 없는 지연을 야기한다. 추가로, 많은 상황에서, 위성 신호의 전파방해(blockage)가 존재한다. 이러한 경우, 수신된 신호 레벨은 너무 낮아서 복조될 수 없으며 에러없이 위성 데이터를 유도할 수 없다. 하지만, 이러한 저하된 신호의 경우, 수신기는 만일 추정위치 및 절대 시간의 외부 소스가 사용가능하다면 위성 신호를 트래킹하여 시간 지연(및 그에 따른 거리)을 계산할 수 있다.

여러 개선책이 추정위치 (또는 동일한) 데이터 및 절대 시간 정보의 외부 소스로 구성된 "GPS 보조"를 제공하기 위해 수행되었다. 보조 정보는 몇몇 선택적인 형태의 통신(일반적으로 셀룰러 데이터 채널과 같은 무선 통신)을 사용하여 GPS 수신기에 전송된다. GPS 보조의 사용으로 인해, GPS 수신기는 신호 레벨이 통상적인 GPS에 대해 너무 낮아 적절하게 기능할 수 없도록 하는 영역에서 동작할 수 있다.

모든 GPS 보조 및 이에 따른 발전된 발명은 절대 시간에 대한 정확한 외부 정보를 필요로 하고, 그 결과 위성 위치가 정확하게 결정된다. 절대 시간은 1밀리초 내지 10밀리초 상의 정확성을 필요로 한다. 불행히도, GPS 수신기에서 이러한 정확성을 대해 절대 시간이 쉽게 얻어지지 않는 GPS 보조의 원하는 구현이 있다. 예를 들면: AMP 셀룰러 폰 시스템은 시간 정보를 지원하지 않으며; 더욱이 (현재는) 북미 TDMA 셀룰러 폰 시스템을 지원하지도 않는다. GSM 셀룰러 폰 시스템은 타이밍 정보를 지원하지만, 여러 다른 지리학상의 영역내 다른 시간 기준을 가진다. 이러한 경우, 절대 시간을 알지 못하는 GPS 수신기 위치를 계산하기 위한 방법을 제공할 필요가 있다.

특히, 위성 위치 확인 시스템(GPS) 수신기는 유일한 의사-난수 잡음(PN) 코드를 포함하는 주기 운동을 하는 GPS 위성으로부터 전송된 GPS 신호를 수신한다. GPS 수신기는 수신된 PN 코드 신호 시퀀스와 내부적으로 발생된 PN 신호 시퀀스 사이의 시간 시프트를 계산함으로써 신호의 전송 및 수신 사이의 시간 지연을 결정한다.

각각의 전송된 GPS 신호는 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 신호이다. 통상적으로 사용할 수 있는 신호는 표준 위치결정 서비스에 의해 제공된다. 이러한 신호는 1575.42MHz에서 캐리어상에 1.023MHz 확산 속도를 가진 직접 시퀀스 확산 신호를 사용한다. 각각의 위성은 특정 위성을 식별하는 단일 PN 코드(C/A 코드로 공지됨)를 전송하여 여러 위성으로부터 동시에 전송된 신호가 다른 수신기에 의해 매우 적은 간섭만으로 하나의 수신기에 동시에 수신되도록 한다. PN 코드 시퀀스 길이는 1밀리초 시간 주기에 해당하는 1023개의 칩이다. 각각의 수신된 GPS 신호는 1023칩의 1/023MHz 반복 PN 패턴으로부터 구성된다. 매우 낮은 신호 레벨에서, PN 패턴은 여전히 관찰되며, 처리에 의해 명확한 시간 지연 측정치를 제공하고, 실질적으로 많은 PN 프레임을 평균한다. 이러한 측정된 시간 지연은 "밀리초-이하 의사범위"로 불리는데, 그 이유는 이들이 모듈로 1밀리초 PN 프레임 경계로 알려져 있기 때문이다. 각각의 위성에 대한 각각의 지연과 관련된 밀리초의 정수를 구함으로써 절대 시간 지연이 계산되면, 명확한 의사범위를 알 수 있다. 명확한 의사범위를 구하는 프로세스는 "정수 밀리초 모호성 결정"으로 알려져 있다.

이러한 절대 시간에서 GPS 신호와 위성 위치의 절대 시간을 알고 있는 4개의 의사범위 세트는 GPS 수신기의 위치를 구하기에 충분하다. 전송의 절대 시간은 항법 메세지내 위성으로부터 방출되고, 이러한 항법 메세지는 낮은 50Hz 데이터 속도로 1.023MHz PN 코드상에 중첩된다. 이러한 50Hz 신호는 PN 프레임의 시작과 함께 할당된 비트 경계로 이진 위상 편이 변조(BPSK) 데이터스트림이다. 정확히 데이터 비트 주기(20밀리초)당 20개의 PN 프레임이 있다. 50Hz 신호는 GPS 위성 궤도, 위성 클록 수정, 약한 정보 시간 및 다른 시스템 파라미터를 기술하는 데이터 비트를 포함한다.

위성 전송과 관련된 절대 시간은 GPS 신호의 항법 메세지내 약한 시간(TOW) 데이터를 판독함으로써 통상적인 GPS 수신기내에서 결정된다. 시간 결정에 대한 표준의 방법에서, 통상적인 GPS 수신기는 50보(baud) 데이터 스트림으로 디코딩하고 동기화된다. 50보 신호는 300비트의 길이와 6초의 지속시간을 가진 10워드의 서브프레임으로 그룹화된 30-비트 워드로 배열된다. 5개의 서브프레임은 1500비트와 30초의 지속시간을 가지며, 25개의 프레임은 12.5분의 지속시간을 가진 수퍼프레임을 포함한다. 수퍼프레임은 완벽한 항법 메세지를 포함한다. 매 6초마다 발생하는 데이터 비트 서브프레임은 TOW에 6초 결정으르 제공하는 비트를 포함한다. 50보 데이터 스트림은 데이터 비트 에지의 도착 시간이 (20ms 간격에서) 20밀리초에 가장 가까운 절대 전송 시간을 결정하도록 C/A 코드 전송으로 할당된다. 비트 경계에 대한 정확한 동기화는 1밀리초 또는 그 이하로 절대 전송 시간을 결정할 수 있다.

위성 신호와 관련된 절대 시간은 GPS 시간에 대해 검정되는 외부 타이밍 소스를 가지고 이러한 시간을 위성 신호의 수신 시간에 대한 정확한 시간 태그를 제공하는데 사용함으로써 무선 보조-GPS 수신기내에서 결정된다. 수신 시간에서 의사범위를 감산하면 (시간 단위로 표현되는 의사범위를 가지며, 전송-수신 시간 지연을 나타내는) 각각의 위성에 대한 전송의 절대 시간을 알 수 있다.

전송의 절대 시간은 전송 시간에 위성의 위치를 결정하고 이에 따라 GPS 수신기의 위치를 결정하기 위해 필요하다. GPS 위성은 대략 3.9km/s로 이동하고 이에 따라 지구에서 관찰할 때 위성의 범위가 최대 ±800m/s의 속도로 변한다. 절대 타이밍 에러는 타이밍 에러의 각각의 밀리초에 대해 0.8m에 이르는 범위 에러를 야기한다. 이러한 범위 에러는 GPS 수신기 위치내에 유사한 크기의 에러를 생성한다. 따라서, 10ms의 절대 시간 정확성이 대략 10m의 위치 정확성에 대해 충분하다. 10ms 이상의 절대 타이밍 에러는 큰 위치 에러를 야기하고, 그 결과 전형적인 GPS 수신기는 대략 10밀리초 또는 그 이상의 정확성을 가진 절대 시간을 필요로 한다.

절대 타이밍 에러는 GPS 위성 클록 드리프트의 결과 에러를 유도하지만, 이들은 위성 위치 에러에 비해 매우 작아서 본 설명에서는 무시될 수 있다(GPS 클록은 전형적으로 초당 0.1나노초 이하로 드리프트하고 위성에 대해 관찰된 범위가 광속이 곱해진 GPS 클록 드리프트에 의해 영향을 받으므로, 이러한 에러는 0.03m/s 이하이고, 이는 위성 위치의 변화에 의한 에러보다 대략 25배 작다).

GPS 위치결정과 근접하게 관련된 다른 시간 파라미터가 존재하고, 이는 밀리초-이하 의사범위를 측정하는데 사용된 시간 기준내 밀리초-이하 오프셋이다. 이러한 오프셋은 모든 측정치에 동일하게 영향을 주고, 이러한 이유로 "공통 모드 에러"로 알려져 있다.

공통 모드 에러는 절대 시간 에러와 혼동되어서는 안된다. 상술된 바와 같이, 1밀리초의 절대 시간 에러는 0.8미터에 이르는 범위 에러를 야기하지만 1밀리초의 절대 시간 에러는 1밀리초 이하의 관찰되지 않은 범위 에러를 야기한다. 하지만, 1밀리초의 공통 모드 에러는 광속이 곱해진 1밀리초의 의사범위 에러를 야기하고, 이는 300미터이다.

공통 모드 에러가 의사범위에 대해 이렇게 큰 영향을 가지기 때문에, 그리고 공통 모드 에러를 검정하는 것이 실질적으로 매우 어렵기 때문에, 일단 충분히 많은 의사범위가 특정 수신기에서 측정된다면 통상적인 GPS 수신기는 위치에 따라 구해져야 하는 미지의 에러로 처리한다. 하지만, 어떠한 통상적인 GPS 수신기도 이들이 (10밀리초 이상의) 필요한 정확성에 대한 절대 시간을 안다는 사실에 의존하는 것 대신에 절대 시간 에러를 구하지는 않았다.

그러므로, 절대 시간을 사용함없이 GPS 신호를 처리할 수 있는 방법 및 장치가 필요하다.

본 발명은 위성-기반 위치 확인 특히, 위상 위치 확인 시스템(GPS) 신호의 시간-자유 처리를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1은 절대 시간을 모르는 상태에서 GPS 수신기 위치를 계산하는 장치는 블록도.

도 2는 도 1의 장치의 동작을 나타내는 순서도.

도 3은 본 발명에 따라 의사범위를 계산하는 방법을 나타내는 순서도.

도 4는 본 발명의 선택적인 실시예에서 수신기 위치 및 절대 시간을 계산하는 방법을 나타내는 순서도.

도 5A 및 도 5B는 위치 에러의 잔류치 크기(도 5B)를 생성하는데 사용된 격자(도 5A)를 도시하는 도면.

도 6은 절대 시간을 계산하는데 사용된 잔류치 시간 에러의 그래프.

본 발명은 GPS 수신기에서 사용 가능한 타이밍의 위성 또는 선택적인 소스에 의해 전송된 절대 시간 정보를 사용함없이 GPS 수신기 위치를 계산하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에서, GPS 수신기는 무선 통신 송수신기를 포함하는 집적형 수신기내에 포함되지만, 절대 시간 정보의 정확한 소스와는 접속하지 않는다. 무선 송수신기는 무선 네트워크를 통해 서버에 통신한다. GPS 수신기는 위성 의사범위를 측정하고 무선 통신 송수신기를 사용하여 서버에 의사범위를 송신한다. 서버는 GPS 수신기 위치 및 절대 시간이 미지의 파라미터인 수학적 모델에 의사범위를 적용한다. 다음으로 서버는 모델에 가장 잘 적용된 위치 및 절대 시간을 계산하고, 이에 따라 GPS 수신기에 대한 정확한 위치 및 의사범위 측정이 수행된 절대 시간을 계산해낸다.

본 발명의 특징이 첨부된 도면을 참조로 한 이하의 상세한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

이해를 돕기 위해, 도면에 대해 공통인 동일 엘리먼트에 대해 동일 참조부호가 사용되었다.

본 발명은 GPS 수신기에서 절대 시간 정보에 접속없이도 위성 위치 확인 시스템(GPS)내 위치 및 시간을 결정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 이하의 설명에서, 이해를 돕기 위해 여러 특정 상세한 설명이 본 발명에 대한 완전한 이해를 위해 제공된다. 하지만, 당업자라면 본 발명이 이들 특정 상세한 설명없이도 수행될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예로서, 무선 링크(150)를 통해 서버(121)에 결합된 집적형 이동 수신기(102)를 포함한다. GPS 수신기(018)는 무선 통신 송수신기(112)를 따라 집적형 수신기(102)내에 포함된다. GPS 수신기(108)는 수신기(108)의 시야내에 위치하는 GPS 위성에 대해 밀리초-이하 의사범위만을 측정하고, 이러한 밀리초-이하 의사범위를 무선 통신 링크(150)를 사용하여 서버(121)에 송신한다. 서버(121)는 무선 통신을 수신하는데 사용된 무선탑(118)의 알려진 위치로부터 GPS 수신기 위치에 대한 적정 선험적 추정치를 형성한다. 서버(121)는 또한 자기 자신의 실시간 클록으로부터 타임 태그를 할당하고, 이에 따라 GPS 수신기(108)가 위성으로부터 GPS 신호를 수신하는 절대 시간의 선험적 추정치를 형성한다. 만일 선험적 위치가 실제 위치의 100km내에 위치하고 수신의 선험적 절대 시간이 수신의 실제 시간(미지의)의 1분내라면, 서버(121)는 정수 밀리초를 구할 수 있고 이에 따라 밀리초-이하 의사범위를 진정한 의사범위로 변환한다.

다음으로, 서버(121)는 미지의 수신기 위치 및 절대 시간을 구하기 위해 의사범위를 사용한다. 서버는 중앙 처리 유니트(CPU)(122), 서버 클록(124), 탑 위치 데이터베이스(128), CPU 지원 회로(152) 및 메모리(154)를 포함한다. 지원 회로는 클록 호로, 캐시, 전원, I/O 인터페이스 회로 등과 같은 CPU의 동작을 용이하게 하는 공지된 회로를 포함한다. 메모리(154)는 임의 접속 메모리, 판독 전용 메모리, 제거가능 스토리지, 하드 디스크 스토리지 또는 이들 메모리 장치들의 임의의 조합일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 공통 모드 에러는 서버(121)에서 전체적으로 알려지지 않은 것으로 가정된다. 본 발명의 일 실시예에서, 서버(121)는 0의 선험적 공통 모드 에러를 나타내지만, 임의의 다른 선험적 공통 모드 에러가 결과에 어떠한 변화도 주지 않고 사용될 수 있음을 알 수 있다. 미지의 파라미터에 대한 5개의 선험적 추정치(3개의 위치 좌표, 1개의 절대 시간, 1개의 공통 모드 에러)로, 서버(121)는 미지의 파라미터에 측정된 의사범위 및 선험적 정보를 관련시키는 수학적 모델을 형성한다. 수학적 모델은 1차식으로 표현될 수 있으며, 이는 해가 구해질 때 정확한 위치 및 절대 시간을 제공한다.

특히, 다수의 위성(미도시)로부터의 GPS 신호(104)는 GPS 안테나(106)에서 수신된다. 수신된 신호는 GPS 수신기(108)에 결합된다. GPS 수신기(108)는 경로(110)상에 밀리초-이하 의사범위를 형성하기 위해 GPS 신호를 처리하고, 이러한 경로는 통신 송수신기(112)에 결합되며 통신 안테나(116)로부터 셀룰러 전화 네트워크와 같은 무선 네트워크를 통해 전송된다. 집적형 수신기(102)로부터의 전송은 예를 들면, 셀룰러 전화 탑인 근처 무선탑(118)에 의해 수신된다. 밀리초-이하의사범위 및 무선탑 ID가 상기 무선탑(118)으로부터 서버(121)로 전송된다. 서버(121)에서, 서버 클록(124)은 밀리초-이하 의사범위가 서버에 수신될 때 시간-태그를 제공하는데 사용된다. 서버(121)는 경로(126)를 따라 무선탑 ID를 탑 위치 데이터베이스(128)로 전달하고, 데이터베이스(128)로부터 탑에 대한 위치를 추출한다. 탑 위치는 경로(130)를 따라 CPU(122)에 결합된다.

밀리초-이하 의사범위 데이터에 의해 표현된 모든 위성에 대한 위성 추정위치 데이터는 (맑은 하늘에서 서버의 근처에 위치하는 다른 GPS 수신기와 같은 다른 GPS 수신기 또는 GPS 수신기의 네트워크와 같은 몇몇 다른 소스와 같은) 몇몇 외부 소스(125)로부터 서버에 제공된다. 간략함을 위해, 용어 "추정위치"는 위성 궤도 파라미터 및 위성 클록 파라미터를 의미하는 것으로 사용된다. 서버(121)의 CPU(122)는 밀리초-이하 의사범위, 무선탑 위치, 서버 시간 및 추정위치를 조합하여 GPS 수신기(108)에서 정확한 GPS 수신기 위치 및 신호 수신의 절대 시간을 형성한다.

상기 장치는 GPS 수신기(108)가 절대 시간 정보 및 추정위치 데이터를 신뢰성 있게 수신할 수 없다 즉, GPS 수신기가 실내에서 사용되어 추정위치 데이터의 처리가 서버(121)에서 실행되는 것을 가정한다. 하지만, 몇몇 예에서, 서버에 제공된 의사범위 데이터를 제외하고, 서버(또는 몇몇 다른 소스)는 이동장치(102)에 추정위치 데이터 및 클록 신호를 제공할 수 있고, 이동장치는 위치 계산을 수행할 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에서, (122 및 124와 유사하게) CPU 및 클록은 서버(121)에 대해 상술된 바와 동일한 방식으로 신호 처리를 용이하게 하기 위해이동장치(102)내에 위치한다.

도 2는 도 1의 서버 CPU(122)에 의해 수행되는 프로세스(200)의 순서도이다. 단계(202)에서, 서버 클록 신호는 GPS 수신기에서 GPS 신호 수신의 절대 시간의 선험적 추정치를 제공하는데 사용된다. 서버 클록의 사용은 본 발명을 예시하기 위해 사용된 일 실시예이고 일반적으로 시간의 선험적 추정치는 서버 클록을 제외한 시간 소스로부터 유래되어야 한다. 본 발명은 절대 시간의 소스 또는 품질 및 선험적 추정치와 관계없이 가능하다. 설명의 간략함을 위해, 이러한 특정 실시예는 GPS 수신기에서 GPS 신호 수신의 실제 절대 시간의 1분내에 시간 태그를 제공하는 서버 클록을 가지는 것으로 가정된다. 이러한 간략한 가정은 실제로 종종 발생하지만 본 발명의 필수 부분은 아니며 본 발명에 대한 설명을 간략히 하기 위해 사용된 것이다. 이후, 본 상세한 설명에서, 이러한 간략한 가장이 제거된다.

단계(206)에서, 탑 위치는 GPS 수신기 위치의 선험적 추정치로서 CPU에 제공된다. 탑 위치의 사용은 사용될 수 있는 임의의 수의 선험적 위치의 일 실시예이다(예를 들면, 이전에 동일한 GPS 수신기(108)에 대해 계산된 위치는 선험적 위치로서 사용될 수 있거나 또는 가장 최근 사용된 탑 위치의 조합 또는 선험적 위치가 간단히 추정될 수 있다). 본 발명은 소스, 품질 또는 선험적 위치와 관계없이 사용 가능하다. 설명의 간략함을 위해, 이러한 특정 실시예는 GPS 수신기(108)의 진정한 위치의 100km내에 위치하는 선험적 위치를 가지는 것으로 가정된다. 이러한 간략한 가정은 실제로 종종 발생하지만 본 발명의 필수 부분은 아니며 본 발명에 대한 설명의 간략함을 위해서만 사용된다. 이후, 본 설명에서 이러한 간략한 가정이 제거된다.

단계(204, 208)에서, GPS 수신기의 시야내에 위치하는 적정 위성에 대한 밀리초-이하 의사범위 및 추정위치 또한 프로세스(200)에 입력으로서 제공된다.

단계(210)에서, 밀리초 의사범위 정수는 도 3에 관해 이하에서 설명되는 프로세스에 의해 결정된다. 밀리초-이하 의사범위 정수를 결정함으로써 프로세스가 전체 의사범위를 형성한다.

단계(212)에서, 예상 의사범위가 형성된다. 이러한 예상 의사범위는 모든 선험적 파라미터(선험적 위치, 측정에 대핸 선험적 절대 시간 및 선험적 공통 모드 에러)가 실제로 이러한 파라미터의 실제값이라고 할 때 측정될 수 있는 의사범위이다. 예상 의사범위는 r_i로 표시되고, 지수 i는 적정 위성을 나타낸다.

단계(214)에서, 선험적 의사범위 잔류치가 형성되고, 이들 잔류치는 측정된 의사범위(ρ_i로 표시됨)와 예상 의사범위(r_i) 사이의 차이로서 정의된다. 선험적 의사범위 잔류치는 u_i로 표시된다.

단계(216)에서, u 를 x 에 관련시키는 수학적 모델이 형성되고, 여기서 u 는 u_i의 벡터이고, x 는 위치의 선험적 값, 공통 모드 에러 및 수신의 절대 시간에 대한 업데이트의 벡터이다:

여기서 n은 의사범위의 수이다. 의사범위는 길이의 단위로 표현된다(예를 들면, 미터).

위치 업데이트 x, y, z는 길이 단위(예를 들면, 미터)로 표현되고 시간 업데이트 t_c, t_s는 시간 단위(예를 들면, 초)로 표현된다.

이러한 두벡터를 관련시키는 수학적 모델의 일 실시예는 테일러 급수이고, 여기서 급수의 제1항은 x 에 대한 u 의 1차 도함수이고, 제2항은 2차 도함수를 포함한다. 프로세스의 일 실시예에서, 본 발명은 테일러 급수내 1차 도함수만을 유지하는 선형적 모델을 사용한다. 이는 u 를 x 에 관련시키는 이하의 식을 제공한다:

특정 값 ∂ρ₁/∂x, ∂ρ₁/∂y및 ∂ρ₁/∂z는 선험적 위치를 설명하는데 사용된 좌표계에 의존한다. 행렬 H의 처음 3개의 열내 이러한 항들은 공지되어 있으며,추가로 설명하지는 않는다. 행렬의 4번째 열은 광속 c이고, 모델의 이 부분은 업계에서는 표준이다. 본 발명의 새로운 특징은 행렬내 5번째 열의 포함을 필요로 한다. 5번째 열은 절대 시간의 선험적 추정치내 미지의 에러와 측정된 의사범위 사이의 관계를 정확하게 모델링한다. 추가로, 이러한 열내 항들은 시간에 대해 의사범위의 변화의 속도이고, 추정위치 데이터로부터 정확하게 계산될 수 있다. 따라서, 행렬 H내 모든 항은 알려지고, GPS 수신기에서 사용가능한 5개 이상의 의사범위가 존재한다면 x 의 값은 선형 대수학을 사용하여 계산될 수 있다.

단계(210)에서, GPS 수신기 위치가 업데이트 x,y,z를 선험적 위치에 가산함으로써 계산되고, 수신의 절대 시간이 업데이트 t_s룰 수신의 선험적 시간에 가산함으로써 형성된다. 만일 선험적 위치 및 선험적 절대 시간이 실제 위치 및 실제 절대 시간에 충분히 가깝다면, 프로세스(200)를 통과한 후 요구된 정확성이 산출된다. 하지만, 만일 프로세스(200)를 가장먼저 통과한 것이 요구된 정확성에 수렴하지 않는다면, 결과(222)가 단계(202)를 위한 수신 추정치에 대한 새로운 선험적 시간 및 단계(206)를 위한 새로운 위치 추정치를 형성하는데 사용되고, 프로세서(200)는 정확한 결과를 수렴할 때까지 반복된다(전형적으로, 매우 적은 반복이 필요한데, 그 이유는 1차 테일러 급수를 사용하는 선형화가 위성 범위가 선험적 위치에서의 에러보다 지구로부터 훨씬 더 멀기 때문에 완벽한 비선형 시스템의 매우 우수한 수학적 설명이기 때문이다.).

테일러 급수는 측정된 의사범위에 미지의 위치 및 절대 시간을 관련시키는수학적 모델의 일례일 뿐이다. 본 발명은 비선형 모델과 같은 다른 모델로 동등하게 변화될 수 있으며, 이는 수용가능한 해가 구해질 때까지 미지의 파라미터를 반복적으로 대입함으로써 구해진다.

만일 상기에서 가정한 바와같이 선험적 위치 및 선험적 절대 시간이 100km 및 1분이내라면, 결과(222)는 정확할 것이다. 하지만, 만일 선험적 위치 및 시간이 이러한 제한내에서 알려지지 않는다면, 부정확한 정수가 단계(210)에서 형성되고 부정확한 결과(222)가 얻어진다. 이 경우, 단계(224)에서 형성된 추정위치 잔류치가 이러한 에러 상황을 검출하기 위해 도 4와 관련하여 이하에서 설명될 바와 같이 사용되고, 여러 선험적 값이 사용된다.

도 3은 밀리초-이하 의사범위 정수를 구하는(도 2의 단계(210)) 예시적인 프로세스(300)의 순서도이다. 설명의 간략함을 위해, 이러한 특정 실시예는 GPS 수신기의 실제 위치의 100km내의 선험적 위치를 가지며, 선험적 절대 시간은 GPS 수신기에서 수신의 실제 절대 시간의 1분이내인 것으로 가정된다. 이러한 간략한 설명은 실제로 종종 사용되지만 본 발명의 필수 부분은 아니며 본 발명의 이러한 실시예의 설명을 간략화하기 위해서만 사용된다. 도 4, 도 5 및 도 6과 관련된 설명에서, 이러한 간략한 설명은 생략된다.

단계(308)에서, 프로세스(300)는 수신의 선험적 절대 시간(단계(202)에서 제공됨) 및 선험적 위치(단계(206)에서 제공됨)를 따라 위성에 대한 추정위치 데이터(단계(208)에서 제공됨)를 사용하여 예상 의사범위를 계산한다. 이러한 설명에서 완결된 바와 같이, 추정위치라는 용어는 위성 클록 파라미터 및 위성 궤도파라미터를 의미하는 것으로 사용된다.

단계(310)에서, 단일 위성이 기준 위성으로 선택된다. 바람직한 실시예에서, (선험적 위치로부터) 최고 고도각을 가진 위성이 기준으로서 선택되지만, 어느 위성이 기준으로서 사용되느냐는 중요하지 않다. 기준 위성에 대한 예상 의사범위는 r₀로서 표시된다(경로 312). 다른 위성에 대한 예상 의사범위는 r_i로 표시된다(경로 314).

단계(318)에서, 정수가 기준 위성에 할당된다. 정수는 다음의 식을 만족해야 한다:

여기서, c는 m/s로 표시되는 광속이고, t_C는 공통 모드 에러이며, e₀은 선험적 위치 및 선험적 절대 시간내 조합된 에러에 의한 예상 의사범위내 에러이다.

당업자라면 이하의 설명에서 공통 모드 에러가 모든 다른 정수내에서 정확하게 동일한 에러가 생성되는 한 이러한 정수내에서 생성된 임의의 에러를 흡수한다는 것을 알 수 있으므로 임의의 정수가 할당될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 정수 N₀은 이하의 식에 따라 할당된다:

단계(322)에서, 나머지 위성에 대한 정수 밀리초 값은 N₀과 함께 모든 위성에 대해 밀리초-이하 의사범위(320)를 사용하여 계산된다. 상기한 설명에서 N₀의값이 어떠한 값으로 선택되든지 간에 이는 관련된 공통 모드 에러 t_C를 의미한다. N_i의 값은 이하의 식을 만족하는 것으로 선택되고, 이는 N_i, 측정된 밀리초-이하 의사범위(s_i), 예상된 의사범위(r_i) 및 공통 모드 에러(t_c)와 관련한다.

여기서, e_i는 선험적 위치 및 선험적 절대 시간내 조합된 에러에 의해 유도된 예상 의사범위내 에러이다. 바람직한 실시예에서, N₀에 대한 해당 식은 상기 식으로부터 감산되고, 이는 t_C항을 완전히 삭제하는데, 그 이유는 이러한 항이 (정의에 의해) 모든 위성에 대해 공통이기 때문이다. 이는 N_i에 대해 이하의 식을 산출한다

상기 식은 정수를 계산하는 프로세스의 일 실시예를 나타낸다. t_C에 대한 관계가 모든 정수에 대해 일정하게 유지된다면, 이러한 정수를 계산하는데 어떠한 식도 사용될 수 있다.

상기 설명에서, 이러한 가정은 선험적 위치가 실제 위치의 100km내이고 선험적 절대 시간이 실제 시간의 1분이내라고 가정한 것이다. 모든 GPS 위성에 대해, 최대 의사범위 속도는 ±800m/s이다. 따라서, 에러 항 e_i의 최대값은 100km+60s*0.8km/s=148m이다. 이는 하나의 C/A 코드 밀리초 에포크(epoch)의 절반 이하(즉, 하나의 정수 밀리초의 절반 이하)이고, 상기에서 사용된 반올림 연산은항상 정확한 정수를 산출한다. 도 4, 도 5 및 도 6과 관련한 설명에서, 이러한 두 개의 선험적 위치 정확성 및 선험적 시간 정확성에 대한 제한이 제거된다.

만일 선험적 위치가 100km 이내에서 알려져 있지 않다면, 그럼에도 불구하고 몇몇 유한 정확성 제한에 대해 알려질 수 있을 것이다. 유사하게, 만일 선험적 절대 시간이 1분 이내에서 알려져 있지 않다면, 그럼에도 불구하고 몇몇 유한 정확성 제한이 알려질 수 있을 것이다. 프로세스(200, 300)에서 설명된 바와 같이, 100km 및 1분 이내의 선험적 위치 및 시간 추정치는 정확한 정수, 정확한 GPS 수신기 위치 및 정확한 절대 시간을 산출할 것이다. 본 발명의 일 실시예에서. 모든 가능한 선험적 위치의 공간이 100km×100km lat-lon 격자로 분할되고, 지리학상 고도의 룩업 테이블로부터 할당된 고도를 가진다. 유사하게, 모든 가능한 선험적 절대 시간의 공간이 1분 세그먼트로 분할된다. 이는 모든 가능한 선험적 위치 및 시간 세트를 산출한다. 프로세스(200)가 반복적으로 사용되고, 세트로부터 각각의 가능한 선험적 위치 및 시간 값을 가진다. 선험적 위치 및 시간이 실제의 100km 및 1분 이내에서 발견된다면, 귀납적 잔류치는 적을 것이고 정확한 GPS 수신기 위치 및 절대 시간이 상술된 바와 같이 계산될 것이다.

이러한 프로세스(400)의 실시예가 도 4에 도시된다. 단계(402)에서, 모든 가능한 선험적 위치 및 잔류치가 세트로 형성된다. 일 실시예에서, 세트는 100km×100km 격자로 구성되고, 지리학상의 고도의 룩업 테이블로부터 할당된 고도 및 1분 세그먼트로 분할된 시간을 가진다. 이는 상술된 바와 같이 100km 격자와 최대 의사범위 속도 시간 1-분의 합이 밀리초 범위의 절반 이하의 최대 가능한 추정 에러를 산출하기 때문에 편리한 표현이고, 이는 정확한 정수를 선택하기 위해 정수 해 프로세스(300)에 대해 필요하다. 하지만, 임의의 수의 여러 방법이 이전에 사용된 값으로부터 얻어진 결과에 기초하여 세트의 새로운 엘리먼트를 동적으로 형성하는 단계를 포함하는 모든 가능한 선험적 값의 세트를 구성하는데 사용된다.

단계(404)에서, 프로세스(400)는 하나의 가능한 선험적 위치 및 시간 조합을 선택한다. 이러한 값은 프로세스(200)애서 사용된다. 단계(406)에서, 프로세스(400)는 도 2에의 단계(224)에서 생성된 귀납적 잔류치를 검사한다. 만일 정확한 GPS 수신기 위치 및 절대 시간이 계산된다면, 잔류치 크기는 적을 것이다(즉, 의사범위 측정 에러와 동일한 치수-수십 미터이다). 만일 선험적 위치 및 시간아 정확하게 구해지지 않은 정수 모호성을 가진 실제값으로부터 충분히 멀리 있다면, 잔류치는 클 것이다(즉, 하나의 밀리초 에포크의 차수-수 킬로미터일 것이다). 만일 잔류치가 크다면 후보 선험적 위치 및 시간은 부정확하며 이들은 가능한 세트로부터 제거된다. 프로세스(400)는 정확한 위치 및 절대 시간이 계산될 때까지 반복된다.

당업자라면 절대 시간이 GPS 수신기에서 사용 가능할 지라도 정소 모호성 결정 프로세스가 상기 초기 추정치에 의해 유일하게 결정된 정수에 대해 실제 위치에 충분히 가까운 위치의 초기 추정치를 요구한다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 위치에 대한 정확한 초기 추정치를 필요로 함없이 정확한 정소를 계산하는 새로운 수단을 제공하는 것이다.

도 5A 및 도 5B는 본 발명의 실시예에서 수신기 위치를 계산하는 데 사용된격자(502) 및 위치 계산 프로세스(200) 동안 계산된 잔류치 크기(506)를 각각 도시한다. 이러한 예에서, 선험적 위치는 북미 중심 지역에서 임의의 추측에 의해 할당된다. 다음으로 프로세스(200)는 각각의 가능한 선험적 위치(격자 포인트(504))에 대해 수행되고, 귀납적 잔류치의 크기가 검사된다. 각각의 잘못된 후보가 거절되면, 다른 후보(다른 격자 포인트(504))가 1도×1도 격자(502)상에서 외부로 탐색됨으로서 발생된다. (이러한 1도×1도 격자는 이전에 설명된 100km×100km 와는 약간 다른 실시예이고, 두 실시예 모두 정확한 정수를 산출할 것이며, 이에 다라 정확한 위치 및 절대 시간이 산출된다.) 선험적 위치는 지리학상의 고도의 룩업 테이블로부터 선험적 고도를 할당함으로써 완성된다. 도 5A는 격자(504)상에 1663개의 잘못된 후보를 도시하고, 도 5B는 해당 잔류치 크기(506)를 도시하며, 각각은 부정확한 밀리초 정수의 차수중 하나이다(즉, 수 킬로미터). 탐색이 (캘리포니아 샌어제이내) 실제 위치의 주변의 선험적 위치에 도달하면, 수학적 모델은 정확한 결과가 "스냅"되도록 하고 정확한 위치 및 시간이 계산된다. 선험적 위치 후보 수 1,664 (잔류 크기(508) 및 격자 포인트(510))는 대략 실제 위치 각각에 대해 175km이고, 이는 이러한 실시예에서 위치 및 시간 해를 "스냅"하기에 충분하다. 정확한 해는 대략 30미터인 잔류치를 산출하고, 이는 부정확한 잔류치보다 천 배 내지 수 만배 적다.

"적은" 잔류치(수십 미터)와 "큰" 잔류치(수 만 내지 수 십만 킬로미터) 사이의 큰 차이가 이러한 실시예를 실제로 매우 잘 동작하도록 한다. 하지만, 계산된 위치 및 절대 시간을 몇몇 다른 수단을 통해 얻어진 위치 및 시간 --무선-보조시스템에서 사용된 무선탑의 위치와 같은-- 에 비교하는 것을 포함하는 결과의 품질에 대한 시험에 사용하는 다른 방법이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 비제로 잔류치를 얻기 위해서 알려지지 않은 더욱 독립적인 관찰이 필요하다는 것을 알 수 있을 것이다. 지금까지 설명된 실시예에서, 5개의 미지의 파라미터가 있다: 3개의 위치 좌표, 공통 모드 에러, 및 절대 시간. 따라서, 적어도 6개의 독립적인 측정치가 비제로 잔류치를 가질 것을 필요로 한다. 만일 6개의 GPS 위성이 관찰된다면, 6개의 측정치는 이들로부터 얻어질 수 있다. 만일 관찰 가능한 위성이 6개가 아니고 취할 수 있는 여러 단계가 있다면, 이들중 많은 것이 업계에서는 표준이다. 측정치의 수는 (무선 시스템으로부터의 도착시간에 기초한 범위 측정치, 무선 시스템에서 측정된 도착각도 측정치 또는 얻어질 수 있는 다른 임의의 독립적인 측정치와 같은) 다른 소스로부터의 측정치를 포함함으로써 증가될 수 있다.

관찰 가능한 수는 "의사-측정치"와 같은 위치에 대한 공지된 제약을 포함함으로써 증가될 수 있고, 예를 들면, 알려진 또는 대략적으로 알려진 고도가 의사-측정치로서 수학적 모델로 유도될 수 있다. 상기한 특정 실시예에서, 수학적 모델은 식 u =H x 에 의해 표현되고, 알려진 고도에 대한 의사-측정치는 위도, 경도, 및 고도의 좌표로 선험적 위치를 가장먼저 특화하고 다음으로 알려진 고도에 선험적 고도를 설정하고 다음으로 새로운 라인을 행렬 식에 부가함으로써 형성될 수 있다:

이러한 접근은 수학적 모델에 대한 다른 측정치 또는 관찰치를 효과적으로 부가한다. 이러한 접근은 업계에서는 표준이고, 미지의 파라미터에 대한 해를 구하는데 사용가능한 임의의 제약을 제공하는 것으로 이해될 수 있다.

다른 접근은 미지의 파라미터의 수를 감소시키는 것이다. 이는 알려진 또는 대략적으로 알려진 파라미터를 제거함으로써 수행된다. 가장 공통적으로 알려진 파라미터는 고도이고, 수학적 모델로부터 제거될 수 있다. 유사하게 공통 모드 에러가 보정되고(예를 들어, 본 발명이 안정된 발진기에 접속하는 시스템에서 사용된다면) 수학적 모델로부터 제거될 수 있다.

개시된 기술에 대한 여러 조합이 미지의 절대 시간을 포함하는 미지의 값을 계산하는데 적용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

예를 들면, 본 발명의 기술을 사용하여, 위치를 계산함없이 시간 파라미터만으로 계산할 수 있다. 이는 바람직한 실시예에서 선험적 위치로 수학적 모델내 위치를 고정시키고 두 개의 미지의 파라미터: 공통 모드 에러 및 절대 시간을 계산함으로서 수행된다.

도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에서 시도된 다른 선험적 시간(축 604)과 관련된 잔류치 크기(축 602)의 그래프(600)이다. 이러한 특정 실시예에서, 각각 1분 이격한 가능한 시간의 범위는 도 5에 도시된 격자 포인트의 각각에 대해 시도된다. 제 1 의 선험적 절대 시간은 수신의 실제 절대 시간보다 대략 2½ 시간 뒤져 턴 아웃되는 시간을 추측함으로써 선택된다. 프로세스(400)가 도 5에 도시된 바와 같이 실제 위치로부터 대략 175km 떨어진 선험적 위치, 실제 절대 시간의 1분 이내선험적 시간 및 정확한 위치 및 시간을 계산하는 수학적 모델을 제공한다. 일반적으로, 수학적 모델은 선험적 위치 및 시간이 프로세스(300)가 정확한 정수를 계산하도록 하기에 충분히 근접하게 됨과 동시에 정확한 위치 및 시간을 계산할 것이다. 상술된 바와 같이 바람직한 실시예는 적정 격자 및 적절하게 이격한 시간 간격을 형성함으로써 적어도 하나의 선험적 위치 및 시간을 찾는 것을 보장한다.

비록 본 발명의 방법 및 장치가 GPS 위성을 기준하여 설명되었지만, 이러한 기술은 의사위성(pseudolite) 또는 위성과 의사위성의 조합을 사용하는 위치결정 시스템에 동등하게 적용된다는 것을 알 수 있을 것이다. 의사위성은 일반적으로 GPS 시간과 동기화되는 L-밴드 캐리어 신호로 변조되는 PN 코드(GPS 신호와 유사)를 방출하는 지상 송신기이다. "위성"이라는 용어는 여기서 사용된 바와 같이 의사위성 또는 의사위성의 등가를 포함하며, "GPS 신호"라는 용어는 여기서는 의사위성 또는 의사위성의 등가로부터의 GPS-형 신호를 포함하기 위한 것이다.

이상의 설명에서, 본 발명은 미국 위성 위치 확인 시스템(GPS)에 대한 적용을 기준으로 설명되었다. 하지만, 유사 위성 시스템에 동등하게 적용될 수 있으며, 특히 러시아 글로나스 시스템과 유럽 갈릴레오 시스템에 동등하게 적용될 수 있음이 명확하다. 여기서 사용된 용어 "GPS"는 러시아 글로나스 시스템과 유럽 갈릴레오 시스템을 포함하는 이러한 선택적인 위성 위치결정 시스템을 포함한다.

비록 본 발명의 기술에 접합될 수 있는 여러 실시예가 도시되고 상세히 설명되었지만, 당업자라면 이러한 특징을 접합하는 다른 많은 변화된 실시예가 용이하게 유도될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

Claims

GPS 수신기의 위치 및 시간을 계산하는 방법으로서,

다수의 GPS 위성에 대한 상기 GPS 수신기의 범위를 추정하는 의사범위를 제공하는 단계;

다수의 위성 신호의 수신의 절대 시간에 대한 추정치를 제공하는 단계;

상기 GPS 수신기의 위치에 대한 추정치를 제공하는 단계;

상기 위상 추정위치 데이터를 제공하는 단계; 및

상기 GPS 수신기의 절대 시간에 대한 상기 추정치와 위치에 대한 추정치를 업데이팅함으로서 상기 의사범위를 사용하여 절대 위치 및 절대 시간을 계산하는 단계를 포함하는 GPS 수신기의 위치 및 시간을 계산하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 의사범위는 밀리초-이하 의사범위인 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 및 시간을 계산하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 절대 시간의 추정치의 일례는 10밀리초 이상의 에러를 가지는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 및 시간을 계산하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 절대 시간의 추정치는 GPS 기준 시간에 링크되지 않은 클록에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 및 시간을 계산하는방법.
제1항에 있어서, 상기 위치 및 절대 시간에 대한 추정치는 임의의 추측에 의한 것임을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 및 시간을 계산하는 방법.
제1항에 있어서,

선험적 의사범위-잔류치를 형성하는 단계;

상기 선험적 의사범위-잔류치를 상기 위치 및 절대 시간 추정치의 업데이트에 관련시키는 수학적 모델을 형성하는 단계; 및

상기 수학적 모델에 맞은 위치 및 절대 시간의 업데이트를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 및 시간을 계산하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 선험적 의사범위-잔류치는 상기 위성으로부터 상기 선험적 위치 추정치로의 예상 범위와 의사범위 사이의 차이인 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 및 시간을 계산하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 예상 범위는 상기 선험적 시간 추정치에 의해 주어진 시간에 계산되는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 및 시간을 계산하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 수학적 모델은 비선형 수학적 모델의 테일러 급수의선형화인 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 및 시간을 계산하는 방법.
제9항에 있어서, 상기 선형화는 이하의 식이고:

여기서, u_i는 하나의 위성에 대한 선험적 범위-잔류치;

ρ_i는 위성 i에 대한 의사범위;

x, y 및 z는 위치 업데이트의 3개의 좌표;

t_C는 공통 모드 에러 업데이트;

t_S는 수신 업데이트의 절대 시간; 및

∂는 부분 도함수를 표시하는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 및 시간을 계산하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 업데이트중 하나 이상이 알려진 것으로 가정되어, 나머지 업데이트가 계산되는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 및 시간을 계산하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 업데이트 x, y, z 또는 t_C중 하나 이상이 알려진 것으로 가정되고 상기 수학적 모델내에서 가정치와 동일한 것으로 설정되어, 나머지업데이트가 계산되는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 및 시간을 계산하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 업데이트 x, y, z 또는 t_C중 하나 이상이 알려진 것으로 가정되고 의사범위-측정치로서 상기 수학적 모델에 가산되어, 나머지 업데이트가 계산되는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 및 시간을 계산하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 제한요인중 다른 측정치는 상기 수학적 모델내에서 사용되는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 및 시간을 계산하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 선험적 위치는 상기 GPS 수신기를 포함하는 이동 장치와 통신하는데 사용된 무선탑의 위치로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 및 시간을 계산하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 절대 시간 추정치는 서버내 실시간 클록으로부터 얻어지고, 상기 서버는 상기 GPS 수신기로부터 원격 위치하는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 위치 및 시간을 계산하는 방법.
GPS 수신기의 절대 시간을 계산하는 방법으로서,

다수의 GPS 위성에 상기 GPS 수신기의 범위를 추정하는 의사범위를 제공하는 단계;

상기 GPS 수신기의 위치에 대하 추정치를 제공하는 단계; 및

상기 의사범위 및 위치 추정치를 사용하여 절대 시간을 계산하는 단계를 포함하는 GPS 수신기의 절대 시간 계산 방법.
제17항에 있어서, 상기 의사범위는 밀리초-이하의 의사범위인 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 절대 시간 계산 방법.
제17항에 있어서,

선험적 의사범위-잔류치를 형성하는 단계;

상기 선험적 의사범위-잔류치를 상기 위치 및 절대 시간 추정치의 업데이트에 관련시키는 수학적 모델을 형성하는 단계; 및

상기 수학적 모델에 맞은 위치 및 절대 시간의 업데이트를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 절대 시간 계산 방법.
제19항에 있어서, 상기 선험적 의사범위-잔류치는 상기 위성으로부터 상기 선험적 위치 추정치로의 예상 범위와 상기 의사범위 사이의 차이인 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 절대 시간 계산 방법.
제19항에 있어서, 상기 예상 범위는 상기 선험적 시간 추정치에 의해 주어진 시간에서 계산되는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 절대 시간 계산 방법.
제19항에 있어서, 상기 수학적 모델은 비선형 수학적 모델의 테일러 급수의 선형화인 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 절대 시간 계산 방법.
제22항에 있어서, 상기 선형화는 이하의 식이고:

여기서, u_i는 하나의 위성에 대한 선험적 범위-잔류치;

ρ_i는 위성 i에 대한 의사범위;

x, y 및 z는 위치 업데이트의 3개의 좌표;

t_C는 공통 모드 에러 업데이트;

t_S는 수신 업데이트의 절대 시간; 및

∂는 부분 도함수를 표시하는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 절대 시간 계산 방법.
제23항에 있어서, 상기 업데이트 x, y, z 또는 t_C중 하나 이상이 알려진 것으로 가정되고 상기 수학적 모델내에서 가정치와 동일한 것으로 설정되어, 나머지업데이트가 계산되는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 절대 시간 계산 방법.
제24항에 있어서, 상기 업데이트 x, y, z 또는 t_C중 하나 이상이 알려진 것으로 가정되고 의사범위-측정치로서 상기 수학적 모델에 가산되어, 나머지 업데이트가 계산되는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 절대 시간 계산 방법.
제24항에 있어서, 상기 제한요인중 다른 측정치는 상기 수학적 모델내에서 사용되는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 절대 시간 계산 방법.
제24항에 있어서, 상기 선험적 위치는 상기 GPS 수신기를 포함하는 이동 장치와 통신하는데 사용된 무선탑의 위치로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 GPS 수신기의 절대 시간 계산 방법.
다수의 정수 밀리초의 모호성을 가진 부분 의사범위로부터 GPS 수신기에 대한 GPS 위치를 계산하는 방법으로서,

a) 상기 GPS 수신기의 선험적 위치를 선택하는 단계;

b) 상기 선험적 위치에 부합하는 정수를 계산하는 단계;

c) 항법 솔루션을 계산하는 단계;

d) 귀납적 잔류치를 계산하는 단계; 및

e) 상기 계산된 정수가 정확하다고 결정하는데 상기 귀납적 잔류치의 상대 크기를 사용하는 단계; 및

f) 사전설정된 임계치 이하의 크기를 가진 잔류치가 계산될 때까지 다른 선험적 위치를 사용하여 상기 단계 c), d) 및 e)를 반복하는 단계를 포함하는 GPS 위치 계산 방법.
제28항에 있어서, 상기 선험적 위치는 실제 수신기 위치의 특정 거리내에 있지 않은 것을 특징으로 하는 GPS 위치 계산 방법.
제28항에 있어서, 상기 선험적 위치는 실제 수신기 위치로부터 100km 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 GPS 위치 계산 방법.
제28항에 있어서, 상기 선험적 위치는 실제 수신기 위치로부터 하나의 정수 밀리초보다 더 큰 것을 특징으로 하는 GPS 위치 계산 방법.
제28항에 있어서, 상기 선험적 위치는 임의의 추측치인 것을 특징으로 하는 GPS 위치 계산 방법.
GPS 수신기에 대한 위치 및 시간을 계산하는 시스템으로서:

GPS 수신기 및 무선 송수신기를 포함하는 이동 장치; 및

상기 이동 장치와 무선 통신하는 서버를 포함하며,

상기 GPS 수신기는 다수의 GPS 위성에 대한 상기 GPS 수신기의 범위를 추정하는 의사범위를 계산하며 상기 무선 송수신기는 상기 의사범위를 상기 서버에 전송하며,

상기 서버는 상기 의사범위 및 위치와 시간에 대한 추정치를 사용하여 상기 GPS 수신기에 대한 절대 위치 및 절대 시간을 계산하는 GPS 수신기에 대한 위치 및 시간 계산 시스템.
제33항에 있어서, 상기 의사범위는 밀리초-이하 의사범위인 것을 특징으로 하는 GPS 수신기에 대한 위치 및 시간 계산 시스템.
제33항에 있어서, 상기 위치 추정치는 상기 무선 송수신기로부터 신호를 수신하는 서버에 연결된 무선탑의 위치인 것을 특징으로 하는 GPS 수신기에 대한 위치 및 시간 계산 시스템.