절대 위상중심변화 적용이 국내 GPS 망 자료처리에 미치는 영향분석 AN ANALYSIS OF THE EFFECT ON THE DATA PROCESSING OF KOREA GPS NETWORK BY THE ABSOLUTE PHASE CENTER VARIATIONS OF GPS ANTENNA원문보기
GPS 안테나 절대 PCV를 이용한 결과가 가지고 있는 지구 축척문제가 GPS 위성 안테나의 PCV 추정을 통해 해결되면서, IGS는 기존에 사용해오던 상대 PCV에서 절대 PCV로의 전환을 준비하고 있다. 이에 따라 전 세계 모든 GPS 고정밀 자료처리는 절대 PCV를 사용하여 수행될 예정이다. 그러므로 향후 국내 GPS 관측망 자료처리의 일관성과 안정성 확보를 위해 기존의 상대 PCV를 이용한 자료처리 결과와 절대 PCV를 적용한 결과를 비교 분석할 필요가 있다. 이 논문에서는 절대 PCV의 사용이 GPS 정밀측위에 미치는 영향을 GPS 망 자료처리를 통해 분석하였다. 기선의 길이와 안테나 레이돔의 영향을 알아보기 위해 1000km이상의 기선을 갖도록 IGS 기준국인 중국의 베이징, 우한과 우리나라의 대전, 수원을 사용하여 GPS 망을 구성하고 자료처리를 수행하였다. 기선의 길이가 1000km 이상인 경우 평균 1.33cm의 수직방향 차이를 보였고, 여기에 레이돔을 고려했을 경우 평균 2.97cm의 차이를 보였다. 절대 PCV적용이 국내 GPS망 자료처리에 미치는 영향을 시험하기 위해 한국천문연구원의 상시관측소 9개 중 데이터 품질이 종은 7개의 관측소에 대해 상대 PCV와 절대 PCV를 각각 적용한 결과를 서로 비교 분석하였다. 수직방향의 차이는 평균 0.12cm로써 국내 지역망에서는 그 효과가 크지 않음을 확인하였다.
GPS 안테나 절대 PCV를 이용한 결과가 가지고 있는 지구 축척문제가 GPS 위성 안테나의 PCV 추정을 통해 해결되면서, IGS는 기존에 사용해오던 상대 PCV에서 절대 PCV로의 전환을 준비하고 있다. 이에 따라 전 세계 모든 GPS 고정밀 자료처리는 절대 PCV를 사용하여 수행될 예정이다. 그러므로 향후 국내 GPS 관측망 자료처리의 일관성과 안정성 확보를 위해 기존의 상대 PCV를 이용한 자료처리 결과와 절대 PCV를 적용한 결과를 비교 분석할 필요가 있다. 이 논문에서는 절대 PCV의 사용이 GPS 정밀측위에 미치는 영향을 GPS 망 자료처리를 통해 분석하였다. 기선의 길이와 안테나 레이돔의 영향을 알아보기 위해 1000km이상의 기선을 갖도록 IGS 기준국인 중국의 베이징, 우한과 우리나라의 대전, 수원을 사용하여 GPS 망을 구성하고 자료처리를 수행하였다. 기선의 길이가 1000km 이상인 경우 평균 1.33cm의 수직방향 차이를 보였고, 여기에 레이돔을 고려했을 경우 평균 2.97cm의 차이를 보였다. 절대 PCV적용이 국내 GPS망 자료처리에 미치는 영향을 시험하기 위해 한국천문연구원의 상시관측소 9개 중 데이터 품질이 종은 7개의 관측소에 대해 상대 PCV와 절대 PCV를 각각 적용한 결과를 서로 비교 분석하였다. 수직방향의 차이는 평균 0.12cm로써 국내 지역망에서는 그 효과가 크지 않음을 확인하였다.
The International GNSS Service (IGS) has prepared for a transition from the relative phase conte. variation (PCV) to the absolute PCV, because the terrestrial scale problem of the absolute PCV was resolved by estimating the PCV of the GPS satellites. Thus, the GPS data will be processed by using the...
The International GNSS Service (IGS) has prepared for a transition from the relative phase conte. variation (PCV) to the absolute PCV, because the terrestrial scale problem of the absolute PCV was resolved by estimating the PCV of the GPS satellites. Thus, the GPS data will be processed by using the absolute PCV which will be an IGS standard model in the near future. It is necessary to compare and analyze the results between the relative PCV and the absolute PCV for the establishment of the reliable processing strategy. This research analyzes the effect caused by the absolute PCV via the GPS network data processing. First, the four IGS stations, Daejeon, Suwon, Beijing and Wuhan, are selected to make longer baselines than 1000km, and processed by using the relative PCV and the absolute PCV to examine the effect of the antenna raydome. Beijing and Wuhan stations of which the length of baselines are longer than 1000km show the average difference of 1.33cm in the vertical component, and 2.97cm when the antenna raydomes are considered. Second, the 7 permanent GPS stations among the total 9 stations, operated by Korea Astronomy and Space Science Institute, are processed by applying the relative PCV and the absolute PCV, and their results are compared and analyzed. An insignificant effect of the absolute PCV is shown in Korea regional network with the average difference of 0.12cm in the vertical component.
The International GNSS Service (IGS) has prepared for a transition from the relative phase conte. variation (PCV) to the absolute PCV, because the terrestrial scale problem of the absolute PCV was resolved by estimating the PCV of the GPS satellites. Thus, the GPS data will be processed by using the absolute PCV which will be an IGS standard model in the near future. It is necessary to compare and analyze the results between the relative PCV and the absolute PCV for the establishment of the reliable processing strategy. This research analyzes the effect caused by the absolute PCV via the GPS network data processing. First, the four IGS stations, Daejeon, Suwon, Beijing and Wuhan, are selected to make longer baselines than 1000km, and processed by using the relative PCV and the absolute PCV to examine the effect of the antenna raydome. Beijing and Wuhan stations of which the length of baselines are longer than 1000km show the average difference of 1.33cm in the vertical component, and 2.97cm when the antenna raydomes are considered. Second, the 7 permanent GPS stations among the total 9 stations, operated by Korea Astronomy and Space Science Institute, are processed by applying the relative PCV and the absolute PCV, and their results are compared and analyzed. An insignificant effect of the absolute PCV is shown in Korea regional network with the average difference of 0.12cm in the vertical component.
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문제 정의
이 논문에서는 이와 같은 변화를 배경으로 절대 PCV로의 전환이 실제 국내 자료처리 결과에 얼 마나 영향을 미치는가를 분석하였다. 먼저 절대 PCV을 사용할 경우 기선길이 1000km 이상 장기선 에서의 영향과 레이돔(raydome) 영향을 살펴보기 위해 IGS 관측소 대전, 수원과 중국의 베이징, 우 한을 선택하여 상대 PCV와 절대 PCV를 각각 적용한 결과를 비교하였다.
이 논문에서는 현재 IGS에서 추진 중인 상대 PCV에서 절대 PCV로의 전환에 대한 내용을 소개 하고 각 PCV의 측정방법과 특징을 설명하였다. 또한 절대 PCV 사용이 국내 GPS 관측망 자료처리 결과에 미칠 수 있는 영향에 대해 사전 분석을 수행하였다.
그림 5에서 굵 은 실선부분은 자료처리에 선정된 기선으로, 각 기선간 거리는 베이징-우한 약 1, 016km, 베이징-수 원 약 1, 007km, 수원-대전 약 101km이다. 장기선 외에 대전-수원 간 비교적 짧은 기선을 설정한 이 유는 기선의 길이에 따른 결과의 차이를 동시에 관찰하기 위해서이다. 그리고 베이징과 우한은 각각 절대 PCV에서 제공하는 안테나-레이돔 조합에 맞는 레이돔을 갖고 있으므로 이를 이용하여 레이돔 을 고려했을 경우와 고려하지 않는 경우의 차이를 비교할 수 있다.
가설 설정
그리고 현재 IGS 에서도 국내 IGS 기준국인 대전과 수원을 자료처리시 레 이돔을 고려하지 않고 계산한다. 따라서 이 논문에서는 별도로 레이돔의 효과를 고려하지 않았다.
제안 방법
먼저 절대 PCV을 사용할 경우 기선길이 1000km 이상 장기선 에서의 영향과 레이돔(raydome) 영향을 살펴보기 위해 IGS 관측소 대전, 수원과 중국의 베이징, 우 한을 선택하여 상대 PCV와 절대 PCV를 각각 적용한 결과를 비교하였다. 그리고 국내 GPS 관측망 에 대한 영향을 관찰하기 위해 한국천문연구원이 운영중인 9개 GPS 상시관측소 중 품질이 좋은 7개 관측소의 2006년 1월 한 달간의 자료를 처 리하고 그 결과를 비교 분석하였다.
장기선 외에 대전-수원 간 비교적 짧은 기선을 설정한 이 유는 기선의 길이에 따른 결과의 차이를 동시에 관찰하기 위해서이다. 그리고 베이징과 우한은 각각 절대 PCV에서 제공하는 안테나-레이돔 조합에 맞는 레이돔을 갖고 있으므로 이를 이용하여 레이돔 을 고려했을 경우와 고려하지 않는 경우의 차이를 비교할 수 있다. 표 2는 이 GPS망에 포함된 관측 소의 사양을 나타낸다.
2006). 따라서 이 연구에서는 자 료처리시 최종 데이텀(datum)을 결정할 때 IGS 기준국인 대전의 좌표를 IGSOOb 프레임에 고정시켜 처 리 결과의 기준프레 임을 정의 하였다.
이 논문에서는 현재 IGS에서 추진 중인 상대 PCV에서 절대 PCV로의 전환에 대한 내용을 소개 하고 각 PCV의 측정방법과 특징을 설명하였다. 또한 절대 PCV 사용이 국내 GPS 관측망 자료처리 결과에 미칠 수 있는 영향에 대해 사전 분석을 수행하였다. 실험결과 기선길이가 1000km 이상인 베 이징과 우한의 경우, 레이돔을 고려하지 않았을 때는 수직방향으로 1.
상대 PCV는 매우 짧은 기선을 이용하여 결정되므로 이 결과는 수 천 km의 장기선 이 나 수신 안테 나가 기울어졌을 경우 안테나 위상중심을 정확하게 적용할 수 없다(Schmid, Mader & Herring 2004). 또한, 상대 PCV는 안테나 레이돔의 영향을 고려하지 않는 반면, 절대 PCV는 실제 많은 상시관측소 가 사용하고 있는 레이돔의 영향을 계산하여 각 안테나와 레이돔이 조합된 PCV를 제공한다. 그러므 로 수 천 km 대의 장기선을 처리할 경우 상대 PCV를 적용한 안테나 위상중심변화는 자료처리 결과 에 상당한 오차를 가져올 것이다.
이 논문에서는 이와 같은 변화를 배경으로 절대 PCV로의 전환이 실제 국내 자료처리 결과에 얼 마나 영향을 미치는가를 분석하였다. 먼저 절대 PCV을 사용할 경우 기선길이 1000km 이상 장기선 에서의 영향과 레이돔(raydome) 영향을 살펴보기 위해 IGS 관측소 대전, 수원과 중국의 베이징, 우 한을 선택하여 상대 PCV와 절대 PCV를 각각 적용한 결과를 비교하였다. 그리고 국내 GPS 관측망 에 대한 영향을 관찰하기 위해 한국천문연구원이 운영중인 9개 GPS 상시관측소 중 품질이 좋은 7개 관측소의 2006년 1월 한 달간의 자료를 처 리하고 그 결과를 비교 분석하였다.
상대 PCV는 현재까지 IGS 공식적으로 사용되고 있는 GPS 안테나 위상중심변화 모델로써 미국 의 NGS(national geodetic survey)에서 결과를 제공한다. 상대 PCV를 측정하는 장비의 구성은 그림 1과 같다.
그림 6과 표 3에서 기선의 길이가 증가함에 따라 상대 PCV의 결과와 절대 PCV의 차이가 커짐을 알 수 있었고, 레이돔 조합을 고려하면 그 차이가 더욱 커지는 것을 확인하였다. 이 실험에서 확 인한 내용을 바탕으로 우리나라의 GPS 상시관측자료를 처리하여 그 결과를 비교하였다. 사용된 관 측소의 이름과 설치사양은 표 4와 같으며, 위치와 기선은 그림 7과 같다.
대상 데이터
사용된 관측소와 기선. DAEJ(대전), BHAO(보현산), SBAO(소백산), SKCH(속초), MKPO(목포), YOSU(여수), JEJU(제주).
그리고 두 수신기를 정확하게 동 기화하기 위해 외부 주파수원으로 루비듐 오실레이터를 사용한다. 기준 안테나로는 JPL이 설계한 Dorne/Margolin 초크링 안테나를 사용하며 명칭은 JPL D/M+crT이다. 모든 안테나의 PCV는 이 기준 안테나에 대해 상대적으로 결정된다.
앞서 우리나라 주변에 위치하고 기선의 길이 천 km가 넘는 곳을 선정하여 실험하였다. 사용된 관측 소는 우리나라의 IGS 기준국인 대전과 수원 그리고 중국 베이징과 우한이다(그림 5). 그림 5에서 굵 은 실선부분은 자료처리에 선정된 기선으로, 각 기선간 거리는 베이징-우한 약 1, 016km, 베이징-수 원 약 1, 007km, 수원-대전 약 101km이다.
그림 7에서 구성된 기선의 길이는, 대전-소백산 114km, 소백산-속초 147km, 소백 산-보현산 97km, 대전-여수 185km, 여수-목포 121km, 목포-제주 170km이다. 사용된 모든 관측소는 안테나 보호를 위한 레이돔을 가지고 있다. 그러나 설치된 레이돔은 현재 정확한 모델명 파악이 어 려우며 현재 절대 PCV에서 제공하는 안테나-레이돔 조합에 포함되어 있지 않다.
앞서 우리나라 주변에 위치하고 기선의 길이 천 km가 넘는 곳을 선정하여 실험하였다. 사용된 관측 소는 우리나라의 IGS 기준국인 대전과 수원 그리고 중국 베이징과 우한이다(그림 5).
이 논문에 사용된 GPS 자료의 기간은 2006년 1월 1 일부터 31 일까지이며, 두 가지 데이터를 이용 하여 자료처리를 수행하였다. 첫 번째는 우리나라의 대전, 수원, 중국의 베이징, 우한 관측소, 두 번 째는 대전, 보현산, 소백산, 속초, 목포, 제주, 여수 관측소이다.
자료처리시 IGS에서 제공하는 최종 궤도력과 최종 지구자전파라미터를 사용하였다. 기타 처리전략과 사용된 모델은 표 1에 나타내었다.
이론/모형
첫 번째는 우리나라의 대전, 수원, 중국의 베이징, 우한 관측소, 두 번 째는 대전, 보현산, 소백산, 속초, 목포, 제주, 여수 관측소이다. 자료처리 프로그램은 스위스 베른대 학에서 개발한 Bernese GPS S/W 5.0(Hugentobler et al. 2006)을 사용하였다.
성능/효과
그림 6과 표 3에서 기선의 길이가 증가함에 따라 상대 PCV의 결과와 절대 PCV의 차이가 커짐을 알 수 있었고, 레이돔 조합을 고려하면 그 차이가 더욱 커지는 것을 확인하였다. 이 실험에서 확 인한 내용을 바탕으로 우리나라의 GPS 상시관측자료를 처리하여 그 결과를 비교하였다.
표 5와 그림 8은 앞서 소개한 한국천문연구원 GPS 관측망에 대해 처리한 결과를 분석한 내용으 로, 앞의 결과와 마찬가지로 수직방향의 차이가 더 크게 나타나는 것을 볼 수 있다. 베이징과 우한의 결과와 비교했을 때 상대 PCV와 절대 PCV를 이용한 결과의 차이가 전체적으로 약 10분 1로 나타 났다. 이는 상대적으로 기선의 길이가 짧기 때문에 오차가 더 적게 나타난다.
또한 절대 PCV 사용이 국내 GPS 관측망 자료처리 결과에 미칠 수 있는 영향에 대해 사전 분석을 수행하였다. 실험결과 기선길이가 1000km 이상인 베 이징과 우한의 경우, 레이돔을 고려하지 않았을 때는 수직방향으로 1.62cm, 1.04cm 차이를 보였고, 고려했을 때는 각각 3.14cm, 우한이 2.79cm로 고려하지 않은 경우보다 약 1.5cm 정도 더 큰 차이를 보였다. 기선길이가 약 101km인 수원의 경우 0.
Hugentobler, U., Schaer, S., Fridez, P., & Meindl, M. 2006, Bernese GPS Software Version 5.0 DRAFT (Bern: Printing Office of the University of Bern), pp.198-199
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