본 논문에서는 PRC(Pseudo Range Correction : 의사 거리 보정치) 선형보간 알고리즘의 성능을 분석 및 검증한 후 적용 함으로써 기지의 DGPS 기준국 위치정보를 이용하여 미지의 사용자 위치를 파악할 수 있다. 중파DGPS 신호를 이용한 PRC 선형보간 알고리즘의 항법해 성능을 검증하기 위해 다채널 DGPS 수신기를 이용한 실시간 환경에서의 현장 실험결과를 활용했다. 현장실험용으로, 다중 DGPS 기준국의 보정 정보를 실시간으로 획득하기 위해 해양수산부에서 운영하고 있는 해상용 DGPS 기준국 및 내륙 DGPS 기준국 신호를 이용했다. 대전 근방에서는 무주, 영주, 어청도, 팔미도 등 모두 4 곳의 DGPS 기준국의 신호 수신이 가능하다. PRC 재생성 알고리즘의 위치해 성능 분석을 위해 개별적인 DGPS 위치해와 3중 커버리지 조합의 위치해를 구해 상호 비교했다. 동적 상태에서의 위치해 성능평가 기준으로 RTK-GPS 측위 결과를 이용했다. 단, 항공용 GNSS 보정정보는 RTCA(Radio Technical Commission for Aeronautics) 포맷에 따르고 해상용 GNSS 보정정보는 RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services) 포맷을 사용하였다. 다중 DGPS 신호를 사용하는 PRC 선형 보간을 통한 위치해 성능향상 알고리즘을 제안하고 다중 DGPS 기준국 정보를 이용한 위치해와 단독 DGPS 기준국 정보만을 이용한 위치해를 상호 비교하여 PRC 재생성 알고리즘이 우수성을 검증했다.
본 논문에서는 PRC(Pseudo Range Correction : 의사 거리 보정치) 선형보간 알고리즘의 성능을 분석 및 검증한 후 적용 함으로써 기지의 DGPS 기준국 위치정보를 이용하여 미지의 사용자 위치를 파악할 수 있다. 중파 DGPS 신호를 이용한 PRC 선형보간 알고리즘의 항법해 성능을 검증하기 위해 다채널 DGPS 수신기를 이용한 실시간 환경에서의 현장 실험결과를 활용했다. 현장실험용으로, 다중 DGPS 기준국의 보정 정보를 실시간으로 획득하기 위해 해양수산부에서 운영하고 있는 해상용 DGPS 기준국 및 내륙 DGPS 기준국 신호를 이용했다. 대전 근방에서는 무주, 영주, 어청도, 팔미도 등 모두 4 곳의 DGPS 기준국의 신호 수신이 가능하다. PRC 재생성 알고리즘의 위치해 성능 분석을 위해 개별적인 DGPS 위치해와 3중 커버리지 조합의 위치해를 구해 상호 비교했다. 동적 상태에서의 위치해 성능평가 기준으로 RTK-GPS 측위 결과를 이용했다. 단, 항공용 GNSS 보정정보는 RTCA(Radio Technical Commission for Aeronautics) 포맷에 따르고 해상용 GNSS 보정정보는 RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services) 포맷을 사용하였다. 다중 DGPS 신호를 사용하는 PRC 선형 보간을 통한 위치해 성능향상 알고리즘을 제안하고 다중 DGPS 기준국 정보를 이용한 위치해와 단독 DGPS 기준국 정보만을 이용한 위치해를 상호 비교하여 PRC 재생성 알고리즘이 우수성을 검증했다.
As PRC linear interpolation algorithm is applied after analysed and verified in this paper, the unknown location of a user can be identified by using PRC information of multi-DGPS reference station. The PRC information of each GPS satellite is not varying rapidly, which makes it possible to assume t...
As PRC linear interpolation algorithm is applied after analysed and verified in this paper, the unknown location of a user can be identified by using PRC information of multi-DGPS reference station. The PRC information of each GPS satellite is not varying rapidly, which makes it possible to assume that PRC information of each GPS satellite varies linearly. So, the PRC regeneration algorithm with linear interpolation can be applied to improve the accuracy of finding a user's location by using the various PRC information obtained from multi-DGPS reference station. The desirable PRC is made by the linear combination with the known position of multi-DGPS reference station and PRC values of a satellite using signals from multi-DGPS reference station. The RTK-GPS result was used as the reference. To test the performance of the linearly interpolated PRC regeneration algorithm, multi-channel DGPS beacon receiver was built to get a user's position more exactly by using PRC data of maritime DGPS reference station in RTCM format. At the end of this paper, the result of the quantitative analysis of the developed navigation algorithm performance is presented.
As PRC linear interpolation algorithm is applied after analysed and verified in this paper, the unknown location of a user can be identified by using PRC information of multi-DGPS reference station. The PRC information of each GPS satellite is not varying rapidly, which makes it possible to assume that PRC information of each GPS satellite varies linearly. So, the PRC regeneration algorithm with linear interpolation can be applied to improve the accuracy of finding a user's location by using the various PRC information obtained from multi-DGPS reference station. The desirable PRC is made by the linear combination with the known position of multi-DGPS reference station and PRC values of a satellite using signals from multi-DGPS reference station. The RTK-GPS result was used as the reference. To test the performance of the linearly interpolated PRC regeneration algorithm, multi-channel DGPS beacon receiver was built to get a user's position more exactly by using PRC data of maritime DGPS reference station in RTCM format. At the end of this paper, the result of the quantitative analysis of the developed navigation algorithm performance is presented.
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문제 정의
본 논문에서는 중파 DGPS 신호를 이용한 PRC(Pseudo Range Correction) 선형보간 알고리즘의 항법해 성능을 검증했다. 다채널 DGPS 수신기를 이용한 실시간 환경에서 현장 실험 결과를 토대로 다중 DGPS 신호 이용환경 하에서 PRC 선형보간 알고리즘을 이용한 위치해 성능향상을 위한 알고리즘을 제안했다.
가설 설정
• 공통된 위성들 중 신호가 양호한 위성이 4개 이상이다. .
본 연구에서 사용된 DGPS 보정 값(PRC) 재생성 알고리즘은 기본적으로 새로운 보정 값을 계산하기 위해, 이동체의 위치와 DGPS 보정 정보를 송출한 기준국 간의 거리를 계산하고, 가장 근접한 기준국의 보정 값에 보다 높은 가중값을 주는 방식을 사용하였다. 새로운 보정 값을 생성하기 위하여 다음의 조건들을 가정하였다.
제안 방법
위치정확도 향상 성능시험은 2단계에 거쳐 실시되었다. 1 단계에서는 해상용 DGPS 기준국에 저장되어 있는 PRC 방송데이터를 수집하여 후처리하였으며, 2단계에서는 다채널 다중 PRC 정보 수신기를 제작하여 실시간으로 방송되는 PRC 정보를 이용했다.
2단계 성능시험은 실시간으로 각 DGPS 기준국으로부터 방송되는 PRC 정보를 수신할 수 있는 다채널 다중 PRC 정보 수신기 제작하여 실시했다. 실시간 PRC 정보의 이용에는 대전지역에서 수신이 가능한 내륙의 무주 기준국과 영주 기준국의 PRC 정보와 해상의 팔미도, 어청도 기준국 정보를 이용하였으며, 다채널 다중 PRC 정보 수신기 구성도는 (그림 8)에 나타냈다.
대전 근방에서는 무주, 영주, 어청도, 팔미도 등 모두 4곳의 DGPS 기준국 신호 수신이 가능하다. PRC 재생성 알고리즘의 위치해 성능 분석을 위해 개별적인 DGPS 위치해와 3중 커버리지 조합의 위치해를 구해 상호 비교하였다.
관측 GPS 위성의 오류 사이클의 발생 시 예상치 못한 PRC 값의 변화를 보정한다. 다중 DGPS 환경에서의 PRC 재생성 알고리즘에 의해 안정적인 위치해 성능을 보장하여 11개의 해상 DGPS 기준국과 6개의 내륙용 DGPS 기준국으로 해양용 DGPS가 내륙산간지역을 제외한 전 국토의 65% 지역에서 이용 가능하므로 내륙 DGPS 기준국 서비스로 미지의 사용자 위치를 표현할 수 있는 3중 보정(coverage) 서비스를 이용할 수 있다.
다중 DGPS 및 단독 DGPS 실험 결과 비교에서 가장 성능이 저조한 다중 DGPS 기준국 조합 (팔미도-어청도-영주 기준국)의 경우와 가장 성능이 좋은 단독 DGPS(팔미도 기준국)의 경우를 비교했다. 그 결과 다중 DGPS 기준국 보정 정보를 이용한 경우의 동적 위치해가 기준데이터에 근접함을 볼 수 있듯이, 선형보간 PRC 재생성에 의한 위치해는 정지 상태에서보다 동적 상태에서 성능의 우수함이 부각되고 있음을 실험 결과를 통하여 증명했다.
본 논문에서는 중파 DGPS 신호를 이용한 PRC(Pseudo Range Correction) 선형보간 알고리즘의 항법해 성능을 검증했다. 다채널 DGPS 수신기를 이용한 실시간 환경에서 현장 실험 결과를 토대로 다중 DGPS 신호 이용환경 하에서 PRC 선형보간 알고리즘을 이용한 위치해 성능향상을 위한 알고리즘을 제안했다. 동적 상태에서의 위치해 성능평가 기준으로 RTK-GPS 측위 결과를 이용, 다중 DGPS 기준국 정보를 이용한 위치해와 단독 DGPS 기준국 정보만을 이용한 위치해를 상호 비교하여 PRC 재생성 알고리즘의 우수성을 검증했다,
다채널 DGPS 수신기를 이용한 실시간 환경에서 현장 실험 결과를 토대로 다중 DGPS 신호 이용환경 하에서 PRC 선형보간 알고리즘을 이용한 위치해 성능향상을 위한 알고리즘을 제안했다. 동적 상태에서의 위치해 성능평가 기준으로 RTK-GPS 측위 결과를 이용, 다중 DGPS 기준국 정보를 이용한 위치해와 단독 DGPS 기준국 정보만을 이용한 위치해를 상호 비교하여 PRC 재생성 알고리즘의 우수성을 검증했다,
본 논문에서는 중파 DGPS 신호를 이용한 PRC(Pseudo Range Correction: 의사 거리 보정치) 선형보간 알고리즘의 항법해 성능을 검증하기 위해, 다채널 DGPS 수신기를 이용한, 실시간 환경하에서의 현장 실험 결과를 가지고 다중 DGPS 신호 이용환경 하에서 PRC 선형보간 알고리즘을 이용한 위치해 성능향상을 위한 알고리즘을 제안하고 이의 성능을 검증하였으며, 현장 실험은 팔미도 기준국 신호와 어 청도 기준국 신호, 그리고 무주 기준국 신호를 동시에 수신 할 수 있는 부여 인근 지역에서 실시하였다.
본 연구에서 사용된 DGPS 보정 값(PRC) 재생성 알고리즘은 기본적으로 새로운 보정 값을 계산하기 위해, 이동체의 위치와 DGPS 보정 정보를 송출한 기준국 간의 거리를 계산하고, 가장 근접한 기준국의 보정 값에 보다 높은 가중값을 주는 방식을 사용하였다. 새로운 보정 값을 생성하기 위하여 다음의 조건들을 가정하였다.
대상 데이터
본 논문에서는 다중 DGPS 기준국의 보정 정보를 실시간으로 획득하기 위해 해양수산부에서 운영하고 있는 해상용 DGPS 기준국 및 내륙 DGPS 기준국 신호를 이용하였다.
2단계 성능시험은 실시간으로 각 DGPS 기준국으로부터 방송되는 PRC 정보를 수신할 수 있는 다채널 다중 PRC 정보 수신기 제작하여 실시했다. 실시간 PRC 정보의 이용에는 대전지역에서 수신이 가능한 내륙의 무주 기준국과 영주 기준국의 PRC 정보와 해상의 팔미도, 어청도 기준국 정보를 이용하였으며, 다채널 다중 PRC 정보 수신기 구성도는 (그림 8)에 나타냈다.
성능/효과
항법해 성능분석은 4개의 기준국을 이용한 경우, 3개의 기준국을 이용한 경우, 2개의 기준국을 이용한 경우로 나누어 수행되었으며, 분석 결과 3개의 기준국 정보를 이용한 경우의 위치 오차 성능이 가장 좋은 것으로 나타났다. 3개 기준국 보정 정보를 이용한 경우 단독 기준국 보정 정보를 이용한 기준국별 위치 오차의 개선율이 평균 41%에 이르렀다. <표 1>에 3개의 기준국을 이용한 경우의 후처리 분석 결과를 정리했다.
다중 DGPS 및 단독 DGPS 실험 결과 비교에서 가장 성능이 저조한 다중 DGPS 기준국 조합 (팔미도-어청도-영주 기준국)의 경우와 가장 성능이 좋은 단독 DGPS(팔미도 기준국)의 경우를 비교했다. 그 결과 다중 DGPS 기준국 보정 정보를 이용한 경우의 동적 위치해가 기준데이터에 근접함을 볼 수 있듯이, 선형보간 PRC 재생성에 의한 위치해는 정지 상태에서보다 동적 상태에서 성능의 우수함이 부각되고 있음을 실험 결과를 통하여 증명했다.
관측 GPS 위성의 오류 사이클의 발생 시 예상치 못한 PRC 값의 변화를 보정한다. 다중 DGPS 환경에서의 PRC 재생성 알고리즘에 의해 안정적인 위치해 성능을 보장하여 11개의 해상 DGPS 기준국과 6개의 내륙용 DGPS 기준국으로 해양용 DGPS가 내륙산간지역을 제외한 전 국토의 65% 지역에서 이용 가능하므로 내륙 DGPS 기준국 서비스로 미지의 사용자 위치를 표현할 수 있는 3중 보정(coverage) 서비스를 이용할 수 있다. 또한, 육상 이용자를 위한 GPS 위치 오차를 실시간 제공하여 지형 측량의 성과 향상 및 측량산업의 발전 및 정밀지적도 제작을 할 수 있다.
동적 상태에서의 위치해 성능평가 기준으로 RTK-GPS 측 위 결과를 이용하였으며, 다중 DGPS 기준국 정보를 이용한 위치해와 단독 DGPS 기준국 정보만을 이용한 위치해를 상호 비교하여 PRC 재생성 알고리즘이 우수성을 검증하였다. 실험은 옥상에 'KA' 글자를 새기고 그 위로 움직이는 동적 실험을 실시했다.
본 논문의 결과는 실험을 통해 확인한 바와 같이 다중 DGPS 이용환경에서 PRC 재생성알고리즘을 사용할 경우, 정확하고 안정적인 위치해 및 항법 성능을 기대할 수 있다.
정지상태 성능시험에 대한 결과는 (그림 9) 정지상태 분산 좌표(분산좌표-상:단독 DGPS, 하:다중 DGPS)에서 보듯이 붉은색 사각형은 같은 크기로 단독 DGPS 그림에 비해 다 중 DGPS 기준국 PRC 정보를 재가공하여 위치해를 구한 다중 DGPS 그림의 위치 성능이 우수함을 볼 수 있다. 그 구 체적인 수치는<표 2>3개 기준국을 이용한 실시간 위치정 확도를 정리했다.
항법해 성능분석은 4개의 기준국을 이용한 경우, 3개의 기준국을 이용한 경우, 2개의 기준국을 이용한 경우로 나누어 수행되었으며, 분석 결과 3개의 기준국 정보를 이용한 경우의 위치 오차 성능이 가장 좋은 것으로 나타났다. 3개 기준국 보정 정보를 이용한 경우 단독 기준국 보정 정보를 이용한 기준국별 위치 오차의 개선율이 평균 41%에 이르렀다.
후속연구
다중 DGPS 환경에서의 PRC 재생성 알고리즘에 의해 안정적인 위치해 성능을 보장하여 11개의 해상 DGPS 기준국과 6개의 내륙용 DGPS 기준국으로 해양용 DGPS가 내륙산간지역을 제외한 전 국토의 65% 지역에서 이용 가능하므로 내륙 DGPS 기준국 서비스로 미지의 사용자 위치를 표현할 수 있는 3중 보정(coverage) 서비스를 이용할 수 있다. 또한, 육상 이용자를 위한 GPS 위치 오차를 실시간 제공하여 지형 측량의 성과 향상 및 측량산업의 발전 및 정밀지적도 제작을 할 수 있다.
참고문헌 (17)
DGPS 구축 현황, 해양수산부 위성항법 사무소 2005. 12
DGPS 수신기 기술개발 및 정책수립을 위한 연구개발 보고서, 해양수산부 & 한국항공우주연구원 2005. 05
위성측위 보정시스템 국가공유 망 구축방안 연구개발 보고서, 정보통신부, 2001. 05
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Swedish CAA, 'Technical Description: The GNSS Transponde/MXP3501', July, 1998
Parkinson, B. W., Spilker, J., Jr.,Axelrad,P., (eds.), The Global Positioning System: Thory and Applications, Volumel 1, AIAA, Washington, DC, 1996
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박용희 외 5인, 다중 DGPS 기준국 보정정보를 이용한 항법해성능향상 연구, 제10차 GNSS 워크샵, 2003. 11
Kyung Ryoon Oh, ETC, 'Development of Navigation Algorithm to Improve Position Accuracy by Using Multi-DGPS Reference Stations'PRC Information,' 2004 International Symposium on GNSS/GPS, Sydney, Australia, 6-8 December, 2004
Saab Celsius TransponderTech, 'Technical Description Transponders for Universal AIS,' DOC No: TFA-9912
FAA, 'Specification Local Area Augmen- tation System: Ground Segment,' Draft ver.2.0, 1998. 02
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