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문제 정의
- 본 연구는 GPS L1 수신기 사용자들에게 높은 수준의 위치정확도와 정밀도를 제공하기 위한 목적으로 추가적으로 오차보정정보를 생성하여 다양한 기선에 대한 자료처리에 적용함으로써 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
제안 방법
- 본 연구에서는 일반 GPS사용자들을 위해 단일주파수의 코드RCode)와 반송파위상(Carrier Phase)만을 이용하였고 한국천문연구원에서 개발한 상대측위 알고리즘에 추가적으로 개발한 전리층 관측모델에서 산출된 오차 보정 정보와 대류층 관측정보를 적용하여 기선에 따른 위치정확도 향상 정도를 분석하였다.
- 반면에, 의사거리 데이터는 신호 끊김 현상이 적고 모호정수를 결정할 필요가 없지만, 다중경로 오차(Multipath Error)와 시스템의 잡음이 많이 내재 되어있다. 따라서 본 연구에서는 의사거리와 반송파 위상 데이터를 동시에 활용하여 관측시간별로 데이터를 처리하였다. GPS의 L1 주파수의 경우 의사거리 데이터의 관측 값(P1)은 수식적으로 다음과 같다[Klobuchar, 1987).
- 확보하였다. 실험지역은 20km내외의 단기선부터 200km이상의 징기선까지 다양하게 분포하고 있으며, 기선에 따른 상층대기 (전리층/대류층) 오차의 영향에 따른 분석과 이러한 오차정보를 적용하기 전과 후의 결과를 서로 비교해 보았다. 기준국은 데이터의 품질과 안정적인 확보가 우선적으로 고려되어야하기 때문에 DAEJ 국제기준점으로 선정을 하였다.
대상 데이터
- 한국천문연구원의 대전(DAEJ) 국제 기준점(IGS, Inter national GNSS Service)을 포함하여 전국에 고르게 분포하고 있는 9개의 GPS 기준국으로부터 실시간으로 원시 관측 정보를 전송받아 저장.가공하고 전리층 TEC 값을 격자 기반으로 생성한다.
- 다양한 기선에서 측정된 GPS 관측정보에 추가적으로 오차보정정보를 적용하여 측위정확도에 어떠한 영향을 주는지에 대한 실험을 위해 표 1에 나타낸 것처럼 SKCH 를 포함한 17곳을 선정하여 GPS 데이터를 확보하였다. 실험지역은 20km내외의 단기선부터 200km이상의 징기선까지 다양하게 분포하고 있으며, 기선에 따른 상층대기 (전리층/대류층) 오차의 영향에 따른 분석과 이러한 오차정보를 적용하기 전과 후의 결과를 서로 비교해 보았다.
- 실험지역은 20km내외의 단기선부터 200km이상의 징기선까지 다양하게 분포하고 있으며, 기선에 따른 상층대기 (전리층/대류층) 오차의 영향에 따른 분석과 이러한 오차정보를 적용하기 전과 후의 결과를 서로 비교해 보았다. 기준국은 데이터의 품질과 안정적인 확보가 우선적으로 고려되어야하기 때문에 DAEJ 국제기준점으로 선정을 하였다.
데이터처리
- 자료처 리에는 상대측위(Relative Positioning)기 법이 적용되었고, 오차보정정보를 적용하기 전과 후의 결과를 각각 3차원 RMS(Root Mean Square) 값으로 비교를 하였다. 이에 대한 자료처리 결과는 표 2에 기술하였고 그 중에서 3곳(CNJU, CHAN, SKCH)의 실험지역에 대한 관측시간별 자료처리 결과는 각각 그림 6과 7 그리고 그림 8과 같다.
성능/효과
- 58cm 오차가 발생했다. 따라서 오차보정정보 적용 이후에 사용자의 위치정보가 보다 정확하게 산출되었음을 알 수가 있었다.
- 99 cm 오차가 발생했다. 즉 오차보정정보 적용 이후에 위치정확도가 약 56.9% 향상되었다.
- 결과이다. 기선별로 평균적인 위치오차는 모든기선에 대해 오차 보정 정보 적용 이후에 위치정확도 모두 향상되었음을 알 수 있다. 그리고 장기선의 처리결과는 단기선과 중기선에 비해 위치정확도 향상 비율이 상대적으로 크게 나타났다.
- 기선별로 평균적인 위치오차는 모든기선에 대해 오차 보정 정보 적용 이후에 위치정확도 모두 향상되었음을 알 수 있다. 그리고 장기선의 처리결과는 단기선과 중기선에 비해 위치정확도 향상 비율이 상대적으로 크게 나타났다. 또한 표 2의 비고에서 볼 수 있듯이 오차보정정보 적용 이후에 14곳의 실험지역은 위치정확도가 향상된 반면, 3 곳(NONS, CHYG, JUNJ)의 실험지역 위치정확도는 오차 보정 정보 적용 후에 약 0.
- 그리고 장기선의 처리결과는 단기선과 중기선에 비해 위치정확도 향상 비율이 상대적으로 크게 나타났다. 또한 표 2의 비고에서 볼 수 있듯이 오차보정정보 적용 이후에 14곳의 실험지역은 위치정확도가 향상된 반면, 3 곳(NONS, CHYG, JUNJ)의 실험지역 위치정확도는 오차 보정 정보 적용 후에 약 0.6cm에서 2.8cm까지 오히려 좋지 않은 결과가 산출되었다. 3곳은 모두 기선거리가 30km 이상이고 100km이내의 중기선에 해당하는 지역으로써, 유사한 기선거리를 갖는 CHAN, GSAN, SNJU, MUJU와 비교할 만하다.
- 단기선에서는 이러한 오차보정정보를 무시해도 위치정확도의 오차가 작아 큰 문제점이 될 수 없으며, 반대로 장기선 일 경우에는 GPS 신호가 통과하는지 점의 공간상의 매질특성이 많이 다를 수 있으므로(예를들면 기준국 주변은 비가 옴, 실험지역은 날씨가 좋음 등등) 반드시 오차보정정보를 고려해야할 사항이다. 또한 실험지역의 주변 환경은 관측정보에 직접적으로 영향을 주기 때문에 중기선의 작은 위치정확도 변화에 충분히 영향을 줄 수 있을 것으로 판단된다. 그리고 중기선처럼 작은 오차에도 민감하게 반응하는 지역에서는 오차 보정 정보의 정밀도와 신뢰도가 위치정확도의 향상에 영향을 주는 것으로 판단된다.
- 1. 전리층과 대류층에 대한 오차보정정보를 생성하여 자료처리에 적용한 결과 실험지역 중 14곳은 위치정확도가 향상되었고, 그 외 3곳은 위치정확도가 저하되었다.
- 2. 단기선, 중기선 등 기선거리에 따라 자료 처리된 결과를 제공하였으며, 기선거리가 커짐에 따라 GPS 신호가 통과하는 공간상의 매질특성이 서로 달라지기 때문에 오차 보정 정보를 적용하였을 때 상대적으로 단기선과 비교했을 때 위치정확도 향상비율이 커짐을 알 수가 있었다.
후속연구
- 향후 전리층과 대류층에 대한 오차보정정보의 정밀도를 향상시키고, 다중경로오차와 같은 추가적인 오차 정보를 생성하여 적용한다면 GPS L1 수신기 사용자들에게 고품질의 측위서비스를 제공할 수 있을 것으로 기대한다.
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