[논문]KARI IMT 시스템의 GBAS 보정정보 검증시험

윤영선; 임준후; 조정호; 허문범

doi:10.5139/jksas.2010.39.2.153

KARI IMT 시스템의 GBAS 보정정보 검증시험
Verification Test for GBAS Correction Information of KARI IMT 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.39 no.2, 2011년, pp.153 - 161

윤영선 (한국항공우주연구원 위성항행항법팀) , 임준후 (한국항공우주연구원 위성항행항법팀) , 조정호 (한국항공우주연구원 위성항행항법팀) , 허문범 (한국항공우주연구원 위성항행항법팀)

초록
AI-Helper

한국항공우주연구원에서는 GBAS 기준국의 무결성 감시 알고리즘 개발을 위한 데이터 제공 및 시험을 위하여 무결성 감시 테스트베드를 구축하였다. 개발된 알고리즘의 정확한 구현 및 시험을 위해서는 기반이 되는 시설 및 소프트웨어의 기본 기능이 국제 표준에 부합하게 구현되어 있어야 하므로, 본 논문에서는 현재 구축된 테스트베드의 GBAS 기준국으로서의 기본 기능에 대한 검증시험을 수행한다. 이를 위해 국제적으로 신뢰받고 있는 프로그램인 PEGASUS와의 비교를 통하여 GBAS 보정 정보의 타당성을 확인하였으며, 이를 적용한 사용자 측면에서의 거리 영역 및 위치 영역에서의 데이터 분석을 통하여 시스템의 무결성 및 가용성 성능을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Korea Aerospace Research Institute (KARI) has implemented an integrity monitor testbed (IMT) to provide archived GPS data and test results for integrity monitoring algorithm development. To verify that the system is implemented based on international standard requirements, this paper represents the basic functional verification test results of the implemented testbed as a GBAS reference station. It compares the IMT generated GBAS message fields with those of PEGASUS, which is a baseline toolset accepted by international GBAS experts, to show the validity of the correction information. It also verifies the integrity and availability of the system through analysis on GBAS user data in the range and position domain.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 본 단락에서는 IMT의 사용자 프로그램을 활용하여 IMT 기준국 프로그램에서 생성한 σpr_gnd가 무결성을 만족하면서 CAT-I 가용성을 만족할 수 있는 지에 대한 가능성을 확인해 보도록 한다.
본 논문에서는 KARI IMT 시스템에 대한 소개 및 기본 기능에 대한 성능 평가 결과가 제시되었다. 24시간 동안 IMT 기준국에서 수집된 데이터에 대한 IMT 프로그램에서의 처리 결과가 PEGASUS의 결과와 비교되었고 두 결과가 거의 일치하는 것을 확인하여 IMT의 기본 기능이 국제 표준에 따라 정상 동작함을 보였다.
본 논문에서는 최근에 구축 및 설치된 KARI IMT 시스템에 대해 소개하고 IMT에서 생성된 GBAS 보정 데이터의 검증 시험을 수행하고 결과를 분석함으로써, 이 시스템이 국제 표준 요구조건을 만족시키도록 설계되어 있으며 향후 GBAS 관련 연구의 기반 시스템으로 이용이 가능한 수준으로 구현되어 있다는 것을 보이고자 한다.
본 단락에서는 국제적으로 인정받고 있는 GBAS 데이터 처리용 프로그램인 PEGASUS를 이용하여 IMT와 동일한 데이터를 처리하고 결과를 비교함으로써 IMT에서 생성된 GBAS 메시지를 검증하도록 한다. 분석을 위한 GPS 데이터는 2010년 4월 30일에 KARI IMT 기준국에서 24시간 동안 수집되었다.
위와 같이 PEGASUS와 IMT에서 생성한 주요 보정정보들을 그림을 통해 살펴보고 두 결과가 거의 일치함을 확인하였으나 정량적으로 확인하기에는 부족함이 있으므로 이 보정정보들을 이용한 사용자에서의 최종 위치해 결과를 통해서 종합적인 성능을 확인해 보기로 한다.

제안 방법

(9) 따라서 이를 보상하기 위한 팽창 계수가 필요하며 본 논문에서는 위의 두 가지 영향을 고려한 팽창 계수를 결정하도록 한다.
우선 σpr_gnd를 적용한 사용자 의사거리 표준편차 σi가 보정치를 적용한 사용자 의사거리의 오차 수준을 적절히 표현해 주는지를 확인하기 위해 사용자 보정 의사거리의 잔차와 팽창 계수 적용 전 및 후의 σpr_gnd를 사용한 정규분포를 QQ plot으로 표현하였다.
이를 위해 PEGASUS의 GNSS solution 모듈을 사용하도록 하였고 입력 값으로 PEGASUS의 GGC 모듈에서 생성한 GBAS Type 1 데이터 파일과 IMT에서 생성한 데이터를 PEGASUS GGC 형식으로 저장한 데이터 파일을 이용하여 각각에 대한 GBAS 사용자 결과를 출력하였다. 사용자 데이터로는 앞에서도 언급하였듯이 IMT 기준국 1번의 데이터를 사용하였다.

대상 데이터

GPS 데이터 수집을 위해서 Fig. 1과 같이 4세트의 NovAtel DL-V3 GPS 수신기와 NovAtel GPS-702-GG GPS 안테나가 설치되어 있으며 2세트는 화물청사 옥상, 나머지 2세트는 활주로 주변 초소에 설치되어 있다. 각 수신기는 Fig.
본 논문에서는 제주 공항에 설치된 네 개의 GPS 수신기 데이터를 기준국 데이터로 사용을 하였으며 별도의 사용자 수신기가 설치되어 있지 않기 때문에 기준국 1번의 데이터를 GBAS 사용자 데이터로 사용하였다. 이 경우 대류층 및 전리층의 잔여 오차는 존재하지 않는다고 가정할 수 있고 σ²_tropo,i = σ²_iono,i = 0으로 표시할 수 있다.
본 단락에서는 국제적으로 인정받고 있는 GBAS 데이터 처리용 프로그램인 PEGASUS를 이용하여 IMT와 동일한 데이터를 처리하고 결과를 비교함으로써 IMT에서 생성된 GBAS 메시지를 검증하도록 한다. 분석을 위한 GPS 데이터는 2010년 4월 30일에 KARI IMT 기준국에서 24시간 동안 수집되었다.
이를 위해 PEGASUS의 GNSS solution 모듈을 사용하도록 하였고 입력 값으로 PEGASUS의 GGC 모듈에서 생성한 GBAS Type 1 데이터 파일과 IMT에서 생성한 데이터를 PEGASUS GGC 형식으로 저장한 데이터 파일을 이용하여 각각에 대한 GBAS 사용자 결과를 출력하였다. 사용자 데이터로는 앞에서도 언급하였듯이 IMT 기준국 1번의 데이터를 사용하였다. 한편, PEGASUS의 내부 알고리즘은 사용자가 임의로 수정할 수 없으므로 식 (3)과 (4)는 사용되지 않았으며, 이 결과는 PEGASUS와 IMT가 생성한 보정정보의 비교를 위해서만 사용 가능하다.

데이터처리

PEGASUS의 GGC 모듈과 IMT 후처리 프로그램에서 생성한 GBAS 메시지 Type 1의 주요 보정 정보인 PRC, RRC, B-value 결과를 그림으로 비교하였다.
사용자에게 방송할 σpr_gnd를 결정하기 위하여 2010년 4월 30일에 수집된 데이터에서 계산된 B-value를 분석하였다.

이론/모형

본 논문에서는 이 중에서 Gaussian-Mixture 모델을 사용하였으며 시행착오 법을 사용하여 샘플에서 나타난 확률을 포함할 수 있도록 가중치와 표준편차를 결정하였다. 이러한 모델 선정 및 파라미터 결정 과정에 대한 연구는 차후에 좀 더 이론적인 접근이 필요한 것으로 보인다.
의사거리 보정치 PRC 계산 시 PRC 값이 메시지 포맷에 정의된 범위 내에 포함되도록 하고 각 수신기에서 생성된 PRC의 크기 수준을 맞추기 위해 각 수신기의 시계 오차 성분을 추정하여 제거하여야 한다. 이 때 본 논문에서는 PEGASUS와 동일한 알고리즘을 사용하기 위하여 EUROCAE MOPS에서 사용한 식(1)을 사용하였다.

성능/효과

본 논문에서는 KARI IMT 시스템에 대한 소개 및 기본 기능에 대한 성능 평가 결과가 제시되었다. 24시간 동안 IMT 기준국에서 수집된 데이터에 대한 IMT 프로그램에서의 처리 결과가 PEGASUS의 결과와 비교되었고 두 결과가 거의 일치하는 것을 확인하여 IMT의 기본 기능이 국제 표준에 따라 정상 동작함을 보였다. 또한 보정정보의 사용자 적용 시의 의사거리 잔차 및 위치해의 오차와 보호 수준을 분석함으로써 생성된 보정 정보가 시스템의 무결성 및 가용성을 만족시킬 수 있음을 확인하였다.
PRC 계산에는 Ephemeris 데이터를 이용한 위성 위치 및 시계 오차 계산, 반송파를 이용한 의사거리 스무딩, 수신기 시계 오차 추정 등의 기능이 필요하고 이 기능 중에 오류가 있을 경우에는 PRC의 범위 또는 전체 절대값의 수준이 달라지게 된다. 그림의 결과를 보면 거의 동일한 PRC가 생성된 것을 확인할 수 있고 이는 기본 PRC 계산 기능상에 큰 오류가 없음을 확인해 준다.
24시간 동안 IMT 기준국에서 수집된 데이터에 대한 IMT 프로그램에서의 처리 결과가 PEGASUS의 결과와 비교되었고 두 결과가 거의 일치하는 것을 확인하여 IMT의 기본 기능이 국제 표준에 따라 정상 동작함을 보였다. 또한 보정정보의 사용자 적용 시의 의사거리 잔차 및 위치해의 오차와 보호 수준을 분석함으로써 생성된 보정 정보가 시스템의 무결성 및 가용성을 만족시킬 수 있음을 확인하였다. 따라서 현재 구현된 IMT는 차후 GBAS 관련 무결성 감시 알고리즘의 개발 및 시험에 사용될 수 있는 수준으로 개발되었다고 판단할 수 있다.
앞 단락에서는 IMT에서 생성한 PRC, RRC, B-value 등의 GBAS 보정정보가 PEGASUS의 결과와 거의 일치하는 것을 확인하여 IMT의 GBAS 기준국으로써의 보정정보 생성 기능이 정상적으로 동작하는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 σ_{pr_gnd}는 GAD-C 모델값을 그대로 사용하였고 사용자의 의사거리 표준 편차도 실제 시스템을 반영하는 값을 사용하지 못하였으므로 정확성 및 가용성 성능을 판단할 수는 없었다.

후속연구

^(2)(3)(4) 일본에서는 자체적으로 GBAS 시스템을 개발하고 있으며 특히 전리층 이상 문제에 관심을 두고 연구를 진행 중이다.⁽⁵⁾ 또한, GBAS 기반의 CAT-II/III 운용을 위한 표준 개발이 진행 중이며 향후 수 년 내에 이를 이용한 시작품이 개발될 예정이다.⁽⁶⁾
또한 보정정보의 사용자 적용 시의 의사거리 잔차 및 위치해의 오차와 보호 수준을 분석함으로써 생성된 보정 정보가 시스템의 무결성 및 가용성을 만족시킬 수 있음을 확인하였다. 따라서 현재 구현된 IMT는 차후 GBAS 관련 무결성 감시 알고리즘의 개발 및 시험에 사용될 수 있는 수준으로 개발되었다고 판단할 수 있다.
본 논문에서는 24시간의 데이터만을 후처리를 통해 사용하였기 때문에 알고리즘 상에서의 정확성, 무결성 및 가용성 만족 가능성을 확인할 수 있었으나, 실시간 시스템 전체의 무결성, 연속성 및 가용성을 평가하기 위해서는 향후 장기간의 실시간 정적 시험이 필요할 것으로 예상된다. 이때 매우 낮은 확률의 요구 조건을 갖는 무결성 및 연속성 성능을 실제로 확인하기에는 너무 긴 시간의 시험이 필요하므로 실현 가능한 시험 시간 및 이에 대한 통계적 해석방법에 대한 연구가 선행되어야 할 것으로 보인다.
본 논문에서는 24시간의 데이터만을 후처리를 통해 사용하였기 때문에 알고리즘 상에서의 정확성, 무결성 및 가용성 만족 가능성을 확인할 수 있었으나, 실시간 시스템 전체의 무결성, 연속성 및 가용성을 평가하기 위해서는 향후 장기간의 실시간 정적 시험이 필요할 것으로 예상된다. 이때 매우 낮은 확률의 요구 조건을 갖는 무결성 및 연속성 성능을 실제로 확인하기에는 너무 긴 시간의 시험이 필요하므로 실현 가능한 시험 시간 및 이에 대한 통계적 해석방법에 대한 연구가 선행되어야 할 것으로 보인다.
본 논문에서는 이 중에서 Gaussian-Mixture 모델을 사용하였으며 시행착오 법을 사용하여 샘플에서 나타난 확률을 포함할 수 있도록 가중치와 표준편차를 결정하였다. 이러한 모델 선정 및 파라미터 결정 과정에 대한 연구는 차후에 좀 더 이론적인 접근이 필요한 것으로 보인다.
한편 수집된 데이터는 대전 항공우주연구원의 데이터 저장 PC로 전달되어 별도로 저장된다. 이와 같은 다중 데이터 백업장치 구성을 통하여 지속적이고 안정적인 GPS 데이터 수집이 가능하고 이는 무결성 감시 연구에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
향후 본 시스템에 대한 장시간의 시험이 지속적으로 수행되어 문제점 발생 시 개선 작업이 진행될 예정이며, 국내 연구자들의 GBAS 무결성 감시 알고리즘에 대한 구현 및 시험에 적극 활용될 것으로 기대된다.
이러한 동향에 맞추어, 한국 내에서 GBAS CAT-I 시스템에 대한 자체 인증 절차를 개발하고 CAT-II/III 관련 문제에 대한 연구를 수행하기 위한 연구 기반시설 및 기초 기술 확립을 위하여 한국항공우주연구원 (KARI, Korea Aerospace Research Institute)에서는 무결성 감시 테스트베드 (IMT, Integrity Monitor Testbed) 시스템을 자체적으로 개발하고 제주 공항에 설치하였다. 현재 IMT에는 GBAS를 위한 기본 보정정보 생성 및 무결성 감시 기능이 구현되어 있으며 향후 GBAS 관련 연구를 위한 데이터 제공, 개발 알고리즘 시험 등에 활용될 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	한국에서 GBAS CAT-I 시스템과 관련하여 개발중인 것은?	이러한 동향에 맞추어, 한국 내에서 GBAS CAT-I 시스템에 대한 자체 인증 절차를 개발하고 CAT-II/III 관련 문제에 대한 연구를 수행하기 위한 연구 기반시설 및 기초 기술 확립을 위하여 한국항공우주연구원 (KARI, Korea Aerospace Research Institute)에서는 무결성 감시 테스트베드 (IMT, Integrity Monitor Testbed) 시스템을 자체적으로 개발하고 제주 공항에 설치하였다. 현재 IMT에는 GBAS를 위한 기본 보정정보 생성 및 무결성 감시 기능이 구현되어 있으며 향후 GBAS 관련 연구를 위한 데이터 제공, 개발 알고리즘 시험 등에 활용될 예정이다.
	GBAS는 무엇을 제공할 것으로 기대되는가?	GBAS (Ground Based Augmentation System)가 항공 사용자, 공항 및 관련 기관에 현재보다 개선된 항공교통 처리 능력과 효율성을 제공할 것으로 기대되면서 여러 국가에서는 GBAS를 이용한 항공기 유도 시스템에 대한 설치 및 운용 계획을 진행하거나 계획하고 있다.(1) 미국 Honeywell 사에서는 SLS-4000 시스템을 개발하여 2009년 9월 3일에 FAA로부터 최초로 GBAS Category(CAT)-I 서비스에 대한 시스템 설계 인증 (System Design Approval)을 받았으며, 이 장비는 현재 Memphis 공항에 설치되어 운용을 위한 시험이 진행 중이다.
	한국에서 향후 GBAS과 관련되어 어떠한 기능을 구현하여 어디에 활용할 예정인가?	이러한 동향에 맞추어, 한국 내에서 GBAS CAT-I 시스템에 대한 자체 인증 절차를 개발하고 CAT-II/III 관련 문제에 대한 연구를 수행하기 위한 연구 기반시설 및 기초 기술 확립을 위하여 한국항공우주연구원 (KARI, Korea Aerospace Research Institute)에서는 무결성 감시 테스트베드 (IMT, Integrity Monitor Testbed) 시스템을 자체적으로 개발하고 제주 공항에 설치하였다. 현재 IMT에는 GBAS를 위한 기본 보정정보 생성 및 무결성 감시 기능이 구현되어 있으며 향후 GBAS 관련 연구를 위한 데이터 제공, 개발 알고리즘 시험 등에 활용될 예정이다.

참고문헌 (16)

FAA, "Navigation Services", http://www.faa.gov.
Lipp, A., Quiles, A., Reche, M., Dunkel W. and Grand-Perret, S., "Initial GBAS Experiences in Europe", Proceedings of ION GNSS 2005 (Long Beach, CA), 2005, pp. 2911-2922.
Hecker, P., Schachtebeck, P., Feuerle, T., Bestmann, U. and Butzmuehlen, C., "Preparation for GBAS at Braunschweig Research Airport - Flight Tests Results", Proceedings of ION NTM 2006 (Monterey, CA), 2006, pp. 726-734.
Callejo, P., Alvarez, A. and Javier de Blas, F., "Aena GBAS CAT I Implementation at Malaga Airport: Towards an Operational GNSS Landing System", Proceedings of ENC-GNSS 2009 (Naples, Italy), 2009.
Komatsubara, T., "Future Plan and GBAS update in Japan", Presentations of International GBAS Working Group 10 (Brussels, Belgium), 2010.
Shively, C.A., Hsiao, T.T., "Availability of GAST D GBAS Considering Continuity of Airborne Monitors", MITRE Corporation, 2009.
ICAO, International Standards and Recommended Practices, Annex 10, 2001.
EUROCAE, Minimum Operational Performance Specification for Global Navigation Satellite Ground Based Augmentation System Ground Equipment to Support Category I Operations (ED-114), 2003.
Lee, J., "GPS-Based Aircraft Landing Systems with Enhanced Performance: Beyond Accuracy", Ph.D Dissertation, Stanford University, 2005.
Pervan, B. and Sayim, I., "Sigma Inflation for the Local Area Augmentation of GPS", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 37, No. 4, Oct. 2001, pp. 1301-1311.

상세보기
Lipp, A., "Validating the Interoperability of Ground-Based Augmentation Systems (GBAS)", http://www.eurocontrol.int/eec/public/standard_page/EEC_News_2008_1_GBAS.html, 2008.
EUROCONTROL, http://www.ecacnav.com/Tools/PEGASUS.
EUROCONTROL, MARS3 Technical Note for PEGASUS, 2006.
EUROCONTROL, PEGASUS GBAS Tutorial, 2006.
Yun, Y., Lim, J., Cho, J., Heo, M., "Initial Performance Assessment of KARI IMT using PEGASUS", Proceedings of International Symposium on GPS/GNSS 2010 (Taipei, Taiwan), 2010.
임준후, 윤영선, 조정호, 허문범, “GBAS 사용자의 의사거리 잔차 및 보호 수준을 이용한 IMT ${\sigma}_{pr}$ _gnd의 적합성 분석”, The 17th GNSS Workshop, 2010.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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