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GPS 신호의 대류권 지연정보 격자지도 생성과 상대측위 정확도 향상 평가
Generation of Grid Maps of GPS Signal Delays in the Troposphere and Analysis of Relative Point Positioning Accuracy Enhancement 원문보기

한국항해항만학회지 = Journal of navigation and port research, v.36 no.10, 2012년, pp.825 - 832  

김두식 (인하대학교 대학원) ,  원지혜 (인하대학교 대학원) ,  손은성 (인하대학교 대학원) ,  박관동 (인하대학교 지리정보공학과)

초록
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대류권의 건조가스 및 수증기에 의한 GPS 신호의 지연은 GPS 측위 정확도를 저하시키는 주요 원인으로 정밀 측위를 위해서 반드시 소거해야할 대상이다. 이 논문에서는 실시간으로 대류권 지연정보를 생성하여 GPS 측위에 적용하기 앞서, 대류권 지연정보 생성 알고리즘의 가용성을 파악하기 위해 후처리 기반으로 전국의 GPS 상시관측망을 이용하여 한반도 상공의 대류권 지연량 격자 지도를 생성하는 과정을 구현하였다. GPS 자료처리 소프트웨어는 GIPSY 5.0을 사용하였고, 건조지연량과 습윤지연량을 구분하여 산출하기 위해 전국의 AWS 관측망의 관측자료를 이용하였다. 대류권 지연정보에 대한 격자 지도를 생성한 후 격자 지도의 정확도를 검증한 결과, 격자 지도와 GPS 관측소 위치에서 산출된 대류권 지연량의 RMSE는 ZHD 0.7mm, ZWD 7.5mm, ZTD 8.7mm로 나타났다. 산출된 대류권 지연정보를 단일주파수 기반 상대 측위 알고리즘에 적용하여 대류권 지연정보 보정시 측위정확도 향상 정도를 분석하였다. 결과로 측위정확도는 기선거리가 약 297km인 수원(SUWN)과 목포(MKPO)의 상대처리 결과에서 최대 36%가 향상됨을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

GPS signal delay that caused by dry gases and water vapor in troposphere is a main error source of GPS point positioning and it must be eliminated for precise point positioning. In this paper, we implemented to generate tropospheric delay grid map over the Korean Peninsula based on post-processing m...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 이 연구는 앞서 기술한 선행연구들을 기반으로 우리나라의 GPS 상시관측망을 이용하여 전국에 대한 대류권 지연정보를 격자형으로 제공하고자 수행되었다. 이 연구의 최종 지향점은 대류권 지연정보의 실시간 제공과 그를 이용한 측위이지만, 이 논문에서는 일련의 과정에 대한 실시간 적용에 앞서 대류권 지연정보 격자지도 생성 알고리즘의 정확도를 평가하기 위해 후처리 기반으로 우리나라의 GPS 상시관측소에 대한 대류권 지연량을 산출하고 이를 이용하여 대류권 지연정보 격자 지도를 생성한 후 대류권 지연정보의 정확도 평가와 측위 알고리즘 적용 시 정확도 향상 평가를 수행한 결과에 대하여 분석하였다.
  • 이 논문에서는 GPS 신호의 대류권 지연에 의한 오차를 제거하여 측위정확도를 향상시키기 위해 실시간 격자형 대류권 지연정보를 산출하여 사용자에게 제공하는 체계를 후처리 기반으로 적용하였다. 전국의 GPS 상시관측소와 주변의 AWS를 이용하여 GPS 관측소 위치의 대류권 지연량을 건조지연부와 습윤지연부로 나누어 산출하였고, 건조지연의 경우 고도에 따른 보간을 통해 산출 정확도를 높이고자 하였다.
  • 이 연구에서는 대류권 지연량 산출 알고리즘의 검증을 위해서 후처리 기반의 관측소 대류권 지연량을 산출하였다. GPS 자료처리 소프트웨어로는 GIPSY 5.
  • 따라서 이 연구는 앞서 기술한 선행연구들을 기반으로 우리나라의 GPS 상시관측망을 이용하여 전국에 대한 대류권 지연정보를 격자형으로 제공하고자 수행되었다. 이 연구의 최종 지향점은 대류권 지연정보의 실시간 제공과 그를 이용한 측위이지만, 이 논문에서는 일련의 과정에 대한 실시간 적용에 앞서 대류권 지연정보 격자지도 생성 알고리즘의 정확도를 평가하기 위해 후처리 기반으로 우리나라의 GPS 상시관측소에 대한 대류권 지연량을 산출하고 이를 이용하여 대류권 지연정보 격자 지도를 생성한 후 대류권 지연정보의 정확도 평가와 측위 알고리즘 적용 시 정확도 향상 평가를 수행한 결과에 대하여 분석하였다.
  • 이 논문에서는 GPS 신호의 대류권 지연에 의한 오차를 제거하여 측위정확도를 향상시키기 위해 실시간 격자형 대류권 지연정보를 산출하여 사용자에게 제공하는 체계를 후처리 기반으로 적용하였다. 전국의 GPS 상시관측소와 주변의 AWS를 이용하여 GPS 관측소 위치의 대류권 지연량을 건조지연부와 습윤지연부로 나누어 산출하였고, 건조지연의 경우 고도에 따른 보간을 통해 산출 정확도를 높이고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
GPS 측위 정확도를 저하시키는 주요 원인으로 정밀 측위를 위해서 반드시 소거해야할 대상은? 대류권의 건조가스 및 수증기에 의한 GPS 신호의 지연은 GPS 측위 정확도를 저하시키는 주요 원인으로 정밀 측위를 위해서 반드시 소거해야할 대상이다. 이 논문에서는 실시간으로 대류권 지연정보를 생성하여 GPS 측위에 적용하기 앞서, 대류권 지연정보 생성 알고리즘의 가용성을 파악하기 위해 후처리 기반으로 전국의 GPS 상시관측망을 이용하여 한반도 상공의 대류권 지연량 격자 지도를 생성하는 과정을 구현하였다.
전지구측위시스템은 어디에 활용되는가? 오늘날 전지구측위시스템(Global Positioning System, GPS)은 항법, 측지, 측량, 계측, 기상 등 여러 분야에 걸쳐 활용되고 있다. 특히 항법분야에서 GPS는 기존의 항법장비에 비해 높은 정확도의 위치 파악이 가능하고, 이를 위한 인프라 구축비용 및 장비 단가가 상대적으로 저렴하기 때문에 육상 및 해양교통 부문에서의 차세대 항법 장비로 각광받고 있다.
기선거리가 상대적으로 긴 속초와 목포의 3차원 RMSE 향상율에서 목포의 결과가 더 높은 향상율을 나타낸 이유는? 따라서 기선거리가 상대적으로 짧은 기상청과 대전 관측소의 경우 대류권 보정에 의해 수평좌표 정확도를 일부 향상시킬 수는 있으나 전체 3차원 좌표 산출 결과에서의 정확도 향상은 이루어지지 않았음을 확인할 수 있었다. 이와 같이 짧은 기선에서대류권 지연정보의 적용이 큰 효과를 나타내지 못하는 이유는 연구에 적용된 측위 알고리즘이 수원 관측소를 기준국으로 한 상대처리 방법이었기 때문에 기선 거리가 상대적으로 짧은 기상청과 대전의 경우 대류권 지연 오차가 공통오차로 소거되어 대류권 지연량 적용의 효과가 속초나 목포의 결과보다 저하되기 때문인 것으로 판단되었다. 기선거리가 상대적으로 긴 속초와 목포의 3차원 RMSE 향상율에서 목포의 결과가 더 높은 향상율을 나타내는 것도 이와 같은 이유에서 비롯된 것으로 판단된다.
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참고문헌 (13)

  1. 김계현(2010), 공간분석, 문운당, pp. 187-202. 

  2. 김두식(2011), "AWS 기상자료 보간을 통한 GPS 가강수량 산출 및 정확도 검증", 석사학위논문, 인하대학교 

  3. 김두식, 이사형, 박관동, 이호석(2011), "GPS 상대측위에서의 관측시간과 기선거리에 따른 좌표정확도 분석", 지적, 제41권, 제1호, pp. 163-171. 

  4. 손은성, 원지혜, 박관동(2012), "중.장기선 GPS L1 상대측위에서 격자형 지역 전리층 모델 적용에 따른 측위 정확도 향상 평가", 한국측량학회지, 제30권, 제5호, pp. 459-466. 

  5. 이민석(2006), "무선인터넷과 RF모뎀을 혼합한 RTKGPS측량정확도 개선", 박사학위논문, 인하대학교 

  6. Bevis, M., Businger, S., Herring, T. A., Rocken, C., Anthes, R. A. and Ware, R. H.(1992), "GPS Meteorology: Remote Sensing of Atmospheric Water Vapor Using the Global Positioning System", Journal of Geophysical Research, Vol. 97, No. D14, pp. 15787-15801. 

  7. Davis, J. L., Herring, T. A., Shapiro, I. I., Rogers, A. E. E. and Elgered, G.(1985), "Geodesy by Radio Interferometry: Effects of Atmospheric Modeling Errors on Estimates of Baseline Length", Radio Science, Vol. 20, No. 6, pp. 1593-1607. 

  8. Elgered, G., Davis J. L., Herring T. A. and Shapro, I. I.(1991), "Geodesy by Radio Interferometry: Water Vapor Radiometry for Estimation of the Wet Delay", Journal of Geophysical Research, Vol. 96, No. B4, pp. 6541-6555. 

  9. Hofmann-Wellenhof, B., Lichtenegger, H., and Wasle, E.(2008), GNSS:Global Navigation Satellite Systems: GPS, GLONASS, Galileo & More, Springer/ WienNewYork, pp. 173-191. 

  10. Hopfield, H. S.(1969), "Two-quadratic Tropospheric Refractivity Profile for Correcting Satellite Data", Journal of Geophysical Research, Vol. 74, No. 18, pp. 4487-4499. 

  11. Junkins, J. L., Miller, G. W. and Jancaitis, J. R.(1973), "A Weighting Function Approach to Modelling of Irregular Surfaces", Journal of Geophysical Research, Vol. 78, No. 11, pp. 1794-1803. 

  12. Sciarretta, C., Pacione, R., Pace, B., Iacovone, D.(2011), "GPS/EGNOS Tropospheric Corrections for Mobility Applications: The use of ZTD Maps within the SCUTUM Project", ENC-GNSS, London. 

  13. Webb, F. H. and Zumberge, J. F.(1993), An Introduction to the GIPSY/OASIS-II, JPL Publ., Pasadena, California, USA 

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