[논문]GPS 소프트웨어 수신기에 대한 GPS 의사위성의 영향 분석

권금철; 장윤재; 양철관; 심덕선

doi:10.12673/jkoni.2012.16.4.627

GPS 소프트웨어 수신기에 대한 GPS 의사위성의 영향 분석
Impacts of GPS Pseudolite Signals on GPS Software Receivers 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.16 no.4 = no.55, 2012년, pp.627 - 634

권금철 (중앙대학교 전자전기공학부) , 장윤재 (중앙대학교 전자전기공학부) , 양철관 (중앙대학교 전자전기공학부) , 심덕선 (중앙대학교 전자전기공학부)

초록
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이 논문은 의사위성 신호에 대한 GPS 소프트웨어 수신기의 성능을 분석하고자 한다. 의사위성이 계속 켜져있을 경우와 펄싱이 주어졌을 경우에 대해서, 의사위성의 신호세기와 의사위성과 수신기 사이의 거리에 따라 의사위성이 GPS 소프트웨어 수신기에 미치는 영향을 알아본다.

This paper considers the performance of the non-participating GPS software receivers under the presence of GPS pseudolite(PL). For the continuous PL signal and pulsed PL signal, the impact of PL signals on the GPS software receivers is investigated according to the signal strength of the PL and the ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 기존의 Non-participating 소프트웨어 GPS 수신기에 대해서 의사위성의 신호세기와 의사위성과 GPS 수신기 사이의 거리에 대한 영향을 분석해 보고자 한다.

제안 방법

신호세기는 -150dBm에서 -90dBm사이의 신호 세기를 변경하여 사용하였다. 0-12m 거리에서 소프트 웨어 GPS 수신기가 의사위성과 GPS 위성 신호를 동시에 수신하여 신호획득, 신호추적 과정의 수행결과를 비교하였다. 이때 의사위성의 펄싱은 Full-on 모드와 RTCM-87 모드 두 가지 방식을 적용하였다.
2-3 GPS PL의 펄싱 국제표준: RTCA 2000년에 RTCA SC-159가 LAAS(미국 GPS 지역 보정 시스템) 시스템을 위한 펄싱 scheme을 제안하였다. RTCA 표준은 L1 주파수를 사용하며 의사위성 코드는 GPS P코드 계열을 사용한다.
그림 4(c)의 데이터는 다른 위성에서 받은 데이터를 GSG-L1 GPS 신호발생기에 넣어서 신호를 발송하고 GPS L1 시그널 탭으로 신호를 받아서 GPS소프트웨어 수신기에서 신호를 복조한 결과이다. 원래는 의사위성에 필요한 파라미터나 데이터를 가지고 있어야 하나 데이터를 잘 수신하는 것을 보이고자 일반 GPS 위성의 데이터를 입력하였다.
의사위성 신호가 소프트웨어 GPS 수신기에 미치는 영향을 분석하기 위해 의사위성의 송출 신호세기를 -150dBm에서 -90dBm으로 변화시키고 동시에 거리를 0~12m로 변화시키면서 GPS 신호와 동시에 수신하여 소프트웨어 GPS 수신기를 이용하여 신호 획득 추적 과정을 수행하여 결과를 비교하였다.
이 장에서는 의사위성이 계속 켜져 있을 경우 (Full-on mode)와 펄싱이 주어졌을 경우에 RTCM 랜덤펄싱에 대해서, 의사위성의 신호세기와 의사위성과 수신기 사이의 거리에 따라 의사위성이 GPS 소프트웨어 수신기에 미치는 영향을 알아본다.
0-12m 거리에서 소프트 웨어 GPS 수신기가 의사위성과 GPS 위성 신호를 동시에 수신하여 신호획득, 신호추적 과정의 수행결과를 비교하였다. 이때 의사위성의 펄싱은 Full-on 모드와 RTCM-87 모드 두 가지 방식을 적용하였다.
펄싱 간격은 한 코드 주기(1ms)의 1/11로서 정의하고 있다. 한 펄스당 93개의 코드 칩들이 전송되는 방식이고 한 주기 당 한 개의 펄스를 전송하고 매 10번째 주기에는 10%의 듀티 사이클을 유지할 수 있도록 2개의 펄스를 내보냄으로써 10주기(10ms)만에 한 개의 의사위성 코드가 전송되도록 한다.

대상 데이터

GPS L1 신호는 2012년 5월 18일 중앙대학교 제1공학관 옥상에서 샘플링 주파수 9MHz로 수신되었고 소프트웨어 수신기의 획득 알고리즘 수행 결과 표2와 같이 9개의 위성이 획득되었다. 가장 오른쪽 열의 ratio값은 상관 평균값 대비 피크값의 비율을 나타낸다.
1983년에 RTCM SC-104의 부위원회가 GPS 의사위성 신호를 만드는 임무를 부여받았다. RTCM 펄싱에 대해서, 의사위성은 C/A 코드의 32번~37번을 사용하며 수신기는 GPS와 의사위성 신호를 동시에 받을 수 있다.
실험에는 SPECTRACOM사의 GSG-L1 GPS 신호발생기를 의사위성으로 사용하였으며 PRN 33번을 사용 하였다. 신호세기는 -150dBm에서 -90dBm사이의 신호 세기를 변경하여 사용하였다.

이론/모형

이 경우에는 GPS 수신기에 영향을 주지 않도록 반드시 펄싱을 사용해야만 GPS 위성의 신호를 수신기가 수신할 수 있다. 본 연구에서는 랜덤 펄싱으로 알려져 있는 RTCM 펄싱을 사용한다. 2장은 GPS의사위성에 대한 표준을 알아보고 3장에서는 의사위성이 수신기에 미치는 영향을 알아보고 4장에서 결론을 언급한다.

성능/효과

의사위성 신호가 강할수록 GPS 수신기의 신호대 잡음비를 감소시켜 GPS 수신기의 획득성능은 나빠진다. RTCM-87 모드의 경우 아주 근접한 거리가 아니면 의사위성 신호와 GPS 신호를 동시에 수신하는 것이 가능하였지만 Full-on 모드일 경우 의사위성 신호의 영향이 수신기의 오동작을 유발할 수도 있다는 것을 확인할 수 있었다.
표4는 의사위성의 신호세기가 -150dBm일 경우 거리에 따른 의사위성 신호와 GPS위성(13번, 23번)의 SNR을 비교한 결과이다. 의사위성 신호는 거리가 멀어짐에 따라 신호가 약해지고 이 결과로 13번, 23번 위성신호의 세기가 점점 강해지는 것을 확인할 수 있다. 거리가 많이 멀어지면 의사위성 신호가 없을 때와 비슷한 신호세기를 보여주고 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	의사위성의 특징은 무엇인가?	의사위성은 우주상공의 GPS 위성과는 달리 지상이나 비행체에 설치되어 GPS 위성과 같이 거리를 측정할 수 있는 ranging 신호를 전송하는 전송기이다. 의사위성은 정확성, 가용성, 무결성을 향상시킬 수 있으나 GPS 위성신호에 대해 신호의 포화 또는 간섭을 일으킨다. 의사위성의 사용으로 근원거리 문제가 발생하는데 이에 대해서는 많은 연구가 있었지만 해결책은 다음의 세 가지로 요약된다: (1) 다른 주파수 사용, (2) long PN 코드 사용 (3) 펄싱.
	의사위성이란 무엇인가?	의사위성은 우주상공의 GPS 위성과는 달리 지상이나 비행체에 설치되어 GPS 위성과 같이 거리를 측정할 수 있는 ranging 신호를 전송하는 전송기이다. 의사위성은 정확성, 가용성, 무결성을 향상시킬 수 있으나 GPS 위성신호에 대해 신호의 포화 또는 간섭을 일으킨다.
	의사위성 신호가 소프트웨어 GPS 수신기에 미치는 영향을 분석한 결과는 어떠한가?	의사위성 신호가 강할수록 GPS 수신기의 신호대 잡음비를 감소시켜 GPS 수신기의 획득성능은 나빠진다. RTCM-87 모드의 경우 아주 근접한 거리가 아니면 의사위성 신호와 GPS 신호를 동시에 수신하는 것이 가능하였지만 Full-on 모드일 경우 의사위성 신호의 영향이 수신기의 오동작을 유발할 수도 있다는 것을 확인할 수 있었다. 의사위성의 세기와 거리가 적당할 때는 의사위성과 GPS 위성이 모두 획득되었고 각각의 데이터를 잘가지고 있었다. 의사위성의 신호가 셀 때에는 모든 위성이 획득/추적된 것처럼 보이지만 GPS 위성 데이터를 받아보면 의사위성의 데이터와 동일한 데이터를 가지고 있었다.

참고문헌 (7)

H. Stewart Cobb, "GPS Pseudolite: Theory, Design, and Application", Ph.D. Dissertation, Stanford University, 1997.
Bryant D. Elrod and A.J.Van Dieredonck, "Pseudolites", Global Positioning Systems: Theory and Applications, Volume 164 Progress in Astronautics and Aeronautics, AIAA Inc, pp 51-65, 1996.
A.J. Van Dierndonccck, P. Fenton, and C. Hegarty, "Proposed airport pseudolite signal specification for GPS precision approach local area augmentation systems," in Proceedings of the International Technical Meeting of the satellite Division of the Institute of Navigation (ION GPS 97), pp. 1-12, Sep. 1997.
M.O.Kanli, "Limitations of Pseudolite Systems using Off-The-Shelf GPS Receivers", 2004 International Symposium on GNSS/GPS, Sydney, Australia, December, 2004.
Zhou, B.-L., Yu, B.-G. and Luo, W.-X. "A new approach for pulsed pseudolite signal acquisition using FFT", 9th International Conference on Signal Processing ICSP2008. Beijing, China, pp. 2909-2912, October 2008.
T.L. Abt, F. Soualle, and S Martin, "Optimal Pulsing Schemes for Galileo Pseudolite Signals", Journal of Global Positioning Systems, Vol.6, No.2, pp133-141, 2007

상세보기
C. O'Driscoll, D. Borio, J. Fortuny-Guasch, "Investigation of Pulsing Schemes for Pseudolite Application", 24th International Technical Meeting of the satellire Division of the Institute of Navigation, Portland, OR, pp19-23, September 2011.

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