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GPS 예측궤도력을 이용한 정밀단독측위 정확도 분석
Accuracy Analysis of Precise Point Positioning Using Predicted GPS Satellite Orbits 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.16 no.5 = no.56, 2012년, pp.752 - 759  

하지현 (한국항공우주연구원 위성항법팀) ,  허문범 (한국항공우주연구원 위성항법팀) ,  남기욱 (한국항공우주연구원 위성항법팀)

초록
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본 논문에서는 IGS 예측궤도력을 이용한 준실시간 정밀단독측위 위치추정 정확도를 분석하였다. 그 결과 2010년 1년 동안 평균오차 1~1.6cm, 표준편차 1~1.3cm로 신속궤도력과 유사한 정밀도 달성이 가능했다. 궤도 이상이 나타난 날 중 44%에서 10cm 이상의 좌표오차가 관측되었으며, 최대 1.7km, 평균오차 최대 308m 수준으로 나타났다. 따라서 예측궤도력을 활용 시 사전에 궤도력 이상현상에 대한 점검이 반드시 필요할 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, near-real-time positioning accuracies of precise point positioning technique were analyzed using IGS predicted orbits. As a result, we could get the mean errors of 1~1.6 cm, standard deviation of 1~1.3cm from one year of GPS data. This results were similar level to positioning accurac...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 예측궤도력을 사용했을 때 나타나는 위치추정 정확도와 예측궤도력 이상현상에 따른 위치추정 오차를 분석하였다. 예측궤도력 위치 추정 정확도 분석을 위하여 정밀궤도력, 신속궤도력, 그리고 초신속궤도력을 이용하였으며, 특히 초신속궤도력은 해당날짜와 다음날짜의 00h에 생성된 궤도력을 사용하여 예측궤도력과 OH를 각각 적용한 결과를 도출하였다.
  • 본 논문에서는 예측궤도력을 이용한 위치추정 정확도와 궤도력 이상에 따른 위치오차 변화를 분석하였다. 예측궤도력기반 위치추정 정밀도 분석을 위해 2010년 1월 1일부터 12월 31일까지 IGS에서 생성한 정밀궤도력, 신속궤도력, 초신속궤도력을 이용하였다.
  • 정밀궤도력과 신속궤도력은 궤도력과 함께 제공되는 시계오차 해의 정밀도가 높은 반면, 초신속궤도 력은 시계오차 해의 정밀도가 낮아 원자시계가 연결된 관측소의 시계를 기준으로 하여 나머지 관측소의 시계오차를 추정한다[8]. 이 논문에서는 Cesium 원자시계가 연결된 DAEJ 관측소를 기준으로 SUWN 관측소의 시계오차를 추정하였다. 데이터 처리 시 주요 오차요인인 안테나 위상중심 변동량(PCV, Phase Center Variations), 해양조석하중에 의한 지각변위(OTL, Ocean Tidal Loading Displacements), 그리고 방위각 방향으로의 수증기 변화량(Azimuthal Gradient)을 보정하였다.
  • 이 논문에서는 선행연구[6]에서 제시한 2010년의 예측궤도력 이상현상을 활용하여, 다양한 경우에서 궤도 이상 현상에 의한 좌표 오차를 분석하였다. 일반적으로 예측궤도력은 정밀궤도력에 대하여 6시간 이내에 평균 5~10cm, 최대 1m 수준의 3차원 좌표 오차가 나타난다[9,10].
  • 따라서 선행연구[6]에서는 정밀 궤도력과 예측궤도력을 비교하여 생성시간으로부터 6시간이내에 1m 이상의 오차가 발생한 경우를 궤도 이상으로 판단하였다. 이 논문에서도 선행연구의 결과에 따라 정밀궤도력을 기준으로 1m 이상 오차가 발생한 경우를 대상으로 좌표 오차에 미치는 영향을 평가하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
예측궤도력의 단점은? 예측궤도력은 이전 시간에 수집된 관측데이터를 바탕으로 미래 시간에 대한 추정된 궤도를 기록한 것이다. 따라서 궤도력이 생성된 이후에 위성 고장, 정전, 유지/보수 등 예상치 못한 상황이 발생할 경우 이에 대한 즉각적인 반영이 어려운 단점이 있다. 이러한 점은 사용자에게는 오차요인으로 직결된다. 실제로 2008년 1월 30일에 발생한 예측궤도력 이상현상은 최대 수십m 수준의 사용자 위치오차를 유발하였다[3].
단독측위란? 상대 측위는 2개 이상의 관측지점에서 수집한 데이터를 이용하여 상대 기선해석을 실시하는 기법으로, 공통오차제거를 통해 위치 정확도를 향상시킨다. 단독측위는 위치정보를 얻고자 하는 단일 관측지점의 관측 데이터만 이용하는 기법으로 IGS(International GNSS Service)에서 제공하는 궤도력과 오차보정 정보를 이용하여 정확도를 향상시킨다. IGS에서 제공하는 GPS 궤도력에는 정밀궤도력(Precise Orbits), 신속궤도력(Rapid Orbits), 초신속궤도력(Ultra-Rapid Orbits), 그리고 방송궤도력(Broadcast Ephemerides)이 있다[1].
GPS는 현대에 들어 어느 분야에서 활용되고 있나? 1980년대 후반, 미국의 군사적 목적에 의해 개발된 위성항법시스템(GNSS, Global Navigation Satellite System) 중 하나인 GPS(Global Positioning System)는 현대에 들어 항법, 측지/측량, 통신, 국방, 시각 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. GNSS를 이용한 위치 정보 산출 방법은 크게 상대측위(Relative Positioning)와 단독측위(Point Positioning)로 나눌 수 있다.
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참고문헌 (10)

  1. http://igscb.jpl.nasa.gov 

  2. http://igscb.jpl.nasa.gov/components/prods.html 

  3. 하지현, 준실시간 3차원 수증기 분포도 결정을 위한 고정밀 GPS 자료처리 전략, 박사학위논문, 인하대학교, 162pp, 2009, 2. 

  4. http://www.navcen.uscg.gov 

  5. http://www.schriever.af.mil/GPS 

  6. 하지현, 허문범, 남기욱, "GPS기반 준실시간 위치추적을 위한 IGS 예측궤도력이상 검출", 한국항행학회지, 제 15권, 제 6호, pp. 953-961, 2011, 12. 

  7. F. H. Webb, and J. F. Zumberge, An introduction to the GIPSY/OASIS-II, JPL Pulb., Pasadena, CA, July 1993. 

  8. 박관동, 조정호, 하지현, 임형철, "초신속궤도력을 이용한 신속한 고정밀 GPS 데이터처리", 한국측량학회지, 제 21권, 제 4호, pp. 309-316, 2003, 12. 

  9. L. P. Kruse, B. Sierk, T. Springer, and M. Cocard, "GPS-meteorology: Impact of predicted orbits on precipitable water estimates", Geophysical Research Letters, Vol. 26, No. 14, pp. 2045-2048, July 1999. 

  10. 김혜인, 위성측위 가용성 및 정확도 향상 평가를 위한 통합 GNSS 시뮬레이터 개발, 석사학위논문, 인하대학교, 103pp. 2009, 2. 

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