eLoran (enhanced Long Range Navigation)의 구축을 위해서는 로란시스템 설비업그레이드, 시스템 정보데이터 채널추가, dLoran (differential Loran) 사이트, ASF(Additional Secondary Factor) 데이터베이스 등이 필요하다. 특히 eLoran 송신국들의 정확한 UTC (세계협 정시, Coordinated Universal Time) 동기는 eLoran 시스템의 항법성능 향상을 위해 필수적이다. 따라서 송신국들의 정확한 UTC 동기를 위해서는 송신국의 절대 지연시간 측정 및 모니터링이 필요하며, 측정된 송신국 지연시간의 변화량을 보정정보로 이용자에게 제공하여야 한다. 본 연구에서는 포항 LORAN-C 송신국(9930M)을 대상으로 수신지점에서의 TOA(Time of Arrival) 산출을 위한 송신신호의 기준시점을 측정하는 방법을 제시하였고 지연측정 시스템 및 송출신호 위상 모니터링 시스템을 개발하여 포항 송신국의 기준시점을 평가하였다. 측정결과 포항 송신국의 기준점 오프셋은 $-2.23{\mu}s$로 측정되었으며 송신 로란펄스의 위상을 관측한 결과 1 개월간에 약 $0.3{\mu}s$ 정도 흐르는 것이 관측되어 로란의 PNT(Positioning, Navigation and Timing) 활용을 위해 위상 모니터링과 보상이 필수적임을 알 수 있었다.
eLoran (enhanced Long Range Navigation)의 구축을 위해서는 로란시스템 설비업그레이드, 시스템 정보데이터 채널추가, dLoran (differential Loran) 사이트, ASF(Additional Secondary Factor) 데이터베이스 등이 필요하다. 특히 eLoran 송신국들의 정확한 UTC (세계협 정시, Coordinated Universal Time) 동기는 eLoran 시스템의 항법성능 향상을 위해 필수적이다. 따라서 송신국들의 정확한 UTC 동기를 위해서는 송신국의 절대 지연시간 측정 및 모니터링이 필요하며, 측정된 송신국 지연시간의 변화량을 보정정보로 이용자에게 제공하여야 한다. 본 연구에서는 포항 LORAN-C 송신국(9930M)을 대상으로 수신지점에서의 TOA(Time of Arrival) 산출을 위한 송신신호의 기준시점을 측정하는 방법을 제시하였고 지연측정 시스템 및 송출신호 위상 모니터링 시스템을 개발하여 포항 송신국의 기준시점을 평가하였다. 측정결과 포항 송신국의 기준점 오프셋은 $-2.23{\mu}s$로 측정되었으며 송신 로란펄스의 위상을 관측한 결과 1 개월간에 약 $0.3{\mu}s$ 정도 흐르는 것이 관측되어 로란의 PNT(Positioning, Navigation and Timing) 활용을 위해 위상 모니터링과 보상이 필수적임을 알 수 있었다.
In order to establish eLoran (enhanced Long Range Navigation) system, it needs the advancement of receiver, transmitter, data channel addition for Loran information, differential Loran sites for compensating Loran-c signal and ASFs (Additional Secondary Factors) database, etc. In addition, the preci...
In order to establish eLoran (enhanced Long Range Navigation) system, it needs the advancement of receiver, transmitter, data channel addition for Loran information, differential Loran sites for compensating Loran-c signal and ASFs (Additional Secondary Factors) database, etc. In addition, the precise synchronization of transmitting station to the UTC (Coordinated Universal Time) is essential if Loran delivers the high absolute accuracy of navigation demanded for maritime harbor entrance. For better timing synchronization to the UTC among transmitting stations, it is necessary to measure and monitor the transmission delay of the station, and the correction information of the transmitting station should be provided to the user's receivers. In this paper we presented the measurement method of absolute delay of Pohang Loran transmitting station and developed a time delay measurement system and a phase monitoring system for Loran station. We achieved -2.23 us as a result of the absolute phase delay of Pohang station and the drift of Loran pulse of the station was measured about 0.3 us for a month period. Therefore it is necessary to measure the delay offset of transmitting station and to compensate the drift of the Loran signal for the high accuracy application of PNT (Positioning, Navigation and Timing).
In order to establish eLoran (enhanced Long Range Navigation) system, it needs the advancement of receiver, transmitter, data channel addition for Loran information, differential Loran sites for compensating Loran-c signal and ASFs (Additional Secondary Factors) database, etc. In addition, the precise synchronization of transmitting station to the UTC (Coordinated Universal Time) is essential if Loran delivers the high absolute accuracy of navigation demanded for maritime harbor entrance. For better timing synchronization to the UTC among transmitting stations, it is necessary to measure and monitor the transmission delay of the station, and the correction information of the transmitting station should be provided to the user's receivers. In this paper we presented the measurement method of absolute delay of Pohang Loran transmitting station and developed a time delay measurement system and a phase monitoring system for Loran station. We achieved -2.23 us as a result of the absolute phase delay of Pohang station and the drift of Loran pulse of the station was measured about 0.3 us for a month period. Therefore it is necessary to measure the delay offset of transmitting station and to compensate the drift of the Loran signal for the high accuracy application of PNT (Positioning, Navigation and Timing).
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문제 정의
4와 같이 여러 가지 지연 및 오 차들이 존재하며(Samaddar, 1979), 그림의 좌측과 같이 송신 시스템 내에서도 다양한 오차들이 있다. 본 논문에서는 이들 중에 UTC Sync Offset 측정을 위한 것이 주요 목적이며, 송신 시스템의 안정도(Stability of Tx System) 측정을 위한 모니터링 장치구현과 그 결과를 제시하였다.
본 연구에서는 포항 LORAN-C 송신국(9930M)에서 전송하는 신호에서의 기준 시점이 되는 지점에서 위상 오프셋을 측정하는 방법과 그 결과를 제시하고 필드 측정에 의한 결과를 통해 비교 및 검증하였다. 또한 송출신호의 위상 모니터링 시스템을 개발하고 포항 Loran-C 송신국 내 송신실에 설치하고 Loran-C 신호 타이밍 제어성능 측정결과를 제시 하였다.
본 연구에서는 포항 LORAN-C 송신국(9930M)의 시스템 시간지연 측정방법을 제시하였고, 지연측정 시스템 및 송출신호의 위상 모니터링 시스템을 개발하여 포항 송신국 시스템과 수신기, 안테나 등의 절대 지연시간을 평가하였다. 측정결과 포항 송신신호의 기준시점 위상 오프셋은 -2.
제안 방법
본 논문에서 제안한 송신국 offset 측정기법을 향후 구축할 eLoran 송신국에 적용함으로써 eLoran 사용 시에 정확도를 향상시킬 수 있어서 국내 eLoran의 활용도를 높일 수 있을 것으로 기대한다. 또한 로란신호로부터 기준 위상의 흐름을 모니터링하는 기술을 개발함으로써 지상파 신호의 PNT 활용 시에 약점인 외부 환경 변화에 따른 실시간 시스템 지연 및 변동을 측정하여 보상 할 수 있어 로란의 정확도를 높일 수 있는 기반 기술을 확보하였다. 특히, eLoran 구축 시에 성능평가 시스템으로 활용함으로써 더욱 신뢰성 있는 eLoran 시스템 구축과 운용이 가능할 것으로 사료된다.
또한 송신국 기준점에서 오실로스코프와 99.3 ms 주기를 갖는 펄스 생성기와 동기하여 이동원자시계의 초 펄스 사이의 위상차를 측정하였다.
본 연구에서는 포항 LORAN-C 송신국(9930M)에서 전송하는 신호에서의 기준 시점이 되는 지점에서 위상 오프셋을 측정하는 방법과 그 결과를 제시하고 필드 측정에 의한 결과를 통해 비교 및 검증하였다. 또한 송출신호의 위상 모니터링 시스템을 개발하고 포항 Loran-C 송신국 내 송신실에 설치하고 Loran-C 신호 타이밍 제어성능 측정결과를 제시 하였다.
3 ms 주기 펄스 생성기의 위상을 오실로스코프 상에서 루프 안테나를 통해 들어온 로란신호의 세번째 cycle의 zero crossing 지점과 일치시켜 펄스 생성기를 동기시켰다. 생성기의 위상과 이동원자시계의 초 펄스와의 시간 간격을 카운터를 이용하여 측정하고 케이블 및 안테나 지연을 보정함으로써 송신국 시스템의 기준위상 오프셋을 구하였다.
송신 시스템에서 생성된 로란펄스의 3번째 신호의 위상을 정확히 모니터링하기 위하여 Fig. 8과 같은 zero-crossing 기법을 이용한 모니터링 시스템을 개발하였다. 송신국의 세슘원자시계에서 출력되는 5 MHz를 기준주파수로 Fig.
송신국의 세슘원자시계에서 출력되는 5 MHz를 기준주파수로 Fig. 9와 같이 로란의 반송파 수파수의 반 사이클인 5 μs 윈도우(아래쪽 펄스 신호)를 만들고 3번째 사이클의 신호가 zero-crossing 되는 순간에만 펄스(위쪽 펄스신호)가 생성되도록 하였다.
기준점 위상의 유효성을 검증하기 위하여 다음과 같은 방법을 적용하였다. 안테나 중심으로부터 15 m 지점에서 루프안테나와 위상측정 시스템을 이용하여 기준시점을 정하고, Fig. 7에서와 같이 3 km와 4 km 지점에서 각각 PF(Primary Factor)를 GPS를 이용하여 구한 다음에 15 m 지점에서 측정한 것과 같은 방법으로 위상을 측정하고 Yang (2009)에서 제시한 루프 안테나와 H-field 안테나 연계에 의한 위상 측정 방법으로 각각 시도하여 Table 1과 같은 결과를 얻었다. 표에서 보는 바와 같이 3 km 지점에서는 두 방법 모두 2.
위상차 측정을 위해 99.3 ms 주기 펄스 생성기의 위상을 오실로스코프 상에서 루프 안테나를 통해 들어온 로란신호의 세번째 cycle의 zero crossing 지점과 일치시켜 펄스 생성기를 동기시켰다. 생성기의 위상과 이동원자시계의 초 펄스와의 시간 간격을 카운터를 이용하여 측정하고 케이블 및 안테나 지연을 보정함으로써 송신국 시스템의 기준위상 오프셋을 구하였다.
3 ms 주기를 갖는 펄스 생성기와 동기하여 이동원자시계의 초 펄스 사이의 위상차를 측정하였다. 이 위상측정 시스템을 이용하여 송신 신호의 펄스 생성 기준점의 위상을 측정함으로써 기준시점의 위상 오프셋을 측정한 결과를 얻었다. 이와 같이 본 연구에서는 송신국의 TOC를 활용하지 않고 로란펄스 train 중에 한 펄스를 기준으로 이용한 위상 차이를 측정하여 송신국 위상 오프셋을 측정하였다.
따라서 동기 정확도를 높이기 위하여 송출되는 신호를 나노 초 단위에서 모니터링을 해야 하고 그 결과를 보정해 주어야 한다. 이것을 위해 임의의 로란 펄스를 원자시계를 기준으로 송신국 지연시간을 측정할 수 있는 시스템을 구현하였으며 Fig. 5에 개략도를 나타내었다(Keating, 1986). 그림에서 좌측은 안테나를 포함한 송신 시스템이며 우측이 지연측정 시스템이다.
이 위상측정 시스템을 이용하여 송신 신호의 펄스 생성 기준점의 위상을 측정함으로써 기준시점의 위상 오프셋을 측정한 결과를 얻었다. 이와 같이 본 연구에서는 송신국의 TOC를 활용하지 않고 로란펄스 train 중에 한 펄스를 기준으로 이용한 위상 차이를 측정하여 송신국 위상 오프셋을 측정하였다.
대상 데이터
그러나 송신국 주위에서는 강전자계가 형성되어 로란수신 안테나의 동작범위를 초과하므로 측정이 불가능하다. 본 연구에서는 Fig. 3의 좌측 그림과 같이 수동형 루프 안테나를 이용함으로써 로란신호를 왜곡 없이 수신하였다. 또한 송신국 기준점에서 오실로스코프와
성능/효과
그러나 더 정확한 값의 산출과 검증을 위해서는 eLoran 송신 시스템이 구축되면 UTC와 기준 펄스 또는 초 펄스 사이의 시간차를 측정할 수 있으므로 본 방법에 의해 보다 정확한 값을 얻을 수 있을 것이다. 또한 약 1 개월간의 절대 지연시간 측정결과 약 0.3 us 정도 흐르는 것을 관측할 수 있었으며 drift의 모니터링과 보상이 정확한 PNT 활용을 위해 필수적임을 알 수 있었다.
측정결과 포항 송신신호의 기준시점 위상 오프셋은 -2.23 μs로 측정되었으나 송신 안테나의 기준점 오차 등으로 실제 3 km와 4 km에서는 –2.02 μs로 측정되어 0.2 μs 정도의 차이가 나타났다.
후속연구
02 μs를 적용 하면 된다. 그러나 더 정확한 값의 산출과 검증을 위해서는 eLoran 송신 시스템이 구축되면 UTC와 기준 펄스 또는 초 펄스 사이의 시간차를 측정할 수 있으므로 본 방법에 의해 보다 정확한 값을 얻을 수 있을 것이다. 또한 약 1 개월간의 절대 지연시간 측정결과 약 0.
본 논문에서 제안한 송신국 offset 측정기법을 향후 구축할 eLoran 송신국에 적용함으로써 eLoran 사용 시에 정확도를 향상시킬 수 있어서 국내 eLoran의 활용도를 높일 수 있을 것으로 기대한다. 또한 로란신호로부터 기준 위상의 흐름을 모니터링하는 기술을 개발함으로써 지상파 신호의 PNT 활용 시에 약점인 외부 환경 변화에 따른 실시간 시스템 지연 및 변동을 측정하여 보상 할 수 있어 로란의 정확도를 높일 수 있는 기반 기술을 확보하였다.
또한 로란신호로부터 기준 위상의 흐름을 모니터링하는 기술을 개발함으로써 지상파 신호의 PNT 활용 시에 약점인 외부 환경 변화에 따른 실시간 시스템 지연 및 변동을 측정하여 보상 할 수 있어 로란의 정확도를 높일 수 있는 기반 기술을 확보하였다. 특히, eLoran 구축 시에 성능평가 시스템으로 활용함으로써 더욱 신뢰성 있는 eLoran 시스템 구축과 운용이 가능할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
eLoran의 구축을 위해서는 무엇이 필요한가?
eLoran (enhanced Long Range Navigation)의 구축을 위해서는 로란시스템 설비업그레이드, 시스템 정보데이터 채널추가, dLoran (differential Loran) 사이트, ASF(Additional Secondary Factor) 데이터베이스 등이 필요하다. 특히 eLoran 송신국들의 정확한 UTC (세계협 정시, Coordinated Universal Time) 동기는 eLoran 시스템의 항법성능 향상을 위해 필수적이다.
eLoran 시스템의 항법성능 향상을 위해 필수적인 것은 무엇인가?
eLoran (enhanced Long Range Navigation)의 구축을 위해서는 로란시스템 설비업그레이드, 시스템 정보데이터 채널추가, dLoran (differential Loran) 사이트, ASF(Additional Secondary Factor) 데이터베이스 등이 필요하다. 특히 eLoran 송신국들의 정확한 UTC (세계협 정시, Coordinated Universal Time) 동기는 eLoran 시스템의 항법성능 향상을 위해 필수적이다. 따라서 송신국들의 정확한 UTC 동기를 위해서는 송신국의 절대 지연시간 측정 및 모니터링이 필요하며, 측정된 송신국 지연시간의 변화량을 보정정보로 이용자에게 제공하여야 한다.
eLoran 시스템의 송신국들의 정확한 UTC 동기를 위해서 필요한 것은 무엇인가?
특히 eLoran 송신국들의 정확한 UTC (세계협 정시, Coordinated Universal Time) 동기는 eLoran 시스템의 항법성능 향상을 위해 필수적이다. 따라서 송신국들의 정확한 UTC 동기를 위해서는 송신국의 절대 지연시간 측정 및 모니터링이 필요하며, 측정된 송신국 지연시간의 변화량을 보정정보로 이용자에게 제공하여야 한다. 본 연구에서는 포항 LORAN-C 송신국(9930M)을 대상으로 수신지점에서의 TOA(Time of Arrival) 산출을 위한 송신신호의 기준시점을 측정하는 방법을 제시하였고 지연측정 시스템 및 송출신호 위상 모니터링 시스템을 개발하여 포항 송신국의 기준시점을 평가하였다.
참고문헌 (11)
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