[논문]GNSS 시각 전송에서 윤초 적용 여부에 따른 GPS 시각과 GLONASS 시각의 오프셋 영향 연구

유동희; 이영규; 양성훈; 이창복

doi:10.6109/jkiice.2014.18.11.2628

[국내논문] GNSS 시각 전송에서 윤초 적용 여부에 따른 GPS 시각과 GLONASS 시각의 오프셋 영향 연구
A Study of Effects on GPS and GLONASS Time offset according to leap seconds in GNSSS time transfer 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.18 no.11, 2014년, pp.2628 - 2633

유동희 (Department of Software, Catholic University of Pusan) , 이영규 (Korea Research Institute of Standards and Science) , 양성훈 (Korea Research Institute of Standards and Science) , 이창복 (Korea Research Institute of Standards and Science)

초록
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BIPM에서는 세계협정시(UTC)를 유지하기 위해 GPS 시각 전송 기법을 이용해 왔다. 최근 GLONASS 위성 시스템이 전 세계적으로 서비스되면서 GLONASS 위성의 코드 신호를 이용한 시각 전송 기법에 대한 연구가 진행되었고 이에 GPS 와 GLONASS를 결합한 시각 전송 기법이 연구되고 있다. 본 논문에서는 GNSS 시간과 UTC, 윤초 등에 대해 소개하고 GLONASS 시각 전송에서 윤초의 적용 여부에 따른 시각 오프셋 영향에 대한 결과를 제시하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

BIPM(International Bureau of Weights and Measures) uses GPS Time Transfer technique for UTC(Universal Time Coordinated). Recently, since GLONASS constellation started the service, studies on GLONASS time transfer and combination of GPS and GLONASS time transfer have been conducted. This paper introduces GNSS time, UTC and leap seconds and proposes the time offset results for applicability of leap seconds in GLONASS time transfer.

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AI 본문요약
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문제 정의

그러나 현재 시각 동기 분야에서 정밀도나 정확도를 향상시키기 위해 GPS와 GLONASS를 연동한 시각 동기 기법들이 연구되어 발표되고 있으므로, 우리나라에서도 GPS와 GLONASS의 시간 전송 데이터에 대한 관측 데이터들을 활용한 시각 동기 기법들에 대한 기반 기술을 확보할 필요가 있으며 윤초의 영향 정도에 대해서도 우리나라의 관측 데이터를 기반으로 검증을 할 필요가 있다. 이에 본 논문에서는 GPS 시간과 GLONASS 시간의 차이인 윤초의 적용 여부에 따른 시각 오프셋에 대한 영향 정보를 파악하여 제시하고자 한다.
본 논문에서는 현재 전 세계적으로 GPS 및 GLONASS 위성을 이용한 시각 동기용 소프트웨어인 r2cggtts 프로그램의 실행 결과를 바탕으로 윤초의 적용 여부에 따른 시각 정밀도와 안정도를 제시한다.
본 논문에서는 전 세계 통신 및 다양한 기반 시설의 근간이 되는 시각 동기 기법 중 GPS와 GLONASS 시간을 결합한 연구를 진행하기 위한 초기 단계로 두 항법 시스템이 유지하고 있는 내부 시각 원을 소개하고 이와 관련한 GNSS 시간 및 전 세계협정시, 윤초 등에 대해 소개하였다.

제안 방법

그러나 실제 태양시는 86,400초보다 약간 길기 때문에 UTC에서는 때때로 하루의 제일 마지막 1분을 61초로 계산한다. 이렇게 추가되는 초를 윤초(leap second)라 하고 필요에 따라서 1초 단위의 수정을 전 세계적으로 일제히 하도록 정하였다. 윤초를 실행하는 제1 우선 일은 1월 1일과 7월 1일, 제2 우선일은 4월 1일과 10월 1일로 결정되어 각각 그날의 0시 0분 0초(한국은 09시 0분 0초) 직전에 실시한다.
전 세계 각국의 표준 시각을 관리하는 기관들의 다양한 GNSS 관련 관측 데이터들은 NASA 에서 저장·관리하고 있고 본 논문에서는 임의로 2014년 1월 18일과 19일 데이터들에 대해 윤초의 적용 영향도를 분석해 보았다[12].
미국은 NASA의 JPL(Jet Propulsion Laboratory)의 데이터를 사용하여 윤초 적용 여부를 비교해 보았다. 한국과 일본의 경우 윤초를 고려하지 않은 시각 오프셋과 윤초를 고려한 시각 오프셋의 양상이 매우 비슷하여 GPS 시간과의 비교를 생략하였으나 미국 JPL의 경우 GLONASS 시각 오프셋 결과가 한국과 일본과 같은 양상을 보이지 않아 윤초 처리 결과의 타당성을 검증하기 위해 GPS 시간을 같이 제시하였다.

대상 데이터

검증에 사용된 데이터는 Septentrio사의 PolaRx 3eTR 수신기로 측정한 rinex 형식의 관측 파일과 항법 파일을 사용하였다. 측정 날짜는 2013년 12월 15일이며 GPS 시간이나 UTC(KRIS)는 매우 정밀하고 안정적으로 유지되고 있으므로 측정 날짜에 따른 윤초의 적용 영향은 거의 없다고 판단할 수 있다.
1ns 단위로 표시하였고 x 축은 2014년 1월 18일과 1월 19일을 MJD(Modified Julian Date)로 표시하였다. 2014년 1월 18일이 MJD로 56675 일이고 1월 19일은 56676일이다. 그림3의 첫 번째 그림은 윤초가 적용 되지 않은 결과로 최소 약 - 45 us에서 최대 약 +46us까지의 시각 오프셋 값을 나타내고 있고 두 번째 가운데 그림은 윤초가 적용된 결과로 윤초가 고려되지 않은 첫 번째 그림과 같이 y축 스케일로 표현한 것이다.

이론/모형

두 위성시스템의 비교 시각 원으로는 한국표준과학연구원의 UTC(KRIS) 시간을 사용하였다. r2cggtts 프로그램은 GPS 위성시간과 관측 연구실에서 조정하고 있는 UTC, 우리나라의 경우 UTC(KRIS)와의 시각오프셋을 추출하는 프로그램으로 최근 GLONASS 위성시간에 대해서도 관측 연구실의 UTC와의 시각오프셋 추출 기능이 추가되었고 윤초에 대해서는 따로 지정을 하도록 구성되어 있다.

성능/효과

GPS를 참조 시각원으로 전 세계 시각 동기를 위해 사용되고 있는 r2cggtts 프로그램을 통해, 최근 시각 동기를 위해 적용되고 있는 GLONASS 시간에서 윤초의 적용 여부에 따른 시각오프셋 결과를 우리나라, 일본, 미국의 표준 시각 원을 유지하는 연구실의 관측 데이터들을 활용하여 제시하였고 윤초의 적용 여부에 따라 수십 배의 오프셋 차이 및 시각 오프셋의 안정도에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.
편차는 매우 줄었지만 여전히 시각 오프셋들이 증가하는 양상을 나타내었다. UTC(JPL)을 확실히 보이기 위해 GPS 시각과의 오프셋을 세 번째에 나타내었는데, 두 번째 GLONASS 시각 오프셋과 GPS 시각 오프셋이 같은 양상을 나타냄을 확인할 수 있었다. 이는 JPL의 시각 유지 상태에 의한 것이고 윤초 적용과는 무관한 것임을 확인할 수 있었다.

후속연구

시각오프셋의 변화가 군데군데 클러스터를 보이는 현상이 있는데, 이는 GLONASS 신호가 FDMA(Frequency Division Multiple Access)를 사용하기 때문인데, 이런 Inter Frequency Bias에 대한 보정을 수행하면 최종적으로 GPS와 연동하여 보다 안정적이고 정밀한 시각 원을 유지할 수 있게 된다. 향후 이에 대한 연구도 수행할 예정이다.
향후 GPS와 GLONASS 시각 전송 데이터들을 결합 하여 보다 정확하고 정밀한 시각 동기를 위해 활용하기 위해서는 GLONASS 시스템의 Inter Frequency Bias에 대한 연구가 진행되어야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	세계협정시란?	세계협정시(프랑스어: Temps Universel Coordonne, 영어: Coordinated Universal Time, UTC)는 1972년 1월 1일부터 시행된 국제 표준시이다[4]. UTC는 국제원자시와 윤초 보정을 기반으로 표준화되었다.
	BIPM에서 세계협정시를 유지하기 위해 이용해 온 기법은?	BIPM에서는 세계협정시(UTC)를 유지하기 위해 GPS 시각 전송 기법을 이용해 왔다. 최근 GLONASS 위성 시스템이 전 세계적으로 서비스되면서 GLONASS 위성의 코드 신호를 이용한 시각 전송 기법에 대한 연구가 진행되었고 이에 GPS 와 GLONASS를 결합한 시각 전송 기법이 연구되고 있다.
	세계협정시는 무엇을 기반으로 표준화되었는가?	세계협정시(프랑스어: Temps Universel Coordonne, 영어: Coordinated Universal Time, UTC)는 1972년 1월 1일부터 시행된 국제 표준시이다[4]. UTC는 국제원자시와 윤초 보정을 기반으로 표준화되었다. 국제 전기통신 연합은 UTC에 대한 통일된 약자를 원했다.

참고문헌 (12)

A. Harmegnies, P. Defraigne and G. Petit, "Combining GPS and GLONASS in all-in-view for time transfer", Metrologia, vol. 50, pp.277-287, May, 2013.

상세보기
Z.Jiang and W. Lewandowski, "Use of GLONASS for UTC Time transfer," Metrologia, vol. 49, pp.57-61, Nov. 2011.
P. Defraigne, Q. Baire and A. Harmegnies, "Time and Frequency Transfer Combining GLONASS and GPS DATA," in proceedings of the 42nd Annual Precise Time and Time Interval(PTTI) Meeting, Reston, Vriginia, pp. 263-274, 2010.
Coordinated Universal Time [Internet]. Available : http://en.wikipedia.org/wiki/Coordinated_Universal_Time.
Leap Second [Internet]. Available : http://en.wikipedia.org/ wiki/Leap_second.
Recommendation ITU-R TF.460-5
1975 Resolution 5 of the 15th meeting of the CGPM. Available : http://www.bipm.org/en/CGPM/db/15/5. 1975.
W. Lewandowski and E.F. Arias, "GNSS times and UTC," Metrologia, vol. 48, pp.S219-S224, July, 2011.

상세보기
D. O'Dowd, "UTC Leap Seconds: The GPS Directorate Perspective", in 2013 ITU/BIPM Workshop, 2013.
Z. Jiang and W. Lewandowski, "Recent Study of GLONASS Time Transfer," Application of Tsoft for the GLN calculations, BIPM Technical Memorandum TM136, 2005, ftp://tai.bipm.org/TimeLink/LkC/VAR/Doc/GLN/.
"Addition of Leap Second Highlights Campaign for Its Elimination," www.insidegnss.org, July 4, 2012.
NASA GNSS data archive center. [Internet]. Available : http://ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/gnss/data/daily

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DOI : 10.6109/jkiice.2014.18.11.2628 [무료]
한국정보통신학회 : 저널
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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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