IGS에서는 실시간 정밀 측위에 사용할 수 있도록 궤도 예측값인 IGU (IGS Ultra-rapid)와 실시간 궤도 추정값인 RTS (real-time service) 보정정보를 제공한다. IGU는 데이터 지연시간이 없지만, RTS는 5~30 초의 지연시간을 갖기 때문에 실시간으로 사용하기 위해선 지연시간만큼 예측이 필요하다. 본 논문에서는 실시간 사용 측면에서 RTS와 IGU의 성능 분석을 수행하였다. 한반도 내에서 RTS 제공 비율을 파악하기 위하여 한반도에서 관측되는 위성 대비 RTS 제공 비율을 계산하였으며 그 결과 99.3%로 나타났다. RTS의 정확도를 확인하기 위해 보정정보를 방송궤도력에 적용하여 오차를 분석하였으며 이 때 3D 궤도 RMS 오차는 0.043 m으로 나타났다. 실시간 사용 측면에서 RTS와 IGU를 비교하였는데, 실시간으로 가정하였기 때문에 IGU는 예측 정보만 이용하였고, RTS는 데이터 지연시간동안 다항식 모델로 예측을 수행하였다. RTS와 IGU를 1초 간격으로 각각 외삽, 보간을 수행하였고 그 결과 궤도 예측 성능은 비슷하였으며 시계 예측 성능은 RTS가 0.13 m 더 뛰어났다.
IGS에서는 실시간 정밀 측위에 사용할 수 있도록 궤도 예측값인 IGU (IGS Ultra-rapid)와 실시간 궤도 추정값인 RTS (real-time service) 보정정보를 제공한다. IGU는 데이터 지연시간이 없지만, RTS는 5~30 초의 지연시간을 갖기 때문에 실시간으로 사용하기 위해선 지연시간만큼 예측이 필요하다. 본 논문에서는 실시간 사용 측면에서 RTS와 IGU의 성능 분석을 수행하였다. 한반도 내에서 RTS 제공 비율을 파악하기 위하여 한반도에서 관측되는 위성 대비 RTS 제공 비율을 계산하였으며 그 결과 99.3%로 나타났다. RTS의 정확도를 확인하기 위해 보정정보를 방송궤도력에 적용하여 오차를 분석하였으며 이 때 3D 궤도 RMS 오차는 0.043 m으로 나타났다. 실시간 사용 측면에서 RTS와 IGU를 비교하였는데, 실시간으로 가정하였기 때문에 IGU는 예측 정보만 이용하였고, RTS는 데이터 지연시간동안 다항식 모델로 예측을 수행하였다. RTS와 IGU를 1초 간격으로 각각 외삽, 보간을 수행하였고 그 결과 궤도 예측 성능은 비슷하였으며 시계 예측 성능은 RTS가 0.13 m 더 뛰어났다.
For real-time precise positioning, IGS provides ephemeris predictions (IGS ultra-rapid, IGU) and real-time ephemeris estimates (real-time service, RTS). Due to the RTS data latency, which ranges from 5 s to 30 s, a short-term prediction process is necessary before applying the RTS corrections. In th...
For real-time precise positioning, IGS provides ephemeris predictions (IGS ultra-rapid, IGU) and real-time ephemeris estimates (real-time service, RTS). Due to the RTS data latency, which ranges from 5 s to 30 s, a short-term prediction process is necessary before applying the RTS corrections. In this paper, the real-time performance of the RTS correction and IGU prediction are compared. The RTS correction availability for the GPS satellites observed in Korea is computed as 99.3%. The RTS correction is applied to broadcast ephemeris to verify the accuracy of the RTS correction. The 3D orbit RMS error of the RTS correction is 0.043 m. Prediction of the RTS correction is modeled as a polynomial, and then the predicted value is compared with the IGU prediction value. The RTS orbit prediction accuracy is nearly equivalent to the IGU prediction, but RTS clock prediction performance is 0.13 m better than the IGU prediction.
For real-time precise positioning, IGS provides ephemeris predictions (IGS ultra-rapid, IGU) and real-time ephemeris estimates (real-time service, RTS). Due to the RTS data latency, which ranges from 5 s to 30 s, a short-term prediction process is necessary before applying the RTS corrections. In this paper, the real-time performance of the RTS correction and IGU prediction are compared. The RTS correction availability for the GPS satellites observed in Korea is computed as 99.3%. The RTS correction is applied to broadcast ephemeris to verify the accuracy of the RTS correction. The 3D orbit RMS error of the RTS correction is 0.043 m. Prediction of the RTS correction is modeled as a polynomial, and then the predicted value is compared with the IGU prediction value. The RTS orbit prediction accuracy is nearly equivalent to the IGU prediction, but RTS clock prediction performance is 0.13 m better than the IGU prediction.
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문제 정의
Bosy는 RTS와 ESOC (European Space Operations Centre) final 데이터를 비교하고 RTS 데이터가 수신되지 않을 때 다항식을 이용하여 단시간 예측을 수행하였다[3]. 본 논문에서는 다항식을 이용하여 실시간 사용 측면에서 RTS와 IGU 성능 분석을 실시하였다. 한반도 내에서 RTS의 활용 가능성을 파악하기 위해 수원에서 수신되는 가시위성 대비 RTS 데이터의 제공 비율을 분석하였다.
제안 방법
그리고 항법메시지의 궤도 기준은 APC이지만, RTS 보정정보는 질량 중심이기 때문에 PCO 보정이 수행되어야 하므로 IGS에서 제공하는 ANTEX 데이터를 사용하여 보정을 수행하였다. PCO가 보정된 RTS 보정정보를 항법메시지에 적용하여 RAC 방향 궤도 및 시계 오차, PRE를 계산하여 IGR과 비교하였다. IGU는 6시간마다 갱신되기 때문에 1일 분석을 위해 최근 6시간 데이터를 사용하였다.
전체 위성에 대한 예측오차의 통계값을 계산한 결과는 표 2와 같다. RTS 보정정보 예측 오차의 경우 1차 다항식과 2차 다항식 결과를 제시하였다. 2차 다항식으로 예측한 결과는 1차로 예측한 것보다 오차가 최대 0.
RTS 보정정보의 정확도를 분석하고 실시간 사용 측면에서 RTS 보정정보와 IGU 데이터의 성능을 비교하였다. RTS 보정정보는 데이터 시간 지연이 존재하기 때문에 실시간으로 사용하기 위해서 예측 과정이 필요하다.
한반도 내에서 RTS의 활용 가능성을 파악하기 위해 수원에서 수신되는 가시위성 대비 RTS 데이터의 제공 비율을 분석하였다. RTS 보정정보의 정확도를 분석하였으며, 실시간 사용 측면에서 정확도를 파악하기 위해 매 초마다 보정정보를 예측하였다. 실시간 사용을 가정하였기 때문에 IGU에서 예측 정보를 매 초 간격으로 보간하여 사용하였고, IGS RTS 보정정보에서는 데이터 지연시간동안 다항식 모델로 예측을 수행하였다.
RTS 보정정보의 정확성을 분석하기 위해 1일 RTS 보정정보를 항법메시지에 적용한 후 이를 기준값인 IGR과 비교하였다. IGR은 궤도 보정정보의 정확도가 2.
RTS로 제공되는 보정정보 중 한반도에 위치한 GPS 수신기에 사용할 수 있는 보정정보의 비율을 분석하였다. RTS 보정정보는 2015년 4월 5일 IGS03을 이용하였다.
보간법의 차수는 17로 설정하였을 때 실제 값과 오차가 가장 작았기 때문에 이를 사용하였다 [7]. 모든 위성에 대한 RAC 방향궤도요소와 시계 오차, PRE에 대한 통계를 계산하였다.
보간을 수행할 때 양 끝단에서 RP (Runge's phenomenon) 현상이 발생하기 때문에 ±1일 IGR 데이터를 추가하여 RP 현상을 제거하였다 [6],[7].
궤도 보정정보와 시계 보정정보의 데이터 시간간격이 각각 60, 10초이기 때문에 각 보정정보를 60, 10초간 예측을 수행하여야 한다. 본 논문에서 사용된 예측은 다항식 모델을 이용하였으며 그림 1처럼 RTS 보정정보를 다항식으로 가정하여 계수를 계산하고, 예측 기간만큼 외삽을 수행하는 것을 반복하였다.
실시간 사용 측면에서 RTS 보정정보와 IGU의 성능을 분석하기 위해 각 정보를 1초 간격으로 외삽과 보간을 수행한 후 IGR과 비교하였다. 예측은 다항식 모델을 사용하였으며, 차수는 1과 2로 설정하고 이를 비교하였다.
RTS 보정정보의 정확도를 분석하였으며, 실시간 사용 측면에서 정확도를 파악하기 위해 매 초마다 보정정보를 예측하였다. 실시간 사용을 가정하였기 때문에 IGU에서 예측 정보를 매 초 간격으로 보간하여 사용하였고, IGS RTS 보정정보에서는 데이터 지연시간동안 다항식 모델로 예측을 수행하였다.
그림 13은 IGU 예측 정보의 예측 구간별 궤도와 시계의 RMS 오차를 나타낸 것이다. 예측 구간은 1시간씩, 총 6개로 설정하였다. 3D 궤도와 시계 모두 마지막 구간에서 RMS 오차가 각각 0.
RTS 보정정보는 데이터 시간 지연이 존재하기 때문에 실시간으로 사용하기 위해서 예측 과정이 필요하다. 예측 모델로 다항식을 사용하였으며 차수는 1, 2로 설정하여 1초 간격으로 예측을 수행하였다. RTS 보정정보를 적용한 방송궤도력의 3D 궤도 RMS오차는 0.
실시간 사용 측면에서 RTS 보정정보와 IGU의 성능을 분석하기 위해 각 정보를 1초 간격으로 외삽과 보간을 수행한 후 IGR과 비교하였다. 예측은 다항식 모델을 사용하였으며, 차수는 1과 2로 설정하고 이를 비교하였다. IOD가 변화하는 경우 방송궤도력과 RTS 보정정보가 크게 변화하기 때문에 계수 계산을 재수행해야 한다.
이는 다항식 차수가 2이면 최소 3개의 데이터가 존재해야 계수를 계산할 수 있기 때문이다. 예측이 완료된 후 보정정보가 새로 입력되면 가장 오래된 보정정보를 삭제하여 다항식 계수를 계산하고 다음 시간대의 예측을 수행하는 방식으로 진행하였다. 다음 그래프들은 차수가 2인 다항식 모델을 사용한 결과들을 나타내었는데, 이는 2차 다항식이 좀 더 좋은 성능을 나타내었기 때문이다.
486 m로 궤도 오차에 비해 컸다. 의사거리오차에 대한 영향을 파악하기 위하여 수원지역 사용자에 대한 PRE를 계산하였다. PRE는 시계 오차와 거의 일치하는데, 이는 시계오차가 궤도오차에 비해 훨씬 크기 때문이다.
IGU 데이터는 6시간마다 갱신되기 때문에 갱신 이후 예측 시점에 따라 정확도가 달라질 수 있다. 이러한 이유로 예측 시간별 분석을 수행하였다. 그림 13은 IGU 예측 정보의 예측 구간별 궤도와 시계의 RMS 오차를 나타낸 것이다.
한반도 지역에 대한 보정정보 제공 비율을 계산하였다. 지역을 수원으로 설정하였으며, 관측되는 위성은 해당 날짜의 수원 IGS 기준국에서 제공하는 상시관측소 파일을 이용하여 파악하였다.
본 논문에서는 다항식을 이용하여 실시간 사용 측면에서 RTS와 IGU 성능 분석을 실시하였다. 한반도 내에서 RTS의 활용 가능성을 파악하기 위해 수원에서 수신되는 가시위성 대비 RTS 데이터의 제공 비율을 분석하였다. RTS 보정정보의 정확도를 분석하였으며, 실시간 사용 측면에서 정확도를 파악하기 위해 매 초마다 보정정보를 예측하였다.
한반도 지역에 대한 보정정보 제공 비율을 계산하였다. 지역을 수원으로 설정하였으며, 관측되는 위성은 해당 날짜의 수원 IGS 기준국에서 제공하는 상시관측소 파일을 이용하여 파악하였다.
대상 데이터
PCO가 보정된 RTS 보정정보를 항법메시지에 적용하여 RAC 방향 궤도 및 시계 오차, PRE를 계산하여 IGR과 비교하였다. IGU는 6시간마다 갱신되기 때문에 1일 분석을 위해 최근 6시간 데이터를 사용하였다. 즉, 0시에 업데이트된 데이터는 0~6시까지 사용하였다.
RTS로 제공되는 보정정보 중 한반도에 위치한 GPS 수신기에 사용할 수 있는 보정정보의 비율을 분석하였다. RTS 보정정보는 2015년 4월 5일 IGS03을 이용하였다. 1일 보정정보 제공 비율은 전체 30개 위성의 궤도 및 시계 정보에 대한 IGS03 보정정보의 존재 여부를 나타내었다.
자세한 분석은 뒤에서 기술하였다. 그리고 항법메시지의 궤도 기준은 APC이지만, RTS 보정정보는 질량 중심이기 때문에 PCO 보정이 수행되어야 하므로 IGS에서 제공하는 ANTEX 데이터를 사용하여 보정을 수행하였다. PCO가 보정된 RTS 보정정보를 항법메시지에 적용하여 RAC 방향 궤도 및 시계 오차, PRE를 계산하여 IGR과 비교하였다.
IGS03은 IGS02에 GLONASS 위성의 보정정보를 추가한 것이다. 본 논문에 사용된 stream은 IGS03인데, RTCM sSSR (tate space representation) 형식으로 보정정보가 전송된다. SSR은 GNSS 오차 요인인 위성의 시계, 궤도, 전리층 오차 등을 포함한 것이다 [4].
데이터처리
예측이 모두 수행된 후 GPS 위성의 궤도와 시계로 발생하는 오차인 PRE (pseudorange error)를 계산하였다. PRE는 지구중심이 아닌 사용자의 위치에서 위성으로 향하는 방향의 오차로, 식은 다음과 같다 [8].
성능/효과
예측 구간은 1시간씩, 총 6개로 설정하였다. 3D 궤도와 시계 모두 마지막 구간에서 RMS 오차가 각각 0.040 m, 1.060 m로 가장 컸으며, 첫 번째 구간에서 각각 0.029 m, 1.032 m로 가장 작았다. 이는 예측 시 시간이 지날수록 오차가 점점 누적되기 때문이다.
RTS 보정정보 예측 결과 다항식 차수가 1일 때보다 2일 때 궤도 예측 성능이 더 뛰어났으며 시계 예측 성능은 동일하였다. IGU와 RTS 예측 결과와 비교하였을 때 궤도는 성능이 동일하였으나, 시계 정보에서 RTS 예측 정보의 RMS 오차가 0.13 m 더 작았다. RTS 보정정보 예측에서 IOD가 변화하지 않지만 보정값의 변화가 크게 일어나는 지점에서 예측 오차가 컸으며, 이는 전체 오차에 큰 영향을 주었다.
RTS 보정정보 예측 결과 다항식 차수가 1일 때보다 2일 때 궤도 예측 성능이 더 뛰어났으며 시계 예측 성능은 동일하였다. IGU와 RTS 예측 결과와 비교하였을 때 궤도는 성능이 동일하였으나, 시계 정보에서 RTS 예측 정보의 RMS 오차가 0.
13 m 더 작았다. RTS 보정정보 예측에서 IOD가 변화하지 않지만 보정값의 변화가 크게 일어나는 지점에서 예측 오차가 컸으며, 이는 전체 오차에 큰 영향을 주었다.
이는 그림 6의 시계 오차에서도 확인할 수 있다. 시계 오차는 IGS03 보정정보 값의 변화가 큰 지점인 3시에서 오차가 증가하였으며, IOD가 변화한 72000초 부근에서 오차가 최대가 된 후 오차의 크기가 감소하였다. 시계의 RMS 오차는 0.
PRN10, 19, 32에서는 특정 시간에 보정정보가 존재하지 않았다. 전체 위성에 대한 평균 RTS 보정정보 제공 비율은 계산 결과 98.5%로 나타났으며 가장 낮은 제공 비율은 PRN09의 83.1%이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
IGS RTS(real-time service)란 무엇입니까?
IGS RTS (real-time service)는 실시간으로 방송궤도력에 적용할 수 있는 보정정보로, 2013년 4월부터 제공되기 시작하였으며 RTS로 보정된 방송궤도력은 IGR에 근접한 정확도를 가진다 [2]. RTS는 현재 GPS 분야에서 서비스가 제공되고 있다.
IGS RTS 보정정보는 어떻게 다운로드 할 수 있습니까?
IGS RTS 보정정보는 NTRIP (networked transport of RTCM via internet protocol) 방식으로 사용자에게 전송된다. 보정정보는 BNC (BKG ntrip client)를 이용하여 다운로드할 수 있는데, 사용자가 원하는 stream을 선택하여 IGS 조합 해 또는 단일 AG (analysis center)의 보정정보를 다운로드할 수 있다. IGS 조합 해는 조합 및 궤도기준에 따라 여러 해가 존재하는데, IGC01/IGS01은 GPS 위성의 단순 조합 해이며, IGS02는 이를 칼만필터로 처리한 것이다.
IGS에서는 정밀궤도력으로 무엇을 제공합니까?
IGS (international GNSS service)에서는 정밀궤도력으로 IGS final, IGR (IGS rapid), 그리고 IGU (IGS ultra rapid)를 제공한다. Final과 IGR은 IGU에 비해 궤도와 시계 모두 더 높은 정확도를 가지지만 데이터 지연시간이 최소 1일이기 때문에 실시간으로 사용할 수 없다.
참고문헌 (8)
International GNSS Service. The IGS product table of GNSS ephemerides [Internet]. Available: http://igscb.jpl.nasa.gov/components/prods.html
International GNSS Service. The real-time service product table of GNSS orbit and clock correction [Internet]. Available: http://igs.org/rts/products
T. Hadas and J. Bosy, "IGS RTS precise orbits and clocks verification and quality degradation over time," GPS Solution, Vol. 19, No. 1, pp. 93-105, Jan. 2015.
M. S. B. Starr et al., "A long-term statistical analysis of the accuracy of GPS and GLONASS broadcast orbit and clock models," in Proceedings of the 17th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation, Long Beach: CA, pp. 2095-2103, Sept. 2004.
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