다른 응용분야에 비하여 개략적인 성능을 요구했던 해양 분야에서도 최근 들어 항만 영역에 따라 수치적으로 구체화된 성능을 요구하고 있고, 측위 정확도뿐만 아니라 무결성, 연속성, 가용성 면에서도 보장을 요구하고 있다. 현 DGPS 기준국의 서비스를 사용하는 사용자 입장에서, DGPS 서비스는 아직 IMO에서 요구하는 성능을 모두 만족시키기에 불충분하다. 특히, HEA 영역에서 요구하는 측위 정확도 수준은 대부분 만족하나 무결성 측면에서는 성능을 보장할 수 없다. 본 논문에서는 기존 DGPS 기준국의 감시, 보장, 공지 기능을 강화하여 무결성 측면에서 보강하기 위한 향상된 감시 개념을 제안하고자 한다. 이를 위하여 현재 DGPS 서비스 감시 기능의 취약점을 제시하고 이에 대한 영향을 분석하였으며 이를 토대로 대책을 마련하였다. 본 연구결과는 추후 DGPS 서비스 개선을 위한 기초연구로 활용할 수 있을 것이다.
다른 응용분야에 비하여 개략적인 성능을 요구했던 해양 분야에서도 최근 들어 항만 영역에 따라 수치적으로 구체화된 성능을 요구하고 있고, 측위 정확도뿐만 아니라 무결성, 연속성, 가용성 면에서도 보장을 요구하고 있다. 현 DGPS 기준국의 서비스를 사용하는 사용자 입장에서, DGPS 서비스는 아직 IMO에서 요구하는 성능을 모두 만족시키기에 불충분하다. 특히, HEA 영역에서 요구하는 측위 정확도 수준은 대부분 만족하나 무결성 측면에서는 성능을 보장할 수 없다. 본 논문에서는 기존 DGPS 기준국의 감시, 보장, 공지 기능을 강화하여 무결성 측면에서 보강하기 위한 향상된 감시 개념을 제안하고자 한다. 이를 위하여 현재 DGPS 서비스 감시 기능의 취약점을 제시하고 이에 대한 영향을 분석하였으며 이를 토대로 대책을 마련하였다. 본 연구결과는 추후 DGPS 서비스 개선을 위한 기초연구로 활용할 수 있을 것이다.
Even in the marine industry was required the looser positioning performance as compared to other application domain, a high-quality positioning performance and reliability are becoming ever more important. The high-quality performance includes not only accuracy but also integrity, continuity, and av...
Even in the marine industry was required the looser positioning performance as compared to other application domain, a high-quality positioning performance and reliability are becoming ever more important. The high-quality performance includes not only accuracy but also integrity, continuity, and availability. However, current DGPS service is not satisfying the minimum positioning performance requirements for maritime user proposed by IMO. Especially, no one can guarantee the required integrity performance by DGPS service. This paper presents the advanced monitoring concept to strengthen the performance of current DGPS through the enhanced monitoring, guarantee and notice functions. To this, the limitations of the integrity monitoring function of current DGPS are analyzed, and a countermeasure is prepared to improve the limitations of the current integrity monitoring function. This paper can be applied as basis research to improvement of the DGPS service.
Even in the marine industry was required the looser positioning performance as compared to other application domain, a high-quality positioning performance and reliability are becoming ever more important. The high-quality performance includes not only accuracy but also integrity, continuity, and availability. However, current DGPS service is not satisfying the minimum positioning performance requirements for maritime user proposed by IMO. Especially, no one can guarantee the required integrity performance by DGPS service. This paper presents the advanced monitoring concept to strengthen the performance of current DGPS through the enhanced monitoring, guarantee and notice functions. To this, the limitations of the integrity monitoring function of current DGPS are analyzed, and a countermeasure is prepared to improve the limitations of the current integrity monitoring function. This paper can be applied as basis research to improvement of the DGPS service.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 기존 DGPS 서비스는 유지하면서 국내 주요 항만의 입출항로를 대상으로 DGPS 서비스의 감시·보장·공지 기능을 강화하여 HEA의 요구 성능을 만족하기 위한 개선된 DGPS 서비스 감시 컨셉을 제안하고자 한다.
본 논문에서는 HEA의 요구 성능을 만족하는 DGPS 서비스를 제공하기 위하여 현재 DGPS 기준국의 취약점을 분석하고, 이에 대한 대책을 강구하였으며, 이는 Table 4와 같다. Table 4의 대책 요소를 반영하여 구상한 항만에서의 항법성능 감시시스템의 활용 구상도는 Fig.
본 논문에서는 기존 DGPS 기준국의 감시 기능 강화의 필요성을 보이고, 감시 보장 공지 기능을 개선하여 무결성 측면에서 보강하기 위한 향상된 감시 컨셉을 제안하였다. 이를 위하여 현재 DGPS 서비스 감시 기능의 취약점을 제시하고, 이에 대한 영향을 분석하였으며, 각 취약점 대비 해결안을 마련하였다.
본 논문에서는 기존 DGPS 서비스는 유지하면서 국내 주요 항만을 대상으로 DGPS 서비스의 감시, 보장, 공지 기능을 강화하여 DGPS 성능을 보강하기 위한 향상된 감시 기법을 개념적으로 제안하고자 한다.
제안 방법
4와 같다.RTCA(2004)를 기반으로 DGPS 감시 서비스에 적합하게 보완하여 구성하였으며, 크게 정상 상태에서 측정치 품질이 좋지 않은 경우와 이상이 발생한 경우로 구분하였다. 정상 상태의 경우에는 일반적인 신뢰도 판단 척도 계산식(RTCA, 2004)에서 DGPS에서 고려해야 하는 오차 요소를 반영하여 식 (1),식 (2)에서와 같이 DGPS 사용자 측에서의 신뢰도 판단 척도( PL_HD, PL_HDB)를 마련하여 측정치의 품질 상태를 감시하였다.
본 연구에서는 제안한 향상된 DGPS 감시 컨셉을 토대로 항법성능 감시 시스템을 설계하고 남해 장목항을 사용자 영역으로 지정하여 실험환경을 구성하였다. 이를 위하여 항법성능감시 모듈을 남해 장목항 인근에 설치하고, 영도 DGPS 기준국 신호를 수신 및 감시하였으며, 통합 모니터링 시스템을 두어 Fig.
본 연구에서는 제안한 향상된 DGPS 감시 컨셉을 토대로 항법성능 감시 시스템을 설계하고 남해 장목항을 사용자 영역으로 지정하여 실험환경을 구성하였다. 이를 위하여 항법성능감시 모듈을 남해 장목항 인근에 설치하고, 영도 DGPS 기준국 신호를 수신 및 감시하였으며, 통합 모니터링 시스템을 두어 Fig. 6과 같이 처리 결과를 상시 감시하였다. Fig.
본 논문에서는 기존 DGPS 기준국의 감시 기능 강화의 필요성을 보이고, 감시 보장 공지 기능을 개선하여 무결성 측면에서 보강하기 위한 향상된 감시 컨셉을 제안하였다. 이를 위하여 현재 DGPS 서비스 감시 기능의 취약점을 제시하고, 이에 대한 영향을 분석하였으며, 각 취약점 대비 해결안을 마련하였다. 또한 마련된 해결안을 토대로 하여 향상된 감시 컨셉을 구상하고, 항법성능 감시 시스템을 설계하였으며, 결과물을 통해 제안한 개념의 필요성 및 타당성을 보였다.
이상 상태의 경우에는 결함 감시 종류를 세분화함으로써 요구되는 신호 품질 감시 기능을 구체화하였다. 기존 DGPS의 감시 기능이 기준국 또는 감시국에서 수집한 보정정보의 품질감시에만 국한된 반면, 제안한 DGPS 감시 시스템 컨셉에서는 항법성능 감시 모듈에 GPS 원시정보의 품질 감시 기능을 추가하고, 항만 내에서의 DGPS 보정정보의 품질 감시 기능을 수행함으로서 기존 대비 항만 사용자 영역에 대한 감시 기능을 강화하였다.
성능/효과
3과 같다. 그림에서와 같이 항만 내에서의 항법성능을 감시하여 사용자에게 성능을 보장하며, 사용자에게 이벤트 발생 및 성능에 대한 공지 기능을 강화하고, 기존 DGPS 기준국의 성능 보강 조건을 도출하고 추후에는 보완할 수 있도록 분석할 수 있는 기능을 담았다. 항법성능 감시 시스템은 크게 주요 항만에 설치할 항법성능 감시 모듈과 각 항법성능 감시 모듈을 감시 및 관제할 통합 모니터링시스템으로 구성된다.
이상 상태의 경우에는 결함 감시 종류를 세분화함으로써 요구되는 신호 품질 감시 기능을 구체화하였다. 기존 DGPS의 감시 기능이 기준국 또는 감시국에서 수집한 보정정보의 품질감시에만 국한된 반면, 제안한 DGPS 감시 시스템 컨셉에서는 항법성능 감시 모듈에 GPS 원시정보의 품질 감시 기능을 추가하고, 항만 내에서의 DGPS 보정정보의 품질 감시 기능을 수행함으로서 기존 대비 항만 사용자 영역에 대한 감시 기능을 강화하였다. 항법성능 감시 시스템에서 DGPS 감시를 위해 수행하는 처리 알고리즘은 Fig.
6의 상시감시 챠트에서 보이는 바와 같이 본 연구를 통해 기존 DGPS의 IM 기능에 대비 취득원시 정보 품질 감시 기능이 추가되고, 이외에도 각 결함 종류에 따라 세분화된 감시 기능이 추가되었다. 또한 기존 DGPS에서는 고려하지 않았던 사용자 측의 신뢰도 판단 척도로서 활용할 수 있는 PL이 도출되었으며, IMO에서 제시하는 최대 허용 오차인 AL과의 비교를 통해 무결성 성능을 판단할 수 있는 기틀을 마련하였다. 최종적으로 통합 모니터링 시스템에서는 대상 항만 유효범위 이내의 사용자를 위해 항법성능 감시 모듈의 각 블록별 처리 결과를 바탕으로 양호/주의/위험/미서비스로 구분된 DGPS 서비스의 신뢰도 지표를 마련하였다.
이를 위하여 현재 DGPS 서비스 감시 기능의 취약점을 제시하고, 이에 대한 영향을 분석하였으며, 각 취약점 대비 해결안을 마련하였다. 또한 마련된 해결안을 토대로 하여 향상된 감시 컨셉을 구상하고, 항법성능 감시 시스템을 설계하였으며, 결과물을 통해 제안한 개념의 필요성 및 타당성을 보였다.
또한 기존 DGPS에서는 고려하지 않았던 사용자 측의 신뢰도 판단 척도로서 활용할 수 있는 PL이 도출되었으며, IMO에서 제시하는 최대 허용 오차인 AL과의 비교를 통해 무결성 성능을 판단할 수 있는 기틀을 마련하였다. 최종적으로 통합 모니터링 시스템에서는 대상 항만 유효범위 이내의 사용자를 위해 항법성능 감시 모듈의 각 블록별 처리 결과를 바탕으로 양호/주의/위험/미서비스로 구분된 DGPS 서비스의 신뢰도 지표를 마련하였다.
후속연구
항법성능 감시 모듈은 GPS 원시정보와 DGPS 보정 정보의 수신신호 품질을 감시하고 항만 내의 보강 서비스에 대한 신뢰도를 측정하는 역할을 담당하며, 통합모니터링 시스템은 각 항만에서의 DGPS 서비스 상태에 대해 감시하고, 이상 발생 시에 사용자에게 알람 정보를 제공하는 역할을 담당한다. 따라서 각 항만의 크기에 따라 항법성능 감시 모듈은 다수 설치될 수 있으며, 통합 모니터링 시스템은 추후 DGPS 제어국인 중앙사무소의 기능 보완 및 확장을 통해 통합 운용될 수 있다.
본 논문에서 제안하는 항법성능 감시 컨셉을 통해 추후에는 현재 DGPS 서비스의 한계를 개선하고, 감시, 보장, 공지 기능을 강화하여 항만 사용자에게 HEA 요구 성능을 만족하는 신뢰할 수 있는 항법 성능을 제공할 수 있는 환경이 마련될 수 있을 것으로 예상된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
항만 DGPS (Differential GPS) 서비스의 목표는 무엇인가?
항만 DGPS (Differential GPS) 서비스는 DGPS 기준국으로 부터 전파 통달거리 이내의 항만 사용자에게 RTCM SC-104 포맷의 GPS 보정정보를 비콘 중파로 전달함으로써, 사용자측에서 DGPS 정밀 측위가 가능토록 함에 있다. 이를 위하여 DGPS 기준국은 정확한 기준국 위치 정보를 바탕으로 GPS신호에 대한 차분 보정정보인 PRC (Pseudo-Range Correction)와 보정정보에 대한 품질 판단 변수인 보정나이(Correction age), UDRE (User Differential Range Error) 파라미터를 사용자에게 서비스한다(RTCM, 2001).
해양 분야에서 DGPS에 대해 어떤 서비스를 요구하고 있는가?
DGPS는 항공을 대상으로 한 위성항법보강시스템인 WAAS(Wide Area Augmentation System) 또는 LAAS (Local Area Augmentation System)와 같이 강건한 신뢰성을 요구하는 특정 사용자나 협소한 특정 구역을 대상으로 하는 서비스가 아니기 때문에 요구 성능에 대한 제약이 소략하다. 하지만 최근 들어 해양 분야에서도 항만 영역에 따라 수치적으로 구체화된 성능을 요구하고 있고, 측위 정확도뿐만 아니라 무결성, 연속성, 가용성 면에서도 보장을 요구하고 있다(IMO, 2002). 이에 비하여 사용자 입장에서는 아직, DGPS 서비스만으로 IMO(International Maritime Organization)에서 요구하는 HEA(Habor Entrance and Approach) 영역에서의 성능을 모두 만족시키기에 불충분하다.
DGPS 기준국은 무엇을 서비스하는가?
항만 DGPS (Differential GPS) 서비스는 DGPS 기준국으로 부터 전파 통달거리 이내의 항만 사용자에게 RTCM SC-104 포맷의 GPS 보정정보를 비콘 중파로 전달함으로써, 사용자측에서 DGPS 정밀 측위가 가능토록 함에 있다. 이를 위하여 DGPS 기준국은 정확한 기준국 위치 정보를 바탕으로 GPS신호에 대한 차분 보정정보인 PRC (Pseudo-Range Correction)와 보정정보에 대한 품질 판단 변수인 보정나이(Correction age), UDRE (User Differential Range Error) 파라미터를 사용자에게 서비스한다(RTCM, 2001). 사용자는 서비스 받은 GPS 보정정보를 의사거리 수준에서 차분 보정한 후에 위치를 측정함으로써 개선된 정밀 측위 성능을 확보할 수 있다.
참고문헌 (15)
Cho, D. J. et al.(2007), "A Study on Integrity Monitoring Improvement of the DGPS Reference Station", Journal of Navigation and Port Research, Vol. 31, No. 6, pp. 509-514,
Xie, G.(2004), "Optimal On-airport Monitoring of the Integrity of GPS-based Landing Systems", Stanford university Ph. D dissertation.
Nation Maritime PNT Office(2015), Facilities of DGNSS, http://www.nmpnt.go.kr
IMO(2002), Revised Maritime Policy and Requirements for a Future Global Navigation Satellite System (GNSS), IMO Resolution A.915(22).
IALA(2004), The performance and monitoring of DGNSS services in the frequency band 283.5-325kHz (Edition 1.1), ILAL recommendation R-121.
Lee, J.(2005), "GPS-based Aircraft Landing Systems with Enhanced Performance : Beyond Accuracy", Stanford university Ph.D dissertation.
Misra, P. and Enge, P. (2006), Global Positioning System Signals, Measurements, and Performance Second Edition, Ganga-Jamuna Press.
Park, S. H. et al.(2009), "A Study on Design of Reference Stations and Integrity Monitors for Maritime DGPS Recapitalization", Vol. 33, No. 10, pp. 691-697, Journal of Navigation and Port Research.
Seo, K. Y. et al.(2009), "Design of Integrity Monitor Functions for Maritime DGPS RSIM", Vol. 33, No. 6, pp. 395-400, Journal of Navigation and Port Research.
Seo, K. Y. et al.(2011), "Detection and Identification Methods of Satellite Anomaly for Maritime DGPS RSIM", ENC 2011.
Seo, K. Y. et al.(2012), "Optimization Method of Measurement Noise for Detection and Identification of SV Clock Anomaly", SCIS-ISIS 2012.
Seo, K. Y. et al.(2014), "Method of Differential Corrections Using GPS/Galileo Pseudorange Measurement for DGNSS RSIM", Journal of Navigation and Port Research., Vol. 38, No. 4, pp. 373-378.
RTCM Special Committee No. 104(2001), RTCM Recommended Standards for Differential GNSS Service, RTCM Paper 136-2001/SC 104-STD.
RTCA DO-245A(2004), Minimum Aviation System Performance Standards for the Local Area Augmentation System.
RTCM Special Committee No. 104(2006), RTCM Standard 10401.2 for Differential NAVSTAR GPS Reference Stations and Integrity Monitors (RSIM), RTCM Paper 221-2006-SC 104-STD.
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