본 논문에서는 2015년을 기준으로 GPS(Global Positioning System) 단독측위 및 통합항법 성능 현황을 분석하고, 2020년까지의 항법성능을 연도별로 예측하였다. 이러한 예측을 위하여 한반도 지역에서 관측할 수 있는 위성항법시스템의 궤도요소 및 궤도정보 설계 값을 이용하여 Matlab을 기반으로 DOP(Dilution Of Precision)관점에서 성능을 예측하였다. 통합항법의 경우, 항법시스템 간의 시계오차 추정을 위해 시각오프셋 결정 알고리즘을 고려해야 하는데, 위성항법 메시지 기반 추정방식과 사용자가 직접 추정하는 두 가지 방법으로 나누어 분석하였다. 또한 현실감 있는 시뮬레이션 수행을 위하여 3차원 지도정보를 사용하였다. 본 시뮬레이션결과는 도심지역에서의 항법성능을 예측할 수 있는 지표로 활용될 것이라 기대된다.
본 논문에서는 2015년을 기준으로 GPS(Global Positioning System) 단독측위 및 통합항법 성능 현황을 분석하고, 2020년까지의 항법성능을 연도별로 예측하였다. 이러한 예측을 위하여 한반도 지역에서 관측할 수 있는 위성항법시스템의 궤도요소 및 궤도정보 설계 값을 이용하여 Matlab을 기반으로 DOP(Dilution Of Precision)관점에서 성능을 예측하였다. 통합항법의 경우, 항법시스템 간의 시계오차 추정을 위해 시각오프셋 결정 알고리즘을 고려해야 하는데, 위성항법 메시지 기반 추정방식과 사용자가 직접 추정하는 두 가지 방법으로 나누어 분석하였다. 또한 현실감 있는 시뮬레이션 수행을 위하여 3차원 지도정보를 사용하였다. 본 시뮬레이션결과는 도심지역에서의 항법성능을 예측할 수 있는 지표로 활용될 것이라 기대된다.
In the paper, we predict the number of multi-GNSS satellites and visible satellites with the navigation satellite launch plans and their nominal orbit parameters. Based on the methodology, the multi-GNSS navigation performance and DOP (Dilution of Precision) variation from 2015 to 2020 were forecast...
In the paper, we predict the number of multi-GNSS satellites and visible satellites with the navigation satellite launch plans and their nominal orbit parameters. Based on the methodology, the multi-GNSS navigation performance and DOP (Dilution of Precision) variation from 2015 to 2020 were forecasted by the Matlab simulation. To calculate the position using the multi-GNSS constellation, we determined the time-offset between the two different systems. Two different algorithms were considered for the sake of time-offset determination; that of each was applied to system level and user side. Also, the results from two algorithms were compared for evaluating each performance. For the reality, we applied the 3D map information to the simulation, which is expected to contribute for predicting the future navigation performance in urban canyon.
In the paper, we predict the number of multi-GNSS satellites and visible satellites with the navigation satellite launch plans and their nominal orbit parameters. Based on the methodology, the multi-GNSS navigation performance and DOP (Dilution of Precision) variation from 2015 to 2020 were forecasted by the Matlab simulation. To calculate the position using the multi-GNSS constellation, we determined the time-offset between the two different systems. Two different algorithms were considered for the sake of time-offset determination; that of each was applied to system level and user side. Also, the results from two algorithms were compared for evaluating each performance. For the reality, we applied the 3D map information to the simulation, which is expected to contribute for predicting the future navigation performance in urban canyon.
2015년까지의 각 국 항법위성 발사 경향성을 보면, 발사비용 절감을 위해 같은 궤도면에서 운용되는 위성 2∼3기를 함께 발사한 것을 알 수 있었다. 각 국 항법시스템의 현재 상태 및 예상 발사 일정을 수집, 발사 경향성 및 각 시스템 별 FOC 목표 연도를 반영하여 연도별로 예측한 각 국 위성항법시스템 구축 계획을 종합하면 아래의 Table 1과 같으며 이를 근거로, 항법성능 현황분석 및 연도별 추이 예측 시뮬레이션을 진행하였다(Satellite on the Net, 2015; Spaceflight Now, 2015).
따라서 본 논문에서는 사용자의 위치에 따라 달라지는 인근 건물의 영향을 고려함으로써 보다 사실적인 항법성능 예측이 가능할 수 있도록 서울시 강남구 일대의 도로에 15m 간격으로 사용자가 위치하고 있음으로 가정한 후 해당하는 모든 지점에 대하여 시뮬레이션을 수행하였으며, 2015년을 기준으로 GPS 단독 측위와 GPS, GLONASS, BeiDou, Galileo, QZSS, IRNSS 6개의 시스템으로 통합항법을 수행하는 경우에 대한 시뮬레이션을 통해 항법성능 현황을 분석하고, 2016년부터 모든 항법시스템이 FOC에 도달할 것으로 예상되는 2020년까지의 통합항법 성능의 연도별 추이를 예측하고 분석한다.
본 논문에서는 국토교통부 Vworld의 3차원 지도 정보로 서울 강남지역의 건물별 앙각과 방위각을 도출하고, 위성의 앙각, 방위각과 비교하여 위성 가시성을 시뮬레이션 하였다. 이를 통하여 GPS 단독측위 보다 6개의 항법시스템으로 통합 항법을 수행할 때, DOP 성능 및 위치정확도가 좋아지고, 가시 위성 수가 많이 확보되며 하루 중 측위가능시간의 비율이 증가하는 연도별 추이를 확인할 수 있었다.
대상 데이터
본 연구에서 사용된 건물데이터는 국토교통부가 제공하는 공간정보 오픈 플랫폼인 Vworld에서 취득한 3ds 형식의 데이터이며(Vworld, 2015), 이를 이용해 건물 3축 좌표정보 데이터베이스를 구축하여 Matlab 시뮬레이션에 적용하였다. 아래의 Fig.
통합항법 수행 조합 별 항법성능 분석 및 예측 시뮬레이션은 7월 16일, 24시간동안 강남구 선정릉 반경 약 2km 이내의 지역에서 저사양, 고정밀 측위로 나누어 수행하였다.
데이터처리
시뮬레이션을 통하여 산출된 HDOP(Horizontal Dilution Of Precision) 및 가시위성 수는 평균을 도출하였고, 24시간 중 항법에 요구되는 최소 가시위성 수 조건을 만족하는 측위 가능한 시간의 비율을 VIS24h로 정의하였다.
이론/모형
위성의 위치정보는 각 항법시스템의 공식 운영기관에서 제공하는 위성궤도정보를 이용하여 도출하였으며, 발사 계획 중인 위성에 대해서는 각 국 공식 운영기관이 설계 값으로 제시한 궤도정보를 이용하여 2015년 이후의 항법성능예측에 반영하였다(The United States Coast Guard Navigation Center, 2015; Federal Space Agency, 2015; BeiDou Navigation Satellite System, 2015; Japan Aerospace Exploration Agency, 2015; European GNSS Service Centre, 2015; Indian Space Research Organisation, 2015).
첫 번째 방법은 항법 메시지 내에 포함된 GPS 시각과의 오프셋 정보를 이용하여 각 측정치를 GPS 시각에 동기화시키는 방법이며 본 논문에서는 이를 ‘저사양 측위(Coarse Positioning, CP)’ 방식으로 분류하도록 한다(Seok et al., 2015). 최종적으로 저사양 측위의 관측행렬은 아래의 Eq.
성능/효과
본 논문에서는 국토교통부 Vworld의 3차원 지도 정보로 서울 강남지역의 건물별 앙각과 방위각을 도출하고, 위성의 앙각, 방위각과 비교하여 위성 가시성을 시뮬레이션 하였다. 이를 통하여 GPS 단독측위 보다 6개의 항법시스템으로 통합 항법을 수행할 때, DOP 성능 및 위치정확도가 좋아지고, 가시 위성 수가 많이 확보되며 하루 중 측위가능시간의 비율이 증가하는 연도별 추이를 확인할 수 있었다.
후속연구
본 논문에서는 선행연구에서 진행한 바 있는 시뮬레이션에 사용자 위치에 따라 달라지는 인근 건물의 영향을 반영하여 보다 현실감 있는 성능예측 결과를 도출할 수 있었으며, 연도별 추이 예측을 통해 도출 결과 값의 활용성을 높일 수 있을 것으로 예상된다. 또한 동일한 알고리즘을 실시간, 위치 별, 위성 시스템 조합별로 선택적으로 적용한다면, 도심지역 측량에 앞서 가시위성 개수 및 하루 중 측위가능 시간, 위치정확도를 예측할 수 있는 지표로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 논문에서는 선행연구에서 진행한 바 있는 시뮬레이션에 사용자 위치에 따라 달라지는 인근 건물의 영향을 반영하여 보다 현실감 있는 성능예측 결과를 도출할 수 있었으며, 연도별 추이 예측을 통해 도출 결과 값의 활용성을 높일 수 있을 것으로 예상된다. 또한 동일한 알고리즘을 실시간, 위치 별, 위성 시스템 조합별로 선택적으로 적용한다면, 도심지역 측량에 앞서 가시위성 개수 및 하루 중 측위가능 시간, 위치정확도를 예측할 수 있는 지표로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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