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문제 정의
- 이 논문에서는 의사거리-반송파 발산 검사 알고리즘을 이용하여 측정치의 고장 검출을 위한 임계값을 결정하는 연구를 수행하였다. 각각의 검사 결과에 대해 RMS (Root Mean Square) 값을 산출하고 위성고도각을 15° 단위로 구분하여 분석하였으며 이에 따른 임계값을 도출하였다.
제안 방법
- 식(4)를 보면 현재 시간의 CCDT값은 이전 시간의 CCDT을 활용해야한다. 그러나 위성이 나타날 때 이전 시간의 CCDT값이 존재하지 않으므로 이 논문에서는 초기 CCDT값으로 0을 입력하였다. 실험 결과 각 위성 또는 지역수신국별로 CCDT값이 매우 크게 점프하는 현상이 나타났다.
- 분석 방법으로는 CCDT의 값을 위성고도각 15° 단위로 구분하여 RMS 값을 산출한 후 그 값을 비교 분석하였다.
- 분석 방법으로는 의사거리-반송파 위상 측정치 발산 검사 값의 RMS 값을 산출하고 위성별, 지역수신국별로 분석하였다. RMS 값을 분석한 결과 위성별, 지역수신국별로 유사한 값이 산출되었으며 위성고도각이 높아질수록 값이 작아지는 것을 확인하였다.
- 의사거리-반송파 위상 측정치 발산 검사는 전리층에 대한 영향을 검출하는 것으로 전리층 영향이 크다고 판단되는 날짜인 2015년 8월 1일부터 7일까지 (DOY, Day of Year 213~220) 7일간 분석을 수행하였다. 분석 방법으로는 CCDT의 값을 위성고도각 15° 단위로 구분하여 RMS 값을 산출한 후 그 값을 비교 분석하였다.
- 이 논문에서는 의사거리-반송파 위상 측정치 발산 검사를 이용하여 측정치 고장을 분석하고 임계값을 선정하였다. 임계값 선정에 사용된 데이터는 한국항공우주연구원에서 구축한 지역수신국 데이터이며 전리층 오차가 크다고 판단되는 7일간의 데이터가 분석에 사용되었다.
대상 데이터
- 식(4)를 이용하여 의사거리-반송파 위상 측정치 발산 검사를 수행하였다. 검사에 사용된 GPS데이터는 한국항공우주연구원에서 구축한 지역수신국의 자료를 활용하였으며 이들은 대전, 공주, 안성, 음성, 보은에 위치하고 있고 모든 지역수신국에는 동일한 이중주파수 수신기와 위성항법 쵸크링 (Choke ring with Radome) 안테나가 설치되어있다. 데이터는 UTC(Coordinated Universal Time)를 기준으로 1초 간격으로 저장되며 최소 위성고도각은 5°로 설정되어 있다.
- 선정된 임계값을 이용하여 임계값 산출에 쓰이지 않은 2015년 8월 14일 (DOY 227) 데이터에 적용시켜보았다. 식(4)를 이용하여 임계값 분석과 동일한 방법으로 고장검출을 수행하였고 다른 방법으로는 Table 5.
- 이 논문에서는 의사거리-반송파 위상 측정치 발산 검사를 이용하여 측정치 고장을 분석하고 임계값을 선정하였다. 임계값 선정에 사용된 데이터는 한국항공우주연구원에서 구축한 지역수신국 데이터이며 전리층 오차가 크다고 판단되는 7일간의 데이터가 분석에 사용되었다.
- 위성 10번과 관련하여 고장검출이 수행된 경우와 수행되지 않은 경우의 위치결정 결과 RMS값을 의사거리 측정치를 활용하여 비교하였다. 자료처리는 DOY 214의 보은 지역수신국 데이터를 사용하였다. 위성위치는 실시간으로 가정하기 위해 GPS Subframe 1, 2, 3번을 이용하여 산출하였고 위성고도각 15° 미만의 위성은 위치결정 산출에 사용하지 않았으며 60°~75°의 고장검출 임계값은 임의적으로 Table 2.
데이터처리
- 각각의 검사 결과에 대해 RMS (Root Mean Square) 값을 산출하고 위성고도각을 15° 단위로 구분하여 분석하였으며 이에 따른 임계값을 도출하였다.
- 고장검출 임계값은 의사거리-반송파 위상 측정치 검사의 7일간 분석된 RMS 값의 평균과 표준편차를 이용하여 도출하였다. 도출된 임계값을 고장검출 알고리즘에 특정 조건을 주어 적용한 결과 약 28.
- 008m로 설정하였다. 그리고 위치결정 비교를 위한 보은 지역수신국 정밀위치는 고정밀 GNSS 자료처리 소프트웨어인 Bernese 5.0으로 처리한 결과를 사용하였다. Table 3과 같이 위성 10번 CCDT값이 증가하는 부분의 위치결정 결과를 나타내었으며 비교 분석해본 결과 N, E 방향으로는 큰 차이가 없었으나 U방향으로는 22cm정도 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
- 선정된 임계값을 이용하여 임계값 산출에 쓰이지 않은 2015년 8월 14일 (DOY 227) 데이터에 적용시켜보았다. 식(4)를 이용하여 임계값 분석과 동일한 방법으로 고장검출을 수행하였고 다른 방법으로는 Table 5.의 임계값을 초과한 경우 식(4)에 사용되는 값들을 초기화한 방법과 비교하여 고장검출 횟수를 비교해보았다.
- 위성 10번과 관련하여 고장검출이 수행된 경우와 수행되지 않은 경우의 위치결정 결과 RMS값을 의사거리 측정치를 활용하여 비교하였다. 자료처리는 DOY 214의 보은 지역수신국 데이터를 사용하였다.
이론/모형
- 의사거리-반송파 위상 측정치 발산 검사는 GMA (Geometry Moving Average) 방법을 이용하여 식(4)와 같이 계산할 수 있다. 식(4)에서 τ는 평균 시간상수로 이 논문에서는 100으로 설정하였으며 이는 낮은 고도각 (Elevation Angle)을 가진 위성이 다른 위성보다 상대적으로 많은 양의 오차와 잡음을 가지고 있기 때문에 이러한 부분을 고장으로 판별하지 않기 위함이다[4].
성능/효과
- 분석 방법으로는 의사거리-반송파 위상 측정치 발산 검사 값의 RMS 값을 산출하고 위성별, 지역수신국별로 분석하였다. RMS 값을 분석한 결과 위성별, 지역수신국별로 유사한 값이 산출되었으며 위성고도각이 높아질수록 값이 작아지는 것을 확인하였다. 그러나 특정 위성, 특정 시간대에서 RMS 값이 다소 높게 산출되는 것이 발견되었다.
- 0으로 처리한 결과를 사용하였다. Table 3과 같이 위성 10번 CCDT값이 증가하는 부분의 위치결정 결과를 나타내었으며 비교 분석해본 결과 N, E 방향으로는 큰 차이가 없었으나 U방향으로는 22cm정도 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
- 분석 방법으로는 CCDT의 값을 위성고도각 15° 단위로 구분하여 RMS 값을 산출한 후 그 값을 비교 분석하였다. 그 결과 위성별, 지역수신국별로 대부분 유사하게 나타났으며, 특정 시간과 특정 지역수신국에서 다소 다르게 나타났다.
- 고장검출 임계값은 의사거리-반송파 위상 측정치 검사의 7일간 분석된 RMS 값의 평균과 표준편차를 이용하여 도출하였다. 도출된 임계값을 고장검출 알고리즘에 특정 조건을 주어 적용한 결과 약 28.5%의 측정치 가용성과 시스템의 연속성을 향상시킬 수 있었다.
- 또한 L1과 L2의 RMS 평균과 표준편차는 큰 차이가 없으며 30°~90°까지는 0.001m씩 감소하는 것을 확인할 수 있다.
- 그러나 위성이 나타날 때 이전 시간의 CCDT값이 존재하지 않으므로 이 논문에서는 초기 CCDT값으로 0을 입력하였다. 실험 결과 각 위성 또는 지역수신국별로 CCDT값이 매우 크게 점프하는 현상이 나타났다. 이러한 현상은 위성이 나타날 때와 사라질 때 발생하는 것으로 보아 이는 위성고도각이 낮은 위성에 의사거리 측정치 잡음의 증가 또는 반송파 위상 측정치의 사이클슬립 등의 영향으로 판단된다.
- 그리고 60°~75°에서는 45°~60°와 75°~90°와 비교하여 RMS 값이 다소 크게 나타난 것을 확인할 수 있었다. 이를 분석한 결과 DOY 214의 모든 지역수신국에서 위성 10번 L1, L2 CCDT 값이 크게 점프하는 것을 확인할 수 있었다. 다른 날짜의 동일한 위성과 동일한 시간대의 다른 위성에서 이러한 현상이 나타나지 않은 것으로 보아 해당 위성의 일시적 오류라 판단하고 해당 날짜의 NANU (Notice Advisory to NAVSTAR Users) 등을 검색해 보았으나 특이 사항은 발견하지 못하였다.
- 임계값을 초과하였을 때 CCDT값을 초기화시켜주었을 경우 측정치의 가용성이 L1에서는 약 32.7%, L2에서 약 24.3% 정도 상승한 것을 확인할 수 있었으며 이로 인해 실시간으로 운용되는 시스템의 연속성도 향상시킬 수 있었다. Fig 6.
- 측정치에 고장이 발생하였다고 판단된 데이터를 이용하여 고장검출을 수행하기 전과 수행한 후의 위치결정 결과를 비교해본 결과 약 22cm의 위치결정 오차 차이가 발생한 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 또한 음성지역수신국의 경우 다른 지역수신국과 비교하여 임계값을 초과한 횟수가 다소 많은 것을 확인할 수 있다. 이는 다른 지역의 수신기 및 안테나를 활용하여 수신기, 안테나 이상 또는 지역 환경적인 영향인지에 대한 추가적 분석이 필요할 것으로 판단된다.
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