QZSS(Quasi-Zenith Satellite System)는 일본의 위성항법시스템으로 도심지역에서 GPS 시스템의 가시성 향상을 위해 계획되었다. 첫 번째 위성(Michibiki)이 2010년 발사되었으며 이후 정상적으로 항법신호를 방송하고 있다. 따라서 본 논문은 GPS와 QZSS를 이용한 통합위성항법시스템의 성능을 분석하는데 목적이 있다. 특히 한반도 주변에서의 통합위성항법 시스템 사용 관점에서 연구가 진행되었으며, QZSS 시스템의 특성 분석, 실험 장비를 이용한 실측 및 통계적 분석 등을 통해 체계적인 연구를 하여 GPS와 QZSS 위성항법 시스템이 가시성측면에서 장애를 받는 경우 뿐 아니라 평상의 위치 측정에도 더욱 신뢰성이 높음을 확인하였다. 또한 한반도 영역에서 다양한 항법파라미터 향상에 GPS와 QZSS 통합위성항법시스템이 매우 유용할 것으로 전망된다.
QZSS(Quasi-Zenith Satellite System)는 일본의 위성항법시스템으로 도심지역에서 GPS 시스템의 가시성 향상을 위해 계획되었다. 첫 번째 위성(Michibiki)이 2010년 발사되었으며 이후 정상적으로 항법신호를 방송하고 있다. 따라서 본 논문은 GPS와 QZSS를 이용한 통합위성항법시스템의 성능을 분석하는데 목적이 있다. 특히 한반도 주변에서의 통합위성항법 시스템 사용 관점에서 연구가 진행되었으며, QZSS 시스템의 특성 분석, 실험 장비를 이용한 실측 및 통계적 분석 등을 통해 체계적인 연구를 하여 GPS와 QZSS 위성항법 시스템이 가시성측면에서 장애를 받는 경우 뿐 아니라 평상의 위치 측정에도 더욱 신뢰성이 높음을 확인하였다. 또한 한반도 영역에서 다양한 항법파라미터 향상에 GPS와 QZSS 통합위성항법시스템이 매우 유용할 것으로 전망된다.
The Quasi-Zenith Satellite System(QZSS) is the Japanese satellite navigation system, which designs to increase the GPS system's visibility in the urban areas. The first satellite(Michibiki) was launched in 2010 and started to broadcast navigation signals. Therefore, the purpose of the research is to...
The Quasi-Zenith Satellite System(QZSS) is the Japanese satellite navigation system, which designs to increase the GPS system's visibility in the urban areas. The first satellite(Michibiki) was launched in 2010 and started to broadcast navigation signals. Therefore, the purpose of the research is to analyze the performance of GPS and QZSS based on the advantage of the integrated GNSS. Especially, the study has been processed in terms of improving satellite navigation parameters around Korean Peninsula. To do this, there have been the comprehensive analysis of the QZSS characteristics, the experimental test, and its statistical analysis for realizing advantage of GPS and QZSS. Through these systemic steps, it was recognized that the integrated GPS and QZSS has more reliable than GPS in case of not only limited visibility but also ordinary positioning. Additionally, the integrated GPS and QZSS would be very useful to improve the various navigation parameters around the peninsula.
The Quasi-Zenith Satellite System(QZSS) is the Japanese satellite navigation system, which designs to increase the GPS system's visibility in the urban areas. The first satellite(Michibiki) was launched in 2010 and started to broadcast navigation signals. Therefore, the purpose of the research is to analyze the performance of GPS and QZSS based on the advantage of the integrated GNSS. Especially, the study has been processed in terms of improving satellite navigation parameters around Korean Peninsula. To do this, there have been the comprehensive analysis of the QZSS characteristics, the experimental test, and its statistical analysis for realizing advantage of GPS and QZSS. Through these systemic steps, it was recognized that the integrated GPS and QZSS has more reliable than GPS in case of not only limited visibility but also ordinary positioning. Additionally, the integrated GPS and QZSS would be very useful to improve the various navigation parameters around the peninsula.
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문제 정의
본 논문은 최근의 주변 강대국 주도로 개발된 범용의 GNSS 항법정보 이용 극대화를 위한 선행연구로써 정상 작동 중인 QZSS 위성과 기존의 GPS 위성을 통합 사용함으로써 한반도에서의 GPS와 QZSS 통합사용에 대한 성능분석에 중점을 두었다.
본 논문은 최근의 주변국 주도로 개발된 범용의 GNSS 항법정보 이용 극대화를 위한 선행연구로서 정상 작동 중인 QZSS 항법위성과 기존의 GPS 위성을 통합하여 사용함으로써 한반도에서의 GPS와 QZSS 통합 사용 성능 분석에 목적을 두고 수행하였다. 이를 위해 위성항법시스템의 주요 평가요소인 가시성, 정확성, 신뢰도 등에 중점을 두고 실시간 항법신호를 측정하고, 수집된 데이터에 대하여 통계적 분석을 통해 다음과 같은 결과를 도출하였다.
실험에 사용된 수신기는 U-BlOX 다중 GNSS 수신기를 사용하였으며, 데이터에 대한 통계적 분석은 윈도우용 GNSS 평가용 소프트웨어를 사용 하였다[16]. 본 논문의 목적이 한반도에서 GPS와 QZSS 성능분석에 있는 바, 실시간 항법신호를 측정하고, 수집된 데이터에 대하여 통계적 분석을 하였다.
제안 방법
따라서 QZSS 시스템 구성과 신호특성에 대하여 분석하고 실제 수신기를 이용하여 GPS와 QZSS 데이터를 수신하여 위성항법시스템 평가 요소인 가시성, 정확성, 신뢰도 등에 중점을 두고 통계적 분석을 통해 결과를 도출하였다.
우선 실험 장치에서 QZSS 신호를 통제하고 GPS 위성신호 수신만 가능토록 하여 GPS 단독실험을 하였다. 실시간 데이터 수집 시 사용 가능한 위성은 G5, G13, G6, G7, G9, G25, G29 등 총 7개였으며, QZSS 위성신호 수신 통제를 해제하고 GPS와 QZSS 통합위성항법 실험 시 사용된 위성은 G5, G13, G6, G7, G9, G29 등의 GPS 위성과 QZSS 위성 QZS-1이 사용되었다.
본 논문은 최근의 주변국 주도로 개발된 범용의 GNSS 항법정보 이용 극대화를 위한 선행연구로서 정상 작동 중인 QZSS 항법위성과 기존의 GPS 위성을 통합하여 사용함으로써 한반도에서의 GPS와 QZSS 통합 사용 성능 분석에 목적을 두고 수행하였다. 이를 위해 위성항법시스템의 주요 평가요소인 가시성, 정확성, 신뢰도 등에 중점을 두고 실시간 항법신호를 측정하고, 수집된 데이터에 대하여 통계적 분석을 통해 다음과 같은 결과를 도출하였다.
대상 데이터
호주 및 인근 지역을 서비스 범위로 하고, 일본열도 및 한반도 지역에서의 위성고각이 높을 뿐 아니라 24시간 서비스가 가능하도록 설계 되었지만, 현재는 QZS-1 한 개만 운용되고 있는 관계로 일본지역은 물론 한반도 지역에서의 1일 QZSS 신호는 8시간 정도로 제한적으로 사용할 수밖에 없다. 본 연구를 위해 신호수신이 가능한 시간을 선택하여 한반도 서남해역에서 실험을 하였다. 실험에 사용된 수신기는 U-BlOX 다중 GNSS 수신기를 사용하였으며, 데이터에 대한 통계적 분석은 윈도우용 GNSS 평가용 소프트웨어를 사용 하였다[16].
우선 실험 장치에서 QZSS 신호를 통제하고 GPS 위성신호 수신만 가능토록 하여 GPS 단독실험을 하였다. 실시간 데이터 수집 시 사용 가능한 위성은 G5, G13, G6, G7, G9, G25, G29 등 총 7개였으며, QZSS 위성신호 수신 통제를 해제하고 GPS와 QZSS 통합위성항법 실험 시 사용된 위성은 G5, G13, G6, G7, G9, G29 등의 GPS 위성과 QZSS 위성 QZS-1이 사용되었다.
데이터처리
본 연구를 위해 신호수신이 가능한 시간을 선택하여 한반도 서남해역에서 실험을 하였다. 실험에 사용된 수신기는 U-BlOX 다중 GNSS 수신기를 사용하였으며, 데이터에 대한 통계적 분석은 윈도우용 GNSS 평가용 소프트웨어를 사용 하였다[16]. 본 논문의 목적이 한반도에서 GPS와 QZSS 성능분석에 있는 바, 실시간 항법신호를 측정하고, 수집된 데이터에 대하여 통계적 분석을 하였다.
성능/효과
DOP 크기에 영향을 받는 위치정밀도는 2차원 평면위치 및 고도의 정확도 모두 개선되었음을 알 수 있다. 실험결과에서 보듯이 GPS와 QZSS 통합 시 전반적으로 모든 위치 정확도 파라미터가 개선되었음을 확인할 수 있었다.
첫째, 가시성이 제한된 지역에서의 GPS단독 항법정보로는 3차원 위치결정에 필수적인 4개의 위성 확보가 어려운 경우, 이를 극복하기 위한 방법으로 QZSS 항법위성을 사용함으로써 해결 가능함을 실험을 통하여 확인하였다.
후속연구
다만 위성항법시스템의 위치정확도는 위성의 궤도 오차, 전리층 및 대류권의 전파오차, 다중경로 오차, 위성과 수신기 시계오차, 위성의 기하학적 배치 등에 영향을 받을 뿐 아니라 데이터 측정 시간차로 인한 항법위성들의 위성궤도 변화에 따른 GDOP 영향 등에 영향을 받을 수 있을 것으로 판단되는 바, 이에 대한 고려사항을 적용한 결과와 분석에 대하여는 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
둘째, GPS 단독 항법정보 이용과 GPS와 QZSS 통합 정보 이용 시의 2차원 및 3차원 위치정확도는 개선되었으나 시간적으로 변하는 항법위성들의 위성궤도 변화에 따른 GDOP 영향 등에 영향을 받을 수 있기 때문에 다소 유동적일 수 있어서, 이에 대한 고려사항을 적용한 결과와 분석에 대하여는 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
셋째, 향후 QZSS 항법위성들의 완전 궤도 배치 시를 대비하여 한반도 지역에서의 통합적 위성항법 정보 사용 극대화를 위한 추가적인 연구와 노력이 절실히 요구되는 바, 이에 대한 단계적인 연구가 지속적으로 수행되어야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
GNSS란 무엇인가?
전 세계적 위성항법시스템인 GNSS(Global Navigation Satellite System)는 항법위성으로부터 발사되는 항법정보로부터 독자적으로 위치정보를 산출하는 방식으로 미국의 GPS, 러시아의 GLONASS, 중국의 COMPASS, 개발 중에 있는 EU의 GALILEO 등의 독립 위성항법시스템이 있으며, 독립위성항법시스템으로부터 수신된 항법정보와 별도의 지상국 또는 위성국에서 계산된 항법위성의 의사거리 보정치를 이용하여 위치 정밀도를 개선하는 위성항법보정시스템인 DGNSS (Differential GNSS), 지역위성항법시스템인 QZSS (Quasi-Zenith Satellite System)와 같은 종속위성항법시스템이 있다[1-6].
정상적으로 운용 중인 독립위성항법시스템은 무엇이 있는가?
현재 정상적으로 운용 중인 독립위성항법시스템은 GPS, GLONASS 및 COMPASS가 있어 항상 항법위성 70여개에서 항법정보 신호를 발사하고 있다. 또한 위성을 이용한 DGNSS 계열로 SBAS(Space Based Argumentation System) 위성을 포함하면 이보다도 많은 항법위성이 지구 상공에 배치되어 항법서비스를 하고 있다.
QZSS 시스템에서 GPS 위성과 더불어 3차원 위치결정이 가능한 이유는 무엇인가?
그럼에도 불구하고 현재까지 계획되거나 보고된 QZSS의 위성궤도와 운용위성 수 등을 고려할 때 독자적인 QZSS 위성만으로는 3차원 위치측정이 어렵다. 따라서 QZSS 항법위성의 신호인 L1, L2 등의 신호체계가 기존의 GPS 신호와 호환되도록 설계되었기 때문에 QZSS 위성을 이용한 위치결정은 위치결정 지점에서 수신이 가능한 GPS 위성과 더불어 3차원 위치결정이 가능하다.
C. M. Choi and K. S. Ko, "A Study on Development Direction of Navigation System for NAVWAR," International Journal of Information and Communication Engineering, vol. 19, no. 3, pp. 756-763, Mar. 2015.
Stephen Clark," Japan to build fleet of navigation satellites," Spaceflight Now, April 4, 2013 [Internet]. Available: http://www.spaceflightnow.com/news/n1304/04qzss/.
Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. & JAXA, Launch Result of the First Quasi-Zenith Satellite 'MICHIBIKI' by H-IIA Launch Vehicle No. 18, 2010 [Internet]. Available: http://global.jaxa.jp/press/ 2010/09/20100911_h2af18_e.html.
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