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협역 전리층의 일관성을 이용한 다중 기준국 기반 전리층 이상 현상 감시 기법
Based on Multiple Reference Stations Ionospheric Anomaly Monitoring Algorithm on Consistency of Local Ionosphere 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.45 no.7, 2017년, pp.550 - 557  

송충원 (Konkuk University) ,  장진혁 (Konkuk University) ,  성상경 (Konkuk University) ,  이영재 (Konkuk University)

초록
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GNSS 측위 정확도에 영향을 주는 전리층 오차는 전리층에 존재하는 전자로 인해 위성의 전파가 굴절됨에 따라 발생하는데 태양활동 정도, 지역, 시간에 따라 그 값이 변한다. 정밀한 전리층 오차 추정이 가능한 이중주파수 수신기와 달리 단일 주파수 수신기의 경우에는 전리층 오차 모델이나 인근 고정기준국을 통해 제공 받는 의사거리 보정정보에 의존해야 한다. 하지만 일반적인 전리층 오차 경향과 달리, 국지적으로 전리층 총 전자수의 급격한 변화가 발생하는 경우 전리층 오차모델을 통한 오차 보정이 어려우며 만약 전리층의 변화가 고정기준국 상공의 전리층과 상이하다면, 의사거리 보정정보를 이용하여도 전리층 오차를 보정하지 못한다. 본 논문에서는, 이런 위험에 대처하기 위한 국지적 전리층 이상 현상에 대한 감시 기법에 대해 제안하고 실제 전리층 이상 현상이 발생한 데이터를 이용해 이를 검증하였다. 제시된 기법을 통해 전리층 이상 현상 발생 여부를 파악하고 단일 주파수 수신기 사용자의 항법해에 대한 신뢰도를 증가시킬 수 있을 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Ionospheric delay, which affect the accuracy of GNSS positioning, is generated by electrons in Ionosphere. Solar activity level, region and time could make change of this delay level. Dual frequency receiver could effectively eliminate the delay using difference of refractive index between L1 to L2 ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 다중 기준국에서 계산된 TEC를 이용하여 전리층 기울기를 계산하지 않고 국지적 전리층 이상 현상을 검출 할 수 있는 알고리즘을 제시하였다. 이를 이용하면 지역별, 시간별 제약이 완화되어 범용적으로 적용, 전리층 이상 현상을 검출 할 수 있다.
  • 본 논문에서는 인접한 지역의 다중 기준국을 이용하여 이중주파수를 이용한 TEC를 계산하고 그 값을 이용해 국지적 전리층 이상 현상 감시를 위한 알고리즘을 제안하였다. 또한, 제안한 알고리즘의 검증을 위하여 실제 전리층 이상 현상이 보고된 2003년 11월 20일 CORS의 기준국 데이터를 이용하여 알고리즘에 대한 검증을 수행하였다.

가설 설정

  • 먼저, 두 검사 모두 통과하는 경우는 정상적인 상태이다. 둘째, 일관성 검사를 통과하지 못한 경우, 해당 위성의 IPP 인근에 국지적 전리층 이상 현상이 존재한다고 할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전리층이란 무엇인가? 전리층 오차는 신호 지연에 미치는 영향이 크고 그 정도가 유동적이기 때문에 GNSS (Global Navigation Satellite System)의 측위 성능의 향상을 위해서 정확한 오차를 추정하는 것이 중요하다. 전리층은 고도 약 50~1000km에 해당하는 영역의 대기층으로 태양복사선으로 인해 이온화가 된 대기이다. 위성신호가 전리층을 지날 때 전자로 인한 굴절이 발생하여 의사거리의 왜곡이 발생하고 이는 사용자 측위 정확도에 악영향을 미치게 된다.
전리층 오차는 어떻게 발생되는가? GNSS 측위 정확도에 영향을 주는 전리층 오차는 전리층에 존재하는 전자로 인해 위성의 전파가 굴절됨에 따라 발생하는데 태양활동 정도, 지역, 시간에 따라 그 값이 변한다. 정밀한 전리층 오차 추정이 가능한 이중주파수 수신기와 달리 단일 주파수 수신기의 경우에는 전리층 오차 모델이나 인근 고정기준국을 통해 제공 받는 의사거리 보정정보에 의존해야 한다.
전리층 이상 현상을 감지하기위한 지표는 어떻게 수행되는가? 이를 감지하기 위한 지표로 전리층 기울기 (Ionospheric spatial gradient) 가 있다[2, 8, 10]. 전리층 기울기는 수신기간 거리대비 전리층 지연 값의 차이를 통해 계산되며 이를 이용해 전리층 이상 여부를 판단한다. 하지만, TEC는 지역별(위도별), 시간별(태양활동주기) 편차가 크기 때문에 지역, 시기에 따라 정상상태의 전리층 기울기 값 역시 편차가 크다.
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참고문헌 (11)

  1. B. Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger, and E. Wasle, GNSS-global navigation satellite systems : GPS, GLONASS, Galileo, and more. Wien; New York: Springer, 2008. 

  2. Myeong-Sook Jung and Jeong-Rae Kim, "Analysis of Ionophseric Spatial Gradient Over Korea Using GPS Measurement", Korean Journal of Remote Sensing, Vol.25, No.5 2009, pp. 391 - 398 

  3. Blewitt. G, "An Automatic editing algorithm for GPS data," Geophysical Research Letters, Volume 17, No.3 1990, pp. 199-202 

  4. Byung-Kyu Choi, Sung-Ki Cho, and Sang-Jeong Lee, "GPS Receiver and Satellite DCB Estimation using Ionospheric TEC," J. Astron. Space Sci. Volume 26, No.2, 2009 pp. 221-228 

  5. Sungwook Jung and Jiyun Lee, "Long-term ionospheric anomaly monitoring for ground based augmentation systems," Radio Science, Volume. 47, Issue.4, August, 2012, pp. 1-12 

  6. Sam Pullen, Per Enge, "An overview of GBAS integrity monitoring with a focus on ionospheric spatial anomalies," Indian Journal of Radio & Space Physics, Volume. 36, August 2007, pp. 249-260 

  7. Klobuchar, J., "Ionospheric time-delay algorithm for single-frequency GPS users," IEEE Transactions Aerospace Electronic Systems AES-23, pp. 325-331. 

  8. G. Xie, "Optimal On-airport Monitoring of the Integrity of GPS-Based Landing System," Doctorial Dissertation of Stanford University, March 2004 

  9. M. Takashi, MA Guanyi and N. Maho, " Observations of TEC Disturbances with GEONET", Journal of the National Institute of Information and Communications Technology, Vol. 56, Nos. 1-4 2009, pp. 349-368 

  10. Seebany Datta-Barua, "Ionospheric Threats to the Integrity of Airborne GPS Users", Doctorial Dissertation of Stanford University, June 2008 

  11. C. Borrles, J. Berdermann, N.Jakowski, and V.Wilken, "Ionospheric storms-A Challenge for Empirical Forecast of the Total Electron Content," Jounal of Geophysical Research: Space Physics, Vol. 120, Issue.4, April, 2005, pp. 3175-3186 

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