러시아의 위성항법시스템인 GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System)는 2011년 10월 이후 정상적으로 재가동되었으며 지속적으로 시스템 구성이 현대화되고 있다. 최근 2017년 10월 16일 발사된 GLONASS 752 위성(GLONASS-M)이 정상 작동됨에 따라서 2세대 위성인 GLONASS-M 22기와 3세대 위성인 GLONASS-K 1기로 총 24기 위성이 구축되었다. 따라서 본 논문은 현재의 GLONASS 위성 항법시스템의 항법위성으로부터 실데이터를 수신하여 항법파라미터 특성 및 성능을 분석하고자 하였다. 수신된 데이터를 분석한 결과 항상 항법위성 5~11기가 동시에 가시선상에 있어서 항법신호를 수신할 수 있음을 확인하였으며, 실험에 이용된 위성들의 DOP(Dilution of Position)는 GDOP, PDOP, HDOP, VDOP, TDOP 각각 2.790, 2.424, 1.169, 2.123, 1.381을 얻었다. 또한 수신된 데이터의 위치 정밀도를 분석한 결과 표준편차 1.4m로 매우 우수하였다. 결과적으로 GLONASS와 GPS(Global Positioning System)는 성능이 거의 동일하며 향후 GLONASS 시스템의 이용 확대가 기대된다.
러시아의 위성항법시스템인 GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System)는 2011년 10월 이후 정상적으로 재가동되었으며 지속적으로 시스템 구성이 현대화되고 있다. 최근 2017년 10월 16일 발사된 GLONASS 752 위성(GLONASS-M)이 정상 작동됨에 따라서 2세대 위성인 GLONASS-M 22기와 3세대 위성인 GLONASS-K 1기로 총 24기 위성이 구축되었다. 따라서 본 논문은 현재의 GLONASS 위성 항법시스템의 항법위성으로부터 실데이터를 수신하여 항법파라미터 특성 및 성능을 분석하고자 하였다. 수신된 데이터를 분석한 결과 항상 항법위성 5~11기가 동시에 가시선상에 있어서 항법신호를 수신할 수 있음을 확인하였으며, 실험에 이용된 위성들의 DOP(Dilution of Position)는 GDOP, PDOP, HDOP, VDOP, TDOP 각각 2.790, 2.424, 1.169, 2.123, 1.381을 얻었다. 또한 수신된 데이터의 위치 정밀도를 분석한 결과 표준편차 1.4m로 매우 우수하였다. 결과적으로 GLONASS와 GPS(Global Positioning System)는 성능이 거의 동일하며 향후 GLONASS 시스템의 이용 확대가 기대된다.
The Russian Global Navigation Satellite System (GLONASS) has been fully recovered since October 2011, and it has been significantly modernized. The recently launched GLONASS 752 was set for successful performance on October 16, 2017 and has resulted in 24-satellite constellation with 22 second-gener...
The Russian Global Navigation Satellite System (GLONASS) has been fully recovered since October 2011, and it has been significantly modernized. The recently launched GLONASS 752 was set for successful performance on October 16, 2017 and has resulted in 24-satellite constellation with 22 second-generation (GLONASS-M) satellites, and a third-generation (GLONASS-K) satellite. Therefore, this paper is focused on not only the identified navigation parameters, but also the performance analysis of the project based on its real data received from the studied satellites. It is verified that the 5-11 satellites are available for receiving navigation signal at this time. The obtained values of GDOP, PDOP, HDOP, VDOP, and TDOP are 2.790, 2.424, 1.169, 2.123, and 1.381, noted respectively in standard deviation. In fact, the level of positioning precision is about 1.4m in standard deviation. As a result, the positioning performances of the measured GLONASS and GPS are virtually identical. Therefore, we determine that the GLONASS is expected to be expanded for future applications.
The Russian Global Navigation Satellite System (GLONASS) has been fully recovered since October 2011, and it has been significantly modernized. The recently launched GLONASS 752 was set for successful performance on October 16, 2017 and has resulted in 24-satellite constellation with 22 second-generation (GLONASS-M) satellites, and a third-generation (GLONASS-K) satellite. Therefore, this paper is focused on not only the identified navigation parameters, but also the performance analysis of the project based on its real data received from the studied satellites. It is verified that the 5-11 satellites are available for receiving navigation signal at this time. The obtained values of GDOP, PDOP, HDOP, VDOP, and TDOP are 2.790, 2.424, 1.169, 2.123, and 1.381, noted respectively in standard deviation. In fact, the level of positioning precision is about 1.4m in standard deviation. As a result, the positioning performances of the measured GLONASS and GPS are virtually identical. Therefore, we determine that the GLONASS is expected to be expanded for future applications.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 러시아의 GLONASS 시스템에 대하여 전반적으로 분석하고 위성으로부터 수신되는 항법파라미터 및 성능을 분석함으로써 현재의 GLONASS 시스템을 정확하게 진단하여 향후 GPS에 대한 의존도를 낮추고 GNSS 통합항법시스템 구축에 대한 토대를 마련하고자 한다.
본 논문은 범용의 GNSS 항법정보 이용 통합 수신기 개발을 위한 선행연구로써 정상적으로 작동 중인 GLONASS의 항법 파라미터와 성능을 분석하여 세계적으로 GPS에 대한 의존도를 낮추고 향후 통합 수신기 운용을 위한 토대를 마련하고자 하였다.
제안 방법
먼저, 수신지역의 가시영역에서 이용 가능한 위성의 현황을 분석하고 각각의 위성들의 수신 신호에 대한 항법파라미터를 분석하였으며, 수신 위성의 DOP (Dilution of Position) 및 위치 정밀도 등을 분석하였다.
실험 시 위성항법시스템의 주요 평가요소인 가시성, 정확성, 신뢰도 등에 중점을 두고 수신에 이용할 수 있는 실시간 보여지는 위성 현황 및 신호 강도비를 분석하였으며, 실제 항법신호를 수신하여 통계적으로 정밀도를 분석하여 다음과 같은 결과를 도출하였다.
대상 데이터
2018년 1월 3일 현재, GLONASS에서 사용 가능한 위성 신호는 Table 3과 같이 총 24기 위성 신호이다(IACPNT, 2018).
본 논문은 위치 측정 시 가시영역이 오픈된 구역으로 설정하여 실험을 하였다. 실시간 데이터 수집에 사용된 위성은 PRN 43, 44, 45, 46, 53, 58, 59, 60, 총 8기 위성이다.
실험에 사용된 GNSS 수신기는 NovAtel ProPak6(멀티 위성항법 수신기, L1/L2/L5 수신 가능)이며, 우리나라의 남부지방인 경남 창원 연구실(위도 37° 07.6790′N, 경도 128° 39.9645′E, 고도 41.1m)에서 데이터를 수신하여 분석하였다.
지상국부분은 정밀도 향상을 위하여 위성항법보정시스템과 해외 모니터링 시스템을 구축하기 시작하였다. 현재 러시아에 14개의 지상 기지국을 구축함은 물론, 남극 및 브라질 등에도 기지국을 구축하였다. 추가적으로 러시아에 8개 기지국 및 쿠바, 베트남, 오스트레일리아 등 여러 개의 해외 기지국을 구축하여 36개의 나라에 50개 이상의 새로운 기지국을 구축할 계획이다(GPS world staff, 2017; Russian Aviation news, 2014).
데이터처리
데이터 분석 결과의 신뢰도를 확인하고자 현재 완벽하게 운용 중인 미국의 GPS 시스템의 동일 데이터 성능과 비교하여 분석하였다.
분석에 사용된 소프트웨어는 Novatel connect 프로그램과 Excel, Origin이며, 이를 이용하여 통계적 분석을 하였다.
성능/효과
신호체계는 Table 2처럼 현재의 L1, L2 밴드에 L3 밴드가 추가되며 FDMA 방식에 추가하여 CDMA 방식을 도입 예정이다. GLONASS-K1 위성부터 L3밴드 CDMA 서비스 시작으로 GLONASS-K2 위성에서는 L1, L2, L3 모두 CDMA 서비스를 시작할 예정이며(Urlichich, 2011), 2025년경이 되어야 모두 완료될 것으로 판단된다.
9에 나타내었다. GLONASS는 평균값이 46.43m, 표준편차 1.88m이며, GPS는 평균값이 41.43m, 표준편차 1.44m이다. 두 위성항법시스템의 평균값 차이는 5m로 다소 큰 차이를 보였다.
GLONASS의 항법 파라미터와 성능을 분석한 결과 GPS와 견주어도 손색이 없을 정도로 매우 우수하였다. 세계적으로 현재 GPS 단일 시스템에 대한 의존도가 매우 높아지고 있는 시점에서 글로벌한 항법시스템으로 운용 중인 FDMA 방식의 GLONASS를 이용하는 것은 의도적 또는 비의도적 협대역 간섭에 대해 보다 강건할 수 있다.
넷째, 위도, 경도, 고도, 위치 변화를 분석한 결과, 위도 변화는 표준편차 1.25m, 경도 변화는 표준편차 0.75m, 고도 변화는 표준편차 1.88m, 위치 변화는 표준편차 1.44m로 매우 우수한 정밀도를 보였다.
54m이다. 데이터 비교 시 GLONASS보다 GPS가 약간 정밀한 것으로 판단되나 그 차이는 미미함을 확인하였다.
둘째, 수신되는 위성 신호로부터 C/No비는 모두 35dBHz 이상으로 보통 또는 우수한 수준이었다.
셋째, 위성의 DOP를 분석한 결과, GDOP 2.790, PDOP 2.424, VDOP 2.123, HDOP 1.169, TDOP 1.381로 GPS와 대동소이하였다.
첫째, GLONASS는 하루 24시간 동안 최소 5기, 최대 11기 위성으로부터 항법신호를 수신하여 정상적으로 3차원 위치측정이 가능하였다.
후속연구
또한 2018년 이후에는 GLONASS-K2 위성이 테스트를 거쳐 발사될 예정이며, 이 유형의 위성부터 L1, L2 주파수에 대하여 CDMA(Code Division Multiple Access) 방식의 신호 (Langley and Wikipedia, 2017)를 송출할 예정이어서 모든 위성이 작동하는 2025년 이후에는 GNSS들과 통합 운용이 더욱 용이할 것으로 판단된다.
신호체계는 Table 2처럼 현재의 L1, L2 밴드에 L3 밴드가 추가되며 FDMA 방식에 추가하여 CDMA 방식을 도입 예정이다. GLONASS-K1 위성부터 L3밴드 CDMA 서비스 시작으로 GLONASS-K2 위성에서는 L1, L2, L3 모두 CDMA 서비스를 시작할 예정이며(Urlichich, 2011), 2025년경이 되어야 모두 완료될 것으로 판단된다.
향후 연구에서는 GNSS 통합수신기 운용에 초점을 맞추어 정밀도 향상, 재밍 대응 연구 등을 중점 수행하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
GLONASS이 GPS와 매우 비슷한 시스템인 이유는?
GLONASS는 GPS와 매우 비슷한 시스템으로써 위성으로부터 송신되는 PN코드(의사잡음코드)와 수신기에서 발생하는 같은 코드의 상관을 취하여 의사거리를 측정한다. 4개의 위성으로부터 의사거리를 측정하여 3차원 위치를 구하는 것으로 그 원리는 GPS와 같다.
GLONASS 시스템이란?
GLONASS 시스템은 러시아에서 운용하는 위성항법시스템이다. 구 소련이 최초의 인공위성 스푸트니크 1호를 1957년 10월 쏘아올린 이래로 우주산업에 박차를 가하여 "Tsikada" 위성항법시스템을 개발한 이후 GLONASS 개발을 위한 계획을 1976년 공식적으로 승인하였다.
FDMA 방식의 특징은?
GPS가 CDMA 방식을 사용하는 것과 대조적으로 GLONASS는 FDMA(Frequency Division Multiple Access) 방식인 동일한 코드신호를 이용하면서 주파수를 위성별 달리 사용하는 방식을 이용하고 있다. FDMA 방식은 여러 주파수를 사용하며, 채널 간섭에 영향을 줄 수 있어서 단점을 많이 가지고 있지만 적이나 특정 단체의 의도적인 협대역 간섭을 받을 경우 GPS 대비 더 강건한 상태를 유지할 수도 있다.
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