[논문]VRS RTK를 이용한 원거리 표적좌표획득의 정확도 향상에 대한 연구

이동녁; 윤근식

doi:10.9766/kimst.2018.21.4.471

VRS RTK를 이용한 원거리 표적좌표획득의 정확도 향상에 대한 연구
Study for Improving Target Coordinate Acquisition Accuracy from Long Distance by VRS RTK 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.21 no.4, 2018년, pp.471 - 480

이동녁 (국방기술품질원 신뢰성시험센터) , 윤근식 (국방기술품질원 신뢰성시험센터)

Abstract ▼ AI-Helper

Accurate target coordinate is very important in military operations especially field artillery's ground-to-ground attack and air-force's air-to-ground attack. DOS(or TAS) is used to acquire target coordinates from long distance. DOS is comprised of LRF and goniometer. LRF measures distance between DOS and target. Goniometer is comprised of azimuth and vertical angular sensors, DMC and internal GPS receiver. DOS must set the position and orientation(finding grid north) before measurement step(target coordinate acquisition). To improve accuracy of target coordinate, VRS RTK and reference point method are proposed in DOS setup step. VRS RTK provides accurate location coordinate with small deviations, providing high accuracy and precision in positioning and orientation. As a result, horizontal coordinate(easting and northing) accuracy is improved from 2.68 mil(C.L. = 0.95) mil to 0.58 mil(C.L. = 0.95).

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문제 정의

본 연구는 DOS의 설정단계(Positioning & Orientation)에 VRS RTK(Virtual Reference Station Real Time Kinematic)와 Reference Point Method를 사용하여 표적 좌표의 정확도를 향상하는 방안을 제안하였다.
본 연구는 관측장비인 DOS를 VRS RTK 및 Reference Point Method와 사용하는 방법을 제안하여 표적좌표획득의 정확도를 향상하고자 하였다. DOS의 시스템의 오차를 계산하여 개선 전/후의 정확도와 정밀도를 비교하였다.

제안 방법

1 m × 1 m의 표적판을 Fig. 5와 같이 설치하고 표적판의 조준점 좌표를 VRS RTK로 측정하였다.
본 연구는 관측장비인 DOS를 VRS RTK 및 Reference Point Method와 사용하는 방법을 제안하여 표적좌표획득의 정확도를 향상하고자 하였다. DOS의 시스템의 오차를 계산하여 개선 전/후의 정확도와 정밀도를 비교하였다.
UTM 좌표는 지구를 경도 6°간격으로 나누어 횡축 메르카토르 도법으로 평면에 투영하고, 위도 8° 간격으로 총 60 × 20 개의 구역으로 나누었다.
각 Case에 대하여 정치위치, 방위, 획득된 표적좌표의 정밀도와 정확도를 비교하였다. DOS 정치위치의 개선 전/후 비교는 내부 GPS 수신기와 VRS RTK의정확도와 정밀도의 차이로 비교할 수 있다.
본 연구는 DOS의 설정단계(Positioning & Orientation)에 VRS RTK(Virtual Reference Station Real Time Kinematic)와 Reference Point Method를 사용하여 표적 좌표의 정확도를 향상하는 방안을 제안하였다. 또한 시스템의 오차를 구하여 개선 전/후의 정확도와 정밀도를 비교하였다.
방위각과 경사각은 Goniometer의 각도센서로 측정하며, 표적까지의 거리는 LRF를 이용하여 측정한다. GonioLight의 구성은 Fig.

대상 데이터

지구자기장 모델인 World Magnetic Model(WMM)로자북방위(Magnetic Bearing)를 진북방위(True Bearing)로 변환할 수 있다. WMM은 미국 NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)의 NGDC(National Geophysical Data Center)와 영국의 BGS(British Geological Survey)에 의해 만들었다. WMM는 지구의 어느 위치에서나 지표면 아래 1 km에서부터 지면 위로 850 km까지 자편각(Magnetic Declination)이 모델링되어있다^[5].
5와 같이 설치하고 표적판의 조준점 좌표를 VRS RTK로 측정하였다. 높이는 KNGeoid13 지오이드 모델을 적용하여 표고를 얻었다. 측량에 사용한 GNSS 수신기는 Trimble 社의 R-4 모델이다.
4 km 이상 거리가 떨어져야 한다. 본 연구에서는 1.6 km 거리에 Fig. 7과 같이 표적을 설치한 후 DOS로 좌표를 획득하였다.
연구에서 사용된 DOS는 스위스 Vectronix AG의 GonioLight이며 DOS에 설치된 소프트웨어의 버전은 1.08.12이다.
측량에 사용한 GNSS 수신기는 Trimble 社의 R-4 모델이다. 표적좌표는 52S 431013.95E 4239082.00N이며, 높이는 533.96 m 이다. 높이는 측정지점(Measuring Point)에서 0.

이론/모형

본 연구에서는 UTM(Universal Transverse Mercator) 좌표를 사용하였다. UTM 좌표는 지구를 경도 6°간격으로 나누어 횡축 메르카토르 도법으로 평면에 투영하고, 위도 8° 간격으로 총 60 × 20 개의 구역으로 나누었다.
높이는 KNGeoid13 지오이드 모델을 적용하여 표고를 얻었다. 측량에 사용한 GNSS 수신기는 Trimble 社의 R-4 모델이다. 표적좌표는 52S 431013.

성능/효과

DOS의 설정단계를 개선함으로서 표적좌표의 수평오차(C.L. = 0.95)가 1.611 km 거리에서 4.31 m(2.68 mil)에서 0.93 m(0.58 mil)로 약 1/4.6배 감소하여 정확도와 정밀도가 개선되는 것을 확인하였다.

후속연구

본 연구의 결과는 DOS와 VRS RTK를 이용하여 보다 정확하게 표적의 좌표를 획득할 수 있음을 제안했을 뿐만 아니라 군의 TAS-1(K)의 성능개량에 참고할 수 있을 것으로 기대한다. 또한 포의 위치와 DOS를 이용하여 탄착점의 좌표를 획득한다면 사거리와 분산도 평가에 활용할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	UTM 좌표는 무엇인가?	본 연구에서는 UTM(Universal Transverse Mercator) 좌표를 사용하였다. UTM 좌표는 지구를 경도 6°간격으로 나누어 횡축 메르카토르 도법으로 평면에 투영하고, 위도 8° 간격으로 총 60 × 20 개의 구역으로 나누었다. 직사각형으로 나누어진 각 구역(Zone)마다 설정된 원점에서 종축과 횡축의 좌표로 위치를 나타낸다. UTM 좌표는 직사각형 구역 안에서 거리, 면적, 방향을 계산하므로 곡면좌표에 비하여 편리하다.
	DOS는 무엇으로 구성되는가?	DOS는 멀리 떨어진 표적을 확인하고 거리를 측정하는 LRF(Laser Range-Finder)와 DOS의 정치(定置)위치(Positioning) 및 방위(Orientation)를 설정하고 각도(Azimuth & Vertical Angle)를 측정하는 Goniometer(측각기)로 구성된다.
	표고의 기준점으로부터 거리가 멀어질 수록 오차가 증가하는 단점을 극복하는 방법은 무엇인가?	표고는 수준측량을 통해 결정할 수 있으나 기준점으로부터 거리가 멀어질수록 오차가 증가하는 단점이 있다. 이러한 단점을 지오이드(Geoid) 모델로 해소하였다. 지오이드는 평균해수면에 가장 가까운 등포텐셜면(Equipotential Surface)이다.

참고문헌 (10)

K. Yoon, "Understanding and Reading of Map," Jinsil Media, pp. 91-122, 2007.
K. Kwon, et al., "Understanding of GNSS," Donghwa, pp. 62-94, 2011.
K. Beak, et al., "Construction and Precision Verification of Korean National Geoid Model KNGeoid13," Korea Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography 2014, pp. 111-114, 2014.
T. Soler and R. J. Fury, “GPS Alignment Surveys and Meridian Convergence,” Journal of Surveying Engineering, Vol. 126, No. 3, pp. 69-82, 2000.

상세보기
A. Chulliat, et al., "The US/UK World Magnetic Model for 2015-2020 : Technical Report," NOAA, pp. 1-19, 2015.
S. Gleason and D. Gebre-Egziabher, "GNSS Applications and Methods," Artech House, pp. 3-5, 2009.
H. Kim, et al., “Accuracy Evaluation of VRS RTK Surveys Inside the GPS CORS Network Operated by National Geographic Information Institute,” Korea Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography, Vol. 25, No. 2, pp. 139-147, 2008.
P. Misra and P. Enge, "Global Positioning System. Signals, Measurements and Performance," Ganga-Jamuna Press, pp. 209-216, 2001.
Vectronix AG, "GonioLight Operator Manual," Vectronix AG, pp. 125-129, 2014.
E. D. Kaplan, "Understanding GPS : Principles and Applications," Artech House, INC., p. 262, 1996.

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