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GIPSY-OASIS기반 GPS 정밀 궤도 추정
Precise Orbit Estimation of GPS using GIPSY-OASIS 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.23 no.6, 2019년, pp.535 - 541  

하지현 (주식회사 피피솔) ,  천세범 (한국항공우주연구원 항법기술연구실) ,  박관동 (인하대학교 공간정보공학과)

초록
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이 논문에서는 한국형 GPS 정밀궤도 결정 기술 개발을 위한 기반 연구로써 항법위성의 기준궤도 추정을 위한 스크립트를 개발하고 성능을 분석하였다. 이를 위해 JPL Flinn AC의 자료처리 전략을 적용하였으며, GIPSY-OASIS를 이용하여 리눅스기반 스크립트를 개발하였다. 추정된 기준궤도의 정확도 분석을 위해 국제 데이터센터에서 제공되고 있는 정밀궤도력과 비교하였다. 그 결과 추정된 기준궤도와 정밀궤도력 간 위성좌표가 거의 동일한 경향을 보였으며, 분석 시작 및 종료 시점에서 일부 위성의 오차가 비교적 큰 것으로 나타났으나 대부분의 위성이 ±2 cm 범위에서 수렴하는 것으로 나타났다. 두 궤도력 간 평균오차는 모든 방향으로 1 cm 이하로 나타났으며, 표준편차 역시 1 cm 수준으로 나타나 기준궤도 추정성능이 우수한 것을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, scripts for estimating the reference orbits of navigation satellites were developed and their performance was analyzed as a preliminary study for the development of the Korean GPS precise orbit determination technology. The JPL Flinn AC's data processing strategy was applied and Linux...

주제어

표/그림 (10)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 임무제어 기술 중, 항법위성의 정밀 궤도 결정(POD; precise orbit determination) 기술은 위성 항법시스템 운용에 있어 핵심적인 기술 중 하나이다. 이 논문에서는 한국형 위성항법시스템의 정밀궤도 결정을 위하여 현존하는 프로그램과 시스템을 이용하여 기준궤도를 생성하고 이를 정밀궤도력과 비교하여 정확도를 분석하였다.

가설 설정

  • 이때 이온층 오차는 주파수 선형조합으로 제거하며, 대류층 신호지연 오차는 AHD(a priori hydrostatic delay)와 AWD(a priori wet delay)를 기준으로 random walk process로 가정하고 추정한다[3]. 수신기 시계오차의 경우 세슘이나 수소 원자시계가 연결되어 있는 관측소를 이용하거나, 백색잡음(white noise)으로 가정하고 추정한다[2]. GIPSY를 이용한 기준궤도 결정 방법은 일반적인 자료처리 방법과 유사하며 궤도 추정을 위한 과정이 추가된다.
  • 상대측위는 두 대 이상의 GPS 수신기를 이용하여 두 개 이상의 위성을 동시에 관측하고, 이로부터 공통 오차를 제거함으로써 정밀도를 향상시키는 기법이다. 이 경우 위성 및 수신기의 시계오차, 궤도력 오차 등을 공통오차로서 제거할 수 있으며, 수신기간 거리가 가까울 경우 이온층 및 대류층의 신호지연 효과도 거의 동일하다고 가정하여 제거할 수 있다. 이와 같이 상대측위의 경우 관측소간 기선 거리(baseline)를 반드시 고려하여야 하며, 관측소간 기선거리가 증가할 경우 정확도가 낮아질 수도 있다.
  • GIPSY의 경우 1개 관측소에서 30초 간격, 24시간 관측 자료를 처리할 경우 자료처리 시간이 10초 이하로 매우 신속하다. 이때 이온층 오차는 주파수 선형조합으로 제거하며, 대류층 신호지연 오차는 AHD(a priori hydrostatic delay)와 AWD(a priori wet delay)를 기준으로 random walk process로 가정하고 추정한다[3]. 수신기 시계오차의 경우 세슘이나 수소 원자시계가 연결되어 있는 관측소를 이용하거나, 백색잡음(white noise)으로 가정하고 추정한다[2].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
정밀궤도력의 오차가 생긴 이유는? 이후 24시간 구간 동안 대부분 ±2 cm 이내에서 변동하며 안정적인 오차범위를 보이다가 분석 종료 시간에 가 까워질수록 오차가 다시 증가하는 것으로 나타났다. 이는 24시간 관측데이터를 이용하여 앞뒤 3시간씩 추가된 총 30시간의 궤도를 추정하기 때문이다. 따라서 실제 관측데이터가 없는 예측구간에서 오차가 크게 나타나는 것이다.
위성항법 고정밀 자료처리 프로그램의 종류는? 위성항법 고정밀 자료처리 프로그램으로는 GIPSY, Bernese, 그리고 GAMIT-GLOBK가 있다. 이 중 GIPSY는 현재 JPL Flinn AC에서 항법위성의 정밀궤도 결정에 활용하고 있는 프로그램으로, 주요 기능은 지구상에 위치하는 대상물의 정밀 위치결정, 항법위성의 궤도와 시간 결정, 저궤도 위성(low earth orbiters) 궤도 결정, 항공기 등 이동체 위치결정, 정지측위 및 이동측위, 위성 고도계(satellite altimetry) 궤도 결정, 위성 중력계(gravity recovery) 궤도 결정 등이다[1].
GIPSY는 어떻게 정확도를 향상시키는가? 반면 단독측위는 한 대의 수신기를 이용하여 위치를 알고자 하는 관측소 자료만 처리하는 방법으로 기선거리를 고려하지 않아도 되므로 자료 처리 시간이 단축된다. GIPSY는 PPP(precise point positioning)라는 정밀단독측위 기법을 사용함으로써 정확도를 향상시킨다[2]. GIPSY의 경우 1개 관측소에서 30초 간격, 24시간 관측 자료를 처리할 경우 자료처리 시간이 10초 이하로 매우 신속하다.
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참고문헌 (10)

  1. GIPSY-OASIS. [Internet]. Available: https://gipsy-oasis.jpl.nasa.gov 

  2. K. D. Park, Determination of glacial isostatic adjustment parameters based on precise point positioning using GPS, Ph.D. dissertation, University of Texas, Austin, USA, 2000. 

  3. Y. E. Bar-Sever, P. A. Kroger, and J. A. Borjesson, "Estimating horizontal gradients of tropospheric path delay with a single GPS receiver," Journal of Geophysical Research, Vol. 103, No. B3, pp. 5019-5035, Mar. 1998. 

  4. International GNSS Service. [Internet]. Available: http://www.igs.org 

  5. S. Desai, D. Kuang, and W. Bertiger, "GIPSY/ OASIS(GIPSY) overview and under and hood," in GIPSY User Meeting, San Francisco: CA, pp. 1-92, 2014. 

  6. D. Kuang, W. Bertiger, S. Byun, and J. Zumberge, "Extending GPS orbit and clock products to high rate GPS satellite clock solution," in PLANS 2016, San Diego: CA, pp.1-12, 2006. 

  7. P. Willis, W. Bertiger, and K. Miller, "DORIS/RINEX data processing with GIPSY/OASIS II and GIPSYX preliminary results and plans," in DORIS AWG Meeting, London: UK, pp.1-13, 2017. 

  8. J. F. Zumberge, and F. H. Webb, "Precise post-processing of GPS data: products and services from JPL," in Institute of Navigation National Technical Meeting, Long Beach: CA, pp.1-17, 2001. 

  9. S. D. Desai, W. Bertiger, B. Haines, C. Selle, A. Sibois, A. Sibthorpe, and J. P. Weiss, JPL analysis center strategy Summary, JPL, Pasadena: CA, IGS Technical Report, pp. 1-6, 2012. 

  10. UNAVCO. [Internet]. Available: https://www.unavco.org 

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