초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
도심 환경에서 저가형 GNSS 수신기의 시간차분 반송파 위상 측정치(TDCP)를 활용한 SBAS/RRAIM 통합 고정밀 항행 안전 항법 시스템 기술 개발

◼ 전체 내용
본 연구개발과제에서는 도심 환경에서 드론의 안전한 운용을 위한 고정밀 위성항법 기술 개발을 목표로 한다. 도심 환경에서 고가의 비전 센서 없이도 저가형 GNSS 수신기만을 활용하여 안전한 항법을 수행할 수 있는 정밀 위성항법 기술 개발을 목표로 한다. 도심지 항법 성능 저하의 주요 원인인 의사거리

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
도심 환경에서 저가형 GNSS 수신기의 시간차분 반송파 위상 측정치(TDCP)를 활용한 SBAS/RRAIM 통합 고정밀 항행 안전 항법 시스템 기술 개발

◼ 전체 내용
본 연구개발과제에서는 도심 환경에서 드론의 안전한 운용을 위한 고정밀 위성항법 기술 개발을 목표로 한다. 도심 환경에서 고가의 비전 센서 없이도 저가형 GNSS 수신기만을 활용하여 안전한 항법을 수행할 수 있는 정밀 위성항법 기술 개발을 목표로 한다. 도심지 항법 성능 저하의 주요 원인인 의사거리 측정치의 다중경로오차를 궁극적으로 해결하고자 시간차분 반송파 위상 (Time-Difference Carrier-Phase, TDCP) 측정치를 활용한 정밀 항법 알고리즘을 설계한다. 또한 도심 환경에서 사용자의 무결성 보장을 위해 차세대 무결성 감시 알고리즘인 Relative RAIM (RRAIM) 알고리즘을 설계한 다. 도심 환경에서 TDCP/RRAIM 기반 알고리즘의 항법 성능 극대화를 위하여 SBAS 보정정보를 활용한 SBAS/TDCP/RRAIM 통합 알고리즘을 제시하며, 최종성과물로 고정밀 항행 안전 성능 예측을 위한 MATLAB GUI 기반 시뮬레이션 소프트웨어를 개발한다.

◼ 1단계
ㅇ 목표
도심 환경에서 GNSS 수신기의 시간차분 반송파 위상 측정치를 활용한 SBAS/TDCP/RRAIM 통합 고정밀 항행 안전 항법 알고리즘을 설계하고 도심 환경에서 항법 성능예측을 위한 항법 시뮬레이션 환경 구성
ㅇ 내용
1차년도
○ 개활지 환경에서 TDCP 측정치를 활용한 정밀 항법 알고리즘 설계
- 저가 GNSS 수신기에서 획득 가능한 반송파 위상 시간차분 측정치를 활용한 정밀 항법 알고리즘 설계
- 저가 GNSS 수신기의 의사거리 측정치 활용 항법과 정확도 비교 분석
○ 도심지 환경에서 TDCP 측정치를 활용한 정밀 항법 알고리즘 설계
- GNSS 위성의 가시성 부족에 따른 성능 저하를 방지하기 위해 다중 위성군을 활용한 TDCP 정밀 항법 알고리즘 설계
- 도심지에서 의사거리 측정치에 발생할 수 있는 다중경로 오차를 고려하여 저가 GNSS 수신기의 의사거리 측정치 활용 항법과 정확도 비교 분석
○ 도심 환경에서 항법 성능 예측을 위한 시뮬레이션 환경 구성
- 도심지에서 실제 상용 수신기의 출력 데이터와 유사한 결과를 갖도록 3D 도시 모델 환경구성

2차년도
○ 도심 환경에서 SBAS 보정정보를 활용한 TDCP 기반 정밀 항법 알고리즘 설계
- 도심지에서 정지궤도 위성 신호 차단으로 인한 SBAS 서비스 불가를 고려하여 SBAS/TDCP 정밀 항법 알고리즘 설계
○ 개활지 환경에서 SBAS 보정정보를 활용한 단일주파수 기반 RRAIM 무결성 감시 알고리즘 설계
- SBAS/TDCP 정밀 항법 알고리즘에 결합할 수 있는 단일 주파수 기반 RRAIM 무결성 감시 알고리즘 설계
○ 도심 환경에서 SBAS 보정정보를 활용한 단일주파수 기반 RRAIM 무결성 감시 알고리즘 설계
- 도심지 환경에서 SBAS/TDCP 정밀 항법해의 무결성을 감시할 수 있는 단일 주파수 기반 RRAIM 무결성 감시 알고리즘 설계
○ 도심 환경에서 항법 성능 예측을 위한 MATLAB GUI 기반 시뮬레이션 소프트웨어
- 도심지에서 GNSS 위성의 가시성 부족 및 고층 빌딩에 의한 신호의 다중 경로 오차를 고려 가능한 드론 비행 시뮬레이션 소프트웨어 개발
- 도심지를 비행하는 드론의 항법 정확도 및 무결성 감시 성능예측이 가능한 GUI 소프트웨어 개발

□ 연구개발성과
○ 도심 환경에서 저가형 GNSS 수신기의 항법 정확성 향상을 위한 SBAS/TDCP 기반 정밀 항법 알고리즘 설계
○ 도심환경에서 저가형 GNSS 수신기의 항법 무결성 보장을 위한 SBAS/RRAIM 기반 무결성 감시 알고리즘 설계
○ 도심 환경에서 저가형 GNSS 수신기의 고정밀 항행 안전 성능 예측을 위한 SBAS/TDCP/RRAIM 통합 시뮬레이션 소프트웨어 제작

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
○ 개활지 및 도심 환경에서 저가 GNSS 수신기를 탑재한 자율주행차 및 자율비행드론의 항행 안전을 위한 정밀 항법기술로 활용 가능
○ 한국형 광역보강시스템(KASS)을 항공기 정밀 접근 뿐 만 아니라 도심 환경에서 비항공용 사용자까지 활용할 수 있도록 항법 성능 및 서비스 영역 확장 가능
○ 소형 민간항공기, 드론, 무인자동차를 포함한 다양한 분야의 사고 예방 및 최적 안전경로 설정 예측 기술로 활용 가능
○ 독자적으로 선진국 수준의 정밀항법 및 무결성 감시 원천 기술 확보로 기술적, 경제적, 산업적 측면에서 다양한 파급효과 기대

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 5
• 표목차 ... 6
• 그림목차 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 10
• 가. 연구개발 목적 ... 10
• 나. 연구개발 대상의 국내ㆍ외 현황 및 문제점과 전망 ... 11
• 다. 연구개발 추진 필요성 ... 13
• 라. 정부 정책과의 부합성 ... 15
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 16
• 가. 핵심 성과별 연구 개발 추진 전략 및 방법 ... 16
• 1) 전체 연구 개발 흐름도 ... 16
• 2) 핵심 성과별 연구 개발 추진 전략 및 방법 ... 17
• 3) 연구 추진 체계 및 추진 일정 ... 20
• 나. TDCP 기반 정밀 항법 알고리즘 설계 ... 22
• 1) 개활지 환경에서 TDCP 알고리즘 설계 ... 22
• 2) 도심지 환경에서 TDCP 알고리즘 설계 ... 30
• 3) SBAS/TDCP 알고리즘 설계 ... 35
• 다. SBAS/RRAIM 항법 무결성 알고리즘 ... 49
• 1) 이중주파수 기반 RRAIM 알고리즘 설계 ... 50
• 2) 개활지 환경에서 단일주파수 기반 SBAS/RRAIM 알고리즘 설계 ... 51
• 2) 개활지 환경에서 단일주파수 기반 SBAS/RRAIM 알고리즘 설계 ... 63
• 3) 도심지 환경에서 단일주파수 기반 SBAS/RRAIM 알고리즘 설계 ... 66
• 라. 시뮬레이션 ... 73
• 1) 위성항법 측정치 생성 시뮬레이션 ... 73
• 2) 도심 환경 모델링 ... 87
• 3) 드론의 운동 궤적 생성 ... 90
• 4) MATLAB GUI 소프트웨어 결과 ... 97
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 102
• 1) 연구수행 결과 ... 102
• 2) 목표 달성 수준 ... 113
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 113
• 1) 목표 미달 원인(사유) 자체분석 내용 ... 113
• 2) 자체 보완활동 ... 113
• 3) 연구개발 과정의 성실성 ... 114
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 114
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용계획 ... 115
• 1) 연구성과 총괄 ... 115
• 2) 연구개발성과의 향후 5년간(활용보고서 제출기간) 성과활용·목표 계획 ... 118
• 끝페이지 ... 120