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표제지

국문초록

목차

제1장 서론 12

1.1. 연구배경 및 목적 12

1.2. 연구 내용 14

제2장 SBAS 보강시스템 개요 16

2.1. SBAS 개요 16

2.2. SBAS 신호 수신 환경 18

2.3. SBAS 보강정보 형식 및 내용 24

제3장 SBAS 보강정보 생성 및 사용자 적용 알고리즘 30

3.1. SBAS 보정정보 30

3.1.1. 의사거리 보정정보 30

3.1.2. 위성궤도 및 시계오차 보정정보 39

3.1.3. 전리층 보정정보 44

3.1.4. 대류층 보정정보 53

3.2. 보호수준 56

3.2.1. 보호수준의 개념 56

3.2.2. 보호수준 계산방법 58

제4장 RTCM 보정정보 변환 알고리즘 60

4.1. RTCM 보정정보 메시지 프로토콜 60

4.1.1. Message Type 1 63

4.1.2. Message Type 3 64

4.2. SBAS 메시지의 RTCM 포맷 변환 방안 64

제5장 알고리즘 검증 실험 및 결과분석 67

5.1. 알고리즘 검증 실험 67

5.1.1. 실험환경 및 시스템 구성 개요 67

5.2. SBAS 보정정보 생성 알고리즘 검증 70

5.2.1. 위성 궤도력을 이용한 알고리즘 검증 71

5.2.2. NMEA를 이용한 알고리즘 적용 가능성 분석 72

5.3. 정적 테스트를 이용한 알고리즘 검증 74

5.3.1. 정확도 검증 74

5.3.2. 보호수준 검증 76

제6장 결론 78

6.1. 결론 78

6.2. 향후 연구 과제 78

참고문헌 80

약어 83

Abstract 85

표목차

표 1. 항행 절차 별 ICAO 성능 요구조건 14

표 2. SBAS 구성요소 별 기능 및 역할 17

표 3. 한반도 내부에서의 Inmarsat 4-F1 위성 신호 획득 가능 범위 19

표 4. 고도에 따른 GPS 단독측위 및 SBAS(Inmarsat 4-F1) 보강항법 수행 가능시간 비율 22

표 5. 상용 드론 항법모듈 비교 24

표 6. SBAS 보정정보 종류 25

표 7. MT10 정확도 저하인자 메시지 형식 26

표 8. 보정정보 별 시간초과 및 최대 갱신주기 28

표 9. MT7 정확도 저하 메시지 29

표 10. MT2∼MT5 메시지 형식 31

표 11. UDREI에 따른 UDRE 및 σi2, UDRE값(이미지참조) 31

표 12. MT7 보정정보 갱신지연에 따른 정확도 저하 값 32

표 13. MT25 VC0 메시지 형식 40

표 14. MT25 VC1 메시지 형식 41

표 15. MT18 메시지 형식 48

표 16. MT26 메시지 형식 48

표 17. GIVEI값에 따른 GIVE, σi2, GIVE값(이미지참조) 49

표 18. 평균 기상 변수 53

표 19. 기상 변수의 계절 변화량 54

표 20. SBAS전리층 모델에 사용되는 기상 상수 55

표 21. RTCM 보정정보 메시지 타입 61

표 22. SBAS 메시지의 RTCM 보정정보 포맷으로의 변환 방안 64

표 23. 결과 비교 내용 70

표 24. Python S/W - PEGASUS 성분별 최댓값 (위성 궤도력) 71

표 25. Python S/W - PEGASUS 성분별 최댓값 (NMEA) 73

표 26. NMEA 위성 별 앙각 예시 (Ublox) 73

표 27. 위성 궤도력 정보로 계산한 위성 별 앙각 예시 (PEGASUS) 74

표 28. 수평/수직 평면에 대한 위치오차 통계치 분석 (Septentrio vs Ublox SBAS vs Ublox SBAS to... 75

표 29. 수평, 수직 보호수준 통계치 분석 (Septentrio vs Python S/W) 77

그림목차

그림 1. 시스템 제안 개념도 15

그림 2. SBAS 구성도 16

그림 3. SBAS 메시지 구조 18

그림 4. 한반도 전체를 포함하는 각 지점 정의 19

그림 5. 가시위성 판단 여부 개념도 20

그림 6. GPS 단독측위 및 SBAS 보강항법 수행가능여부 판단 개념도 21

그림 7. 포스코사거리 인근지역에서의 고도별 GPS 단독측위 항법 수행 가능시간 비율 22

그림 8. 포스코사거리 인근지역에서의 고도별 SBAS 보강항법 수행 가능시간 비율 23

그림 9. SBAS 메시지 연결구조 27

그림 10. PRC 수신 시점과 시간초과 33

그림 11. 의사거리 보정정보 계산 순서도 34

그림 12. 의사거리와 위성궤도 및 시계오차 보정정보에 대한 추정오차의 분산 계산 순서도 36

그림 13. VC 값에 따른 Slow Correction 값의 변화 43

그림 14. 위성 궤도 및 시계오차 보정정보 계산 순서도 44

그림 15. IPP 45

그림 16. SBAS Band Number 및 IGP 47

그림 17. IGP 4개를 이용한 전리층 수직 지연 값 계산을 위한 수치보간법 51

그림 18. 보호수준 및 경보한계 개념도 57

그림 19. 항공기 정밀접근 수행 시 수평/수직 보호수준 산출 순서도 59

그림 20. RTCM 메시지 헤더 62

그림 21. RTCM Message Type 1 구조(word 3~7) 63

그림 22. RTCM Message Type 3 구조(word 3~6) 64

그림 23. 항공용 보호수준 및 사용자 수직... 66

그림 24. 항공용 보호수준과 비 항공용... 66

그림 25. 실험 구상도 67

그림 26. 저가형 GPS 수신기(Ublox)에서의 시스템 수행 순서도 68

그림 27. 실시간 소프트웨어 개념도 69

그림 28. 위성 궤도력을 이용한 보정정보 생성 알고리즘 검증 결과 (Python S/W - PEGASUS) 71

그림 29. NMEA를 이용한 보정정보 생성 알고리즘 검증 결과 (Python S/W - PEGASUS) 72

그림 30. Python S/W Sat Elevation - PEGASUS Sat Elevation Angle 74

그림 31. 수평/수직 평면에 대한 위치오차 비교(Septentrio vs Ublox SBAS vs Ublox SBAS to... 75

그림 32. 수평/수직 보호수준 및 위치오차 포함 여부 비교 76

초록보기

 드론의 민간분야 활용범위가 점차 확대됨에 따라 무인기 활용을 높이기 위한 관련 법 개정 요구 또한 커지고 있다. 궁극적으로 드론 및 무인기를 Dynamic 환경에서 사용하기 위해서는 유인기에 상응하는 엄격한 항행요구조건을 만족할 수 있어야 한다. 이를 위하여 드론에 적용할 수 있는 기술들 중 적용방법 및 비용 면에서 GPS 보강항법이 가장 현실적이라고 판단된다. 하지만 현재 상용 드론에 탑재되고 있는 저가형 항법모듈의 성능은 SBAS를 이용한 필수 항행 조건 중 일부만 충족시키는 경우가 많다. 또한 지구정지궤도 위성을 이용하는 SBAS 위성 신호를 수신할 수 있는 범위가 제한적이므로 도심 및 산악환경이 많은 우리나라의 지형적 특성을 고려했을 때, SBAS 위성 신호를 수신하지 못하는 경우가 매우 빈번할 것으로 예상된다.

따라서 본 논문에서는 드론 운용범위 확대를 위하여 SBAS 위성 신호차폐지역에 위치한 드론을 가정하여 기준국 서버에서 별도의 통신채널을 이용하여 SBAS 보정정보를 송출하는 시스템을 제안하였다. 그리고 제안한 시스템을 실제로 구현하고, 정적 환경에서 검증을 수행하였다. 동일한 저가형 GPS 수신기에 대하여 SBAS 보정정보 적용을 통한 DGPS 측위 결과와, 본 논문에서 구현한 프로그램을 이용하여 생성한 RTCM 보정정보를 적용 후 계산된 DGPS 측위 결과는 수평 약 8cm, 수직 약 10cm 정도의 성능 차이를 보임으로써 그 성능이 매우 유사함을 확인할 수 있었다. 또한 별도로 수평, 수직방향의 보호수준을 산출하여 저가형 항법 모듈이 계산하는 위치해의 무결성을 확인할 수 있도록 하였다. 별도로 계산한 수평, 수직방향의 보호수준 역시 상용 수신기에서 계산하는 보호수준 대비 2m 이내의 성능차이를 보임으로써 실시간 소프트웨어에 적용된 알고리즘의 적절성을 검증하였다.

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