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표제지

국문초록

목차

제1장 서론 11

1.1. 연구배경 및 목적 11

1.2. 연구 내용 14

제2장 GNSS 개요 16

2.1. GNSS 구성 16

2.1.1. 우주 부분 17

2.1.2. 관제 부분 19

2.1.3. 사용자 부분 21

2.2. GNSS 신호 22

2.3. GNSS 측정치 23

2.3.1. 의사거리 측정치 23

2.3.2. 반송파 위상 측정치 24

2.4. GNSS 오차요인 25

2.4.1. 위성 관련 오차 25

2.4.2. 전달 경로 오차 27

2.4.3. 다중 경로 오차 28

2.4.4. 수신기 오차 29

2.5. 광역 보강시스템 30

제3장 L1 SBAS MOPS 한계 및 L1 SBAS MOPS 변경 제안 33

3.1. L1 SBAS MOPS 한계 33

3.2. SFMC SBAS를 위한 L1 SBAS MOPS 변경 제안 35

제4장 SBAS형 GLONASS 보정정보 생성 38

4.1. SBAS형 위성 관련 보정정보 38

4.1.1. 방송 궤도력과 정밀 궤도력 38

4.1.2. 위성 안테나 위상 중심 오프셋 42

4.1.3. Differential Code Bias 44

4.1.4. 정밀 궤도력을 이용한 GLONASS 위성 관련 보정정보 생성 48

4.2. SBAS형 GLONASS 전리층 지연오차 보정정보 49

4.2.1. GLONASS 측정치 주파수를 고려한 SBAS형 GLONASS 전리층 지연오차 보정정보 생성 49

4.3. 보정정보 타당성 검증 52

4.3.1. 정밀 궤도력을 이용한 위성 관련 보정정보 타당성 검증 53

4.3.2. SBAS 전리층 보정정보의 GLONASS 적용 가능성 검증 55

4.3.3. SBAS형 GLONASS 보정정보 적용 결과 57

제5장 GPS/GLONASS 다중위성군 SBAS 60

5.1. Dynamic PRN Mask 60

5.2. GLONASS 위성에 대한 σUDRE 도출(이미지참조) 63

5.2.1. RAC 좌표계에서의 위성 궤도오차 공분산 추정 64

5.2.2. σSISRE와 σUDRE 간 상관관계 도출 및 GLONASS σUDRE 추정(이미지참조) 67

5.3. 사용자 성능 검증 68

5.3.1. 사용자 위치 오차 분석 69

5.3.2. 보호수준 및 가용성 분석 70

제6장 결론 및 향후 과제 72

참고문헌 75

약어 78

Abstract 81

표목차

표 1. ICAO가 정의한 서비스 레벨별 성능 요구조건 12

표 2. PRN Mask 할당 33

표 3. SBAS 메시지 타입별 최대 전송 주기 37

표 4. GPS 방송 궤도력 파라미터 39

표 5. GLONASS 방송 궤도력 파라미터 40

표 6. IGS 정밀 궤도력 및 정밀 위성 시계오차 산출물 41

표 7. 사용 데이터, 데이터 처리 간격, Mask Angle 52

표 8. P190 기준국 정보 52

표 9. 수평 및 수직오차 RMS (WAAS / IONEX + Proposed LC / WAAS IC + Proposed LC) 58

표 10. 수평 및 수직오차 RMS (Stand-alone / IONEX + Proposed LC / WAAS IC + Proposed LC) 59

표 11. 사용 데이터, 데이터 처리 간격, Mask Angle 68

표 12. P031 기준국 정보 68

표 13. 수평 및 수직 오차 RMS (GPS-only SBAS / GPS/GLONASS 다중위성군 SBAS) 69

표 14. 보호수준 평균 (GPS-only SBAS / GPS/GLONASS 다중위성군 SBAS) 71

표 15. APV-I & CAT-I 가용성 (GPS-only SBAS / GPS/GLONASS 다중위성군 SBAS) 71

그림목차

그림 1. GNSS 구성도 16

그림 2. GNSS 위성 배치도 18

그림 3. GPS 관제 부분 19

그림 4. GLONASS 관제 부분 20

그림 5. Galileo 관제 부분 21

그림 6. RNSS 용으로 할당된 L1 주파수 대역 22

그림 7. 의사거리 측정 원리 24

그림 8. 대기권 구조 27

그림 9. 다중경로 오차 29

그림 10. DGNSS 전리층 지연 오차 보정 정보 성능 저하 30

그림 11. DGNSS 위성 궤도 오차 보정 정보 성능 저하 30

그림 12. SBAS 개념도 31

그림 13. 단일주파수 및 다중주파수 GNSS 수신기 비율 34

그림 14. 고의 잡음 해제에 따른 위치 정확도 향상 35

그림 15. 단기간 위성 시계오차 변화 RMS 36

그림 16. WAAS 메시지 타입별 방송 비율 36

그림 17. 위성 동체 좌표계 43

그림 18. 한반도 상공 전리층 격자점 및 통과점 분포 49

그림 19. 위성 관련 보정정보 비교 결과 (바이어스 제거 전) 53

그림 20. 위성 관련 보정정보 비교 결과 (바이어스 제거 후) 54

그림 21. 경사 전리층 지연오차 비교 (바이어스 제거 전) 56

그림 22. 경사 전리층 지연오차 비교 (바이어스 제거 후) 56

그림 23. 보정정보 조합에 따른 GPS-only SBAS 측위 결과 58

그림 24. 보정정보 조합에 따른 GLONASS-only SBAS 측위 결과 59

그림 25. PRN Mask 할당 및 생성 원리 60

그림 26. GLONASS 위성을 반영한 Dynamic PRN Masking 결과 62

그림 27. σUDRE와 σSISRE 간 상관관계(이미지참조) 67

그림 28. GPS-only SBAS 및 GPS/GLONASS SBAS 측위 결과 69

그림 29. GPS-only SBAS 및 GPS/GLONASS 다중위성군 SBAS 보호수준 결과 71

초록보기

 SBAS(Satellite Based Augmentation System)는 GNSS(Global Navigation Satellite System) 위성 궤도오차 및 시계오차, 전리층 지연오차를 효과적으로 제거하기 위한 보정정보(Differential Correction)과 보호수준(Protection Level) 계산에 필요한 무결성(Integrity) 정보를 정지궤도위성을 통해 제공하는 시스템이다.

미국의 WAAS(Wide Area Augmentation System), 유럽의 EGNOS(European Geostationary Navigation Overlay Service), 일본의 MSAS(MTSAT Satellite Augmentation System), 인도의 GAGAN(GPS-Aided Geo Augmented Navigation) 등이 현재 구축이 완료되어 운영 중이며 최근 러시아의 SDCM(System for Differential Correction and Monitoring)은 시험 방송을 시작하였다. 또한 우리나라도 2014년 10월부터 한국형 위성항법보강시스템인 KASS(Korea Augmentation Satellite System) 개발 및 구축 사업에 착수하였다.

현재 운영 중인 모든 SBAS가 적용하고 있는 L1 SBAS MOPS (Minimum Operational Performance Standards)는 GPS(Global Positioning System)만을 완벽하게 지원하고 GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System)는 부분적으로 지원한다. 그리고 SBAS 메시지 구조 상 타 위성군의 보정정보 및 무결성 정보를 제공하는 것이 쉽지 않다. 이러한 단점을 보완하고 SBAS의 성능을 향상시키고자 SBAS IWG(Interoperability Working Group)를 통해 L1/L5 DFMC(Dual-Frequency, Multi-Constellation) SBAS 개발이 진행되고 있다. 하지만 이는 L1/L5 이중 주파수 신호를 이용한 SBAS이므로 GNSS 수신기 시장 점유율의 대부분을 차지하고 있는 단일 주파수 수신기는 L1/L5 DFMC SBAS를 활용할 수 없다.

따라서 본 논문에서는 L1 단일 주파수 수신기 사용자에 초점을 맞추어 L1-only SBAS 성능을 향상시킬 수 있는 SFMC(Single-Frequency, Multi-Constellation) SBAS를 위한 L1 SBAS MOPS 설계 변경을 제안하였다.

제안 내용으로는 첫째, 고의 잡음(SA, Selective Availability) 제거와 위성의 원자시계 안정성 향상 등으로 인해 필요성이 점차 감소하고 있는 PRC(Pseudo-Range Correction)를 포함하고 있는 Fast Correction MT(Message Type) 2~5를 제거하는 것이다. 둘째, Fast Correction MT 2~5를 제거함으로써 확보된 SBAS 메시지 Bandwidth를 L1 SFMC SBAS를 위한 타 위성군 보정정보 및 무결성 정보에 활용하는 것이다.

본 논문의 연구과정에서는 Fast Correction MT 2~5 제거에 따른 SBAS 성능을 기존 WAAS의 성능과 비교하는 실험을 통해 제안의 타당성을 검증하였다. 그리고 GLONASS 보정정보 및 무결성 정보 제공을 위해 정밀 궤도력 및 기존 SBAS 전리층 보정정보를 이용하여 SBAS형 GLONASS 보정정보 및 무결성 정보를 생성하고 실제 GLONASS 측정치에 적용하여 성능 검증을 수행하였다. 그리고 기존 WAAS 메시지 중 Fast Correction MT 2~5을 제거하여 확보된 Bandwidth에 SBAS형 GLONASS 보정정보 삽입하고 GPS/GLONASS 다중위성군 SBAS 검증을 위한 후처리용 WAAS 데이터를 생성하였다. 생성된 WAAS 데이터를 활용하여 기존 L1 GPS-only SBAS 대비 GPS/GLONASS 다중위성군 SBAS 성능을 검증하였다.

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