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보고서 요약서

SUMMARY

Contents

목차

제1장 연구개발과제의 개요 15

1. 연구개발 목적 15

2. 연구개발의 필요성 15

가. 연구개발과제의 설명 15

나. 연구개발의 중요성 18

다. 연구개발 단계 22

라. 타산업 연계 및 국제협력 가능성 23

3. 연구개발 범위 24

제2장 국내외 기술 개발 현황 25

1. 국내 기술 개발 현황 25

가. 국내 연구 동향 분석 25

나. 관련분야의 국내외 연구동향 및 학술적 흐름 분석 26

다. 국내외 관련 기술 특허 동향 27

라. 국내 시장 동향 28

2. 국외 기술 개발 현황 29

3. 종합 결론 31

제3장 연구 수행 내용 및 성과 33

1. 저가형 GPS 수신기 SBAS 보정정보 및 무결성 정보 활용을 위한 기초 연구 33

가. 상용 드론에 적용 가능한 위성항법 보강 기술 현황 분석 33

나. SBAS 보강 정보를 활용한 저가형 GPS 수신기 정확도 향상 알고리즘 연구 34

다. SBAS 보강 정보를 활용한 저가형 GPS 수신기 무결성 정보 제공 연구 44

2. 저가형 GPS 수신기 SBAS 보정정보 및 무결성 정보 활용을 위한 SBAS 보정정보 재송출 서버 및 사용자 모듈 개발 51

가. SBAS 보정정보 재송출 서버 및 사용자 모듈 개발 51

나. 상용 드론 장착을 통한 성능 테스트 53

제4장 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 59

1. 목표 달성도 59

가. 저가형 GPS 수신기 정확도 향상 및 보호수준 산출 알고리즘 제시 : 100% 달성 59

나. SBAS 보정정보 재 송출 서버 및 사용자 모듈 개발 : 100% 달성 67

다. 상용 드론 장착을 통한 성능 테스트 : 100% 달성 70

2. 관련 분야 기여도 73

제5장 연구개발성과의 활용계획 74

1. 연구 성과 활용 분야 74

가. 해양용 기준국 인프라를 활용한 드론 무결성 정보 생성 모듈의 활용 74

나. UTM(Unmanned Aerial System Traffic Management) 74

다. 육상 교통 및 LBS 분야에서의 활용 75

2. 실용화를 위한 연구 보완 계획 77

가. 소프트웨어 검증 전략 77

나. 정확도 성능 검증 전략 78

제6장 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 80

1. SBAS 보강정보 형식 및 내용 80

2. RTCM 보정정보 형식 및 내용 84

제7장 연구개발성과의 보안등급 87

제8장 국가과학기술종합시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 88

제9장 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 89

1. 연구실 안전 조치 이행 계획 89

2. 연구실 정기 안전교육 이수 90

제10장 연구개발과제의 대표적 연구 실적 91

제11장 기타 사항 92

제12장 참고 문헌 93

표목차

표 1. GPS 모듈 비교 20

표 2. 연구개발 단계 23

표 3. 국내 유사 연구 동향 25

표 4. 국내외 특허 동향 28

표 5. 상용 드론 항법모듈 비교 33

표 6. MT25 VC0 메시지 형식 36

표 7. MT25 VC1 메시지 형식 36

표 8. MT18 메시지 형식 40

표 9. MT26 메시지 형식 40

표 10. 평균 기상 변수 41

표 11. 기상 변수의 계절 변화량 41

표 12. SBAS전리층 모델에 사용되는 기상 상수 42

표 13. UDREI에 따른 UDRE 및 σ²i,UDRE값(이미지참조) 46

표 14. MT7 보정정보 갱신지연에 따른 정확도 저하 값 47

표 15. GIVEI값에 따른 GIVE, σ²i,GIVE값(이미지참조) 49

표 16. SBAS 메시지의 RTCM 보정정보 포맷으로의 변환 방안 53

표 17. 한반도 내부에서의 Inmarsat 4-F1 위성 신호 획득 가능 범위 54

표 18. 고도에 따른 GPS 단독측위 및 SBAS(Inmarsat 4-F1) 보강항법 수행 가능시간... 54

표 19. MSAS Message type과 Schedule 59

표 20. RTCM DGPS MT1 Format 60

표 21. ublox LEA-6 series 주요 스펙 60

표 22. 지원 가능한 SBAS 메시지 61

표 23. RTCA 표준 잡음 모델링 적용시 3σ 이내 이중차분 잔차 분포 확률 65

표 24. 제안한 잡음 모델링 적용시 3σ 이내 이중차분 잔차 분포 확률 66

표 25. SBAS 보정정보 종류 80

표 26. MT10 정확도 저하인자 메시지 형식 81

표 27. 보정정보 별 시간초과 및 최대 갱신주기 83

표 28. MT7 정확도 저하 메시지 83

표 29. RTCM 보정정보 메시지 타입 84

그림목차

그림 1. 아마존 Prime Air 무인 드론 택배 서비스 16

그림 2. 무인기 공역 운용 계획 16

그림 3. 플로리다 인근 공항에서 드론과 여객기의 근접비행 사건 17

그림 4. Protection Level와 Aler Limit 19

그림 5. ABIA(Avionics Based Integrity Augmentation) 모듈(좌)과 ABIA / SAA(Sense-And-Avoid) 결합 개념도... 19

그림 6. 상용화된 대표적인 드론(좌: AR Drone 2.0, 우: 3DR x8+) 20

그림 7. 대한민국 SBAS 시스템 KASS 개념도 21

그림 8. 고층건물로 인한 도심지 내 SBAS 사용 불가 상황 21

그림 9. 강남 테헤란로 주변 SBAS 가시성 분석(왼쪽: 지표, 오른쪽: 지상 30m) 22

그림 10. 드론을 활용한 분리 거리 산출용 수신기 구성(기존 연구) 26

그림 11. DGPS 알고리즘(좌: 거리 영역 DGPS, 우: 위치영역 DGPS) 27

그림 12. 2013년부터 2018년까지 상업용 드론 시장 규모 29

그림 13. 타이탄 에어로 스페이스 주력 드론 '솔라라' 시리즈 29

그림 14. FAA 무인 항공시스템 시범 지역 30

그림 15. 무인항공기 시장규모 발전 전망 31

그림 16. PRC 수신 시점과 시간초과 34

그림 17. 의사거리 보정정보 계산 순서도 35

그림 18. VC 값에 따른 Slow Correction 값의 변화 37

그림 19. 위성 궤도 및 시계오차 보정정보 계산 순서도 38

그림 20. IPP 38

그림 21. SBAS Band Number 및 IGP 39

그림 22. IGP 4개를 이용한 전리층 수직 지연 값 계산을 위한 수치보간법 40

그림 23. Local DGPS-CP 정확도 향상(좌: 수평, 우: 수직) (Yoon, 2016) 43

그림 24. SBAS 정확도 향상(좌 : 수평, 우 : 수직) 44

그림 25. SBAS 와 DGPS-CP 44

그림 26. 항공용 보호수준 및 사용자... 45

그림 27. 항공용 보호수준과 비 항공용... 46

그림 28. 항공기 정밀접근 수행 시 수평/수직 보호수준 산출 순서도 51

그림 29. SBAS 보정정보 재송출 시스템 52

그림 30. SBAS 재송출 UDP 서버 흐름도 52

그림 31. 한반도 전체를 포함하는 각 지점 정의 53

그림 32. 포스코사거리 인근지역에서의 고도별 SBAS 보강항법 수행 가능시간 비율 55

그림 33. 실험 구상도 55

그림 34. 저가형 GPS 수신기(Ublox)에서의 시스템 수행 순서도 56

그림 35. 실시간 소프트웨어 개념도 57

그림 36. MSAS 정지궤도위성(PRN 137) 그라운드 트랙 58

그림 37. 실험장소(SBAS 신호 차폐 지역) 58

그림 38. SBAS 신호 차폐 확인 실험 당시 Skyplot 58

그림 39. U-blox LEA-6 수신기 SBAS 제공정보 61

그림 40. 24시간 데이터 처리 결과(좌:수평, 우:수직) 63

그림 41. 측정치 오차 모델링 방법(Kim, 2014) 64

그림 42. RTCA 표준 잡음 모델링 적용시 오차 분포 65

그림 43. 제안한 잡음 모델링 적용시 오차 분포 66

그림 44. 수평 / 수직 보호수준 및 위치오차 포함 여부 비교... 67

그림 45. DGPS 모듈 흐름도 68

그림 46. 사용자 모듈 흐름도 68

그림 47. Position Error 69

그림 48. Protection Level 69

그림 49. U-blox 6 수신기가 지원하는 RTCM 2.3 메시지 목록 70

그림 50. 실시간 드론 적용 결과(좌: 수평, 우: 수직) 71

그림 51. stand-alone 및 SBAS2RTCM 위치 오차 71

그림 52. 보호수준 산출 72

그림 53. 보호수준 산출 결과(좌:수평, 우:수직) 72

그림 54. NASA의 UTM 시스템 개념도 74

그림 55. UTM 시스템의 기능 및 역할 75

그림 56. DGPS-CP와 SBAS-CP 정확도 비교 76

그림 57. Android SBAS 보정정보 적용 위치 결과 76

그림 58. V&V 시험 절차 77

그림 59. GS 시험 인증 절차 78

그림 60. 동적 시험 성능 검증 구성도 79

그림 61. SBAS 메시지 연결구조 82

그림 62. RTCM 메시지 헤더 85

그림 63. RTCM Message Type 1 구조(word 3~7) 85

그림 64. RTCM Message Type 3 구조(word 3~6) 86

그림 65. 안전 점검 실시 빈도(좌) 및 안전점검표(우) 89

그림 66. 온라인 연구실 안전 교육 과정 89

그림 67. 안전교육 이수증명서 90

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