사용자의 위치를 결정할 때, 위성항법시스템의 항법신호를 대부분 활용한다.
위성에서 송신된 신호를 수신하여 위성과 수신기 사이의 의사거리와 위성 위치를 계산할 수 있다. 의사거리에서 발생하는 오차는 크게 전리층, 대류층 지연오차, 다중경로 오차, 위성 시계오차와 수신기 오차 등이 존재한다.
한편 2016년 이후 안드로이드 사에서 위성 원시 측정치를 제공한 이후에는 사용자가 직접 위치를 계산할 수 있게 되었다. 그러나 스마트폰의 반송파 측정치 활용은 안테나 구조상 다중경로 오차에 취약하여 의사거리 측정치에 큰 잡음을 유발하고, 반송파 측정치 수신 시 잦은 사이클 슬립을 발생시켜 매우 불안정한 특징을 갖는다. 따라서 본 논문에서는 정확도가 코드 측정치보다 높고 사이클 슬립에서 자유로운 도플러 측정치를 활용하여 스마트폰의 항법 정확도를 향상시켰다.
또한 편대비행, 자율주행 등의 분야에서 활용되는 상대항법을 구현하여 운항체 간 상대거리를 정확하게 구하는 알고리즘을 구현하였다. 상대항법은 운항체들의 의사거리를 차분하여 상대위치를 계산하게 되는데 이과정에서 운항체들 간의 공통오차가 제거되어 정확한 항법이 가능해진다. 또한 본 논문에서는 상대항법을 안드로이드 스마트폰 항법에 적용하였다.
또한 의사거리 측정치의 정확도를 높이기 위하여 의사거리 오차의 가장 큰 비중을 차지하는 의사거리 전리층지연 보정 모델을 설계하였다. 기존의 보정 모델들은 전 지구에서 평균적인 성능을 낼 수 있도록 개발되었기 때문에 특정 지역에서 일정 성능 이상을 내기가 어렵다. 따라서 본 논문에서는 한국지역에서 일정 성능 이상을 낼 수 있도록 한국지역의 전리층 지연오차 특성을 분석하여 개선된 Klobuchar 모델을 제안하였다. 실질적인 사용자 측면에서의 성능 또한 노바텔 수신기와 안드로이드 스마트폰을 활용하여 실험한 데이터를 통해 검증되었다.
스마트폰을 개인항법장치로 활용하기 위하여 내장된 IMU 센서와의 결합알고리즘을 구현하였다. 약결합과 강결합 방식을 구현하였고 성능을 평가하였다. 강결합의 경우 약결합 알고리즘과 비교하였을 때 보다 원시 측정치인 의사거리와 도플러 측정치를 활용하기 때문에 위성원시 측정치 자체의 정확도가 높지 않은 안드로이드 스마트폰에서는 강결합의 성능이 좋지 않음을 확인하였다. 따라서 앞서 제안한 코드-도플러 평활화 기법을 통하여 의사거리를 평활화 한 후 강결합을 진행하였을 때 강결합 알고리즘의 성능이 큰 폭으로 개선되었다.
이러한 결과로부터 상대항법, 코드-도플러 평활화 기법과 강결합 기반 센서결합을 활용하여 스마트폰을 통해 미터급 항법을 구현할 수 있었고, 스마트폰을 개인항법장치로 활용할 수 있다고 기대된다.