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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 서울대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수3
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GPS의 활용도는 점차 많아지고 있으며 최근에는 항공기의 정밀 접근에도 사용되고 있다. 이러한 수요를 만족시키는 높은 항법 성능을 제공하기 위하여 위성항법 보정시스템이 개발되고 있다. 그 중에서 SBAS는 GPS의 오차에 대한 보정정보 및 무결성 정보를 제공함으로써 사용자 항법 성능을 향상 시키는 시스템이다.
SBAS 사용자의 항법 성능을 저하시키는 가장 큰 오차 요인은 전리층 지연 오차이며, 전리층이 활발한 환경일수록 영향을 크게 받는다. 전리층 지연에 대한 SBAS의 보정정보를 적용한 후에도 수 m 이상의 잔여 오차를 발생시킬 수 있으므로 SBAS 사용자의 항법 성능을 개선시키기 위해서는 이에 대한 오차를 정확히 보정 하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 SBAS 전리층 보정정보의 성능 향상을 위하여 IFB 추정과 전리층 모델링 성능을 개선시키는 연구를 수행하였다.
IFB는 GPS 측정치로부터 전리층 지연 값을 추출할 때 발생하는 바이어스 오차로 정확한 전리층 보정정보 제공을 위해서 필수적으로 제거되어야 한다. IFB는 추정에 활용되는 기준국 네트워크가 넓게 분포할수록 유리하며, 우리나라와 같이 좁은 기준국 네트워크에서는 IFB 추정 정확도가 저하되는 문제가 있다. 본 논문에서는 이에 대해 정확도 저하 원인을 분석하였으며, IFB를 상수로 두는 기간을 확장 시키는 간단한 방법으로 좁은 네트워크에서의 IFB 추정 성능을 향상 시킬 수 있음을 실제 측정치를 활용한 테스트로 검증하였다.
전리층 모델링과정에서 사용되는 기존 의사거리 기반의 모델링 방식에서는 외곽 영역에서 성능 저하가 발생한다. 외곽 영역에서는 측정치수도 적을 뿐만 아니라 큰 측정치 오차가 발생하여 보정정보의 성능을 저하시킨다. 본 연구에서는 이중 차분 반송파 측정치를 활용하는 새로운 전리층 모델링 알고리즘을 개발하여 이러한 문제를 극복할 수 있는 방안을 제시하였다. RTK에서 추정되는 미지정수가 제거된 이중차분 전리층 지연 측정치는 의사거리보다 훨씬 정밀한 측정치 특성을 지니고 있다. 제안된 알고리즘은 의사거리 측정치와 함께 이중차분 반송파 측정치를 전리층 모델링에 활용함으로써 전리층 보정정보의 외곽 영역에서 모델링 성능을 개선시켰다.
제안된 알고리즘의 타당성과 성능을 평가하기 위하여 실제 한국의 기준국들로 SBAS 기준국을 구성하고 전리층 보정정보를 생성하여 테스트를 수행하였다. 5개의 기준국으로부터 측정치를 수집하고, 전처리, IFB 보상, 전리층 모델링, 메시지 생성, SBAS 항법해 계산 과정을 구현하여 제안된 알고리즘의 성능을 평가하였다. 제안된 알고리즘의 성능 향상을 확인하기 위하여 IDW, Kriging과 같은 기존의 SBAS 전리층 보정정보 생성 알고리즘과 비교를 수행했다. 사용자 의사거리 영역 검증 결과에서 제안된 알고리즘이 기존 알고리즘 대비 저앙각 위성에 대한 보정정보 성능을 크게 향상시키는 것을 확인하였고, SBAS 항법해 계산 결과에서도 기존 방법대비 오차를 줄이는 것을 확인하였다.
SBAS 사용자의 항법 성능을 저하시키는 가장 큰 오차 요인은 전리층 지연 오차이며, 전리층이 활발한 환경일수록 영향을 크게 받는다. 전리층 지연에 대한 SBAS의 보정정보를 적용한 후에도 수 m 이상의 잔여 오차를 발생시킬 수 있으므로 SBAS 사용자의 항법 성능을 개선시키기 위해서는 이에 대한 오차를 정확히 보정 하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 SBAS 전리층 보정정보의 성능 향상을 위하여 IFB 추정과 전리층 모델링 성능을 개선시키는 연구를 수행하였다.
IFB는 GPS 측정치로부터 전리층 지연 값을 추출할 때 발생하는 바이어스 오차로 정확한 전리층 보정정보 제공을 위해서 필수적으로 제거되어야 한다. IFB는 추정에 활용되는 기준국 네트워크가 넓게 분포할수록 유리하며, 우리나라와 같이 좁은 기준국 네트워크에서는 IFB 추정 정확도가 저하되는 문제가 있다. 본 논문에서는 이에 대해 정확도 저하 원인을 분석하였으며, IFB를 상수로 두는 기간을 확장 시키는 간단한 방법으로 좁은 네트워크에서의 IFB 추정 성능을 향상 시킬 수 있음을 실제 측정치를 활용한 테스트로 검증하였다.
전리층 모델링과정에서 사용되는 기존 의사거리 기반의 모델링 방식에서는 외곽 영역에서 성능 저하가 발생한다. 외곽 영역에서는 측정치수도 적을 뿐만 아니라 큰 측정치 오차가 발생하여 보정정보의 성능을 저하시킨다. 본 연구에서는 이중 차분 반송파 측정치를 활용하는 새로운 전리층 모델링 알고리즘을 개발하여 이러한 문제를 극복할 수 있는 방안을 제시하였다. RTK에서 추정되는 미지정수가 제거된 이중차분 전리층 지연 측정치는 의사거리보다 훨씬 정밀한 측정치 특성을 지니고 있다. 제안된 알고리즘은 의사거리 측정치와 함께 이중차분 반송파 측정치를 전리층 모델링에 활용함으로써 전리층 보정정보의 외곽 영역에서 모델링 성능을 개선시켰다.
제안된 알고리즘의 타당성과 성능을 평가하기 위하여 실제 한국의 기준국들로 SBAS 기준국을 구성하고 전리층 보정정보를 생성하여 테스트를 수행하였다. 5개의 기준국으로부터 측정치를 수집하고, 전처리, IFB 보상, 전리층 모델링, 메시지 생성, SBAS 항법해 계산 과정을 구현하여 제안된 알고리즘의 성능을 평가하였다. 제안된 알고리즘의 성능 향상을 확인하기 위하여 IDW, Kriging과 같은 기존의 SBAS 전리층 보정정보 생성 알고리즘과 비교를 수행했다. 사용자 의사거리 영역 검증 결과에서 제안된 알고리즘이 기존 알고리즘 대비 저앙각 위성에 대한 보정정보 성능을 크게 향상시키는 것을 확인하였고, SBAS 항법해 계산 결과에서도 기존 방법대비 오차를 줄이는 것을 확인하였다.
목차
1장. 서 론 11. 연구 동기 및 목적 12. 연구 동향 31) IFB 추정 연구 32) 의사거리 측정치 오차로 인한 모델링 성능 저하 개선을 위한 연구 43. 연구 내용 및 방법 54. 연구 결과의 기여도 62장. SBAS 개요 81. GNSS 오차 요인 81) 위성 궤도 및 시계 오차 82) 전리층 지연 오차 93) 대류층 지연 오차 114) 수신기 관련 오차 및 다중 경로 오차 125) DOP 136) 오차 요인 종합 152. GNSS 항법 성능 153. 보정 항법 시스템 개요 184. SBAS 시스템 구성 요소 213장. SBAS 전리층 보정정보 241. 전리층 보정정보생성 알고리즘 241) GPS 측정치 252) 측정치 전처리 273) IFB 추정 및 보상 294) 전리층 Map 모델링 335) 보정 메시지 생성 402. 사용자 알고리즘 474장. IFB 추정 알고리즘 501. IFB 추정 원리 501) IFB 추정의 기본 가정 532) IFB 추정 식 542. 좁은 네트워크의 IFB 추정 성능 개선 방안 581) 좁은 네트워크의 위성 IFB 추정 필요성 582) 좁은 네트워크의 위성 IFB 추정 성능 저하 요인 623) 위성 IFB 추정 성능 개선 방안 673. IFB 추정 테스트 결과 741) 테스트 환경 742) 검증 방법 763) 테스트 결과 795장. 이중차분 반송파 측정치를 활용한 전리층 모델링 알고리즘 871. 전리층 모델링 측정치 871) 의사거리 기반 전리층 지연 측정치 872) 반송파 기반 전리층 지연 측정치 922. 의사거리와 이중차분 반송파 측정치를 활용한 전리층 모델링 951) 의사거리와 반송파 측정치를 활용한 모델링 원리 952) 전리층 모델링 알고리즘 993) 메시지 생성 1093. 사용자 적용 알고리즘 1151) 보정 정보 적용 알고리즘 1152) 무결성 정보 적용 알고리즘 1164. 시뮬레이션 테스트 1221) 테스트 환경 1222) 테스트 결과 1235. 실측 데이터 테스트 1351) 테스트 환경 1352) 테스트 결과 1376장. 결론 및 향후 과제 1591. 결론 1592. 향후 과제 160
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