KR100444380B1

KR100444380B1 - 위성항법-정밀측위를 위한 보정정보 생성 및 송수신 방법

Info

Publication number: KR100444380B1
Application number: KR10-2002-0003826A
Authority: KR
Inventors: 기창돈; 김정한
Original assignee: 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2004-08-16
Also published as: KR20030063613A

Abstract

본 발명은 RTK-GPS 보정데이터의 데이터통신 시간지연에 대한 강인성을 더욱 높이고 데이터통신 시간지연에 의한 부가적인 RTK-GPS 정밀위치오차를 최소화하는 방식의 RTK-GPS 보정데이터 전송 방법을 제공하며 수신된 RTK-GPS 보정 데이터로부터 데이터 통신 시간 지연에 의한 부가적인 위치 오차를 최대한 완화하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 GPS 항법데이터를 디코딩하여 의사거리 측정치, 반송파위상 측정치 및 위성궤도정보를 추출하는 1단계; 각 GPS 위성에 대한 위성궤도정보를 사용하여 정확한 위치가 알려져 있는 GPS 기준국으로부터 각 GPS 위성까지의 거리, 위성시계오차를 계산하며 위성궤도정보의 갱신 여부를 검출하고, 위성궤도정보의 갱신 순간 발생하는 거리 및 시계오차변화의 불연속량을 계산하는 2단계; 각 GPS 위성까지의 거리, 각 GPS 위성시계오차, GPS 반송파위상 측정치 및 의사거리 측정치를 사용하여 기준국 GPS 수신기 시계오차를 추정하는 3단계; 기준국의 GPS 수신기 시계오차 및 의사거리 측정치, 반송파위상 측정치, 각 GPS 위성까지의 거리, 각 GPS 위성시계오차 정보를 통해 각 GPS 의사거리 보정치 및 반송파위상 보정치의 측정치를 생성하고 잡음을 제거하여 의사거리 및 반송파위상 보정정보, GPS 기준국 좌표로 구성된 각종 RTK-GPS 보정정보를 생성하는 4단계; 각종 RTK-GPS 보정정보를 인코딩하여 RTK-GPS 보정데이터 프로토콜을 통해 각종 데이터 통신매체로 RTK-GPS 보정데이터를 전송하되 데이터통신 시간지연으로 인한 위치오차가 최소가 되도록 하는 방식으로 전송하는 5단계; RTK-GPS 보정데이터를 수신하고 디코딩하여 각 GPS 의사거리 보정치 및 반송파위상 보정치에 포함된 데이터통신 시간지연 혹은 통신단절로 인한 보정치 오차의 영향을 의사거리 보정치 및 반송파위상 변화율 정보를 통해 완화하는 6단계; 및 데이터통신 시간지연오차가 보상된 각 GPS 의사거리 보정치 및 반송파위상 보정치를 통해 기준국 GPS 측정치를 복원하는 7단계를 포함한다.

본 발명을 통해 데이터통신 시간지연에 의한 부가적인 RTK-GPS 정밀위치오차를 줄이고 저속의 데이터 통신매체로도 RTK-GPS를 구현하도록 함으로써 RTK-GPS 통신매체를 보다 다양화하며 RTK-GPS 통신 시스템 구축비용을 줄일 수 있다.

Description

위성항법-정밀측위를 위한 보정정보 생성 및 송수신 방법{METHOD OF GENERATING, TRANSMTTING AND RECEIVING CORRECTION INFORMATION FOR REAL TIME KINEMATIC-GLOBAL POSITIONING SYSTEM}

본 발명은 위성항법시스템(global positioning system, GPS)을 이용하여 실시간 정밀측위(Real Time Kinematic, RTK)를 구현하기 위한 RTK-GPS 보정 데이터 생성, 송수신 방법에 관한 것이다.

각각의 RTK-GPS 사용자가 cm 수준의 정확도로 실시간 정밀위치를 계산하기 위해서는 위치가 정확히 결정된 GPS 기준국에서의 GPS 의사 거리 및 반송파 위상 측정치가 필요하다. 이러한 GPS 기준국에서의 GPS 측정치를 각각의 사용자에게 전송하기 위해서는 GPS 기준국과 사용자간에 데이터통신 방법이 요구된다.

이와 같은 GPS 기준국에서의 GPS 측정치 데이터가 즉각적으로 사용자에게 전송되기 위해서는 데이터를 압축해야 하며 이를 위해 최소의 정보, 최소의 데이터량으로 GPS 측정데이터를 보내거나, GPS 측정치로부터 불필요한 성분을 제거한 RTK-GPS 보정데이터를 보낼 수 있다.직접적인 GPS 측정데이터를 보낼 경우, 데이터량은 최소로 할 수 있지만 데이터통신 장애요인으로 인한 시간지연이 발생할 때에는 시간지연에 의한 부가적인 위치오차를 보정할 수 없다. 이러한 데이터를 보내기 위한 최적의 RTK-GPS 보정 데이터 프로토콜은 Trimble 사에서 개발한 CMR(Compact Measurement Records)이다.RTK-GPS 보정데이터를 보낼 경우, 각 GPS 측정데이터 성분에서 GPS 위성과 GPS 기준국 간 거리 및 위성시계오차, 그리고 GPS 기준국 수신기 시계오차 성분을 제거함으로써 데이터량을 보다 줄일 수 있지만 각각의 RTK-GPS 사용자가 RTK-GPS 보정데이터를 통해 GPS 기준국의 GPS 측정치를 복원하기 위한 부가적인 정보가 추가되므로 데이터량이 어느 정도 늘어난다.그러나, RTK-GPS 보정치는 GPS 측정치에 비해 시간 변화율이 매우 낮으므로 어느한도 이내의 데이터 통신 시간지연이 발생하더라도 충분한 정확도로 이러한 시간지연에 의한 부가적인 오차를 보정할 수 있다. GPS 기준국 측정치를 직접 전송하는 기존의 RTK-GPS 보정데이터 프로토콜을 이용하여 RTK-GPS를 구현하기 위해서는 최소 2400bps의 비교적 높은 속도의 데이터통신 방법이 요구된다.

도1은 RTK-GPS 정밀위치측정을 위한 보정데이터 생성 및 송수신 흐름도

도2는 RTK-GPS 보정데이터 생성을 위한 GPS 수신기 시계오차 추정 흐름도

도3은 RTK-GPS 반송파위상 보정정보 생성 흐름도

도4는 RTK-GPS 의사거리 보정정보 생성 흐름도

도5는 RTK-GPS 보정데이터 인코딩 및 전송 흐름도

도6은 RTK-GPS를 위한 보정데이터 생성 및 송수신 시스템 개념도

도7은 RTK-GPS 의사거리 보정치 생성 실시예

도8은 RTK-GPS 반송파위상 보정치 생성 실시예

도9는 RTK-GPS 정밀측위 실험시 발생한 데이터통신 시간지연

도10은 RTK-GPS 정밀측위 실험시 성분별 위치 오차

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법에 있어서, GPS 항법데이터를 디코딩하여 의사거리 측정치, 반송파위상 측정치 및 위성궤도정보를 추출하는 1단계; 각 GPS 위성에 대한 위성궤도정보를 사용하여 정확한 위치가 알려져 있는 GPS 기준국으로부터 각 GPS 위성까지의 거리, 위성시계오차를 계산하며 위성궤도정보의 갱신 여부를 검출하고, 위성궤도정보의 갱신 순간 발생하는 거리 및 시계오차변화의 불연속량을 계산하는 2단계; 각 GPS 위성까지의 거리, 각 GPS 위성시계오차, GPS 반송파위상 측정치 및 의사거리 측정치를 사용하여 기준국 GPS 수신기 시계오차를 추정하는 3단계; 기준국의 GPS 수신기 시계오차 및 의사거리 측정치, 반송파위상 측정치, 각 GPS 위성까지의 거리, 각 GPS 위성시계오차 정보를 통해 각 GPS 의사거리 보정치 및 반송파위상 보정치의 측정치를 생성하고 잡음을 제거하여 의사거리 및 반송파위상 보정정보, GPS 기준국 좌표로 구성된 각종 RTK-GPS 보정정보를 생성하는 4단계; 각종 RTK-GPS 보정정보를 인코딩하여 RTK-GPS 보정데이터 프로토콜을 통해 각종 데이터 통신매체로 RTK-GPS 보정데이터를 전송하되 데이터통신 시간지연으로 인한 위치오차가 최소가 되도록 하는 방식으로 전송하는 5단계; RTK-GPS 보정데이터를 수신하고 디코딩하여 각 GPS 의사거리 보정치 및 반송파위상 보정치에 포함된 데이터통신 시간지연 혹은 통신단절로 인한 보정치 오차의 영향을 의사거리 보정치 및 반송파위상 변화율 정보를 통해 완화하는 6단계; 및 데이터통신 시간지연오차가 보상된 각 GPS 의사거리 보정치 및 반송파위상 보정치를 통해 기준국 GPS 측정치를 복원하는 7단계를 포함하되, 상기 3단계는, 상기 각 GPS 의사거리 측정치 및 거리 계산치, 위성시계오차를 통해 GPS 수신기 시계오차를 초기화하는 301단계; 상기 초기화된 GPS 수신기 시계오차를 통하여 각 GPS 반송파위상 초기정수를 계산하는 302단계; 상기 GPS 반송파위상 측정치에 포함된 사이클슬립을 검출하는 303단계; GPS 가시 위성 조합의 변화를 감지하는 304단계; GPS 수신기 시계오차를 예측하는 305단계; 새로 나타난 GPS 위성에 대한 반송파위상 초기정수를 계산하는 306단계; GPS 가시 위성 조합이 변하거나 사이클슬립이 발생할 경우, 각 공통 GPS 위성에 대한 반송파위상 보정치의 예측잔차를 구하는 307단계; GPS 가시 위성 조합이 변하거나 사이클슬립이 발생할 경우, GPS 수신기 시계오차 추정해의 불연속성을 추정하고 제거하는 308단계; 및 최종적인 GPS 수신기 시계오차 추정해를 계산하는 309단계를 포함하는 RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법을 제공한다

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도1은 RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 절차이다. 각종 RTK-GPS 보정 데이터를 생성하기 위해서는 GPS 수신기(10)로부터 각 GPS 위성에 대한 의사거리 및 반송파위상 측정치, 그리고 GPS 위성궤도정보로 구성된 GPS 항법데이터를 수신한다.GPS 수신기로부터의 GPS 항법데이터는 GPS 항법데이터 디코더(11)을 통해 GPS 측정 데이터와 위성궤도정보로 분류된다.GPS 위성-기준국간 거리 계산기(12)는 각 GPS 위성궤도정보를 이용하여 GPS 위성의 위치 및 시계오차를 계산함으로써 정확한 좌표가 결정되어 있는 GPS 기준국(reference station)과 각 GPS 위성 간 거리를 계산한다.각 GPS 위성에 대한 각종 GPS 측정치는 GPS 측정 데이터 무결성 검증기(13)를 통과한다. 이 때, 각 GPS 의사거리 및 반송파위상 측정치의 무결성, 반송파위상 사이클 슬립(cycle slip) 발생 여부에 관련된 정보가 생성된다.이와 같은 GPS 측정치, GPS 기준국과 각 GPS 위성 간 거리 계산치를 이용하여 GPS 수신기 시계오차 추정기(14)는 GPS 수신기 시계오차를 추정한다.RTK-GPS 보정데이터 생성기(15)는 상기의 GPS 측정치, 거리 및 추정된 GPS 수신기 시계오차를 이용하여 각 GPS 의사거리 보정치 및 그 변화율, 반송파위상 보정치 및 그 변화율을 추정하고 보정치의 무결성 정보를 생성한다.생성된 각종 RTK-GPS 보정정보는 RTK-GPS 보정데이터 인코더(16)를 통해 이진화되고 RTK-GPS 보정데이터는 RTK-GPS 보정데이터 송신기(17) 및 RTK-GPS 보정데이터 프로토콜을 통해 각 RTK-GPS 사용자에게 전송된다.사용자측의 RTK-GPS 보정 데이터 수신기(20)는 GPS 기준국으로부터 전송된 RTK-GPS 보정데이터를 수신한다.RTK-GPS 보정데이터 디코더(22)는 수신된 RTK-GPS 보정 데이터로부터 RTK-GPS 보정정보를 추출하고 분류한다.사용자 GPS 수신기(21) 및 GPS 항법데이터 디코더(23)를 통해 추출된 사용자 GPS 측정데이터는 GPS 무결성 검증기(26)를 통과한다.RTK-GPS 사용자측의 GPS 위성-기준국 간 거리 계산기(24)는 GPS 위성궤도정보와 RTK-GPS 보정정보로부터의 GPS 기준국 좌표값을 이용하여 각 GPS 위성과 해당 GPS 기준국 간 거리 및 위성시계오차를 계산한다.GPS 기준국 측정치 복원기(25)는 상기의 각 GPS 위성에 대한 거리 및 시계오차 정보와 디코딩된 RTK-GPS 보정정보를 이용하여 사용자 GPS 측정 시점에 동기화된 GPS 기준국 GPS 측정치를 복원하고 이 과정에서 데이터통신 시간지연으로 인한 부가적인 측정치의 오차를 줄인다.RTK-GPS 정밀 위치해 계산기(27)는 복원된 GPS 기준국 GPS 측정치 및 사용자 GPS 측정치를 통합 처리함으로써 매 시각마다 RTK-GPS 정밀위치해를 계산한다.RTK-GPS 보정 데이터의 질을 좌우하는 핵심 요소는 GPS 수신기 시계오차 추정성능으로서 도2는 GPS 수신기 시계 오차 추정 절차이다. 이전 주기에 추정된 수신기 시계 오차가 전혀 없을 경우에는 GPS 의사 거리 측정치 및 GPS 위성-기준국 간 거리 및 위성 시계 오차를 이용하여 GPS 수신기 시계 오차를 수학식1과 같이 초기화(32)한다.

여기서,

m :GPS 가시 위성 수

:맨 처음 주기의 GPS 수신기 시계오차(m)

:GPS 위성 i에 대한 의사거리 측정치(m)

:GPS 위성 i까지의 거리(m)

:GPS 위성 i의 시계 오차(m)

GPS 반송파위상 측정치에는 초기정수(integer ambiguity)가 존재하고 이러한 초기정수를 계산해야만 GPS 반송파위상 측정치로부터 의미 있는 거리 측정치를 얻을 수 있으며 이러한 초기정수는 수학식2와 같이 계산(33)된다.

여기서,

:GPS 위성 i에 대한 반송파 위상 초기 정수

:GPS 위성 i에 대한 반송파 위상 측정치(cycle)

:GPS 반송파 파장(m)

GPS 수신기 시계오차 초기화 이후, 각 GPS 위성에 대한 의사거리 측정치를 이용하여 수학식3과 같은 칼만 필터(Kalman filter)를 통해 GPS 수신기 시계오차를 추정한다.

여기서

:GPS 수신기 시계오차 및 그 변화율로 구성된 상태변수

:상태변수 추정해

:공분산(covariance) 행렬

:관측치(measurement)

:관측행렬(observation matrix)

:천이행렬(state transition matrix)

:처리 잡음(process noise) 및 처리 잡음 공분산 행렬

:측정 잡음(measurement noise) 및 측정 잡음 공분산 행렬

:측정 주기(sampling time)

상기 수학식3과 같은 필터링을 위해서는 루비듐(Rubidium), 혹은 세슘(Cesium) 시계와 같이 안정한 고가의 시계가 GPS 수신기에 장착되어야 하며 이러한 필터링 과정을 통해 GPS 수신기 시계 오차 추정해로부터 GPS 의사 거리 측정 잡음을 제거한다.원자 시계와 같이 매우 안정한 시계를 사용할 경우, 위와 같은 필터링을 통하지 않고서도 최소 자승 다항식 근사화(least-squares polynomial fitting)에 의한 계수 식별 방법을 통해 GPS 수신기 시계 오차를 인자화함으로써 잡음이 전혀 없는 GPS 수신기 시계 오차를 쉽게 추정할 수 있다.그러나, 안정화된 크리스탈(crystal) 시계를 이용할 경우에는 시계의 불안정성으로 인해 필터링 효과가 나타나지 않고 최소 자승 다항식 근사화와 같은 계수 식별 방법을 GPS 수신기 시계 오차 추정 기법에 적용할 수 없다.따라서, 고가의 시계를 사용하지 않고도 정밀한 GPS 수신기 시계 오차를 추정하기 위해서는 정밀한 GPS 반송파 위상 측정치를 이용해야 하며 수학식4와 같이 GPS 수신기 시계 오차를 추정(44)한다.

여기서,

k :주기(epoch)

:GPS 수신기 시계오차 추정해(m)

상기 수학식4를 통해 추정된 GPS 수신기 시계오차 추정해는 GPS 가시 위성 조합의 변화 및 사이클슬립에 대한 고려를 하지 않은 것으로서 GPS 가시 위성 조합이 변하거나 초기정수가 변하게 되면 GPS 수신기 시계오차 추정해에 불연속점(spike)이 포함되며 이는 RTK-GPS의 치명적인 위치오차로 귀결된다.이러한 GPS 수신기 시계 오차 추정해의 연속성을 위해 안정한 시계를 사용할 경우에는 LPF(Low-pass filter)를 통해 불연속점을 없앨 수 있지만 GPS 수신기 시계오차 변화율이 급격한 시계를 사용할 경우에는 GPS 수신기 시계오차 추정해의 불연속량을 정확히 계산해야 한다.정확한 GPS 수신기 시계 오차의 불연속량을 추정하기 위해 루비듐 이상의 안정한 시계를 사용할 경우에는 다음과 같이 GPS 수신기 시계 오차를 예측(34)한다.

여기서,

:GPS 수신기 시계오차 예측해(m)

:이전 주기에서 추정된 GPS 수신기 시계 오차(m) 및 그 변화율(m/s)

:갱신 주기(second)

GPS 수신기 시계오차 변화율이 급격한 시계를 사용할 경우에는 수학식5를 통해 정밀한 GPS 수신기 시계오차 예측해를 산출할 수 없으므로 사이클슬립이 일어나지 않으면서 이전 주기와의 공통 GPS 위성에 대한 측정치를 사용하여 수학식6과 같이 GPS 수신기 시계오차를 예측한다.

여기서,

:GPS 수신기 시계오차 예측해(m)

n :사이클슬립이 발생하지 않은 공통 GPS 가시 위성수

수학식6과 같이 예측된 GPS 수신기 시계오차 추정해를 이용하여 새로 출현한 GPS 위성에 대한 반송파위상 초기정수를 다음과 같이 계산한다(33).

여기서,

:새로 나타난 GPS 위성 i에 대한 반송파위상 초기정수

:새로 나타난 GPS 위성 i에 대한 반송파위상 측정치(cycle)

:GPS 반송파 파장(m)

상기 수학식7을 통해 새로 나타난 GPS 위성에 대한 반송파위상 측정치까지를 포함시켜 GPS 수신기 시계오차 예측해를 재계산한다.

여기서,

:GPS 수신기 시계오차 예측해(m)

n :사이클슬립이 발생하지 않은 GPS 가시 위성수

상기 수학식8을 통해 계산된 GPS 수신기 시계오차 예측 해에는 GPS 가시 위성 조합의 변화로 인한 불연속성이 여전히 존재한다. 특히, 사이클슬립이 발생한 경우에는 반송파위상 보정치 추정기에서 정확한 사이클슬립량을 추정하기 이전까지는 GPS 수신기 시계오차를 계산하는 과정에서 해당 GPS 반송파위상 측정치를 제외하므로(37) 실제적인 GPS 가시 위성 조합이 변하게 된다.GPS 수신기 시계오차는 모든 GPS 위성 측정치에 동일하게 반영되므로 GPS 가시 위성 조합의 변화로 인한 수신기 시계오차 불연속량은 공통 GPS 위성에 대한 RTK-GPS 반송파위상 보정치의 예측 잔차에 동일하게 나타나며 반송파위상 보정치의 예측잔차는 다음과 같이 계산된다(42).

여기서,

:GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치의 의사(pseudo) 측정치(m)

:GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치의 예측잔차(m)

:이전 주기에서 추정된 GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치 및 그 변화율

상기 수학식9와 같은 각 GPS 공통 위성에 대한 예측잔차의 분산이 임계값보다 작을 경우, GPS 수신기 시계오차 추정해의 불연속량을 다음과 같이 계산한다(43).

여기서,

:공통 GPS 위성 수

:공통 GPS 위성에 대한 반송파 위상 보정치 예측잔차의 분산()

상기 수학식6 혹은 수학식8을 통해 예측된 GPS 수신기 시계오차 예측해와 상기 수학식10에서 추정된 GPS 수신기 시계오차 불연속량을 통해 GPS 수신기 시계 오차 예측해로부터 다음과 같이 불연속량을 제거한다(43).

여기서,

:올바른 GPS 수신기 시계오차 추정해(m)

:GPS 가시 위성 조합의 변화 및 사이클슬립으로 인해 발생하는 GPS 수신기 시계오차 불연속량(m)

도3은 RTK-GPS 반송파위상 보정치를 생성하는 절차를 나타낸다. 상기와 같은 절차를 통해 정밀한 GPS 수신기 시계오차를 추정한 다음, 다음과 같이 각 GPS 반송파위상 보정치의 측정값을 계산한다(50).

여기서,

:GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치의 측정값(m)

위와 같이 계산된 각 GPS 반송파위상 보정치에 대하여 각 채널마다 다음과 같은 독립적인 필터를 구성하여 정밀한 반송파위상 보정치를 산출한다(56).

여기서

:GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치 및 그 변화율로 구성된 상태변수

:상태변수 추정해

:공분산(covariance) 행렬

:GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치의 관측치

:관측행렬

:천이행렬

:처리 잡음(process noise) 및 처리 잡음 공분산 행렬

:측정 잡음(measurement noise) 및 측정 잡음 공분산 행렬

:측정 주기(sampling time)이와 같은 반송파위상 보정치 필터에서 각 GPS 위성에 대한 반송파위상 보정치의 무결성을 검증하기 위해서 시간 갱신(Time update)직후, 각각의 예측잔차를 다음과 같이 계산한다(54).

여기서,

:GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치 예측잔차(m)

:GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치 예측치(m)GPS 반송파 위상 보정치의 1차 무결성 검증을 위해 다음과 같은 카이제곱(Chi-square) 검사를 수행한다(55).

여기서,

:GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치 예측잔차의 분산()

:유의 수준에 대한 카이제곱 분포값(임계치 1)

:반송파위상 측정 잡음 분산()

:반송파위상 보정치의 분산()

수학식15에서 반송파위상 보정치에 오차가 포함될 경우, 다음과 같은 2차 검증(60)을 통해 반송파위상 보정치에 존재하는 오차가 순간적인 불연속점(outlier) 혹은 다색 잡음(colored noise), 아니면 사이클슬립인지의 여부를 판단한다(62).

여기서,

:정수 근접성 검사를 위한 임계치(0.05 ∼ 0.15)

:반송파 파장(m)

사이클슬립은 반송파 파장의 정수배로 발생하므로 이 때의 예측잔차는 동일한 정수에 가까운 값을 지닌다. 그러므로, 상기 수학식16과 같은 예측잔차의 동일 정수 근접성 검사를 통해 사이클슬립 유무를 판단할 수 있다.그러나, 한 주기의 측정값만으로 사이클슬립을 판단하기에는 충분한 신뢰도가 보장되지 않으므로 연속적으로 상기 수학식16과 같은 검사를 수행하면서 예측잔차값을 통해 오차를 보정한다. 3∼10회의 연속적인 정수 근접성 검사 결과, 수학식15를 연속적으로 만족할 경우에는 사이클슬립이 발생하였다고 판단하여 다음과 같이 사이클슬립량을 추정하고 보정한다(64).

여기서,

:추정된 반송파 위상 사이클슬립(cycle)

수학식16에서 예측 잔차가 정수 값에 가깝지 않을 경우, 반송파위상 측정치에 는 순간적인 불연속점이나 다색 잡음 등의 기타 오차가 포함되어 있다. 이러한 오차가 계속 발생하는 상황에서는 반송파위상 보정치를 추정하는 필터가 발산할 가능성이 매우 높으므로 다음과 같은 통계적 검증을 통해 반송파위상 보정치 필터 발산 여부를 검사한다(63).

인 회수 > 임계회수여기서,

= 3 ∼ 5 cm이러한 경우에는, 필터가 발산하였다고 판단하며 이러한 경우에는 해당 GPS 위성에 대한 반송파위상 보정치 필터를 초기화한다(52). 수학식18에서 예측잔차 제곱이 임계치 2()를 넘는 회수가 임계 회수 미만인 기간이나 사이클슬립 발생 여부를 판단하는 동안에는 다음과 같이 예측잔차 값을 통해 반송파위상 보정치를 보상한다(65).

이러한 반송파위상 보정치 및 보정치 필터의 무결성 검증 과정을 거쳐 측정치 갱신(measurement update)을 통해 반송파위상 보정치 및 그 변화율을 추정한다(56).도8은 상기와 같은 반송파위상 보정치 생성 방법을 통해 구현한 반송파위상 보정치 생성 실시예로서 정밀도가 높고 중간에 불연속점이 없는 반송파위상 보정치(210)가 생성되었고 필터를 통해 백색 잡음이 제거되었음을 알 수 있다(211).

도4는 RTK-GPS 의사거리 보정치를 생성하는 절차를 나타낸 것으로서 의사 거리 보정치의 측정치는 다음과 같다(70).

여기서,

:GPS 위성 i에 대한 의사거리 보정치의 측정값(m)

위와 같이 계산된 각 GPS 의사거리 보정치의 측정치를 토대로 다음과 같이 각 채널마다 독립적인 필터를 구성하여 의사거리 보정치를 산출한다(77).

여기서

:상태변수

:상태변수 추정해

:공분산(covariance) 행렬

:관측치

:관측행렬

:천이행렬의사거리 보정치 필터에서 각 GPS 의사거리 보정치의 무결성을 검증하기 위해서 시간 갱신(Time update)직후, 각각의 예측잔차를 다음과 같이 계산한다(73).

여기서,

:GPS 위성 i에 대한 의사거리 보정치 예측잔차(m)

:GPS 위성 i에 대한 의사거리 보정치 예측치(m)GPS 의사거리 보정치의 무결성 검증을 위해 다음과 같은 카이제곱 검사를 수행한다(74).

여기서,

:GPS 위성 i에 대한 의사거리 보정치 예측잔차의 분산()

:유의 수준에 대한 카이제곱 분포값(임계치 1)

:의사거리 측정 잡음 분산()

:의사거리 보정치의 분산()

GPS 의사거리 보정치에는 사이클슬립이 존재하지 않으므로 다음과 같은 2차 검증을 통해 순간적인 불연속점이나 다색 잡음 등의 기타 오차로 인한 의사거리 보정치 필터 발산 여부를 다음과 같이 검증한다(75).

인 회수 > 임계회수여기서,

= 1 ∼ 3 m이러한 경우에는, 필터가 발산하였다고 판단하며 이러한 경우에는 해당 GPS 위성에 대한 의사거리 보정치 필터를 초기화한다(72). 수학식24에서 예측잔차 제곱값이 임계치 2()를 넘는 회수가 임계 회수 미만인 기간 동안에는 다음과 같이 예측잔차값을 통해 의사거리 보정치를 보상한다(76).

이러한 의사거리 보정치 및 보정치 필터의 무결성 검증 과정을 거쳐 측정치 갱신(measurement update)을 통해 의사거리 보정치 및 그 변화율을 추정한다(77). 도7은 상기와 같은 의사거리 보정치 생성 방법을 통해 구현한 의사거리 보정치 생성 실시예로서 cm 수준의 정밀도로 중간에 불연속점이 없는 의사거리 보정치(201)가 생성되었음을 알 수 있다.

도5는 RTK-GPS 보정데이터 데이터통신 시간지연에 의한 RTK-GPS 위치 오차를 최소화하는 RTK-GPS 보정데이터 전송 방식을 나타낸 것이다.RTK-GPS 보정데이터를 전송하는 시점이 최초 시점인 경우에는 모든 GPS 가시 위성에 대한 RTK-GPS 보정정보를 인코딩한다(82).다음 주기부터는 각 GPS 가시 위성에 대하여 RTK-GPS 보정정보 최근 전송 시점에 대한 데이터통신 시간지연량을 각각 산출하여 다음과 같이 외삽법(extrapolation)을 적용할 경우의 의사거리 보정정보 시간지연오차 및 반송파위상 보정정보 시간지연오차를 계산한다(83).

여기서,

k :현재 주기

:GPS 위성 i에 대한 의사거리 보정치 최근 전송 주기

:GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치 최근 전송 주기

:GPS 위성 i에 대한 의사거리 및 반송파위상 보정치 보정 오차상기 수학식26을 통해 각 RTK-GPS 보정정보의 보정오차를 계산하면서 다음과 같은 기준을 만족하는 채널에 대해서 RTK-GPS 의사거리 보정정보 및 반송파위상 보정정보를 인코딩 한다(85).

여기서

: 의사거리 보정치 보정오차 임계값(30∼50cm)

여기서

: 반송파위상 보정치 보정오차 임계값(3 ∼ 5mm)

상기 수학식27, 수학식28을 통해 각각의 RTK-GPS 보정치의 보정오차가 임계값을 넘을 경우, 해당 채널에 대한 의사거리 보정정보 혹은 반송파위상 보정정보를 인코딩하여 RTK-GPS 보정데이터를 전송한다.위와 같이 생성된 각 GPS 의사거리 보정정보는 의사거리 보정정보 생성시점, 의사거리 보정치 및 그 변화율, 의사거리 보정치오차로 구성된다.각 GPS 반송파위상 보정정보는 반송파위상 보정정보 생성 시점, 반송파위상 보정치 및 그 변화율, 반송파 위상 보정치오차, 사이클슬립 발생 누계로 구성된다. RTK-GPS 보정데이터는 GPS 기준국 위치 좌표, 각각의 GPS 의사거리 보정정보, 반송파위상 보정정보로 구성된다. 이러한 RTK-GPS 보정데이터는 적절한 RTK-GPS 프로토콜을 통해 전송된다.이러한 RTK-GPS 보정데이터가 RTK-GPS 정밀측위에 적용되는 절차는 다음과 같다. 어떤 GPS 기준국으로부터 RTK-GPS 보정데이터를 수신하고 디코딩하여 RTK-GPS 사용자는 GPS 기준국 좌표값과 각 GPS 의사거리 보정정보 및 반송파위상 보정정보를 추출한다.그 다음, GPS 기준국 위치 좌표와 GPS 위성궤도정보를 이용하여 각 GPS 위성의 위치 및 시계오차를 계산한다. 정상적으로 작동하는 고속의 RTK-GPS 데이터 통신 매체를 이용할 경우, RTK-GPS 보정데이터 전송 시점과 수신 시점이 일치한다.그러나, 저속의 데이터 통신매체를 이용하거나 통신 장애가 발생할 경우에는 RTK-GPS 보정데이터 수신시점이 전송시점보다 늦으므로 각 RTK-GPS 의사거리 보정치와 반송파위상 보정치에는 데이터통신 시간지연오차가 포함된다.그러므로, 수신된 GPS 의사거리 보정치 변화율 및 반송파위상 보정치 변화율, 그리고 시각정보(timing information)를 통해 다음과 같이 데이터통신 시간지연오차를 줄인다(25).

여기서,

t :보정정보가 수신된 시점의 GPS 시각(sec)

:GPS 위성 i에 대한 의사거리 보정정보 데이터통신 시간지연(sec)

:GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정정보 데이터통신 시간지연(sec)

:데이터통신 시간지연오차가 완화된 의사거리 및 반송파위상 보정치(m)

:GPS 위성 i에 대한 의사거리 보정치 및 그 변화율(m/s)

:GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치 및 그 변화율(m/s)이와 같이 데이터통신 시간지연이 완화된 의사거리 보정치 및 반송파위상 보정치를 이용하여 각 GPS 기준국 GPS 의사거리 및 반송파위상 측정치를 다음과 같이 복원한다(25).

여기서,

:GPS 위성 i에 대한 복원된 GPS 기준국 의사거리 측정치(m)

:GPS 위성 i에 대한 복원된 GPS 기준국 반송파위상 측정치(m)

:GPS 위성 i에 대한 데이터통신 시간지연이 완화된 의사거리 보정치(m)

:GPS 위성 i에 대한 데이터통신 시간지연이 완화된 반송파위상 보정치(m)

:기준국 좌표값을 통해 계산된 GPS 위성 i와 기준국 간 거리 및 위성시계오차(m)이와 같이 복원된 기준국의 GPS 측정치와 RTK-GPS 사용자측의 GPS 측정치는 위성-수신기 이중차분 관측방정식(double difference observation equation)에 적용되어 이중차분 미지정수를 결정한 다음부터 RTK-GPS 정밀위치해를 계산할 수 있다.도6은 이러한 RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법에 의해 구성된 RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 시스템 구성도를 보이고 있다.RTK-GPS 보정 데이터를 생성하고 전송하는 RTK-GPS 기준국 시스템(96)은 GPS 수신기(93), GPS 데이터를 처리하고 RTK-GPS 보정데이터를 생성하는 기준국 컴퓨터(95), RTK-GPS 보정데이터를 전송하는 RTK-GPS 보정데이터 송출 매체(94)로 구성되어 있다.각 GPS 가시 위성(90)으로부터 GPS 수신기는 각종 GPS 항법데이터(91)를 수신하고 GPS 측정치를 생성한다. GPS 기준국 컴퓨터는 GPS 수신기로부터 GPS 항법데이터 및 측정 데이터를 수신하고 처리하여 RTK-GPS 보정데이터를 생성하며 데이터 송출매체를 통해 RTK-GPS 프로토콜(97)을 전송한다.RTK-GPS 보정데이터를 수신하고 정밀위치해를 계산하는 RTK-GPS 시스템(100)은 GPS 수신기(93), GPS 데이터를 처리하고 RTK-GPS 보정데이터를 수신하며 정밀위치해를 계산하는 RTK-GPS 컴퓨터(99), RTK-GPS 보정데이터 수신매체(98)로 구성되어 있다.RTK-GPS 컴퓨터는 GPS 수신기로부터 GPS 항법데이터 및 측정데이터를 수신하고 처리하며 RTK-GPS 보정데이터 수신매체로 RTK-GPS 보정데이터를 수신하고 디코딩하여 현재 GPS 측정데이터 측정시각에 동기화된 GPS 기준국 GPS 측정치를 복원하여 RTK-GPS 정밀 위치해를 계산한다.도9 및 도10은 상기와 같은 RTK-GPS 보정데이터 생성, 송수신 시스템을 이용한 RTK-GPS 정밀측위 실시예이다.도9는 1200BPS RTK-GPS 보정데이터 통신시스템을 이용하여 RTK-GPS 정밀측위 시 발생한 반송파위상 보정정보 데이터통신 시간지연(300) 및 의사거리 보정정보 데이터통신 시간 지연(301)을 나타내며 반송파위상 보정정보의 데이터통신 시간지연량은 2 ∼8초, 의사거리 보정정보의 데이터통신 시간지연량은 2∼33초 범위에서 변함을 알 수 있다.도10은 RTK-GPS 정밀측위 실험시 발생한 시간에 따른 RTK-GPS 동서(320), 남북(321), 수직(322) 위치오차 변화로서 지속적인 데이터통신 시간지연이 발생하는 상황에서 수평위치 정확도는 1cm, 수직위치정확도는 2cm 이내임을 확인할 수 있다.

Claims

삭제
RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법에 있어서,

GPS 항법데이터를 디코딩하여 의사거리 측정치, 반송파위상 측정치 및 위성궤도정보를 추출하는 1단계;

각 GPS 위성에 대한 위성궤도정보를 사용하여 정확한 위치가 알려져 있는 GPS 기준국으로부터 각 GPS 위성까지의 거리, 위성시계오차를 계산하며 위성궤도정보의 갱신 여부를 검출하고, 위성궤도정보의 갱신 순간 발생하는 거리 및 시계오차변화의 불연속량을 계산하는 2단계;

각 GPS 위성까지의 거리, 각 GPS 위성시계오차, GPS 반송파위상 측정치 및 의사거리 측정치를 사용하여 기준국 GPS 수신기 시계오차를 추정하는 3단계;

기준국의 GPS 수신기 시계오차 및 의사거리 측정치, 반송파위상 측정치, 각 GPS 위성까지의 거리, 각 GPS 위성시계오차 정보를 통해 각 GPS 의사거리 보정치 및 반송파위상 보정치의 측정치를 생성하고 잡음을 제거하여 의사거리 및 반송파위상 보정정보, GPS 기준국 좌표로 구성된 각종 RTK-GPS 보정정보를 생성하는 4단계;

각종 RTK-GPS 보정정보를 인코딩하여 RTK-GPS 보정데이터 프로토콜을 통해 각종 데이터 통신매체로 RTK-GPS 보정데이터를 전송하되 데이터통신 시간지연으로 인한 위치오차가 최소가 되도록 하는 방식으로 전송하는 5단계;

RTK-GPS 보정데이터를 수신하고 디코딩하여 각 GPS 의사거리 보정치 및 반송파위상 보정치에 포함된 데이터통신 시간지연 혹은 통신단절로 인한 보정치 오차의 영향을 의사거리 보정치 및 반송파위상 변화율 정보를 통해 완화하는 6단계; 및

데이터통신 시간지연오차가 보상된 각 GPS 의사거리 보정치 및 반송파위상 보정치를 통해 기준국 GPS 측정치를 복원하는 7단계

를 포함하되,

상기 3단계는,

상기 각 GPS 의사거리 측정치 및 거리 계산치, 위성시계오차를 통해 GPS 수신기 시계오차를 초기화하는 301단계;

상기 초기화된 GPS 수신기 시계오차를 통하여 각 GPS 반송파위상 초기정수를 계산하는 302단계;

상기 GPS 반송파위상 측정치에 포함된 사이클슬립을 검출하는 303단계;

GPS 가시 위성 조합의 변화를 감지하는 304단계;

GPS 수신기 시계오차를 예측하는 305단계;

새로 나타난 GPS 위성에 대한 반송파위상 초기정수를 계산하는 306단계;

GPS 가시 위성 조합이 변하거나 사이클슬립이 발생할 경우, 각 공통 GPS 위성에 대한 반송파위상 보정치의 예측잔차를 구하는 307단계;

GPS 가시 위성 조합이 변하거나 사이클슬립이 발생할 경우, GPS 수신기 시계오차 추정해의 불연속성을 추정하고 제거하는 308단계; 및

최종적인 GPS 수신기 시계오차 추정해를 계산하는 309단계

를 포함하는 RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법.
제2항에 있어서,

상기 302단계 및 306단계의 반송파 위상 초기정수 계산은

아래의 수학식1에 의해 수행되는

RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법.

[수학식1]

여기서,

:

GPS 위성 i에 대한 반송파 위상 초기 정수

:

GPS 위성 i에 대한 반송파 위상 측정치(cycle)

:

GPS 반송파 파장(m)
삭제
제2항에 있어서

상기 308단계는

아래의 수학식2에 의해 최종적인 GPS 수신기 시계오차 추정해의 불연속성을 추정하고 제거하는

RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법.

[수학식2]

여기서,

:

공통 GPS 위성수

:

GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치의 예측잔차(m)

:

GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치의 의사(pseudo) 측정치(m)

:

이전 주기에서 추정된 GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치 및 그 변화율

:

공통 GPS 위성 조합에 대한 반송파위상 보정치 예측잔차의 분산()

:

올바른 GPS 수신기 시계오차 추정해(m)

:

GPS 수신기 시계오차 예측해(m)

:

GPS 위성 배치 변화 및 사이클슬립으로 인해 발생하는 GPS 수신기 시계오차 불연속량(m)

:

측정 주기(sec)
제2항에 있어서,

상기 309단계는

아래의 수학식3에 의해 최종적인 GPS 수신기 시계오차 추정해를 계산하는

RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법.

[수학식3]

여기서,

:

GPS 수신기 시계오차 및 그 변화율로 구성된 상태변수

:

상태변수 추정해

:

공분산(covariance) 행렬

:

관측치(measurement)

:

관측행렬(observation matrix)

:

천이행렬(state transition matrix)

:

처리 잡음(process noise) 및 처리 잡음 공분산 행렬

:

측정 잡음(measurement noise) 및 측정 잡음 공분산 행렬

:

측정 주기(sampling time)
삭제
제2항에 있어서,

상기 4단계의 반송파위상 보정정보 생성 과정은

상기 각 GPS 반송파위상 측정치 및 거리 계산치, 위성시계오차, 그리고 GPS 수신기 시계오차 추정해를 통해 반송파위상 보정치의 측정치를 생성하는 401단계;

상기 각 GPS 반송파위상 보정치의 예측치 및 예측잔차를 계산하는 402단계;

상기 각 GPS 반송파위상 보정치에 포함된 부가적인 오차를 검출하는 403단계;

상기 각 GPS 반송파 위상 보정치 예측잔차의 정수 근접성 검사를 수차례 시행하여 사이클슬립량을 검출하는 404단계;

상기 GPS 반송파위상에 존재하는 사이클슬립량을 보상하는 405단계;

상기 각 GPS 반송파위상 보정치 필터의 발산 여부를 확인하는 406단계;

상기 각 GPS 반송파위상 보정치 필터가 발산했을 경우, 반송파위상에 존재하는 정수를 초기화하고 필터를 초기화하는 407단계;

상기 각 GPS 반송파위상 보정치 필터가 발산하지 않을 경우, 예측잔차를 통해 반송파 위상 보정치에 포함된 오차를 보정하는 408단계; 및

상기 각 GPS 반송파위상 보정치를 필터링하는 409단계

를 포함하는 RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법.
제8항에 있어서,

상기 401단계는

아래의 수학식4에 의해 각 GPS 반송파위상 보정치의 측정치를 생성하는

RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법.

[수학식4]

여기서,

:

GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치의 측정값(m)

:

GPS 위성 i에 대한 초기화된 반송파위상 초기정수

:

기준국으로부터 GPS 위성 i까지의 계산된 거리 및 위성시계오차(m)

:

추정된 수신기 시계오차(m)
제8항에 있어서

상기 402단계는

아래의 수학식5에 의해 각 GPS 반송파위상 보정치의 예측잔차를 계산하고,

상기 403단계는

아래의 수학식6에 의해 반송파위상 보정치의 오차를 검출하는

RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법.

[수학식5]

[수학식6]

여기서,

:

GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치 예측잔차(m)

:

GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치 예측치(m)

:

GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치 예측잔차의 분산()

:

유의 수준에 대한 카이제곱 분포값(임계치 1)

:

반송파위상 측정 잡음 분산()

:

반송파위상 보정치의 분산()
제8항에 있어서

상기 404단계는

상기 각 GPS 반송파 위상 보정치 예측잔차의 정수 근접성을 검사하는 아래의 수학식7을 만족하는 회수가 3회 내지 10회의 임계회수를 넘으면 GPS 반송파 위상 보정치에 사이클슬립이 발생한 것으로 판단하고,

상기 404단계의 결과 사이클슬립이 발생한 것으로 판단되면 상기 405단계는

아래의 수학식8에 의해 반송파 위상 보정치의 예측잔차를 사용하여 각 GPS 반송파위상 측정치에 포함된 사이클슬립량을 보상하는

RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법.

[수학식7]

[수학식8]

여기서,

:

추정된 반송파위상 사이클슬립(cycle)

:

GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치 예측잔차(m)

:

정수 근접성 검사를 위한 임계치(0.05 ∼ 0.15)

:

반송파 파장(m)
제8항에 있어서,

상기 406단계는

아래의 수학식9를 만족하지 않으면 각 GPS 위성에 대한 반송파위상 보정치 필터가 발산하지 않는 것으로 확인함으로써 각 GPS 위성에 대한 반송파위상 보정치 필터의 발산여부 확인하고,

상기 406단계의 확인 결과 발산하지 않은 경우 상기 408단계는

아래의 수학식10에 의해 예측잔차를 이용하여 순간적인 반송파위상 보정치의 오차를 보정하는

RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법.

[수학식9]

인 회수 > 임계회수

[수학식10]

여기서,

= 3 ∼ 5 cm

:

GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치 예측잔차(m)
제8항에 있어서,

상기 409단계는

아래의 수학식11에 의해 반송파위상 보정치를 필터링하는

RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법.

[수학식11]

여기서

: GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치 및 그 변화율로 구성된 상태변수

: 상태변수 추정해

:

공분산(covariance) 행렬

:

GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치의 관측치

:

관측행렬

:

천이행렬

:

처리 잡음(process noise) 및 처리 잡음 공분산 행렬

:

측정 잡음(measurement noise) 및 측정 잡음 공분산 행렬

:

측정 주기(sampling time)
제2항에 있어서,

상기 4단계의 의사거리 보정정보 생성 과정은

상기 각 GPS 의사거리 측정치 및 거리 계산치, 위성시계오차, 그리고 GPS 수신기 시계오차 추정해를 통해 의사거리 보정치의 측정치를 생성하는 410단계;

상기 각 GPS 의사거리 보정치의 예측치 및 예측잔차를 계산하는 411단계;

상기 각 GPS 의사거리 보정치에 포함된 오차를 검출하는 412단계;

상기 각 GPS 의사거리 보정치 필터의 발산 여부를 확인하는 413단계;

상기 각 GPS 의사거리 보정치 필터가 발산하지 않을 경우, 예측잔차를 통해 의사거리 보정치에 포함된 오차를 보정하는 414단계; 및

상기 각 GPS 의사 거리 보정치를 필터링하는 415단계

를 포함하는 RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법.
제14항에 있어서,

상기 410단계는

아래의 수학식12에 의해 의사거리 보정치의 측정치를 생성하는

RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법.

[수학식12]

여기서,

: GPS 위성 i에 대한 의사거리 보정치의 측정값(m)

:

기준국으로부터 GPS 위성 i까지의 계산된 거리 및 위성시계오차(m)

:

추정된 수신기 시계오차(m)
제14항에 있어서,

상기 411단계는

아래의 수학식13에 의해 각 GPS 의사거리 보정치의 예측잔차를 계산하고,

상기 412단계는

아래의 수학식14에 의해 의사거리 보정치에 포함된 오차를 검출하는

RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법.

[수학식13]

[수학식14]

여기서,

:

GPS 위성 i에 대한 의사거리 보정치 예측치(m)

:

GPS 위성 i에 대한 의사거리 보정치 예측잔차(m)

:

GPS 위성 i에 대한 의사거리 보정치 예측잔차의 분산()

:

유의 수준에 대한 카이제곱 분포값(임계치 1)

:

의사거리 측정 잡음 분산()

:

의사거리 보정치의 분산()
제14항에 있어서,

상기 413단계는

아래의 수학식15를 만족하지 않으면 각 GPS 위성에 대한 의사거리 보정치 필터가 발산하지 않는 것으로 확인함으로써 각 GPS 위성에 대한 의사거리 보정치 필터의 발산 여부를 확인하고,

상기 413단계의 확인 결과 발산하지 않은 경우 상기 414단계는

아래의 수학식16에 의해 예측잔차를 이용하여 순간적인 의사거리 보정치의 오차를 보정하는

RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법.

[수학식15]

인 회수 > 임계회수

[수학식16]

여기서,

= 1 ∼ 3 m

:

GPS 위성 i에 대한 의사거리 보정치 예측잔차(m)
제14항에 있어서,

상기 415단계는

아래의 수학식17에 의해 각 GPS 의사거리 보정치를 필터링하는

RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법.

[수학식17]

여기서

:

상태변수

: 상태변수 추정해

:

공분산(covariance) 행렬

:

관측치

:

관측 행렬

:

천이 행렬

:

측정 주기(sampling time)
제2항에 있어서,

상기 5단계는

기준국으로부터 최근에 전송된 상기 각 GPS 의사거리 보정치 및 그 변화율 정보로 의사거리 보정정보의 시간지연오차, 반송파위상 보정치 및 그 변화율 정보로 반송파위상 보정정보의 시간지연오차를 계산하는 501단계;

상기 각 GPS 의사거리 보정정보의 시간지연오차가 의사거리 오차의 임계값을 넘는지의 여부를 확인하는 502단계;

상기 각 GPS 반송파위상 보정정보의 시간지연오차가 반송파위상 오차의 임계값을 넘는지의 여부를 확인하는 503단계;

GPS 기준국으로부터 상기 모든 GPS 가시 위성 조합에 대한 의사거리 보정정보 중, 의사거리 보정정보의 시간지연오차가 의사거리오차의 임계값을 넘는 해당 의사거리 보정정보만을 인코딩하는 504단계;

기준국으로부터 상기 모든 GPS 가시 위성 조합에 대한 반송파위상 보정정보 중, 반송파위상 보정정보의 시간지연오차가 반송파위상오차의 임계값을 넘는 해당 반송파위상 보정정보만을 인코딩하는 505단계;

상기 인코딩된 의사거리 보정정보, 반송파위상 보정정보를 전송하는 506단계

를 포함하는 RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법.
제19항에 있어서,

상기 501단계는

아래의 수학식18에 의해 상기 의사거리 보정정보의 시간지연오차 및 반송파위상 보정정보의 시간지연오차를 계산하는

RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법.

[수학식18]

여기서,

k :

현재 주기

: GPS 위성 i에 대한 의사거리 보정치 최근 전송 주기

: GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치 최근 전송 주기

:

GPS 위성 i에 대한 의사거리 및 반송파위상 보정치 보정 오차(m)
제19항에 있어서

상기 502단계는

아래의 수학식19에 의해 각 GPS 의사거리 보정정보의 시간지연오차가 의사거리오차의 임계값을 넘는지의 여부를 확인하고

상기 503단계는

아래의 수학식20에 의해 각 GPS 반송파위상 보정정보의 시간지연오차가 반송파위상 오차의 임계값을 넘는지의 여부를 확인하는

RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법.

[수학식19]

[수학식20]

여기서,

:

GPS 위성 i에 대한 의사거리 및 반송파위상 보정치 보정오차

:

의사거리 보정치 보정오차 임계값(30∼50cm)

:

반송파위상 보정치 보정오차 임계값(3 ∼ 5mm)
삭제
제2항에 있어서

상기 6단계는

아래의 수학식21에 의해 각 GPS 의사거리 보정치 및 반송파위상 보정치에 포함된 데이터통신 시간지연 혹은 데이터 단절로 인해 발생한 GPS 기준국 측의 의사거리 및 반송파위상 보정치의 오차를 완화하고,

상기 7단계는

아래의 수학식22에 의해 기준국의 GPS 의사거리 및 반송파위상 측정치를 복원하는

RTK-GPS 보정데이터 생성 및 송수신 방법.

[수학식21]

여기서,

t :

보정정보가 수신된 시점의 GPS 시각(sec)

:

GPS 위성 i에 대한 의사거리 보정정보 데이터통신 시간지연(sec)

:

GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정정보 데이터통신 시간지연(sec)

:

데이터통신 시간지연오차가 완화된 의사거리 및 반송파위상 보정치(m)

:

GPS 위성 i에 대한 의사거리 보정치 및 그 변화율(m/s)

:

GPS 위성 i에 대한 반송파위상 보정치 및 그 변화율(m/s)

[수학식22]

여기서,

:

GPS 위성 i에 대한 복원된 GPS 기준국 의사거리 측정치(m)

:

GPS 위성 i에 대한 복원된 GPS 기준국 반송파위상 측정치(m)

:

GPS 위성 i에 대한 데이터통신 시간지연이 완화된 의사거리 보정치(m)

:

GPS 위성 i에 대한 데이터통신 시간지연이 완화된 반송파위상 보정치(m)

:

기준국 좌표값을 통해 계산된 GPS 위성 i와 기준국 간 거리 및 위성시계오차(m)
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