KR101169957B1 - 준실시간 ｉｇｓ 예측궤도력 이상 검출방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 준실시간 IGS 예측궤도력 이상 검출방법에 관한 것으로, IGS에서 제공하는 초신속궤도력에 포함된 예측궤도력을 획득하는 예측궤도력 획득단계(S100)와; NANU 메시지를 분석하여 어느 위성이 어느 시간 동안 이상 상태에 있게 되는지 현황을 파악하는 위성 이상 현황 파악단계(S200)와; 상기 예측궤도력 획득단계(S100)에서 획득된 위성신호로부터 이상 현상이 있는 위성으로부터 획득된 항법신호를 측위를 위한 데이터에서 제외시키는 이상 현상 발생 위성신호 제거단계(S300)와; IGS에서 제공하는 방송궤도력을 획득하는 방송궤도력 획득단계(S400)와; 상기 방송궤도력을 이용하여 예상 방송궤도력을 생성하는 예상 방송궤도력 생성단계(S500) 및; 상기 예상 방송궤도력과 IGS 예측궤도력을 비교하여 그 차이가 일정 값(TH) 이상인 경우 그 위성의 예측궤도력은 이상 현상이 있는 궤도력으로 검출하는 예측궤도력 이상 검출단계(S600)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 이상 궤도력을 가지는 항법위성을 검출해내어 이 항법위성으로부터 획득된 위성신호는 측위를 위한 데이터로 사용되지 않도록 함으로써 더욱 정확하게 물체의 위치를 측정할 수 있다.

Description

준실시간 ＩＧＳ 예측궤도력 이상 검출방법{Anomaly Detecting Method of IGS Predicted Orbits in Near-Real-Time}
본 발명은 IGS 예측궤도력 이상 검출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사전에 계획되지 않은 초신속궤도력에 포함된 IGS 예측궤도력의 이상 여부를 준실시간으로 검출하여 사용할 수 있도록 하는 IGS 예측궤도력 이상 검출방법에 관한 것이다.
미국의 GPS(Global Positioning System)로 대표되는 위성항법시스템(GNSS, Global Navigation Satellite System)은 항공, 육상, 해상 등 위치 정보를 필요로 하는 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 현재 국방, 경제, 농업 등 사회 전반에 걸쳐 활용범위가 빠른 속도로 확대되고 있는데, 이러한 수요의 증가에 따라 GNSS 항법 성능의 향상에 대한 요구도 끊임없이 제기되고 있다.
GNSS를 이용하여 물체의 위치 정보를 알기(측위하기) 위해서는 항법위성으로부터 신호를 수신하여야 하는데, 이때 수신된 항법 신호에는 다양한 종류의 오차가 존재하며, 따라서 다양한 오차 요인을 보정함으로써 보다 정확도가 높은 위치정보를 획득할 수 있다.
항법 신호에 포함된 오차에는 위성 궤도력, 시계, 안테나 위상중심 변동 오차, 지구의 이온층과 대류층 등에 의한 신호 교란 오차, 그리고 수신기단의 시계, 안테나 위상 중심 변동 오차 등이 있는데, 대부분의 주요 신호오차는 이에 대한 다양한 모델이 개발되어 있어 보정이 가능하고, 따라서 보정에 의해 이러한 신호오차를 수정하여 사용하고 있으나, 위성 궤도력의 경우에는 일반적으로 이러한 보정을 거치지 않고 위성 궤도력에 이상 현상(orbits anomaly)이 발생하지 않는다고 가정하여 IGS(International GNSS Service)에서 제공하는 다양한 궤도력 중에서 사용자가 필요한 정확도와 시간을 고려하여 선택하여 사용하고 있다.
그러나 실제로는 항법위성이 갑자기 고장나거나 유지/보수를 행하는 경우 등의 이상 현상이 발생될 수 있고, 이 경우 이러한 이상 현상이 발생되고 있는 항법위성으로부터 수신된 신호가 포함된 위성 신호를 이용하여 측위하게 되면 측위 정밀도가 저하될 수 있기 때문에 이상 현상이 발생되고 있는 항법위성을 사전에 검출하여 이상 현상이 발생된 항법위성으로부터 수신된 신호는 측위를 위한 데이터에 포함되지 않도록 사전에 그 사용을 배제하거나, 또는 이러한 사실을 사용자에게 알릴 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 필요성에 부응하여 안출된 것으로, 본 발명은 IGS 예측궤도력의 이상 현상을 사전에 검출하여 이를 이용자에게 준실시간으로 알려줄 수 있도록 하는 IGS 예측궤도력 이상 검출방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 준실시간 IGS 예측궤도력 이상 검출방법을, IGS에서 제공하는 궤도력 중에서 초신속궤도력에 포함된 예측궤도력을 획득하는 예측궤도력 획득단계와; NANU 메시지를 분석하여 어느 위성이 어느 시간 동안 이상 상태에 있게 되는지 현황을 파악하는 위성 이상 현황 파악단계와; 상기 예측궤도력 획득단계에서 획득된 위성신호로부터 이상 현상이 있는 위성으로부터 획득된 항법신호를 측위를 위한 데이터에서 제외시키는 이상 현상 발생 위성신호 제거단계와; IGS에서 제공하는 방송궤도력을 획득하는 방송궤도력 획득단계와; 상기 방송궤도력을 이용하여 예상 방송궤도력을 생성하는 예상 방송궤도력 생성단계 및; 상기 예상 방송궤도력과 IGS 예측궤도력을 비교하여 그 차이가 일정 값 이상인 경우 그 위성의 예측궤도력은 이상 현상이 있는 궤도력으로 검출하는 예측궤도력 이상 검출단계를 포함하여 구성하는 것에 의해 달성된다.
본 발명은 NANU에 의해 예보되지 않는 위성의 이상 궤도력도 검출해 낼 수 있고, 그 결과 사용자가 이상 궤도력을 측위를 위한 데이터로 사용하지 않음으로써 더욱 정확하게 물체의 위치를 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 준실시간 IGS 예측궤도력 이상 검출방법의 전체적인 흐름을 도시한 흐름도,
도 2는 궤도력 이상이 발생하지 않은 일반적인 예측궤도력과 예상 방송궤도력의 차이를 나타낸 그래프,
도 3은 특정 위성의 궤도력 이상이 관측되는 경우에 있어서의 예측궤도력과 예상 방송궤도력의 차이를 나타낸 그래프,
도 4는 특정 위성의 궤도력 이상이 관측되는 경우에 있어서의 예측궤도력과 예상 방송궤도력의 차이를 나타낸 그래프이다.
이하, 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 IGS 예측궤도력의 이상을 준실시간으로 검출할 수 있도록 하는 IGS 예측궤도력 이상 검출방법을 제공하고자 하는 것으로, 이를 위해 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 예측궤도력 획득단계(S100), 위성 이상현황 파악단계(S200), 이상 현상 예측궤도력 제거단계(S300), 방송궤도력 획득단계(S400), 예상 방송궤도력 생성단계(S500) 및 예측궤도력 이상 검출단계(S600)를 포함한다.
(1) 예측궤도력 획득단계(S100)
이 단계는 IGS에서 제공하는 궤도력 중에서 준실시간 응용이 가능한 초신속궤도력 중의 예측궤도력을 획득하는 단계이다.
IGS에서 제공하는 GNSS 궤도력은 사용자에게 제공되기까지 소요되는 시간과 궤도 정밀도에 따라 정밀궤도력(Precise Orbits), 신속궤도력(Rapid Orbits), 초신속궤도력(Ultra-Rapid Orbits) 및 방송궤도력(Broadcast Ephemerides)의 4가지로 구분된다.
정밀궤도력은 그 궤도 정밀도가 2.5cm 이하로서 다른 궤도력에 비해 가장 높은 정확도를 가지지만 궤도력이 생성되기까지 12일에서 18일 정도의 시간이 소요되기 때문에 준실시간, 혹은 실시간 자료 처리에는 부적합하다.
신속궤도력은 관측자료가 수집된 후 17시간 후에 제공되는 궤도력으로서 최종궤도력에 비해 보다 신속한 자료 처리에 이용할 수 있는데 최근 들어 신속궤도력의 궤도 정밀도는 정밀궤도력과 비슷한 수준까지 향상되었으나, 이 신속궤도력은 해당 날짜의 전날 21시부터 다음날 3시까지 총 30시간의 궤도력을 포함하고 있으며, 하루에 한번 제공되기 때문에 준실시간 응용에는 부적합하다.
또한 초신속궤도력은 UTC(Universal Time Coordinated)를 기준으로 하루에 4번(03시, 09시, 15시, 21시) 제공되며, 궤도력 생성시간으로부터 과거 24시간에 해당하는 궤도력과, 24시간 후까지 추정된 예측궤도력(Predicted Orbits)을 포함하고 있으며, 초신속궤도력의 궤도 정밀도는 3cm 수준이고, 예측궤도력은 5cm 수준으로서 비교적 정확하고 따라서 초신속궤도력은 실시간 혹은 준실시간 정밀 항법 응용에 적합하다.
한편 방송궤도력은 GPS 위성으로부터 방송되는 궤도력과 IGS에서 제공하는 방송궤도력이 있다. GPS 위성으로부터 방송되는 궤도력은 GPS 수신 장비만 있으면 전 세계 어디에서든 실시간 수신 가능하기 때문에 실시간 항법 분야에서 널리 사용되고 있는데, 이러한 방송궤도력은 부관제국(Monitor Station)에서 관측한 위성 추적데이터를 기반으로 주관제국(Master Control Station)에서 계산되고, 매 8시간마다 GPS 위성으로 전달된다. GPS 위성으로부터 방송되는 궤도력은 해당 관측지점에서 관측 가능한 위성에 대한 궤도 정보만 수신 가능하지만, IGS 방송궤도력은 우주 공간에서 운행 중인 모든 GPS 위성의 궤도 정보가 기록된 궤도력으로 하루에 한번 제공한다. IGS 방송궤도력은 UTC를 기준으로 하루 전날의 00시부터 24시까지의 궤도정보가 포함되어 있다. 방송궤도력의 궤도 정밀도는 1m 수준으로서 GNSS 궤도력 중 가장 낮다.
따라서 실시간 혹은 준실시간 응용분야에서 높은 정밀도 달성을 위해서는 방송궤도력 보다는 초신속 궤도력을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
이에 따라 본 발명에서는 IGS에서 제공하는 궤도력 중에서 준실시간으로 응용할 수 있도록 초신속궤도력에 포함된 예측궤도력을 사용하는데, 이러한 예측궤도력은 전세계 IGS 관측망으로부터 매 시간 수집된 관측데이터를 분석하여 각 위성에 대한 향후 24시간 동안의 궤도를 예측한 것이기 때문에 갑작스런 위성의 고장이나 유지/보수작업의 지연 등의 예측되지 않은 이상 상황은 반영되지 않는다.
(2) 위성 이상현황 파악단계(S200)
이 단계는 미국의 공군 또는 해양경비대로부터 제공되는 GPS 위성의 운영 현황 및 상태에 관한 현황보고서(NANU, Current Notice Advisories to NAVSTAR Users)에 나타난 GPS 위성의 궤도 조정이나 정비를 위한 일시적 운영 정지 등에 대한 이벤트와 해당 위성번호 및 이벤트 실시 예정시간 등을 분석하여 어떤 항법위성이 어느 시간 동안 이상 상태에 있게 되는지 현황을 파악하는 단계이다.
미공군과 미해양경비대에서는 GPS 위성의 운영 현황 및 상태에 관한 현황 보고서(NANU)를 제공하는데, 이러한 현황보고서에는 GPS 위성의 궤도 조정이나 정비를 위한 일시적 운영 정지, 새로운 위성 발사 등에 대한 이벤트와 해당 위성번호 및 이벤트 실시 예정시간 등의 정보가 포함되어 있으며, 이 현황보고서는 이들 홈페이지를 통해 하루에 한 번 제공받을 수 있다.
한편, NANU는 항법위성의 이상 현상이 발생되는 시각을 사전에 예측하여 예보하고 있기 때문에 예보된 이상 현상 발생 시각과 실제의 이상 현상발생 시각에 차이가 있을 수 있다. 즉, NANU의 이벤트 정보에는 어떤 위성의 예보된 궤도력 이상 현상이 8시간 동안 발생될 것으로 예보되어 있음에도, 실제로는 이와 달리 유지보수 작업 등에 더 많은 시간이 소요되어 예보된 8시간 이상의 시간동안 이상 현상이 지속될 수 있는 경우가 있을 수 있고, 또는 전혀 예보되지 않았음에도 갑작스런 항법위성의 고장 등에 의해 이상 현상이 발생될 수 있으며, 따라서 이러한 위성에 이상 상황이 발생되었음에도 불구하고 이러한 위성의 이상 현상에 대해 고려하지 않는 경우 좀 더 정확한 측위를 기대하기 어렵다.
이에 따라 본 발명에서는 예보된 시간동안의 이상 현상을 가지는 항법위성의 예측궤도력에 더하여 상기한 바와 같이 예보되지 않은 예측궤도력의 이상 현상도 검출하고자 하는 것이다.
(3) 이상 현상 발생 위성신호 제거단계(S300)
이 단계는 상기 예측궤도력 획득단계(S100)에서 획득된 여러 가지의 위성신호로부터 NANU에서 예보하고 있는 시간동안 이상 현상이 있는 항법위성으로부터 수신된 항법신호를 측위를 위한 데이터에서 제외시키는 단계이다.
위에서 설명한 바와 같이 NANU에서 특정 항법위성에 대해 이상 현상이 발생될 것을 예보하고 있는 경우 이 항법위성의 궤도력에는 상당한 정도의 궤도력 오차가 포함되어 있을 수 있고, 따라서 이러한 궤도력 오차가 포함된 궤도력을 측위를 위한 데이터로서 사용하게 되면 측위 정밀도가 저하될 수 있으므로 상기 예측궤도력 획득단계(S100)에서 획득된 궤도력에서 NANU에서 예보하고 있는 시간동안의 이상 현상이 있는 항법위성으로부터 수신된 신호를 측위를 위한 데이터에서 제외시키는 것이다.
획득된 NANU 메시지를 분석하면 이벤트가 예보된 위성의 정보를 추출할 수 있는데, 본 발명에서는 이 추출된 위성 정보를 쉽게 이용할 수 있도록 전산 프로그램에 의해 이벤트 로그 파일을 작성하고, 이 이벤트 로그 파일에 포함된 정보를 예측궤도력이 참고할 수 있도록 함으로써 이상 현상이 예보된 위성으로부터 획득된 신호를 측위를 위한 데이터에서 제외시키도록 프로그램된다.
(4) 방송궤도력 획득단계(S400)
상기 이상 현상 발생 위성신호 제거단계(S200)에 의해 예보된 시간동안 이상 현상이 있는 항법위성으로부터 수신된 신호가 측위를 위한 데이터에서 제외되었다 하더라도 앞서 설명한 바와 같이 위성 보수시간의 연장 등으로 인해 여전히 이상 현상이 발생될 수 있고, 이 경우에도 이들 항법위성의 궤도력에 기초하여 측위하게 되면 측위 정밀도가 저하될 수 있는데, 따라서 본 발명에서는 추가적인 이상 현상이 발생되고 있는 항법위성을 검출할 수 있도록 비교기준이 되는 궤도력 즉, IGS에서 제공하는 방송궤도력을 획득하는 단계이다.
(5) 예상 방송궤도력 생성단계(S500)
이 단계는 상기 방송궤도력 획득단계(S400)에 의해 IGS 방송궤도력이 획득되면 이에 근거하여 예상 방송궤도력을 생성하는 단계이다.
IGS로부터 제공되는 방송궤도력은 상기 예측궤도력 획득단계(S100)에 의해 획득된 예측궤도력과 달리 하루 전날의 24시간 궤도 정보를 포함하고 있기 때문에 본 발명에서는 IGS로부터 획득된 방송궤도력을 비교기준으로 사용할 수 있도록 예측궤도력에 대응되는 시간 동안 운행할 것으로 예상되는 방송궤도력(이하 이를 '예상 방송궤도력'이라 한다)을 생성하여 이를 비교기준 궤도력으로 사용한다.
(6) 예측궤도력 이상 검출단계(S600)
이 단계는 상기 예상 방송궤도력 생성단계(S500)에 의해 예상 방송궤도력이 획득되면 이러한 예상 방송궤도력과 IGS 예측궤도력을 상호 비교하여 그 차이가 일정값 이상이 되는지 여부를 판별하여 차이가 일정 값(TH, Threshold Value) 이상인 경우 그 위성의 IGS 예측궤도력은 이상 현상이 있는 궤도력으로 검출하는 단계이다.
도 2와 도 3 및 도 4는 IGS 예측궤도력과 예상 방송궤도력을 비교하여 위성별 궤도력의 차이를 나타낸 그래프들로서, 이들 그래프에 있어서 가로축은 시간, 세로축은 궤도력의 차이를 나타내며 그 단위는 m이다.
도 2는 궤도력 이상이 발생하지 않은 일반적인 예측궤도력과 예상 방송궤도력의 차이를 나타낸 그래프이고, 도 3은 특정 위성의 궤도력 이상이 관측되는 경우에 있어서의 예측궤도력과 예상 방송궤도력의 차이를 나타낸 그래프로서 특정 위성(PRN 17번)의 궤도력이 2.5×107km 이상의 다른 위성의 궤도력 차이와 확연히 구분되는 궤도력 차이를 가지는 것을 알 수 있고, 따라서 이 항법 위성(PRN 17번)으로부터 이 시간동안 획득된 신호는 측위를 위한 데이터에서 제외된다.
도 4는 특정 위성의 궤도력 이상이 관측되는 경우에 있어서의 예측궤도력과 예상 방송궤도력의 차이를 나타낸 그래프로서, 이들 그래프를 살펴보면 도 2의 그래프에 나타난 위성 궤도력의 차이에 비해 도 4의 그래프에 있어서의 위성의 궤도력 차이가 시간이 경과함에 따라 증가하고 있다는 것을 알 수 있는데, 이는 위에서 설명한 바와 같이 방송궤도력은 시간이 경과함에 따라 오차가 증가하는데 따른 것으로 00시~06시 사이에는 대부분 약 500m, 06시~12시 사이에는 약 1km, 12시~자정까지는 약 1.5km 이하 수준의 오차를 가지며, 따라서 본 발명에서는 위와 같이 궤도 이상을 검출할 때 사용하는 일정 값(TH)은 예상 방송궤도력의 시간에 따른 오차를 고려하여 중간값을 기준으로 하여 계산하며 이 중간값으로부터 일정값(TH) 이상의 오차가 발생한 경우에는 궤도 이상이 발생한 것으로 간주한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 NANU에 의해 예보되지 않는 이상 궤도력을 가지는 항법위성도 검출해내고, 이 항법위성으로부터 획득된 위성신호를 측위를 위한 데이터로 사용되지 않도록 함으로써 더욱 정확하게 물체의 위치를 측정할 수 있다.

Claims (3)

  1. 전산 프로그램을 이용하여 IGS 예측궤도력의 이상을 준실시간으로 검출하는 방법에 있어서,
    IGS에서 제공하는 궤도력 중에서 초신속궤도력에 포함된 예측궤도력을 획득하는 예측궤도력 획득단계(S100)와;
    NANU 메시지를 분석하여 어느 위성이 어느 시간 동안 이상 상태에 있게 되는지 현황을 파악하는 위성 이상 현황 파악단계(S200)와;
    상기 예측궤도력 획득단계(S100)에서 획득된 위성신호로부터 이상 현상이 있는 위성으로부터 획득된 항법신호를 측위를 위한 데이터에서 제외시키는 이상 현상 발생 위성신호 제거단계(S300)와;
    IGS에서 제공하는 방송궤도력을 획득하는 방송궤도력 획득단계(S400)와;
    상기 방송궤도력을 이용하여 예상 방송궤도력을 생성하는 예상 방송궤도력 생성단계(S500) 및;
    상기 예상 방송궤도력과 IGS 예측궤도력을 비교하여 그 차이가 일정 값(TH) 이상인 경우 그 위성의 예측궤도력은 이상 현상이 있는 궤도력으로 검출하는 예측궤도력 이상 검출단계(S600)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 준실시간 IGS 예측궤도력 이상 검출방법.
  2. 청구항 1항에 있어서,
    상기 예측궤도력 이상 검출단계(S600)에서 궤도 이상을 검출할 때 사용하는 일정 값(TH)은 예상 방송궤도력의 시간에 따른 오차를 고려하여 중간값을 기준으로 계산하는 것을 특징으로 하는 준실시간 IGS 예측궤도력 이상 검출방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 위성 이상 현황 파악단계(S200)에서 추출된 위성 정보를 쉽게 이용할 수 있도록 이벤트 로그 파일을 작성하고, 상기 이벤트 로그 파일에 포함된 정보를 상기 예측궤도력이 참고할 수 있도록 하여 이상 현상이 예보된 위성의 신호는 측위를 위한 데이터에서 제외되도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 준실시간 IGS 예측궤도력 이상 검출방법.
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