KR101608809B1 - Gbas 운용범위 확장을 위한 벡터형 오차 보정 장치 및 방법 - Google Patents

Gbas 운용범위 확장을 위한 벡터형 오차 보정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 GBAS 운용범위 확장을 위한 벡터형 오차 보정 장치는, 위성; 상기 위성으로부터 위치 정보를 수신하고 공간 이격 오차에 따른 위치 오차를 보정하기 위한 벡터형 보정 정보를 생성하여 전송하는 GBAS(Ground Based Augmentation System) 기준국; 및 전송된 벡터형 보정 정보를 이용하여 현재의 위치를 계산하는 사용자 단말기;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 존의 1개 스칼라 보정정보로 통합된 오차성분을 최대한 구분하여 벡터 보정정보로 사용자에게 전송하면 수평 또는 수직공간 이격 오차(Spatial Decorrelation)를 최소화시킬 수 있다.

Description

GBAS 운용범위 확장을 위한 벡터형 오차 보정 장치 및 방법{Apparatus and Method for correcting vector error to extend operational boundary of Ground Based Augmentation System}
본 발명은 무선 항법 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 GBAS(Ground Based Augmentation System) 개념에서 기준국의 서비스 운용범위를 확장하기 위해 기존의 1개 스칼라 보정정보로 통합된 오차성분을 최대한 구분하여 벡터 보정정보로 사용자에게 전송하는 장치 및 방법에 대한 것이다.
위성 항법 시스템(GNSS, Global Navigation Satellite System)은 인공위성에 기반한 전지구적 무선 항법 시스템으로서, 위성에서 송출된 신호를 수신하면 사용자가 언제 어디서나 기상 상태에 관계없이 약 수 m정도의 높은 위치 정확도로 자신의 위치를 결정할 수 있는 시스템이다.
GNSS에서 대표적인 GPS(Global Positioning System)의 측정치에는 신호가 위성으로부터 지상까지 도달하는 동안 통과하는 전리층과 대류층에 의한 굴절, 지상에서 추정한 위성의 위치와 시각에 대한 오차, 주변 장애물에 의해 반사된 전파 수신 현상인 다중경로 등으로 인한 오차 성분이 포함되어 위치 정확도가 저하된다.
이러한 GPS의 위치 정확도 성능향상을 위해서 일반적으로 DGPS (Differential GPS) 방식이 사용되는데, 일정 시간 동안 근거리 내 두 지점 간 GPS 오차 영향의 상관성이 높다는 성질을 이용한다. 정확한 측지점에 위치한 DGPS 기준국은 GPS 오차량에 해당하는 보정정보를 생성, 이를 데이터 링크를 통해 사용자에 전달함으로써 정확도를 향상시킬 수 있다.
DGPS는 적용 범위에 따라서 기준국으로부터 100km 내외 서비스 영역을 제공하는 GBAS(Ground Based Augmentation System)와 다수 기준국을 활용하여 서비스 영역을 확장하는 SBAS(Space Based Augmentation System)로 구분된다.
GBAS는 코드(Code) DGPS와 캐리어(Carrier) DGPS 기술로 구분할 수 있는데, 캐리어(Carrier) DGPS는 고정밀 항법해를 제공할 수 있다. 그러나, 서비스 영역이 20km 내외로 매우 협소하여 운용상 제약이 따른다. 반면 Code DGPS는 Carrier DGPS에 서비스 영역이 100km 내외로 넓고, 운용 측면에서 제약이 크지 않아 활용가능성이 높은 방식이다.
일반적으로 GBAS 기준국과 사용자의 위치가 일치하지 않으므로 전리층 오차량은 동일하지 않으며, 기준국과 사용자간의 거리가 멀어짐에 따라 두 지점의 오차량 차이는 커진다.
이를 공간 이격 오차(Spatial Decorrelation)라 하는데, 이러한 현상은 비단 전리층 오차 뿐 아니라 대류층 오차와 위성 관련 오차에서도 나타난다.
전리층은 지상 약 80km에서 1000km사이에 존재하는 이온화된 가스에 의해 형성된 대기층으로, 이에 의한 오차를 추정하는 모델로는 Klobuchar 모델이 널리 알려져 있다. 그러나 이 모델을 통한 보정 성능은 약 50% 정도로 오차가 크다.
대류층 지연 오차는 대기 밀도가 높은 지표 부근에서 크게 나타나는 오차로, 일반적으로 고도 및 대기 정보, 그리고 위성의 앙각의 함수로 추정되는데, Modified Hopfield, Saastamoinen, Black, Collins 모델 등으로 보상한다.
일반적인 GBAS 보정정보는 GBAS 기준국과 사용자가 유사한 크기의 오차를 갖는다고 가정하고, GBAS 기준국에서 관측된 거리측정 오차를 모두 합하여 1개 스칼라 보정정보로 사용한다.
그러나, 이는 GBAS 기준국과 사용자 간의 거리가 멀어질수록 기준국과 사용자 간의 오차 특성이 달라져 기존의 GBAS 항법 성능은 저하되며, 특히 고고도 운용환경에서는 더욱 저하될 수 있다는 문제점이 있다.
1. 한국공개특허번호 제10-2012-0039391호
1. 박종근외, "위성 앙각별 시그마 팽창계수 분석을 통한 GBAS 가용성 향상"한국항공우주학회지 42(5) 368-375, 2014년.
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, GBAS 개념에서 기준국의 서비스 운용범위를 확장할 수 있는 벡터형 오차 보정 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, GBAS(Ground Based Augmentation System) 개념에서 기준국의 서비스 운용범위를 확장할 수 있는 벡터형 오차 보정 장치를 제공한다.
상기 벡터형 오차 보정 장치는,
위성;
상기 위성으로부터 위치 정보를 수신하고 공간 이격 오차에 따른 위치 오차를 보정하기 위한 벡터형 보정 정보를 생성하여 전송하는 GBAS(Ground Based Augmentation System) 기준국; 및
전송된 벡터형 보정 정보를 이용하여 현재의 위치를 계산하는 사용자 단말기;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 벡터형 보정 정보는, 전리층 지연을 이중 주파수로 직접 측정하여 생성된 전리층 지연값, 대류층 지연 보상을 위해 기상센서로부터 측정된 기상 정보, 및 PRC(Pseudorange Correction) 항으로 적용되는 나머지 오차 정보인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 사용자 단말기는 전리층 지연값을 사용자의 경사 가중치로 계산하여 보상하고, 대류층 지연을 기상정보로 대입한 대류층 모델로 보상하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 전리층 지연값은 수직 전리층 지연값이며, 수학식
Figure 112014077170911-pat00001
(여기서,
Figure 112014077170911-pat00002
는 수직 전리층 지연값이고, Q는 경사 가중치를 나타낸다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 경사 가중치는 수학식
Figure 112014077170911-pat00003
(여기서,
Figure 112014077170911-pat00004
는 위성 앙각,
Figure 112014077170911-pat00005
는 지구 반경,
Figure 112014077170911-pat00006
는 전리층 고도를 나타낸다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 경사 가중치는 사용자 단말기와 위성간의 전리층 통과점을 구한 후 상기 전리층 통과점에서 계산되는 값인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 대류층 모델은 콜린즈 모델인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 나머지 오차 정보는 상기 GBAS 기준국에서 구분하여 측정할 수 없는 위성 궤도 및 시계 오차를 포함한 것으로 PRC로 통합하여 사용자 수신기에서 보상되는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예에는, GBAS 기준국이 위성으로부터 위치 정보를 수신하는 단계; 상기 GBAS 기준국이 수신된 위치 정보의 공간 이격 오차에 따른 위치 오차를 보정하기 위한 벡터형 보정 정보를 생성하는 단계; 상기 GBAS 기준국이 상기 벡터형 보정 정보를 전송하는 사용자 단말기로 전송하는 단계; 및 상기 사용자 단말기가 전송된 벡터형 보정 정보를 이용하여 현재의 위치를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 GBAS 운용범위 확장을 위한 벡터형 오차 보정 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 기존의 1개 스칼라 보정정보로 통합된 오차성분을 최대한 구분하여 벡터 보정정보로 사용자에게 전송하면 수평 또는 수직 공간 이격 오차(Spatial Decorrelation)를 최소화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 GBAS 기준국의 서비스 영역을 확장하고, 독자적인 메시지 프로토콜을 가지므로 군사용 정밀항법 장비 개발 측면에서 특히 장점을 갖는다는 점을 들 수 있다.
도 1은 GPS(Global Positioning System) 주요 오차 및 GBAS(Ground Based Augmentation System, 특히 DGPS(Differential GPS)) 개념을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 벡터형 GBAS 기준국의 신호처리 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 벡터형 GBAS 사용자 단말기의 신호처리 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 지상 사용자가 일반적인 GBAS를 사용할 때, 위치오차 시뮬레이션 결과이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 벡터형 GBAS를 사용할 때, 위치오차 시뮬레이션 결과이다.
도 6은 고고도(고도 30km) 사용자가 기존 GBAS를 사용할 때, 위치오차 시뮬레이션 결과이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고고도(고도 30km) 사용자가 벡터형 GBAS를 사용할 때, 위치오차 시뮬레이션 결과이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 GBAS 운용범위 확장을 위한 벡터형 오차 보정 방법 및 장치를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 GPS(Global Positioning System) 주요 오차 및 GBAS(Ground Based Augmentation System, 특히 DGPS(Differential GPS)) 개념을 나타낸 도면이다. 부연하면, 도 1은 위성(110)의 위치 오차를 표현한 것이다. 도 1을 참조하면, 기준국(120)이 보정정보를 사용자 단말기(130)에 전송한다.
한편, 기준국(120)은 DGPS 기준국 또는 GBAS 기준국이 될 수 있다. GBAS 기준국은 GPS의 주요 오차성분인 위성 궤도 및 시계오차, 전리층 지연, 대류층 지연 중에서 전리층 지연을 이중 주파수로 직접 측정할 수 있으며, 정밀 대류층 지연 보상을 위한 기상정보를 기상센서로 측정할 수 있다. 나머지 오차는 PRC(Pseudorange Correction) 항으로 전송할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 벡터형 GBAS 기준국의 신호처리 과정을 보여주는 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 벡터형 GBAS 사용자 단말기의 신호처리 과정을 보여주는 흐름도이다. 기존 GBAS 기준국 신호처리 알고리즘 이외에 추가적으로 온도/습도/압력 등의 기상 데이터 측정 센서값으로 이루어진 기상 정보, 전리층의 지연 추정 정보, 나머지 오차 정보인 PRC(Pseudorange Correction) 정보의 3개로 오차성분을 벡터 보정 정보로 구분하여 사용자에게 전송한다. GBAS는 GPS 주요 오차를 1개항, 즉 총 PRC로 측정하여 전송한다. 여기서 PRC는 위성과 기준국간의 거리 측정값인 유사 범위(Pseudorange)의 오차(참값 대비 측정값)을 나타낸다. 즉, 총 PRC로 계산한 1개 값으로 전송한다.
본 발명의 일실시예에서는 기준국(도 1의 120)에서 기상 정보를 보내 사용자 단말기(도 1의 130)에서 이를 바탕으로 대류층 지연을 추정한다. 또한, 기준국(120)에서 이중 주파수로 측정한 전리층 지연을 보내 사용자 단말기(130)에서 전리층 지연을 추정하고, 기준국(120)에서 총 PRC로부터 위 두개의 지연을 뺀 "나머지 PRC"를 사용자에 보내 각각 따로따로 보상한다.
위와 같이 오차성분을 구분하여 적용하면, 사용자에서 보정정보를 사용하였을 경우 수평 또는 수직 공간 이격 오차(Spatial Decorrelation)를 최소화시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, GBAS 기준국은 GPS 데이터를 수신하고, 기상 데이터를 읽어 드린다(단계 S210,S220). 기상 데이터 및/또는 GPS 데이터를 이용하여 GPS 위성 클럭/위치를 계산하고, 위치 계산(Positioning)을 수행하여 솔루션이 수렴하는지를 판단한다(단계 S240,S250). 솔루션을 설명하면, 위치 계산을 하는 방법은 최소자승법인데, 이는 임시적인 위치를 대입한 후 위치 보정값을 계산하고, 이 값으로 위치를 보정하고 다시 그 위치를 대입하여 또 위치 보정값을 계산한다. 따라서, 연속적으로 몇 회를 수행하면 일반적으로 솔루션(즉, 위치해)는 수렴하게 된다. 즉, 솔루션(Solution)은 위치해란 의미이고 구하고싶은 위치 측정값이다.
단계 S250에서, 판단 결과, 솔루션이 수렴하면 잔여 테스트를 수행한다(단계 S251). 잔여 테스트를 설명하면, 앞에서 설명한 바와 같이, Solution을 계산하면 모든 위성에 대한 관찰값의 오차를 계산할 수 있는데 그 오차 중에 특정값보다 크면 그 위성은 제거하는 것이 잔여 테스트(Residual test)이다.
이와 달리, 단계 S250에서, 판단 결과, 솔루션이 수렴하지 않으면 단계 S240 내지 단계 S250이 반복 수행된다.
잔여 테스트가 수행된 후, 관찰값 거절에 해당하는 지를 판단한다(단계 S260). 앞에서 설명한 잔여 테스트(Residual test)와 같이, 모든 위성에 대한 오차(참값대비 관찰값 차이)를 계산하여 그 값이 특정값 이상이면 관찰값을 제거한다.
단계 S260에서, 판단 결과, 관찰값 거절에 해당하면 관찰값을 제거하고(단계 S262), 단계 S240 내지 단계 S260이 반복 수행된다.
단계 S260에서, 판단 결과, 관찰값 거절에 해당하지 않으면, PRC 정보를 생성한다(단계 S261).
이후, 전리층, 대류층 지연을 추정하여 지연 추정 정보를 생성하고, 나머지 PRC 정보를 계산하고, 이들 기상 정보, 전리층 및 대류층의 지연 추정 정보, 나머지 PRC 정보를 사용자 단말기(도 1의 130)에 전송한다(단계 S280,S290).
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 벡터형 GBAS 사용자 단말기의 신호처리 과정을 보여주는 흐름도이다. 부연하면, 사용자 단말기도 앞에서 설명한 바와 같이 기준국과 같은 기능을 수행한다. 도 3을 참조하면, 사용자 단말기(130)는 기준국(120)으로부터 이들 기상 정보, 전리층 및 대류층의 지연 추정 정보, 나머지 PRC 정보를 수신하고, 이를 이용하여 전리층 및/또는 대류층의 지연을 추정하고 총 RPC를 생성한다(단계 S320,S330,S340). 물론, 사용자 단말기(130)는 GPS 데이터도 수신한다.
이후, 이들 지연 추정 정보 및/또는 총 RPC를 이용하여 차등 위치탐색을 수행하고, 솔루션이 수렴하는지를 판단한다(단계 S350,S360).
단계 S360에서, 판단 결과, 솔루션이 수렴하면 잔여 테스트를 수행한다(단계 S370). 이와 달리, 단계 S370에서, 판단 결과, 솔루션이 수렴하지 않으면 단계 S350 내지 단계 S360이 반복 수행된다.
잔여 테스트가 수행된 후, 관찰값 거절에 해당하는 지를 판단한다(단계 S370).
단계 S370에서, 판단 결과, 관찰값 거절에 해당하면 관찰값을 제거하고(단계 S381), 단계 S350 내지 단계 S380이 반복 수행된다.
단계 S280에서, 판단 결과, 관찰값 거절에 해당하지 않으면, 솔루션을 완성한다(단계 S390).
부연하면, 기존의 1개 스칼라 보정 정보로 통합된 오차성분을 3개로 구분하여 벡터 보정정보로 사용자 단말기에게 전송한다. 이러한 벡터 보정정보 중 전리층 지연 보정을 들 수 있다. 전리층 지연 보정은, 수평공간 이격에 따른 전리층 오차 감쇄를 위해 단일 기준국에서 이중주파수 수신기를 이용해서 추정한 정밀 전리층 지연값을 사용자 단말기(도 1의 130)에게 전송하고, 사용자 단말기는 이를 이용하여 보상하는 방법이다.
사용자 단말기(도 1의 130)는 저가의 단일 L1 주파수 수신기를 사용하기 때문에 GBAS 기준국처럼 이중 주파수 측정치를 활용하여 전리층 지연을 추정할 수 없다.
따라서 사용자 단말기(130)는 기준국(도 1의 120)으로부터 전송받은 수직 전리층 지연값을 이용하여 자신의 위치에 맞는 경사 가중치 Q값을 곱하여 실제와 유사한 전리층 지연값을 추정할 수 있게 된다.
기준국(120)으로부터 전송받은 수직 전리층 지연값을
Figure 112014077170911-pat00007
라고 할 때, 사용자의 경사 전리층 지연값은 다음과 같은 식을 통해서 계산할 수 있다.
Figure 112014077170911-pat00008
이 때 사용자의 경사 가중치 Q는 일반적인 아래의 식으로 계산된다.
Figure 112014077170911-pat00009
여기서,
Figure 112014077170911-pat00010
는 위성 앙각
Figure 112014077170911-pat00011
는 지구 반경
Figure 112014077170911-pat00012
는 전리층 고도(약 350km)이다.
즉 사용자의 전리층 지연 계산을 위해, 먼저 전리층 지연은 고도 약 80 내지 1000km에 분포하지만 고도 약 350km에 집중적으로 분포한다고 가정하고, 사용자 단말기(130)와 위성(110) 간의 전리층 통과점을 구한 후 그 지점에서의 경사 가중치 Q를 계산하게 된다.
한편, 대류층 지연 보정은 수직공간 이격에 따른 대류층 지연 오차 저감을 위해, 기준국(120)에서 측정된 온도 및/또는 습도 및/또는 압력 등의 기상 데이터를 사용자 단말기(130)에게 전송하고, 사용자 단말기(130)는 이를 이용하여 기상정보 활용 대류층 지연 모델로 보상하는 방법이다.
대류층 지연의 계산에 널리 사용되는 대표적인 모델로는 Hopfield 모델을 들 수 있다. 하지만 Hopfield 모델은 온도, 습도, 압력 정보를 이용하여 지표면에서의 대류층 지연을 계산하기 때문에 고고도 사용자에게는 적당하지 않은 모델이다.
고도가 고려된 대류층 모델의 대표적인 예는 Collins 모델을 들 수 있다. Collins 모델은 사용자의 위도, 고도, day of year를 입력값으로 받아 계절별, 위도별 대표값을 선형 보간하여 기상데이터를 얻고 그 값으로부터 대류층 지연을 계산하게 된다.
하지만 사용자 단말기가 대류층을 계산할 때의 기상 정보가 계절별, 위도별 대표값과 유사하지 않다면 대류층 보정 오차가 증가할 수밖에 없다. 따라서 보다 우수한 정확도 성능을 얻기 위하여 본 발명의 일실시예에서는 기준국(120)으로부터 전송받은 직접 측정된 기상 데이터를 활용하여 수직 대류층 지연값을 추정하게 된다. 사용자는 계산된 수직 대류층 지연에 자신의 위치에 맞는 경사 가중치를 곱하여 경사 대류층 지연을 구하여 오차를 저감시킬 수 있다.
또한, 나머지 PRC 보정은 전리층 및/또는 대류층 지연 이외의 GPS 주요 오차성분인 위성궤도 및 시계 오차 등은 기준국 이격 거리에 따라 오차 증가가 작다. 따라서 전리층 및/또는 대류층 지연 이외의 모든 오차성분을 1개의 항으로 계산한 나머지 PRC 보정항을 사용자에게 전송하는 방법이다.
GBAS 및/또는 DGPS는 기준국과 사용자 단말기로 나누어져 있으며, 기준국에서는 PRC 등의 보정정보를 만들고, 사용자 단말기는 그것을 사용하여 위치 정확도를 높이는 시스템이다.
기준국에서 PRC 등의 보정정보를 만들기 위해서는 위치계산(Positioning)을 해야되고, 오차가 큰 관찰값은 제거해야 된다. 따라서 기준국이나 사용자 단말기 모두 같은 기능을 수행해야 하고, GBAS 사용자 단말기에서도 위치계산시 오차가 큰 관찰값을 제거해야 하기 때문에 유사한 작업을 수행한다.
본 발명은 기존의 1개 스칼라 보정정보로 통합된 오차성분을 최대한 구분하여 벡터 보정정보로 사용자에게 전송하면 수평 또는 수직공간 이격 오차(Spatial Decorrelation)를 최소화시킬 수 있는 방법이다.
먼저 이를 검증하기 위해 기준국 거리 및 고도에 따라 본 발명인 벡터형 GBAS의 오차분석을 시뮬레이션으로 수행한 결과는 도 4 내지 도 7과 같다. 오차분석시 각각의 오차성분은 실제와 유사한 GPS 오차성분을 모델링하여 사용하였다.
도 4에 도시된 바와 같이 지상 사용자가 일반 GBAS 기술을 적용하면 거리에 따라 오차가 커지나 도 5에 도시된 바와 같이 벡터형 GBAS는 오차 증가가 매우 작음을 알 수 있다. 즉, 도 4는 지상 사용자가 일반적인 GBAS를 사용할 때, 위치오차 시뮬레이션 결과이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 벡터형 GBAS를 사용할 때, 위치오차 시뮬레이션 결과이다.
특히 도 6에서 고고도 사용자는 일반 GBAS의 경우 대류층 지연 오차를 분리하지 않아서 GBAS 효과가 없으나, 도 7에서 벡터형 GBAS는 전리층 및 대류층을 분리하여 보상하였기 때문에 양호한 성능을 보인다. 즉, 도 6은 고고도(고도 30km) 사용자가 기존 GBAS를 사용할 때, 위치오차 시뮬레이션 결과이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고고도(고도 30km) 사용자가 벡터형 GBAS를 사용할 때, 위치오차 시뮬레이션 결과이다.
위와 같이 벡터형 GBAS 방법은 수평 공간이격 및/또는 수직 공간이격에 따라 GPS 오차성분을 정상적으로 제거할 수 있어 서비스 영역이 확장됨을 알 수 있다.
일반적으로 다수 기준국을 네트워크로 묶어 사용하는 SBAS(Satellite Based Augmentation System) 방식이 서비스 영역 확장 방법이나 다수의 기준국 구축이 필요하고, 다중 동기화 신호처리 과정이 필요하여 개발비용이 과대하다.
본 발명의 일실시예는 GBAS 기준국의 서비스 영역을 확장하고, 독자적인 메시지 프로토콜을 가지므로 군사용 정밀항법 장비 개발 측면에서 특히 장점이 있다.
110: 위성
120: 기준국
130: 사용자 단말기

Claims (9)

  1. 위성;
    상기 위성으로부터 위치 정보를 수신하고 공간 이격 오차에 따른 위치 오차를 보정하기 위한 벡터형 보정 정보를 생성하여 전송하는 GBAS(Ground Based Augmentation System) 기준국; 및
    전송된 벡터형 보정 정보를 이용하여 현재의 위치를 계산하는 사용자 단말기;를 포함하며,
    상기 벡터형 보정 정보는, 전리층 지연을 이중 주파수로 직접 측정하여 생성된 전리층 지연값, 대류층 지연 보상을 위해 기상센서로부터 측정된 기상 정보, 및 PRC(Pseudorange Correction) 항으로 적용되는 나머지 오차 정보이고,
    상기 사용자 단말기는 전리층 지연값을 사용자의 경사 가중치로 계산하여 보상하고, 대류층 지연을 기상정보로 대입한 대류층 모델로 보상하는 것을 특징으로 하는 GBAS 운용범위 확장을 위한 벡터형 오차 보정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전리층 지연값은 수직 전리층 지연값이며, 수학식
    Figure 112015111379147-pat00013
    (여기서,
    Figure 112015111379147-pat00014
    는 수직 전리층 지연값이고, Q는 경사 가중치를 나타낸다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 GBAS 운용범위 확장을 위한 벡터형 오차 보정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 경사 가중치는 수학식
    Figure 112015111379147-pat00015
    (여기서,
    Figure 112015111379147-pat00016
    는 위성 앙각,
    Figure 112015111379147-pat00017
    는 지구 반경,
    Figure 112015111379147-pat00018
    는 전리층 고도를 나타낸다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 GBAS 운용범위 확장을 위한 벡터형 오차 보정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 경사 가중치는 사용자 단말기와 위성간의 전리층 통과점을 구한 후 상기 전리층 통과점에서 계산되는 값인 것을 특징으로 하는 GBAS 운용범위 확장을 위한 벡터형 오차 보정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 대류층 모델은 콜린즈 모델인 것을 특징으로 하는 GBAS 운용범위 확장을 위한 벡터형 오차 보정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 나머지 오차 정보는 상기 GBAS 기준국에서 구분하여 측정할 수 없는 위성 궤도 및 시계 오차를 포함한 것으로 PRC로 통합하여 사용자 수신기에서 보상되는 것을 특징으로 하는 GBAS 운용범위 확장을 위한 벡터형 오차 보정 장치.
  9. GBAS 기준국이 위성으로부터 위치 정보를 수신하는 단계;
    상기 GBAS 기준국이 수신된 위치 정보의 공간 이격 오차에 따른 위치 오차를 보정하기 위한 벡터형 보정 정보를 생성하는 단계;
    상기 GBAS 기준국이 상기 벡터형 보정 정보를 전송하는 사용자 단말기로 전송하는 단계; 및
    상기 사용자 단말기가 전송된 벡터형 보정 정보를 이용하여 현재의 위치를 계산하는 단계;를 포함하며,
    상기 벡터형 보정 정보는, 전리층 지연을 이중 주파수로 직접 측정하여 생성된 전리층 지연값, 대류층 지연 보상을 위해 기상센서로부터 측정된 기상 정보, 및 PRC(Pseudorange Correction) 항으로 적용되는 나머지 오차 정보이고,
    상기 사용자 단말기는 전리층 지연값을 사용자의 경사 가중치로 계산하여 보상하고, 대류층 지연을 기상정보로 대입한 대류층 모델로 보상하는 것을 특징으로 하는 GBAS 운용범위 확장을 위한 벡터형 오차 보정 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102112825B1 (ko) * 2017-12-26 2020-05-19 한국항공우주연구원 실시간 위성항법 정보 보정 시스템, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록매체
KR102198297B1 (ko) * 2019-03-13 2021-01-04 국방과학연구소 복수의 위성항법 전리층측정치의 지향성 처리 방법 및 그 시스템

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007010422A (ja) * 2005-06-29 2007-01-18 Toshiba Corp 測位システム

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101211703B1 (ko) 2010-10-15 2012-12-12 인하대학교 산학협력단 시선벡터를 이용한 자장계 오차 보정방법 및 이를 이용한 통합 항법 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007010422A (ja) * 2005-06-29 2007-01-18 Toshiba Corp 測位システム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101970240B1 (ko) * 2017-12-18 2019-04-18 한국과학기술원 전리층 위협 완화를 위한 무인항공기 탑재 위성기하 분별 방법 및 장치

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