KR101738384B1 - System for integrity checking of measured location of DGNSS and method for integrity checking using for thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템 및 이를 이용한 무결성 검사방법에 관한 것으로서, DGNSS 이용자들이 수신기가 측정한 위치 값을 받아 항법에 활용할때 매번 측정되는 위치 값이 포함한 오차의 크기가 이용자가 원하는 수준보다 작은지 여부를 검사하고 그 결과를 제공함으로써 이용자의 안전한 항해를 도모할 수 있는 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템 및 이를 이용한 무결성 검사방법에 관한 것이다.The present invention relates to an integrity checking system for a DGNSS measuring position and an integrity checking method using the same. More specifically, when the DGNSS users receive a position value measured by a receiver, The present invention relates to an integrity checking system for a DGNSS measurement position and an integrity checking method using the same.
일반적으로, 위성항법시스템(GNSS, Global Navigation Satellite System)은 위성을 이용한 전파항법시스템으로 미국의 GPS, 러시아의 GLONASS, 유럽연합의 Galileo, 중국의 BeiDou 등이 운영 중이다. In general, the Global Navigation Satellite System (GNSS) is a radio navigation system using satellites such as US GPS, GLONASS in Russia, Galileo in EU and BeiDou in China.
이러한 위성항법시스템 이용자는 위성항법시스템만을 이용한 경우보다 더욱 정확한 측정 결과를 획득하기 위하여 위성항법시스템과 함께 위성항법보정시스템을 이용하는데 이러한 위성항법보정시스템(DGNSS, Differential Global Navigation Satellite System)은 GNSS의 신호를 수신하고 이에 대한 보정정보를 생성하여 방송함으로써 사용자들이 보다 정확한 위치를 측정하도록 하는 시스템이다. The satellite navigation system (DGNSS, Differential Global Navigation Satellite System) is used by GNSS to obtain more accurate measurement results than satellite navigation system. A system for receiving a signal and generating correction information therefrom and broadcasting it so that users can measure a more accurate position.
이러한 육상/해양/항공 항법에 사용되는 DGNSS 수신기는 정확한 위치 값을 제공하지만 때때로 오차가 매우 큰 위치 값을 제공하는 경우도 있다.The DGNSS receivers used in these land / marine / air navigation systems provide accurate position values, but occasionally they provide very large position values.
만약 DGNSS 수신기가 오차가 큰 위치 값을 제공하면 사용자는 항로를 이탈하거나 장애물과의 관계해석에 실패하여 위험에 빠지게 될 수 있다.If the DGNSS receiver provides a positional value with a large error, the user may be in danger because he or she fails to interpret the relationship with the obstacle.
이와 관련하여, 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)는 미래 위성항법시스템에 대한 해양분야의 요구성능을 권고하는데, 그 중 하나로 위성항법시스템이 항법에 이용되면 안 될 경우에 경보를 제공하는 무결성 요건이 있다.In this regard, the International Maritime Organization (IMO) recommends the performance requirements of the maritime sector for future satellite navigation systems, one of which is the integrity of the satellite navigation system providing alarms There is a requirement.
또한, 국제민간항공기구(ICAO, International Civil Aviation Organization)도 항공기의 항법이나 이착륙 안전을 도모하기 위한 무결성 성능을 요구하고 있다.In addition, the International Civil Aviation Organization (ICAO) also calls for integrity performance to ensure aircraft navigation and landing and landing safety.
그러나 현재 DGNSS 사용자는 매번 측정된 위치 값이 얼마나 부정확한지 확인할 방법이 없는 문제가 있다.However, the present DGNSS user has a problem in that there is no way to check the accuracy of the measured position value each time.
선행특허는 GPS 위치오차 보정정보 제공시스템에서 IGS(International GPS Service)를 이용하여 GPS 위치오차 보정정보를 생성하여 제공하기 위한 GPS 위치오차 보정정보 제공방법 및 상기 GPS 위치오차 보정정보를 이용하여 GPS 수신기에서 GPS 위치오차를 보정하기 위한 GPS 위치오차 보정방법과 상기 방법들을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 구성이 기재되어 있다.The prior art discloses a method for providing GPS position error correction information for generating and providing GPS position error correction information using IGS (International GPS Service) in a GPS position error correction information providing system and a method for providing GPS position error correction information using a GPS receiver A GPS position error correction method for correcting a GPS position error in a vehicle, and a computer-readable recording medium on which a program for realizing the methods are recorded.
그러나, 선행특허는 기준국의 보정정보를 이용한 보정 후에도 존재하는 잔여오차가 사용자 위치에 미치는 영향을 나타내는 것이 아닌 위치오차를 보정하기만 하는 것으로 지속적으로 DGNSS 사용자가 매번 측정된 위치 값이 얼마나 부정확한지 확인할 방법이 없는 기존의 문제점을 그대로 가지고 있는 문제가 있다.However, the prior patent does not show the influence of the residual error existing on the user position even after the correction using the correction information of the reference station, but merely corrects the position error, and it is difficult for the DGNSS user There is a problem that the existing problem which does not have a check method is inherited.
본 발명은 DGNSS 수신기가 때때로 제공하는 매우 큰 오차를 포함한 위치 측정치를 이용자가 사용하기 전에 제거하여 이용자가 원하는 수준의 품질을 가진 측정치만을 활용함으로써 이용자의 안전을 도모할 수 있도록 하는 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템 및 이를 이용한 무결성 검사방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention eliminates position measurements, including very large errors that are sometimes provided by DGNSS receivers, before they are used by the user, thereby ensuring the safety of the user by utilizing only measurements having a desired level of quality. And an integrity checking method using the same.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템은, GNSS 위성군에서 송신되는 GNSS 신호를 수신하고 해석하여 GNSS 원시데이터를 제공하는 GNSS(위성항법 시스템: Global Navigation Satellite System) 수신모듈; 상기 GNSS 수신모듈에서 제공한 GNSS 원시데이터를 받아 측정 시각, 수신기 시계 오차, 각 위성별 의사거리, 각 위성별 의사거리의 표준편차, 각 위성의 위치, 각 위성의 시계 오차인 GNSS 정보를 획득하여 오차 추정부 및 보정측위모듈에 제공하는 획득모듈; DGNSS 기준국에서 송신되는 DGNSS 신호를 수신하고 해석하여 DGNSS 원시데이터를 제공하는 보정정보 수신모듈; 상기 보정정보 수신모듈에서 제공한 DGNSS 원시데이터를 받아 보정치 생성 시각(MZC, Modified-Z Count), 위성별 보정치, 위성별 UDRE(User Differential Range Error) 및 기준국 위치인 DGNSS 정보를 획득하여 오차 추정부 및 보정측위모듈에 제공하는 보정정보 획득모듈; 상기 획득모듈에서 제공한 GNSS 정보와 보정정보 획득모듈에서 제공한 DGNSS 정보를 이용하여 차분보정(Differential correction) 방법으로 사용자의 DGNSS 위치를 측정하고, 측정된 사용자의 DGNSS 위치와 DGNSS 위치 측정에 사용된 각 위성의 위치를 오차 추정부 및 생성모듈에 제공하는 보정 측위모듈; 상기 획득모듈에서 제공한 GNSS 정보를 이용하여 추정한 위성별 의사거리 오차 추정치를 제공하는 의사거리 오차 추정모듈과, 보정정보 획득모듈에서 제공한 DGNSS 정보와 보정 측위모듈에서 제공한 사용자의 DGNSS 위치를 이용하여 추정한 위성별 비공통 오차 추정치를 제공하는 비공통 오차 추정모듈 및 보정정보 획득모듈에서 제공한 DGNSS 정보를 이용하여 추정한 위성별 보정치 오차 추정치를 제공하는 보정치 오차 추정모듈로 이루어지는 오차 추정부; 상기 보정 측위모듈 및 오차 추정부를 통해 제공되는 사용자의 DGNSS 위치, DGNSS 위치 측정에 사용된 각 위성의 위치, 위성별 의사거리 오차 추정치, 위성별 비공통 오차 추정치, 위성별 보정치 오차 추정치를 이용하여 사용자가 원하는 수준의 보호수준(Protection Level)을 계산하여 제공하는 생성모듈 및 상기 생성모듈을 통해 제공되는 보호수준을 받아 사용자가 원하는 경보한계(Alert Limit)와 비교하여 사용자의 해당 DGNSS 위치 측정치를 항법에 활용할 것인지 여부를 결정하는 무결성 검사모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a system for checking the integrity of a DGNSS measurement location, comprising: a GNSS (Global Navigation Satellite System) receiving and analyzing a GNSS signal transmitted from a GNSS satellite group and providing GNSS raw data; module; And receives GNSS raw data provided by the GNSS receiving module to obtain measurement time, receiver clock error, pseudo distance by each level, standard deviation of each pseudo distance, position of each satellite, and GNSS information, which is a clock error of each satellite An acquisition module for providing the error estimation unit and the corrected positioning module; A correction information receiving module for receiving and interpreting a DGNSS signal transmitted from a DGNSS reference station and providing DGNSS raw data; (DGNSS) data provided by the correction information receiving module to obtain correction value creation time (MZC, Modified-Z Count), position correction value, UDRE (User Differential Range Error) A correction information acquisition module provided to the government and the corrected positioning module; The DGNSS position of the user is measured by a differential correction method using the GNSS information provided by the acquisition module and the DGNSS information provided by the correction information acquisition module, and the DGNSS position of the user and the DGNSS position A correction positioning module for providing a position of each satellite to an error estimation unit and a generation module; A pseudo distance error estimation module for estimating a pseudorange distance error estimated value using the GNSS information provided by the acquisition module; a DGNSS information providing module for providing the correction information and a DGNSS position of the user provided by the correction positioning module; And a correction value error estimation module for providing a gross-gender-by-gender-by-gender-error estimation value using the DGNSS information provided by the correction information acquisition module, ; A DGNSS position, a position of each satellite used for DGNSS position measurement, a pseudorange error estimation value for each gender, a non-common error estimation value for each gender, and a gender-specific correction error estimation value provided through the corrected positioning module and error estimation unit, And a protection level provided through the generation module and compares the protection level with a desired alert limit to thereby measure the corresponding DGNSS position measurement value of the user. And an integrity checking module that determines whether or not to utilize the information.
구체적으로, 상기 보정정보 수신모듈(20)은 DGNSS 기준국에서 송신되는 DGNSS 신호를 중파, NTRIP, Eurofix, AIS(Auto Identification System) 또는 DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 중 어느 하나 또는 다수를 통하여 수신받는 것을 특징으로 한다.Specifically, the correction
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법은, DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법은, GNSS 수신모듈에서 GNSS 위성군의 GNSS 신호를 수신하여 해석한 GNSS 원시데이터 및 보정정보 수신모듈에서 DGNSS 기준국의 DGNSS 신호를 수신하여 해석한 DGNSS 원시데이터를 획득모듈과 보정정보 획득모듈에서 제공받는 단계; 상기 제공받는 단계에서 GNSS 수신모듈을 통해 GNSS 원시데이터를 제공받아 획득모듈에서 생성한 측정 시각, 수신기 시계 오차, 각 위성별 의사거리, 각 위성별 의사거리의 표준편차, 각 위성의 위치, 각 위성의 시계 오차인 GNSS 정보 및 상기 제공받는 단계에서 보정정보 수신모듈을 통해 DGNSS 원시데이터를 제공받아 보정정보 획득모듈에서 생성한 보정치 생성 시각(MZC, Modified-Z Count), 위성별 보정치, 위성별 UDRE(User Differential Range Error) 및 기준국 위치인 DGNSS 정보를 오차 추정부 및 보정측위모듈에 제공하는 단계; 상기 제공하는 단계를 통해 생성된 GNSS 정보와 DGNSS 정보를 이용하여 보정 측위모듈에서 차분보정(Differential correction) 방법으로 사용자의 DGNSS 위치를 측정하는 단계; 상기 사용자의 DGNSS 위치를 측정하는 단계를 통해 측정된 사용자의 DGNSS 위치, 상기 제공하는 단계를 통해 획득모듈에서 생성한 GNSS 정보 및 상기 보정정보 획득모듈에서 생성한 DGNSS 정보를 통해 위성별 의사거리 오차 추정치, 위성별 비공통 오차 추정치 및 위성별 보정치 오차 추정치를 오차 추정부를 통해 각각 추정하는 단계; 상기 오차 추정부를 통해 각각 추정하는 단계에서 추정된 위성별 오차 추정치 및 보정 측위모듈에서 측정된 사용자의 DGNSS 위치를 통해 생성모듈에서 사용자가 원하는 수준의 보호수준을 계산하는 단계 및 상기 보호수준을 계산하는 단계를 통해 계산하여 생성한 보호수준을 사용자가 원하는 경보한계(Alert Limit)와 비교하여 해당 DGNSS 위치 측정치를 항법에 활용할 것인지 여부를 무결성 검사모듈을 통해 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 오차 추정부를 통해 각각 추정하는 단계는, 상기 획득모듈에서 제공한 GNSS 정보를 이용하여 의사거리 오차 추정모듈을 통해 위성별 의사거리 오차를 추정하는 단계; 상기 보정정보 획득모듈에서 제공한 DGNSS 정보 및 보정 측위모듈에서 제공한 사용자의 DGNSS 위치를 이용하여 비공통 오차 추정모듈을 통해 기준국과 사용자 간의 거리를 구하고 이에 따른 위성별 비공통 오차를 추정하는 단계 및 상기 보정정보 획득모듈에서 제공한 DGNSS 정보를 이용하여 보정치 오차 추정모듈을 통해 위성별 보정치 오차를 추정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 의사거리 오차 추정모듈을 통해 위성별 의사거리 오차를 추정하는 단계는, 상기 획득모듈에서 오차 추정부 및 보정측위모듈에 전달하는 각 위성별 의사거리의 표준편차를 사용할 것인지의 여부를 결정하며, 상기 각 위성별 의사거리의 표준편차를 사용할 것인지의 여부를 결정할 때 사용할 것으로 결정되면, 관계식 1을 통해 각 위성별 의사거리의 표준편차()를 취하여 위성별 의사거리 오차 추정치()를 구하고, 상기 각 위성별 의사거리의 표준편차를 사용할 것인지의 여부를 결정할 때 사용하지 않을 것으로 결정되면, 관계식 2를 통해 각 위성별 의사거리()에서 각위성의 시계 오차()와 수신기 시계 오차()를 보상한 각 위성별 조정된 의사거리 오차()를 구하고 관계식 3을 통해 각 위성별 조정된 의사거리 오차()의 표준편차()를 취하여 위성별 의사거리 오차 추정치()를 구하는 것을 특징으로 한다.
상기 비공통 오차 추정모듈을 통해 위성별 비공통 오차를 추정하는 단계는, 상기 DGNSS 정보의 기준국 위치와 상기 보정 측위모듈(40)에서 측정된 사용자의 DGNSS 위치를 이용하여 기준국과 사용자 사이의 거리()를 구하고, 이를 관계식 4을 통해 비공통 오차()를 추정하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an integrity checking method using an integrity checking system for a DGNSS measurement location, the method comprising: receiving a GNSS signal of a GNSS satellite group from a GNSS receiving module; Receiving DGNSS primitive data obtained by analyzing the GNSS primitive data and correction information receiving module and receiving the DGNSS signal of the DGNSS reference station and receiving the DGNSS primitive data from the obtaining module and the correction information obtaining module; In the providing and receiving step, GNSS source data is received through the GNSS receiving module, and the measurement time, receiver clock error, standard deviation of each pseudo range, satellite position, satellite (MZC, Modified-Z Count) generated by the correction information acquiring module, DGNSS raw data through the correction information receiving module in the receiving step, (User Differential Range Error) and DGNSS information, which is a reference station position, to the error estimation unit and the correction positioning module; Measuring a DGNSS position of a user using a differential correction method in a correction positioning module using GNSS information and DGNSS information generated through the providing step; A DGNSS position of the user measured through the step of measuring the DGNSS position of the user, GNSS information generated by the acquisition module through the providing step, and DGNSS information generated by the correction information acquisition module, , A common non-common error estimate for each gender and an error estimate for each gender by an error estimator; Calculating a protection level of a desired level by a user in a generation module through a positional error estimation value estimated by the error estimating unit and a DGNSS position of a user measured by the correction positioning module, Comparing the generated protection level with an alert limit desired by the user and determining whether the DGNSS position measurement value is to be used for navigation through the integrity checking module.
Estimating the pseudorange error by the pseudorange error estimating module using the GNSS information provided by the acquiring module; Calculating a distance between the reference station and the user through the non-common error estimation module using the DGNSS information provided by the correction information acquisition module and the DGNSS position of the user provided by the correction positioning module, and estimating a non- And estimating a correction value for each sex by using a correction value error estimation module using the DGNSS information provided by the correction information acquisition module.
Wherein the step of estimating the pseudo distance error by the pseudo distance using the pseudo distance error estimation module determines whether or not to use the standard deviation of the pseudo distance by each degree transmitted to the error estimation unit and the correction positioning module in the acquisition module, wherein when each of the above when deciding whether to use the standard deviation of the sex pseudoranges determined to be used, the standard deviation of each of the above gender pseudorange through a relational expression 1 ( ) And the estimated pseudorange error ) For obtaining, when each of the above decision that the gender is not used when determining whether or not to use the standard deviation of a distance, each of the above gender pseudorange through a second relational expression ( ), The clock error of each satellite ) And receiver clock error ( ) Adjusted pseudorange error for each position compensated ( ) To obtain the above, each sex adjusted by a
The step of estimating non-common error for each gender through the non-common error estimation module may include estimating a non-common error between the reference station and the user using the reference station position of the DGNSS information and the DGNSS position of the user measured by the correction positioning module Street( ), And this is calculated as a non-common error ( ).
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상기 보정치 오차 추정모듈을 통해 위성별 보정치 오차를 추정하는 단계는, 상기 보정정보 획득모듈(35)에서 오차 추정부 및 보정측위모듈에 전달하는 각 위성별 UDRE를 사용할 것인지의 여부를 결정하며, 상기 각 위성별 UDRE를 사용할 것인지의 여부를 결정할 때 사용할 것으로 결정되면, 관계식 5을 통해 각 위성별 UDRE()를 취하여 위성별 보정치 오차 추정치()를 구하고, 상기 각 위성별 UDRE를 사용할 것인지의 여부를 결정할 때 사용하지 않을 것으로 결정되면, 관계식 6을 통해 각 위성별 보정치()의 표준편차를 취하여 위성별 보정치 오차 추정치()로 구하는 것을 특징으로 한다.
상기 사용자가 원하는 수준의 보호수준을 계산하는 단계는, 상기 오차 추정부를 통해 각각 추정하는 단계에서 추정되어 제공되는 DGNSS 정보를 통해 위성별 의사거리 오차 추정치(), 위성별 비공통 오차 추정치() 및 위성별 보정치 오차 추정치()를 식 1에 대입하여 오차 모델()을 구성하는 단계; 상기 제공하는 단계의 획득모듈에서 획득한 각 위성의 위치 및 사용자의 DGNSS 위치를 측정하는 단계의 보정 측위모듈에서 측정된 사용자의 DGNSS 위치로 ENU 좌표계에서 사용자 위치로부터 위성의 방향에 대한 각 앙각()과 방위각()을 구하고, 식 2를 통해 위성 배치를 나타내는 단위벡터 행렬()을 구성하는 단계; 상기 오차 모델()를 통해 구성된 위성별 오차모델() 값을 통해 오차모델 값의 역수값()을 식 3으로 구하고, 상기 역수값()을 식 4에 대입하여 식 4를 통해 가중치 행렬()를 구하는 단계; 상기 단위벡터 행렬()을 구성하는 단계를 통해 구해진 단위벡터 행렬()과 가중치 행렬()를 구하는 단계를 통해 구해진 가중치 행렬()을 가중최소제곱법인 식 5에 대입하여 거리영역에서 위치영역으로 투영한 투영행렬()을 구하는 단계; 상기 투영행렬()을 구하는 단계를 통해 구해진 투영행렬()의 일부 요소를 취하여 상기 오차 모델()을 구성하는 단계에서 구한 위성별 오차 모델을 곱한 후 더하는 방법으로 식 6, 식 7, 식 8 및 식 9를 통해 동쪽 방향으로의 분산 오차(), 북쪽 방향으로의 분산 오차(), 동쪽과 북쪽 방향으로의 공분산 오차() 및 수직 방향으로의 분산 오차()를 구하는 단계 및 상기 분산 오차를 구하는 단계를 통해 구해진 분산 오차 요소와 수평보호수준(, Horizontal Protection Level)에 대하여 사용자가 요구하는 무결성 리스크를 만족시키는 표준점수()와 수직보호수준(, Vertical Protection Level)에 대하여 사용자가 요구하는 무결성 리스크를 만족시키는 표준점수()를 이용하여 수평보호수준과 수직보호수준을 식 10 및 식 11을 통해 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The step of estimating the correction value error by the correction value error estimation module determines whether or not to use the UDRE of each position transmitted to the error estimation unit and the correction positioning module in the correction
The step of calculating the level of protection desired by the user may further include the step of estimating the degree of protection by using the DGNSS information estimated by the estimating step through the error estimating unit, ), Non-common error estimates by sex ) And the gender-specific correction value error estimate ) To the equation (1 ) to obtain the error model ); The angle of the satellite from the user position in the ENU coordinate system to the DGNSS position of the user measured by the calibration positioning module in the step of measuring the position of each satellite acquired by the acquisition module of the providing step and the DGNSS position of the user, ) And azimuth angle ) To obtain a unit vector matrix representing the satellite deployment through a formula (2) ( ); The error model ( ), Which is composed of ) Value, the reciprocal value of the error model value ( ) Is obtained by the equation (3 ), and the reciprocal value ), The weight matrix through formula (4) are substituted in equation (4) ( ); The unit vector matrix ( ) Obtained by the step of constructing the unit vector matrix ( ) And a weighting matrix ( ) Obtained from the weight matrix ) Is substituted into the weighted least squares equation (5 ), and a projection matrix ( ); The projection matrix ( ) Obtained by obtaining the projection matrix ( ) To obtain the error model ( ), And then multiplying the result by the error model obtained by the above step. Then, the variance error in the east direction is calculated by the equation 6, the equation 7, the
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본 발명은 GNSS 위성신호와 DGNSS 보정신호를 수신하여 항해하는 사용자가 외부의 지원없이 DGNSS 수신기 자체만으로 측정 위치의 무결성을 검사할 수 있는 효과가 있다.The present invention has an effect that a user who receives and navigates a GNSS satellite signal and a DGNSS correction signal can check the integrity of a measurement location with only the DGNSS receiver itself without external assistance.
또한, 무결성 검사를 수행함에 있어서 사용자가 원하는 수준의 무결성 리스크를 충족시키는 보호수준을 계산할 수 있고, 사용자가 원하는 크기의 경보 한계와 비교할 수 있는 효과가 있다.Also, in performing the integrity check, the user can calculate the protection level satisfying the desired level of integrity risk, and the user can compare with the alarm limit of the desired size.
도 1은 기준국의 의사거리 보정치(PRC, Pseudo-Range Correction)를 적용하여 생성된 보정된 의사거리(CPR, Corrected Pseudo-Range)에 포함된 잔여오차가 최종적인 DGNSS 사용자 위치의 오차 원인으로 작용함을 나타내는 도면이다.
도 2는 GNSS 수신기를 사용하는 사용자의 항로와 GNSS 수신기가 제공한 위치값 사이에 거리 오차가 발생되는 것을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법의 오차를 추정하는 단계의 순서를 나탄낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법의 기준국과 사용자 수신기 사이의 거리에 따라 증가하는 오차를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법의 UDRE의 스케일 팩터(Scale Factor)를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법의 1시그마 오차에 대한 UDRE(User Differential Range Error) 수치를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법의 보호수준을 결정하는 과정에 대한 순서도이다.
도 10은 본 발명에 따른 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법에 따른 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법에 따른 실험결과에서 나타난 활용 횟수에 따른 가용성을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a view illustrating a case where a residual error included in a corrected pseudo-range (CPR) generated by applying a pseudo-range correction (PRC) of a reference station is an error cause of a final DGNSS user position Fig.
2 is a diagram showing that a distance error is generated between the route of the user using the GNSS receiver and the position value provided by the GNSS receiver.
FIG. 3 is a diagram illustrating an integrity checking system for a DGNSS measurement location according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
4 is a flowchart illustrating an integrity checking method using an integrity checking system for a DGNSS measurement location according to the present invention.
5 is a flowchart illustrating a procedure of estimating an error of an integrity checking method using an integrity checking system for a DGNSS measuring position according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating an error that increases according to a distance between a reference station and a user receiver in an integrity checking method using an integrity checking system for a DGNSS measurement location according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a scale factor of a UDRE of an integrity checking method using an integrity checking system for a DGNSS measurement position according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a UDRE (User Differential Range Error) value for a 1-sigma error of an integrity checking method using an integrity checking system for a DGNSS measurement position according to the present invention.
FIG. 9 is a flowchart illustrating a procedure for determining a protection level of an integrity checking method using an integrity checking system for a DGNSS measurement location according to the present invention.
FIG. 10 is a graph showing an experimental result according to the integrity checking method using the integrity checking system of the DGNSS measuring position according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating availability according to the number of times of use, which is an experiment result according to an integrity checking method using an integrity checking system for a DGNSS measurement position according to the present invention.
이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 도면을 참고하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 하나의 발명을 설명하기 위한 것으로서 권리범위는 예시된 실시예에 한정되지 아니하고, 예시된 도면은 발명의 명확성을 위하여 핵심적인 내용만 확대 도시하고 부수적인 것을 생략하였으므로 도면에 한정하여 해석하여서는 아니 된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the particular forms disclosed. And shall not interpret it.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 나타낸 도면으로서, GNSS 위성군에서 송신되는 GNSS 신호를 수신하고 해석하여 GNSS 원시데이터를 제공하는 GNSS(위성항법 시스템: Global Navigation Satellite System) 수신모듈(10); 상기 GNSS 수신모듈(10)에서 제공한 GNSS 원시데이터를 받아 측정 시각, 수신기 시계 오차, 각 위성별 의사거리, 각 위성별 의사거리의 표준편차, 각 위성의 위치, 각 위성의 시계 오차인 GNSS 정보를 획득하여 오차 추정부(50) 및 보정측위모듈(40)에 제공하는 획득모듈(30); DGNSS 기준국에서 송신되는 DGNSS 신호를 수신하고 해석하여 DGNSS 원시데이터를 제공하는 보정정보 수신모듈(20); 상기 보정정보 수신모듈(20)에서 제공한 DGNSS 원시데이터를 받아 보정치 생성 시각(MZC, Modified-Z Count), 위성별 보정치, 위성별 UDRE(User Differential Range Error) 및 기준국 위치인 DGNSS 정보를 획득하여 오차 추정부(50) 및 보정측위모듈(40)에 제공하는 보정정보 획득모듈(35); 상기 획득모듈(30)에서 제공한 GNSS 정보와 보정정보 획득모듈(35)에서 제공한 DGNSS 정보를 이용하여 차분보정(Differential correction) 방법으로 사용자의 DGNSS 위치를 측정하고, 측정된 사용자의 DGNSS 위치와 DGNSS 위치 측정에 사용된 각 위성의 위치를 오차 추정부(50) 및 생성모듈(60)에 제공하는 보정 측위모듈(40); 상기 획득모듈(30)에서 제공한 GNSS 정보를 이용하여 추정한 위성별 의사거리 오차 추정치를 제공하는 의사거리 오차 추정모듈(51)과, 보정정보 획득모듈(35)에서 제공한 DGNSS 정보와 보정 측위모듈(40)에서 제공한 사용자의 DGNSS 위치를 이용하여 추정한 위성별 비공통 오차 추정치를 제공하는 비공통 오차 추정모듈(52) 및 보정정보 획득모듈(35)에서 제공한 DGNSS 정보를 이용하여 추정한 위성별 보정치 오차 추정치를 제공하는 보정치 오차 추정모듈(53)로 이루어지는 오차 추정부(50); 상기 보정 측위모듈(40) 및 오차 추정부(50)를 통해 제공되는 사용자의 DGNSS 위치, DGNSS 위치 측정에 사용된 각 위성의 위치, 위성별 의사거리 오차 추정치, 위성별 비공통 오차 추정치, 위성별 보정치 오차 추정치를 이용하여 사용자가 원하는 수준의 보호수준(Protection Level)을 계산하여 제공하는 생성모듈(60) 및 상기 생성모듈(60)을 통해 제공되는 보호수준을 받아 사용자가 원하는 경보한계(Alert Limit)와 비교하여 사용자의 해당 DGNSS 위치 측정치를 항법에 활용할 것인지 여부를 결정하는 무결성 검사모듈(70)을 포함한다.FIG. 3 is a diagram illustrating a system for checking the integrity of a DGNSS measurement location according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, a Global Navigation (GNSS) system, which receives and analyzes a GNSS signal transmitted from a GNSS satellite group and provides GNSS raw data, Satellite System) receiving
도 3을 참조하면, 상기 GNSS(위성항법 시스템: Global Navigation Satellite System) 수신모듈(10)은 GNSS 위성군에서 송신되는 GNSS 신호를 수신하고 해석하여 GNSS 원시데이터를 제공한다.Referring to FIG. 3, the Global Navigation Satellite System (GNSS) receiving
상기 보정정보 수신모듈(20)은 DGNSS(Differential Global Navigation Satellite System) 기준국에서 송신되는 DGNSS 신호를 수신하고 해석하여 DGNSS 원시데이터를 제공한다.The correction
상기 보정정보 수신모듈(20)은 기준국에서 전송되는 DGNSS 보정정보를 중파, NTRIP, Eurofix, AIS(Auto Identification System) 또는 DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 중 어느 하나 또는 다수를 통하여 DGNSS 보정정보를 수신하게 된다.The correction
상기 획득모듈(30)은 상기 GNSS 수신모듈(10)에서 제공한 GNSS 원시데이터를 받아 측정 시각, 수신기 시계 오차, 각 위성별 의사거리, 각 위성별 의사거리의 표준편차, 각 위성의 위치, 각 위성의 시계 오차인 GNSS 정보를 생성하여 보정 측위모듈(40) 및 오차 추정부(50)로 제공한다.The
상기 획득모듈(30)에서 GNSS 정보를 생성할 때 동시에 보정정보 획득모듈(35)에서 DGNSS 정보를 생성한다.At the same time when generating the GNSS information in the
상기 보정정보 획득모듈(35)은 보정정보 수신모듈(20)에서 제공한 DGNSS 원시데이터를 받아 보정치 생성 시각(MZC, Modified-Z Count), 위성별 보정치, 위성별 UDRE(User Differential Range Error) 및 기준국 위치인 DGNSS 정보를 생성하여 보정 측위모듈(40) 및 오차 추정부(50)로 제공한다.The correction
상기 획득모듈(30)에서 제공받은 GNSS 정보와 보정정보 획득모듈(35)에서 제공받은 DGNSS 정보를 이용하여 보정 측위모듈(40)에서 차분보정(Differential correction) 방법으로 사용자의 DGNSS 위치를 측정하고, 측정된 사용자의 DGNSS 위치와 DGNSS 위치 측정에 사용된 각 위성의 위치를 오차 추정부(50) 및 생성모듈(50)에 제공한다.The DGNSS position of the user is measured by the
상기 차분보정(Differential correction) 방법은 위성항법시스템을 이용한 상대측위 방법의 하나인 단일차분(Single difference) 방법 중 수신기간 단일차분에 해당하는 방법으로 DGNSS 기준국에서 생성한 보정정보를 이용하여 사용자 수신기의 거리측정치를 보정함으로써 사용자 측정 위치의 정확도를 향상시키는 방법이다.The differential correction method is a method corresponding to a single difference of reception period among single differential methods, which is one of relative positioning methods using a satellite navigation system, using a correction information generated by a DGNSS reference station, Thereby improving the accuracy of the user measurement position.
상기 보정 측위모듈(40)에서 측정된 사용자의 DGNSS 위치와 DGNSS 위치 측정에 사용된 각 위성의 위치가 제공되면, 오차 추정부(50)에서 획득모듈(30)에서 제공한 GNSS 정보, 보정정보 획득모듈(35)에서 제공한 DGNSS 정보 및 보정 측위모듈(40)을 통해 측정된 사용자의 DGNSS 위치와 DGNSS 위치 측정에 사용된 각 위성의 위치를 이용하여 기준국과 사용자 간의 거리를 통해 의사거리 오차 추정치, 비공통 오차 추정치 및 보정치 오차 추정치를 추정한다.When the DGNSS position of the user measured by the corrected
상기 오차 추정부(50)는 획득모듈(30)에서 제공한 GNSS 정보를 이용하여 추정한 위성별 의사거리 오차 추정치를 제공하는 의사거리 오차 추정모듈(51), 보정정보 획득모듈(35)에서 제공한 DGNSS 정보와 보정 측위모듈(40)에서 제공한 사용자의 DGNSS 위치를 이용하여 추정한 위성별 비공통 오차 추정치를 제공하는 비공통 오차 추정모듈(52) 및 보정정보 획득모듈(35)에서 제공한 DGNSS 정보를 이용하여 추정한 위성별 보정치 오차 추정치를 제공하는 보정치 오차 추정모듈(53)로 이루어진다.The
상기 의사거리 측정치 오차 추정모듈(51)은 획득모듈(30)이 제공한 측정 시각, 수신기 시계 오차, 각 위성에 대한 의사거리, 각 위성에 대한 의사거리의 표준편차, 각 위성의 시계 오차를 획득하고 이를 이용하여 각 위성에 대한 의사거리에 포함된 1 시그마() 오차를 추정하여 추정된 값을 위성별 의사거리 오차 추정치로 취한다.The pseudo distance measurement error estimation module 51 acquires the measurement time provided by the
상기 1시그마() 오차는 분산 형태의 오차를 말하는 것으로, 일반적으로 거리 또는 위치의 오차를 표현할때 사용되는 용어이다.The 1-sigma ( ) Error refers to the variance type error, and is generally used to describe the error of distance or position.
상기 획득모듈(30)로부터 각 위성에 대한 의사거리의 표준편차를 획득하였다면, 이 값을 위성별 의사거리 오차 추정치로 사용한다.If the standard deviation of the pseudorange for each satellite is obtained from the
상기 획득모듈(30)로부터 각 위성에 대한 의사거리의 표준편차를 획득하지 못하였다면, 각 위성에 대한 의사거리에서 수신기 시계 오차와 각 위성의 시계 오차에 해당하는 거리 오차를 보상하여 각 위성별 조정된 의사거리를 구하고 측정 시각을 이용하여 이동 표준편차 방법으로 각 위성별 조정된 의사거리의 표준편차를 구한다. 구해진 각 위성별 조정된 의사거리의 표준편차는 각 위성별 조정된 의사거리 오차의 표준편차가 된다. 각 위성별 조정된 의사거리 오차의 표준편차를 위성별 의사거리 오차 추정치로 정하여 제공한다.If the standard deviation of the pseudorange for each satellite is not obtained from the
상기 비공통 오차 추정모듈(52)은 보정정보 획득모듈(35)에서 제공한 DGNSS 정보와 보정 측위모듈(40)에서 제공한 사용자의 DGNSS 위치를 이용하여 기준국과 사용자 간의 거리 값을 구하고, 이 거리 값에 을 곱하여 구한 값을 비공통 오차 추정치로 정하고 모든 위성에 대해 동일한 값을 적용하여 위성별 비공통 오차의 추정치로 취하여 제공한다.The non-common
이때, 비공통 오차는 기준국과 사용자 수신기 사이의 이격이 증가함에 따라 동일 위성이 송신한 신호가 이온층/대류층을 통과하면서 지연되는 량의 상관도가 하락하여 발생하는 오차이며 이로 인하여 기준국과 사용자 사이의 거리가 증가함에 따라 증가하는 거리 측정치의 1 시그마 오차는 도 6을 참고하여 기준국과 사용자 사이의 거리 1당 각 의사거리 측정치에 최대 약 0.57 만큼의 1 시그마 오차가 발생하여 DGNSS 측위 결과에 영향을 미치게 된다.In this case, the non-common error is an error caused by a decrease in the degree of correlation of the amount of delay that the signal transmitted from the same satellite passes through the ionosphere / convection layer as the distance between the reference station and the user receiver increases, 1-sigma error of the range measurement to increase as the distance is increased between the user reference to FIG. 6, the distance between the reference station and the
상기 보정치 오차 추정모듈(53)은 보정정보 획득모듈(35)에서 제공한 DGNSS 정보를 이용하여 위성별 UDRE(User Differential Range Error)를 해석하여 보정치에 들어있는 1시그마() 오차를 추정한 위성별 보정치 오차 추정치를 구한다.The correction value
만약 상기 위성별 UDRE가 제공되지 않았다면 보정치 생성 시각과 위성별 보정치를 이용하여 위성별 보정치의 표준편차를 구하고 이 값을 위성별 보정치 오차 추정치로 정하여 제공한다.If the above UDRE per URI is not provided, the standard deviation of the correction value for each sex is obtained using the correction value generation time and the correction value for each sex, and this value is provided as the correction value error estimation value for each sex.
상기 생성모듈(60)은 보정 측위모듈(40) 및 오차 추정부(50)를 통해 제공되는 사용자의 DGNSS 위치, DGNSS 위치 측정에 사용된 각 위성의 위치, 위성별 의사거리 오차 추정치, 위성별 비공통 오차 추정치, 위성별 보정치 오차 추정치를 이용하여 사용자가 원하는 수준의 보호수준(Protection Level)을 계산하여 제공한다.The generation module 60 calculates the DGNSS position of the user provided through the
상기 생성모듈(60)은 보정 측위모듈(40)이 제공한 사용자 DGNSS 위치, DGNSS 위치 측정에 사용된 각 위성의 위치, 의사거리 오차 추정모듈(51)이 제공한 위성별 의사거리 오차 추정치, 비공통 오차 추정모듈(52)이 제공한 위성별 비공통 오차 추정치 및 보정치 오차 추정모듈(53)이 제공한 보정치 오차 추정치를 이용하여 사용자가 원하는 수준의 보호수준을 계산한다.The generation module 60 receives the user DGNSS position provided by the
상기 생성모듈(60)을 통해 계산된 사용자가 원하는 수준의 보호수준을 무결성 검사모듈(70)에서 생성모듈(60)을 통해 제공되는 보호수준을 받아 사용자가 원하는 경보한계(Alert Limit)와 비교하여 사용자의 해당 DGNSS 위치 측정치를 항법에 활용할 것인지 여부를 결정하게 된다.The protection level provided by the user through the generation module 60 is provided to the
이와 같이 구성된 본 발명의 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법은 다음과 같다.The integrity checking method using the integrity checking system of the DGNSS measuring position according to the present invention configured as described above is as follows.
도 4는 본 발명에 따른 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법을 나타낸 순서도이다.4 is a flowchart illustrating an integrity checking method using an integrity checking system for a DGNSS measurement location according to the present invention.
도 4를 참조하면, DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법은, GNSS 수신모듈(10)에서 GNSS 위성군의 GNSS 신호를 수신하여 해석한 GNSS 원시데이터 및 보정정보 수신모듈(20)에서 DGNSS 기준국의 DGNSS 신호를 수신하여 해석한 DGNSS 원시데이터를 획득모듈(30)과 보정정보 획득모듈(35)에서 제공받는 단계(S10); 상기 제공받는 단계(S10)에서 GNSS 수신모듈(10)을 통해 GNSS 원시데이터를 제공받아 획득모듈(30)에서 생성한 측정 시각, 수신기 시계 오차, 각 위성별 의사거리, 각 위성별 의사거리의 표준편차, 각 위성의 위치, 각 위성의 시계 오차인 GNSS 정보 및 상기 제공받는 단계(S10)에서 보정정보 수신모듈(20)을 통해 DGNSS 원시데이터를 제공받아 보정정보 획득모듈(35)에서 생성한 보정치 생성 시각(MZC, Modified-Z Count), 위성별 보정치, 위성별 UDRE(User Differential Range Error) 및 기준국 위치인 DGNSS 정보를 오차 추정부(50) 및 보정측위모듈(40)에 제공하는 단계(S20); 상기 제공하는 단계(S20)를 통해 생성된 GNSS 정보와 DGNSS 정보를 이용하여 보정 측위모듈(40)에서 차분보정(Differential correction) 방법으로 사용자의 DGNSS 위치를 측정하는 단계(S30); 상기 사용자의 DGNSS 위치를 측정하는 단계(S30)를 통해 측정된 사용자의 DGNSS 위치, 상기 제공하는 단계(S20)를 통해 획득모듈(30)에서 생성한 GNSS 정보 및 상기 보정정보 획득모듈(35)에서 생성한 DGNSS 정보를 통해 위성별 의사거리 오차 추정치, 위성별 비공통 오차 추정치 및 위성별 보정치 오차 추정치를 오차 추정부(50)를 통해 각각 추정하는 단계(S40); 상기 오차 추정부(50)를 통해 각각 추정하는 단계(S40)에서 추정된 위성별 오차 추정치 및 보정 측위모듈(40)에서 측정된 사용자의 DGNSS 위치를 통해 생성모듈(60)에서 사용자가 원하는 수준의 보호수준을 계산하는 단계(S50) 및 상기 보호수준을 계산하는 단계(S50)를 통해 계산하여 생성한 보호수준을 사용자가 원하는 경보한계(Alert Limit)와 비교하여 해당 DGNSS 위치 측정치를 항법에 활용할 것인지 여부를 무결성 검사모듈(70)을 통해 결정하는 단계(S60)를 포함한다.Referring to FIG. 4, the integrity checking method using the integrity checking system of the DGNSS measuring position is performed by receiving the GNSS signal of the GNSS satellite group from the GNSS receiving module 10 and analyzing the GNSS source data and the correction information receiving module 20 (S10) receiving DGNSS raw data, which is received and analyzed by the DGNSS signal of the DGNSS reference station, from the acquisition module (30) and the correction information acquisition module (35); In the receiving step S10, GNSS source data is received through the GNSS receiving module 10, and the measurement time generated by the acquisition module 30, the receiver clock error, the pseudo distance by each level, The GNSS information which is the clock error of each satellite and the DGNSS raw data through the correction information receiving module 20 in the receiving step S10 and received by the correction information obtaining module 35, Providing the error estimation unit 50 and the correction positioning module 40 with the generation time (MZC, Modified-Z Count), the statistical correction value, the UDRE (User Differential Range Error) S20); A step (S30) of measuring a DGNSS position of a user by a differential correction method in the correction positioning module 40 using the GNSS information and the DGNSS information generated through the providing step S20; The DGNSS position of the user measured through the DGNSS position measurement of the user (S30), the GNSS information generated by the acquisition module 30 through the providing step S20, and the GNSS information generated by the correction information acquisition module 35 (S40) estimating the pseudo distance error estimate, the gender-by-common non-common error estimation value, and the gender-specific correction value error estimation value through the error estimation unit 50 through the generated DGNSS information, respectively; The generation module 60 estimates the user's desired level of error by using the estimated error by the estimated error in step S40 and the DGNSS position of the user measured by the corrected positioning module 40 through the error estimator 50, (S50) calculating the protection level and calculating the protection level (S50), compares the generated protection level with the desired alert limit (Alert Limit), and determines whether to use the corresponding DGNSS position measurement for navigation (Step S60) through the integrity checking module 70. [0050]
상기 제공받는 단계(S10)는 GNSS 위성군에서 송신한 다수 위성의 신호를 GNSS 수신모듈(10)에서 수신받아 해석하여 제공한 GNSS 원시데이터를 획득모듈(20)에서 제공받고 DGNSS 기준국에서 송신한 DGNSS 신호를 보정정보 수신모듈(20)에서 수신받아 해석하여 제공한 DGNSS 원시데이터를 보정정보 획득모듈(35)에서 제공받는 단계이다.In step S10, the
상기 제공하는 단계(S20)는 제공받는 단계(S10)에서 GNSS 수신모듈(10)을 통해 GNSS 원시데이터를 제공받은 획득모듈(30)에서 생성한 측정 시각, 수신기 시계 오차, 각 위성별 의사거리, 각 위성별 의사거리의 표준편차, 각 위성의 위치, 각 위성의 시계 오차인 GNSS 정보 및 제공받는 단계(S10)에서 보정정보 수신모듈(20)을 통해 DGNSS 원시데이터를 제공받은 보정정보 획득모듈(35)에서 생성한 보정치 생성 시각(MZC, Modified-Z Count), 위성별 보정치, 위성별 UDRE(User Differential Range Error) 및 기준국 위치인 DGNSS 정보를 보정 측위모듈(40) 및 오차 추정부(50)로 제공하는 단계(S20)이다.The providing step S20 may include measuring time, receiver clock error, pseudo distance according to each level, generated by the
상기 보정정보 수신모듈(20)은 기준국에서 전송되는 DGNSS 보정정보를 중파, NTRIP, Eurofix, AIS(Auto Identification System) 또는 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)를 통하여 DGNSS 보정정보를 수신하게 된다.The correction
상기 보정정보 수신모듈(20)이 중파, NTRIP, Eurofix, AIS(Auto Identification System) 또는 DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 중 어느 하나 또는 다수를 통해 DGNSS 보정정보를 수신하는 이유는 다양한 매체를 통하여 DGNSS 보정정보를 수신받는 DGNSS 사용자를 고려하기 위함이다.The reason why the correction
상기 제공받는 단계에서 GNSS 수신모듈(10)을 통해 제공된 GNSS 원시데이터 및 상기 제공받는 단계에서 보정정보 수신모듈(20)을 통해 제공된 DGNSS 원시데이터를 획득모듈(30)과 보정정보 획득모듈(35)에서 제공받으면, 제공하는 단계(S20)를 통해 획득모듈(30)에서 GNSS 원시데이터를 이용하여 측정 시각, 수신기 시계 오차, 각 위성별 의사거리, 각 위성별 의사거리의 표준편차, 각 위성의 위치, 각 위성의 시계 오차인 GNSS 정보를 생성하고 보정정보 획득모듈(35)에서 DGNSS 원시데이터를 이용하여 보정치 생성 시각(MZC, Modified-Z Count), 위성별 보정치, 위성별 UDRE(User Differential Range Error) 및 기준국 위치인 DGNSS 정보를 생성하고 상기의 GNSS 정보와 DGNSS 정보를 하위에 연결되는 오차 추정부(50) 및 보정 측위모듈(40)에 제공한다.The GNSS raw data provided through the
상기 제공하는 단계(S20)를 통해 제공되는 GNSS 정보와 DGNSS 정보를 이용하여 보정측위 모듈(40)에서 차분보정(Differential correction) 방법으로 사용자의 DGNSS 위치를 측정하고 측정된 DGNSS 위치와 DGNSS 위치 측정에 사용된 각 위성의 위치를 제공한다.The DGNSS position of the user is measured by the differential correction method in the
도 5는 본 발명에 따른 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법의 오차를 추정하는 단계(S40)의 순서를 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a procedure of estimating an error of an integrity checking method using the integrity checking system of the DGNSS measurement position (S40) according to the present invention.
도 5를 참조하면, 상기 오차 추정부(50)를 통해 각각 추정하는 단계(S40)는 상기 사용자의 DGNSS 위치를 측정하고 측정된 DGNSS 위치와 DGNSS 위치 측정에 사용된 각 위성의 위치를 제공하는 단계(S30)를 통해 측정된 사용자의 DGNSS 위치와 DGNSS 위치 측정에 사용된 각 위성의 위치, 상기 제공하는 단계(S20)를 통해 획득 모듈(30)에서 생성한 GNSS 정보 및 상기 보정정보 획득 모듈(35)에서 생성한 DGNSS 정보를 통해 위성별 의사거리 오차 추정치, 위성별 비공통 오차 추정치 및 위성별 보정치 오차 추정치를 오차 추정부(50)를 통해 각각 추정하게 된다.Referring to FIG. 5, the estimating step S40 through the
상기 오차 추정부(50)를 통해 각각 추정하는 단계(S40)를 통해 각각 추정되는 위성별 의사거리 오차 추정치, 위성별 비공통 오차 추정치 및 위성별 보정치 오차 추정치는 오차 추정부(50)의 의사거리 오차 추정모듈(51), 비공통 오차 추정모듈(52) 및 보정치 오차 추정모듈(53)을 통해 각각 추정하게 된다.The gender-specific non-common error estimates and the gender-specific correction error estimates estimated through the estimating step S40 through the
상기 오차 추정부(50)를 통해 각각 추정하는 단계(S40)는, 획득 모듈(30)에서 제공한 GNSS 정보를 이용하여 의사거리 오차 추정 모듈(51)을 통해 위성별 의사거리 오차를 추정하는 단계(S41), 보정정보 획득 모듈(35)에서 제공한 DGNSS 정보 및 보정측위 모듈(40)에서 제공한 사용자의 DGNSS 위치를 이용하여 비공통 오차 추정모듈(52)을 통해 기준국과 사용자 간의 거리를 구하고 이에 따른 위성별 비공통 오차를 추정하는 단계(S42) 및 보정정보 획득 모듈(35)에서 제공한 DGNSS 정보를 이용하여 보정치 오차 추정 모듈(53)을 통해 위성별 보정치 오차를 추정하는 단계(S43)로 이루어진다.The estimating step S40 through the
상기 의사거리 오차 추정모듈(51)을 통해 위성별 의사거리 오차를 추정하는 단계(S40), 비공통 오차 추정모듈(52)을 통해 위성별 비공통 오차를 추정하는 단계(S42) 및 위성별 보정치 오차 추정치를 보정치 오차 추정모듈(53)을 통해 구하는 단계는 순차적으로 이루어질 수 있고, 동시에 이루어 질 수도 있다.A step S40 of estimating a pseudorange error by sex using the pseudo range error estimation module 51, a step S42 of estimating a non-common error by sex using the non-common
상기 의사거리 오차 추정 모듈(51)을 통해 위성별 의사거리 오차를 추정하는 단계(S41)는, 획득 모듈(30)에서 보정 측위모듈(40) 및 오차 추정부(50)에 전달하는 각 위성별 의사거리의 표준편차를 사용할 것인지의 여부를 결정한다.The step S41 of estimating the pseudo distance error by sex through the pseudo distance error estimation module 51 is performed by the
이때, 상기 각 위성별 의사거리의 표준편차를 사용할 것인지의 여부를 결정할 때 사용할 것으로 결정되면, 관계식 1을 통해 각 위성별 의사거리의 표준편차()를 취하여 위성별 의사거리 오차 추정치()를 구한다.At this time, if it is decided to use the standard deviation of the pseudoranges for each position, it is determined through use of the
관계식 1
상기 각 위성별 의사거리의 표준편차를 사용할 것인지의 여부를 결정할 때 사용하지 않을 것으로 결정되면, 관계식 2를 통해 각 위성별 의사거리()에서 각위성의 시계 오차()와 수신기 시계 오차()를 보상한 각 위성별 조정된 의사거리 오차()를 구한다.If it is determined that the each of the above not used to determine whether to use the standard deviation of the sex pseudoranges, each of the above gender pseudorange through a second relational expression ( ), The clock error of each satellite ) And receiver clock error ( ) Adjusted pseudorange error for each position compensated ( ).
관계식 2
이렇게 상기 의사거리 오차()가 구해지면, 관계식 3을 통해 각 위성별 조정된 의사거리 오차()의 표준편차()를 취하여 위성별 의사거리 오차 추정치()를 구하게 된다.Thus, the pseudorange error ( ) Is obtained when, with each of the above sex adjusted by a
관계식 3
상기 비공통 오차 추정 모듈(52)을 통해 위성별 비공통 오차를 추정하는 단계(S42)는, DGNSS 정보의 기준국 위치와 보정측위 모듈(40)에서 측정된 사용자의 DGNSS 위치를 이용하여 기준국과 사용자 사이의 거리()를 구하고, 이를 관계식 4을 통해 비공통 오차()를 추정하게 된다.The step of estimating the non-common error for each gender using the non-common
관계식 4Relation 4
이때, 기준국과 사용자 수신기 사이의 이격이 증가함에 따라 동일 위성이 송신한 신호가 이온층/대류층을 통과하면서 지연되는 량의 상관도가 하락하며, 이로 인하여 기준국과 사용자 사이의 거리 1당 각 의사거리 측정치에 약 0.57 만큼의 1 시그마 오차가 발생하여 DGNSS 측위 결과에 영향을 미치게 된다.At this time, as the distance between the reference station and the user receiver increases, the degree of correlation of the amount of delay that the signal transmitted by the same satellite passes through the ionosphere / convection layer decreases. As a result, Approximately 0.57 for each
상기 보정치 오차 추정모듈(53)을 통해 위성별 보정치 오차를 추정하는 단계(S43)는, 보정정보 획득 모듈(35)에서 보정 측위모듈(40) 및 오차 추정부(50)에 전달하는 각 위성별 UDRE를 사용할 것인지의 여부를 결정하며, 각 위성별 UDRE를 사용할 것인지의 여부를 결정할 때 사용할 것으로 결정되면, 관계식 5을 통해 각 위성별 UDRE()를 취하여 위성별 보정치 오차 추정치()를 구한다.The step S43 of estimating the correction value for each sex by the correction value
관계식 5
상기 각 위성별 UDRE를 사용할 것인지의 여부를 결정할 때 사용하지 않을 것으로 결정되면, 관계식 6을 통해 각 위성별 보정치()의 표준편차를 취하여 위성별 보정치 오차 추정치()로 구하게 된다.If it is determined that the each of the above not used to determine whether or not to use the gender UDRE, each of the above gender correction value through equations 6 ( ), And calculate the error correction value ).
관계식 6Relation 6
이때, 상기 위성별 UDRE는 ()는 의사거리 보정치에 포함되었을 것으로 추정되는 1시그마() 오차로서, DGNSS를 서비스하기 위한 RTCM의 표준문서(SC104-STD)에 따라 기준국의 보정정보에 포함되어 위성별 보정치와 함께 DGNSS 기준국에서 방송된다.At this time, the UDRE by state is ( ) Is the one-sigma (< RTI ID = 0.0 > ) Is included in the correction information of the reference station according to the RTCM standard document (SC104-STD) for service of the DGNSS, and is broadcast on the DGNSS reference station together with the correction value of the station.
도 6은 본 발명에 따른 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법의 기준국과 사용자 수신기 사이의 거리에 따라 증가하는 오차를 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법의 UDRE의 스케일 팩터(Scale Factor)를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법의 1시그마 오차에 대한 UDRE(User Differential Range Error) 수치를 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating an error that increases according to the distance between the reference station and the user receiver in the integrity checking method using the integrity checking system of the DGNSS measurement position according to the present invention. FIG. FIG. 8 is a diagram illustrating a scale factor of the UDRE of the integrity checking method using the inspection system. FIG. 8 is a diagram illustrating a scale factor of the UDRE of the integrity checking method using the inspection system. Range Error).
도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 보정치 오차 추정치를 보정치 오차 추정모듈(53)을 통해 추정하는 단계(S40)에서 구해지는 상기 위성별 UDRE()는 의사거리 보정치에 포함되었을 것으로 추정되는 1시그마() 오차로서, 기준국의 보정정보에 포함되어 보정치와 함께 UDRE(User Differntial Range Error)라는 요소로서 기준국에서 방송된다.Referring to FIGS. 6 to 8, the correction value
이때, 상기 위성별 UDRE는 도 7 및 도 8의 Scale Factor에 One-Sigma Differential Error 한계 값을 곱하여 사용한다.At this time, the above-mentioned UDRE by UDRE is used by multiplying the scale factor of FIG. 7 and FIG. 8 by the One-Sigma Differential Error limit value.
상기 오차 추정부(50)를 통해 각각 추정하는 단계(S40)에서 추정된 위성별 오차 추정치 및 보정 측위모듈(40)에서 측정된 사용자의 DGNSS 위치를 통해 생성모듈(60)에서 보호수준을 계산하는 단계(S50)를 통해 사용자가 원하는 수준의 보호수준을 계산하게 된다.The generation module 60 calculates the protection level through the error estimation values estimated in step S40 and the DGNSS position measured by the
도 9는 본 발명에 따른 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법의 보호수준을 결정하는 과정에 대한 순서도이다.FIG. 9 is a flowchart illustrating a procedure for determining a protection level of an integrity checking method using an integrity checking system for a DGNSS measurement location according to the present invention.
이때, 상기 보호수준을 계산하는 단계(S50)는, 도 9와 같이 오차 모델()을 구성하는 단계(S51), 단위벡터 행렬(G)을 구성하는 단계(S52), 가중치 행렬(W)를 구하는 단계(S53), 투영행렬(S)을 구하는 단계(S54), 동쪽 분산오차, 북쪽 분산오차, 동북쪽 공분산 오차 및 수직방향 분산 오차를 구하는 단계(S55) 및 수평보호수준(HPL, Horizontal Protection Level)과 수직보호수준(VPL, Vertical Protection Level)을 식 10 및 식 11을 통해 구하는 단계(S56)로 이루어진다.At this time, the step of calculating the protection level (S50) A step S52 of constructing a unit vector matrix G, a step S53 of obtaining a weighting matrix W, a step S54 of obtaining a projection matrix S, (S55), a horizontal protection level (HPL), and a vertical protection level (VPL) are obtained through equations (10 ) and (11 ) Step S56 is performed.
상기 오차 모델()을 구성하는 단계(S51)는, 오차 추정부(50)를 통해 각각 추정하는 단계(S40)에서 추정되어 제공되는 DGNSS 정보를 통해 위성별 의사거리 오차 추정치(), 위성별 비공통 오차 추정치() 및 위성별 보정치 오차 추정치()를 식 1에 대입하여 오차 모델()을 구하게 된다.The error model ( (Step S51) is performed by using the DGNSS information estimated in step S40, which is estimated through the
식 1
상기 오차 모델()이 구해지면, 단위벡터 행렬(G)을 구성하는 단계(S52)를 제공하는 단계(S20)의 획득모듈(30)에서 제공한 각 위성의 위치 및 사용자의 DGNSS 위치를 측정하는 단계(S30)의 보정측위 모듈(40)에서 측정된 사용자의 DGNSS 위치로 ENU 좌표계에서 사용자 위치로부터 위성의 방향에 대한 각 앙각()과 방위각()을 구하고, 식 2를 통해 위성 배치를 나타내는 단위벡터 행렬()을 구성하게 된다.The error model ( A step S30 of measuring the position of each satellite and the DGNSS position of the user provided by the
식 2
상기 단위벡터 행렬(G)을 구성하면, 가중치 행렬(W)를 구하는 단계(S53)에서 오차 모델을 구성하는 단계(S51)를 통해 구성된 위성별 오차모델() 값을 통해 오차모델 값의 역수값()을 식 3으로 구하고, 상기 역수값()을 식 4에 대입하여 식 4를 통해 가중치 행렬()를 구하게된다.The unit vector matrix G is constructed so that the weight matrix W is obtained through the step S51 of constructing the error model in the step S53 of obtaining the weight matrix W ) Value, the reciprocal value of the error model value ( ) Is obtained by the equation (3 ), and the reciprocal value ), The weight matrix through formula (4) are substituted in equation (4) ( ).
식 3
식 4Equation 4
상기 가중치 행렬(W)이 구해지면, 투영행렬(S)을 구하는 단계(S54)에서 단위벡터 행렬()을 구성하는 단계(S52)를 통해 구해진 단위벡터 행렬()과 가중치 행렬()를 구하는 단계(S53)를 통해 구해진 가중치 행렬()을 가중최소제곱법인 식 5에 대입하여 거리영역에서 위치영역으로 투영한 투영행렬()을 구하게 된다.When the weight matrix W is obtained, the unit matrix W (k) is calculated in step S54 of obtaining the projection matrix S (S52) of the unit vector matrix < RTI ID = 0.0 > ) And a weighting matrix ( (Step S53) of obtaining a weight matrix ) Is substituted into the weighted least squares equation (5 ), and a projection matrix ( ).
식 5
상기 투영행렬(S)이 구해지면, 분산 오차를 구하는 단계(S55)에서 투영행렬()을 구하는 단계(S54)를 통해 구해진 투영행렬()의 일부 요소를 취하여 상기 오차 모델을 구성하는 단계(S51)에서 구한 위성별 오차 모델을 곱한 후 더하는 방법으로 식 6, 식 7, 식 8 및 식 9를 통해 동쪽 방향으로의 분산 오차(), 북쪽 방향으로의 분산 오차(), 동쪽과 북쪽 방향으로의 공분산 오차() 및 수직 방향으로의 분산 오차()를 구하게 된다.When the projection matrix S is obtained, in the step S55 of obtaining the dispersion error, the projection matrix ( (S54) of obtaining the projection matrix ( ) Is calculated by multiplying the error model obtained in the step S51 of constructing the error model by a factor of 6, 7, 8 and 9 to calculate the variance error in the east direction ), The dispersion error in the north direction ( ), The covariance error in the east and north directions ) And the dispersion error in the vertical direction ( ).
식 6Equation 6
식 7Equation 7
식 8
식 9Equation 9
상기 분산오차들이 구해지면, 수평보호수준(HPL, Horizontal Protection Level)과 수직보호수준(VPL, Vertical Protection Level)을 식 10 및 식 11을 통해 구하는 단계(S56)에서 분산 오차를 구하는 단계(S55)를 통해 구해진 분산 오차 요소와 수평보호수준(, Horizontal Protection Level)에 대하여 사용자가 요구하는 무결성 리스크를 만족시키는 표준점수()와 수직보호수준(, Vertical Protection Level)에 대하여 사용자가 요구하는 무결성 리스크를 만족시키는 표준점수()를 이용하여 (HPL, Horizontal Protection Level)과 수직보호수준(VPL, Vertical Protection Level)을 식 10 및 식 11을 통해 구하게 된다.When the dispersion errors are obtained, a dispersion error is obtained (S55) in a step S56 of obtaining a horizontal protection level (HPL) and a vertical protection level (VPL) through
식 10
수평보호수준(HPL)은 타원의 장축을 구하는 식으로 구해짐.The horizontal protection level (HPL) is obtained by obtaining the long axis of the ellipse.
식 11
이처럼 상기 보호수준을 계산하는 단계(S50)를 통해 계산하여 생성한 보호수준은 무결성 검사모듈(70)을 통해 결정하는 단계(S60)를 통해 사용자가 원하는 경보한계(Alert Limit)와 비교하고, 경보한계와 비교된 보호수준을 해당 DGNSS 위치 측정치를 항법에 활용할 것인지 여부를 무결성 검사모듈(70)을 통해 결정하게 된다.The protection level calculated through the calculation of the protection level S50 is compared with the desired alarm limit through the
상기 무결성 검사모듈(70)을 통해 결정하는 단계(S60)의 경보한계와 위치오차 및 보호수준의 상관 관계를 아래 표 1을 통해 나타낸다.The correlation between the alarm limit, the position error and the protection level of the step S60 of determining through the
PE-Position Error, AL-Alert Limit, PL-Protection LevelPE-Position Error, AL-Alert Limit, PL-Protection Level
상기 표 1은 0.00001의 무결성 리스크를 만족시키는 표준점수 4.42를 과 에 적용한 경우 무결성 분석 결과가 발생할 수 있는 경우를 나타낸다.Table 1 above shows a standard score of 4.42 satisfying the integrity risk of 0.00001 and , The integrity analysis result can be generated.
상기 표 1의 전체 6가지의 경우 중 1, 2, 3번의 경우가 합하여 99.999%의 확률로 발생하며, 4, 5, 6번의 경우가 합하여 0.001% 확률로 발생한다.Of the six cases shown in Table 1, the
상기 표 1을 설명하면, 1번의 경우는 위치오차와 보호수준이 모두 경보한계 미만으로 경보할 필요가 없고, 경보가 울리지 않는다.As shown in Table 1, in the case of No. 1, it is unnecessary to warn the position error and the protection level to be below the alarm limit, and the alarm does not sound.
상기 2번의 경우는 위치오차가 경보한계 미만인데 보호수준이 경보한계 이상인 경우로, 경보를 발생할 필요가 없었지만 발생한 경우를 의미한다. 이 경우는 무결성 성능과는 상관이 없으나 불필요한 경우에 경보를 발생시켜 시스템 전체 가용성이 저하 된다.In
상기 3번의 경우는 위치오차가 경보한계를 넘어서 경보를 발생시켜야 하며, 이 때 보호수준도 경보한계를 넘어 경보를 잘 발생시킨 경우를 나타낸다.In case of above 3, the position error must exceed the alarm limit, and the alarm level should exceed the alarm limit.
상기 4번의 경우는 보호수준이 위치오차보다 낮게 계산되었지만, 결과적으로 경보를 발생시키지 않아야 할 때 발생시키지 않은 정상상황이다.In case 4, the protection level is calculated to be lower than the position error, but it is a normal situation that does not occur when the alarm should not be generated.
상기 5번의 경우는 보호수준이 위치오차보다 낮게 계산되어, 경보를 발생시켜야 하는데 발생시키지 못하여 무결성이 상실된 경우이다.In
상기 6번의 경우는 보호수준이 위치오차보다 낮게 계산되었지만, 결과적으로 경보를 발생시켜야 할 때 경보를 발생한 정상상황이다. In case of 6 above, the protection level is calculated to be lower than the position error, but as a result, when the alarm should be generated, the alarm is generated in a normal state.
도 10은 본 발명에 따른 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법에 따른 실험 결과를 나타낸 그래프이며, 도 11은 본 발명에 따른 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법에 따른 실험결과에서 나타난 활용 횟수에 따른 가용성을 나타낸 도면이다.FIG. 10 is a graph showing an experimental result according to the integrity checking method using the integrity checking system of the DGNSS measurement position according to the present invention. FIG. 11 is a graph showing the results of the integrity checking method using the integrity checking system of the DGNSS measuring position according to the present invention. And the availability according to the number of utilization shown in the result.
상기 본 발명의 구성을 통해 나타나는 실험 결과는 도 10에 도시된 바와 같이 나타난다.The result of the experiment through the configuration of the present invention is shown in FIG.
상기 도 10은 거제도에 정밀하게 측정된 위치에서 GPS 사용자 수신기르 설치하고 영도 기준국의 보정정보를 받아 DGPS 측위를 하고 보호수준을 계산하였다.In FIG. 10, a GPS user receiver is installed at a precisely measured position in a geographical diagram, DGPS positioning is performed by receiving the correction information of the reference station, and the level of protection is calculated.
상기 도 10의 그래프는 계산된 보호수준과 경보한계 그리고 실제 위치의 오차를 나타내며, 파란점이 위치의 오차이고 검정색 선이 제안된 방법으로 계산된 보호수준이다. The graph of FIG. 10 shows the calculated protection level, alarm limit and error of the actual position, the blue dot is the position error and the black line is the protection level calculated by the proposed method.
이러한 도 10의 그래프에서 붉은 색 선은 사용자가 요구하는 경보한계를 나타내고, 대부분의 경우 보호수준이 실제 오차를 커버하는 것을 확인할 수 있다.In the graph of FIG. 10, the red line indicates the alarm limit required by the user, and in most cases, the protection level covers the actual error.
그리고, 붉은색 경보 한계 위에 나타난 두 개의 파란 점은 실제 위치 오차가 25m 이상인 경우를 나타내며, 이 때 계산된 보호수준도 25m를 넘어 잘 경보를 해낸 것을 확인할 수 있다.The two blue dots on the red alarm limit indicate that the actual position error is greater than 25m, and the calculated protection level is also over 25m, indicating a good alarm.
상기 도 10의 그래프를 보면 작은 붉은 원은 2번 발생하였는데, 이 경우는 무결성을 상실하지는 않았지만 보호수준이 위치오차보다 크게 계산된 경우로 0.001%의 확률로 발생할 것으로 기대된다. 실험은 342835 epoch 실행되었으며, 이 때 기대값은 약 3.4회가 되며, 실제 2회 발생하였다.Referring to the graph of FIG. 10, a small red circle occurs twice. In this case, the degree of protection is estimated to be greater than the positional error, which is expected to occur at a probability of 0.001% although the integrity is not lost. Experiments were performed on 342835 epochs, with an expectation value of about 3.4 times, which actually occurred twice.
도 11은 본 발명에 따른 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법에 따른 실험결과에서 나타난 활용 횟수에 따른 가용성을 나타낸 도면이다.FIG. 11 is a diagram illustrating availability according to the number of times of use, which is an experiment result according to an integrity checking method using an integrity checking system for a DGNSS measurement position according to the present invention.
도 11에 도시된 바와 같이 경보를 하여 사용자가 활용할 수 없었던 경우는 342835회 중 208회 발생하였으며, 이 결과는 약 0.06%의 가용성 저하를 보여준다.As shown in FIG. 11, when the user could not utilize the alarm, 208 times out of 342835 times occurred, and the result shows a decrease in availability of about 0.06%.
이와 같이 이루어지는 본 발명은 GNSS 위성신호와 DGNSS 보정신호를 수신하여 항해하는 사용자가 외부의 지원없이 DGNSS 수신기 자체만으로 측정 위치의 무결성을 검사할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, a user who receives a GNSS satellite signal and a DGNSS correction signal and sails can check the integrity of a measurement location with only the DGNSS receiver itself without external support.
또한, 무결성 검사를 수행함에 있어서 사용자가 원하는 수준의 무결성 리스크를 충족시키는 보호수준을 계산할 수 있고, 사용자가 원하는 크기의 경보 한계와 비교할 수 있는 효과가 있다.Also, in performing the integrity check, the user can calculate the protection level satisfying the desired level of integrity risk, and the user can compare with the alarm limit of the desired size.
상기와 같은 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.The integrity checking system of the DGNSS measurement position is not limited to the configuration and operation of the embodiments described above. The embodiments may be configured so that all or some of the embodiments may be selectively combined so that various modifications may be made.
10 : DGNSS 수신모듈 20 : 보정정보 수신모듈
30 : 획득모듈 35 : 보정정보 획득모듈
40 : 보정 측위모듈
50 : 오차 추정부 51 : 의사거리 오차 추정보듈
52 : 비공통 오차 추정모듈 53 : 보정치 오차 추정모듈
60 : 생성모듈 70 : 무결성 검사모듈10: DGNSS receiving module 20: correction information receiving module
30: Acquisition module 35: Calibration information acquisition module
40: Calibration positioning module
50: error estimation unit 51: pseudo range error estimation module
52: non-common error estimation module 53: correction value error estimation module
60: Generation module 70: Integrity check module
Claims (8)
상기 GNSS 수신모듈(10)에서 제공한 GNSS 원시데이터를 받아 측정 시각, 수신기 시계 오차, 각 위성별 의사거리, 각 위성별 의사거리의 표준편차, 각 위성의 위치, 각 위성의 시계 오차인 GNSS 정보를 획득하여 오차 추정부(50) 및 보정측위모듈(40)에 제공하는 획득모듈(30);
DGNSS 기준국에서 송신되는 DGNSS 신호를 수신하고 해석하여 DGNSS 원시데이터를 제공하는 보정정보 수신모듈(20);
상기 보정정보 수신모듈(20)에서 제공한 DGNSS 원시데이터를 받아 보정치 생성 시각(MZC, Modified-Z Count), 위성별 보정치, 위성별 UDRE(User Differential Range Error) 및 기준국 위치인 DGNSS 정보를 획득하여 오차 추정부(50) 및 보정측위모듈(40)에 제공하는 보정정보 획득모듈(35);
상기 획득모듈(30)에서 제공한 GNSS 정보와 보정정보 획득모듈(35)에서 제공한 DGNSS 정보를 이용하여 차분보정(Differential correction) 방법으로 사용자의 DGNSS 위치를 측정하고, 측정된 사용자의 DGNSS 위치와 DGNSS 위치 측정에 사용된 각 위성의 위치를 오차 추정부(50) 및 생성모듈(60)에 제공하는 보정 측위모듈(40);
상기 획득모듈(30)에서 제공한 GNSS 정보를 이용하여 추정한 위성별 의사거리 오차 추정치를 제공하는 의사거리 오차 추정모듈(51)과, 보정정보 획득모듈(35)에서 제공한 DGNSS 정보와 보정 측위모듈(40)에서 제공한 사용자의 DGNSS 위치를 이용하여 추정한 위성별 비공통 오차 추정치를 제공하는 비공통 오차 추정모듈(52) 및 보정정보 획득모듈(35)에서 제공한 DGNSS 정보를 이용하여 추정한 위성별 보정치 오차 추정치를 제공하는 보정치 오차 추정모듈(53)로 이루어지는 오차 추정부(50);
상기 보정 측위모듈(40) 및 오차 추정부(50)를 통해 제공되는 사용자의 DGNSS 위치, DGNSS 위치 측정에 사용된 각 위성의 위치, 위성별 의사거리 오차 추정치, 위성별 비공통 오차 추정치, 위성별 보정치 오차 추정치를 이용하여 사용자가 원하는 수준의 보호수준(Protection Level)을 계산하여 제공하는 생성모듈(60) 및
상기 생성모듈(60)을 통해 제공되는 보호수준을 받아 사용자가 원하는 경보한계(Alert Limit)와 비교하여 사용자의 해당 DGNSS 위치 측정치를 항법에 활용할 것인지 여부를 결정하는 무결성 검사모듈(70)을 포함하는 것을 특징으로 하는 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템.
A GNSS (Global Navigation Satellite System) receiving module 10 for receiving and interpreting GNSS signals transmitted from the GNSS satellite group and providing GNSS raw data;
And receives GNSS raw data provided by the GNSS receiving module 10, and receives the GNSS raw data provided by the GNSS receiving module 10, such as a measurement time, a receiver clock error, a pseudorange by each level, a standard deviation of pseudoranges by each level, An acquisition module (30) for acquiring and providing to the error estimation unit (50) and the correction positioning module (40);
A correction information receiving module (20) for receiving and interpreting a DGNSS signal transmitted from a DGNSS reference station and providing DGNSS raw data;
And receives DGNSS raw data provided by the correction information receiving module 20 to obtain correction value generation time (MZC, Modified-Z Count), statistical correction value, UDRE (User Differential Range Error) and DGNSS information A correction information acquisition module (35) for providing the correction information to the error estimation unit (50) and the correction positioning module (40);
The DGNSS position of the user is measured by a differential correction method using the GNSS information provided by the acquisition module 30 and the DGNSS information provided by the correction information acquisition module 35, A correction positioning module 40 for providing the position of each satellite used for the DGNSS position measurement to the error estimation unit 50 and the generation module 60;
A pseudo distance error estimation module 51 for providing a pseudorange distance error estimation value by using the GNSS information provided by the acquisition module 30, a DGNSS information providing module Common error estimation module 52 for providing a gender-specific non-common error estimation value estimated using the DGNSS position of the user provided by the module 40 and a DGNSS information provided by the correction information acquisition module 35, An error estimator (50) comprising a correction value error estimation module (53) for providing a correction value error estimate for the upper gender;
A DGNSS position of the user provided through the correction positioning module 40 and the error estimation unit 50, a position of each satellite used for the DGNSS position measurement, a pseudorange error estimate by sex, a non-common error estimate by sex, A generation module 60 for calculating and providing a protection level of a desired level by using a correction value error estimation value,
And an integrity checking module 70 for determining whether to use the user's corresponding DGNSS position measurement value in navigation by comparing the user's desired alert limit with a desired protection level provided by the creation module 60 The integrity check system of the DGNSS measurement location.
상기 보정정보 수신모듈(20)은 DGNSS 기준국에서 송신되는 DGNSS 신호를 중파, NTRIP, Eurofix, AIS(Auto Identification System) 또는 DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 중 어느 하나 또는 다수를 통하여 수신받는 것을 특징으로 하는 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템.
The method according to claim 1,
The correction information receiving module 20 receives a DGNSS signal transmitted from a DGNSS reference station through one or more of a medium wave, an NTRIP, a Eurofix, an AIS (Auto Identification System), or a DMB (Digital Multimedia Broadcasting) DGNSS Integrity check system of measurement location.
GNSS 수신모듈(10)에서 GNSS 위성군의 GNSS 신호를 수신하여 해석한 GNSS 원시데이터 및 보정정보 수신모듈(20)에서 DGNSS 기준국의 DGNSS 신호를 수신하여 해석한 DGNSS 원시데이터를 획득모듈(30)과 보정정보 획득모듈(35)에서 제공받는 단계(S10);
상기 제공받는 단계(S10)에서 GNSS 수신모듈(10)을 통해 GNSS 원시데이터를 제공받아 획득모듈(30)에서 생성한 측정 시각, 수신기 시계 오차, 각 위성별 의사거리, 각 위성별 의사거리의 표준편차, 각 위성의 위치, 각 위성의 시계 오차인 GNSS 정보 및 상기 제공받는 단계(S10)에서 보정정보 수신모듈(20)을 통해 DGNSS 원시데이터를 제공받아 보정정보 획득모듈(35)에서 생성한 보정치 생성 시각(MZC, Modified-Z Count), 위성별 보정치, 위성별 UDRE(User Differential Range Error) 및 기준국 위치인 DGNSS 정보를 오차 추정부(50) 및 보정측위모듈(40)에 제공하는 단계(S20);
상기 제공하는 단계(S20)를 통해 생성된 GNSS 정보와 DGNSS 정보를 이용하여 보정 측위모듈(40)에서 차분보정(Differential correction) 방법으로 사용자의 DGNSS 위치를 측정하는 단계(S30);
상기 사용자의 DGNSS 위치를 측정하는 단계(S30)를 통해 측정된 사용자의 DGNSS 위치, 상기 제공하는 단계(S20)를 통해 획득모듈(30)에서 생성한 GNSS 정보 및 상기 보정정보 획득모듈(35)에서 생성한 DGNSS 정보를 통해 위성별 의사거리 오차 추정치, 위성별 비공통 오차 추정치 및 위성별 보정치 오차 추정치를 오차 추정부(50)를 통해 각각 추정하는 단계(S40);
상기 오차 추정부(50)를 통해 각각 추정하는 단계(S40)에서 추정된 위성별 오차 추정치 및 보정 측위모듈(40)에서 측정된 사용자의 DGNSS 위치를 통해 생성모듈(60)에서 사용자가 원하는 수준의 보호수준을 계산하는 단계(S50) 및
상기 보호수준을 계산하는 단계(S50)를 통해 계산하여 생성한 보호수준을 사용자가 원하는 경보한계(Alert Limit)와 비교하여 해당 DGNSS 위치 측정치를 항법에 활용할 것인지 여부를 무결성 검사모듈(70)을 통해 결정하는 단계(S60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법.
The integrity check method using the integrity check system of the DGNSS measurement location,
The GNSS source data obtained by receiving the GNSS signal of the GNSS satellite group from the GNSS receiving module 10 and the DGNSS source signal of the DGNSS reference station received from the correction information receiving module 20 and interpreting the DGNSS source data, And a step (S10) provided by the correction information acquisition module 35;
In the receiving step S10, GNSS source data is received through the GNSS receiving module 10, and the measurement time generated by the acquisition module 30, the receiver clock error, the pseudo distance by each level, The GNSS information which is the clock error of each satellite and the DGNSS raw data through the correction information receiving module 20 in the receiving step S10 and received by the correction information obtaining module 35, Providing the error estimation unit 50 and the correction positioning module 40 with the generation time (MZC, Modified-Z Count), the statistical correction value, the UDRE (User Differential Range Error) S20);
A step (S30) of measuring a DGNSS position of a user by a differential correction method in the correction positioning module 40 using the GNSS information and the DGNSS information generated through the providing step S20;
The DGNSS position of the user measured through the DGNSS position measurement of the user (S30), the GNSS information generated by the acquisition module 30 through the providing step S20, and the GNSS information generated by the correction information acquisition module 35 (S40) estimating the pseudo distance error estimate, the gender-by-common non-common error estimation value, and the gender-specific correction value error estimation value through the error estimation unit 50 through the generated DGNSS information, respectively;
The generation module 60 estimates the user's desired level of error by using the estimated error by the estimated error in step S40 and the DGNSS position of the user measured by the corrected positioning module 40 through the error estimator 50, Calculating a protection level (S50) and
The protection level calculated and generated through the calculation of the protection level (S50) is compared with a desired alert limit (Alert Limit), and whether the DGNSS position measurement is used for navigation is checked through the integrity checking module 70 And a step (S60) of determining the integrity of the DGNSS measurement location.
상기 오차 추정부(50)를 통해 각각 추정하는 단계(S40)는,
상기 획득모듈(30)에서 제공한 GNSS 정보를 이용하여 의사거리 오차 추정모듈(51)을 통해 위성별 의사거리 오차를 추정하는 단계(S41);
상기 보정정보 획득모듈(35)에서 제공한 DGNSS 정보 및 보정 측위모듈(40)에서 제공한 사용자의 DGNSS 위치를 이용하여 비공통 오차 추정모듈(52)을 통해 기준국과 사용자 간의 거리를 구하고 이에 따른 위성별 비공통 오차를 추정하는 단계(S42) 및
상기 보정정보 획득모듈(35)에서 제공한 DGNSS 정보를 이용하여 보정치 오차 추정모듈(53)을 통해 위성별 보정치 오차를 추정하는 단계(S43)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법.
The method of claim 3,
The estimating step S40 through the error estimating unit 50, respectively,
A step (S41) of estimating a pseudorange error by sex using the pseudo range error estimation module 51 using the GNSS information provided by the acquisition module 30;
The distance between the reference station and the user is obtained through the non-common error estimation module 52 using the DGNSS information provided by the correction information acquisition module 35 and the DGNSS position of the user provided by the correction positioning module 40, A step (S42) of estimating non-common error by sex and
And a step (S43) of estimating a threshold correction value error through a correction value error estimation module (53) using the DGNSS information provided by the correction information acquisition module (35). Integrity check method used.
상기 의사거리 오차 추정모듈(51)을 통해 위성별 의사거리 오차를 추정하는 단계(S41)는,
상기 획득모듈(30)에서 오차 추정부(50) 및 보정측위모듈(40)에 전달하는 각 위성별 의사거리의 표준편차를 사용할 것인지의 여부를 결정하며,
상기 각 위성별 의사거리의 표준편차를 사용할 것인지의 여부를 결정할 때 사용할 것으로 결정되면, 관계식 1을 통해 각 위성별 의사거리의 표준편차()를 취하여 위성별 의사거리 오차 추정치()를 구하고,
상기 각 위성별 의사거리의 표준편차를 사용할 것인지의 여부를 결정할 때 사용하지 않을 것으로 결정되면, 관계식 2를 통해 각 위성별 의사거리()에서 각위성의 시계 오차()와 수신기 시계 오차()를 보상한 각 위성별 조정된 의사거리 오차()를 구하고 관계식 3을 통해 각 위성별 조정된 의사거리 오차()의 표준편차()를 취하여 위성별 의사거리 오차 추정치()를 구하는 것을 특징으로 하는 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법.
관계식 1
관계식 2
관계식 3
5. The method of claim 4,
The step (S41) of estimating the pseudorange distance error by the pseudo range error estimation module (51)
The acquisition module 30 determines whether or not to use the standard deviation of the pseudo distance for each position transmitted to the error estimation unit 50 and the correction positioning module 40,
Wherein when each of the above when deciding whether to use the standard deviation of the sex pseudoranges determined to be used, the standard deviation of each of the above gender pseudorange through a relational expression 1 ( ) And the estimated pseudorange error ),
If it is determined that the each of the above not used to determine whether to use the standard deviation of the sex pseudoranges, each of the above gender pseudorange through a second relational expression ( ), The clock error of each satellite ) And receiver clock error ( ) Adjusted pseudorange error for each position compensated ( ) To obtain the above, each sex adjusted by a relational expression 3 pseudorange error ( ) Of the standard deviation ) And the estimated pseudorange error The integrity check method using the integrity check system of the DGNSS measurement position is characterized by determining the integrity check method.
Relationship 1
Relation 2
Relation 3
상기 비공통 오차 추정모듈(52)을 통해 위성별 비공통 오차를 추정하는 단계(S42)는,
상기 DGNSS 정보의 기준국 위치와 상기 보정 측위모듈(40)에서 측정된 사용자의 DGNSS 위치를 이용하여 기준국과 사용자 사이의 거리()를 구하고, 이를 관계식 4을 통해 비공통 오차()를 추정하는 것을 특징으로 하는 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법.
관계식 4
이때, 기준국과 사용자 수신기 사이의 이격이 증가함에 따라 동일 위성이 송신한 신호가 이온층/대류층을 통과하면서 지연되는 량의 상관도가 하락하며, 이로 인하여 기준국과 사용자 사이의 거리 1당 각 의사거리 측정치에 0.57 만큼의 1 시그마 오차가 발생하여 DGNSS 측위 결과에 영향을 미침.
5. The method of claim 4,
The step (S42) of estimating the non-common error for each sex by the non-common error estimation module (52)
The distance between the reference station and the user using the reference station position of the DGNSS information and the DGNSS position of the user measured by the correction positioning module 40 ), And this is calculated as a non-common error ( ) Of the DGNSS measurement position is estimated.
Relation 4
At this time, as the distance between the reference station and the user receiver increases, the degree of correlation of the amount of delay that the signal transmitted by the same satellite passes through the ionosphere / convection layer decreases. As a result, 0.57 for each pseudo distance measure 1 sigma error occurs and affects DGNSS positioning result.
상기 보정치 오차 추정모듈(53)을 통해 위성별 보정치 오차를 추정하는 단계(S43)는,
상기 보정정보 획득모듈(35)에서 오차 추정부(50) 및 보정측위모듈(40)에 전달하는 각 위성별 UDRE를 사용할 것인지의 여부를 결정하며,
상기 각 위성별 UDRE를 사용할 것인지의 여부를 결정할 때 사용할 것으로 결정되면, 관계식 5을 통해 각 위성별 UDRE()를 취하여 위성별 보정치 오차 추정치()를 구하고,
상기 각 위성별 UDRE를 사용할 것인지의 여부를 결정할 때 사용하지 않을 것으로 결정되면, 관계식 6을 통해 각 위성별 보정치()의 표준편차를 취하여 위성별 보정치 오차 추정치()로 구하는 것을 특징으로 하는 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법.
이때, 상기 위성별 UDRE는 ()는 의사거리 보정치에 포함되었을 것으로 추정되는 1시그마() 오차로서, DGNSS를 서비스하기 위한 RTCM의 표준문서(SC104-STD)에 따라 기준국의 보정정보에 포함되어 위성별 보정치와 함께 DGNSS 기준국에서 방송된다.
관계식 5
관계식 6
5. The method of claim 4,
The step (S43) of estimating the correction value for each sex by the correction value error estimation module (53)
The correction information acquisition module 35 determines whether or not to use each UDRE for each position to be transmitted to the error estimation unit 50 and the correction positioning module 40,
If it is determined that the use in determining whether or not each of the above to use the gender UDRE, each of the above equations 5 through gender UDRE ( ) To obtain the correction value error estimate ( ),
If it is determined that the each of the above not used to determine whether or not to use the gender UDRE, each of the above gender correction value through equations 6 ( ), And calculate the error correction value The integrity check method using the integrity check system of the DGNSS measurement position is characterized by that the integrity check method is used.
At this time, the UDRE by state is ( ) Is the one-sigma (< RTI ID = 0.0 > ) Is included in the correction information of the reference station according to the RTCM standard document (SC104-STD) for service of the DGNSS, and is broadcast on the DGNSS reference station together with the correction value of the station.
Relation 5
Relation 6
상기 사용자가 원하는 수준의 보호수준을 계산하는 단계(S50)는,
상기 오차 추정부(50)를 통해 각각 추정하는 단계(S40)에서 추정되어 제공되는 DGNSS 정보를 통해 위성별 의사거리 오차 추정치(), 위성별 비공통 오차 추정치() 및 위성별 보정치 오차 추정치()를 식 1에 대입하여 오차 모델()을 구성하는 단계(S51);
상기 제공하는 단계(S20)의 획득모듈(30)에서 획득한 각 위성의 위치 및 사용자의 DGNSS 위치를 측정하는 단계(S30)의 보정 측위모듈(40)에서 측정된 사용자의 DGNSS 위치로 ENU 좌표계에서 사용자 위치로부터 위성의 방향에 대한 각 앙각()과 방위각()을 구하고, 식 2를 통해 위성 배치를 나타내는 단위벡터 행렬()을 구성하는 단계(S52);
상기 오차 모델()를 통해 구성된 위성별 오차모델() 값을 통해 오차모델 값의 역수값()을 식 3으로 구하고, 상기 역수값()을 식 4에 대입하여 식 4를 통해 가중치 행렬()를 구하는 단계(S53);
상기 단위벡터 행렬()을 구성하는 단계(S52)를 통해 구해진 단위벡터 행렬()과 가중치 행렬()를 구하는 단계(S53)를 통해 구해진 가중치 행렬()을 가중최소제곱법인 식 5에 대입하여 거리영역에서 위치영역으로 투영한 투영행렬()을 구하는 단계(S54);
상기 투영행렬()을 구하는 단계(S54)를 통해 구해진 투영행렬()의 일부 요소를 취하여 상기 오차 모델()을 구성하는 단계(S51)에서 구한 위성별 오차 모델을 곱한 후 더하는 방법으로 식 6, 식 7, 식 8 및 식 9를 통해 동쪽 방향으로의 분산 오차(), 북쪽 방향으로의 분산 오차(), 동쪽과 북쪽 방향으로의 공분산 오차() 및 수직 방향으로의 분산 오차()를 구하는 단계(S55) 및
상기 분산 오차를 구하는 단계(S55)를 통해 구해진 분산 오차 요소와 수평보호수준(, Horizontal Protection Level)에 대하여 사용자가 요구하는 무결성 리스크를 만족시키는 표준점수()와 수직보호수준(, Vertical Protection Level)에 대하여 사용자가 요구하는 무결성 리스크를 만족시키는 표준점수()를 이용하여 수평보호수준과 수직보호수준을 식 10 및 식 11을 통해 구하는 단계(S56)를 포함하는 것을 특징으로 하는 DGNSS 측정 위치의 무결성 검사 시스템을 이용한 무결성 검사방법.
식 1
식 2
식 3
식 4
식 5
식 6
식 7
식 8
식 9
식 10
수평보호수준(HPL)은 타원의 장축을 구하는 식으로 구해짐.
식 11
The method of claim 3,
The step S50 of calculating the level of protection desired by the user,
The DGNSS information estimated in step S40, which is estimated through the error estimation unit 50, ), Non-common error estimates by sex ) And the gender-specific correction value error estimate ) To the equation (1 ) to obtain the error model (S51);
The DGNSS position of the user measured by the calibration positioning module 40 of the step S30 of measuring the position of each satellite obtained by the acquisition module 30 of the providing step S20 and the DGNSS position of the user is calculated in the ENU coordinate system Each elevation angle relative to the direction of the satellite from the user location ( ) And azimuth angle ) To obtain a unit vector matrix representing the satellite deployment through a formula (2) ( (S52);
The error model ( ), Which is composed of ) Value, the reciprocal value of the error model value ( ) Is obtained by the equation (3 ), and the reciprocal value ), The weight matrix through formula (4) are substituted in equation (4) ( (S53);
The unit vector matrix ( (S52) of the unit vector matrix < RTI ID = 0.0 > ) And a weighting matrix ( (Step S53) of obtaining a weight matrix ) Is substituted into the weighted least squares equation (5 ), and a projection matrix ( (S54);
The projection matrix ( (S54) of obtaining the projection matrix ( ) To obtain the error model ( (S51), and then adding the result of the multiplication to the error in the east direction ( Equation 6, Equation 7, Equation 8 and Equation 9 ) ), The dispersion error in the north direction ( ), The covariance error in the east and north directions ) And the dispersion error in the vertical direction ( (Step S55); and
The dispersion error component obtained through the step S55 of obtaining the dispersion error and the horizontal protection level ( , Horizontal Protection Level) that satisfies the user's required integrity risk. ) And vertical protection level , Vertical Protection Level), which satisfies the user's required integrity risk. And a step (S56) of obtaining a horizontal protection level and a vertical protection level using Equation 10 and Equation 11 using the integrity check system of the DGNSS measurement position.
Equation 1
Equation 2
Equation 3
Equation 4
Equation 5
Equation 6
Equation 7
Equation 8
Equation 9
Equation 10
The horizontal protection level (HPL) is obtained by obtaining the long axis of the ellipse.
Equation 11
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