KR101970240B1 - Onboard Monitoring Method and Apparatus for Ionospheric Threat Mitigation: Geometry Screening for Unmanned Aircraft System Applications - Google Patents

Onboard Monitoring Method and Apparatus for Ionospheric Threat Mitigation: Geometry Screening for Unmanned Aircraft System Applications Download PDF

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KR101970240B1 KR1020170174629A KR20170174629A KR101970240B1 KR 101970240 B1 KR101970240 B1 KR 101970240B1 KR 1020170174629 A KR1020170174629 A KR 1020170174629A KR 20170174629 A KR20170174629 A KR 20170174629A KR 101970240 B1 KR101970240 B1 KR 101970240B1
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이진실
김민찬
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윤문석
최필훈
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Abstract

The present invention relates to a global navigation satellite system (GNSS)-mounted satellite geometry discriminating method, which secures navigation safety by enabling a navigation user using a differential global positioning system (DGPS)-based system to calculate the maximum vertical position error that can occur due to ionospheric anomaly; and an apparatus using the same. To this end, in the present invention, a system with computational efficiency and flexibility is designed by operating a satellite geometry technique, which is operated in a ground device, in an unmanned aircraft-mounted navigation system. In a GBAS, only a CCD monitor is used. But, in an LAD-GNSS, DSIGMA is added, which takes the directionality into consideration during calculation process of the maximum pseudo-range error. Therefore, accurate pseudo-range error simulation is possible. In addition, by operating the satellite geometry discrimination technique in the unmanned aircraft-mounted navigation system, a mounted navigation device (user) knows the combination of satellite geometries used in positioning of the user such that a calculation process for many satellite combinations is not necessary, thereby rapidly discriminating the satellite geometry. An MIEV value is directly compared with an alarm threshold value to determine availability in an LAD-GNSS performed only for one satellite geometry, unlike in a GBAS which determines whether a subset of a specific satellite geometry is available through vertical protection level expansion, thereby rapidly performing navigation control of an unmanned aircraft.

Description

전리층 위협 완화를 위한 무인항공기 탑재 위성기하 분별 방법 및 장치{Onboard Monitoring Method and Apparatus for Ionospheric Threat Mitigation: Geometry Screening for Unmanned Aircraft System Applications}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method and an apparatus for satellite geometry discrimination using an unmanned aerial vehicle for mitigation of ionospheric threats,

본 발명은 DGPS (Differential Global Positioning System) 기반의 시스템을 이용하는 항법 사용자가 전리층 이상 현상으로 인해 발생할 수 있는 최대의 수직 위치 오차를 스스로 산출하여 항법 안전성을 보장하게 하는, GNSS (Global Navigation Satellite System) 탑재 위성기하 분별 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a Global Navigation Satellite System (GNSS) equipped with a Global Navigation Satellite System (GNSS), which allows a navigation user using a DGPS (Differential Global Positioning System) based system to calculate the maximum vertical position error that can occur due to an ionospheric anomaly, To a method and apparatus for satellite geometry.

지상기반 보강시스템(GBAS: Ground-Based Augmentation System)은 사용자에게 GNSS 오차 보정정보와 무결성 정보를 사용자에게 제공함으로써 항공기의 정밀 공항 접근과 자동 착륙을 위해 개발된 시스템이다. 시스템의 운영 중에 극심한 전리층 폭풍이 발생하였을 경우 전리층 지연 값이 급변하게 되고 보강시스템 사용자가 이러한 전리층 이상현상이 발생했을 때의 보정정보를 사용할 경우, 사용자의 위치 추정치 정확도는 크게 저하된다. 따라서, 전리층 위협모델의 범주에 속하는 전리층 이상현상이 지상 모니터링을 통해 적시에 감지 및 경보되지 못한다면 사용자는 큰 위험에 처할 수 있다. GBAS에서는 이러한 전리층 위협 현상에 대응하여 지상장치에서 코드-반송파 발산(CCD: Code-Carrier Divergence) 모니터와 위성기하 분별 알고리즘을 작동하고 있다. Ground-Based Augmentation System (GBAS) is a system developed for the aircraft's precision airport approach and automatic landing by providing GNSS error correction information and integrity information to the user. If severe Ionospheric storms occur during operation of the system, the ionospheric delay value changes rapidly, and when the user of the reinforcement system uses the correction information when such ionospheric anomaly occurs, the accuracy of the user's position estimate is significantly degraded. Therefore, if the ionospheric anomalies falling within the category of the ionosphere threat model are not detected and notified in a timely manner through ground monitoring, the user may be in great danger. In response to these ionosphere threats, GBAS is working with code-carrier divergence (CCD) monitors and satellite geometry algorithms on terrestrial equipment.

LAD-GNSS (Local-Area Differential GNSS)는 개발비용을 줄이고 시스템 상의 복잡성을 간소화한 형태의 GBAS로, 무인기용 안전 항법 운용을 위해 제안된 시스템이다. LAD-GNSS는 GBAS와 마찬가지로 DGPS의 원리를 차용해 보정정보를 산출하기 때문에, 전리층 이상현상에 영향 받는 시스템의 양상이 GBAS와 동일하다. LAD-GNSS에서는 전리층 이상현상에 대응하여 GBAS에서 작동하는 CCD 모니터, 위성기하 분별 기법과 더불어 이중 항법해 전리층 모니터(DSIGMA, Dual Solution Ionospheric Gradient Monitoring Algorithm)을 도입하였다. LAD-GNSS (Local-Area Differential GNSS) is a GBAS system that reduces development costs and simplifies system complexity. It is a system proposed for safe navigation operation for UAVs. Since LAD-GNSS derives correction information from DGPS principles like GBAS, the system affected by ionospheric anomaly is the same as GBAS. In response to the ionospheric anomaly, LAD-GNSS introduced DSIGMA (Dual Solution Ionospheric Gradient Monitoring Algorithm) as well as CCD monitor and satellite geometry techniques operating in GBAS.

GBAS와 LAD-GNSS에서 작동하는 위성기하 분별 기법의 공통점과 차이점은 다음과 같다. 먼저 공통점은, 전리층 모니터가 감지하지 못한 상태에서 발생할 수 있는 수직 전리층 위치 오차의 최대값을 실시간으로 계산하여, 전리층 이상현상이 감지되지 않은 상황까지 고려한 최종 단계의 모니터라는 점이다. 차이점은, GBAS에서는 CCD 모니터만을 사용하고 있지만, LAD-GNSS에서는 DSIGMA가 더해진다는 점이다.The common features and differences of the satellite meteorological techniques operating in GBAS and LAD-GNSS are as follows. First of all, the common point is that it monitors the maximum value of the vertical ionospheric position error that can occur when the ionospheric monitor can not detect it, and it is the final monitor considering the situation where the ionospheric anomaly is not detected. The difference is that in GBAS, only CCD monitors are used, but in LAD-GNSS DSIGMA is added.

KRKR 10-098076210-0980762 B1B1

기존의 GBAS에서는 위성기하 분별 기법의 구동 주체가 지상 장치에 있었다. 지상 장치는 인근의 사용자가 실제로 측위에 사용하는 위성의 조합을 알지 못하므로, 수신되는 위성들의 조합으로 가능한 모든 경우의 수의 위성 기하에 대해 수직 위치 오차를 계산해야 하고 이는 실시간으로 산출 및 판단되어야 할 무인기 항법 분야에 큰 문제로 작용한다. 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로써, 지상장치에서 작동하였던 위성기하 분별 기법을 무인항공기 탑재 항법장치에서 작동하게 하여 계산 효율성과 유연성을 확보한 시스템을 설계하는데 그 목적이 있다.In the existing GBAS, the driving subject of the satellite geometry classification technique was in the ground device. Since the terrestrial equipment does not know the combination of satellites that the nearby user actually uses for positioning, it should calculate the vertical position error for every possible number of satellite geometries in combination with the received satellites, It is a big problem in the field of unmanned aerial navigation. The present invention aims at designing a system which is designed to solve such a problem and operates a satellite geometry classification technique operated in a ground device in a navigation device mounted on an unmanned aerial vehicle, thereby ensuring calculation efficiency and flexibility.

또한 GBAS에서는 CCD 모니터만을 사용하고 있지만, LAD-GNSS에서는 최대 의사거리오차 산출과정에서 방향성을 고려하는 DSIGMA가 더해짐으로써 더욱 정확한 의사거리 오차 시뮬레이션이 가능하게 하는데 그 목적이 있다.In GBAS, only CCD monitor is used. In LAD-GNSS, DSIGMA considering directionality is added in calculation of maximum pseudorange error, so that more accurate pseudorange error simulation can be performed.

또한 이와 같이 위성기하 분별 기법을 무인항공기 탑재 항법장치에서 작동하게 함으로써 탑재 항법장치(사용자)는 자신의 측위에 사용되는 위성 기하의 조합을 알고 있기 때문에 많은 위성 조합에 대한 연산 과정이 필요하지 않아 신속한 위성기하의 분별이 가능하며, 수직보호수준 팽창을 통해 특정 위성 기하의 Subset의 사용 가능 여부를 판가름했던 GBAS에서와 달리, 하나의 위성 기하에 대해서만 수행되는 LAD-GNSS에서는 MIEV 값을 경보한계 값과 직접 비교함으로써 가용여부를 판단함으로써 역시 신속하게 무인항공기의 항법제어를 가능하게 하는데 그 목적이 있다.In addition, since the satellite geometry classification technique is operated in the navigation device mounted on the unmanned aerial vehicle, the navigation device (user) knows the combination of the satellite geometry used in the positioning, In LAD-GNSS, which is performed only for one satellite geometry, unlike in GBAS, which can discriminate satellite geometry and determine whether subsets of certain satellite geometries can be used through the expansion of vertical protection level, So that it is possible to quickly control the navigation of the unmanned airplane.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 무인항공기에 탑재 위성기하 분별 장치가, 전리층 위협 완화를 위하여 위성기하를 분별하는 방법은, (a) 최대 의사거리 오차 산출을 위한 매개변수를 수집하는 단계; (b) 상기 매개변수로부터 최대 의사거리 오차를 산출하는 단계; (c) 각 위성의 수직 전리층 위치 오차를 산출하는 단계; (d) 상기 산출된 각 위성의 수직 전리층 위치 오차로부터, 최종 수직 전리층 위치 오차값을 결정하는 단계; 및 (e) 상기 최종 수직 전리층 위치 오차값을 이용하여 항법 시스템의 가용 여부를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 단계(c)의 각 위성의 수직 전리층 위치 오차는,

Figure 112019024083674-pat00021
에 의해 산출될 수 있으며, 여기서 IEVi는 i번째 위성의 수직 전리층 위치 오차, R은 전리층 기울기로 인해 발생할 수 있는 최대 의사거리 오차, Sv,i는 i번째 위성의 수직 위성 기하 계수이다.In order to accomplish the above object, there is provided a method for discriminating satellite geometry for mitigation of ionospheric threat by: (a) collecting parameters for calculating a maximum pseudorange error; ; (b) calculating a maximum pseudorange error from the parameter; (c) calculating a vertical ionospheric position error of each satellite; (d) determining a final vertical ionospheric position error value from the calculated vertical ionospheric position error of each satellite; And (e) determining whether the navigation system is available using the final vertical ionospheric position error value, wherein the vertical ionospheric position error of each satellite in step (c)
Figure 112019024083674-pat00021
Where IEV i is the vertical ionospheric position error of the i th satellite, R is the maximum pseudorange error that can be caused by the ionospheric slope, and S v, i is the vertical satellite geometry factor of the i th satellite.

상기 단계(a), (b)의 매개변수는, 방향성을 갖는 변수를 포함할 수 있다.The parameters of steps (a) and (b) above may include variables having directionality.

상기 단계(d)의 최종 수직 전리층 위치 오차값은, 상기 산출된 각 위성의 수직 전리층 위치 오차의 절대값 중 최대값으로 결정될 수 있다.The final vertical ionospheric position error value of the step (d) may be determined as a maximum value among the absolute values of the vertical ionospheric position errors of the calculated satellites.

상기 단계(e)의 항법 시스템의 가용 여부 판단은, 상기 무인항공기가 운용 중인 영역에서 요구되는 위치 오차 한계(이하 '경보한계'라 한다)와 최종 수직 전리층 위치 오차값을 직접 비교하여, 상기 최종 수직 전리층 위치 오차값이 상기 경보한계 이하일 경우에 항법 시스템이 사용 가능하다고 판단할 수 있다.The determination of availability of the navigation system of step (e) directly compares the positional error limit (hereinafter referred to as 'alarm limit') required in the area under operation of the UAV and the final vertical ionospheric position error value, It can be determined that the navigation system can be used when the vertical ionospheric position error is less than or equal to the alarm limit.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 무인항공기에 탑재되어 위성기하를 분별하는 장치는, 최대 의사거리 오차 산출을 위한 매개변수를 수집하는 최대 의사거리 오차 산출 매개변수 수집부; 상기 매개변수로부터 최대 의사거리 오차를 산출하는 최대 의사거리 오차 산출부; 각 위성의 수직 전리층 위치 오차를 산출하고, 이로부터, 최종 수직 전리층 위치 오차값을 결정하는 수직 전리층 위치 오차 산출부; 상기 최종 수직 전리층 위치 오차값을 이용하여 항법 시스템의 가용 여부를 판단하는 항법 시스템 가용 여부 판단부; 및, 무인항공기에 탑재 위성기하 분별 장치의 상기 각 구성요소를 제어하여 위성기하 분별과 관련된 일련의 처리를 수행하는 제어부를 포함하고, 상기 각 위성의 수직 전리층 위치 오차는,

Figure 112019024083674-pat00022
에 의해 산출될수 있으며, 여기서 IEVi는 i번째 위성의 수직 전리층 위치 오차, R은 전리층 기울기로 인해 발생할 수 있는 최대 의사거리 오차, Sv,i는 i번째 위성의 수직 위성 기하 계수이다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for discriminating satellite geometry mounted on an unmanned air vehicle, comprising: a maximum pseudo range error calculation parameter collector for collecting parameters for calculating a maximum pseudo range error; A maximum pseudorange error calculator for calculating a maximum pseudorange error from the parameter; A vertical ionospheric position error calculator for calculating a vertical ionospheric position error of each satellite and determining a final vertical ionospheric position error value; A navigation system availability determination unit for determining whether the navigation system is available using the final vertical ionospheric position error value; And a control unit for controlling the respective components of the satellite geometry separating apparatus mounted on the unmanned aerial vehicle to perform a series of processes related to satellite geometry,
Figure 112019024083674-pat00022
Where IEV i is the vertical ionospheric position error of the i th satellite, R is the maximum pseudorange error that can be caused by the ionospheric slope, and S v, i is the vertical satellite geometry factor of the i th satellite.

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상기 매개변수는, 방향성을 갖는 변수를 포함할 수 있다.The parameter may include a variable having directionality.

상기 최종 수직 전리층 위치 오차값은, 상기 산출된 각 위성의 수직 전리층 위치 오차의 절대값 중 최대값으로 결정될 수 있다.The final vertical ionospheric position error value may be determined as a maximum value among the absolute values of the vertical ionospheric position error of each of the calculated satellites.

상기 항법 시스템의 가용 여부 판단은, 상기 무인항공기가 운용 중인 영역에서 요구되는 위치 오차 한계(이하 '경보한계'라 한다)와 최종 수직 전리층 위치 오차값을 직접 비교하여, 상기 최종 수직 전리층 위치 오차값이 상기 경보한계 이하일 경우에 항법 시스템이 사용 가능하다고 판단할 수 있다.The determination of whether or not the navigation system is usable is made by directly comparing a position error limit (hereinafter referred to as an 'alarm limit') required in an operating area of the UAV and a final vertical ionospheric position error value, Is less than or equal to the alarm limit, it can be determined that the navigation system is usable.

본 발명에 의하면, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로써, 지상장치에서 작동하였던 위성기하 분별 기법을 무인항공기 탑재 항법장치에서 작동하게 하여 계산 효율성과 유연성을 확보한 시스템을 설계하도록 하며, 또한 GBAS에서는 CCD 모니터만을 사용하고 있지만, LAD-GNSS에서는 최대 의사거리오차 산출과정에서 방향성을 고려하는 DSIGMA가 더해짐으로써 더욱 정확한 의사거리 오차 시뮬레이션이 가능하게 하는 효과가 있다.According to the present invention, the present invention is devised to solve such a problem, and it is designed to design a system ensuring computation efficiency and flexibility by operating a satellite geometry classification technique operated on a ground device in an unmanned aerial vehicle navigation device , GBAS uses CCD monitor only, but DSADMA considering directionality is added in calculation of maximum pseudorange error in LAD-GNSS, so that more accurate pseudorange error simulation is possible.

또한 위성기하 분별 기법을 무인항공기 탑재 항법장치에서 작동하게 함으로써 탑재 항법장치(사용자)는 자신의 측위에 사용되는 위성 기하의 조합을 알고 있기 때문에 많은 위성 조합에 대한 연산 과정이 필요하지 않아 신속한 위성기하의 분별이 가능하며, 수직보호수준 팽창을 통해 특정 위성 기하의 Subset의 사용 가능 여부를 판가름했던 GBAS에서와 달리, 하나의 위성 기하에 대해서만 수행되는 LAD-GNSS에서는 MIEV 값을 경보한계 값과 직접 비교함으로써 가용여부를 판단함으로써 역시 신속하게 무인항공기의 항법제어를 가능하게 하는 효과가 있다.In addition, since the satellite geometry classification technique is operated on the navigation device mounted on the unmanned aerial vehicle, the navigation device (user) knows the combination of the satellite geometries used in the positioning, , The LIE-GNSS, which is performed only for one satellite geometry, directly compares the MIEV value with the alarm threshold, unlike in the GBAS, which determines the availability of subsets of certain satellite geometries through the expansion of the vertical protection level Thereby making it possible to quickly control the navigation of the unmanned aerial vehicle.

도 1은 GBAS의 전리층 의사거리 오차 산출 시뮬레이션 흐름도.
도 2는 본 발명의 LAD-GNSS(Local-Area Differential GNSS)의 전리층 의사거리 오차 산출 시뮬레이션 매개변수가 적용되는 상황을 도시한 도면.
도 3은 전리층 의사거리 오차 산출 시뮬레이션 매개변수 조사 범위를 나타내는 표.
도 4는 무인기 운용 환경에 따른 시나리오 별 최대 의사거리 오차 결과의 실시예.
도 5는 LAD-GNSS의 무인항공기 탑재된 위성기하 분별 장치가 본 발명의 위성기하 분별 방법을 수행하는 순서도.
도 6은 무인항공기 탑재 위성기하 분별 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 7은 GBAS에서의 최대 의사거리 오차 산출 시뮬레이션 결과(a)와 본 발명의 LAD-GNSS의 최대 의사거리 오차 산출 시뮬레이션 결과(b)를 대비하여 나타낸 도면.
Fig. 1 is a flow chart of simulating ionospheric pseudo range error calculation of GBAS.
2 is a diagram showing a situation in which an ionospheric pseudo range error calculation simulation parameter of LAD-GNSS (Local-Area Differential GNSS) of the present invention is applied.
Fig. 3 is a table showing the simulation range of the ionospheric pseudo range error calculation simulation parameter.
FIG. 4 shows an embodiment of a maximum pseudorange error result per scenario according to a UAV operating environment.
FIG. 5 is a flow chart of a satellite geometry separating apparatus equipped with an unmanned aerial vehicle of the LAD-GNSS performing the satellite geometry classification method of the present invention.
6 is a diagram showing a configuration of an unmanned aerial vehicle mounted satellite geometry separating apparatus.
FIG. 7 is a diagram showing a simulation result of maximum pseudo range error calculation in GBAS (a) and a simulation result of maximum pseudo distance error calculation (b) of LAD-GNSS of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

도 1은 GBAS의 전리층 의사거리 오차 산출 시뮬레이션 흐름도이다.Fig. 1 is a flow chart of simulating the calculation of the ionospheric pseudo range error of the GBAS.

기존 GBAS의 위성기하 분별 기법에 대한 설명은 다음과 같다. 사전의 전리층 위협 시뮬레이션을 통해 최대 의사거리 오차를 산출하고, 이를 이용해 수직 전리층 위치 오차를 계산한다. 아래는 이에 대한 설명을 순서대로 기술하였다.A description of the satellite geometry classification technique of the existing GBAS is as follows. We calculate the maximum pseudorange error using the prior ionospheric threat simulation, and use this to calculate the vertical ionospheric position error. The description below is described in order.

먼저 전리층 기울기로 인해 발생하는 의사거리 오차는 위 그림과 같은 도식으로 계산된다. GBAS에서는 신호 잡음을 완화하기 위해 평활화 과정을 거친 CSC (Carrier Smoothed Code) 측정치를 사용한다. 항공기와 지상국에서 100초의 동일한 시상수를 적용한 측정치의 차이값이 오차가 되며, CCD 모니터에 감지되는지 여부를 같이 확인한다. 이러한 시나리오의 시뮬레이션을 전리층 기울기의 크기, 폭, 이동속도, 초기 위치를 조절해가며 변수들의 조합으로 발생할 수 있는 모든 케이스의 시뮬레이션을 시행한 후, 각 △v 별 최대값을 찾는다First, the pseudo range error caused by the ionospheric slope is calculated as shown in the above figure. In GBAS, CSC (Carrier Smoothed Code) measurements, which are smoothed to mitigate signal noise, are used. In aircraft and ground stations, the difference between the measured values using the same time constant of 100 seconds is an error, and it is confirmed whether or not it is detected by the CCD monitor. Simulation of these scenarios is performed by simulating all the cases that can occur with the combination of variables, adjusting the size, width, moving speed, and initial position of the ionosphere slope, and then finding the maximum value for each Δv

다음으로 수직 전리층 위치 오차를 계산하기 위해 최악의 전리층 이상 현상 시나리오로 두 개의 위성이 전리층 경사면에 동시에 영향을 받는 상황을 가정한다. 이 때, 수직 위치 오차는 다음 식과 같이 표현된다.Next, to calculate the vertical ionospheric position error, it is assumed that two satellites are simultaneously affected by the ionospheric slope in the worst ionospheric anomaly scenario. At this time, the vertical position error is expressed by the following equation.

Figure 112017126173417-pat00003
Figure 112017126173417-pat00003

IEVi,j는 i, j번째 위성의 수직 전리층 위치 오차를 말하며, R은 전리층 기울기로 인해 발생할 수 있는 최대 의사거리 오차를 의미한다. 이는 사전에 시뮬레이션을 통해 테이블화된 값을 사용하며, 전리층 기울기의 속도와 위성의 이동속도 차이인 △v에 대한 함수로 표현된다. Sv,i는 i번째 위성의 수직 위성 기하 계수이며, 의사거리 오차 영역에서 위치 오차 영역으로 변환하는 상수이다.IEV i, j is the vertical ionospheric position error of the i and j satellites, and R is the maximum pseudorange error due to the ionospheric slope. It uses pre-simulated table values and is expressed as a function of the velocity of the ionosphere slope and the difference of the moving speed of the satellite, Δ v. S v, i is the vertical satellite geometry factor of the i-th satellite and is a constant that translates to a position error region in the pseudorange error region.

수직 위성 기하 계수를 설명하면 다음과 같다.The vertical satellite geometry factor is as follows.

수신기의 위치를 기준점으로 하는 NED (North, East, Down) 좌표계에 위성의 위치를 나타내면, 기하학적인 정보인 위성의 앙각(El, Elevation)과 방위각(Az, Azimuth)을 얻을 수 있다.이렇게 획득한 N개의 위성에 대한 앙각과 방위각을 이용하여 아래 식과 같이 행렬 G (크기:N by 4)를 계산한다.행렬 G는 위성의 분포 정보를 포함하는 행렬로 GPS 위치해 산출 과정에 필수적으로 계산되는 행렬이다.(Elevation) and azimuth (Az, Azimuth) of the satellite, which are geometrical information, can be obtained by representing the position of the satellite in the NED (North, East, Down) coordinate system having the receiver position as a reference point. Using the elevation and azimuth angles of N satellites, we calculate the matrix G (size: N by 4) as shown in the following equation: Matrix G is a matrix containing distribution information of satellites and is a matrix that is necessarily calculated for GPS positioning calculation .

Figure 112017126173417-pat00004
Figure 112017126173417-pat00004

행렬 W (크기: N by N)는 가중치 행렬로,각 위성 별 의사거리오차 확률분포의 분산값으로 구성된다.The matrix W (size: N by N) is a weighting matrix and consists of the variance of the pseudorange error probability distribution for each satellite.

Figure 112017126173417-pat00005
Figure 112017126173417-pat00005

수직 위성 기하 계수는 행렬 G와 행렬 W를 최소자승법으로 조합한 아래 행렬 S의 수직 방향 성분에 해당하는 원소를 의미한다.The vertical satellite geometry factor is an element corresponding to the vertical component of the matrix S, which is a combination of the matrix G and the matrix W in the least squares method.

Figure 112017126173417-pat00006
Figure 112017126173417-pat00006

특정 위성 기하 중 구해진 가능한 모든 위성 쌍 중 유도된 IEV 중 가장 큰 값을 MIEV 라고 정의한다. 특정한 시점에 GBAS 지상 시스템으로부터 위성 N개가 관측되고 있을 때, 아래 식과 같이 위성의 Subset 기하는 N개에서 N-2개까지의 조합으로 생성된다. Subset 기하 당 모든 위성 쌍을 고려해 하나의 MIEV가 계산된다.The largest value of IEVs derived from all possible satellite pairs obtained for a particular satellite geometry is defined as MIEV. When N satellites are observed from the GBAS terrestrial system at a specific point in time, they are generated from N to N-2 subsets of the satellite as shown in the following equation. One MIEV is calculated considering all satellite pairs per subset geometry.

Figure 112017126173417-pat00007
Figure 112017126173417-pat00007

위와 같이 최악의 전리층 이상현상 시나리오에서 유도된 위치오차 MIEV는 TEL을 넘지 말아야 한다. TEL은 항공기의 정밀 접근을 위해 OCS (Obstacle Clearance Surface)로부터 유도되었으며, 예시로 200ft의 결정 고도에서는 28.79m로 계산된다. MIEV 값이 TEL 값을 넘었을 경우, GBAS에서는 잠재적 무결성 위협이 존재한다고 판단하게 된다.The position error MIEV derived from the worst case ionospheric anomaly scenarios above should not exceed TEL. The TEL is derived from the Obstacle Clearance Surface (OCS) for precise access of the aircraft and is calculated to be 28.79 m at an exemplary crystal altitude of 200 ft. If the MIEV value exceeds the TEL value, the GBAS determines that a potential integrity threat exists.

GBAS에서는 이러한 잠재적 무결성 위협 완화를 위해 수직보호수준(VPL, Vertical Position Level)을 팽창한다. GBAS 지상 장치는 특정 시점, 위치에서 모든 Subset 위성 기하에 대해 아래와 같은 과정으로 보호 수준을 결정하게 된다.GBAS expands the Vertical Position Level (VPL) to mitigate this potential integrity threat. The GBAS ground device determines the level of protection for all Subset satellite geometries at a specific point in time by:

Figure 112017126173417-pat00008
Figure 112017126173417-pat00008

Kffmd는 측정치 고장이 없는 가정 하에 미검출 확률의 계수를 의미하고, σi는 위성 i에 대한 오차 분포의 표준편차를 의미한다. 위의 값들을 통해 도출된 VPLHo는 모든 위성 기하의 Subset에 대해 계산되어 사전에 요구조건으로 정립된 수직경보한계와 비교된다. 수직경보한계를 넘는 Subset 기하들은 GBAS 지상 시스템에 의해 사용 승인을 불허 받는다. K ffmd is the coefficient of non-detection probability under the assumption that there is no measurement failure, and σ i is the standard deviation of the error distribution for satellite i. The VPL Ho derived from the above values is calculated for the subsets of all satellite geometries and compared with the pre-established vertical alarm limits. Subset geometries that exceed the vertical alarm limit are not approved for use by the GBAS ground system.

Figure 112017126173417-pat00009
Figure 112017126173417-pat00009

수직보호수준 계산에 이용되는 통계치는 위 식과 같이 네 개의 오차 요소로 순서대로, 지상 시스템 오차항, 대류층과 관련된 잔류 오차에 대한 오차항, 위성의 항공기 내 수신기의 측정치에 대한 오차항, 전리층 정적 상태하의 Spatial decorrelation에 기인한 잔류오차에 대한 오차항으로 구성된다. The statistical values used in the calculation of the vertical protection level are as follows: ground system error term, error term for the residual error related to the convection layer, error of the satellite's measurement value of the receiver in the aircraft, spatial resolution under the ionospheric static state and an error term for the residual error due to decorrelation.

GBAS 지상 시스템은 최악의 전리층 이상현상에서 잠재적 무결성 위협이 된다고 판단된 Subset 기하, 즉 MIEV가 TEL값 보다 큰 모든 Subset 기하들에 대하여 기존의 σvig에 팽창계수를 곱함으로써 수직보호수준 전체를 팽창시켜 수직경보한계보다 큰 값을 갖게 만든다. 수직보호수준이 수직경보한계 값보다 크게 만드는 Ivig를 결정하여 팽창된 무결성 파라미터를 방송한다. 항공기는 팽창된 이용하여 계산한 수직보호수준이 수직경보한계를 넘게 함으로써 위 조건(MIEV > TEL)에 해당하는 Subset 기하의 사용을 허가하지 않게 된다. 이러한 방법으로 최악의 전리층 이상현상 시나리오에서 발생하는 잠재적 무결성 위협을 완화시킨다.The GBAS ground system expands the entire vertical protection level by multiplying the existing σ vig by the expansion factor for all Subset geometries larger than the TEL value, that is, the Subset geometry, which MIEV determined to be a potential integrity threat in the worst ionosphere anomaly It has a value greater than the vertical alarm limit. We determine the I vig that the vertical protection level is greater than the vertical alarm limit and broadcast the inflated integrity parameter. The aircraft will not allow the use of Subset geometry corresponding to the above condition (MIEV> TEL) by exceeding the vertical alarm limit calculated by the inflated use. In this way, it mitigates potential integrity threats that occur in the worst ionosphere anomaly scenarios.

도 2는 본 발명의 LAD-GNSS(Local-Area Differential GNSS)의 전리층 의사거리 오차 산출 시뮬레이션 매개변수가 적용되는 상황을 도시한 도면이다.2 is a diagram showing a situation in which an ionospheric pseudo range error calculation simulation parameter of LAD-GNSS (Local-Area Differential GNSS) of the present invention is applied.

이하에서, LAD-GNSS란 GNSS를 이용한 무인항공기 운항 시스템, 즉 지상국 시스템과 무인항공기 탑재 시스템을 포괄하는 용어로 사용하기로 한다.Hereinafter, LAD-GNSS will be used as a term encompassing a GNSS-based unmanned aerial vehicle navigation system, that is, a ground station system and an unmanned aerial vehicle loading system.

앞에서 기술한 기존 GBAS의 복잡한 위성기하 분별 기법을 보다 무인기 항법 시스템에 적합하도록 아래와 같이 크게 세 가지 변화를 적용한다.In order to adapt the complexity of the existing GBAS satellite meteorological techniques described above to unmanned navigation systems, three major changes are applied as follows.

1. 지상장치에서 탑재 항법장치로의 시스템 아키텍쳐 변경1. System architecture change from ground device to onboard navigation device

- 탑재 항법장치(사용자)는 자신의 측위에 사용되는 위성 기하의 조합을 알고 있기 때문에 많은 위성 조합에 대한 연산 과정이 필요하지 않다.- Because the onboard navigation device (user) knows the combination of satellite geometry used at his location, no computational process is required for many satellite combinations.

2. 최악의 전리층 이상현상 시나리오 변경2. Changing the worst ionospheric anomaly scenario

- 두 개의 위성이 전리층 기울기에 동시에 영향 받는 기존 GBAS에서의 시나리오와 달리, LAD-GNSS에서는 하나의 위성만이 영향을 받는다고 정의한다.Unlike the scenario in the existing GBAS where two satellites are simultaneously affected by the ionospheric slope, LAD-GNSS defines that only one satellite is affected.

3. 수직보호수준 팽창이 아닌 MIEV와 경보한계 값과의 직접 비교3. Direct comparison of MIEV and alarm limits, not vertical protection level expansion

- 수직보호수준 팽창을 통해 특정 위성 기하의 Subset의 사용 가능 여부를 판가름했던 GBAS에서와 달리, 하나의 위성 기하에 대해서만 수행되는 LAD-GNSS에서는 MIEV 값을 경보한계 값과 직접 비교함으로써 가용여부를 판단함으로써 더욱 신속한 무인항공기에 대한 항법 제어가 가능하게 된다.- In LAD-GNSS, which is performed only for one satellite geometry, unlike in GBAS, which determines the availability of subsets of certain satellite geometries through the expansion of the vertical protection level, the MIEV value is directly compared with the alarm threshold to determine availability This makes it possible to control the navigation on the unmanned aerial vehicle more rapidly.

이하는, 간소화된 LAD-GNSS의 탑재 위성기하 분별 알고리즘에 대한 설명이다. 먼저, GBAS에서와 마찬가지로 사전에 시뮬레이션을 기반으로 모니터에 감지되지 않은 최대 의사거리 오차를 산출한다.The following is a description of a simplified satellite LAD-GNSS satellite metric classification algorithm. First, as in GBAS, it calculates the maximum undetected pseudorange error on the monitor based on the simulation in advance.

도 2는 의사거리 오차 시뮬레이션의 매개변수들을 나타낸 그림이다. 방향성을 고려하지 않는 GBAS에서의 시뮬레이션과 달리, 방향성에 영향을 받는 DSIGMA가 포함된 LAD-GNSS에서는 지상국의 방향각, 경사면의 이동방향, 무인기의 이동방향이 시뮬레이션 변수에 추가적으로 포함되었다. 2 is a diagram showing parameters of the pseudorange error simulation. Unlike simulation in GBAS, which does not consider directionality, LAD-GNSS with DSIGMA affected by directionality additionally includes simulation parameters such as direction angle of ground station, moving direction of slope, and moving direction of UAV.

도 3은 전리층 의사거리 오차 산출 시뮬레이션 매개변수 조사 범위를 나타내는 표이고, 도 4는 무인기 운용 환경에 따른 시나리오 별 최대 의사거리 오차 결과의 실시예이다.FIG. 3 is a table showing a simulation range of the ionospheric pseudo range error calculation parameter, and FIG. 4 is an example of a maximum pseudorange error result per scenario according to the UAV operating environment.

도 3의 표는 각 매개변수 별 설정된 조사범위인 최솟값과 최댓값, 그에 따른 간격을 나타낸다. 도 2에 나타나있지 않은 변수인 △W는 시뮬레이션 마지막 시각에 놓이는 무인기와 전리층 경사면의 상대거리를 의미하고, β는 무인기의 이동방향과 전리층 경사면의 이동방향의 차이값을 의미한다. 도 3의 표의 조사 범위에 대해 두 가지 시나리오에 대한 최대 의사거리 오차의 예시 결과를 나타내면 도 4의 표와 같다.The table in FIG. 3 shows the minimum and maximum values and the interval therebetween, which are the irradiation ranges set for each parameter. The variable ΔW, which is not shown in FIG. 2, represents the relative distance between the UAV and the ionosphere slope at the end of the simulation, and β represents the difference between the moving direction of the UAV and the moving direction of the ionospheric slope. An example of the maximum pseudorange error for the two scenarios with respect to the survey range of the table of FIG. 3 is shown in the table of FIG.

도 5는 LAD-GNSS의 무인항공기에 탑재된 위성기하 분별 장치(300)가 본 발명의 위성기하 분별 방법을 수행하는 순서도이고, 도 6은 무인항공기 탑재 위성기하 분별 장치(300)의 구성을 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a flow chart of a satellite geometry division device 300 mounted on an LAD-GNSS unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a satellite- FIG.

이하에서는 도 5 및 도 6을 참조하여, 수직 전리층 위치 오차를 계산하기 위한 과정을 설명한다. Hereinafter, a process for calculating the position error of the vertical ionosphere will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG.

의사거리 오차란 무인항공기 탑재 항법장치에서 구한 위치정보에, 지상국으로부터 받은 보정정보를 적용하더라도, 전리층 이상 등에 의해 여전히 남아있는 오차를 말한다.The pseudo range error refers to the error still remaining due to the ionosphere or the like even if the correction information received from the ground station is applied to the position information obtained from the navigation device mounted on the unmanned aerial vehicle.

먼저 무인항공기 탑재 위성기하 분별 장치(300)에서 제어부(301)는 이하 설명하는 각 모듈을 제어하여 위성기하 분별과 관련된 일련의 처리를 수행한다. 위성기하 분별이란, 무인항공기 탑재 항법장치 또는 지상국 등, 항법 시스템으로부터의 정보에 의해 산출된 무인항공기의 현재 위치 정보가 올바른지 판단하는 것을 의미한다.First, the control unit 301 controls each module described below to perform a series of processes related to satellite geometry in the unmanned aerial vehicle mounted satellite geometric separator 300. The term "satellite geometry" means that the current location information of an unmanned aerial vehicle calculated by information from a navigation system, such as a navigation device on a unmanned aerial vehicle or a ground station, is judged to be correct.

최대 의사거리 오차 산출 매개변수 수집부(302)에 의해 매개변수를 수집한다(S510). 여기의 매개변수에는, 도 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 방향성에 영향을 받는 매개변수들인 지상국의 방향각, 경사면의 이동방향, 무인기의 이동방향 등이 포함될 수 있다. 이외에도 매개변수가 될 수 있는 것들은 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 바와 같다.The parameters are collected by the maximum pseudo distance error calculation parameter collecting unit 302 (S510). The parameters herein may include the direction angle of the ground station, the direction of movement of the slope, the moving direction of the UAV, and the like, which are parameters affected by the direction, as described above with reference to Fig. Other parameters that may be parameters are as described with reference to FIG. 2 and FIG.

이로부터 최대 의사거리 오차 산출부(303)는 최대 의사거리 오차를 산출한다(S520). 이러한 최대 의사거리 오차 산출은 실시간으로 매개변수들의 연산을 통해 구할 수도 있으나(S520), 도 3과 같은 매개변수 테이블을 데이터베이스(306)에 구비하여, 수집되는 매개변수들에 해당하는 최대 의사거리 오차를 데이터베이스(306)에서 찾아서 구할 수도 있다(S520).From this, the maximum pseudo distance error calculator 303 calculates a maximum pseudo distance error (S520). The calculation of the maximum pseudo distance error may be performed in real time by calculation of the parameters (S520). However, the parameter table shown in FIG. 3 may be provided in the database 306 so that the maximum pseudorange error corresponding to the collected parameters In the database 306 (S520).

LAD-GNSS에서는 최악의 전리층 이상 현상 시나리오로 하나의 위성이 전리층 경사면에 영향받는 상황을 가정한다. 이때, 수직 위치 오차는 수학식 1과 같이 표현되며, 이에 의해 수직 전리층 위치오차를 산출부(504)가 수직 전리층 위치오차를 산출한다(S530).In LAD-GNSS, it is assumed that one satellite is affected by the ionospheric slope in the worst case scenario of ionospheric anomaly. At this time, the vertical position error is expressed by Equation 1, whereby the vertical ionospheric position error calculation unit 504 calculates the vertical ionospheric position error (S530).

Figure 112017126173417-pat00010
Figure 112017126173417-pat00010

IEVi는 i번째 위성의 수직 전리층 위치 오차를 말하며, R은 전리층 기울기로 인해 발생할 수 있는 최대 의사거리 오차를 의미한다. 이는 사전에 시뮬레이션을 통해 테이블화된 값을 사용한다. Sv,i는 i번째 위성의 수직 위성 기하 계수이며, 의사거리 오차 영역에서 위치 오차 영역으로 변환하는 상수이다. 이는 수학식 1의 S의 수직 방향 성분에 해당하는 원소임은 전술한 바와 같다.IEV i is the vertical ionospheric position error of the i-th satellite, and R is the maximum pseudorange error that can be caused by the ionospheric slope. It uses pre-simulated tabulated values. S v, i is the vertical satellite geometry factor of the i-th satellite and is a constant that translates to a position error region in the pseudorange error region. This is because the element corresponding to the vertical component of S in Equation (1) is as described above.

LAD-GNSS의 무인항공기 탑재 항법장치(사용자)는 자신의 위성 기하를 알고 있으므로, GBAS와 같이 위성 기하의 Subset에 대한 전리층 수직 위치 오차를 구할 필요가 없다. 수직 전리층 위치오차 산출부(304)는, 위성 기하 중 구해진 가능한 모든 위성 중 유도된 IEV 중 가장 큰 값(이하 'MIEV'라 한다)을 선택한다(S540).Since the unmanned aerial vehicle (user) of LAD-GNSS knows its own satellite geometry, it does not need to obtain the ionospheric vertical position error for the subset of satellite geometry like GBAS. The vertical ionospheric position error calculator 304 selects the largest value (hereinafter referred to as 'MIEV') among the IEVs derived from all possible satellites obtained from the satellite geometry (S540).

Figure 112017126173417-pat00011
Figure 112017126173417-pat00011

특정한 시점에 GBAS 지상 시스템으로부터 위성 N개가 관측되고 있을 때, MIEV는 N개의 IEV 중 가장 큰 값으로 결정된다. 항법 시스템 가용여부 판단부(305)는 실시간으로 산출되는 MIEV 값과 운용 중인 영역에서 요구되는 위치 오차 한계(이하 '경보한계'라 한다)와의 직접 비교를 통해 실시간으로 현재 가동중인 항법 시스템(예를 들어 무인항공기 탑재 항법장치 등)의 가용 여부를 판단하여(S550), 경보한계를 넘어갈 경우 해당 항법 시스템의 사용을 중지하여 전리층 위협으로부터 사용자의 안전성을 확보한다.When N satellites are observed from a GBAS terrestrial system at a particular point in time, MIEV is determined to be the largest of the N IEVs. The navigation system availability determination unit 305 determines whether a navigation system currently in operation (e.g., a navigation system) is in real-time, by directly comparing the MIEV value calculated in real time with a required position error limit (S550). If the navigation limit is exceeded, the navigation system is stopped to secure the user's safety from the ionosphere threat.

도 7은 GBAS에서의 최대 의사거리 오차 산출 시뮬레이션 결과(a)와 본 발명의 LAD-GNSS의 최대 의사거리 오차 산출 시뮬레이션 결과(b)를 대비하여 나타낸 도면이다.FIG. 7 is a diagram showing a simulation result of the maximum pseudo range error calculation in GBAS (a) and a simulation result of maximum pseudo distance error calculation (b) of LAD-GNSS of the present invention.

도 7(a)에서, 기존 GBAS에서 시행된 최대 의사거리 오차 산출 시뮬레이션의 결과는 아래 그림과 같이 상대 속도로 표현된다. 파란선은 실제 시뮬레이션을 통해 계산된 최대 의사거리 오차의 최대값이고,빨간선은 계산을 용이하게 하기 위해 선형으로 모델링된 수식이다.실제 운용 시에는 빨간선의 값을 사용하게 된다. 상대속도가 0에 가까울수록GBAS 지상국에서 작동하는 CCD 모니터에 전리층 경사면이 감지되기 어렵기 때문에, 대체로 0 근처에서 최대 의사거리 오차는 최대값을 갖는다.In FIG. 7 (a), the result of the maximum pseudo distance error calculation simulation performed in the existing GBAS is expressed as a relative speed as shown in the following figure. The blue line is the maximum value of the maximum pseudorange error calculated by the actual simulation, and the red line is a linearly modeled equation to facilitate the calculation. In actual operation, the red line value is used. As the relative speed approaches zero, it is difficult to detect the ionospheric slope on the CCD monitor operating in the GBAS ground station. Therefore, the maximum pseudorange error is generally maximum near zero.

도 7(b)에서, 반면,UAV(무인항공기)용 간소화된 시스템인 본 발명의 LAD-GNSS에서는 단 하나의 위성이 전리층 경사면에 영향 받는 상황을 최악의 상황으로 가정한다. 기존 GBAS는 사람이 탑승하는 유인항공기의 항법을 지원하는 시스템이므로 발생 확률이 미미한 두 개 위성이 동시에 영향받는 상황을 최악의 시나리오로 선정하였지만, UAV의 경우 유인항공기에 비해 상대적으로 인명 피해의 위험이 적고 시스템의 가용성 및 활용성을 높이기 위해 단 하나의 위성이 영향 받는 상황만을 고려하는 것이다.In FIG. 7 (b), on the other hand, in the LAD-GNSS of the present invention, which is a simplified system for a UAV (unmanned aerial vehicle), it is assumed that a single satellite is affected by the ionospheric slope. Since the existing GBAS is a system supporting the maneuvering of manned airplanes, the worst-case scenarios were selected as the situation in which two satellites with little chance of occurrence were affected at the same time. However, in case of UAV, And to consider only the situation where only one satellite is affected to increase the availability and usability of the system.

이때, 하나의 위성이 영향받는 시나리오에서는 GBAS에서처럼 전리층 경사면의 이동방향을 결정할 근거가 없으므로 임의의 모든 방향에 대해 수직 전리층 위치 오차 계산을 수행하게 된다.상대 속도는 경사면의 이동방향에 따라 다른 값을 갖게 될 것이다.In the scenario where one satellite is affected, there is no basis for determining the direction of the ionospheric slope as in the GBAS, so that the calculation of the positional error of the vertical ionosphere is performed for all directions. .

수학식 2에서, i번째 위성에 대한 수직 전리층 위치 오차 계산식을 살펴보면,sv,i는 전리층 경사면의 이동방향에 무관하게 현재 수신되는 전체 위성의 분포에 따라 결정되는 파라미터이다. 따라서,모든 이동방향에 대한 최대 수직 전리층 위치 오차를 구하는 과정은 최대 의사거리 오차의 최대값을 찾는 과정과 동일하다. 즉, 최대 의사거리 오차가 최대값을 갖는 때의 상대속도를 갖도록 전리층 경사면이 움직이고 있는 상황이 최악의 시나리오가 되는 것이다. 이러한 이유로 LAD-GNSS에서는 최대 의사거리 오차를 상수 모델로 적용하여 사용하고 있다.In Equation 2, s v, i is a parameter determined according to the distribution of all satellites currently received irrespective of the direction of movement of the ionosphere slope. Therefore, the process of obtaining the maximum vertical ionospheric position error for all the moving directions is the same as the process for finding the maximum value of the maximum pseudorange error. That is, the worst case scenario is that the ionospheric slope is moving so as to have a relative velocity when the maximum pseudorange error has a maximum value. For this reason, LAD-GNSS uses the maximum pseudorange error as a constant model.

아래 그림은 LAD-GNSS에서 산출된 최대 의사거리 오차 시뮬레이션의 결과 그래프를 나타낸다.각 색깔 선들은 전리층 경사면의 크기(g)에 다라 계산된 최대 의사거리 오차이고,검은 선은 모든 잠재적 전리층 위협 범위에 대해 계산된 상수 형태의 최대 의사거리 오차 모델을 나타낸다. GBAS에서와 마찬가지로, 상대 속도가 0에 가까울수록 지상국에서 작동하는 CCD 모니터와 탑재장치에서 작동하는 DSIGMA가 경사면을 감지하기 어려워 최대 의사거리 오차가 크게 나타난다.The following figure shows a graph of the maximum pseudo range error simulation produced by LAD-GNSS, where each color line is the maximum pseudorange error calculated on the size (g) of the ionospheric slope and the black line is the sum of all potential ionospheric threat ranges And the maximum pseudorange error model of the constant form calculated for the model. As with the GBAS, the closer the relative speed is to zero, the larger the pseudorange error is due to the difficulty in detecting the slope by the DSIGMA, which operates on the ground station and onboard equipment.

300: 무인항공기 탑재 위성기하 분별장치300: Unmanned aerial vehicle-mounted satellite geometry separator

Claims (10)

무인항공기에 탑재 위성기하 분별 장치가, 전리층 위협 완화를 위하여 위성기하를 분별하는 방법으로서,
(a) 최대 의사거리 오차 산출을 위한 매개변수를 수집하는 단계;
(b) 상기 매개변수로부터 최대 의사거리 오차를 산출하는 단계;
(c) 각 위성의 수직 전리층 위치 오차를 산출하는 단계;
(d) 상기 산출된 각 위성의 수직 전리층 위치 오차로부터, 최종 수직 전리층 위치 오차값을 결정하는 단계; 및
(e) 상기 최종 수직 전리층 위치 오차값을 이용하여 항법 시스템의 가용 여부를 판단하는 단계
를 포함하고,
상기 단계(c)의 각 위성의 수직 전리층 위치 오차는,
Figure 112019024083674-pat00023

에 의해 산출되며,
여기서 IEVi는 i번째 위성의 수직 전리층 위치 오차, R은 전리층 기울기로 인해 발생할 수 있는 최대 의사거리 오차, Sv,i는 i번째 위성의 수직 위성 기하 계수인,
위성기하 분별 방법.
A satellite geomorphic device mounted on an unmanned aircraft is a method for discriminating satellite geometry for mitigation of ionospheric threats,
(a) collecting parameters for calculating a maximum pseudorange error;
(b) calculating a maximum pseudorange error from the parameter;
(c) calculating a vertical ionospheric position error of each satellite;
(d) determining a final vertical ionospheric position error value from the calculated vertical ionospheric position error of each satellite; And
(e) determining whether the navigation system is available using the final vertical ionospheric position error value
Lt; / RTI >
The vertical ionospheric position error of each satellite in step (c)
Figure 112019024083674-pat00023

Lt; / RTI >
Where IEV i is the vertical ionospheric position error of the ith satellite, R is the maximum pseudorange error that can be caused by the ionospheric slope, S v, i is the vertical satellite geometry factor of the ith satellite,
Satellite geometry classification method.
청구항 1에 있어서,
상기 단계(a), (b)의 매개변수는,
방향성을 갖는 변수를 포함하는 것
을 특징으로 하는 위성기하 분별 방법.
The method according to claim 1,
The parameters of steps (a) and (b)
Containing directional variables
Wherein the satellite is located at a predetermined position.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 단계(d)의 최종 수직 전리층 위치 오차값은,
상기 산출된 각 위성의 수직 전리층 위치 오차의 절대값 중 최대값으로 결정되는 것
을 특징으로 하는 위성기하 분별 방법.
The method according to claim 1,
The final vertical ionospheric position error value of step (d)
Which is determined as a maximum value among absolute values of the vertical ionospheric position error of each of the calculated satellites
Wherein the satellite is located at a predetermined position.
청구항 1에 있어서,
상기 단계(e)의 항법 시스템의 가용 여부 판단은,
상기 무인항공기가 운용 중인 영역에서 요구되는 위치 오차 한계(이하 '경보한계'라 한다)와 최종 수직 전리층 위치 오차값을 직접 비교하여, 상기 최종 수직 전리층 위치 오차값이 상기 경보한계 이하일 경우에 항법 시스템이 사용 가능하다고 판단하는 것
을 특징으로 하는 위성기하 분별 방법.
The method according to claim 1,
The determination as to whether or not the navigation system of the step (e)
(Hereinafter, referred to as an 'alarm limit') and a final vertical ionospheric position error value in an area in which the UAV is operating, and when the final vertical ionospheric position error value is less than the alarm limit, What is judged to be usable
Wherein the satellite is located at a predetermined position.
무인항공기에 탑재되어 위성기하를 분별하는 장치로서,
최대 의사거리 오차 산출을 위한 매개변수를 수집하는 최대 의사거리 오차 산출 매개변수 수집부;
상기 매개변수로부터 최대 의사거리 오차를 산출하는 최대 의사거리 오차 산출부;
각 위성의 수직 전리층 위치 오차를 산출하고, 이로부터, 최종 수직 전리층 위치 오차값을 결정하는 수직 전리층 위치 오차 산출부;
상기 최종 수직 전리층 위치 오차값을 이용하여 항법 시스템의 가용 여부를 판단하는 항법 시스템 가용 여부 판단부; 및,
무인항공기에 탑재 위성기하 분별 장치의 상기 각 구성요소를 제어하여 위성기하 분별과 관련된 일련의 처리를 수행하는 제어부
를 포함하고,
상기 각 위성의 수직 전리층 위치 오차는,
Figure 112019024083674-pat00024

에 의해 산출되며,
여기서 IEVi는 i번째 위성의 수직 전리층 위치 오차, R은 전리층 기울기로 인해 발생할 수 있는 최대 의사거리 오차, Sv,i는 i번째 위성의 수직 위성 기하 계수인,
무인항공기 탑재 위성기하 분별 장치.
An apparatus for discriminating satellite geometry mounted on a UAV,
A maximum pseudorange error calculation parameter collector for collecting parameters for calculating maximum pseudorange error;
A maximum pseudorange error calculator for calculating a maximum pseudorange error from the parameter;
A vertical ionospheric position error calculator for calculating a vertical ionospheric position error of each satellite and determining a final vertical ionospheric position error value;
A navigation system availability determination unit for determining whether the navigation system is available using the final vertical ionospheric position error value; And
A controller for controlling each of the components of the satellite geometry separating device mounted on the UAV to perform a series of processes related to satellite geometry
Lt; / RTI >
The vertical ionospheric position error of each of the above-
Figure 112019024083674-pat00024

Lt; / RTI >
Where IEV i is the vertical ionospheric position error of the ith satellite, R is the maximum pseudorange error that can be caused by the ionospheric slope, S v, i is the vertical satellite geometry factor of the ith satellite,
Unmanned airborne satellite geometry separator.
청구항 6에 있어서,
상기 매개변수는,
방향성을 갖는 변수를 포함하는 것
을 특징으로 하는 무인항공기 탑재 위성기하 분별 장치.
The method of claim 6,
The parameter may comprise:
Containing directional variables
A satellite-based geomagnetic separation device with an unmanned aerial vehicle.
삭제delete 청구항 6에 있어서,
상기 최종 수직 전리층 위치 오차값은,
상기 산출된 각 위성의 수직 전리층 위치 오차의 절대값 중 최대값으로 결정되는 것
을 특징으로 하는 무인항공기 탑재 위성기하 분별 장치.
The method of claim 6,
The final vertical ionospheric position error value is calculated by:
Which is determined as a maximum value among absolute values of the vertical ionospheric position error of each of the calculated satellites
A satellite-based geomagnetic separation device with an unmanned aerial vehicle.
청구항 6에 있어서,
상기 항법 시스템의 가용 여부 판단은,
상기 무인항공기가 운용 중인 영역에서 요구되는 위치 오차 한계(이하 '경보한계'라 한다)와 최종 수직 전리층 위치 오차값을 직접 비교하여, 상기 최종 수직 전리층 위치 오차값이 상기 경보한계 이하일 경우에 항법 시스템이 사용 가능하다고 판단하는 것
을 특징으로 하는 무인항공기 탑재 위성기하 분별 장치.
The method of claim 6,
The determination as to whether or not the navigation system is available,
(Hereinafter, referred to as an 'alarm limit') and a final vertical ionospheric position error value in an area in which the UAV is operating, and when the final vertical ionospheric position error value is less than the alarm limit, What is judged to be usable
A satellite-based geomagnetic separation device with an unmanned aerial vehicle.
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CN110260862A (en) * 2019-06-14 2019-09-20 东南大学 A kind of heligyro load navigation device based on Strapdown Inertial Navigation System

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