KR102180302B1 - 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 시스템 및 방법 - Google Patents

의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전리층 보정정보 생성 시스템은, 복수의 위성으로부터 신호를 수신하여 의사거리 측정치 및 반송파 측정치를 각각 획득하는 복수의 기준국 서버; 상기 복수의 기준국 서버로부터 각각의 의사거리 측정치 및 반송파 측정치를 수신하여 전리층 보정정보를 생성하는 중앙처리국 서버를 포함하되, 상기 중앙처리국 서버는 의사거리 기반 전리층 지연 측정치 및 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 결합하여 각 위치에 따른 전리층 보정정보를 생성한다. 실시예에 따르면, 중앙처리국은 주파수간 바이어스(IFB)를 보상하고, 평활화된 의사거리 기반 전리층 지연 측정치와 미지정수가 제거된 이중차분 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 계산할 수 있다. 이 측정치들을 결합함으로써 각 위치(위도, 경도)에 따른 전리층 맵을 모델링하여 보다 정밀한 수신기 위치정보를 획득할 수 있고, 낮은 앙각 위성들의 측정치로 인해 맵 외곽지역에서의 전리층 맵 모델링 정확도가 저하되는 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있다.

Description

의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR IONOSPHERIC CORRECTION USING PSEUDORANGE AND DOUBLE-DIFFERENCE CARRIER PHASE MEASUREMENT}
본 발명은 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 위성으로부터 신호를 수신하여 획득한 의사거리 기반 전리층 지연 측정치 및 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 결합하여 각 위치에 따른 전리층 보정정보를 생성하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
GPS로 대표되는 위성항법시스템(GNSS; Global Navigation Satellite System)은 위치를 알고 있는 여러 개의 위성들로부터 사용자 수신기까지 신호가 전달되는 시간을 측정하여 사용자와 각 위성간의 거리를 계산하고, 이를 통해 사용자의 위치를 결정하는 시스템이다. GPS의 활용도는 점차 커지고 있으며 최근에는 항공기의 정밀 접근에도 사용되고 있다. 이러한 수요를 만족시키는 높은 항법 성능을 제공하기 위하여 위성항법 보정시스템이 연구되고 있다. 그 중에서 SBAS (Satellite Based Augmentation System)는 GPS의 오차에 대한 보정정보 및 무결성 정보를 제공함으로써 사용자 항법 성능을 향상시키는 시스템이다.
GPS 신호를 측정함에 있어서 다양한 오차 요인이 존재할 수 있으며, 이로 인해 사용자-위성 간의 거리 측정에 오차가 발생하게 되고, 최종적으로 계산되는 사용자 위치의 정확도를 떨어뜨린다. 이 중에서도 SBAS 사용자의 항법 성능을 저하시키는 가장 큰 오차 요인은 전리층 지연 오차이며, 전리층이 활발한 환경일수록 영향을 크게 받는다. 전리층 지연에 대한 SBAS의 보정정보를 적용한 후에도 수 m 이상의 잔여 오차를 발생시킬 수 있으므로 SBAS 사용자의 항법 성능을 개선시키기 위해서는 이에 대한 오차를 정확히 보정하는 것이 필요하다.
GNSS 보정시스템은 정확히 위치를 알고 있는 기준국에서 오차를 추정하여 사용자에게 제공함으로써 오차를 감소시키기 위한 시스템이다. 보정시스템은 보정정보 제공 방식에 따라서 여러 가지 유형이 존재하며, 일반적으로 SBAS와 같은 시스템에서는 전리층 지연 오차에 대한 보정정보를 제공한다.
전리층은 위도, 경도, 고도 3차원상에서 전자 밀도 분포를 가지는 층이다. 3차원상에서 전리층 정보를 전달하는 것은 매우 복잡하며, 일반적으로 특정 고도에 전리층이 밀집되어 있다고 가정하는 thin-shell 가정이 많이 활용된다. 위도, 경도 상에서 수직으로 신호가 지날 때의 지연 값을 바탕으로 전리층 지연 맵을 생성하여 전달하면 사용자는 이를 바탕으로 자신이 수신하고 있는 신호가 지나는 지점의 수직 전리층 지연 값을 계산할 수 있다. 실제 3차원 경로상를 지나면서 발생하는 경사 전리층 지연 값은 신호가 전리층을 통과하는 각도에 따른 간단한 변환함수를 통하여 계산한다.
전리층 지연 맵 보정정보의 생성은 여러 기준국으로부터 얻어지는 다양한 위치에서의 전리층 지연 측정치를 바탕으로 이루어진다. 각 기준국의 이중주파수 GNSS 수신기로부터 기준국-위성 사이에 존재하는 전리층 지연 값을 측정할 수 있는데, GNSS 수신기가 출력하는 측정치에는 의사거리(pseudo-range), 반송파(carrier wave)의 두 가지 유형이 존재한다.
의사거리 측정치는 반송파와 비교하여 절대값 정보를 얻을 수 있는 장점을 지니고 있으나, 측정치 오차는 수 m 수준으로 큰 편이다. 측정치 오차는 위성의 앙각(仰角; 지평선과 수신기-위성을 잇는 직선 사이의 각도)과 관련이 있는데, 앙각이 작을수록 위성이 수신기를 기준으로 지평선에 가깝게 위치하고 있음을 의미하며 앙각이 작은 위성일수록 측정치 오차가 크다.
반면, 반송파 측정치는 오차가 수 cm 이하로 의사거리 측정치에 비해 훨씬 작은 수준의 오차를 갖는 장점이 있으나, 값을 추정하기 어려운 미지정수항을 포함하고 있어 절대적인 크기를 알기 어렵다는 단점이 있다. RTK(Real Time Kinematic)와 같은 기술을 이용하면 이중 차분된 형태의 미지정수를 추정할 수 있는데, 이를 적용하면 차분된 형태의 전리층 지연 값을 얻을 수 있다(이중 차분 측정치란, 두 개의 수신기, 두 개의 위성으로부터 얻어지는 4개의 측정치를 조합하여 만들어지는 측정치를 의미한다). 이와 같이 각 위성 측정치에 포함된 미지정수를 추정하는 것은 쉽지 않은 과정이다. 즉, 전리층 지연 정보의 절대값을 얻기는 어려우며, 여러 측정치 위치에서 발생하는 전리층 지연 값들의 상대적인 차이 값을 알 수 있을 뿐이다.
현재 운영되고 있는 GNSS 보정시스템은 의사거리 측정치를 기반으로 전리층 맵을 생성하며 반송파 측정치는 의사거리 필터링에 활용될 뿐 전리층 맵 생성에 직접 활용되고 있지는 않다. 현재 운영중인 의사거리 기반의 보정시스템은 상기 언급한 의사거리 측정치의 오차 특성으로 인하여 낮은 앙각 위성들의 측정치로 만들어지는 맵 외곽지역은 정확도가 저하되는 문제를 가지고 있다. 외곽 영역에서는 측정치수도 적을 뿐만 아니라 큰 측정치 오차가 발생하여 보정정보의 성능이 저하되기 때문이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1783552호 대한민국 등록특허공보 제10-1607082호
이에 본 발명은 종래의 전리층 지연 보정 시스템에 따른 문제점, 즉 의사거리 측정치의 오차 특성으로 인하여 낮은 앙각 위성들의 측정치로 만들어지는 맵 외곽지역에서의 전리층 맵 모델링 정확도가 저하되는 문제점을 해결하기 위해 착안되었다.
본 발명의 실시예들은 의사거리 기반 전리층 지연 측정치와 이중차분 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 결합함으로써, 측정의 정밀도를 높이고 맵 외곽 지역에서의 성능 저하를 개선할 수 있는 새로운 형태의 전리층 보정정보 생성 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 시스템은, 복수의 위성으로부터 신호를 수신하여 의사거리 측정치 및 반송파 측정치를 각각 획득하는, 복수의 기준국 서버; 및 상기 복수의 기준국 서버로부터 각각의 의사거리 측정치 및 반송파 측정치를 수신하여 전리층 보정정보를 생성하는, 중앙처리국 서버를 포함하되, 상기 중앙처리국 서버는, 상기 의사거리 측정치에 스무딩 필터(smoothing filter)를 적용하여 오차를 완화하고, 상기 측정치마다 포함된 위성 및 수신기의 주파수간 바이어스(IFB)를 보정하는, 의사거리 측정치 전처리부; 상기 반송파 측정치에 대해서 기준국 간 이중차분된 미지정수 값을 추정하는, 미지정수 결정부; 및 상기 전처리된 의사거리에 기초하여 의사거리 기반 전리층 지연 측정치를 획득하고, 상기 미지정수가 제거된 이중차분 반송파에 기초하여 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 획득하고, 상기 의사거리 기반 전리층 지연 측정치 및 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 결합하여 각 위치에 따른 전리층 보정정보를 생성하는, 전리층 보정정보 생성부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 전리층 보정정보 생성부는, 상기 위성과 각 기준국이 이루는 앙각(仰角; elevation)의 크기가 클수록, 상기 위성으로부터 수신한 신호에 기초하여 획득하는 의사거리 기반 전리층 지연 측정치에 더 높은 가중치를 부여할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 의사거리 기반 전리층 지연 측정치 및 아래 수학식을 이용하여 의사거리 기반 모델링 파라미터 벡터를 획득하고,
Figure 112019000778107-pat00001
여기서,
Figure 112019000778107-pat00002
는 기준국 A, 위성 j로부터 획득한 의사거리 기반 전리층 지연 측정치,
Figure 112019000778107-pat00003
는 각 위도(
Figure 112019000778107-pat00004
) 및 경도(
Figure 112019000778107-pat00005
)에 대한 모델링 함수,
Figure 112019000778107-pat00006
는 매핑(mapping) 함수,
Figure 112019000778107-pat00007
는 의사거리 기반 모델링 파라미터 벡터를 나타내고,
상기 반송파 기판 전리층 지연 측정치 및 아래 수학식을 이용하여 반송파 기반 모델링 파라미터 벡터를 획득하고,
Figure 112019000778107-pat00008
여기서,
Figure 112019000778107-pat00009
는 주기준국 M과 부기준국 A, 위성 i와 j로부터 획득한 이중차분 반송파 기반 전리층 지연 측정치,
Figure 112019000778107-pat00010
,
Figure 112019000778107-pat00011
는 각 위도, 경도에 대한 모델링 함수,
Figure 112019000778107-pat00012
,
Figure 112019000778107-pat00013
는 매핑(mapping) 함수,
Figure 112019000778107-pat00014
는 반송파 기반 모델링 파라미터 벡터를 나타내고,
상기 의사거리 기반 모델링 파라미터 벡터 및 상기 반송파 기반 모델링 파라미터 벡터를 결합하여 각 위치에 따른 전리층 보정정보를 생성한다.
일 실시예에서, 상기 의사거리 측정치 전처리부는, 상기 의사거리 측정치의 노이즈 또는 다중경로 오차를 감소시키기 위해, 반송파 측정치 기반 필터링을 수행한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 방법은, 복수의 위성으로부터 신호를 수신하여 의사거리 측정치 및 반송파 측정치를 각각 획득하는 단계; 상기 의사거리 측정치에 스무딩 필터(smoothing filter)를 적용하여 오차를 완화하고, 상기 측정치마다 포함된 위성 및 수신기의 주파수간 바이어스(IFB)를 보정하여 전처리를 수행하는 단계; 상기 반송파 측정치에 대해서 기준국 간 이중차분된 미지정수 값을 추정하는 단계;
상기 전처리된 의사거리에 기초하여 의사거리 기반 전리층 지연 측정치를 획득하고, 상기 미지정수가 제거된 이중차분 반송파에 기초하여 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 획득하는 단계; 상기 의사거리 기반 전리층 지연 측정치 및 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 결합하여 각 위치에 따른 전리층 보정정보를 생성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 전리층 보정정보를 생성하는 단계에서, 상기 위성과 각 기준국이 이루는 앙각의 크기가 클수록, 상기 위성으로부터 수신한 신호에 기초하여 획득하는 의사거리 기반 전리층 지연 측정치에 더 높은 가중치를 부여할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전리층 보정정보를 생성하는 단계는, 상기 의사거리 기반 전리층 지연 측정치 및 아래 수학식을 이용하여 의사거리 기반 모델링 파라미터 벡터를 획득하는 단계;
Figure 112019000778107-pat00015
여기서,
Figure 112019000778107-pat00016
는 기준국 A, 위성 j로부터 획득한 의사거리 기반 전리층 지연 측정치,
Figure 112019000778107-pat00017
는 각 위도(
Figure 112019000778107-pat00018
), 경도(
Figure 112019000778107-pat00019
)에 대한 모델링 함수,
Figure 112019000778107-pat00020
는 매핑(mapping) 함수,
Figure 112019000778107-pat00021
는 의사거리 기반 모델링 파라미터 벡터를 나타내고,
상기 반송파 기판 전리층 지연 측정치 및 아래 수학식을 이용하여 반송파 기반 모델링 파라미터 벡터를 획득하는 단계;
Figure 112019000778107-pat00022
여기서,
Figure 112019000778107-pat00023
는 주기준국 M과 부기준국 A, 위성 i와 j로부터 획득한 이중차분 반송파 기반 전리층 지연 측정치,
Figure 112019000778107-pat00024
,
Figure 112019000778107-pat00025
는 각 위도, 경도에 대한 모델링 함수,
Figure 112019000778107-pat00026
,
Figure 112019000778107-pat00027
는 매핑(mapping) 함수,
Figure 112019000778107-pat00028
는 반송파 기반 모델링 파라미터 벡터를 나타내고,
상기 의사거리 기반 모델링 파라미터 벡터 및 상기 반송파 기반 모델링 파라미터 벡터를 결합하여 각 위치에 따른 전리층 보정정보를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 중앙처리국은 주파수간 바이어스(IFB)를 보상하고, 평활화된 의사거리 기반 전리층 지연 측정치와 미지정수가 제거된 이중차분 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 계산할 수 있다. 각 기준국에서는 의사거리를 이용해 각 위치에서의 전리층 지연 측정치를 얻을 수 있고, 반송파를 이용해 각 위치에서 발생하는 전리층 지연 측정치의 정밀한 차이 값을 얻을 수 있다.
최종적으로 이 측정치들을 결합하여 각 위치(위도, 경도)에 따른 전리층 맵을 모델링할 수 있고, 생성된 보정정보에 따라 보다 정밀한 수신기 위치정보를 획득할 수 있다. 실시예에 따르면 낮은 앙각 위성들의 측정치로 인해 맵 외곽지역에서의 전리층 맵 모델링 정확도가 저하되는 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 시스템의 구성도이다.
도 2은 일 실시예에 따른 전리층 보정정보 생성 시스템의 흐름도이다.
도 3는 일 실시예에 따른 전리층 보정정보 생성 시스템과 종래기술의 모델링 특성 차이점을 나타낸 개념도이다.
도 4은 일 실시예에 따른 전리층 맵 모델링의 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전리층 보정정보 생성 시스템과 종래기술의 효과를 비교하기 위한 시뮬레이션 환경을 나타낸다.
도 6는 의사거리 기반 전리층 지연 측정치를 이용해 전리층 맵을 모델링한 결과를 나타낸다.
도 7은 이중차분 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 이용해 전리층 맵을 모델링한 결과를 나타낸다.
도 8은 일 실시예에 따라 의사거리 기반 전리층 지연 측정치 및 이중차분 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 동시에 이용해 전리층 맵을 모델링한 결과를 나타낸다.
도 9는 일 실시예의 모델링 방식에 따라 전리층 지연 오차를 보정하는 방법을 나타낸다.
도 10은 일 실시예에 따른 전리층 보정정보를 사용자에 적용할 때 나타나는 오차를 비교한 그래프를 나타낸다.
도 11는 일 실시예에 따른 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 방법의 순서도이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 실시예를 상세하게 설명하지만, 청구하고자 하는 범위는 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 명세서의 설명 부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다.
또한, 본 명세서에 기술된 실시예는 전적으로 하드웨어이거나, 부분적으로 하드웨어이고 부분적으로 소프트웨어이거나, 또는 전적으로 소프트웨어인 측면을 가질 수 있다. 본 명세서에서 "부(unit)", "모듈(module)", "장치(device)", "서버(server)" 또는 "시스템(system)" 등은 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 또는 소프트웨어 등 컴퓨터 관련 엔티티(entity)를 지칭한다. 예를 들어, 부, 모듈, 장치, 서버 또는 시스템은 플랫폼(platform)의 일부 또는 전부를 구성하는 하드웨어 및/또는 상기 하드웨어를 구동하기 위한 애플리케이션(application) 등의 소프트웨어를 지칭하는 것일 수 있다.
이하, 도면들을 참조하여 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
전리층 보정정보 생성 시스템의 구성
도 1은 일 실시예에 따른 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 시스템의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 시스템(10)은 복수의 위성(100), 복수의 기준국 서버(200), 중앙처리국 서버(300)를 포함하며, 중앙처리국 서버(300)는 의사거리 측정치 전처리부(310), 미지정수 결정부(320), 보정정보 생성부(330)를 포함할 수 있다.
전리층(ionosphere)이란 태양 에너지에 의해 공기 분자가 이온화되어 자유 전자가 밀집된 곳을 가리키며, 지상에서 발사한 전파를 흡수 반사하며 무선 통신에 중요한 역할을 한다. GPS 등의 위성항법시스템(GNSS; Global Navigation Satellite System)을 이용하여 사용자의 위치를 결정함에 있어서, 전리층 지연은 위치 결정의 오차를 일으키는 주요한 원인으로 작용한다. GNSS 보정시스템은 정확히 위치를 알고 있는 기준국에서 오차를 추정하여 사용자에게 제공함으로써 오차를 감소시키기 위한 시스템으로서, 일반적으로 SBAS와 같은 시스템에서는 전리층 지연 오차에 대한 보정정보를 제공한다.
전리층 지연 보정정보의 생성은 복수의 기준국으로부터 얻어지는 다양한 위치에서의 전리층 지연 측정치를 바탕으로 이루어진다. 각 기준국의 이중주파수 GNSS 수신기로부터 기준국-위성 사이에 존재하는 전리층 지연 값을 측정할 수 있는데, GNSS 수신기가 출력하는 측정치에는 의사거리(pseudo-range), 반송파(carrier wave)의 두 가지 유형이 존재한다.
기존의 GNSS 보정시스템은 이 중에서 의사거리 측정치만을 이용하여 전리층 맵을 모델링 하는데, 의사거리 측정치의 오차 특성(즉, 반송파와 비교하여 전리층 지연의 절대값 정보를 얻을 수 있는 장점을 지니고 있으나, 측정치 오차가 상대적으로 큰 편이고, 위성의 앙각이 작을수록 측정치 오차가 더욱 커지는 특성)으로 인하여 낮은 앙각 위성들의 측정치로 만들어지는 맵 외곽지역은 정확도가 저하되는 문제를 가지고 있었다.
이에, 본 발명의 실시예들은 의사거리 기반 전리층 지연 측정치와 이중차분 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 결합함으로써, 측정의 정밀도를 높이고 맵 외곽 지역에서의 성능 저하를 개선할 수 있는 새로운 형태의 전리층 보정정보 생성 시스템 및 방법을 제공한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 기준국 서버(200)는 복수의 위성(100)으로부터 신호를 수신하여 의사거리 측정치 및 반송파 측정치를 각각 획득하고, 중앙처리국 서버(300)는 상기 복수의 기준국 서버(200)로부터 각각의 의사거리 측정치 및 반송파 측정치를 수신하여 전리층 보정정보를 생성한다.
중앙처리국 서버(300)는, 상기 의사거리 측정치에 스무딩 필터(smoothing filter)를 적용하여 오차를 완화하고, 상기 측정치마다 포함된 위성 및 수신기의 주파수간 바이어스(IFB)를 보정하기 위한 의사거리 측정치 전처리부(310), 상기 반송파 측정치에 대해서 기준국 간 이중차분된 미지정수 값을 추정하기 위한 미지정수 결정부(320), 최종적으로 상기 의사거리 기반 전리층 지연 측정치 및 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 통합하여 각 위치에 따른 전리층 보정정보를 생성하기 위한 전리층 보정정보 생성부(330)로 구성된다.
도 2은 일 실시예에 따른 시스템에서 전리층 보정정보를 생성하기 위한 데이터의 흐름을 보다 상세하게 나타낸다. 이하의 설명에서는 편의상 도 1에서 사용된 각 구성요소의 도면부호가 동일하게 사용하도록 한다.
전리층 보정정보를 생성하고자 하는 영역에 대하여 골고루 배치된 복수의 기준국의 서버(200)에서는 복수의 GNSS 위성(100)으로부터 신호를 수신하여 측정치 및 항법 메시지를 중앙처리국 서버(300)로 전달한다. 중앙처리국 서버(300)에서는 모든 기준국 서버(200)에서 수집되는 정보를 토대로 보정정보를 생성하는데, 의사거리 측정치와 반송파 측정치를 전리층 맵 모델링에 활용하기 위해서는 각각 별도의 처리를 거쳐야 한다.
의사거리 측정치에 대해서는 측정치마다 포함된 위성, 수신기의 주파수간 바이어스(IFB; Inter Frequency Bias)를 보정하는 모듈과 측정치 오차를 완화하기 위한 스무딩 필터(smoothing filter)가 요구된다. 반송파 측정치에 대해서는 기준국간 이중차분된 미지정수 값을 추정하는 미지정수 결정 모듈이 요구된다. 이에, 중앙처리국 서버(300)에 포함된 의사거리 측정치 전처리부(310)는 수신한 의사거리 측정치에 IFB 보정, 스무딩 필터, 노이즈 제거 등 필요한 전처리를 수행하며, 미지정수 결정부(320)는 반송파 측정치에 대하여 미지정수를 추정하고 이중 차분하여 전리층 맵 모델링에 적용될 수 있는 형태의 데이터로 가공한다.
일 실시예에서, 상기 의사거리 측정치 전처리부(310)는 상기 의사거리 측정치의 노이즈 또는 다중경로 오차를 감소시키기 위해, 반송파 측정치 기반 필터링을 수행할 수 있다.
이에 따라, 중앙처리국 서버(300)는 주파수간 바이어스가 보상되고 평활화된 의사거리 기반의 전리층 지연 측정치와 미지정수가 제거된 이중차분 반송파 기반의 전리층 지연 측정치를 획득할 수 있게 된다.
보정정보 생성부(330)는 최종 전리층 맵 모델링 모듈을 포함하며, 전처리된 의사거리 기반의 전리층 지연 측정치와 미지정수가 제거된 이중차분 반송파 기반의 전리층 지연 측정치를 입력 받아, 최종적으로 전리층 맵을 모델링하고 보정정보를 생성한다.
각 기준국(200)에서는 위성(100)으로부터 측정치를 얻는데, 의사거리 측정치를 통해 각 위치에 대한 절대적인 전리층 지연 값을 획득할 수 있고, 반송파 측정치를 통해 각 위치에서 발생하는 전리층 지연 값의 상대적인 차이 값을 획득할 수 있다. 보정정보 생성부(330)는 이 측정치들을 결합하여 각 위치(위도, 경도)에 따른 전리층 맵을 모델링할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 전리층 보정정보 생성 시스템과 종래기술의 모델링 특성 차이점을 나타낸 개념도이다. 도 3의 (a)를 참조하면, 종래기술과 같이 의사거리 측정치만을 이용하여 전리층을 모델링 하는 경우, 저앙각 위성에 대한 측정치 오차가 커지기 때문에 맵 외곽 영역에서의 모델링 정확도가 떨어지는 문제가 발생한다.
본 발명에서는 의사거리 기반 전리층 지연값과 이중 차분 반송파 기반의 전리층 지연 값을 동시에 적용하여 상기한 문제점 개선하였다. 도 3의 (b)에 도시된 것처럼, 반송파 측정치로부터 여러 위치에서 발생하는 전리층 지연 측정치의 상대적인 차이 값을 획득하고, 이를 적용하여 최종적인 보정정보를 생성한다.
또한, 실시예에 따르면 상대적으로 작은 오차를 가지고 있는 고앙각의 위성에서 획득한 의사거리 기반 전리층 지연 측정치에 대해 더 높은 가중치를 부여할 수 있다. 가중치가 부여된 의사거리 측정치에 정밀한 상대값 정보를 지니는 이중 차분 반송파를 적용하는 경우, 저앙각 영역에 대해서도 성능 저하 없이 전리층 맵을 생성할 수 있다.
전리층 맵 모델링 방법
도 4는 일 실시예에 따른 전리층 맵 모델링의 흐름도이다. 위성 위치로부터 각 측정치가 전리층 기준고도를 통과하는 전리층 통과점(IPP, Ionospheric Piece Point)을 계산하고, 이를 이용하여 각각의 의사거리 측정치, 이중차분 반송파 측정치를 수직 전리층 모델에 대한 식으로 구성한다. 위성 위치로부터 위성 앙각 정보도 얻을 수 있는데, 이를 입력으로 하여 측정치 오차 모델로부터 각 측정치의 오차 수준을 계산할 수 있다. 오차 수준과 반비례하도록 각 측정치에 가중치를 할당하고, 전체 측정치에 기초하여 모델링 파라미터를 계산하게 된다.
전리층의 단순화를 위해 사용되는 thin-shell 가정을 적용하는 경우, 각 신호에서 얻는 경사 전리층 지연 값을 수식 (1)과 같이 해당 신호가 전리층 기준 고도를 지나는 전리층 통과점에서의 수직 지연 값과 매핑(mapping) 함수의 곱으로 나타낼 수 있다. 매핑 함수는 신호가 전리층을 통과하는 각도에 따라 수직 지연량과 경사 지연량을 변환해주는 역할을 한다.
Figure 112019000778107-pat00029
…수식 (1)
여기서,
Figure 112019000778107-pat00030
는 경사 전리층 지연 값을 나타내고,
Figure 112019000778107-pat00031
는 수직 전리층 지연 값을 나타내며,
Figure 112019000778107-pat00032
는 매핑 함수를 나타낸다.
수식 (2)와 같이, 특정 모델링 함수를 활용하여 특정 위도 및 경도에서의 수직 전리층 지연 맵을 표현할 수 있다.
Figure 112019000778107-pat00033
…수식 (2)
여기서,
Figure 112019000778107-pat00034
는 각각 위도, 경도를 나타내고,
Figure 112019000778107-pat00035
는 모델링 함수,
Figure 112019000778107-pat00036
는 모델링 파라미터 벡터를 나타낸다.
의사거리 측정치는 경사 전리층 지연에 대한 정보를 가지고 있으며, 기준국 i, 위성 j로부터 얻어지는 측정치는 수식 (3)과 같이 표현할 수 있다. 의사거리 기반의 전리층 지연 측정치는 스무딩 필터를 거치면서 완화되지만, 충분히 수렴하지 않은 필터 초기에는 수 m 이상의 큰 오차를 가지게 된다.
Figure 112019000778107-pat00037
…수식 (3)
여기서,
Figure 112019000778107-pat00038
는 의사거리 기반 전리층 지연 측정치를 나타내고,
Figure 112019000778107-pat00039
는 의사거리 기반 전리층 지연 측정치의 오차를 나타낸다.
일 실시예에서, 이중차분 반송파 측정치는 2개의 위성, 2개의 위성으로부터 얻어지는 4개의 측정치를 조합하여 얻게 된다. 미지정수가 제거된 이중차분 반송파 기반의 전리층 지연 측정치는 수식 (4)와 같이 표현될 수 있다. 전술한 바와 같이, 반송파 측정치는 오차가 수 cm 이하로 매우 작은 특성을 갖는다.
Figure 112019000778107-pat00040
…수식 (4)
여기서,
Figure 112019000778107-pat00041
는 주기준국 M과 부기준국 A, 위성 i와 j로 생성되는 이중 차분 반송파 기반 측정치를 나타내며,
Figure 112019000778107-pat00042
는 이중차분 반송파 측정치의 오차를 나타낸다.
의사거리 측정치와 이중차분 반송파 측정치를 바탕으로 수직전리층 맵을 추정하기 위해서는 각각의 측정치를 모델 식으로 표현할 수 있어야 한다. 의사거리 측정치를 수직 전리층 지연 모델 식으로 표현하면 수식 (5)와 같다.
Figure 112019000778107-pat00043
…수식 (5)
이중차분 반송파 측정치에 대해서도 수직 전리층 지연 모델 식을 활용하여 표현하면 수식 (6)과 같이 표현된다.
Figure 112019000778107-pat00044
…수식 (6)
위와 같이 추정해야하는 모델링 파라미터
Figure 112019000778107-pat00045
에 대하여 측정치 식을 정리하고, 모든 기준국 및 위성에서 수집되는 측정치를 모아 수식 (7)과 같은 형태의 관측식을 구성할 수 있다.
Figure 112019000778107-pat00046
…수식 (7)
여기서,
Figure 112019000778107-pat00047
는 모든 기준국 및 위성에서 수집된 측정치 벡터(의사거리 기반 측정치 및 이중차분 반송파 측정치)를 나타내고,
Figure 112019000778107-pat00048
는 측정치와 모델링 파라미터 간의 관계를 나타내는 관측행렬을 나타낸다.
상기 형태의 측정치 식은 일반적으로 최소제곱법(least square method)을 통해 추정할 수 있다. 제안된 방법에서는 측정치 타입에 따라서 오차 수준이 매우 상이하므로 이를 고려해야 한다. 두 가지의 측정치 모두 기본적으로는 위성 앙각에 따라 오차 수준이 달라진다. 의사거리 측정치에 대해서는 위성 앙각 이외에도 스무딩 필터(smoothing filter)의 지속 시간에 따라 측정치 오차 수준이 다르게 발생할 수 있다. 각각의 측정치에 대하여 모델링된 오차 수준을 바탕으로 이에 반비례하는 가중치를 할당하게 된다. 최종적으로, 각각의 측정치마다 가중치를 반영하는 가중치 최소제곱법(weighted least square method)에 따라 두 가지 측정치를 모두 활용하는 최적의 모델링 파라미터를 추정할 수 있다.
실시예에 따른 전리층 보정정보 생성 시스템의 효과 비교
상기 수식 (2)에서는 모델링 기법을 특정하지 않고 임의의 모델링 함수
Figure 112019000778107-pat00049
를 이용하여 전리층 맵을 모델링 하였으나, 모델링 함수
Figure 112019000778107-pat00050
에 따라 Spherical harmonics 모델, 또는 Conical domain 모델 방식 등이 이용될 수 있다.
Spherical harmonics 모델은 전체 전리층 지연 맵을 한번에 추정하는 방식으로 2차원의 여러 기저함수들의 선형 조합으로 전리층 지연 맵을 모델링하는 방식이다. 이 모델을 활용하는 경우, 각 위도, 경도(
Figure 112019000778107-pat00051
)에서의 수직 전리층 지연 값은 수식 (8)과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019000778107-pat00052
…수식 (8)
여기서, P 는 부 르장드르 함수, N 은 degree, C nm , S nm 은 spherical harmonics 계수이다. 여러 위치에서 수집되는 측정치를 바탕으로 기저함수의 계수인 C nm , S nm 를 추정하여 모델링을 수행하게 된다. 모델링에 사용되는 기저함수의 수는 N 에 의해 결정되며, N 이 클수록 해상도가 높은 모델링을 수행할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 의사거리 측정치뿐만 아니라 이중차분 반송파 측정치를 동시에 적용하여 전리층 맵을 모델링한다. 의사거리 기반 전리층 지연 측정치와 반송파 기반 이중차분 전리층 지연 측정치에 대한 Spherical harmonics 모델식은 수식 (9), 수식 (10)와 같다.
Figure 112019000778107-pat00053
…수식 (9)
Figure 112019000778107-pat00054
…수식 (10)
추정해야 하는 모델링 계수의 벡터를 수식 (11)과 같이 나타낼 수 있고, 수식 (12), (13), (14)는 의사거리와 반송파 측정치를 함께 활용하여 계수를 추정하는 모델식을 나타낸다.
Figure 112019000778107-pat00055
…수식 (11)
Figure 112019000778107-pat00056
…수식 (12)
Figure 112019000778107-pat00057
…수식 (13)
Figure 112019000778107-pat00058
…수식 (14)
도 5 내지 도 7은 일 실시예에 따른 전리층 보정정보 생성 시스템과 종래기술의 시스템에 따른 효과를 비교하기 위한 도면들이다. 도 5는 일 실시예에 따른 전리층 보정정보 생성 시스템의 효과를 확인하기 위한 시뮬레이션 환경을 나타낸다.
도 6는 의사거리 기반 전리층 지연 측정치만을 이용해 전리층 맵을 모델링한 결과를 나타낸다. 도시된 것처럼, 위성의 앙각이 낮은 맵 외곽지역에서 큰 오차가 발생하여(붉은 색상으로 나타남) 성능이 저하되는 모습을 확인할 수 있다.
도 7은 이중차분 반송파 기반 전리층 지연 측정치만을 이용해 전리층 맵을 모델링한 결과를 나타낸다. 이 경우 전리층 맵의 전체적인 형상은 실제와 유사하게 나타나지만 전체적으로 바이어스 오차가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 다시 말해, 도 6의 의사거리 측정치만을 이용한 경우와는 달리 맵 외곽에서 두드러지게 큰 오차가 발생하지는 않았으나, 낮은 정도의 오차가 골고루 발생하였음을 알 수 있다
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 의사거리 기반 전리층 지연 측정치 및 이중차분 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 결합하여 전리층 맵을 모델링한 결과를 나타낸다. 도 6의 의사거리 측정치만을 이용한 시스템에 비해 맵 외곽영역에서의 성능 저하가 크게 개선된 모습을 보이며, 도 7의 이중차분 반송파 측정치만을 이용했을 때 나타나는 전체적인 바이어스도 사라진 것을 확인할 수 있다.
도 9의 (a)를 참조하면, Conical domain 모델은 위성(i, j) 별로 수직 전리층 지연 값을 평면(plane)으로 모델링하며, 기존 격자 모델과는 달리 위성 별로 추정된 3개의 평면 파라미터 a, b, c를 사용자에게 전달한다. 각 위도, 경도(
Figure 112019000778107-pat00059
)에서의 수직 전리층 지연 값은 수식 (15)과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019000778107-pat00060
…수식 (15)
여기서,
Figure 112019000778107-pat00061
이며,
Figure 112019000778107-pat00062
이다.
Conical domain 모델에 따르면 thin-shell 모델에서 발생하는 오차 요소를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다. 동일한 IPP, 앙각을 갖더라도 전리층 지연 값이 상이할 수 있는데, 단순 thin-shell 기반의 격자 모델로는 이러한 문제를 해결할 수 없으나, Conical domain 모델은 각 위성에 대하여 평면을 생성하므로 문제가 완화된다. 따라서 일반적인 격자 기반 모델보다 각 위성의 IPP 영역에 더 맞는 피팅(fitting)을 수행할 수 있으며, 사용자 보간 오차가 상대적으로 작다는 장점이 있다.
그러나 기존의 의사거리 기반 Conical domain 모델에서는, 각각의 평면을 모델링할 때 사용되는 측정치 수가 적기 때문에 무결성 문제가 발생할 수 있다. (도 9의 (b) 참조) 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에서는 의사거리 측정치뿐만 아니라 이중차분 반송파 측정치를 동시에 적용하여 전리층 맵을 모델링한다.
실시예에서 제안하는 반송파 기반 이중차분 전리층 지연 측정치에 대한 모델 식은 아래의 수식 (16)와 같다.
Figure 112019000778107-pat00063
…수식 (16)
이중 차분 측정치는 두 개의 위성에 대한 평면간의 상대적인 값 정보를 주게 된다. 기존의 의사거리만 활용하는 경우에는 각 위성 별로 독립적으로 평면 파라미터를 추정하는 것인데 비해, 하나의 이중차분 측정치는 두 개의 평면의 정보가 섞인 정보를 담고 있으므로 모든 위성에 대한 평면 파라미터들을 한번에 추정하게 된다.
모델링 파라미터 벡터는 아래의 수식 (17)과 같이 나타낼 수 있고, 수식 (18)은 의사거리 측정치 및 반송파 측정치를 함께 활용하여 파라미터 벡터를 추정하는 모델 식을 나타낸다.
Figure 112019000778107-pat00064
…수식 (17)
Figure 112019000778107-pat00065
…수식 (18)
도 10은 상기 Conical domain 모델링 방식에 따른 전리층 보정정보를 사용자에 적용할 때 나타나는 오차를 비교한 그래프를 나타낸다.
"pr"은 종래기술에 따라 의사거리(pseudo-range) 측정치만을 이용하여 모델링하고 사용자 적용한 결과를 나타내고, "pr+cp"는 본 발명이 제안하는 실시예에 따라 의사거리(pseudo-range) 측정치 및 이중차분 반송파(carrier phase) 측정치를 결합하여 모델링하고 사용자 적용한 결과를 나타내며, "true meas."는 측정치 오차가 없는 실제 지연량을 활용하여 모델링하고 사용자 적용한 결과를 나타낸다.
도 10에 도시된 것처럼, 의사거리 측정치만을 이용하여 모델링한 결과("pr")에 비해, 실시예에 따라 모델링한 결과("pr+cp") 값의 오차가 감소하였음을 확인할 수 있었다. 특히, 저앙각에서 의사거리만을 이용하는 경우 측정치 오차로 인해 보정정보의 정확도가 떨어지게 되고 사용자 적용 시 오차가 크게 발생하는데, 이중차분 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 함께 활용하여 보정정보를 생성하는 경우 오차가 감소하였다.
전리층 보정정보 생성 방법
이하에서는 도 11을 참조하여 일 실시예에 따른 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 방법을 설명하도록 한다. 다만, 전술한 전리층 보정정보 생성 시스템과 중복되는 설명은 생략하도록 한다. 상기 방법의 각 단계는 기준국 서버, 중앙처리국 서버, 각 기지국 간의 네트워크 통신을 통해 송수신한 데이터를 처리하는 프로세서, 메모리, 기타 컴퓨터 구성요소에 의해 수행될 수 있다.
도 11을 참조하면, 먼저 복수의 기준국 서버에 의해, 복수의 위성으로부터 신호를 수신하여 의사거리 측정치 및 반송파 측정치를 각각 획득하는 단계가 수행된다(S100).
전리층 보정정보를 생성하고자 하는 영역에 대하여 골고루 배치된 복수의 기준국의 서버에서는 복수의 GNSS 위성으로부터 신호를 수신하여 측정치 및 항법 메시지를 중앙처리국 서버로 전달한다. 중앙처리국 서버에서는 모든 기준국 서버에서 수집되는 정보를 토대로 보정정보를 생성하는데, 의사거리 측정치와 반송파 측정치를 전리층 맵 모델링에 활용하기 위해서는 각각 별도의 처리를 거치게 된다.
이어서, 상기 의사거리 측정치에 스무딩 필터(smoothing filter)를 적용하여 오차를 완화하고, 상기 측정치마다 포함된 위성 및 수신기의 주파수간 바이어스(IFB)를 보정하여 전처리를 수행하는 단계가 수행된다(S200). 일 실시예에서, 상기 의사거리 측정치의 노이즈 또는 다중경로 오차를 감소시키기 위해, 반송파 측정치 기반 필터링을 수행하는 단계가 더 포함될 수 있다. 이와 함께, 상기 반송파 측정치에 대해서 기준국 간 이중차분된 미지정수 값을 추정하는 단계가 수행된다(S300).
이어서, 상기 전처리된 의사거리에 기초하여 의사거리 기반 전리층 지연 측정치를 획득하고, 상기 미지정수가 제거된 이중차분 반송파에 기초하여 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 획득하는 단계가 수행된다(S400). 전술한 바와 같이, 중앙처리국 서버에서는 의사거리 측정치에 IFB 보정, 스무딩 필터, 노이즈 제거 등 요구되는 전처리를 수행하며, 반송파 측정치에 대하여 미지정수를 결정하고 이중 차분하여 전리층 맵 모델링에 적용될 수 있는 형태의 데이터로 가공한다.
일 실시예에서, 상기 위성과 각 기준국이 이루는 앙각의 크기가 클수록, 상기 위성으로부터 수신한 신호에 기초하여 획득하는 의사거리 기반 전리층 지연 측정치에 더 높은 가중치를 부여할 수 있다.
이어서, 상기 의사거리 기반 전리층 지연 측정치 및 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 결합하여 각 위치에 따른 전리층 보정정보를 생성하는 단계가 수행된다(S500). 각 기준국에서는 GNSS 위성으로부터 측정치를 얻는데, 의사거리 측정치를 통해서 다양한 위치에서 절대적인 전리층 지연 값을 획득할 수 있고, 반송파 측정치를 통해 여러 위치에서 발생하는 전리층 지연 값의 상대적인 차이 값을 획득할 수 있다. 중앙처리국에서는 이 측정치들을 결합하여 각 위치(위도, 경도)에 따른 전리층 맵을 모델링할 수 있다.
실시예에 따른 전리층 보정정보 생성 방법은, 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서 설명한 전리층 보정정보 생성 시스템 및 방법에 의하면, 중앙처리국은 주파수간 바이어스(IFB)를 보상하고, 평활화된 의사거리 기반 전리층 지연 측정치와 미지정수가 제거된 이중차분 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 계산할 수 있다. 각 기준국에서는 의사거리를 이용해 각 위치에서의 전리층 지연 측정치를 얻을 수 있고, 반송파를 이용해 각 위치에서 발생하는 전리층 지연 측정치의 정밀한 차이 값을 얻을 수 있다. 최종적으로 이 측정치들을 결합하여 각 위치(위도, 경도)에 따른 전리층 맵을 모델링할 수 있고, 생성된 보정정보에 따라 보다 정밀한 수신기 위치정보를 획득할 수 있다. 이에 따르면 낮은 앙각 위성들의 측정치로 인해 맵 외곽지역에서의 전리층 맵 모델링 정확도가 저하되는 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 전리층 보정정보 생성 시스템
100: 위성
200: 기준국 서버
300: 중앙처리국 서버
310: 의사거리 측정치 전처리부
320: 반송파 측정치 미지정수 결정부
330: 보정정보 생성부

Claims (11)

  1. 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 시스템으로서,
    복수의 위성으로부터 신호를 수신하여 의사거리 측정치 및 반송파 측정치를 각각 획득하는 복수의 기준국 서버; 및
    상기 복수의 기준국 서버로부터 각각의 의사거리 측정치 및 반송파 측정치를 수신하여 전리층 보정정보를 생성하는 중앙처리국 서버를 포함하되,
    상기 중앙처리국 서버는,
    상기 의사거리 측정치마다 포함된 위성 및 수신기의 주파수간 바이어스(IFB)를 보정하는 의사거리 측정치 전처리부;
    상기 반송파 측정치에 대해서 기준국 간 이중차분된 미지정수 값을 추정하는 미지정수 결정부; 및
    상기 전처리된 의사거리에 기초하여 의사거리 기반 전리층 지연 측정치를 획득하고, 상기 미지정수가 제거된 이중차분 반송파에 기초하여 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 획득하고, 상기 의사거리 기반 전리층 지연 측정치 및 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 결합하여 각 위치에 따른 전리층 보정정보를 생성하는, 전리층 보정정보 생성부를 포함하는, 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전리층 보정정보 생성부는,
    상기 위성과 각 기준국이 이루는 앙각(elevation)의 크기가 클수록, 상기 위성으로부터 수신한 신호에 기초하여 획득하는 의사거리 기반 전리층 지연 측정치에 더 높은 가중치를 부여하는 것을 특징으로 하는, 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전리층 보정정보 생성부는,
    상기 의사거리 기반 전리층 지연 측정치 및 아래 수학식을 이용하여 의사거리 기반 모델링 파라미터 벡터를 획득하고,
    Figure 112020076850293-pat00066

    여기서,
    Figure 112020076850293-pat00067
    는 기준국 A, 위성 j로부터 획득한 의사거리 기반 전리층 지연 측정치,
    Figure 112020076850293-pat00068
    는 각 위도(
    Figure 112020076850293-pat00069
    ) 및 경도(
    Figure 112020076850293-pat00070
    )에 대한 모델링 함수,
    Figure 112020076850293-pat00071
    는 매핑(mapping) 함수,
    Figure 112020076850293-pat00072
    는 의사거리 기반 모델링 파라미터 벡터를 나타내고,
    상기 반송파 기반 전리층 지연 측정치 및 아래 수학식을 이용하여 반송파 기반 모델링 파라미터 벡터를 획득하고,
    Figure 112020076850293-pat00073

    여기서,
    Figure 112020076850293-pat00074
    는 주기준국 M과 부기준국 A, 위성 i와 j로부터 획득한 이중차분 반송파 기반 전리층 지연 측정치,
    Figure 112020076850293-pat00075
    ,
    Figure 112020076850293-pat00076
    는 각 위도, 경도에 대한 모델링 함수,
    Figure 112020076850293-pat00077
    ,
    Figure 112020076850293-pat00078
    는 매핑(mapping) 함수,
    Figure 112020076850293-pat00079
    는 반송파 기반 모델링 파라미터 벡터를 나타내고,
    상기 의사거리 기반 모델링 파라미터 벡터 및 상기 반송파 기반 모델링 파라미터 벡터를 결합하여 각 위치에 따른 전리층 보정정보를 생성하는, 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 의사거리 측정치 전처리부는,
    상기 의사거리 측정치의 노이즈 또는 다중경로 오차를 감소시키기 위해, 반송파 측정치 기반 필터링을 수행하는 것을 특징으로 하는, 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 의사거리 측정치 전처리부는,
    상기 의사거리 측정치에 스무딩 필터(smoothing filter)를 적용하여 오차를 완화하는 것을 특징으로 하는, 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 시스템.
  6. 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 방법으로서, 상기 방법은 복수의 기준국 서버 및 중앙처리국 서버의 프로세서에 의해 수행되며,
    복수의 위성으로부터 신호를 수신하여 의사거리 측정치 및 반송파 측정치를 각각 획득하는 단계;
    상기 의사거리 측정치마다 포함된 위성 및 수신기의 주파수간 바이어스(IFB)를 보정하여 전처리를 수행하는 단계;
    상기 반송파 측정치에 대해서 기준국 간 이중차분된 미지정수 값을 추정하는 단계;
    상기 전처리된 의사거리에 기초하여 의사거리 기반 전리층 지연 측정치를 획득하고, 상기 미지정수가 제거된 이중차분 반송파에 기초하여 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 획득하는 단계;
    상기 의사거리 기반 전리층 지연 측정치 및 반송파 기반 전리층 지연 측정치를 결합하여 각 위치에 따른 전리층 보정정보를 생성하는 단계를 포함하는, 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전리층 보정정보를 생성하는 단계에서,
    상기 위성과 각 기준국이 이루는 앙각(elevation)의 크기가 클수록, 상기 위성으로부터 수신한 신호에 기초하여 획득하는 의사거리 기반 전리층 지연 측정치에 더 높은 가중치를 부여하는 것을 특징으로 하는, 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전리층 보정정보를 생성하는 단계는,
    상기 의사거리 기반 전리층 지연 측정치 및 아래 수학식을 이용하여 의사거리 기반 모델링 파라미터 벡터를 획득하는 단계;
    Figure 112020076850293-pat00080

    여기서,
    Figure 112020076850293-pat00081
    는 기준국 A, 위성 j로부터 획득한 의사거리 기반 전리층 지연 측정치,
    Figure 112020076850293-pat00082
    는 각 위도(
    Figure 112020076850293-pat00083
    ), 경도(
    Figure 112020076850293-pat00084
    )에 대한 모델링 함수,
    Figure 112020076850293-pat00085
    는 매핑(mapping) 함수,
    Figure 112020076850293-pat00086
    는 의사거리 기반 모델링 파라미터 벡터를 나타내고,
    상기 반송파 기반 전리층 지연 측정치 및 아래 수학식을 이용하여 반송파 기반 모델링 파라미터 벡터를 획득하는 단계;
    Figure 112020076850293-pat00087

    여기서,
    Figure 112020076850293-pat00088
    는 주기준국 M과 부기준국 A, 위성 i와 j로부터 획득한 이중차분 반송파 기반 전리층 지연 측정치,
    Figure 112020076850293-pat00089
    ,
    Figure 112020076850293-pat00090
    는 각 위도, 경도에 대한 모델링 함수,
    Figure 112020076850293-pat00091
    ,
    Figure 112020076850293-pat00092
    는 매핑(mapping) 함수,
    Figure 112020076850293-pat00093
    는 반송파 기반 모델링 파라미터 벡터를 나타내고,
    상기 의사거리 기반 모델링 파라미터 벡터 및 상기 반송파 기반 모델링 파라미터 벡터를 결합하여 각 위치에 따른 전리층 보정정보를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 의사거리 측정치에 전처리를 수행하는 단계는,
    상기 의사거리 측정치의 노이즈 또는 다중경로 오차를 감소시키기 위해, 반송파 측정치 기반 필터링을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 전처리를 수행하는 단계는, 상기 의사거리 측정치에 스무딩 필터(smoothing filter)를 적용하여 오차를 완화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 방법.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 의사거리 측정치 및 이중차분 반송파 측정치를 이용한 전리층 보정정보 생성 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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