KR20030082147A - Method for Providing Error Correction and Navigation Solution in SA-removed GPS environment - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for compensating an error and calculating a navigation solution at a global positioning system environment removing selective availability is provided to compensate the error by using a weighted least squares estimation(WLSQ) after the weight value is calculated by a predetermined method. CONSTITUTION: A method for compensating an error and calculating a navigation solution at a global positioning system environment removing selective availability includes a first step of calculating a weighting matrix WΨ by using an elevation for each of the satellites and a second step of calculating a final navigation solution by compensating the error. In the second step, the final navigation solution is obtained by using the weighted least squares estimation(WLSQ) based on the calculated weighting matrix.

Description

고의잡음이 제거된 지피에스 환경에서의 오차 보상 및 항법해 산출 방법 {Method for Providing Error Correction and Navigation Solution in SA-removed GPS environment}Method for calculating error compensation and navigation solution in GPS environment with intentional noise removal {Method for Providing Error Correction and Navigation Solution in SA-removed GPS environment}

본 발명은 고의잡음(SA)이 제거된 GPS 환경에서의 오차보상 및 GPS 항법해 산출방법, 더 상세하게는 위성별 앙각에 대한 함수인 가중행렬을 이용한 가중 최소자승법 및/또는 무결성 검정 기법(최대 유수 기법)을 이용함으로써 DGPS에 근접하는 정밀도의 GPS 항법해를 제공하는 방법에 관한 것이다.The present invention provides a method for calculating an error compensation and GPS navigation solution in a GPS environment in which intentional noise (SA) has been removed, and more specifically, a weighted least square method and / or integrity test method using a weighted matrix that is a function of satellite elevation angles (maximum). Flow method) to provide a GPS navigation solution with precision close to DGPS.

GPS(Global Positioning System)는 위성을 이용하여 전 세계 어디서나 위치, 속도 및 시각 정보를 제공하는 전파 항법 시스템으로 육상, 해상 및 항공 항법뿐 아니라 시각 동기 등에서 그 사용이 확대되고 있는 추세이다.Global Positioning System (GPS) is a radio navigation system that uses satellites to provide position, speed, and visual information anywhere in the world, and its use is expanding in land, sea, and air navigation as well as visual synchronization.

일반적으로 GPS가 사용되는 분야는 한 대의 수신기에 한 개의 안테나를 연결하여 4 개 이상의 GPS 위성(Satellite Vehicle)으로부터 수신되는 C/A(Coarse/Acquistion) 혹은 P(Precision)코드를 이용하여 각 위성과 수신기 사이의 거리(의사거리: Pseudorange)를 구한 뒤, 그 의사거리를 이용하여 수신기의 지구상 절대위치를 구하는 위치결정에 주로 사용된다.In general, the field where GPS is used is connected to each satellite by using one antenna to one receiver and using Coarse / Acquistion (P / A) or P (Precision) code received from four or more GPS satellites. After determining the distance between the receivers (Pseudorange), the pseudorange is used to determine the absolute position of the receiver on the earth.

한편, 미국 국방성에서는 적국의 사용 등을 방지하기 위하여 , 민간에 개방되는 GPS 신호(C/A 코드)에 해독이 거의 불가능한 긴 '고의잡음(Selective Availability: SA)'를 삽입함으로써, 위치결정에 약 100m (2dRMS (Root Mean Square))의 오차를 가지도록 하였다.On the other hand, the US Department of Defense inserts a long 'Selective Availability' (SA) that is almost impossible to decipher in GPS signals (C / A codes) that are open to the private sector to prevent the use of enemy nations. It has an error of 100m (2dRMS (Root Mean Square)).

따라서, 종래의 GPS 수신기에서는 항법 해(위치, 시각, 자세 등)를 구하기 위하여 최소자승법을 사용하는 것이 일반적이며, GPS의 오차 성분 중 고의잡음(SA: Selective Availability)이 가장 크며 정확한 특성을 알 수 없어 이를 다른 오차 성분과 분리하지 않은 상태에서 해를 구하였다. 고의잡음은 이렇게 구해진 위치가수평면 상에서 100m(2dRMS)의 정확도를 유지하도록 위성 시계와 위성의 위치에 오차를 포함하는 방법으로 구현되었다.Therefore, in the conventional GPS receiver, it is common to use the least-squares method to obtain a navigation solution (position, time, attitude, etc.), and the most accurate noise (SA) of the error components of the GPS is known and the exact characteristics can be known. The solution was obtained without separating it from other error components. Intentional noise was implemented by including the error in the satellite clock and the position of the satellite so that the position obtained could maintain 100 m (2dRMS) accuracy on the horizontal plane.

그러나, 2001년 5월부터 이러한 고의잡음을 제거함으로써 훨씬 정확한 항법해 산출이 가능해졌지만, 나머지 오차의 영향으로 수평면에서의 오차가 25 m정도가 된다고 알려져 있다. 고의잡음을 제외한 나머지 오차에는 전리층 지연, 대류권 지연, 다중 경로 및 수신기 측정잡음이 있다.However, from May 2001, even more accurate navigation solution can be calculated by removing these deliberate noises, but it is known that the error in the horizontal plane is about 25 m due to the remaining error. The remaining errors except deliberate noise include ionospheric delay, tropospheric delay, multipath and receiver measurement noise.

수신기 측정잡음은 백색잡음(White Noise)으로 일반적으로 코드 길이의 1% 오차를 가정하며, C/A (Coarse Acquisition) 코드를 사용하는 경우 3 m(1σ) 정도로 나타난다. 칩 간격을 줄여 신호를 추적하는 협 상관기(Narrow Correlator)의 경우 30 cm까지 줄일 수 있다고 알려져 있다 (A. J van Dierendonck, "Theory and Performance of Narrow Correlator Spacing in a GPS Receiver",ION GPS-92, pp. 115-124, 1992 참조)The receiver measurement noise is white noise and generally assumes a 1% error of the code length, and appears to be about 3 m (1σ) when using a C / A (Coarse Acquisition) code. Narrow Correlator is known to reduce the chip spacing up to 30 cm for signal tracking (A. J van Dierendonck, "Theory and Performance of Narrow Correlator Spacing in a GPS Receiver", ION GPS-92 , pp. 115-124, 1992)

다중경로 오차는 위성에서 직접 수신기에 도달하는 신호에 주변 환경에 따라 발생한 반사파가 더해져서 나타나는 오차로 모델링이 어렵다. 일반적으로 낮은 앙각(Elevation Angle)의 위성 신호가 다중 경로 오차를 더 많이 유발한다고 알려져 있다. DGPS (Differential GPS) 기준국과 같이 고정된 수신기의 경우 그 영향이 주기적으로 나타나므로 보상이 가능하며, 여러 개의 안테나를 사용하여 추정하는 기법도 사용된다 (M. E. Cannon and G. Lachapelle, "Analysis of a High-Performance C/A Code GPS Receiver in Kinematic Mode",NAVIGATION: Journal of the Institute of Navigation, Vol. 39, No. 3, 1992 참조).Multipath error is difficult to model because it is the result of the reflected wave generated by the surrounding environment to the signal reaching the receiver directly from the satellite. Generally, satellite signals with low elevation angles are known to cause more multipath errors. For fixed receivers, such as DGPS (Differential GPS) reference stations, the effects are periodic and can be compensated for, and techniques for estimating using multiple antennas are also used (ME Cannon and G. Lachapelle, "Analysis of a High-Performance C / A Code GPS Receiver in Kinematic Mode ", NAVIGATION: Journal of the Institute of Navigation , Vol. 39, No. 3, 1992).

그러나 일반적인 항법에서는 이러한 기법을 적용하기 어려우므로 수신기의 신호처리 과정에서 다중 경로 오차의 영향을 줄일 수 있는 기법이 사용된다 (A. J van Dierendonck, "Theory and Performance of Narrow Correlator Spacing in a GPS Receiver",ION GPS-92, pp. 115-124, 1992 및 D. J. R van Nee,Multipath and Multi-transmitter Interference in Spread-Spectrum Communication and Navigation Systems,Delft University, 1995 참조). 이 외에도 쵸크링(Choke-Ring)을 안테나 주변에 설치하여 반사파의 영향을 줄이는 방법도 제안되고 있다 (M. E. Cannon and G. Lachapelle, "Analysis of a High-Performance C/A Code GPS Receiver in Kinematic Mode",NAVIGATION: Journal of the Institute of Navigation, Vol. 39, No. 3, 1992 참조).However, in general navigation, such a technique is difficult to apply, and thus a technique for reducing the effects of multipath errors in the signal processing of the receiver is used (A. J van Dierendonck, "Theory and Performance of Narrow Correlator Spacing in a GPS Receiver"). , ION GPS-92 , pp. 115-124, 1992 and DJ R van Nee, Multipath and Multi-transmitter Interference in Spread-Spectrum Communication and Navigation Systems, Delft University, 1995). In addition, a method of reducing the effects of reflected waves by installing a choke ring around the antenna has been proposed (ME Cannon and G. Lachapelle, "Analysis of a High-Performance C / A Code GPS Receiver in Kinematic Mode"). , NAVIGATION: Journal of the Institute of Navigation , Vol. 39, No. 3, 1992).

전리층 지연 오차는 GPS 신호가 전리층을 통과하는 과정에서 발생하며 코드에 대해서는 지연(Lag)으로, 반송파에 대해서는 앞섬(Lead)으로 작용하며 그 크기는 같다. 앙각이 높은 위성에 비하여 낮은 위성이 영향을 많이 받고, 전리층의 활동이 왕성한 낮에 그 영향이 크며 그 크기가 20 ~ 60 m 정도가 된다. 전리층 지연은 주파수의 제곱에 반비례하므로 이중 주파수 수신기를 사용하는 경우에는 효과적으로 제거할 수 있다. 단일 주파수 수신기를 사용하는 경우에는 전리층 모델을 이용하여 지연을 추정하며 Klobuchar 모델이 GPS에서 사용된다. 그러나 이 모델은 지구 전체를 대상으로 한 모델로 50~75% 정도의 보상만이 이루어진다고 알려져 있다 (B.H. Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger and J. Collins,Global Positioning System Theory and Practice,Springer-Verlag, Wien, 1993 참조).The ionospheric delay error occurs in the course of the GPS signal passing through the ionospheric layer and acts as a delay for the code and a lead for the carrier and has the same magnitude. Low satellites are more affected than high-angle satellites, and the effect is large during the day when the ionosphere is active and the size is about 20 to 60 m. The ionospheric delay is inversely proportional to the square of the frequency, which can be effectively eliminated when using a dual frequency receiver. In case of using a single frequency receiver, the ionospheric model is used to estimate the delay and the Klobuchar model is used in GPS. However, this model is known to cover only 50-75% of the entire Earth (BH Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger and J. Collins, Global Positioning System Theory and Practice, Springer-Verlag, Wien, 1993).

대류권 지연 오차는 GPS 신호가 대류권을 통과하면서 발생하는 오차로 습도, 온도 및 고도 등의 영향을 받는다. 대류권 지연도 전리층 지연과 마찬가지로 위성의 앙각에 영향을 받으며 그 크기가 2.1 ~ 24 m에 이른다. GPS에서는 대류권 보상을 위한 별도의 모델을 제공하지 않으며, 일부 수신기에서 변형된 호프필드(Modified Hopfield) 모델 등을 이용하기도 한다 (B. H. Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger and J. Collins,Global Positioning System Theory and Practice,Springer-Verlag, Wien, 1993 참조).The tropospheric delay error is an error that occurs when a GPS signal passes through the troposphere and is affected by humidity, temperature, and altitude. Tropospheric delays, like ionospheric delays, are affected by satellite elevation and range from 2.1 to 24 m in size. GPS does not provide a separate model for tropospheric compensation, and some receivers use modified Hopfield models (BH Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger and J. Collins, Global Positioning System Theory and Practice, Springer-Verlag, Wien, 1993).

고의잡음이 제거된 후에는 전리층 지연 및 대류권 지연 오차가 가장 큰 오차요인으로 작용하며, 이들 오차의 특성은 주기가 수분인 고의 잡음과는 달리 그 주기가 수 시간에 달해 구해진 해에서 바이어스(Bias)로 동작하므로 이를 추가 미지수에 포함하는 항법 알고리즘을 사용할 수 있다. 즉, 의사거리(Pseudorange)는 수신기가 위치한 곳의 전리층 및 대류권의 형태와 앙각의 함수로 표현할 수 있으므로, 6개 이상의 GPS 위성이 보이는 경우 전리층 지연과 대류층 지연에 대한 모델을 추가하여 총 6개의 미지정수(Integer Ambiguity)를 갖는 항법식을 계산하여 위치, 시각, 전리층 계수 및 대류권 계수를 동시에 구할 수 있다 (박순, 임영재, 박찬식, "고의 잡음의 제거를 고려한 GPS 항법 알고리즘의 개발", 자동제어학술대회논문집, 용인, 2000 참조).After the deliberate noise is removed, the ionospheric delay and tropospheric delay errors act as the biggest error factors.The characteristics of these errors are different from those obtained by solutions that last several hours, unlike intentional noise with periods of several minutes. ), So you can use a navigation algorithm that includes it in additional unknowns. In other words, pseudorange can be expressed as a function of the shape and elevation of the ionospheric and troposphere where the receiver is located, so if more than 6 GPS satellites are visible, a total of six models can be added by adding models for ionospheric delay and convective delay. We can calculate the position, time, ionospheric coefficient and tropospheric coefficient at the same time by calculating the navigation equation with Integer Ambiguity (Park Soon, Lim Young Jae, Park Chan Sik, "Development of GPS Navigation Algorithm Considering Intentional Noise Reduction", Journal of Automatic Control Conference, Yongin, 2000).

그러나, 이 방법은 사용하는 전리층 및 대류권 지연 모델 정확도의 영향이 크며, 특히 앙각이 비슷한 위성이 존재하는 경우 조건 계수가 나쁜 행렬(ill-conditioned matrix)로 인한 계산 오차가 증가되는 단점이 있어 실제 적용에 어려움이 있다.However, this method has a significant effect on the accuracy of the ionosphere and tropospheric delay model used, and increases the calculation error due to an ill-conditioned matrix, especially when satellites with similar elevation angles exist. There is a difficulty.

우선, GPS 항법해에 존재하는 오차의 특성과 종래의 오차보상방식을 살펴본다.First, the characteristics of the error present in the GPS navigation solution and the conventional error compensation method are described.

GPS 수신기와 위성 i사이의 의사거리(Pseudo Range) 측정치는 수학식 1로 나타낼 수 있다. 여기서는 의사거리 측정치,는 위성과 수신기간의 거리, cB는 위성과 수신기의 시계오차에 광속이 곱해진 값,는 위성과 기준점(nominal position) A0을 이용하여 계산된 거리,는 위성의 위치, (x, y, z)는 기준점의 위치,는 위성과 수신기간의 시선 벡터,는 기준점에 대한 위치 오차를 나타낸다.The pseudo range measurement between the GPS receiver and satellite i may be represented by Equation 1. here Is the pseudorange measurement, Is the distance between satellite and receiver, cB is the speed of light multiplied by the clock error of satellite and receiver, Is the distance calculated using the satellite and the nominal position A 0 , Is the position of the satellite, (x, y, z) is the position of the reference point, Is the line of sight vector between the satellite and the receiver, Denotes a position error with respect to the reference point.

의사거리 측정 오차는 위성 위치 오차, 전리층 지연, 대류권 지연, 다중 경로 오차 및 수신기 측정 잡음이 더해진 오차를 나타내며, 고의 잡음이 있는 경우라면 고의 잡음도 포함된다.Pseudorange measurement error Represents the error plus satellite position error, ionospheric delay, tropospheric delay, multipath error, and receiver measurement noise.

3차원 위치와 수신기 시계오차를 구하기 위해서는 m (≥4)개의 위성으로부터 측정치를 얻어야 하며 이 경우 수학식 2와 같이 벡터와 행렬을 이용하여 나타낼 수 있다. 여기서,,,,로 정의되며, 측정오차는의 분포를 갖는다고 가정한다. 수학식 2에 가중 최소자승법을 적용하여 위치오차와 수신기 시계오차를 구하면 수학식 3이 되고, 그에 대한 공분산(Covariance)은 수학식 4와 같이 된다.In order to calculate the three-dimensional position and the receiver clock error, measurements from m (≥4) satellites must be obtained. In this case, it can be represented by using a vector and a matrix as shown in Equation 2. here, , , , The measurement error is Suppose we have a distribution of. When the positional error and the receiver clock error are obtained by applying the weighted least-squares method to Equation 2, Equation 3 is obtained, and the covariance thereof is as shown in Equation 4.

고의잡음(SA)이 존재하는 경우에는 측정 오차의 평균 값을 0, 공분산을로 두고 해를 구하는 것이 일반적이었다. 즉, 고의 잡음의 크기가 다른 오차 보다 월등히 크므로 고의 잡음의 특성만을 고려할 수밖에 없었다. 따라서 고의잡음이 존재하는 경우 가중 최소자승법의 의미가 없으며, 수학식 5에서 구해진 추정치의 공분산을 이용하여 정의된 GDOP(Geometric Dilution Of Precision)를 이용하여 위성의 배치가 미치는 영향을 분석할 수 있을 뿐이었다(B. W. Parkinson and J. J. Spilker, Jr,Global Positioning System: Theory and Applications Vol. I, II, AIAA, Washington,1996 참조).In case of intentional noise (SA), the mean value of the measurement error is 0 and covariance It was common to save the solution. That is, since the magnitude of the high noise is much larger than the other errors, only the characteristics of the high noise have to be considered. Therefore, if there is deliberate noise, there is no meaning of the weighted least-squares method, and only the effects of satellite placement can be analyzed using the geometric dilution of precision (GDOP) defined using the covariance of the estimate obtained from Equation 5. (See BW Parkinson and JJ Spilker, Jr., Global Positioning System: Theory and Applications Vol. I, II , AIAA, Washington, 1996).

이러한 측정 오차 nu는 전리층 지연, 대류권 지연, 다중 경로 오차 및 수신기 측정잡음의 합으로 구성된다. 이들 오차의 크기가 줄면 같은 크기의 GDOP에 대해서 구해진 위치 및 시각의 정확도가 향상될 수 있으므로, 측정오차를 적절한 방법으로 보상할 필요가 있다. 아래에서는 각 요소에 의한 오차를 보상하는 종래 방식에 대하여 설명한다.This measurement error nu consists of the sum of ionospheric delay, tropospheric delay, multipath error and receiver measurement noise. Reducing the magnitude of these errors can improve the accuracy of the position and time obtained for the same size GDOP, so it is necessary to compensate the measurement error in an appropriate manner. Hereinafter, a conventional method of compensating for an error caused by each element will be described.

전리층 지연에 대한 보상Compensation for ionospheric delay

GPS에서는 전리층 지연의 보상을 위하여 클로부차(Klobuchar) 모델을 사용한다. 이 모델에서는, 전리층이 지상에서 평균 350km에 위치한다고 가정하며, 전리층의 활동은 지구 자기위도(Geomagnetic Latitude)와 지방 시(Local Time)에 영향을 받으므로 이를 이용하여 수직 전하 밀도(Iv)를 구한다 (J.A. Klobuchar, "Ionospheric Time-Delay Algorithm for Single-Frequency GPS Users",IEEE Trans. on Aerospace and Electronics System, Vol. 23, No. 3, 1987참조). 수직전하 밀도의 계산에 필요한 계수는 항법 신호에 포함되어 있으며 구해진 수직 전하 밀도에 수학식 6과 같은 위성의 앙각(Ei)에 따른 경사도(obliquity factor, F(Ei))를 곱하여 수학식 7과 같은 전리층 지연의 크기(Tiono)를 구하고 이를 의사거리 측정치에서 보상한다.GPS uses the Klobuchar model to compensate for ionospheric delay. In this model, we assume that the ionosphere is located at an average of 350 km above the ground, and the ionosphere activity is affected by the global magnetic latitude and local time, so we use this to calculate the vertical charge density ( Iv ). (See JA Klobuchar, "Ionospheric Time-Delay Algorithm for Single-Frequency GPS Users", IEEE Trans.on Aerospace and Electronics System , Vol. 23, No. 3, 1987). The coefficients necessary for the calculation of the vertical charge density are included in the navigation signal, and the obtained vertical charge density is multiplied by the obliquity factor (F (Ei)) according to the satellite's elevation (Ei) as shown in Equation 6 Find the magnitude of the ionospheric delay (T iono ) and compensate it from the pseudorange measurements.

클로부차(Klobuchar) 모델의 정확도는 수직 전하 밀도와 경사도의 정확도에 따라 달라지지만, GPS에서는 전 지구를 대상으로 모델을 구성하고 사흘에 한번정도 모델을 변경할 수 밖에 없다는 제한 때문에 위와 같은 모델을 이용하여도 최대 50 ~ 75% 정도의 보상만 가능하다.Although the accuracy of the Klobuchar model depends on the accuracy of the vertical charge density and the slope, the GPS model can be used to construct the model for the entire Earth and change the model once every three days. Only up to 50-75% compensation is possible.

대류권 지연에 대한 보상Compensation for Tropospheric Delays

GPS에서는 대류권 지연을 보상하기 위한 별도의 방법을 지원하지 않는다. 일부 수신기에서는 호프필드(Hopfield), 변형 호프필드(Modified Hopfield) 및 자스타모이넨(Saastamoinen) 모델 등이 사용되지만 아직 그 효과가 확인되지 않은 상태이다(B.H. Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger and J. Collins,Global Positioning System Theory and Practice,Springer-Verlag, Wien, 1993 참조). 또한 이러한 모델들은 일반 GPS 수신기에서 사용하기에는 너무 복잡한 형태이므로 수학식 8과 같이 대류권 지연에 의한 오차크기(TTropo)를 구하고 이를 의사거리 측정치에서 보상하는 간단한 방법이 주로 사용된다 (B. W. Parkinson and J. J. Spilker, Jr,Global Positioning System: Theory and Applications Vol. I, II, AIAA, Washington,1996 참조).GPS does not support a separate method to compensate for tropospheric delays. In some receivers, Hopfield, Modified Hopfield, and Sastaamoinen models are used, but the effects have not yet been confirmed (BH Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger and J. Collins, Global Positioning System Theory and Practice, Springer-Verlag, Wien, 1993). In addition, since these models are too complicated to be used in general GPS receivers, a simple method of calculating the tropospheric error (T Tropo ) and compensating them from pseudorange measurements is mainly used (BW Parkinson and JJ Spilker). , Jr, Global Positioning System: Theory and Applications Vol. I, II , AIAA, Washington, 1996).

이하에서는 각 요소에 의한 오차의 특성을 살펴보고, 오차를 고려한 항법해 산출 방법에 대하여 살펴본다.Hereinafter, the characteristics of the error caused by each element will be examined, and the navigation solution calculation method considering the error will be described.

전술한 바와 같이, 고의잡음이 존재하는 경우에는 고의잡음이 오차 중 가장 큰 요소이므로, 전리층 지연과 대류권 지연의 보상 효과가 크게 나타나지 않는다. 그러나 고의잡음이 제거됨으로써 이러한 보상의 효과가 크게 나타나며, 보상되기 전의 오차 특성과 보상된 후의 오차 특성을 파악하여 정확도를 향상시킬 수 있다.As described above, when intentional noise is present, since intentional noise is the largest component of the error, the compensating effect of the ionospheric delay and the troposphere delay is not large. However, by eliminating the intentional noise, the effect of such compensation is large, and the accuracy of the error before compensation and the error after compensation can be understood to improve accuracy.

오차의 특성을 파악하기 위하여 정확한 위치를 알고 있는 기준점에서 노바텔(NovAtel)사의 12 채널 3010R 수신기를 이용하여 2001년 6월 28일 오후 7시부터 1분 단위로 하루 동안의 측정치를 수집하였다.To determine the nature of the error, the day-to-day measurements were collected in 1-minute increments from 7 pm on June 28, 2001, using a Novatel 12-channel 3010R receiver at a known location.

도 1에는 본 발명에서의 실험 기간동안의 가시 위성 수와 GDOP을 나타내었다. 도 1에서 알 수 있듯이, 실험기간 동안 최소 6개에서 12개 사이의 가시위성이 관측되며, GDOP은 2부근의 값을 가짐을 볼 수 있다.Figure 1 shows the number of visible satellites and GDOP during the experimental period of the present invention. As can be seen in Figure 1, at least 6 to 12 visible satellites are observed during the experimental period, GDOP can be seen to have a value of around 2.

도 2는 GPS 신호에 의하여 계산된 의사거리와 실제거리의 차, 즉 수신기 시계오차와 측정오차를 합한 전체 오차값을 나타내는 것으로, 도 2a는 시간대별 오차, 도 2b는 위성 앙각별 오차를 도시한다. 도 2a에서 알 수 있는 바와 같이, 위성이 움직임에 따라 앙각이 변화하고, 이 앙각에 따라 오차의 크기가 변화함을 확인할 수 있으며, 일부 구간에서 200m 이상의 큰 오차값을 가짐을 볼 수 있다. 도 2b에서 알 수 있는 바와 같이, 이러한 큰 오차는 주로 낮은 앙각을 가지는 위성에서 발생하는 오차임을 확인할 수 있다.FIG. 2 shows the total error value obtained by adding the difference between the pseudorange and the actual distance calculated by the GPS signal, that is, the receiver clock error and the measurement error. FIG. 2A shows the time-phase error and FIG. 2B shows the satellite elevation error. . As can be seen in FIG. 2A, the elevation angle changes as the satellite moves, and the magnitude of the error changes according to the elevation angle, and a large error value of 200 m or more may be seen in some sections. As can be seen in Figure 2b, it can be confirmed that such a large error is an error that occurs mainly in a satellite having a low elevation angle.

또한, -100m 부근의 오차는 같은 시각에 모든 측정치에 대하여 발생함을 볼 수 있다. 이는 수신기 시계오차의 영향이며 모든 위성에 대하여 같은 크기로 작용한다면 위치의 정확도에는 영향을 주지 않을 것이다. 또한 도 2b에서 알 수 있듯이, 오차의 크기는 위성의 앙각의 함수임을 확인할 수 있다.It can also be seen that an error around -100m occurs for all measurements at the same time. This is an effect of the receiver clock error and will not affect the accuracy of the location if it works the same size for all satellites. In addition, as can be seen in Figure 2b, it can be seen that the magnitude of the error is a function of the elevation angle of the satellite.

도 3은 GPS 항법 신호에 포함된 계수 값을 이용하여 구해진 거리단위의 수직 전하밀도를 도시하는 것으로, 낮 2시경에 최대가 되고 밤에는 전하밀도값이 줄어드는 것을 확인할 수 있다.3 shows the vertical charge density of the distance unit obtained by using the coefficient value included in the GPS navigation signal, and it can be seen that the maximum charge is obtained at about 2 o'clock in the day and the charge density value decreases at night.

도 4는 전술한 방식에 따라, 전리층 및 대류권 지연에 대한 오차보상을 한 후의 오차값을 도시하는 것으로, 도 2와 유사하게 도 4a는 시간대별 오차, 도 4b는 앙각별 오차이다.FIG. 4 illustrates error values after error compensation for ionospheric and tropospheric delays according to the above-described method. Similar to FIG. 2, FIG. 4A is time-phase error and FIG. 4B is elevation-angle error.

즉, 도 3과 같이 계산된 전하밀도값과 전술한 전리층 지연에 대한 보상식 (수학식 7)을 이용하여 전리층 지연을 보상하고, 수학식 8을 이용하여 대류권 지연을 보상한 후의 의사거리와 실제거리의 차를 도시한 것이다.That is, the pseudo-range and actual distance after compensating the ionospheric delay using the charge density value calculated as shown in FIG. 3 and the above-mentioned compensation equation for the ionospheric delay (Equation 7), and the tropospheric delay using Equation 8 It shows a street car.

도 2와 도 4로부터 오차 보상의 효과를 확인할 수 있으며, 오차 보상에 의하여 바이어스 성분의 오차가 백색화(whitening)되는 것을 볼 수 있다. 또한, 도 4b에서 알 수 있는 바와 같이, 실제 오차보다 모델로부터 구한 보상치가 더 커서 남은 오차가 앙각에 따라 포물선 형태로 나타나는 것을 볼 수 있다. 이는 사용한모델이 정확하지 않기 때문이며, 이로 인하여 전술한 모델을 이용하여도 최대 50 ~ 75%의 보상밖에 할 수 없다.The effects of error compensation can be seen from FIGS. 2 and 4, and it can be seen that the error of the bias component is whitened by the error compensation. In addition, as can be seen in Figure 4b, the compensation value obtained from the model is larger than the actual error can be seen that the remaining error appears in the form of a parabola according to the elevation angle. This is because the model used is not accurate, and therefore, the compensation of up to 50-75% can be achieved even with the model described above.

또한, 오차를 보상하기 위하여 일반적으로 회귀분석에서 사용되는 "최소자승법(Method of Least Squares)"을 이용할 수 있으며, 이러한 최소자승법은 일반적으로 널리 사용되는 것이므로 그 자세한 원리는 생략한다.In addition, in order to compensate for the error, the "Method of Least Squares" generally used in regression analysis can be used. Since the least square method is generally widely used, the detailed principle thereof is omitted.

도 5는 오차의 공분산을로 둔 일반적인 최소자승법을 이용하여 구해진 오차를 도시하는 것으로, 앙각이 낮은 위성을 측정대상에서 제외하는 데 사용되는 삭제각(Mask Angle: 후술함)은 0도로 두었으며 전리층 및 대류권 지연은 보상하지 않았다. 도 4와 도 5에서 알 수 있듯이, 의사거리 측정치에 포함된 오차가 큰 경우 구해진 위치와 시각에도 큰 오차가 발생함을 확인 할 수 있다. 도 5a는 동서 및 남북으로 나누어 표시한 위치오차이며, 도 5b는 이포크(Epochs), 즉 시간에 따른 오차의 변화를 도시하는 것이다. 도 5b에서는 좌상단으로부터 시계방향으로 각각 위방향(Latitude), 경방향(Longitude), 시계오차(cB), 높이방향(Altitude) 오차를 나타낸다.5 shows the covariance of the error The error obtained using the general least squares method, which is used to exclude satellites with low elevation angles (Mask Angle, described below), is set to 0 degrees and does not compensate for ionospheric and tropospheric delays. . As can be seen in Figures 4 and 5, if the error included in the pseudo-range measurement value is large it can be confirmed that a large error occurs in the obtained position and time. FIG. 5A shows the positional error divided into east, west, and north and south, and FIG. 5B shows Epochs, that is, a change in error over time. In FIG. 5B, latitude, longitude, clock error cB, and altitude errors are shown in the clockwise direction from the upper left end.

도 6은 수학식 7 및 8을 이용하여 전리층과 대류권 지연을 보상한 의사거리 측정치로부터 구해진 위치와 시각의 오차를 나타내었다. 도시 형식은 도 5의 경우와 동일하다.Figure 6 shows the error of the position and time obtained from pseudorange measurements that compensated the ionosphere and tropospheric delay using equations (7) and (8). The drawing format is the same as in the case of FIG.

도 5와 도 6에서 보이듯이, 전리층 및 대류권 오차 보상에 의하여 수신기 시계의 정확도가 위치에 비하여 많이 향상되었음을 볼 수 있다. 이는 최소자승법을 이용하는 경우 보이는 전체 위성의 전리층 및 대류권 지연 평균값이 수신기 시계오차에 포함되어서 나타나기 때문이며, 오차의 보상으로 인한 효과가 직접적으로 나타나기 때문이다.5 and 6, it can be seen that the accuracy of the receiver clock is greatly improved compared to the position by the ionosphere and tropospheric error compensation. This is because the average of the ionospheric and tropospheric delays of all satellites shown in the least-squares method are included in the receiver clock error, and the effects of the compensation of the error are shown directly.

반면 수평면에는 오차의 보상이 많은 도움을 주지 않음을 볼 수 있다. 이는 일부 위성에 포함된 비정상적으로 큰 오차가 제대로 보상되지 않았기 때문이며, 특히 이러한 위성이 추가 혹은 삭제될 때 급격한 위치의 변화를 유발함을 볼 수 있다.On the other hand, it can be seen that error compensation does not help much on the horizontal plane. This is because abnormally large errors included in some satellites have not been compensated for properly, and it can be seen that a sudden change of position occurs when such satellites are added or deleted.

이상의 결과로부터 위치와 시각의 정확도를 향상시키기 위해서는 비정상적으로 큰 오차를 제거하는 기법이 필요하다.In order to improve the accuracy of the position and time from the above results, a technique for removing abnormally large errors is required.

요약하면, 고의잡음(SA)이 제거된 현재 GPS에서 의사거리 또는 항법해(위치, 시각)의 오차를 보상하기 위하여, 종래의 전리층 지연 보상모델, 대류권 지연 보상모델, 가중 자승법 등을 이용할 수 있으나, 그 오차보상 정도에 한계가 있을 뿐 아니라, 비정상적으로 큰 오차에 대한 영향을 제거할 수 없었다.In summary, the conventional ionospheric delay compensation model, tropospheric delay compensation model, weighted square method, etc. can be used to compensate for pseudorange or navigation solution (position, time) error in the current GPS where SA is removed. In addition, there is a limit to the degree of error compensation, and the effect on an abnormally large error cannot be eliminated.

물론, 이러한 비정상적인 오차가 낮은 앙각에 몰려있다면 삭제각(Mask Angle)을 이용함으로써 쉽게 제거할 수 있다. 삭제각을 이용한 보상방식은 보통 5 ~ 15도 사이의 값에서 정해지는 삭제각보다 작은 앙각을 가지는 위성의 측정치를 사용하지 않음으로써 의사거리 측정 오차의 영향을 효과적으로 제거하는 것이다. 그러나 도심 등과 같이 가시 위성의 수가 충분하지 않은 경우에는 가시 위성의 수가 4개 이하가 되는 경우가 발생할 수 있으므로, 이 방법은 가시성이 좋은 곳에서만 효과적으로 적용할 수 있다.Of course, if the abnormal error is concentrated in a low elevation angle, it can be easily removed by using a mask angle. The compensation method using the elimination angle effectively eliminates the influence of pseudorange measurement error by not using the satellite measurement value having an elevation angle smaller than the elimination angle which is usually set at a value between 5 and 15 degrees. However, if the number of visible satellites is not enough, such as downtown, the number of visible satellites may be less than four, so this method can be effectively applied only where visibility is good.

아래에서는 삭제각을 이용한 오차 보상 실험에 대하여 설명한다.The following describes the error compensation experiment using the erase angle.

도 7은 삭제각을 0, 5, 10, 15도로 둔 경우의 가시 위성의 수(도 7a)와 GDOP(도 7b)을 나타내었다. 도 7에서 삭제각이 15도가 되면 가시 위성의 수가 4개밖에 되지 않는 경우도 발생하며, 또한 위성의 수가 감소함에 따라 GDOP이 증가함을 확인할 수 있다. 이는 삭제각을 증가시켜 측정 오차가 큰 측정치를 모두 제거 시키면 측정치의 오차는 줄일 수 있으나, GDOP이 나빠지고 이로 인하여 위치 및 시각 오차가 오히려 증가함을 의미한다. 따라서 삭제 각의 설정은 응용분야와 주위 환경 등을 고려하여 선택되어야 한다.FIG. 7 shows the number of visible satellites (FIG. 7A) and the GDOP (FIG. 7B) when the deletion angle is 0, 5, 10, and 15 degrees. In FIG. 7, when the erase angle is 15 degrees, only 4 visible satellites may occur, and as the number of satellites decreases, the GDOP increases. This means that the error of the measured value can be reduced by removing all the measured values with a large measurement error by increasing the deletion angle. However, the GDOP is worsened and the position and visual error are increased. Therefore, the setting of the deletion angle should be selected in consideration of the application field and the surrounding environment.

표 1, 2는 삭제각을 이용한 오차보상 방식의 결과를 정리한 것으로, 표 1은 전리층과 대류권 오차를 보상하지 않은 측정치를 사용한 결과이고, 표 2는 보상한 측정치를 사용한 결과이다.Tables 1 and 2 summarize the results of the error compensation method using the angle of elimination. Table 1 shows the results of measurements without compensating the ionospheric and tropospheric errors, and Table 2 shows the results of compensations.

삭제각 적용 후의 오차(전리층 및 대류권 지연 미보상)Error after application of the angle of removal (no compensation for ionospheric and tropospheric delays) 삭제 각(Degree)Degree angle 평면오차(2dRMS)Plane Error (2dRMS) 동서방향 오차East-West Error 남북방향 오차North-south error 고도 오차Altitude error 수신기 시계오차Receiver clock error 평균Average 평균Average 평균Average 평균Average 00 25.025.0 0.50.5 7.97.9 3.13.1 9.29.2 33.333.3 19.619.6 29.029.0 9.19.1 55 15.315.3 0.30.3 4.34.3 2.12.1 6.06.0 26.826.8 11.011.0 24.324.3 10.610.6 1010 7.67.6 0.10.1 1.61.6 1.71.7 3.03.0 21.221.2 20.220.2 4.54.5 20.220.2 1515 7.27.2 0.070.07 1.61.6 1.41.4 2.92.9 18.018.0 4.34.3 17.717.7 11.011.0

삭제각 적용 후의 오차(전리층 및 대류권 지연 보상)Error after elimination angle (Ion layer and tropospheric delay compensation) 삭제 각(Degree)Degree angle 평면오차(2dRMS)Plane Error (2dRMS) 동서방향 오차East-West Error 남북방향 오차North-south error 고도 오차Altitude error 수신기 시계오차Receiver clock error 평균Average 평균Average 평균Average 평균Average 00 21.621.6 0.70.7 6.76.7 2.62.6 8.08.0 7.57.5 15.715.7 0.80.8 4.64.6 55 13.813.8 0.40.4 3.63.6 2.12.1 5.55.5 5.15.1 8.78.7 -1.0-1.0 9.29.2 1010 6.86.8 0.20.2 1.11.1 1.71.7 2.82.8 3.83.8 3.33.3 -2.0-2.0 10.210.2 1515 6.76.7 0.10.1 1.31.3 1.41.4 2.72.7 3.53.5 3.93.9 -2.2-2.2 10.210.2

표에서 전리층 및 대류권 오차를 보상함으로써 수평면에서 20% 정도의 성능을 향상시킬 수 있음을 볼 수 있다. 전리층 및 대류권 오차를 보상한 경우와 보상하지 않은 경우 모두 삭제각이 증가할수록 정확도가 향상되지만, 삭제각이 10도 이상에서는 측정치의 오차가 감소하는 만큼 GDOP이 증가되므로 전체 오차 보상에 미치는 영향은 크지 않음을 알 수 있다. 따라서 삭제 각은 10도 부근에서 결정하고, 전리층 및 대류권 지연 오차 모델을 사용하여 보상된 의사거리 측정치를 사용하는 것이 유리할 것이다.From the table, we can see that we can improve performance by about 20% in the horizontal plane by compensating ionosphere and tropospheric errors. In both the ionospheric and tropospheric errors, the accuracy is improved as the erase angle is increased.However, if the erase angle is more than 10 degrees, the GDOP increases as the error of the measured value decreases. It can be seen that. Therefore, it would be advantageous to determine the erase angle around 10 degrees and to use pseudorange measurements compensated using ionospheric and tropospheric delay error models.

그러나, 도심지와 같이 충분한 가시위성이 확보되지 않은 상황에서 삭제각을 이용하는 경우에는 가시위성의 개수가 4개 이하가 되어 항법해를 구할 수 없는 경우가 발생한다. 따라서 삭제각을 사용하지 않고서도 측위정밀도를 향상시킬 수 있는 방법이 필요하다.However, when the angle of elimination is used in a situation where sufficient visibility satellites are not secured, such as downtown, the number of visible satellites is four or less, so that navigation solutions cannot be obtained. Therefore, there is a need for a method that can improve positioning accuracy without using an erasure angle.

이상과 같이, 고의잡음이 제거된 GPS 환경에서는 종래의 오차보상 방식을 그대로 이용하여 오차를 어느 정도 감소시킬 수 있으나, 그 정도에 한계가 있으며 DGPS보다 더 큰 오차범위를 나타낸다.As described above, in the GPS environment in which intentional noise has been removed, the error can be reduced to some extent using the conventional error compensation method as it is, but there is a limit to the degree and shows a larger error range than DGPS.

이에 본 발명에서는, 위성 앙각을 이용하여 산출되는 가중치를 이용한 가중 최소자승법 및/또는 무결성 검정기법을 이용하여 의사거리 또는 항법해의 오차를 보상함으로써, DGPS의 정확도에 근접시키고자 한다.Accordingly, the present invention seeks to approximate the accuracy of DGPS by compensating for an error in pseudorange or navigation solution using weighted least square method and / or integrity test method using weights calculated using satellite elevation angle.

따라서, 본 발명의 목적은 전리층지연 및 대류권지연 오차를 보상한 전·후의 잔여 오차의 특성으로부터 앙각과 오차의 공분산과의 관계를 실험적으로 구하고, 이를 이용하여 소정의 방법으로 가중치를 구한 뒤 가중 최소자승법(Weighted Least Squares Estimation: WLSQ)을 이용하여 오차를 보상하는 GPS에서의 오차보상 및 GPS 항법해 산출 방법을 제공하는 것이다.Therefore, an object of the present invention is to experimentally obtain the relationship between the elevation angle and the covariance of the error from the characteristics of the residual error before and after compensating the ionospheric delay and tropospheric delay error, and using this method to obtain the weight by a predetermined method and then weighted minimum The present invention provides a method for calculating an error compensation and a GPS navigation solution in GPS, which compensates for an error using a weighted least squares estimation (WLSQ).

본 발명의 다른 목적은, 전술한 가중 최소자승법에 의하여 오차를 보상한 후, 무결성 검정기법(RAIM: Receiver Autonomous Integrity Monitoring)을 적용할 수 있는 조건을 생성하고, 그로부터 비정상적으로 큰 오차를 제거하는 GPS에서의 오차보상 및 GPS 항법해 산출 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention, after compensating for the error by the weighted least square method described above, to create a condition that can be applied to the integrity verification technique (RAIM: Receiver Autonomous Integrity Monitoring), GPS to remove abnormally large errors therefrom It is to provide a method for calculating the error compensation and GPS navigation in.

도 1에는 본 발명에서의 실험 기간 동안의 가시 위성 수와 GDOP을 도시한다.1 shows the number of visible satellites and the GDOP during the experimental period in the present invention.

도 2는 GPS 신호에 의하여 계산된 의사거리와 실제 거리의 차, 즉 수신기 시계오차와 측정오차를 합한 오차값을 나타낸다.2 illustrates an error value obtained by adding a difference between a pseudorange calculated from a GPS signal and an actual distance, that is, a receiver clock error and a measurement error.

도 3은 GPS 항법 신호에 포함된 계수 값을 이용하여 구해진 거리단위의 수직 전하밀도를 도시한다.3 shows vertical charge densities in units of distance obtained using coefficient values included in GPS navigation signals.

도 4는 종래 방식에 따라 전리층 및 대류권 지연에 대한 오차 보상을 한 후의 오차값을 도시한다.4 shows error values after compensating for the ionospheric and tropospheric delays according to the conventional scheme.

도 5는 오차의 공분산을로 둔 종래의 일반적인 최소자승법을 이용하여 구해진 오차를 도시한다.5 shows the covariance of the error Shows an error obtained using a conventional general least square method.

도 6은 수학식 7 및 8을 이용하여 전리층과 대류권 지연을 보상한 의사거리 측정치로부터 구해진 위치와 시각의 오차를 도시한다.FIG. 6 shows errors in position and time obtained from pseudorange measurements that compensate for ionospheric and tropospheric delays using equations (7) and (8).

도 7은 삭제각(Mask Angle)을 0, 5, 10, 15도로 둔 경우의 가시 위성의수와 GDOP을 나타내었다.FIG. 7 shows the number of visible satellites and the GDOP when the mask angle is 0, 5, 10, and 15 degrees.

도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 가중 최소자승법을 적용하여 구해진 위치에 대한 좌표축별 오차 및 시계오차를 도시한다.FIG. 8 illustrates errors and clock errors for each coordinate axis with respect to a position obtained by applying the weighted least square method according to the first embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 방법 수행 후에, 수학식 11에 의하여 산출된 유수(Residual)값을 도시한다.9 illustrates residual values calculated by Equation 11 after performing the method according to the first embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 GPS 항법해 결정방법의 과정을 도시하는 흐름도이다.Fig. 10 is a flowchart showing the procedure of the GPS navigation solution determination method according to the second embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 무결성 검정 기법을 실제 측정치에 적용하여 구해진 위치오차를 도시한다.11 shows positional errors obtained by applying the integrity verification technique according to the second embodiment of the present invention to actual measurements.

도 12는 본 발명의 제 2 실시예의 수행 후의 유수(Residual)를 도시한다.Figure 12 shows the residual after the performance of the second embodiment of the present invention.

도 13은 본 발명의 제 2 실시예의 수행 후에 구해진 최대 유수를 도시한다.Figure 13 shows the maximum runoff obtained after the implementation of the second embodiment of the present invention.

도 14는 본 발명의 제 2 실시예 실험 동안의 가시위성의 수와 GDOP를 도시한다.14 shows the number of visible satellites and the GDOP during the experiment of the second embodiment of the present invention.

도 15는 종래의 최소자승법을 적용한 경우와 본 발명의 제 2 실시예를 적용한 경우의 수평면 오차를 비교하여 도시한다.FIG. 15 shows a comparison of the horizontal plane error between the case of applying the conventional least square method and the case of applying the second embodiment of the present invention.

도 16은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 무결성 검정기법을 적용한 후의 유수를 도시한다.Figure 16 shows the flow after applying the integrity verification technique according to the second embodiment of the present invention.

이상과 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 방법은 다음과 같이 구성된다.In order to achieve the object of the present invention as described above, the method according to the present invention is configured as follows.

고의잡음이 제거된 GPS 환경에서, 4개 이상의 가시위성(SV)으로부터의 GPS 신호를 기초로 계산되는 대상체의 항법해 오차를 보상하여 최종 항법해를 구하는 방법으로서,In a GPS environment in which intentional noise is removed, a final navigation solution is obtained by compensating a navigation solution error of an object calculated based on GPS signals from four or more visible satellites (SV).

위성별 앙각을 이용하여 가중행렬(Weighting Matrix)을 산출하는 제 1 단계 및 상기 산출된 가중행렬을 기초로 가중 최소자승법을 적용하여 오차를 보상함으로써 최종 항법해를 산출하는 제 2 단계로 이루어진다.A first step of calculating a weighting matrix using elevation angles of satellites and a second step of calculating a final navigation solution by compensating for an error by applying a weighted least square method based on the calculated weighting matrix.

상기 제 1 단계에서의 가중행렬 산출은, 소정 앙각 이상인 위성의 측정치에는 상수 가중치를 부여하고, 상기 소정 앙각 이하인 위성의 측정치에는 상기 상수보다 작으면서 앙각에 비례하는 가중치를 부여하는 모델을 사용하며, 상기 소정 앙각은 개별 GPS 수신기의 측정 결과를 분석하여 결정될 수 있다.In the weighting matrix calculation in the first step, a constant weight is given to a measurement value of a satellite that is greater than or equal to a predetermined elevation angle, and a weighting factor that is smaller than the constant and a weight proportional to the elevation angle is used for a measurement value of the satellite that is less than or equal to the predetermined elevation angle, The predetermined elevation angle may be determined by analyzing measurement results of individual GPS receivers.

예를 들면, 가중행렬의 산출은 다음의 수학식 9 및 10에 의하여 결정될 수 있으며, n은 -3 내지 -1, α는 20 내지 40도로 정할 수 있다.For example, the calculation of the weighted matrix may be determined by the following equations 9 and 10, n may be set to -3 to -1, and α may be set to 20 to 40 degrees.

여기서, Ei는 위성 i의 앙각, WΨ는 가중치 행렬이다.Where Ei is the elevation angle of satellite i and W Ψ is the weight matrix.

물론, 상기 제 1 단계 이전에 소정 모델에 의하여 전리층지연 및 대류권지연 오차를 보상하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.Of course, the method may further include compensating the ionospheric delay and tropospheric delay error by a predetermined model before the first step.

본 발명의 다른 형태에서는, 가중 최소자승법과 무결성 검정기법(Receiver Autonomus Integrity Monitoring: RAIM) 또는 최대 유수 기법(Maximum Residual Method)을 이용하여, 비정상적으로 큰 오차를 보이는 위성의 측정치를 제외한 후, 새로운 대상체 위치 및 시각을 산출한다.In another embodiment of the present invention, a new object after excluding a measurement of a satellite having an unusually large error by using weighted least squares method and Receiver Autonomus Integrity Monitoring (RAIM) or Maximum Residual Method Calculate the location and time.

구체적으로 살펴보면, 고의잡음이 제거된 GPS 환경에서, 6개 이상의 가시위성(SV)으로부터의 GPS 신호를 기초로 계산되는 대상체의 항법해를 구하는 방법으로서,Specifically, in a GPS environment in which noise is removed, a method for obtaining a navigation solution of an object calculated based on GPS signals from six or more visible satellites (SV),

각 위성의 앙각을 이용하여 산출된 가중행렬(Weighting Matrix)과 가중 최소자승법을 적용하여 유수(Residual)를 구하고, 각 위성에 대한 정규화된 무상관 유수중 임계치를 초과하는 유수값(최대값)이 있는 경우 해당 위성의 측정치를 항법해 산출에서 제외하는 것을 특징으로 한다.When the residual is calculated by applying the weighting matrix and weighted least-squares method calculated using the elevation angles of each satellite, and there is an overflow value (maximum value) exceeding the normalized uncorrelated flow threshold for each satellite. It is characterized in that the measurement of the satellite is excluded from the calculation by navigation.

이를 단계별로 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Looking at this step in detail as follows.

m(≥6)의 가시위성이 존재하는 경우에, 각 위성의 앙각을 이용하여 가중행렬(Weighting Matrix)을 산출하는 제 1 단계와; 상기 산출된 가중행렬을 기초로 가중 최소자승법을 적용하여 위치, 시각 및 유수()를 구하는 제 2 단계와; 가중행렬의 제곱근과 상기 제 2 단계에서 구한 유수를 곱함으로써 무상관 유수()를 구하는 제 3 단계와; 각 위성에 대한 정규화된 무상관 유수()를 구하고, 정규화된 무상관 유수를 최대로 하는 위성의 최대 정규화 무상관 유수()를 구하는 제 4 단계와; 상기 최대 정규화 무상관 유수()의 값이 소정의 임계치를 넘어가는 경우에는 해당 위성에 대한 측정치를 제거하는 제 5 단계; 및 최대 정규화 무상관 유수값이 임계치를 초과하는 위성이 없거나, m이 6 미만이 될 때까지 상기 제 1 단계 내지 제 5 단계를 반복하고, 그 때의 위치 및 시각을 최종 항법해로 결정하는 제 6 단계로 이루어진다.a first step of calculating a weighting matrix using elevation angles of respective satellites when there are m (≥6) visible satellites; Based on the calculated weighted matrix, the weighted least-squares method is applied to position, time, and flow rate ( Obtaining a second step; By multiplying the square root of the weighted matrix with the runoff obtained in the second step, Obtaining a third step; Normalized correlation correlation for each satellite ( ) And the maximum normalized correlation run of the satellite that maximizes the normalized correlation run ( Obtaining a fourth step; Maximum normalized correlation run above (5) removing the measurement value for the corresponding satellite when the value of h) exceeds a predetermined threshold; And a sixth step of repeating the first to fifth steps until there is no satellite whose maximum normalized correlation runoff value exceeds the threshold, or m is less than six, and determining the position and time at that time as the final navigation solution. Consists of steps.

제 1 실시예에서와 유사하게, 상기 제 1 단계에서의 가중행렬 산출은, 소정 앙각 이상인 위성의 측정치에는 상수 가중치를 부여하고, 상기 소정 앙각 이하인 위성의 측정치에는 상기 상수보다 작으면서 앙각에 비례하는 가중치를 부여하는 모델을 사용하며, 상기 소정 앙각은 개별 GPS 수신기의 측정 결과를 분석하여 결정될 수 있다.Similar to the first embodiment, the weighting matrix calculation in the first step gives a constant weight to measurements of satellites that are above a predetermined elevation angle and is proportional to the elevation angle while being smaller than the constant to measurements of satellites that are below a predetermined elevation angle. Using a weighted model, the predetermined elevation can be determined by analyzing the measurement results of the individual GPS receivers.

예를 들면, 가중 행렬은 상기 수학식 9 및 수학식 10에 의하여 결정되며, 상기 제 2 단계에서의 유수()는 아래의 수학식 11에 의하여 산출된다.For example, the weighting matrix is determined by Equations 9 and 10, and the flow rate in the second step ( ) Is calculated by Equation 11 below.

상기 정규화된 무상관 유수() 및 최대 정규화 무상관 유수값()는 아래의 수학식 12 및 수학식 13에 의하여 산출될 수 있다.The normalized correlation run above ( ) And maximum normalized uncorrelated flow values ( ) May be calculated by Equation 12 and Equation 13 below.

여기서 Sw(j,j)는 행렬 Sw의 (j,j)번째항을 의미하며, 행렬 Sw이고, Gw이다.Where S w (j, j) means (j, j) th term of the matrix S w and S w is the matrix And G w is to be.

상기 임계치는 대상 위성의 수(m)에 의하여 다르게 정해지며, 본페로니(Bonferroni) 부등식 또는 자시(Jash) 부등식에 의하여 정해지는 값일 수 있다.The threshold is determined differently by the number of target satellites (m), and may be a value determined by Bonferroni inequalities or Jash inequalities.

또한, 앞선 실시예에서와 같이, 상기 제 1 단계 이전에 소정 모델에 의하여전리층지연 및 대류권지연 오차를 보상하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.In addition, as in the foregoing embodiment, the method may further include compensating the ionospheric delay and tropospheric delay error by a predetermined model before the first step.

이하에서는 첨부되는 도면을 참고로 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a first embodiment and a second embodiment of the present invention.

우선, 본 발명의 제 1 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.First, the first embodiment of the present invention will be described in detail.

전술한 바와 같이, 삭제각을 사용하는 경우 가시 위성의 수가 4개 이하가 되어 항법 해를 구할 수 없는 경우가 종종 발생하므로 오차의 특성으로부터 가중치를 결정하고 이를 이용하여 가중 최소자승법을 적용한다.As described above, in the case of using the erasing angle, the navigation solution cannot be obtained because the number of visible satellites is four or less, so that the weight is determined from the error characteristic and the weighted least square method is used.

가중치는 측정치의 정확한 공분산을 알 수 없으므로, 실제 측정치인 도 4b로부터 결정하였으며 이는 사용하는 수신기와 주변 환경에 따라 달라질 수 있다. 이렇게 결정된 가중치는 위성의 앙각(Elevarion Angle)와 밀접한 관계가 있으며, 도 4를 근사화 하는 여러 모델들 중 실험을 통하여 가장 나은 성능을 보이는 수학식 9를 이용하였으며, 수학식 10은 가중행렬을 표현한 식이다.Since the weight is not known to the exact covariance of the measurement, it was determined from the actual measurement of Figure 4b, which may vary depending on the receiver used and the surrounding environment. The weight determined in this way is closely related to the elevation angle of the satellite, and Equation 9, which shows the best performance through experiments among several models approximating FIG. 4, is used, and Equation 10 expresses the weighted matrix. to be.

[수학식 9][Equation 9]

[수학식 10][Equation 10]

여기서, Ei는 위성 i의 앙각, Wψ는 가중치 행렬이며, n은 -3 내지 -1, α는 20 내지 40도로 정할 수 있다. 도 4의 결과와 가장 일치하는 값는 n=-3, α=30도이다.Here, E i is the elevation angle of the satellite i, W ψ is a weight matrix, n can be set to -3 to -1, α can be set to 20 to 40 degrees. The values most consistent with the results in FIG. 4 are n = -3 and α = 30 degrees.

물론, 가중행렬은 반드시 이러한 수학식에 의하여 결정될 필요는 없다. 대신, 소정 앙각 이상인 위성의 측정치에는 상수 가중치를 부여하고, 상기 소정 앙각 이하인 위성의 측정치에는 상기 상수보다 작으면서 앙각에 비례하는 가중치를 부여하는 한 다른 모델을 사용할 수 있다. 또한, 소정 앙각은 개별 GPS 수신기의 측정 결과를 분석하여 개별적으로 결정되는 것이 바람직하다.Of course, the weighting matrix does not necessarily need to be determined by this equation. Instead, other models can be used as long as a constant weight is given to measurements of satellites that are above a predetermined elevation angle and weights that are proportional to the elevation angle are smaller than the constant and are measured by satellites that are below a predetermined elevation angle. In addition, the predetermined elevation angle is preferably determined individually by analyzing the measurement results of the individual GPS receivers.

전리층 지연 및 대류권 지연을 보상하지 않고 본 발명에 의한 가중 최소자승법을 적용하여 구해진 위치 및 시각 오차를 표 3에, 보상하고 본 발명에 의하여 구한 결과를 표 4에 나타내었다.Table 4 shows the position and visual errors obtained by applying the weighted least square method according to the present invention without compensating ionospheric delay and tropospheric delay, and the results obtained by the present invention.

본 발명에 의한 가중 최소자승법 적용 후의 오차(전리층 및 대류권 지연 미보상)Error after application of weighted least-squares method according to the present invention 삭제 각(Degree)Degree angle 평면오차(2dRMS)Plane Error (2dRMS) 동서방향 오차East-West Error 남북방향 오차North-south error 고도 오차Altitude error 수신기 시계오차Receiver clock error 평균Average 평균Average 평균Average 평균Average 00 6.96.9 0.050.05 1.41.4 1.51.5 2.72.7 19.119.1 3.83.8 18.618.6 10.510.5 55 6.86.8 0.040.04 1.41.4 1.51.5 2.72.7 19.019.0 3.73.7 18.518.5 10.610.6 1010 6.86.8 0.030.03 1.41.4 1.51.5 2.72.7 18.318.3 3.63.6 18.018.0 10.810.8 1515 7.07.0 0.040.04 1.51.5 1.31.3 2.92.9 17.017.0 4.04.0 16.816.8 10.810.8

본 발명에 의한 가중 최소자승법 적용 후의 오차(전리층 및 대류권 지연 보상)Error after application of weighted least-squares method according to the present invention (Ion layer and troposphere delay compensation) 삭제 각(Degree)Degree angle 평면오차(2dRMS)Plane Error (2dRMS) 동서방향 오차East-West Error 남북방향 오차North-south error 고도 오차Altitude error 수신기 시계오차Receiver clock error 평균Average 평균Average 평균Average 평균Average 00 6.386.38 0.10.1 1.11.1 1.51.5 2.62.6 3.73.7 3.23.2 -2.1-2.1 9.89.8 55 6.366.36 0.10.1 1.11.1 1.51.5 2.62.6 3.73.7 3.23.2 -2.1-2.1 9.99.9 1010 6.376.37 0.10.1 1.11.1 1.51.5 2.62.6 3.63.6 3.33.3 -2.2-2.2 10.010.0 1515 6.576.57 0.10.1 1.31.3 1.31.3 2.72.7 3.43.4 4.04.0 -2.4-2.4 10.210.2

또한, 도 8에는 삭제각이 0도, 전리층 및 대류권 지연을 보상한 측정치에 본발명에 의한 가중 최소자승법을 적용하여 구해진 위치에 대한 좌표축별 오차 및 시계오차를 도시하였다.In addition, FIG. 8 illustrates errors and clock errors for each coordinate axis of a position obtained by applying a weighted least square method according to the present invention to a measurement that compensates for an ion angle and an ionosphere and tropospheric delay.

표 3, 4 및 도 8에서 본 발명에 의한 가중 최소자승법을 적용하면 성능의 향상을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. 특히, 삭제 각이 낮은 경우 3배 이상의 성능 향상을 얻을 수 있음을 볼 수 있다. 그러나 5도 이상의 삭제 각에 대해서는 성능 향상이 크지 않으며, 특히 표 3에서 삭제 각이 15도인 경우의 결과가 10도인 경우에 비하여 나빠지는 것을 볼 수 있다. 이는 삭제 각이 높아짐에 따라 가시 위성의 수가 줄어들고 GDOP이 커진 것에 기인한다In Tables 3, 4 and 8 it can be seen that the application of the weighted least squares method according to the present invention provides an improvement in performance. In particular, it can be seen that more than three times the performance improvement can be obtained when the erase angle is low. However, the performance improvement is not large for the deletion angle of 5 degrees or more. In particular, it can be seen in Table 3 that the result of the deletion angle of 15 degrees is worse than that of the 10 degrees. This is due to the increased number of visible satellites and the larger GDOP as the erase angle increases.

도 8 및 도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 방식으로 보상된 오차의 결과를 도시하는 것이다.8 and 9 show the result of the error compensated in the manner according to the first embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 8은 삭제각이 0도, 전리층 및 대류권 지연을 보상한 측정치에 본 발명에 의한 가중 최소자승법을 적용하여 구해진 위치에 대한 좌표축별 오차 및 시계오차를 도시하였으며, 도 9에는 전술한 수학식 11에 의하여 산출된 유수(Residual)를 도시하였다.Specifically, FIG. 8 illustrates error and clock error for each coordinate axis for a position obtained by applying the weighted least-squares method according to the present invention to a measurement that compensates for 0 degree of erase angle, ionospheric layer, and tropospheric delay, and FIG. 9 described above. The residual calculated by Equation 11 is shown.

[수학식 11][Equation 11]

도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 가중 행렬의 영향으로 앙각 30도 이상의 경우에는 유수의 크기가 거의 비슷하고, 앙각이 낮은 경우는 유수의 크기가 증가함을 볼 수 있다. 특히, 앙각이 낮은 일부 위성에서는 비정상적으로 큰 유수가 발생하며가중 최소자승법을 사용하여도 이들의 영향을 피할 수 없다. 삭제각을 사용하는 경우에는 이들의 영향을 피할 수 있지만 정상적인 오차의 크기를 갖는 많은 측정치를 동시에 제거하는 문제가 발생한다. 이 문제는 비정상적으로 큰 유수를 갖는 위성을 식별하고 이 측정치만 제거함으로써 해결될 수 있으며 이는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 방법에 의하여 해결될 수 있다.As can be seen in FIG. 9, the size of the flowing water is almost the same when the elevation angle is 30 degrees or more under the influence of the weighting matrix, and the size of the flowing water increases when the elevation angle is low. In particular, some satellites with a low elevation have an unusually large runoff and their influence cannot be avoided by using the weighted least-squares method. In the case of using the erasing angle, these effects can be avoided, but the problem of eliminating many measurements at the same time with a normal magnitude of error occurs. This problem can be solved by identifying satellites with abnormally large runoff and removing only this measurement, which can be solved by the method according to the second embodiment of the present invention.

이상의 결과로부터 본 발명의 제 1 실시예에 의한 가중 최소자승법을 사용하는 것이 삭제 각을 사용하는 것에 비하여 나은 성능을 얻을 수 있으며, 특히 가시 위성의 수가 부족한 경우(4-5개)에는, 삭제각을 이용하는 경우 해를 구할 수 없는 경우가 발생하는데 비하여 본 발명에 의한 방법을 적용하면 해를 구할 수 있는 장점이 있다.From the above results, using the weighted least squares method according to the first embodiment of the present invention can obtain better performance than using the deletion angle. Particularly, when the number of visible satellites is insufficient (4-5), In case of using the solution, the solution cannot be obtained, but there is an advantage in that the solution can be obtained by applying the method according to the present invention.

또한, 본 발명에 의한 가중 최소자승법을 이용하면 낮은 앙각의 위성이 추가 혹은 감소되는 경우에도 위치와 시각의 급격한 변화를 줄여주는 장점을 추가로 얻을 수 있다.In addition, by using the weighted least square method according to the present invention, even when a low elevation satellite is added or decreased, an advantage of reducing abrupt changes in position and time can be additionally obtained.

이하에서는 본 발명의 제 2 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described in detail.

제 1 실시예에서와 같은 가중 최소자승법을 이용하면 수평면에서 7m 이내의 정확도를 얻을 수 있음을 확인하였다. 그러나, 도 9에서 볼 수 있듯이 아직 앙각이 낮은 위성에 대하여 비정상적으로 큰 유수를 주는 측정치가 해를 구하는데 사용되고 있음을 알 수 있다. 비정상적으로 큰 유수는 측정치에 비정상적으로 큰 오차가 포함된 경우에 나타나며, 이는 주로 건물의 반사에 의하여 발생한 다중 경로오차로 인하여 발생한 것으로 추측된다.Using the weighted least-squares method as in the first embodiment, it was confirmed that accuracy within 7 m in the horizontal plane can be obtained. However, as can be seen in Figure 9, it can be seen that the measurement value giving an unusually large flow for the satellite with a low elevation angle is used to solve the solution. Abnormally large runoff occurs when the measurement includes an unusually large error, which is presumably due to multipath errors caused by the reflection of buildings.

고정된 위치에 수신기를 설치하는 DGPS 기준국과 같은 경우에는 위성의 앙각과 방위각을 동시에 이용하여 해당 위성을 삭제하여 그 영향을 줄일 수 있다. 그러나 일반적인 항법에서는 이런 방법을 적용하기 어렵다. 따라서, 본 발명의 제 2 실시예에서는 무결성 검정기법을 이용하여 비정상적인 오차를 가지는 위성의 측정치를 항법해 산출대상에서 제거하였다.In the case of a DGPS reference station that installs a receiver at a fixed location, the influence of the satellite can be reduced by simultaneously using the satellite elevation and azimuth angles. However, this method is difficult to apply in general navigation. Therefore, in the second embodiment of the present invention, the measurement value of the satellite having an abnormal error is navigated and removed from the calculation target by using the integrity verification technique.

수신기에서 사용되는 무결성 검정기법은 한 개의 측정치에만 바이어스 오차가 포함된 경우에만 오차를 검출하고 식별할 수 있는 방법이 대부분이며 잉여 측정치를 이용하여 무결성을 검정하는 스냅 샷(snapshot) 방식이 일반적으로 사용된다. 스냅 샷 방식에서는 현재의 이상 유무는 현재의 측정치만으로 판단하며, 최소자승법의 유수의 제곱 합을 이용하는 방법, 패리티(parity) 공간을 이용하는 방법, 최대 유수 기법(maximum residual technique)등이 여기에 포함된다. 이 방법들은 수학적으로는 동치이며, 측정잡음이의 분포를 갖는다고 가정한다.Integrity testing techniques used in receivers are mostly methods for detecting and identifying errors when only one measurement contains bias error, and a snapshot method for checking integrity using redundant measurements is generally used. do. In the snapshot method, the current abnormality is determined only by the current measurement, and includes the method of using the sum of squares of the least squares flow, the method of using the parity space, and the maximum residual technique. . These methods are mathematically equivalent, and measurement noise Suppose we have a distribution of.

그러나 고의 잡음이 제거된 후에는 그림 4에서 확인한 것과 같이 측정 잡음의 분포를로 가정할 수 없으므로 변경이 필요하다.After the deliberate noise is removed, however, the distribution of measured noise This cannot be assumed, so a change is necessary.

본 발명의 제 2 실시예에서는 최대 유수 기법을 고의 잡음이 제거된 상황에서 측정 잡음의 분포를 고려한 형태로 확장하고 적용하였다.In the second embodiment of the present invention, the maximum water flow technique is extended and applied in the form in consideration of the distribution of measured noise in a situation where intentional noise is removed.

측정잡음의 분포를 일반적인의 형태로 둔 경우에는 수학식 2의 측정식을 다음과 같이 변형하여 사용한다. 즉가 양의 정칙이며대칭(positive definite symmetric) 행렬임을 이용하여로 나타낼 수 있으며, 이를 이용하면 수학식 2는 수학식 14로 나타낼 수 있고, 다시 수학식 15의 간단한 형태로 나타낼 수 있다.Distribution of measured noise In the case of, the measurement equation of Equation 2 is modified as follows. In other words Is a positive definite symmetric matrix In this case, Equation 2 may be represented by Equation 14, and may be represented by a simple form of Equation 15 again.

여기서의 분포를 가지며, 가중 행렬과 측정치의 공분산 행렬이의 관계를 만족한다면가 되므로 기존의 무결성 검정기법을 적용할 수 있다. 즉, 수학식 2와 같이 표현된 방법에서는 무결성 검증기법을 그대로 이용할 수 없으므로, 가중행렬을 이용해 수학식 2를 수학식 15와 같은 형태로 변환한 후 무결성 검증기법을 이용하고자 하는 것이다.here Distribution and the covariance matrix of the weighted If you satisfy the relationship Since the existing integrity verification technique can be applied. That is, since the integrity verification technique cannot be used as it is in the method represented by Equation 2, the integrity verification technique is used after converting Equation 2 into the form of Equation 15 using a weighted matrix.

수학식 15에 최소자승법을 적용하여 구해진 유수는 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.The flow rate obtained by applying the least square method to Equation 15 may be expressed as Equation 16.

수학식 16에 의하여 산출되는 유수는 각 위성에 대하여 독립적이다. 즉, 수학식 16에 의한 각 위성에 대한 유수를 상관관계가 없는 형태로 변형한 '무상관 유수()'이다.The runoff calculated by Equation 16 is independent for each satellite. That is, the flow of unrelated correlations of the flows for each satellite according to Equation 16 is transformed into 'correlation flows ( )'to be.

수학식 16에서이며,는 패리티(parity) 벡터로 측정치 공간에서 유수 공간으로 투영하는 등멱(等冪: Idempotent)행렬이다. 이때의 무상관유수는 평균 0, 분산을 갖는다.In equation (16) Is, Is an Idempotent matrix projecting from the measurement space into the flowing space as a parity vector. Free correlation at this time Is average 0, variance Has

수학식 11의 가중 최소자승법으로 구해진 유수와, 수학식 16에 의한 무상관유수와의 관계는 다음의 수학식 17과 같이 표현될 수 있다. 즉, 무상관유수는 수학식 11에서 구한 일반적인 유수에 가중행렬의 제곱근을 곱한 형태로 표현된다.The relationship between the flow rate obtained by the weighted least square method of Equation 11 and the correlation free correlation by Equation 16 may be expressed as in Equation 17 below. That is, the correlation-free flow is expressed by multiplying the square root of the weighted matrix by the general flow obtained from Equation (11).

이러한 무상관유수는 각 위성에 대하여 독립적(즉, 가중치가 동일)이므로 최대유수기법 또는 무결성 검정 기법을 적용할 수 있게 되는 것이다.Since these correlations are independent for each satellite (that is, they have the same weight), the maximum flow technique or the integrity test technique can be applied.

일반적으로 항공분야에서 오류를 잘못 감지할 확률(probability of false detection)이 0.33×10-6이하가 되게 무결성 검정 기법을 설계하며, 이때 최대 유수 기법은 다음의 과정으로 수행된다.Probability of false detection in the aerospace sector in general The integrity test technique is designed to be 0.33 × 10 -6 or less, and the maximum flow technique is performed by the following process.

첫 번째 단계로서, m≥6개의 가시위성에 대하여 가중 최소자승법을 적용하여 위치, 시각 및 유수()을 구하고 이와 수학식 17를 이용하여 무상관유수()를구한다. 그 다음으로, 정규화된 무상관 유수, 즉를 전술한 수학식 12를 이용하여 구한다. 여기서는 행렬 SW의 (j,j)번째 항을 나타낸다.As a first step, we apply the weighted least-squares method for m≥6 visible satellites to determine position, time, ) And using this equation (17), Obtain) Next, the normalized correlation run, that is, Is obtained using Equation 12 described above. here Represents the (j, j) th term of the matrix S W.

[수학식 12][Equation 12]

두 번째 단계에서는, 계산된 정규화된 무상관 유수() 중 최대 값인 최대 정규화 무상관 유수()와 그 값을 가지는 위성j를 전술한 수학식 13을 이용하여 구한다.In the second step, the calculated normalized correlation flow ( Maximum normalized correlation run ( ) And the satellite j having the value are obtained by using Equation 13 described above.

[수학식 13][Equation 13]

구해진 최대 정규화 무상관 유수값()이 미리 정해진 임계치를 초과하면 해당 위성j에 비정상적인 오차가 포함된 것으로 판단하고 위성j의 측정치를 제거하고 새로운 위치와 시각을 구한다. 임계치를 초과하지 않으면 정상으로 판단한다.The maximum normalized correlation run value obtained ( ) When it exceeds a pre-determined threshold value is determined to contain an abnormal error in the satellite j calculate the new position and time and to remove an estimate of the satellite j. If the threshold is not exceeded, it is determined to be normal.

도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 GPS 항법해 결정방법의 과정을 도시하는 흐름도이다.Fig. 10 is a flowchart showing the procedure of the GPS navigation solution determination method according to the second embodiment of the present invention.

우선, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 '가중 최소자승법(WLSQ)'을 이용하여 대상체의 항법해(위치, 시각) 및 수학식 11에 의한 유수()를 계산한다(S110). 그다음으로 항법해 산출에 사용된 가시위성의 개수(m)를 측정하고, 가시위성의 수(m)가 6개 이상인지 판단한다(S111). 가시위성의 수가 6개 미만인 경우에는 본 발명에 의한 무결성 검정기법을 이용하지 않고, 산출된 항법해를 최종 항법해로 결정한다(S116).First, using the 'weighted least square method (WLSQ)' according to the first embodiment of the present invention, the navigation solution (position, time) of the object and the flow by the equation (11) ) Is calculated (S110). Next, the number of visible satellites m used for navigation solution calculation is measured, and it is determined whether the number m of visible satellites is 6 or more (S111). If the number of visible satellites is less than six, the calculated navigation solution is determined as the final navigation solution without using the integrity verification technique according to the present invention (S116).

가시위성의 개수가 6개 이상인 경우에는, 단계 S110에서 구한 각 위성에 대한 유수()로부터 상관관계가 없는 무상관 유수()를 계산한다(S112: 수학식 17 이용) 그 다음으로, 무상관 유수()와 수학식 12를 이용하여 모든 대상 가시위성에 대한 정규화된 무상관 유수()를 산출하고(S113), 그 최대값(최대 정규화 무상관 유수값:)을 산출한다(S114). 그 다음으로 최대 정규화 무상관 유수값이 소정의 임계치를 초과하는 지 판단한다(S115).If the number of visible satellites is six or more, the flow rate for each satellite obtained in step S110 ( Unrelated correlation from ) Is calculated (S112: using Equation 17). ) And Equation 12 to normalize uncorrelated flows for all target ) (S113), and the maximum value (maximum normalized unrelated flow rate value: ) Is calculated (S114). Next, it is determined whether the maximum normalized correlation free flow value exceeds a predetermined threshold (S115).

최대 정규화 무상관 유수값()이 임계치를 초과하는 경우에는 최대 정규화 무상관 유수값을 가지는 위성의 측정치를 항법해 산출 대상에서 제거한 후 다시 단계 S110으로 진행하고(S117), 최대 정규화 무상관 유수값이 임계치 이하인 경우에는 그 때의 항법해를 최종 항법해로 결정한다(S116). 전술한 임계치에 대해서는 후술한다.Maximum normalized uncorrelated flow value ( ) Exceeds the threshold, the measured value of the satellite having the maximum normalized correlation flow value is removed from the calculation target and then goes back to step S110 (S117), if the maximum normalized correlation flow value is less than or equal to the threshold, the navigation at that time is performed. The solution is determined as the final navigation solution (S116). The threshold value mentioned above is mentioned later.

결과적으로, 항법해 산출에 사용되는 대상 가시위성의 수가 6개 미만이 되거나, 모든 위성에 대한 정규화 무상관 유수값이 임계치 이하가 될 때까지 단계 S110 내지 S115가 반복되며, 상기 조건이 만족될 때 구해진 항법해를 최종 항법해로 결정하는 것이다.As a result, steps S110 to S115 are repeated until the number of target visible satellites used for the navigation solution calculation is less than six or the normalized correlation free flow value for all the satellites is less than or equal to the threshold, and when the above conditions are satisfied, The navigation solution is determined as the final navigation solution.

전술한 임계치를 결정하는 데는 일반적으로 본페로니(Bonferroni) 혹은 자시(Jashi)의 부등식이 사용되며 오류 감지 확률인 경우에 대한 가시 위성의 수에 따른 임계치를 표 5에 나타내었다.In determining the above-mentioned thresholds, Bonferroni or Jashi's inequality is generally used and error detection probability Thresholds according to the number of visible satellites for the case are shown in Table 5.

본페로니 및 자시 부등식에 의하여 산출된 임계치Thresholds calculated by Bonferroni and self-inequalities 가시 위성 수Visible satellites 자유도Degrees of freedom Bonferroni 임계치Bonferroni threshold Jashi 임계치Jashi threshold 55 1One 5.10455.1045 5.10455.1045 66 22 5.43435.4343 5.307735.30773 77 33 5.46175.4617 5.335765.33576 88 44 5.48905.4890 5.359945.35994 99 55 5.50625.5062 5.381185.38118 1010 66 5.52475.5247 5.40015.4001 1111 77 5.54145.5414 5.417185.41718 1212 88 5.55675.5567 5.432725.43272

자시(Jashi) 부등식으로 구한 임계치는 오차의 분산()을 정확히 아는 경우 적용할 수 있으며 표에서 본페로니(Bonferroni) 방법으로 구한 임계치에 비하여 낮은 값을 가짐을 볼 수 있다.The threshold determined by Jashi inequality is the variance of the error ( ) Can be applied if it is known exactly, and it is lower than the threshold obtained by Bonferroni method in the table.

도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 무결성 검정 기법을 실제 측정치에 적용하여 구해진 위치오차를 도시하는 도면이다.FIG. 11 is a diagram showing positional errors obtained by applying the integrity verification technique according to the second embodiment of the present invention to actual measurements.

즉, 수학식 10의 가중 행렬을 이용하였고, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 가중 최소자승법(WLSQ)을 적용하였다. 이때 삭제각은 0도로 두었으며 전리층과 대류권 지연을 보상한 측정치를 이용하였다. 또한, 수학식 17의 정규화된 무상관 유수를 구하기 위하여 오차의 분산()는 8m로 가정하였다.That is, the weighting matrix of Equation 10 is used, and the weighted least square method (WLSQ) according to the first embodiment of the present invention is applied. At this time, the angle of elimination was set at 0 degrees and the measured values compensated for ionospheric and tropospheric delays. In addition, the error variance ( ) Is assumed to be 8m.

본페로니(Bonferroni) 임계치를 사용한 경우와 자시(Jashi) 임계치를 사용한경우 성능이 거의 비슷하며 수평면에서의 오차가 각각 6.3422m와 6.3392m로 나타났다.Using the Bonferroni threshold and the Jashi threshold, the performance is almost the same, and the errors in the horizontal plane are 6.3422m and 6.3392m, respectively.

도 12는 본 발명의 제 2 실시예의 수행 후의 유수를 도시하는 것으로, 제 1 실시예에 의한 유수를 도시하는 도 9와 비교해 볼 때, 100m 이상의 크기를 갖는 유수가 제거되었음을 알 수 있다.FIG. 12 shows the running water after the execution of the second embodiment of the present invention. As compared with FIG. 9 showing the running water according to the first embodiment, it can be seen that the running water having a size of 100 m or more is removed.

도 13은 자시(Jashi) 임계치와 수학식 17에 의하여 구해진 최대 유수를 나타내었다. 도 13a는 이상 위성을 제거하기 전의 모습이고 도 13b는 본 발명에 의한 무결성 검정 기법을 통하여 이상 위성을 제거한 후의 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 무결성 검정방법 수행후에는 모든 최대 유수값이 임계치 이하에 있는 것을 볼 수 있으며, 자시(Jashi) 임계치를 이용하는 경우 총 33개의 비정상적인 측정치(이상 위성)가 제거되었으며, 본페로니(Bonferroni) 임계치를 이용한 경우 총 31개의 비정상적인 측정치가 제거되었다.FIG. 13 shows the Jashi threshold and the maximum runoff calculated by Equation 17. FIG. FIG. 13A is a view before removing the abnormal satellite and FIG. 13B is a view after removing the abnormal satellite through the integrity verification technique according to the present invention. As shown, after performing the integrity test method according to the present invention, it can be seen that all the maximum flow values are below the threshold value. When using the Jashi threshold, a total of 33 abnormal measurements (abnormal satellites) were removed. Using the Bonferroni threshold, a total of 31 abnormal measurements were eliminated.

본 발명에 의한 GPS 항법해 오차보상 또는 항법해 산출방법의 효과를 설명하기 위하여, 기존의 오차보상 정도와 비교한 결과를 표 6에 정리하였다.In order to explain the effect of the GPS navigation solution error compensation or navigation solution calculation method according to the present invention, the results compared with the existing error compensation degree is summarized in Table 6.

결과비교를 위한 실험은 NovAtel사의 3010R 수신기를 이용하여 2001년 3월 28일 오후 7시부터 1초단위로 5000개의 측정치를 수집함으로써 이루어졌다. 또한, 삭제각은 0도로 두었으며, 가중 행렬 및 오차의 분산 등은 전술한 수학식들에서와 같은 값을 사용하였다. 무결성 검정에는 자시(Jashi) 임계치를 사용하였다. (본페로니 임계치를 사용한 경우에도 성능이 거의 비슷하며 수평면에서의 오차가7.5104m로 나타났다.)Experiments were conducted using a NovAtel 3010R receiver to collect 5000 measurements in 1 second increments from 7 pm on March 28, 2001. In addition, the deletion angle was set to 0 degrees, and the weighting matrix and the variance of the error were used as in the above equations. The Jashi threshold was used for the integrity test. (Although the Bonferroni threshold was used, the performance was almost the same and the error in the horizontal plane was 7.5104m.)

전리층지연 및 대류권지연 보상 유무를 별도로 표시하였으며, 종래의 최소자승법(LSQ)에 오차보상 이후와 본 발명의 제 1 실시예(가중 최소자승법: WLSQ) 및 제 2 실시예(무결성 검정기법: RAIM)에 의한 오차보상 후의 위치 및 시계오차를 나타낸다.The ionospheric delay and tropospheric delay compensation are separately indicated, and after the error compensation in the conventional least square method (LSQ) and the first embodiment (weighted least square method: WLSQ) and the second embodiment (integrity verification method: RAIM) The position and clock error after error compensation are shown.

종래 및 본 발명에 의한 항법 알고리즘에서의 위치 오차 비교Position Error Comparison in Navigation Algorithms According to the Conventional and Present Invention 구분division 방법Way 평면오차(2dRMS)Plane Error (2dRMS) 동서방향East-West 남북방향North-south direction 고도Altitude 수신기 시계Receiver watch 평균Average 평균Average 평균Average 평균Average 종래방식Conventional method 최소 자승법(오차보상 없음)Least-squares method (no error compensation) 40.5140.51 6.06.0 7.27.2 10.210.2 14.814.8 50.050.0 25.025.0 50.050.0 10.010.0 최소 자승법(오차보상 사용)Least-squares method (with error compensation) 33.8433.84 3.93.9 6.56.5 9.69.6 11.711.7 6.46.4 23.423.4 -2.0-2.0 7.57.5 제1실시예First embodiment 가중 최소 자승법(오차보상 없음)Weighted Least Squares Method (No Error Compensation) 10.8610.86 3.63.6 1.01.0 3.53.5 1.61.6 33.133.1 2.52.5 37.437.4 12.312.3 가중 최소 자승법(오차보상 사용)Weighted Least Squares Method (with Error Compensation) 7.617.61 2.32.3 1.01.0 2.62.6 1.21.2 2.22.2 2.02.0 -5.6-5.6 12.512.5 제2실시예Second embodiment 가중 최소 자승법+무결성 검정Weighted Least Squares Method + Integrity Test 7.497.49 2.32.3 1.01.0 2.62.6 1.21.2 2.12.1 1.81.8 -5.7-5.7 12.812.8

표 6에서와 같이, 본 발명의 적용으로 평면오차(2dRMS)를 기준으로 볼 때, 33∼40m에 달하던 오차가, DGPS의 정밀도에 육박하는 7.49∼7.61m까지 감소하였음을 알 수 있다. 즉, 전리층 및 대류권 지연을 보상하고 가중 최소자승법(WLSQ)을 이용함으로써 수평면에서의 오차가 약 6배 정도 줄어들며, 무결성 검정기법(RAIM)을 추가함으로써 성능이 더욱 향상됨을 확인 할 수 있다.As shown in Table 6, the application of the present invention, based on the planar error (2dRMS), it can be seen that the error of 33 to 40m was reduced to 7.49 to 7.71m close to the precision of the DGPS. In other words, by compensating ionospheric and tropospheric delays and using the weighted least-squares method (WLSQ), errors in the horizontal plane can be reduced by about six times, and performance can be further improved by adding the integrity verification technique (RAIM).

도 14는 본 발명의 제 2 실시예 실험 동안의 가시위성의 수와 GDOP를 도시한다.14 shows the number of visible satellites and the GDOP during the experiment of the second embodiment of the present invention.

도 15는 전리층 및 대류권 오차를 보상하지 않고 최소자승법을 적용한 종래방법과 본 발명에 의한 가중 최소자승법과 무결성 검정기법을 동시에 이용한 경우의 수평면 오차를 비교하는 것으로, 각각 도 15a 및 도 15b로 나타내었다. 수평면 오차가 표 6에서 예상되는 바와 같이, 수십 m에서 7m 이내로 감소됨을 알 수 있다.FIG. 15 compares a horizontal plane error when the least square method and the weighted least square method and the integrity verification method according to the present invention are used simultaneously without compensating for ionosphere and tropospheric errors, respectively, and are illustrated in FIGS. 15A and 15B, respectively. . As can be seen in Table 6, the horizontal plane error can be seen to decrease from several tens of meters to within 7 meters.

도 16은 본 발명에 의한 무결성 검정기법을 적용한 후의 유수를 나타내었다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 비정상적으로 큰 측정 오차가 제거되고, 남은 유수의 분포는 가중행렬의 형태를 따름을 볼 수 있다. 특히 일부 측정치에는 다중경로 형태의 오차를 확인 할 수 있다. 자시(Jashi) 임계치의 경우 총 250개의 비정상적인 측정치가 제거되었으며 본페로니(Bonferroni) 임계치의 경우 232개의 측정치가 제거되었다.Figure 16 shows the flow after applying the integrity assay technique according to the present invention. As can be seen from the figure, the abnormally large measurement error is eliminated, and the remaining flow distribution follows the shape of the weighted matrix. In particular, some measurements can identify errors in the form of multipath. A total of 250 abnormal measurements were removed for the Jashi threshold and 232 measurements were removed for the Bonferroni threshold.

요약하면, 본 발명은 고의 잡음(SA)이 제거된 GPS 환경에서 오차 요인의 특성을 분석하고 이를 효과적으로 보상할 수 있는 항법 알고리즘을 제안한다. 본 발명에 의한 방법은 전리층 지연 모델과 대류권 지연 모델을 사용하여도 보상되지 않은 오차가 위성의 앙각의 함수임을 이용하여 위성의 앙각을 가중치로 두는 가중 최소자승법의 형태(제 1 실시예)이며, 무결성 보장 기법의 일종인 최대 유수 기법을 오차의 특성에 맞게 변형하여 적용(제 2 실시예)함으로써 다중 경로나 낮은 SNR의 영향으로 발생한 비정상적인 오차를 제거함으로써 GPS 항법해의 정확도를 향상시킬 수 있다.In summary, the present invention proposes a navigation algorithm that can analyze the characteristics of error factors and effectively compensate for them in a GPS environment in which intentional noise (SA) has been removed. The method according to the present invention is a form of a weighted least square method in which the elevation angle of the satellite is weighted using the ionotropic delay model and the tropospheric delay model as a function of the elevation angle of the satellite (first embodiment). By applying the maximum flow technique, which is a kind of integrity guarantee technique, to the characteristics of the error (second embodiment), it is possible to improve the accuracy of the GPS navigation solution by eliminating abnormal errors caused by the effects of multipath or low SNR.

실제 측정치를 이용한 실험을 통하여 삭제각(Mask Angle)을 이용하는 경우에도 성능의 향상을 얻을 수 있으나 가시위성의 수가 줄어들고 GDOP이 증가하는 영향으로 한계가 있음을 확인하였다. 오차의 특성을 파악하여 얻은 가중 행렬을 이용한가중 최소자승법을 적용하면 삭제각을 사용하지 않고도 수평면에서 DGPS의 성능과 유사한 7m(2dRMS) 이내의 정확도로 위치를 구할 수 있었다. 또한, 제 2 실시예에 의한 무결성 검정 기법(최대 유수 기법)을 이용하여 다중 경로 등의 영향에 의한 비정상적인 측정치를 제거한 경우 성능이 더욱 향상됨을 확인하였다.Through experiments using the actual measurements, the performance can be improved even when the mask angle is used, but it is confirmed that there are limitations due to the decrease in the number of visible satellites and the increase of GDOP. By applying the weighted least-squares method using the weighting matrix obtained by characterizing the error, the position can be obtained with accuracy within 7m (2dRMS) similar to the performance of DGPS in the horizontal plane without using the erasure angle. In addition, it was confirmed that the performance was further improved by using the integrity test technique (maximum flow technique) according to the second embodiment to remove abnormal measurements caused by the influence of multipath.

또한, 본 발명에 의한 방법은 정확도와 신뢰도의 향상 외에도 위성의 증감에 따라 발생하는 급격한 위치 변화를 억제하며, 삭제각을 이용하여 일방적으로 위성을 제거하는 경우에 비하여 더 많은 가시 위성을 확보함으로써 안정적으로 해를 제공할 수 있다.In addition, the method of the present invention suppresses the rapid change in position caused by the increase and decrease of the satellites in addition to the improvement of the accuracy and the reliability, and secures more visible satellites than the case of unilaterally removing the satellites using the erase angle. Can provide a solution.

또한, 본 발명에 의한 방법은 GPS 수신기 등의 하드웨어 변경 없이 소프트웨어만으로 처리하므로 기존의 수신기에도 쉽게 적용할 수 있으며, 각 지역에 맞는 전리층 및 대류권 모델과 이에 따른 가중 행렬의 결정과 다중 경로 오차의 제거를 위한 기능이 추가되는 경우, GPS의 성능을 더욱 향상시킬 수 있을 것이다.In addition, the method according to the present invention can be easily applied to existing receivers because only the software is processed without changing hardware such as GPS receivers. If the function is added, the performance of the GPS may be further improved.

Claims (12)

고의잡음(SA)이 제거된 GPS 환경에서, 4개 이상의 가시위성(SV)으로부터의 GPS 신호를 기초로 계산되는 대상체의 항법해 오차를 보상하여 최종 항법해를 구하는 방법으로서,In a GPS environment in which intentional noise (SA) is removed, a final navigation solution is obtained by compensating a navigation solution error of an object calculated based on GPS signals from four or more visible satellites (SV). 위성별 앙각을 이용하여 가중행렬(Weighting Matrix:)을 산출하는 제 1 단계; 및Weighting Matrix using satellite elevations Calculating a first step; And 상기 산출된 가중행렬을 기초로 가중 최소자승법(WLSQ)을 이용하여 오차를 보상함으로써 최종 항법해를 산출하는 제 2 단계A second step of calculating a final navigation solution by compensating for an error using a weighted least square method based on the calculated weighted matrix; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고의잡음 제거 GPS 환경에서의 오차보상 및 GPS 항법해 산출방법.Error compensation and GPS navigation solution calculation method intentional noise removal GPS environment comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 단계에서의 가중행렬 산출은,The weighting matrix calculation in the first step is 소정 앙각 이상인 위성의 측정치에는 상수 가중치를 부여하고, 상기 소정 앙각 이하인 위성의 측정치에는 상기 상수보다 작으면서 앙각에 비례하는 가중치를 부여하는 모델을 사용하며, 상기 소정 앙각은 개별 GPS 수신기의 측정 결과를 분석하여 결정되는 것을 특징으로 하는 고의잡음 제거 GPS 환경에서의 오차보상 및 GPS 항법해 산출방법.A constant weight is given to measurements of satellites that are above a predetermined elevation angle, and a model that gives weights proportional to the elevation angle that is smaller than the constant and is smaller than the constant is used for measurement of satellites that are below a predetermined elevation angle, and the predetermined elevation angle measures the measurement result of an individual GPS receiver. Method for calculating error compensation and GPS navigation in deliberate noise cancellation GPS environment, characterized in that determined by analyzing. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제 1 단계에서의 가중행렬는 수학식Weighting matrix in the first step Is an equation 여기서,이며, Ei는 위성 i의 앙각(Elevation Angle),here, Where Ei is the elevation angle of satellite i, 에 의하여 결정되며, n은 -3 내지 -1, α는 20 내지 40도(Degree) 범위 내의 하나의 값으로 정하여지는 것을 특징으로 하는 고의잡음 제거 GPS 환경에서의 오차보상 및 GPS 항법해 산출방법.And n is -3 to -1, and α is set to one value within a range of 20 to 40 degrees (Degree). 제 1 항 내지 제 3 항 중 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 제 1 단계 이전에 소정 모델에 의하여 전리층지연 및 대류권지연 오차를 보상하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고의잡음 제거 GPS 환경에서의 오차보상 및 GPS 항법해 산출방법.Compensating the error of the ionospheric delay and tropospheric delay by the predetermined model before the first step, the error compensation and GPS navigation calculation method of the deliberate noise removal GPS environment. 고의잡음(SA)이 제거된 GPS 환경에서, 6개 이상의 가시위성(SV)으로부터의 GPS 신호를 기초로 계산되는 대상체의 항법해 오차를 보상하여 정밀한 GPS 항법해를 구하는 방법으로서,In a GPS environment in which intentional noise (SA) has been removed, a method for obtaining a precise GPS navigation solution by compensating a navigation solution error of an object calculated based on GPS signals from six or more visible satellites (SV), 각 위성의 앙각을 이용하여 산출된 가중행렬(Weighting Matrix)과 가중 최소자승법을 적용하여 유수(Residual)를 구하고, 각 위성에 대한 정규화된 무상관 유수 중 임계치를 초과하는 유수값(최대값)이 있는 경우 해당 위성의 측정치를 항법해 산출에서 제외하는 것을 특징으로 하는 고의잡음 제거 GPS 환경에서의 오차보상 및 GPS 항법해 산출방법.Using the weighting matrix and the weighted least-squares method calculated using the elevation angles of each satellite, the residuals are obtained, and there is an overflow value (maximum value) that exceeds the threshold among the normalized uncorrelated flows for each satellite. And a method for calculating an error compensation and a GPS navigation solution in a deliberate noise elimination GPS environment, wherein the measured satellite values are excluded from the navigation solution calculation. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 방법은,The method, m (≥6)의 가시위성이 존재하는 경우에, 각 위성의 앙각을 이용하여 가중행렬(Weighting Matrix)을 산출하는 제 1 단계;a first step of calculating a weighting matrix by using elevation angles of respective satellites when a visible satellite of m (≥6) exists; 상기 산출된 가중행렬을 기초로 가중 최소자승법을 적용하여 위치, 시각 및 유수()를 구하는 제 2 단계;Based on the calculated weighted matrix, the weighted least-squares method is applied to position, time, and flow rate ( Obtaining a second step; 가중행렬의 제곱근과 상기 제 2 단계에서 구한 유수를 곱함으로써 무상관 유수()를 구하는 제 3 단계;By multiplying the square root of the weighted matrix with the runoff obtained in the second step, Obtaining a third step; 각 위성에 대한 정규화된 무상관 유수()를 구하고, 정규화된 무상관 유수를 최대로 하는 위성의 최대 정규화 무상관 유수()를 구하는 제 4 단계;Normalized correlation correlation for each satellite ( ) And the maximum normalized correlation run of the satellite that maximizes the normalized correlation run ( A fourth step of obtaining; 상기 최대 정규화 무상관 유수()의 값이 소정의 임계치를 넘어가는 경우에는 해당 위성에 대한 측정치를 제거하는 제 5 단계; 및Maximum normalized correlation run above (5) removing the measurement value for the corresponding satellite when the value of h) exceeds a predetermined threshold; And 최대 정규화 무상관 유수값이 임계치를 초과하는 위성이 없거나, m이 6 미만이 될 때까지 상기 제 1 단계 내지 제 5 단계를 반복하고, 그 때의 위치 및 시각을 최종 항법해로 결정하는 제 6 단계A sixth step of repeating the first to fifth steps until no satellite has a maximum normalized correlation runoff value exceeding a threshold, or m is less than six, and determining the position and time at that time as the final navigation solution 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고의잡음 제거 GPS 환경에서의 오차보상 및 GPS 항법해 산출방법.Error compensation and GPS navigation solution calculation method intentional noise removal GPS environment comprising a. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 1 단계에서의 가중행렬 산출은,The weighting matrix calculation in the first step is 소정 앙각 이상인 위성의 측정치에는 상수 가중치를 부여하고, 상기 소정 앙각 이하인 위성의 측정치에는 상기 상수보다 작으면서 앙각에 비례하는 가중치를 부여하는 모델을 사용하며, 상기 소정 앙각은 개별 GPS 수신기의 측정 결과를 분석하여 결정되는 것을 특징으로 하는 고의잡음 제거 GPS 환경에서의 오차보상 및 GPS 항법해 산출방법.A constant weight is given to measurements of satellites that are above a predetermined elevation angle, and a model that gives weights proportional to the elevation angle that is smaller than the constant and is smaller than the constant is used for measurement of satellites that are below a predetermined elevation angle, and the predetermined elevation angle measures the measurement result of an individual GPS receiver. Method for calculating error compensation and GPS navigation in deliberate noise cancellation GPS environment, characterized in that determined by analyzing. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제 1 단계에서의 가중행렬는 다음 수학식Weighting matrix in the first step Is the following equation 여기서,이며, Ei는 위성 i의 앙각(Elevation Angle),here, Where Ei is the elevation angle of satellite i, 에 의하여 결정되며, n은 -3 내지 -1, α는 20 내지 40도(Degree) 범위 내의 한 값으로 정하여 지는 것을 특징으로 하는 고의잡음 제거 GPS 환경에서의 오차보상 및 GPS 항법해 산출방법.And n is -3 to -1, and α is set to a value within a range of 20 to 40 degrees (Degree). 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제 2 단계에서의 유수()는 다음 식Running water in the second step ( ) Is 에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 고의잡음 제거 GPS 환경에서의 오차보상 및 GPS 항법해 산출방법.The error compensation and GPS navigation calculation method in the deliberate noise removal GPS environment characterized in that determined by. 제 7 항 내지 제 9 항 중 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 7 to 9, 상기 정규화된 무상관 유수() 및 최대 정규화 무상관 유수값()는 다음 수학식The normalized correlation run above ( ) And maximum normalized uncorrelated flow values ( ) Is 여기서 Sw(j,j)는 행렬 Sw의 (j,j)번째항을 의미하며, 행렬 Sw이고, Gw,Where S w (j, j) means (j, j) th term of the matrix S w and S w is the matrix And G w is , 에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 고의잡음 제거 GPS 환경에서의 오차보상 및 GPS 항법해 산출방법.The error compensation and GPS navigation calculation method in the deliberate noise removal GPS environment characterized in that determined by. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,The method according to claim 6 or 7, 상기 임계치는 대상 위성의 수(m)에 의하여 다르게 정해지며, 본페로니(Bonferroni) 부등식 또는 자시(Jash) 부등식에 의하여 정해지는 값인 것을 특징으로 하는 고의잡음 제거 GPS 환경에서의 오차보상 및 GPS 항법해 산출방법.The threshold is determined differently according to the number of target satellites (m) and is a value determined by Bonferroni inequalities or Jash inequalities. Solution calculation method. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,The method according to claim 6 or 7, 상기 제 1 단계 이전에 소정 모델에 의하여 전리층 지연 및 대류권 지연 오차를 보상하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고의잡음 제거 GPS 환경에서의 오차보상 및 GPS 항법해 산출방법.Compensating the error compensation and GPS navigation solution intentionally noise-free GPS environment further comprising the step of compensating the ionospheric delay and tropospheric delay error by a predetermined model before the first step.
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