KR20090005709A - 항법 위성 전체 관측법을 이용한 시각 전송방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 GNSS(Global Navigation Satellites System) 위성 전체 관측법을 이용한 고정밀 시각 전송 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 GNSS항법 시스템 시각과 지구국에서 유지하는 로컬 시간과의 차이를 나노 초 이하 수준의 정밀도로 계산할 수 있는 고정밀 시각 전송방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 GNSS위성 전체관측법 이용 시각 전송방법은 모든 GNSS 위성데이터를 수신하고, GNSS 위성데이터를 저장하고, 관측된 시간에 해당하는 GNSS 위성 위치정보를 확보하는 단계(S10); 확보된 GNSS위성 위치정보에 대해 이상 데이터를 제거하고, 위성 세션별로 전처리를 수행하는 단계(S20); 각각의 GNSS 데이터 측정시각에 대해 실시간 또는 후처리 형식을 통해 각 위성별로 지구국간의 정밀 시각 전송을 수행하고, 정밀시각전송 결과를 평균하여 최종적인 시각 비교치를 결정하는 단계(S30); 시각 전송수행과 최종적인 시각비교치를 결정하는 단계(S30)를 반복하여 적용함으로써 시각 전송 타이밍테이블을 작성하는 단계(S40);및 시각 전송 결과를 차분하여 GNSS 위성시스템간의 시각차를 상쇄하고 두 지구국(13,14)간의 시각 전송을 수행하는 단계(S50)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
GNSS위성, 시각 전송, 전체 관측법, 코드 및 반송파

Description

항법 위성 전체 관측법을 이용한 시각 전송방법{All-in-view time transfer by use of code and carrier phase measurements of GNSS satellites}
도 1a는 종래의 발명에 따른 항법 위성 이용 동시관측법에 대한 개념도.
도 1b는 종래의 발명에 따른 항법 위성 이용 전체관측법에 대한 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 지구국 수신장치의 구성에 대한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 항법 위성 전체 관측법 이용 시각 전송법의 절차도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11:GNSS위성,
12:위성신호,
13:지구국A,
14:지구국B,
21:멀티채널GNSS수신기,
22:시간 간격 계수기,
23:RF분배증폭기
24:외부주파수원,
25:컴퓨터 장비.
본 발명은 GNSS(Global Navigation Satellites System) 위성 전체 관측법을 이용한 고정밀 시각 전송 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 GNSS항법 시스템 시각과 지구국에서 유지하는 로컬 시간과의 차이를 나노 초 이하 수준의 정밀도로 계산할 수 있는 고정밀 시각 전송방법에 관한 것이다.
인공위성을 이용한 시각 비교기술은 기초과학, 측량, 운송, 통신, 지진예측, 우주과학 등의 분야에서 그 필요성이 증대되고 있다. 이때 국제원자시를 생성하고, 세계협정시(UTC)를 결정하는 것도 형량국에서는 국가간의 표준시의 고정확도 비교를 위해서 인공위성을 이용한 시간/주파수 비교기술을 이용하고 있다.
이 때 측정하는 방법에 있어서 가장 중요한 것은 동축선로, 자유공간, 광섬유와 같은 전달 매체에 의한 전파지연시간의 정확한 측정이다. 단방향 방법의 경우는 지구국의 시각신호를 수신하여 이용하여 이용자시계와 비교하는 방법이다. 지상파 시각비교의 경우 지구국에서 이용자까지의 전피층과 지면사이의 신호의 다중반사로 전파지연 시간의 불확도가 커진다. 이에 반해 위성신호를 이용하는 경우 위성의 위치, 전리층, 대기권의 상태에 따라 전파지연시간이 달라진다. 따라서 단방향방법은 전파지연시간을 어느 정도 정확히 교정하는 가에 따라 시각비교 정확도가 좌우된다.
도 1a는 종래의 발명에 따른 항법 위성 이용 동시 관측법에 대한 개념도이다. 도 1a에 도시된 바와 같이 공통의 위성신호(12)를 이용자가 지구국A,B(13,14) 수신하여 시각을 비교하는 방법이다. 따라서 이러한 동시측정방법은 공통의 위성신호(12)를 동시에 수신하기 때문에 지연시간에 의한 오차가 줄어드는 것이 사실이다. 하지만 이러한 시각 전송은 비교하고자 하는 두 지구국(13,14) 사이의 기선거리가 멀어질수록 동시 관측되는 위성(11)의 수가 줄어들게 된다. 또한 일정거리 이상이 될 경우 동시관측되는 위성(11)이 사라지게 되어 시각 전송이 불가능하게 된다. 혹 관측되는 위성(11)이 존재하더라도 낮은 위성양각을 가지게 되어 대류층 지연을 포함한 기타 전송지연의 영향이 심해지게 되고 이로 인해 시각 전송의 정밀도가 크게 저하되게 된다.
도 1b는 종래 발명에 따른 항법 위성 이용 전체관측법에 대한 개념도이다. 위와 같이 전체관측법을 이용할 경우 시각비교를 수행하는 두 지구국(13,14)에서 각각 관측되는 모든 위성(11)의 데이터를 이용하여 GNSS 시스템 시각에 대하여 시각차이를 먼저 구하게 된다. 그 후 다시 GNSS 시스템 시각과 각 지구국(13,14)간의 시각 차이를 차분함으로써 지구국(13,14)간 기선거리에 관계없이 시각 전송이 가능하게 된다. 이러한 방법은 동시 관측하는 것이 아니므로 동시 관측되는 위성(11)이 사라지는 문제가 발생하지 않는다. 뿐만아니라, 낮은 위성양각을 가지는 문제가 발생하지 않으므로 고정밀 시각 전송에 효과적이다.
하지만 이러한 전체관측법만 가지고는 그 시각정보에 대한 분해능을 향상시키지 못하는 단점이 있었다. 따라서 수㎲정도의 정밀도를 갖는 데에는 효과적일 수 있지만 수㎱까지의 정밀도를 얻지는 못한다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로써, 항법 위성을 효율적으로 이용하여 기선거리에 관계없이 지구상 어느 곳이든 정밀시각 전송이 가능하도록 하고 이 때 전송되는 시각의 정확도가 나노 초이하의 수준이 되도록 함이 목적이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 GNSS위성으로부터 오는 데이터에 대하여 전처리단계와 후처리단계로 구별하여 후처리단계를 반복하여 위성으로부터 전달되는 시각정보에 대한 타이밍 테이블을 작성하도록 하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.
본 발명이 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
본 발명에 따른 GNSS위성 전체관측법 이용 시각 전송방법은 모든 GNSS 위성데이터를 수신하고, GNSS 위성데이터를 저장하고, 관측된 시간에 해당하는 GNSS 위성 위치정보를 확보하는 단계(S10); 확보된 GNSS위성 위치정보에 대해 이상 데이터를 제거하고, 위성 세션별로 전처리를 수행하는 단계(S20); 각각의 GNSS 데이터 측정시각에 대해 실시간 또는 후처리 형식을 통해 각 위성별로 지구국간의 정밀 시각 전송을 수행하고, 정밀시각전송 결과를 평균하여 최종적인 시각 비교치를 결정하는 단계(S30); 시각 전송수행과 최종적인 시각비교치를 결정하는 단계(S30)을 반복하여 적용함으로써 시각 전송 타이밍테이블을 작성하는 단계(S40)및 시각 전송 결과 를 차분하여 GNSS 위성시스템간의 시각차를 상쇄하고 두 지구국(13,14)간의 시각 전송을 수행하는 단계(S50)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 어느 곳이든 시각 전송이 가능하도록 하기 위해서 시각 정보 오차에 기여하는 모든 요소에 대해 나노 초 이하의 수준으로 교정을 해주는 것이 가장 큰 관건이며, 이러한 오차 요인으로는 위성 위치 및 수신기 안테나 위치, 전리층 및 대류 층 지연T, 반송파 위상 미지정수(N) 등이 존재한다.
여기에서는 GNSS위성(11)과 지구국(13,14)간의 거리가 중요한 요소가 되는데, 이를 측정하기 위해서는 삼각 측량기법을 사용한다. 삼각측량기법이라 함은 2차원 평면상에서 위성(11)의 위치 S1과 S2를 알고, 지구국(13,14)사이의 거리를 알아야 한다. 그러면 지구국(13,14)의 위치는 위성(11)의 위치를 기준으로 반경 R1과 R2의 거리로 원호를 그렸을 때 만나는 지점을 말한다. 즉 지금은 2차원 평면을 기준으로 설명하였지만, 3차원 공간에 대해서 같은 기법을 적용한다. 즉 3개의 위성(11)에 대해 지구국(13,14)간의 거리를 알고, 3개의 위성으로부터 3개의 구를 그리는 방법으로 거리 측정이 이루어진다.
이 때 이러한 기하학적 거리가 계산이 되면 이로부터 시각이 전송되어 오는 과정에 대한 오차에 대한 계산이 가능하게 된다. 이러한 오차에는 전리층에 의한 오차, 대류층에 의한 오차(T·m(el)), 위성시계오차(δtS), 지구국 수신기 시계오차(δtR) , 의사거리 잡음(εψ), 반송파 위상잡음(εφ)이 있다.
이러한 오차의 원인에 대해 자세히 기술하면 다음과 같다. 전리층에 의한 오 차는 지상 50km에서 1000km사이에 존재하는 전자와 이온에 의해서 발생하는 오차이다. 이 때 100MHz이하의 전파는 전리층에서 반사되는 현상이 일어나지만, VHF이상의 전파는 통과한다. 그런데 상술한 C/A코드나, P코드에 의한 전송보다 반송파에 의한 전송의 정밀도가 100배이상이므로 시각전송정밀도가 향상되게 된다. 이러한 반송파에는 L1파와 L2파가 존재한다. L1파는 1.575GHz이고, L2파는 1.228GHz이므로 반송파는 모두 전리층을 투과할 수 있다. 그런데 이 때 전파전달지연시간은 총전자수에 비례하고, 주파수의 제곱에 반비례한다. 또한 이 때 C/A코드나 P코드의 경우에는 통과경로의 총전자수에 비례하여 전파전달시간이 지연된다. 반면 상술한 반송파의 경우에는 같은 크기로 시간 앞섬 현상이 발생하게 된다.
이러한 오차의 교정방안으로는 L1과 L2 반송파의 도달시간 차이를 이용하여 시간 지연오차를 보상하는 방법을 사용한다. 이 때 전리층지연을 교정하는 데 쓰이는 전리층 모형식으로 클로부카 (klobuchar)형식이 있다. 여기서 이것을 사용하면 약 50%의 오차 교정 효과를 얻어 나노초수준의 오차 보정이 가능하다.
본 발명에 따른 모델에서는 이러한 전리층오차를 제거하는 방안에 대해서는 논외로 하기로 한다. 그리고 이러한 전리층 오차를 제외한 다른 오차의 제거방안에 초점을 맞추어 논의하기로 한다.
여기서 앞에서 상술한 바와 같이 정확한 시간 지연을 측정하기 위해서는 위성(11)과 지구국(13,14)의 기하학적 거리(ρ)뿐만 아니라, 수신기 시계의 오차(δtR)가 있을 경우 측정된 거리에는 이러한 수신기 시계오차가 포함되어야 하는 데 이 를 고려하여 측정된 거리를 위사거리(ΨIF) 라고 한다.
[수학식1]은 이러한 의사거리와 반송파에 의한 거리를 나타낸다.
Figure 112007050056311-PAT00001
여기에서,
ΨIF :전리층 오차가 제거된 의사거리,
ΦIF :전리층 오차가 제거된 반송파 위상과 파장을 곱한 항,
ρ:관측된 위성과 지구국간의 기하학적 거리,
T :대류층 오차,
m(el): 양각에 따른 대류층 오차 사상함수,
λΝ: 반송파 위상 미지 정수와 파장을 곱한 항,
c: 광속,
δtS :위성시계오차,
δtR :지구국 수신기 시계오차,
εΨ:의사거리 잡음,
εΦ:반송파위상잡음.
그렇다면 이 때 측정되는 의사거리에 포함된 요소중 기하학적 거리(ρ)에 대한 계산이 필요하다. 이러한 기하학적 거리의 계산방법에 대해서는 앞에서 상술하였다.
본 발명에서 추출하고자 하는 지구국 수신기 시계오차(δtR)의 측정방법은 다음과 같다. 즉 지구국 수신기 시계오차(δtR) 를 제외한 우변의 나머지 항을 제거함으로써 얻어질 수 있는데, 나노초 이하의 수준으로 각 항의 오차를 제거하는 것이 필요하다. 우변의 순서대로 오차의 교정방안을 설명하면, 항법위성(11)과 지구국(13,14)간의 기하학적 거리를 계산하기 위해서는 IGS(International GNSS Service)등에서 제공되는 정밀궤도력이 필요하다. 이러한 정밀궤도력의 경우 위치 및 시각 정밀도가 0.1나노초 수준으로 알려져 있다. 이 때 위성시계오차(δts)는 IGS an in-house software package, named GV4기준시인 IGST(International GNSS Service Time)에 대해 계산하게 된다.
대류층 오차T는 대류권에서 발생하는 오차를 말하는데, 대류권은 대기권의 가장 낮은 부분으로 고도가 증가할 수록 온도가 내려간다. 이러한 대류층오차가 발생하는 것은 대류권에 의해 GNSS위성신호(12)가 진공상태의 빛의 속도에서 벗어나기 때문에 발생한다. 따라서 이는 기압, 온도, 습도 등의 상태에 따라 전파의 속도가 변하는 현상이라고 할 수 있다. 이러한 대류층오차(T)의 경우에는 상술한 전리층 오차와 달리 코드와 반송파에서 동일한 시간 지연을 일으킨다. 이러한 대류층 오차의 특징은 주파수 15GHz까지 영향을 미치나, 주파수의 차이에 따른 영향은 받 지 않는다. 이러한 대류권 오차의 영향은 건성 성분에 의한 지연과 습성 성분에 의한 지연으로 분리할 수 있다. 이러한 대류권오차 중 습성성분에 의한 오차는 시간 당 3cm이나, 예측하기가 어려운 특성을 갖는다. 하지만 건성성분에 의한 오차는 예측이 가능하다. 이렇게 대류층 오차의 경우 사상함수(m(el))에 의해서 계산이 가능하다. 즉 사상함수와 대류층 오차를 곱한 값이 지연시간 계산에 사용된다. 이러한 대류층 오차의 경우 사상함수를 이용하여 관측되는 데이터에 대한 가중 최소자승법 등의 통계적 추정기법을 통해 계산할 수 있다. 이 때 반송파 위상잡음(εφ)과 의사 거리 잡음(εΨ)은 바이어스가 없는 가우시안 백색잡음으로 가정한 후 추정한다.
본 발명에서는 이러한 오차를 교정하기 위한 방법으로 먼저 GNSS위성(11)의 위치 결정이 먼저 이루어져야 한다. 그리고 나면 기하학적 거리(ρ)에 대한 계산이 이루어지고 전처리 과정이 진행된다. 전처리 과정은 100㎱내지 10㎲범위의 교정이라고 할 수 있는데, 이상데이터 제거와 위성 세션별로 데이터의 전처리를 하는 과정이다. 이러한 이상데이터에는 사이클슬립과 낮은 위성양각을 가지는 데이터를 포함한다.
그리고 좀 더 정밀한 과정이라고 할 수 있는 후처리과정은 실시간처리과정과 병행하여 이루어진다. 이러한 시각시스템은 운용형태에 따라 실시간 또는 후처리 형식의 통계적 추정법을 이용하여 시각 전송결과를 계산할 수 있다. 이러한 실시간 계산을 위해서는 칼만 필터나 확장칼만필터, 자승근 정보필터 등이 사용될 수 있다.
칼만 필터는 처리하려고 하는 데이터의 양이 많은 경우 개개의 값을 모두 기억해 둘 필요없이 n번째 평균을 구할 때 n-1개까지의 평균과 n번째라는 두 개의 값만 기억하면 아무 문제없이 n번째 평균을 구할 수 있게 된다. 이러한 처리를 반복적 자료 처리라고 하며, 아주 간단하게 n번째 평균을 구할 수 있는 수단이 된다. 따라서 칼만필터를 사용하게 되면 실시간으로 시각 데이터에 대한 시간 계산이 가능하다.
비선형 방정식에 대한 확장형 칼만필터는 비선형 방정식을 테일러 급수 전개 등을 이용하여 선형화한 후 적용한 형태이다. 다만 비선형의 선형화에 따른 변환 계수의 형태가 달라질 뿐이다.
또한 후처리 기법을 위해 가중 최소자승법이나, 베이즈 추정법 또는 최대 확률 추정법 등이 사용될 수 있다. 위에서 기술한 대로 추정기법 사용시에 수신기 시계오차와 함께 반송파 미지 정수, 대류층 지연거리 및 수신안테나 위치보정 등을 가할 수 있다.
위의 과정을 통해 특정지구국(13,14)과 항법 위성시스템의 시스템 타임 또는 IGST에 대해 시각 전송을 수행한 후 같은 측정시간에 대해 동일한 과정을 시각 전송 대상이 되는 타 지구국(13,14)에서 수행할 수 있다. 결과적으로 두 지구국(13,14)간의 시각 전송은 지구국(13,14)과 항법 위성 시스템 타임 또는 IGST와의 시각 전송결과를 차분함으로써 가능하다. 즉 매개체가 되는 항법 위성 시스템 타임 또는 IGST가 상쇄되고 난 후 두 시각 전송에 대한 결과가 얻어지게 된다.
도 2는 항법 위성 전체 관측법을 이용한 시각 전송을 위한 지구국(13,14)의 GNSS수신 시스템을 나타내는 개략도인데, 수소 메이저를 비롯한 외부주파수원(24)에서 발진된 기준 주파수는 수신기 외부주파수 입력단에 연결될 RF분배 증폭기(23) 및 시간 간격 계수기(22) 등으로 분배되고, 입력된 외부 주파수에 연동하여 멀티 채널 GNSS수신기(21)이 코드 및 반송파 데이터를 제공하게 된다.
이러한 RF분배증폭기(23)에서는 외부주파수원(24)으로부터 발진된 기준주파수가 분배된다. 또한 시간간격계수기(22)에서는 입력된 기준주파수로부터 시간 간격을 산출한다. 그리고 시간간격계수기(22)로부터의 외부주파수에 연동하여 멀티채널 GNSS 수신기(21)가 코드 및 반송파 데이터를 제공한다. 이렇게 제공되는 코드 및 반송파데이터는 컴퓨터 장치(25)에 저장한다.
GNSS위성(11)에 탑재된 원자시계(미도시) 정보를 멀티채널 GNSS 수신기(21)를 이용하여 수신하면 위성(11)의 신호 발신시간과 지구국(13,14)의 신호 수신시간 사이에는 위의 [수학식1]로 표현되는 지연시간이 발생한다. 이때, 코드 및 반송파 추적 루프를 통해 멀티채널 GNSS수신기(21)내부의 상관기(미도시)에서 계산된 지연 시간을 바탕으로 코드와 반송파 위상데이터가 생성되며 이것을 컴퓨터 장치(5) 등에 저장하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 항법 위성 전체 관측법을 이용한 시각 전송 방법을 표현한 절차도인데, 다음의 단계로 이루어져 있다. 시각 전송을 위해 선정된 지구국(13,14)에서 외부주파수원(24)과 RF분배 증폭기(23), 멀티채널 GNSS수신기(21)를 구비하고 있는 장치이면 된다. 여기서 외부주파수원(24)은 시각 비교의 대상이 되는 기준주파수를 제공한다. RF분배 증폭기는 수신기외부주파수 입력단에 설치되어 있으며, 멀티채널 GNSS수신기(GNSS)는 코드 및 반송파 데이터를 제공한다. 이렇게 수신장치에 대한 준비가 되면 관측가능한 위성(11)으로부터 시각 전송이 이루어진다. 이 때 먼저 정밀궤도력을 사용하여 GNSS위성(11)의 위치정보를 확보한다(S10). 이처럼 GNSS위성(11)을 이용하여 측량할 경우 GNSS위성(11)의 궤도오차, 수신기(21) 및 위성(11)의 시계오차, 이온층 및 대류층에 의한 오차 등 여러 가지 오차 요인이 존재한다. 특히 GNSS에 의한 위치 측정은 GNSS 위성(11)과 수신기(21) 사이의 거리와 위성(11)의 위치데이터인 방송궤도력을 항법메시지의 형태로 사용자에게 전달하는 데, 이 방송궤도력에는 약 3m의 예측에 의한 오차가 포함되어 있는 것으로 평가되고 있다. 따라서 측지/측량 분야에서 방송궤도력을 이용하여 기선 벡터를 측정할 경우 고정밀도를 갖는 기선 측정 정밀도를 얻기 힘들다. 이같은 문제점을 해결하기 위하여 GNSSS위성(11)의 정밀궤도력을 산출하기 위한 국제적인 공동연구가 그동안 활발히 진행되어 왔다. 즉 정밀 측지/측량과 건물이 변형 및 지각의 움직임 측정등과 같이 정밀을 요하는 경우에는 GNSS위성(11)의 정밀궤도력이 필요하다.
오늘날에는 지구과학 및 위치천문학의 연구를 목적으로 구축된 국제 GPS관측망에서 GPS 위성(11)의 정밀궤도력을 계산하여 일반 사용자에게 공급되고 있다. IGS는 정밀 궤도력을 계산하기 위하여 전세계 약 110여개의 관측소로 이루어진 GPS관측망을 운용하고 있다. 우리나라에서도 대덕 연구단지에 위치한 천문대 GPS관측소가 IGS 핵심관측소로 공식 지정되어 우리나라 대표로 활동하고 있다.
IGS에 속한 각 관측소의 관측자료가 국제데이터 센터로 모아져 7개의 자료 분석센터에서 각각 처리된다. 각각의 자료분석센터는 GPS정밀궤도력을 산출하기 위하여 서로 다른 데이터와 알고리즘을 적용하고 있다. 특히 GPS의 정밀궤도력을 산출하기 위하여 사용한 GPS관측소의 개수와 분포에 따라 그 결과가 달리 나타나기 때문에 각 센터에서 계산한 정밀 궤도력의 결과는 약간씩 다르다. IGS에서는 각 분석센터의 결과를 종합하여 최종인 IGS정밀궤도력을 산출 및 공급하고 있다. 현재 약 5cm의 정밀도를 가진 IGS최종 정밀 궤도력은 각 관측소에서 데이터가 수집되고 난 약 11일 후에 인터넷을 통해 일반인에게 공급되고 있다. IGS에서는 정밀 궤도력의 신속한 공급을 위해 관측 후 1일 후에 산출되는 IGS신속 정밀궤도력을 공급하고 있다.
이렇게 IGS정밀궤도력을 통해 확보된 GNSS 코드 및 반송파 데이터에 대해 사이클 슬립과 낮은 양각을 가지는 위성신호(12) 등의 이상 데이터 제거, GNSS위성(11) 세션 별로 추정할 미지 변수 선정과 저 정밀도의 일차 시각 전송을 포함한 전처리를 수행한다(S20). 사이클 슬립은 GPS반송파 위상 추적회로에서 반송파 위상치의 값을 순간적으로 놓침으로 인해 발생하는 오차이다. 사이클 슬립은 주로 GPS안테나(미도시) 주위의 지형 지물에 의한 신호 단절, 높은 신호 잡음 및 낮은 신호 강도로 인해 발생한다. 이러한 사이클 슬립은 반송파 위상데이터를 사용하는 정밀 위치 측정 분야에서는 매우 큰 영향을 끼칠 수 있으므로 사이클 슬립의 검출은 매우 중요하다. 이러한 사이클 슬립을 제거하는 과정을 거치게 되면 저정밀도를 갖는 일차 시각 전송과정이 수행된다. 이러한 저정밀도라 함은 ㎲단위의 정밀도를 말하는 것으로 일차 시각 전송과정의 수행결과 지연시간에 대한 오차 수준은 전처리 단 계에서 어느정도 보정이 된다.
이러한 각각의 GNSS 데이터 측정시각에 대해 전처리에서 선정된 미지 변수(N)의 통계적 추정을 실시간 또는 후처리 형식을 통해 수행하여 각 GNSS위성(11)별로 지구국 (13,14)간의 정밀시각 전송을 수행하고 이를 평균하여 최종적인 시각 비교치를 결정한다(S30). 이러한 통계적 추정에는 어떠한 것이 있고 실시간 또는 후처리 형식을 통해 서로 다른 추정을 적용함을 앞에서 상술하였으므로 여기에서는 생략한다.
이러한 시각의 전송과정을 시각 전송의 대상이 되는 타 지구국(13,14)에도 반복하여 적용함으로써 시각 전송을 수행하고자 하는 전 시간 범위에 대한 타이밍 테이블을 작성하는 것이 가능하게 된다(S40).
위에서 기재한 GNSS 위성(11)과 지구국(13,14)간의 무선통신을 통한 시각 전송과정이 완료하여 전 범위에 대한 타임 테이블이 작성되고 나면, 타지구국(13,14)과의 시각 전송을 시작한다. 이처럼 타지구국(13,14)간의 전송을 수행하여 이 결과를 다시 한번 차분하면 위성시스템 시각차가 상쇄되고, 각 지구국(13,14)간의 시각차이가 구해지게 된다(S50).
본 발명에 따른 시각 전송방법에 의하면, 국가 시간 표준기관을 포함하여 GNSS 수신장비를 갖춘 지구국에서도 GNSS위성신호를 수신함으로써 기선 거리에 관계없이 나노 초 수준의 고정밀 시각 전송이 가능해진다.
이러한 시각전송은 항법 시스템, 유무선 통신망, 전력 송출제어 시스템, 전 자상거래 및 인터넷 보안 메시지 전송 등의 다양한 분야에서 광범위하게 활용할 수 있는 방법이며, 이미 제공되고 있는 GNSS위성(11)을 이용함으로써 시각동기 인프라의 활용도를 높일 수 있다.
또한 이러한 항법 위성을 이용한 시각 전송법은 종래의 동시관측법에 의한 시각 전송에 비해 기선 거리에 구애받지 않는다. 또한 코드나 항법 메시지를 이용한 방법에 비해 지구국과 GNSS위성시스템시각 간의 차이를 정확히 계산해낼 수 있다.

Claims (7)

  1. 항법위성 전체관측법을 이용한 시각 전송방법에 있어서,
    (a) 모든 GNSS 위성(11)데이터를 수신하고, 상기 GNSS위성(11)데이터를 저장하고, 관측된 시간에 해당하는 GNSS 위성(11) 위치정보를 IGS 정밀궤도력을 통해 확보하는 단계(S10);
    (b) 상기 확보된 GNSS위성(11) 위치정보에 대해 이상 데이터를 제거하고 상기 GNSS위성(11)세션별로 전처리를 수행하는 단계(S20);
    (c) 각각의 GNSS 데이터 측정시각에 대해 실시간 또는 후처리 형식을 통해 각 GNSS위성(11)별로 지구국(13,14)간의 정밀 시각 전송을 수행하고, 정밀 시각전송 결과를 평균하여 최종적인 시각 비교치를 결정하는 단계(S30);
    (d) 상기 시각 전송수행과 최종적인 시각비교치를 결정하는 단계(S30)를 반복하여 적용함으로써 시각 전송 타이밍테이블을 작성하는 단계(S40);및
    (e) 상기 시각 전송결과를 두 개 이상의 지구국(13,14)에 각각 적용한 후 상기 시각 전송 결과를 차분하여 GNSS 위성시스템간의 시각 차를 상쇄하는 단계(S50);를 포함하는 것을 특징으로 하는 항법위성 전체관측법을 이용한 시각 전송방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (a)의 단계(S20)에 있어서 이상데이터는 사이클 슬립과 낮은 양각을 가 지는 위성신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 항법위성 전체관측법을 이용한 시각 전송방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 GNSS위성(11)별로 전처리를 수행하는 단계(S20)에 있어서 상기 전처리에는 GNSS위성(11) 세션별로 추정할 미지변수 선정과 저 정밀도의 일차 시각전송을 포함하는 것을 특징으로 하는 항법 위성 전체관측법을 이용한 시각전송방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 저정밀도의 일차 시각전송은 100ns내지 10㎲범위의 시각데이터인 것을 특징으로 하는 항법위성 전체관측법을 이용한 시각전송방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 GNSS 측정데이터 시각에 대해 실시간으로 시각 전송이 수행될 경우, 칼만필터 또는 확장칼만필터, 또는 자승근 정보 필터를 사용하여 시각전송결과를 계산할 수 있는 것을 특징으로 하는 항법위성 전체관측법을 이용한 시각 전송방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 GNSS 측정데이터 시각에 대해 후처리 시각 전송이 수행될 경우, 가중최소자승법 또는 베이즈 추정법 또는 최대 확률 추정법을 사용하여 시각전송결과를 계산할 수 있는 것을 특징으로 하는 항법위성 전체관측법을 이용한 시각 전송방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 가중 최소자승법 또는 베이즈 추정법 또는 최대 확률 추정법 사용시에 반송파 미지정수(N), 대류층 지연거리에 대한 시간지연오차를 교정할 수 있는 것을 특징으로 하는 항법위성 전체관측법을 이용한 시각 전송방법.
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