KR20110076156A - 위성항법 기반 기준국 지향 시공간 차분을 이용한 전리층 폭풍 감지 시스템 및 방법 - Google Patents

위성항법 기반 기준국 지향 시공간 차분을 이용한 전리층 폭풍 감지 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

위성항법 기반 기준국 지향 시공간 차분을 이용한 전리층 폭풍 감지 시스템 및 방법이 개시된다. 상기 위성항법 기반 기준국 지향 시공간 차분을 이용한 전리층 폭풍 감지 시스템은 기 설정된 코드와 항법 메시지를 이용하여 위치 데이터를 전송하는 복수의 항법 위성으로 구성된 항법 위성군, 상기 위치 데이터를 송수신하고, 고정된 고정 위치 정보를 전송하는 복수의 지상 기준국 및 상기 위치 데이터 및 상기 고정 위치 정보를 상기 항법 위성군 및 상기 지상 기준국과 송수신하는 GPS 수신기를 포함한다. 따라서, 공간 상이 현상에 따른 전리층 폭풍 미감지 문제를 해결하고 감지 소요 시간을 단축할 수 있으며, 또한, 데이터 처리량 및 소요시간을 단축할 수 있는 이점이 있다.
GNSS, 시공간 차분, 전리층 폭풍, IONOSPHERE STORM DETECTION

Description

위성항법 기반 기준국 지향 시공간 차분을 이용한 전리층 폭풍 감지 시스템 및 방법{IONOSPHERE STORM DETECTION SYSTEM AND METHOD USING REFERENCE STATION ORIENTED SPACE-TIME DIFFERENTIAL BASED ON GNSS}
본 발명은 전리층 폭풍 감지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전리층 폭풍 미감지 문제를 해결하고 감지 소요 시간을 단축할 수 있는 위성항법 기반 기준국 지향 시공간 차분을 이용한 전리층 폭풍 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
단일주파수를 사용하는 항법시스템과 위성 위치 확인 시스템(GPS: Global Positioning System)을 보유한 단말기의 보급이 보편화 됨에 따라 관측값의 오차를 줄여 위치 결정의 오차를 줄이려는 노력이 필요하다.
그런데, GPS 위치측정의 정확성을 떨어뜨리는 요소들은 크게 3부분으로 나눌 수 있다. 첫째, 구조적 요인으로 생기는 오차로는 인공위성 시간 오차, 인공위성 위치 오차, 전리층과 대류층의 굴절, 잡음(noise), 다중 경로(multipath) 등이 있다.
두 번째로는 위성의 배치상황에 따른 기하학적 오차가 있으며, 마지막으로 가장 큰 오차 원인인 SA(Selective Availability)가 있다. 이 요소들이 모두 잠재적으로 합쳐져서 매우 큰 오차 결과를 낳는데, 이것을 UERE(User Equivalent Range Error)라고 한다. 각 오차들은 시간과 장소에 따라서 매우 크게 변한다.
여기서, 항공용 지역위성항법보강시스템(Ground Based Augmentation System, 이하 GBAS)은 항공기의 정밀이착륙을 지원하기 위하여 공항 주변의 기준국(Reference Stations)에서 수신된 항법위성신호를 이용하여 생성된 보강정보(위치보정정보 및 무결성 정보)를 VHF 통신을 통해 사용자에게 실시간으로 제공해주는 위성항법 지상 보강시스템이다.
GBAS Category I 시스템 구조에서는 현재 L1 단일 주파수를 이용하고 있기 때문에 전리층 폭풍과 같은 급격한 오차가 발생할 경우 시스템 성능 요구사항 만족시키지 못하는 경우가 발생한다. 실제로 2000년 4월과 2003년 11월에 발생한 전리층 폭풍의 경우 전리층 지연값의 기울기가 425 mm/km에 달하여 항공기 수직위치오차가 10m의 수직 경보 임계치(Vertical Alert Limit, VAL)를 훨씬 초과하게 되어 위성항법을 이용한 안정적인 정밀이착륙이 불가능한 경우가 발생하였다.
위와 같은 특수한 경우는 평소 발생 빈도는 대단히 낮으나 일단 공항 주변에 발생하였을 경우 항공기 운항에 상당한 위험을 초래할 수 있으며 특히 전리층 폭풍이 항공기 뒤쪽에서 접근할 경우에는 지상시스템에서의 사전 감지가 불가능하기 때문에 위험성은 더욱 높아진다.
2000년대 들어 전리층 폭풍의 영향으로 이러한 위성항법보강 시스템의 비정상적 동작을 경험한 미국에서는 전리층 폭풍을 사전에 감지하여 영향을 최소화하고 자 많은 연구를 수행하였으며 전리층 폭풍의 특성을 수학적으로 모델링한 전리층 폭풍 위협모델(Ionospheric Threat Space Model)을 개발하였다. 그러나, 개발한 모델을 기존의 대표적 무결성 감시 기법인 Code-Carrier Divergence Test(CCD)와 Measurement Quality Monitoring (MQM)에 적용하여 분석한 결과 Time-to-Alert(TTA) 요구사항을 완벽히 만족하지는 못하는 것으로 분석되었으며 Category II/III의 까다로운 요구사항을 만족하기 위해서는 항공기에서의 별도 전리층 폭풍 감지가 필요하였다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 공간 상이 현상에 따른 전리층 폭풍 미감지 문제를 해결하고 감지 소요 시간을 단축할 수 있는 위성항법 기반 기준국 지향 시공간 차분을 이용한 전리층 폭풍 감지 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, Time-to-Alert(TTA) 요구사항을 만족할 수 있는 전리층 폭풍 감지 기법을 제공할 수 있는 위성항법 기반 기준국 지향 시공간 차분을 이용한 전리층 폭풍 감지 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 위성항법 기반 기준국 지향 시공간 차분을 이용한 전리층 폭풍 감지 시스템은 기 설정된 코드와 항법 메시지를 이용하여 위치 데이터를 전송하는 복수의 항법 위성으로 구성된 항법 위성군, 상기 위치 데이터를 송수신하고, 고정된 고정 위치 정보를 전송하는 복수의 지상 기준국 및 상기 위치 데이터 및 상기 고정 위치 정보를 상기 항법 위성군 및 상기 지상 기준국과 송수신하는 GPS 수신기를 포함한다. 이 때, 상기 GPS 수신기는 상기 위치 데이터와 상기 고정 위치 정보에 대한 시공간 이중 차분을 통한 판별값을 생성하고, 상기 판별값과 기 설정된 임계값을 비교하여 전리층 폭풍의 발생 여부를 판단하도록 구비된다.
여기서, 상기 GPS 수신기와 상기 지상 기준국은 동일한 상기 항법위성군의 상기 위치 데이터를 사용하도록 구비되는 것이 바람직하며, 또한, 상기 GPS수신기에서 상기 고정 위치 정보를 수신하는 상기 기준국의 선정은 상기 GPS 수신기의 위치 또는 상기 항법 위성군의 배열에 따라 선정되는 것이 더욱 바람직하다.
그리고, 상기 기준국은 상기 GPS 수신기에서 수신하는 상기 위치 데이터를 송신하는 상기 항법위성군과 동일한 상기 항법위성군에서 상기 위치 데이터를 수신하는 기준국으로 선정되는 것도 가능하다.
더불어, 상기 임계값은 오경보 확률(false alarm probability) 및 자유도(degree of freedom, dof)를 고려하여 연산되는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 위성항법 기반 기준국 지향 시공간 차분을 이용한 전리층 폭풍 감지 방법은 GPS 수신기에서 지상 기준국에 위치 데이터를 전송하는 항법위성군을 선별하는 단계, 선별된 상기 항법 위성군에서 기 설정된 코드와 항법 메시지를 이용하여 위치 데이터를 전송하는 단계, 상기 지상 기준국에서 상기 위치 데이터를 수신하여 고정 위치 정보를 연산하여 전송하는 단계, 상기 GPS 수신기에서 상기 위치 데이터 및 상기 고정 위치 정보를 수신하는 단계, 상기 위치 데이터와 상기 고정 위치 정보에 대한 시공간 이중차분을 통해 판별값을 생성하는 단계 및 상기 판별값과 임계값을 비교하여 전리층 폭풍 발생 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 판별값을 생성하는 단계는 상기 GPS 수신기 및 상기 지상 기준국 각각에 대해 동일한 상기 항법위성군과의 의사 거리를 비교하는 단계 및 상기 비교된 의사 거리로부터 상기 판별값을 연산하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전리층 폭풍 발생 여부를 판단하는 단계는 오경보 확률 및 자유도에 따라 상기 임계값을 생성하는 단계를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따르면, 공간 상이 현상에 따른 전리층 폭풍 미감지 문제를 해결하고 감지 소요 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
또한, Time-to-Alert(TTA) 요구사항을 만족할 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 GPS 수신기(300)를 보유한 사용자 중심으로 이용되는 상기 지상 기준국(200)을 선택함으로써 데이터 처리량 및 소요시간을 단축할 수 있는 효과가 있고, 이에 따라 항공, 육상, 해상 등 항법위성과 기준국 보정데이터를 이용하여 항법을 하는 다양한 분야에 적용 가능한 이점이 있다.
또한, Parity Vector RAIM 방식을 사용하고 있기 때문에 전리층 지연값 변화율에 상관 없이 종래의 감지기법보다 상대적으로 신속하게 전리층 폭풍을 감지할 수 있는 이점이 있고, 상대적으로 천천히 움직이는 전리층 폭풍의 감지에도 적용 가능한 이점이 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 이하 설명에서는 구성 및 기능이 거의 동일하여 동일하게 취급될 수 있는 요소는 동일한 참조번호로 특정될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위성항법 기반 기준국 지향 시공간 차분을 이용한 전리층 폭풍 감지 시스템을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위성항법 기반 기준국 지향 시공간 차분을 이용한 전리층 폭풍 감지 시스템을 도시한 개념도이다.
이에 도시된 바와 같이, 상기 전리층 폭풍 감지 시스템은 항법 위성군(100), 지상 기준국(200) 및 GPS 수신기를 포함한다.
상기 항법 위성군(100)은 기 설정된 코드(code)와 항법 메시지를 이용하여 데이터를 전송하는 복수의 항법 위성을 포함한다. 이 때, 상기 항법 위성군(100)은 일반적으로 사용되는 위성측위시스템(GNSS, global navigation satellite system)에 상용되는 항법 위성으로 구비될 수 있으며, 상기 위성 측위 시스템은 우주궤도를 돌고 있는 위성을 이용해 지상물의 위치 정보를 제공하는 시스템을 칭한다.
상기 지상 기준국(200)은 상기 위치 데이터를 송수신하고, 고정된 고정 위치 정보를 후술하는 상기 GPS 수신기(300)로 전송하도록 복수 개 구비된다.
상기 GPS 수신기(300)는 상기 위치 데이터 및 상기 고정 위치 정보를 상기 항법 위성군(100) 및 상기 지상 기준국과 송수신하도록 일반적으로 상용되는 GPS 단말기로 구비되는 것이 바람직하나 이에 한정되거나 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 상기 GPS 수신기(300)는 상기 위치 데이터를 단일 주파수로 수신하고, 상기 고정 위치 정보는 무선 통신망을 이용하여 수신할 수 있는 구조로 구비되는 것도 가능하다.
여기서, 상기 전리층 폭풍 감지 시스템은 상기 GPS 수신기(300)에서 상기 위치 데이터와 상기 고정 위치 정보에 대한 시공간 이중 차분을 통한 판별값을 생성하고, 상기 판별값과 기 설정된 임계값을 비교하여 전리층 폭풍의 발생 여부를 판단하도록 한다.
따라서, 공간 상이 현상에 따른 전리층 폭풍 미감지 문제를 해결하고 감지 소요 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
여기서, 상기 전리층 폭풍 감지 시스템의 작동을 설명하기 이전에 전리층 폭풍의 모델링에 간략히 설명하면 다음과 같다. 도 2는 전리층 폭풍의 수학적 모델링을 설명하기 위하여 도시한 예시도이다.
이에 도시된 바와 같이, 전리층 폭풍이 항공기 이착륙에 미치는 영향을 분석하고 사전에 감지하여 그 영향을 최소화하기 위해서는 전리층 폭풍에 대한 수학적 모델링이 필요한데 미국 스탠포드 대학에서 도 2와 같이 Ionospheric Wave Front Model(IWFM)를 제안하였다. 상기 IWFM은 전리층 폭풍의 형태와 특성을 나타내는 여러 가지 파라미터로 정의되는데 본 명세서에서는 Front Width(W), Gradient(G), Front Speed(V_front) 등 세가지 주요 파라미터를 고려하여 모델링 하였으며 파라미터 범위는 표 1과 같다.
Threat Parameter Min Max Step
W(Km) 15 200 3-15
V_front(m/s) 0 1000 0.1-100
G(mm/km) 30 500 7.5-30
D_front(0)(km) -195 526 0.1-2
D_air(0)(km) 5 45 0.1-2
Max Delay(m) - 25 -
이다.
이에 제시된 파라미터 범위는 미국 데이터를 분석한 결과로 우리나라 지역과는 차이가 있을 수 있다.
여기서, 상기 전리층 폭풍 감지 시스템은 상술한 바와 같이 상기 GPS 수신기(300)에서 수신한 상기 위치 데이터와 상기 고정 위치 정보를 활용하여 시공간 이중차분을 통해 생성한 판별값(Test Statistic)을 요구된 오경보 확률(False Alarm Probability) 및 자유도(Degree of Freedom, DOF) 등을 고려하여 계산된 임계값(Threshold)과 비교하여 전리층 폭풍을 감지하는데 위성 식별을 위하여 기본적으로 Parity Vector RAIM 방식을 채택하고 있다
여기서, 상기 판별값과 상기 임계값의 비교 연산에 대해 항공기에서의 예시를 들어 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
일반적으로 GBAS의 지상시스템에서 보강정보는 VDB 안테나를 통하여 항공기에 방송되는데 도달거리가 약 45km에 이른다. 항공기가 최초로 보강정보를 수신한 시점에서의 지상시스템과의 의사거리 차분을 구하면 아래의 수학식 1과 같고 항공기가 지상시스템에 가까워짐에 따라 수학식2와 같이 Decision Height(DH)에서의 의사거리 이중 차분값을 생성할 수 있다.
Figure 112009081193397-PAT00001
Figure 112009081193397-PAT00002
이다.
여기서,
Figure 112009081193397-PAT00003
는 항공기, 즉 상기 GPS 수신기(300)에서 최초로 상기 지상 기준국(200)으로부터 보강 정보를 수신하는 시점(t=0)에서의 상기 GPS 수신기(300)에서의 가시위성 i에 대한 의사거리이며
Figure 112009081193397-PAT00004
는 동일 시점, 동일 위성에 대한 상기 지상 기준국(200)에서의 의사거리를 의미한다.
이 때, 상기 GPS 수신기(300)와 상기 지상 기준국(200)은 동일한 상기 항법 위성군(100)의 상기 위치 데이터를 사용하도록 구비된다. 즉, 상기 GPS 수신기(300)에서 상기 고정 위치 정보를 수신하는 상기 기준국(200)의 선정을 상기 GPS 수신기(300)의 위치 또는 상기 항법 위성군(100)의 배열에 따라 선정하도록 한 다.
다시 말하면, 상기 GPS 수신기(300)에서 선정되는 상기 기준국(200)은 상기 GPS 수신기(300)에서 수신하는 상기 위치 데이터를 송신하는 상기 항법 위성군(100)과 동일한 상기 항법 위성군(100)에서 상기 위치 데이터를 수신하는 상기 기준국(200)으로 결정된다.
따라서, 상기 GPS 수신기(300)를 보유한 사용자 중심으로 이용되는 상기 지상 기준국(200)을 선택함으로써 데이터 처리량 및 소요시간을 단축할 수 있는 효과가 있고, 이에 따라 항공, 육상, 해상 등 항법위성과 기준국 보정데이터를 이용하여 항법을 하는 다양한 분야에 적용 가능한 이점이 있다.
수학식 1, 2와 Line of Sight Unit Vector(LOS)로부터 Residual Vector를 구한 수학식 3은 다음과 같다.
Figure 112009081193397-PAT00005
이다.
여기서,
Figure 112009081193397-PAT00006
는 t = 0 시점과 t = tD 시점에서의 항공기의 위치차분 벡터값 이고 υ는 시계 바이어스를 의미하고, 상기
Figure 112009081193397-PAT00007
는 수학식 4와 같다.
Figure 112009081193397-PAT00008
이다.
여기서, 수학식 4의
Figure 112009081193397-PAT00009
는 다음의 수학식 5를 항으로 가지는 직교 가중치행렬이다.
Figure 112009081193397-PAT00010
이며, 여기서,
Figure 112009081193397-PAT00011
는
Figure 112009081193397-PAT00012
의 표준편차이며, 두 번째 항은 공간 차에 따른 전리층 지연값의 표준편차를 의미한다. 상기 수학식 1내지 5로부터 다음의 수학식 6과 같은 판별값(Test Statistic)을 계산할 수 있다. 상기 판별값(Test Statistic)을 나타내는 수학식 6은 다음과 같다.
Figure 112009081193397-PAT00013
이다.
여기서,
Figure 112009081193397-PAT00014
이며, W와 G는 IWFM에서 전리층 폭풍의 두께와 기울기를 나타내고
Figure 112009081193397-PAT00015
는 지상시스템과 DH간의 거리로 본 실시예에서는 5km로 구비되는 것으로 예시하나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전리층 폭풍을 감지하기 위한 임계값, 즉 기준값은 수학식 7과 같이 확률분포를 가지며 요구되는 오경보 확률(False Alarm Probability) 및 자유도(Degree of Freedom, DOF)에 의해 결정된다. 상기 임계값을 나타낸 수학식 7은 다음과 같다.
Figure 112009081193397-PAT00016
이다.
이러한 상기 오경보 확률과 자유도에 따른 상기 임계값 변화의 예를 설명하기 위하여 도 3을 제시한다. 도 3은 자유도와 오경보 확률에 따른 임계값을 도시한 그래프이다.
상기와 같이 연산된 상기 판별값과 상기 임계값을 비교하여 상기 전리층 폭풍의 발생여부를 판단한다.
여기서, 상기 전리층 폭풍 감지 시스템을 이용한 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 위성항법 기반 기준국 지향 시공간 차분을 이용한 전리층 폭풍 감지 방법을 설명하면 다음과 같다. 도 4는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 위성항법 기반 기준국 지향 시공간 차분을 이용한 전리층 폭풍 감지 방법을 순서대로 도시한 순서도이다. 설명의 편의를 위하여 도 1에 도시된 구성요소의 참조번호를 참조하여 설명하기로 하며, 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이에 도시된 바와 같이, 상기 전리층 폭풍 감지 방법은 먼저, 상기 GPS 수신기에서 상기 지상 기준국(200)에 대해 위치 데이터를 전송하는 항법위성군(100)을 선별하는 단계(P1)를 거친다.
다음, 복수의 항법 위성으로 구성된 항법 위성군(100)에서 기 설정된 코드와 항법 메시지를 이용하여 위치 데이터를 전송하는 단계(P2)를 거친다.
다음, 상기 지상 기준국(200)에서 상기 위치 데이터를 수신하여 고정 위치 정보를 연산하여 전송하는 단계(P3)를 거친다.
다음, 상기 GPS 수신기에서 상기 위치 데이터 및 상기 고정 위치 정보를 수신하는 단계(P4)를 거친다. 이 때, 상술한 바와 같이, 상기 위치 데이터 및 상기 고정 위치 정보는 상술한 GNSS를 통해 송수신되는 것으로 구비되나 이에 한정되거나 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 GPS 수신기와 상기 지상 기준국(200)은 상기 선별 단계(P1)에서 선별된 동일한 상기 항법위성군(100)으로 부터 상기 위치데이터를 수신하도록 한다.
다음, 상기 위치 데이터와 상기 고정 위치 정보에 대한 시공간 이중차분을 통해 판별값을 생성하는 단계(P5)를 거친다. 여기서, 상기 판별값은 상술한 바와 같이, 상기 수학식 1내지 6에 의해 연산되는 것이 바람직하며, 이를 좀 더 상세히 설명하기 위하여 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 5는 판별값을 생성하는 단계를 좀 더 상세히 설명하기 위하여 도시한 순서도이다.
이에 도시된 바와 같이, 상기 판별값을 생성하는 단계(P5)는 먼저, 상기 GPS 수신기(300) 및 상기 지상 기준국(200) 각각에 대해 동일한 상기 항법 위성군(100)과의 의사 거리를 비교하는 단계(P51)를 거친다. 이 때, 상기 지상 기준국(200) 및 상기 항법 위성군(100)은 상기 GPS 수신기(300)의 위치 또는 상기 항법 위성의 배열에 따라 달라질 수 있다.
다음, 상기 비교된 의사 거리로부터 상기 판별값을 연산하는 단계(P52)를 거침으로써 상기 판별값이 생성된다.
다음, 상기 판별값과 기 설정된 임계값을 비교하여 전리층 폭풍 발생 여부를 판단하는 단계(P6)를 거침으로써 상기 전리층 폭풍 감지 방법의 운용이 완료된다.
이 때, 앞서 상술한 바와 같이, 상기 전리층 폭풍 발생 여부를 판단하는 단계(P6)는 수학식 7에 따라 오경보 확률 및 자유도에 따라 임계값을 생성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
비교예
여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전리층 폭풍 감지 시스템및 방법의 성능 분석을 위하여 IWFM과 국내 특정공항에서 직접 수집한 착륙데이터를 이용하여 전리층 폭풍 영향이 반영된 모의 실험데이터를 생성하였다.
PRN 3번 위성의 신호가 전리층 폭풍의 영향을 받는 것으로 가정하고 표 1의 범위에서 시뮬레이션 표본 데이터를 추출하였다. 상기 PRN 3번 위성의 앙각(Elevation Angle)과 인가된 전리층 폭풍에 의한 지연값의 예를 도시하면 도 6과 같다. 도 6은 PRN 3번 위성의 앙각과 인가된 전리층 폭풍 지연값(PRN 3)을 도시한 예시 그래프이다.
본 발명의 전리층 폭풍 감지 시스템 및 방법의 성능비교 대상으로 비교예로서 현재 GBAS Category I 시스템에서 사용되는 Code-Carrier Divergence Test 알고리즘을 대상으로 하였다. 현재 GBAS Category I 시스템에서 사용되는 Code-Carrier Divergence Test 알고리즘을 표현한 수학식 8은 다음과 같다.
Figure 112009081193397-PAT00017
이다.
여기서,
Figure 112009081193397-PAT00018
는 시정수(Time Constant)를 의미하는데 수학식 9의 조건에 의하여 결정되며
Figure 112009081193397-PAT00019
는 측정값 갱신 간격으로 본 실시예에서는 0.5초이다. 이 때, 시정수를 나타낸 수학식 9는 다음과 같다.
Figure 112009081193397-PAT00020
이다.
상기 비교예인 Code-Carrier Divergence Test 알고리즘의 전리층 지연값 변화율에 따른 감지 소요시간을 시뮬레이션을 통하여 비교하였으며 결과는 도 7과 같다. 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전리층 폭풍 감지 방법과 비교예에 따른 각각의 알고리즘에 따른 감지소요시간 비교 결과를 도시한 그래프이다.
이에 도시된 바와 같이, 상기 Code-Carrier Divergence Test 알고리즘의 전 리층 폭풍감지 지연율을 나타낸 값(B)을 먼저 살펴보면, 전리층 지연값의 변화율에 민감하기 때문에 천천히 움직이는 전리층 폭풍을 감지하는 데에 많은 시간이 소요된다.
이에 반해 본 발명의 전리층 폭풍 감지 시스템 및 방법에 따른 알고리즘의 전리층 폭풍감지 지연율을 나타낸 값(A)을 살펴보면, Parity Vector RAIM 방식을 사용하고 있기 때문에 전리층 지연값 변화율에 상관 없이 종래의 감지기법보다 상대적으로 빠른 감지 성능을 보였으며 천천히 움직이는 전리층 폭풍에도 감지가 가능한 장점을 가지고 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위성항법 기반 기준국 지향 시공간 차분을 이용한 전리층 폭풍 감지 시스템을 도시한 개념도이다.
도 2는 전리층 폭풍의 수학적 모델링을 설명하기 위하여 도시한 예시도이다.
도 3은 자유도와 오경보 확률에 따른 임계값을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 위성항법 기반 기준국 지향 시공간 차분을 이용한 전리층 폭풍 감지 방법을 순서대로 도시한 순서도이다.
도 5는 판별값을 생성하는 단계를 좀 더 상세히 설명하기 위하여 도시한 순서도이다.
도 6은 PRN 3번 위성의 앙각과 인가된 전리층 폭풍 지연값(PRN 3)을 도시한 예시 그래프이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전리층 폭풍 감지 방법과 비교예에 따른 각각의 알고리즘에 따른 감지소요시간 비교 결과를 도시한 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 항법 위성군 200: 기준국
300: GPS 수신기

Claims (8)

  1. 기 설정된 코드와 항법 메시지를 이용하여 위치 데이터를 전송하는 복수의 항법 위성으로 구성된 항법 위성군;
    상기 위치 데이터를 송수신하고, 고정된 고정 위치 정보를 전송하는 복수의 지상 기준국; 및
    상기 위치 데이터 및 상기 고정 위치 정보를 상기 항법 위성군 및 상기 지상 기준국과 송수신하는 GPS 수신기;
    를 포함하고, 상기 GPS 수신기는 상기 위치 데이터와 상기 고정 위치 정보에 대한 시공간 이중 차분을 통한 판별값을 생성하고, 상기 판별값과 기 설정된 임계값을 비교하여 전리층 폭풍의 발생 여부를 판단하는 위성항법 기반 기준국 지향 시공간 차분을 이용한 전리층 폭풍 감지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 GPS 수신기와 상기 지상 기준국은 동일한 상기 항법위성군의 상기 위치 데이터를 사용하는 전리층 폭풍 감지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 GPS수신기에서 상기 고정 위치 정보를 수신하는 상기 기준국의 선정은 상기 GPS 수신기의 위치 또는 상기 항법 위성군의 배열에 따라 선정되는 전리층 폭 풍 감지 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기준국은 상기 GPS 수신기에서 수신하는 상기 위치 데이터를 송신하는 상기 항법위성군과 동일한 상기 항법위성군에서 상기 위치 데이터를 수신하는 기준국인 전리층 폭풍 감지 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 임계값은 오경보 확률(false alarm probability) 및 자유도(degree of freedom, DOF)를 고려하여 연산되는 전리층 폭풍 감지 시스템.
  6. GPS 수신기에서 지상 기준국에 위치 데이터를 전송하는 항법위성군을 선별하는 단계;
    선별된 상기 항법 위성군에서 기 설정된 코드와 항법 메시지를 이용하여 위치 데이터를 전송하는 단계;
    상기 지상 기준국에서 상기 위치 데이터를 수신하여 고정 위치 정보를 연산하여 전송하는 단계;
    상기 GPS 수신기에서 상기 위치 데이터 및 상기 고정 위치 정보를 수신하는 단계;
    상기 위치 데이터와 상기 고정 위치 정보에 대한 시공간 이중차분을 통해 판 별값을 생성하는 단계; 및
    상기 판별값과 임계값을 비교하여 전리층 폭풍 발생 여부를 판단하는 단계;
    를 포함하는 위성항법 기반 기준국 지향 시공간 차분을 이용한 전리층 폭풍 감지 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 판별값을 생성하는 단계는
    상기 GPS 수신기 및 상기 지상 기준국 각각에 대해 동일한 상기 항법위성군과의 의사 거리를 비교하는 단계; 및
    상기 비교된 의사 거리로부터 상기 판별값을 연산하는 단계;
    를 포함하는 전리층 폭풍 감지 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전리층 폭풍 발생 여부를 판단하는 단계는 오경보 확률 및 자유도에 따라 상기 임계값을 생성하는 단계를 더 포함하는 전리층 폭풍 감지 방법.
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