KR20200086443A - Gnss integrity monitoring method based on machine learning for satellite navigation augmentation system - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a proposal to improve anomalous behavior of a time-delay neural networks (TDNN)-based global navigation satellite system (GNSS) signal augmentation system. According to one embodiment, an integrity monitoring method comprises the steps of: generating a TDNN-based model by utilizing a calibration statistic calculated for a GNSS signal through receiver autonomous integrity monitoring; and detecting anomalous behavior of the GNSS as the GNSS signal received through the generated model is learned.

Description

위성항법보강시스템을 위한 기계학습기반 GNSS 무결성 감시 방법{GNSS INTEGRITY MONITORING METHOD BASED ON MACHINE LEARNING FOR SATELLITE NAVIGATION AUGMENTATION SYSTEM}GNSS INTEGRITY MONITORING METHOD BASED ON MACHINE LEARNING FOR SATELLITE NAVIGATION AUGMENTATION SYSTEM for machine learning-based GNSS integrity monitoring for satellite navigation enhancement systems

아래의 설명은 위성항법보강시스템을 위한 기계학습기반 GNSS 무결성 감시 방법에 관한 것이다.The following description relates to a machine learning-based GNSS integrity monitoring method for a satellite navigation enhancement system.

민간 항공 또는 지능형 교통 시스템(ITSs) (예: 전자 요금 징수, 경로 안내, 충돌 회피 시스템을 포함한 첨단 운전자 지원 시스템, 지능형 속도 조절 시스템)과 같이, 위성항법 시스템 사용에 있어 엄격한 성능 운용이 요구되는 곳에서는, GNSS의 무결성이 중요한 역할을 하며, 그 감시가 요구된다. 이러한 책임필수적 애플리케이션에서는, 내비게이션 데이터로부터 추출된 위치해의 신뢰성이 반드시 고려되어야 한다. 이러한 신뢰성 척도는 내비게이션 시스템의 무결성이라 불리기도 하며, 내비게이션 시스템의 사용이 바람직하지 못할 경우, 사용자에게 이를 알리는 기능이기도 한다. 허용할 수 없는 위치 편차는 포지셔닝(positioning)과 내비게이션 기능에 상당한 영향을 주어 성능을 크게 저하시킬 수 있기에, 사용자의 위치를 측정하기에 앞서 무결성 감시를 활성화시켜 비정상적인 신호 소스들을 감지 및 제외시켜야 한다.Where strict performance operations are required to use satellite navigation systems, such as civil aviation or intelligent transportation systems (ITSs) (e.g. advanced driver assistance systems, including electronic toll collection, route guidance, collision avoidance systems, and intelligent speed control systems) In, the integrity of GNSS plays an important role, and its monitoring is required. In these requisite applications, the reliability of the location extracted from the navigation data must be considered. This reliability measure is also referred to as the integrity of the navigation system, and is also a function that notifies the user when the use of the navigation system is undesirable. Unacceptable position deviation can significantly affect performance by significantly affecting positioning and navigation functions, so it is necessary to activate and monitor integrity before detecting and excluding abnormal signal sources before measuring the user's position.

GNSS는 내비게이션 메시지를 통해 위성 상태와 같은 기본적인 무결성 정보를 사용자에게 제공한다. 하지만 이러한 무결성 정보는, 높은 수준의 보안을 요구하는 애플리케이션에서 충분히 빠른 전송 속도를 얻지 못해 결국 지연된다. 높은 수준의 보안을 요구하는 애플리케이션에서 상기 지연이 문제가 된다는 메시지를 사용자에게 전달하는 데에 보통 15분에서 수 시간이 걸리기 때문에, 이러한 메시지 전송은 무결성 감시에서 큰 의미가 없다. 대신, 사용자는 수년간 다양한 애플리케이션 분야에서 사용되어 온 수신기 자동 무결성 감시 알고리즘(RAIMs)이나, GNSS 보강시스템으로부터 나온 외부 무결성 데이터 소스와 같은 지상기반 보강시스템(GBAS)을 사용하여 무결성을 판별할 수 있으며, 또는 위성기반 보강시스템(SBAS)을 사용하여 reference receiver를 통한 측정된 위치 정보의 무결성을 확인할 수도 있다. RAIM의 기본 개념은 이중 관측을 통한 오류를 감지 및 제외하여, 측정된 위치 정보의 신뢰도를 높여 퀄리티를 보장하는 것이다. 중복 측정의 일관성은 내비게이션 위성이 정상 범위를 벗어나 작동하고 있는지 여부와, 이러한 오류로 계산된 위치 정보가 사용가능한지 여부에 대한 단서를 제공한다. GNSS provides users with basic integrity information, such as satellite status, through navigation messages. However, this integrity information is eventually delayed by not obtaining a sufficiently fast transfer rate in applications requiring a high level of security. In applications that require a high level of security, this message transfer is of little significance in integrity monitoring, because it usually takes 15 minutes to hours to deliver a message to the user that the delay is an issue. Instead, users can determine integrity using receiver automatic integrity monitoring algorithms (RAIMs) that have been used in various application fields for years, or ground-based reinforcement systems (GBAS), such as external integrity data sources from GNSS reinforcement systems, Alternatively, a satellite-based reinforcement system (SBAS) may be used to check the integrity of the measured location information through a reference receiver. The basic concept of RAIM is to detect and exclude errors through double observation, thereby increasing the reliability of the measured location information to ensure quality. The consistency of the redundant measurements provides clues as to whether the navigation satellite is operating outside its normal range and whether location information calculated from these errors is available.

그러나, RAIM과 관련된 대부분의 연구는 비정밀 접근(NPA)에 주로 초점을 맞추었는데, 이는 RAIM이 수직적 지침하 접근비행(APV)과 같은 특정 서비스에 사용될 때 문제가 될 수 있기 때문이다(NPA에 대한 경보 한계는 상당히 온건하나, APV에 대해서는 상당히 엄격하다). APV 서비스는, 시스템이 사용 가능한 것으로 표시된 경우에도 위치오차가 경보 한계를 초과하여 위험수준의 잘못된 정보(HMI)가 발생할 수 있으므로, 경보 한계가 낮다. 일반적인 RAIM은 HMI가 항상 높은 가능성으로 식별되어 무결성 요구사항을 보장한다는 것을 단정할 수 없다. 또한, 최근 연구들은 다중 위성 GNSS에서 RAIM의 가용성 향상에 더 초점을 두고 있다. 이는 RAIM의 무결성 수준을 향상시키기 보다는, 더 뛰어난 진전과 성능을 향상시키는 방향으로 개발되고 있는 것이다. ITS 구현을 위한 자율주행차는 내비게이션의 정확도의 한계를 보완하기 위한 큰 이격거리를 필요로 하지 않기에, 안전 등급을 크게 높일 수 있다. 이러한 GNSS기반 자율주행 기술은 현재 요구되는 필수 항행 성능(RNP)과 같은 엄격한 안전 규정에 의해 제한되며, 이는 특정 작동 모드에 대한 정확도 및 무결성 요구 사항에 따라 결정된다. RNP는 본래 항공 내비게이션용으로 개발되었으며 이후 지상 차량 내비게이션까지 확장되었다. 따라서, 이러한 제약조건들을 피하기 위해, 미리 정의된 엄격한 안전 한도를 초과하는 오류 소스들을 감지하고 유/무인 지상 시스템에 안전하게 경보를 전송하는, 대체 무결성 보강 메커니즘이 필요하다.However, most research related to RAIM has focused primarily on non-precision access (NPA), as it can be problematic when RAIM is used for certain services, such as access flight (APV) under vertical guidance (to NPA). The alarm limit for this is fairly moderate, but it is quite strict for APV). In the APV service, even when the system is marked as available, the positional error exceeds the alarm limit, so that false information (HMI) at the risk level may occur, so the alarm limit is low. A typical RAIM cannot be concluded that the HMI is always identified with high probability to ensure integrity requirements. In addition, recent studies have focused more on improving the availability of RAIM in multi-satellite GNSS. Rather than improving the integrity level of RAIM, it is being developed to improve progress and improve performance. Autonomous vehicles for ITS implementation do not require a large separation distance to compensate for the limitations of the accuracy of navigation, so the safety level can be greatly increased. These GNSS-based self-driving technologies are limited by stringent safety regulations, such as the required required navigation performance (RNP), which is determined by the accuracy and integrity requirements for a particular mode of operation. RNP was originally developed for aviation navigation and has since been extended to ground vehicle navigation. Therefore, in order to avoid these constraints, there is a need for an alternate integrity enhancement mechanism that detects fault sources exceeding a pre-defined strict safety limit and safely alerts unmanned/unmanned ground systems.

RAIM을 통해 계산된 검정통계량을 비선형 모델인 시간 지연 신경망을 사용하여 모델링하고, 관측된 GNSS 신호를 통해 계산된 잔차 범위로서 불규칙한 시퀀스로 표현되는, 결함 특성에 대한 유용한 정보를 추출하여 범위 내 신호에서 변칙행동을 보다 효율적으로 포착하기 위한 새로운 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.Modeling the test statistic calculated through RAIM using a non-linear time delay neural network, extracting useful information about defect characteristics, expressed as an irregular sequence as a residual range calculated through the observed GNSS signal, New methods and systems can be provided to more effectively capture anomalous behavior.

무결성 감시 방법은, 수신기 자동 무결성 감시(Receiver Autonomous Integrity Monitoring)를 통해 GNSS(Global Navigation Satellite System) 신호에 대하여 계산된 검정통계량을 활용하여 시간 지연 신경망(Time-Delay Neural Networks) 기반의 모델을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 모델을 통하여 수신된 GNSS 신호를 학습함에 따라 GNSS 의 변칙행동을 감지하는 단계를 포함할 수 있다. The integrity monitoring method generates a time-delay neural network-based model by utilizing the calculated test statistics for the Global Navigation Satellite System (GNSS) signal through Receiver Autonomous Integrity Monitoring. step; And detecting an anomalous behavior of the GNSS as learning the GNSS signal received through the generated model.

상기 시간 지연 신경망(Time-Delay Neural Networks) 기반의 모델을 생성하는 단계는, 무결성 감시를 수행하는 RAIM의 GNSS 중복 측정에 대한 자기-일관성을 수령화(quantifying)함에 따른 검정통계량을 잔차 거리 오차 제곱합에 기반한 수학식 1(

Figure pat00001
)을 통하여 계산하는 단계를 포함할 수 있다. The step of generating a model based on the time-delay neural networks comprises summing the residuals of the black statistic by quantifying self-consistency of the GNSS overlap measurement of the RAIM performing the integrity monitoring. Based on Equation 1(
Figure pat00001
).

상기 시간 지연 신경망(Time-Delay Neural Networks) 기반의 모델을 생성하는 단계는, 상기 모델에 시간 정보를 저장하기 위한 피드포워드(feedforward) 방향 지연 요소 기반 비반복적 구조와 지연 피드백(feedback)이 있는 반복적 구조를 적용하는 단계를 포함할 수 있다. The step of generating a model based on the time-delay neural networks includes a repetitive structure having a delay factor and a non-repetitive structure based on a feedforward direction delay element for storing time information in the model. And applying the structure.

상기 시간 지연 신경망(Time-Delay Neural Networks) 기반의 모델을 생성하는 단계는, 기 설정된 기준 이상의 시간 의존성을 학습하기 위한 검정통계량(metric)의 변화를 통한 GNSS의 변칙행동을 포착하기 위하여 시간 지연 신경망 기반의 모델을 채택하는 단계를 포함할 수 있다. In the step of generating a model based on the time-delay neural networks, the time-delayed neural network is used to capture anomalous behavior of the GNSS through a change in a test metric for learning a time dependency beyond a predetermined criterion. And adopting an underlying model.

상기 GNSS 의 변칙행동을 감지하는 단계는, 상기 수신된 GNSS 신호를 통해 계산된 잔차 범위로서 불규칙한 시퀀스로 표현되는 결합 특성에 대한 정보를 추출하는 단계를 포함할 수 있다. The step of detecting the anomalous behavior of the GNSS may include extracting information about a binding characteristic expressed in an irregular sequence as a residual range calculated through the received GNSS signal.

상기 GNSS 의 변칙행동을 감지하는 단계는, 상기 수신된 GNSS 신호의 검정통계량상 시계열이 상기 시간 지연 신경망의 입력에 머물게 하기 위하여 표준 RAIM으로 계산된 잔차 범위 오차의 제곱합을 기반으로 하는 검정통계량을 시간 지연된 형태로 변경하는 단계를 포함할 수 있다. The step of detecting the anomalous behavior of the GNSS is based on the sum of squares of the residual range error calculated by the standard RAIM in order to keep the time series on the input of the time delay neural network in the test statistics of the received GNSS signal. It may include the step of changing to a delayed form.

상기 GNSS 의 변칙행동을 감지하는 단계는, 상기 시간 지연 신경망을 학습함에 따른 결과로서 새롭게 제안된 검정통계량을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. The step of detecting the anomalous behavior of the GNSS may include generating a newly proposed test statistic as a result of learning the time delay neural network.

상기 GNSS 의 변칙행동을 감지하는 단계는, 상기 새롭게 제안된 검정통계랑의 시계열의 연관성을 통하여 오프라인 의사 거리 기반의 추정 출력과 온라인 의사 거리 기반의 추정 출력간의 차이를 측정한 후, 상기 새롭게 제안된 검정통계량을 수학식 1의 임계값과 비교하여 경보의 발생 여부를 확인하는 단계를 포함할 수 있다. The step of detecting anomalous behavior of the GNSS measures the difference between an offline pseudo-distance-based estimation output and an online pseudo-distance-based estimation output through a correlation of the newly proposed time series of the test statistics, and then the newly proposed And comparing the test statistic with a threshold of Equation 1 to determine whether an alarm has occurred.

상기 GNSS 의 변칙행동을 감지하는 단계는, GNSS가 정상 상태에 존재할 때 획득된 오프라인 의사 거리에 기초하여 상기 수신된 GNSS 신호를 시간 지연 신경망을 학습함에 따라 추정된 출력과 온라인 의사 거리에 기초하여 추정된 출력 간의 차이에 기초하여 경보를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다. The step of detecting the anomalous behavior of the GNSS is estimated based on the estimated output and the online pseudo-distance by learning the time-delayed neural network for the received GNSS signal based on the offline pseudo-distance obtained when the GNSS is in a normal state. And generating an alarm based on the difference between the outputs.

무결성 감시 시스템은, 수신기 자동 무결성 감시(Receiver Autonomous Integrity Monitoring)를 통해 GNSS(Global Navigation Satellite System) 신호에 대하여 계산된 검정통계량을 활용하여 시간 지연 신경망(Time-Delay Neural Networks) 기반의 모델을 생성하는 모델 생성부; 및 상기 생성된 모델을 통하여 수신된 GNSS 신호를 학습함에 따라 GNSS 의 변칙행동을 감지하는 감지부를 포함할 수 있다. The integrity monitoring system generates a time-delay neural network-based model by using the calculated test statistics for the Global Navigation Satellite System (GNSS) signal through Receiver Autonomous Integrity Monitoring. Model generator; And a sensing unit configured to detect anomalous behavior of the GNSS by learning the GNSS signal received through the generated model.

단순히 RAIM을 단일 운용하는 것보다, 시간 지연 신경망을 활용하여 결함 특성에 대한 유용한 정보를 추출할 수 있다.Rather than simply operating a single RAIM, useful information about defect characteristics can be extracted using a time-delayed neural network.

RAIM을 단독으로 운용하는 경우보다 확실히 더 빠른 속도로 항법 위성의 결함을 감지할 수 있다.It is possible to detect defects in the navigation satellites at a significantly faster rate than when operating a RAIM alone.

TDNN 기반 무결성 감시 알고리즘을 사용하는 RAIM을 통하여 GNSS 변칙행동 감지 측면에서 RAIM의 무결성 보장 수준을 향상시킬 수 있다. Through RAIM using the TDNN-based integrity monitoring algorithm, it is possible to improve the level of RAIM integrity assurance in terms of GNSS anomaly detection.

도 1은 일 실시예에 따른 무결성 검증 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 무결성 검증 시스템에서 위성항법보강시스템을 위한 기계학습기반 GNSS 신호 무결성 감시 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 무결성 검증 시스템의 시간 지연 신경망(TDNN)의 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 일 실시예에 따른 무결성 검증 시스템에서 TDNN 추정 측정값을 기반으로 무결성 감시를 수행하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
1 is a block diagram illustrating the configuration of an integrity verification system according to an embodiment.
2 is a flowchart illustrating a machine learning-based GNSS signal integrity monitoring method for a satellite navigation enhancement system in an integrity verification system according to an embodiment.
3 shows the structure of a time delay neural network (TDNN) of an integrity verification system according to an embodiment.
4 is a flowchart illustrating a method of performing integrity monitoring based on TDNN estimation measurement values in an integrity verification system according to an embodiment.

이하, 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일 실시예에 따른 무결성 검증 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 무결성 검증 시스템에서 위성항법보강시스템을 위한 기계학습기반 GNSS 신호 무결성 감시 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a block diagram for explaining the configuration of an integrity verification system according to an embodiment, and FIG. 2 is a machine learning-based GNSS signal integrity monitoring method for a satellite navigation enhancement system in an integrity verification system according to an embodiment It is a flowchart for.

무결성 감시 시스템(100)의 프로세서는 모델 생성부(110) 및 감지부(120)를 포함할 수 있다. 이러한 프로세서의 구성요소들은 적어도 하나의 프로그램 코드에 의해 제공되는 제어 명령에 따라 프로세서에 의해 수행되는 서로 다른 기능들(different functions)의 표현들일 수 있다. 프로세서 및 프로세서의 구성요소들은 도 2의 위성항법보강시스템을 위한 기계학습기반 GNSS 신호 무결성 감시 방법이 포함하는 단계들(210 내지 220)을 수행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서 및 프로세서의 구성요소들은 메모리가 포함하는 운영체제의 코드와 상술한 적어도 하나의 프로그램 코드에 따른 명령(instruction)을 실행하도록 구현될 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 프로그램 코드는 위성항법보강시스템을 위한 기계학습기반 GNSS 신호 무결성 감시 방법을 처리하기 위해 구현된 프로그램의 코드에 대응될 수 있다. 위성항법보강시스템을 위한 기계학습기반 GNSS 신호 무결성 감시 방법은 도시된 순서대로 발생하지 않을 수 있으며, 단계들 중 일부가 생략되거나 추가의 과정이 더 포함될 수 있다.The processor of the integrity monitoring system 100 may include a model generation unit 110 and a detection unit 120. The components of the processor may be representations of different functions performed by the processor according to a control instruction provided by at least one program code. The processor and its components may perform steps 210 to 220 included in the machine learning-based GNSS signal integrity monitoring method for the satellite navigation enhancement system of FIG. 2. For example, the processor and the components of the processor may be implemented to execute instructions according to at least one program code and the code of the operating system included in the memory. Here, at least one program code may correspond to the code of a program implemented to process a machine learning-based GNSS signal integrity monitoring method for a satellite navigation enhancement system. The machine learning-based GNSS signal integrity monitoring method for the satellite navigation enhancement system may not occur in the order shown, and some of the steps may be omitted or additional processes may be further included.

프로세서는 위성항법보강시스템을 위한 기계학습기반 GNSS 신호 무결성 감시 방법을 위한 프로그램 파일에 저장된 프로그램 코드를 메모리에 로딩할 수 있다. 이때, 프로세서 및 프로세서가 포함하는 모델 생성부(110) 및 감지부(120) 각각은 메모리에 로딩된 프로그램 코드 중 대응하는 부분의 명령을 실행하여 이후 단계들(210 내지 220)을 실행하기 위한 프로세서의 서로 다른 기능적 표현들일 수 있다. The processor may load program code stored in a program file for a machine learning-based GNSS signal integrity monitoring method for a satellite navigation enhancement system into a memory. At this time, each of the processor and the model generation unit 110 and the detection unit 120 included in the processor executes instructions of corresponding portions of the program codes loaded in the memory to execute subsequent steps 210 to 220 It can be different functional expressions of.

단계(210)에서 모델 생성부(110)는 수신기 자동 무결성 감시(Receiver Autonomous Integrity Monitoring)를 통해 GNSS 신호에 대하여 계산된 검정통계량을 활용하여 시간 지연 신경망(Time-Delay Neural Networks) 기반의 모델을 생성할 수 있다. 모델 생성부(110)는 무결성 감시를 수행하는 RAIM의 GNSS 중복 측정에 대한 자기-일관성을 수령화(quantifying)함에 따른 검정통계량을 잔차 거리 오차 제곱합에 기반하여 계산할 수 있다. 모델 생성부(110)는 모델에 시간 정보를 저장하기 위한 피드포워드(feedforward) 방향 지연 요소 기반 비반복적 구조와 지연 피드백(feedback)이 있는 반복적 구조를 적용할 수 있다. 모델 생성부(110)는 기 설정된 기준 이상의 시간 의존성을 학습하기 위한 검정통계량(metric)의 변화를 통한 GNSS의 변칙행동을 포착하기 위하여 시간 지연 신경망 기반의 모델을 채택할 수 있다. In step 210, the model generator 110 generates a time-delay neural network based model by using the calculated test statistics for the GNSS signal through receiver autonomous integrity monitoring. can do. The model generator 110 may calculate a test statistic based on the sum of squared residual distance errors by quantifying self-consistency of the GNSS overlapping measurement of the RAIM performing the integrity monitoring. The model generator 110 may apply a non-repetitive structure based on a feedforward direction delay element and a repetitive structure with delayed feedback to store time information in the model. The model generator 110 may adopt a model based on a time delay neural network to capture anomalous behavior of the GNSS through a change in a test metric for learning a time dependency beyond a predetermined criterion.

단계(220)에서 감지부(120)는 생성된 모델을 통하여 수신된 GNSS 신호를 학습함에 따라 GNSS 의 변칙행동을 감지할 수 있다. 감지부(120)는 수신된 GNSS 신호를 통해 계산된 잔차 범위로서 불규칙한 시퀀스로 표현되는 결합 특성에 대한 정보를 추출할 수 있다. 감지부(120)는 수신된 GNSS 신호의 검정통계량상 시계열이 상기 시간 지연 신경망의 입력에 머물게 하기 위하여 표준 RAIM으로 계산된 잔차 범위 오차의 제곱합을 기반으로 하는 검정통계량을 시간 지연된 형태로 변경할 수 있다. 감지부(120)는 시간 지연 신경망을 학습함에 따른 결과로서 새롭게 제안된 검정통계량을 생성할 수 있다. 감지부(120)는 새롭게 제안된 검정통계랑과 종래의 일반적인 방법을 통하여 계산된 검정통계량의 임계값과 비교하여 경보의 발생 여부를 확인할 수 있다. 감지부(120)는 GNSS가 정상 상태에 존재할 때 획득된 오프라인 의사 거리에 기초하여 수신된 GNSS 신호를 시간 지연 신경망을 학습함에 따라 추정된 출력과 온라인 의사 거리에 기초하여 추정된 출력 간의 차이에 기초하여 경보를 발생시킬 수 있다. In step 220, the sensing unit 120 may detect anomalous behavior of the GNSS by learning the GNSS signal received through the generated model. The sensing unit 120 may extract information on a coupling characteristic expressed in an irregular sequence as a residual range calculated through the received GNSS signal. The detector 120 may change the test statistic based on the sum of squares of the residual range error calculated by the standard RAIM in a time delayed form so that the time series in the received statistic of the GNSS signal remains at the input of the time delay neural network. . The sensor 120 may generate a newly proposed test statistic as a result of learning a time delay neural network. The detector 120 may check whether an alarm has occurred by comparing the newly proposed test statistics with the thresholds of the test statistics calculated through the conventional method. The sensing unit 120 is based on the difference between the estimated output based on the online pseudo-range and the estimated output as learning the time-delay neural network of the received GNSS signal based on the offline pseudo-range obtained when the GNSS is in a normal state. To generate an alarm.

이하, 관측된 GNSS 신호에서 변칙행동을 보다 명확하게 구별하기 위하여 단순히 RAIM을 단일 운용하는 것보다, 시간 지연 신경망을 활용하여 결함 특성에 대한 유용한 정보를 보다 빠르게 추출하고, GNSS 변칙행동을 감지하는 측면에서, RAIM의 무결성 보장 수준을 향상시키는 방법을 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, in order to more clearly distinguish anomalous behavior from the observed GNSS signal, rather than simply operating a single RAIM, the useful information about the defect characteristics is extracted faster by using a time-delayed neural network, and the GNSS anomaly behavior is detected. In the following, a method of improving the integrity guarantee level of RAIM will be described in detail.

무결성 검증 시스템은 GNSS 신호를 모델링할 수 있다.

Figure pat00002
를 n(n은 자연수)개의 가시적 항행 위성의 내비게이션 메시지에서 획득한 의사 거리(pseudo-range) 의 측정값이라 할 때, 선형화를 통한 사용자의 위치 정보 간 기본 측정 공식과 예측 및 관측 측정값의 차이를 수학식 1과 같은 선형 방정식으로 나타낼 수 있다.The integrity verification system can model the GNSS signal.
Figure pat00002
When n is a measure of the pseudo-range obtained from navigation messages of n (n is a natural number) visible navigation satellites, the difference between the basic measurement formula and the predicted and observed measurements between the user's location information through linearization Can be represented by a linear equation such as Equation 1.

수학식 1:Equation 1:

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서

Figure pat00004
는 공칭(nomimal) 사용자의 위치 정보와 시계 오차에 근거한 예측 범위와 측정 범위간의 차이로 형성된 측정 잔차(measurement residual)이다. 또한,
Figure pat00005
는 공칭 사용자의 위치 정보와 시계 오차에 대한 선형화로 형성된 관측성 행렬(observation matrix)인 반면,
Figure pat00006
는 공칭 사용자의 위치 정보에 대한 실제 위치 정보의 편차에 사용자 시계 오차를 더한 3개의 구성요소를 포함하는 내비게이션 편차 상태(navigation error state)이다. 마지막으로,
Figure pat00007
는 일반적인 수신기 잡음, 위성 위치에 대한 부정확한 정보, 위성 시계 오류 및 위성 고장으로 인한 예상치 못한 오류 등으로 발생하는 측정 오차이다. 이러한 오차는, 평균이 0이고 공분산
Figure pat00008
를 가지는, 표준 가우시안 분포의 형태를 취한다. 대부분의 경우 최소 4개 이상의 위성을 볼 수 있다는 점을 고려할 때, 중복 의사 거리 정보를 사용할 수 있으며, 위치 정보 추정은 과결정된(over-determined) 데이터의 최적으로부터 획득될 수 있다. 상수 k 상태에서의 상태 최소 제곱은 수학식 2와 같이 추정된다. here
Figure pat00004
Is a measurement residual formed by the difference between the predicted range and the measured range based on the nominal user's location information and clock error. Also,
Figure pat00005
Is an observation matrix formed by linearization of the nominal user's location information and clock error,
Figure pat00006
Is a navigation error state including three components that add the user's clock error to the deviation of the actual position information from the nominal user's position information. Finally,
Figure pat00007
Is a measurement error caused by general receiver noise, inaccurate information about satellite position, satellite clock error, and unexpected error due to satellite failure. These errors have a mean of 0 and covariance
Figure pat00008
It takes the form of a standard Gaussian distribution. Considering that at least four satellites can be viewed in most cases, redundant pseudo-distance information can be used, and location information estimation can be obtained from the optimization of over-determined data. The state least squares in the constant k state is estimated as in Equation 2.

수학식 2:Equation 2:

Figure pat00009
Figure pat00009

여기서,

Figure pat00010
Figure pat00011
의 슈도-역행렬(pseudo inverse)을 나타내며(다시 말해서,
Figure pat00012
),
Figure pat00013
의 추정은
Figure pat00014
이며, 잔차 거리의 오차는
Figure pat00015
로 정의된다. RAIM은 무결성 감시를 위한 가장 쉽고 비용 효율적인 아키텍처로, 중복 측정에 대한 자기-일관성을 수령화(quantifying)한다. 이러한 검정통계량은 수학식 3과 같이 잔차 거리 오차 제곱합을 기반으로 기술된다.here,
Figure pat00010
The
Figure pat00011
Represents the pseudo-inverse of the pseudo (in other words,
Figure pat00012
),
Figure pat00013
The estimate of
Figure pat00014
And the error of the residual distance
Figure pat00015
Is defined as RAIM is the easiest and most cost-effective architecture for integrity monitoring, quantifying self-consistency for redundant measurements. This test statistic is described based on the sum of squared residual distance errors as shown in Equation (3).

수학식 3:Equation 3:

Figure pat00016
Figure pat00016

RAIM의 일반적인 임계값(즉,

Figure pat00017
)은, 상수 k에서의
Figure pat00018
누적 분포 함수,
Figure pat00019
Figure pat00020
의 목표값으로 바로 계산할 수 있다(
Figure pat00021
). 잔차 거리 오차가
Figure pat00022
의 2차 형태이기에, 오경보의 가능성(다시 말해서,
Figure pat00023
)은 카이제곱분포 형태로 나타나고, 정상 랜덤 측정 잡음(normal random measurement noise)
Figure pat00024
에 비례한다. 변칙행동으로 손상된 위성이 발견되면, 해당 위성을 제거하여 원활한 내비게이션을 확보해야 한다. Typical RAIM thresholds (i.e.
Figure pat00017
) At constant k
Figure pat00018
Cumulative distribution function,
Figure pat00019
Wow
Figure pat00020
It can be calculated as the target value of (
Figure pat00021
). Residual distance error
Figure pat00022
Because it is a secondary form of the possibility of false alarms (in other words,
Figure pat00023
) Appears in the form of a chi-square distribution, and normal random measurement noise
Figure pat00024
Proportional to. If a satellite damaged by anomalous behavior is found, the satellite must be removed to ensure smooth navigation.

무결성 검증 시스템은 TDNN 기반의 모델을 통하여 변칙행동 감지를 수행하는 방법을 구체적으로 설명하기로 한다. 많은 애플리케이션들이 특정 시간 창의 추세, 특정 시간까지의 시계열 등과 같은 시간 정보를 처리해야 한다. 시간 정보를 다루는 일반적 업무는 시계열의 예측, 분류 또는 다른 시계열과의 매핑(mapping)을 포함할 수 있다. 장기간 행동양상은 비선형 프로세스의 시간 지연을 보상하기 위해 적용된 신경망을 사용하여 모델링할 수 있다. 신경망은 시간 정보를 내부적으로 저장하기 위해 두 가지 유형의 메거니즘(즉, 피드포워드(feedforward) 방향 지연 요소 기반 비반복적 구조와 지연 피드백(feedback)이 있는 반복적 구조)을 적용할 수 있다. 생물학적 신경망과는 달리, 인공 신경세포들 사이 연결은, 보통 네트워크가 만들어진 뒤에는 추가되거나 제거되지 않는다. 대신에, 연결에 가중치가 부여(weighted)되고, 이는 학습 알고리즘에 의해 조정된다. 입력 신호는 네트워크의 출력에 도달할 때까지 연결의 방향으로 네트워크를 통해 전파된다. 지도 학습(supervised learning)하에, 학습 알고리즘은 네트워크 출력과 제공된 목표 값간의 불일치를 최소화하기 위해 가중치를 조정한다.The integrity verification system will be described in detail how to perform anomalous behavior detection through a TDNN-based model. Many applications need to process time information, such as trends in a specific time window, time series up to a specific time, and so on. Common tasks dealing with time information may include prediction, classification of time series, or mapping with other time series. Long-term behavior can be modeled using neural networks applied to compensate for time delays in nonlinear processes. The neural network can apply two types of mechanisms to store time information internally (that is, a non-repetitive structure based on a feedforward direction delay element and an iterative structure with delay feedback). Unlike biological neural networks, connections between artificial neural cells are usually not added or removed after the network is created. Instead, the connection is weighted, which is adjusted by the learning algorithm. The input signal propagates through the network in the direction of the connection until it reaches the output of the network. Under supervised learning, the learning algorithm adjusts the weights to minimize discrepancies between the network output and the target values provided.

Long Short Term Memory(LSTM)와 같은 순환 신경망(RNN) 아키텍처는, 신호의 시간 역학(temporal dynamics)을 효과적으로 학습하는 것으로 나타났지만, 네트워크의 복잡성 증가로 인해 훈련은 더욱 복잡해졌다. RNN의 또 다른 약점은, 구조가 깊어질수록 기울기(gradient)가 여러 숨겨진 상태를 지나 최적화되어야 하기에 학습이 더 어려워진다는 것이다. 이러한 측면에서 반복적 구조와 비교하면, 피드포워드 학습은 단순한 시간 역학을 모델링하는데 상대적으로 빠르고 더욱 효율적이다. 본래 음성 인식을 위해 설계되었던 시간 지연 신경망은 시간 지연이 큰 역학 시스템을 모델링할 때 탁월한 성능을 발휘한다. 이들은 모델링된 프로세스의 역학을 포착하도록 설계된, 수정된 피드포워드 네트워크이다. 피드포워드 네트워크는 과거 정보를 저장할 내부 메모리가 없기 때문에, 시간 순서를 처리하기에 불충분하다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 과거 기억은 delay lines를 시냅스로 이용하여 네트워크의 입력을 확장하는 방법으로 도입된다. Cyclic neural network (RNN) architectures such as Long Short Term Memory (LSTM) have been shown to effectively learn the temporal dynamics of signals, but training has become more complex due to the increased complexity of the network. Another weakness of RNN is that the deeper the structure, the more difficult it is to learn because the gradient must be optimized across several hidden states. Compared to iterative structures in this respect, feedforward learning is relatively fast and more efficient in modeling simple temporal dynamics. The time-delay neural network, originally designed for speech recognition, excels when modeling dynamic systems with large time delays. These are modified feedforward networks designed to capture the dynamics of modeled processes. The feedforward network is insufficient to process the time sequence, since there is no internal memory to store past information. To overcome this limitation, past memories are introduced as a way to extend the network's input using delay lines as synapses.

이러한 이유로, 긴 시간 의존성을 학습하기 위한 다양한 신경 네트워크 구조들이 있지만, 우리는 덜 역동적으로 변하고 추후 설명될 검정통계량(metric)의 변화를 통해 GNSS 변칙행동을 포착하기 위한 시간 지연 신경망을 채택할 수 있다. 네트워크 분류에 대한 수정이 없었기 때문에, 표준 학습 기법은 일반적으로 시간적 역제안(temporal backpropagation)에 기초하고, 시간 지연 신경망 상에서 오차 표면(error surface)의 기울기 가중치를 조정한다. 자극 신호

Figure pat00025
는 sum function에 의해 시냅스 중량 w와 함께 포착 및 처리되며, 새로이 활성화된 뉴런의 activation potential은 도 3과 같이 활성 함수(activation function)에 의해 획득될 수 있다. 이후의 네트워크 출력은 수학식 4와 같이 주어진다. For this reason, there are various neural network structures for learning long time dependence, but we can adopt a time delay neural network to capture GNSS anomalous behavior through changes in the test metric that are less dynamic and will be explained later. . Since there was no modification to the network classification, standard learning techniques are generally based on temporal backpropagation and adjust the slope weight of the error surface on the time delay neural network. Stimulus signal
Figure pat00025
Is captured and processed together with the synaptic weight w by the sum function, and the activation potential of the newly activated neuron can be obtained by an activation function as shown in FIG. 3. Subsequent network output is given by Equation (4).

수학식 4:Equation 4:

Figure pat00026
Figure pat00026

위 식에서, M은 입력의 개수이며 L은 숨겨진 레이어상 뉴런의 개수이다. 활성 함수의 일반적인 선택은 S형 함수(sigmoid),

Figure pat00027
, 또는 하이퍼볼릭 탄젠트,
Figure pat00028
등 다양한 미분가능함수가 사용될 수 있다. 이 두 가지 함수들의 이점은, 각각의 첫 번째 변수를 그들만의 간단한 함수로 나타낼 수 있다는 것이다.In the above equation, M is the number of inputs and L is the number of neurons on the hidden layer. The typical choice of active function is S-type function (sigmoid),
Figure pat00027
, Or hyperbolic tangent,
Figure pat00028
Various differentiable functions can be used. The advantage of these two functions is that each first variable can be represented by their own simple function.

시간 지연 신경망의 학습에 사용되는 많은 알고리즘들 중, Levenberg-Marquadt 최적화 스킴이 가장 효과적이다. Levenberg-Marquadt 방법은 매개변수 업데이트를 적절히 다양화하여 식의 오차 제곱합을 감소시킨다.Of the many algorithms used to train time-delay neural networks, the Levenberg-Marquadt optimization scheme is the most effective. The Levenberg-Marquadt method reduces the sum of squared errors in the equation by appropriately diversifying the parameter updates.

수학식 5:Equation 5:

Figure pat00029
Figure pat00029

수학식 5에서,

Figure pat00030
는 k번째 값의 오차이고
Figure pat00031
Figure pat00032
요소를 가진 벡터이다. 이전 가중 벡터(weight vector)와 새로 계산된 가중 벡터의 차이가 작을 경우, 오차 벡터는 테일러 시리즈를 통해 첫 번째로 확장될 수 있다.In Equation 5,
Figure pat00030
Is the error of the kth value
Figure pat00031
The
Figure pat00032
It is a vector with elements. If the difference between the previous weight vector and the newly calculated weight vector is small, the error vector can be first extended through the Taylor series.

가중 벡터 w와 관련하여 함수

Figure pat00033
를 최소화해야 하는 경우, Newton's method는 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다. Function with respect to weight vector w
Figure pat00033
When must be minimized, Newton's method can be expressed as Equation 6.

수학식 6: Equation 6:

Figure pat00034
Figure pat00034

수학식 6에서,

Figure pat00035
는 Hessian matrix이며
Figure pat00036
는 기울기이다.
Figure pat00037
를 도출하는 식을 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.In Equation 6,
Figure pat00035
Is the Hessian matrix
Figure pat00036
Is the slope.
Figure pat00037
The equation for deriving can be expressed as Equation 8.

수학식 7:Equation 7:

Figure pat00038
Figure pat00038

수학식 8:Equation 8:

Figure pat00039
Figure pat00039

수학식 8에서,

Figure pat00040
는 Jacobian matrix이며, 이는 가중치와 편차에 대한 네트워크 오차의 1차 미분으로 구성되어 있다. 수학식 8의 두 번째 항은 Gauss-Newton Method의 Jacobian matrix의 결과물과 비교하여 수학식 9와 같이 가정할 수 있다.In Equation 8,
Figure pat00040
Is the Jacobian matrix, which consists of the first derivative of the network error for weights and deviations. The second term of Equation (8) can be assumed as Equation (9) compared to the output of the Gauss-Newton Method Jacobian matrix.

수학식 9:Equation 9:

Figure pat00041
Figure pat00041

간략히 표현된 Hessian matrix가 비가역적인 경우를 방지하기 위해, Gauss-Newton method의 Levenberg-Marquadt modification이 수학식 10과 같이 획득될 수 있다.In order to prevent the briefly expressed Hessian matrix from being irreversible, the Levenberg-Marquadt modification of the Gauss-Newton method can be obtained as shown in Equation (10).

수학식 10:Equation 10:

Figure pat00042
Figure pat00042

수학식 10에서,

Figure pat00043
는 단위행렬이며
Figure pat00044
는 행렬
Figure pat00045
가 양의 값을 갖도록 보장하는 매개변수로서, 행렬을 가역적으로 만드는 역할을 한다.
Figure pat00046
값을 적절히 선택하는 것이 중요하다. 왜냐하면 이는 알고리즘 함수의 안정성과 수렴 속도를 결정하기 때문이다.In Equation 10,
Figure pat00043
Is the unit matrix
Figure pat00044
The matrix
Figure pat00045
A parameter that ensures that a value is positive, which makes the matrix reversible.
Figure pat00046
It is important to choose the appropriate value. This is because it determines the stability and speed of convergence of the algorithm function.

사용자에게 GNSS 변칙행동에 관한 정보를 제공하기 위해, 잔차 범위 오차와 같은 검정통계량상 불규칙한 시계열의 관측을 식별해주는, 추가적인 무결성 감시 시스템을 보강시스템에 설치할 것을 제안한다. 모델링 프로세스에 대한 단순한 접근법에는 과거 데이터 포인트 평균화, 이전 데이터 포인트 반환 및 선형 외삽법(extrapolation)이 있다. 이러한 방법이, 비교적 단순한 일부 시계열에는 충분할지 모르나 내비게이션 신호와 같은 실제 시계열에서는 더욱 정교한 방법이 요구된다.To provide users with information about GNSS anomalous behavior, it is proposed to install an additional integrity monitoring system in the reinforcement system that identifies observations of irregular time series in the test statistic, such as residual range error. Simple approaches to the modeling process include averaging past data points, returning previous data points, and linear extrapolation. While this may be sufficient for some relatively simple time series, more sophisticated methods are required in real time series, such as navigation signals.

시간 지연 신경망은 과거 데이터에 경험적으로 일치되는 프로세스 모델을 찾아 미래 값들을 예측하기 위한 목적으로, 과거 데이터를 사용한다. 또한, 잡음 억제 기능이 있는 시간 지연 신경망은 과거 활동을 나타내는 tapped delay lines 때문에 유한 임펄스 응답(FIR) 네트워크라고 불린다. 항행 위성의 본질적 역학을 나타내거나 혹은 내비게이션 신호 경로 내 비선형성을 나타내는, 내비게이션 측정값상의 불규칙성은, 과거 기간을 미래에 매핑(mapping)시켜 포착할 수 있다. 시간 지연 신경망은 추후 일반적인 RAIM을 통해 검정통계량의 시계열과 결합될 수 있다.Time-delay neural networks use historical data for the purpose of predicting future values by finding a process model that empirically matches historical data. In addition, time-delayed neural networks with noise suppression are called finite impulse response (FIR) networks because of tapped delay lines representing past activity. Irregularities in navigation measurements, which indicate the intrinsic dynamics of a navigating satellite or nonlinearity in the navigation signal path, can be captured by mapping past periods into the future. The time-delay neural network can be combined with a time series of test statistics through general RAIM.

도 4를 참고하면, 무결성 감시를 위해 제안된 접근방식의 전반적인 모식도를 나타낸 것이다. 수신된 내비게이션 신호 역학(검정통계량상 시계열

Figure pat00047
)이 네트워크 입력에 머물게 하기 위해서, 아래의 수학식 11과 같이 검정통계량(표준 RAIM으로 계산된 잔차 범위 오차의 제곱합을 기반으로 하는)이 시간 지연된 형태로 변경될 수 있다.Referring to Figure 4, it shows the overall schematic of the proposed approach for integrity monitoring. Navigation signal dynamics received (time series on black statistics)
Figure pat00047
In order to keep) on the network input, the test statistic (based on the sum of squares of the residual range error calculated by the standard RAIM) may be changed to a time delayed form as in Equation 11 below.

수학식 11:Equation 11:

Figure pat00048
Figure pat00048

수학식 11에서,

Figure pat00049
는 네트워크 출력이며(
Figure pat00050
의 estimated quantity를 나타내는), M은 tapped delay lines의 개수이다. 신경 지연 신경망을 학습하면, 새로이 제안된 검정통계량이 생성되며, 이는 다음의 수학식 12와 같다.In Equation 11,
Figure pat00049
Is the network output (
Figure pat00050
M, which represents the estimated quantity of, is the number of tapped delay lines. When the neural delay neural network is learned, a newly proposed test statistic is generated, as shown in Equation 12 below.

수학식 12:Equation 12:

Figure pat00051
Figure pat00051

수학식 12에서,

Figure pat00052
는 GNSS 위성이 정상 상태에 있을 때 획득된 오프라인 의사거리에 기초하여 전파된 입력 신호가 형성되는 TDNN의 추정 출력이고,
Figure pat00053
은 온라인 의사 거리로 추정된 출력이다. In Equation 12,
Figure pat00052
Is the estimated output of the TDNN where the propagated input signal is formed based on the offline pseudorange obtained when the GNSS satellite is in a steady state,
Figure pat00053
Is the output estimated by the online pseudorange.

GNSS 위성이 정상 상태에 있을 때, 오프라인 의사 거리(pseudo-range)를 획득할 수 있다(410). 또한, GNSS 위성의 온라인 의사 거리를 획득할 수 있다(420). 획득된 오프라인 의사 거리에 기초하여 통계검정량을 계산할 수 있고(411), 획득된 온라인 의사 거리에 기초하여 통계검정량을 계산할 수 있다(421). 획득된 오프라인 의사 거리에 기초하여 전파된 입력 신호가 형성되는 시간 지연 신경망의 추정 출력(412)과 획득된 온라인 의사 거리에 기초하여 전파된 입력 신호가 형성되는 시간 지연 신경망의 추정 출력(422)을 비교할 수 있다(430). 이 접근법은 출력이 변칙행동에 의해 오염된 경우,

Figure pat00054
(평소 상태를 나타내는)와
Figure pat00055
사이 차이에 즉각적으로 반응한다(430). 계산된 차이의 피크값은 경보를 울리는 데 사용된다. 강화된 불일치는 경보 메시지를 활성화시킨다(440). When the GNSS satellite is in a normal state, an offline pseudo-range may be acquired (410). In addition, it is possible to obtain an online pseudorange of the GNSS satellite (420). A statistical test amount may be calculated based on the obtained offline pseudo distance (411), and a statistical test amount may be calculated based on the obtained online pseudo distance (421). The estimated output 412 of the time-delayed neural network in which the propagated input signal is formed based on the obtained offline pseudo-range and the estimated output 422 of the time-delayed neural network in which the propagated input signal is formed based on the obtained on-line pseudo-distance. It can be compared (430). This approach allows the output to be contaminated by anomalous behavior,
Figure pat00054
(Indicating the usual state) and
Figure pat00055
Immediately respond to the difference between (430). The peak value of the calculated difference is used to sound the alarm. The enhanced discrepancy activates an alert message (440).

감지 임계점은 일반적으로

Figure pat00056
검정통계량의 평균과 표준편차를 통해 획득되며, 이는 수학식 12을 통하여 구할 수 있다. The detection threshold is usually
Figure pat00056
Obtained through the mean and standard deviation of the test statistic, which can be obtained through Equation (12).

수학식 13:Equation 13:

Figure pat00057
Figure pat00057

수학식 13에서,

Figure pat00058
Figure pat00059
는 각각
Figure pat00060
의 평균과 표준편차이다.
Figure pat00061
는 요구되는 조건 하 무결성 감지 가능성을 만족시키기 위해 사용되는 multiplier(CAT-I operation상 지상기반 보강시스템(GBAS)을 지원하는 code-carrier divergence monitors의 경우, 이 값은 1 x 10-8)이다. 표준편차의 부풀려진 값인, 팽창 인자(
Figure pat00062
)는 연속성의 위험을 피하기 위해 true error분포를 overbound한다.In Equation 13,
Figure pat00058
and
Figure pat00059
Each
Figure pat00060
Is the mean and standard deviation of.
Figure pat00061
Is 1 x 10 -8 for multipliers (code-carrier divergence monitors supporting ground-based reinforcement systems in CAT-I operation) that are used to satisfy the possibility of integrity detection under required conditions. Expansion factor, the inflated value of the standard deviation (
Figure pat00062
) Overbound the true error distribution to avoid the risk of continuity.

정리하자면, 수학식 13에서 검정통계량의 역할은

Figure pat00063
Figure pat00064
의 estimated quantity간 차이를 측정하는 것이다. 이러한 측정은 GNSS 변칙행동 관련 가정에 기초한 추정의 일관성을 변경한다. 이후, 수학식 13의 검정통계량을 수학식 3에서 설명한 임계값과 비교하여 경보를 발생시켜야 하는지 여부를 확인할 수 있다.In summary, in Equation 13, the role of the test statistic is
Figure pat00063
Wow
Figure pat00064
It is to measure the difference between the estimated quantities of. These measures change the consistency of the estimates based on assumptions related to GNSS anomalous behavior. Thereafter, it is possible to determine whether an alarm should be generated by comparing the test statistic of Equation 13 with the threshold described in Equation 3.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The device described above may be implemented with hardware components, software components, and/or combinations of hardware components and software components. For example, the devices and components described in the embodiments may include, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors (micro signal processors), microcomputers, field programmable gate arrays (FPGAs). , A programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions, may be implemented using one or more general purpose computers or special purpose computers. The processing device may run an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. In addition, the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For convenience of understanding, a processing device may be described as one being used, but a person having ordinary skill in the art, the processing device may include a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or a processor and a controller. In addition, other processing configurations, such as parallel processors, are possible.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instruction, or a combination of one or more of these, and configure the processing device to operate as desired, or process independently or collectively You can command the device. Software and/or data may be interpreted by a processing device, or to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. Can be embodied in The software may be distributed on networked computer systems, and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, or the like alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and constructed for the embodiments or may be known and usable by those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc., as well as machine language codes made by a compiler.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by a limited embodiment and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form from the described method, or other components Alternatively, even if replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (10)

무결성 감시 방법에 있어서,
수신기 자동 무결성 감시(Receiver Autonomous Integrity Monitoring)를 통해 GNSS(Global Navigation Satellite System) 신호에 대하여 계산된 검정통계량을 활용하여 시간 지연 신경망(Time-Delay Neural Networks) 기반의 모델을 생성하는 단계; 및
상기 생성된 모델을 통하여 수신된 GNSS 신호를 학습함에 따라 GNSS 의 변칙행동을 감지하는 단계
를 포함하는 무결성 감시 방법.
In the integrity monitoring method,
Generating a time-delay neural network-based model using a calculated test statistic for a Global Navigation Satellite System (GNSS) signal through Receiver Autonomous Integrity Monitoring; And
Detecting anomalous behavior of the GNSS as learning the GNSS signal received through the generated model
Integrity monitoring method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 시간 지연 신경망(Time-Delay Neural Networks) 기반의 모델을 생성하는 단계는,
무결성 감시를 수행하는 RAIM의 GNSS 중복 측정에 대한 자기-일관성을 수령화(quantifying)함에 따른 검정통계량을 잔차 거리 오차 제곱합에 기반한 수학식 1을 통하여 계산하는 단계
수학식 1:
Figure pat00065

를 포함하는 무결성 감시 방법.
According to claim 1,
The step of generating a model based on the time-delay neural networks,
Calculating a test statistic according to the sum of squared residual distance errors by quantifying self-consistency for RAIM GNSS overlap measurement that performs integrity monitoring through Equation 1
Equation 1:
Figure pat00065

Integrity monitoring method comprising a.
제2항에 있어서,
상기 시간 지연 신경망(Time-Delay Neural Networks) 기반의 모델을 생성하는 단계는,
상기 모델에 시간 정보를 저장하기 위한 피드포워드(feedforward) 방향 지연 요소 기반 비반복적 구조와 지연 피드백(feedback)이 있는 반복적 구조를 적용하는 단계
를 포함하는 무결성 감시 방법.
According to claim 2,
The step of generating a model based on the time-delay neural networks,
Applying a non-repetitive structure based on a feedforward direction delay element and a repetitive structure with delayed feedback to store time information in the model
Integrity monitoring method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 시간 지연 신경망(Time-Delay Neural Networks) 기반의 모델을 생성하는 단계는,
기 설정된 기준 이상의 시간 의존성을 학습하기 위한 검정통계량(metric)의 변화를 통한 GNSS의 변칙행동을 포착하기 위하여 시간 지연 신경망 기반의 모델을 채택하는 단계
를 포함하는 무결성 감시 방법.
According to claim 1,
The step of generating a model based on the time-delay neural networks,
Adopting a time-delay neural network-based model to capture anomalous behavior of GNSS through a change in the test metric to learn time dependence beyond a predetermined criterion
Integrity monitoring method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 GNSS 의 변칙행동을 감지하는 단계는,
상기 수신된 GNSS 신호를 통해 계산된 잔차 범위로서 불규칙한 시퀀스로 표현되는 결합 특성에 대한 정보를 추출하는 단계
를 포함하는 GNSS무결성 감시 방법.
According to claim 1,
The step of detecting anomalous behavior of the GNSS,
Extracting information on the coupling characteristic expressed in an irregular sequence as a residual range calculated through the received GNSS signal.
GNSS integrity monitoring method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 GNSS 의 변칙행동을 감지하는 단계는,
상기 수신된 GNSS 신호의 검정통계량상 시계열이 상기 시간 지연 신경망의 입력에 머물게 하기 위하여 표준 RAIM으로 계산된 잔차 범위 오차의 제곱합을 기반으로 하는 검정통계량을 시간 지연된 형태로 변경하는 단계
를 포함하는 무결성 감시 방법.
According to claim 1,
The step of detecting anomalous behavior of the GNSS,
Changing the test statistic based on the sum of squares of the residual range error calculated by standard RAIM in a time delayed form so that the time series in the received statistic of the GNSS signal stays at the input of the time lag neural network.
Integrity monitoring method comprising a.
제6항에 있어서,
상기 GNSS 의 변칙행동을 감지하는 단계는,
상기 시간 지연 신경망을 학습함에 따른 결과로서 새롭게 제안된 검정통계량을 생성하는 단계
를 포함하는 무결성 감시 방법.
The method of claim 6,
The step of detecting anomalous behavior of the GNSS,
Generating a newly proposed test statistic as a result of learning the time delay neural network
Integrity monitoring method comprising a.
제6항에 있어서,
상기 GNSS 의 변칙행동을 감지하는 단계는,
상기 새롭게 제안된 검정통계랑의 시계열의 연관성을 통한 오프라인 의사 거리 기반의 추정 출력과 온라인 의사 거리 기반의 추정 출력간의 차이를 측정한 후, 상기 새롭게 제안된 검정통계량을 수학식 1의 임계값과 비교하여 경보의 발생 여부를 확인하는 단계
를 포함하는 무결성 감시 방법.
The method of claim 6,
The step of detecting anomalous behavior of the GNSS,
After measuring the difference between the offline pseudo-distance-based estimation output and the online pseudo-distance-based estimation output through the correlation of the time series of the newly proposed test statistic, the newly proposed test statistic is compared with the threshold of Equation (1). To check whether an alarm has occurred
Integrity monitoring method comprising a.
제8항에 있어서,
상기 GNSS 의 변칙행동을 감지하는 단계는,
GNSS가 정상 상태에 존재할 때 획득된 오프라인 의사 거리에 기초하여 상기 수신된 GNSS 신호를 시간 지연 신경망을 학습함에 따라 추정된 출력과 온라인 의사 거리에 기초하여 추정된 출력 간의 차이에 기초하여 경보를 발생시키는 단계
를 포함하는 무결성 감시 방법.
The method of claim 8,
The step of detecting anomalous behavior of the GNSS,
When the GNSS is in a steady state, an alarm is generated based on a difference between an estimated power and an estimated power based on the online pseudo distance as the received GNSS signal is trained on a time delay neural network based on the offline pseudo distance obtained. step
Integrity monitoring method comprising a.
무결성 감시 시스템에 있어서,
수신기 자동 무결성 감시(Receiver Autonomous Integrity Monitoring)를 통해 GNSS(Global Navigation Satellite System) 신호에 대하여 계산된 검정통계량을 활용하여 시간 지연 신경망(Time-Delay Neural Networks) 기반의 모델을 생성하는 모델 생성부; 및
상기 생성된 모델을 통하여 수신된 GNSS 신호를 학습함에 따라 GNSS 의 변칙행동을 감지하는 감지부
를 포함하는 무결성 감시 시스템.
In the integrity monitoring system,
A model generator for generating a time-delay neural network-based model by using a calculated test statistic for a Global Navigation Satellite System (GNSS) signal through Receiver Autonomous Integrity Monitoring; And
As a part of learning the GNSS signal received through the generated model, a detector for detecting anomalous behavior of the GNSS
Integrity monitoring system comprising a.
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