KR20210006954A - 정밀 단독 측위 및 실시간 키네마틱 조합(ppp-rtk)의 측위 방법 및 설비 - Google Patents

정밀 단독 측위 및 실시간 키네마틱 조합(ppp-rtk)의 측위 방법 및 설비 Download PDF

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Abstract

정밀 단독 측위 및 실시간 키네마틱 조합PPP-RTK 측위 방법을 개시하고, 해당 방법은 멀티 시스템 항법 위성 및 저궤도 군집 위성에서 브로드캐스팅하는 직발송 신호가 검출되면, 최초 관측 데이터를 확정하는 단계, 상기 저궤도 군집 위성에서 브로드캐스팅하는 항법 위성 강화 정보 및 저궤도 위성의 정밀 궤도 및 정밀 클록 오프셋을 수신하는 단계, 상기 항법 위성 강화 정보, 상기 저궤도 위성의 정밀 궤도 및 상기 정밀 클록 오프셋 및 최초 관측 데이터를 이용하여 정밀 단독 측위를 진행하는 단계, 또는 지반 강화 종합 오차 보정 정보가 수신되면, 상기 항법 위성 강화 정보, 상기 저궤도 위성의 정밀 궤도 및 상기 정밀 클록 오프셋, 상기 최초 관측 데이터 및 상기 지반 강화 종합 오차 보정 정보를 이용하여 지반 강화 정밀 단독 측위를 진행하는 단계를 포함한다.

Description

정밀 단독 측위 및 실시간 키네마틱 조합(PPP-RTK)의 측위 방법 및 설비
본 출원은 2018년 06월 04일자로 중국 특허청에 제출한 출원 번호가 201810564952.4인 중국 특허 출원의 우선권을 주장하고, 해당 출원의 모든 내용은 참조로 본 출원에 원용된다.
본 출원은 위성 항법 기술에 관한 것이고, 예를 들어 정밀 단독 측위 및 실시간 키네마틱 조합(PPP-RTK)의 측위 방법 및 설비에 관한 것이다.
항법 위성 정밀 단독 측위(Precise Point Position, PPP)의 초기화 및 중단 후 다시 초기화에 비교적 긴 시간(30분간 이상)이 필요하기에 이는 해당 기술의 쾌속 및 실시간 키네마틱 고정확도 분야 응용을 제한하는 주요소가 되고 있다. 초기화 시간을 단축하고, 측위 정확도를 향상시키기 위해, 최근 모호 정수 결정 기술이 제안 및 발전되었고, 글로벌 모니터링 네트워크 실시간 전산 및 위성 위상 소수 편차 보정수의 발표를 통해, 유저는 편차 보정수를 응용하여 무차 모호성(Undifferenced Ambiguity)의 정수 특성을 회복하고, 나아가서 관련 성숙된 기술을 적용하여 모호 정수를 결정하고 있다. 연구에 따르면, 모호 정수 결정 전산 기술은 PPP의 초기화 시간을 20분간 좌우로 단축할 수 있다.
대기 지연 오차가 초기화에 미치는 영향을 줄이기 위해, 대기 지연 제약을 고려한 PPP측위 방법을 제안하는 학자들도 있고, 전리층 모델을 이용하여 생성한 지연량을 관측 제약 정보로 하여 전산 성능을 개선함으로써, 초기화 시간은 15분간으로 더 단축될 수 있으나, 여전히 고정확도 실시간 측위 요구를 만족시킬 수 없다. 수렴 시간을 줄이기 위해, 현재 주로 지반 강화 시스템을 통해 무차 종합 보정 정보를 브로드캐스팅하는 방식으로 이동역 위치에 상응된 오차를 보정함으로써, 모호성 파라미터와 위치 파라미터의 쾌속 분리를 실현하고, 여러 이포크(epoch)에서 모호성 파라미터를 결정할 수 있으나, 지반 모니터링 네트워크 스테이션 배치 밀도에 대한 요구가 비교적 높아, 흔히 로우 동적 유저(dynamic user)에 적용된다.
본 출원은 정밀 단독 측위 및 실시간 키네마틱 조합(Precise Point Position - Real-Time Kinematic, PPP-RTK)의 측위 방법 및 설비을 제안하고, 저궤도 위성이 쾌속으로 이동하는 특성을 이용하여 항법 신호를 브로드캐스팅하는 동시에 멀티 시스템을 이용하여 항법 위성 관측 수량을 증가하여, 유저 관측 공간 기하학적 구조를 종합적으로 개선하고, 지반 강화 모니터링 네트워크를 구비하는 지역에서, 구역 종합 오차 정보를 이용하여 유저 관측 오차를 보정하여, 유저 정밀 측위 초기화 시간을 줄이며, 통일 모델을 통해 저궤도 군집 위성 항법 강화 시스템을 기반으로 하는 PPP 및 실시간 키네마틱(Real-Time Kinematic, RTK) 서비스의 끊김없는 핸드오프를 실현한다.
본 출원에서 제공하는 저궤도 군집 위성 항법 강화 시스템을 기반으로 하는 PPP-RTK 측위 방법은 단계 S11, 단계 S12 및 단계 S13(또는 단계 S13')을 포함한다.
단계 S11에서, 멀티 시스템 항법 위성 및 저궤도 군집 위성에서 브로드캐스팅하는 직발송 신호가 검출되면, 최초 관측 데이터를 확정한다.
단계 S12에서, 저궤도 군집 위성에서 브로드캐스팅하는 항법 위성 강화 정보 및 저궤도 위성의 정밀 궤도 및 정밀 클록 오프셋을 수신한다.
단계 S13에서, 항법 위성 강화 정보, 저궤도 위성의 정밀 궤도 및 정밀 클록 오프셋 및 최초 관측 데이터를 이용하여, 정밀 단독 측위를 진행한다.
단계 S13'에서, 지반 강화 종합 오차 보정 정보가 수신되면, 항법 위성 강화 정보, 저궤도 위성의 정밀 궤도 및 정밀 클록 오프셋, 최초 관측 데이터 및 지반 강화 종합 오차 보정 정보를 이용하여 지반 강화 정밀 단독 측위를 진행한다.
일 실시예에서, 상기 멀티 시스템 항법 위성 및 저궤도 군집 위성에서 브로드캐스팅하는 직발송 신호가 검출되면, 최초 관측 데이터를 확정하는 단계는 멀티 시스템 항법 위성 및 저궤도 군집 위성에서 브로드캐스팅하는 직발송 신호가 검출되면, 상기 직발송 신호를 추적하고, 추적 시간을 확정하는 단계 및 상기 추적 시간이 예정 시간보다 길 경우, 상기 직발송 신호를 계측하여, 최초 관측 데이터를 확정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 항법 위성은 미국 글로벌 포지셔닝 시스템(Global Positioning System, GPS), 중국 북두, 유럽 연합 갈릴레이, 러시아 글로벌 위성 항법 시스템 (GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM, GLONASS) 중 적어도 하나를 포함한다.
일 실시예에서, 항법 위성 강화 정보 항법 위성 강화 정보는 항법 위성의 정밀 궤도 및 클록 오프셋, 항법 위성 위상 소수 편차 보정수, 저궤도 위성 위상 소수 편차 보정수 및 전리층 모델 파라미터 정보 중 적어도 하나를 포함한다.
일 실시예에서, 최초 관측 데이터는 항법 위성 및 저궤도 위성 의사 거리 관측 데이터, 항법 위성 및 저궤도 위성 반송파 위상 관측 데이터 및 항법 위성 및 저궤도 위성 도플러 관측 데이터 중 적어도 하나를 포함한다.
일 실시예에서, 정밀 단독 측위의 처리 모드는 저궤도 위성 강화 모호성 플로트 솔루션 모드 및 저궤도 위성 강화 모호성 결정 전산 모드 중 적어도 하나를 포함한다.
일 실시예에서, 지반 강화 종합 오차 보정 정보는 무차 의사 거리 관측 종합 오차 및 무차 반송파 위상 관측 종합 오차 중 적어도 하나를 포함한다.
본 출원의 실시예는
적어도 하나의 프로세서 및
상기 적어도 하나의 프로세서에 통신 연결되는 메모리를 포함하고,
여기서, 상기 메모리에 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행 가능한 명령이 저장되어 있고, 상기 명령은 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되며, 상술한 어느 한 항에 기재된 방법을 실현하는 설비를 제공한다.
본 출원의 실시예는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 제공하고, 상기 저장 매체는 저장되어 있는 프로그램을 포함하며, 상기 프로그램이 작동될 때 상술한 어느 한 항에 기재된 정밀 단독 측위 및 실시간 키네마틱 조합의 방법을 실행한다.
본 출원의 실시예는 프로그램을 작동하도록 설정되는 프로세서를 제공하고, 상기 프로그램 작동 시 상술한 적어도 어느 한 항에 기재된 정밀 단독 측위 및 실시간 키네마틱 조합의 방법을 실행한다.
본 출원에서 제공하는 저궤도 군집 위성 항법 강화 시스템을 기반으로 하는 PPP-RTK 측위 방법은, 지반 강화 모니터링 네트워크를 구비하는 지역에서 및 글로벌 다른 지역 사이에서 끊김없는 핸드오프가 가능하고, 통일된 정밀 단독 측위 모드를 적용하여전산 계산을 진행한다. 지반 강화 모니터링 네트워크를 구비하는 지역에서 실시간 초기화를 실현하고, 심지어 단일 이포크 초기화를 실현하며, 측위 정확도가 센티미터급이고, 전 세계적 다른 지역에서 실시간에 가까운 초기화를 실현하고, 측위 정확도가 데시미터급 심지어 센티미터급에 달한다.
본 출원에서 제공하는 저궤도 군집 위성 항법 강화 시스템을 기반으로 하는 PPP-RTK 측위 방법은 전 세계적으로 실시간에 가까운 정밀 측위, 속도 측정 및 시보 결과를 획득할 수 있고, 지반 강화 구역에서 실시간 센티미터급 측위, 속도 측정 및 시보 결과를 획득할 수 있으며, 지반 강화 구역 및 비지반 강화 글로벌 구역 사이에서 끊김없는 핸드오프를 진행할 수 있다.
이하 바람직한 실시형태의 상세한 설명을 통해, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 여러 장점 및 이점을 명백하게 이해한다. 첨부 도면은 단 바람직한 실시형태를 보여주기 위한 목적으로 사용되는 것이고, 본 출원에 대해 한정하는 것으로 간주해서는 아니된다. 첨부 도면 전반에서, 동일한 참조 부호는 동일한 부품을 나타낸다. 첨부 도면에서,
도 1은 본 출원의 실시예에 따른 저궤도 군집 위성 항법 강화 시스템을 기반으로 하는 PPP-RTK 측위 방법의 방법 흐름도를 보여준다.
도 2는 본 출원의 실시예에 따른 저궤도 군집 위성 항법 강화 시스템을 기반으로 하는 PPP-RTK 측위 방법의 실현 원리 개략도를 보여준다.
도 3은 본 출원의 다른 실시예에 따른 저궤도 군집 위성 항법 강화 시스템을 기반으로 하는 PPP-RTK 측위의 구체적 방법 흐름도를 보여준다.
도 4는 본 출원의 실시예에서 제공하는 설비의 구조 블록도를 보여준다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 출원의 예시적 실시예를 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 첨부 도면에서 본 개시의 예시적인 실시예를 보여주고, 여러 형식으로 본 출원을 실시할 수 있으며, 여기서 서술한 실시예에 의해 한정되는 것으로 이해해서는 안된다. 반대로, 이러한 실시예는 본 개시를 더욱 명백하게 이해하도록 하고, 본 출원의 범위를 완전하게 본 기술 분야의 기술자에게 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다.
도 1은 본 출원의 실시예에 따른 저궤도 군집 위성 항법 강화 시스템을 기반으로 하는 PPP-RTK 측위 방법의 방법 흐름도를 보여준다. 도 1을 참조하여, 본 출원의 실시예에서 제공하는 저궤도 군집 위성 항법 강화 시스템을 기반으로 하는 PPP-RTK 측위 방법은 이하의 단계 S11, 단계 S12 및 단계 S13(또는 단계 S13')을 포함한다.
단계 S11에서, 멀티 시스템 항법 위성 및 저궤도 군집 위성에서 브로드캐스팅하는 직발송 신호가 검측되면, 최초 관측 데이터를 확정한다.
단계 S12에서, 저궤도 군집 위성에서 브로드캐스팅하는 항법 위성 강화 정보, 저궤도 위성의 정밀 궤도 및 정밀 클록 오프셋을 수신한다.
단계 S13에서, 항법 위성 강화 정보, 저궤도 위성의 정밀 궤도, 정밀 클록 오프셋 및 최초 관측 데이터를 이용하여 정밀 단독 측위를 진행한다.
단계 S13'에서, 지반 강화 종합 오차 보정 정보가 수신되면, 항법 위성 강화 정보, 저궤도 위성의 정밀 궤도 및 정밀 클록 오프셋, 최초 관측 데이터 및 지반 강화 종합 오차 보정 정보를 이용하여 지반 강화의 정밀 단독 측위를 진행한다.
본 출원의 실시예에서 제공하는 PPP-RTK 측위 방법에 있어서, 저궤도 위성이 쾌속으로 이동하는 특성을 이용하여 항법 신호를 브로드캐스팅하고, 동시에 멀티 시스템을 이용하여 항법 위성 관측 수량을 증가하여, 유저 관측 공간 기하학적 구조를 종합적으로 개선하고, 글로벌 범위에서 실시간에 가까운 초기화를 실현할 수 있다.
일 실시예에서, 지반 강화 모니터링 네트워크를 구비하는 지역에서, 해당 방법은 지면 강화 모니터링 네트워크 스테이션 배치 밀도를 효과적으로 줄이고, 현재 구역의 전리층, 대류권 등 종합 오차 정보를 수신하는 것을 통해 유저 관측 오차를 보정하며, 통일된 PPP 계산 처리 모드에서, 실시간 초기화를 실현할 수 있다.
도 2는 본 출원의 실시예에 따른 PPP-RTK 측위 방법의 실현 원리 개략도를 보여준다. 그 처리 과정은 도 3에 나타낸 바와 같고, 단계 201 내지 단계 210을 포함한다.
단계 201에서, 멀티 시스템 항법 위성 및 저궤도 군집 위성에서 브로드캐스팅하는 항법 직발송 신호를 수신하고, 직발송 신호를 포획, 추적한다.
단계 202에서, 각 이포크에서, 항법 직발송 신호에 대해 계측하여, 의사 거리, 반송파 위상 및 도플러 관측 데이터를 생성한다.
단계 203에서, 신호의 안정적인 추적 전제하에, 저궤도 위성 직발송 신호 메시지 파라미터를 복조하여, 항법 위성 강화 정보 및 저궤도 위성의 정밀 궤도, 클록 오프셋을 획득하고, 여기서 항법 위성 강화 정보는 항법 위성의 정밀 궤도, 클록 오프셋, 위상 소수 편차 및 글로벌 전리층 모델 파라미터를 포함한다.
다시 말해서, 상기 멀티 시스템 항법 위성 및 저궤도 군집 위성에서 브로드캐스팅하는 직발송 신호가 검출되면, 최초 관측 데이터를 확정하는 단계는 멀티 시스템 항법 위성 및 저궤도 군집 위성에서 브로드캐스팅하는 직발송 신호가 검출되면, 상기 직발송 신호를 추적하여, 추적 시간(duration)을 확정하는 단계 및 상기 추적 시간이 예정 시간보다 길 경우, 상기 직발송 신호를 계측하여, 최초 관측 데이터를 확정하는 단계를 포함한다.
단계 204에서, 최초 관측 데이터를 이용하여 관측 방정식을 세우고, 하나의 위성 항법 시스템을 기준으로, 다른 위성 항법 시스템 및 저궤도 위성 관측 데이터에 대해 정규화 처리를 진행하여, 통일 시간 기준 관측 방정식을 얻는다.
단계 206에서, 비지반 강화 구역에 위치할 경우, 항법 위성 강화 정보 및 저궤도 위성의 정밀 궤도, 클록 오프셋을 이용하여 관측 보정을 진행한다.
단계 207에서, 지반 강화 구역에 위치할 경우, 통신 링크를 통해 지반 모니터링 네트워크에서 브로드캐스팅한 무차 종합 보정 정보를 수신한다.
단계 208에서, 무차 종합 보정 정보를 수신하여 각 항법 위성 및 저궤도 위성에 대한 유저의 대략 위치의 오차 보정 파라미터를 산출한다.
단계 209에서, 항법 위성 강화 정보 및 저궤도 위성의 정밀 궤도, 클록 오프셋 및 상술한 산출된 오차 보정 파라미터를 이용하여 관측 데이터 보정을 진행한다.
단계 210에서, 정밀 단독 측위 모드를 이용하여 측위 처리를 진행하여, 저궤도 군집 위성 항법 강화 시스템을 기반으로 하는 PPP-RTK 측위, 시보 및 속도 측정 결과 및 반송파 위상 모호성 파라미터 등을 얻는다.
본 출원에서 제공하는 PPP-RTK 측위 방법에 있어서, 저궤도 위성이 쾌속으로 이동하는 특성을 이용하여 항법 신호를 브로드캐스팅하는 동시에 멀티 시스템을 이용하여 항법 위성 관측 수량을 증가하여, 유저 관측 공간 기하학적 구조를 종합적으로 개선하고, 전 세계적으로 실시간에 가까운 정밀 측위, 속도 측정 및 시보 결과를 획득할 수 있고, 지반 강화 구역에서 실시간 센티미터급 측위, 속도 측정 및 시보 결과를 획득할 수 있으며, 지반 강화 구역과 비지반 강화 글로벌 구역 사이에서 끊김없는 핸드오프를 진행할 수 있다.
이하 하나의 구체적인 실시예를 통해 본 출원의 기술 방안을 상세하게 설명하도록 한다.
글로벌 구역에서 저궤도 군집 위성 항법 강화 시스템을 기반으로 하는 쾌속 PPP 처리의 주요 과정은 이하와 같다.
(1) 최초 관측 데이터를 이용하여 관측 방정식을 구축한다
수신기를 통해 항법 신호를 수신하여 생성하는 최초 관측 데이터는 멀티 군집 위성 멀티 주파수 포인트 의사 거리, 반송파 위상 및 도플러 관측 데이터를 포함하고, 그 중 의사 거리 및 반송파 위상 관측 방정식은 이하와 같이 표시할 수 있다.
Figure pct00001
(1)
Figure pct00002
(2)
식에서,
Figure pct00003
: 위성 항법 시스템 및 저궤도 강화 시스템을 표시하고,
Figure pct00004
: 신호 주파수 표식을 표시하며,
Figure pct00005
,
Figure pct00006
: 각각 수신기 및 위성 표식을 표시하며,
Figure pct00007
: 각각 미터를 단위로 하는 의사 거리 및 반송파 위상 관측치이고,
Figure pct00008
: 위성에서 수신기까지의 기하학적 거리이며,
Figure pct00009
: 각각 수신기 및 위성 클록 오프셋이고,
Figure pct00010
: 대류권 지연이며,
Figure pct00011
: 주파수 1 상의 전리층 지연이고,
Figure pct00012
: 각각 수신기 및 위성의 의사 거리 하드웨어 채널 지연이고,
Figure pct00013
: 모호 정수이며,
Figure pct00014
: 각각 수신기 반송파 위상 채널 지연 및 초기 위상 편차이고,
Figure pct00015
: 각각 위성 반송파 위상 채널 지연 및 초기 위상 편차이며,
Figure pct00016
: 각각 의사 거리 및 반송파 위상 관측 중 모델링하지 않은 잔여 오차이다.
반송파 위상 채널 지연 및 초기 위상 편차를 분리시킬 수 없기에, 통상적으로 두개의 량을 합병하여, 미보정 하드웨어 지연으로 부르고, 수신기 및 위성단은 각각 이하와 같이 표시한다
Figure pct00017
(3)
Figure pct00018
(4)
따라서, 반송파 위상 관측 방정식은 이하와 같이 표시할 수 있다.
Figure pct00019
(5)
(2) 구조 무전리층 조합 관측치
더블 주파수 관측 데이터 구조를 이용하여 무전리층 조합 관측을 진행함으로써, 1차 전리층 지연 영향을 해소하여, 미지 파라미터를 줄이고, 구체적인 조합 모델은 이하와 같다:
Figure pct00020
(6)
Figure pct00021
Figure pct00022
(7)
여기서,
Figure pct00023
Figure pct00024
Figure pct00025
Figure pct00026
Figure pct00027
Figure pct00028
수신기단 의사 거리 하드웨어 지연이 수신기 클록 오프셋에 흡수되기에,
Figure pct00029
,
상기 식은 이하와 같이 변경된다.
Figure pct00030
(8)
Figure pct00031
(9)
멀티 시스템 관측 데이터 연합 처리 시, 수신기 클록 오프셋 파라미터가 수신기단 채널에서의 의사 거리 지연을 흡수하고, 채널 지연은 신호와 무관하기에, 다른 시스템은 다른 수신기 클록 오프셋(
Figure pct00032
)에 대응되고, 따라서 저궤도 위성 및 다른 위성 항법 시스템 대응 관측 방정식은 이하와 같이 변경할 수 있다.
Figure pct00033
(10)
Figure pct00034
(11)
Figure pct00035
(12)
Figure pct00036
(13)
여기서,
Figure pct00037
는 저궤도 위성에 대응되는 수신기 클록 오프셋이고,
Figure pct00038
는 각 항법 시스템에 대응되는 수신기 클록 오프셋이다. GLONASS는 주파수 분할 다중 접속 기술을 적용하기에, 서로 다른 주파수 위성 신호에 의해 생성되는 수신기 의사 거리 채널 지연은 서로 다르고, 따라서 서로 다른 수신기 클록 오프셋에 완전히 흡수되나, GLONASS 의사 거리 관측치에 비교적 작은 가중치를 부여할 경우, 이러한 채널 지연 차이는 잔여에 포함되는 것으로 간주할 수 있다. 따라서 관측 모델에서 이러한 변수는 다시 체현되지 않는다.
(3) 저궤도 위성에서 브로드캐스팅하는 항법 위성 강화 정보 및 모델을 이용하여 오차 보정을 진행한다
저궤도 위성에서 브로드캐스팅하는 강화 정보에서, 정밀 위성 궤도 제품은 모두 통일된 공간 좌표 참조 기준을 적용하고, 정밀 위성 클록 오프셋 제품은 통일된 시간 기준을 적용한다. 따라서, 관측 모델에 좌표 기준 또는 시간 기준이 통일되지 않은 문제가 존재하지 않는다. 동시에, 정밀 위성 클록 오프셋 제품은 전리층 프리 조합을 적용하여 관측치를 생성하고, 위성단 의사 거리 채널 지연이 포함된다.
또한, 대류권 지연은 통상적으로 건중량 및 습중량 두 부분으로 나눌 수 있다. 건중량은 모델을 통해 보정할 수 있고, 습중량은 추정 필요 파라미터(solve-for parameter)로서 추정할 수 있다. 추정 필요 파라미터(solve-for parameter)의 수량을 줄이기 위해, 사상 함수를 이용하여 천정 방향으로 경사지게 지연 투영하여 하나의 천정 습윤지연만 추정할 수 있다.
Figure pct00039
(14)
제공하는 항법 위성 강화 정보, 상대론적 효과, 지구 자전 및 안테나 위상 센터 등 모델을 이용하여 관측 방정식을 보정하고, 일부 미지 파라미터를 해소하는 동시에, 잔여 위성 궤도 및 클록 오프셋을 생략하여, 저궤도 위성 및 다른 위성 항법 시스템 대응 관측 방정식을 이하와 같이 변경한다.
Figure pct00040
(15)
Figure pct00041
(16)
Figure pct00042
(17)
Figure pct00043
(18)
여기서,
Figure pct00044
는 각각 저궤도 위성 및 다른 위성 항법 시스템에 대응되는 사상 함수이고,
Figure pct00045
는 대류권 천정 습윤지연이다.
(4) 관측 방정식 선형화을 진행한다
수신기 근사 위치에서 테일러 전개, 2차항(second-order term) 제거를 진행하여, 이하와 같이 선형화 관측 방정식을 얻는다.
Figure pct00046
(19)
Figure pct00047
(20)
Figure pct00048
(21)
Figure pct00049
(22)
여기서,
Figure pct00050
Figure pct00051
Figure pct00052
Figure pct00053
는 저궤도 위성 및 항법 위성의 정밀 궤도 좌표이고,
Figure pct00054
는 수신기 근사 위치이다. 따라서 관측 방정식은 이하와 같이 간략할 수 있다.
Figure pct00055
(23)
여기서,
Figure pct00056
는 관측 잔여이고,
Figure pct00057
는 계수 매트릭스(matrix of the coefficients)이며,
Figure pct00058
는 수신기 좌표 보정, 수신기 클록 오프셋, 대류권 천정 습윤지연, 반송파 위상 모호성을 포함하는 미지 벡터이고,
Figure pct00059
은 산출 벡터이다.
(5) 파라미터 추정 및 모호성 결정 처리를 진행한다
칼만(Kalman) 필터링을 이용하여 종합 PPP처리를 진행한다. 필터링에서, 적합한 관측치 랜덤 모델 및 상태 벡터 동적 모델을 제공하여야 한다. 랜덤 모델이 설명하는 것은 관측치의 통계 특성이고, 통상적으로 관측치의 분산 공분산 행렬로 표시한다. 관측 방정식으로부터 알 수 있다시피, 전리층 프리 조합 관측치은 최초 관측치의 선형 결합이고, 다른 주파수에서의 관측치가 서로 관련되지 않는다고 가정하면, 전리층 프리 조합 관측치의 초기 분산은 오차 전파의 법칙을 통해 산출하여 얻을 수 있다. 구체적인 분산은 초기 분산 및 위성 고도각의 함수로 정의할 수 있다. 다른 위성, 다른 시스템의 관측치가 서로 관련되지 않고, 다른 종류의 관측치 즉 의사 거리 및 위상 관측치가 서로 관련되지 않는다고 가정하면, 관측치의 분산 공분산 행렬을 얻을 수 있다.
상태 벡터의 동적 모델에 관련하여, 정적 수신기 좌표는 상수로 표시할 수 있고, 동적 수신기 좌표 및 수신기 클록 오프셋은 랜덤 유리 또는 1차 가우스-마르코프 과정으로 표시할 수 있으며, 대류권 천정 습윤지연은 랜덤 유리 과정을 표시할 수 있고, 반송파 위상 모호성 파라미터는 상수로 표시할 수 있어, 상태 방정식을 얻을 수 있다.
Figure pct00060
(24)
식에서,
Figure pct00061
는 추정하고자 하는 수신기 좌표 보정, 수신기 클록 오프셋 등 파라미터이고,
Figure pct00062
는 상태 전이 매트릭스이며,
Figure pct00063
는 상태 전이 노이즈이다. 종합 관측 방정식 및 상태 방정식은, 표준 Kalman필터링 과정을 응용하여 파라미터 추정을 진행할 수 있다. 여기서 위성 위상 편차 보정을 진행하지 않기에, 반송파 위상 모호성 플로트 솔루션(Float Solution) 결과만 얻는다. 추가적으로 저궤도 위성 강화 정보에 포함된 위성 위상 편차 보정을 이용하여 관측 방정식 보정을 진행하면, 모호성의 정수 특성을 회복할 수 있어, 모호성 결정을 실현하여, 반송파 위상 모호성 결정 솔루션 결과를 얻고, 추가로 초기화 시간을 단축하며, 측위, 속도 측정 및 시보 정확도를 향상시킨다.
저궤도 군집 위성 항법 직발송 신호 관측 데이터를 증가하여, 저궤도 위성의 쾌속 이동 특성이 유저 관측 기하학적 구조를 크게 향상시킴으로써, PPP 초기화 시간을 대폭 줄였다.
지반 강화 구역에서 저궤도 군집 위성 항법 강화를 기반으로 하는 PPP-RTK 처리 주요 과정은 이하와 같다.
지반 강화 구역에서, 모든 기준국은 삼각법(Delaunay) 방법을 이용하여 여러개의 삼각형 서브 네트워크로 구획되고, 무차 보정수를 기반으로 하는 네트워크 RTK방법에 따라 각각 각 서브 네크워크에 각각의 가시 위성의 종합 오차 보정 정보를 구축하고, 여기서 각각의 위성 방향을 포함하는 전리층, 대류권 및 위성에 관련된 채널 지연, 위성클록 오프셋, 위성 궤도 오차는 이하와 같이 표시된다.
Figure pct00064
(25)
Figure pct00065
(26)
Figure pct00066
,
Figure pct00067
은 각각 의사 거리 및 반송파 위상 종합 오차 보정 정보를 표시한다.
수신기는 대략 위치에 근거하여, 주변의 적어도 3개의 지반 강화 스테이션의 종합 오차 보정 정보에 대해 평면 피트 모델링을 진행하고, 삽입하여 얻은 로컬 오차 보정 정보를 이용하여, 유저의 의사 거리 및 반송파 위상 관측치를 정밀화한다. 보정을 거친 후 저궤도 위성 및 다른 위성 항법 시스템에 대응되는 관측 방정식은 이하와 같이 작성될 수 있다.
Figure pct00068
(27)
Figure pct00069
(28)
Figure pct00070
(29)
Figure pct00071
(30)
이때 방정식 중 미지 변수는 수신기 위치 좌표, 수신기 클록 오프셋, 수신기 채널 지연 및 반송파 위상 모호성 파라미터를 포함하고, 위성 간 단일 차분(역주: 위성 간데差)을 이용하여 추가로 수신기 클록 오프셋 및 채널 지연을 해소할 수 있기에, 상술한 선형화 처리 책략 및 파라미터 추정 방법을 이용하여 수신기 위치 추정 및 반송파 위상 모호성 결정을 진행할 수 있다.
저궤도 군집 위성 항법 직발송 신호 관측 데이터를 증가하여, 저궤도 위성의 쾌속 이동 특성으로 인해 유저 관측 기하학적 구조가 크게 향상되어, 동일 초기화 시간 및 측위 정확도 요구하에서 지면 강화 모니터링 네트워크 스테이션 배치 밀도를 대폭 줄일 수 있고, 모니터링 네트워크 건설 비용을 줄인다.
글로벌 구역 및 지반 강화 구역에서의 저궤도 군집 위성 강화 쾌속 속도 측정, 시보 산출 처리 과정 및 측위 처리 과정은 유사하기에 여기에서 중복된 서술을 생략한다.
본 출원의 실시예에서 제공하는 PPP-RTK 측위 방법에 있어서, 저궤도 위성에서 항법 직발송 신호를 브로드캐스팅하고, 저궤도 위성의 쾌속 이동 특성을 이용하여 유저 관측 공간 기하학적 구조를 종합적으로 개선하고, 유저 PPP 초기화 시간을 준실시간으로 단축할 수 있으며, 지반 강화 구역에서, 추가로 현재 구역의 종합 오차 정보를 수신하여, 유저 관측 오차를 보정하고, PPP에 통일된 산출 처리 모드를 적용하여, 초기화 시간을 추가로 실시간으로 단축한다. 해당 방법은 지면 강화 모니터링 네트워크 스테이션 배치 밀도를 효과적으로 줄일 수 있고, 통일된 모델로 저궤도 군집 위성 강화 멀티 시스템 PPP 및 RTK 서비스의 끊김없는 핸드오프를 실현한다.
도 4는 본 실시예에서 제공하는 설비의 구조 블록도이다. 본 실시예에서 제공하는 설비는 프로세서(processor)(401) 및 메모리(memory)(403)를 포함할 수 있고, 통신 인터페이스(Communications Interface)(402) 및 버스(404)를 더 포함한다. 여기서, 프로세서(401), 통신 인터페이스(402), 메모리(403)는 버스(404)를 통해 상호간의 통신을 완성할 수 있다. 통신 인터페이스(402)는 정보 전송에 사용될 수 있다. 프로세서(801)는 메모리(403) 중의 로직 명령을 호출하여, 상술한 실시예의 정밀 단독 측위 및 실시간 키네마틱 조합PPP-RTK의 측위 방법을 실행하도록 할 수 있고, 상기 방법은 멀티 시스템 항법 위성 및 저궤도 군집 위성에서 브로드캐스팅하는 직발송 신호가 검출되면, 최초 관측 데이터를 확정하는 단계, 상기 저궤도 군집 위성에서 브로드캐스팅하는 항법 위성 강화 정보 및 저궤도 위성의 정밀 궤도 및 정밀 클록 오프셋을 수신하는 단계, 상기 항법 위성 강화 정보, 상기 저궤도 위성의 정밀 궤도 및 상기 정밀 클록 오프셋 및 최초 관측 데이터를 이용하여 정밀 단독 측위를 진행하는 단계, 또는 지반 강화 종합 오차 보정 정보가 수신되면, 상기 항법 위성 강화 정보, 상기 저궤도 위성의 정밀 궤도 및 상기 정밀 클록 오프셋, 상기 최초 관측 데이터 및 상기 지반 강화 종합 오차 보정 정보를 이용하여 지반 강화 정밀 단독 측위를 진행하는 단계를 포함한다.
본 출원의 실시예는 저장된 프로그램을 포함하는 저장 매체를 더 제공하고, 여기서, 프로그램 작동 시 상술한 실시예에서 제공하는 방법을 실행하고, 상기 방법은
멀티 시스템 항법 위성 및 저궤도 군집 위성에서 브로드캐스팅하는 직발송 신호가 검출되면, 최초 관측 데이터를 확정하는 단계, 상기 저궤도 군집 위성에서 브로드캐스팅하는 항법 위성 강화 정보 및 저궤도 위성의 정밀 궤도 및 정밀 클록 오프셋을 수신하는 단계, 상기 항법 위성 강화 정보, 상기 저궤도 위성의 정밀 궤도 및 상기 정밀 클록 오프셋 및 최초 관측 데이터를 이용하여 정밀 단독 측위를 진행하는 단계, 또는 지반 강화 종합 오차 보정 정보가 수신되면, 상기 항법 위성 강화 정보, 상기 저궤도 위성의 정밀 궤도 및 상기 정밀 클록 오프셋, 상기 최초 관측 데이터 및 상기 지반 강화 종합 오차 보정 정보를 이용하여 지반 강화 정밀 단독 측위를 진행하는 단계를 포함한다.
본 출원은 프로그램을 작동하도록 설정되는 프로세서를 더 제공하고, 여기서, 상기 프로그램은 상기 프로세서에서 상술한 실시예에서 제공하는 방법을 실행하도록 설정되며, 상기 방법은
멀티 시스템 항법 위성 및 저궤도 군집 위성에서 브로드캐스팅하는 직발송 신호가 검출되면, 최초 관측 데이터를 확정하는 단계, 상기 저궤도 군집 위성에서 브로드캐스팅하는 항법 위성 강화 정보 및 저궤도 위성의 정밀 궤도 및 정밀 클록 오프셋을 수신하는 단계, 상기 항법 위성 강화 정보, 상기 저궤도 위성의 정밀 궤도 및 상기 정밀 클록 오프셋 및 최초 관측 데이터를 이용하여 정밀 단독 측위를 진행하는 단계, 또는 지반 강화 종합 오차 보정 정보가 수신되면, 상기 항법 위성 강화 정보, 상기 저궤도 위성의 정밀 궤도 및 상기 정밀 클록 오프셋, 상기 최초 관측 데이터 및 상기 지반 강화 종합 오차 보정 정보를 이용하여 지반 강화 정밀 단독 측위를 진행하는 단계를 포함한다.
이상의 실시형태의 서술을 통해, 본 기술 분야의 기술자는 여러 실시형태는 소프트웨어에 범용 하드웨어 플램폼을 추가하는 방식을 통해 실현할 수 있고, 물론 하드웨어를 통해 실현할 수 있는 것을 명백하게 이해할 수 있다. 이러한 이해에 기초하여, 상술한 기술 방안에서 본질적 또는 관련 기술에 대해 기여하는 부분은 소프트웨어 제품의 형태로 실현할 수 있고, 해당 컴퓨터 소프트웨어 제품은 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 예를 들어 읽기 전용 메모리(Read-Only Memory, ROM)/랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory, RAM), 자기디스크, 시디롬 등에 저정될 수 있고, 여러 명령을 포함하여, 하나의 컴퓨터 설비에서(개인 컴퓨터, 서버, 또는 네트워크 설비 등) 복수의 실시예 또는 실시예의 일부 부분에 기재된 방법을 실행하도록 한다.
그 외, 본 기술 분야의 기술자는 그 중 일부 실시예에 다른 실시예에 포함된 일부 특징을 포함하나 기타 특징을 포함하지 않더라도 다른 실시예의 특징의 조합은 본 출원의 범위 내에 있으며, 다른 실시예를 형성하는 것을 이해할 수 있다. 예를 들어 특허 청구 범위에서, 보호하고자 하는 실시예 중 어느 하나는 임의의 조합 방식으로 사용될 수 있다.
100: 항법 군집 위성
101: 북두 항법 위성
102: GPS 항법 위성
103: GLONASS 항법 위성
104: 기타 항법 시스템 위성
110: 저궤도 강화 군집 위성
111: 저궤도 위성
120: 항법 위성 항법 신호 및 저궤도 위성 항법 신호를 포함하는 항법 신호
130: 글로벌 지역
131: 저궤도 군집 위성 항법 강화 시스템을 기반으로 하는 PPP-RTK 측위 방법을 사용하는 항법 장치
140: 지반 강화 구역
141: 지반 강화 감시국
142: 지반 강화 정보 브로드캐스팅 설비

Claims (10)

  1. 정밀 단독 측위 및 실시간 키네마틱 조합(PPP-RTK)의 측위 방법에 있어서,
    멀티 시스템 항법 위성 및 저궤도 군집 위성에서 브로드캐스팅하는 직발송 신호가 검출되면, 최초 관측 데이터를 확정하는 단계,
    상기 저궤도 군집 위성에서 브로드캐스팅하는 항법 위성 강화 정보 및 저궤도 위성의 정밀 궤도 및 정밀 클록 오프셋을 수신하는 단계,
    상기 항법 위성 강화 정보, 상기 저궤도 위성의 정밀 궤도 및 상기 정밀 클록 오프셋 및 최초 관측 데이터를 이용하여 정밀 단독 측위를 진행하는 단계, 또는
    지반 강화 종합 오차 보정 정보가 수신되면, 상기 항법 위성 강화 정보, 상기 저궤도 위성의 정밀 궤도 및 상기 정밀 클록 오프셋, 상기 최초 관측 데이터 및 상기 지반 강화 종합 오차 보정 정보를 이용하여 지반 강화 정밀 단독 측위를 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 단독 측위 및 실시간 키네마틱 조합(PPP-RTK)의 측위 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 멀티 시스템 항법 위성 및 저궤도 군집 위성에서 브로드캐스팅하는 직발송 신호가 검출되면, 최초 관측 데이터를 확정하는 단계는,
    멀티 시스템 항법 위성 및 저궤도 군집 위성에서 브로드캐스팅하는 직발송 신호가 검출되면, 상기 직발송 신호를 추적하고, 추적 시간을 확정하는 단계, 및
    상기 추적 시간이 예정 시간보다 길 경우, 상기 직발송 신호를 계측하여, 최초 관측 데이터를 확정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 멀티 시스템 항법 위성은 미국 글로벌 포지셔닝 시스템 GPS, 중국 북두, 유럽 연합 갈릴레이, 러시아 글로벌 위성 항법 시스템 GLONASS 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서.
    상기 항법 위성 강화 정보는 항법 위성의 정밀 궤도 및 클록 오프셋, 항법 위성 위상 소수 편차 보정수, 저궤도 위성 위상 소수 편차 보정수 및 전리층 모델 파라미터 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 최초 관측 데이터는 항법 위성 및 저궤도 위성 의사 거리 관측 데이터, 항법 위성 및 저궤도 위성 반송파 위상 관측 데이터 및 항법 위성 및 저궤도 위성 도플러 관측 데이터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    정밀 단독 측위의 처리 모드는 저궤도 위성 강화 모호성 플로트 솔루션 모드 및 저궤도 위성 강화 모호성 결정 정산 모드 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    지반 강화 종합 오차 보정 정보는 무차 의사 거리 관측 종합 오차 및 무차 반송파 위상 관측 종합 오차 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 정밀 단독 측위 및 실시간 키네마틱 조합PPP-RTK의 측위 설비에 있어서,
    적어도 하나의 프로세서, 및
    상기 적어도 하나의 프로세서에 통신 연결되는 메모리를 포함하고,
    상기 메모리에 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행 가능한 명령이 저장되어 있고, 상기 명령은 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되며, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실현하는 것을 특징으로 하는 정밀 단독 측위 및 실시간 키네마틱 조합PPP-RTK의 측위 설비.
  9. 저장되어 있는 프로그램을 포함하고, 상기 프로그램이 작동될 때 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
  10. 프로그램을 작동하도록 설정되고, 상기 프로그램은 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 프로세서.
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