한국지역의 광역 위성항법 보강시스템 무결성 검사를 위한 UDRE 모니터링 알고리즘 분석 :Analysis of UDRE Monitoring Algorithm for Integrity Test of Satellite Based Augmentation System for Korean Region

박종근

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박종근 (건국대학교, 건국대학교 대학원)

지도교수: 이영재

발행연도: 2014

저작권: 건국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수4

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2015

한국형 위성항법시스템의 UDRE 모니터링 분석

박종근 , 안종선 , 허문범 외 4명 한국항공우주학회지 2015.02 학술저널

2014

한국지역의 광역 위성항법 보강시스템 무결성 검사를 위한 UDRE 모니터링 알고리즘 분석

박종근 항공우주정보시스템공학과 2014.01 학위논문

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위성항법시스템은 (GNSS : Global Navigation Satellite System)은 4대 이상의 위성의 거리정보를 이용하여 다수의 사용자의 위치를 예측하는 항법시스템이다. 세계의 여러 나라에서는 지금 위성항법시스템의 연구 개발을 통해 자체적으로 운영하고 있으며 대표적인 시스템으로는 미국의 GPS (Global Positioning System), 러시아의 GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System), 유럽연합의 갈릴레오 (Galileo), 중국의 베이두 (Beidou) 등이 있다. 이렇게 다양한 항법위성들을 사용할 수 있게 됨에 따라 기존 많은 사용자들이 GPS에만 의존하여 항법시스템을 구성했을 때와 달리 L1주파수와 L5주파수 등의 이중 주파수 측정치를 사용하여 가용성 및 항법해 추정에 대한 성능이 향상될 것으로 기대되고 있다. 이에 따라 GPS L1 단일 주파수 사용자만 고려하던 기존의 위성기반 광역보강시스템 (SBAS: Satellite Based Augmentation System)도 이중 주파수를 고려하여 성능향상을 이룰 수 있도록 개발이 진행되고 있다.
본 연구에서는 기초 연구가 수행중인 한국형 위성항법시스템을 이중 주파수 광역 위성항법 보강시스템으로 가정하고 광역 위성항법 보강시스템의 고장검출 알고리즘 중 무결성 정보 계산을 위한 UDRE (User Differential Range Error) 모니터링 알고리즘에 대한 연구를 수행하였다. UDRE 모니터링은 위성궤도 오차와 위성시계 오차에 대한 보정치의 추정을 통해 위성 부분 오차 고장검출을 수행하는 알고리즘이다. 위성 부분 오차에 대한 고장검출을 수행하기 위해 먼저 위성 측정값에서 전리층 지연 및 대류층 지연, 수신기 시계오차 및 측정값 잡음 등을 제거하여 의사거리 잔차를 추정한다. 본 연구에서는 이 추정방식의 오차 제거방식 중 대류층 지연오차 추정방식과 수신기 시계오차 추정방식에 대한 수정된 알고리즘을 제안하였다. 대류층 지연오차는 국내 기상데이터에 더욱 적합한 Saastamoinen 모델과 Niell 매핑함수의 조합 모델을 사용하였으며, 수신기 시계 바이어스 추정방법으로는 확장형 칼만필터를 사용한 기법을 사용하였다. 또한 국내 지역에서 직접 수신한 위성데이터와 기상데이터를 사용한 UDRE 모니터링 분석을 통해 한국지역에 더욱 적합한 UDRE 모니터링 한계치 (Threshold)를 도출하고 분석하였다. 추가적으로 지상 기준국 배치에 따라 위성부분 오차와 잡음의 크기 변화를 UDRE 크기 검사를 통해 분석하고 그에 따른 효율적인 기준국 배치에 대한 근거를 제시하였다.
추후 본 연구의 결과를 통해 UDRE 모니터링을 한국형 위성항법시스템의 고장검출 기법으로 활용하고 기준국 위치 결정을 위한 자료로 사용할 수 있을 것으로 기대한다.

GNSS (Global Navigation Satellite System) is a system which is calculate the user position using more than four satellites range measurements. In many counties already developed GNSS, representatively American GPS (Global Positioning System), European Union’s Galileo, Chinese Beidou and so on. As available to use so many different navigation satellite constellations, it is expected to positioning solution will be improved by using L1, L2 dual frequency measurements, unlikely when many users rely on GPS. As a result, SBAS (Satellite Based Augmentation System) has been under development not GPS L1 single frequency system but dual frequency system to achieve performance improvement.
In this paper contains analysis of UDRE (User Differential Range Error) monitoring algorithm for wide area DGPS (Differential GPS) fault detection algorithm, assumed Korean Satellite Navigation System as a dual frequency wide area DGPS. UDRE monitoring algorithms is a fault detection algorithm about satellite orbit error and satellite clock error by estimate satellite segment error correction. First, remove the ionospheric delay, tropospheric delay, receiver clock bias and measurement noise in the satellite measurement for estimate the pseudo range residual. In this paper suggest the modified estimation algorithm for tropospheric delay and receiver clock bias. Using Saastamoinen model and Niell mapping function which is more suitable for Korean weather data for estimate tropospheric delay error and using extended kalman filter (EKF) for estimate receiver clock bias. In addition, local weather data received directly from Korean environment and satellite measurements are using to analysis UDRE monitoring threshold for more suitable UDRE monitoring in Korean district area. Also suggest efficient reference station placement based on analysis of UDRE changing according to ground reference station arrangement.
Through the result of this paper, available to use a UDRE monitoring as a Korean Satellite Navigation System’s fault detection algorithm and can be use as a information of ground reference station arrangement.

#위성궤도 오차 #위성시계 오차 #광역 위성항법 보강시스템 #UDRE 모니터링 #광역 위성항법 보강시스템 무결성 검사

제1장 서론 1
제1절 연구배경 및 목적 1
제2절 연구 동향 3
제3절 논문 구성 4
제2장 위성항법 보강시스템 5
제1절 광역 위성항법 보강시스템 5
제2절 광역 위성항법 보강시스템 고장검출 알고리즘 6
제3장 광역 위성항법 보강시스템 측정식 8
제4장 의사거리 잔차 추정 및 오차제거 10
제1절 의사거리 잔차 추정 10
제2절 전리층 지연 및 IFB 추정 11
제3절 수신기 시계 오차 추정 14
제4절 대류층 지연 오차 추정 15
제5절 그 외 잡음 제거 21
제5장 UDRE 모니터링 알고리즘 23
제1절 위성궤도 오차 측정식 23
제2절 위성시계 오차 측정식 24
제3절 UDRE 추정 방법 25
제4절 UDRE 한계치 검사 26
제6장 실험 및 분석 결과 28
제1절 기준국 배치에 따른 UDRE 변화 분석 29
제2절 기준국 개수에 따른 UDRE 변화 분석 32
제3절 UDRE 한계치 검사 결과 44
제7장 결 론 47
참고문헌 50
국문초록 53

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