Accuracy Enhancement using Network Based GPS Carrier Phase Differential Positioning

네트워크 기반의 GPS 반송파 상대측위 정확도 향상

The GPS positioning offer 3D position using code and carrier phase measurements, but the user can obtain the precise accuracy positioning using carrier phase in Real Time Kinematic(RTK). The main problem, which RTK have to overcome, is the necessary to have a reference station(RS) when using RTK should be generally no more than 10km on average, which is significantly different from DGPS, where distances to RS can exceed several hundred kilometers. The accuracy of today's RTK is limited by the distance dependent errors from orbit, ionosphere and troposphere as well as station dependent influences like multipath and antenna phase center variations. For these reasons, the author proposes Network based GPS Carrier Phase Differential Positioning using Multiple RS which is detached from user receiver about 30km. An important part of the proposed system is algorithm and software development, named DAUNet. The main process is corrections computation, corrections interpolation and searching for the integer ambiguity. Corrections computation of satellite by satellite and epoch by epoch at each reference station are calculated by a Functional model and Stochastic model based on a linear combination algorithm and corrections interpolation at user receiver are used by area correction parameters. As results, the users can obtain the cm-level positioning.

GPS의 3차원 위치결정은 코드파와 반송파를 이용한다. 하지만 이동체에 대한 cm 수준의 정확도를 획득하기 위해서는 정확한 기지점의 성과를 이용한 GPS 반송파 상대측위, 즉 RTK-GPS 기법을 수행하여야 한다. 이 때 두 대의 수신기 사이의 거리가 증가할수록 기선장에 따른 오차가 증가하여 기준국과 사용자 수신기의 거리를 $10{\sim}20km$ 정도로 제한하고 있다. 따라서 사용자는 깊은 내륙, 연안 해역 등과 같은 기준국과 이동체의 이격이 수십 km로 증대되는 지역에서는 기준국 설치의 문제를 포함하고 있으며 독자적인 기준국을 설치하여야 하는 인력 및 장비의 부담을 가지게 된다. 이를 극복하기 위해 본 연구에서는 네트워크 기반의 GPS 반송파 상대측위 방식을 제안하였으며 GPS 네트워크 처리 프로그램인 DAUNet을 개발하였다. 기선장에 따른 오차보정량 산출을 위해 선형보간알고리즘 방식에 기반한 함수모델과 통계모델을 제시하였으며, 오차보정량의 보간은 면보정매개변수 방식을 제안하였다. 기존 단일기준국 방식은 기선장에 따른 오차를 소거하지 못하였지만 본 연구에서는 사용자 수신기와 평균 30km 떨어진 3대의 기준국을 이용하여 기선장에 따른 오차보정량을 소거 혹은 감소시킬 수 있었다. 따라서 사용자는 네트워크 기반의 GPS 반송파 상대측위 방식을 이용하여 이동체에 대한 10cm 이하 수준의 정확도를 획득할 수 있었다.