The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences (한국통신학회논문지)

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A Positioning Algorithm Using Virtual Reference for Accuracy Improvement in Relay-Based Navigation System

중계 기반 항법시스템에서 위치정확도 향상을 위한 가상 기준점 활용 측위 알고리즘

  • Lee, Kyuman (Department of Computer Engineering, Ajou University) ;
  • Lim, Jaesung (Department of Computer Engineering, Ajou University)
  • Received : 2015.06.30
  • Accepted : 2015.10.08
  • Published : 2015.10.31
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Abstract

In this paper, we propose a new positioning scheme for accuracy improvement of Relay-based Navigation System. The conventional relay-based system occurs larger vertical error than horizontal one due to structural characteristics that positioning references are located toward same direction and a location of user is estimated by triangulation technique. In the proposed positioning scheme, the user position is reestimated using an additional virtual reference which is generated based on position information of reference stations in navigation signals and estimated initial user position. The nearest reference station from the estimated user position is selected as a virtual reference to minimize the effect of geometrical factor. The vertical error decreases by using reference points on multi planes, therefore, accurate positioning is possible than the conventional scheme. We demonstrated that the accuracy of a user is improved through simulation results.

본 논문은 통신 중계를 활용한 항법시스템에서 위치정확도 향상을 위한 측위 알고리즘을 제안한다. 중계 기반 항법시스템은 측위의 기준점이 되는 구성요소들이 한쪽 방향으로 분포하며 삼각측량법에 의해 위치가 계산되므로 시스템의 구조적 특성에 의한 수직오차가 수평오차에 비해 상대적으로 크게 발생한다. 제안하는 가상 기준점을 활용한 측위 알고리즘에서는 항법메시지로부터 송신한 기준국의 위치와 기 추정된 사용자의 위치를 기준으로 새로운 가상의 기준점을 생성하고 이를 활용해 사용자의 위치를 재추정한다. 가상의 기준점은 기 추정된 사용자의 위치로부터 거리가 가장 인접한 기준국을 선택함으로써 기하학적 요인에 의한 영향을 최소화하도록 하였다. 이를 통해 기준점들의 방향을 공중 및 지상으로 다원화함으로써 기하학적 요인에 의한 수직오차를 감소시켰으며, 기존 중계 기반의 항법시스템보다 정확한 위치추정이 가능하다. 본 논문에서는 모의실험을 통해 사용자의 위치정확도가 향상됨을 확인하였다.

Keywords

References

  1. Y. K. Lee, C. B. Lee, S. H. Yang, J. K. Lee, and H. D. Kong, "Diurnal effect compensation algorithm for a backup and substitute navigation system of GPS," J. KICS, vol. 33, no. 12, pp. 1225-1232, Dec. 2008.
  2. J. J. Choi, H. Y. Choi, S. B. Do, and H. S. Kim, "Absolute altitude determination for 3-D indoor and outdoor positioning using reference station," J. KICS, vol. 40, no. 1, pp. 165-170, Jan. 2015. https://doi.org/10.7840/kics.2015.40.1.165
  3. "GNSS Vulnerability and Alternative PNT," GPS World, vol. 21, pp. 38-39, 2010.
  4. J. Wang, "Pseudolite applications in positioning and navigation: Progress and problems," J. Glob. Position Syst., vol. 1, no. 1, pp. 48-56, 2002. https://doi.org/10.5081/jgps.1.1.48
  5. L. Dai, J. Wang, T. Tsujii, and C. Rizos, "Inverted pseudolite positioning and some applications," Surv. Rev., vol. 36, pp. 602-611, 2002. https://doi.org/10.1179/sre.2002.36.286.602
  6. J. Amt and J. Raquet, "Positioning for range-based land navigation systems using surface topography," in Proc. ION GNSS 2006, pp. 1494-1505, Fort Worth, USA, Sept. 2006.
  7. J. Barnes, C. Rizos, J. Wang, D. Small, G. Voigt, and N. Gambale, "Locata: A new positioning technology for high precision indoor and outdoor positioning," in Proc. ION GPS/GNSS 2003, pp. 1119-1128, Portland, USA, Sept. 2003.
  8. T. Tsujii, C. Rizos, J. Wang, L. Dai, C. Roberts, and M. Harigae, "A navigation/ positioning service based on pseudolites installed on stratospheric airships," in Proc. 5th Int. Symp. Sat. Nav. Tech. & Appl., pp. 24-27, Canberra, Australia, Jul. 2001.
  9. K. Tiwary, S. Behera, G. Sharada, and A. Singh, "Modelling and simulation of pseudolite-based navigation: A GPS-independent radio navigation system," Def. Sci. J., vol. 60, pp. 541-550, Sept. 2010. https://doi.org/10.14429/dsj.60.577
  10. B. Chandu, R. Pant, and K. Moudgalya, "Modeling and simulation of a precision navigation system using pseudolites mounted on airships," in Proc. 7th ATIO Conf., Belfast, Sept. 2007.
  11. K. M. Lee, H. J. Noh, and J. S. Lim, "Airborne relay-based regional positioning system," Sensors, vol. 15, pp. 12686-12699, May 2015.
  12. M. R. Chartrand, Satellite Communications for the nonspecialist, vol. 128, Spie Press, 2004.
  13. D. Marquardt, "An Algorithm for Least-Squares Estimation of Nonlinear Parameters," J. Soc. Indust. Appl. Math., vol. 11, pp. 431-441, Jun. 1963. https://doi.org/10.1137/0111030
  14. J. W. Kim and D. S. Eom, "TDoA-based practical localization using precision time-synchronization," J. KICS, vol. 38C, no. 2, pp. 141-154, Feb. 2013. https://doi.org/10.7840/kics.2013.38C.2.141
  15. J. J. Wang, J. Wang, D. Sinclair, and H. K. Lee, "Tropospheric delay estimation for pseudolite positioning," J. Glob. Position Syst., vol. 4, pp. 106-112, 2005. https://doi.org/10.5081/jgps.4.1.106
  16. E. Kaplan and C. Hegarty, Understanding GPS: Principles and Applications, 2nd Ed., Artech House, 2005.

Cited by

  1. 시분할다중접속 네트워크 기반의 공중 중계 기반 융합 측위 기법 및 성능 향상 연구 vol.41, pp.12, 2015, https://doi.org/10.7840/kics.2016.41.12.1824
  2. 전장환경에서 단일 UAV를 활용한 공중 중계 최적위치 선정 기법 vol.43, pp.6, 2015, https://doi.org/10.7840/kics.2018.43.6.1028