Comparison of Real-Time Ionospheric Delay Correction Models for Single-Frequency GNSS Receivers : Klobuchar Model and NeQuick Model

The ionospheric delay is currently one of the most significant error sources in precise GNSS surveys. The users of single-frequency receivers should apply some kind of ionospheric correction algorithms to remove or model the ionospheric delay. For real-time correction of the ionospheric delay, one can use Klobuchar or NeQuick model provided by navigation messages of GPS and Galileo, respectively. We evaluated the performance of those models by comparing their effectiveness at different seasons and latitudes. For the first test, we computed the vertical total electron content (VTEC) at the permanent GPS site SUWN for four different seasons. As the second test, we picked three sites in Korea (CHLW, SUWN, JEJU) with high, medium, and low latitudes and evaluated the dependency of VTEC on the site latitude. Computed VTEC values were compared with those from the IRI model and Global Ionosphere Maps (GIM). The root-mean-square (RMS) differences of Klobuchar and NeQuick with respect to IRI and GIM were analyzed. As a result, without regard to season and latitude, the RMS differences of NeQuick models were smaller than that of Klobuchar by about 0.01~3.50 TECU.

단일주파수 GNSS 수신기용 실시간 전리층 지연 보정 모델 비교 : Klobuchar 모델과 NeQuick 모델

현재 전리층 지연은 GNSS 측량의 가장 큰 오차이다. 단일 주파수 수신기 사용자는 전리층 지연을 모델링 하거나 보정하기 위하여 전리층 보정 알고리즘을 적용해야 한다. 실시간 보정이 가능한 전리층 모델로는 항법메시지로 제공되는 GPS의 Klobuchar 모델과 Galileo의 NeQuick 모델이 있다. 이 연구에서는 두 모델의 효용성을 계절과 위도에 따라 평가하였다. 첫 번째 검증으로, 각 계절별로 수원 GPS 상시관측소 상공의 연직방향 총전자수를 산출하였다. 두 번째 검증으로는 위도가 서로 다른 3개 상시관측소(철원, 수원, 제주)에서의 VTEC을 계산해 관측소 위도와의 상관성을 분석하였다. 산출된 총전자수는 전지구 전리층 모델인 GIM 모델과 IRI 모델에서 제공하는 총전자수와 비교하였다. 그리고 GIM 모델과 IRI 모델을 기준으로 Klobuchar 모델과 NeQuick 모델의 RMS 차이를 각각 산출하였다. 그 결과, 계절과 관측소 위도와 무관하게 NeQuick 모델의 RMS 차이가 Klobuchar 모델의 RMS 차이보다 약 0.01~3.50 TECU 낮게 나타났다.