Implementation of a Kinematic Network-Based Single-Frequency GPS Measurement Model and Its Simulation Tests for Precise Positioning and Attitude Determination of Surveying Vessel

In order to support the development of a cost-effective river bathymetric system, this research has focused on modeling GPS observables, which are obtained by array of five single-frequency receivers (i.e., two references and three rovers) to estimate the high accurate kinematic position, and the surveying vessel altitude. Also, by applying all GPS measurements as multiple-baselines with constraining rover baselines, we derived the socalled ‘kinematic network model.’ From the model, the integer-constrained least-squares (LS) for position estimation and the implicit LS for attitude determination were implemented, while a series of simulation tests with respect to the baseline lengths around 2km performed to demonstrate its accuracy analysis. The on-the-fly (OTF) ambiguity resolution tests revealed that ninety-nine percents of time-to-fix-first ambiguity (TTFF) can be decided in less than two seconds, when the positioning accuracy of ambiguity-fixed solutions was assessed as the greater than or equal to one and two centimeters in horizontal and vertical, respectively. Comparing to the GPS-derived attitudes, the achievable accuracy gradually descended in sequence of yaw, pitch and roll due to the antenna geometric configuration. Furthermore, the RMSE values for the baseline lengths of three to six meters were within ±1′for yaw, and less than ±10′and ±20′for pitch and roll, respectively, but those of between six to fifteen meters were less than ±1′for yaw, ±5′for pitch, and ±10′for roll.

동적네트워크 기반 단일주파수 GPS 관측데이터 모델링을 통한 측량선의 정밀측위 및 자세각결정 알고리즘 구현과 수치실험에 의한 성능분석

본 논문에서는 저가형 하천측량시스템 개발을 위해 다중의 단일주파수 GPS 수신기를 사용하여 측량선의 정밀 위치와 자세각을 동시에 결정할 수 있는 관측데이터 모델링 기법을 연구하여 기준국 2대와 이동국 3대에서 취득한 GPS 관측데이터와 이동국 기선장을 구속하는 동적네트워크 관측데이터 모델을 도출하였다. 이 모델을 기반으로 정수제약 최소제곱법에 의한 정밀 3차원 위치추정 및 자세각 결정알고리즘을 구현하고 측량구역 2km 내외에 대한 수치실험을 통해 그 정확도를 분석하였다. 동적모드에 대하여 OTF 연속미지정수결정 알고리즘을 적용한 결과 99.0% 경우에서 2초 이내에 미지정수 결정이 가능하였으며, 이때 추정위치의 평균제곱근 오차는 수평과 수직방향에 대해 각각 ±1cm와 ±2cm정도였다. 또한 측량선의 기하구조에 대한 GPS 추정 자세각 정확도는 요각, 피치각, 롤각 순서를 보였으며, 정량적으로 이동국 기선장이 3∼6m인 하천측량선을 고려 할 때 요각 ±1′ 내외, 피치 및 롤각 각각 10′과 ±20′ 이상, 이에 반해 기선장 6∼15m 정도인 수로조사선의 경우 요, 피치, 롤각에 대해 각각 ±1′, ±5′ 그리고 ±10′ 이상 확보가 가능 할 것으로 분석되었다.