위성항법수신기는 항법위성(GPS)들이 현재 위치와 시간이 담긴 전파신호를 지상으로 송신하면, 이런 신호를 받아 전파가 도달하기까지 걸린 시간을 계산해 자신의 현재 위치를 파악하게 된다. 경도와 위도, 높이를 동시에 파악하기 위해서는 3개 위성신호가 요구되고, 위성간 시간 오차를 제거해 위치 측정의 정확도를 높이기 위한 신호용으로 또 하나의 위성이 필요해 4개 위성이 요구된다. 항법의 형태는 육표기반 항법, 천체기반 항법, 센서기반 항법, 무선기반 항법 및 위성기반 항법으로 분류되며 그 중 전역이고 간섭 영향 및 재밍(jamming)이 어려우며 정확도 측면에서 우수한 위성항법시스템에는 GPS(미국), GLONASS(러시아)가 운용중이고, Galileo(유럽연합), COMPASS(중국), QZSS(일본), IRNSS(인도)이 개발중이다. 위성항법시스템 다원화에 따라 위성항법 수신기 기술도 이중주파수처리 및 타 시스템과의 호환성 제공이 요구되는바, 본 논문에서는 위성항법 수신기 기술 동향을 소개하고자 한다.
본 논문에서는 위성항법신호감시국에 대한 핵심기술인 FPGA 기반의 위성항법수신기를 구현하여 갈릴레오 E1 및 E5 신호처리 동작검증 및 처리결과를 제시하였다. 성능 검증을 위해 시제품 형태의 위성항법안테나, 112MHz 샘플링 주파수 및 8비트 양자화 레벨을 제공하는 RF/IF 유니트를 이용하여 갈릴레오 시험위성인 지오베-B(GIOVE-B)로부터 E1 및 E5를 수신하여 이용하였고, 수신된 데이터에 대한 신호처리 수행을 통해, FPGA 기반의 항법수신기 모듈에서 갈릴레오 E1 및 E5 신호가 정상적으로 동작됨을 입증하였다.
본 논문에서는 실시간 동적 차분 위성항법과 관련하여 근래에 제안된 위치영역 Hatch 필터의 오차 특성을 해석하였다. 위치영역 Hatch 필터에 의하여 생성되는 잉여값 순열 (residual sequence)이 고장검출에 유용한 백색잡음 (white noise) 특성을 가짐을 보였으며, 위치영역 Hatch 필터는 기존에 알려진 위치영역 Kalman 형 필터에 비하여 전 상태 추정치 (a priori state estimate) 의 정확도 면에서 오히려 더 우수함을 해석적으로 보였다. 이와 같은 특성에 의하면 차분 위성항법의 다양한 응용분야에서 위치영역 Hatch 필터가 고장검출 및 정밀측위에 효율적으로 사용될 수 있음을 알 수 있다.
본 논문에서는 위상평활화코드 기법에 기반한 실시간 동적 차분위성항법의 효율적인 구현을 위하여 위치영역 Hatch 필터를 새로이 제안하고 그 성능을 분석하였다. 제안된 위치영역 Hatch 필터는 기존의 거리영역 Hatch를 새로운 각도에서 해석하고 이를 연장하여 유도되었다. 시뮬레이션을 통하여 Hatch 이득이 Kalman 형 이득보다 더 효율적이며 또한 위성의 출몰이 빈번한 환경에서는 위치영역 Hatch 필터가 거리영역 Hatch 필터보다 유리함을 보였다.
In this paper, requirements of GNSS receiver station installation are derived for optimizing the performance of network based GNSS precise positioning by concern of international organization(IGS, NGS) recommendation. Also a analysis method of network based GNSS precise positioning is suggested in order to evaluate the availability depending on various network configurations. To evaluate network candidates, a performance evaluation method is proposed for positioning of users according to a geometric configuration and the baseline distance. After the proposed method is used to Ochang region that is a the test area 6 network candidates are derived and the performance of positioning was analyzed. Finally, Ansung, Gongju, Eumsung, Boeun network configuration was selected as the best positioning performance. An optimal Receiving station network was selected using the proposed method.
해양수산부에서 해양 DGPS기준국과 연계하여 전국망 위성항법보정시스템 (NDGPS) 구축 사업을 추진 중에 있으며, 2008년도 춘천기준국이 설치 완료되면 우리나라 전역에서 실시간 DGPS 측위 정보를 이용할 수 있게 되었다. 따라서 DGPS 이용 활성화를 위하여 무엇보다도 DGPS 측위 정확도의 신뢰성이 요구되는바, 실시간 DGPS 의 측위 정확도를 측정 ${\cdot}$ 분석하여 신뢰성을 검증하였다. 실시간 NDGPS 측위 정확도는 Static 측정에 있어 0.42m(RMS), 회전운동에 의한 Dynamic 측정시 0.48m(RMS)로 분석되었으며, RTK에 의한 비교 측정 ${\cdot}$ 분석도 병행하였다. 따라서 위성항법보정시스템 (DGPS)은 높은 정확도를 요구하는 GIS구축사업 분야에 직접적으로 이용될 수 없으나 실시간 측위 정보를 필요로 하는 GIS활용 분야에서 DGPS가 다양하게 이용될 수 있을 것이다.
납치ㆍ유괴는 개인의 자유로운 활동에 많은 영향을 미치는 위험요소이다. 이러한 위험 요소로부터 벗어나기 위해서 개인의 위치를 확인할 수 있는 시스템이 절실히 필요하다. 위성 항법 시스템(Global Positioning System, GPS)은 기상 상태에 상관없이 지구 전역에서 사용 가능한 효율적인 항법 시스템으로 위치정보에 대한 지표를 제공한다. GPS는 현재 지속적인 개발에 의해 수신 모듈의 소형화 고성능화가 이루어지고 있으며, 고정 또는 이동하는 시스템의 위치정보를 제공한다. GPS 시스템을 개인이 휴대하게 되면 개인의 이동경로를 확인할 수 있게 된다. 일반적으로 개인의 이동경로는 생활권역 내에 특정 지역으로 한정되는 경우가 많으며 이동경로 자체도 주된 교통수단과 맞물려 일정한 패턴을 형성한다. 이러한 이동특성에 착안하여 본 논문에서는 개인 안전을 위해 GPS의 위치정보와 소프트 컴퓨팅 기법을 접목한 시스템을 휴대한 사용자의 이동경로를 학습하여 개인의 안전을 보장하는 방법을 제안한다.
GPS(Global Positioning System)는 시간, 기상 상태에 관계없이 지구 전역에서 사용 가능한 가장 이상적인 항법 시스템이다. GPS는 현재 건설, 측량, 환경, 통신과 지능 항체 등 다양한 분야에서 응용되고 있으며, 앞으로 그 활용은 더욱 커질 것이다. 본 논문은 GPS와 관성 항법 시스템(INS :Inertial Navigation System)을 혼합 구성한 수신보드의 항법 컴퓨터 부에서 동작하는 실시간 운영체제에 대한 설계 및 구현에 관한 것이다. 실시간 운영체제는 항법 컴퓨터 부에서 GPS의 운용 태스크(task)들을 수행하게 된다. 개발된 실시간 운영체제는 GPS 수신기 수행에 최적인 환경을 제공하도록 하며, 사용자로 하여금 고수준의 응용으로 GPS용 프로그램을 개발할 수 있도록 한다. 본 운영체제는 태스크들을 우선 순위 기반으로 처리하는 선점형(preemptive) 스케쥴링 방식을 채택한 운영체제이며, 동적 메모리 관리, 인터럽트, 타이머, IPC 등의 부분으로 구성되어 있다. 논문에는 GPS/INS 통합 보드 시스템의 구조, 운영체제의 구조, 개발 환경, 실시간 운영체제의 성능 평가에 대한 내용들을 기술하였다.
To expand the application area of global navigation satellite systems, precision landing is one of the most critical area to be solved. For the development and validation of the precision landing system, many aspects need to be analyzed including the system architecture, signal characteristics, atmospheric delay, communication delay, accuracy, integrity, and availability. Among them, the signal characteristics analysis requires the processing of measurements collected by real-flight experiments. This paper presents the processing results of the real measurements collected by a flight and landing experiment. To process and analyze the data, double differencing position-domain hatch filter is utilized. Accuracy of the proposed filter is evaluated utilizing reference trajectory generated by commercial software. Finally, by comparing with conventional range domain characteristics of position domain filter is analyzed.
최근 의도적인 간섭 또는 전파교란으로 인한 위성기반항법시스템(GNSS)의 정확도 저하 문제가 대두되면서 GNSS를 사용할 수 없는 환경에 대응할 수 있는 항법 기술 중 하나로 데이터베이스(DB)를 기반으로 한 항법 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 지구물리 DB 중 중력구배를 선정하여 우리나라 중력구배 DB를 구축하고, 확장형칼만필터(EKF)를 적용하여 중력구배기반 항법을 구현하였다. 항법 성능은 시뮬레이션을 통해 분석하였으며, 우리나라 전역에 14개의 비행궤적을 생성한 후 다양한 DB와 센서 오차, 그리고 고도에 따른 영향을 고려하였다. 비행성능을 분석한 결과 DB와 센서 오차가 작을수록, 고도가 낮을수록 정밀한 항법이 가능함을 확인하였다. 또한, DB 기반의 항법시스템 중 가장 널리 알려진 지형참조 항법과 상대적인 성능 분석을 수행한 결과, 고도가 낮은 경우는 DB 및 센서 오차와 무관하게 대체로 중력구배기반 항법이 우수한 성능을 나타내었다. 그러나 고도가 높아지면 높은 정밀도의 중력구배계와 중력구배 DB를 탑재한 경우에만 지형참조 항법의 결과와 유사한 수준의 항법이 가능하였다. 본 연구에서 고려한 DB와 센서 오차, 고도 외에도 DB 해상도, 비행속도 및 갱신 주기 등 중력구배기반 항법에 영향을 미치는 다양한 요인이 있으므로 이를 고려한 분석이 추가로 수행되어야 할 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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