지연시간 계산은 지연시간을 고려한 배치 단계에서 백만 번 이상도 수행되므로 효과적이면서 간단해야 한다. 본 논문에서는 계산은 매우 빠르고 간단하지만 수 백%의 오차를 가질 수 있는 Elmore delay를 개선하기 위해 Elmore delay와 SPICE 결과의 비율을 보상값으로 이용하는 방법을 제안한다. 제안한 새로운 방법은 resistance shielding effects를 고려하여 실험적으로 지연시간을 보상하여 그 오차를 크게 줄이며, 계산 복잡도는 Elmore delay와 같은 정도로 간단하다. Elmore delay가 31.6 ~ 145.2% 오차를 갖는 RC 트리에 대하여 실험한 결과, 보상된 delay의 오차는 2.5 ~ 22.7%로 크게 줄었다.
본 논문에서는 원자 시계를 이용한 위성 시계 고장 판단 기법을 제안한다. GPS 측정치 중 위성 시계 오차 성분을 제외한 위성 궤도 오차, 이온층 지연 오차, 대류층 지연 오차, 수신기 시계 오차를 제거하여 위성 시계 오차에 의한 영향만을 검사하도록 한다. 특히 TCXO와 같은 일반적인 수신기 시계를 사용할 경우 정확한 수신기 시계 오차 크기를 추정하기 어렵기 때문에 원자 시계와 같은 정밀 신호 발생기를 이용하여 수신기 시계 오차에 의한 영향을 제거하는 방법을 제시한다. 제시한 방법은 실제 위성 시계에 이상이 발생 했을 때 수집한 데이터를 이용한 실험을 통하여 검증하도록 한다.
GPS 신호에는 여러 가지 오차가 포함되어 사용자가 이를 그대로 이용할 경우 높은 정확도의 위치를 얻을 수 없다. 따라서 신호의 오차를 제거하고 높은 위치 정확도를 얻기 위하여 여러 가지 보정시스템들이 개발되어왔다. 그 중에서 광역보정시스템은 여러 개의 기준국 네트워크로부터 데이터를 수집하여 3차원 위성궤도 오차, 위성 시계오차, 서비스 지역의 전리층 지연 오차를 추정하여 사용자에게 보정정보를 제공한다. 사용자는 보정정보를 수신하여 자신의 위치에 맞는 오차정보를 계산하여 정확도를 높일 수 있다. 이러한 광역보정시스템의 성능은 기준국의 배치에 따라 차이를 보일 수 있으므로 적절한 기준국 선정을 위해서는 기준국 네트워크 변화에 따른 성능 분석이 필수적이다. 본 논문에서는 국토해양부 NDGPS 기준국 중에서 후보군을 선정한 후 시뮬레이션을 통하여 기준국 네트워크 변화에 따른 사용자 정확도, 가용성을 분석하였다. 그리고 실제 기준국에서 수집된 측정치를 처리하여 성능분석을 수행하였다.
수동측거소나는 잠수함 플랫폼의 좌/우현에 각각 3개의 부배열로 구성된 수동소나의 한 종류로서 표적을 탐지하고 방위와 거리를 산출하는 특성을 갖는다. 방위와 거리 산출에는 물리적인 부배열 위치로 인하여 발생되는 시간지연과 삼각측량 기법이 활용된다. 이러한 기법에는 부배열의 정확한 위치정보가 요구되며 부배열의 위치정보가 부정확할 경우 방위와 거리정확도 성능이 저하되는 한계가 있다. 특히 하나의 시간지연을 사용하는 방위보다 두 개의 시간지연 값을 사용하는 거리 정확도 성능에 미치는 영향이 더 크다. 이를 개선하기 위하여 부배열의 위치 오차 추정 및 오차보상에 대한 연구가 필요하다. 본 논문에서는 최적화 탐색 기법인 유전자 알고리즘을 바탕으로 부배열 위치오차를 추정하며, 위치오차로 인한 시간지연 오차 값을 보상하여 거리정확도 성능 개선 방법을 제시하고자 한다. 또한 해상시험 데이터를 이용하여 제시한 알고리즘과 성능을 검증하고자 한다.
GPS 신호의 주요 오차 요인 중 전리층 지연 오차는 신호 주파수에 따라 지연량이 달라지는 특성을 가진다. 이중 주파수 사용자는 L1, L2 주파수의 의사거리 측정치의 차이 값을 이용하여 보정하게 되는데, 이렇게 추정된 전리층 지연 추정치에는 의사거리 잡음에 의한 오차가 포함되게 되므로 일반적으로 필터를 통해 의사거리 측정치를 평활화 시킨 후 전리층 지연을 계산하게 된다. Weighted hatch filter는 측정치의 잡음 수준을 고려하여 최적의 평활화 된 의사거리 측정치를 계산해 낼 수 있으나, 이를 이용하기 위해서는 측정치 잡음에 대한 모델링이 필요하다. 본 논문에서는 NDGPS 기준국들에 대하여 측정치 잡음 모델링을 수행하였다. 그리고 모델링 결과를 바탕으로 weighted hatch filter를 구성하여 평활화 된 의사거리 측정치 및 전리층 지연을 추정한 결과 필터를 적용하지 않은 것에 비하여 전리층 지연 오차의 표준편차가 1/25 가량으로 줄어드는 것을 확인하였다.
위성항법보강시스템은 위성항법시스템 (GNSS : Global Navigation Satellite System)의 측정값에 오차 성분을 제거하여 정밀한 항법 정보를 제공한다. 하지만 기준국과 이동국 사이의 공통오차(전리층 지연, 대류층지연, 위성 시계오차, 궤도력 오차)는 제거할 수 있지만 전리층, 대류층, 신호잡음 등에 의해 발생하는 노이즈 성분의 비공통 오차는 제거 할 수 없다. 비공통오차는 항법정보의 오차를 발생하여, 항공기가 잘못된 위치 정보를 사용할 수 있으며, 특히 이 착륙시에 잘못된 항법정보는 항공기 안전에 심각한 영향을 미치게 된다. 본 논문에서는 다중 기준국을 사용하여 유동적인 전리층 및 대류층 습윤 증기량에 따라 비공통오차의 증가를 위치 오차 분산 변화를 통해 확인하였다.
L1 band (1575.42MHz)를 이용한 GPS 수신기의 위치 및 시간 오차는 대략 100 m 와 70 ns 정도로 알려져 있으며, 이 오차의 주원인 중 하나가 위성신호가 대기권을 통과할 때 전리층에서 생기는 전파지연이다. 이러한 전리충의 전파 지연을 정확하게 검출하여 수신기의 위치 오차와 시간 오차를 보정해 주기 위해 사용되는 방식으로서 L1/L2 dual-band를 이용하는 GPS 수신기가 있다. Dual-band GPS 수신기는 한 위성에서 보내는 Ll 밴드 (1575.42MHz) 신호와 L2 밴드 (1227.6MHz) 신호가 각각 전리층을 통과할 때 주파수에 따라 전파 지연 값이 다르다는 것을 이용하여 지연 값을 보정해 주는 원리를 이용한 것이다. 본 논문에서는 Synopsys사의 COSSAP 틀을 이용하여 L1/L2 듀얼 밴드 GPS 수신기의 구조를 상위레벨 시뮬레이션을 통하여 분석하였다.
전자광학추적장비는 영상신호를 이용하여 이동하는 목표물을 추적하며 안정화된 영상을 제공하는 장비이다. 또한, 특정 위치를 자동으로 관측하는 좌표지향 기능을 수행한다. 좌표지향은 항공기의 급격한 기동이나 외란 등의 외적 요인에 방해받지않고 시선을 지향점에 고정하도록 하는 기능이다. 본 논문에서 좌표지향시의 주요 오차 요소들의 영향을 검토하여 항법정보의 전송지연이 주요 오차임을 확인하였다. 또한 지연된 항법정보로부터 현재 항공기의 항법정보를 추정하기 위해 병합칼만필터를 설계하였다. 실제 항공기의 비행데이터를 이용한 시뮬레이션을 통해 제안한 방법이 전송지연으로 인한 좌표지향 오차를 절반 이하로 줄일 수 있음을 보였다.
두 개의 회전하는 사분파장판으로 구성된 타원편광분석기의 체계적인 오차를 보정하는 방법을 연구하고 이를 실증하였다. 두개의 사분파장판으로 구성된 타원편광분석기의 5가지 오차(두 개의 회전 사분파장판들의 회전 시작 각도 오차 및 상 지연 값의 오차, 그리고 편광 분석기의 정렬 각도 오차)를 근사 과정 없이 계산하기 위하여 시료가 없이 타원편광신호를 얻고 이로부터 25개의 퓨리에 성분을 추출하였다. 25개의 퓨리에 계수에서 관련된 11개의 성분만 이용하여 상호 비선형적으로 얽혀 있는 5개의 값을 비선형 최적화 방법으로 구할 수 있었다. 오차 보정 결과 회전광소자들의 정렬 각도 오차(${\epsilon}_3$, ${\epsilon}_4$, ${\epsilon}_5$)가 위상지연 오차(${\epsilon}_1$, ${\epsilon}_2$)보다 더 중요하며, 모든 오차에서 0.05 rad 이하의 정밀도를 지니면 충분히 그 오차를 보정할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 최종적으로는 이렇게 구한 광학계의 초기 정렬 오차 값을 미지의 광학 부품에 적용하여 미지의 광학부품의 위상 지연의 양과 빠른 축을 알 수 있었다. 오차 보정 검증을 위하여 미지의 샘플로 반파장판을 이용하였으며, 반파장판의 위상 지연 양과 빠른 축을 찾을 수 있었다.
INS는 위치, 속도 및 자세정보를 고속으로 제공하며 스스로 항법정보를 제공하는 장점이 있으나 오차가 시간에 따라 증가하는 단점이 있다. 반면에 GPS는 데이터를 저속으로 제공하며 재밍(Jamming)에 영향을 쉽게 받으나 오차가 시간에 상관없이 일정하다는 장점이 있다. 따라서 상호보완적인 특성을 가지는 INS와 GPS를 통합하였을 때 더욱더 정확한 항법해를 제공할 수 있다. 그러나 INS와 GPS를 통합하는 과정에서 INS정보와 GPS정보의 정확한 시각적 동기가 어려우며, 시각적 비동기에 의한 오차는 일정한 측정오차를 유발하며 고속으로 운항하는 경우에는 큰 영향을 미치게 된다. 본 연구는 GPS/INS 통합항법 시스템에서 측정치 시간지연에 의해 유발되는 오차를 효과적으로 줄이기 위해 바이어스 분리형 칼만필터를 이용한 시간지연오차 보상기법을 강결합 방식과 약결합 방식에 대하여 각각 제안하였다. 각각의 통합모델에서 위치와 속도보정의 측정방정식을 지연시간에 관하여 선형화하였고 지연 상태변수를 기존의 선형 오차방정식에 추가하고 바이어스 분리형 칼만필터를 적용하여 시간지연을 초기에 추정하여 보상하도록 구성하였으며 시뮬레이션을 통하여 성능을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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