The mission tasks of polar exploration utilizing unmanned systems such as glacier monitoring, ecosystem research, and inland exploration have been expanded. To facilitate unmanned exploration mission tasks, precise and robust navigation systems are required. However, limitations on the utilization of satellite navigation system are present due to satellite orbital characteristics at the polar region located in a high latitude. The orbital inclination of global positioning system (GPS), which was developed to be utilized in mid-latitude sites, was designed at $55^{\circ}$. This means that as the user is located in higher latitudes, the satellite visibility and vertical precision become worse. In addition, the use of satellite-based wide-area augmentation system (SBAS) is also limited in higher latitude regions than the maximum latitude of signal reception by stationary satellites, which is $70^{\circ}$. This study proposes a local-area augmentation system that additionally utilizes Global Navigation Satellite System (GLONASS) considering satellite navigation system environment in Polar Regions. The orbital inclination of GLONASS is $64.8^{\circ}$, which is suitable in order to ensure satellite visibility in high-latitude regions. In contrast, GLONASS has different system operation elements such as configuration elements of navigation message and update cycle and has a statistically different signal error level around 4 m, which is larger than that of GPS. Thus, such system characteristics must be taken into consideration to ensure data integrity and monitor GLONASS signal fault. This study took GLONASS system characteristics and performance into consideration to improve previously developed fault detection algorithm in the local-area augmentation system based on GPS. In addition, real GNSS observation data were acquired from the receivers installed at the Antarctic King Sejong Station to analyze positioning accuracy and calculate test statistics of the fault monitors. Finally, this study analyzed the satellite visibility of GPS/GLONASS-based local-area augmentation system in Polar Regions and conducted performance evaluations through simulations.
Several low-cost global navigation satellite system (GNSS) receivers do not support general range-domain correction, and DGNSS-CP (differential GNSS) method had been suggested to solve this problem. It improves its position accuracy by projecting range-domain corrections to the position-domain and then differentiating the stand-alone position by the projected correction. To project the range-domain correction, line-of-sight vectors from the receiver to each satellite should be calculated. The line-of-sight vectors can be obtained from GNSS broadcast ephemeris data or satellite direction information, and this paper shows positioning performance for the two methods. Stand-alone positioning result provided from Septentrio PolaRx4 Pro receiver was used to show the difference. The satellite direction information can reduce the computing load for the DGNSS-CP by 1/15, even though its root mean square(RMS) of position error is bigger than that of ephemeris data by 0.1m.
The precise orbit determination (POD) of low earth orbiter (LEO) has complied with its required positioning accuracy by the double-differencing of observations between International GNSS Service (IGS) and LEO to eliminate the common clock error of the global positioning system (GPS) satellites and receiver. Using this method, we also have achieved the 1 m positioning accuracy of Korea Multi-Purpose Satellite (KOMPSAT)-2. However double-differencing POD has huge load of processing the global network of lots of ground stations because LEO turns around the Earth with rapid velocity. And both the centimeter accuracy and the near real time (NRT) processing have been needed in the LEO POD applications--atmospheric sounding or urgent image processing--as well as the surveying. An alternative to differential GPS for high accuracy NRT POD is precise point positioning (PPP) to use measurements from one satellite receiver only, to replace the broadcast navigation message with precise post processed values from IGS, and to have phase measurements of dual frequency GPS receiver. PPP can obtain positioning accuracy comparable to that of differential positioning. KOMPSAT-5 has a precise dual frequency GPS flight receiver (integrated GPS and occultation receiver, IGOR) to satisfy the accuracy requirements of 20 cm positioning accuracy for highly precise synthetic aperture radar image processing and to collect GPS radio occultation measurements for atmospheric sounding. In this paper we obtained about 3-5 cm positioning accuracies using the real GPS data of the Gravity Recover and Climate Experiment (GRACE) satellites loaded the Blackjack receiver, a predecessor of IGOR. And it is important to reduce the latency of orbit determination processing in the NRT POD. This latency is determined as the volume of GPS measurements. Thus changing the sampling intervals, we show their latency to able to reduce without the precision degradation as the assessment of their precision.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.36
no.6
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pp.621-628
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2018
More than four visible GPS (Global Positioning System) satellites are required to obtain absolute positioning. However, it is not easy to satisfy this condition when a rover is in such unfavorable condition as an urban area. As a consequence, clock-aided positioning has been used as an alternative method especially when the number of visible satellites is three providing that receive clock error information is available. In this study, LSC (Least-Squares Collocation) method is proposed to interpolate clock errors for clock-aided positioning after analyzing the characteristics of receiver clock errors. Numerical tests are performed by using GPS data collected at one of Korean CORS (Continuously Operating Reference Station) and a nearby GPS station. The receiver clock errors are obtained through the DGPS (Differential GPS) positioning technique and segmentation procedures are applied for efficient interpolation. Then, LSC is applied to predicted clock error at epoch which clock information is not available. The numerical test results are analyzed by examining the differences between the original and interpolated clock errors. The mean and standard deviation of the residuals are 0.24m and 0.49m, respectively. Therefore, it can be concluded that sufficient accuracy can be obtained by using the proposed method in this study.
Nowadays, GPS is used widely, especially in case which needs precise position information, such as car navigation systems and various kinds of position measuring instruments in an outdoor environment. According to their applications, there are many kinds of GPS receivers with different costs and error rates. The maximum error range of the general-purpose GPS receiver is within 30m, though the error rate depends on receiving rate of signal and weather condition. RTK(Real-Time Kinematic) and DGPS(Differential Global Positioning System) have more precise accuracy than the general-purpose GPS. However end users can't afford use them because of their high price and large size of equipments. In order for the end user to obtain precise position information, it is important that GPS receivers has portability and low price. In this study, we introduce a new system that offers precise position information using the DGPS mechanism satisfying low cost and portability.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.15
no.3
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pp.293-299
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2009
This paper discusses an autonomous navigation system for urban environments. For the localization of the robot, EKF (Extended Kalman Filter) algorithm is used with odometry, angle sensor, and DGPS (Differential Global Positioning System) measurement. Especially in an urban environment, DGPS is often blocked by buildings and trees and the resulting inaccurate positioning prevents the robot from safe and reliable navigation. In addition to the global information from DGPS, the local information of the curb on the roadway is used to track a route when the global DGPS information is inaccurate. For this purpose, curb detection algorithm is developed and implemented in the developed navigation algorithm. Four different types of navigation strategies are developed and they are switched to adapt to different localization conditions according to the availability of DGPS and the existence of the curbs on the roadway. The experimental results show that the designed switching strategy improves the navigation performance adapting to the environment conditions.
So, Hyoungmin;Jang, Jaegyu;Lee, Kihoon;Song, Kiwon;Park, Junpyo
Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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v.5
no.4
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pp.213-219
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2016
Most existing studies on the wide-area differential global positioning system (WADGPS) employed a grid ionosphere model for error correction in the ionospheric delay. The present study discusses the application of satellite-based ionospheric delay model that provides an error model as a plane function with regard to individual satellites in order to improve accuracy in the WADGPS. The satellite-based ionospheric delay model was developed by Stanford University in the USA. In the present study, the algorithm in the model is applied to the WADGPS system and experimental results using measurements in the Korean Peninsula are presented. Around 1 m horizontal accuracy was exhibited in the existing planar fit grid model but when the satellite-based model was applied, correction performance within 1 m was verified.
R-Mode is terrestrial based Global Navigation Satellite System (GNSS) backup radio navigation technology which used existing maritime information service infrastructure. It has advantages on reduce the cost and reutilize the frequency resource. In this paper, we propose a method to develop a medium-frequency (MF) band R-Mode transmitting station by utilizing the currently operating Differential GNSS (DGNSS) reference station infrastructure. To this end, the considerations for co-operating the DGNSS reference station and the MF R-Mode transmitting station are analyzed. In this process, we also analyze what is necessary to configure the communication system as a navigation system for range measurement. Based on the analysis result, MF R-Mode transmitting station system is designed and architecture is proposed. The developed system is installed in the field, and the performance evaluation results is presented.
Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology
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v.6
no.1
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pp.51-56
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2003
The urban stream include the channel and its adjacent banks, or hillslopes and it consists of various landscape elements. The riparian ecosystem is important to people. Its water is extracted for irrigation and drinking supplies. Biodiversity and many wetland species are protected here. The riparian ecosystem is diverse and needs to be preserved well. So, it is necessary to measure the features of the urban stream accurately to figure out the change of the riparian ecosystem. However, the traditional Electronic Distance Measurement(EDM) surveying is difficult to measure the curvilinear features of the stream - e, g, angle, curve. The beacon Differential Global Positioning System(DGPS) can handle to measure the curvilinear shape. Therefore, the purpose of this study is to measure the change of the river bed in urban stream accurately using realtime beacon DGPS, and ultimately to provide the basic data for identifying the change of the river ecosystem.
A Satellite Based Augmentation System (SBAS) is a representative differential GNSS system, which is used for the navigation performance improvement of Global Navigation Satellite System (GNSS) users. SBAS has been developed focusing on the securement of user integrity so that it can be used for the navigation in aviation fields. Accordingly, the development of SBAS has been completed, and it has been actively used in the United States, Europe, and Japan. As the new satellite of Global Positioning System (GPS) recently started to broadcast new civil signals (L5 frequency), the methods for improving user navigation performance in SBAS using this signal have also been studied. In Korea, to keep pace with these circumstances, full-scale SBAS development is expected to start in 2014, and studies on dual-frequency SBAS using L1/L5 frequencies will also be performed. In this study, before the full-scale development of dual-frequency SBAS in Korea, a simulation was performed to predict the performance and analyze the expected effects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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