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.
Younghoon Han;Pyo-Woong Son;Jae Min Ahn;Kiyeol Seo;Tae Hyun Fang
Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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v.13
no.4
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pp.467-473
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2024
As autonomous navigation technology advances and the importance of positional information in maritime environments increases, it is necessary to develop alternatives to the Global Navigation Satellite System (GNSS) in consideration of its vulnerabilities. Ranging Mode (R-Mode) technology is emerging as a GNSS backup system, utilizing existing maritime communication infrastructure to provide position, navigation, and timing (PNT) information through a terrestrial navigation system. This paper introduces a test-bed system developed to validate the feasibility and performance of medium frequency (MF) R-Mode technology in the context of South Korea. The MF R-Mode test-bed's transmitters are upgraded from four existing DGNSS systems, and positioning performance was evaluated based on data received in a static environment from actual signal broadcasts.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2022.06a
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pp.412-414
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2022
Global Navigation Satellite Systems (GNSSs)을 이용한 위치정보 서비스가 다양해짐에 따라, 전파 교란 및 기만에 대한 GNSSs의 취약성에 대한 우려도 점점 커지고 있다. 이에 미국, 러시아, 유럽 등 자체적으로 GNSS를 보유하고 운영하고 있는 국가조차도 GNSS의 취약성을 보완할 수 있는 부가적인 항법시스템을 개발하고 있다. 그 중 현재 운영 중인 Medium Frequency (MF) 주파수 대역의 신호를 이용하여 Differential GNSS (DGNSS) 정보를 전달하는 인프라를 활용하여 항법 신호를 송출하는 Ranging Mode (R-Mode) 시스템이 유럽과 한국을 중심으로 개발 중에 있다. 하지만 MF 주파수 대역의 신호는 일몰 이후에 전리층 일부가 소멸되면서 상위 전리층에서 신호가 반사되어 지표면에서 강한 세기로 수신되는 특성을 갖고 있다. 이런 특성은 지표를 통해 전파하는 원 신호를 수신하는 과정에 큰 오차요소로 작용할 수 있다. 본 논문에서는 현재 송출되고 있는 R-Mode 신호의 야간 특성을 분석하고자 한다. 현재 충주, 어청도 DGNSS 기준국에서 송출하고 있는 R-Mode 신호를 다양한 안테나 종류로 수신해보고, 항법 시스템의 정밀도 성능에 악영향을 줄 수 있는 특성에 대한 보완방법을 모색하였다.
As location-based services using the Global Navigation Satellite System (GNSS) are diversified, concerns about the vulnerability of GNSS to radio disturbance and deception are also growing. Accordingly, countries that own and operate GNSS, such as the United States, Russia, and Europe, are also developing additional navigation systems that can compensate for GNSS' weaknesses. Among them, an R-Mode system that transmits navigation signals using an infrastructure that transmits differential GNSS (DGNSS) information using signals from the medium frequency band currently in operation is being developed in Europe and Korea. Since 2020, Korea has improved four DGNSS transmission stations, including Chungju, Eocheongdo, Palmido, and Socheongdo, to transmit R-Mode signals and test navigation performance in some parts of the West Sea. In this paper, we intend to establish a testbed for measuring the distance of R-Mode signals currently being transmitted and analyze the results. It is confirmed that the distance measurement performance varies depending on the antenna type, diurnal variation, and propagation path of the signal.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2022.11a
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pp.209-211
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2022
우리나라 R-Mode(Ranging Mode) 항법시스템은 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)에서 요구하는 항구 입출항용 항법 요구성능(정밀도 10m)을 만족하도록 개발을 진행하고 있다. R-Mode 항법시스템은 위성국 송출을 기반으로 하는 GPS와 달리 지상국 송출을 기반으로 한다. 또한 신호가 세기가 높아서 의도적 전파간섭이 어려우므로 국제해사기구가 요구하는 강인한 PNT(Resilient PNT) 시스템에 적합한 것으로 평가받고 있다. 이러한 요구조건과 기회신호(SoOp, Signal of Opportunity)의 국내 환경에 맞추어 중파(MF, Middle Frequency) 및 초단파(VHF, Very High Frequency)를 이용하는 항법시스템을 개발하고 있다. 해양수산부의 지원으로 2020년에 착수하여 4국의 중파 R-Mode 송신국과 3국의 초단파 VDES R-Mode 송신국 구축을 진행하고 있다. 항법 성능을 확보하기 위하여 R-Mode 보정시스템과 R-Mode 감시시스템을 구축하였다. 해양에서 R-Mode 항법시스템의 성능을 검증하기 위하여 중파 R-Mode 수신기, VDES R-Mode 수신기 및 이를 포함하는 통합항법수신기를 함께 개발하고 있다. 항법 송신기 및 수신기의 성능 검증을 위한 테스트베드는 기존의 지상파 항법(eLoran) 서비스 영역, 중파 R-Mode 서비스 영역 및 주요 항만 등을 고려하여 충청남도 서산시 대산항 지역으로 선정하였다. 보정국 및 감시국을 포함하는 테스트베드 기지국은 대산항에 설치하여 운영을 시작하였다. 테스트베드 실해역 시험을 통한 성능 검증은 2023년 상반기에 진행될 계획이다.
In ocean field, the spread of the Fourth Industrial Revolution based on information and communication technology requires high precision and stable PNT&D (Position, Navigation, Timing and Data). As the IMO (International Maritime Organization) and IALA (The International Association of Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities) are requiring backup systems due to mitigate vulnerabilities and the increase of dependency on GNSS (Global Navigation Satellite System), Korea is conducting a research & development of R-Mode. An DGPS (Differentiate Global Positioning System) reference station that uses MF, an existing maritime infrastructure, and AIS (Automatic Identification System) base stations that use 34 integrity station and VHF will be utilized in this study to avoid redundant investment. Because there are radio shadow areas that display low signal levels in the west sea, the establishment of new R-Mode reference and integrity station will be intended to resolve problems regrading the radio shadow area. Because the frequency has a characteristic in that radio wave transmits well along the ground (water surface) in low frequency band, simulation and measurement were conducted therefore this paper to propose candidate sites for R-Mode reference and integrity station resulted through p wave's propagation characteristics analysis. Using this paper, R-Mode reference and integrity station can be established at appropriate locations to resolve radio shadow areas in other regions.
The significance of PNT information in the fourth industrial revolution is viewed differently in relation to the past. Autonomous vehicles, autonomous vessels, smart grids, and national infrastructure require sustainable and reliable services in addition to their high precision service. Satellite navigation system, which is the most representative system for providing PNT information, receive signals from satellites outside the earth so signal reception power is low and signal structures for civilian use are open to the public. Therefore, it is vulnerable to intentional and unintentional interference or hacking. Satellite navigation systems, which can easily acquire high performance of PNT information at low cost, require alternatives due to its vulnerability to the hacking. This paper proposed R-Mode (Ranging Mode) technology that utilizes currently operated navigation and communication infrastructure in terms of Signals of OPportunity (SoOP). For this, the Nationwide Differential Global Navigation Satellite System (NDGNSS), which currently gives a service of Medium Frequency (MF) navigation signal broadcasting, was used to validate the feasibility of a backup infrastructure in domestic maritime areas through simulation analysis.
This paper addresses on the International technical trends, standards, and development status of terrestrial radionavigation system to provide more accurate and fail-safe Positioning, Navigation, and Timing (PNT) Information available in maritime navigation environment. We analyze the performance result of pilot service in enhanced Long range navigation (eLoran) testbed environment using Low Frequency (LF) signal, and describe the development status of Ranging-Mode (R-Mode) system using Medium Frequency (MF) and Very High Frequency (VHF) to meet the Harbor Entrances and Approaches (HEA) requirement of International Maritime Organization (IMO) within 10m position accuracy. Furthermore, we present an architecture for integrated service of satellite-terrestrial navigation system and future maritime applicable fields. As the core information infrastructure of future navigation for 4th industrial revolution, this paper will be contributed to determining the direction of present and future to provide fail-safe PNT service with Global Navigation Satellite System (GNSS) based on the technical enhancement of terrestrial integrated navigation system.
This study was carried out to evaluate the antimicrobial effect of red ginseng (Panax ginseng C.A. Meyer) against several foodborne pathogens including Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Candida albicans and Aspergillus niger. The antimicrobial effect was determined by agar diffusion method using red ginseng extract, crude saponin and non-water-soluble fractions. Red ginseng extract showed antimicrobial effect against S. aureus, but not C. albicans or A. niger. The extract showed anti-bacterial activity at concentration above 30% against S. aureus, which cause both food poisoning and atophic dermatitis. Crude saponin showed antibacterial activity above 7.5% against the bacterium. However, the ginsenosides purified from crude saponin showed no antimicrobial activities at 100-200 ㎍/mL. To investigate the mode of growth inhibition, red ginseng extract and crude saponin were added to 0.85% NaCl solution containing S. aureus and then incubated at 35℃ for 12 h. The results showed that viable cells were rapidly reduced in above 10% concentration of red ginseng extract and above 2% of crude saponin, respectively. However, the crude saponin and red ginseng extract did not inhibit the bacterial cells completely at those same concentrations. On the other hand, whereas all non-water-soluble fractions showed inhibition zones above 10 mm against S. aureus, they showed no inhibition effects against E. coli, C. albicans or A. niger. The methanol fraction-1 (MF-1) showed the highest antibacterial activity against S. aureus, and the MIC (minimal inhibitory concentration) was 0.625 mg/mL. These results suggest that red ginseng extract, crude saponin and non-water-soluble fractions show selective antibacterial activity against S. aureus, and non-water-soluble fractions might be used as natural antibacterial agents.
The eLoran system is considered the best alternative because the vulnerability of satellite navigation systems cannot be resolved as perfect. Thus, South Korea is in the process of establishing a testbed of the eLoran system in the West Sea. To provide resilient navigation services to all waters, additional eLoran transmitters are required. However, it is difficult to establish eLoran transmitters because of various practical reasons. Instead, the positioning with NDGNSS/AIS source can expand the coverage and its algorithm with applying continuous waves is under development. Using the already operating NDGNSS reference station and the AIS base station, it is possible to operate the navigation system with higher accuracy than before. Thus, it is crucial to predict the performance when each system is integrated. In this paper, we have developed a simulation tool that can predict the performance of terrestrial integrated navigation system using the eLoran system, maritime NDGNSS station and the AIS station. The esitmated phase error of the received signal is calculated with the Cramer-Rao Lower Bound factoring the transmission power and the atmospheric noise according to the transmission frequency distributed by the ITU. Additionally, the simulation results are more accurate by estimating the annual mean atmospheric noise of the 300 kHz signal through the DGPS signal information collected from the maritime NDGNSS station. This approach can further increase the reliability of simulation results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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