• Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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• 제9권4호
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• pp.357-366
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• 2020

This paper addressed a relative navigation method for autonomous rendezvous and docking of cube-satellites using single frequency Differential GPS (DGPS) under the intermittent communication between satellites. Since the ionospheric error of GPS measurement is variable depending on the visible satellites, a few meters error of relative navigation is occurred in the Low-Earth Orbit (LEO) environment. Therefore, it is essential to remove the ionospheric error to perform relative navigation. Besides, an intermittent communication period for receiving GPS measurements of the target satellite is limited for getting information every sampling time. To solve this problem, a method combining range domain DGPS and orbit propagation is proposed in this paper. The proposed method improves the performance of DGPS by using Hatch filter and solves an intermittent communication problem by estimating the relative position and velocity using Hill-Clohessy-Wiltshire Equation. Through the simulation, it is verified that the suggested algorithm provides the relative position error within RMS 0.5 m and the relative velocity error within RMS 3 cm/s. Furthermore, it has the advantage that it is suitable for real-time implementation using single-frequency GPS measurements and is computationally efficient.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제7권4호
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• pp.626-635
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• 2012

Most of single frequency GPS receivers utilize low-quality crystal oscillators. If a lowquality crystal oscillator is utilized as the time reference of a GPS receiver, the receiver's clock bias grows very fast due to its inherent low precision and poor stability. To prevent the clock bias becoming too large, large clock jumps are intentionally injected to the clock bias and the time offset for clock steering purpose. The abrupt changes in the clock bias and the time offset, if not properly considered, induce serious accuracy degradation in relative differential positioning. To prevent the accuracy degradation, this paper proposes an efficient and systematic method to eliminate the undesirable clock jump effects. Experiment results based on real measurements verify the effectiveness of the propose method.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2000년도 하계학술대회 논문집 D
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• pp.2436-2438
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• 2000

In this paper, field test results of a new efficient integer ambiguity resolution algorithm for precision Carrier Differential GPS(CDGPS) positioning are presented. The new algorithm is based on a reconfiguration Kalman filter which is designed to be used for the real-time precise positioning with low cost, single frequency, conventional C/A code GPS receivers. The tests were performed both in static and kinematic environment

• 한국항행학회논문지
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• 제18권4호
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• pp.260-267
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• 2014

광역보정시스템(WA-DGNSS; wide area differential GNSS)의 정확성을 향상시키기 위해서는 GPS 오차 요인 중 가장 큰 영향을 미치는 전리층 지연 오차에 대한 추정 성능이 향상되어야 한다. 본 논문에서는 전리층 지연 추정 성능 향상을 위해 미국의 GPS, 러시아의 GLONASS, 유럽의 Galileo와 같은 각 국의 다양한 위성항법시스템을 통합하여 광역보정시스템 알고리즘에 적용해보았다. 그리고 기준국 수를 증가시키면서 한반도 지역의 전리층 지연 추정 성능을 시뮬레이션을 통해 분석해보았다. 그 결과 추정에 사용한 측정치의 수가 비슷함에도 불구하고 기준국 수를 증가시키기보다는 다중 위성항법을 사용하는 것이 전리층 지연 추정 성능 향상에 더 효과적임을 확인하였다. 본 논문의 결과는 단일 주파수 SBAS (satellite based augmentation system) 사용자의 전리층 지연 추정 성능을 향상시키기 위한 자료로 활용될 것으로 기대된다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제89권6호
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• pp.589-599
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• 2024

This study presents the usability of the high-rate single-frequency Precise Point Positioning (SF-PPP) technique based on 20 Hz Global Positioning Systems (GPS)-only observations in detecting dynamic motions. SF-PPP solutions were obtained from post-mission and real-time GNSS corrections. These include the International GNSS Service (IGS)-Final, IGS real-time (RT), real-time MADOCA (Multi-GNSS Advanced Demonstration tool for Orbit and Clock Analysis), and real-time products from the Australian/New Zealand satellite-based augmentation systems (SBAS, known as SouthPAN). SF-PPP results were compared with LVDT (Linear Variable Differential Transformer) sensor and single-frequency relative positioning (SF-RP) solutions. The findings show that the SF-PPP technique successfully detects the harmonic motions, and the real-time products-based PPP solutions were as accurate as the final post-mission products. In the frequency domain, all GNSS-based methods evaluated in this contribution correctly detect the dominant frequency of short-term harmonic oscillations, while the differences in the amplitude values corresponding to the peak frequency do not exceed 1.1 mm. However, evaluations in the time domain show that SF-PPP needs high-pass filtering to detect accurate displacement since SF-PPP solutions include trends and low-frequency fluctuations, mainly due to atmospheric effects. Findings obtained in the time domain indicate that final, real-time, and MADOCA-based PPP results capture short-term dynamic behaviors with an accuracy ranging from 3.4 mm to 8.5 mm, and SBAS-based PPP solutions have several times higher RMSE values compared to other methods. However, after high-pass filtering, the accuracies obtained from PPP methods decreased to a few mm. The outcomes demonstrate the potential of the high-rate SF-PPP method to reliably monitor structural and earthquake-induced ground motions and vibration frequencies of structures.

• 한국측량학회지
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• 제23권2호
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• pp.101-108
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• 2005

관성항법시스템은 항체의 자세, 속도 및 위치정보를 획득하기 위하여 폭넓게 사용되어 왔다. 그러나 관성센서는 매우 고가이며, 무겁고, 시간이 경과함에 따라 센서의 오차가 누적되어 발산하게 되는 단점이 있다. 한편 GPS를 이용한 항법시스템은 오차의 누적이 없고, 위성의 가시성만 확보된다면 빠르게 항체의 속도, 위치정보를 획득할 수 있으며, GPS 안테나 배열을 이용하면, 항체의 자세요소도 계산이 가능하다. 본 연구에서는 중저가 GPS 수신기의 안테나 배열을 사용하여 항체의 위치측위 정확도 및 자세 정확도 모두를 개선시키기 위한 방법을 연구하였다. 중저가형의 GPS 수신기 안테나 배열을 사용한 자세 결정 방법은 기준과 보조 안테나 사이의 상대적인 벡터에 초점을 맞추었다. 기준 안테나의 위치는 의사거리 측위로 한 단독 측위가 사용되었기 때문에 미터 수준으로 결정된다. 또한 항체의 측위 정확도 향상을 위해, 무선 인터넷을 이용하여 실시간 차분 보정을 실시하였으며, 중저가의 2주파 GPS 수신기를 사용하였다. 본 연구의 결과는 측위에서 센티미터 수준의 정확도를, 자세결정에서 도 수준의 정확도를 가지는 것으로 나타났다.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제32권4호
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• pp.335-340
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• 2015

Using the Total Electron Content (TEC) data from the Global Navigation Service System (GNSS) site in Jeju, operated by the Korea Astronomy and Space Science Institute (geographic location: $33.3^{\circ}N$, $126.5^{\circ}E$; geomagnetic location: $23.6^{\circ}N$) for 2002-2014 in Korea, the results of the statistical analysis of positive and negative ionospheric storms are presented for the first time. In this paper, ionospheric storms are defined as turbulences that exceed 50% of the percentage differential Global Positioning System (GPS) TEC ratio (${\Delta}TEC$) with monthly median GPS TEC. During the period of observations, the total number of positive ionospheric storms (${\Delta}TEC$ > 50%) was 170, which is greater than five times the number of negative ionospheric storms (${\Delta}TEC$ < - 50%) of 33. The numbers of ionospheric storms recorded during solar cycles 23 and 24 were 134 and 69, respectively. Both positive and negative ionospheric storms showed yearly variation with solar activity during solar cycle 23, but during solar cycle 24, the occurrence of negative ionospheric storms did not show any particular trend with solar activity. This result indicates that the ionosphere is actively perturbed during solar cycle 23, whereas it is relatively quiet during solar cycle 24. The monthly variations of the ionospheric storms were not very clear although there seems to be stronger occurrence during solstice than during equinox. We also investigated the variations of GPS positioning accuracy caused by ionospheric storms during November 7-10, 2004. During this storm period, the GPS positioning accuracies from a single frequency receiver are 3.26 m and 2.97 m on November 8 and 10, respectively, which is much worse than the quiet conditions on November 7 and 9 with the accuracy of 1.54 m and 1.69 m, respectively.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제5권1호
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• pp.94-100
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• 2004

Ionospheric time delay is the biggest error source for single-frequency DGPSapplications, including time transfer and Wide Area Differential GPS (WADGPS).Currently, there are many attempts to develop real-time ionospheric time delayestimation techniques to reduce positioning error due to the ionospheric time delay.Klobuchar model is now widely used for ionosphehc time delay calculation forsingle-frequency users. It uses flat surface at night time and cosine surface atdaytime[1], However, the model was developed for worldwide ionosphere fit, it isnot adequate for local area single-frequency users who want to estimateionospheric time delay accurate1y[2]. Therefore, 3-D ionosphere model usingtomographic estimation has been developed. 3-D tomographic inversion modelshows better accuracy compared with prior a1gorithms[3]. But that existing 3-Dmodel still has problem that it requires many coefficients and measurements forgood accuracy. So, that algorithm has Umitation with many coefficients incontinuous estimation at the small region which is obliged to have fewermeasurements.In this paper, we developed an modified 3-D ionosphehc time delay modelusing tomography, which requires only fewer coefficients. Because the combinationsof our base coefficients correspond to the full coefficients of the existing model, ourmodel has equivalent accuracy to the existing. We confirmed our algorithm bysimulations. The results proved that our modified algohthm can perform continuousestimation with fewer coefficients.

• 한국항행학회논문지
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• 제11권4호
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• pp.371-377
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• 2007

전리층 지연은 보정위성항법시스템(DGPS), 위성항법시스템(GPS)을 이용한 시각동기화 및 광역보정위성항법시스템(WADGPS)의 주요한 오차원인이다. 이러한 전리층 지연은 위성 신호가 통과하는 전리층의 환경에 따라 달라지므로 일반적인 보정위성항법시스템의 기준국이 보정할 수 있는 사용자와의 거리는 약 100km로 제한된다. 따라서 광역보정위성항법의 경우 여러 기준국의 측정치를 이용하여 보정구간 전리층 전체를 모델링하여 보정정보를 단일 주파수 수신기 사용자들에게 보내주게 된다. 이를 위해 이미 기존의 격자 알고리즘이 구현되어 있으나 기존의 격자 알고리즘에서는 전리층에 자기폭풍현상이 일어났을 경우에 대한 대처와 정확도가 고려되지 않고 있다. 자기폭풍이 일어나면 수직전리층 값이 공간적으로 noisy한 분포를 나타내게 되기 때문에 격자 알고리즘으로의 경우 모델링의 정확도가 낮아지게 된다. 또한 정확도를 높이기 위한 다른 함수 기반 전리층 모델의 경우 자기 폭풍이 일어났을 때 보정정보 값의 연속성이 보장되지 않는다. 본 논문에서 제시하는 wavelet을 이용한 알고리즘은 보정정보의 개수가 같을 때 기존의 격자 알고리즘보다 더 높은 정확도를 보이며, 특히 자기폭풍이 왔을 때도 비교모델인 spherical harmonics 기반 알고리즘에 비해서도 정확도가 향상됨을 볼 수 있다. 또한 다른 함수기반 알고리즘의 경우 정확도는 높지만 전송해야하는 보정정보 값이 자기폭풍시에 불연속이 되는데 반해 본 알고리즘은 연속성이 보장된다. 따라서 본 알고리즘을 이용하면 자기폭풍시에도 적용가능함으로서 기존의 알고리즘들의 문제를 개선할 수 있다.

• 한국측량학회지
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• 제29권2호
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• pp.201-208
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• 2011

스마트폰 사용자의 증가와 함께 다양한 응용분야에서 정밀한 3차원 위치정보가 요구되고 있다. 단일 주파수 민간용 코드 자료를 이용한 위치결정 정확도는 10m 내외이지만, 향후 스마트폰 응용프로그램은 서브미터 수준의 위치정확도를 안정적으로 확보할 필요가 있다. 따라서 일반적인 절대측위 대신 가상기준점을 기반으로 하는 상대측위 방식을 적용하였으며, 면보정계수를 이용하여 이중차분 오차를 보정하였다. 가상기준점은 로버 가까운 지점에 설정하고, 주 기준점 관측자료를 바탕으로 기하학적인 거리를 반영하였다. 이중차분으로 제거되지 않은 오차는 일반적으로 기선거리와 비례하므로, 로버 외부의 상시관측소 네트워크를 평면에 접합하여 면보정계수를 추정하였다. 이중차분 오차를 보정한 가상기준점과 로버의 24시간 C/A 코드 자료를 이용한 로버의 위치측정 결과 위도, 경도방향의 평균제곱근(RMS) 오차가 각각 37cm, 28cm 였으며, 높이 방향의 오차는 76cm 수준이었다. 또한 평면좌표의 성분별 오차는 전체의 약 90%에서 ${\pm}0.5m$ 이내의 결과를 보였으며, 특히 네트워크 기반의 오차모델링을 통해 평면좌표의 바이어스가 2-3cm 수준으로 크게 향상되었다. 따라서 가상기준점과 이중차분 오차모델링을 통해 단일 주파수코드 자료로부터 안정적인 서브미터 정확도의 위치결정이 가능하다.