구면조화 함수 기반 전리층 모델링의 광역보정시스템 적용 가능성 연구

한덕화,윤호,기창돈 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.4

전리층 지연 오차는 GPS의 가장 큰 오차 요인의 하나이다. GPS의 정확도를 개선하기 위한 보정항법의 하나인 광역보정 시스템에서는 오차요인 별로 보정정보를 제공해 주고 있으며 여기에는 전리층 지연 오차에 대한 보정정보가 포함되어 있다. 본 논문에서는 구면 조화함수를 이용하여 전리층 지연 오차를 모델링 하고, 이 모델의 정확성을 현재 사용되고 있는 격자 모델과 비교함으로써 광역보정시스템에 적용 가능성에 대하여 테스트 해보았다. 테스트는 정상상태 조건, 전리층 폭풍 조건에서 수행 되었으며 각각에 대한 모델링 잔차를 분석함으로써 정확도 비교를 수행하였다. Ionoispheric delay error is major error source of GPS positioning. SBAS(Satellite-based Augmentation System) provide correction messages to user to improve position accuracy. This correction message includes the correction for ionospheric delay. Currently, grid model is used to modeling the ionosphere in SBAS. In this paper, we modeled the ionospheric delay using spherical harmonics. After modeling ionosphere with spherical harmonics, we compare its modeling accuracy with grid model’s accuracy to test the applicability in SBAS. Test is implemented in normal condition and ionospheric storm condition. In each condition, residual error is calculated and accuracy performance is analyzed.

GPS 위성 기하학적 위치의 일별 유사성을 이용한 기준국 의사거리 다중경로 오차 감소기법

한덕화,김동욱,기창돈 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

GPS 오차 요인 중 다중경로 오차는 사용자 주변의 기하학적 환경에 영향을 받는 오차이며 기준국과 같이 주변환경이 일정하게 유지되고 있는 사용자의 수신기는 동일한 가시선 신호에 대하여 동일한 다중경로 오차가 나타나게 된다. GPS 위성의 수신기에 대한 기하학적 위치는 하룻동안 크게 변하지 않으므로 다중경로 오차는 일별 유사성을 보인다. 본 논문에서는 이러한 특성을 이용하여 기준국 수신기의 의사거리 다중경로 오차를 감소시키는 기법을 제시하였다. 반송파-의사거리 차분 측정치를 이용하여 의사거리 다중경로 오차를 추정하였으며 이전날 추정된 다중경로 오차를 다음날 유사한 가시선을 지나는 위성의 의사거리 측정치에 빼줌으로써 실시간으로 다중경로 오차를 감소시킬 수 있도록 하였다. 제시된 기법의 유효성을 테스트하기 위하여 이틀간의 데이터를 활용하여 다중경로 감소기법 적용 전후의 계산된 항법해 오차를 비교하였다. 각각의 다른 날에 대하여 비슷한 가시선을 지나는 위성들의 다중경로 오차 측정치를 비교하여 유사성을 확인하였으며 다중경로 감소 기법을 적용하기 전 후의 사용자 위치 오차를 비교하여 위치 오차가 감소될 수 있음을 확인하였다. The multipath error is affected by geometrical environment. The reference stations keep their environment unchanged and multipath effects are same if the line of sight is unchanged. The multipath error shows daily similarity because satellite to receiver geometry does not change significantly. In this paper, multipath mitigation method for reference station is proposed based on daily similarity of multipath error. Pseudorange multipath error can be estimated from difference of pseudorange and carrier phase measurement. To compensate the multipath error in real time, multipath errors are estimated in previous day. Estimated results are applied to current measurements lies in a similar line of sight. To test the validity of proposed method, position solutions are calculated before and after applying multipath mitigation method. It is confirmed that position errors can be decreased with proposed method.

한국에서의 기준국 네트워크 선정에 따른 GNSS 광역보정시스템 성능 분석

한덕화,윤호,기창돈 한국항해항만학회 2013 한국항해항만학회지 Vol.37 No.4

GPS 오차를 보정하기위한 시스템 중에서 광역보정시스템은 여러 개의 기준국 네트워크로부터 데이터를 수집하여 3차원 위성궤도 오차, 위성 시계오차, 서비스 지역의 전리층 지연 오차를 추정한다. 추정된 보정정보는 사용자에게 방송되고, 사용자는 더 정확하고 신뢰성 있는 위치를 계산 할 수 있다. 이러한 광역보정시스템의 성능은 기준국의 배치에 따라 차이를 보일 수 있으므로 적절한 기준국 선정을 위해서는 기준국 네트워크 변화에 따른 성능 분석이 필요하다. 본 논문에서는 한국에서의 광역보정시스템 성능을 기준국 조합을 변경하면서 시뮬레이션 테스트를 수행하였고, 그에 따른 성능 변화를 제시하였다. Wide area differential GNSS(WA-DGNSS) collects GPS measurements from the several reference stations and estimates 3-D satellite orbit error, satellite clock error, ionospheric delay. These correction messages are broadcasted to user, then user can have more accurate and reliable position estimates. The performance of WA-DGPS can be changed depending on the position of reference stations. To select proper reference stations, performance analysis with the change of reference stations is necessary. In this paper, changing the geographical location of reference stations, we carried out simulation based test and show the performance of WA-DGNSS in Korea.

Performance Evaluation of Ionosphere Modeling Using Spherical Harmonics in the Korean Peninsula

한덕화,윤호,기창돈 사단법인 항법시스템학회 2013 Journal of Positioning, Navigation, and Timing Vol.2 No.1

The signal broadcast from a GPS satellite experiences code delay and carrier phase advance while passing through the ionosphere, which causes a signal error. Many ionosphere models have been studied to correct this ionospheric delay error. In this paper, the ionosphere modeling for the Korean Peninsula was carried out using a spherical harmonics based model. In contrast to the previous studies, we considered a real-time ionospheric delay correction model using fewer number of basis functions. The modeling performance was evaluated by comparing with a grid model. Total number of basis functions was set to be identical to the number of grid points in the grid model. The performance test was conducted using the GPS measurements collected from 5 reference stations during 24 hours. In the test result, the modeling residual error was smaller than that of the existing grid model. However, when the number of measurements was small and the measurements were not evenly distributed, the overall trend was found to be problematic. For improving this problem, we implemented the modeling with additional virtual measurements.

RF 신호 수집/방송 장치를 활용한 의사위성 기반 광역보정시스템의 후처리 성능 검증

한덕화,윤호,기창돈 한국항해항만학회 2014 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.춘계

광역보정시스템은 GPS와 같은 위성항법을 이용하는 사용자의 정확성, 무결성을 개선시키기 위하여 고안된 시스템이다. 현재 우리나라에서는 광역보정시스템 핵심 알고리즘을 구현하여 그 성능을 의사위성 기반의 데모 시스템으로 검증하는 것을 목표로 개발이 진행되고 있다. 본 논문에서는 개발된 의사위성 기반의 광역보정시스템의 전체 구조에 대하여 설명하고, 후처리 기반으로 상용 수신기에 대하여 성능 테스트를 수행하는 실험 방법 및 결과에 대하여 설명한다. 개발된 시스템에서는 의사위성을 이용하여 보정정보를 방송하며 이를 검증하는 실험에서는 RF 신호를 수집, 저장하는 장치를 이용하였다. 저장된 RF 신호를 의사위성의 보정정보와 함께 상용수신기에 방송하여 성능을 검증을 하였으며 그 결과를 제시하였다. Wide Area Differential GNSS(WA-DGNSS) was developed in order to improve the accuracy and integrity performance of GNSS. In Korea, WA-DGNSS development project, which aims to develop core algorithms and verify the performance using pseudolite-based demo system, is currently in progress. In this paper, overall structure of developed system and experimental methods which enables the post-processing test with commercial receiver will be described. In this system, pseudolite is used to broadcast augmenting signal and RF signal logger and broadcaster were used to test the performance. Performance test was conducted broadcasting the logged RF signal and pseudolite signal to commercial receiver and those results will be described.

Methodology for Evaluating SBAS Satellite Correction

한덕화,김동욱,김정범,기창돈,최광식,한지애 사단법인 항법시스템학회 2018 Journal of Positioning, Navigation, and Timing Vol.7 No.4

The Satellite-based Augmentation System (SBAS), as a safety critical system, should be verified on an ongoing basis to ensure the adequate performance. This study proposes two methods to evaluate the performance of SBAS satellite correction. Analysis methods based on precise ephemeris and measurement were applied to present an evaluation method for SBAS satellite correction, and a test was performed based on real data. The precise ephemeris-based analysis method had no limitations on the position of the test user and showed a high precision, enabling an accurate performance analysis in various positions. Although the measurement-based analysis method has the advantage of fast data interval, it showed a relatively lower accuracy due to the effects of various error factors. Compared with the precise ephemeris-based analysis method, there was a large difference of more than 5 m at the beginning of smoothing filter, and a difference less than 50 cm when filtered for more than an hour.

RF 신호 수집/방송 장치를 활용한 의사위성 기반 광역보정시스템의 후처리 성능 검증

한덕화,윤호,김종원,김오종,기창돈 한국항해항만학회 2014 한국항해항만학회지 Vol.38 No.4

광역보정시스템은 GPS와 같은 위성항법을 이용하는 사용자의 정확성, 무결성을 개선시키기 위하여 고안된 시스템이다. 본 논문에서 는 개발된 의사위성 기반의 광역보정시스템의 전체 구조에 대하여 설명하고, 후처리 기반으로 상용 수신기에 대하여 성능 테스트를 수행하는 실험 방법 및 결과에 대하여 설명한다. 보정정보 생성을 위하여 총 5개의 NDGPS 기준국에서 수집되는 데이터가 활용되었으며 이를 광역기준 국, 중앙처리국 소프트웨어에서 처리하였다. 생성된 보정정보는 SP3, IONEX 데이터와 비교하여 정확도를 테스트하였다. 상용 수신기 실험에서 는 사용자의 RF 신호를 수집, 보정정보를 생성하였으며, 이후에 RF신호와 보정정보가 실린 의사위성 신호를 동시에 방송하여 테스트를 수행하 였다. 테스트는 3대의 상용수신기를 활용하여 수행되었으며 MSAS, GPS 단독 측위 수신기와 비교하여 성능을 검증하였다. 각 수신기의 위치 해 출력 결과로부터 위치오차를 비교하였으며 보정정보를 적용함으로써 향상된 위치해가 출력됨을 확인하였다. Wide Area Differential GNSS(WA-DGNSS) was developed in order to improve the accuracy and integrity performance of GNSS. In this paper, overall structure of Pseudolite-Based Augmentation System(PBAS) and experimental methods which enables the post-processing test with commercial receiver will be described. For generating augmenting message, GPS measurement collected from five NDGPS reference stations were processed by reference station S/W and master station S/W. The accuracy of augmenting message was tested by comparing SP3, IONEX data. In the test, RF signal of user was collected and correction data were generated. After that, RF signal was broadcasted with pseudolite signal. Test was conducted using three commercial receiver and the performance was compared with MSAS and standalone user. From the position output of each receiver, it was shown that improved position was obtained by applying augmenting message.

KASS 성능평가를 위한 운용시험 요소기술 분석

한덕화(Deokhwa Han),김정범(Jungbeom Kim),김동욱(Donguk Kim),박병운(Byungwoon Park),이지윤(Jiyun Lee),서지원(Jiwon Seo),기창돈(Changdon Kee),Seungwoo Seo,Junpyo Park 항공우주시스템공학회 2016 항공우주시스템공학회 학술대회 발표집 Vol.2016 No.5

소프트웨어 기반 GPS IF 신호 시뮬레이터 설계 및 구현

한덕화(Deok Hwa Han),기창돈(Chang Don Kee) 대한기계학회 2012 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2012 No.6-2

평활화 된 의사거리 및 전리층 지연 추정을 위한 GPS 측정치 잡음 모델링

한덕화 ( Deok Hwa Han ),윤호 ( Ho Yoon ),기창돈 ( Chang Don Kee ) 한국항행학회 2012 韓國航行學會論文誌 Vol.16 No.4

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. Ionospheric delay error, one of main error sources in GPS signal, varies with signal frequency. Dual-frequency user uses L1, L2 frequency pseudorange to estimate the ionospheric delay, and there are errors caused by pseudorange measurement noise. So, filter is usually used to smooth the measurement. Weighted hatch filter can estimate optimal smoothed pseudorange mesrement. But measurement noise model is needed to use this filter. In this paper, measurement noise modeling is counducted for NDGPS reference station. Using noise modeling result, weighted hatch filter estimate smoothed pseudorange measurement and ionospheric delay. Standard deviation of ionospheric dealy error drops to one-twenty fifth of non-filtered result.