위성신호 반사계측(GNSS-R) 기술 현황과 해양 응용분야

서기열,박상현,박지혜 해양환경안전학회 2021 해양환경안전학회지 Vol.27 No.2

GNSS-Reflectometry (GNSS-R) is a technique for measuring and analyzing signals transmitted from satellites, reflecting on the surface of land or sea. GNSS-R is mainly used for measuring the water level variation, typhoon and meteorological anomaly, soil moisture, and snow depth. This paper describes the concept and measurement principle of GNSS-R technology, especially focusing on the field of marine utilization and its feasibility. In particular, it presents the applications of this technique for monitoring the safety of marine environment as well as the marine vessel and their utilization areas based on currently available infrastructure on the ground and maritime reference stations, such as the existing differential GNSS reference stations and integrity monitors (DGNSS RSIM), and GNSS reference station infrastructure, using the ground-based and the satellite-based GNSS-R approaches. 위성신호 반사계측(GNSS-Reflectometry) 기술은 위성으로부터 전송되는 신호의 지표면 혹은 해수면에 반사되는 신호를 측정하여 분석하는 기법으로서, 해수면 높이측정, 태풍 및 기상이변, 그리고 토양의 수분 및 적설량 측정 등에 활용되고 있다. 본 논문에서는 GNSS-R 기술의 해양 활용확대와 그 가능성을 살펴보기 위하여, 위성신호의 신호대잡음비를 이용하는 GNSS-R 기술의 개념과 측정원리에 대해 설명하고, 국제적인 활용 사례를 조사하여 제시하였다. 특히 GNSS-R 기술을 기존 DGNSS 기준국 및 상시관측소 인프라를 이용하여 해양안전 및 환경 모니터링에 활용 가능할 뿐만 아니라, 지상 및 해양기준국, 위성기반, 해상선박 탑재 측면에서의 해양 응용 가능분야를 조사하여 제안하였다.

GNSS 부분 음영 지역에서 마할라노비스 거리를 이용한 GNSS/다중 IMU 센서 기반 측위 알고리즘

김지연,송무근,김재훈,이동익 대한임베디드공학회 2022 대한임베디드공학회논문지 Vol.17 No.4

The existing studies on the localization in the GNSS (Global Navigation Satellite System) denied environment usually exploit low-cost MEMS IMU (Micro Electro Mechanical Systems Inertial Measurement Unit) sensors to replace the GNSS signals. However, the navigation system still requires GNSS signals for the normal environment. This paper presents an integrated GNSS/INS (Inertial Navigation System) navigation system which combines GNSS and multiple IMU sensors using extended Kalman filter in partially GNSS-denied environments. The position and velocity of the INS and GNSS are used as the inputs to the integrated navigation system. The Mahalanobis distance is used for novelty detection to detect the outlier of GNSS measurements. When the abnormality is detected in GNSS signals, GNSS data is excluded from the fusion process. The performance of the proposed method is evaluated using MATLAB/Simulink. The simulation results show that the proposed algorithm can achieve a higher degree of positioning accuracy in the partially GNSS-denied environment. The existing studies on the localization in the GNSS (Global Navigation Satellite System) denied environment usually exploit low-cost MEMS IMU (Micro Electro Mechanical Systems Inertial Measurement Unit) sensors to replace the GNSS signals. However, the navigation system still requires GNSS signals for the normal environment. This paper presents an integrated GNSS/INS (Inertial Navigation System) navigation system which combines GNSS and multiple IMU sensors using extended Kalman filter in partially GNSS-denied environments. The position and velocity of the INS and GNSS are used as the inputs to the integrated navigation system. The Mahalanobis distance is used for novelty detection to detect the outlier of GNSS measurements. When the abnormality is detected in GNSS signals, GNSS data is excluded from the fusion process. The performance of the proposed method is evaluated using MATLAB/Simulink. The simulation results show that the proposed algorithm can achieve a higher degree of positioning accuracy in the partially GNSS-denied environment.

GNSS 가강수량 추정시 건조 지연 모델에 의한 복원 정밀도 해석

남진용,송동섭 한국측량학회 2019 한국측량학회지 Vol.37 No.4

ZHD (Zenith Hydrostatic Delay) model is important parameter in estimating of GNSS (Global Navigation Satellite System) PWV (Precipitable Water Vapor) along with weighted mean temperature. The ZWD (Zenith Wet Delay) is tend to accumulate the ZHD error, so that biases from ZHD will be affected on the precision of GNSS PWV. In this paper, we compared the accuracy of GNSS PWV with radiosonde PWV using three ZHD models, such as Saastamoinen, Hopfield, and Black. Also, we adopted the KWMT (Korean Weighted Mean Temperature) model and the mean temperature which was observed by radiosonde on the retrieval processing of GNSS PWV. To this end, GNSS observation data during one year were processed to produce PWVs from a total of 5 GNSS permanent stations in Korea, and the GNSS PWVs were compared with radiosonde PWVs for the evaluating of biases. The PWV biases using mean temperature estimated by the KWMT model are smaller than radiosonde mean temperature. Also, we could confirm the result that the Saastamoinen ZHD which is most used in the GNSS meteorology is not valid in South Korea, because it cannot be exclude the possibility of biases by latitude or height of GNSS station. GNSS를 이용한 가강수량 복원에 있어서 가중 평균 기온과 더불어 천정 건조 지연 모델은 가강수량의 정확도에 중요한 매개변수 중 하나이다. 천정 습윤 지연은 천정 건조 지연 모델의 오차가 축적되는 경향을 가지고 있으므로, 천정 건조 지연의 편의량은 GNSS 가강수량의 정확도에 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 Saastamoinen, Hopfield 및 Black의 세 가지 천정 건조 지연 모델을 이용하여 GNSS 가강수량을 산출하고 라디오존데 가강수량과의 정확도를 비교하였다. 그리고 이 과정에서 가강수량 산출에 필요한 가중 평균 기온을 한국형 가중 평균 기온 모델과 라디오존데로부터 실제로 관측한 가중 평균 기온을 각각 적용하여 다르게 평가하였다. 이를 위해 국내 상시관측소 5개소의 1년 분량의 GNSS 관측데이터를 취득한 후 천정 건조 지연 모델별로 가강수량을 산출하고 정밀도를 분석하였다. 분석 결과, 한국형 가중 평균 기온 모델에 기반하여 복원한 GNSS 가강수량이 라디오존데의 가중 평균 기온을 적용한 것보다 편의량이 작은 것으로 확인되었다. 또한, GNSS 기상에서 널리 적용하고 있는 Saastamoinen 모델은 우리나라 관측소의 위도나 고도에 의한 편의량이 발생하여 가장 유효한 모델이 아닐 가능성이 있음을 확인하였다.

위성신호 취약구역 극복을 위한 GNSS-DR/INS 복합 항법 알고리즘

박소진,김승택,김영민,이주한,송진우,김응주 제어·로봇·시스템학회 2023 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.29 No.1

Recently, autonomous systems for inspection of facilities such as bridge and viaduct have been studied. To obtain precise facility inspection results, it is essential to proximity flight of the drone to facilities. And precise position information of the drone is required for proximity flight. However, when the drone approaches under the bridge, there are occurred the area where GNSS signal is denied by external factors such as multi-path and reduced number of satellites. In the environment that GNSS signal is denied, position information provided by the GNSS can suffer from significant errors, so GNSS position information is inaccurate. But the speed information provided by the GNSS has higher accuracy than position information. In this paper, we propose a GNSS-DR/INS integrated navigation algorithm using GNSS speed information for overcoming GNSS denial environment. The proposed algorithm used an adaptive measurement rule that determines measurement according to the quality of the GNSS signal. Through the experiment, it was confirmed that the proposed algorithm estimates stable position information in the GNSS signal weak area, and it was confirmed that the position accuracy of 73.03% was improved.

관측조건에 따른 GPS 타원체고 결정의 정확도 분석

이석배(Lee, Suk Bae),어수창(Auh, Su Chang) 대한공간정보학회 2015 대한공간정보학회지 Vol.23 No.4

GNSS/Leveling기술은 GNSS기술과 Leveling기술을 이용하여 기하학적 방법으로 지오이드고를 얻을 수 있게 해주며, GNSS/Geoid기술은 GNSS기술을 통해 얻은 타원체고에서 Geoid기술을 통해 얻은 지오이드고를 제하여 정표고를 얻는 기술을 말한다. 본 연구에서는 GNSS/Geoid기술을 이용한 표고결정 정확도를 검증하기 위하여 GNSS 타원체고 측정의 정확도를 검증하고자 하였다. 연구를 위하여 경남 지역에 테스트 베드(test bed)를 선정하고 GNSS 정적측위관측을 실시하였으며, 여러 가지 해석 조건에 따라 데이터를 처리함으로써 관측조건에 따른 GNSS 타원체고 측정의 정확도를 규명하였다. 연구결과 GNSS 정적측위방법에 의한 타원체고 결정에 있어서 3cm의 목표정확도를 확보하기 위해서는 측량지역 주변부의 네 점의 기지점을 고정하여 두 시간 이상 관측하여야 하며 기선거리는 20km로 제한하여야 한다는 것을 알 수 있었다. GNSS/Leveling technology makes it possible to get geoidal height geometrically using GNSS and Leveling technology. GNSS/Geoid technology refers to a technology for obtaining orthometric height by subtracting geoidal height achieved by Geoid technology from ellipsoidal height achieved by GNSS technology. The purpose of this study is to verify the accuracy of the ellipsoidal height determination in order to verify the accuracy of the orthometric height determination by the GNSS/Geoid technology. For the study, a test bed was selected in Kyungnam province and GNSS Static surveying was accomplished in the test bed and then the GNSS data was processed in accordance with various analysis conditions. So, it was verified the accuracy of the ellipsoidal heights determination in accordance with the surveying conditions under the GNSS Static surveying. According to the research results, to ensure the 3cm goal accuracy of the ellipsoidal height determination, it should be surveyed by four fixed points on the survey area periphery and more than two hours of the GNSS occupation time, And also, it was found that should be limited to a baseline distance of 20km under the GNSS Static surveying.

공공기준점을 이용한 GNSS 높이측량 정밀도 분석 연구

원두견 ( Doo-kyeon Won ),최윤수 ( Yun-soo Choi ),윤하수 ( Ha-su Yoon ),이원종 ( Won-jong Lee ) 한국지리정보학회 2021 한국지리정보학회지 Vol.24 No.2

In order to construct a precision geoid, it has been diversified into land, sea, aviation, and satellite gravity measurement methods, and measurement technology has developed, making it possible to secure high-resolution, high-precision gravity data. The construction of precision geoids can be fast and conveniently decided through GNSS surveys without separate leveling, and since 2014, the National Geographic Information Institute has been developing a hybrid geoid model to improve the accuracy of height surveying based on GNSS. In this study, the results of the GNSS height measurement were compared and analyzed choosing existing public reference points to verify the GNSS height measurement of public surveys. Experiments are conducted with GNSS height measurements and analyzed precision for public reference points on coastal, border, and mountainous terrain presented as low-precision areas or expected-to-be low-precision in research reports. To verify the GNSS height measurement, the GNSS ellipsoid height of the surrounding integrated datum to be used as a base point for the GNSS height measurement at the public datum. Based on the checked integrated datum, the GNSS ellipsoid of the public datum was calculated, and the elevation was calculated using the KNGeoid18 model and compared with the results of the direct level measurement elevation. The analysis showed that the results of GNSS height measurement at public reference points in the coastal, border, and mountainous areas were satisfied with the accuracy of public level measurement in grades 3 and 4. Through this study, GNSS level measurement can be used more efficiently than existing direct level measurements depending on the height accuracy required by users, and KNGeoids 18 can also be used in various fields such as autonomous vehicles and unmanned aerial vehicles.

선박 GNSS(Global Navigation Satellite System) 자료를 사용한 전리권 정보 산출 실험: 이사부호 초기 결과

손동효,Byung-Kyu Choi,Junseok Hong,Gyeong Mok Lee,Woo Kyoung Lee,Jong-Kyun Chung,Yosup Park 한국우주과학회 2024 우주기술과 응용 Vol.4 No.3

이 연구에서는 선박에 설치한 GNSS(Global Navigation Satellite System) 관측시스템 자료를 사용해 전리권 전자밀도(total electron content, TEC)를 산출하고 지상 GNSS 자료에서 산출한 TEC와 비교하여 결과를 검증하였다. GNSS는 24시간 관측할 수 있고 비용이 상대적으로 저렴하며 설치가 쉬워 전리권의 변화를 감시하는데 좋은 관측시스템이다. 그러나 대부분의 GNSS 관측소가 육지에 있어 바다에서 관측한 정보가 부족한 실정이다. 따라서 이 연구에서는 한국해양과학기술원에서 운영하는 연구실험선 ‘이사부호’에GNSS 관측시스템을 설치해 전리권 전자밀도를 산출하는 실험을 진행하였다. 2021년 7월 30일부터 8월24일까지 수집한 GNSS 자료를 사용해 TEC를 산출하였고, 예상된 전리권 일변화와 위도에 따른 특성을확인하였다. 또한, 인근 지상 GNSS 자료를 사용하여 산출한 TEC과 비교해 비슷한 변화경향이 나타남을확인하였다. 이 초기 결과를 바탕으로 장기간 수집한 자료를 사용해 전리권 특성을 연구하고 전리권 감시에 활용할 수 있는지 분석할 예정이다. In this study, we calculated total electron content (TEC) using ship-borne global navigation satellite system (GNSS) observations and validated the results by comparing the ground-based TEC. GNSS is an effective tool for monitoring the ionosphere as it allows 24-hour observations, is low cost, and is easy to install. However, most GNSS stations are located on land, which leads to a lack of data from the ocean. Therefore, we conducted an experiment collecting GNSS data in the ocean by installing GNSS observation systems aboard the research vessel ‘ISABU’, operated by the Korea Institute of Ocean Science and Technology. We estimated TEC using GNSS data from July 30 to August 24, 2021. From the results, we confirmed daily and latitudinal variations of TEC as expected. Additionally, we compared the results with TEC derived from nearby ground-based GNSS stations and then verified similar variations. Based on these results, we plan to research ionospheric climatology using long-term data and assess its potential for ongoing ionospheric monitoring.

서울특별시 네트워크 RTK 시스템의 NTRIP 데이터 전송 및 Virtual RINEX의 활용

곽인선,남대현,권재현 대한공간정보학회 2010 Spatial Information Research Vol.18 No.5

Since January 2009, Seoul Metro Government(SMG) is operating own Network RTK Systems connecting four(4) GNSS Reference Stations which are installed inside Seoul Metro City area. SMG is currently providing VRS data service via wireless internet for Network-RTK and RINEX data observed from GNSS Reference Stations. This paper will discuss utilization of data available from SMG Network-RTK System for various applications, and present the test results on practicalities of Virtual RINEX data. For the utilization of data available from SMG Network- RTK system, 1)NTRIP data delivery of GNSS realtime observables streaming and converting to RINEX at receiving side, 2) monitoring deformation of bulky structures using GNSS observation were discussed. In addition to those discussion, 3) broadcasting VRS correction data for job site via radio modem after acquiring such correction data on-line using NTRIP based GNSS Internet Radio from SMG Network-RTK System were introduced. For the test results on practicalities of Virtual RINEX data, 1) the post-processing results of the GNSS observation data on a certain point with GNSS Reference Station data have been compared to the post-processing results of Virtual RINEX data on the same point generated from SMG Network-RTK System, and 2) VRS RTK positioning results for a certain point and post-processing results of Virtual RINEX data for the point were compared. The results showed only a few mm difference, and the high possibility for using Virtual RINEX data for post-processing applications. 서울특별시는 2009년 초 4개의 GNSS 고정 기준국을 설치하고 네트워크 RTK 시스템을 구축하여 현재 운영 중에 있다. 현재는 무선인터넷을 이용한 VRS 측위 서비스와 후처리를 위한 고정 기준국 RINEX 데이터를 제공하고 있다. 본 연구에서는 서울특별시 네트워크 RTK 시스템의 활용성 증대 방안을 검토하고, Virtual RINEX 실용성 검토를 위한 실험을 수행하였다. 네트워크 RTK 시스템의 활용 다양화를 위한 검토는 1) GNSS 고정 기준국의 관측 데이터를 NTRIP을 통하여 타기관의 사용자 시스템으로 실시간 전송하고 수신측 기관에서는 이를 RINEX 데이터로 변환 생성하는 방법, 2) GNSS를 이용하여 주요 장대 시설물의 변위를 모니터링 하는 방법을 검토하였다. 또한 3) NTRIP을 이용한 GNSS Internet Radio로 VRS 보정 데이터를 네트워크 RTK 시스템으로부터 수신하고 무선모뎀을 이용, 소규모 작업 지역을 대상으로 방송하여 RTK측위를 실시하는 방법을 소개 하였다. Virtual RINEX 실용성 검토를 위한 실험은 1) GNSS고정 기준국에서 관측한 기준국 데이터와 특정 지점에서 실제로 관측한 GNSS 관측 데이터로 후처리한 성과와 그 지점의 Virtual RINEX 데이터를 이동국 데이터로 한 후처리 성과를 비교하였다. 또한 2) 특정 지점에 대한 VRS RTK 측위 결과와 이동국 측위 지점에 대한 Virtual RINEX 데이터의 후처리 성과를 비교하였다. 그 결과, Virtual RINEX와 GPS 관측 성과는 거의 동일하여 향후 Virtual RINEX도 후처리 데이터로 사용할 수 있는 가능성을 확인하였고, VRS RTK 측위 성과는 Virtual RINEX 후처리 성과와 수 mm 이내 차이를 보여 산출된 성과가 거의 같음을 확인할 수 있었다.

특성화고등학교 ‘측량’과목의 기준점 측량단원을 위한 위성측위시스템(GNSS) 측량 수업과정안 개발

이상봉,서동환 한국직업교육학회 2013 職業 敎育 硏究 Vol.32 No.4

The purpose of this study was to design a GNSS(Global Navigation Satellite System) measuring lesson plan to teach control survey in a subject called 'survey' taught and learned at specialized high schools. This study was carried out in three different stages as preparation, development and improvement. In the stage of preparation, the study ① analyzed learners majoring in civil engineering at specialized high schools and, ② established goals of GNSS measuring education, applicable to the subject of civil engineering. In the stage of development, the study ① selected GNSS-measuring learning contents and, ② set up objectives of GNSS-measuring education in detail while ③ designing a model for GNSS-measuring class. In addition, lastly in this stage, the study ④ designed a GNSS-measuring curriculum. For the stage of improvement, the study ① had experts verify the feasibility, ② leading the learners to conduct preliminary test and in-site test as well. The outcomes thereof are as follows:First, this study resulted in the development of theory curriculum for ‘the significance of world-wide satellite measurement and the principle of positioning and of practice curriculum for Making Navigation Systems through Smart Phone GPS System’. Second, the curriculum consists of education curriculum area, core capacities of class, class objectives, class methods, major activities by curriculum, detailed curriculum, and references etc. The references presented materials for teachers and students separately. The materials for teachers consist of limitations of class, class references, notes for evaluation and various evaluation papers. The materials for students consist of class outline, notable matters, content of class, limitations of class, self and mutual evaluation papers, and various forms. Third, the GNSS(Global Navigation Satellite System) Measuring Curriculum for the reference point measurement chapter of measurement class at specialized high schools is helpful for teachers and students to apply to actual sites in learning applicable functions. 이 연구의 목적은 특성화고등학교 ‘측량’과목의 기준점 측량단원을 위한 GNSS(Global Navigation Satellite System) 측량 수업과정안을 개발하는 것이다. 이 연구는 준비, 개발, 개선의 3단계를 거쳐 진행되었다. 준비 단계에서는 ① 특성화고등학교 토목과 학습자 분석, ② 토목과에 적용 가능한 GNSS 측량 교육 목표를 설정 하였고, 개발 단계에서는 ① GNSS 측량 학습 내용 선정, ② GNSS 측량 세부수업목표 설정, ③ GNSS 측량 수업 모형 설계, ④ GNSS 측량 수업과정안 개발을 실시하였으며, 개선 단계에서는 ① 전문가에 의한 타당도 검증, ② 학생들에 의한 예비 시험과 현장 시험을 실행하였다. 이에 따른 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 이 연구를 통해 ‘전 세계위성측량의 의의 및 위치결정원리’를 위한 이론 수업과정안, ‘스마트폰 GPS시스템을 통한 네비게이션 만들기’를 위한 실습 수업과정안이 개발되었다. 둘째, 수업과정안은 교육과정영역, 수업의 핵심역량, 수업목표, 수업방법, 수업과정별 주요 활동, 세부 수업과정안, 참고자료 등으로 구성하였으며, 참고자료에는 교사용 자료와 학생용 자료로 구분하여 제시하였다. 교사용 자료에는 수업의 제한점, 수업의 참고자료, 평가시 유의점 및 각종 평가지 등으로 구성하였고, 학생용 자료에는 수업의 개요, 유의사항, 수업내용 소개, 수업의 제한점, 자기/상호 평가지 및 각종 양식 등으로 구성하였다. 셋째, 특성화고등학교 ‘측량’과목의 기준점 측량단원을 위한 GNSS(Global Navigation Satellite System) 측량 수업과정안은 특성화고 측량 교육 담당 교사와 학생들이 실제 현장에서 적용 가능한 기능 습득을 위한 수업이 되도록 도움을 주는 수업 자료이다.

지적측량을 위한 NTRIP 기반 GNSS 측위 모듈 조합의 효용성 평가

김치훈,오성종,이용창 한국지적정보학회 2023 한국지적정보학회지 Vol.25 No.2

As the advancement and stabilization of the overall infrastructure related to satellite positioning progresses, interest in the combined application of a smartphone and a GNSS receiver module is increasing. In particular, various applications related to the configuration of a combination of a mobile device supporting an NTRIP based correction service and a GNSS positioning module are being attempted in various fields. In addition, it is expected to be used as a source of economic feasibility and smart cadastral spatial information compared to existing geodetic devices as it is possible to launch various GNSS modules linked to mobile, support public apps (Apps), and organize various active combinations according to user purposes. This study examines the application and utilization of verification tasks such as cadastral survey and address information facility survey according to the combination of NTRIP based mobile multi-channel GNSS positioning modules. To this end, three combinations of the Ublox F9P chipset multi-channel low-cost GNSS module were configured and NTRIP correction signals were combined to analyze the results of kinematic positioning and static positioning. As a result of comparing the survey results of each applcation experiment with the results of the existing commercial geodetic receiver and the high-resolution drone ortho image trajectory by applying the relevant regulations, the following conclusions were obtained.The FT232R dual-frequency module combination configuration showed excellent accuracy compared to the cost, and met the horizontal and vertical precision ranges of the relevant laws and regulations. Availability is expected since the cadastral field availability and benefit of the GNSS positioning module combination receiver with a superior variability and profitability could be proved. 위성측위 관련 제반 인프라의 고도화 및 안정화가 진행되면서 스마트폰과 GNSS 수신기 모듈의 조합 응용에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히, NTRIP 기반의 보정서비스가 지원되는 모바일기기와 GNSS 측위 모듈의 조합구성과 관련한 다양한 응용이 여러 분야에서 시도되고 있다. 또한, 모바일과 연동되는 다양한 GNSS 모듈의 출시와 공개 앱(App)의 지원 및 사용자 목적에 따른 다양한 능동적 조합구성이 가능하므로 기존 측지용 대비 경제성 및 스마트 지적 공간정보 취득원으로 그 활용이 기대된다. 본 연구는 NTRIP 기반 모바일 다채널 GNSS 측위 모듈의 조합구성에 따른 지적측량, 주소정보시설 조사 등 검증업무의 적용 및 활용성을 검토하는 것이다. 이를 위해 Ublox F9P 칩셋 다채널 저가 GNSS 모듈의 3가지 조합을 구성하고 NTRIP 보정신호를 조합하여 동적측위 및 정적측위 결과를 분석했다. 적용실험 별 측량성과를 관련 규정을 준용, 기존의 상용 측지 수신기의 성과 및 고해상 드론정사영상 궤적과 비교 고찰한 결과 다음의 결론을 얻을 수 있었다. FT232R 2주파 모듈 조합 구성이 비용 대비 우수한 정확도를 나타냈으며, 관련 법규정의 수평 및 수직 정밀도 범위를 충족시켰다. 가변성과 경제성이 우수한 GNSS 측위 모듈 조합 수신기의 지적분야 활용성 및 효용성을 입증할 수 있었으므로 활용성이 기대된다.