지자기 센서의 결합 시기에 따른 GPS/INS/지자기계 결합항법 시스템의 성능 분석

이승준,원대희,박종근,이영재 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.4

GPS (Global Positioning System)와 INS (Inertial Navigation System)는 상보완적인 오차특성을 갖기 때문에 이를 결합한 GPS/INS 결합항법을 구성하면 단독으로 동작하는 항법 시스템보다 성능이 향상된다. GPS/INS 결합항법의 자세는 INS에 의존하기 때문에 오차 누적으로 인해 성능저하가 발생한다. 지자기계 (Magnetometer)는 요에 대하여 신뢰할만한 정보를 제공하므로 GPS/INS/지자기계 결합항법을 구성하여 향상된 항법성능을 얻을 수 있다. 본 논문에서는 GPS/INS 결합항법에 지자기계가 결합되는 시점에 따른 항법성능을 분석하여 동일한 성능의 센서를 사용하더라도 GPS/INS/지자기계 결합항법의 성능이 개선됨을 시뮬레이션을 통해 검증하였다. GPS (Global Positioning System) and INS (Inertial Navigation System) have complementary characteristics in terms of navigation errors. Performance of GPS/INS integrated navigation can be improved with respect to the individual sensors relatively. The attitude solution of the GPS/INS integrated navigation relies on the INS highly, and the performance is degraded due to the accumulated error. Besides, the magnetometer provides reliable yaw measurement, and the navigation performance can be improved by constructing the GPS/INS/Magnetometer integrated navigation. In this paper, we analyzed the performance of the GPS/INS/Magnetometer integrated navigation with respect to the integration time, and the performance was verified through simulations.

고 전력 간섭 환경에서의 GPS AOA 선택 알고리즘

황석승 ( Suk Seung Hwang ) 한국항행학회 2012 韓國航行學會論文誌 Vol.16 No.4

GPS(Global Positioning System)는 사용자 및 물체의 위치를 추정하기 위해 군사용과 상용으로 광범위하게 사용되고 있다. GPS는 다양한 고의적 또는 비고의적 간섭들로부터 영향을 받게 되는데, 이러한 간섭들을 제거하고 효율적인 데이터 수신을 위해 GPS의 정확한 도래각(AOA; angle-of-arrival) 추정이 필요하다. GPS의 신호전력은 잡음이나 간섭에 비해 매우 낮으므로, 역확산(despreading) 이전에 GPS 신호의 AOA를 추정하기는 매우 어려워 일반적으로 역확산 이후에 GPS의 AOA를 추정한다. 하지만, 고 출력의 간섭 존재 시 역확산 이후의 AOA 추정결과는 간섭신호의 AOA 들도 포함하고 있어, 어떤 추정 값이 GPS의 AOA 인지를 결정하여야 한다. 본 논문에서는 추정된 AOA 값들로부터 효과적으로 GPS 신호의 AOA를 선택하기 위한 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 역확산 이전과 이후의 AOA 들을 비교하여 정확한 GPS 신호의 AOA를 선택한다. 또한, 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 GPS AOA 선택 알고리즘의 성능을 확인한다. The Global Positioning System (GPS) is widely utilized for commercial and military applications to estimate the location of the user or object. The GPS suffers from various intentional or unintentional interferers and it requires estimating the accurate angle-of-arrival (AOA) of the GPS signal to suppress interference signals and to efficiently detect GPS data. Since the power of GPS signal is very low comparing with the noise and interference signals, it is extremely difficult to estimate GPS AOA before despreading. Although AOA of GPS signal is usually estimated after despreading, it requires choosing the GPS AOA among results of AOA estimation because they include AOAs of interference and GPS signals when existing high-power interferers. In this paper, we propose the efficient choosing algorithm of the GPS signal among the estimated AOAs. The proposed algorithm compares the estimated results before despreading and after despreading for choosing AOA of GPS signal. Computer simulation examples are presented to illustrate the performance of the proposed algorithm.

GPS 수신기의 초기 위치획득 시간에 따른 활공 유도무기의 항법 성능 연구

안종선,공승현 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.4

GPS 유도폭탄은 GPS/INS 통합 장치를 사용하여 항법을 수행한다. GPS 는 초기 위치 획득을 할 때까지 GPS/INS 에 측정값을 전달하지 못하기 때문에 초기 위치획득을 할 때까지의 시간 동안 GPS/INS 통합장치는 INS 를 통해서만 항법을 수행하여야 한다. INS 를 통해서만 항법 정보를 획득한다면 시간이 지남에 따라 오차가 누적되기 때문에 유도폭탄과 같은 추력이 없는 시스템에서는 초기 위치획득 시간에 따라 성능이 크게 변화할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 GPS 초기 위치획득 시간에 따른 GPS/INS 통합장치를 사용한 GPS 유도폭탄의 정확도를 연구하였다. GPS-guided bomb performs a navigation using GPS/INS. INS(Inertial Navigation System) is used for the rapid measurement time because GPS(Global Positioning System) has the measurement time longer than INS. But GPS must have TTFF(Time to First Fix) for signal acquisitions and positions of GPS Satellites. Hence, using only INS, GPSguided bomb has to achieve a navigation data. GPS/INS is imprecise since INS diverges along the time. Therefore, the error of GPS/INS produces the guidance error for hitting a target. GPS-guided bomb can be inaccuracy because the compensation of the guidance error is tough. Ergo, accuracy analysis of GPS guided bomb is necessary as changing TTFF. In this paper, we analyzed the accuracies of GPS-guided bomb with the change of TTFF.

GPS 수신기와 80 MHz 계수기를 이용한 GPS 시계 동기 나노초 시계 제작

정진호,김민성,김상년 한국물리학회 2011 새물리 Vol.61 No.1

We have investigated the GPS NMEA sentences and 1 pps for the purpose of making a nanosecond clock synchronized by GPS time. The 1 pps by the GPS was divided by 12.5 ns time unit with a 80-MHz 32-bit counter. To analyze the GPS NMEA sentences, 1 pps and counter signals, we developed a LabVIEW code. As a result, we made a nanosecond clock synchronized by GPS time,which had a 52-ns accuracy with the GPS clock. Also, we propose several possible applications of our work to physics inquisitive activities at Korean high schools. GPS 세슘 원자시계와 동기되는 시계를 만들기 위하여 Global Positioning System (GPS)으로부터 수신되는 National Marine Electronics Association (NMEA) 문장들과 초펄스를 분석하였다. GPS로부터 수신되는초펄스를 80 MHz 32 비트 계수기를 이용하여 12.5 ns 단위로 분할하였다. GPS로부터 수신되는 NMEA 문장, 초펄스 및 계수기 발생 신호들을분석처리하기 위하여 LabVIEW 프로그램을 제작하였다. 결과로서 GPS 세슘원자시계에 52 ns의 동기 정확도를 갖는 나노초 시계를 만들 수 있었으며우리나라 고등학교 물리 탐구 활동에서 활용 가능성을 제시하였다.

GPS 수신기에서 간섭신호에 대응하기 위한 배열 안테나기반 능동 간섭 제거 방안

정의림,원현희,조성우,안병선,Jeong, Eui-Rim,Won, Hyun-Hee,Cho, Sung-Woo,Ahn, Byoung-Sun 한국정보통신학회 2015 한국정보통신학회논문지 Vol.19 No.7

GPS (global positioning system) is a popular system that provides location information by measuring arrival time difference at the receiver between several GPS satellite signals. GPS is widely used in commercial area as well as military systems. Reliable GPS signal reception is more important in the military systems. However, since the carrier frequencies of the GPS signals are well known, the GPS receivers are vulnerable to intentional jamming attacks. To remove jammers but maintain GPS signals at the received signals, a popular technique is an adaptive beam steering method based on array antenna. Among adaptive beam steering techniques, this paper considers MVDR (minimum variance distortionless response) algorithm, and proposes a new adaptive technique that preserves the received signals at desired direction, but removes the jamming signals adaptively. The performance of the proposed method is verified through computer simulation. GPS (global positioning system)는 지구 궤도를 도는 여러 GPS 위성의 신호를 수신하여 이들 신호의 수신 시간 차이를 이용하여 자신의 절대 위치를 알아내는 시스템으로 민간 목적뿐만 아니라 군용 목적으로도 널리 사용되고 있다. 특히 군용 시스템에서는 무기 등에도 사용되기 때문에 안정적인 GPS 수신이 민간보다 더 중요하다. 하지만 GPS는 사용 주파수가 알려져 있기 때문에 나쁜 의도로 인위적인 재밍신호를 송출하여 GPS 시스템을 무력화 시킬 수 있다는 문제가 있다. 이에 재밍신호를 제거하고 GPS 신호만을 안정적으로 수신하기 위해 GPS 수신기에 다중 안테나를 설치하고 빔 널링 기술을 이용하여 재머만을 제거하는 기술이 많이 연구되어 왔다. 이러한 기술 중에서 본 논문에서는 MVDR (minimum variance distortionless response) 기술에 기반하여 새로운 적응형 빔 제어 기술을 제안한다. 제안하는 방식은 위성 방향으로의 빔은 훼손하지 않으면서 재머 방향으로는 적응적으로 널을 형성하여 재머를 효과적으로 제거한다. 제안하는 방식의 성능은 컴퓨터 모의실험을 통해 검증한다.

GPS 추적장치를 이용한 수사의 적법성

김종구(Kim, Jong Goo) 숭실대학교 법학연구소 2015 法學論叢 Vol.34 No.-

근래 수사 분야에서 새로운 과학적 수사방법이 이용되면서 수사의 적법성을 어떠한 관점에서 판단해야 하는지가 문제되고 있다. 미국 수정헌법 제4조는 불합리한 수색과 압수(unreasonable search and seizure)를 금지하고 있는데, 강제수사에 영장주의를 규정한 것으로 이해된다. 미국에서는 과학기술의 발전을 반영하여 수정헌법 제4조의 해석에 변천이 있었다. 최근에 가장 문제되는 것은 GPS 추적장치를 용의자의 차량에 부착하여 차량의 움직임을 파악하여 수집한 자료를 증거로 사용할 수 있는가이다. 2012년 미연방대법원은 이 United States v. Jones 사건에서 이 문제에 대하여 견해를 밝힌 바 있다. 또한 미연방대법원은 2015년 Grady v. North Carolina 사건에서 GPS에 기반한 전자발찌(electronic bracelet) 부착명령이 수정헌법 제4조의 수색(search)에 해당한다고 판단한 바 있다. 본 논문에서는 과학기술의 발전에 따른 새로운 수사방법의 등장과 영장주의라는 관점에서 미연방대법원 판례의 변천과정을 살펴보면서 관련 입법의 필요성에 대하여 고찰하였다. 우리의 경우, 아직 GPS 추적장치를 이용한 차량의 위치추적의 적법성이 판례에서 크게 문제되고 있지는 않다. 국내에서는 일반적으로 통신비밀보호법에 따라 법원의 허가를 받아 통신사실확인자료를 제공받는 형태로 휴대전화위치추적을 통해 범죄수사가 이루어지기 때문인 것으로 보인다. 그러나 이러한 수사방법은 GPS를 이용한 위치추적에 비하여 정확도가 떨어지기 때문에 GPS에 기반한 위치추적이 수사방법으로 더욱 활용될 여지가 많은 것으로 판단된다. 따라서 본 논문에서 다룬 미연방대법원의 관련 판례들의 변천과정이 국내에서 새로운 과학적 수사방법에 적용할 법규정의 해석과 입법에 의미 있는 자료가 되리라 기대한다. The Fourth Amendment to the US Constitution guarantees freedom from government intrusion into individual privacy. Individual privacy concerns occurs when police use new methods of technology without warrant and collect information in which an individual has a reasonable expectation of privacy. Vehicle GPS tracking and cellular phone location tracking are new methods of surveillance. GPS tracking and other technologies may cause dangers to individual privacy. The US Supreme Court recently reviewed the Fourth Amendment constitutionality of warrantless GPS tracking. The US Supreme Court held that the installation of a GPS tracking device onto a suspect"s car constitutes a search and therefore could require a warrant. This paper reviewed several US court cases regrading law enforcement"s use of GPS tracking as search and seizure. The author of this paper argues that legislation which reflects advances in science and technology is needed to regulate warrantless use of GPS devices by police.

수사상 GPS위치추적기 활용을 위한 법적연구

김지온,박원규 한국치안행정학회 2018 한국치안행정논집 Vol.15 No.2

정보통신 기술의 비약적 발전으로 현대범죄는 갈수록 지능화·고도화 되어 가는데 범죄수사 관련 법제가 제대로 정비되지 않아 수사기관이 GPS 위치정보 추적과 같은 최신 기술을 제대로 활용하지 못하고 있다. GPS 위치정보는 개인정보로서 프라이버시권이 인정되므로 국민의 권리를 제한하기 위해서는 반드시 법적 근거가 필요하다. 드물기는 하지만 현재 국내 수사실무 사례에 의하면 형사소송법상 압수수색 대상으로 간주하고 영장을 발부받아 해당정보를 수사에 활용하고 있는 것으로 파악되었다. 즉, 우리 법원은 ‘GPS위치추적기 서버를 수색하여 실시간 GPS 위치정보를 압수’하는 형태로 압수·수색영장을 발부해주고 있다. 그러나 법 논리적으로 수사기관의 실시간 GPS 위치추적이 우리 형사소송법상 압수·수색·검증의 대상이 된다고 보기에는 무리가 있으므로 별도의 입법이 필요하다. 현행법 체계상 ‘전기통신’의 개념을 확장하여 통신비밀보호법에 규정하는 것이 단기적인 대안이 될 수 있다. 그러나 보다 근본적인 해결을 위해서는 형사소송의 일반법인 형사소송법에 GPS 위치정보를 포함한 통합적인 ‘수사기관의 정보수집’ 규정을 신설하는 것이 바람직하다. 앞으로는 실시간으로 확보할 필요성이 있는 정보의 유형도 다양화 되고 정보의 본질적 특성상 취득뿐만이 아니라 축적 및 보관, 처리 및 가공, 사후이용 및 폐기까지 아우를 수 있어야하기 때문이다. 본 논문에서는 우리와 형사사법시스템이 비교적 유사한 독일 형사소송법 안을 중심으로 입법적 대안을 제시하였다. 독일에서는 GPS 위치추적을 포함한 정보의 수집을 감시의 한 종류로 이해하고 범죄수사목적의 GPS 위치추적을 포함한 ‘감시목적의 특수한 기술적 수단’을 사용할 수 있는 요건, 대상, 기본권 보장을 위한 절차를 상세하게 규정하고 있다. 우리나라도 수사의 합목적성과 개인정보보호가 양립할 수 있는 가칭 ‘범죄수사를 위한 정보제한조치’ 규정 신설이 필요하다. The study is aimed to establish a sound legal basis in gathering GPS location tracking information for the investigative purpose by Korean national police. With the development of the technology, modern crime is now becoming increasingly intelligent and advanced. However, the laws of criminal investigation have failed to reflect this trend, and investigation agencies acquire the suspect’s GPS location information in a questionable way. Since the GPS location information is recognized as a personal information which is protected under the right to privacy, a sound legal basis is required to restrict the right. Under the current legal jurisprudence, when police applies a warrant in order to gather GPS location information from a third party, the court usually applies the search and seizure doctrine of the Korean Criminal Procedure Act. However, the traditional search for seizure doctrine is not harmonious with the gathering of GPS tracking information for various reasons. In Germany, this problem is addressed by creating a new method (surveillance) in the German Criminal Procedure Act, which differs from the traditional search and seizure. In this vein, this article proposes that the Korean Criminal Procedure Act should be revised to allow the investigation agency to gather real-time information collection, including the GPS location information.

GPS를 이용한 사진기준점 측랑에 관한 연구

이재원,문두열,김정희,김진수 한국공간정보학회 2004 한국공간정보학회지 Vol.12 No.2

Nowadays, GPS-photogrammetry can be applied to the basemap production, a land register and NGIS. And from now on, as the increase of GPS receiver rate, the study on the interpolation methods considering the exact movement of an aircraft at photoflight and the study on the supplement of GPS defect by INS are required continuously. GPS-Photogrammetry, which are based on the direct measurement of the projection centers and attitude at the moment of camera exposure time through loading the GPS receiver in aircraft. This photogrammetric methods can of for us to acquire the exterior orientation parameters with only minimum ground control points, even the ground control process could be completely skipped. Consequently, we can drastically reduce the time and cost far the mapping process. In this thesis, two test flights were conducted in area to evaluate the performance of accuracy and efficiency through the analysis of results between the two photogrammetric methods, that is, traditional photograrammetry, GPS-Photogrammetry. Test results shows that a large variety of advantages of GPS-Photogrammetry against traditional photogrammetry is to be verified. Especially, the number of ground control points for the exterior orientation could be saved more than 70~80%, and the cost far map production 30~50%, respectively. In addition, it was convinced that the large reduction of control points has not any effect on the block accuracy. 최근 동적 DGPS 위치결정에 의한 사진기준점 측량은 국가기본도 작성과 지적재조사 사업을 비롯한 각종 국토개발 분야에 활용할 수 있으며, 앞으로 GPS 수신기 보급의 증가와 더불어 촬영시 비행동체의 정확한 움직임을 고려한 보간기법의 개발, 관성 측량기에 의한 GPS의 단점보완 등에 관한 지속적인 연구가 요청되고 있다. GPS를 이용한 항공사진측량 방법에서는 항공기에 탑재한 GPS 수신기로 촬영 순간의 노출점의 위치와 회전각을 정확히 결정함으로써 외부표정요소 결정을 위한 지상기준점 측량을 생략하거나 또는 최소한의 기준점만을 사용하여 외부표정요소를 결정할 수 있으며, 이에 따라 지형도 제작에 대한 시간과 경비를 크게 절감할 수 있다. 본 연구에서는 전통적 항공사진측량방법과 GPS 항공사진측량방법을 동시에 수행하고 두 방법의 결과를 비교하여 이들 방법간의 정밀도 및 효율성 등을 평가하고자 하였다. 연구결과 전통적 항공사진측량에 비하여 GPS 항공사진측량의 다양한 장점을 확인할 수 있었다. 특히, 외부표정에 필요한 지상기준점의 수는 약 70%~805이상, 지형도제작 비용은 약 30%~50%이상 절감할 수 있었다. 뿐만 아니라 기준점의 수를 크게 생략하였음에도 불구하고 정밀도에는 영향이 없었음을 알 수 있었다.

GPS 관측소 기선 처리에 따른 가강수량 특성 분석

임윤규,한상옥,정승필,성지혜 한국지구과학회 2013 한국지구과학회지 Vol.34 No.7

In this study the GPS Precipitable Water Vapor (PWV) was derived and evaluated by a radiosode measure during the winter intensive observation in Gangneung site from January 5 till February 29 in 2012. Bernise 5.0 software was used to derive the GPS data. GPS-derived PWV from Zero difference (GANG) and Single difference (GANG and DAEJ) was high variance in time and about 5 times the PWV of radiosonde. GPS post-processing has been performed from two additional IGS site (Xian Dao, Ibaraki-ken) in order to correct the absolute troposphere errors. As a result, the mean bias error (MBE) and root mean square error (RMSE) and correlation compared with radiosonde measure were 0.67 mm, 6.40 mm, and 0.93, respectively. In order to correct the relative troposphere errors from the altitudinal difference between the two GPS receivers, we calculated the GPS-derived PWV by adding the data of GPS that was installed in Gangneung-Wonju University near the Gangwon Regional Meteorological Administration. In the end, the improved result showed that MBE, RMSE and correlation in comparison with radiosonde measures were 0.61 mm, 5.79 mm, and 0.93,respectively. 본 연구에서는 겨울철 특별관측기간(2012년 1월 5일에서 2월 29일)동안 강원지방기상청에 설치된 GPS 자료를이용하여 가강수량을 산정하고 이를 라디오존데 가강수량 자료와 비교·분석하였다. GPS 자료를 후처리하기 위하여Bernese 5.0 소프트웨어를 사용하였다. GANG 단독측위와 GANG, DAEJ의 비교적 짧은 거리의 두 지점만을 이용한 상대측위 결과에 따른 가강수량은 시간에 따른 변동폭이 크고 실제 환산된 가강수량에 비해 5배 정도 크게 나타났다. 이러한 대류권 절대 오차에 의한 오류를 제거하기 위한 방법으로 Xian Dao (BJFS), Ibaraki-ken (TSKB) 국제 IGS 사이트의 장거리 기선설정으로 GPS 후처리를 실시한 결과 라디오존데 관측값과 상관이 0.93, 평균편의오차가 0.67, 평균제곱근오차가 6.40 수준으로 나타났다. 또한 GPS 수신기 고도 차이로 발생할 수 있는 대류권 상대 오차를 제거하기위해강원지방기상청과 아주 가까운 지점인 강릉·원주대학교에 설치된 GPS 자료를 추가하여 후처리한 결과 상관이 0.93,평균편의오차가 0.61, 평균제곱근오차가 5.79로 보다 개선된 결과를 보였다.

GPS/INS 통합에 의한 모호정수 결정

박정현(Joung Hyun Park),강준묵(Joon Mook Kang) 한국지적정보학회 2008 한국지적정보학회 학술발표대회 논문집 Vol.2008 No.12

본 연구는 관성항법시스템을 이용한 GPS 사이클슬립 검출 및 보다 신속한 모호정수 해결 방안 모색을 위해, 생성된 전술 및 항법급 INS 데이터와 이주파 GPS 데이터를 이용하여 강결합 방식으로 두 시스템을 통합하였다. 이중차분된 GPS 데이터는 CUSUM 방법으로 신호단절을 검출하고, LAMBDA 방법으로 미지정수를 검색하였다. 연구결과, GPS/INS 통합으로 GPS 위성이 4개 미만으로 관측되는 경우에도 위치결정이 가능하며, CUSUM 방법으로 1파장의 GPS 사이클슬립도 검출할 수 있었다. 또한 INS 이중차분 데이터를 이용하여 보다 신속하게 미지정수 해결이 가능함을 확인할 수 있었다. In this study, we integrated two system using tightly coupled method with tactical and navigation grade INS data and dual frequency CPS data, for trying to find a method of cycle slip detection and fast integer ambiguity resolution using INS. Double differenced GPS data was used in cycle slip detection with CUSUM method, and used in integer ambiguity searching using LAMBDA method. As a result of GPS/INS integration, we can get a position even if observing GPS satellites below 4ea, and can detect the cycle slip of one lambda of GPS carrier phase. Also, we can confirm that integer ambiguity is quickly resolved using INS double differenced data.