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

한덕화(Deok-Hwa Han),윤호(Ho Yun),김종원(Chong-Won Kim),김오종(O-Jong Kim),기창돈(Chang-Don Kee) 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 광역기준국, 중앙처리국 소프트웨어에서 처리하였다. 생성된 보정정보는 SP3, IONEX 데이터와 비교하여 정확도를 테스트하였다. 상용 수신기 실험에서는 사용자의 RF 신호를 수집, 보정정보를 생성하였으며, 이후에 RF신호와 보정정보가 실린 의사위성 신호를 동시에 방송하여 테스트를 수행하였다. 테스트는 3대의 상용수신기를 활용하여 수행되었으며 MSAS, GPS 단독 측위 수신기와 비교하여 성능을 검증하였다. 각 수신기의 위치해 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.

국제표준을 고려한 광역보정시스템 메시지 스케쥴링 기법 연구

한덕화 ( Deok Hwa Han ),윤호 ( Ho Yoon ),기창돈 ( Chang Don Kee ) 한국항행학회 2011 韓國航行學會論文誌 Vol.15 No.4

위성항법 보정 시스템은 형태에 따라 지역보정 시스템과 광역 보정 시스템으로 나뉜다. 광역보정 시스템은 지역 보정시스템에 비해 시스템 구조가 복잡하며, 방송 메시지의 종류와 양이 많다. 또한 제한된 전송속도로 인해 사용자의 정확성과 무결성을 유지하기 위해서는 효율적인 메시지 스케쥴링이 필요하다. 현재 광역보정시스템에서는 30여 가지의 메시지가 방송되며 메시지 타입에 따라 업데이트 주기가 다르다. 본 논문에서는 메시지 스케쥴링 알고리듬을 적용하고 시뮬레이션을 통하여 성능을 분석하였다. 시뮬레이션 결과 모든 메시지 타입에서 최대 업데이트 주기 요구 조건을 만족시킴을 확인할 수 있었다. Global Navagation Satellite System(GNSS) is divided into Local Area Differential GNSS and Wide Area Differential GNSS. Wide Area DGNSS has more complicated structure and massage type. And transfer rate is limited, so efficient message scheduling algorithm is needed to guarantee user`s accuracy and integrity. There are about 30 message types in Wide Area DGNSS. Each message type has different update interval. In this paper, the performances of message scheduling algorithm for Wide Area Differential GNSS are investigated. For all message types, results show that max update time interval requirement is satisfied.

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.

항공 우주 해상 : 기준국 수에 따른 다중 위성항법 광역보정시스템의 전리층 지연 추정 성능 분석

김동욱 ( Dong Uk Kim ),한덕화 ( Deok Hwa Han ),윤호 ( Ho Yun ),기창돈 ( Chang Don Kee ),서승우 ( Seung Woo Seo ),박흥원 ( Heung Won Park ) 한국항행학회 2014 韓國航行學會論文誌 Vol.18 No.4

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. For the purpose of improving the accuracy of Wide Area Differential GNSS (WA-DGNSS), estimation performance of ionospheric delay error which has a great impact on GPS error sources should be enhanced. This paper applied multi-constellation GNSS which represents GPS in USA, GLONASS in Russia, and Galileo in Europe to WA-DGNSS algorithm in order to improve performance of ionospheric delay estimation. Furthermore, we conducted simulation to analyze ionospheric delay estimation performance in Korean region by increasing the number of reference stations. Consequently, using multi-constellation GNSS to improve performance of ionospheric delay estimation is more effective than increasing the number of reference stations in spite of similar number of measurements which are in use for estimation. We expect this result can contribute to improvement for ionospheric delay estimation performance of single-frequency SBAS (Satellite Based Augmentation System) user.

KASS 가용성 성능 평가를 위한 MATLAB GUI 기반 소프트웨어 설계

최봉관 ( Bong-kwan Choi ),한덕화 ( Deok-hwa Han ),김동욱 ( Dong-uk Kim ),김정범 ( Jung-beom Kim ),기창돈 ( Chang-don Kee ) 한국항행학회 2018 韓國航行學會論文誌 Vol.22 No.5

본 논문에서는 KASS (korea augmentation satellite system) 의 가용성 성능 평가를 위한 MATLAB GUI (graphical user interface)기반의 소프트웨어에 대해 소개한다. 본 소프트웨어는 MV (minimum variance) estimator 와 Kriging 알고리즘을 이용해 한반도 지역의 지상 사용자 및 항공기 사용자에 대해 UDRE (user differential range error) 와 GIVE (grid ionospheric vertical error) 와 같은 무결성 정보를 생성한다. 또한 본 소프트웨어는 생성한 정보를 이용하여 사용자의 각 위치에 대해 정확도, 보호 수준, 가용성 지도를 제공한다. 특히 항공기 경로에 대해 경로에 따른 보호 수준 값을 계산하는 기능을 수행한다. 항공기 사용자에 대한 보호 수준 값 계산 결과는 EGNOS (european geostationary navigation overlay service) 의 시뮬레이션 툴인 SBASimulator#2의 결과와 비교하여 검증하였다. 그 결과 본 소프트웨어가 생성한 보호 수준의 값의 오차가 약 2% 정도로 정확하게 나온 것을 확인하였다. This paper introduces a MATLAB graphical user interface (GUI) based software for analysis of korea augmentation satellite system (KASS) availability performance. This software uses minimum variance (MV) estimator and Kriging algorithm to generate integrity information such as user differential range error (UDRE) and grid ionospheric vertical error (GIVE). The information is offered to ground and aviation users in Korean region. The software also gives accuracy data, protection level data and availability map about each user position by using the integrity information. In particular the software calculates the protection level along a path of aircraft. We verified the result of protection level of aviation user by comparing them with the results of SBASimulator#2, which is a simulation tool of european geostationary navigation overlay service (EGNOS). As a result, the protection level error between the result of our software and the SBASimulator#2 was about 2% which means that the result of our software is accurate.

항행 및 항법 : 한반도 지역 SBAS 대류층 지연 보정 모델의 정확도 검증

김동욱 ( Dong Uk Kim ),한덕화 ( Deok Hwa Han ),기창돈 ( Chang Don Kee ),이철수 ( Chul Soo Lee ),이충희 ( Choong Hee Lee ) 한국항행학회 2016 韓國航行學會論文誌 Vol.20 No.1

본 논문에서는 한반도 지역에서 SBAS (satellite based augmentation system) 대류층 지연 보정 모델의 정확도 성능을 검증하였다. 정확도 분석을 위한 대류층 지연량 참값으로 IGS (International GNSS Service)에서 제공하는 정밀 대류층 천정 지연량인 ZPD (zenith path delay) 데이터를 활용하였다. 그리고 대표적인 대류층 지연 모델인 Saastamoinen 모델 및 Hopfield 모델과 성능을 비교하였다. 그 결과 SBAS 대류층 지연 보정 모델의 잔여 오차는 약 50 mm 수준으로, Saastamoinen 모델 및 Hopfield 모델보다 성능이 떨어졌다. 이 대류층 지연 모델에 의한 잔여오차는 SBAS 정확도 요구조건에는 문제가 없지만, 사용자 측위 성능에는 영향을 미칠 수 있다. 만약 한반도 기상 환경에 적합하도록 SBAS 대류층 보정 모델의 기상 파라미터를 수정한다면, 더 좋은 성능의 SBAS 서비스를 한반도에 제공할 수 있을 것으로 기대된다. In this paper, we verified accuracy of the satellite based augmentation system (SBAS) tropospheric delay correction model for the Korean region. We employed the precise data of the tropospheric zenith path delay (ZPD) which is provided by the international GNSS service (IGS). In addition, we compared the verification results with that of the Saastamoinen model and the Hopfield model. Consequently, the bias residual error of the SBAS tropospheric delay correction model is about 50 mm, whereas the Saastamoinen model and the Hopfield model are more accurate. This residual error by the tropospheric delay model can affect the SBAS user position accuracy, but there is no problem in SBAS accuracy requirement. If we modified the meteorological parameters for SBAS tropospheric model to appropriate in Korean weather environment, we can provide better SBAS service to the Korean user.

이중 주파수 및 다중 위성항법 광역보강시스템 한반도 지역 성능 예측

윤호 ( Ho Yun ),한덕화 ( Deok Hwa Han ),기창돈 ( Chang Don Kee ) 한국항행학회 2013 韓國航行學會論文誌 Vol.17 No.4

최근에 GPS의 현대화, GLONASS의 정상화, Galileo 및 Beidou의 개발 등으로 기존에 GPS에만 의존하였던 것 과 달리 사용자가 다양한 항법위성을 활용할 수 있게 되었다. 또한 새로운 항법위성에는 기존의 L1 주파수 신호뿐만 아니라 새로운 민간 신호인 L5 주파수 신호도 방송하기 때문에 사용자는 이중 주파수 측정치를 활용 하여 직접 자신의 전리층 지연을 추정하여 가용성 성능을 향상 시킬 수 있을 것으로 예상된다. 이에 따라 기존 의 GPS L1 주파수 사용자만 고려하던 광역보강시스템도 이중 주파수 및 다중 위성항법시스템을 고려하도록 개 발이 진행되고 있다. 본 논문에서는 미래의 L1/L5 이중 주파수 및 다중 위성항법 시스템 사용자를 고려한 위성 기반 광역보강시스템 (Satellite Based Augmentation System, SBAS)의 주요 알고리즘을 설명하고, 한반도 주변의 성능을 시뮬레이션을 통해 예측하였다. Recently, GNSS users can utilize various navigation satellite thanks to GPS modernization, renewal of GLONASS, and development of Galileo and Beidou. And availability performance of users is expected to be improved because these new navigation satellites transmit L5 signal as well as L1 signal, and users can directly estimate the ionospheric delays. In accordance with these changes existing Satellite Based Augmentation System (SBAS) which considers only GPS L1 signal is being developed to support dual frequency and multi-constellation GNSS users. This paper describes the main features of dual-frequency, multi-constellation SBAS algorithms and estimates the performance in Korean region by simulation.

항행 및 항법 : MATLAB GUI 기반 GPS RINEX 관측 파일 생성 소프트웨어의 개발

김동욱 ( Dong Uk Kim ),윤호 ( Ho Yun ),한덕화 ( Deok Hwa Han ),장주영 ( Joo Young Jang ),기창돈 ( Chang Don Kee ),소형민 ( Hyoung Min ),이기훈 ( Ki Hoon Lee ),장재규 ( Jae Gyu Jang ) 한국항행학회 2015 韓國航行學會論文誌 Vol.19 No.4

본 논문에서는 MATLAB GUI 기반으로 개발된 GPS RINEX 관측 파일 생성 소프트웨어에 대해서 소개한다. 개발된 소프트웨어는 두 가지 데이터 생성 모드를 기반으로 기준국 혹은 동적 사용자의 실제 GPS 측정치와 유사한 L1/L2 의사거리, L1/L2 반송파 위상, 도플러 측정치를 정확하고 효율적으로 생성한다. 생성된 측정치 결과는 최종적으로 RINEX version 3.0 관측 파일로 출력된다. 본 논문에서는 소프트웨어 검증을 위해 기준국의 실측 데이터를 기반으로 측정치 바이어스, 변화율, 잡음 수준을 분석해보았다. 그 결과 개발된 소프트웨어가 실제 GPS 측정치와 RMS 약 0.7 m 수준의 바이어스 오차를 갖는 GPS 측정치를 생성함을 확인하였다. This paper introduces development of the MATLAB GUI based software for generating GPS RINEX observation file. The purpose of this software is to generate GPS measurements of reference station or dynamic user, which are similar to the real GPS receiver data, accurately and efficiently. This software includes two data generation modes. One is Precision mode which generates GPS measurements as accurate as possible using post-processing data. The other is Real-time mode which generates GPS measurements using GPS error modeling technique. GPS error sources are calculated on the basis of each data generation mode, and L1/L2 pseudorange, L1/L2 carrier phase, and Doppler measurements are produced. These generated GPS measurements are recorded in the RINEX observation version 3.0 file. Using received GPS data at real reference station, we analyzed three items to verify software reliability; measurement bias, rate of change, and noise level. Consequently, RMS error of measurement bias is about 0.7 m, and this verification results demonstrate that our software can generate relatively exact GPS measurements.

위성항법 신호를 이용한 지진에 의한 전리층 교란 실시간 검출 기법 연구

송준솔(Junesol Song),강선호(Seon-Ho Kang),한덕화(Deok-Hwa Han),김부겸(Bu-Gyeom Kim),기창돈(Changdon Kee) 한국항공우주학회 2019 韓國航空宇宙學會誌 Vol.47 No.8

본 연구에서는 위성항법 신호를 활용하여 전리층 교란 관측을 통한 실시간 지진 발생 검출에 대한 연구를 수행한다. 위성항법 신호를 활용하여 추정한 전리층 지연을 이용하여 전리층 교란 모니터를 선정하고, 실시간 검출을 위한 교란 판단 기준값(threshold)을 계산하는 방법을 소개한다. 또한, cycle slip 등 다른 오차 요인에 의하여 발생하는 전리층 변화와 지진에 의해 발생하는 전리층 변화를 구분하기 위하여, 지진에 의한 파동 특성을 이용하여 지진에 의한 전리층 교란 검출 판단기준을 제시한다. 한국 및 일본에 설치되어 있는 47개의 기준국으로부터 수집한 측정치를 활용하여 제안된 알고리즘의 성능 검증을 수행한다. In this paper, we focus on the real-time detection method of a seismic ionospheric disturbance using Global Navigation Satellite System (GNSS) signal. First, the monitor for the detection of the seismic ionospheric disturbance is studied based on the estimated ionospheric delay using the GNSS signals. And then, the threshold for the automatic detection is computed. Moreover, to discriminate the seismic ionospheric disturbance against the other ionospheric anomalies due to other error sources such as cycle slips, the signatures of the ionospheric perturbation caused by the seismic wave is investigated. Based on the observation, the detection strategy is proposed. Using GPS observations collected from the 47 permanent stations in South Korea and Japan, the proposed real-time detection method is evaluated.