안드로이드 스마트폰의 이중 주파수 GNSS 의사거리 기반 해상 측위정확도 성능 분석

서기열,김영기,전태형,손표웅,Seo, Kiyeol,Kim, Youngki,Jeon, Tae-Hyeong,Son, Pyo-Woong 한국정보통신학회 2021 한국정보통신학회논문지 Vol.25 No.11

안드로이드 기반 스마트폰은 GNSS (Global Navigation Satellite System) 신호를 수신하여 위치를 결정하고, GNSS 원시계측정보를 사용자에게 제공하고 있다. 현재까지 안드로이드 기기에서 안드로이드 9.0 기준으로 가용한 다중 GNSS 신호는 GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou, QZSS를 포함하고 있다. 본 논문에서는 가용한 다중 GNSS 신호를 이용하여, 해상 이용자를 위한 이중 주파수 안드로이드 스마트폰의 의사거리 기반 다중 GNSS 측위정확도 성능을 비교 분석하였다. 선박에 이주파 수신이 가능한 스마트폰을 설치하고, 해상 환경에서의 멀티 GNSS 원시정보를 계측하여 스마트기기별, GNSS 별, 의사거리 기반 이주파 측위성능 결과를 비교하였다. 더 나아가 본 측위 성능 결과가 해양 항법 이용자를 위한 IMO의 HEA 요구성능을 충족할 수 있을지에 대해 분석하였다. 해상 실험 결과로부터 이주파 GNSS 신호를 지원하는 스마트폰의 경우 6미터(95%) 정도의 측위정확도를 얻을 수 있었으며, IMO에서 요구하는 10미터 이내의 HEA 측위정확도 성능을 달성할 수 있음을 확인할 수 있었다. Android-based smartphones receive the global navigation satellite system (GNSS) signals to determine their location and provide the GNSS raw measurement to users. The available GNSS signals on the current Android devices are GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou, QZSS. This research has analyzed the performance of multi-GNSS position accuracy based on the pseudorange of the smartphone for maritime users. Smartphones capable of receiving dual-frequency are installed on a ship, and multi-GNSS raw information in maritime environment was measured to present the results of comparing the GNSS pseudorange-based dual-frequency positioning performance for each smarphone. Furthermore, we analyzed whether the results of the positioning performance can meet the HEA requirement of IMO for maritime navigation users. As the results of maritime experiment, it was confirmed that in the case of the smartphones supporting the dual-frequency, the position accuracy within 6 meters (95%) could be obtained, and the HEA position accuracy performance within 10 meters (95%) required by IMO could be achieved.

eLoran 시각동기 성능 모니터링 시스템 설계

서기열,손표웅,한영훈,박상현,이종철,Seo, Kiyeol,Son, Pyo-Woong,Han, Younghoon,Park, Sang-Hyun,Lee, Jong-Cheol 해양환경안전학회 2021 해양환경안전학회지 Vol.27 No.6

This study addresses on the design of performance monitoring system for the time synchronization service of the enhanced long-range navigation (eLoran) system, which has a representative ground-wave radio broadcast system capable of providing positioning, navigation, timing and data (PNT&D) services. The limitations of time-synchronized systems due to the signal vulnerabilities of the global navigation satellite system (GNSS) are explained, and the performance monitoring system for the eLoran timing service as a backup to the GNSS is proposed. The time synchronization service using eLoran system as well as system configurations and the user requirements in the differential Loran (dLoran) system are described to monitor the time synchronization performance. The results of the designed system are presented for long-term operation in the eLoran testbed environment. As the results of time performance monitoring, we were able to verify the time synchronization precision within 43.71 ns without corrections, 22.52 ns with corrections. Based on these results, the eLoran system can be utilized as a precise time synchronization source for GPS timing backup. 본 논문은 지상파 기반의 측위·항법·시각(PNT, Positioning, Navigation, and Timing) 서비스의 대표격인 eLoran(enhance LOng RAnge Navigation) 시스템의 시각동기 성능 모니터링 시스템의 설계에 관한 것으로서, GNSS(Global Navigation Satellite System)의 신호 취약성에 따른 시각동기시스템의 한계에 대해 설명하고, 이에 대한 백업시스템으로 대표적 지상파항법시스템인 eLoran 시스템의 시각동기 성능모니터링 시스템에 대해 중점적으로 다룬다. eLoran 시스템을 이용한 시각동기 서비스 및 이에 대한 성능감시를 위한 보정기준국(dLoran, differential Loran) 관점에서의 시각동기 성능모니터링 시스템의 구성과 그 요구성능에 대해 설명한다. 또한 eLoran 테스트베드 환경 내 시각동기 모니터링 시스템의 장기 시범운영을 통해서, eLoran 시각동기서비스의 성능을 분석한다. 시각동기 성능모니터링 시스템을 이용한 성능 분석결과 보정 전 43.71 ns, 보정 후 22.52 ns (rms)의 시각정밀도를 나타내었으며, 이를 통해서 정밀시각 동기원으로 eLoran 서비스가 충분히 GPS 백업 시각동기시스템으로 활용이 가능함을 확인할 수 있었다.

의사거리 기반 위성 이상 검출 및 식별 기법

서기열(Kiyeol Seo),박상현(Sanghyun Park),장원석(Wonseok Jang),김영기(Youngki Kim) 한국지능시스템학회 2012 한국지능시스템학회논문지 Vol.22 No.3

현재 운영 중인 위성항법보정시스템(Differential GPS)은 기준국(Reference Station), 감시국(Integrity Monitor), 그리고 제어국(Control Station)으로 구성되어 있다. 기준국(RS)에서는 의사거리 보정정보(Pseudorange Correction)를 계산하고 RTCM 국제표준 메시지를 생성하여 사용자에게 방송한다. 감시국(IM)에서는 기준국으로부터 보정정보를 수신하여 보정정보가 허용치 이내인지를 검사한다. 그리고 제어국(CS)에서는 기준국과 감시국의 기능 및 성능 파라미터 제어, 상태 감시를 수행한다. DGPS 무결성 감시국의 핵심 기능은 보정정보의 검사와 기준국으로 피드백 메시지를 전송하는 것이다. 하지만 무결성 감시를 위한 현재의 알고리즘은 위성 이상이 발생할 경우 그 무결성 기능에 한계가 있다. 그러므로 본 논문에서는 해상 DGPS RSIM을 위한 위성 이상 검출 및 식별기법에 중점을 둔다. 먼저 현재 운영 중인 DGPS RSIM의 기능 분석을 토대로 DGPS RSIM을 위한 무결성 기능의 한계를 분석하고, 다음으로 위성시계 이상을 검출하고 이상위성을 식별하기 위한 기법을 제안한다. 위성이상 검출 및 식별 기법을 실제 위성시계 이상사례에 적용하여 그 실험 결과를 제시한다. Current differential GPS (DGPS) system consists of reference station (RS), integrity monitor (IM), and control station (CS). The RS computes the pseudorange corrections (PRC) and generates the RTCM messages for broadcasting. The IM receives the corrections from the RS broadcasting and verifies that the information is within tolerance. The CS performs realtime system status monitoring and control of the functional and performance parameters. The primary function of a DGPS integrity monitor is to verify the correction information and transmit feedback messages to the reference station. However, the current algorithms for integrity monitoring have the limitations of integrity monitor functions for satellite outage or anomalies. Therefore, this paper focuses on the detection and identification methods of satellite anomalies for maritime DGPS RSIM. Based on the function analysis of current DGPS RSIM, it first addresses the limitation of integrity monitoring functions for DGPS RSIM, and then proposes the detection and identification method of satellite anomalies. In addition, it simulates an actual GPS clock anomaly case using a GPS simulator to analyze the limitations of the integrity monitoring function. It presents the brief test results using the proposed methods for detection and identification of satellite anomalies.

위성시계 이상검출을 위한 측정잡음 최소화 기법

서기열(Kiyeol Seo),박상현(Sanghyun Park),장원석(Wonseok Jang),김영기(Youngki Kim) 한국지능시스템학회 2013 한국지능시스템학회논문지 Vol.23 No.6

본 논문에서는 현재 운영 중인 DGPS 기준국 환경에서 위성시계 이상 발생시 실시간으로 이상현상을 검출하고 식별하기 위하여, 기준국 수신기의 측정잡음을 최소화하는 기법에 대해 다룬다. 기준국 수신기의 측정잡음을 최소화하기 위하여, 의사거리 측정치에 포함된 오차항목을 제거하여 순수 측정잡음 만을 추정한다. 먼저 두 대의 기준국 수신기의 출력을 이용하여 비공통 성분 오차를 제거한 다음, 해당 보정치를 적용하여 측정잡음을 최소화시킨다. 측정잡음 최소화를 기반으로 위성시계 이상발생시 이상신호를 검출하고 이상위성을 식별하여 DGPS 기준국 시스템의 가용성을 증대시키고자 한다. In order to detect and identify the GPS clock anomaly in the Differential GPS real environment, this paper addresses a method for minimizing the measurement noise of reference receivers. It estimates the real measurement noise that removed the uncommon error source from pseudorange measurement to minimize the measurement noise. Based on the output of two reference receivers, it first removes the uncommon errors, then optimizes the measurement noise by applying the correction data. Finally, it detects and identifies the satellite clock anomaly using the minimized measurement noise. The method will increase the availability of current DGPS reference system.

RSIM 버전 1.3 기반의 소프트웨어 RS, IM 아키텍처 설계

장원석,김영기,서기열,Jang, Wonseok,Kim, Youngki,Seo, Kiyeol 한국정보통신학회 2014 한국정보통신학회논문지 Vol.18 No.9

The standard for DGPS reference station system defined by RTCM is in the current version of 1.2. This standard currently supports only GPS of the United States. However, the current operating GNSS satellite consisted of not only GPS, but also GALILEO of Europe, GLONASS of Russia, QZSS of Japan, BeiDou of China and so on. Therefore, the existing standard is not able to support them. Accordingly, a new standard in the version of RTCM's RSIM 1.3 is established in order to provide correctional services to GNSS satellites. In this paper, the version of RSIM 1.3 is analyzed and the software for DGNSS reference station architecture supporting the version of RSIM 1.3 is designed. RTCM에서 정의하고 있는DGPS 기준국 시스템 표준은 현재 1.2 버전으로, 이 표준은 현재 미국의 GPS 만을 지원하고 있다. 그러나 지금 서비스되고 있는 GNSS 위성은 GPS 외에도 유럽의 GALILEO, 러시아의 GLONASS, 일본의 QZSS, 중국의 BeiDou등 다수가 존재하고 있어 기존의 표준으로는 이들을 지원할 수 없다. RTCM에서는 이에 맞춰 이들 GNSS 위성에 대한 보정정보 서비스를 제공할 수 있도록 새로운 표준인 RTCM RSIM 1.3 버전을 새로이 제정하고 있다. 이에 본 논문에서는 RTCM에서 제정중인 RSIM 1.3 버전을 분석하고 이 버전을 지원할 수 있는 소프트웨어 기반의 DGNSS 기준국 아키텍처를 설계하였다.

해양 DGPS 기준국 시스템의 소프트웨어 RS,IM 통합을 위한 아키텍처 설계

장원석,김영기,서기열,Jang, Wonseok,Kim, Youngki,Seo, Kiyeol 한국정보통신학회 2014 한국정보통신학회논문지 Vol.18 No.2

The DGPS reference station is a national infrastructure generating GPS correctional information and transmitting the signal for Differential GPS. Currently, Korea has applied and operated the software-based DGPS reference station as a standard of the next generation proposed by the USCG in order to improve the hardware-based DGPS reference system. However, software-based DGPS reference station proposed by USCG was changed in software method, only for form. There is no advantage to changing software-based because the most critical part of architecture has not been improved. In this paper, we have designed a new software-based marine DGPS station architecture that a reference station software and a monitor station were integrated. The new marine DGPS station architecture based on software is a more simplified structure than it used to be and can be utilized in the DGPS reference station. DGPS 기준국은 Differential GPS를 위한 GPS 보정정보를 생성하고 방송하는 역할을 하는 국가 인프라이다. 현재 한국에서는 과거 하드웨어 기반의 DGPS 기준국 시스템을 개선하고 고도화하기 위해 USCG에서 제안한 차세대 표준인 소프트웨어 기반 DGPS 기준국을 도입하여 운영하고 있다. 그러나 USCG에서 제안한 소프트웨어 기반의 DGPS 기준국은 그 형태만 소프트웨어 방식으로 변경되었을 뿐 본질적인 아키텍처는 상당부분 개선되지 않아 소프트웨어 기반으로 변경한 장점을 크게 살리지 못하고 있다. 본 논문에서는 보다 간결화된 구조가 요구되는 DGPS 기준국에서 사용될 수 있는, 기준국 소프트웨어와 감시국 소프트웨어가 통합된 새로운 소프트웨어 기반 해양 DGPS 기준국의 아키텍처를 설계하였다.

RTCM 2.4 기반 GNSS 보정정보 메시지 생성 모듈의 아키텍처 설계

장원석,김영기,서기열,Jang, Wonseok,Kim, Youngki,Seo, Kiyeol 한국정보통신학회 2015 한국정보통신학회논문지 Vol.19 No.10

At present, available positioning satellites are not only the GPS, but also GLONASS, GALILEO, QZSS, BeiDou. However, the differential GPS, the augmentation service for increase the positioning accuracy, is follow the RTCM version 2.3 standard. So, it can service the correction information about only GPS. For solve this problem, RTCM is making the new version of RTCM message standard that can service the correction information for all of available GNSS. In South Korea, the software DGNSS RSIM system was installed at almost the whole DGNSS reference station. In this reason, that can cope with the new RTCM version 2.4 quickly. However, the DGNSS Reference Station based RSIM 1.3 can not make the GNSS's PRC simultaneously and can not support RTCM version 2.4. Thus, in this paper, the version of RTCM 2.4 is analyzed and the RTCM version 2.4 message generating module's architecture for software DGNSS reference station is designed. 현재 사용가능한 측위위성은 GPS외에도 GLONASS, GALILEO, BeiDou, QZSS등으로 다양해 졌다. 그러나 측위 정확도를 높이는 보강 서비스인 Differential GPS는 RTCM 버전 2.3 표준을 따르고 있어 GPS에 대한 보정정보만을 서비스할 수 있다. 이에 RTCM에서는 모든 위성에 대한 보정정보를 사용자에게 서비스할 수 있도록 RTCM 버전 2.4표준을 제정하고 있다. 한국의 DGNSS 기준국은 소프트웨어로 제작된 시스템이 설치되어 있어 새로운 표준에 빠르게 대응할 수 있다. 그러나 현재의 RSIM 1.3기반 DGNSS 기준국시스템의 아키텍처는 동시에 여러 GNSS의 보정정보를 생성하지 못하고, RTCM 2.4 역시 지원하지 못한다. 따라서 본 논문에서는 RTCM 버전 2.4 표준을 분석하고 소프트웨어 DGNSS 기준국 시스템이 RTCM 버전 2.4 표준에 맞춰 동시에 여러개의 GNSS에 대한 RTCM 보정정보 메시지를 생성할 수 있도록 하는 아키텍처를 설계하였다.

S-100 기반 수로데이터 제작방안 연구

오세웅(Sewoong Oh),박종민(Jonmin Park),서기열(Kiyeol Seo),서상현(Sanghyun Suh),이기철(Kichul Lee) 한국항해항만학회 2007 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2 No.추계

국제수로기구인 IHO는 수로국 간 수로데이터를 교환하거나 항해장비 생산자, 항해자, 기타 사용자에게 수로데이터를 공급하기 위해 수로데이터 교환표준인 S-57 표준을 개발하였다. IHO는 S-57 표준을 수로분야 범용 표준으로 만들었으나 ECDIS의 베이스맵으로 사용되는 전자해도 제작에만 한정되어 사용되어 왔다. 이를 개선하고자 IHO는 육상GIS의 ISO/TC 211의 1900 시리즈 표준을 적극 수용하여 S-100 표준을 개발 중에 있다. S-100 표준은 항해장비 및 해양정보시스템 등 크게 영향을 미칠 것으로 예상되는 바, 본 연구에서는 S-100 수로데이터 개발방법을 정리하고 이를 적용한 수로데이터 제작방안을 제시한다. IHO S-57 is the standard intended to be used for the exchange of digital hydrographic data between hydrographic offices, and for the distribution of hydrographic data to manufacturers, mariners and other data users. But it was primarily developed to meet the ENC requirement called for in an IMO-compliant ECDlS. As presently structured, it cannot support future requirements such as gridded bathymetry or time-varying information To improve this limitations, IHO is developing new digital hydrographic standard, S-100. In this paper, we analyze the S-100 standards and propose the method for development of digital hydrographic data according to S-100.

Kalman 필터 ASF 보정을 통한 해양 임무 수행용 GPS/INS/eLoran 복합항법 알고리즘

황태현(Tae Hyun Fang),김영기(Youngki Kim),김동현(Don Kim),이상헌(Sangheon Lee),서기열(Kiyeol Seo),박상현(Sang Hyun Park) 제어로봇시스템학회 2018 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.24 No.8

This study proposes an integrated GPS, INS, and eLoran algorithm for fulfilling maritime tasks. The architecture of the fusion filter consists of two Kalman filters. One is used to update the navigation solutions of INS with GPS or eLoran, and the other is used to estimate the ASF (additional secondary factor), which is the most important error of eLoran. Although this ASF correction can be replaced by ASF correction services after establishing the eLoran infrastructure, this approach will be useful to estimate the ASF in the fusion filter because of the coverage of ASF correction services. A land test with a vehicle is conducted on the Saemangeum Seawall in Korea to evaluate the proposed fusion filter. The experimental results show that ASF correction can be successfully achieved by the proposed algorithm and that eLoran can back up the GPS in case of a GPS outage. The proposed algorithm should be able to fulfill maritime tasks such as autonomous operations, hydrography, dredging, etc.