DGNSS 기준국 관측환경 분석

손동효,박관동,원지혜,최용권,기창돈,Sohn, Dong-Hyo,Park, Kwan-Dong,Won, Ji-Hye,Choi, Yong-Kwon,Kee, Chang-Don 한국항해항만학회 2011 한국항해항만학회지 Vol. No.

이 연구에서는 국토해양부 위성항법중앙사무소가 운영하고 있는 17곳 DGNSS 기준국의 신호수신환경을 파악하기 위해 관측자료의 TEQC 프로그램 품질평가, 가시성 분석 및 현장조사를 병행하였다. TEQC 프로그램 수행결과 팔미도, 어청도, 거문도, 평창, 성주, 충주 기준국의 일부 지수가 상대적으로 저조하게 나타났다. 6곳을 제외한 품질평가지수는 평균 98%의 데이터수신율과 0.19m의 L1 의사거리 다중경로 오차, 0.71m의 L2 의사거리 다중경로 오차가 나타났으며, 사이클슬립은 1000회 관측당 평균 1.3회 수준으로 나타나 대부분의 기준국들은 최적의 환경에 놓여 있었다. 그러나 팔미도와 어청도의 경우 데이터수신율이 낮았다. 이는 L2C 신호를 송출하는 위성들의 P2 신호를 기록하지 못하여 수신율을 저하시키는 요인으로 확인되었다. 거문도의 경우 주변 장애물은 존재하지 않았으나 설치된 관측장비 또는 설비문제로 인하여 품질지수가 저하된 것으로 사료된다. 평창은 남쪽에서 북서쪽으로 이어지는 야산이 폭 넓게 위치하고 있어 데이터 수신율이 상대적으로 좋지 않은 기준국으로 확인되었다. 4개의 품질평가지수가 모두 좋지 않은 성주와 충주는 주변 환경이 다른 기준국과 큰 차이는 없었으나, 설치된 관측장비에 의해 신호품질이 저하된 것으로 추정되어 비교실험을 통한 추가 분석이 필요하다. In this study, we analyzed the signal environment of 17 DGNSS stations operated by DGPS Central Office through TEQC quality checking, visibility analysis and site visits. With TEQC, we produced times series of four indices of TEQC quality checking: observation ratio, L1 pseudorange multipath, L2 pseudorange multipath, and the frequency of cycle slip events. From visibility analysis, the directions where missing observations are happening were identified and the result was verified through onsite investigation. Without considering TEQC indices at the six sites(Palmido, Eochungdo, Geomundo, Pyeongchang, Seongju, and Chungju), the average TEQC indices were: 98% observation ratio, 0.19m of L1 pseudorange multipath, 0.71m of L2 pseudorange multipath, and 1.3 cycle slips per 1000 observations. The observation ratios at Palmido and Eochungdo were low. It was found that receiver settings were incorrect so that they could track the P2 signal of GPS satellites with L2C capability. No signal-blocking obstacles were found around the Geomundo station except the lighthouse. Thus, we guess that the poor TEQC indices at the site are believed to be caused by problems in the GPS hardware or cables. The low observation ratio at Pyeongchang is being caused by the surrounding hills blocking the satellite view from the south to the northwest directions. Even though all of four TEQC indices were bad at Seongju and Chungju stations, we found that the signal reception environment at the two sites is in good condition. We think that the quality indices got poor probably because of malfunctioning equipment. So, further investigation is needed for the Seongju and Chungju sites.

지진해일 시나리오 DB에 기반한 동해안 지진해일 위험 지역 분류

손동효(Sohn Dong Hyo),박순천(Park Sun Cheon),이준환(Lee Jun Whan),문광석(Moon Kwang Seok),김현승(Kim Hyun Seung),이덕기(Lee Duk Kee) 한국방재학회 2018 한국방재학회논문집 Vol.18 No.3

이 연구에서는 개선된 기상청의 지진해일 시나리오 DB에 기반하여 일본 서안 북부지역에서 발생한 지진해일로 인해 피해 가능성이 높은 동해안 지역을 파고에 따라 분류하였다. 시나리오 DB의 정확도 향상을 위해 수치모의시 최신의 수심 및 해안선 자료와 육지정보를 사용하였고, 격자해상도를 높였다. 일본 서안 북부지역에서 발생한 지진해일은 임원부근 지역에서 제일 높은 파고를 형성하고, 경상지역보다 강원지역에 더 높은 파고를 유발하였다. 파고는 지진 규모가 커질수록 높아졌고, 동해안을 따라 남쪽으로 내려갈수록 낮아졌다. 결론적으로 동해 판경계부에서 규모 7.0 이상의 지진이 발생했을 때 주의가 필요하고, 지진해일 발생시 임원부근 해안에 대해서는 중점적인 관측이 필요하다. We classified the areas in the eastern coast of South Korea which are highly likely to be affected by the tsunami that occurred along the northwestern coast of Japan using the improved tsunami scenario database of the Korea Meteorological Administration. To improve the accuracy of database, we used the latest data on bathymetry, coastline, and land information and increased grid resolution for numerical simulation. When tsunami occurred along the northwestern coast of Japan, the maximum wave height appeared in the around Imwon. And the wave height of Gangwon coastal area was higher than those of Gyeongsang. The tsunami height increased as the magnitude of the earthquake increased and decreased as it moved southward along the eastern coast. In conclusion, attention should be paid when an earthquake of magnitude 7.0 or greater occurs in the plate boundary region of the East Sea. And when a tsunami occurs in this region, we need to focus on the area near Imwon.

선박기반 동적환경에서의 GPS 대기 수증기량에 대한 선험적 연구

손동효(Dong-Hyo Sohn),최병규(Byung-Kyu Choi),박요섭(Yosup Park),정종균(Jong-Kyun Chung),홍준석(Junseok Hong) 한국항해항만학회 2020 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.춘계

이 연구는 과거 한반도로 접근했던 태풍의 주요 발생지역과 경로 상에서 관측한 선박기반의 GPS 가강수량 (Precipitable Water Vapor: PWV)에 대한 선험적 결과이다. GPS-PWV를 산출하기 위해 한국천문연구원에서 개발한 고정밀 단독측위 (Precise Point Positioning: PPP) 기법의 솔루션을 사용한다. 관측 자료는 한국해양과학기술원에서 운영 중인 약 6000톤급 과학실험선인 이사부호가 북서태평양 지역을 20일간 운항하며 획득한 것이다. 산출한 GPS-PWV는 선박에서 수행한 radiosonde 관측값과 지구관측위성 자료를 이용하여 비교 검증한다. This study is an a preliminary result of the ship-borne GPS precipitable water vapor (PWV) observed on the main occurrence areas and paths of the typhoon that had approached the Korean Peninsula in the past. To calculate the GPS-PWV, we are using kinematic precise point positioning (PPP) solution developed by Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). The experiment was conducted using about 6,000-ton research vessel ‘ISABU’ operated by the Korea Institute of Ocean Science and Technology (KIOST) in the Northwest Pacific region for 20 days. The GPS-derived PWV is compared with radiosonde observed on the ship and with space-borne observations onboard Earth observation satellite.

GPS 자료 품질평가를 이용한 기준국 신호환경분석

손동효(Dong-Hyo Sohn),박관동(Kwan-Dong Park),김두식(Dusik Kim) 한국항해항만학회 2011 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.춘계

이 연구에서는 국토해양부 해양교통시설과 위성항법중앙사무소가 운영하고 있는 DGNSS 기준국의 신호수신환경을 파악하기 위해 관측자료의 TEQC 품질평가와 현장조사를 병행하였다. TEQC는 GPS 수신기로 관측한 원시자료를 RINEX형식으로 변환·편집하고, 관측자료의 품질을 점검하는데 이용하는 GPS 전처리 소프트웨어이다. TEQC 품질점검 기능을 통해 GPS 관측자료의 데이터수신율, L1과 L2 신호의 의사거리 다중경로오차, 사이클슬립에 관한 지수를 산출하였고, 이를 현장조사결과와 상호 비교하였다. 장기 관측 자료의 TEQC 품질지수 결과를 통하여 시간변화에 따른 관측소의 주변환경 및 장비변화 시점을 간접적으로 확인하였다.

지진에 의한 측지학적 지각변동 분석을 위한 GNSS 자료 전처리 연구

손동효(Sohn, Dong Hyo),김두식(Kim, Du Sik),박관동(Park, Kwan Dong) 대한공간정보학회 2015 대한공간정보학회지 Vol.23 No.1

이 논문에서는 지진에 의한 지각변동 분석에서 측지학적 요소만을 구분하고자 하는 목적으로 GNSS 자료를 전처리하는 전략을 연구하였다. 이를 위해 GNSS 자료처리 결과의 해석에 앞서 GNSS 좌표 시계열에서 나타나는 위신호들을 검출하고 제거하였다. GNSS 관측소는 한반도가 포함된 큰 지각판 위에 위치하므로 판의 운동으로 인한 속도가 좌표 시계열에 포함된다. 그리고 일부 관측소 주변에 위치한 나무들은 계절에 따라 성장변화가 일어나기 때문에 계절적 신호특성이 GNSS 좌표 시계열에 반영된다. 따라서 오일러축에 의한 지각판 운동효과를 정확히 제거하기 위해 축의 위치와 각속도를 한반도 지각판에 맞게 새롭게 추정하였고 이에 대한 검증을 수행하였다. 그리고 1년 주기로 나타나는 계절변동 신호를 추정해 각 관측소의 좌표시계열에 반영하였다. 두 효과를 제거함으로써 지진에 의한 영향을 측지학적으로 분석할 수 있다. 이를 이용해 2011년 동일본 대지진에 의한 지각변위 예비 분석을 수행하였다. In this study, we developed strategies for pre-processing GNSS data for the purpose of separating geodetic factors from crustal deformation due to the earthquakes. Before interpreting GNSS data analysis results, we removed false signals from GNSS coordinate time series. Because permanent GNSS stations are located on a large tectonic plate, GNSS position estimates should be affected by the tectonic velocity of the plate. Also, stations with surrounding trees have seasonal signals in their three-dimensional coordinate estimates. Thus, we have estimated the location of an Euler pole and angular velocities to deduce the plate tectonic velocity and verified with geological models. Also, annual amplitudes and initial phases were estimated to get rid of those false annual signals showing up in the time series. By considering the two effects, truly geodetic analysis was possible and the result was used as preliminary data for analyzing post-seismic deformation of the Korean peninsula due to the Tohoku-oki earthquake.

GPS/GLONASS 통합관측자료를 이용한 가강수량 산출과 정확도 검증

손동효(Sohn, Dong Hyo),박관동(Park, Kwan Dong),김연희(Kim, Yeon Hee) 대한공간정보학회 2013 대한공간정보학회지 Vol.21 No.4

대기 중의 가강수량은 시·공간적 변동이 크기 때문에 여러 시스템을 이용한 관측이 이루어지고 있다. 이 연구에서는 GNSS 시스템인 GPS와 GLONASS의 신호를 각각 그리고 통합 이용하여 가강수량을 산출하고 다른 관측시스템의 측정값과 상호비교하여 정확도를 검증하였다. 비교 관측시스템으로 라디오존데와 마이크로파 복사계를 이용하였고 세 개의 시스템은 동일한 장소에 설치되어 있어 상호간의 비교 및 관측값 특성을 분석하는데 용이하였다. 각 시스템 별로 측정한 가강수량은 평균 0.6mm-3.4mm 차이를 보였고 표준편차는 1.0mm-3.8mm로 나타났다. GNSS 측정값이 다른 두 시스템의 측정값에 비해 상대적으로 큰 차이를 보였는데 이는 실험에 사용된 GNSS 안테나가 국제적으로 제공되는 안테나 위상중심변동 모델 테이블에 존재하지 않는 모델이었기 때문으로 판단된다. 향후 안테나 위상중심변동 모델이 적용 가능한 안테나를 사용할 경우 GPS/GLONASS 통합자료처리를 통해 가강수량 산출 정확도 향상 및 GPS 위성관측이 제한적인 곳에서도 유효한 결과 획득이 가능할 것으로 사료된다. Several observation equipments are being used for determination of the water vapor content and precipitable water vapor (PWV) because the water vapor is highly variable temporally and spatially. In this study, we used GNSS systems such as GPS and GLONASS in standalone and combined modes to compute PWV and validated their accuracy with respect to the results of other water-vapor monitoring systems. The other systems used were radiosonde and microwave radiometer, and the comparisons were convenient because all three systems were collocated at the test site. The differences of PWW were in the range of 0.6-3.4 mm in the mean sense, and their standard deviations were 1.0-3.8 mm. The relatively large difference of GNSS compared with the other two systems were believed to be caused by the fact that the GNSS antenna used in this study was the kind for which the international standard of phase center variations (PCV) calibration is not available. We expect better accuracy of PWV determination and improved availability of it through integrated data processing of GPS/GLONASS when an appropriate antenna with PCV correction model is used.

장애물 위치에 따른 GPS 기준국 측위정확도 변화분석

손동효(Dong-Hyo Sohn),박관동(Kwan-Dong Park),정완석(Wan-Suk Jung),기창돈(Changdon Kee) 한국항해항만학회 2013 한국항해항만학회지 Vol.37 No.5

이 연구에서는 GPS 기준국 주변에 존재하는 장애물의 방향과 고도각이 좌표 정확도 변화에 미치는 영향을 시뮬레이션을 통해 분석하고자 한다. 최적의 관측환경에 있는 기준국의 정밀좌표를 산출한 뒤 고도각 10°부터 70°까지의 장애물이 동, 서, 남 방향에 각각 존재한다고 가정하고 관측자료를 재구성하였다. 10일간의 관측자료를 이용하여 일단위와 시간단위로 각각 처리하였다. 일단위 처리결과에서는 RMSE가 10mm 내외였으나 시간단위 결과에서는 100mm 수준까지 증가하였다. 장애물의 고도각이 높아질수록 수평 및 수직방향 RMSE는 증가하였고 높이 추정값은 감소하였다. 방향에 따른 분석에서는 동쪽이나 서쪽에 장애물이 존재할 때 남북방향에 비해 동서방향으로 위치오차가 더 크게 증가하였고 남쪽 장애물인 경우에는 동서방향의 오차폭이 상대적으로 작게 나타났다. This paper focuses on GPS positioning accuracy variations according to locations of obstacles which surround GPS station. We derived precise coordinates of a GPS station which has a good visibility. Its observation data was rewritten by assuming signal blocking due to obstacle in the elevation angle of 10° to 70°. We processed daily and hourly data for 10 days. In the results using daily data, RMSE was at 10mm level. And RMSE increased to 100mm levels in case of hourly data. As the elevation angle of obstacle increased, the horizontal and vertical RMSE increased, while the height estimates decreased. These results showed the higher the elevation angle of the obstacle increased the loss of large amounts of data by blocking satellite signals direction. In terms of the direction, when the blocking thing was located in the east or west, the coordinate has larger error in the east-west direction. And if signal was blocked at the south direction, the difference between the east-west error and the south-north position error was reduced.

DGNSS 위치정확도 향상을 위한 PRC 보정정보 모델링에 관한 연구

손동효(Sohn, Dong Hyo),박관동(Park, Kwan Dong) 대한공간정보학회 2015 대한공간정보학회지 Vol.23 No.4

본 논문은 DGNSS(Differential GNSS) 위치정확도 향상을 위한 PRC(Pseudo-Range Correction) 보정정보 모델링에 관한 연구내용이다. PRC는 DGNSS 기법을 이용하여 측위정확도를 향상시키기 위해 사용되는 보정정보로써 사용자가 통신망을 통해 수신한 뒤 사용된다. 그러나 일시적인 통신두절이나 신호간섭 등으로 인해 위치정확도가 급격히 저하되는 일이 발생한다. 그래서 본 논문에서는 이러한 현상을 방지하기 위해 PRC 보정정보를 다항식 곡선접합 방정식을 이용하여 모델링하고 그 정확도를 평가하였다. 모델링 매개변수를 이용하여 계산한 PRC 추정값과 실제 기준국 수신기에서 생산되는 관측값간의 차이를 계산한 결과 GPS의 경우에는 평균 0.1m, RMSE는 1.3m로 나타났고 대부분의 위성들이 ±1.0m 이내의 편향오차와 3.0m 이내의 RMSE를 보였다. GLONASS의 경우에는 평균 0.2m이고 대부분 ±2.0m 이내에 분포하였다. RMSE는 2.6m로 나타났고 다수의 위성들이 3.0m 이내에 분포하였다. 이런 결과는 모델링을 통해 산출한 추정값이 사용자의 위치정확도를 유지하는데 유효하게 사용될 수 있음을 보였다. 그러나 고도각이 낮은 영역에서 두 값의 차이가 크게 나타나 이에 대한 연구를 추가적으로 수행할 필요성이 있다. We studied on pseudo-range correction(PRC) modeling in order to improve differential GNSS(DGNSS) accuracy. The PRC is the range correction information that provides improved location accuracy using DGNSS technique. The digital correction signal is typically broadcast over ground-based transmitters. Sometimes the degradation of the positioning accuracy caused by the loss of PRC signals, radio interference, etc. To prevent the degradation, in this paper, we have designed a PRC model through polynomial curve fitting and evaluated this model. We compared two quantities, estimations of PRC using model parameters and observations from the reference station. In the case of GPS, the average is 0.1m and RMSE is 1.3m. Most of GPS satellites have a bias error of less than ±1.0m and a RMSE within 3.0m. In the case of GLONASS, the average and the RMSE are 0.2m and 2.6m, respectively. Most of satellites have less than ±2.0m for a bias error and less than 3.0m for RMSE. These results show that the estimated value calculated by the model can be used effectively to maintain the accuracy of the user’s location. However, it is needed for further work relating to the big difference between the two values at low elevation.

GPS 관측망을 이용한 최근 15년간의 한반도 지각운동과 변형률

손동효(Dong-Hyo Sohn),박순천(Sun-Cheon Park),이원진(Won-Jin Lee),이덕기(Duk Kee Lee) 대한지질학회 2018 대한지질학회 학술대회 Vol.2018 No.10

신호차폐 시뮬레이션 환경에서의 통합 GPS/GLONASS 이중차분 상대측위 정확도 분석

이호석(Ho-Seok Lee),박관동(Kwan-Dong Park),김두식(Dusik Kim),손동효(Dong-Hyo Sohn) 한국항해항만학회 2012 한국항해항만학회지 Vol.36 No.6

Although GNSS hardware and software technologies have been steadily advanced, it is still difficult to obtain reliable positioning results in the area with lots of signal blockage. In this study, algorithms for integrated GPS and GLONASS double difference relative positioning were developed and its performance was validated via simulations of signal blockages. We assumed that signal blockages are caused by high-rise buildings to the east, west, and south directions. And then, GPS-only and integrated GPS/GLONASS positioning accuracy was analysed in terms of 2-dimensional positioning accuracies. Compared with GPS-only positioning, the positioning accuracy of integrated GPS/GLONASS improved by 0.3-13.5 meters. 위성항법시스템의 기술발전이 지속적으로 진행되고 있지만 여전히 신호차폐가 빈번히 발생하는 지역에서는 측위정확도 확보에 어려움을 겪고 있다. 이 연구에서는 통합 GPS/GLONASS 이중차분 상대측위 알고리즘을 구현하고 신호차폐 환경의 시뮬레이션을 수행해 그성능을 검증하였다. 동쪽, 서쪽, 남쪽 방향으로 고층건물에 의해 신호차폐가 발생하는 환경을 시뮬레이션 하고 시뮬레이션 상황에 따른 GPS와 GPS/GLONASS의 정확도 평가를 수행하였다. 그 결과, 신호차폐 시뮬레이션 환경에서는 GPS/GLONASS가 GPS에 비해 최소 0.3m에서 최대 13m이상의 수평정확도가 향상되었다.