지상파 통합항법 서비스의 성능예측 시뮬레이션 툴 개발

손표웅,한영훈,이상헌,박상현 한국항해항만학회 2019 한국항해항만학회지 Vol.43 No.6

The eLoran system is considered the best alternative because the vulnerability of satellite navigation systems cannot be resolved as perfect. Thus, South Korea is in the process of establishing a testbed of the eLoran system in the West Sea. To provide resilient navigation services to all waters, additional eLoran transmitters are required. However, it is difficult to establish eLoran transmitters because of various practical reasons. Instead, the positioning with NDGNSS/AIS source can expand the coverage and its algorithm with applying continuous waves is under development. Using the already operating NDGNSS reference station and the AIS base station, it is possible to operate the navigation system with higher accuracy than before. Thus, it is crucial to predict the performance when each system is integrated. In this paper, we have developed a simulation tool that can predict the performance of terrestrial integrated navigation system using the eLoran system, maritime NDGNSS station and the AIS station. The esitmated phase error of the received signal is calculated with the Cramer-Rao Lower Bound factoring the transmission power and the atmospheric noise according to the transmission frequency distributed by the ITU. Additionally, the simulation results are more accurate by estimating the annual mean atmospheric noise of the 300 kHz signal through the DGPS signal information collected from the maritime NDGNSS station. This approach can further increase the reliability of simulation results. 위성항법시스템의 취약성에 따른 보완 시스템의 필요가 높아지면서, eLoran 시스템이 가장 현실적인 대안으로 인정받고 있다. 우리나라도 서해 일부 지역에서 eLoran 시스템의 테스트베드 구축 사업을 진행 중에 있다. 전 해양지역에 안정적인 서비스를 제공하기 위해서는 추가적인 송신국 설치가 필요하지만. 여러가지 현실적인 이유로 인해 추진되기 어렵다. 이런 문제를 해결하기 위해 기존의 NDGNSS 기준국과 AIS 기지국을 활용한 측위기술이 개발되고 있다. 이미 운영 중인 NDGNSS 기준국, AIS 기지국을 활용하면 전 해상에서 보다 높은 정확도의 탄력적 항법시스템 운용이 가능해질 수 있다. 그렇기 때문에 각 시스템이 통합운영 되었을 때의 성능을 예측하는 것은 중요하다. 본 논문에서는 eLoran 시스템과 전국의 NDGNSS의 해양기준국, AIS 기지국을 활용한 지상파 통합항법시스템의 성능을 예측할 수 있는 시뮬레이션 툴을 제작하였다. ITU에서 배포한 송출 주파수와 거리에 따른 신호 세기, 대기잡음 등을 고려해 Cramer-Rao Lower Bound로 수신 신호의 측정 거리 오차를 계산하였다. 추가적으로, 실제로 전국의 NDGNSS 해양기준국에서 수집된 DGPS 신호 정보를 통해 300 kHz 신호의 연평균 대기잡음을 추정해 시뮬레이션 결과를 보다 정확하게 하였다. 해당 결과는 추후 진행될 지상파통합항법시스템 개발에 유용하게 활용될 것으로 기대된다.

첨단 지상파항법시스템(eLoran) 시범서비스의 LDC 메시지 변조기법에 따른 수신성능 분석

손표웅,이삭,황태현,서기열 한국항해항만학회 2022 한국항해항만학회지 Vol.46 No.6

In the eLoran system, the Loran Data Channel (LDC) is used to provide precise timing and positioning. The LDC message can be modulated with the Eurofix method, which modulates the transmission time of the 3rd-8th pulse not used for navigation, and the 9th pulse method, which modulates data using the 9th additional pulse after the existing 8 Loran pulses. In this paper, we analyzed the reception performance of the LDC message transmitted from the eLoran transmitter according to the modulation method. The eLoran testbed transmitter in Incheon was set to transmit LDC messages simultaneously with the 9th pulse modulation method and the Eurofix modulation method. Then, the LDC messages stored in the databases of the eLoran differential stations in Incheon and Pyeongtaek were analyzed in terms of the message reception rate according to the modulation method. Using the navigation aid management ship Inseong No. 1, the range of LDC message reception of actual sea users near Incheon Port was also analyzed. The results of this study are expected to be utilized in the full operational capability service after the eLoran pilot service. eLoran 시스템에서 보다 높은 정확도로 시각 및 위치 정보를 제공하기 위해 별도의 데이터 채널인 Loran Data Channel (LDC)를 사용한다. LDC 메시지는 기존의 8개의 Loran 펄스 중 항법에 사용하지 않는 3-8번째 펄스의 전송시각을 변조하여 송출하는 Eurofix 방식과 9번째 추가 펄스를 이용해 데이터를 변조하는 9th 펄스 방식으로 변조될 수 있다. 본 논문에서는 eLoran 송신국에서 송출하는 LDC 메시지의 변조방법에 따른 수신 성능을 분석하였다. 인천에 설치하여 시범운영 중인 eLoran 시험 송신국에서 9th 펄스 변조방법과 Eurofix 변조방법으로 동시에 LDC 메시지를 송출할 수 있도록 설정하고, 인천과 평택의 eLoran 보정기준국의 데이터베이스 내 저장된 LDC 메시지를 분석해 변조방법에 따른 LDC 메시지 수신률을 분석하였다. 또한 항로표지 관리선 인성 1호를 이용해 인천항 인근에서 실제 사용자의 LDC 메시지 수신률을 분석하였다. 본 연구결과는 향후 정식 eLoran 서비스 과정에서 공식적인 LDC 방송 메시지를 확정하기 위한 기술자료로 활용될 수 있을 것이다.

MF DGNSS 인프라를 이용한 항법 신호의 야간 특성 분석

손표웅,한영훈,서기열,황태현 한국항해항만학회 2022 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2022 No.춘계

보완항법시스템 eLoran의 활용

손표웅,서지원 한국항해항만학회 2013 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.추계

위성항법시스템(GNSS)에 대한 전파교란에 대응하기 위한 보완항법시스템인 eLoran은 고출력의 지상파를 사용하기 때문에 전파교란이 현실적으로 힘들다는 장점이 있다. eLoran 신호는 세계표준시(UTC)에 동기화 되어있어서 송신 출력에 따라 실내와 같이 GNSS 신호의 수신이 힘든 경우에도 정확한 시각(timing) 정보를 제공할 수 있다. eLoran을 이용한 시각 정보 제공은 미국 국방부(DoD)에서도 최근에 많은 관심을 보이고 있다. 또한 eLoran은 자체 데이터 채널을 보유하고 있어서 eLoran 보정 신호를 전송할 수 있고, 전파기만에 대비하여 eLoran 신호인증 기법을 적용할 수 있다. 전파교란의 영향을 받지 않고 데이터를 전송할 수 있기 때문에 안정적인 데이터 전송이 필요한 각종 분야에서 eLoran 데이터 채널의 활용이 가능하다. 현재 우리나라는 GNSS를 보완하는 위치 항법 시각(PNT) 시스템으로써 2018년 정상 운용을 목표로 eLoran 시스템 구축 사업을 진행하고 있다.

한국 첨단 지상파항법시스템(eLoran) 시범서비스의 LDC 메시지 변조기법 별 수신 성능 분석

손표웅,이삭,황태현,서기열 한국항해항만학회 2022 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2022 No.2

eLoran 시스템에서 보다 높은 정확도로 시각 및 위치 정보를 제공하기 위해 별도의 데이터 채널인 Loran Data Channel (LDC)를사용한다. LDC 메시지는 기존의 8개의 Loran 펄스 중 항법에 사용하지 않는 3-8번째 펄스의 전송시각을 변조하여 송출하는 Eurofix 방식과9번째 추가 펄스를 이용해 데이터를 변조하는 9th 펄스 방식으로 변조될 수 있다. 본 논문에서는 eLoran 송신국에서 송출하는 LDC 메시지의변조방법에 따른 수신 성능을 분석한다. 인천에서 운영 중인 eLoran 시험 송신국에서 9th 펄스 변조방법과 Eurofix 변조방법으로 동시에 LDC 메시지를 송출할 수 있도록 설정하고, 인천과 평택의 eLoran 보정기준국의 데이터베이스 내 저장된 LDC 메시지를 분석해 변조방법에 따른LDC 메시지 수신률을 분석한다. 또한 항로표지 관리선 인성 1호를 이용해 인천항 인근에서 실제 사용자의 LDC 메시지 수신률을 분석하였다. 본 연구결과는 eLoran 시범서비스 이후 본격적인 서비스 과정에서 중요하게 활용될 것으로 기대된다.

eLoran Signal Standard Inspection Process Development

손표웅,서기열,황태현 사단법인 항법시스템학회 2021 Journal of Positioning, Navigation, and Timing Vol.10 No.2

In order to mitigate the vulnerability of the satellite navigation system against radio frequency interference, South Korea has been developing advanced terrestrial navigation system (eLoran) technology since 2016. The eLoran system synchronizes the transmission time of the pulse used in the existing Loran-C system with UTC and transmits correction information that can improve the position error. The eLoran system is known to reduce the position error of about 460 m of the existing Loran-C system to 20 m, and for this, the transmitter must be able to transmit eLoran signals according to more stringent standards. For this reason, an international standard that further developed the Loran-C signal standard established by US Coast Guard was established by Society of Automotive Engineers (SAE) International. In this paper, based on the analysis of the SAE9990 document, the international standard for eLoran transmission signals, a standard inspection process was produced to check whether the eLoran transmitter is transmitting signals in accordance with the standard.

위성항법시스템의 고정밀 측위기술 동향과 해양에서의 활용사례 조사

손표웅(Pyo-Woong Son),박슬기(Sul Gee Park),박상현(Sanghyun Park) 한국항해항만학회 2020 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.춘계

위성항법시스템을 활용한 측위 기술이 발전하면서, 여러 오차에 대한 보정정보를 이용해 보다 정밀한 위치 계산이 가능하게 되었다. 단방향으로 보정정보를 전송하여 미터 급의 정확도 서비스가 가능한 DGNSS가 현재 널리 사용되고 있는 대표적인 시스템이다. 하지만 정밀한 위치정보에 대한 수요가 증가함에 따라 센티미터 급의 위치 정확도에 대한 요구가 늘어나고 있다. Precise point positioning (PPP), real-time kinetic (RTK) 등의 기술들은 센티미터급의 위치 정확도를 제공하는 것으로 알려져 있지만, 초기 수렴시간, 서비스 커버리지, 보정정보 송수신을 위한 통신채널 등의 측면에서 여러 제약조건을 가지고 있다. 그렇기 때문에 근래에는 PPP와 RTK 기술을 융합하여 다양한 응용분야에서 활용할 수 있도록 PPP-RTK 기술이 개발되고 있다. 본 논문에서는 PPP-RTK 기술에 대한 동향에 대해 설명하고 해양분야에서의 활용 사례를 서술하였다. With the development of the positioning technology using the satellite navigation system, it is possible to calculate the position more precisely using correction information for various errors. DGNSS, which is capable of meter-level accuracy service by transmitting correction information in one direction, is a representative system currently widely used. However, as the demand for high-accuracy position information increases, there is a growing demand for centimeter-level position accuracy. Techniques such as precise point positioning (PPP) and real-time kinetic (RTK) are known to provide centimeter-level positioning accuracy, but have several constraints in terms of initial convergence time, service coverage, and communication channel for transmitting and receiving correction information. Therefore, novel high-accuracy positioning technology (PPP-RTK) is being developed to complement these constraints and it is utilized in various applications. This paper describes the recent trends in PPP-RTK technology and describes the applications in the maritime area.

고정밀 위성항법서비스의 무결성 감시 방안 분석

손표웅 ( Pyo-woong Son ),박슬기 ( Sul Gee Park ),박상현 ( Sang Hyun Park ),신유진 ( Yujin Shin ),송재영 ( Jaeyoung Song ),김의호 ( Euiho Kim ) 한국항행학회 2021 韓國航行學會論文誌 Vol.25 No.2

육상에서 자율주행차량이 본격적으로 개발됨에 따라 해상에서도 자율주행선박에 대한 국제적 논의가 계속되고 있고, 국제해사기구(IMO; International Maritime Organization)에서는 위성항법시스템을 이용해 10 cm 이하의 위치 정확도를 무결성 감시 기능과 함께 보장하도록 권고하고 있다. 10 cm 이하의 위치 정확도 성능을 제공하기 위해서는 위성신호의 반송파를 기반으로 고정밀 보정정보를 사용해야 한다. 또한 이에 대한 무결성을 감시하기 위해서는 각 보정정보 생성 과정에서 발생하는 오차를 overbounding 할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 현재 운용되고 있는 고정밀 위성항법서비스 무결성 감시 방안에 대해 분석한다. 또한 미국에서 운용 중인 위성 기반의 광역보강시스템 (WAAS; wide area augmentation system)의 무결성 감시기법을 분석하고, 해양 지역에서의 고정밀 위성항법서비스의 무결성 감시 방안을 도출하였다. International Maritime Organization (IMO) recommends maintaining a positioning accuracy of global satellite navigation system (GNSS) within the range of 10 cm and monitoring its integrity. In order to provide the positioning accuracy of 10 cm or better, high-precision correction information must be used based on the carrier phase of the satellite signal. Furthermore, in order to monitor the integrity of this, the errors should be overbounded in the process of generating correction. In this paper, we analyze the GNSS integrity monitoring methods in high-precision position service currently in operation. The integrity monitoring technique of the wide area augmentation system (WAAS) of the U.S. is studied. As a conclusion, we propose the integrity monitoring method of Korean high-precision GNSS service in maritime area.

인천 지역 Loran-C 수신현황 분석

손표웅(Pyo-Woong Son),서지원(Jiwon Seo) 대한전자공학회 2016 대한전자공학회 학술대회 Vol.2016 No.6

Loran H-field 안테나의 지향성 보상 기법 연구

박슬기,손표웅 한국항해항만학회 2019 한국항해항만학회지 Vol.43 No.3

Although the needs for providing resilient PNT information are increasing, threats due to the intentional RFI or space weather change are challenging to resolve. eLoran, which is a terrestrial navigation system that use a high-power signal is considered as a best back-up navigation system. Depending on the user's environment in the eLoran system, the user may use one of E-field or H-field antennas. H-field antenna, which has no restriction on setting stable ground and is relatively resistant to noise of general electronic equipment, is composed of two loops, and shows anisotropic gain pattern due to the different measurement at the two loops. Therefore, the H-field antenna’s phase estimation value of signal varies depending on its direction even at the static environment. The error due to the direction of the signal should be eliminated if the user want to estimate the own position more precisely. In this paper, a method to compensate the error according to the geometric distribution between the H-field antenna and the transmitting station is proposed. A model was developed to compensate the directional error of H-field antenna based on the signal generated from the eLoran signal simulator. The model is then used to the survey measurement performed in the land area and verify its performance. 위성항법시스템의 안정적인 항법정보 제공에 대한 요구사항은 점차 증가하고 있지만, 의도적인 전파교란 및 자연환경 변화에 의한 성능 저하는 현실적으로 완벽히 해결하기 어렵다. 이러한 위성항법 시스템의 단점을 보완하기 위한 대표적인 항법시스템으로 고출력 신호를 이용한 지상파항법시스템인 eLoran이 주목받고 있고, 의도적인 전파교란에 강인하다는 장점이 있다. 사용자는 eLoran 시스템에서 사용 환경에 따라 E-field 또는 H-field 수신 안테나 중에서 적합한 것을 사용한다. 안정적인 접지 연결에 대한 제약이 없고, 상대적으로 주변 전자장비의 잡음에 강인한 H-field 안테나는 두 개의 루프로 구성되어 루프 간의 위상과 이득차이로 인해 등방성을 가지지 못한다. 그러므로 H-field 안테나는 정지위치에서도 수신한 신호의 방향에 따라 측정치의 변화가 발생하는 단점이 있고, 보다 정확한 측위 결과를 위해서는 신호의 방향에 따른 오차를 제거해야한다. 본 논문에서는 H-field 안테나와 송신국간의 기하학적 방향에 따른 오차를 제거하기 위한 지향성 보상기법을 제안하였다. eLoran 모의 신호생성기를 활용하여 오차를 분석하고 모델링하여 보상하는 기법을 개발하였고, 시뮬레이션과 차량실험을 통해 제안한 기법의 성능을 검증하였다.