Selective Availability 중단에 따른 GPS 절대측위 정확도 분석 = The Accuracy Analysis for GPS Absolute Positioning After Discoutinuing Selective Availability

국문 초록 (Abstract)

미국은 자국의 안보를 목적으로 개발한 측위 시스템인 GPS에 고의적 으로 측위 정확도를 낮추는 SA 정책을 수행하여 왔다. 그러나 이에 반하는 유럽의 여러국가들은 SA 가동 중단을 꾸준히 요구해 왔으며 급기야는 그들만의 새로운 위성 항법 시스템인 갈릴레오 프로젝트를 계획하게 되었다. GPS에 대한 폭발적인 민간 수요의 증가로 인해 막대한 부가 수입을 올리던 미국은 이에 대응하는 조치로 2000년 5월 2일 04시 05분(UTC)경에 그동안 계속적으로 진행되어 오던 SA 정책을 중단하였다.
GPS 신호에는 위성의 위치오차, GPS 신호의 전리층 및 대류층 통과에 따른 오차, 다중경로 오차. Selective Availablilty(SA) 등 위치 결정에 영향을 주는 여러 오차 요인들이 포함되어 있다. 이 중 SA 는 GPS 위성을 이용한 위치 결정시 포함되는 여러 오차들 중 가장 큰 비중을 차지하는 오차 요인으로 SA에 의한 위치 결정의 영향을 최소화하는데 많은 연구가 진행 되어 왔다. 그러나, SA 가동이 공식적으로 중단됨에 따라 SA로부터 파생되는 거리오차 계산이 무의미해졌으며 거리오차들의 정확도에 따라 위치 결정의 정확도가 좌우되는 절대측위의 정확도가 향상될 것으로 예측된다.
본 연구는 SA 가동 중단 전후의 위성 시계 오차량과 측점의 좌표를 산출하여 비교함으로써 SA 가동 중단 후 GPS C/A코드의 사거리에 의한 1점 측위 즉, 절대측위의 정확도가 어느 정도로 향상되어졌는가를 분석하는데 그 목적이 있다.
연구결과, GPS 위성 시계 오차 보정량은 SA 가동시 약 ±40m폭으로 변동을 보인 반면, SA 중단 후 ±2m이내로 급격히 감소되었음을 알 수 있었으며, 궤도력에 대한 인위적인 정확도 저하는 없었음을 알 수 있었다. 본 연구에서 산출한 결과값에 대한 95% 확률오차는 SA 사용 중단 전 X=±65m, Y=±69m, Z=±64m이며, 중단 후 X=±12m, Y=±11m, Z=±20m로 상당한 정확도 향상을 보였다. SA 사용 중단은 GPS를 이용한 절대 측위의 응용분야에 큰 전기를 마련한 것이라 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The American government developed GPS, the position measurement system, for national security, and has carried out the SA policy which lowers accuracy of GPS positioning purposely. Several European countries, however, has constantly opposed to use SA system. Finally, they got to make a Plan for the Galileo project, new satellite navigation system of their own. America, who had made a fortune with the increase in private demand of GPS, step SA policy against such an European policy on AM 04:05, May 2, 2000 (UTC). GPS signal includes various error factors which influences in positioning ; position error of satellite, error which occurs when GPS signal penetrates ionosphere layer and the troposphere layer, multipath error, SELECTIVE AVAILABILITY(SA). Positioning is influenced by above factors. Among these error, the SA takes large part on positioning with GPS satellite. Lots of studies were done to minimize the effect of SA in position decision. Official breaking off SA by America, however, made lots of research on calculating distance error due to SA useless. Thus, correctness of absolute positioning will be important factor to measure position correctness followed by distance correctness, This research purposes on how much advance were made in the field of studying correctness of absolute positioning; point positioning by GPS C/A code pseudorange after discontinuing of the SA operation comparing coordinates of a measuring point and satellite clock errors before and after SA operation. As the result, The correction of GPS satellite clock errors is about ± 40m with SA but ±2m without SA. There are no decreases in ephemerides accuracy. The 95% probable errors for the measurements in SA-on are about ±65m(X), ±69m(Y), ±64m(Z) but in SA-off ±12m(X), ±11m(Y), ±20m(Z). It is expected that the use of GPS more many application of absolute positioning with discontinuing of SA.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 표차례 = iii
• 그림차례 = iv
• 국문초록 = vi
• 1. 서론 = 1
• 1.1 연구목적 = 1
• 1.2 연구동향 = 2
• 1.3 연구내용 및 방법 = 3
• 2. 기본이론 = 5
• 2.1 SeIective Availability = 5
• 2.2 GPS 위성의 궤도력 산출 = 6
• 2.3 절대측위 = 16
• 2.3.1 선형화 = 17
• 2.4 오차 보정 = 19
• 2.4.1 궤도 오차 = 20
• 2.4.2 시계 오차 = 21
• 2.4.3 이온층 지연 오차 = 22
• 2.4.4 대류권 지연 오차 = 24
• 2.4.5 다중경로 오차 = 25
• 2.5 측지좌표계의 지심좌표계 변환 = 26
• 3. GPS 자료 취득 및 처리 = 30
• 3.1 자료 취득 = 30
• 3.2 자료 처리 = 32
• 4. 결과의 비교 분석 = 33
• 4.1 GPS 위성 좌표 분석 = 33
• 4.2 위성 시계 오차량 분석 = 35
• 4.3 절대 측위 정확도 분석 = 39
• 5. 결론 = 48
• 참고문헌 = 49
• ABSTRACT = 53