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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.
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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.
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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.
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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.
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