DGNSS RSIM을 위한 GPS/Galileo 의사거리 보정기법

서기열,김영기,장원석,박상현 한국항해항만학회 2014 한국항해항만학회지 Vol.38 No.4

본 논문에서는 위성항법시스템(GNSS)의 다양화에 따른 DGNSS 기준국(RSIM, Reference Station and Integrity Monitor)의 재구축 을 위하여, 유럽연합(EU) 위성항법시스템인 Galileo의 E1 의사거리 보정정보 생성 알고리즘과 GPS/Galileo 시뮬레이션을 통한 성능검증에 대 해 다룬다. 먼저 DGPS RSIM에서 DGNSS RSIM으로 전환을 위한 운영적 측면에서의 기술 및 메시지 표준과 사용자 방송 측면에서의 메시지 표준에 대해 살펴본다. 일반적으로 GNSS의 의사거리 보정을 위해서는 정확한 GNSS 위성위치와 사용자 위치를 알아야만 한다. 그러므로 Galileo 위성위치를 정확하게 계산하기 위해서, Galileo ICD 문건의 위성위치 계산식을 이용하여 사용자 수신기에서 제공하는 궤도력 정보를 기 반으로 해당 위성 위치를 추정한다. 그리고 위성시계 옵셋과 사용자 수신기의 시각오차, GPS와 Galileo 위성의 시스템 타임 옵셋을 계산하여 GPS/Galileo 의사거리 보정정보를 생성한다. GPS/Galileo 시뮬레이터를 연동한 성능검증 플랫폼을 기반으로 GPS/Galileo 보정정보의 오차를 분석하고, 측위정확도를 분석하여 그 성능을 검증하였다. 국제기구(RTCM)에서 요구하는 기준국 운영을 위한 측위 성능을 충족할 수 있음을 확인하였다. In order to prepare for recapitalization of differential GNSS (DGNSS) reference station and integrity monitor (RSIM) due to GNSS diversification, this paper focuses on differential correction algorithm using GPS/Galileo pesudorange. The technical standards on operation and broadcast of DGNSS RSIM are described as operation of differential GPS (DGPS) RSIM for conversion of DGNSS RSIM. Usually, in order to get the differential corrections of GNSS pesudorange, the system must know the real positions of satellites and user. Therefore, for calculating the position of Galileo satellites correctly, using the equation for calculating the SV position in Galileo ICD (Interface Control Document), it estimates the SV position based on Ephemeris data obtained from user receiver, and calculates the clock offset of satellite and user receiver, system time offset between GPS and Galileo, then determines the pseudorange corrections of GPS/Galileo. Based on a platform for performance verification connected with GPS/Galileo integrated signal simulator, it compared the PRC (pseudorange correction) errors of GPS and Galileo, analyzed the position errors of DGPS, DGalileo, and DGPS/DGalileo respectively. The proposed method was evaluated according to PRC errors and position accuracy at the simulation platform. When using the DGPS/DGalileo corrections, this paper could confirm that the results met the performance requirements of the RTCM.

무인기 고신뢰성 항법지원을 위한 이동형 DGPS 개념 연구

류초롱,이진실,김민찬,이지윤 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.11

무인기의 효율적인 임무 수행을 위해 정밀 항법 기능이 필수적이며 위성항법시스템과 이를 보완하는 DGPS (Differential GPS)는 실외 임무에 가장 적합한 항법센서 중의 하나이다. 하지만 상용 DGPS 의 경우 신호의 고장을 검출하는 기능이 미비하기 때문에 이를 이용하여 계산된 항법해는 신뢰성을 보장할 수 없으며, 상용 DGPS 수신기와 호환되는 DGPS 기지국이 미리 설치된 지역에서만 서비스가 가능하다. 본 연구는 이러한 문제점을 보완하고자 신호 고장 감시기능을 제공하며 불특정한 임무 영역에서 정밀항법을 제공할 수 있는 이동형 DGPS 개념을 제안하였다. 또한 DGPS 기지국에서 생성된 보정정보 및 고장 감시정보를 상용 수신기에 바로 적용할 수 있도록 DGPS 메시지 전송 규약을 구현하였으며, 이를 상용 수신기에 적용하여 DGPS 메시지의 사용 가능 여부를 검증하였다. 구현된 메시지를 통해 전송된 보정정보는 로버(rover) 수신기의 위치결정에 사용되며, 고장 시에도 지속적인 정밀 항법해 산출이 가능한 것을 확인하였다. Precise navigation is essential to conduct their outdoor missions efficiently, and Global Navigation Satellite Systems (GNSS) and Differential GPS (DGPS) are the most suitable navigation sensors to get higher position. However, the commercial DGPS has a limited on the reliability of its position solution due to having incomplete function for fault detection, and accurate position is provided only near the fixed DGPS base station. To cope with these problems, this paper suggests the mobile DGPS which supplies fault monitoring and precise navigation over unspecified mission areas. In details, in order to apply correction information and result of fault monitoring of the DGPS to commercial receiver directly, this paper implements a transmission message format and applies that to the commercial receiver. As a result, we confirm that correction information transmitted by the base station of DGPS is used to determine a position of rover, and it could be possible to calculate precise position consistently although the fault exists in satellite signals

위성배치정보와 보정정보 맵핑 알고리즘을 이용한 저가형 GPS 수신기의 DGPS 서비스 적용 방안 연구

박병운,윤동환 한국항해항만학회 2014 한국항해항만학회지 Vol.38 No.2

본 논문은 저가형 GPS 수신 모듈에 DGPS 서비스를 적용하기 위한 방안으로 NMEA GPGSV 데이터의 위성 배치 정보에 포함된 위성 앙각과 방위각으로 관측 행렬을 구성한 후, 거리기반 보정정보를 위치영역으로 투영하여 기 산출된 위치 오차 벡터를 수정하는 방안을 제시하였다. 저가형 수신기인 U-blox LEA-5H 모델의 출력 데이터에 제안한 알고리즘을 적용한 결과 주 활동 시간인 낮 시간에 수평 오차 RMS를 1.8m에서 1m 이내로 줄였으며, 수직 정확도는 RMS 5.8m에서 1.4m로 75% 향상시킴을 확인하였다. 본 논문에서 제안하는 방식은 하드웨어의 변경없이 소프트웨어만으로 저가형 GPS의 성능을 DGPS 수준으로 향상시키는 기법이므로, 소비자와 제조사의 부담을 경감시켜 향후 제공될 고정밀 측위 서비스 인프라의 활성화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. This paper suggests a new algorithm to provide low-cost GPS modules with DGPS service, which corrects the error vector in the already-calculated position by projecting range corrections to position domain using the observation matrix calculated from the satellite elevation and azimuth angle in the NMEA GPGSV data. The algorithm reduced the horizontal and vertical RMS error of U-blox LEA-5H module from 1.8m/5.8m to 1.0m/1.4m during the daytime. The algorithm has advantage in improving the performance of low-cost module to that of DGPS receiver by a software update without any correction in hardware, therefore it is expected to contribute to the vitalization of the future high-precision position service infrastructure by reducing the costumer cost and vender risk.

위성배치정보와 보정정보 맵핑 알고리즘을 이용한 저가형 GPS 수신기의 DGPS 서비스 적용 방안 연구

박병운,윤동환 한국항해항만학회 2014 한국항해항만학회지 Vol.38 No.2

본 논문은 저가형 GPS 수신 모듈에 DGPS 서비스를 적용하기 위한 방안으로 NMEA GPGSV 데이터의 위성 배치 정보에 포함된 위성 앙각과 방위각으로 관측 행렬을 구성한 후, 거리기반 보정정보를 위치영역으로 투영하여 기 산출된 위치 오차 벡터를 수정하는 방안을 제시하였다. 저가형 수신기인 U-blox LEA-5H 모델의 출력 데이터에 제안한 알고리즘을 적용한 결과 주 활동 시간인 낮 시간에 수평 오차RMS를 1.8m에서 1m 이내로 줄였으며, 수직 정확도는 RMS 5.8m에서 1.4m로 75% 향상시킴을 확인하였다. 본 논문에서 제안하는 방식은 하드웨어의 변경없이 소프트웨어만으로 저가형 GPS의 성능을 DGPS 수준으로 향상시키는 기법이므로, 소비자와 제조사의 부담을 경감시켜 향후 제공될 고정밀 측위 서비스 인프라의 활성화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. This paper suggests a new algorithm to provide low-cost GPS modules with DGPS service, which corrects the error vector in the already-calculated position by projecting range corrections to position domain using the observation matrix calculated from the satellite elevation and azimuth angle in the NMEA GPGSV data. The algorithm reduced the horizontal and vertical RMS error of U-blox LEA-5H module from 1.8m/5.8m to 1.0m/1.4m during the daytime. The algorithm has advantage in improving the performance of low-cost module to that of DGPS receiver by a software update without any correction in hardware, therefore it is expected to contribute to the vitalization of the future high-precision position service infrastructure by reducing the costumer cost and vender risk.

DGNSS RSIM을 위한 GPS/Galileo 의사거리 보정기법

서기열(Ki-Yeol Seo),김영기(Young-Ki Kim),장원석(Won-Seok Jang),박상현(Sang-Hyun Park) 한국항해항만학회 2014 한국항해항만학회지 Vol.38 No.4

본 논문에서는 위성항법시스템(GNSS)의 다양화에 따른 DGNSS 기준국(RSIM, Reference Station and Integrity Monitor)의 재구축을 위하여, 유럽연합(EU) 위성항법시스템인 Galileo의 E1 의사거리 보정정보 생성 알고리즘과 GPS/Galileo 시뮬레이션을 통한 성능검증에 대해 다룬다. 먼저 DGPS RSIM에서 DGNSS RSIM으로 전환을 위한 운영적 측면에서의 기술 및 메시지 표준과 사용자 방송 측면에서의 메시지표준에 대해 살펴본다. 일반적으로 GNSS의 의사거리 보정을 위해서는 정확한 GNSS 위성위치와 사용자 위치를 알아야만 한다. 그러므로 Galileo 위성위치를 정확하게 계산하기 위해서, Galileo ICD 문건의 위성위치 계산식을 이용하여 사용자 수신기에서 제공하는 궤도력 정보를 기반으로 해당 위성 위치를 추정한다. 그리고 위성시계 옵셋과 사용자 수신기의 시각오차, GPS와 Galileo 위성의 시스템 타임 옵셋을 계산하여 GPS/Galileo 의사거리 보정정보를 생성한다. GPS/Galileo 시뮬레이터를 연동한 성능검증 플랫폼을 기반으로 GPS/Galileo 보정정보의 오차를 분석하고, 측위정확도를 분석하여 그 성능을 검증하였다. 국제기구(RTCM)에서 요구하는 기준국 운영을 위한 측위 성능을 충족할 수 있음을 확인하였다. In order to prepare for recapitalization of differential GNSS (DGNSS) reference station and integrity monitor (RSIM) due to GNSS diversification, this paper focuses on differential correction algorithm using GPS/Galileo pesudorange. The technical standards on operation and broadcast of DGNSS RSIM are described as operation of differential GPS (DGPS) RSIM for conversion of DGNSS RSIM. Usually, in order to get the differential corrections of GNSS pesudorange, the system must know the real positions of satellites and user. Therefore, for calculating the position of Galileo satellites correctly, using the equation for calculating the SV position in Galileo ICD (Interface Control Document), it estimates the SV position based on Ephemeris data obtained from user receiver, and calculates the clock offset of satellite and user receiver, system time offset between GPS and Galileo, then determines the pseudorange corrections of GPS/Galileo. Based on a platform for performance verification connected with GPS/Galileo integrated signal simulator, it compared the PRC (pseudorange correction) errors of GPS and Galileo, analyzed the position errors of DGPS, DGalileo, and DGPS/DGalileo respectively. The proposed method was evaluated according to PRC errors and position accuracy at the simulation platform. When using the DGPS/DGalileo corrections, this paper could confirm that the results met the performance requirements of the RTCM.

위성시계 이상현상 검출 및 식별 기법

서기열(Ki-Yeol Seo),박상현(Sang-Hyun Park),장원석(Won-Seok Jang),김영기(Young-Ki Kim) 한국지능시스템학회 2012 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.22 No.1

현재 우리나라는 DGPS 기준국 및 무결성 감시국(RSIM)이 구축되어 서비스 중이며 위성정보 및 보정정보의 무결성 감시를 위한 국제해사기구(IMO)의 요구조건에 따라 운영 중이다. 그러나 위성이상신호 발생시 기존 무결성 감시 기법 및 시스템의 한계로 인하여 해양분야 강화된 요구성능 조건을 충족시키지 못하고 있는 실정이다. 이에 대한 고려로 항공분야에서 이용하는 GPS 신호감시, 이상판단을 위한 무결성 감시 기법을 해양분야에 적용하기 위한 연구가 진행되었다. 하지만 해당 무결성 기법은 위성이상 발생시 효과적으로 대응이 가능하나 DGPS 기준국에 적용하기 위해서는 새로운 장비가 추가되어야하고 추가적인 소프트웨어 기법이 고려되어야 한다. 더욱이 항공분야의 무결성에 최적화 되어 있기 때문에 실제 기준국 수신기의 특성을 고려하지 못하여 기준국의 무결성 감시에 한계를 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 현재 운영 중인 DGPS 기준국 시스템의 변동 없이 기준국 수신기 특성을 고려한 위성이상신호 검출 및 이상위성 식별 기법을 실제 위성시계 이상발생 사례에 적용하여 그 성능결과를 제시한다.

지상파 DMB 기반 DGPS 서비스 측위 정확도 평가

김혜인(Hye-In Kim),김지혜(Jihye Kim),김군택(Koon-Tack Kim),박관동(Kwan-Dong Park),김두식(Dusik Kim) 한국항해항만학회 2012 한국항해항만학회지 Vol.36 No.6

국토해양부에서는 NDGPS 서비스의 광역화와 상용화를 위하여 2012년 현재 지상파 DMB 기반 DGPS 서비스를 구축하여 전국적으로 실험방송을 하고 있다. 이 연구에서는 저가의 GPS 수신 장비를 사용하여 지상파 DMB 기반 DGPS 서비스를 이용한 동적환경에서의 이동측위를 수행하고 정확도를 평가하였다. GPS 단독측위, NTRIP 기반의 단일기준국 NDGPS 측위, 그리고 지상파 DMB 기반의 가상기준국 DGPS 측위를 동시에 수행하였으며 고정밀 측위 결과와의 비교를 통해 수평오차를 산출하였다. 그 결과 GPS 단독, NTRIP-DGPS, DMB-DGPS 측위의 수평오차가 DMB 송출간격이 3초일 때 2.3m, 1.0m, 0.7m, 1초일 때 2.0m, 1.2m, 0.8m로 나타났다. 이를 통해 해당 서비스를 이용할 경우에 단일기준국 기반의 NDGPS 서비스를 이용하는 경우보다 수평 정확도가 향상되는 것을 확인하였다. As of 2012, for service-area-widening and commercialization of DGPS service, the Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs has completed a DGPS service via Terrestrial Digital Multimedia Broadcasting and doing experimental broadcasting. In this study, kinematic positioning tests were conducted based on DGPS service via T-DMB using low-cost GPS equipments in a dynamic environment. Standalone GPS, single-reference NDGPS via NTRIP, and virtual-reference DGPS via T-DMB surveys were conducted at the same time. And horizontal positioning errors were computed by comparing them with the result of high-precision positioning. As a result, when the DMB transmission interval was 3 seconds, horizontal positioning errors of standalone GPS, NTRIP-DGPS, and DMB-DGPS were 2.3m, 1.0m, and 0.7m, respectively. When the interval was 1 second, horizontal positioning errors were 2.0m, 1.2m, and 0.8m, respectively. Thus horizontal positioning accuracies improved with the DMB-DGPS compared to the traditional single-reference NDGPS.

해양용 DGPS 구조개선을 위한 RSIM 설계에 관한 연구

박상현(Sang-Hyun Park),서기열(Ki-Yeol Seo),조득재(Deuk-Jae Cho),서상현(Sang-Hyun Suh) 한국항해항만학회 2009 한국항해항만학회지 Vol.33 No.10

현재 운영되고 있는 해양용 DGPS 시스템은 하드웨어 RSIM 방식으로서 DGPS 구조개선시 고려해야 할 위성항법시스템의 다원화와 미래 해양 사용자의 최소 요구성능을 만족시킬 수 있는 기술 적용에 효율적이지 못하다는 문제가 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 소프트웨어 RSIM 방식으로 해양용 DGPS 시스템을 구조개선하는 방안을 연구한다. 이를 위해 본 논문은 해양용 DGPS 시스템에 적합한 소프트웨어 RSIM 방식을 제안하고, 제안한 방법의 기술적 타당성 분석을 위하여 광대역폭, 높은 표본화 주파수, 데이터 고속전송 사양을 갖는 RF 모듈과 DSP 모듈을 제작하며, 이를 이용하여 제안한 방법을 적용한 해양용 DGPS 시스템을 구현한다. 그리고 신호처리 소요시간분석을 통하여 개인용 컴퓨터 환경에서 제안한 소프트웨어 RSIM 방식이 실시간으로 운영됨에 문제가 없음을 보인다. 마지막으로 본 논문은 제안한 방법으로 설계된 DGPS 시스템의 보정정보 정확도가 RTCM 221-2006-SC104-STD을 통해 규정된 국제기구 요구성능을 만족시키고 있음을 확인한다 Hardware dedicated off-the-shelf maritime differential GPS RSIM lacks the open architecture to meet all the minimum maritime user requirements and to include future GNSS improvements after recapitalization. This paper carries out a study to replace existing hardware dedicated differential GPS RSIM with software differential GPS RSIM in order to make up the weak point of hardware dedicated off-the-shelf maritime differential GPS RSIM. In this paper, the architecture of software RSIM is proposed for maritime DGPS recapitalization. And the feasibility analysis of the proposed software differential GPS RSIM is performed as the first phase to realize the proposed architecture. For the feasibility analysis, the prototype RF module and DSP module are implemented with properties as wide RF bandwidth, high sampling frequency, and high speed transmission interface. This paper shows that the proposed architecture has the possibility of real time operation of software RSIM functionality onto the PC-based platform through the analysis of computation time. Finally, this paper verifies that the L1/L2 dual frequency software differential RSIM designed according to the proposed method satisfies the performance specifications set out in RTCM paper 221-2006-SC104-STD.

DGPS 기법을 이용한 자정식 현수교의 정동적 변위응답 측정 및 분석

김형태(Kim, Hyung-Tae),서주원(Seo, Ju-Won) 한국소음진동공학회 2009 한국소음진동공학회 논문집 Vol.19 No.11

Bridge structures are designed to support ordinary loadings such as vehicles, wind, temperature and current as well as unexpected loadings like earthquakes and storm. Especially, the displacement of Flexible bridges like an suspension bridge under ordinary loading conditions is necessary to be monitored. In case of long span bridges, there are some difficulties in monitoring the displacement of center of the main span using traditional laser displacement sensors. In this study, the static and dynamic displacement responses due to vehicle loadings were measured by DGPS(differential global positioning system) technique. The displacement response data were compared with data obtained from traditional laser displacement sensors so that the static and dynamic behavior of the bridge under vehicle loadings was examined and the applicability of the displacement response measurement using DGPS technique was verified. The static and dynamic loading test for an self-anchored suspension bridge, So-rok Bridge, was performed using vehicles. The displacement response from DGPS technique and that from laser displacement sensors of the bridge monitoring system were compared. The amplitude of white noise from DGPS based measurement was about 7 mm and that of laser displacement sensor based measurement was about 3 mm. On the other hand, dynamic behavior of the center of main span from DGPS based measurement showed better agreement with influence line of the bridge than that from laser displacement sensors. In addition, there were some irregular and discontinuous variation of data due to the instability of GPS receivers or frequent appearance of GPS satellites. Post-processing via the reference station close to an observation post provided by NGII(National Geographic Information Institute) will be a counter-plan for these defects.

DGPS RTK를 이용한 영상 모듈 평가

유제훈(Je Hun Ryu),신동호(Dong Ho Shin),심성보(Sung Bo Sim),이재관(Jae Kwan Lee),이인식(In Sik Lee) 한국자동차공학회 2006 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

Lane Departure Warning System (LOWS) can prevent unintended lane crossover by using sound or haptical alarm corresponding to a degree of departing from center line. It is necessary to evaluate quantitatively the outputs of vision sensors which are the recognized lane parameters such as departure distance, departure angle, and road curvature. To the objective, DGPS RTK (Differential Global Positioning System Real Time Kinematics), which can provide 2-3㎝ accuracy of vehicle positioning, is used for evaluating the lane parameters obtained via Kalman Filter and the ones calculated by geometric approach for each frame(Top view frame).