위성항법시스템 교통인프라 기술개발

허문범,Heo, Mun-Beom 대한교통학회 2006 교통 기술과 정책 Vol.3 No.4

플라스틱 기어용 비표준 기어 설계프로그램의 개발

허문범(M. B. Heo),함성훈(S. H. Ham),남원기(W. K. Nam),오세훈(S. H. Oh) 한국동력기계공학회 2011 동력시스템공학회지 Vol.15 No.4

항법위성시계 노후에 따른 이상 현상 감지 및 극복 기술현황

허윤정(Youn-Jeong Heo),조정호(Jeongho Cho),허문범(Moon-Beom Heo),심은섭(Eun-Sup Sim) 한국항공우주연구원 2010 항공우주산업기술동향 Vol.8 No.1

현재 GPS 위성항법시스템은 모두 32기의 Block IIA, Block IIR, Block IIR-M 위성으로 운용되고 있으며 12기의 Block IIA 위성은 15년 이상 된 것들이다. 열악한 우주 환경 속에서 장기간 사용된 위성은 고장이 발생하기도 하고, 특히 정밀한 위치와 시각 제공을 위해 탑재된 원자시계의 노후로 인하여 이상 현상이 발생하기도 한다. 최근 IGS에서 제공하고 있는 Ultra-rapid 위성 시계 예측 정보의 정확도 성능이 떨어지고 있는데, Block IIA 위성 세슘 시계가 외부 환경이나 온도 변화에 쉽게 영향을 받아 안정된 원자시계의 성향을 보이지 않기 때문이다. 이런 노후 된 위성시계의 이상 현상은 GPS를 이용하는 응용분야에서 위치 성능의 저하를 수반한다. 따라서 노후 된 위성 시계의 성질과 이상 현상 등을 살펴보고 이를 감지 및 극복할 수 있는 기술 현황을 소개한다. The current GPS constellation consists of 32 Block IIA/IIR/IIR-M satellites including 12 Block IIA satellites on service over 15 years. The satellites in poor space conditions may suffer from anomalies, especially influenced by aging atomic clocks which are of importance positioning and timing. Recently, the IGS Ultra-rapid predicted products have not shown acceptably high quality prediction performance because the Block IIA cesium clocks may be easily affected by various factors such as temperature and environment. The anomalies of aging clocks involve lower performance of positioning in the GPS applications. We, thus, describe satellite clock behaviors and anomalies induced by aging clocks and their detection technologies to avoid such anomalies.

GPS 위성 시계 이상 검출을 위한 위성 시계 오차 추정 정확도 향상

허윤정(Youn-Jeong Heo),조정호(Jeongho Cho),허문범(Moon-Beom Heo) 한국항공우주학회 2011 韓國航空宇宙學會誌 Vol.39 No.3

GPS 위성 이상 신호의 발생 요인 중 위성 시계의 이상 현상은 GPS 측정치에 매우 큰 영향을 미칠 수 있으나, 측정치에는 궤도 오차, 이온층 지연 오차, 대류층 지연 오차, 다중경로 오차, 수신기 시계 오차 등의 성분들이 포함되어 있어 위성 시계의 오차 범위가 다른 요소에 의한 오차보다 커지기 전에는 위성 시계의 이상 현상을 검출하기 어려운 문제가 있다. 위성 시계에 이상 현상이 발생하였을 때 이상 판별의 임계 범위를 최소화 하여 빠르고 정확하게 검출을 수행할 수 있도록, 본 논문에서는 이중 주파수 측정치로부터 반송파 스무딩 필터를 적용하고 수신기 시계 오차 및 다른 여러 가지 요인에 의한 오차를 보정한 후 정확한 위성 시계 오차를 추정하는 방법을 제시하였고 IGS 기관에서 제공하고 있는 위성 시계 정보와 비교를 통해 제시한 방법의 성능을 확인하였다. The satellite clock anomalies, one of the abnormal signal factors of the GPS satellites, can have a significant impact on the GPS measurements. However, it can be difficult to detect the anomalies of the satellites clock before the range of the satellites clock error becomes bigger than the range of the other factors, due to the measurement including error of the orbit, ionosphere delay, troposphere delay, multipath and receiver clock. In order to perform quick and accurate detection by minimization of critical range in anomalies of the satellites clock, this paper suggested a solution to detect precise anomalies of the satellites clock after application of carrier smoothing filter from measurement by dual-frequency and adjustment of errors which can be occurred by other factor and the receiver clock errors. The performance of the proposed method was confirmed by comparing to the satellite clock biases which are provided by IGS.

우주용 원자 주파수 표준기 기술 동향

허윤정(Youn-Jeong Heo),허문범(Moon-Beom Heo),심은섭(Eun-Sup Sim) 한국항공우주연구원 2009 항공우주산업기술동향 Vol.7 No.1

1970년대 이후로 지금까지 450여개의 원자 주파수 표준기 (또는 원자시계)가 통신이나 과학 실험의 목적으로 우주로 발사되었다. GPS 위성의 경우 루비듐 주파수 표준기와 세슘 주파수 표준기가 탑재되어 사용자들에게 정밀한 위치와 시각을 제공하고 있다. 원자 주파수 표준기 개발 기술이 향상됨에 따라 성능이 뛰어난 주파수 표준기들이 우주에서 동작하고 있고, 이는 위성의 수명이나 신뢰도를 높일 수 있다. 본 논문에서는 원자 주파수 표준기의 기본 원리 및 특성에 대해 기술하고, 위성에 탑재되어 있는 우주용 원자 주파수 표준기 종류에 대해서 소개한다. 또한 GPS 항법위성의 기준이 되고 있는 GPS 시간척도와 이를 활용한 응용분야에 대해서 기술한다. There have been about 450 atomic frequency standards (or atomic clocks) launched into orbit for the use on communications and scientific payloads since 1970’s. GPS satellites carry on-board Rubidium and Cesium atomic frequency standards which are utilized for the precise positioning and timing. The evolving technologies of space qualified atomic frequency standards have enhanced in the performance, reliability, and lifetime of satellites. In this paper we describe the fundamentals and performance of the atomic frequency standards, and introduce the atomic frequency standards which are presently on-board various satellites systems. We also present the GPS time scale and its applications.

Teager 에너지를 이용한 GPS 위성 시계 도약 검출

허윤정(Youn-Jeong Heo),조정호(Jeongho Cho),허문범(Moon-Beom Heo) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.1

본 논문에서는 GPS 위성시계의 갑작스런 주파수 도약이 발생하였을 때 이를 즉시 검출할 수 있는 기법을 제시한다. GPS 위성은 정밀 위치와 시각 정보를 제공하기 위해 원자시계를 장착하고 있으나, 위성 원자시계는 장기적으로는 이차 함수의 형태를, 단기적으로는 주기가 일정치 않은 주기함수의 형태를 보이면서 가끔씩 신호에 갑작스런 도약 현상이 발생한다. 위성 시계의 이상 현상은 GPS 측정치에 큰 오차를 수반하기 때문에, 실시간 정밀 위치 응용분야에서는 위성시계 이상 신호를 즉시 검출할 수 있는 기법이 요구된다. 이를 위해 다양한 신호처리 분야에서 특정한 신호를 검출하는데 활용되고 있는 Teager 에너지를 적용하였으며, 그 결과 시계 도약 현상을 효과적으로 검출할 수 있었고, 일반적인 위성시계 도약 검출 기법과의 비교를 통해 제시한 기법의 유용성을 확인하였다. In this paper, we propose a simple technique for the detection of a frequency jump in the GPS clock behavior. GPS satellite atomic clocks have characteristics of a second order polynomial in the long term and a non-periodic frequency drift in the short term, showing a sudden frequency jump occasionally. As satellite clock anomalies influence on GPS measurements, it requires to develop a real time technique for the detection of the clock anomaly on the real-time GPS precise point positioning. The proposed technique is based on Teager energy which is mainly used in the field of various signal processing for the detection of a specific signal or symptom. Therefore, we employed the Teager energy for the detection of the jump phenomenon of GPS satellite atomic clocks, and it showed that the proposed clock anomaly detection strategy outperforms a conventional detection methodology.

GPS 주파수간 편이 추정정확도 분석

김민우,김정래,허문범,Kim, Minwoo,Kim, Jeongrae,Heo, Moonbeom 항공우주시스템공학회 2010 항공우주시스템공학회지 Vol.4 No.1

The accuracy and integrity of global navigation satellite systems (GNSS) can be improved by using GNSS augmentation systems. Large ionospheric spatial gradient, during ionosphere storm, is a major threat for using GNSS augmentation systems by increasing the spatial decorrelation between a reference system and users. Ionosphere decorrelation behavior can be analyzed by using dual frequency GPS data. GNSS receivers have their own biases, called inter-frequency bias (IFB) between dual(P1 and P2) frequencies and they must be accurately estimated before computing ionosphere delays. GPS network data in Korea is used to compute each receiver's IFB, and their estimation accuracy and variability are analyzed. IFB estimation methodology to apply for ionosphere gradient analysis is discussed.

실시간 다중 기준국 GNSS/GPS 반송파 미지정수 결정 기술 연구

박재익,이은성,허문범,Park, Jae-Ik,Lee, Eun-Seong,Heo, Mun-Beom 한국천문학회 2012 天文學會報 Vol.37 No.2

1990년대 제안된 RTK(Real-Time Kinematics)는 GNSS/GPS 반송파 위상(carrier phase) 관측값을 이용한 방식으로 cm 수준의 정확도를 실시간으로 산출할 수 있어 측지 측량 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 그러나 한 가지 중요한 단점은 이 방식을 사용하는 기준국과 사용자는 10~20km 이내에 존재해야만 빠르고 신뢰할 수 있는 해를 산출할 수 있다는 점이다. 이는 궤도오차, 대류층 및 전리층 오차에 공간 상관성(spatially correlated) 있기 때문인데, 사용자 주변을 둘러싼 다중 기준국들의 측정치를 조합하여 보상하거나 모델링하여 줄이는 방식인 다중 기준국 네트워크 기반의 RTK 알고리즘이 제안되어 사용되고 있다. 다중 기준국 네트워크 기반의 RTK 프로세스에서 기준국간 미지정수 결정은 전 과정의 핵심 프로세스라고 할 수 있으며, 관련되어 많은 기술들이 제안되고 연구되어 왔다. 특히, 1980년대 말부터 현재까지 후처리 기반으로 꾸준하게 연구되고 있는 Blewitt에 의해 전리층 제거 조합과 Wide-lane 반송파 위상 조합을 활용한 미지정수 검색 방법이 대표적이며 이후에도 Gao, Colombo등 다양한 연구자에 의해 활용되었다. 이 연구에서는 실시간으로 다중 기준국 반송파 미지정수를 결정하는 기술에 대한 연구를 수행하였다. L1, L2 관측값 조합으로 인한 관측값의 잡음 수준이 증가하는 영향을 피하기 위해 L1, L2 반송파 위상 및 의사거리를 그대로 관측값으로 사용하여 사용자 위치 및 속도, 기준국간 이중 차분된 전리층 지연 수직성분, 대류층 wet 지연 수직 성분, 이중 차분된 미지정수를 미지의 상태변수로 확장 칼만필터를 통해 직접적으로 추정하는 방식으로 미지정수의 실수해를 결정하였고, 정수해는 실시간에 적합한 MLAMBDA 기법과 비율테스트를 통한 정수해 검정기법을 통해 결정하였다.

TDOA기법 기반의 다중 재머 위치 추정 알고리즘 설계

강희원,임덕원,허문범,Kang, Hee Won,Lim, Deok Won,Heo, Moon-Beom 한국군사과학기술학회 2012 한국군사과학기술학회지 Vol.15 No.6

In case that multiple jammers are transmitting the signals which are the same type a general algorithm based on TDOA method cannot estimate the positions of multiple jammers because there are many TDOA measurements including true and false values. This paper, therefore, designs a new algorithm based on TDOA method to localize multiple jammers. In this algorithm, TDOA measurements are obtained by rotating the reference sensor, and then the positions of multiple jammers can be estimated by detecting congregated point among the multiple estimated positions from TDOA measurements. Through computer simulations, it is verified that this algorithm localizes the multiple jammers well. The performance of the algorithm are also analysed by changing the distance between sensors and jammer, and sampling frequency.

수직이착륙기 종축 제어기 설계에 적용된 입자군집 최적화 알고리즘과 KASS 시스템에 대한 고찰

이병석,최종연,허문범,남기욱,이준화,Lee, ByungSeok,Choi, Jong Yeoun,Heo, Moon-Beom,Nam, Gi-Wook,Lee, Joon Hwa 한국항공운항학회 2016 한국항공운항학회지 Vol.24 No.4

In the case of hard problems to find solutions or complx combination problems, there are various optimization algorithms that are used to solve the problem. Among these optimization algorithms, the representative of the optimization algorithm created by imitating the behavior patterns of the organism is the PSO (Particle Swarm Optimization) algorithm. Since the PSO algorithm is easily implemented, and has superior performance, the PSO algorithm has been used in many fields, and has been applied. In particular, PSO-SAPARB (PSO with Swarm Arrangement, Parameter Adjustment and Reflective Boundary) algorithm is an advanced PSO algorithm created to complement the shortcomings of PSO algorithm. In this paper, this PSO-SAPARB algorithm was applied to the longitudinal controller design of a VTOL (Vertical Take-Off and Landing) aircraft that has the advantages of fixed-wing aircraft and rotorcraft among drones which has attracted attention in the field of UAVs. Also, through the introduction and performance of the Korean SBAS (Satellite Based Augmentation System) named KASS (Korea Augmentation Satellite System) which is being developed currently, this paper deals with the availability of algorithm such as the PSO-SAPARB.