정밀궤도력의 특성에 따른 GPS 위성위치 해석

한상목 충남대학교 교육대학원 2005 국내석사

효율적인 국토개발을 위한 지형정보의 중요성이 극대화되고 있는 요즈음, 국내에서는 GPS를 이용한 응용 분야에 많은 관심이 집중되고 있으며 여러 분야에서 이의 실용화가 점차 가시화 되어가고 있다. 또한, 정확하고 체계적인 지형정보의 획득 및 구축을 위해 그 효율성이 입증된 GPS는 국토지리정보원에서 추진하고 있는 세계측지좌표계(GRS80 타원체)로의 전환을 계기로 그 활용이 더욱 더 증대될 전망이다. 국제GPS기구(IGS, International GPS Service)는 1994년 공식적으로 그 활동을 시작한 이래, 현재 전 세계 약 70여 국가에서 400개에 달하는 IGS 상시관측소를 운영하고 있다(국내의 경우, 한국천문연구원이 1995년 DAEJ를 국토지리정보원이 1998년 SUWN을 설치하여 운영). IGS 분석센터에서 계산된 값들은 조합의 과정을 거쳐 최적의 값을 추출하기까지 약 2주(13일)가 소요되며, 대개 약 20일정도 후에 산출되는 최종 IGS 정밀궤도력(Precise Ephemerides)을 IGS 국제데이터센터(Global Data Center)를 통해 전 세계에 보급한다. 또한, 보다 신속한 활용을 위해 신속정밀궤도력(Rapid Ephemerides)을 제공하고 있으며 실시간 활용을 위해 초신속정밀궤도력(Ultra-rapid Ephemerides)을 제공하고 있다. 본 연구에서는 최종정밀궤도력을 기준으로 신속정밀궤도력과 초신속정밀궤도력, 그리고 6시간 및 24시간 동안 예측된 초신속정밀궤도력의 정확도를 분석하였다. 또한, 초신속정밀궤도력을 이용한 실시간 정밀위치결정을 위해 필요한 Lagrange 다항식의 적절한 차수를 결정하고자 하였다. 연구결과, 신속정밀궤도력의 X, Y, Z 좌표의 평균제곱근오차는 ±0.016m 정도였으며 초신속정밀궤도력은 약 ±0.024m의 오차를 나타내었다. 그리고, 24시간동안의 예측 초신속정밀궤도력은 ±0.07m, 6시간동안 예측된 초신속정밀궤도력은 ±0.04m 정도의 오차를 나타내어, 방송궤도력보다 매우 높은 정확도를 갖고 있음을 알 수 있었다. 또한, Lagrange 보간법으로 위성의 위치를 결정하는 경우 9차 다항식을 이용하는 것이 가장 효율적임을 확인하였다. As the exact geographical information has been nowadays required for effective developing and using of national land, in the country, there has been interested in using of GPS, and its practical use is expected. In a field of geodetic surveying, various kinds of fundamental research for practical use of GPS is being accomplished, and a lot of research is being proceeded in the academic world and related field. IGS provides so accute a final precise ephmerides which is offered in the 13rd, and it also offers a rapid precise ephmerides for more prompt application and an ultra-rapid precise ephmerides for real-time application. The purpose of this study is to analyze the accuracy of a rapid precise ephemerides and an ultra-rapid precise ephemerides based on a final precise ephmerides and determine the degree of the Lagrange Interpolation which needs to decide the location of a satellite. As the result of this study, the root mean square error of x,y,z coordinates of a rapid precise ephemerides was ±0.016m or so, and the root mean square error of an observed ultra-rapid precise ephemerides was approximately ±0.024m. The root mean square error of an ultra-rapid precise ephemerides predicted for 24 hours was ±0.07m or so and the one of an ultra-rapid precise ephemerides predicted for 6 hours was ±0.04m or so. Therefore, I could figure out that it had higher accuracy than a broadcast ephemerides. Also, in case that the location of a satellite was calculated with the method of the Lagrange Interpolation, it was confirmed that using the 9th order polynomial was efficient.

GPS위성의 정밀궤도력을 이용한 장기선 정밀도 분석

고광준 朝鮮大學校 産業大學院 2002 국내석사

Accoding to the different vaseline lengths, I quantitavely analyzed how much precision of the baseline determination is improved for GPS survey when using the precise ephemeris instead of the broadcast ephemeris of GPS satellites. For this reserch, I selected nine baselines ranging from 40km to 120km and performed GPS measurments more than two times for each baseline. The observed data for each baseline were processed two times with the same conditions alternately changing the broadcast and the precise ephemeris. The standard deviations from the repeated measurments for each baseline ara compared between the results of using the broadcast ephemeris and the precise ephemeris. As the results, the precision, stability and reliability of the baseline determination using the precise ephemeris is better than those of using the broadcast ephemeris for all baselines. When using precise ephemeris for the baselines longer than 65km, the precision less than 0.1ppm is always obtained and the precision improvement rate by using the precise ephemeris is considerably greater than that for the shorter baselines. I expect that this results might be a quantative basis for the decision about what ephemeris is better for the baseline length and the demanded precision in GPS survey.

GPS를 이용한 세부측량의 정밀도 분석

김영선 조선대학교 1996 국내석사

As a satelite positioning system, GPS is designed to provide the information on three dementional position, velocity, and time all over the world. Nowadays the use of GPS is highly admird in view of precision and economy, inside and outside the country. This study aimes to indicate a technique for practical using of GPS surveying to decide cadastral control points GPS surveying is carried out at cadastral points and supplementary control points. This paper includes uses of GPS in managing regional resource and controlling activities within large areas. GIS which is a computer based geographically oriented data base that helps manage resources on both regional and local levels. GPS ofen plays a key role in providing ground control for the base mapping. GPS can also be used- to update GIS information and enter new information in the file. I suggested potentiality of updating GIS information using GPS carrier phase by comparing result of point positioning, cadastral surveying, differential positioning, and combinations of methods.

간이 GPS를 이용한 거리측량의 정밀도 분석

김용백 조선대학교 1996 국내석사

One of most exiting and effective technical developments to emerge in the last decade is the Global Positioning System is called NAVSTAR in United states. This system was developed for the purpose of military applications but more advanced GPS technology is applied in Navigation, Surveying, Traffic control, protecting Environment, etc. The Navstar GPS employs orbiting satellites. From Navstar satellites broadcast precise, reliable, and continuous navigation signals tp a worldwide class of users. Military dollars pay for the satellites. So the developement and applying of GPS in the present and effect in the future using GPS and analysing precision using GPS is studied in this thesis.

GPS위성을 이용한 대류층의 수증기량 측정

문용진 연세대학교 1999 국내석사

GPS위성과 천체역학을 이용한 위치결정

김형규 연세대학교 1994 국내석사

GPS위성을 이용한 대류층의 수중기량 측정

문용진 연세대학교 1998 국내석사

GPS가 연동된 2축 위성 안테나 수신 시스템의 설계 및 제작에 관한 연구

노창우 한밭大學校 精報通信專門大學院 2005 국내석사

오늘날 전 세계적으로 방송 및 정보통신 기술이 급속히 발전되고 이에 따라 다양한 동영상 콘텐츠가 개발되어 디지털 위성방송, 위성DMB, 지상파DMB, 휴대인터넷, 3세대 이동통신 등 다양한 형태의 전달방식을 통해 개개인에게 언제 어디서나 서비스가 제공되고 있으며, 아울러 경제발전 및 주 5일 근무제의 확산에 따라 더 나은 삶의 질을 추구하게 되고 여가시간을 활용하는 패턴도 매우 다양해진 가운데 집밖으로 나가 운동을 하거나 아름다운 자연경관을 즐기는 옥외활동이 활발해지고 있다. 즉, 고정된 위치에서 시청할 수 있었던 TV 동영상을 언제 어디서나 또는 이동 중에도 시청할 수 있는 이동 TV 동영상 수신에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 본 논문에서는, 위에 언급한 다양한 서비스 중에서 최대의 방송채널과 수신기 화면크기에 제한 없이 최상의 디지털 고해상도 화질을 서비스하고 있는 디지털 위성방송을 이동하는 차량이나 선박에서 시청할 수 있는 이동체용 위성 자동 추적 수신 안테나시스템에 대해서 기존 상용화되어 사용되고 있는 안테나시스템의 단점을 보완하고 작동개시 후 최단 시간 내에 위성방송신호를 탐지하여 수신할 수 있는 새로운 개념의 "GPS가 연동된 2축 위성 안테나 수신 시스템"의 설계 및 제작에 관한 연구결과를 기술하였다. 이와 관련하여, 우선 시스템을 구성하는 주요구성품인 위성신호를 수신하는 마이크로스트립 안테나 및 수신신호의 반송파를 제거하고 미약한 방송신호를 저잡음 증폭해주는 LNB(Low Noise Block Down Converter)에 대해 자세히 알아보았으며, 이를 근거로 무궁화위성으로부터 송신되는 디지털위성방송신호를 자동 추적 수신할 수 있는 안테나시스템을 설계 및 제작하였으며, 실제로 디지털위성방송신호를 자동 추적하여 수신한 성공적인 시험결과를 얻었다. 아울러, 목표위성의 위치와 지표상의 위치(위도 및 경도)변화에 따른 위성지향성인 수신안테나의 고도각 및 방위각의 보다 효율적인 제어를 위해 적용하려는 GPS연동 제어와 관련하여, 무궁화위성신호 수신을 위해 안테나브라켓을 고도각 45°, 43°, 41°별로 각각 달리 제작하여 서울경기 수도권, 대전대구 중부권 및 부산지역 남부권에서 C/N값을 측정하여 그 차이를 확인했으며, 별도로 수신안테나의 방위각 및 고도각을 제어하는 2축 제어 하드웨어 제어보드 및 소프트웨어를 설계 제작하여 위성신호 전파탐지 2축 구동 시험을 하여 2축 구동을 제대로 구현함을 확인하였다. 그러나 GPS연동과 관련하여, GPS 위치데이터에 관한 상세 기술 자료 확보에 애로가 있어 이에 대한 시험을 하지 못했으나, GPS 위치데이터 대 계산된 방위각 및 고도각 정보를 제어보드에서 입력하면 위성지향성인 수신안테나의 고도각 및 방위각의 보다 효율적인 제어가 가능할 것임을 간접적으로 확인할 수 있었다. At present, the Broadcasting & IT related technologies have been being rapidly developed & upgraded and so the subscribers in the world can get the very various Digital Moving Picture Contents at any time & any where through the various kinds of Services such as 3rd Generation Mobile Telecom, Wibro Portable Internet, Terrestrial DMB, Satellite DMB & Digital Broadcasting Satellite, etc. On the other hand, each individual people looks for the better quality of living and his/her pattern to utilize spare time or weekend has been being more varied in virtue of the better improved/developed economic and 5 days working system so that the out door activities such as sports & enjoying the beautiful nature are more increased. It means that the demands for Mobile TV signal reception to watch TV at an out door or during moving on the vehicles are explosively increased than TV signal reception at Fixed location. Among the above mentioned various Services, the Digital Broadcasting Satellite provides subscribers with High Resolution Digital Picture Quality Service with more than 100 Broadcasting Channels without the limit of size of TV screen even on the moving vehicles such as Cars or Ships. This thesis shows about a study on the design and fabrication of the new concept "2 axis Satellite Broadcasting Receiving Antenna System with GPS", which improves the weak points of the existing off-the-shelf antenna system and can detect/receive Satellite Broadcasting Signal very fast upon Power On. First of all, the detail theory & technology about the core components of the Antenna System have been studied such as the Microstrip Antenna to receive Satellite Signal and the LNB(Low Noise Block Down Converter) to remove Carrier from the received Signal by the Microstrip Antenna and amplify the very low power level Signal. Then, the Antenna System targeted to trace automatically & receive Digital Satellite Broadcasting Signal transmitted from Korea Sat Ⅲ has been designed and fabricated based on these studied theory & technology. Then, the successful test results have been shown by actually receiving Digital Satellite Broadcasting Signal transmitted from Korea Sat Ⅲ. In addition, related with GPS correlated operation for the more effective control of Azimuth angle & Elevation angle of Directional Antenna to maintain the Alignment with the Satellite, the differences of measured CNR(Carrier to Noise Ratio) at three different area with three different Elevation angle of Antenna bracket such as Seoul area, Daejeon/Daegu area & Pusan area and 45°, 43° & 41°, respectively have been identified and also 2 axis control hardware control board & software have been designed & made to control the Azimuth & Elevation angles of the Antenna and 2 axis operational test to detect Satellite Signal has been made and identified successful 2 axis operation. In result, though GPS correlated operation test has not been made due to insufficient detail technical information about GPS Position data, it has been identified indirectly that the more effective Azimuth & Elevation angles control of Directional Antenna shall be possible if the pre-calculated Azimuth & Elevation angles data per the GPS Position data is properly processed by the 2 axis hardware control board & software.

GPS에 의한 위성영상의 GCP/DEM 정확도 평가

선재현 충남대학교 대학원 2002 국내석사

국토의 효율적 개발과 이용을 위해 정확한 지형정보가 절실히 요구되고 있는 요즈음,국내에서는 GPS의 응용에 많은 관심이 모아지고 있으며 여러분야에서 이의 실용화가 점차 가시화 되어가고 있다.특히 정확성이 요구되고 있는 측지분야에서의 GPS 실용화를 위한 여러가지 기초적인 연구가 수행되어 왔으며, 지금도 학계를 비롯한 관련기관에서 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구는 GPS를 이용해 위성영상의 GCP 및 DEM 정확도를 평가하기 위한 것으로서, 우선 국립지리원의 GPS 상시관측소와 연계 활용가능성을 검토하였고, 효율적인 측량 방법을 제시하고자 Static 과 Kincmatic으로 관측하였다.그리고 수치지도의 활용기능성을 제시하고자 수치지도로부터 독취한 성과와 관측성과를 비교하여 수치지도의 위치 정확도를 평가하였다. 연구결과 상대측위시 고정점의 동경기준계 성과 산출에 있어 GPS상시 관측소와 연계한 GPS 관측 성과는 삼각점과 연계한 성과와 동등한 정확도를 얻었다.그리고 효율적인 GCP 및 DEM 평가 방법을 검토할 목적으로 Faststatic GPD 측량 성과와 Kinematic GPS측량 성과를 분석한 결과, 경위도에서 최대 약 0.1초,정표고에서 최대 약1m이내의 성과를 얻었다.따라서, Kinematic GPS 측량으로도 위성영상의 GCP 및 DEM 정확도 평가가 가능함을 알 수 있었으며, 아울러 수치지도 활용가능성을 검토한 결과 X,Y에서 각각 평균제곱근오차 약 3m, 2m를 얻었으므로 1/5000 수치지도의 가능성을 입증할 수 있었다. 이러한 결과로부터 GPS 측량에 의해 위성영상의 GCP 및 DEM 의 정확도를 평가하는 방법은 다른 현지 측량 방법보다 효율적이라는 것을 알 수가 있었다. As the exact geographical information has been nowadays required for effective developing and using of national land, in the country, there has been interested in using of GPS, and its practical use is expected. In a field of geodetic surveying, various kinds of fundamental research for practical use of GPS is being accomplished, and a lot of research is being proceeded in the academic world and related field This study was examined utilizing possibility of connection with Korea GPS Array to do the GCP/DEM accuracy evaluation method of satellite image by GPS and made an observation which was used static and kinematic method for the presentation of efficient surveying system. Also, in this study, position accuracy of digital basemap was evaluted by comparing extraction data from digital basemap with observation data. As a result of this study, in the bessel data output of the relative positioning fixed point, GPS observation data connected with Korea GPS Array showed equal accuracy in comparison data connected with triangulation. And this analyzed faststatic GPS observation data and kinematic GPS observation data to examine efficient GPS/DEM evaluation method. The result was that error was produced maximum about 0.1second in longitude-latitude and maximum about 1m in ortho hight. Therefore, it was found that kinematic GPS surveying was enough to evaluate the GCP/DEM accuracy. Also, when utilizing possibility of digital basemap, RMSE(root mean square error) was about 3m in X and about 2m in Y. As a result of that, the GCP/DEM accuracy evaluation method of satellite image by GPS realize more efficient than other field surveying method.

도심지에서의 GPS 가시성 분석에 관한 연구

이길재 서울시립대학교 2009 국내석사

Abstract Recently, survey technologies are Computerized, and various detailed and effective survey methods are introduced. GPS-related study also has become one of great interests. The use of GPS is extensively popular due to the improvements in accuracy of information. Getting detailed data is critical in the survey field. However, there is some problem of GPS regarding irregular reception caused by the limit in satellite signal in Urban areas, where it is surrounded by obstructions. In this study, through a simulation and an actual observation, we compared and made an analysis of the condition of reception of GPS survey in the urban areas of Seoul concentrating on Dilution Of Precision(DOP) and visible satellite. This study investigated the actual condition concerning the analysis of GPS’s capability. After selecting an area for experiment to make an analysis, the study has identified the visibility of GPS comparing both the result of Simulation experiment using the KLIS-RN data based on GIS and VRS-GPS equipment. The result of the analysis says that utilizing simulation is certified to be useful during the planning stage of GPS observation since the test results of the simulation the field test are very close. Because of the different result of DOP the limits of property information to be applied for simulations is recognized and the number of visible satellite was decreased by observation location due to obstacle in the skies of urban area. Generally, the number of survey spots tends to be increased in the afternoon rather than in the morning. As an alternative method the GPS survey can be utilized for the basic cadastral survey. Key word : GPS, Visible Satillite, DOP, Simulation 최근 측량방법 및 기술적인 환경이 전산화되면서 정밀하고 효율적인 측량기법의 연구가 다양하나 그중 GPS관련 분야가 활발한 움직임을 보이고 있다. GPS는 위치 정보의 정확도가 향상되면서 다양한 분야에서 활용 범위가 급속하게 확대되고 있으며, 측량 분야는 정밀한 데이터 획득이 중요시 되고 있으나 고층 건물이 밀집한 도심지에서는 위성 신호 수신의 제한으로 GPS 수신 상태의 불규칙으로 인한 문제점이 제기 되고 있다. 본 연구에서는 서울 도심지역의 GPS 측위의 수신 상태를 가시위성과 정밀도 저하율(DOP)에 초점을 맞추어 시뮬레이션과 실제 관측을 통하여 비교, 분석하였다. 본 연구는 이론적으로는 도심에서의 시뮬레이션을 통한 GPS 가용 성능 분석에 관한 실태를 살펴보았고, 실증적 분석을 위해 실험지역을 선정한 후 GIS 기반의 KLIS-RN(도로명 주소 관리시스템) 속성 자료를 통한 시뮬레이션 실험 결과와 VRS-GPS장비로 실제 관측한 결과를 서로 비교, 분석하여 도심지내에서의 GPS 가시성을 확인하는 것으로 하였다. 분석 결과 실험지역에서의 위성 수에 대한 2차례 시뮬레이션 실험과 필드 실험의 결과가 유사한 형태로 도출되어 GPS 관측 계획시 시뮬레이션의 활용이 유용한 것으로 확인하였다. 정밀도 저하율은 상이한 결과가 도출되어 시뮬레이션에 적용되어지는 속성 정보의 한계를 알 수 있었고, 도심의 상공 장애로 인해 관측점별 가시위성의 수는 감소되었다. 전체적으로 실험 대상 지역에 대해 오전 보다는 오후에 측위 가능 지역이 많아지는 것으로 나타났으며, GPS 측위를 달리 하는 방법으로 지적기초측량의 부분에 GPS 측위 활용이 가능할 것이다. 주요어 : GPS, 가시위성, 정밀도 저하율, 시뮬레이션