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KR101761782B1 - 보호 수준 결정 시스템 및 그 방법 - Google Patents

보호 수준 결정 시스템 및 그 방법 Download PDF

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KR101761782B1
KR101761782B1 KR1020150188192A KR20150188192A KR101761782B1 KR 101761782 B1 KR101761782 B1 KR 101761782B1 KR 1020150188192 A KR1020150188192 A KR 1020150188192A KR 20150188192 A KR20150188192 A KR 20150188192A KR 101761782 B1 KR101761782 B1 KR 101761782B1
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ionospheric
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이은성
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한국항공우주연구원
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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 보호 수준 결정 시스템이 개시된다. 상기 보호 수준 결정 시스템은 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차, 전리층 오차에 대한 보정 오차, 위성에 대한 수신기 잡음과 다중경로 보정 오차, 대류층 보정 오차 및 위치항법 신호를 수신하는 수신부, 상기 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차 및 상기 전리층 오차에 대한 보정 오차에 적용하는 제1 조정계수를 산출하는 제1 산출부, 및 상기 제1 조정계수를 적용하여 보호 수준을 산출하는 제2 산출부를 포함한다.

Description

보호 수준 결정 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING THE PROTECTION LEVEL}
본 발명은 보호 수준 결정 시스템 및 보호 수준 결정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조정계수를 적용한 보호 수준을 산출하는 보호 수준 결정 시스템 및 보호 수준 결정 방법에 관한 것이다.
접근 및 착륙 등의 항법을 수행하기 위해 항공기의 항법 시스템은 높은 수준의 정확성, 무결성, 연속성, 가용성 성능을 만족시키는 위치해를 획득하여야 한다.
그리고 위성 측위 시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS) 기반 항법 시스템은 위성 측위 시스템 단독으로 이용할 경우 성능 만족이 어려워 위성 이착륙 시스템(Ground Based Augmentation System, GBAS)과 위성 기반 보정 시스템(Satellite Based Augmentation System, SBAS)의 보강 시스템을 이용하여 성능을 개선할 수 있다.
이 중 위성 기반 보정 시스템(Satellite Based Augmentation System, SBAS)은 정지궤도 위성에서 방송되는 위성 측위 시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS)와 유사한 신호를 통해 보강 정보를 송신하기 때문에 항공용 사용자 뿐만 아니라 다양한 분야의 위성 측위 시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS)의 사용자 들이 손쉽게 활용할 수 있다.
또한, 넓은 지역에 위치한 사용자에게 비교적 균일한 성능을 제공할 수 있어 다양하게 활용될 수 있다.
하지만, 항공용의 위성 기반 보정 시스템(Satellite Based Augmentation System, SBAS) 수신기는 위성 기반 보정 시스템(Satellite Based Augmentation System, SBAS)의 위치해의 가용성을 확인하기 위해 위성 기반 보정 시스템(Satellite Based Augmentation System, SBAS)에서 방송한 무결성 파라미터를 이용하여 보호 수준을 계산한다.
보호수준은 위성 기반 보정 시스템(Satellite Based Augmentation System, SBAS) 보정 정보 적용 후의 위치 오차를 예상하기 위한 값으로, 특정 비행 작업을 수행하는데 필요한 허용 오차 수준 내에 포함될 경우에만 안전이 보장되어 항법에 사용될 수 있다.
이 때, 위성 기반 보정 시스템(Satellite Based Augmentation System, SBAS)는 항공용 활용에 있어서 엄격한 무결성 요구사항을 만족시키기 위해 모든 오차 요인에 영향을 주는 최악의 조건을 가정하여 매우 보수적으로 무결성 파라미터들을 송신한다.
이에 따라 위성 기반 보정 시스템(Satellite Based Augmentation System, SBAS) 사용자가 일반적인 상황에서 실제로 경험하게 되는 위치 오차에 비해 매우 큰 보호 수준을 얻을 수 있다.
따라서 항공용 사용자가 아닌 사용자에게 항공용 요구사항에 따라 산출된 보호수준을 제공하는 것은 사용자 측면을 고려하지 않은 것이며, 사용자에게 가용성 측면에서 매우 큰 손해가 발생하는 문제점이 존재한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 조정계수를 적용한 보호 수준을 산출하는 보호 수준 결정 시스템 및 보호 수준 결정 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 보호 수준 결정 시스템은 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차, 전리층 오차에 대한 보정 오차, 위성에 대한 수신기 잡음과 다중경로 보정 오차, 대류층 보정 오차 및 위치항법 신호를 수신하는 수신부; 상기 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차 및 상기 전리층 오차에 대한 보정 오차에 적용하는 제1 조정계수를 산출하는 제1 산출부; 및 상기 제1 조정계수를 적용하여 보호 수준을 산출하는 제2 산출부;를 포함한다.
상기 제2 산출부는 사용자에 할당된 무결성 확률 요구사항으로부터 산출되는 제2 조정계수를 상기 보호 수준에 적용할 수 있다.
상기 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차 및 상기 전리층 오차에 대한 보정 오차는 위성 기반 보정 시스템(Satellite Based Augmentation System, SBAS)으로부터 수신할 수 있다.
상기 위성에 대한 수신기 잡음과 다중경로 보정 오차는 상기 사용자의 수신기의 안테나, 수신기 특성 및 설치 위치에 따라 변할 수 있다.
위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차, 전리층 오차에 대한 보정 오차, 위성에 대한 수신기 잡음과 다중경로 보정 오차 및 대류층 보정 오차를 수신하는 단계; 상기 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차 및 상기 전리층 오차에 대한 보정 오차에 적용하는 제1 조정계수를 산출하는 단계; 및 상기 제1 조정계수를 적용하여 보호 수준을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 산출하는 단계에서, 사용자에 할당된 무결성 확률 요구사항으로부터 산출되는 제2 조정계수를 상기 보호 수준에 적용할 수 있다.
상기 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차 및 상기 전리층 오차에 대한 보정 오차는 위성 기반 보정 시스템(Satellite Based Augmentation System, SBAS)으로부터 수신할 수 있다.
상기 위성에 대한 수신기 잡음과 다중경로 보정 오차는 상기 사용자의 수신기의 안테나, 수신기 특성 및 설치 위치에 따라 변할 수 있다.
본 발명에 따르면, 사용자에 따라 지나치게 보수적으로 계산되는 보호수준을 사용자의 작업의 특성에 맞게 조정할 수 있다.
또한, 사용자의 특정 작업에 대한 위치해의 가용성은 크게 개선될 수 있으며, 위성 기반 보정 시스템(Satellite Based Augmentation System, SBAS)의 활용분야가 다양하게 확장될 수 있다.
또한, 국내에 기 구축되어 있는 위성 측위 시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS) 수신국 네트워크의 데이터를 활용할 수 있어 큰 소모 비용없이 본 발명의 시스템 구현이 가능할 수 있다.
도 1은 위성 기반 보정 시스템의 운용을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 보호 수준 결정 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 보호 수준 결정 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 보호 수준을 적용한 후 정규화된 수직 위치 오차에 대한 QQ(Quantile-Quantile)- Plot의 일예를 도시한 그래프이다.
도 5는 다른 예에 대해 보호 수준을 적용한 후 정규화된 수직 위치 오차에 대한 QQ(Quantile-Quantile)- Plot의 다른예를 도시한그래프이다.
도 6 및 도 7은 일예에 대해 보호 수준 및 위치 오차를 도시한 그래프이다.
도 8 및 도 9는 일예에 대해 Stanford plot으로 도시한 그래프이다.
도 10은 일예에 대해 경보한계에 따라 가용성을 비교한 표이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 위성 기반 보정 시스템의 운용을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 위성 기반 보정 시스템(Satellite Based Augmentation System, SBAS)은 GNSS 위성(10), 정지궤도 위성(20), 지상시스템(30), 사용자(40)를 포함할 수 있다.
위성 기반 보정 시스템(Satellite Based Augmentation System, SBAS)은 전 지구를 대상으로 GNSS 위성(10)이 제공하는 신호와 항법 메시지 정보를 활용하여, 지상시스템(30)에서 전파 경로상의 오차, 위성시계 오차 등의 보정 정보는 물론 항법신호 사용에 관한 무결성 정보를 정지궤도 위성을 통해 사용자에게 제공하는 시스템을 말한다.
그리고 GNSS 위성(10)은 신호데이터를 측위 대상에 송신하고, 측위대상은 수신한 신호데이터를 이용하여 측위 대상의 위치를 측정하는데 이용될 수 있다.
또한, GNSS 위성(10)은 복수 개 일 수 있으며, 미국의 GPS(Global Positioning System), 러시아의 GLONASS(Global Navigation Satellite System), 유럽의 갈릴레오(Galileo), 중국의 베이두(Beidou) 위성, 일본의 준천성(QZSS) 위성 등을 포함한다.
이하에서는 GPS(Global Positioning System)를 기준으로 설명하겠다.
또한, 정지궤도 위성(20)은 지상시스템(30)으로부터 수신한 보정정보 및 무결성 정보 등을 포함한 위성 기반 보정 시스템(SBAS) 신호를 수신하고, 이 신호를 다시 주파수를 L 대역(L-band)로 변환하여 항공, 육상, 해상 등 모든 사용자(40)에게 전송할 수 있다.
지상시스템(30)은 시시각각 변하는 GNSS 위성(10) 별 항법 신호에 대한 위치정보 보정 및 무결성 정보 등을 생성하여 정지궤도 위성(20)으로 송신한다.
사용자(40)는 항공기, 핸드폰, 자동차 등일 수 있다. 그리고 사용자(40)는 정지궤도 위성으로부터 수신한 위치정보 보정 및 무결성 정보 등을 이용하여 사용자의 위치해, 보호 수준을 계산할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 보호 수준 결정 시스템(100)을 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 보호 수준 결정 시스템은 수신부(110), 제1 산출부(120), 제2 산출부(130)를 포함할 수 있다.
수신부(110)는 위성 기반 보정 시스템(Satellite Based Augmentation System, SBAS)보정 오차 및 위성항법 신호를 수신할 수 있다.
위성 기반 보정 시스템(Satellite Based Augmentation System, SBAS)의 보정정보는 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차, 전리층 오차에 대한 보정 오차, 위성에 대한 수신기 잡음과 다중경로 보정 오차 및 대류층 보정 오차, 마스크 정보, 보정 메시지의 오차 신뢰 수준 정보 등을 포함할 수 있다.
또한, 수신부(110)는 위성 기반 보정 시스템(SBAS)의 지상시스템 또는 기 구축되어 있는 위성 측위 시스템(GNSS) 네트워크를 이용하여, 보정 오차 및 위성항법 신호를 수신할 수 있다.
또한, 수신부(110)는 위성항법 신호를 수신하고 기준국의 위치에 대한 정보를 GPS 위성으로부터 수신할 수 있다.
제1 산출부(120)는 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차 및 전리층 오차에 대한 보정 오차에 적용하는 제1 조정계수를 산출할 수 있다.
일예로, 제1 조종계수는 항공에 이용되는 보호 수준을 이용하여 산출될 수 있다. 먼저, 보호 수준은 오차수준(
Figure 112015128065664-pat00001
)으로부터 산출된다.
그리고 위성항법 GPS(Global Positioning System) 위성은 복수 개 있을 수 있어, 이하에서는 복수 개의 GPS 위성 중 소정의 i번째 GPS 위성을 지칭하기 위해 i로 설명한다.
또한, 이하에서 PA는 항공용으로 산출된 값이고, NA는 사용자에 따라 조정된 값으로 설명한다.
오차수준(
Figure 112015128065664-pat00002
)은 아래의 수학식1과 같이 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차(
Figure 112015128065664-pat00003
), 전리층 오차에 대한 보정 오차(
Figure 112015128065664-pat00004
), 위성에 대한 수신기 잡음과 다중경로 보정 오차(
Figure 112015128065664-pat00005
) 및 대류층 보정 오차(
Figure 112015128065664-pat00006
)의 합으로 산출될 수 있다.
Figure 112015128065664-pat00007
그리고 보호 수준은 오차수준을 이용하여 아래의 수학식 2로부터 산출된다.
Figure 112015128065664-pat00008
수학식 1에서, 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차(
Figure 112015128065664-pat00009
)는 SBAS 보정 정보에서 UDRE(User Differential Range Error) 및
Figure 112015128065664-pat00010
로부터 계산될 수 있다. UDRE(User Differential Range Error)는 측정치의 공분산 행렬, 각 기준국에서 위성까지의 시선벡터로 구성된 관측 행렬 및 위성 궤도 및 시계오차 추정 과정에서 계산된 공분산 행렬로 계산된다.
전리층 오차에 대한 보정 오차(
Figure 112015128065664-pat00011
)는 GIVE(Greid Ionosphere Vertical Error)로부터 계산될 수 있다. GIVE는 격자 전리층 지연값에 대한 오차한계 값이다.
위성에 대한 수신기 잡음과 다중경로 보정 오차(
Figure 112015128065664-pat00012
)는 항공기에 장착된 수신기 및 안테나의 특성을 반영한 값일 수 있다.
그리고 대류층 보정 오차(
Figure 112015128065664-pat00013
)는 SBAS 시스템 또는 사용자와 관계없이 사용자 신호 수신 환경에 의해 결정될 수 있다.
수학식 2에서, K는 항공용 사용자 보호 수준에 할당된 무결성 확률 요구사항으로부터 계산되는 계수일 수 있다. K는 접근 절차에 따라 다르게 설정될 수 있다.
예를 들어, 비정밀접근의 경우에는 수평 보호 수준만이 사용되고, 정밀 접근 모드에서는 수평 방향 및 수직방향 모두 설정될 수 있다.
또한, 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차(
Figure 112015128065664-pat00014
) 및 전리층 오차에 대한 보정 오차(
Figure 112015128065664-pat00015
)는 위성 기반 보정 시스템(SBAS)를 통해 제공되는 무결성 파라미터(UDRE,
Figure 112015128065664-pat00016
, GIVE 등)에 의해 결정될 수 있다.
하지만, 위성 기반 보정 시스템(SBAS)은 사용자가 보수적으로 무결성 파라미터를 결정할 수 있다.
UDRE(User Differential Range Error) 는 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차 뿐만 아니라, GPS 위성 또는 정지궤도 위성 측정치의 신호 변형 오차, 코드 반송파 발산 오차, 대류층 오차, 주파수간 바이어스, 수신기 시계 추정 오차 등을 모두 포함할 수 있다.
또한, GIVE(Grid Ionosphere Vertical Error)는 시공간적 전리층 변화, 전리층 모델 오차, 전리층 격자점 분포의 한계, 전리층 측정치 관측성의 한계, 주파수간 바이어스 등의 오차 특성을 포함할 수 있다.
그리고 시공간적 전리층 변화, 전리층 측정치 관측성의 한계 등을 고려하기 위해 위성 기반 보정 시스템(SBAS)은 태양 활동이 활발할 때 발생하는 전리층 폭풍 영향을 가정하여 GIVE(Grid Ionosphere Vertical Error)를 생성할 수 있다.
제1 조정계수(
Figure 112015128065664-pat00017
)는 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차(
Figure 112015128065664-pat00018
)와 전리층 오차에 대한 보정 오차(
Figure 112015128065664-pat00019
)에 적용될 수 있다.
제1 조정계수(
Figure 112015128065664-pat00020
)는 기준국에 설치된 위성 기반 보정 시스템(SBAS) 또는 GPS 수신기로부터 산출된 기준국 위치 오차와 항공용 보호 수준을 이용하여 얻을 수 있다. 제1 조정계수(
Figure 112015128065664-pat00021
)는 하기의 수학식 3으로 산출될 수 있다.
Figure 112015128065664-pat00022
여기서, 위치 오차(VPE)는 실제 기준국 위치와 GPS 신호를 통해 얻은 기준국 위치의 차이이고, 수직 보호 수준(VPL) 상기 수학식 2를 통해 얻을 수 있다.
또한, 예로서 수학식 3에서 사용된 항공용 사용자 보호 수준에 할당된 무결성 확률 요구사항으로부터 산출되는 계수(
Figure 112015128065664-pat00023
)는 5.33이며, 상기 계수는 사용자에 따라 변하는 보호 수준에 할당된 무결성 위험 확률의 값에 따라 다르게 산출될 수 있다.
그리고 제1 조정계수(
Figure 112015128065664-pat00024
)는 수직 위치 오차(VPE)를 수직 보호 수준(VPL)에 사용된 표준편차로 정규화 하였을 때의 확률 분포가 표준정규분포가 되는 경우로 결정될 수 있다.
이로써, 보수적인 항공용 보호 수준이 아니라 사용자의 특성에 따라 적합하게 보호 수준을 산출할 수 있다. 또한, 제1 조정계수(
Figure 112015128065664-pat00025
)가 0보다 크고 1보다 작은 경우에는 조정된 오차수준(
Figure 112015128065664-pat00026
)은 작아질 수 있다.
또한, 제1 조정계수(
Figure 112015128065664-pat00027
)는 수직 방향의 보호 수준을 조절하는 계수이고, 뿐만 아니라 수직방향의 조절에 종속적으로 수평 방향의 보호 수준도 조절될 수 있다.
이로써, 수직 방향의 제1 조정계수(
Figure 112015128065664-pat00028
) 조정만으로 용이하게 보호 수준을 산출할 수 있다.
이에, 제1 조정계수(
Figure 112015128065664-pat00029
)를 반영하여 아래의 수학식 4와 같이 조정된 오차 수준(
Figure 112015128065664-pat00030
)을 산출할 수 있다. 또한, 제1 조정계수(
Figure 112015128065664-pat00031
)가 0보다 크고 1보다 작은 경우에는 조정된 오차수준(
Figure 112015128065664-pat00032
)은 작아져, 보수적인 보호 수준을 가용성을 높이면서 보수성을 낮출 수 있다.
Figure 112015128065664-pat00033
제2 산출부(130)는 제1 조정계수(
Figure 112015128065664-pat00034
)를 적용하여 조정된 보호 수준을 산출할 수 있다. 그리고 제2 산출부(130)는 사용자에 할당된 무결성 확률 요구사항으로부터 산출되는 제2 조정계수(
Figure 112015128065664-pat00035
)를 상기 조정된 보호 수준에 적용할 수 있다.
일예로, 제2 조정계수(
Figure 112015128065664-pat00036
)는 실제 사용자에 따른 보호 수준에 할당된 무결성 위험 확률과 항공용 사용자 보호 수준에 할당된 무결성 확률로부터 산출될 수 있다.
항공용 정밀접근을 위한 수직 보호 수준에 할당된 무결성 위험 확률(
Figure 112015128065664-pat00037
)은
Figure 112015128065664-pat00038
으로 정규분포의 누적분포함수로부터
Figure 112015128065664-pat00039
는 5.33으로 산출될 수 있다. 그리고 사용자의 수직 보호 수준에 할당된 무결성 위험 확률(
Figure 112015128065664-pat00040
)을
Figure 112015128065664-pat00041
으로 설정 시
Figure 112015128065664-pat00042
는3.29로 산출될 수 있다.
이에, 제2 조정계수(
Figure 112015128065664-pat00043
)는 항공용 사용자 보호 수준에 할당된 무결성 확률 요구사항으로부터 산출되는 계수(
Figure 112015128065664-pat00044
)에 대한 실제 사용자 보호 수준에 할당된 무결성 확률 요구사항으로부터 산출되는 계수(
Figure 112015128065664-pat00045
) 비이다.
제2 조정계수(
Figure 112015128065664-pat00046
)은 하기의 수학식 5로 산출될 수 있다.
Figure 112015128065664-pat00047
또한, 수평방향에 대한 계수(
Figure 112015128065664-pat00048
)는 레일리(Rayleigh) 분포를 이용하여 산출될 수 있다.
산출된 조정계수(
Figure 112015128065664-pat00049
,
Figure 112015128065664-pat00050
)는 지상 시스템에서 정기적으로 사용자에게 전송하거나, 장시간 데이터 수집을 통해 얻은 보수적인 값으로 사용자 수신기에 저장되어 사용자 수신기에서 이용될 수 있다.
제2 조정계수(
Figure 112015128065664-pat00051
)가 적용된 조정된 보호 수준(
Figure 112015128065664-pat00052
)은 하기의 수학식 6으로 산출될 수 있다. 이로써, 사용자의 작업 특성에 맞게 조정된 보호수준을 산출할 수 있다.
Figure 112015128065664-pat00053
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 보호 수준 결정 방법을 도시한 순서도이다.
먼저, 기준국 또는 지상국 등은 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차, 전리층 오차에 대한 보정 오차, 위성에 대한 수신기 잡음과 다중경로 보정 오차 및 대류층 보정 오차를 수신한다(S200).
그 다음, 상기와 같이 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차 및 전리층 오차에 대한 보정 오차에 적용하는 제1 조정계수를 산출한다(S210). 이로써, 실제 사용자에 따라 오차 수준을 조정할 수 있다.
그리고 제1 조정계수를 적용하여 보호 수준을 산출할 수 있으며(S220), 소정의 사용자에 할당된 무결성 확률 요구사항으로부터 산출되는 제2 조정계수를 보호 수준에 적용하여 조정된 보호 수준을 산출할 수 있다(S230).
보호수준은 사용자가 지상시스템으로부터 제1 조정계수 및 제2 조정계수(
Figure 112015128065664-pat00054
,
Figure 112015128065664-pat00055
)를 수신하고 이용하여 산출될 수 있다. 또한, 보호수준은 사용자가 지상 시스템으로부터 수신한 제1 조정계수(
Figure 112015128065664-pat00056
)와 사용자에 저장된 제2 조정계수(
Figure 112015128065664-pat00057
)를 이용하여 산출될 수 있다.
이하 도 4 내지 도 10은 상기에 따른 조정된 보호수준을 산출하기 위하여, 국립우주연구센터 (Centre National d'Etudes Spatiales, CNES)에서 제공하는 다목적교통위성 기반 확장시스템 데이터와 국제위성항법 서비스(International GNSS Service, IGS) 기준국 및 국토지리정보원에서 제공하는 GPS 데이터를 지상 감시국 데이터로 활용하였다.
여기서, 지상 감시국은 위성 기반 보정 시스템(Satellite Based Augmentation System, SBAS)보정 오차 및 위성항법 신호 데이터를 수신하여, 제1 조정계수를 산출할 수 있다.
그리고 조정계수 결정을 위해 2015년 6월 28일 24시간 동안 30초 간격으로 저장된 일본의 TSK2와 AIRA 기준국, 한국의 PUSN과 GANH 기준국 데이터를 사용하였다.
또한, 한국의 JEJU 및 SEJN 기준국을 소정의 사용자로 가정하여 상기 시간에 1초 간격으로 수집된 데이터에 결정된 조정계수를 적용하였다.
다목적 교통위성 기반 확장시스템 데이터 처리 및 사용자 위치해 계산에는 PEGASUS를 사용하고, PEGASUS에서 처리된 결과를 활용하여 조정계수 및 소정의 사용자 보호수준계산을 수행하였다.
그리고 도 4는 일본의 TSK2 기준국에 대해 조정계수가 적용된 수직 위치 오차의 정규화된 QQ(Quantile-Quantile)plot이며, 도 5는 한국의 GANH 기준국에 대해 조정계수가 적용된 수직 위치 오차의 정규화된 QQ(Quantile-Quantile) plot이다.
도 4및 도 5는 0.2로 설정된 제1 조정계수를 반영한 그래프이다. 또한, 제 2조정계수(
Figure 112015128065664-pat00058
)는 0.62(수평 및 수직 보호수준에 각각
Figure 112015128065664-pat00059
의 무결성 위험 확률을 반영)로 산출된다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 조정계수를 적용하면 기울기1에 가까운 수직 위치오차의 분포를 볼 수 있다. 이로써, 조정계수를 이용하면, 항공용 사용자에 대한 엄격성이 감소되고 실제 사용자의 환경을 반영한 결과가 제공됨을 알 수 있다.
도 6 및 도 7은 상기 결정된 조정계수를SEJIN 기준국에 위치한 소정의 사용자에 적용하여 얻은 보호 수준 및 위치 오차를 도시한 그래프이다.
조정된 수평 및 수직 보호수준(
Figure 112015128065664-pat00060
,
Figure 112015128065664-pat00061
)은 항공용 수평 및 수직 보호 수준(
Figure 112015128065664-pat00062
,
Figure 112015128065664-pat00063
)에 비해 크게 작아지지만 위치오차(
Figure 112015128065664-pat00064
,
Figure 112015128065664-pat00065
)를 포함한다.
도 8 및 도 9는 도 6 및 도 7의 결과를 Stanford Plot에 나타낸 그래프이다. 도 10은 도 8및 도 9를 정리한 표이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 수직 및 수평 방향 경보한계(Alert Limit) 가 10(m) 또는 20(m)인 경우 위치해의 가용성은 급격히 증가함을 알 수 있다.
즉, 조정계수가 적용된 보호 수준은 항공용 보호 수준에 비해 가용성이 향상됨을 알 수 있다.
또한, 위치위치오차가 보호수준을 초과하는 경우가 없으므로 무결성 성능은 만족하며 유지됨을 알 수 있다.
이로써, 위성 기반 보정 시스템의 사용자의 특성에 따라 보호수준을 조정하여 산출할 수 있다. 그리고 조정된 보호수준에 따라 위치해의 가용성도 크게 향상될 수 있다.
뿐만 아니라, 기 구축된 위성 기반 보정 시스템 정보를 이용할 수 있어, 큰 비용 소모 없이 시스템을 구현할 수 있다.
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터,데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: GNSS 위성
20: 정지궤도 위성
30: 지상시스템
40: 사용자
100: 보호 수준 결정 시스템
110: 수신부
120: 제1 산출부
130: 제2 산출부

Claims (8)

  1. 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차, 전리층 오차에 대한 보정 오차, 위성에 대한 수신기 잡음과 다중경로 보정 오차, 대류층 보정 오차 및 위치항법 신호를 수신하는 수신부;
    상기 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차 및 상기 전리층 오차에 대한 보정 오차에 적용하는 제1 조정계수를 산출하는 제1 산출부; 및
    상기 제1 조정계수를 상기 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차 및 상기 전리층 오차에 대한 보정 오차에 적용하고, 상기 위성에 대한 수신기 잡음과 다중경로 보정 오차 및 상기 대류층 보정 오차를 이용하여 보호 수준을 산출하는 제2 산출부;를 포함하고,
    상기 제1 조정계수는,
    수직 위치 오차를 수직 보호 수준에 사용된 표준편차로 정규화하고, 정규화된 확률 분포가 표준정규분포가 되게하는 보호 수준 결정 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 산출부는 사용자에 할당된 무결성 확률 요구사항으로부터 산출되는 제2 조정계수를 상기 보호 수준에 적용하는 보호 수준 결정 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차 및 상기 전리층 오차에 대한 보정 오차는 위성 기반 보정 시스템(Satellite Based Augmentation System,SBAS)으로부터 수신하는 보호 수준 결정 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 위성에 대한 수신기 잡음과 다중경로 보정 오차는 상기 사용자의 수신기의 안테나, 수신기 특성 및 설치 위치에 따라 변하는 보호 수준 결정 시스템.
  5. 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차, 전리층 오차에 대한 보정 오차, 위성에 대한 수신기 잡음과 다중경로 보정 오차 및 대류층 보정 오차를 수신하는 단계;
    상기 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차 및 상기 전리층 오차에 대한 보정 오차에 적용하는 제1 조정계수를 산출하는 단계; 및
    상기 제1 조정계수를 상기 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차 및 상기 전리층 오차에 대한 보정 오차에 적용하고, 상기 위성에 대한 수신기 잡음과 다중경로 보정 오차 및 상기 대류층 보정 오차를 이용하여 보호 수준을 산출하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 조정계수는,
    수직 위치 오차를 수직 보호 수준에 사용된 표준편차로 정규화하고, 정규화된 확률 분포가 표준정규분포가 되게하는 보호 수준 결정 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 보호 수준을 산출하는 단계에서,
    사용자에 할당된 무결성 확률 요구사항으로부터 산출되는 제2 조정계수를 상기 보호 수준에 적용하는 보호 수준 결정 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 위성 궤도 및 시계 오차에 대한 보정 오차 및 상기 전리층 오차에 대한 보정 오차는 위성 기반 보정 시스템(Satellite Based Augmentation System,SBAS)으로부터 수신하는 보호 수준 결정 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 위성에 대한 수신기 잡음과 다중경로 보정 오차는 상기 사용자의 수신기의 안테나, 수신기 특성 및 설치 위치에 따라 변하는 보호 수준 결정 방법.
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