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1. GNSS 광역보정시스템 (WA-DGNSS)
GNSS 광역보정시스템이란 GPS (Global Positioning System)로 대표되는 위성항법시스템(GNSS, Global Navigation Satellite System)의 정확성, 무결성, 가용성 등을 향상시키기 위한 보강시스템을 말한다. 광역보정시스템은 다수의 기준국 네트워크를 이용하여 항법 위성의 궤도 및 시계오차, 전리층 지연 오차를 추정하여 계산된 보정정보 및 무결성 정보를 정지궤도 위성을 통하여 사용자에게 방송하게 된다. 사용자는 방송된 보정정보 및 무결성 정보를 활용하여 항법해의 정확도를 향상시키고 항법해의 신뢰 수준을 계산하여 정상 운용가능여부 등을 판단하게 된다. 일반적으로 GPS의 경우 5~10m 정도의 정확도를 갖게 되는데 광역보정시스템을 활용할 경우 정확도가 1~2m 수준으로 향상되게 된다. 이와 관련하여 광역보정시스템의 각 구성요소 별로 주로 수행하는 연구 내용은 다음과 같다.
- 광역 기준국 : GNSS 측정치 품질감시, Stand-alone Positioning, Hatch Filter
- 중앙 처리국 : 위성궤도 및 시계오차 추정 알고리듬, 전리층 지연 오차 추정 알고리듬, 광역보정 표준메시지 생성 및 스케쥴링, 기준국 무결성 감시
- 광역 사용자 : GNSS 데이터 처리, 사용자 무결성 감시 (RAIM)
Figure 1. 광역보정시스템 개념도
2. 광역 보정 시스템의 필요성
GPS 오차요인은 위성 궤도 오차, 위성 시계 오차, 대류층 지연 오차, 전리층 지연 오차 등으로 나눌 수 있다. 각 오차 요인들로 인해 위성과 수신기 간의 정확한 의사거리 측정이 어렵게 되고 이로 인해 사용자의 위치 정확도는 저하되게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 보정 위성 항법(Differential GPS, DGPS)이 널리 사용되고 있다. 보정 위성 항법은 자신의 위치를 정확하게 알고 있는 기준국에서 각 GPS 위성의 의사거리 오차를 측정하여 사용자에게 방송해 주는 방식이다. 보정 위성 항법은 보정 정보 생성 방식에 따라 크게 지역보정위성항법(Local Area DGPS, LADGPS)와 광역보정위성항법(Wide Area DGPS, WADGPS)로 나뉜다.
지역보정위성항법은 자신의 위치를 기준으로 의사거리오차의 크기를 측정하여 사용자에게 보내주는 방식이다. 이렇게 생성된 보정정보는 각 위성에 대하여 스칼라 값을 가지고 기준국과 사용자의 거리가 멀어질수록 위성으로부터의 신호전파경로의 상관관계가 적어져 보정정보의 오차를 유발하게 된다. 이러한 한계점 때문에 LADGPS 기준국의 커버리지는 약 100~200km정도로 한정되어 있다. 기준국의 커버리지가 한정되어 있으므로 넓은 지역을 서비스하려면 그만큼 많은 수의 기준국이 필요하게 되고 각 기준국은 독립적으로 운영되므로 어느 한 기준국이 고장이 나면 그 주변 지역은 DGPS 서비스를 이용할 수 없다는 단점이 있다. 이러한 LADGPS의 한계를 극복하기 위해 나온 개념이 WADGPS이다.
3. 광역 보정 시스템의 운용
WADGPS에서는 여러 개의 기준국 네트워크를 활용하여 GPS 의사거리 오차를 각 오차 성분 별로 벡터형식으로 추정하여 사용자에게 방송하게 된다. 사용자는 벡터 형식의 광역 보정 정보를 수신하여 자신의 위치에 맞는 스칼라 형식의 보정치로 바꾸어 사용하게 된다.
독립된 여러 개의 광역 기준국(Wide area Reference Station, WRS)에서 각 가시위성에 대한 측정치를 획득하여 이를 중앙 처리국(Wide area Master Staion, WMS)에 전송한다. 중앙 처리국에서는 각 기준국의 측정치를 종합하여 위성 궤도 및 시계 오차, 전리층 지연 오차등을 추정하여 이를 정지궤도 위성 또는 인터넷 등을 통하여 사용자에게 방송한다. 사용자는 방송된 광역보정정보를 수신하여 자신의 위치에 맞는 보정정보를 생성 및 적용하여 정확한 위치해를 얻게 된다.
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Professor
