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1. RTK 개요
실시간 정밀 측위(RTK, Real-time Kinematic)는 GNSS 반송파 위상 측정치에 존재하는 미지정수를 정확하게 결정하여 수 cm 수준의 정확도로 항법해를 계산하는 방법이다. RTK 시스템 구축을 위해서는 정확한 위치를 알고 있는 기준국이 필요하고, 기준국으로부터 사용자에게 측정치나 보정정보를 전송할 데이터 통신 링크, 그리고 기준국으로부터 전송된 데이터를 이용하여 이중 차분된 반송파의 미지정수 결정을 통해 현재 위치를 추정하는 사용자로 구성된다.
수 m 급의 정확도를 갖는 DGNSS와는 달리 RTK는 더 정밀한 정확도의 해를 제공하기 때문에 시간적, 공간적 비상관성에 의한 성능저하가 DGNSS에 비해 훨씬 크다. 따라서 RTK 기준국과 사용자의 거리가 10km 이하여야만 RTK 고유의 성능을 제공할 수 있다.
2. Compact Network RTK
서울대학교 GPS Lab.에서는 시간지연 오차를 줄이기 위한 효율적인 보정정보 전송을 위한 Compact RTK를 제안하였다. 저속 데이터통신매체에 적합한 Compact RTK Message (SNUR v2.2 Type 131, 132)가 현재 국제 표준 회의인 RTCM에 제안되어 현재 검토 중에 있다. 한편, 공간이격 오차를 줄이기 위해 제안된 Network RTK는 사용자를 둘러싼 복수의 기준국들의 측정치를 조합하여 여러 오차를 보상하거나 정확하게 모델링하여 감소시키는 방식을 채택하고 있다. 보정정보를 생성하여 방송하는 방식은 아직 표준화되지 않아 수신기 제조사마다 서로 다른 방식을 제안하고 있으며, 대표적으로 VRS(Virtual Reference Station, Trimble), FKP(Flaechen korrektur parameter, Geo++), 그리고 MAC(Master-Auxiliary Concept, Leica) 등이 있다.
Figure 1. RTK vs. Compact Network RTK
3. GNSS 연구실의 연구 성과 및 방향
현재 GPS Lab.에서는 Compact RTK와 Network RTK를 결합한 Compact Network RTK에 대한 연구를 진행 중이다. 두 방식을 결합하면 시간지연 오차 및 공간지연 오차를 동시에 감쇄시킬 수 있으므로, 저속통신 환경에서도 소수의 기준국만으로 넓은 영역에 고정도 위치 보정정보를 제공하는 시스템을 효율적으로 구축할 수 있게 된다.
미국 CORS 기준국에서 매초 제공하는 실제 GPS 데이터를 이용하여 다음 그림과 같이 Compact Network RTK의 성능평가를 하였다. 미국 노스캐롤라이나 주의 PITT CORS 기준국을 Master Station으로 하고 주변의 다섯 개의 기준국, HILB, NCAS, NCLI, NCFA, 그리고 RALR을 Auxiliary Station으로 구성하였다. 사용자는 master station과 약 27km 떨어져 있는 곳에 그림과 같이 위치하고 있다.
Figure 2. 사용된 기준국 위치
Compact Network RTK 방식은 MAC, FKP, VRS 등 기존의 Network RTK 방식에 모두 적용이 가능하며, 계산된 사용자 위치의 수평, 수직방향 정확도는 다음 그림과 같다. 보정정보를 스케쥴링하여 500~700bps의 전송속도로 전송했을 때 수평방향의 2DRMS 오차는 약 6cm, 수직방향의 2DRMS 오차는 약 7.99cm인 결과를 얻을 수 있었다.
저속으로 보정정보를 전송하였을 때, 대표적인 세 가지의 Network RTK 방식과 Compact RTK 조합에 대한 결과는 다음 표와 같았다. 기존의 방식보다 약 60% 이상 데이터 통신 속도를 늦췄는데도 불구하고 정확도의 성능저하가 1mm 미만인 것을 알 수 있다.
위 연구 결과는 RTCM SC-104 위원회 회의에서 논의된 바 있으며, GPS World라는 해외 잡지 인터넷 판에 2009년 9월 14일에 소개되었다. 현재 Compact Network RTK 프로토콜은 RTCM MT (Message Type) 4081번에 할당되어 표준화를 위한 연구가 진행되고 있다.
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