GPS를 이용한 자기위치 설정.

본문내용

보상계수 , flag, age of data, 전리층 모델, 기준시각
② 부프레임 2,3 : 위성궤도의 변수들
③ 부프레임 4 : 위성이 암호화된 코드를 송출하는지의 여부
④ 부프레임 5 : 모든 위성의 대략적인 궤도정보(almanac), 위성의 상태(health)
◆ 위성에서의 송출신호
=>
: C/A 코드 이득(gain) , : P 코드 이득(gian)
: C/A 코드 , : P 코드
: 항법 신호 , : L1 주파수
: L2 주파수 , : 잡음에 의한 위상지연
◎ 지상국(Control Segment)
◆ 주제어국(master control station), 감시국(monitor station),
지상제어국(ground control station)
◎ 수신기(User Segment)
◆ 위성으로부터의 신호를 수신하여 위성을 식별하고 위성까지의
의사거리를 측정한 후 이를 가지고 사용자의 현재 위치 및
속도를 구하는 것이 일반적.
◆ 수신기의 구조
안테나부
RF(radio frequency)부
컴퓨터부
사용자 인터페이스부
◆ 수신기가 위성신호로부터 측정할 수 있는 값
PRN(C/A 코드와 P코드) -> 위성까지의 의사거리측정
위성신호와 수신기 내부에서 생성한 신호의 위상차 -> 반송파의 위상
◎ GPS 위성으로부터의 측정값
◎ 코드
◆ 의사거리(pseudorange: PR)
: C/A코드 또는 P코드를 이용하여 신호의 전송시간을 측정하고 이예 빛의 속도를 곱함으로써 위성까지의 거리계산
◆ 수신기가 측정한 신호의 전달시간
: 수신기가 측정한 신호의 전달시간
: 실제의 신호 전달시간
: GPS기준시간에 대한 위성시계의 바이어스
: GPS기준시간에 대한 수신기 시계의 바이어스
◆ 의사거리
: 위성과 수신기 사이의 실제 거리
: 이온층 지연에 의한 의사거리 측정오차
: 대류권 지연에 의한 의사거리 측정오차
◎ 반송파 위상
◆ 반송파의 파장이 L1의 경우 19cm
-> 측정오차가 코드를 이용하는 경우에 비해 상대적으로 작음
◆ 의사거리를 이용하는 것에 비해 계산량이 훨씬 많음
◆ 반송파 위상을 이용하는데 필요한 기본적인 변수 및 상수
: 위성에서 보내지는 신호의 주파수(L1)
: 수신기가 생성하는 L1 신호의 주파수
: 빛의 속도
: 위성과 수신기 사이의 거리
: L1 신호의 파장(약 19 cm)
◆ 시간 t에서 수신기가 수신한 위성의 반송파 위상
◆ 수신기에서 생성된 기준신호의 위상
◆ 수신기와 위성사이의 거리의 함수
=>
: 수신기가 실제로 측정할수 있는 값(양 또는 음)
◆ 미지정수 N을 정의 할 때 수신기의 측정량
: 초기 미지정수(initial integer ambiguity)
◆ 수신기의 반송파 위상측정량
를 정의 , 를 이용
=>
◆ 의사거리 측정식(반송파 위상)
=>
: 수신기 시계 바이어스
: 전리층 통과에 의한 지연오차(ionospheric delay)
: 대류권 통과에 의한 지연오차(tropospheric delay)
: 측정오차
◎ 오차요인 및 모델링
◎ 위성에 따른 오차
◆ 궤도 오차(ephemeris error) : 위성이 보내 주는 위치와 실제 위성의
위치와의 차이로 인한 오차
◆ 위성 시계 오차(satellite clock error) : 위성에 탑재된 시계와 GPS 기준
시간과의 차이에 의하여 발생
(2-11)
: 보상된 의사거리
: 측정된 의사거리
: 위성으로부터 수신한 보상 계수
: 현재의 시각
: 궤도정보 기준 시각
◆ S/A(Selective Availability) : 미국 국방부에서 고의적으로 GPS의 성능을
악화시키기 위하여 C/A 코드에 추가하는 오차성분
◎ 수신기에 따른 오차
◆ 수신기 시계 바이어스(receiver clock bias) : 수신기내부의 시계와 GPS기준
시간과의 차이에 의한 바이어스
◆ 다중경로(multipath) : GPS 신호가 주위의 환경에 따라 반사되어 수신기의
안테나에 전달됨으로써 나타나는 신호의 지연
◎ 전달매체에 따른 오차
◆ 전리층 지연(ionospheric delay) : 전파가 전리층을 통과할 때 시간지연에 의한 오차
◆ 대류층 지연(tropospheric delay) : 대류층을 통과할 때 전파의 시간지연에 의한 오차
◎ 잡음 성분
◆ 사이클 슬립(cyclic slip) : 반송파 위상을 사용하여 의사거리를 구하는 경우
미지정수(interger ambiguity)를 찾아서 사용해야 한다.
하지만 주위의 환경이나 수신기의 상태에 따라 GPS 신호 의 단절이 발생하는 경우 반송파 위상측정치에 점프가 발생
◆ 안테나 위상 중심 이동(antenna phase center movement) : 수신기의 안테나 특성에 의하여 위상 중심이 움직여 발생하는 측정오차
◆ 수신기 측정 잡음(measurement noise) : 수신한 GPS신호에서 의사거리를 측정할 때 수신기의 분해능에 따라 측정오차가 달라짐
2.3.3 GPS 오차 모델링
◆ 오차요인이 추가된 의사거리
(2-12)
: 코드 의사거리 측정치 , : 위성과 수신기 사이의 거리
: 위성 궤도 오차 , : 전리층 전달 지연
: 대류권 전달 지연 , : S/A 에 의한 오차
: 빛의 속도 , : 수신기 시계의 바이어스
: 다중 경로에 의한 오차 , : 수신기 측정 잡음
◆ 반송파 위상측정에 의한 의사거리
(2-13)
: 미지 정수(Integer Ambiguity)
: 반송파의 파장
: 수신기의 반송파 위상 측정치
2.4 위치 결정 알고리즘
2.4.1 코드 의사거리를 이용한 절대위치 결정
◆ 오차를 고려하지 않은 위성과 수신기 사이의 의사거리 측정치와 위성의 위치 관계
(2-16)
: 수신기의 3차원 좌표 , 수신기 시계 바이어스
: 위성 i 의 좌표
: 수신기로부터 위성 i 까지의 의사거리 측정치
: 빛의 속도
◆ 를 Taylor 급수로 전개
(2-17)
: 현재위치의 추정값 , : 계산된 값
◆ 식(2-17)에서 2차항 이상을 무시하고 선형화
(2-18)
(2-19)
(2-20)
◆ 를 정의 (2-21)
(2-22)
=> n 개의 위성을 이용할 경우
(2-23)
◆ 반복과정에서 보정해줄 값
(2-24)

키워드

gps,   자기위치 설정,   Global,   Positioning,   System