최근 편의성과 경제적 효율성의 극대화를 목적으로 무인항공기 활용 분야에 막대한 투자가 이루어지고 있다. 다수의 무인항공기가 동시에 운용되기 위해서는 cm 레벨의 항법 정확도가 요구되고, 높은 정확도의 반송파(Carrier-phase) 기반 Global Navigation Satellite System (GNSS) 항법 시스템이 필수적이다. 반송파 기반 항법 시스템의 무결성 위협 확률은 미지 정수가 참값으로 결정될 확률, Probability of Correct Fix (P(CF))에 의존적이다. 항공모함의 전투기 정밀 착륙에 적용되는 Joint Precision Approach and Landing System (JPALS) 에서는 무결성 요구조건을 충족시키기 위해 반송파 측정 치를 장시간 수집하여 1 – P(CF) 값을 10^-8 이하로 보장하는 사전 필터링(Pre-Filtering) 과정을 수행한다. 무인항공기의 경우 임무의 다양성 및 제한된 환경조건으로 인해 사전 필터링을 수 행하는 것에 한계가 있다. 해당 과정을 수행하지 않을 경우, 이중 위성군 이중 주파수를 사용하더라도 P(CF) 요구도를 만족하지 못하는 문제점이 발생한다. 따라서 본 연구에서는 반송파 기반 GNSS/INS 약결합 칼만필터 시스템에서 P(CF)를 개선할 수 있는 기법을 제안하였다. GNSS/INS 약결합 칼만필터 시스템을 가용할 경우 필터 내 상태 예측 단계에서 추정하고 있는 상대 벡터를 미지정수 실수해 추 정 단계의 추가적인 사전 정보로 활용하는 것이 가능하다. 이중 위성군 이중 주파수 환경에서 24시간 시뮬레이션을 수행한 결과, 1-P(CF) 값이 10^-7에서 4×10^-8로 유의미하게 감소함을 확인하였다.

A Study on Correct Fix Probability Improvement Method Using Relative Vector Prior Information of Carrier-phase Based GNSS/INS Loosely Coupled Kalman Filter System

Noah Minchan Kim, Dongchan Min, Jiyun Lee*

Recently, enormous investments are being made in the field of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) applications for the purpose of maximizing convenience and economic efficiency. In order to operate multiple UAVs simultaneously, cm-level navigation accuracy is required, and thus a high-accuracy carrier-phase-based Global Navigation Satellite System (GNSS) navigation system is essential. The integrity risk of the carrier-based navigation system depends on the probability of determining integer ambiguity correctly, Probability of Correct Fix (P(CF)). In the Joint Precision Approach and Landing System (JPALS), which is applied to precision landing of fighter jets on aircraft carriers, pre-filtering process which can ensure that the 1-P(CF) value is 10^-8 or less is performed to meet the integrity requirements. In the case of UAVs, there is a limit to performing pre-filtering due to the diversity of missions and limited environmental conditions. If the corresponding pre-filtering process is not performed, there is an issue that the P(CF) requirement is not satisfied even if dual constellation dual frequency GNSS is used. Therefore, in this study, a technique to improve P(CF) in the carrier-based GNSS/INS loosely coupled Kalman filter system was proposed. If the GNSS/INS loosely coupled Kalman filter system is used, it is possible to use the relative vector estimated in the state prediction step in the filter as additional prior information in the estimation step of integer ambiguity float solution. As a result of performing a 24-hour simulation in a dual constellation dual frequency condition, it was confirmed that the 1-P(CF) value decreased from 10^-7 to 4×10^-8.

Keywords: carrier-phase, GNSS/INS loosely coupled Kalman filter, probability of correct fix, integrity

Speaker 김민찬 한국과학기술원