GNSS 위성에서 송출되는 신호는 전리층 구간을 지나면서 일반적으로 신호 지연에 따른 오차를 유발하고, 그 정도에 따라 수신기의 tracking loss 등의 문제를 야기하는 경우가 있다. 특히 전리층 폭풍 및 Scintillation 현상 등 급격한 전리층 변동으로 인해 이상 현상이 자주 일어나는 고위도 혹은 저위도 지역에서는 수신되는 전파가 진폭 및 위상 변화를 일으키며 tracking의 lock을 유지하지 못하는 cycle slip이 빈번하게 발생하게 된다. Real Time Kinematics (RTK)와 Precise Point Positionings (PPP) 등과 같은 GNSS 정밀 측위에 사용되는 반송파 측정치의 경우 cycle slip 발생을 검출하지 못할 경우 위치 정확도 및 신뢰성을 크게 저하시킬 수 있다. 특히 자율 이동체 분야의 경우 위치 정확도의 저하가 안전을 위협하는 위험한 상황으로 이어질 수 있으므로 이러한 항법 가혹 환경에서도 안정적으로 수행 가능한 사이클 슬립 검출 기법 및 측위 기법이 필요하다. 현재까지 제안된 대부분의 사이클 슬립 검출 알고리즘은 중위도 지역에서 우주 기상이 정상 상태일 때, 전리층 오차 변화율이 2 cm/s 이하라는 가정 하에 적용이 가능하다 (Park 2008). 그러나 전리층 폭풍이 일어난 시기의 고위도 및 저위도 지역에서는 2 cm/s 이상의 속도로 전리층 오차가 변하는 구간이 빈번하게 발생하므로 이와 같은 구속 조 건을 적용할 수 없다. 또한 전리층의 변동이 극심할 경우, Local disturbance로 인하여 일반적인 RTK 기법 적용 시 전리층 오차 항을 소거할 수 없으므로 이를 이용한 정밀 위치 결정이 어렵다. 따라서 본 논문에서는 삼중 주파수 선형 조합을 이용하여 전리층 이상시에도 정확도 저하가 크지 않고 연속적으로 정밀 측위 제공이 가능한 사이클 슬립 검출 및 보상 기법을 제안한다. 또한, 제안된 알고리즘 검 증을 위하여 후처리 프로그램을 통한 시뮬레이션 및 실제 데이터를 이용한 검증 수행을 통해 실제 고위도 및 저위도에서의 사용 가능성을 확인하였다

Proposal of Cycle Slip Detection and Repair Method to Provide Stable Precision Positioning in the Event of Rapid Ionospheric Fluctuation

Yebin Lee, Cheolsoon Lim, Byungwoon Park*

The signal transmitted from GNSS satellites causes errors due to signal delays when passing through the ionosphere, which may cause problems such as tracking loss of the receiver. In particular, in high or low latitude areas where abnormalities occur due to rapid ionosphere fluctuations such as ionosphere storms and scintillations, ionospheric disturbance can cause amplitude and phase variation within signals, and cycle slips occur frequently. If the cycle slip cannot be detected properly during positioning based on carrier-phase measurements such as Real Time Kinematics (RTK) and Precise Point Positioning (PPP), it can seriously degrade performance. In the field of autonomous vehicles, degrade of position accuracy can lead to dangerous situation that threaten safety, so cycle slip detection can be reliably performed even in such harsh conditions. Many of proposed cycle slip detection algorithms assume that the ionosphere delay rate is negligibly small, less than 2 cm/s (Park 2008). However, in high and low latitude areas during the ionosphere storm, such constraints cannot be applied because the ionosphere delay rate changes at a rate of 2 cm/s or more. In addition, if the ionosphere fluctuates severely, the ionosphere delay error cannot be canceled when applying the general RTK technique due to local disturbance, making it difficult to determine the precise position using it. Therefore, this paper proposes cycle slip detection and repair method that uses the triple frequency linear combination to continuously provide precise positioning in the event of rapid ionospheric fluctuation. To verify the proposed algorithm, the possibility of use at actual high and low latitude was confirmed through simulation and actual data using post-processing programs.

Keywords: GNSS, precise positioning, cycle slip detection

Speaker 이예빈 세종대학교