Local-Area Differential GNSS (LADGNSS)는 기지국에서 약 25 – 50 km 이내의 무인기 운용 지원을 위한 GNSS 항법 보정 정보 및 무결성 정보를 제공하는 시스템이다. LADGNSS 시스템은 GPS L1 주파수를 기반으 로 항공기의 이착륙을 지원하는 GBAS를 무인기 운용 지원을 위해 재설계한 형태로 제안되었다. 하지만 단일 주파수 기반의 시스템은 극심한 전리층 상황 하에서 가용성이 떨어진다는 한계점이 있다. 전리층 오 차에 대한 시스템의 취약성을 해결하기위해 전리층 이상현상 및 오차의 효과적인 검출 및 제거가 가능한 다중 주파수기반의 시스템이 제안되었다. 다중 주파수를 사용할 경우 다중 주파수 측정치 조합을 통한 다양한 위상 가중 평활화 기법이 사용 가능하며, 각 평활화 기법은 서로 다른 장단점을 갖기 때문에 시스템의 표준 평활화 기법을 정하기 위해서는 성능 분석 연구가 기반이 되어야한다. 본 연구에서는 GPS L1/E1, Galileo E1/E5a를 사용하는 LADGNSS 시스템의 성능을 극대화할 수 있는 위상 가중 평활화 기법을 정하기 위한 성능 분석을 수행하였다. 이중 주파수 시스템의 평활화 기법으로는 L1/E1 또는 L5/E5a기반 의 단일 주파수, L1/E1 또는 L5/E5a기반의 Divergence-Free 그리고 Iono-Free 방식을 고려하였으며, 각 평활화 기법에 대해 지상국과 무인기의 서로 다른 평활화 시간 상수 조합에 대한 성능 분석을 수행하였다. 성능 분석을 위해 각 평활화 기법을 적용하여 산출된 수직보호수준을 비교하였다. 성능 분석 시뮬레이션 결과 전리층 정상상태에서의 평활화 기법으로는 코드 잡음의 영향이 작은 단일 주파수 및 Divergence- Free 기법이 Iono-Free 기법보다 효율적이며, 약 60 s까지의 지상국 및 무인기의 평활화 시간 상수의 증가는 시스템의 성능을 유의미하게 향상시키는 것을 확인하였다.

Carrier-Smoothing Strategy for Dual-Frequency Dual-Constellation (DFDC) Local-Area DGNSS

Gi-Hun Nam, Dong-Woo Kim, Noah Minchan Kim, Ji-Yun Lee*

The Local-Area Differential GNSS (LADGNSS) broadcasts navigation corrections and integrity information to support an UAV operation within 25 – 50km from the reference station. The LADGNSS was proposed based on a simplification of the Ground Based Augmentation System (GBAS) architecture using GPS L1 measurement only. However, the availability of a single frequency-based system is degraded dramatically under severe ionospheric condition. As a potential solution of this vulnerability, a multifrequency-based system which can detect and isolate the ionospheric disturbances effectively is proposed. Additional new signals to be usable in the LADGNSS provides a significant number of smoothing strategies. Thus, to determine the standard smoothing strategy for the LADGNSS, the performance evaluation of each smoothing strategy which comes with different advantages and disadvantages is necessary. In this study, the performance evaluation is conducted to determine the best performing smoothing strategy for the LADGNSS using GPS L1/L5 and Galileo E1/E5a measurements. As the candidates of smoothing strategy for dual frequency-based system, L1/E1 or L5/E5a based single frequency (SF), L1/E1 or L5/E5a based Divergence-Free (DF) and Iono-Free (IF) are considered with different smoothing time combinations between the reference station and an UAV. To evaluate the performance of each smoothing strategy, the Vertical Protection Level (VPL) is calculated. The results show that SF or DF is preferred to IF due to the lower noise level under the nominal ionosphere condition and the longer smoothing times for the reference station and an UAV up to about 60s can effectively increase the system performance.

Keywords: LADGNSS, dual-frequency, divergence-free, Iono-free

Speaker 남기훈 한국과학기술원