위성항법시스템을 이용한 측위에서 이온층 오차 보정을 위해 사용되는 모델은 대표적으로 Klobuchar 모델, NeQuick 모델 등이 있고 실시간 보정이 가능하지만 정확도가 50~60%에 불 과하다는 단점이 있다. 반면, Global Ionosphere Map (GIM)은 이중주파수 Global Navigation Satellite System (GNSS) 데이터를 기반으로 만든 전지구 격자형 Vertical Total Electron Content (VTEC) 지도로 높은 정확도를 가지지만, 데이터 양이 크고 실시간 적용이 어렵다는 단점이 있다. 본 연구에서는 데이터 양을 줄이기 위하여 격자형 VTEC으로 제공되는 GIM 을 다항식 모델화 하는 방안에 대해 연구하였다. 다항식 형태의 이온층 모델은 State Space Representation (SSR) 중 Secure Position Augmentation for Real-Time Navigation (SPARTN) 의 High Precision Atmosphere Correction (HPAC) 및 Quasi-Zenith Satellite System (QZSS)-Centimeter Level Augmentation Service (CLAS)의 Compact SSR에서 서비스 중이며, 이 모델 들은 Slant Total Electron Content (STEC) 다항식 모델이기 때문에 가시위성수가 많아지면 데이터의 양이 많아진다는 단점이 있다. 본 연구에서 개발한 VTEC 다항식 모델은 한반도에 서 수신가능한 위성의 이온층 관통점을 고려하여 모델의 생성 및 제공 대상구역을 선정하였으며, 110개 GIM 격자점에서의 VTEC을 다항식 모델화 하였다. 개발한 VTEC 다항식 모델 은 실제 GIM과 최대 절대오차 2.2 TECU, 최대 상대오차 11.5%를 보인다. 따라서, 높은 정확도로 GIM을 다항식 모델로 표현해 낼 수 있으며, 데이터 전송면에서 큰 장점을 보인다. 향후 본 연구에서 개발한 VTEC 다항식 모델을 이용하여 예측 GIM 또는 실시간 격자형 VTEC 모델을 다항식 모델의 계수로 제공함으로써 획기적으로 데이터량을 줄일 수 있을 것으로 예상 된다.

Development of VTEC Polynomial Model Using GIM

Jae-Young Park*, Yeong-Guk Kim

The models used for ionosphere error correction in positioning using a satellite navigation system are representatively Klobuchar model and NeQuick model. Real-time correction is possible, but the accuracy is only 50-60%. On the other hand, the Global Ionosphere Map (GIM) is a global grid-type Vertical Total Electron Content (VTEC) map based on dual frequency Global Navigation Satellite System (GNSS) data. This has high accuracy, but has a disadvantage in that the amount of data is large and real-time application is difficult. In this study, a method for polynomial modeling of GIM was studied. The polynomial ionosphere model is being serviced by High Precision Atmosphere Correction (HPAC) of Secure Position Augmentation for Real-Time Navigation (SPARTN) and Compact SSR of Quasi-Zenith Satellite System (QZSS)-Centimeter Level Augmentation Service (CLAS). Since the models are Slant Total Electron Content (STEC) polynomial models, there is a disadvantage that the amount of data increases as the number of visible satellites increases. For the VTEC polynomial model developed in this study, the target area for model generation and provision was selected considering the ionosphere pierce points of receivable satellites in the Korean Peninsula, and the VTEC at 110 GIM grid points was polynomially modeled. The developed VTEC polynomial model shows the maximum absolute error of 2.2 TECU and the maximum relative error of 11.5% with the actual GIM. Therefore, GIM can be expressed as a polynomial model with high accuracy, and it shows a great advantage in data transmission. In the future, it is expected that the amount of data can be drastically reduced by providing the predicted GIM or real-time grid-type VTEC model as the coefficients of the polynomial model.

Keywords: GNSS, ionosphere, GIM

Speaker 박재영* 인하대학교