반송파 기반 보강 항법시스템은 제공되는 보정정보의 형태에 따라 Observation Space Representation (OSR) 방식과 State Space Representation (SSR) 방식으로 구분할 수 있다. Real- Time Kinematic (RTK) 및 Network RTK로 대표되는 OSR 방식의 경우, 보정정보의 성능, 즉, 사용자 정밀 측위 성능이 기준국과 사용자 측정치 오차의 공간적 상관성 (spatial correlation) 에 의해 결정되므로, 최적의 측위 성능을 확보하기 위해서는 사용자로부터 가장 가까운 기준국의 보정정보 또는 사용자 위치를 반영하여 모델링 된 가상의 측정치를 전송하기 위해 인프라와 사용자 간의 양방향 통신을 이용하거나, 서비스 전 영역의 보정정보를 한꺼번에 방송하기 위해서는 막대한 양의 메시지 대역폭이 요구된다. 이러한 이유로 전통적인 Network RTK 방식은 국가 단위의 광역 서비스 또는 위성 기반 보정정보 방송 서비스에 적합하지 않다. 반면, SSR 방식은 Global Navigation Satellite System (GNSS) 측정치 오차를 성분 별로 분해하여 추정하고, 사용자 위치를 반영하여 재조합 및 적용 가능하도록 각 오차에 대하여 모델링 된 보정정보 파라미터를 제공하므로, 위성 기반의 단방향 방송 서비스에 적합 하다. 다만, SSR 방식은 측정치 오차를 과도하게 분해하여 추정함으로써 발생하는 보정정보의 불확실성 등으로 인해 OSR 방식 대비 측위 성능이 떨어지고, cm급 위치 정보가 산출되 기까지 긴 초기화 시간이 요구된다. 본 논문에서는 위성 기반 cm급 정밀 측위 서비스를 고려하여 OSR 및 SSR 방식의 장점을 결합한 Homogeneous Network RTK (HN-RTK) 시스템을 제안하였다. 기존 Network RTK에서 삼각망 기반의 네트워크별로 주기준국이 독립적으로 운영되었던 반면, 본 연구에서 제안하는 HN-RTK는 전 서비스 영역에 동일한 기준국 보정정보 를 적용함으로써 기존 OSR의 단점을 보완하고 SSR 수준의 적은 양의 보정정보로 사용자의 위치와 무관하게 균질한 보정정보 제공을 가능하게 하였다. 제안한 HN-RTK를 구현하고 그 성능을 평가하기 위해 국내 19개의 GNSS 기준국을 활용하여 전국토를 커버하는 기준국 네트워크를 구성하고, 각 네트워크마다 Flächen Korrektur Parameter (FKP) 기반의 다중위성군 Network RTK 보정정보를 생성하였다. 또한, 전국토 사용자에 대한 정밀 측위 성능 평가를 위해 기준국 네트워크 내부에 위치한 기준국을 사용자로 가정하여 정적 측위 실험을 수행하 였다. 24개 지점에 설정된 모든 사용자 수평 오차는 평균 1.76 cm, 최대 2.5 cm로, 주기준국으로부터 533 km 떨어진 남한지역 전역에서 사용자의 위치와 무관하게 균질한 측위 성능이 확인되었다. 뿐만 아니라, 1500 bps의 낮은 전송속도로도 서비스 전역을 대상으로 한 보정정보 제공이 가능하여 미래 Korean Positioning System (KPS)의 정밀 측위 서비스로의 활용이 가능할 것으로 보인다. 보정정보 수신 시간 포함 30초이내, 보정정보 수신 후 1초의 짧은 미지정수결정 시간은 이동체 정밀 측위 기술로서의 활용가치를 더욱 높일 수 있으므로 Quasi-Zenith Satellite System (QZSS)의 Centimeter Level Augmentation Service (CLAS) 대비 차별화된 가치와 경쟁력 확보에도 기여할 것으로 예상된다.

Implementation and Performance Analysis of Homogeneous Network RTK using GNSS Observables from Korea GNSS Reference Stations

Cheolsoon Lim, Byungwoon Park*

The carrier-based augmented navigation system can be divided into two categories which are Observation Space Representation (OSR) and a State Space Representation (SSR) according to the type of error corrections provided. In the case of the OSR method represented by Real-Time Kinematic (RTK) and Network RTK, the performance of the corrections, that is, the user's precise positioning performance, is determined by the spatial correlation between the reference station and the user. Therefore, for optimal positioning performance, two-way communication between the infrastructure and the user should be used to transmit the observation data of the nearest reference station or virtual(modeled) observation data, or Global Navigation Satellite System (GNSS) observables from all reference station located in the service area should be broadcast simultaneously. For this reason, the conventional network RTK is not suitable for a nationwide service or broadcasting the corrections via a satellite. On the other hand, the SSR method is suitable for satellite-based one-way broadcast service because it decomposes and estimates GNSS measurement errors by component and provides modeled parameters for each error that can be recombined by the user receiver. However, the SSR method has poor positioning performance compared to the OSR due to an uncertainty in SSR corrections and requires a longer initialization time until achieving centimeter-level position accuracy. In this paper, we propose a Homogeneous Network RTK system that combines the advantages of OSR and SSR methods in consideration of satellite-based precision positioning service. To implement this system, reference station networks were constructed to cover the entire land area using GNSS reference stations, and multi-GNSS network RTK corrections based on the Flächen Korrektur Parameter (FKP) were generated for each network. In addition, in order to evaluate the precise positioning performance of wide area users, static positioning was performed assuming a reference station located inside the reference station network as a user. The average of horizontal errors of 24 users was an 1.76 cm and a maximum of 2.5 cm, confirming homogeneous positioning accuracy regardless of the user’s location throughout South Korea, which was 533 km away from the master station. In addition, it is possible to provide the corrections for the entire service even with a low transmission rate of 1500 bps, so it is expected to be utilized as a precision positioning service for Korean Positioning System (KPS) in the future. The quick initialization time of less than 30 seconds including the time to receive the correction data and the rapid ambiguity resolution time of 1 second after receiving the correction data can further increase the value of usage as a high-precision positioning technique for moving vehicles. This is expected to contribute to securing the competitiveness of KPS compared to Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) Centimeter Level Augmentation Service (CLAS). Keywords: network RTK, FKP, OSR, SSR

Speaker 임철순 세종대학교