이중 차분(Double difference) 기법은 위성단과 수신기단의 시계오차 및 하드웨어 오차를 제거할 수 있으며 기준국(Base)과 이동국(Rover) 간의 거리가 가까운 경우, 신호의 전달경로 상에서 발생하는 오차인 대류권과 이온층 오차까지 소거할 수 있다. 실시간으로 기준국과 이동국의 데이터를 동시에 수신하고 처리한다면 실시간 측위에서도 이러한 이중 차분 기법 의 적용이 가능하다. 본 연구에서는 안드로이드 스마트폰을 이동국으로 설정하여 스마트폰 원시데이터 기반 실시간 코드의사거리 이중 차분 알고리즘을 구현하고 그 성능을 검증하 였다. 실시간 자료처리를 위해 스마트폰 GPS 모듈의 관측데이터와 기준국 RTCM 데이터를 수신하고 이를 기반으로 이중 차분을 수행하는 AWS 서버를 별도로 구축하였으며 산출된 이중 차분 결과를 스마트폰 사용자에게 반환하고 지도에 좌표를 표시하는 앱을 제작하였다. 이러한 서버기반 자료처리는 스마트폰 엔진기반 자료처리와 비교하여 스마트폰의 부하 및 배터리 운용 측면에서 효율적이라는 장점이 있다. 또한, 본 연구에서 구현한 코드의사거리 이중 차분과 GPS Interface Control Document (ICD)에서 제공하는 시계오차 보정방법, Global Pressure and Temperature model (GPT) 대류권 모델 그리고 Klobuchar 이온층 모델을 적용한 스마트폰 원시 데이터의 코드의사거리 기반 Standard Point Positioning (SPP)를 비 교하였을 때, 이중 차분 결과에서 SPP에 비해 수평, 수직 각각 약 43%, 36%에 해당하는 오차 감소율을 보였다. 이중 차분 기법의 적용으로 기존 스마트폰 자료처리 방식 기반 측위보 다 더 높은 정확도와 정밀도의 확보가 가능하다는 것을 확인하였으며, 인터넷으로 서버에 연결만 가능하다면 기존의 스마트폰 GPS 측위 결과보다 더 높은 정확도의 측위 결과를 실시 간으로 얻을 수 있는 알고리즘을 개발했다는 점에 본 연구의 의의가 있다.

Development and Evaluation of Real-Time Double Difference Positioning Algorithm Based on the Code-Pseudoranges of Android Smartphone Raw Data

Seong-Yeop Shin*, Mi-So Kim, Kwan-Dong Park

Double difference is a technique that can eliminate receiver clock error, satellite clock error, and receiver and satellite hardware error. If the baseline between receivers is short, it can be assumed that the troposphere and the ionosphere error, which are errors occurring on the transmission path of the signal, cancel out. If data from the base and the rover are received and processed simultaneously in real-time, double-difference technique can be applied real-time positioning. In this study, by setting the Android smartphone as a rover, real-time double-difference algorithm based on code-pseudorange of smartphone raw data was developed and its performance was verified. For real-time data processing, an AWS server that receives observation data from the smartphone GPS module and RTCM data of reference station and performs double difference based on this was separately established. And we created a smartphone application to acquire the calculated double difference result from the server and display the coordinates on the map. Compared to smartphone engine-based data processing, this server-based data processing has the advantage of being efficient in terms of smartphone load and battery operation. In addition, when comparing the double difference of the code-pseudorange implemented in this study and the clock error correction method provided by the GPS Interface Control Document (ICD), the Global Pressure and Temperature Model (GPT) tropospheric model and the Klobuchar ionosphere model, The error reduction rate was about 43% and 36% in the horizontal and vertical direction, respectively. It was confirmed that higher accuracy and precision can be obtained by applying the double-difference technique than the existing smartphone data processing method, and this study is meaningful in that it developed an algorithm that can obtain higher accuracy in real time than the existing smartphone GPS positioning result.

Keywords: GPS, android smartphone raw data, real-time double difference

Speaker 신성엽* 인하대학교