이온층에 의한 신호지연은 GNSS를 이용한 측위에서 가장 큰 오차요인이다. 다중 주파수를 사용하는 수신기는 주파수간 무전리층 조합으로 대부분의 이온층 오차를 제거할 수 있지 만, 저가형 단일 주파수 수신기는 오차의 제거가 쉽지 않다. 오차 보정을 위해 GPS의 Klobuchar 모델을 적용한다면 약 40-60%까지만 보정이 가능하다. 반면 전세계 상시관측소에서 수집된 데이터의 실시간 및 준실시간 처리를 통해 제공되는 전지구 이온층 지도인 GIM을 사용한다면 효과적인 보정이 가능하다. 이 연구에서는 CODE에서 제공하는 GIM의 1일, 2일 치 예측 모델인 c1pg, c2pg의 성능을 경도 105°~150°, 위도 22.5°~50°의 범위에서 IGS Final GIM을 기준으로 비교 분석하였다. 두 모델의 월별 RMSE 평균을 계산한 결과 두 모델 간의 차이는 0.2 TECU로 유사한 성능을 나타냈다. 또한, 오차의 공간적 경향을 분석했을 때 고위도에서 저위도로 갈수록 RMSE가 증가하였고 RMSE의 월별 평균이 가장 큰 11월의 경우 저 위도에서 최대 4.8 TECU 차이를 보였다. 또한, 지자기 활동을 나타내는 Kp 지수, 태양 활동 지표를 나타내는 F10.7 인덱스 및 태양 흑점 개수를 사용하여 예측 모델의 성능을 검증하였 다. 두 가지 모델에서 발생한 오차와 각 지수와의 상관계수가 모두 0.7 이상의 값을 가졌고 지자기 활동 및 태양 활동에 따라 예측 모델의 정확도가 다소 낮아짐을 확인했다. 하지만 전 체 상대오차가 8-12%로 나타난 것을 통해 두 모델의 성능이 유효함을 확인하여 향후 실시간 국내 사용에 문제가 없음을 판단하였다.

Performance Analysis of CODE GIM Prediction Model

Ei-Ju Sim, Jae-Young Park, Bong-Gyu Park, Kwan-Dong Park*

The signal delay caused by the ionosphere is the largest error source in GNSS positioning. While multi-frequency receivers can remove most of the ionospheric delay by using ionospheric-free combinations, it is not easy to remove the errors at low-cost single-frequency receivers. If the Klobuchar model of GPS is applied for error correction, it can be corrected only up to 40-60%. However, Global Ionosphere Map (GIM) can be more effective than the Klobuchar model because GIMs are being generated based on real-time or near- real-time processing multi-frequency multi-constellation measurements collected at globally distributed geodetic-quality receivers. In this study, the performance of c1pg and c2pg, the GIM prediction models provided by CODE, were compared and analyzed based on IGS Final GIM in the range of longitudes 105°-150° and latitudes 22.5°-50°. The average monthly RMSE of the two models was found at the level of ~0.2 TECU, indicating similar performance. In addition, through spatial analysis of the error distributions, the RMSE increased from high latitudes to low latitudes. In November, when the monthly average of RMSE was the largest, there was a maximum difference of 4.8 TECU at low latitudes. Also, the performance of the prediction model was verified using the Kp index indicating geomagnetic activity, the F10.7 index, and the number of sunspots indicating the solar activity index. The correlation coefficients between RMSE values and three indices were found to be at a value of 0.7 or higher, and it was confirmed that the accuracy of the prediction model was somewhat degraded depending on geomagnetic activity and solar activity. However, we could conclude that there is no problem in real-time domestic use in the future by confirming that the performance of the two models is valid through the overall relative error of 8-12%.

Keywords: GPS, ionosphere, CODE GIM

Speaker 심이주 인하대학교