한국형 도심항공교통 (Korean Urban Air Mobility, K-UAM)의 운용개념서에 따르면 단계별 운용단계에서 항법시스템은 기본적으로 Global Navigation Satellite System (GNSS)를 기반으로 하고, 보조 항법시스템 장착을 고려하는 정밀위성항법을 제시하고 있다. 보조 항법시스템을 통해 항법해의 정확도를 증가시킬 수 있으나, 일반적인 환경의 UAM 운항 중에서 항법해의 신뢰도를 결정하기 위해서는 기본적인 GNSS 성능 분석이 필요하다. GNSS 시스템을 사용한 위치 결정은 4개 이상의 가시위성으로부터 측정된 의사거리 (Pseudo-range)를 사용하여 삼 각측량 기법을 통한 최적해를 도출하는 방식으로 이루어진다. GNSS 시스템의 위치 오차는 다양한 요인에 의해 발생하는데 본 논문에서는 의사거리 측정값을 대류층/이온층 지연효과, 시각오차, 다중경로 오차 및 측정잡음을 포함하여 모델링하고 의사거리 측정오차에 따른 항법성능 영향성을 분석하고자 한다. 특히, 고층 건물이 밀집한 도심 환경에서 저고도로 비행하 는 UAM의 경우 건물 면에서 반사되는 위성신호의 다중경로에 의한 위치 오차가 주된 오차 요인으로 고려된다. 이에 UAM 위치에서 위성신호와 구조물과의 기하학적 관계를 고려한 모델 링과 실제적인 데이터를 기반으로 다중경로가 항법 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 본 논문에서 제시한 시뮬레이션 결과는 추후 K-UAM의 항법요구도 도출 및 검증하기 위한 원시자 료로 활용될 계획이다.

GNSS Multipath Error Analysis for Deriving UAM Navigation Requirements

Sangdo Park, Dongwon Jung*, Hyangsig Jun*

According to the Operational Concept of Korean Urban Air Mobility (K-UAM), the primary navigation system is based on the Global Navigation Satellite System (GNSS). The concept also suggests the potential inclusion of auxiliary navigation systems for more accurate satellite navigation. While auxiliary systems can improve the accuracy of navigation, a fundamental performance analysis of GNSS is crucial to understand its reliability during typical UAM operations. GNSS-based positioning employs the method of triangulation using pseudo-ranges measured from four or more visible satellites. Various factors contribute to the positioning error in GNSS systems. This paper aims to model these pseudo-range measurements, taking into account the effects of tropospheric and ionospheric delays, ephemeris errors, multipath errors, and measurement noise. Specifically, for UAM operating at low altitudes in densely populated urban areas with high-rise buildings, multipath error from satellite signals reflecting off building surfaces is considered to be a major source of error. This study incorporates a model that considers the geometric relationship between satellites, urban structures, and the location of UAM to analyze the impact of multipath errors on navigation performance. The paper uses actual data to model multipath errors and their influence on navigation. The simulation results obtained in this study are planned to be used as preliminary data for deriving and verifying the future navigation requirements of K-UAM.

Keywords: K-UAM, GNSS, multipath modeling, navigation requirements

Speaker 박상도 한국항공대학교