Global Navigation Satellite Service (GNSS)를 활용한 정밀 상대 위치 도출은 real-time kinematics (RTK) 기법을 통해 센티미터 수준의 정확도를 제공할 수 있다. 그러나 저가형 수신기를 장착한 드 론의 비행 상태의 경우 정밀한 상대 위치 결정에 대한 여러 어려움이 존재한다. 반송파 측정치의 연속성이 유지되지 않아 미지정수의 변화가 발생할 수 있고, 신호 품질이 낮은 위성의 측정치를 사용하게 된다면 미지정수 도출에 어려움을 겪게 된다. 본 논문은 이러한 어려움을 극복하기 위해 적절한 사이클 슬립 검출 방식의 선정, 신호 품질에 따른 사용 유무의 판별 등의 방식을 제안한 다. 또한 다중위성군 이중주파수 위성 항법 측정치를 이용하여 칼만 필터 기반의 알고리즘을 통해 상대 벡터와 반송파의 미지정수를 결정하게 되면 새로운 위성의 출현 혹은 사라짐으로 인해 칼 만 필터의 구조적 어려움이 발생할 수 있다. 이는 측정치에 대한 추가적 판별 방식을 이용하는 이중 칼만 필터를 통해 알고리즘의 강건성을 높였다. 또한 비행실험으로 얻은 측정치를 적용해 센티 미터 수준의 상대벡터 결과를 제시하였다.

A Robust Approach for Precise Relative Positioning Using GNSS in Challenging Drone Flight Conditions

Chan-Hee Lee, Yujin Shin, Euiho Kim*

The precise determination of relative positions using Global Navigation Satellite Service (GNSS) can achieve centimeter-level accuracy through the application of the Real-Time Kinematic (RTK) technique. However, in the case of drones equipped with low-cost receivers and operating under moving baseline conditions, there are several challenges in achieving accurate relative position determination. The continuity of carrier phase measurements may not be maintained, leading to variations in integer ambiguity, and utilizing measurements from satellites with low signal quality can result in difficulties in determining integer ambiguity. This paper addresses these challenges by proposing approaches such as the selection of an appropriate cycle slip detection method and the determination of usability based on signal quality. Furthermore, utilizing multi-constellation dual-frequency satellite measurements, determining the relative vector and carrier phase ambiguities through a Kalman filter-based algorithm can lead to structural complexities in the Kalman filter due to the emergence or disappearance of satellites. To overcome this, we enhance algorithm robustness through the utilization of a dual Kalman Filter with a novel measurement discrimination method. The application of measurement obtained from flight tests demonstrates centimeter-level accuracy in presenting relative vector results.

Keywords: GNSS, moving baseline RTK, low-cost receiver, dual Kalman filter

Speaker 이찬희 홍익대학교