반송파 기반 항법 시스템의 무결성을 보장하기 위해서는 미지 정수가 참값으로 결정될 확률, Probability of Correct fix, P(CF)가 높은 수준으로 보장되어야 한다. 사전 연구에서는 높은 수 준의 P(CF) 값을 보장하기 위해 강결합 칼만필터 기반 Carrier Phase-based Differential Global Navigation Satellite System/Inertial Navigation System (CDGNSS/INS) 융합 항법 시스템에 대 한 연구를 수행하였다. 강결합 칼만필터 기반 시스템은 필터 내부에서 미지정수를 추정하기 때문에 사이클슬립 발생을 고려하여 보수적으로 무결성 위협 확률을 산출해야 한다. 따라서 사이클 슬립의 발생 빈도가 높은 도심 환경에서 적용하기 어려운 단점이 존재한다. 이러한 단점을 해결하면서 높은 수준의 P(CF) 값을 보장하기 위해 약결합 칼만필터 기반 CDGNSS/INS 융합 항법 시스템인 Loosely-coupled Kalman filter based Inertial Aided Real Time Kinematic (LIRTK)가 제안되었고, 센서 노이즈 레벨에 따른 정상 상황 Vertical Protection Level (VPL) 산출 연구가 수행되었다. 센서 노이즈 레벨이 높아짐에 따라 P(CF) 요구조건을 만족하는 것이 어려우며, 고정 해의 가용성이 저하됨에 따라 전체적인 VPL이 높아지는 문제 가 발생한다. 따라서 본 연구에서는 전체 미지정수 중 일부만 고정하는 Partial fixing 기법을 LIRTK에 적용하여 정상 상황 VPL을 개선하는 연구를 수행하였다. 기존 LIRTK는 전체 미지정수 를 고정하였을 때 P(CF) 요구조건을 만족하지 못하면 모든 미지 정수를 고정하지 않고 정확도가 낮은 실수 해를 사용하였다. 본 연구에서는 전체 미지 정수를 고정하였을 때 P(CF) 요구 조건을 만족하지 못하는 상황에서 실수 해를 사용하는 대신 Partial fixing 기법을 적용하여 P(CF) 요구조건을 만족하는 일부 미지정수들을 고정하였고, 그에 따라 최종 항법 해의 정확도 및 정상 상황 VPL이 개선되었다.

A Study on Fault-free VPL Improvement Method of Loosely Coupled Kalman Filter-based CDGNSS/INS Integrated System using Partial Fixing Technique

Noah Minchan Kim, Dongchan Min, Jiyun Lee

To ensure the integrity of the carrier-phase-based navigation system, a high level of probability of correct fix, P(CF), must be guaranteed. Previous studies have focused on the research of tightly-coupled Kalman filter-based CDGNSS/INS integrated navigation system to ensure a high level of P(CF). However, these tightly-coupled systems are vulnerable to cycle slips, making them difficult to apply in urban environments with a high frequency of cycle slip occurrences. To address this drawback and ensure a high level of P(CF), a loosely-coupled Kalman filter- based CDGNSS/INS integrated navigation system called LIRTK has been proposed, and research on the calculation of VPL under nominal conditions according to sensor noise levels has been conducted. As the sensor noise level increases, it becomes challenging to satisfy the P(CF) requirement, leading to an increase in overall VPL due to degraded availability of fixed solutions. Therefore, in this study, a partial fixing technique, which fixes only a portion of the total ambiguities, is applied to LIRTK to improve the VPL under nominal conditions. In the existing LIRTK approach, if the P(CF) requirement is not met when fixing all ambiguities, inaccurate float solutions are used instead of fixing all ambiguities. In this study, instead of using float solutions when the P(CF) requirement is not met with all ambiguities fixed, the partial fixing technique is applied to fix some ambiguities that satisfy the P(CF) requirement. As a result, the accuracy of the final navigation solution and the VPL under nominal conditions are improved.

Keywords: LIRTK, partial fixing, vertical protection level

Speaker 김민찬 한국과학기술원