위성항법 신호는 위성에서 송출되어 지구의 사용자가 수신하기까지 이온이 분포한 전리층을 지나게 된다. 이는 위성항법 신호의 지연을 유발하여 위치 정확도를 떨어지게 한다. 동일한 지역 에서의 전리층은 그 경향성이 유지되어 Klobuchar 모델 등의 모델링을 통하여 오차를 보상할 수 있다. 그러나 활발한 태양 활동은 전리층에 영향을 주어 모델링과 실제 전리층 분포가 불일치 하게 되며 위치 오차가 커지게 된다. 태양 활동 수준과 위치 정확도 수준의 상관 관계를 알 수 있다면, 사용자는 태양 활동 수준 관측 데이터를 통해 위성 항법 수신기에서 제공하는 위치에 대 한 오차 수준을 예상하며 사용할 수 있다. 그런데 전리층 지연 오차 외에도 위성항법 정확도에 영향을 미치는 다양한 오차 요소가 존재하므로, 단일 주파수 수신기를 이용할 경우 태양 활동과 위치 오차의 직접적인 영향성을 확인하기에 제한이 있다. 따라서 전리층 지연 오차를 제외한 오차 요소의 영향성과 전리층 지연 오차를 분리하여 항법 성능을 분석할 필요가 있다. 동일한 위 성에서 송출한 주파수가 다른 신호는 사용자에게 도달하기까지 동일한 경로를 거치기 때문에 동일한 오차 요소들을 갖게 되나, 전리층에서의 지연 특성은 주파수에 따라 다르게 나타난다. 이 를 이용하여 이중 주파수의 ionosphere-free 조합을 구성하면 전리층 지연 오차를 제거할 수 있다. 본 연구에서는 자체 개발한 L1/L2 이중 주파수 수신기를 활용하여 태양의 활동에 영향을 받 지 않은 위성 항법해를 구하고, L1 단일 주파수 항법 결과와 비교하여 전리층 지연 오차만의 영향성을 도출한다. 이를 통해 태양 활동 수준과 위성 항법 위치 정확도 간의 직접적인 상관관계를 확인할 수 있다.

Analysis of GNSS Position Errors Based on Solar Activity Levels Using a Proprietarily Developed L1/L2 Dual-Frequency Receiver

Jong-Heon Kim*, Kang Suk Kim, Sujin Kwak

Global Navigation Satellite System (GNSS) signals are transmitted from satellites and travel through the ionosphere, which is populated with ions, before reaching users on Earth. This traversal through the ionosphere introduces delays in the signals, which degrades positional accuracy. The ionosphere in a given region tends to exhibit consistency, allowing for error compensation through models such as the Klobuchar model. However, heightened solar activity can impact the ionosphere, causing discrepancies between model and actual ionospheric conditions, thereby increasing position errors. Understanding the correlation between solar activity levels and position accuracy allows users to predict the level of error in the positions provided by GNSS receivers based on solar activity observation data. Nevertheless, in addition to ionospheric delay errors, there are various other error sources affecting GNSS accuracy. Using a single-frequency receiver limits the ability to directly assess the impact of solar activity on position errors. Therefore, it is essential to analyze navigation performance by isolating the influence of error factors other than ionospheric delay and separating ionospheric delay errors. Signals transmitted from the same satellite at different frequencies, follow the same path to the user. Encountering the same error factors; however, the delay characteristics in the ionosphere vary with frequency. By employing a dual-frequency ionosphere-free combination, ionospheric delay errors can be eliminated. This study utilizes a self-developed L1/L2 dual-frequency receiver to obtain satellite navigation solutions unaffected by solar activity and compares these results with L1 single-frequency navigation outcomes to isolate the impact of ionospheric delay errors. This approach facilitates a direct assessment of the correlation between solar activity levels and satellite navigation position accuracy.

Keywords: dual frequency, ionospheric delay, GNSS

Speaker 김종헌* 단암시스템즈