센티미터급 정밀위치 확보를 위하여 세계적으로 정밀측위 기법에 관한 연구가 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 본 연구의 목적은 비용 절감에 적합한 저가형 단일주파수 수신기에서 서브미터 수준의 안정적인 측위 성능을 도모하기 위한 Precise Point Positioning – Real Time Kinematic (PPP-RTK) 알고리즘을 설계하였다. 해당 연구에서는 일본의 지역위성항법시스템인 Quasi-Zenith Satellite System (QZSS)에서 제공하는 State Space Representation (SSR) 보정정보인 Centimeter Level Augmentation Service (CLAS)를 기반으로 한 PPP-RTK 알고리즘을 구성하였다. CLAS를 통해 이온층과 대류권 오차에 관한 보정정보를 각 격자점에 대하여 제 공받을 수 있기에 무전리층 조합과 같이 이중주파수의 적용이 필수불가결한 방법을 차용하지 않고 대기에 관한 Global Navigation Satellite System (GNSS) 오차를 계산할 수 있다. PPP-RTK 알고리즘은 확장 칼만필터 (Extended Kalman Filter)에 기본을 두며 GNSS 코드의사거리(pseudo range), 반송파 위상(carrier phase) 관측치를 함께 측위에 적용하여 사용자의 위치를 추정하도록 구현하였으며 단일주파수 수신만이 가능한 모듈에 적용을 위하여 GNSS L1 신호만을 기반으로 알고리즘을 구성하였다. 본 연구에서 제안된 PPP-RTK 알고리즘의 성능 평가를 위하여 일본에 위치한 IGS 기준국들을 대상으로 검증을 진행하였다. 성능 평가 결과, 수평 방 향 Root Mean Square Error (RMSE) 기준으로 10cm 내외의 측위 정확도가 산출됨을 확인하였다. 추가적으로 중저가형 GNSS 수신기인 Septentrio 사의 mosaic-X5로 일본 지역에서 수신한 데이터를 기반으로 알고리즘 의 성능 평가를 수행한 결과 수평 방향 RMSE 기준 20~30 cm의 정확도가 달성됨을 확인하였다.

QZSS CLAS Based PPP-RTK Positioning Algorithm Development for Low-Cost Single Frequency GNSS Receiver

Jeong-Min Han*, Seong-Yeop Shin, Kwan-Dong Park

Research on precise positioning techniques is actively being conducted worldwide to achieve centimeter-level accurate positioning. The purpose of this study is to design a PPP-RTK (Precise Point Positioning – Real- Time Kinematic) algorithm aimed at achieving stable positioning performance at the sub-meter level using a low-cost, single-frequency receiver suitable for cost reduction. In this research, the PPP-RTK algorithm was constructed based on the Centimeter Level Augmentation Service (CLAS), which provides State Space Representation (SSR) correction information via Japan's Quasi-Zenith Satellite System (QZSS). Through CLAS, ionospheric and tropospheric correction information can be obtained for each grid point, allowing GNSS (Global Navigation Satellite System) errors to be calculated without the necessity of dual-frequency methods, such as ionosphere-free combinations. The PPP-RTK algorithm is based on an Extended Kalman Filter, incorporating GNSS pseudo-range and carrier phase observations to estimate the user's position. The algorithm was designed to work with GNSS L1 signals to accommodate modules that only support single-frequency reception. For performance evaluation, validation was conducted using IGS reference stations located in Japan. The results showed that positioning accuracy, based on horizontal RMSE, was within 10 cm. Additionally, performance evaluation using data received in Japan from the mid-tier GNSS receiver mosaic-X5, manufactured by Septentrio, demonstrated horizontal RMSE accuracy in the range of 20 cm to 30 cm.

Keywords: GNSS, PPP-RTK, CLAS, single-frequency

Speaker 한정민* 인하대학교