전리층은 Global Navigation Satellite System (GNSS) 신호 전달 과정에 있어 가장 큰 오차 요인이다. 이를 보정하기 위해 대표적으로 사용되는 Klobuchar 모델은 GPS 항법 메시지에 실린 8개의 보정계수로 주간 전리층 지연량을 계산하며 야간에는 전리층 지연량을 상수(5 ns)로 가정한다. 하지만 Klobuchar 모델의 정확도는 50-60%에 불과하며 항법메시지에 실리는 보정계수는 전지구를 대상으로 하나의 세트만 제공되기에 관측소의 위치에 따라 성능에 차이가 존재한다. 이러한 단점을 보완하기 위해 이 연구에서는 International GNSS Service (IGS)에서 제공하는 Final GIM을 활용하여 Klobuchar 모델의 야간 지연 상수와 보정계수를 동시에 추정하 고 보정계수 적용에 따른 성능을 비교하였다. 이 연구에서는 한반도 Ionospheric Piercing Point (IPP)의 범위인 위도 22.5~50°, 경도 105~150°에서의 VTEC을 관측값으로 사용하여 최소제곱법을 적용해 보정계수와 야간 지연 상수를 추정하는 방법을 제시하였다. 이때, 초기값은 11년동안 기록된 보정계수의 평균값으로 설정하였다. 보정계수의 정확도를 확인하기 위하여 태양 극소기인 2019년과 태양 극대기인 2023년에서의 GIM 기준 VTEC을 산출하였다. 그 결과, 모든 일자에서 새롭게 추정한 보정계수가 기존 보정계수를 사용할 때보다 더 우수한 성능을 보였다.

Simultaneous Estimation of the Night Delay Constant and Coefficients of a Regional Klobuchar Model Using IGS Final GIM

Ei-Ju Sim*, Kwan-Dong Park

The ionosphere is the largest source of error in the Global Navigation Satellite System (GNSS) signal transmission process. The Klobuchar model, which is widely used to compensate for this, calculates the daytime ionospheric delay using eight correction factors included in the GPS navigation message and assumes a constant ionospheric delay of 5 ns at night. However, the accuracy of the Klobuchar model is only 50-60%, and since only one set of correction factors included in the navigation message is provided for the entire globe, the model's performance varies depending on the location of the observatory. To address these shortcomings, this study simultaneously estimated the nighttime delay constant and correction factor of the Klobuchar model using the Final GIM provided by the International GNSS Service (IGS), and compared the performance based on the application of the correction factor. In this study, a method was proposed to estimate the correction factor and nighttime delay constant by applying the least squares method, using the VTEC over the latitude range of 22.5° to 50° and the longitude range of 105° to 150°, which corresponds to the range of the Ionospheric Piercing Point (IPP) over the Korean Peninsula, as observational values. At this point, the initial value was set to the average correction factor recorded over 11 years. To verify the accuracy of the correction factor, the GIM-based VTEC was calculated for the solar minimum in 2019 and the solar maximum in 2023. As a result, the newly estimated correction factor outperformed the existing correction factor on all dates.

Keywords: GPS, ionosphere, Klobuchar model

Speaker 심이주* 인하대학교