Global Navigation Satellite System (GNSS)의 증가로 위치 계산에 많은 수의 위성을 활용할 수 있다. 위성 수 증가는 위치 정확도의 향상 및 가용성 증대의 장점을 가지고 있다. 하지만 위치 정확도 개선율 감소와 계산량 증가라는 단점이 발생한다. 더하여 위치해 계산에 가시위성 모두를 사용할 경우 저앙각 위성의 영향으로 위치 정확도 저하가 발생될 수 있다. 이런 이유로 위성 선별에 대한 연구가 수행되었다. 본 논문에서는 Geometric Dilution of Precision (GDOP)을 최소로 하는 다중 GNSS 위성의 이상적 배치에 대해 수학적 분석을 수행하였다. 분석 결과를 활용하여 Horizontal Dilution Of Precision (HDOP)과 Vertical Dilution of Precision (VDOP)에 따른 이상적 위성 배치를 확인하였다. 이때 위치-시각(position-time) 솔루션의 수신기 시계 오차 미지수는 활용하는 위성의 GNSS 수와 동일하게 활용하였다. 이상적 배치에서 수학적 유도 결과는 다음과 같 다. HDOP은 수평의 방위각 균등 위성 수가 많을수록 낮고 VDOP은 천정과 방위각 균등 위성 수가 유사할수록 낮다. 시뮬레이션, 실제 위성 통해 수학적 유도 결과가 유효함을 확인했다. 수학적, 시뮬레이션 결과를 토대 로 낮은 HDOP과 VDOP을 갖는 배치 특성을 확인하고 이를 활용한 위성선별 방법을 제안한다. HDOP은 개별 GNSS에서 방위각 균등 위성군을 우선적으로 선별한다. 선별된 4개의 위성군 중 효과적인 위성군만 선택하여 위치 계산에 활용한다. VDOP은 전체 위성에서 방위각 균등 위성군을 선별한다. 다음 선별된 방위각 균등 위성과 동일한 GNSS의 고앙각 위성을 포함하여 최종 선택한다. 제안 기법은 반복문의 수 감소뿐 아니라 선별 과정에서 Dilution of Precision (DOP) 계산을 수행하지 않아 계산 시간 감소의 효과를 기대할 수 있으며, 이를 실제 다중 GNSS 데이터에 적용하여 확인하였다. 위성선별기법의 HDOP과 VDOP을 분리를 통해 적용 분야에 따라 달리 활용할 수 있다.

Multi-GNSS Horizontal and Vertical Satellite Selection Method Based on Ideal Placement Analysis

JinHyeok Jang*, Kinam Jun, Byungwook Im, Yoojeong Shim

The increase in the Global Navigation Satellite System (GNSS) allows for the use of many satellites for position calculation. The increase in the number of satellites has the advantages of improved position accuracy and increased availability. However, there are disadvantages such as a decrease in the rate of improvement in position accuracy and an increase in computational load. In addition, if all visible satellites are used for position calculation, the effect of low elevation satellites can cause a decrease in position accuracy. For this reason, research on satellite selection has been conducted. In this paper, we perform a mathematical analysis of the ideal placement of multiple GNSS satellites that minimizes Geometric Dilution of Precision (GDOP). Using the results of the analysis, we identify the ideal satellite placement according to Horizontal Dilution of Precision (HDOP) and Vertical Dilution of Precision (VDOP). At this time, the receiver clock error unknowns of the position-time solution were used in the same number as the GNSS satellites used. The mathematical induction results in the ideal arrangement are as follows. The validity of the mathematical induction results was confirmed through simulations and actual satellites. Based on the mathematical and simulation results, we identify the characteristics of the arrangement with low HDOP and VDOP and propose a satellite selection method using them. HDOP selects azimuthally uniform satellite groups from individual GNSS first. Among the four selected satellite groups, only the effective satellite groups are selected and used for position calculation. VDOP selects azimuthally uniform satellite groups from all satellites. Then, including high elevation satellites of the same GNSS as the selected azimuthally uniform satellites, the final selection is made. The proposed technique can reduce the number of iterations and also reduce the computational time by not performing Dilution of Precision (DOP) calculations in the selection process, and this was confirmed by applying it to actual multi-GNSS data.

Keywords: multi-GNSS, satellites selection, DOP

Speaker 장진혁* LIG넥스원