항법위성의 정밀궤도 및 시각정보 생성은 한국형 위성항법시스템(KPS)의 개발과 센티미터급 항법에 중요한 역할을 한다. 위성궤도는 Full-Force Model과 배치필터를 사용하여 결정 및 예측할 수 있다. 반 면, 위성시각 파라미터는 궤도에 비해 예측 성능의 한계가 있다. 따라서 보다 짧은 주기로 추정되어야 하는 특징이 있어서 배치필터보다 순차필터 사용이 적합하다. 본 연구는 전 지구에 분포된 IGS 관측 소 66개소로부터 관측 데이터를 수집하고, 순차 필터를 활용하여 시계 오프셋과 드리프트를 추정하는 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 수집한 관측 데이터로 무전리층 조합을 구성한 후 사이클 슬 립 및 시계 불연속을 감지하는 전처리를 수행하고, 순차필터를 통해 30초 간격의 시계 오프셋 및 드리프트를 추정한다. 순차필터에는 수치적 안정성을 확보하기 위해 Cholesky 분해와 Joseph’s Stabilized Form을 적용하였다. 추정한 시계 오프셋을 Jet Propulsion Laboratory (JPL)의 최종 시계 오프셋 산출물과 비교한 결과, 그 차이는 GPS위성의 각 블록 별로 +2 ns에서 -2 ns에 이르는 바이어스를 형성하였 다.

Real-time Estimation and Error Analysis of GPS Satellite Clock Parameters Using a Global Tracking Network and Sequential Filtering

Yunhwan Seol*, Hyung-Jin Rim, Yeong-Guk Kim, Kwan-Dong Park

Generating precise orbit and timing information for navigation satellites is crucial for the development of the Korean Positioning System (KPS) and for achieving centimeter-level navigation. Satellite orbits can be determined using a full-force model with a batch filter. In contrast, satellite clock parameters have limited prediction performance compared to orbits. Therefore, they must be estimated at shorter intervals, which makes a sequential filter more suitable than a batch filter. This study proposes an algorithm that uses a sequential filter to estimate clock offset and drift, based on observation data collected from 66 IGS stations located across the globe. The proposed algorithm performs pre-processing to detect cycle slips and clock discontinuities from the ionosphere-free combinations of the collected observation data. It then uses a sequential filter to estimate the clock offset and drift at 30-second intervals. To ensure numerical stability, Cholesky decomposition and Joseph's stabilized form were applied to the sequential filter. A comparison of the estimated clock offsets with the final clock offset products from the Jet Propulsion Laboratory (JPL) showed that the difference formed a bias ranging from +2 ns to -2 ns for each GPS satellite block.

Keywords: GNSS, real-time estimation, clock estimation, sequential filter

Speaker 설윤환* 인하대학교