비행체에 장착된 Global Navigation Satellite System (GNSS) 수신기는 비행체의 자세 변화에 따라 위성 가시성과 신호 수신 품질이 크게 변동된다. 특히, 비행 중 기체가 특정 방향으로 기울어지거나 회전 할 경우 일부 안테나는 위성 신호가 차폐되거나 약화되어 위치 정확도가 급격히 저하되는 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 비행체 몸체에 120도 간격으로 3개의 GNSS 안테나 를 배치하고, 비행체의 순간 자세에 따라 위성 기하구조 정보에 기반한 Position Dilution of Precision (PDOP)을 기준으로 최적의 안테나를 선택하는 방식을 제안한다. 제안 기법은 각 안테나가 수신하는 위 성 신 호 집합으로부터 기하학 행렬(H-matrix)을 구성하고, 이를 통해 PDOP를 계산한다. 이후, 모든 안테나 중 최소 PDOP를 제공하는 안테나를 선택함으로써, 위치 산출 정확도가 높은 안테나를 활용할 수 있 도록 한다. 비행체의 자세 변화를 고려한 지상 실험을 통해 제안 방식의 유효성을 검증하였다. 실험 결과, 제안된 PDOP 기반 안테나 선택 기법은 기존 단일 안테나 방식에 비해 다양한 자세 변화 상황에서도 더 높은 위치 정확도를 달성하였으며, 신호 차폐로 인한 측위 성능 저하를 효과적으로 완화하였다.

Enhancing GNSS Receiver Performance via DOP-Based Antenna Selection

Jae-Hyun Park*, Jong-Heon Kim, Su-Jin Kwak, Sung-Jin Yoon

Global Navigation Satellite System receivers mounted on flight vehicles experience significant variations in satellite visibility and signal quality depending on the vehicle’s attitude. During flight, when the vehicle tilts or rotates, some antennas may experience signal blockage or degradation, leading to a sharp decline in positioning accuracy. To address this issue, this paper proposes a method where three GNSS antennas are installed on the vehicle body at 120-degree intervals, and the optimal antenna is dynamically selected based solely on the Position Dilution of Precision (PDOP), which reflects the geometric configuration of visible satellites. In the proposed method, a geometry matrix (H-matrix) is generated from the set of satellites received by each antenna, and the PDOP value is calculated. The antenna with the lowest PDOP is then selected, ensuring that the most advantageous satellite geometry for positioning is utilized. This approach was validated through ground-based experiments that simulated the flight vehicles attitude changes. The experimental results show that the PDOP-based antenna selection method outperformed conventional single-antenna methods, achieving higher positioning accuracy and mitigating performance degradation caused by signal blockage.

Keywords: GNSS receiver, antenna selection, position error, dilution of precision (DOP)

Speaker 박재현* 단암시스템즈