정밀 위치결정 기법 중 하나인 SSR 보정정보를 적용한 PPP-RTK를 고가의 수신기에 비해서 일반 사용자들에게 접근성이 높은 저가형 GNSS 단말에서 적용할 수 있도록 알고리즘을 설계하였다. 본 연구 에서는 SSR 보정정보 전송 규격 중 Geo++ 사의 State Space Representation Generalized-Format (SSRG)에 기반한 한국 SSR 표준을 활용하여 단일주파수 GNSS 신호 기반의 PPP-RTK 알고리즘을 개발하 고 이를 저가형 단말에서 성능을 검증하였다. 본 연구에서 제안하는 단일주파수 기반 PPP-RTK 알고리즘은 확장 칼만 필터(Extended Kalman Filter, EKF)를 기반으로 사용자의 위치를 추정하며 관측 방정 식 모델에 GNSS 코드의사거리(pseudorange), 반송파 위상(carrier phase) 관측치를 함께 사용하였다. GNSS 측위 오차 요인인 위성 궤도, 시계, 바이어스, 전리층, 대류권 오차는 SSR 보정정보를 활용하 여 보정하고 모델링하였다. 추가적으로 제안하는 알고리즘을 저가형 GNSS 단말에서 안정적인 측위 성능을 도모하기 위한 다양한 강건성을 높이는 기법을 개발하고 적용하였다. RTK 측위에 필수적인 cycle slip 검출을 위한 선행 연구된 다양한 cycle slip 검출 기법이 존재하지만, 단일주파수 기반 알고리즘에 적용하기 위하여, Code Minus Carrier (CMC), LLI, 모호정수 변화율을 활용한 기법을 적용하 였 다. 또한 주행 환경에서 안정적인 측위 성능을 위하여 도플러(Doppler) 편이 관측치에 기반한 속도 추정을 통하여 수신기 속도를 반영한 동적 필터를 설계하였다. 제안하는 알고리즘의 성능 평가를 위하 여 국내 다양한 환경에서 차량을 통해 주행하며 검증하였으며 저가형 GNSS 모듈을 활용하여 데이터를 수집하였다. 알고리즘 성능 평가 결과, 모호정수 결정 없이도 개활지 및 준도심 환경에서는 30 cm, 도심 환경에서는 50cm 내외의 3차원 정확도를 산출하였으며 저가형 모듈을 활용하여 Standard Point Positioning (SPP)를 수행한 결과보다 약 80% 개선된 결과를 보였다.

Development of a Single-Frequency-Based PPP-RTK Algorithm Applying Domestic Standard SSR for Low-Cost GNSS Modules

Jeong-Min Han*, Kwan-Dong Park, Mireia Carvajal Librado

Real-Time Kinematic (RTK) requires a dense reference station network, while Precise Point Positioning-RTK (PPP-RTK) achieves precise positioning with one-way communication by modeling GNSS error sources using State Space Representation (SSR) corrections. This study develops a single-frequency PPP-RTK algorithm designed for low-cost GNSS receivers, based on the Korean SSR standard derived from Geo++’s SSR Generalized-Format (SSRG). The algorithm employs an Extended Kalman Filter (EKF) to estimate positions using both pseudorange and carrier phase observations. GNSS error sources such as satellite orbit, clock bias, ionosphere, and troposphere are corrected with SSR, while robustness is enhanced through cycle slip detection methods (Code-Minus-Carrier, LLI, ambiguity variation) and a Doppler-based dynamic filter.Performance was validated through driving tests in diverse Korean environments with data from low-cost modules. Results show 3D accuracy of ~30 cm in open-sky and suburban areas, and ~50 cm in urban areas, representing about an 80% improvement over Standard Point Positioning (SPP).
Keywords: PPP-RTK, low-cost receiver, SSRG, single-frequency

Speaker 한정민* 인하대학교