최근 저궤도 위성의 도플러 관측치를 활용한 수신기 위치 및 속도 추정 기법에 대한 관심이 증가하고 있다. 본 연구는 Global Navigation Satellite System (GNSS)의 도플러 관측치를 중심으로 수신기 위치 를 추정하는 기법의 성능을 실험적으로 평가하였다. 도플러 관측치는 위성-수신기 간의 시선방향 상대속도 변화를 반영한 정보를 포함하고 있어, 정밀한 속도 추정에 유리한 특성을 가진다. 본 연구에서 는 GPS, Galileo 및 BeiDou 위성의 도플러 관측치를 활용하여 정지 상태에서의 위치 추정 성능을 비교하였다. 실험 결과, 도플러 기반 위치 추정의 3차원 Root Mean Square Error (RMSE)는 가시 위성 수 및 관측 환경에 따라 민감하게 변동하며, 약 50 m에서 100 m 사이의 범위를 보였다. 반면, 속도 추정의 경우 약 0.01 m/s 수준의 3차원 RMSE 성능을 안정적으로 유지하며, 위치 추정보다 일관된 성능 향 상 이 확인되었다. 이를 바탕으로 도플러와 코드의사거리 관측치를 결합한 위치 추정 모델의 적용도 실험적으로 평가하였다. 그 결과, 도플러 기반 단독 모델 대비 약 95%, 코드의사거리 기반 단독 모델 대 비 약 30% 향상된 3차원 RMSE 성능과 안정적인 수렴성을 보였다. 이러한 결과는 도플러 기반 GNSS 측위 기법의 활용 가능성을 높이는 방향으로 작용함을 확인하였다.

Experimental Evaluation of GNSS Doppler-Based Receiver Positioning Techniques

Hun-Yeop Choi*, Kwan-Dong Park

Recently, there has been increasing interest in receiver position and velocity estimation techniques using Doppler shift from low Earth orbit (LEO) satellites. This paper experimentally evaluates the performance of a receiver positioning method based on Doppler shift from the Global Navigation Satellite System (GNSS). Doppler shift contain information reflecting the relative velocity changes in the line of sight (LOS) direction between the satellite and receiver, making them favorable for precise velocity estimation. In this paper, the performance of position estimation in a static state was compared using Doppler shift from GPS, Galileo, and Beidou satellites. Experimental results showed that the 3D Root Mean Square Error (RMSE) of Doppler shift-based position estimation varied significantly depending on the number of visible satellites and the observation environment, with values ranging approximately from 50 m to 100 m. In contrast, velocity estimation maintained a stable 3D RMSE of around 0.01 m/s, demonstrating more consistent performance compared to position estimation. Based on this, the application of a hybrid position estimation model combining Doppler shift and pseudorange was also experimentally examined. As a result, the combined model demonstrated approximately 95% improvement in 3D RMSE compared to the Doppler shift-only model and about 30% improvement compared to the pseudorange-only model, while also achieving more stable convergence. These results confirm that the use of Doppler shift based GNSS positioning techniques can be further enhanced through integration with pseudorange measurements, thereby improving their practical applicability.

Keywords: GNSS, doppler shift, positioning

Speaker 최훈엽* 인하대학교