The Global Navigation Satellite System (GNSS) is a satellite-based navigation system, such as U.S. Global Positioning System (GPS), providing high accurate positioning and timing information to users worldwide at any time. GNSS receivers receive and process navigation signals transmitted from navigation satellites continuously and provide users with positioning and navigation capabilities. When the signal is transmitted from the satellite, it propagates through the Earth`s atmosphere which affects the signal and in turn affects the geometric range measurement and degrades the positioning accuracy. One of the main error sources that degrade GNSS positioning accuracy and integrity arises from that part of the atmosphere ex-tending approximately 50 to 1500 km above the Earth`s surface and called the ionosphere. Alt-hough several analytic function based models are available for correcting the GNSS ionospher-ic errors, grid-based models are preferred owing to their high estimation accuracy and low complexity. Satellite Based Augmentation System (SBAS), one of the representative GNSS augmentation systems, presently broadcasts estimates of the ionospheric delay and error bounds for the uncertainty in these estimates through a Geostationary Orbit (GEO) satellite using such grid-based models with at least 5° × 5° grid resolution and uses an ionospheric ir-regularity monitor based on the chi-square statistic of the planar-fit model.
In this dissertation, an adaptive ionospheric pierce point (IPP) cut-off radius control algo-rithm is firstly proposed for realizing high-resolution grid-based ionospheric correction service for Korean Regional Navigation Satellite System (K-RNSS) with GEO satellites. For a grid res-olution of 1° × 1° over the Korean peninsula, the typical Weighted Least Square (WLS) grid estimator has a very low effective IPP density at the edged IGPs. As a result, it does not meet the required availability performance levels on the whole service area sometimes. The proposed scheme adjusts the IPP cut-off radii by comparing the target IPP densities with the current ef-fective densities. Simulation results show that our method gives the required effective IPP density using this cut-off radius control, thus improving the accuracy and availability of the correction service. And secondly, a novel multi-fit based ionospheric irregularity monitoring method is also proposed in order to mitigate the under-sampling threat effect of the previous irregularity monitoring method and improve availability of service regardless of narrow range observation through a local reference station network. It is expected that the proposed schemes will make high-resolution grid-based ionospheric correction available for the K-RNSS with a local distribution of ground reference stations. System development costs will also be reduced by the need for fewer reference stations.
본 논문에서는 한국형 지역위성항법시스템(K-RNSS)의 이온층 보강 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 기법을 제안하였다. 우리나라의 경우 특수한 지리적, 정치적 이유로 광역 관측이 어렵기 때문에 기존의 기법을 그대로 적용할 경우 불가피하게 정확성, 무결성, 가용성 등 시스템 요구성능이 저하가 발생할 가능성이 높다. 특히, 위성기반 보강시스템은 격자기반으로 이온층 보정정보를 사용자에게 제공하고 있으며 추정 정확도를 높이고 서비스 가용성을 확보하기 위해서는 격자점 주변에 충분한 개수의 유효 IPP 확보가 필요하다.
따라서, 본 논문에서는 한반도 서비스 지역을 대상으로 협역 지상관측에 의한 고해상도 격자기반 이온층 보정정보 서비스를 제공하기 위한 Adaptive IPP Cut-off Radius Control 알고리즘을 제안하였다. 격자점별로 할당된 목표 IPP 개수와 현재의 IPP 분포를 비교하여 IPP Cut-off Radius를 최적 값으로 조절, 유지함으로써 안정적인 IPP를 확보와 서비스 가용성 성능 저하를 예방할 수 있다. 또한 GPS와 Galileo의 이온층 지연 예측모델을 선형 결합함으로써 추정 정확도를 개선시켰다. 수치시뮬레이션 결과 기존 WLS 기법에 비해 넓은 범위의 서비스 지역에 대해 고해상도 이온층 보정서비스가 가능할 수 있음을 확인하였다. 또한, 기존 이온층 상태감시 기법의 Under-sampling 문제를 완화시키고 가용 서비스 범위를 확대시키기 위해 새로운 Multi-fit 기반의 이온층 상태감시 기법을 제안하였다. 수치시뮬레이션 결과 제안 기법을 적용할 경우 전체 서비스 범위의 일부로 제한된 기존 방법의 가용 범위를 전체로 확장시킬 수 있었으며 IPP 분포가 좋은 지역의 경우 보다 정확한 이온층 상태감시와 높은 정확도의 이온층 오차 추정이 가능하였다.
본 논문에서 제안한 기법을 실제 K-RNSS에 적용할 경우 시뮬레이션 상에 사용된 몇 가지 가정과 환경요소에 의해 다소 차이는 발생할 수 있으나 기존 방법을 적용했을 때 보다 이온층 보강에 대해 성능 개선이 이루어질 것으로 기대된다.
