DGPS (Differencial GPS) 관해서

 

 

2.2 DGPS 시스템

 

2.2.1 DGPS 기본이론

 

위성항법보정시스템(DGPS)은 GPS위성의 의사거리 오차에 대한 보정치를 계산하여 방송하는 시스템이다.

 

위성항법보정시스템은 기준국(보정치 송신국), 감시국, 보정송신국, 통제센터 및 통신회선 등으로 구성되어 있다.

기준국은 GPS위성의 신호를 수신하여 계산한 의사거리 보정치와 통제센터가 시스템의 무결성(integrity) 확보를

위하여 지정하거나 작성하는 정보를 항법용 라디오비콘 신호(Maritime Radiobeacon Signal)를 방송하는

중파의 반송파에 변조되어 이용자에게 방송되며, 수신된 보정치는 위치정밀도 향상에 사용되어진다.

 

DGPS는 위치를 알고 있는 기준국에서 위성을 통하여 구한 위치와 당초위치와의 차이를 보정하는 위치 보정방식,

수신한 위성에서의 의사거리, 시간정보 및 궤도 데이터에서 거리 오차를 검출하여 이를 보정량으로 하는

의사거리보정 방식이 있으며, 보정 데이터의 유효성 때문에 대부분의 DGPS는 의사거리보정 방식을 채택하고 있다.

 

기준국에서는 GPS 위성데이터 수신장치와 DGPS 보정치 송신장치가 있고,

사용자 수신기에는 GPS 위성 수신장치 및 DGPS 보정치 수신장치가 있어

위성데이터에 DGPS 보정치를 차감하여 정확한 위치를 얻도록 한다.

 

정확한 정보를 전송해 주는 기준국과 사용자간의 거리(기선거리 : Baseline Distance)는

동시에 동일위성에서 동일한 데이터를 얻기 위해서 매우 중요한 요소가 된다.

거리가 멀어지면 두 수신기가 서로 다른 위성 정보를 받거나 두 지점간에 전리층과

대기권 영향 등의 차이로 보정치의 정확도가 감소하게 된다.

 

 

2.2.2 DGPS의 원리

 

GPS는 현존하는 어떤 전파 항법장치 보다 정확하고 사용자 수신기 시스템의 가격이 저렴하여

여러 분야에서 사용되고 있으며, 그 사용자수가 앞으로 폭발적으로 증가할 전망이다.

그러나, 항공기의 착륙, 선박의 항구진입이나 운항통과, 도심에서의 차량관제 등과 같이 보다 높은 정확성을

요구하는 항법에 이용되기에는 민간인에게 허용한 C/A 코드를 사용한 SPS(Standard Positioning Service)는 물론

군용으로 암호화된 P코드를 사용한 PPS(PrecisePositioning Service) 모두 기본 시스템만으로는 불충분하다.

 

.....또 다른 하나는 DGPS(Differential GPS)라는 것으로, 기준국의 도움을 얻어 위치 오차를 보정하여

사용자는 자신의 위치를 매우 정확히 측정할 수 있는데, 실용화를 위한 연구와 개발이 상당히 진행되어 있다.

 

특히, 미국 국방성(DoD)에서도 이 DGPS에 대해서는 제한을 가하고 있지 않아, 미국 해안경비대(coast guard),

미국 교통성(DoT) 및 연방항공국(FAA) 등 민간기구를 중심으로 그 사용범위와 방법에 대해 구체적인 논의되어,

1983년에 구성된 RTCM SC-104 (Radio Technical Committee for Maritime Service Special Committee-104)에서

DGPS구현을 위한 기술적인 표준 규격을 이미 완성하였다.

 

근접한 두개의 GPS수신기가 같은 위성으로부터 신호를 받아 자신의 위치를 계산할 때 각 수신기의 고유오차와

더불어 공통적인 오차가 있는데, 이 공통의 오차를 제거하여 보다 정확하게 위치측정을 한다는 것이

DGPS의 기본 개념이다. 아래 그림은 DGPS 시스템 개념도이다.

 

 

 

위성의 관측성이 좋은 열린 공간상에 정확하게 측지하여 기준국(referencestation)역할을 할

GPS수신기를 설치한 후, GPS위성에서 신호를 받아 수신기로 계산된 위치를 자신의 위치와

비교하여 보정오차(differential correctionerror)를 계산한다.

 

계산된 보정오차를 주변의 사용자 수신기에 일정한 형식으로 맞추어 전송한다.

그리고 사용자는 자신의 수신기에서 계산한 위치값에 수신된 보상오차를 적용하여

두 수신기간의 공통오차를 제거함으로써, 단독 GPS의 경우보다 정확한 위치를 계산한다.

 

DGPS가 정확한 위치 계산이 가능한 이유는 기준국의 정확한 위치 계산뿐 만 아니라, 위성궤도오차, 위성시계오차,

전리층 시간지연, 대류층 시간지연, 그리고 C/A코드 이용에 최대의 난관인 SA등을 두 수신기간의 공통의 오차로

간주하여 이를 제거할 수 있기 때문이다. 그래서 GPS 이용에 회의적인 분야 에서도 이 DGPS에

대해 많은 관심을 갖고 있다. 그러나 실제의 경우는 두 수 신기간의 거리, 두 수신기간의 정보 전달 속도,

계산에 쓰이는 알고리즘 (특히Kalman Filter) 및 하드웨어의 성능의 요인에 따라 DGPS의 정확도에 커다란 영향을 미친다

 

 

2.2.3 DGPS의 종류

 

위성항법보정시스템(DGPS)의 종류에는 실시간 보정된 위치를 제공하는 실시간 DGPS와

위성신호를 수신하여 컴퓨터 프로그램으로 후처리하여 위치를 제공하는 후처리 DGPS로 나눌 수 있다.

 

1) 실시간(Real-Time) DGPS

 

실시간 DGPS는 측위를 위한 보정치를 실시간으로 제공하는 방법으로서 사용자가 실시간으로 정밀한 위치를

얻을 수 있게 하는 측위방식이다. 현장에서 실시간으로 정확하게 위치를 구할 수 있기 때문에 선박의 항만 또는

협수로 항해, 해양측량, 어로작업, 지하매설물 보수공사 등의 분야에 응용된다.

 

실시간 DGPS의 기본적 개념은 <그림2-6>과 같이 정밀하게 측량된 기준점의 위치 값과 관측된 위성의

의사거리를 이용한 측위 값을 비교하여 각각의 위성의 의사거리 보정치를 구하고, 이를 RTCM이 정한 데이터 형식에

따라 방송함으로서 사용자가 실시간으로 DGPS 보정된 정밀한 위치를 얻을 수 있게 하는 것이다. 실시간 DGPS에서

가장 널리 사용되는 표준형식은 RTCM SC-104 (Maritime Service Special Committee 104)에서 정하고 있다.

 

 

 

 

2) 후처리(Post Processing) DGPS

 

후처리 DGPS는 위성신호를 수신하여 컴퓨터 프로그램으로 후처리하여 위치를 제공하는 방법이다. 새로 건설한 도로를

지도에 삽입하고자 할 때는 관측이 먼저 행해지고 이때 저장했던 측량자료를 후처리하여 위치를 계산할 경우도 있다.

 

이때 현장관측을 행하는 이동국용 수신기는 위성 신호의 수신 자료와 수신 시간을 저장하여, 측량이 완료된 후에

사무실에서 현장관측과 같은 시간대에 기준국이 수신한 자료로 DGPS 보정을 행하여 정밀한 위치정보를 얻을 수 있다.

 

<그림2-7>와 같이 후처리 방식의 DGPS는 기준국 수신기와 이동국 수신기간의 전파를 이용한

데이터 전송은 필요하지 않으며, 근처에 직접보정 값을 수신할 수 있는 기준국이 없어도 가능하다.

현재 인터넷을 이용한 보정 값의 전송방법이 활발하게 연구되고 있다.

 

 

 

 

실시간 DGPS와 후처리 DGPS를 <표2-1>과 같이 비교하였으며 본 연구에서는

해양용DGPS는 실시간DGPS방식이므로 실시간 DGPS를 적용하였다.

 

 

 

 

 

제 6 장 결 론

 

위성항법시스템(GPS)은 미국 정부에서 1973년경에 군사용으로 개발을 시작하여 사용을 민간인에게도 개방한

범세계 위성측위시스템으로서 정확성 과 편리함으로 인하여 항행선박의 측위장비로서 전 세계적으로 이용이 급속히 확산되었다.

 

대부분의 선박이 GPS 수신기를 이용하고 있고 연안해역에서는 GPS의 위치오차를 보정하여 더욱 정확한 위치를

제공하는 위성항법보정시스 템(DGPS)이 사용되고 있다. 국제해사기구(IMO) 및 국제항로표지협회(IALA)에서

연안해역과 선박의 항만 입출항시에 측위 정밀도를 높일 수 있는 시스템 설치의 필요성을 인식하여 회원국들에게

위성항법보정시스템(DGPS) 설치를 권고함에 따라 현재 세계 각국 연안에 많은 DGPS 시설이 설치되고 있으며,

미국, 일본 등 선진국에서는 DGPS시스템을 해양용에 제한하지 않고 내륙으로 확장하여 범국가적인 DGPS시스템을

구축하고 있다. 우리나라에서는 1998년도부터 연안해역을 항행하는 선박의 안전을 위하여 해양용 DGPS를 설치

운영하기 시작하였으며 현재 11개소의 DGPS기준국을 설치하여 운영중이다.

하지만 범국가적으로 활용하기에는 내륙의 일부 구역에 불감지역이 발생한다.

 

본 논문에서는 선박항해등 해양에서 주로 이용되고 있는 해양용 위성항법보정시스템을 육상 항공 분야에서

다양한 이용자들이 활용할 수 있도록 추가 기준국 설치방안을 제시하였다. 연구 결과, 우리나라는 11개소의 해양용

DGPS기준국에 추가하여 춘천, 평창, 영주, 청원, 선산, 무주 등 6개소에 설치하면 우리나라 어디에서든지 DGPS시스템을

이용할 수 있을 것으로 조사 분석되었다. NDGPS 시스템이 구축될 경우, 해상안전, 항만건축 등의 기존의 목적뿐만 아니라

해양 및 대기오염, 황사 및 기상관측, 첨단교통관리시스템, 첨단대중교통시스템 및 첨단화물운송시스템,

첨단차량/도로시스템 등 활용분야를 제시하여 다양한 분야에서 국민의 생활편의를 증진시킴은 물론

국내 관련 산업기술의 발전에도 크게 기여할 것으로 전망된다.

 

 

 

ps. DGPS의 간단한 사전적 의미(Differencial GPS)

 

일반적으로 인공위성으로부터 지상의 GPS 수신기로 송신되는 정보는 오차를 가지게 마련인데,

서로 가까운 거리에 위치한 두 수신기가 있을 경우에는 두 수신기는 비슷한 오차를 갖게 된다.

DGPS는 두 수신기가 가지는 공통의 오차를 서로 상쇄시킴으로써 보다 정밀한 데이터를 얻기 위한 기술이라고 할 수 있다.

일반적으로 정밀측량에 의해 정확한 위치를 파악하고 있는 고정국에서 오차의 범위를 이동국에

전송한 후 보정하여 사용하는 방식을 취한다.