DGPS (Differencial GPS) 관해서 - 2

- DGPS 개요

1. 기준국

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.

(국내에는 현재 17개의 기준국을 운용중에 있음)

2. 보정오차 계산

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.

3. DGPS 정확도

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 DGPS에대해 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

- DGPS 오차

1) 궤도 오차

궤도 오차는 위성의 위치오차로서 신호를 전송하는 GPS 위성의 메시지에 수록된 지구중심에 대한 해당위성의 위치정보가 정확치 못하는데서 발생한다.

위성의 위치정보오차는 지상관제국에서 위성에 전송한 정보력의 기준시각에의해 영향을 받게 된다. 위성의 방송하는 궤도력은 기준시각이 오래 지날수록 위치결정에 미치는 영향이 커지게 되는데 궤도력에 의한 위치결정오차 성분은 시간에 따라 천천히 변화하는 양상을 나타낸다. 궤도오차에 의하여 발생되는 측위오차는 DGPS로 보정이 가능하다.

2) 수신기시계오차

시계오차는 C/A코드와 P코드 사용자 모두에게 같은 방식으로 영향을 미치며 모든 사용자에게 오차를 제공하게 된다. GPS 위성에 장착된 세슘 또는 원자시계는 하루에 10-13 정도의 오차를 갖고 있으며, GPS 기준시간과 수신기시계와 차이로 인한 오차를 나타낸다. 수신기시계의 오차에 의하여 발생되는 측위오차 역시 DGPS로 보정이 가능하다.

3) 전리층 오차

전리층오차는 위성에서 송신된 신호가 전리층을 통과하면서 발생하는 전리층지연오차이다.

전리층 지연의 크기는 전리층 활동이 시만 낮에는 20∼30m, 밤에는 3∼6m정도의 오차를 나타낸다. 전리층 지연으로 발생하는 측위오차 역시 DGPS로 보정이 가능하다.

한편, 전리층 지연의 크기는 주파수에 반비례하므로 L1, L2의 두개의 주파수를 수신하는 2주파 수신기를 사용하면 전리층 지연을 효과적으로 제거할 수 있다.

4) 대류층 오차

대류층 오차는 전파가 대류권을 통과함으로써 발생하는 전파의 지연에 따른 오차이며 온도, 압력 및 습도의 변화는 전파의 진행속도 변화에 영향을 미쳐생기는 오차이다.

대류층 지연으로 발생하는 측위오차 역시 DGPS로 보정이가능하다.

5) 다중경로오차

다중경로오차는 수신기가 위치한 환경에 영향을 받으며 위성에서 전송된 신호가 주위의 환경에 의하여 반사된 신호의 영향을 받아 발생하는 오차이다.

특히 DGPS 기준국이나 감시국을 설치할 때에는 가능한 한 전파의 다중경로가 최소화 될 수 있도록 장소 선택에 신중을 기하여야 한다. 다중 반사된 위성신호의 수신이 최소화되도록 안테나 설치 장소 주위에 반사체가 최소화 될수 있는 장소를 선택하여야 하며, 또한 지표면의 반사체로부터 들어오는 다중경로 신호를 차단하기 위한 안테나 그라운드 플레인(ground plane)을 설치하여야 한다.

위성신호의 다중경로에 의한 측위오차는 DGPS방식으로는 보정되지 않는다.

6) 수신기 오차

수신기 오차는 수신기 내부 원인에 의한 오차로서 수신기 회로 상에서 지연

효과 등과 같은 하드웨어적인 오차원인과 위치결정 알고리즘 및 처리효율에

따른 소프트웨어적인 오차 원인이 존재한다. 이와 같이 수신기 고유특성으로

인하여 발생하는 측위오차 역시 DGPS 방식으로는 보정되지 않는다.