전리층 활동: 전리층 오류 및 상태 이해하기

2023년 11월 6일

GNSS 소개

광야를 하이킹하든 번잡한 도시 거리를 운전하든 GNSS는 최고의 정확도로 길을 안내하는 믿을 수 있는 동반자입니다. 전리층 활동의 영향을 많이 받지만.

위성항법시스템 (GNSS)은 우주에서 위치 및 타이밍 데이터를 GNSS 수신기로 전송하는 신호를 제공하는 위성들의 집합을 말합니다. 농업, 매핑, 교통, 내비게이션 - GNSS 기술은 산업과 일상 생활 전반에 걸쳐 광범위하게 활용되고 있습니다.

현재 운영 중인 가장 눈에 띄는 GNSS 시스템은 다음과 같습니다:

미국 국방부에서 개발한 위성 위치 확인 시스템 (GPS)은 지구 주위를 공전하는 위성 네트워크입니다. 현재 30개의 GPS 위성이 운영되고 있습니다. 이 위성은 정확한 위치와 시간에 대한 정보가 포함된 신호를 지속적으로 전송합니다.
글로벌 내비게이션 위성 시스템 또는 글로나스는 러시아에서 개발한 위성 기반 내비게이션 시스템입니다. 이 시스템의 초기 구성은 24개의 위성으로 이루어져 있습니다.
갈릴레오는 유럽 연합의 글로벌 항법 위성 시스템입니다. 유럽 및 기타 지역에 독립적인 위치 확인 시스템을 제공하는 것을 목표로 합니다.
베이더우 항법 위성 시스템 또는 BDS는 중국의 GNSS입니다. 처음에는 지역 커버리지를 제공했지만, 베이더우 3호가 완성되면서 현재는 글로벌 내비게이션 서비스를 제공하고 있습니다.

대기 오류

GNSS 위치 측위 오류의 가장 중요한 원인 중 하나는 대기 때문일 수 있습니다. 위성과 GNSS 신호 수신기는 멀리 떨어져 있기 때문에 GNSS 신호는 위성과 수신기 사이에서 수천 킬로미터를 이동합니다. 이 여정 동안 신호는 대기층을 통과합니다.

전리층은 지구 상공 50~1000km 사이의 대기층을 말합니다. 이 지구의 외층에는 이온이라고 하는 전하를 띤 입자가 포함되어 있습니다. 이온은 GNSS 신호의 전송에 상당한 영향을 미쳐 왜곡과 지연을 유발합니다.

대기 오차는 변화하는 특성으로 인해 예측하기 어렵기 때문에 계산된 위치에 미치는 정확한 영향을 파악하기 어렵습니다.

전리층 활동으로 인한 지연은 다음에 따라 달라질 수 있습니다:

하루 중 시간
올해의 계절
지리적 위치
태양 활동

기준선

대기 오차는 기준 기지국과 로버 수신기 사이의 거리에도 영향을 받습니다. 기지국과 로버 사이의 거리를 기준선이라고 합니다. 기준선 오차를 고려하지 않으면 특히 기준선이 긴 애플리케이션에서 상당한 위치 오차가 발생합니다.

기지국은 정확히 알려진 위치에 설치됩니다. 기지국은 GNSS 오류를 추정하고 로버 수신기에 지속적으로 수정 사항을 전송합니다.

그런 다음 로버 수신기는 이 데이터를 사용하여 모든 오류를 수정하고 정확한 위치를 계산합니다. 이 기능은 기지국과 로버가 가까이 있을 때 잘 작동합니다.

여러 개의 수신기를 개방된 공간에 나란히 배치하면 비슷한 오류가 발생하는 경향이 있다는 것을 알고 있습니다. 기지국과 로버 수신기 모두 전리층으로 인해 동일한 지연을 경험하므로 동일한 오차가 발생합니다. 이를 표준 GNSS 오류라고 합니다.

이 고유한 특성 덕분에 수신기 사이의 상대적 거리를 더 정확하게 계산할 수 있습니다. 이를 통해 시스템이 대기 오류를 더 쉽게 수정할 수 있습니다.

지금 롱 베이스라인이 특히 관심을 끄는 이유는 무엇인가요?

기준선이 길면 전리층 활동으로 인해 기지국과 로버 사이에 상당한 불일치가 발생합니다. 태양 활동이 증가함에 따라 전리층의 변동이 증가합니다.

11년마다 태양의 자기장은 완전히 뒤집힙니다.

이로 인해 태양 활동이 증가합니다(2023년에서 2025년 사이 최고치). 많은 최신 보정 소프트웨어 패키지는 긴 기준선과 태양 활동을 고려한 솔루션을 제공합니다.

GNSS 사용자는 전리층 활동 증가의 영향을 최소화하려면 어떻게 해야 할까요?

전리층 활동 증가가 GNSS 운영에 미치는 영향을 줄입니다:

GNSS를 통한 추적 및 위치 확인에서 최고의 성능을 얻으려면 GNSS 센서에 최신 소프트웨어가 설치되어 있는지 확인하세요.
접근 가능한 경우 GPS, GLONASS, Galileo, Baidu와 같은 다양한 GNSS 시스템을 활용하세요. 이렇게 하면 포지셔닝에 사용되는 관측 횟수가 증가하고 추적되는 GNSS 신호의 범위가 넓어집니다. 더 많은 데이터는 더 높은 신뢰도로 이어집니다.
고정밀 매핑 작업에서는 다양한 전리층 조건에서 서로 다른 시간에 두 개 이상의 측정을 수행합니다.
다양한 GNSS 보정 서비스 제공업체를 사용하여 현재 해당 지역의 전리층 영향을 확인하세요.
요구 사항에 맞는 GNSS 보정 방법을 선택하세요.

GNSS 오류 수정 - RTK 대 PPK

신호를 수신하는 디바이스의 오류, 위성의 문제, 대기의 방해 등 모든 것이 완벽한 세상을 상상해 보세요. 이 이상적인 세상에서 GNSS는 놀라울 정도로 정밀하게 위치를 파악할 수 있습니다.

하지만 실제로는 오류가 발생할 수 있습니다. 이러한 오류를 줄일 수 있는 방법이 있습니다. 바로 다양한 차동 GPS, 즉 DGPS입니다. DGPS는 여러 수신기의 정보를 사용하여 오류를 추정하고 이를 제거하는 방식으로 작동합니다.

매핑 와 같은애플리케이션에는 더 높은 정밀도가 필요합니다. 이는 수신기의 기술 및 보정 기능에 따라 달라집니다.

수신자 측 오류를 처리하기 위해 다양한 보정 방법을 적용할 수 있습니다.

실시간 키네마틱(RTK)
포스트 프로세스 키네마틱(PPK)

전리층 활동

RTK 보정

RTK는 위치를 알고자 하는 GPS 장치(로버라고 함)에 가까운 기지국과 같은 기준점을 사용합니다.

RTK는 기지국의 위치를 파악하고 알고리즘을 사용하여 기지국과 로버가 공유하는 오류를 제거할 수 있습니다. 이러한 오류는 위성 및/또는 대기에서 발생할 수 있습니다.

대기권에서 오류를 수정하려면 로버와 기지국이 동일한 오류에 직면해야 합니다. 그렇기 때문에 서로 가까이 있어야 합니다.

RTK 덕분에 GPS는 최대 1센티미터까지 정확할 수 있습니다. 이 RTK 방식은 특히 육상에서의 정확한 GPS 솔루션에 매우 효과적입니다 매핑.

PPK 수정

PPK를 사용하면 위치 정보의 품질을 개선하기 위해 GNSS 데이터를 정확하게 후처리할 수 있습니다. GNSS 신호 조건이 까다로운 시나리오에서 특히 유용하며, 보다 안정적이고 정확한 결과를 제공합니다.

드론 매핑, 지리 측량, 자산 관리와 같은 애플리케이션에 널리 사용됩니다.

이제 가장 큰 문제는 어떤 보정 방법이 가장 좋을까요? 이는 위치, 기준선 길이, 전리층 활동, 정확도 요구 사항, 신뢰성 및 예산과 같은 여러 요인에 따라 달라집니다.

RTK 및 PPK GNSS 오류 수정 방법

가장 많이 사용되는 두 가지 보정 방법을 비교해 보겠습니다:

기준	RTK	PPK
데이터 수정	수집된 위치 데이터를 실시간으로 수정할 수 있습니다.	전체 위치 데이터를 먼저 수집하고 오프사이트에서 보정을 제공합니다.
후처리	데이터의 후처리가 필요하지 않으므로 후처리 소프트웨어를 사용할 필요가 없습니다.	특수 소프트웨어가 필요합니다.
기지국과 로버 간의 신호 강도	기지국과 로버 수신기 사이에 지속적인 연결이 있어야 합니다. 신호가 끊어지면 데이터 손실로 이어져 더 많은 오류가 발생합니다.	기지국과 로버 수신기 사이에 강한 신호 강도가 필요하지 않습니다.
작업 환경	나무, 건물, 산과 같은 장애물이 없는 탁 트인 하늘 조건에서 가장 잘 작동합니다. 장애물이 GNSS 신호를 차단하면 정확도를 안정적으로 유지하기가 어렵습니다.	장애물(터널, 다리, 계곡)이 있는 장소에서도 데시미터 수준의 정확도를 유지합니다. 이는 역방향 처리와 같은 알고리즘 아티팩트를 사용하여 가능합니다.
기준선	최대 30 km까지 작동합니다.	기준선이 더 긴 경우 전리층 오류를 평가하고 보정합니다.
손상된 로그 복구	N/A	"긴 기준선 사후"를 사용하여 강한 태양 활동의 영향을 받은 손상된 로그를 복구할 수 있습니다.
태양 활동	데이터를 계산하는 동안 태양 활동을 고려하지 않습니다.	태양 활동을 고려하여 장시간 및 단시간 기준 모드를 결정합니다.