황야를 하이킹하든 번잡한 도시의 거리를 운전하든 GNSS는 최고의 정확도로 안내하는 믿을 수 있는 동반자입니다. 전리층 활동, 즉 전리층 오류에 의해 크게 영향을 받지만, 이를 보정하기 위한 새로운 솔루션인 Ionoshield 모드가 탑재된 Qinertia를 제공합니다.
GNSS 소개
GNSS(Global Navigation Satellite System)는 GNSS 수신기에 위치 및 시간 데이터를 전송하는 우주 신호를 제공하는 위성 그룹을 의미합니다. 농업, 매핑, 운송, 내비게이션 등 GNSS 기술은 산업 및 일상 생활 전반에 걸쳐 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다.
현재 운영 중인 가장 대표적인 GNSS 시스템은 다음과 같습니다.
- 미 국방부에서 개발한 GPS(Global Positioning System)는 지구 궤도를 도는 위성 네트워크입니다. 현재 30개의 GPS 위성이 운영되고 있으며, 이 위성들은 자신의 정확한 위치와 시간에 대한 정보를 담은 신호를 지속적으로 전송합니다.
- GNSS(Global Navigation Satellite Systems) 또는 GLONASS는 러시아에서 개발한 위성 기반 내비게이션 시스템입니다. 이 시스템은 초기 24개의 위성으로 구성되었습니다.
- Galileo는 유럽 연합의 글로벌 항법 위성 시스템입니다. 유럽 및 기타 지역에 독립적인 포지셔닝 시스템을 제공하는 것을 목표로 합니다.
- BeiDou Navigation Satellite System(BDS)은 중국의 GNSS입니다. 초기에는 지역 커버리지를 제공했지만, BeiDou-3 위성 그룹의 완성으로 현재는 글로벌 내비게이션 서비스를 제공합니다.
대기 오류
GNSS 포지셔닝에서 가장 중요한 오류 원인 중 하나는 대기에서 비롯됩니다. 위성과 GNSS 신호 수신기는 멀리 떨어져 있기 때문에 GNSS 신호는 위성과 수신기 사이에서 수천 킬로미터를 이동합니다. 이 이동 중에 신호는 대기층을 통과합니다.
전리층은 지구 상공 50~1,000km 사이의 대기층입니다. 지구의 이 외층에는 이온이라고 하는 전하를 띤 입자가 포함되어 있습니다. 이들은 GNSS 신호의 전송에 큰 영향을 미쳐 왜곡과 지연을 일으킵니다.
대기 오류는 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
- 일년 중 계절
- 지리적 위치
- 태양 활동
기준선
대기 오류는 기준 기지국과 로버 수신기 사이의 거리에도 영향을 받습니다. 기지국과 로버 사이의 거리를 베이스라인이라고 합니다. 베이스라인 오류를 고려하지 않으면 특히 장거리 베이스라인 애플리케이션에서 상당한 포지셔닝 오류가 발생합니다.
기지국은 정확히 알려진 위치에 설치됩니다. GNSS 오류를 추정하고 로버 수신기로 지속적으로 보정 데이터를 전송합니다.
그러면 로버 수신기는 이 데이터를 사용하여 모든 오류를 수정하고 정확한 위치를 계산합니다. 이는 기지국과 로버가 가까이 있을 때 잘 작동합니다.
여러 수신기를 개방된 공간에 나란히 배치하면 유사한 오류가 발생하는 경향이 있습니다. 기지국과 로버 수신기 모두 전리층으로 인해 동일한 지연이 발생하므로 동일한 오류가 발생합니다. 이를 표준 GNSS 오류라고 합니다.
이러한 고유한 특성 덕분에 수신기 간의 상대 거리를 보다 정확하게 계산할 수 있습니다. 따라서 시스템이 대기 오류를 수정하기가 더 쉽습니다.
특히 장기선이 현재 왜 중요할까요?
기선이 길면 전리층 활동으로 인해 기준국과 로버 간에 상당한 불일치가 발생합니다. 태양 활동이 증가함에 따라 전리층의 변동이 증가합니다.
11년마다 태양의 자기장이 완전히 뒤집힙니다.
이로 인해 태양 활동이 증가합니다(2023년에서 2025년 사이에 최고조). 많은 최신 보정 소프트웨어 패키지는 긴 기선과 태양 활동을 설명하는 솔루션을 제공합니다.
GNSS 사용자는 증가된 전리층 활동의 영향을 어떻게 최소화할 수 있습니까?
GNSS 운영에 대한 증가된 전리층 활동의 영향을 줄이려면:
- GNSS 센서가 최신 소프트웨어를 사용하여 GNSS로 추적 및 포지셔닝에서 최상의 성능을 얻도록 하십시오.
- 접근 가능한 경우 GPS, GLONASS, Galileo 및 Baidu와 같은 다양한 GNSS 시스템을 활용하십시오. 이는 포지셔닝에 사용되는 관측 횟수를 늘리고 더 넓은 범위의 추적된 GNSS 신호를 가져옵니다. 더 많은 데이터는 더 큰 신뢰성으로 이어집니다.
- 고정밀 매핑 작업에서는 서로 다른 시간과 다양한 전리층 조건에서 두 번 이상 측정하십시오.
- 다양한 GNSS 보정 서비스 제공업체를 사용하여 해당 지역에서 전리층의 현재 영향을 확인하십시오.
- 요구 사항에 맞는 GNSS 보정 방법을 선택하십시오.
GNSS 오차 보정: RTK vs PPK
모든 것이 완벽한 세상을 상상해 보십시오. 신호를 수신하는 장치의 오류도 없고, 위성의 문제도 없고, 대기의 방해도 없습니다. 이 이상적인 세상에서 GNSS는 놀라운 정밀도로 위치를 정확히 찾아낼 수 있습니다.
하지만 현실에서는 발생할 수 있는 오류가 있습니다. 이러한 오류를 줄이는 방법이 있습니다. 이것이 다양한 DGPS(Differential GPS)가 하는 일입니다. DGPS는 여러 수신기의 정보를 사용하여 오류를 추정하고 제거하는 방식으로 작동합니다.
측량과 같은 애플리케이션은 더 높은 정밀도를 요구합니다. 이는 기술과 수신기의 보정 기능에 따라 달라집니다.
수신기 측 오류를 처리하기 위해 다양한 보정 방법을 적용할 수 있습니다.
- Real-Time Kinematic (RTK)
- 후처리 키네마틱 (PPK)
RTK 보정
RTK는 위치를 알고자 하는 GPS 장치(로버라고 함)와 가까운 기지국과 같은 기준점을 사용합니다.
기지국의 위치를 알고 알고리즘을 사용함으로써 RTK는 기지국과 로버가 공유하는 오차를 제거할 수 있습니다. 이러한 오차는 위성 및/또는 대기로부터 발생할 수 있습니다.
대기로 인한 오차를 수정하려면 로버와 기지국이 동일한 오차에 노출되어야 합니다. 이것이 서로 가까이 있어야 하는 이유입니다.
RTK 덕분에 GPS는 최대 1센티미터의 정확도를 가질 수 있습니다. 이 RTK 방식은 특히 지상 측량에서 정확한 GPS 솔루션에 매우 효과적입니다.
PPK 보정
PPK는 GNSS 데이터의 정확한 후처리를 통해 위치 정보의 품질을 향상시킵니다. 특히 어려운 GNSS 신호 조건에서 더욱 신뢰할 수 있고 정밀한 결과를 제공하여 매우 유용합니다.
드론 매핑, 측지 측량, 자산 관리와 같은 응용 분야에서 널리 사용됩니다.
이제 중요한 질문은 어떤 보정 방식이 가장 좋은가 하는 것입니다. 이는 위치, 기준선 길이, 전리층 활동, 정확도 요구 사항, 신뢰성, 예산 등 여러 요인에 따라 달라집니다.
RTK 및 PPK GNSS 오차 보정 방법
가장 많이 사용되는 두 가지 보정 방법을 비교해 보겠습니다.
| 기준 | RTK | PPK |
|---|---|---|
| 데이터 보정 | 수집된 위치 데이터에 대한 실시간 보정을 제공합니다. | 전체 위치 데이터를 먼저 수집한 다음 오프사이트에서 보정합니다. |
| 후처리 | 데이터의 후처리가 필요 없으므로 후처리 소프트웨어를 사용할 필요가 없습니다. | 특수 소프트웨어가 필요합니다. |
| 기준국과 로버 간의 신호 강도 | 베이스 스테이션과 로버 수신기 간에 지속적인 연결이 유지되어야 합니다. 신호 손실은 데이터 손실로 이어지므로 더 많은 오류가 발생합니다. | 기준국과 로버 수신기 간에 강력한 신호 강도가 필요하지 않습니다. |
| 업무 환경 | 나무, 건물 및 산과 같은 장애물이 없는 탁 트인 하늘 조건에서 가장 잘 작동합니다. GNSS 신호를 차단하면 정확도를 안정적으로 유지하기가 어렵습니다. | 장애물(터널, 교량, 계곡)이 있는 장소에서도 데시미터 수준의 정확도를 유지합니다. 이는 Backward-Forward 프로세싱과 같은 알고리즘을 통해 가능합니다. |
| 기준선 | 최대 30km의 기준선에 적합합니다. | 기선이 긴 경우 전리층 오차를 평가하고 보정합니다. |
| 손상된 로그 복구 | 해당 없음 | 강한 태양 활동으로 손상된 로그를 'long baseline a posteriori'를 사용하여 복구할 수 있습니다. |
| 태양 활동 | 데이터 계산 시 태양 활동을 고려하지 않습니다. | 태양 활동을 고려하여 Long 및 Short baseline 모드 중에서 결정합니다. |
