이전 정확도 마스터하기 문서에서는 GNSS와 그 오차 원인, 그리고 이중 차이 계산을 통해 대기 오차를 제거할 수 있을 만큼 베이스와 로버가 가깝다고 가정하여 RTK가 오차를 완화하는 방법에 대해 설명했습니다. 그러나 대기층은 이질적인 경우가 많기 때문에 이 방법으로 오차를 완전히 제거하지 못해 정확도가 떨어질 수 있습니다.
전리층이란 무엇이며 GNSS에 어떤 영향을 미칩니까?
전리층은 지구 표면에서 약 50~1,000킬로미터 상공에 위치한 지구 상층 대기의 중요한 구성 요소입니다.
태양 복사가 이 대기층에 있는 입자에 닿으면 자유 전자와 이온(전자를 얻거나 잃은 원자)이 존재하게 됩니다. 이온화 정도는 고도, 태양 활동, 시간대에 따라 달라집니다.
극지방 오로라는 이러한 상층 대기 이온화의 가시적인 결과입니다. RF 통신, 특히 GNSS 신호 전송과 관련하여 이러한 하전 입자는 신호가 전리층을 통과할 때 신호에 지연을 일으킵니다. GNSS는 기본적으로 신호가 이동하는 시간을 고려할 수 있어야 하기 때문에 이러한 지연은 GNSS 정확도에 큰 영향을 미칩니다.
전리층 섬광으로 인해 신호가 저하되어 내비게이션에 사용할 수 없게 되는 등 태양 활동이 활발할 경우 그 영향은 훨씬 더 심각할 수 있습니다. 태양 폭풍은 또한 인프라에 영구적 또는 일시적인 장애를 일으킬 수 있습니다. 다음은 몇 가지 예시입니다:
- 1989년 3월: 태양 폭풍으로 인한 대규모 정전 사태 발생
- 2000년 7월: 라디오 정전 및 위성 장애
- 2022년 2월: 태양 폭풍으로 40개의 스타링크 위성이 파괴되었습니다.
전리층 주기 및 주기성
전리층의 전하 수준은 태양 활동, 계절적 변화, 일별 변화의 영향을 받는 주기적인 패턴을 보입니다.
태양 주기
태양 주기는 태양 활동의 약 11년 주기의 변화를 말합니다. 이 주기는 태양 표면에 있는 흑점 수의 증가와 감소로 표시됩니다. 흑점은 태양의 일시적인 현상으로 어두운 반점으로 나타나며 강렬한 자기 활동과 관련이 있습니다.
태양 주기는 태양 최소기와 태양 최대기의 두 가지 주요 단계로 나눌 수 있습니다. 일식 최소기에는 태양의 흑점 수가 적고 전반적인 활동이 상대적으로 낮습니다. 태양 주기가 태양 최대기로 진행됨에 따라 흑점 수가 증가하고 태양 활동도 활발해집니다.
태양 활동이 활발한 기간에는 전리층에서 전자 밀도가 증가하여 GNSS 신호에 대한 전리층 지연 효과가 증폭됩니다.
2020년부터 태양 활동이 증가하여 2022년 하반기부터 높은 활동을 기록했으며, 2025년에 최고조에 달할 것으로 예상됩니다. 이러한 높은 활동은 전반적으로 GNSS 성능 저하로 이어지며 RTK 수정값을 획득하기가 더 어려워집니다.
계절별 주기
계절적 변화는 전리층 거동에 중요한 역할을 합니다. 북위도에서는 일반적으로 봄과 가을에는 태양 복사열이 증가하여 이온화 수준이 높아지는 반면, 여름과 겨울에는 이온화 수준이 낮아집니다.
이러한 계절적 변화는 GNSS 신호에 다르게 영향을 미쳐 위치 정확도의 전반적인 변동성에 기여합니다.
일일 변동 사항
전리층의 매일 변화는 지구의 자전과 태양의 위치에 영향을 받습니다. 지구가 자전함에 따라 지역마다 다양한 수준의 이온화를 경험합니다. 아래 그림에서 TECU는 전리층 활동을 특징짓는 총 전자 함량 단위의 약자로, 신호에서 발생하는 추가 지연과도 관련이 있습니다.
위치
위에서 언급한 주기적, 계절적, 일별 변화 외에도 지구상의 위치는 전리층 활동에 큰 영향을 미칩니다. 평균 전리층 활동은 지자기 적도 부근에서 더 높습니다.
두 날짜의 일일 전리층 활동의 일반적인 예는 다음과 같습니다.
RTK에 미치는 대기 오류의 영향: 최신 기술
GNSS 수신기에 사용되는 기술에 따라 대기 오차의 영향은 달라집니다.
엔트리 레벨 RTK 수신기는 일반적으로 이러한 영향에 제대로 대처하지 못하며 RTK 고정률이 낮아지거나 수렴 시간이 길어질 수 있습니다.
고급(측지) GNSS 수신기 또는 후처리 엔진에는 두 가지 주요 기술을 기반으로 하는 일정 수준의 전리층 완화 기능이 내장되어 있을 수 있습니다:
- 일부 과학 출판물에서는 L3라고도 하는 Iono Free라는 특정 측정 조합입니다.
- 탐색 필터에서 전용 상태를 사용하여 전리층 오차 추정하기
두 방법 모두 장단점이 있지만 일반적으로 노이즈 및/또는 수렴 시간이 상당히 길어집니다.
아이오노쉴드 기술로 이러한 영향 완화
고객 지원을 위해 유블럭스는 높은 전리층 활동의 영향을 보정하는 획기적인 기술을 Qinertia 4용으로 개발했습니다:
Ionoshield는 PPK의 모든 기능을 활용하여 까다로운 GNSS 조건과 높은 전리층 활동에서도 신뢰할 수 있는 센티미터 RTK 수정 솔루션을 제공합니다. Ionoshield는 대기 오차 완화 알고리즘입니다. 이 알고리즘은 기지와 로버의 관측 자료를 사용하여 전리층과 대류권에서 발생하는 오차를 결정합니다.
대기 오차를 추정하고 이를 보정하기 위해 사용 가능한 모든 주파수와 별자리를 사용합니다. 지능형 전략은 수렴 시간을 최소화하는 동시에 순방향/역방향/병합 처리를 통해 까다로운 조건에서도 수렴 시간 0을 목표로 프로세스를 완료합니다.
마지막으로 Ionoshield는 내장된 RAIM 알고리즘과 결합하여 신틸레이션과 같은 전리층 문제로 인한 결함 위성을 감지하고 제외합니다.
이 접근 방식을 통해 Ionoshield는 상당한 이점을 얻을 수 있습니다:
- RTK 수정에 도달하고 센티미터 정확도를 발휘하는 탁월한 용량
- 무이온 조합과 같은 다른 이오노 처리 기술과 달리 노이즈가 추가되지 않습니다.
- 최신 멀티 주파수 수신기를 최대한 활용하여 3개의 주파수 풀 컨스트럭션 PPK를 사용하여 정밀도와 견고성을 높입니다.
- 육상 환경(경-중규모 도시 환경)에서도 작동합니다.
Ionoshield를 최대한 쉽게 사용할 수 있도록 Qinertia는 자동 선택 옵션도 통합했습니다. 이 자동 옵션은 처리 모드를 선택하기 전에 전리층 활동을 평가합니다(단일 기본 PPK, Ionoshield PPK 또는 VBS). 고급 사용자의 경우 처리 모드를 수동으로 선택할 수도 있습니다.
Ionoshield는 엄청난 이점을 제공하지만 몇 가지 전제 조건이 있습니다:
- 모든 SBG Systems 제품에서 제공되는 최소 이중 주파수 GNSS 수신기(L1/L2 선호). Ionoshield는 또한 정확도 향상을 위해 트리플 밴드(L1/L2/L5) GNSS 수신기의 가용성을 최대한 활용합니다!
- 로그 기간 및 오픈 스카이: 아이오노쉴드는 빠르게 수렴할 수 있습니다. 그러나 전리층 활동이 활발하고 기지와 로버가 관측한 오차 사이에 큰 차이가 있는 극한 조건에서는 Ionoshield의 수렴 시간이 더 필요할 수 있습니다.
Ionoshield가 데이터를 어떻게 개선하는지 테스트하고 싶다면, 저희에게 문의하세요.