차동 GPS

Differential GPS
현대 농업에서 위성 지원 조향 시스템에 사용하기 위한 CLAAS에 의한 운반 가능한 DGPS 기준 스테이션 기준선 HD

DGPS(Differential Global Positioning System)는 최적의 구현을 위해 15미터(49ft) 공칭 GPS 정확도에서 약 1-3 센티미터(0.39–1.18 in)[1]까지 각 시스템의 작동 범위에서 위치 정확도를 향상시키는 위성 위치 확인 시스템(GPS)의 개선이다.

각 DGPS는 GPS 위성 시스템에 의해 표시된 위치와 알려진 고정 위치 사이의 차이를 방송하기 위해 고정된 지상 기반 기준 스테이션 네트워크를 사용한다.이 방송국들은 측정된 위성 유사점과 실제 (내부적으로 계산된) 유사 유사점 사이의 차이를 방송하며, 수신국들은 동일한 양으로 해당 유사점을 교정할 수 있다.디지털 보정 신호는 일반적으로 더 짧은 범위의 지상 송신기를 통해 로컬로 방송된다.

미국 해안경비대(USCG)와 캐나다 해안경비대(CCG)는 각각 주요 수로 및 항만 근처에서 285kHz~325kHz 사이의 장파 무선 주파수로 미국과 캐나다에서 DGPS를 운용한다.USCG의 DGPS는 NDGPS(Nationalwide DGPS)로 명명되었으며, 해안경비대와 미 국방부 공병대(USACE)가 공동으로 관리하였다.알래스카, 하와이, 푸에르토리코 등 미국 내륙과 해안 곳곳에 위치한 방송 사이트로 구성됐다.[2]다른 나라들은 그들만의 DGPS를 가지고 있다.

지상 송신기 대신 궤도를 선회하는 위성으로부터 교정을 전송하는 유사한 시스템을 광역 DGPS(Wide-Area DGPS)[3] 위성 기반 증강 시스템이라고 한다.

역사

GPS가 처음 보급되었을 때, 미군은 적군이 전세계적으로 이용할 수 있는 GPS 신호를 이용해 자신들의 무기 시스템을 안내할 가능성에 대해 우려했다.당초 정부는 '코리허브'(C/A) 신호가 100m(330ft) 정도만 줄 것으로 봤지만 수신기 설계가 개선되면서 실제 정확도는 20~30m(66~98ft)에 불과했다.[4]1990년 3월부터 이러한 [5]: 11 예기치 않은 정확도를 제공하지 않기 위해 L1 주파수(1575.42MHz)로 전송되는 C/A 신호는 약 100m(330ft)의 거리에 해당하는 임의의 양으로 클럭 신호를 상쇄하여 의도적으로 저하되었다.SA(Selectional Availability) 또는 줄여서 SA로 알려진 이 기법은 비군사 사용자용 GPS 신호의 유용성을 심각하게 저하시켰다.L2 주파수(127.6MHz)도 수신한 이중주파수 GPS 수신기의 사용자에게는 보다 정확한 안내가 가능했지만, 군사용으로 의도된 L2 전송은 암호화되어 암호 해독 키로 인증된 사용자만 이용할 수 있었다.

이는 매년 수백만 달러의 비용이 드는 로란, VOR, NDB 시스템과 같은 지상 무선 항법 시스템에 의존하는 민간 사용자들에게 문제를 제시하였다.글로벌 항법 위성 시스템(GNSS)의 등장은 적은 비용으로 정확성과 성능을 크게 향상시킬 수 있다.그러나 S/A 신호에 내재된 정확도는 너무 낮아서 이것을 현실화할 수 없었다.군은 연방항공청(FAA), 미국 해안경비대(USCG), 미국 교통부(DOT) 등으로부터 GNSS 민간이 사용할 수 있도록 S/A를 따로 설정해 달라는 여러 차례 요청을 받았지만 보안상의 이유로 반대 입장을 굽히지 않았다.

1980년대 초반에서 중반까지, 많은 기관들이 SA "문제"[dubious – discuss]에 대한 해결책을 개발했다.SA 신호가 천천히 변경되었기 때문에, SA 신호가 위치 결정에 미치는 영향은 상대적으로 고정적이었다. 즉, 오프셋이 "동부로 100m"인 경우, 그러한 오프셋은 비교적 넓은 영역에 걸쳐 적용된다.이는 이 오프셋을 로컬 GPS 수신기에 방송하면 SA의 영향을 제거하여 약 15m(49ft)의 GPS 이론적 성능에 가까운 측정 결과를 얻을 수 있음을 시사했다.또한 GPS 수정의 또 다른 주요 오류 원인은 전리층의 전송 지연 때문이며, 이는 방송에서도 측정 및 교정될 수 있다.이것은 대부분의 민간인의 요구에 충분한 5미터(16피트)의 정확도를 향상시켰다.[1]

미국 해안경비대는 1980년대 후반과 1990년대 초반까지 이 시스템을 끊임없이 발전시켜 실험하면서 DGPS의 보다 적극적인 지지자 중 한 명이었다.이러한 신호는 해상 장거리 주파수에서 방송되며, 기존 무선 전화기에서[further explanation needed] 수신되어 적합하게 장착된 GPS 수신기로 공급될 수 있다.거의 모든 주요 GPS 공급업체들은 USCG 신호뿐만 아니라 VHF나 상업용 AM 무선 대역의 항공 장치도 DGPS 입력을 갖춘 장치를 제공했다.

'생산품질' DGPS 신호는 1996년부터 제한적으로 발신되기 시작했으며, 캐나다 해안경비대와 제휴하여 세인트로렌스 시웨이는 물론 대부분의 미국 콜 항구를 커버할 수 있도록 네트워크가 급속도로 확장되었다.미국 전역으로 이 시스템을 확장하는 계획이 세워졌지만, 이것은 쉽지 않을 것이다.DGPS 보정의 품질은 일반적으로 거리에 따라 떨어졌으며, 넓은 지역을 커버할 수 있는 대형 송신기는 도시 근처에 군집하는 경향이 있다.이것은 특히 중서부와 알래스카의 인구가 적은 지역은 지상 GPS로 거의 커버리지가 없다는 것을 의미했다.2013년 11월 현재 USCG의 국가 DGPS는 85개의 방송 사이트로 구성되어 있으며, 이 사이트는 알래스카, 하와이, 푸에르토리코 등 미국 해안선과 내륙을 항해할 수 있는 수로에 이중 커버리지를 제공한다.또한 이 시스템은 미국 내륙의 대다수 지역에 단일 또는 이중 커버리지를 제공했다.[6]대신에, FAA (그리고 다른 나라들)는 정지궤도에 있는 통신 위성으로부터 전 반구를 가로질러 신호를 방송하는 것을 연구하기 시작했다.This led to the Wide Area Augmentation System (WAAS) and similar systems, although these are generally not referred to as DGPS, or alternatively, "wide-area DGPS". WAAS offers accuracy similar to the USCG's ground-based DGPS networks, and there has been some argument that the latter will be turned off as WAAS becomes fully operational.

1990년대 중반까지 SA 시스템이 의도된 역할에 더 이상 유용하지 않다는 것이 명백해졌다.DGPS는 그것이 가장 필요하다고 여겨졌던 미국보다 그것을 효과적이지 않게 만들 것이다.또한 1990-1991년 걸프전 동안 연합군이 상업용 GPS 수신기를 사용하고 있었기 때문에 일시적으로 SA가 꺼졌다.[7]이것은 SA를 끄는 것이 미국에 유용할 수 있다는 것을 보여주었다.[8]2000년 빌 클린턴 대통령의 행정명령으로 영구적으로 꺼졌다.[9]

그럼에도 불구하고, 이 시점에서 DGPS는 심지어 비SA GPS 신호가 스스로 제공할 수 있는 것보다 더 많은 정확성을 제공하는 시스템으로 진화했다.넓은 영역에 걸쳐 동일하고 "합리적인" 시간이라는 점에서 SA와 동일한 특성을 공유하는 몇 가지 다른 오류 발생원이 있다.여기에는 앞에서 언급한 전리권 효과와 함께 위성 위치 인식 데이터 및 위성 시계 이동의 오류가 포함된다.DGPS 보정 신호에서 전송되는 데이터의 양에 따라, 이러한 효과에 대한 보정은 10 센티미터 미만의 정확도를 제공하는 최적의 구현인 오류를 크게 줄일 수 있다(3.9인치).

USCG와 FAA 후원 시스템의 지속적인 배치 외에도, 다수의 벤더가 상용 DGPS 서비스를 만들어, 명목상의 15m GPS가 제공하는 것보다 더 높은 정확도를 요구하는 사용자들에게 그들의 신호(또는 그것을 위한 수신기)를 판매하고 있다.거의 모든 상업용 GPS 장치, 심지어 휴대용 장치까지 현재 DGPS 데이터 입력을 제공하고 있으며 많은 장치들이 WAAS를 직접 지원한다.어느 정도, DGPS의 형태는 현재 대부분의 GPS 작동에서 자연스러운 부분이다.

작전

DGPS 기준 스테이션(초크 링 안테나)

기준 스테이션은 자체 위치와 시간에 대해 차등 보정을 계산한다.그러나 사용자는 스테이션에서 최대 370km 떨어진 곳에 있을 수 있으며, 일부 보정 오류는 우주 공간에 따라 다르다. 특히 위성 인식 오류와 전리권 및 대류권 왜곡에 의해 유입된 오류.이 때문에 DGPS의 정확도는 기준 스테이션과의 거리에 따라 감소한다.사용자와 스테이션이 동일한 위성을 볼 수 없을 때 "간 가시성"이 부족할 경우 문제가 가중될 수 있다.

정확도

미국 연방 Radionavigation 계획 및 IALA 추천 및 성능에 모니터링 DGNSS 서비스의 밴드 283.5–325 kHz에서 인용하다. 100km당0.67 m의 방송 사이트[10]지만 정확성의 측정 전반의 미국 운수부의 1993년으로 추정하고 오류 성장(3.5ft/100 mi). 그포르투갈의 아틀란틱은 불과 0.22m/100km(1.2ft/100mi)의 열화를 제안한다.[11]

변형

DGPS는 모든 종류의 지상 증강 시스템(GBAS)을 참조할 수 있다.미국 해안경비대에 따르면 47개국이 미국 NDGPS(Nationalwide Differential Global Positioning System)와 유사한 시스템을 운용하고 있다고 한다.목록은 Dxers용 World DGPS 데이터베이스에서 찾을 수 있다.[12]

유럽 DGPS 네트워크

유럽 DGPS 네트워크는 핀란드와 스웨덴 해양 행정부를 중심으로 양국 간 군도의 안전성을 높이기 위해 개발됐다.[citation needed]

영국과 아일랜드에서는 2000년 데카 네비게이터 제도가 소멸하면서 남은 공백을 메우기 위해 해상 항법 보조기구로 이 제도가 시행됐다.해안선과 3개의 관제소 주위에 12개의 송신기가 배치된 이 송전기는 1998년 영국, 웨일스 및 채널 섬을 망라한 트리니티 하우스, 스코틀랜드와 맨섬을 망라한 북부 등대 위원회와 아일랜드 조명 위원회 등 각국의 일반 등대 당국(GLA)에 의해 설치되었다.아일랜드 전체를 아우르는300kHz 대역으로 전송된 이 시스템은 테스트를 거쳤으며 2002년 시스템 작동이 선언되기 전에 2개의 송신기가 추가되었다.[13][14][15]

Effective Solutions는 유럽 차등 비콘 송신기의 세부 정보와 지도를 제공한다.[16]

미국 NDGPS

미국 교통부는 연방 고속도로국, 연방철도청, 국립지질조사국과 함께 해안경비대를 미국 전국 DGPS 네트워크(National DGPS)의 유지기관으로 임명했다.이 시스템은 해경이 1980년대 후반부터 시작해 1999년 3월 완공한 기존 해상차동GPS(MDGPS)를 확대한 것이다.MDGPS는 연안, 그레이트 레이크, 미시시피강 내륙 수로만을 커버했고, NDGPS는 이를 확대하여 미국 대륙의 완전한 커버리지를 포함시켰다.[17]중앙집중식 지휘통제부대는 버지니아주 알렉산드리아에 본부를 둔 USCG 항법센터다.[18]미국 국토안보 내비게이션센터가 관리하는 미국 네트워크에는 현재 85개의 NDGPS 사이트가 있다.

2015년 USCG와 USACE는[expand acronym] 미국 DGPS의 계획된 단계적 폐지에 대한 의견을 구했다.[19]접수된 의견에 대해 후속 2016년 연방관보 고시는 46개 역이 계속 운행 중이며 "해안 및 해안 지역의 이용자들이 이용할 수 있다"[20]고 발표했다.이런 결정에도 불구하고 USACE는 나머지 7개 사이트를 해체했고 2018년 3월 USCG는 2020년까지 나머지 방송국을 해체하겠다고 발표했다.[21]2020년 6월 현재 NDGPS 서비스는 2000년[22] 선택 가능성의 제거와 차세대 GPS 위성 도입으로 인해 더 이상 필수품으로 여겨지지 않아 모든 서비스가 중단되었다.[23]

캐나다 DGPS

캐나다 시스템은 미국의 시스템과 유사하며, 주로 대서양과 태평양 연안뿐만 아니라 오대호와 세인트 로렌스 시웨이를 포함하는 해양 사용을 위한 것이다.

호주.

호주는 3개의 DGPS를 운영하고 있다. 하나는 주로 해상 항법용이고, 다른 하나는 해상 항법용이며,[24] 다른 하나는 육상 조사와 육상 항법용으로 사용되며, 커머셜 FM 라디오 대역에서 정정 방송을 한다.세 번째는 현재 시드니 공항에서 적어도 2015년까지 계기 착륙 시스템에 대한 백업으로 항공기 정밀 착륙 테스트(2011년)가 진행 중이다.그것은 지상 증강 시스템이라고 불린다.항공기 위치 보정은 항공 VHF 대역을 통해 방송된다.

호주 연안을 관할하는 16개 지상국의 해상 DGPS 서비스가 2020년 7월 1일부터 중단됐다.[25]향상된 다채널 GPS 기능 및 다중 제공자(GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou)로부터의 신호 소스(GPS, Galileo, BeiDou)가 GPS + DGPS에서 얻을 수 있는 것보다 더 나은 항법 정확도를 제공하는 것으로 언급되었다.지오사이언스 호주(GA)가 주도하는 호주 위성기반 증강시스템(SBAS) 프로젝트가 향후 2~3년(2020년 9월 기준) 내에 GNSS 사용자에게 보다 높은 정확도를 제공할 예정이다.

후처리

후처리는 Differential GPS에서 측량 마커와 같은 알려진 지점과 연관시켜 알 수 없는 지점의 정확한 위치를 얻기 위해 사용된다.

GPS 측정은 보통 GPS 수신기의 컴퓨터 메모리에 저장되며, 이후 GPS 후처리 소프트웨어를 실행하는 컴퓨터로 전송된다.소프트웨어는 두 개 이상의 GPS 수신기의 동시 측정 데이터를 사용하여 기준선을 계산한다.

기준선은 각 쌍의 GPS 안테나가 차지하는 두 지점 사이에 그려진 3차원 선을 나타낸다.대부분의 GPS 오류는 각 수신기에 거의 동일하게 영향을 미치기 때문에 계산에서 취소될 수 있기 때문에 후처리된 측정은 더 정확한 위치 지정을 허용한다.

차동 GPS 측정은 또한 실시간 키네마틱(RTK) 측량이나 내비게이션과 같이 별도의 무선 수신기를 사용하여 보정 신호를 수신할 경우 일부 GPS 수신기에 의해 실시간으로 계산될 수 있다.

GPS 위치추적 개선은 어떤 경우에도 두 개 이상의 수신기를 동시에 측정할 필요가 없으며, 하나의 장치를 특별히 사용하여 수행할 수도 있다.핸드헬드 수신기조차 상당히 고가였던 1990년대에는 위치나 3-10 조사 지점의 루프를 빠르게 돌려 수신기를 사용하는 준차동 GPS의 몇 가지 방법이 개발되었다.[citation needed]

참고 항목

참조

  1. ^ "Satellite Positioning Service of the Offical [sic] German Surveying and Mapping (SAPOS) Brochure" (PDF). SAPOS. 2015. Retrieved 25 November 2021.{{cite web}}: CS1 maint : url-status (링크)
  2. ^ "GPS.gov - Augmentation Systems". gps.gov. United States Air Force. 14 March 2012. Archived from the original on 24 January 2021. Retrieved 7 July 2013.
  3. ^ Kee, Changdon; Parkinson, Bradford; Axelrad, Penina (1 June 1991). "Wide Area Differential GPS". Navigation. 38 (2): 123–145. doi:10.1002/j.2161-4296.1991.tb01720.x. eISSN 2161-4296.
  4. ^ McNamara, Joel (2008). GPS for Dummies (2nd ed.). ISBN 978-0-470-15623-0.
  5. ^ Ho, Angela; Mozdzanowski, Alex; Ng, Christine (2005). "GPS Case" (PDF). Open Courseware. MIT.
  6. ^ "USCG DGPS coverage plot via USCG Navigation Center". Retrieved 2013-07-07.
  7. ^ "Definition of Selective Availability". PCMAG. Retrieved 2020-04-18.
  8. ^ 더미즈용 GPS는 군사용 GPS 수신기가 충분하지 않아 "페르시아 걸프전 기간인 1990년에 선택 가능성이 일시적으로 꺼져서 연합군이 민간용 GPS 수신기를 사용할 수 있게 되었다"고 밝혔다.
  9. ^ "Statement by the President regarding the United States' Decision to Stop Degrading Global Positioning System Accuracy". Office of Science and Technology Policy. May 1, 2000. Retrieved 2007-12-17.
  10. ^ "2001 Federal Radionavigation Systems" (PDF). Department of Transportation and Department of Defense. 1 December 2001. Archived from the original on 23 October 2020. Retrieved 31 January 2021.
  11. ^ Monteiro, Luís Sardinha; Moore, Terry; Hill, Chris (1 May 2005). "What is the accuracy of DGPS?". The Journal of Navigation. 58 (2): 207–225. Bibcode:2005JNav...58..207S. doi:10.1017/S037346330500322X. ISSN 0373-4633. OCLC 299747772. S2CID 128552091.
  12. ^ "World DGPS Database For DXERS" (PDF).{{cite web}}: CS1 maint : url-status (링크)
  13. ^ "Marine Differential GPS". Satellite Navigation. Trinity House. Archived from the original on 2008-01-20.
  14. ^ "UK & Republic of Ireland General Lighthouse Authorities Turn to Trimble GPS For Future Navigation". Trimble Navigation Limited (Press release). PRNewsire. 22 January 1998.
  15. ^ "Trinity House Aids to Navigation Satellite Navigation". 2007-07-04. Archived from the original on 2007-07-04. Retrieved 2021-07-29.
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  18. ^ 미국 해안경비대 내비게이션 센터, 버지니아 주 알렉산드리아; 표준 운영 절차(2002)
  19. ^ "Nationwide Differential Global Positioning System (NDGPS)". Federal Register. 18 August 2015. Retrieved 25 September 2018.
  20. ^ "Nationwide Differential Global Positioning System (NDGPS)". Federal Register. 5 July 2016. Retrieved 25 September 2018.
  21. ^ "Discontinuance of the Nationwide Differential Global Positioning System (NDGPS)". Federal Register. 21 March 2018. Retrieved 25 September 2018.
  22. ^ "GPS.gov: Selective Availability". www.gps.gov. Retrieved 2021-04-17.
  23. ^ "DIFFERENTIAL GPS DISCONTINUANCE". www.navcen.uscg.gov. Retrieved 2021-04-17.
  24. ^ "AMSA's DGPS Service - Status". Australian Maritime Safety Authority. Retrieved 2017-03-29.
  25. ^ "Australia's differential global positioning system". Australian Maritime Safety Authority. Retrieved 2020-09-20.

외부 링크