DGNSS/RTK
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▶ 출처 │ 국토지리정보원, 2017, 최신도입 네트워크 RTK 활성화 방안 연구보고서
DGNSS
DGNSS(Differential GNSS)는 차분(differential) 측위법에 의해 GNSS 관측값을 처리하는 다양한 측위법들을 말합니다. DGNSS 신호에는 GNSS 코드 관측값에 대한 보정값(PRC: Pseudorange Correction)과 기준국의 위치 정보에 해당하는 RTCM 메시지 Type 1(Differential GPS Corrections)과 Type 3(GPS Reference Station Parameters)이 포함되는 것이 일반적이며, 반송파 위상에 대한 보정값은 포함하고 있지 않습니다. (2019년 12월 수정) 코드 관측값에 대한 보정값은 곧 GNSS위성과 기준국의 GNSS 안테나 사이의 거리에 대한 추정값인 의사거리에 대한 보정값입니다. 이 값은 기준국 위치를 기준으로 계산된 값이기 때문에 이동국과 기준국의 거리를 고려하여 이동국 위치에서의 보정값을 산술적으로 계산하는 과정을 거쳐서 이동국 수신기에 적용됩니다. 하지만 이러한 계산 과정은 이동국과 기준국의 거리가 가까울 때는 정확하나, 거리가 멀어질수록 부정확해지기 때문에 기준국으로부터 일정한 거리 내에 있을 때에만 정확도가 보장된다고 할 수 있습니다.
- 이동국의 위치를 고려한 기준국 선정
기준국과 이동국의 거리가 일정할 경우에 정확도가 보장되기 때문에 이동국의 위치에 따라 기준국을 선택합니다.
- 이동국과 기준국 사이의 거리 증가에 따른 오차량의 증가
이동국과 기준국의 사이의 거리가 멀어질수록 거리에 따른 오차 증가량이 증가합니다.
DGNSS 보정신호를 사용하기 위해서는 GNSS 수신기 사용자가 활용할 기준국을 직접 선택하거나 GNSS 수신기의 개략적인 위치를 기반으로 기준국을 자동 선택하는 과정을 거쳐야 합니다.
DGNSS 보정신호의 정확도는 기준국과 이동국 사이의 거리 멀어질수록 저하됩니다. 보정해야 하는 오차량이 거리에 따라 변화하기 때문에 기준국으로부터 특정 거리 이상 멀어질 경우에는 이동국의 위치 정확도가 저하될 수 밖에 없습니다. 따라서 이동하는 위치를 결정해야 하는 경우에는 사용대상 기준국을 계속해서 선정해야 하는 불편함이 발생하게 됩니다. 기준국 선정의 불편함은 자동화된 프로세스의 구현을 통해 시스템 적으로 해결할 수 있으나 거리 증가에 따른 정확도 저하 문제는 DGNSS 보정신호 사용에 있어서 장애요인으로 작용해 왔습니다.
DGNSS 보정신호 사용상의 문제점을 극복하기 위해 제시된 두 가지 방법이 있습니다. 첫 번째 방법은 기준국의 위치에 종속되지 않는 새로운 종류의 보정신호를 개발하는 것이었으며 그 결과로써 개발된 보정신호가 SSR 방식의 SBAS 보정신호입니다. 두 번째 방법은 네트워크 방식의 보정신호 계산 방법으로서 이동국 주변의 여러 기준국 정보를 모두 사용하여 이동국에 적합한 보정신호를 계산하는 것입니다.
RTK
OSR방식으로 계산된 RTK 보정신호는 GNSS 신호 중 반송파 데이터를 중심으로 하는 실시간 정밀 위치결정 작업을 지원합니다. 같은 OSR 방식의 보정신호인 DGNSS 신호가 코드 데이터를 이용한 위치결정을 지원하는 정보들로 구성된 반면에, RTK 보정신호는 반송파 데이터를 중심으로 하는 위치결정을 지원합니다. 신호의 특성상 반송파 데이터의 관측 주기가 매우 짧기 때문에 보다 정밀한 위치결정 작업을 지원 할 수 있습니다. 따라서 RTK 보정신호를 이용하여 결정한 좌표는 수 cm 수준의 오차범위를 나타냅니다.
RTK 보정신호는 기준국 정보, 반송파 데이터, 코드 데이터 및 기타 데이터로 구성되며 RTCM 2.0 프로토콜을 기준으로 구성정보의 내용을 정리하면 아래 표와 같습니다.
전리층과 대류층 오차
OSR방식으로 계산된 RTK 보정신호는 GNSS 신호 중 반송파 데이터를 중심으로 하는 실시간 정밀 위치결정 작업을 지원합니다. 같은 OSR 방식의 보정신호인 DGNSS 신호가 코드 데이터를 이용한 위치결정을 지원하는 정보들로 구성된 반면에, RTK 보정신호는 반송파 데이터를 중심으로 하는 위치결정을 지원합니다. 신호의 특성상 반송파 데이터의 관측 주기가 매우 짧기 때문에 보다 정밀한 위치결정 작업을 지원 할 수 있습니다. 따라서 RTK 보정신호를 이용하여 결정한 좌표는 수 cm 수준의 오차범위를 나타냅니다.
RTK 보정신호는 기준국 정보, 반송파 데이터, 코드 데이터 및 기타 데이터로 구성되며 RTCM 2.0 프로토콜을 기준으로 구성정보의 내용을 정리하면 아래 표와 같습니다.
| 구분 | RTCM 2.3 | RTCM 3.1 | |
|---|---|---|---|
| 기준국 정보 | 기준국 파라메터 | #3 GPS Reference Station Parameter | #1005, #1006 |
| 기준국 안테나 정보 | #23 Antenna Type Definition Record | #1007, #1008 | |
| #24 Reference Station Antenna Reference Point Parameter | #1005, #1006 | ||
| 관측 데이터 정보 | 기준국 반송파 데이터 | #18 RTK Uncorrected Carrier Phase | #1004 (GPS), #1010 (GLONASS) |
| #20 RTK Carrier Phase Corrections | #1005, #1006 | ||
| 기준국 코드 데이터 | #19 Uncorrected Pseudo Ranges | #1005, #1006 | |
| #21 RTK/High Accuracy Pseudo Range Corrections | #1005, #1006 | ||
(수정 : 2019년 12월)
위의 표를 보면 RTK 보정신호가 OSR 방식의 보정신호이기 때문에 위치 결정의 기준으로 사용되는 기준국의 위치, 장비, 고유식별자에 대한 정보가 포함되어 있는 것을 알 수 있으며 기준국에서 측정한 반송파 데이터와 코드 데이터가 포함되어 있는 것을 확인할 수 있습니다.
RTK 보정신호는 높은 정확도로 사용자 수신기의 위치결정 작업을 지원할 수 있으나 OSR 방식으로 계산된 보정신호의 한계로 인하여 사용자의 위치가 기준국으로부터 멀어질수록 정확도가 저하되는 단점을 나타냅니다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 개발된 보정신호가 네트워크 방식으로 RTK 보정신호를 계산하여 생성할 수 있는 네트워크 RTK 보정신호입니다.