위성항법시스템(GNSS Global Navigation Satelite System)
드론이 이용하는 위성항법시스템(GNSS)은 인공위성을 이용하는 하여 위치를 결정하는 범지구적인 측위정보 시스템이라고 합니다. 위성항법시스템을 이용하는 사용자는 인공위성을 통해서 위치와 주변 지도 등의 정밀한 정보를 전송받고 목적지로 가는 경로를 선택할 수 있도록 하는데, 이를 위해서는 배치된 위성을 일정한 형상으로 유지하고, 통신링크를 통해 위성의 정확한 궤도 정보를 실시간으로 탑재된 원자시계를 동기시켜 송출합니다. 위성의 궤도정보와 수신된 신호의 도달 시각차를 측정하여 삼각측량방법으로 사용자의 3차원 위치를 실시간으로 결정할 수 있도록 도움을 주며, 군사용 뿐만 아니라 민간분야까지 널리 사용되고 있습니다.
각국의 GNSS는 GPS(미국), GLONASS(러시아), BEIDOU(중국), GALILEO(유럽)가 있으며, 우리나라는 KASS 시스템 구축을 하고 있는 것으로 알려져 있습니다.
출처 https://brunch.co.kr/@dronestarting/906
"GPS(Global Positioning System, 위성항법장치)는 비행기, 선박, 자동차 뿐만아니라 세계 어느 곳에서든지 인공위성을 이용하여 자신의 위치를 정확히 알 수 있는 시스템을 말한다.
위치 정보는 GPS 수신기로 3개 이상의 위성으로부터 정확한 시간과 거리를 측정하여 3개의 각각 다른 거리를 삼각방법에 따라서 현재 위치를 정확히 계산할 수 있다. 3개의 위성을 통해 거리와 시간 정보를 얻고, 1개 위성으로 수정하는 방법이 널리 쓰이고 있다.
GPS가 눈금이 듬성듬성한 자로 실시간 위치를 측정한다면, RTK는 아주 정밀한 자로 실시간 위치를 측정하는 기술이다.
세대를 나누자면, 1세대는 GPS, 2세대는 현재 스마트폰에 사용되고 있는 기술인 DGPS, 3세대는 최신 기술인 RTK이다. 정밀한 위치 신호와 위치 보정 정보를 동시에 활용하는 기술이다.
GNSS(Global Navigation Satelite System, 글로벌항법위성시스템)는 인공위성을 이용하여 지상물의 위치, 고도, 속도 등에 관한 정보를 제공하는 시스템을 말한다. 인공위성을 이용해 지구 전역에서 움직은 물체의 위치, 고도, 속도를 계산하는 위성항법시스템이다.
미사일 유도 같은 군사적인 용도 뿐만 아니라 항공기, 선박, 자동차 등의 항법장치 등 민간분야에서 많이 이용된다. 미국의 GPS, 러시아의 GLONASS가 대표적이며, 유럽의 Galileo, 중국의 Beidou, 인도의 GAGAN, 일본의 QZSS가 이에 속한다.
GNSS는 크게 위성, 지상의 제어국, 사용자로 구성돼 있다. 지상 제어국 수신장치에서 고도 약 2만km중궤도에 위치해 있는 인공위성에서 신호를 받아 100m 이내의 위치정보를 알아낼 수 있는 것이 GNSS의 기본 원리이다.
또한, 위성의 위치와 위성시계, 위성상태 등의 항법정보가 있다면 현재 사용자의 위치를 파악할 수 있다. 즉 위성에서 보내는 신호가 수신기에 도달하기까지 걸리는 시간을 측정해서 위성과 수신기 사이의 거리를 구하고, 사용자의 현재 위치를 계산할 수 있는 것이다.
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지난 2019년 7월 KASS(Korea Augmentation Satelilte System, 한국형 정밀 GPS 위치정보시스템) 구축이 본격화,
전 세계에서 7번째로 국제민간항공기구(ICAO)에 공식 등재된 SBAS(Satelite Based Augmentation System)의 명칭이다.
위성항법시스템(GNSS) 오차, RTK(실시간 운동학)
위성항법시스템(GNSS)의 위치 오차를 발생시키는 원인으로 위성신호 전파 간섭, 전리층 지연 오차, 다중경로오차(건물 및 지면 반사), 위성궤도 오차, 대류층 지연오차, 수신기 잡음 오차 등 다양한 요소가 존재합니다. 다만, 바람 등에 의해서는 오차가 발생하지 않습니다.
오차가 발생하면 기체 고도 및 수평 위치 유지 성능이 저하되면서 기체의 불안정 발생 가능성이 높아지므로 유의해야 하며, 특히 건물 근처 기동시 오차 발생시에는 충돌 가능성에 높아지므로 더욱 유의해야 합니다.
RTK(Real Time Kinematic, 실시간 운동학)
이러한 오차를 보정하기 위해 기준국으로부터 오자 보정 신호를 받아 실시간으로 정밀 항법을 수행 가능하게 해주는 것이 RTK입니다. RTK는 현재 위성 항법시스템의 일반적인 오류를 수정하기 위한 측량의 응용입니다. 따라서 정확한 위치정보를 확보한 기준국으로부터의 오차 보정 신호가 필요합니다. 따라서 기준국으로 멀어질 수록 항법 정확도가 낮아지게 됩니다.
초경량비행장치 1급 필기시험이나, 교관과정 시험에서는 더 많은 깊이의 지식을 요구하는 것은 아닙니다. 아직까지는요. 앞으로는 모르겠습니다. GNSS의 나라별 이름, 어떤 역할을 하는지, 위성이 최소 몇개가 필요한지 등등 난이도나 깊이가 요구되는 것은 아닙니다. 그런데 포스팅을 하다보니 궁금해져서 찾다보니 역시 ^^ 잘하시고 많이 아시는 분들이 많습니다. 그 중, 잘 쓰신 글을 퍼왔습니다.
https://velog.io/@717lumos/GPS-GPS-%EC%9D%B4%EB%A1%A0-GNSS-RTK-%EB%93%B1
좋은 내용 중 제가 필요한 내용만 퍼왔습니다. 그림과 함께요. 같이 보시죠.
상대 측위(DGPS, Differential GPS)
- 위성항법 보정 시스템 (differential global positioning system)
- 코드에 기반하면서 의사 거리를 보정함
- 서로 가까운 거리에 위치한 두 수신기가 있을 때, 이 둘이 가지는 공통 오차를 상쇄해 정밀한 데이터를 얻음.
- 기준국(Base Station)(측량용 수신기)에서 오차 범위 등을 포함한 보정신호를 이동국(Rover)(항법용 수신기)에게 - 전송하는 것이 일반적
- 정밀도: 1~3 m
후처리 상대 측위
- 두 대 이상의 측량용 GPS 수신기를 이용해 높은 정밀도의 상대 위치를 측정함
- 실시간 계산은 불가능함
- 정밀도: 수 mm
실시간 이동 측위(RTK, Real-Time Kinematic)
- 기준국에서 전송되는 데이터가 반송파의 수신자료임. 나머지 특징은 DGPS와 동일함.
- 반송파 기반으로 측정을 진행하면서 정밀 의사 거리 보정을 진행한다.
- 두 대 이상의 측량용 수신기를 이용함
- 정밀도: 1~2 cm
DGPS와 RTK 기법을 비교해보자.
둘 모두에서, 일정 지역에서 수신기 하나는 정지해 있고(기준국) 나머지 하나는 이동하며 위치를 측정한다(이동국). 기준국은 위성에서 수신한 데이터들의 위치 오차를 계산하고 보정 데이터를 만든다. 이동국이 이 보정값으로 위치 결정 오차를 줄인다.
반면 DGPS와 RTK의 차이는 다음과 같다.
DGPS(DGNSS)
DGPS(DGNSS)를 더 자세히 살펴보자. DGNSS는 차분(Differential) 측위법으로 GNSS 관측값을 처리하는 다양한 측위법이다.
신호 안에는 (1) GNSS 코드 관측에 대한 보정값(PRC, Pseudo-range Correction), (2) 기준국 위치 정보인 RTCM 메시지 Type1(Differential GPS Corrections), (3) Type3(GPS Reference Station Parameters)이 있다. 그러나 반송파의 위상 보정값은 없다.
GNSS 코드 관측에 대한 보정값은 의사 거리(GNSS 위성과 기준국 안테나 간 거리의 추정값)을 보정한 값이다. 이는 기준국 위치를 기준으로 계산되었기 때문에, 이동국과 기준국 사이의 거리를 고려해 이동국의 위치에서 보정값을 산술적으로 계산해야 한다. 다만 기준국과 이동국 간의 거리가 멀면 부정확해진다.
RTK
RTK는 Real Time Kinematic의 약어이다. 위도, 경도, 고도 등 이미 정밀한 위치값을 알고 있는 기준국(예: 위성기준점)에 GPS 기지국을 설치하여 그곳의 GPS 위상 오차를 계산하고,
근처의 이동국은 해당 데이터를 받아 GPS 오차를 계산해 실시간으로 cm단위 급의 정밀도의 좌표값을 알 수 있는 측위 기법이다. 당연히 기준국과 멀어질수록 정밀도는 낮아진다.
더 궁금하신 분들은 위의 링크로 방문해서 보시면 되겠습니다. 저는 이 포스팅 정도의 내용이 초경량비행장치 조종자나 교관으로써 알아야 하는 최소한의 수준이 아닐까라고 감히 생각해봤습니다. 읽어주셔 감사드립니다. ^^
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