2007 항행안전 GAFAS PPT by hijuney6

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									           고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 :
                 Networked GAFAS
                  *GAFAS is an abbreviation of GNSS Algorithm For Accuracy and Safety

                                               July 11 ,2007




                                                                       Hyung Keun Lee
                                                                       E-mail: hyknlee@kau.ac.kr
                                                                       WWW: http://nisl.kau.ac.kr




    요약문
     실시간 동적 측위는 GPS/GNSS의 활용에 있어서 정적 후처리 측위에 비하여 넓은 응용 분야를
     가진다.

     본 발표에서는 다중경로와 같은 비 호의적인 신호 환경에서 실시간 동적 측위를 안정적으로 수
     행하기 위한 소프트웨어 패키지 GAFAS (GNSS Algorithm For Accuracy and Safety)를 소개하
     고자 한다. GAFAS 는 ANSI-C의 형태로 구현되어 있으므로 어떠한 형태의 수신기 하드웨어에
     도 설치가 가능하며 또한 유무선 또는 인터넷 연결에 의한 별도의 서버에 의해서도 실시간 또는
     RINEX형태의GPS/GNSS 측정 데이터의 처리 서비스가 가능하다.

      GAFAS 는 이중 주파수 측정치 선형 조합, Ephemeris 해석에 의한 위성 위치 결정, 고장검출,
     standalone 위치, differential 위치결정, 직렬 통신을 통한 실재 수신기 데이터 인터페이스,
     RINEX(Receiver INdependent EXchange Format) 파일에 대한 인터페이스, TCP/IP를 통한 네
     트워크 인터페이스, 그리고 그래픽을 활용한 사용자 인터페이스 등을 위하여 약 200여 개의 모
     듈로 구성된다.

     본 발표에서는 특히 고정밀 DGPS 기능을 구현하기 위하여 GAFAS 를 활용하여 근래에 진행중
     인 DGPS 수신기 네트워크의 설계 및 구현을 다루었다. 소개되는 DGPS 수신기 네트워크는 한
     개의 Broadcaster, 다수의 Server, 그리고 상당수의 Client로 구성된다.

     구현된 DGPS 수신기 네트워크의 개형에서 Server는 기준국 수신기 데이터를 획득하고 가공하
     여 Broadcaster로 전달하는 기능을 수행하며, Client는 GPS 수신기를 탑재한 항공기, 차량, 핸
     드폰, PDA, 노트북 등 다양한 형태의 이동기기에 소프트웨어 기능으로 설치되어 정밀위치를 계
     산하는 기능을 수행한다. Broadcaster는 DGPS 수신기 네트워크의 핵심적인 요소로서 다수의
     기준국들과 대용량 다수의 client들을 등록 및 관리하고 실시간에 연결하여 주는 역할을 수행한
     다.

2   고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




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                    Recent Trends:
                GNSS Receiver Networks




4   고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




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5   고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




    Summary : SBAS
                                               위성
                                  GPS

                                                무결성/보정신호



                                        측위신호



                                               사용자 수신기


                                                     Uplink
                                                     안테나




      기준국 수신기 망
                           주처리국
      (GPS L1, L2, 1 Hz)                   무결성/보정정보



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                                                              3
    Summary : GBAS
                                          GPS




                                     측위신호


                                                    사용자 수신기
         활주로

                                  무결성/보정신호


                                                    VHF
                                                   안테나


           기준국 수신기 망              주처리국       무결성/보정정보
           (GPS L1, L2, 1 Hz)


7   고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




    Summary : GRAS
                                             GPS




                                         측위신호


                                                      사용자 수신기


                                   무결성/보정신호



                                                           VHF
                                                          안테나 망

             기준국 수신기 망             주처리국         무결성/보정정보
             (GPS L1, L2, 1 Hz)



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                                                                  4
    Prediction : Future GPS/GNSS Network
               Galileo        GLONASS               GPS       위성 1   위성 2




                 기준국 수신기 망 1
                 (GPS/Galileo, L1, L2, L5, 10 Hz)
                                                               사용자 수신기
                                                                 유형 2
                                                    사용자 수신기
                                                      유형 1
                                     주처리국 1                             Uplink
                                                                        안테나 1
                                                               VHF             Uplink
                                                    VHF        안테나 2           안테나 2
                                                    안테나 1

                                           정보융합센터 2             무결성/
       기준국 수신기 망 2                   주처리국 2                    보정정보 1
       (GPS L1, L2, 1 Hz)
                                                                무결성/
                                                               보정정보 2
                                                    정보융합센터 1

9    고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




               GNSS Algorithm For Accuracy & Safety

                                            GAFAS




                                                                                        5
     Requirements of GNSS Algorithm
       Safety

       Accuracy

       Availability

       Immunity to Dynamics

       Real-Time Capability



11    고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




     What is GAFAS ?

     • GAFAS is an abbreviation of
      “GNSS Algorithm For Accuracy and Safety”

       It can be implemented on any GNSS receiver
       hardware

       It can be tailored to various GNSS application
       areas
        – Aerospace: safety-critical landing
        – Surveying: accuracy-critical cm-level surveying
        – Civil: positioning in urban area


12    고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




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     Three Key Functions of GAFAS
                                                          1. Fault Detection            3. Information Fusion
                                                          Channel
                                                             1
                                                           Fault
                                                          Detector



                                                          Channel
                                                             2
                                                           Fault                             Position-Domain
                                                          Detector                             Hatch Filter




                                                          Channel
                                                             J
                                                           Fault
                                                          Detector


             Any kind of
                                                                                  Channel
               GNSS
                                                                                  Selector    Γk
              receiver
              hardware
                                                                                2. Fault Isolation

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     Variational Algorithm Structure
                                        ...
                       ~1
                       ρk      ~1
                               ρ k −1           ~1
                                                ρ k−B                  ~1
                                                                       ρk     ~1
                                                                              ρ k −1         ~1
                                                                                             ρ k−B
                                                          Detection
 Receiver                                                    and
                     Channel 1 Test Statistic
 Channel 1                                                Isolation
                      ~       ~               ~                        ~      ~              ~
                      Φ1k     Φ 1 −1
                                k             Φ1 −B
                                                k
                                                          of Fault 1   Φ1k    Φ 1 −1
                                                                                k            Φ1 −B
                                                                                               k
                                        ...
                                        ...                                                            Conventional
                       ~
                       ρ k2    ~
                               ρ k2−1           ~
                                                ρ k2− B                ~
                                                                       ρ k2   ~
                                                                              ρ k2−1         ~
                                                                                             ρ k2− B
                                                          Detection                                       Filter
 Receiver                                                    and
                     Channel 2 Test Statistic
 Channel 2                                                Isolation
                      ~       ~               ~2                       ~      ~              ~2                for
                      Φ2k     Φ 2 −1
                                k             Φ k−B       of Fault 2   Φ2k    Φ 2 −1
                                                                                k            Φ k−B
                                        ...
                                                                                                        Dynamic
     .
     .
     .                            .
                                  .
                                  .                             .
                                                                .
                                                                .                                      Positioning
                                        ...
                      ~
                      ρ kJ     ~
                               ρ kJ−1           ~
                                                ρ kJ− B                ~
                                                                       ρ kJ   ~
                                                                              ρ kJ−1         ~
                                                                                             ρ kJ− B
                                                          Detection
 Receiver                                                    and
                     Channel J Test Statistic
 Channel J                                                Isolation
                      ~J      ~J              ~J                       ~J     ~J             ~J
                      Φk      Φ k −1          Φ k−B       of Fault J   Φk     Φ k −1         Φ k−B
                                        ...


14       고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                                                                                                      7
     GAFAS Software Modules
                                                                                    Mode Setting
                                 Interface                                                          - Monte-Carlo Simulation
                                                                                                    - Covariance Analysis
                                     for                                                            - Real Data Processing
                                Customized
        Channelwise             File Format
        GNSS Signal
         Generation               RINEX
                                                                      Channelwise                            Positioning
                                    File            Fault Detection                   Fault Isolation
                                                                         Filter                                Filter
        Satellite   User         Interface
       Trajectory Trajectory
       Generation Generation


         Iono.     Tropo.       Serial Port                                                                          Integer
         Error      Error                                                                   Iono-free     Wide-
       Generation Generation     Interface                                                   Combi.       lane
                                                                                                                    Ambiguity
                                                                                                                    Resolution
                                                                                           Divergence                Integer
                                                                                                         Narrow-
       Multipath   Satellite                                                                  -free                 Ambiguity
                                                                                                          lane
        Error      Blockage                                                                  Combi.                 Validation
       Geration    Scenario
                                 Network
                                 Interface
                                                                                           Error Computation
                                                                                              And Report

     * The GAFAS source code (ANSI-C) consists of approx. 200 subroutines performing any kind of requirements

15      고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                               Networked GAFAS 의 구성 및 기능




                                                                                                                                 8
     GAFAS 를 활용한 수신기망 구성 (1/2)
                                                                                                   Mode Setting
                                                                                                   - Monte-Carlo Simulation
                                                 Interface                                         - Covariance Analysis
                                                     for                                           - Real Data Processing
                                                Customized
                                                File Format
                       Channelwise
                       GNSS Signal
                        Generation
                                                  RINEX
                                                                                     Channelwise                                      Positioning
                                                    File           Fault Detection                   Fault Isolation
                                                                                        Filter                                          Filter
                   Satellite   User
                                                 Interface
                  Trajectory Trajectory
                  Generation Generation



                    Iono.     Tropo.             Serial Port                                                                               Integer
                    Error      Error                                                                        Iono-free         Wide-
                  Generation Generation
                                                  Interface                                                  Combi.           lane
                                                                                                                                          Ambiguity
                                                                                                                                          Resolution
                                                                                                           Divergence                      Integer
                                                                                                                              Narrow-
                                                                                                              -free                       Ambiguity
                      Multipath   Satellite                                                                                    lane
                                                                                                             Combi.                       Validation
                       Error      Blockage
                      Geration    Scenario
                                                 Network
                                                 Interface

                                                                                                             Error Computation
                                                                                                                And Report




        Broadcaster
                                                                                                                                                            Client


                                                                                             Server



17   고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




     GAFAS 를 활용한 수신기망 구성 (2/2)




                                                                                                                                                       client type 1
                                              Server 1

                                                               client type 3


           Server 2                           Broadcaster                             Server N




               Server 3



                                                                                             client type 2

                                                Server 4




18   고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                                                                                                                                                       9
     Server의 기능 (1/2)

     – Linux 와 Windows 용으로 개발
                                       ①       ②       ③

     – 정확히 알려진 위치에서 연속적인
                                                           ④
       관측을 통해 Navigation data,
       Observation data를 생성
          Broadcaster 로 전송

     ① Broadcast 연결버튼
     ② 접속을 위한 설정버튼
     ③ GPS 연결 및 GPS data 수신,
       RINEX file 생성을 위한 버튼
     ④ Broadcast 와의 연결 상태
       Display



19    고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




     Server의 기능 (2/2)
      – GPS 연결, 데이타 생성

      ① GPS 수신기로부터의 데이타
        Display
      ② 시리얼 포트 설정
      ③ GPS 연결(Serial port) 및 데이터
        전송(TCP/IP)을 위한 버튼
                                                   ①       ②
      ④ 생성된 데이터에 대한 status 창

                                                               ③



                                           ④




20    고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                                                   10
     Server의 Flow Chart
                                 Server start


                                Id, password,
                                 setting 입력


                                    인증?
                                                 no
                                          yes
                                  GPS 연결


                                NAV. message
                                수신(receiver)

                                OBS. message
                                수신(receiver)

                                RINEX file 생성

                                NAV. message
                                 송신(TCP/IP)                    yes

                               raw measurement    no      ephemeris
                                  수신(GPS)                  update?

                                 보정데이터
                                 생성 및 전송




21     고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




     Client의 기능 (1/2)
     – Broadcaster 로부터 보정데이터 수신
     – GPS 수신기로부터 GPS 데이터 수신
     – Processing 결과를 지도에 표시 및                              ②
       파일로 저장 가능                                      ①

     ① File 저장 경로, Broadcast 접속, GPS 연결                                   ④
       을 위한 Serial port 설정
     ② 연결버튼
     ③ 결과 Display 용 지도                                                ③
     ④ Broadcast 에서 다운 받을 수 있는 파일
       Display (post processing에 사용)                                          ⑥
     ⑤ 설정된 디렉토리내에 저장되어있는 파일 표
       시
     ⑥ GPS 연결 및 data processing을 위한 버
                                                      ⑤
       튼




22     고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                                                                  11
     Client의 기능 (2/2)
      – GPS 연결 및 Data Processing
                                                                               ②
      – Processing Method                                            ①
                                                                           ⑤
       (1) Standalone Positioning
                                                                               ④
       (2) Single Differential(SD) Positioning
          • time sync를 위한 buffer 생성
          • 초기위치계산(standalone) 후 SD 로 전환


                                                                           ③

     ① 위도, 경도, 고도 표시
     ② 수신기로부터 GPS 데이터 수신
     ③ Processing 방법 선택
     ④ 현재 처리중인 데이터와 buffer에 저장된 데이터를
     Display
     ⑤ Processing status Display (사용된 위성의 개수, 연결중
     이 Server 이름 등)


23    고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




     Client의 Flow Chart
                                     Client start


                                    Id, Password,
                                     setting 입력

                                                      no
                                       인증?
                                                yes

                                    NAV. 데이터
                                                             DB 저장
                                    수신(TCP/IP)

                                      GPS 연결

                                    초기위치결정                 NAV. 데이터 수신
                                    전송(TCP/IP)                (TCP/IP)
                                                                     yes
                                    보정데이터 수신                 ephemeris
                                      (TCP/IP)        no      update?

                                    이동국, 기준국
                                     데이터 동기

                                  DGPS processing


                                      결과출력




24    고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                                                                   12
     Broadcaster의 기능
           – Web server (Apache)
                  • 사용자 정보 확인 및 관리
                  • 관측데이터(RINEX) 파일 다
                    운로드가능


           – DataBase (MySQL)
                  • Server 의 ID, 위치 저장
                  • Client 의 신상정보 저장
                  • 관측 데이터 저장

           – TCP/IP
                 • Client / Server와 연결
                 • Client 와 Server 간의 모든
                   data stream 을 관리
                 • 12 시간 간격으로
                   Ephemeris 데이터 저장

25   고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




     Broadcaster의 Flow Chart
                            Broadcaster start



                                                no
                            Client (Server)
                                와 연결?
                                      yes


                           DB 검색, 사용자 인증                       GPS연결


                      no                                     Nav. data 생성        DB(buffer) 저장
                                server?

      Client 초기위치                    yes
       수신(TCP/IP)                                            Obs. data 생성        NAV. data 갱신

                                                                                         yes
        최단거리의
      server 검색(DB)                                                         no     ephemeris
                                                                                    update?


      Nav. data 생성          Nav. data 수신
                                                     DB(buffer) 저장
      및 송신(Buffer)            (TCP/IP)


      보정데이터 송신              보정데이터 수신
        (TCP/IP)              (TCP/IP)




26   고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                                                                                 13
                                          Experiment Results




     Experiment: CORS DATA

                                 Visible Satellites                                    Satellite set addages or outages




                  21                                                         21
     PRN number




                                                                PRN number




                  18                                                         18
                  17                                                         17
                  15                                                         15
                  14                                                         14




                  3                                                          3

                  2.705 2.71 2.715 2.72 2.725 2.73 2.735 2.74                2.705 2.71 2.715 2.72 2.725 2.73 2.735 2.74
                                    time (sec)              5                                  time (sec)              5
                                                        x 10                                                       x 10




28         고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                                                                                                           14
     Experiment: Epoch-by-Epoch SD Solution

                                                  epoch-by-epoch SD solution
                                       3
                                                                      error
                                                                      upper sigma val.
                                                                      lower sigma val.
                                       2



                                       1
                           error (m)




                                       0



                                       -1



                                       -2



                                       -3
                                       2.705 2.71 2.715 2.72 2.725 2.73 2.735 2.74
                                                         time (sec)              5
                                                                             x 10

29    고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




     Experiment: Float Solution by PD Hatch Filter

                                                   GAFAS float solution
                                 1
                                                                   error
                           0.8                                     upper sigma val.
                                                                   lower sigma val.
                           0.6

                           0.4

                           0.2
               error (m)




                                 0

                           -0.2

                           -0.4

                           -0.6

                           -0.8

                               -1
                               2.705 2.71 2.715 2.72 2.725 2.73 2.735 2.74
                                                 time (sec)              5
                                                                     x 10

30    고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                                                                         15
     Experiment: Integer Solution without Search Process


                            GAFAS integer solution without integer search                                 Satellite set addages or outages



                                                         error
                 0.25
                                                         upper sigma val.
                  0.2                                    lower sigma val.
                                                                                              21




                                                                                 PRN number
                 0.15                                                                         18
                                                                                              17
                                                                                              15
                                                                                              14
                  0.1

                 0.05
     error (m)




                    0
                                                                                              3

                 -0.05                                                                        2.705   2.71 2.715   2.72 2.725     2.73   2.735    2.74
                                                                                                                    time (sec)                      5
                                                                                                                                                 x 10
                  -0.1

                 -0.15
                                                                                               Compared with GAFAS,
                  -0.2                                                                         existing commercial softwares
                 -0.25                                                                         cannot provide
                                                                                               this level of solution continuity
                    2.705   2.71   2.715   2.72 2.725     2.73   2.735    2.74
                                           time (sec)                       5
                                                                         x 10


31          고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




     Experiment: 국토지리정보원 DATA (서울-수원)




32          고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                                                                                                                                         16
                                                                                                                                   SYDNAV GPS CLOCK BIAS
     37.2756
                                                                                                            15
     37.2756

     37.2756
                                                                                                            10

     37.2756

     37.2756                                                                                                 5

     37.2755

     37.2755                                                                                                 0


     37.2755
                                                                                                            -5
     37.2755

     37.2755
         127.0542           127.0542   127.0542   127.0542     127.0543   127.0543   127.0543                            500         1000         1500          2000      2500




33      고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                        standalone positioning results                                                                 raw position solutions
                                                                                                             8
                                                                                X error
                  25                                                            Y error
                                                                                Z error                      6
                                                                                GDOP
                  20
                                                                                PDOP
                                                                                HDOP                         4
                  15                                                            TDOP
                                                                                N error
                                                                                E error                      2
      error (m)




                                                                                                error (m)




                  10                                                            E error

                                                                                                             0
                  5

                                                                                                            -2
                  0


                  -5                                                                                        -4


                                                                                                             -6
                       8.3532 8.3533 8.3534 8.3535 8.3536 8.3537 8.3538 8.3539       8.354                  8.3531 8.3532 8.3533 8.3534 8.3535 8.3536 8.3537 8.3538 8.3539 8.354 8.3541
                                                 time (sec)                               8                                                  time (sec)                             8
                                                                                     x 10                                                                                       x 10




34      고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                                                                                                                                                                          17
                                                              float solutions                                                                 integer solutions
                   1                                                                                              1

                 0.8                                                                                            0.8

                 0.6                                                                                            0.6

                 0.4                                                                                            0.4

                 0.2                                                                                            0.2
     error (m)




                                                                                                    error (m)
                   0                                                                                              0

                 -0.2                                                                                           -0.2

                 -0.4                                                                                           -0.4
                                                                                                                                                                  X error
                 -0.6                                                                                           -0.6                                              Y error
                                                                                                                                                                  Z error
                 -0.8                                                                                           -0.8                                              0.1*Condition Number
                                                                                                                                                                  0.1*(Num. Vis. SV)
                  -1                                                                                             -1
                        8.3532 8.3533 8.3534 8.3535 8.3536 8.3537 8.3538 8.3539             8.354                      8.3532 8.3533 8.3534 8.3535 8.3536 8.3537 8.3538 8.3539       8.354
                                                  time (sec)                                   8                                                 time (sec)                              8
                                                                                            x 10                                                                                    x 10




35          고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




     Experiment : Comparison with Parity Method



                                                                                                                               direct
                                                                                                                               signal
                                            reflective material




                                                                                reflected
                                                                                  signal



                                                                                                                                     GPS
                                                                                                                                   receiver

     Error Variance for Parity Method(Iono. and Tropo. error included):
            – PR : 7.5 m
            – CR : 0.71 m
     Error Variance for Proposed Method(only thermal noise included):
            – PR : 1.5 m
            – CR : 0.025 m

36          고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                                                                                                                                                                             18
     Summary : Parity Method
     y = Hx + v                                          : GPS measurement equation
                                     ⎡ R1 ⎤             ⎡x        X⎤
            H = QR = [Q1         Q2 ]⎢ ⎥
                                     ⎢ ⎥,          R1 = ⎢
                                                        ⎢
                                                                   ⎥
                                                                   ⎥,         QT Q = I
                                     ⎢O ⎥
                                     ⎣ ⎦                ⎢O
                                                        ⎣         x⎥
                                                                   ⎦
            Q T y = Q T Hx + Q T v = Q T QRx + Q T v = Rx + Q T v , v ~ (O , σ 2 I )
            y, v ∈ R m×1 , H ∈ R m×4 ( m > n ), x ∈ R 4×1 , Q 1 , R1 ∈ R 4×4 , Q 2 ∈ R m×( m − 4 )
           −1
     x = R1 Q1T y ,
     ˆ                             x ∈ R 4×1
                                   ˆ                         : least square positioning solution
                                                                                       4 3       2
                                              ( m − 4 ) ×1
     p :=    T
            Q2   y=    T
                      Q2 v   ,     p∈R                       : parity vector
                                                                         5
                                                                                                     1
                                                                                                 x


     * Magnitude of Parity Vector:                                        6


              → Fault Detection
     * Direction of Parity Vector:
              → Fault Idenitification



37     고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




     Experiment : Static Standalone Positioning
     Comparison of Test Statistics




38     고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                                                                                         19
     Comparison of Fault Decision(PFA=0.25 for both methods)




39    고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




     Comparison of Position Error Distribution




40    고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                                               20
     Experiment : Standalone GPS

                                                                                                                                                                         36.4462
                                                36.444
                                                                                                                                                                          36.446

                                                36.442

      No consideration                                                                                                                  magnified                        36.4458


                        36.44                                                                                                                                            36.4456
      on multipath error
                                                                                                                                                                         36.4454
                                                36.438

                                                                                                                                                                         36.4452
                                                36.436
                                                                                                                                                                          36.445

                                                36.434
                                                                                                                                                                         36.4448
                                                      127.402 127.404 127.406 127.408 127.41 127.412 127.414 127.416                                                                      1      127.4066
                                                                                                                                                                                   127.406227.4064      127.4068 27.407
                                                                                                                                                                                                               1             127.407427.4076
                                                                                                                                                                                                                      127.4072      1      127.4078




                                                  36.448
                                                                                                                                                                         36.4462
                                                  36.446

                                                                                                                                                                          36.446
                                                  36.444

     Exclusion of       36.442                                                                                                          magnified                        36.4458

     multipath-affected
                         36.44                                                                                                                                           36.4456
     channel
                                                  36.438
                                                                                                                                                                         36.4454

                                                  36.436
                                                                                                                                                                         36.4452

                                                  36.434
                                                                                                                                                                          36.445
                                                  36.432
                                                                    127.404
                                                        127.4 127.402      127.406127.408127.41127.412127.414127.416127.418                                                        127.4062
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41                      고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                                      SV1.TXT                                                                                           SV20.TXT
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       nsrho




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       nsrhophat




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     pwr




                                                                                                         pwr




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                                                                                                                          0.5
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                                                                                                               0.005
     pwr




              0.005
       phat




                       0.5
                          0                                                                                                0
                              100   200   300   400      500     600   700   800   900   1000                                   100   200   300   400     500      600     700     800   900    1000
                        0
                              100   200   300   400      500     600   700   800   900   1000
                0.01
     pwr




           0.005


                        0
                              100   200   300   400      500     600   700   800   900   1000




42                      고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                                                                                                                                                                                                                                       21
                            Experiment: Kinematic DGPS




                                                  4S-Van (Mobile Mapping System, courtesy of ETRI, Korea)




43                             고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                            400                                                                                340
                                                                                                                                   CDGPS Horz. Traj.
                            200                                                                                                    PD, Hatch Gain, Horz. Traj.
North-South Direction (m)




                                                                                   North-South Direction (m)




                                                                                                               330
                              0

                            -200                                                                               320

                            -400
                                                                                                               310
                            -600

                            -800
                                   -400   -200    0     200     400    600   800                               300
                                                                                                                 330   340     350      360     370     380      390
                                              East-W est Direction (m)
                                                                                                                             East-W est Direction (m)




44                             고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                                                                                                                                                       22
                                                     8                                                                               Num. Visible SV
                                                                                                                                     CDGPS Vertical Traj.
                                                                                                                                     PD, Hatch Gain, Vertical Traj.
                                                     7


                                                     6
                               Position (m) / # SV




                                                     5


                                                     4


                                                     3
                                                                                                                                                                             CDGPS(Integer Solution)
                                                     2


                                           1
                                         2.5
                                                                                                               RD, Hatch Gain
                                                     0                                                         PD, Kalman-type Gain
                                                      0      200   400      600      800   1000         1200          1400        1600          1800         2000
                                                                                                               PD, Hatch Gain
                                                     2                                     Time (sec)


                                                                                                                                                                             Range-Domain Hatch Filter
                    Error Distance (m)




                                         1.5
                                                                                                                                                                             Position-Domain Kalman-Type Filter

                                                                                                                                                                             Position-Domain Hatch Filter
                                                     1



                                         0.5



                                                     0
                                                      0      200   400      600      800   1000         1200         1400          1600         1800         2000
                                                                                           Time (sec)




45             고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




           Experiment: Carrier-Phase Differential GPS

                    Horizontal Trajectories                                                                                     Vertical Trajectories
            0.636                                                                                                             80
                                                                                             Commercial                                    Commercial
                                                                                             GAFAS                            75           GAFAS
            0.636
                                                                                                                              70

                                                                                                                              65
           0.6359
                                                                                                                              60
Lat(rad)




           0.6359                                                                                                             55

                                                                                                                              50
           0.6358
                                                                                                                              45

                                                                                                                              40
           0.6358

                                                                                                                              35

           0.6357                                                                                                             30
               2.2236                                     2.2236   2.2237        2.2237    2.2238              2.2238
                                                                                                                                          4.5           4.51          4.52          4.53       4.54         4.55
                                                                         Long(rad)                                                                                                                                 5
                                                                                                                                                                                                               x 10




46             고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                                                                                                                                                                                                       23
       Magnified Vertical Trajectories                                                   Commercial
                                                                                         GAFAS
                     36                                     36

                     35
                                                            34
         Height(m)


                     34

                     33
                                                            32
                     32

                     31                                     30
                      4.52    4.522      4.524      4.526    4.525             4.53                   4.535
                                                        5                                                5
                                                 x 10                                             x 10
                     38                                     80

                                                            70
                     36
         Height(m)




                                                            60
                     34
                                                            50
                     32
                                                            40

                     30                                     30
                      4.534   4.536      4.538       4.54    4.54    4.542    4.544       4.546       4.548
                                 time(sec)              5                    time(sec)                   5
                                                 x 10                                             x 10


47    고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




     Experiment: Broadcaster와 Server 사이의 통신


                                                                                                              ②
        ① Linux 에서 구현된 Server
        ② Broadcast 화면



                                                 ①




48    고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                                                                                                  24
     Experiment: 단일차분 기능 연동
                                    ① 실험위치
                                     (가시성 부족, 다중경로오차 환경)
                                    ② 측위 결과
                                    ③ 측위에 사용된 위성수
        ①                           ④ Server GPS data
                                    ⑤ Client GPS data (buffer)
                                    ⑥ Processing method
                                          ②         ③


                                                         ④
                                                         ⑤



                                                        ⑥

49   고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                    Concluding Remarks




                                                                 25
        GAFAS is composed of three functions of
                - fault detection
                - fault isolation
                - information fusion
           for real-time kinematic positioning

       In desinging GAFAS, most significant emphasis is given to fault
       detection function

       In desinging and implementing GPS/GNSS network, the GAFAS
       modules can be flexibly integrated into a broadcaster, several servers,
       and various types of clients

       GAFAS can be tailored to any application area including
                - Standalone GNSS
                - DGNSS
                - GNSS/INS
                - GNSS/DR



51    고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




     GAFAS Related References
      Conferences
       –     Measurement Maintenance and Compression for Real-time Kalman Filter, H. K. Lee, J. G. Lee, G. I. Jee, and C. G.
             Park, Proceedings of the 3rd Asian Control Conference, Shanghai, July 4-7, 2000, pp. 1440-1445
       –     Effect of GPS Measurement Delay on SDINS, H. K. Lee, J. G. Lee, and G. I. Jee, Proceedings of the IEEE PLANS
             2000, San Diego, CA, March 13-16, 2000, pp. 464-471
       –     Calibration of Time Synchronization Error in GPS/SDINS, H. K. Lee, J. G. Lee, and G. I. Jee, Proceedings of the
             15th IFAC Symposium on Automatic Control in Aerospace, 2001, Bologna, Italy, pp. 223-228
       –     An Efficient GPS Receiver Algorithm for Channelwise Multipath Detection and Real-Time Positioning, H. K. Lee, J.
             G. Lee, and G. I. Jee, Proceedings of Institute of Navigation 2002 National Technical Meeting, San Diego, CA,
             January 28-30, 2002
       –     Design and analysis of DGPS filters with consistent error covariance information , H. K. Lee, C. Rizos, and G. I.
             Jee, Proceedings of The 6th International Symposium on Satellite Navigation Technology Including Mobile
             Positioning & Location Services, Melbourne, Australia, July 2003, paper 47.
       –     Preliminary results of the carrier-smoothed code-phase differential GPS/pseudolite, Ben K.H. Soon, E.K. Poh , J.
             Barnes, H-K. Lee, J. Zhang, H-K. Lee, and C. Rizos, Proceedings of The 6th International Symposium on Satellite
             Navigation Technology Including Mobile Positioning & Location Services, Melbourne, Australia, July 2003,
             paper 48.
       –     Flight Test Results of Precision Approach and Landing Augmented by Airport Pseudolites, Ben K.H. Soon, E.K.
             Poh, J. Barnes, J. Zhang, H.K. Lee, H.K. Lee, and C. Rizos, Proceedings of ION GPS/GNSS 2003, Portland, ORE,
             Sept. 2003
       –     A New Recursive Carrier-Smoothed-Code Filter for differential Global Navigation Satellite Sytems, H. K. Lee and
             C. Rizos, Proceedings of 11th IAIN World Congress: Smart Navigation - Systems and Services -, Berlin, Oct.
             2003
       –     Integrated GPS/Pseudolite System, B.K.H. Soon, J. Barnes, H.K. Lee, J. Zhang, C. Rizos, and H.K. Lee, European
             Navigation Conference (Session: Aeronautical and Space Applications I), Proceedings of European Navigation
             Conference, Rotterdam, The Netherlands, May 2004
       –     Application of Nonlinear Smoothing to GPS/INS Integrated Navigation System, J. Seo, J. G. Lee, C. G. Park, and
             H. K. Lee, Proceedings of 2004 International Symposium on GPS/GNSS, Sydney, Australia, Dec. 2004, pp. 72-83
       –     Multipath detection in carrier phase differential GPS, J. Seo, H. K. Lee, J. G. Lee, and C. G. Park, Proceedings of
             2005 International Conference on Control, Automation, and Systems, Gyeong Gi, June 2005, pp. 1239-1243
       –     Design of Multisensor Navigation System for Autonomous Precision Approach and Landing, B. K. H. Soon, S.
             Scheding, H. K. Lee, and H. K. Lee, Proceedings of 12th IAIN World Congress, Vol. 1, Jeju, Oct. 2006, pp. 377-
             382




52    고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                                                                                                                   26
     GAFAS Related References
       Journals
        –   Calibration of Measurement Delay in GPS/SDINS Hybrid Navigation, H. K. Lee, J. G. Lee, and
            G. I. Jee, AIAA journal of guidance, control, and dynamics, Vol. 25, No. 2, pp.240-247, 2002

        –   Influence of Dynamics and Trajectory on Integrated GPS/INS Navigation Performance, J.
            Wang, H.K. Lee, S. Hewitson and H.K. Lee, Journal of Global Positioning Systems, Vol. 2, No.
            2, pp.109-116, 2003

        –   GPS Multipath Detection Based on Successive-Time Double-Differences, H. K. Lee, J. G. Lee,
            and G. I. Jee, IEEE Signal Processing Letters, Vol. 11, No. 3, pp. 316-319, 2004

        –   Design of Kinematic DGPS Filters with Consistent Error Covariance Information, H. K. Lee, C.
            Rizos, and G. I. Jee, IEE Proceedings - Radar, Sonar and Navigation, Vol. 151, No. 6, pp.382-
            388, 2004

        –   Position Domain Filtering and Range Domain Filtering for Carrier-Smoothed-Code DGNSS:
            An Analytical Comparison, H. K. Lee, C. Rizos, and G. I. Jee, IEE Proceedings - Radar, Sonar
            and Navigation, Vol. 152, No. 4, pp.271-276, 2005

        –   Position-Domain Hatch Filter and Its Performance Analysis for Differential GNSS, H. K. Lee
            and C. Rizos, IEEE Tr. Aerospace & Electronic Systems, Accepted for Publication, 2007




53    고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                감사합니다 !




54    고정밀 GPS 처리를 위한 소프트웨어 개발 : Networked GAFAS




                                                                                                            27

								
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