본 논문에서는 항재밍 GPS(Global Positioning System) 시스템을 위한 선형 어레이 안테나(linear array antenna) 시뮬레이터(simulator)를 설계하고 시뮬레이션을 통해 다양한 성능 평가를 수행하였다. 먼저 GPS 위성의 신호 구조 분석을 통해 모의 송신신호를 발생시키고, 선형 어레이 안테나 고려시 잡음 환경하에서의 어레이 수에 따른 SNR(Signal to Noise power Ratio) 성능을 분석하였다. 또한 MMSE(Minimum Mean Square Error) 방식의 신호처리 시스템을 통해 재머(jammer) 수에 따른 항재밍 빔패턴(beam pattern) 성능을 분석하였으며, 안테나 칼리브레이션(calibration) 문제를 고려하여 어레이간 지연이 존재하는 경우에서의 항재밍 성능을 분석하였다.
본 연구는 위성항법신호감시국용으로 기 개발된 GPS L1 수신기를 실제 GPS Live 신호수신처리 동작의 장기시험을 통하여 기 개발된 수신기의 성능을 향상시키고, 수신기의 동작 및 성능의 안정화를 얻고자 수행되었다. 본 연구를 통해서 위성항법신호감시국용 수신기 설계 및 개발 시 간과되었던 사안들에 대해 수정보완이 이루어졌으며, 설계 및 구현 결과에서 성능 열화 요인을 제거함으로써 성능향상을 이루었다. 또한, GPS Live 신호 수신처리의 장기시험을 통하여, 개발 시 사용했던 항법 시뮬레이터 환경에서 제공되지 않는 실제 환경을 반영한 시험을 수행하였고, 그 결과 위성항법신호감시국용 GPS L1 수신기가 수개월동안 안정적으로 동작 중에 있다. 또한, 본 연구 결과가 반영된 위성항법신호감시국용 수신기 기술은 위성항법 지상인프라 핵심기술을 국산 기술로 개발했다는 점에서 큰 의미를 갖는다.
위성항법 기반 위치정보 서비스에 대한 안정성 및 신뢰성 확보를 위해서는 위성신호의 이상 감시가 필수적이며, 특히 안전과 관련된 응용분야에서의 위성신호 이상은 안전사고와 직결될 수 있으므로 위성신호 감시는 상시 안정적으로 운용되어야 한다. 따라서 효율적인 이상감시 기법 설계와 다양하고, 지속적인 시험평가를 위해서는 테스트베드 구축이 필요하며, 테스트베드 구축을 위한 요소 중 특히, 다양한 시나리오의 신호 이상을 생성할 수 있는 이상신호 생성 기술이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 다양한 이상신호 생성 및 실신호 특성 반영이 가능한 소프트웨어 기반 GPS 이상신호 생성기를 제안한다. 소프트웨어 기반 GPS 이상신호 생성기는 높은 확장성을 가지므로, 사용자가 적용 및 응용하기 쉬우며, 상용 신호생성 시뮬레이터와 비교하여 실신호 특성을 반영한 이상신호 생성이 가능하다.
본 논문에서는 사용자 위치결정에 널리 사용되는 GPS를 일본의 QZSS (Quasi-Zenith Satellite System)과 결합하여 서울 도심지역에서의 위성항법시스템의 가용도 및 DOP (Dilution Of Precision)성능을 분석하였다. QZSS 궤도 파라메터를 이용한 궤도 시뮬레이터를 구현하였다. 3D GIS 수치지도를 기반으로 서울 도심의 3차원 모델을 생성하고, 위성 관측 알고리즘을 이용하여 구성한 가시위성 시뮬레이션 시스템에 대해 기술하였다. 서울 도심지에서 GPS와 QZSS의 결합을 통한 가용도와 DOP 성능 향상을 보였다.
현재 항공기, 자동차 훈련용 시뮬레이터는 지상에 설치된 시뮬레이터에 가상의 상황을 구현하여 교육생에게 다양한 교육훈련 내용을 제공하고 교관은 다른 공간에서 교육훈련에 대한 내용을 모니터링하고 교육훈련에 필요한 내용은 바로 지시하여 교육훈련의 효과를 극대화하고 있다. 하지만 교육생이 실제 항공기나 자동차를 탑승하여 훈련을 진행 할 경우 지상의 교관은 항공기나, 자동차에 대한 내용을 지상에서 모니터링 할 수 없고 교육 종료 후 교육훈련 내용에 대한 평가가 쉽지 않아 교육생에게 양질의 교육이 어렵다. 본 논문에서는 항공기, 자동차에 GPS정보와 항공기 또는 자동차의 각종 정보를 실시간으로 수집하여 3D 영상 시뮬레이션을 구현하며 화면에 현재 항공기 또는 자동차의 영상을 3차원으로 구현하여 관제센터에서 교육훈련 상황을 실시간으로 모니터링 및 교육훈련에 활용하고 3D 영상 파일을 저장하여 교육훈련 종료 후 교육생과 교관이 교육훈련 내용에 대하여 평가와 분석을 할 수 있는 시뮬레이션 소프트웨어를 개발하고자 한다.
GPS P(Y) 코드와 같은 암호화 항법 신호원은 재생이 불가능하므로 기만에 강건하다. 하지만 암호화 신호원을 이용하기 위해서는 위성항법시스템 운용국가로부터 허가를 얻어야 하고 이용에 있어서도 상당한 제약이 따른다. 본 논문에서는 고이득 지향성 안테나를 이용하는 지상 기준국과 일반 위성항법 사용자를 모의하였다. 지상 기준국은 특정 항법위성에 대한 고이득 신호로부터 해당 위성이 방송하는 암호화 신호 코드를 복조하였다. 복조된 암호화 신호코드는 사용자 수신기 모의 데이터의 이상여부를 판단하고, 기만여부를 판단할 수 있었다. 본 논문은 이와 같은 방식을 적용하는 기만검출 기법을 제안하고 GPS 시뮬레이터를 이용한 모의 분석 결과를 다룬다.
音聲과 데이터가 集積된 패킷 通信網의 性能을 豫測하고 시스템 파라메터를 最適化하기 위한 시뮬레이터의 개발에 관하여 記述하였다. 具現된 시뮬레이터는 CCITT의 勸告事項에 따라 運用되는 데이터 터미널이나 host는 물론 패킷 音聲터미널도 연결가능한 音聲 및 데이터集積通信網의 性能을 여러 상황에서 豫測할 수 있다. 시뮬레이션 技法으로는 지금까지 알려진 세가지 discrete event 시뮬레이션 技法 중 process interaction 方法이 사용되었는데 이 方法을 사용하면 실제 시스템과 가장 비슷한 시뮬레이터를 具現할 수 있다. 시뮬레이터는 약 4,000line의 GPSS 시뮬레이션 언어와 PL/I으로 具現되었다. 시뮬레이터의 컴퓨터 run time을 줄이기 위하여 GPSS의 LINK block을 사용함으로써 條件的 event의 數를 줄이는 方法을 사용하였다. 구현된 시뮬레이터를 사용하여 7-node 通信網의 性能을 豫測하였다. 또 개발된 시뮬레이터의 妥當性을 檢證하기 위하여 간단한 音聲과 데이터 multiplexer를 시뮬레이션 모델로 구성한 뒤 그 시뮬레이션 결과를 解釋的 방법에 依한 결과와 比較하였다.
전력 계통현상 분석장치(DFR)에서 시각동기에 대한 중요성이 부각됨에 따라 장치의 시각동기가 중요하게 대두되고 있다. 본 연구내용에서 보여주고자 하는 DFR TimeSync Simulator는 GPS 수신기로부터 IRIG-B 신호와 1PPS 신호를 수신하여 계통현상 분석장치의 사고발생 이벤트를 위한 절대시각을 제공하는 장치이다. 이 절대시각은 계통현상 분석장치의 정밀성 및 품질을 검증하는데 적용한다. 그리고 개발된 Simulator가 정확한 1PPS 신호를 산출해 내는지를 검증하기 위해 GPS 수신기의 1PPS 신호와 Simulator에서 출력되는 1PPS 신호의 파형을 비교 실험하여 정확도 및 신뢰성을 확인하였다.
본 논문에서는 유도 무기와 같이 고속으로 운동하는 항체에서 GPS 신호 탐색 시간을 줄이기 위하여 INS와 다중 상관기를 이용한 신호 획득 기법을 제안한다. 신호의 코드위상을 여러 개의 상관기에서 동시에 탐색하도륵 다중 상관기를 구성하여 코드위상 검색에 소요되는 시간을 단축시키며 INS로부터의 속도와 위치를 이용하여 도플러 주파수를 추정하고 이것을 도플러 검색 초기 값으로 사용하여 검색시간을 줄인다. 제안한 기법을 검증하기 위하여 GPS와 IMU 시뮬레이터를 이용하여 실험을 수행하였다. 실험 결과 INS와 다중 상관기를 이용하였을 때 TTFF가 매우 크게 단축되는 것을 알 수 있다.
한국항해항만학회 2006년도 International Symposium on GPS/GNSS Vol.2
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pp.443-446
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2006
INS를 사용하는 지상항법시스템은 GPS 등의 보조 센서와 관계없이 다양한 환경에서 장시간 운용시 항법 성능을 보장하기 위하여 재교정 과정을 거쳐야 한다. 본 논문에서는 이러한 재교정 절차 없이 장시간의 반복적인 사용에도 신뢰할 수 있는 항법해를 제공하기 위한 동작간 교정 기법에 대한 기초 연구를 수행한다. 이를 위하여 지상항법시스템에 나타나는 다양한 운동 특성을 묘사할 수 있는 시뮬레이터를 개발하고, 각 운동 특성에서의 가관측성 해석과 INS와 GPS의 항법 출력 특성을 분석한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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