국제항로표지협회에서는 해양 분야에서 활용하는 백업항법시스템의 경우 항만 입출항시 10 m의 수평정확도를 보장하도록 요구하고 있다. 대표적인 해양분야의 백업항법시스템인 eLoran은 10 m 이내의 수평 정확도를 만족함이 증명되었지만, 수신환경에 따라 항법성능이 저하되기도 한다. 특히 수신 안테나 주변의 잡음 및 멀티패스 등으로 인한 요인으로 인해 특정 상황에서는 항법 자체가 불가능해지기도 한다. 본 논문에서는 이러한 환경에서 항만입출항 조건의 수평정확도 요구성능을 만족하기 위하여 UAV(unmanned aerial vehicles)를 활용한 선박의 백업항법시스템을 설계하였다. eLoran 신호 수신에 영향을 주는 주변 환경의 영향을 감소시키기 위하여 UAV에 카메라, IMU센서, eLoran 안테나 및 수신기를 장착하였으며, 선박의 안테나보다 높은 곳에서 카메라를 이용하여 랜드마크를 추적하고 일정 범위 내에서 eLoran 신호 수신과 위치 및 자세를 제어하도록 설계하였다. 선박에서는 UAV로부터 수신한 영상 및 자세 정보와 eLoran 신호를 이용한 선박기반 측위결과를 이용해 항만 입출항 시 수평정확도 요구성능을 만족할 수 있다.
eLoran 시스템의 구축을 위해서는 기존 LORAN-C 설비의 보완과 데이터채널, dLoran 기준국, ASF 데이터베이스 등의 추가가 필요하다. 특히 항만접근 시 eLoran을 이용한 정밀 위치측정을 위해서는 항만 해역에 대한 ASF 맵이 반드시 이용자에게 제공되어야 한다. 본 연구에서는 eLoran 시스템의 주요 오차 요인인 항만에서의 ASF를 효율적으로 생성 및 보완하기 위하여, ASF 예측모델과 실측치를 이용한 ASF 맵 생성기법에 대해 연구하였다. 포항 LORAN-C 주국(9930M)에서 송신신호와 LORAN-C 수신기의 수신신호를 각각 세슘원자시계를 기준으로 측정하는 전파지연 측정법을 적용하여 ASF 실측치를 얻었고, ASF 예측맵은 불규칙한 지형을 적용한 몬테스 모델로 구현하였다. 본 논문에서는 영일만 해상 12 개 측정점에서의 ASF 실측값과 ASF 모델링을 통해 획득한 예측값의 옵셋을 보정하여 영일만의 ASF 맵을 생성하였다.
eLoran과 GNSS를 통합하여 항법을 수행하는 수신기를 개발하고 있다. 현재 Loran-C 단독 항법의 경우 LORADD 수신기와 유사한 성능을 보이고 있고, GNSS 항법의 경우 GPS만 사용하는 LORADD 수신기에 비해 GPS+GLONASS 또는 GPS+BDS를 사용하기 때문에 더 높은 GNSS 항법 성능을 갖는다. 추후 시각이 동기화되고 TOA를 구할 수 있는 eLoran/GNSS 통합 항법에서 LORADD 수신기에 비해 우수한 성능을 기대할 수 있고, 이를 위해 현재 Loran 데이터 채널 복호화 기능과 간섭 등 오차 요인을 제거하는 기능을 구현 중이다.
미국, 러시아, 중국 등 선진국에서는 GNSS와 같은 위성항법시스템의 취약성에 대한 대비하기 위한 고정밀도의 지상파 전파항법시스템을 독자적으로 개발하여 운영 중에 있지만, 우리나라는 1979년도에 도입한 외산장비로 포항 및 광주 송신국을 구축하여 Loran-C 체인으로 지상파 전파항법시스템을 운영 중에 있다. 특히 위성항법시스템이 없는 우리나라 입장에서는 어느 위성항법시스템에 종속되지 않는 고정밀도의 지상파 eLoran 전파항법시스템 개발이 더욱 절실히 요구되고 있다. 본 연구 개발에서는 고정밀도의 eLoran 지상파 항법시스템 개발에 앞서 eLoran 송수신 시스템을 검증하고, 실제 공간상의 채널환경을 모사할 수 있는 eLoran emulator를 개발하였다.
기존 eLoran 수신기는 보정기준국(인천·평택항 반경 30km 이내에서만 이용 가능하며 ASF 맵보정 정보를 저장하는데 한계가 있음. 자체 오차정보를 보정하는 기능을 가진 eLoran/GPS 통합수신기의 알고리즘 및 성능 분석을 통해 더 넓은 해역에서 eLoran 서비스를 백업항법시스템으로 이용하기 위한 기반 마련
eLoran 신규송신국 구축 진행현황을 확인하고 eLoran 전국망 지상기반 PNT 서비스의 안정 제공을 위한 울릉도, 제주도 신규송신국 구축 가능한 해수부 부지를 사전 검토하고 부지 특성에 따른 안테나 설계 적합성 및 성능을 검토하여 적정한 안테나 배치안을 제시하였다.
대부분의 응용분야에서 GNSS가 주 측위 시스템으로 활용되고 있으나, 방해전파에 대한 취약성으로 인해 최근에 몇몇 국가에서 eLoran 시스템을 GNSS 백업용으로 사용하기 위한 연구를 진행 중이다. eLoran 시스템의 구축을 위해서는 기존 Loran 시스템에서 설비의 업그레이드, 데이터 채널 사용, dLoran 사이트 추가 구성, 전파 지연오차 보상을 통한 성능 향상이 필요하다. eLoran 신호를 이용한 측위 시에 정확도 성능에 가장 큰 영향을 미치는 오차요소는 육지를 통해 전파될 때 겪는 부가적인 지연요소인 ASF이다. ASF는 지상파 신호가 전파시에 가변적인 고도, 유전율, 도전율 특성을 갖는 육지를 통과하며 발생하는 지연요소이다. 따라서 지상파를 이용한 항법 시에 ASF에 대한 보상모델을 설정하는 것은 매우 중요하다. 본 논문에서는 몬테쓰 모델 (Monteath's Model)을 사용하여 ASF 예측치를 모델링하고, Loran 신호를 이용한 실측을 통해 ASF 실측치를 측정한 후, ASF 예측치와 실측치를 비교하고 특성을 도출하였다. 실험대상 지역은 대전 KRISS와 포항 근방이며, GRI 9930 체인 중 주국인 포항 송신국의 신호를 사용하였다. 실험을 통해 ASF 실측치의 반복성을 확인하고, ASF 예측치와 실측치 간에 일정한 추이를 보이는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 중파방송 송신소 내 중파송신 안테나와 동일 장소에 배치(Co-location)된 eLoran 송신 안테나의 모델을 제시하고, 이를 분석하였다. 먼저 eLoran 송신 안테나의 적합한 구조로 가장 일반적인 형태인 우산형 상부장하소자(TLE: Top-loading wire)가 연결된 모노폴 안테나를 적용하였다. 설계된 eLoran용 송신 안테나를 중파송신 안테나와 동일 장소 내 배치 유무에 따른 방사패턴과 반사손실을 비교하여 서로 일치함을 보였다. 또한, 동일 장소 배치에 따른 송신회로의 영향을 확인하기 위해 eLoran 및 중파송신 안테나 매칭회로를 모두 포함한 커플링을 분석하였다. 그 결과, eLoran 중심주파수인 100 kHz에서 -53.3 dB, 중파송신 안테나의 동작주파수인 1,053 kHz에서 -64.8 dB로 커플링에 의한 영향은 미미함을 확인하여 설계 타당성을 보였다.
Choi, Yun Sub;Hwang, Sang-Wook;Yeo, Sang-Rae;Park, Chansik;Yang, Sung-Hoon;Lee, Sang Jeong
Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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제2권2호
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pp.109-114
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2013
The vulnerability of GPS to interference signals was reported in the early 2000s, and an eLORAN system has been suggested as a backup navigation system for replacing the existing GPS. Thus, relevant studies have been carried out in the United States, Europe, Korea, etc., and especially, in Korea, the research and development is being conducted for the FOC of the eLORAN system by 2018. The required performance of the eLORAN system is to meet the HEA performance, and to achieve this, it is essential to perform ASF correction based on a dLORAN system. ASF can be divided into temporal ASF, nominal ASF, and spatial ASF. Spatial ASF is the variation due to spatial characteristics, and is stored in an eLORAN receiver in the form of a premeasured map. Temporal ASF is the variations due to temporal characteristics, and are transmitted from a dLORAN site to a receiver via LDC. Unlike nominal ASF that is obtained by long-term measurement (over 1 year), temporal ASF changes in a short period of time, and ideally, real-time correction needs to be performed. However, it is difficult to perform real-time correction due to the limit of the transmission rate of the LDC for transmitting correction values. In this paper, to determine temporal ASF correction frequency that shows satisfactory performance within the range of the limit of data transmission rates, relative variations of temporal ASF in summer and winter were measured, and the stability of correction values was analyzed using the average of temporal ASF for a certain period.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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