Single Station-based Precise Positioning System using Multi-Antenna Arrangement

Abstract

단일 스테이션 기반 위치결정시스템은 위성항법시스템을 사용할 수 없는 환경에서의 대체항법과 같은 백업시스템을 목적으로 한다. 본 논문에서는 기존의 DME(Distance Measuring Equipment)시스템에 단방향 연속신호를 방송하는 다수의 의사위성 안테나를 추가한 Mosaic/DME시스템을 제안하였다. Mosaic/DME 시스템의 주요 특징은 하나의 스테이션에서 다수의 신호들을 동기화하여 방송할 수 있으며, 하나의 스테이션 만으로도 고도정보를 포함한 3차원 위치결정이 가능해 진다는 점이다. 그리고 Mosaic/DME의 DME는 기존과 동일하게 동작하므로 기존 DME스테이션과 호환되며, 양방향 신호와 단방향 신호를 둘 다 사용하므로 DME 스테이션의 항공기 수용능력 역시 증가하리라 기대할 수 있다.<br/> <br/> Mosaic/DME 시스템은 하나의 스테이션에서 위치결정을 수행하므로 기하학적으로 배치가 좋지 않아 일반적인 방법으로는 높은 위치성능을 기대하기 어렵다. Mosaic/DME 스테이션은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 반송파 위상 측정치를 사용하였다. 일반적으로 반송파 위상에는 파장길이에 대한 미지정수 항이 추가되어 위치계산을 위해서는 이 미지정수 값을 결정할 필요가 있다. 본 논문에서 제안하는 Mosaic개념을 적용할 경우, 측정치의 미지정수 범위를 기하학적으로 제한하여 미지정수 결정을 효율적으로 수행할 수 있게 된다.<br/> <br/> 본 논문에서는 Mosaic/DME에서 사용하는 다수의 의사위성 안테나를 어떻게 배치하는가에 대해 관심영역을 고려하여 위치정확도와 미지정수 결정성능 두 가지 관점에서 기술하였다. 미지정수 결정성능 관점에서 최적화된 안테나 배치를 도출하기 위해서 본 논문에서는 미지정수 그물(Ambiguity Net) 기법을 제안하였다. 미지정수 그물 기법을 적용하면 미지정수에 의해 그려지는 측정치 궤적의 교차점을 픽셀 단위로 판단하여 해당 안테나 배치가 미지정수 결정능력에 유리한 정도를 판단할 수 있다. 위치정확도 관점에서는 관심영역 내에서 가장 위치성능이 낮은 지점의 DOP(Dilution Of Precision)를 성능지수로 선정하여, 해당 성능지수가 가장 낮아지도록 안테나 배치의 최적화를 수행할 수 있다.<br/> <br/> 관심영역 내에서 앞서 언급한 미지정수 결정성능과 위치정확도 두 가지를 최적화할 수 있도록 안테나를 배치하는 전략에 대해서도 기술하였다. 목표 위치정확도를 만족하면서 동시에 미지정수 결정성능도 보장하는 안테나 배치에 대해 안테나 수, 안테나 간격 등을 최소화하는 전략을 단계적으로 기술하였다.<br/> <br/> 본 논문에서 제안되고 언급된 방법들과 전략에 대해 시뮬레이션으로 검증을 수행하였다. DOP 성능지수와 미지정수 그물 기법을 적용하여 결정된 안테나 배치에 대해, 시뮬레이션으로 위치정확도와 미지정수 결정능력을 확인하고, 다른 안테나 배치들과 비교/분석을 진행하였다.<br/>