실시간 이동 측위

실시간 이동 측위(real-time kinematic positioning, RTK)는 현재 위성 항법(GNSS) 시스템의 일반적인 오류를 보정하기 위한 측량의 응용이다. 신호의 정보 내용 외에도 신호 반송파의 위상 측정을 사용하며, 단일 기준국 또는 보간된 가상국에 의존하여 실시간 보정을 제공하여 센티미터 수준의 정확도를 제공한다(차분 GPS 참조). 특히 GPS와 관련하여 이 시스템은 일반적으로 반송파 위상 향상 또는 CPGPS라고 불린다. 이 기술은 토지 측량, 수로 측량, 무인 항공기 항법에 응용된다.

배경

섬네일|오른쪽| RTK 개념
위성 항법 수신기와 위성 사이의 거리는 위성에서 수신기로 신호가 이동하는 데 걸리는 시간으로 계산할 수 있다. 지연을 계산하려면 수신기가 신호에 포함된 의사 난수 바이너리 시퀀스를 내부적으로 생성된 의사 난수 바이너리 시퀀스에 정렬해야 한다. 위성 신호가 수신기에 도달하는 데 시간이 걸리기 때문에 위성 시퀀스는 수신기 시퀀스에 비해 지연된다. 수신기 시퀀스를 점차 지연시킴으로써 두 시퀀스는 결국 정렬된다.

결과적인 거리 측정의 정확도는 본질적으로 위성으로부터의 신호를 정확하게 처리하는 수신기 전자 장치의 능력과, 완화되지 않은 전리층 및 대류권 지연, 다중 경로, 위성 시계 및 천체력 오류와 같은 추가 오류 원인의 함수이다.

반송파 위상 추적

RTK는 동일한 일반적인 개념을 따르지만, 신호에 포함된 정보는 무시하고 위성 신호의 반송파를 신호로 사용한다. RTK는 고정된 기준국과 로버를 사용하여 로버의 위치 오류를 줄인다. 기준국은 로버에게 보정 데이터를 전송한다.

이전 섹션에서 설명한 바와 같이, 위성까지의 거리는 본질적으로 반송파 파장에 위성과 로버 사이의 전체 사이클 수를 곱하고 위상차를 더하여 계산된다. 신호가 하나 이상의 사이클만큼 위상이 이동할 수 있기 때문에 사이클 수를 결정하는 것은 쉽지 않다. 이로 인해 추정된 사이클 수의 오류와 파장을 곱한 것과 같은 오류가 발생하며, 이는 L1 신호의 경우 19cm이다. 이러한 소위 정수 모호성 탐색 문제를 해결하면 센티미터 정밀도를 얻을 수 있다. C/A 신호의 측정값을 비교하고 여러 위성 간의 결과 거리를 비교하는 정교한 통계 방법을 사용하여 오류를 줄일 수 있다.

이 기술을 사용하여 가능한 개선은 고정에서 1% 정확도를 계속 가정하면 잠재적으로 매우 높다. 예를 들어, GPS의 경우 L1 신호로 방송되는 C/A(coarse-acquisition) 코드는 1.023MHz로 위상이 변경되지만, L1 반송파 자체는 1575.42MHz로 천 배 이상 더 자주 위상이 변경된다. 따라서 L1 반송파 위상 측정에서 ±1% 오류는 기준선 추정에서 ±1.9mm 오류에 해당한다.

실용적 고려사항
섬네일|오른쪽 |RTK 설정
실제로 RTK 시스템은 단일 기준국 수신기 하나와 여러 개의 이동 장치를 사용한다. 기준국은 관측한 반송파의 위상을 재방송하고, 이동 장치는 자체 위상 측정값을 기준국에서 수신한 것과 비교한다. 기준국에서 이동국으로 보정 신호를 전송하는 방법은 여러 가지가 있다. 실시간으로 저렴하게 신호를 전송하는 가장 일반적인 방법은 일반적으로 UHF 대역의 무선 모뎀을 사용하는 것이다. 대부분의 국가에서는 RTK 목적을 위해 특정 주파수가 할당되어 있다. 대부분의 지상 측량 장비에는 UHF 대역 무선 모뎀이 표준 옵션으로 내장되어 있다. RTK는 기준국에서 약 20km까지 정확도 향상을 제공한다.

이를 통해 장치들은 기준국 계산 위치와 동일한 정확도로 절대 위치가 정확하더라도 밀리미터 단위로 상대 위치를 계산할 수 있다. 단일 기준국을 사용하는 RTK의 경우, 장치에 따라 기준국에 대한 수평 오차는 8mm + 1ppm(백만분의 일 / km당 1mm), 수직 오차는 15mm + 1ppm 정확도를 달성할 수 있다.  예를 들어, 기준국이 16km(10마일 미만) 떨어져 있다면 상대 수평 오차는 8mm + 16mm = 24mm(1인치 미만)가 된다.

이러한 매개변수는 일반적인 내비게이션에 RTK 기술의 유용성을 제한하지만, 이 기술은 측량과 같은 역할에 완벽하게 적합하다. 이 경우 기준국은 알려진 측량 위치(종종 수준점)에 위치하며, 이동 장치는 해당 지점을 기준으로 측정을 수행하여 매우 정확한 지도를 생성할 수 있다. RTK는 또한 자동 운전/자동 조종 시스템, 정밀 농업, 기계 제어 시스템 및 유사한 역할에 사용되었다.

네트워크 RTK는 RTK의 사용을 네트워크 기준국을 포함하는 더 넓은 지역으로 확장한다. 작동 신뢰성과 정확도는 기준국 네트워크의 밀도와 기능에 따라 달라진다. 네트워크 RTK를 사용하면 장치에 따라 가장 가까운 기준국에 대한 수평 오차는 8mm + 0.5ppm, 수직 오차는 15mm + 0.5ppm의 정확도를 달성할 수 있다. 예를 들어, 기준국이 16km(10마일 미만) 떨어져 있다면 상대 수평 오차는 8mm + 8mm = 16mm(약 5/8인치)가 된다.

상시 작동 기준국(CORS) 네트워크는 일반적으로 인터넷 연결을 통해 보정을 방송하는 RTK 기준국 네트워크이다. CORS 네트워크에서는 여러 기준국이 정확한 위치 지정을 보장하고 단일 기준국의 잘못된 초기화를 방지하는 데 도움이 되므로 정확도가 향상된다.

가상 기준 네트워크(VRN)는 대신 가상 기준국(VRS)을 사용하여 기준국 없이도 정밀도를 유사하게 향상시킬 수 있다.
이 개념은 기준국 네트워크를 사용하여 이 요구 사항을 충족하는 데 도움이 될 수 있다. 일반적인 CORS 설정은 미가공 데이터(또는 보정)가 로버 수신기(즉, 사용자)로 전송되는 단일 기준국으로 구성된다. 그런 다음 사용자는 반송파 위상차를 형성(또는 원시 데이터를 수정)하고 차동 보정을 사용하여 데이터 처리를 수행한다.
대조적으로, GNSS 네트워크 아키텍처는 종종 여러 기준국을 사용한다. 이 접근 방식은 주로 전리층 및 대류권 굴절, 위성 궤도 오류로 인해 발생하는 거리 의존적 체계적 오차를 보다 정밀하게 모델링할 수 있게 한다. 더 구체적으로, GNSS 네트워크는 오차 예산이 가장 가까운 안테나의 거리에 의존하는 정도를 줄인다.

 같이 보기 
 차분 GPS
 유럽 정지궤도 위성 항법 보정 시스템 (EGNOS)
 갈릴레오 (항법 시스템)
 GPS
 글로나스
 베이더우
 IRNSS
 NTRIP

 각주 

 외부 링크 
 RTK 상세 개념 GNSS, RTK 및 위성 위치 확인 개념 심층 분석.
 CORS 지도 상시 작동 기준국 글로벌 네트워크.
 GBAS 지도 지상 기반 증강 기준 비콘(GBAS)의 전 세계 지도 범위.
 지침 단일 기준 실시간 GNSS 위치 확인 사용자 지침 (NOAA)
 RTK 통합 UAV 및 로봇에 RTK 수신기 통합 매뉴얼
 RTK의 역사 RTK 초창기 관련 인물들의 기고문

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