GNSS 오차 종류

1. GNSS 오차의 종류

GPS 측위오차는 다음 3가지로 구별되는데, 거리오차, 위성의 배치상황에 따른 기하학적인 오차 증가 그리고 미국방성이 실시하는 의도적오차(Selective Availability)에 의한 오차이다.

오차	구조적 오차	기하학적 오차	의도적 오차
정의	GPS 시스템의 하드웨어 및 소프트웨어 결함으로 인한 오차.	GPS 위치 측정의 정확도와 신뢰성에 영향을 미치는 요소.	GPS 신호에 의도적으로 오차를 추가하는 프로세스.
종류	- 시간 오차: 위성 시계 및 사용자 클럭 오차.	- GDOP (Geometric Dilution of Precision): 위성의 기하학적 위치가 얼마나 정확한 위치 결정에 기여하는지 나타내는 요소.	- SA는 정적 GPS 신호에 오차를 추가하여 위치 측정의 정확도를 낮춥니다. - SA는 군사 목적으로 개발되었으며 2000년까지 사용되었습니다.
	- 이노스피어층 및 대기의 영향으로 인한 오차.	- PDOP (Position Dilution of Precision): 위성의 위치에 따른 위치 결정에 기여하는 요소.
	- 다중경로 효과: 수신기에서 신호가 다중 경로로 도달하는 경우 오차.	- HDOP (Horizontal Dilution of Precision): 수평 위치 결정에 영향을 미치는 요소.
	- 위성 오차: 위성의 궤도 예측 및 위치 정확도에 대한 오차.	- VDOP (Vertical Dilution of Precision): 수직 위치 결정에 영향을 미치는 요소.
	- 주파수 오차 및 수신기 내부 노이즈.	- TDOP (Time Dilution of Precision): 시간 결정에 영향을 미치는 요소.
영향	- 구조적 오차는 GPS 시스템 업데이트 및 개선을 통해 수정됩니다.	- DOP는 위치 측정의 정확도를 평가하고, 최적의 위성 구성을 선택하기 위해 사용됩니다.	- SA는 미국 국방부에 의해 제어되었으며 2000년에 해제되어 GPS 정확도가 향상되었습니다.

 

1) 구조적 오차(Range Error)

GPS 오차는  위성과 수신기의 데이터 수신과정에서 구조적 오차를 가지게 된다.

① 위성의 궤도오차 및 시계오차
GNSS 위성에서 발생하는 오차는 위성 신호의 지연과 바이어스, 위성 시각오차, 위성 궤도오차, 위성 안테나의 위상 변이 등이 있다. 위성 제어국(Control Segement)에서 해당 오차를 추적하여 보정 한다.
② 전리층 및 대류층 오차
GNSS 위성에서 라디오파를 전송하면 전리층의 하전입자들이 이 신호를 끌어당겨 굴절시키고, 대류층에서는 만난 물방울로 인해 전파 굴절이 발생한다. 이러한 신호 지연현상은 GNSS 위성이 낮은 고도에 있을대 더욱 심해진다. 대기 굴정 모델과 Dual-frequency 수신기를 사용하여 보정한다.
③ 다중 경로 오차
GNSS 위성에서 송신한 신호가 다른 곳에 반사되거나 산란되어 수신기에 도달하는 경우, 신호의 경로가 길어지고 이는 시간의 지연(delay)을 발생시킨다. 다중 경로로 들어오는 위성 신호에 대해서 물리적으로 차단하는 방식(Choke Ring)으로 멀티패스를 최소화하는 기법을 적용한다.
④ 수신기의 오차
GNSS 신호는 약 20,000km 상공에서 발사된 신호를 수신하므로 수신된 위성신호의 강도는 매우 약하다. 따라서 수신기 내부 잡음과 수신신호의 간섭으로 발생하는 수신기의 오차가 발생할 수 있다. 고가의 수신기 대부분이 내부 필터링 장치를 가지고 있어 이를 이용하여 보정한다.
 

2)  기하학적 오차(Dillution of Precision)

측위시 이용되는 위성들의 배치상황에 따라 오차가 증가하게 되는데, 이는 육상에서 독도법으로 위치를 낼때와 마찬가지로 적당한 간격의 물표를 선택하여 독도법을 실시하면 오차삼각형이 적어져서 위치가 정확해지고, 몰려있는 물표를 이용하는 경우 오차삼각형이 커져서 위치가 부정확해진다. 마찬가지로 위성 역시 적당히 배치되어 있는경우에 위치의 오차가 작아진다. 
 

 
그림과 같이 GPS 수신기는 관측된 데이터를 이용하여 PDOP( Position Dillution of Precision)를 계산하고, 이를 거리오차에 곱하면 측위 오차가 된다. 즉, (거리오차;Range Error) x (PDOP) = (측위오차)가 된다. 따라서 대부분의 수신기는 PDOP가 작은 위성의 조합을 선택하여 측위계산을 하고 이를 표시하도록 설계되어 있다.
 

3) 의도적 오차(Selective Availability)

미국방성의 정책적 판단에 의하여 오차를 일부러 증가시킨 것으로, 미국방성이 이를 인위적으로 늘리고 있는데, 이것이 선택적 이용성에 의한 오차이다. 즉, 미국방성이 인가한 사용자만이 선택적으로 사용할 수 있다는 의미로 선택적 이용성 (Selective Availability)인 것이다.

선택적 이용성 (Selective Availability) 오차는 100m 2dRMS가 된다. 미국의 연방항법플랜에 의하면 GPS측위 오차는 여하한 경우든 100m 2dRMS를 넘지 않도록 한다고 공시되어 있어, 항법에 이용하는 한 큰 문제는 없으나, GIS 데이타의 취득이나 측량에서와 같이 수 cm에서 수 mm의 정밀도로 위치를 구해야 하는 경우에는 단독 측위가 아닌 상대측위를 실시한다. 여기서 측위오차가 100m 2dRMS 이내라는 것은 "100m twice the root mean square horizontal error" 의 약어로 평면에서 95% 오차 확율의 범위 내에서 위치오차가 100m임을 의미한다.