이전의 Mastering Accuracy 기사에서 GNSS, 오류 원인 및 RTK가 이중 차분 계산을 통해 대기 오류를 제거하기에 충분히 기지국과 로버가 가까이 있다고 가정하여 이러한 오류를 완화하는 방법에 대해 논의했습니다. 그러나 대기층은 종종 이질적이므로 이 방법으로 오류를 완전히 제거하지 못하여 정확도가 떨어질 수 있습니다.
전리층이란 무엇이며 GNSS에 미치는 영향은 무엇입니까?
전리층은 지구 표면 위 약 50~1,000km에 위치한 지구 대기권의 중요한 구성 요소입니다.
태양 복사열이 이 대기층의 입자에 부딪히면 자유 전자와 이온(전자를 얻거나 잃은 원자)이 생성됩니다. 이온화 정도는 고도, 태양 활동 및 시간에 따라 달라집니다.
극지방 오로라는 이 상층 대기 이온화의 가시적인 결과입니다. RF 통신, 특히 GNSS 신호 전송과 관련하여 이러한 전하 입자는 전리층을 통과할 때 신호에 지연을 발생시킵니다. 그리고 GNSS는 기본적으로 신호 이동 시간을 고려할 수 있어야 하므로 이러한 지연은 GNSS 정확도에 큰 영향을 미칩니다.
태양 활동이 활발한 경우 그 영향은 훨씬 더 심각할 수 있습니다. 전리층 섬광은 신호를 저하시켜 항법에 사용할 수 없게 만들 수 있습니다. 태양 폭풍은 또한 인프라에 영구적 또는 일시적인 장애를 일으킬 수 있습니다. 몇 가지 예는 다음과 같습니다.
- 1989년 3월: 태양 폭풍으로 인해 주요 전력 장애가 관찰됨
- 2000년 7월: 무선 통신 두절 및 위성 장애 발생
- 2022년 2월: 태양 폭풍으로 인해 Starlink 위성 40기가 파괴됨
전리층 주기 및 주기성
전리층의 전하 수준은 태양 활동, 계절적 변화 및 일일 변화에 영향을 받는 주기적인 패턴을 나타냅니다.
태양 주기
태양 주기는 태양 활동의 약 11년 주기의 변화를 나타냅니다. 이 주기는 태양 표면의 흑점 수의 증가와 감소로 표시됩니다. 흑점은 태양의 일시적인 현상으로 어두운 점으로 나타나며 강렬한 자기 활동과 관련이 있습니다.
태양 주기는 태양 최소기와 태양 최대기의 두 가지 주요 단계로 나눌 수 있습니다. 태양 최소기 동안 태양은 흑점이 적고 전반적인 활동이 비교적 낮습니다. 주기가 태양 최대기로 진행됨에 따라 흑점의 수가 증가하고 태양 활동도 증가합니다.
태양 활동이 활발한 기간 동안 전리층은 전자 밀도가 증가하여 GNSS 신호에 대한 전리층 지연 효과가 증폭됩니다.
2020년부터 태양 활동이 증가하고 있으며 2022년 하반기부터 높은 활동이 기록되었으며 2025년에 정점에 이를 것으로 예상됩니다. 이러한 높은 활동은 전반적으로 GNSS 성능을 저하시키고 RTK 고정을 획득하기가 더 어렵게 만듭니다.
계절 주기
계절적 변화는 전리층 활동에 중요한 역할을 합니다. 북위 지역에서는 봄과 가을에 태양 복사열 증가로 인해 일반적으로 이온화 수준이 더 높고, 여름과 겨울에는 이온화 수준이 더 낮습니다.
이러한 계절적 변화는 GNSS 신호에 다르게 영향을 미쳐 위치 정확도의 전체적인 변동성에 기여합니다.
일일 변동
전리층의 일일 변동은 지구의 자전과 태양의 위치에 영향을 받습니다. 지구가 자전함에 따라 여러 지역에서 다양한 수준의 이온화가 발생합니다. 아래 그림에서 TECU는 총 전자 함량 단위(Total Electron Content Unit)를 나타내며, 이는 전리층 활동을 특징짓고 신호에서 발생하는 추가 지연과 관련됩니다.
위치
위에서 언급한 주기적, 계절적 및 일일 변동 외에도 지구상의 위치는 전리층 활동에 큰 영향을 미칩니다. 평균 전리층 활동은 지자기 적도 부근에서 더 높습니다.
두 날짜에 따른 일반적인 일일 전리층 활동의 예
RTK에 미치는 대기 오류 영향: 최신 기술
GNSS 수신기에 사용된 기술에 따라 대기 오류의 영향이 다릅니다.
일반적으로 엔트리 레벨 RTK 수신기는 이러한 영향에 제대로 대처하지 못하고 RTK 수정률이 낮아지거나 수렴 시간이 길어질 수 있습니다.
고급(측지) GNSS 수신기 또는 후처리 엔진은 다음과 같은 두 가지 주요 기술을 기반으로 하는 특정 수준의 전리층 완화를 내장할 수 있습니다.
- Iono Free라고 하는 특정 측정 조합은 일부 과학 출판물에서 L3라고도 합니다.
- 내비게이션 필터에서 전용 상태를 사용하여 전리층 오차 추정
두 방법 모두 장단점이 있지만 일반적으로 훨씬 더 높은 노이즈 및/또는 수렴 시간이 소요됩니다.
Ionoshield 기술로 이러한 영향을 완화합니다.
고객을 최대한 지원하기 위해 Qinertia 4용으로 높은 전리층 활동의 영향을 보정하는 획기적인 기술인 Ionoshield를 개발했습니다.
Ionoshield는 PPK의 모든 기능을 활용하여 까다로운 GNSS 조건과 높은 전리층 활동에서도 안정적인 센티미터 RTK 고정 솔루션을 제공합니다. Ionoshield는 대기 오류 완화 알고리즘입니다. Ionoshield는 기지국과 로버의 관측을 사용하여 전리층과 대류권에 의해 발생하는 오류를 결정합니다.
사용 가능한 모든 주파수와 위성 시스템을 사용하여 대기 오류를 추정하고 보정합니다. 지능형 전략은 수렴 시간을 최소화하는 동시에 순방향 / 역방향 / 병합 처리가 프로세스를 완료하여 까다로운 조건에서도 제로 수렴 시간을 목표로 합니다.
마지막으로 Ionoshield는 내장된 RAIM 알고리즘과 결합하여 섬광과 같은 전리층 문제로 인해 결함이 있는 위성을 감지하고 제외합니다.
이러한 접근 방식을 통해 Ionoshield는 다음과 같은 중요한 이점을 제공합니다.
- RTK Fix 도달 및 센티미터 수준의 정확도를 나타내는 탁월한 성능
- IonoFree 조합과 같은 다른 iono 처리 기술과는 달리 노이즈가 추가되지 않았습니다.
- 최신 다중 주파수 수신기의 장점을 최대한 활용하여 3개의 주파수 전체 별자리 PPK를 사용하여 정밀도와 견고성을 향상시킵니다.
- 육상 어플리케이션(경량~중형 도시 환경)에서도 작동합니다.
Ionoshield를 최대한 쉽게 사용할 수 있도록 Qinertia는 자동 선택 옵션도 통합합니다. 이 자동 옵션은 처리 모드(단일 기지국 PPK, Ionoshield PPK 또는 VBS)를 선택하기 전에 전리층 활동을 평가합니다. 고급 사용자는 처리 모드를 수동으로 선택할 수도 있습니다.
Ionoshield는 엄청난 이점을 제공하지만 몇 가지 전제 조건이 있습니다.
– 모든 SBG Systems 제품에서 제공되는 이중 주파수 GNSS 수신기(L1/L2 선호)가 최소한 하나 이상 있어야 합니다. Ionoshield는 또한 정확도 향상을 위해 트리플 밴드(L1/L2/L5) GNSS 수신기의 가용성을 최대한 활용합니다!
– 로그 지속 시간 및 탁 트인 하늘: Ionoshield는 빠르게 수렴할 수 있습니다. 그러나 전리층 활동이 높고 기지국과 로버에서 관찰된 오류 간에 큰 차이가 있는 극단적인 조건에서는 Ionoshield에 더 긴 수렴 시간이 필요할 수 있습니다.
Ionoshield가 데이터를 얼마나 향상시키는지 테스트하는 데 관심이 있으시면 저희에게 연락하십시오.