개념 한 쪽
GNSS 관측에는 위성궤도·시계, 전리층·대류권 지연, 수신기 관련 오차와 다중경로·사이클슬립 같은 국지적 오차가 섞여 들어간다. 각 오차의 성격을 구분하고 상황에 맞는 보정 방법을 적용하는 것이 정확한 위치결정의 핵심이다.
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출제기준 단원 「오차의 종류」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 의사거리 영향 인자 판별 | 1 | 의사거리 결정에 영향을 주지 않는 항목을 가리기 |
| 이중주파수의 목적 | 1 | L1·L2 관측의 전리층 보정 원리를 설명하기 |
| 차분으로 남는 오차 식별 | 1 | 이중차분 후에도 소거되지 않는 오차를 고르기 |
GNSS 오차는 정오차(계통오차)와 우연오차로 나눌 수 있다. 정오차는 원인이 일정하고 반복 관측에서 같은 방향으로 생기는 오차로, 위성 시계오차·수신기 시계오차·전리층·대류권 지연이 대표적이다. 우연오차는 관측할 때마다 크기와 부호가 흔들리는 잡음 성분으로 위상 관측의 잡음이 여기에 해당한다.
전리층 지연은 전리층이 분산매질이므로 주파수에 따라 신호의 지연량이 달라지는 특성을 가진다. 따라서 L1·L2 같은 이중주파수를 동시에 관측하면 두 주파수의 선형조합으로 전리층 성분을 분리·보정할 수 있다. 이중주파수 수신기는 전리층 보정에서 큰 이점을 제공한다.
차분(differencing) 기법은 관측값을 서로 빼서 두 관측치에 공통으로 들어 있는 오차를 소거하는 방법이다. 단일차분은 위성 또는 수신기 시계오차 등 한 종류의 공통 오차를 제거하고, 이중차분(두 번의 차분)을 적용하면 위성과 수신기 시계 오차를 동시에 제거할 수 있다. 짧은 기선에서는 대기오차가 서로 비슷해져 차분으로 크게 상쇄된다.
다중경로오차와 사이클슬립은 국지적·발생 상황 의존적인 오차로 취급한다. 다중경로는 신호가 건물·지면 등에 반사되어 수신기마다 다르게 발생하므로 차분으로 제거되지 않고 남는 오차가 된다. 사이클슬립은 반송파 위상측정에서 장해물 등으로 측정 연속성이 끊겨 정수 주기수가 틀어지는 현상으로, 위상 기반 측정에서 특별히 주의해야 할 오류이다.
의사거리(코드거리)는 코드 신호 도달 시간을 이용해 산출한 거리로, 궤도오차·대기 지연·안테나 수신중심 오차·시계오차 등이 의사거리 산출에 직접 영향을 준다. 반대로 모호정수(integer ambiguity)는 반송파 위상측량에서의 정수 주기수 문제로 코드 기반 의사거리 오차와는 별개의 개념으로 분류한다.
의사거리 관련 문제는 '모호정수' 선택지가 보이면 반송파 위상전용 개념임을 판단해 정답으로 고른다. 이중주파수 관련 문제는 'L1/L2 선형조합'이라는 표현이 보이면 전리층 보정과 직결되므로 즉시 전리층 오차 정답으로 판단한다. 차분 관련 문제는 '한 번 차분으로 무엇이 지워지는가' 또는 '두 번 차분으로 무엇까지 지워지는가'를 기준으로 단일차분·이중차분 효과를 구분하여 답을 찾는다.
또 다른 예로 상대측위에서 기선이 짧은 경우에는 궤도·위성시계·전리층같이 양측에 공통으로 작용하는 오차가 차분으로 상쇄되어 정확도가 향상되지만, 다중경로오차는 각 수신기 주변 환경에 따라 달라 차분으로 제거되지 않아 남는다는 점을 이용해 문제를 해결한다.
다음 중 의사거리(pseudo range) 결정에 영향을 주는 오차의 원인이 아닌 것은?
정답 ④ · GPS 의사거리 결정에 영향을 주는 오차 원인이 아닌 것을 고르는 문제이다. 코드 기반 의사거리의 오차 인자로는 위성의 궤도오차, 대기층의 지연오차, 안테나 수신중심부의 변동오차, 그리고 위성과 수신기의 시계오차 등이 있다.
의사거리 오차는 궤도·대기 지연·안테나 수신중심·시계오차이고, 모호정수는 반송파 위상측량 개념이다.
GPS 신호는 두 개의 주파수를 가진 반송파에 의해 전송된다. 두개의 주파수를 쓰는 가장 큰 이유는?
정답 ③ · GPS가 두 개의 주파수를 사용하는 주된 이유를 묻는 문제이다. GPS의 L1과 L2 두 반송파 주파수를 함께 수신하면, 전리층이 주파수별로 지연량이 다른 분산 매질이라는 특성을 이용해 두 주파수의 관측값을 차분함으로써 전리층 지연 오차를 계산하고 제거할 수 있다.
GPS 두 주파수(L1·L2)는 주파수별로 다른 전리층 지연을 차분해 제거한다.
GPS 오차원인 중 L1신호와 L2신호의 굴절 비율의 상이함을 이용하여 L1 /L2의 선형 조합을 통해 보정이 가능한 것은?
정답 ① · L1과 L2 신호의 굴절 비율 차이를 이용한 이중주파수 보정이 가능한 GPS 오차원인을 묻는 문제이다. 전리층은 분산매질이어서 굴절량이 주파수에 따라 다르게 나타나므로, L1과 L2 두 주파수 관측치의 선형조합을 만들면 전리층 지연을 산출하여 제거할 수 있다.
전리층은 주파수별 굴절률이 다른 분산매질이므로 L1/L2 이중주파수 선형조합으로 보정 가능하다.
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