“정확하지 않으면 위험.하다” 정밀 위성항법 봅시다

확실히, 더 확실히, 그리고 더 확실히!라고 얼핏 양궁이 본인 사격선수의 구호처럼 들리는데요. 하지만 선수들의 구호가 아니라 위성항법의 화제입니다. 내비게이션이나 스마트폰의 보급 등으로 인공위성을 이용한 위성항법 시스템은 우리 생활 속에 깊숙이 위치해 있습니다. 미국에서 개발한 GPS가 대표적인 위성항법시스템입니다.목적지에 갈 때는 다소 오차가 있어도 1개 반적인 GPS정도로 충분했다. 하지만 자율주행 자동차 본인의 차세대 지능형 교통 시스템으로는 이 정도로는 턱없이 부족합니다. 부족 정도를 넘어 탑승자의 생명까지 위협합니다. 위성 항법에 근거하지만, 이것을 넘는 정밀 위성 항법이 필요합니다.

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기존 위성항법시스템(GNSS. Global Navigation Satellite System)은 '정확하지 않으면 불편' 정도였습니다. GPS(Global Positioning System)의 경우 도로에서 경로를 벗어나도 차를 되돌리면 되니까요. 하지만 운전자의 손을 빌리지 않고 스스로 운행하는 자율주행자동차 본인의 교통 상황과 돌발 상황, 문제의 위험. 정보 등을 실시간으로 알려주는 차세대 지능형교통시스템(C-ITS, Cooperative-Intelligent Transport Systems)은 수준이 다릅니다. 생명이 자신의 안전과 직결됩니다. 정확하지 않으면 위험하기 때문에 세계 각국은 미래의 도로교통시스템에 대비한 도로교통용 정밀위성항법개발에 자발적으로 임하고 있습니다. 우리 연구원도 국토교통부의 위성항법기반 교통인프라 기술개발사업을 통해 원천기술을 확보하고 실용화에 박차를 가하고 있습니다. 특히 우리의 기술은 기존의 위성 항법 시스템에서는 적용되지 않은 새로운 방식과 목표 성능의 개념 등을 도입하고 국제 아무래도 화(ISO/TR 22086·하나, PWI 22086-2)까지 주도할 정도로 그 우수성을 인정 받고 있습니다.​ 무엇보다 한국 연구진이 개발한 차세대 도로 교통용 정밀 위성 항법 기술은 차로 구분까지 가능한 오차 한가지 m이내(통상 20~90cm)수준의 동적 위치 측정이 가능합니다만. GPS 같은 기존 위성 항법 시스템의 오차가 하나 5~30m수준임을 감안하면 아무리 본인의 정확도가 높아질지 판단할 수 있습니다.​

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이렇게 정확도를 타카 1수 있었던 것은 새로운 방식을 도로 교통용 위성 항법에 적용했기 때문입니다. 위성 항법은 복수의 위성(4개 이상)에서 송출한 신호를 지상의 단을 이야기기가 수신하고 위성까지의 거리를 계산하고 위성의 위치 정보와 결합하고 단이 이야기기의 위치를 측정합니다. 이때 거리 측정에 사용하는 신호는 코드(code)와 반송파(carrier)의 2개가 있습니다. 흔히 코드를 미터(m) 단위의 눈금, 반송파를 센티미터(cm) 단위의 눈금에 비유해서 말하곤 합니다. 코드는 정확도가 다소 떨어지는 대신 별도의 인프라가 필요 없고 다만 이 이야기의 가격이 저렴하다는 장점이 있습니다. 내비게이션이나 스마트폰에서 GPS를 사용할 수 있는 것은 이런 특징 때문입니다.이와 달리 반송파는 이런 신호와 함께 지상 인프라를 통해 추가 정보를 공급해야 합니다. 정확도가 1m이내, 심지어 수 cm까지 정확도를 타카 1수 있습니다. 물론 이렇게 반송파를 이용한 기술은 기존에도 있었습니다. 위성을 이용한 측지·측량 분야에서 이 반송파를 사용해 왔습니다. 그런데 정확도가 높은 대신 가격이 수천만 원에 달하는 단의 이야기가 필요했습니다. 1반 사용자도 브그다소움 없는 반송파를 사용하기 위해서 보급형 계단이 이야기를 이용한 기술 개발이 연구진의 핵심 과제였습니다.세계에는 없었던 기술은 아니지만 반송파를 도로 교통용 위성 항법 시스템에 적용하자는 것은 획기적인 발상입니다. 우리 연구진이 개발한 기술이 국제 그대로를 주도하는 이유입니다. 또 기존의 값싼 GPS수신기를 사용함으로써 1반 사용자의 접근성을 크게 올릴 수 있게 되었습니다.

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이미 말했듯이 자동차를 운전하여 GPS로 모르는 길을 찾아가는 것과 자율주행차나 C-ITS 등에서 위성항법을 활용하는 것은 다릅니다. 예를 들어 GPS는 어느 지점에서 좌회전하여 우회전하는지 알려주면 됩니다. 그러나, 차량 주행중에 운전자에게 있어서 주변의 교통 정세과의 급정거, 낙하물등의 사고의 위험. 때때로 정보를 공급하는 시스템인 C-ITS는 차도 구분은 물론 위치정보의 마을을 인지/판단하여 운전자에게 알려야 합니다. 요구하는 정보와 성능의 차원이 다릅니다.따라서 연구진은 도로교통용 정밀위성항법시스템을 개발하면서 정확성과 함께 완전성과 가용성을 목표성능으로 설정하고 이를 충족시키는 기술 개발에 주력했다. 측정치의 오차를 최소화하여 위치정보의 정확성을 높이고 측정치의 이상/장애기 검출로 위치정보의 완전성(신뢰도)을 높였으며, 기존 GPS에 중국의 위성항법시스템(BDS, BeiDou Navigation Satellite System) 등을 추가하여 정밀위치정보의 가용범위를 높이는 것이 관건이었습니다.도로교통 정밀 위성항법 시스템의 개념은 이렇습니다. 우선 GPS 등의 항법 위성에서 송신한 위성 항법 신호와 데이터 지면 수신국에서 수령합니다. 지면 수신국은, 지면 제어국에 측정 데이터를 전송합니다. 지면 제어국에서는, 오차등을 계산한 보정 정보나 완전성 정보를 작성해 유저 단말에 송신합니다. 사용자 단말기에서는 이렇게 전달받은 정보를 통해 차로 구분의 정밀 위치 표결 및 무결성 감시를 실시합니다.​

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미래의 도로교통은 자동차는 물론 위성, 도로 및 신호시스템, 통신, 인공지능 등 다양한 요소가 결합된 지능형 교통시스템이 핵심입니다. 위성 항법은 이러한 도로 교통 시스템의 출발점이자 종착지입니다. 항공용, 해상용도 마찬가지입니다. 그러기 위해서는 위성 항법의 정확도와 신뢰도를 높이는 것이 관건입니다.​ 단 1cm에서도 더 오차를 줄이기 위한 우리의 연구원의 노력은 계속 이프니다니다. 그중 연구진이 개발한 정밀위성항법시스템을 통해 C-ITS가 구축된 도로 위를 자율주행차가 달리는 모습을 상상해 봅니다.기획/제작:항공우주Editor오요한자문/감수:항법기술연구실 이상우 박사

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