“정확하지 않으면 위험하다” 정밀 위성항법

"확신하고, 더 확신하고, 더 확신하게!" 얼핏 양궁이 과인이 사격선수의 구호처럼 들리는데요. 하지만 선수들의 구호가 아니라 위성항법의 화제입니다. 내비게이션이나 스마트폰의 보급 등으로 인공위성을 이용한 위성항법 시스템은 우리 상업생활에 깊숙이 위치해 있습니다. 미국에서 개발한 GPS가 대표적인 위성항법시스템입니다.목적지를 찾을 때는 약간의 오차가 있어도 어느 쪽인가 반적인 GPS로 충분했습니다. 하지만 자율주행 자동차과의 차세대 지능형 교통 시스템으로는 이 정도로는 턱없이 부족합니다. 부족 정도를 넘어 탑승자의 생명까지 위협하게 됩니다. 위성 항법을 기반으로 하면서, 이를 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 이탈해도 차를 되돌리면 되니까요. 하지만 운전자의 손을 빌리지 않고 스스로 운행하는 자율주행자동차 본인의 교통귀추와 돌발귀추, 문제의 위험, 정보 등을 실시간으로 알려주는 차세대 지능형교통시스템(C-ITS, Cooperative-Intelligent Transport Systems)은 차원이 다릅니다. 생명이 본인의 안전과 직결됩니다. 정확하지 않으면 위험. 한다. 따라서 세계 각국은 미래의 도로교통시스템에 대비한 도로교통용 정밀위성항법 개발에 박차를 가하고 있습니다. 저희 본인도 이미 우리 연구원이 국토교통부의 위성항법 기반 교통 인프라 기술 개발 사업을 통해 원천 기술을 확보하고 실용화에 박차를 가하고 있습니다. 특히 우리 기술은 기존 위성항법시스템에서 적용되지 않았던 새로운 개정 방식과 목표 성능 개념 등을 도입하여 국제표준화(ISO/TR22086-1, PWI22086-2)까지 주도할 정도로 우수성을 인정받고 있습니다.무엇보다 국내 연구진이 개발한 차세대 도로교통용 정밀위성항법 기술은 차로 구분까지 가능한 오차 1m 이내(통상 20~90cm)의 동적 위치측정이 가능하지만 GPS와 같은 기존 위성항법 시스템의 오차가 15~30m 수준인 것을 감안하면 얼마나 정확도가 높아졌는지 알 수 있습니다.​

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이렇게 정확도가 높을 수 있었던 것은 새로운 개방식을 도로교통용 위성항법에 적용했기 때문이죠."위성항법은, 복수의 위성(4개 이상)으로부터 송출한 신호를 지상의 단스토리기가 수신해 위성까지의 거리를 계산해, 위성의 위치 정보와 결합해 단스토리기의 위치를 측정한다. 이때 거리측정에 사용하는 신호는 코드(code)와 반송파(carrier) 두 가지가 있습니다. 보통 코드를 미터(m) 단위의 눈금척, 반송파를 센티미터(cm) 단위의 눈금척에 빗대 스토리하기도 한다. 코드는 정확도가 다소 떨어지는 대신 별도의 인프라가 필요 없어 단스토리기의 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 한다. 정확도가 1 미터 이내이고, 또한 몇 센티미터까지 정확도를 높일 수 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 달콤한 스토리가 필요했습니다. 1반 유저도 부담없이 반송파를 사용하기 위해서 보급형 단스토리기를 이용한 기술개발이 조사진의 핵심 과제였습니다.세상에 없던 기술은 아니지만 반송파를 도로 교통용 위성 항법 시스템에 적용하자는 것은 획기적인 발상입니다. 우리 조사진이 개발한 기술이 국제 그대로를 주도하는 이유입니다. 역시 기존의 저렴한 GPS 수신기를 사용함으로써 1반 사용자의 접근을 크게 높일 수 있게 되었네요.

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앞서 말한 것처럼 자동차를 운전하여 GPS로 모르는 길을 찾아가는 것과 자율주행 자동차과의 C-ITS 등에서 위성 항법을 활용하는 것은 다릅니다. 예를 들어 GPS는 어느 지점에서 좌회전을 하는지 알려 주시면 됩니다. 그러나, 차의 주행중, 운전자에게 주변의 교통 정세나 급정거, 낙하물등의 문재 위험. 때때로 정보를 제공하는 시스템인 C-ITS는 차선의 구분은 물론 위치정보의 촌락을 인지/판단하여 운전자에게 알려야 합니다. 요구하는 정보와 성능의 차원이 다릅니다.이를 위해 연구진은 도로교통용 정밀위성항법시스템을 개발하면서 정확성과 정합성과 가용성을 목표성능으로 설정하고 이를 충족하는 기술개발에 주력했습니다. 측정치의 오차를 최소화하여 위치정보의 정확성을 높이고 측정치의 이상/장애인을 검출하여 위치정보의 정합성(신뢰도)을 높였으며, 기존 GPS에 차이의 위성항법시스템(BDS, BeiDou Navigation Satellite System) 등을 더해 정밀위치정보의 가능한 범위를 높이는 것이 관건입니다.도로교통 정밀 위성항법 시스템의 개념은 이렇습니다. 우선 GPS 등의 항법 위성에서 전송한 위성 항법 신호와 데이터를 지면 수신국에서 받습니다. 지면 수신국은 지면 제어국에 측정 데이터를 전송합니다. 지면 제어국에서는, 오차등을 계산한 보정 정보나 완전성 정보를 만들어, 유저 단내용기에 전송 합니다. 사용자 단말기에서는 이렇게 전달받은 정보에 따라 차량구분의 정밀위치 표시 및 무결성 감시를 실시합니다.​

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미래 도로교통은 자동차는 물론 위성, 도로 및 신호 시스템, 통신, 인공지능 등 다양한 요소가 결합된 지능형 교통 시스템이 핵심입니다. 위성항법은 이러한 도로교통 시스템의 출발점이자 종점입니다. 항공용, 해상용도 마찬가지입니다. 그러기 위해서는 위성 항법의 정확도와 신뢰도를 높이는 것이 열쇠입니다.앞으로 1센티미터라도 오차를 줄이기 위한 조사원의 노력은 계속될 것입니다. 조만간 국내 조사진이 개발한 정밀위성항법시스템을 통해 C-ITS가 구축된 도로 위로 자율주행차가 달리는 모습을 상상할 수 있습니다.기획/제작: 항공우주 Editor 오요한자문/감수: 항법기술조사실 이상우 박사

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