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ARIC_항공우주연구정보센터

글로벌 위성항법시스템(GNSS) 협력 or 경쟁

2009.07.19 11:07 조회 수 : 24660

자료출처 http://www.aric.or.kr/ 


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미국의 GPS, 러시아의 GLONASS 만이 세계의 유일한 위성항법시스템이 아니다. 유럽, 중국, 인도, 그리고 일본도 자체적인 시스템을 가지고 있거나 개발 중에 있다. 2013년경에는 글로벌 위성항법시스템 (GNSS, Global Navigation Satellite System)으로서 131개의 위성들이 항공기나 기타 수송장비에 적어도 10미터 이내의 정확도를 제공할 것으로 보인다. 유럽과 중국, 인도 그리고 일본은 미국의 GPS와 러시아의 GLONASS 네트워크에 협력자 또는 경쟁자로 나타날 것이다. 이러한 국가들의 시스템들이 과연 상호 호환성을 가지도록 협력할지 아니면 서로 경쟁적인 관계로 갈 것인지는 분명하지 않다. 글로벌 위성항법시스템 개발은 군사적, 정치적 그리고 상업적인 요소로부터 기인한다. 유럽은 미국 GPS에 대한 의존도를 낮추려는 움직임이 있다. 유럽이 자체적으로 민간 GNSS 네트워크를 만들려는 결정은 만약에 미국 GPS 시스템이 이틀간 고장이 날 경우 유럽의 수송분야 에 2억 유로달러 이상의 손실을 입을 만큼 의존적인 상태에 대한 우려가 있다.

GPS와는 달리 유럽의 갈릴레오(Galileo) 시스템은 유럽의 정부기관들, 군사기관들도 사용할 수 있겠지만 원래 성격이 군사적전용이 아닌 민간상업용이다. 그렇지만 갈릴레오 서비스에는 공공의 오픈서비스 외에도 PRS(Pubilcally Regulated Service)를 통해 특정 사용자들의 제한된 접근이 가능한 암호화된 위치정보 제공서비스가 있다. 그렇기에 유럽 군사기관에서는 군사적 사용을 위해서 GPS를 고수할지 갈릴레오 시스템을 사용할지에 대해 다소 의견이 나눠져 있다. 유럽과 미국은 GPS와 갈릴레오 위성항법시스템의 상호 운영 및 호환성에 대해 지난 2004년에 조약을 체결한 바 있었다. 그러나 이와 관련된 모든 이슈들이 해결된 것은 아니다. 개별적인 유럽국가들이 군사적 위성항법능력을 가지고자 하며 유럽의 전략적 자율성 이라든가 유럽 자체적인 안보에 대한 요구는 커져왔다. 2008년 7월에 European Parliament는 갈릴레오 시스템이 유럽연합의 증가하는 국방 및 안보 정책에 맞춰 개발되어야 한다고 인식했다. Galileo Supervisory Authority는 2008년 조사에서 PRS신호 사용자의 절반이 유럽의 군사기관이라고 하였다. 물론 이러한 군사기관들은 미국의 GPS 군사용 코드에도 접근할 수 있다. 유럽의 GNSS 전문가에 따르면 GPS는 표준적인 군사적 시스템이긴 하지만 GPS와 갈릴레오를 같이 사용하여 더 좋은 서비스를 받을 수 있다고 보고 있다.

유럽의 갈릴레오 글로벌위성항법시스템은 완료되면 30개의 위성으로 구성될 것이다.


보다 정교한 GNSS 서비스에 대한 상업적 가능성이 있다. GPS/Galileo 네트워크는 특히 복잡한 도심지역의 위치정보 향상에 큰 변화를 줄 것이다. 사용자들은 기존의 위성들보다 2배나 많은 위성들로부터의 정보를 통해 정확한 위치정보를 얻을 수 있을 것이다. 시장 예측가들은 이러한 향상된 서비스가 GNSS 제품 및 서비스 시장에 큰 붐을 이끌 것으로 내다본다. 정밀 GNSS 제품 및 서비스에 대한 글로벌 시장 규모가 2012년 경에는 60억 달러에서 80억 달러 사이가 될 것으로 예측되기도 한다. 미국의 GPS Industry Council 은 GPS 장비의 글로벌 시장은 2006년에 150억 불을 기록하였고 매년 25-30% 씩 증가하고 있다고 보고있다.

유럽위원회(EC) 전문가들은 위성항법 제품과 서비스에 대한 전 세계적 시장이 2025년 경에는 4천억 달러에 이를 것으로 예측하면서 2020년경에는 30억개의 위성항법 수신기가 사용될 것이고 갈릴레오 프로그램은 유럽전역에 15만개의 일자리를 창출할 것으로 보고 있다. 영국 Dept. of Transport 의 2007년 연구에서도 GNSS 시장 산업으로부터 영국에 가져올 이익이 2025년엔는 140억 파운드에 이를 것으로 보고 있다. 유럽연합(EU)은 2007년부터 2013년 사이에 EGNOS(European Geostationary Navigation Overlay Service)와 갈릴레오 시스템 개발에 34억 유로달러를 책정하였다. EC 의 프로그램 관리하에 유럽우주국 ESA가 획득 및 설계를 맡고 있다. 갈릴레오 연구 작업에 4억 유로달러가 EC의 프레임워크 프로그램(FP, Framework Program)하에서 사용가능하다. 보다 정확하고 강건한 GNSS 위치정보 시스템은 공학, 항공, 농업, 선박, 해양 등을 포함한 많은 시장에 새로운 적용분야를 열어줄 것이다.

GPS와 갈릴레오 이 두 개의 시스템을 어떻게 같이 운용 할 것인가에 대해서 아직 결정되지 않은 것들이 많다. 예를 들면 GPS로부터 신호를 받고 이를 갈릴레오를 통해 검증을 받는다거나 또는 GPS및 갈릴레오로부터 모두 신호를 받는다거나 하는 등등이다. 그렇지만 공동의 GPS/Galileo 시그널 프로세서에 기반을 두고 다수위성으로부터 신호를 받는 수신기인 'multiconstellation receiver' 개발 1단계가 이미 시작되었다. 이러한 수신기에 대한 규격 기준안이 SESAR(Single European Sky ATM Research) 프로그램 타임테이블에 따르면 2011년 또는 2012년에 완료될 예정에 있다. 많은 산업체 그룹들이 GPS/Galileo 통합을 위한 고수준의 규격(standards) 마련에 참여하고 있다. 대부분의 작업은 비용 및 복잡성 문제에 초점을 두고 있다.

러시아 GLONASS는 GPS의 코드분할다중방식 (CDMA, Code Division Multiple Access) 방식이 아닌 주파수분할 다중방식 (FDMA, Frequency Division Multiple Access) 방식을 채택하고 있다. GLONASS 프로그램 매니저들이 CDMA 방식으로 이동을 고려하고 있다고 보고되기는 하지만 GLONASS 시스템이 GPS/Galileo 시스템과의 통합에는 비용과 복잡성 문제가 있다. 그렇지만 multiconstellation receiver 제품들은 이미 소개되고 있다. Magellan 사는 GPS, GLONASS 시스템 신호를 받을 수 있는 듀얼주파수 GNSS 수신기인 GR-3 GNSS 수신기를 제작하였고 Trimble 사는 GPS L1, L2, L2C 그리고 L5 신호와 GLONASS의 L1/L2 신호를 지원하는 NET-R8 수신기를 제작하였다. 중국 Wuhan 대학의 GPS 연구센터는 GLONASS, Galileo 그리고 중국의 Compass(북두) 위성들로부터의 위치신호를 통합하는 수신기개발을 진행 중에 있다. 지난 수년간 미국과 유럽의 워킹그룹들은 여러 위성항법시스템 신호의 호환성 및 상호운용성을 위해 MBOC(multiplexed binary offset carrier) 에 기반을 둔 보다 향상된 공동의 민간 신호를 개발하고 있으며 그 결과도 양호하다. 2008년 4월 카자흐스탄 바이코누르 기지에서 소유즈 로켓으로 발사된 갈릴레오 시스템 테스트 위성인 GIOVE B는 현재 성공적으로 새로운 MBOC 신호를 전송하고 있다.

항공용 multiconstellation receiver 에 대한 최종적 항공규격이 RTCA(Radio Technical Commission for Aeronautics)나 EUROCAE (European Organization for Civil Aviation Equipment)를 통해 산업체에 알려지기 전에, 차세대 GNSS 서비스 성능이 상세하게 이해되어야 하며 이러한 것들은 Galileo와 GPS L5 위성의 실제 운용을 통해 먼저 입증될 필요가 있다. 올해 발사예정인 GPS L5 위성과 갈릴레오 테스트 위성들을 통해 궤도상에서 정확한 항법성능이 입증되어져야 한다. Eurocontrol의 GNSS 전문가 Francisco Salabert 에 따르면 새로운 항법시스템으로의 이전에 따른 설치비용 및 검증 비용이 운용상 이익을 넘게 된다면 이미 기존의 효과적인 항법 인프라기 있기 때문에 새로운 항공기에 적용하는 것은 오래동안 지연될 것이라고 한다. 유럽의 GNSS 항공교통서비스 개발 타임스케쥴에는 새로운 장비로 대체하는 것에 대한 동의는 있다. 유럽은 2020년경에 기존의 모든 지상기반 항법보조장비들, 예를들면 NDB(nondirectional beacon), VOR(VHR omnidirectional range) 같은 장비들을 교체하고 GNSS 항법장비들로 바꿀것을 요구하고 있다. 그렇지만 이미 작성된 로드맵상의 실제적인 실행은 경제적 상황에 의존하고 있다. 적어도 GNSS 로의 이전에는 새로운 비행 프로시져에 대한 설계 및 검증, 예비적 운용, 안전성 평가 등등의 상당한 자금이 요구될 것이다.

인도, 중국 그리고 러시아의 GNSS 시스템에 공급할 많은 항공전자시스템 개발비용은 특히 현재의 경제적 위기상황하에서는 억제될 수도 있다. GPS와 Galileo의 통합 개발계획과는 는 대조적으로 러시아, 중국 인도의 GNSS 프로그램은 서로 다른 시스템으로부터 신호를 받을 수 있는 multiconstellation receiver 같은 항공전자 컴포넌트 없이 개발되고 있다. 중국은 지난 수년간 유럽의 갈릴레오 프로그램 협력자에서 지금은 하나의 경쟁자로 이동하고 있다. 중국의 Beidou(Compass) 위성항법시스템은 원래 중국자체적인 군사적 시장을 공급하기 위한 것이었지만 민간용 서비스도 할 것이라고 발표한 바 이후 더욱 그렇다. 그렇지만 러시아나 인도의 군용항공기술이 이미 새로운 협력시대로 진입한 것처럼, 이러한 경쟁적인 입장이더라도 어느 단계에 가면 상호 협력적 노력들을 고려해야만 할 것이다.


글로벌 GNSS 시스템

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1. 갈릴레오 (Galileo)
유럽의 갈릴레오 항법시스템은 적도에서 56도 경사각을 가진 세 개의 궤도면에 30개의 위성들이 배치되어 구성된다. 첫 번째 실험위성인 GIOVE-A 가 2005년 12월 발사되었으며 2008년에 GIOVE-B 와 GIOVE-A2 위성들이 발사되었다. 추가적으로 위성을 더 발사시켜 시스템관련 인프라에 대한 검증단계가 진행될 것이며 완료되면 나머지 위성들도 발사되어 2013년에는 전체시스템이 모두 갖춰져서 운용될 예정이다.

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2. 러시아의 GLONASS
GLONASS 위성항법시스템은 약 64.8도 경사각을 지닌 거의 원형궤도에 가까운 3개의 궤도면상에 배치된 24개의 위성들로 구성된다. GLONASS 시스템 1단계는 1991년에 서로 120도 떨어진 두 개의 궤도면에서 7개의 위성들을 가지고 완료되었다. 12개의 GLONASS 위성들이 1993년과 94년에 추가되었고 Uragan-M (또는 GLONASS-M) 으로 알려진 7년 수명을 가진 2세대 위성들이 2001년 2004년 2005년에 발사되었다. 2005년 말 당시 궤도상에 14개의 위성이 있었다. Uragan-K (또는 GLONASS-K) 로 알려진 수명기간 10-12년을 가진 3세대 GLONASS 위성들이 추가되어 2012년에 24개의 위성좌를 구성할 예정이다.

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3. 중국의 Beidou-2(Compass)
중국의 북두(Beidou) 위성항법시스템은 지구정지궤도에 5개의 위성이 배치되고 지구 중궤도에 30개의 위성들을 배치하여 총 35개의 위성으로 구성되는 시스템이다. 현재 Beidou-1 시스템이 있는데 이것은 중국우주기술아카데미(China Academy of Space Technology)가 개발한 3개의 위성으로 구성되어 2001년말에 항법서비스를 제공하기 시작했고 2004년에는 민간사용자들도 사용할 수 있게 되었다. Beidu-1 시스템은 10미터 정확도로 하는 공공서비스와 보다 정밀한 중국 군사용 서비스를 제공하고 있다. 2010년까지 10개의 위성 발사를 계획하고 이를 통해 Beidou-2 글로벌 네비게이션 성능을 향한 첫 단계를 준비하고 있다.

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4. 인도의 IRNSS
인도 지역항법위성시스템(IRNSS, Indian Regional Navigational Satellite System) 이 인도우주연구기구(ISRO) 에 의해 개발중에 있다. 3개의 위성이 지구정지궤도에 위치하게 될 것이며 적도면에서 29도 경사각을 가진 지구동기궤도에 4개의 위성이 배치될 예정이다. 인도정부는 이 프로젝트를 2006년에 승인하였으며 2012년에 7개위성으로 구성된 시스템을 완료하고자 한다.

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5. GPS (Global Positioning System)
미국의 위성항법시스템 GPS 는 32개의 위성이 6개의 궤도면에 배치되어 구성되어있다. 위성좌를 구성하는 위성의 수는 오래된 위성이 폐기되고 GPS Ⅱ 새로운 위성으로 대체되면서 바뀌게 된다. 1994년부터 글로벌 서비스가 제공되었고 현재 GPS Ⅱ 버전 위성들이 참여하고 있다. 가장 최신 위성 버전으로는 GPS Ⅱ-F 위성이다. 현재 록히드마틴사는 14억 달러의 개발 및 생산 계약하에 GPS Ⅲ 프로그램을 개발하고 있다. GPS Ⅲ 프로그램의 첫 번째 발사로서 GPS Ⅲ-A 급 8개 위성발사가 2014년에 예정되어 있다.

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6. 일본의 준천정(Quasi-Zenith) 시스템
일본의 준천청 위성시스템(QZSS, Quasi-Zenith Satellite System)은 일본내 위치정보 서비스를 제공하기 위해 증대된 GPS 시스템과 결합되는 3개의 위성들로 구성된다. QZSS 시스템의 첫 번째 위성 발사가 2009년에 예정되어 있다.

 

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