GPS(Global Positioning System)로 대표되는 위성항법시스템(GNSS: Global Navigation Satel lite System)은 우주공간의 위성을 이용하여 사용자에게 위치와 함께 시각 정보를 제공해 준다. 위성항법시스템은 항법 분야 뿐 아니라 측량, 측지를 비롯하여 정밀 시각동기 및 지각변동의 측정까지 다양한 분야에서 활용되고 있다. 항법분야에 있어서 위성항법시스템의 오차를 제거한 정밀한 위치 정보를 이용하여 이동체에 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 위성항법을 움직이는 이동체에 적용할 경우 주변 환경에 따라 위성항법 신호의 오차가 증가하여 급격한 위치 오차를 유발하므로 추가적인 센서 사용을 통하여 안전성을 향상시킬 필요가 있다. 이 논문에서는 위성항법 기반의 위치정보와 이동체에 부착되어 있는 센서 정보를 병렬적으로 사용하는 주행시스템을 구성하고 주행 시험을 수행하였다. 이동체에 부착되어 있는 센서 정보를 이용한 주행시스템의 경우 이동 거리를 측정할 수 있는 엔코더와 조향각을 측정할 수 있는 포텐셔미터 그리고 차량 모델을 이용하여 구성하였다. 시험 결과 위성항법기반의 위치 정보와 이동체의 센서 정보를 이용한 위치 오차의 차이는 0.4m 이내로 위성항법 신호에 급격한 오차가 들어오는 경우 이동체의 센서 정보를 이용하여 감지할 수 있음을 확인하였다.
본 논문은 위성항법지상국시스템 개발을 위하여 시스템 요구사항 정의, 시스템 구성, 시스템에 대한 주요 파라미터별 요구사항 도출 및 분석 결과를 기술한 논문이다. 위성항법 지상국 시스템은 항법 위성인 GPS와 Galileo 위성으로부터 항법 신호를 감시하는 신호감시국과 처리된 위성항법 데이터를 갈릴레오 위성으로 송신하는 상향링크국, 신호감시국 및 상향링크국을 구성하는 장비들에 대한 감시 및 제어기능을 수행하는 감시 및 제어시스템으로 이루어진다. 신호감시국은 항법 수신기와 원자시계, 기상정보처리 및 항법데이타 처리를 담당하는 서브시스템으로 구성되며 항법 수신기는 GPS와 Galileo 위성으로부터 항법 신호를 수신할 수 있는 복합 수신기 형태가 된다. 신호감시국은 항법 정보에 대한 보정정보처리을 위해 위성항법 제어센터인 GCC(GNSS Control Center)와 인터페이스 될 수 있어야 한다.
위성항법시스템은 과거의 항법시스템에 비해 우수한 위치, 속도 및 시각정보를 제공할 수 있어 민간산업 분야 및 군사적응용 분야에 널리 사용되고 있다. 그러나 위성에서 보내는 신호가 지상에 도달 시 수신강도가 매우 미약하며, 공개되어 있는 위성신호체계에 의해 전파교란에 매우 취약함을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 현재 및 미래의 위성항법시스템에 대하여 조사한 후 전자전 개념을 정립하여 재머에 의해 무력화 될 수 있는 항법전에서 우리의 대응방안을 제시하고자 한다.
위성항법시스템은 사회 전반에서 활용되고 있는 필수 인프라로 전세계 어디서나 위치 및 시각정보를 제공한다. 하지만 위성항법시스템은 수신신호의 세기가 미약하고 항법시스템과 통신시스템이 별도로 구축되어 있어 서비스를 제공하는데 제약이 따르므로 이를 해결하기 위한 대안 체계 개발 및 기존 항법시스템의 향상 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 본고에서는 해외국가들의 항법시스템 개발 현황 및 특성을 분석하고, 결과를 바탕으로 한반도 환경에 적합한 한국형 지역항법시스템 구축 방향에 대하여 기술한다.
위성항법보강시스템은 위성항법시스템 (GNSS : Global Navigation Satellite System)의 측정값에 오차 성분을 제거하여 정밀한 항법 정보를 제공한다. 하지만 기준국과 이동국 사이의 공통오차(전리층 지연, 대류층지연, 위성 시계오차, 궤도력 오차)는 제거할 수 있지만 전리층, 대류층, 신호잡음 등에 의해 발생하는 노이즈 성분의 비공통 오차는 제거 할 수 없다. 비공통오차는 항법정보의 오차를 발생하여, 항공기가 잘못된 위치 정보를 사용할 수 있으며, 특히 이 착륙시에 잘못된 항법정보는 항공기 안전에 심각한 영향을 미치게 된다. 본 논문에서는 다중 기준국을 사용하여 유동적인 전리층 및 대류층 습윤 증기량에 따라 비공통오차의 증가를 위치 오차 분산 변화를 통해 확인하였다.
최근 보행자와 차량의 항법 정보(위치, 속도, 자세, 방위각, 등)는 기존의 편의(convenience) 목적의 활용뿐 아니라 안전(safety) 보장을 위한 기반 정보로 활용되고 있으며 이에 대한 원천기술 및 활용기술의 연구개발이 활발하게 이루어지고 있다. 본 고에서는 인프라 기반 및 센서 기반의 다양한 보행자/차량용 항법 기술과 항법용 융합 필터 기술을 설명하고 연구사례를 살펴보고자 한다.
강대국들의 위성항법시스템 구축을 의식한 중국도 2000년 초 우주 인프라 구축을 위한 국가정책 단행하였다. 따라서 중국의 COMPASS 위성항법시스템이 등장하게 되었으며 최종 개발 완료 시기가 2020년으로 예고 된 가운데 항법서비스를 이미 시작하였다. 본 논문에서는 중국의 위성항법시스템에 대한 체계적 연구 일환으로 COMPASS 시스템 개발 및 추진 계획을 분석하고 향후 우리의 나아갈 방향을 제시하고자 한다.
우리나라의 GIS 구축을 육상과 해상으로 나누어 볼 때 육상부분은 국가지리정보체계사업에 의해 대도심지 중심으로 거의 구축이 완료된 상태이다. 그리나, 해상부분에 있어서의 GIS 구축은 해양수산부가 중심이 되어 구축중이나 아직 지리정보와 속성정보의 정의와 초기구축단계에 있는 실정이다. 지리정보체계는 보다 효율적인 활용방안을 위해 GPS와 연결되어 항법 및 위치추적시스템과 연결되어 그 파급효과를 극대화시키는 연구가 많이 이루어지고 있다. GPS는 정확도면을 기준으로 볼 때 항법용과 정밀측량용으로 나누어진다. 현재는 GPS 기술이 상당히 발전하여 저가격의 정밀측량용 GPS 장비가 소개되고 있지만, 아직은 그 비용면에서 사용자가 원하는 정도의 저가격은 되지 못하고 있는 실정이다. 따라서, 자동차나 선박항해를 위해 사장되는 GPS 장비는 저가격의 항법용 GPS 장비가 현재 많이 사용되고 있다. 본 연구는 항법용의 저가격의 GPS 장비를 이용하여 해양부분에 있어서 정밀 선박항법 및 위치추적시스템으로 활용하기 위해 측지학적인 좌표해석을 기본으로 한 선박항법시스템을 구축하는 것이다. 또한, 본 연구를 통하여 각자의 선박항법과 더불어 관리국에서 많은 선박을 관리하기 위한 인터넷 GIS 구축에 대한 필요성을 게시하고자 한다.
본 논문은 2012년 12월에 항법서비스 시작, 2020년 개발완료 예정인 중국의 BeiDou 글로벌위성항법시스템에 대한 특성분석과 항법신호의 실험 및 실측 데이터의 통계적 분석에 중점을 둔 연구이다. 정상 운영 중인 14개의 BeiDou 항법위성 중 한반도 서남지역에서 사용 가능한 위성 수는 6~7개 정도로 3차원 위치정보를 얻기 위한 최소 위성수인 4개 이상임을 확인하였다. 그럼에도 불구하고 가용위성이 일부구역으로 편중되고 있고, 신호강도는 아직 안정적이지 못한 것으로 나타났다. 항법신호가 안정적인 경우, 실험 및 실측 기간에 확인 된 BeiDou 위성항법시스템의 항법 정밀도는 5m 수준으로 매우 양호하게 나타났다. 위치분포는 정규분포에 근사한 것으로 나타나 향후 항법위성의 증가와 함께 BeiDou 위성항법시스템이 더욱 안정적인 항법정보를 제공하게 될 것으로 전망된다.
위치를 추적하기 위해 사용되는 대표적인 방법은 위성항법시스템(GPS)과 관성 항법장치(INS)이다. 위성항법장치는 어떤 한 지점에 대해 오차가 발생할 수 있으나 누적 오차가 없다는 장점이 있다. 위치 정보를 얻기 위해서 3개 이상의 위성으로부터 GPS정보를 수신하여야 하나 수신 강도가 약하거나 터널과 같은 수신 불능지역인 지역에서는 위성항법시스템의 정보를 획득할 수 없다는 단점이 있다. 관성항법장치의 경우 자이로스코프 및 가속도계의 정보를 이용하여 항체의 위치 및 자세 정보를 수Hz부터 수백 Hz의 높은 데이터 송수신율로 속도 및 방향을 측정한다. 관성항법장치는 짧은 시간 동안 매우 정밀한 항법 성능을 나타내지만 가속도 및 각속도에서 속도성분으로 적분하는 과정에서 오차가 누적되어 시간이 경과함에 따라 항법 오차가 증가하는 단점이 있다. 본 논문에서는 이 두 시스템의 단점을 상호 보완하여 위성항법장치와 관성항법장치의 위치 정보에 센서융합 알고리즘 적용 및 실험을 통하여 성능분석을 하였다. 위성항법시스템의 수신 불능지역에서는 측정된 데이터를 SVD를 이용하여 모델링한 후 위치 보정 알고리즘을 적용하여 위치 정보를 획득하는 실험 결과를 통해 확인한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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