GPS 현대화계획1

1. GPS의 새로운 활용

미래 GPS의 활용은 전적으로 사용자의 상상력에 의해서만 제한된다. 현재 활용되고 있는 GPS 이용의 대부분은 1982년 이전의 많은 논문에서 설명되었던, GPS의 고정확도 측위 기능에만 한정되어 있었다. 그러나 GPS 시스템의 가격이 저렴해지고, GPS의 근대화와 GPS의 보완이 추가되면서, 지상, 해상, 항공 등 다양한 분야에서 새로운 활용방법이 시도되고 있다.

 

지상분야에서의 활용에 대한 대표적인 예로 지능형 고속도로 운송체계(IVHS : Intelligent Vehicle/Highway System) 및 지능형 교통체계(ITS : Intelligent Transportation System) 등과 같은 차량항법 및 정보체계를 들 수 있다. 그 외에도 건설기기 등의 자동화를 위한 다양한 GPS 활용방법이 존재한다. 예를 들어 도로건설에서 도로를 건설하고 노면 포장을 하는 건설장비에 GPS를 활용하면, 이러한 작업을 자동화할 수 있다. 즉 장비 내 컴퓨터에 내장된 수치 지형 모델(DTM)을 기반으로 장비의 정확한 위치정보를 GPS를 통해 제공하면, 이를 통해 장비의 모든 움직임을 조작할 수 있는 무인운전이 가능하게 된다. 정밀한 시각 결정이나 시각동기화 등의 기능을 이용하여 측량이나 측지학의 분야에도 다양한 활용방법이 개발되고 있다. 실제로 정밀한 시각 결정이 가능하다면 전화회사나 전력회사 등에서 이용할 수 있는 부분이 증가하게 된다. 그 외에도 대기의 관측을 통해 얻어진 자료를 결합하여 대기의 구조를 보다 쉽게 해석하는데 이용하고 있으며, 또한 이는 기상 해석 모델의 개량에도 이용되고 있다.

 

해상분야에서는 선박의 항해정보시스템 및 항만입항시스템을 위하여 GPS를 이용하는 것이 가능하며, 일반적인 해양학 분야에서의 활용도 가능하다. 해상에서의 활용에서는 대부분 DGPS 기법이 사용되며, 이를 위해 해안선을 따라 고정확의 DGPS 기준망을 구축하고 있다. 대표적인 기준망으로 USCG에서 운영하고 있는 미국 해안의 실시간 DGPS 기준망이 있다.

 

항공분야에서는 높은 신뢰성과 완전성이 요구되기 때문에, GPS를 INS와 같은 다른 항법시스템과 통합하여 활용하고 있다. 항공분야의 활용에는 항공기의 항법 및 감시, 이․착륙 제어, 충돌회피, 접근 경고 등이 있다. 특히 항공기의 이․착륙에서의 활용은 GPS와 컴퓨터의 통합하여 자동화할 수도 있다.

 

이러한 이용분야와 더불어, 위성의 정밀 측위나 우주선의 자세 결정, 미사일의 항법 등 우주 분야에서도 GPS의 활용이 점점 확대되어 가고 있다.

 

 

2. 기존 GPS의 문제점

기존 GPS의 문제점 또는 결점은 다음과 같은 것들이다. 그 문제점의 대부분은 GPS가 개발되던 초기부터 알고 있었던 것이라는 것이 특징적이다. 이는 처음부터 대책을 강구하지 않은 것이 아니라 배치 위성수가 24개라는 자체가 당시로서는 놀라울 정도로 많은 숫자였으며 동시에, 개발 시기인 1970년대에는 기술적인 제약 등이 많았다는 점이 있다.

 

GPS의 주요 문제점 및 결점은 다음과 같은 5가지로 정리할 수 있다.

① 첫 번째 문제점은 (단독)측위정확도가 당초의 설계를 상회한 것이다. L1파만을 사용하는 일반용 단독 측위 정확도는 100m 정도가 설계 목표(NNSS와 동일 수준)였으나, 시험운용 중에 20~30m가 얻어진 것이다. 이것은 예상치 못한 사건으로서 원래라면 환영할만한 일이었다. 그러나 미국 당국은 전 세계의 일반시민들이 사용하게 하기에는 과잉 성능이라 여기고 신호를 인위적으로 수정하여 예정했었던 정확도인 100m로 낮추었다. 이것을 선택 이용성(SA : Selective availability)이라 하고 미군에게는 이것을 해제할 수 있는 방법을 별도로 제공하였다. 1991년 1월의 걸프전 당시, 아직 GPS 장비가 미군에 널리 보급되어 있지 않았기 때문에 급하게 민간용 수신기를 모아 전선에 투입하였고, 이로 인해 일시적으로 SA가 해제된 적도 있었다. 2005년 5월에는 다시 SA가 완전히 해제되었다. 실제적인 진짜 이유는 갈릴레오에 대항하기 위해서이다.

 

② 두 번째 문제점은 일반용 측위부호 C/A코드 수의 제약이다. 이것은 당초부터 알고 있었던 사항으로서 24개 위성 이상의 수가 필요해지는 것은 예상하지 못했던 듯하다. 양호한 위성식별성능(상호상관특성, -21dB)을 가지는 측위 부호로서 C/A코드의 수는 총 37개뿐이다. 이 중에 5개는 지상용으로 보류되어 있기 때문에 우주용은 32개이다(지상용의 PRN-34와 37은 동일 패턴이므로 실질적으로는 32+4개이다). 현재 상태대로는 GPS 위성을 더 이상으로 늘릴 수가 없다. 다소 성질은 다르지만 P/Y코드에도 동일한 제약이 있다.

 

③ 세 번째 문제점은 군용파 L2의 포착 및 수신에는 설계상 반드시 L1-C/A코드를 경유하여 P/Y코드를 동기 시켜야만 한다는 것이다. 따라서 위성 및 수신기 중 어느 하나의 L1계통 고장은 그것만으로 L2의 작동 불능 상태를 초래한다. 단, L2의 고장은 L1에 영향을 미치지 않는다. 이 문제도 처음부터 알고 있던 것으로, 일부러 이와 같은 방식을 취한 것은 기술적인 문제 때문이라 생각된다. 실제로 운용해 보고서야 “역시 곤란하다”라는 결론에 이른 듯하다. 기존의 L2 세미코드리스식 측량용 수신기의 대부분도(전부는 아님) L1-C/A코드를 경유해야만 했다는 점은 동일하다. C/A코드의 원어인 Coarse&Accesee에서 후자가 이를 의미한다.

 

④ 네 번째 문제점은 민간항공의 인티그리티 규격(Integrity, 신뢰성과 유사한 규정)에 합치되지 않기 때문에 여객기의 운행에는 사용할 수가 없다. 이것도 처음부터 알고 있었던 것이지만, 초창기의 홍보용 문서에는 민간항공기와 같은 그림이 실려 있는 것을 볼 때 상세한 경위는 불분명한 것 같다. 단, 이 점에 대해서는 근대화 GPS에서도 특별한 대책은 없다.

 

⑤ 다섯 번째 문제점은 이상하게도 원래 군사 전용 비밀신호인 P코드가 1980년대에 미국 운수성으로부터 일반에 공표되어 버렸다는 점이다. 이 경위는 분명하지 않으나, 국방성은 이후 P코드에 재암호화 조작(AS : Anti-Spoofing)을 실시하여, Y코드라는 형식을 만들었고 이것이 현재에 이르고 있다 AS의 원어 Anti-Spoofing의 직역인 “대모략(對謀略)”의 모략이 되는 내용은 분명하지가 않다. Y코드를 만드는 데 있어서 중첩하는 암호의 W코드가 방해파 등에 대하여 특별히 유효하게 기능한다는 기술적인 이유는 찾을 수가 없다. 따라서 AS의 직역에 집착하지 말고 단순히 재암호화 조작이라 이해하는 편이 좋을 듯하다.

 

이들 외에도, 초기에는 예상치 않았던 측량분야에서의 이용이 현재에는 아주 중요한 이용분야가 되었다. 또한 측량 및 정밀과학 등에서는 군사 전용 L2파를 세미 코드리스 방식으로 수신하고 있다는 문제점 등도 있다.