GPS 현대화계획3

1. 근대화 GPS 위성

아래의 측위 신호는 블록 II R-M 이후의 위성에 탑재된다. 최초의 Block∐R 위성과 Block∐F 위성은 이미 발사되어 궤도상에서 운항 중에 있다. 또한 미래의 GPS 위성인 BlockⅢ 위성은 현재 제작 중에 있다.

 

BlockⅢ의 차세대 위성은 현재의 위성보다 많은 부분에서 개선이 수행될 것으로 예상된다. 여기에는 GPS 시스템을 보다 독립적으로 운용하기 위해, GPS 위성 간의 데이터를 전송할 수 있는 기능이 포함되도록 하였다. 또한 자동항법(Auto-Nav) 기능에 의해 광범위한 지상 추적 없이도 GPS 위성 위치가 계산되도록 계획되었다. 다음은 이러한 개선사항을 요약하여, 장래의 GPS 위성이 가지는 장점을 정리한 것이다.

- 지상에서 별도의 지원을 하지 않아도, GPS 항법의 정확도는 6개월간 지속된다. 여기서는 지상관제 및 사용자의 수정도 필요하지 않다.

- GPS 위성에 대한 전파방해의 가능성이 경감된다.

- 하루 1번 이상의 GPS 위성에 대한 자료 전송이 월 1회로 감소된다.

- GPS 위성에 대한 항법자료 송신에 필요한 지상국의 수가 감소된다.

- 항법 정확도가 개선된다.

이러한 특징은 GPS를 주로 이용하는 군에 있어 매우 효과적이며, 민간 부분에서 자주 활용되는 정밀측량을 위해서는 별도의 정밀력이 필요하지 않게 된다는 장점도 있다.

 

2. 근대화 GPS의 측위 신호

근대화 GPS에서는 L1, L2에 동일한 군사 전용 M코드가 BOC로 변조되어 있다. M코드의 패턴은 당연히 비밀이나 비트율은 5.115Mbps이고, 그것에 10.23Mbps의 일정 주기의 직사각형파를 겹쳐 BOC(10, 5)를 곱하고 있다. 아마 여기에는 군용 항법 데이터 등이 중첩되어 있을 것이다. 또한 민간 측위 신호와 마찬가지로 Q채널에 파일럿을 준비하고 있을지도 모른다.

 

2.1. L2의 일반용 측위 부호 L2C

L2C의 내용은 위의 표에 나온 바와 같으나, 하나의 주목점은 L1C나 갈릴레오의 신호 형식과 달리, 파일럿 신호가 없다는 것이다. L1C 또는 갈릴레오의 절에서 설명하는 바와 같이, 항법 데이터를 포함하지 않는 파일럿 채널은 보다 저잡음으로 측정할 수 있기 때문에, 의사 거리와 반송파 모두 정밀도가 개선된다.

 

CL코드에는 항법 데이터가 들어가지 않기 때문에 SNR이 높고, 그로 인해서인지 학술용이라 여겨지고 있다. 이것이 파일럿 채널의 역할을 하는 것으로 된다. 그러나, CL, CM의 2 코드가 Bit by Bit Multiplexion으로 겹쳐지기 때문에, 효과는 반감되리라 생각된다. 완전한 파일럿이 아니라 이와 같은 방식, 그리고 CL, CM코드의 비트율이 선택된 이유는, 기존의 P/Y코드와 신설 M코드와의 간섭을 피하기 위해서일 것이다.

 

2.2. L5의 측위 부호

당초 L5에는 CM코드가 사용된다는 이야기가 있었으나, 실제는 L2와는 다른 부호로, I5와 Q5라는 명칭으로 되어 있다. 2개의 부호 중의 한쪽은 반송파의 I채널, 다른 쪽은 Q채널의 파일럿용으로서 사용한다.

 

이들 부호의 칩율은 10.23Mbps, 코드 길이는 비트수로 10230, 시간으로 1ms이다. 항법 데이터는 I채널에만 들어간다.

 

L5는 신설이기 때문에 설계에 자유도가 있어, 1ms의 측위 부호에 의한 현 L1과 동일 측위 갱신 시간을 확보하여, 10.23Mbps의 비트율에 의한 높은 의사 거리 정밀도(0.1m 정도)가 얻어진다. 그리고 파일럿 채널에 의한 고(高) SNR(SN비)의 의사 거리와 반송파 위상 정밀도가 보증된다.

 

L5 측위 부호의 상호 상관 특성은 -30dB 이상이라는 것으로, L2C보다는 낮으나, C/A코드의 –21dB보다는 양호하다. 만약 전리층의 영향이 L1의 1.8배라는 문제가 없으면, L5에 의한 1파 단독 측위는 매우 효과적이나, 위와 같은 혼란이 있었다는 점은 유감스러운 부분이다.

 

2.3. L1파의 신측위부호 L1C

L1C는 2006년 4월에 발표된 L1대로의 새로운 민간용 측위 부호이다. 이 신호 형식은 부호 패턴이나 세부의 규격은 별도로 하여, 갈릴레오의 측위 부호 형식을 모방하고 있다. L1C가 실제로 탑재되는 것은 2013년에 최초로 발사가 예정되어 있는 블록 III위성부터이다.

 

L1C의 구조는 복잡하며, L5의 I5, Q5와 마찬가지로, 반송파의 I, Q채널에 실리고, 한쪽은 파일럿이다. L1C는 다음 항과 같이 L1CP와 L1CD의 2종류로 이루어져 있고, 모두 비트율이 1.023Mbps, 코드 길이는 10ms=10230bit 이다. 참고로 부연설명을 하면, 이들 2종류의 측위부호는 전혀 다른 패턴이고, 당연히 위성별로도 다른 종류이다. 칩율은 현 C/A코드와 동일하다. 이 밖에 오버레이 변조부호 L1CO(OverlayModulationCode)가 있고, 이것은 항법 데이터와 같은 비트율, 코드길이로, 비트율 100bps, 1비트의 시간적 길이는 L1CP와 L1CD의 부호길이와 동일하다. 코드길이 18s=1800bit이다. 이것은 항법데이터와 유사하나, 위성별로 일정한 부호 패턴이다.

 

오버레이 변조 부호의 역할은 항법 데이터가 없는 L1CP에 상시 중첩하여, L1CD와 동일한 상태로 유지시키는 것 및 갈릴레오의 “Secondary Code”와 같은 종류의 기능을 얻는 것이다.