세계의 GNSS 개발경쟁2

1. 글로나스 근대화(GLONASS)

글로나스(GLONASS : Global Navigation Satellite System, GNSS와 같은 원어)는 러시아 국방성과 ROSKOSMOS라는 보직에서 구축 및 운용되고 있는 측위위성계로, 구소련이 개발 및 운용을 개시한 이래, 현재는 러시아로 승계되어 있다. 러시아는 냉전 종식 이후 퇴물 취급을 받던 글로나스를 부활시키고 있다. 구소련은 1982년 우주에 군사용 위성항법시스템 구축을 시작해 1991년 24개의 인공위성을 모두 띄우는 데 성공했다. 그러나 소련 붕괴 후 위성의 유지·보수에 실패해 2001년에는 8개의 위성만 남았다. 그러다 블라디미르 푸틴 대통령이 재건에 나서면서 지난 10여 년간 자체 위성 위치 정보시스템 구축에 힘을 쏟아왔다. 글로나스 위성들은 적도 면에서 약 64도의 경사각을 가진, 고도 1만 9000km 원형궤도 3면에 8개씩 놓인다. 물론 GPS처럼 4개의 위성으로 위치 하나를 찾는다.

 

그동안 글로나스 위성은 성능이 개선돼왔다. 2003년부터 2007년 동안에 글로나스의 2세대급이라 불리는 GLONASS-M 계열 위성 14기가 궤도로 올라갔고, 가장 최근에는 위성 수명이 10년이 넘고 무게도 750kg 수준으로 경량화한 GLONASS-K 계열이 올려졌다. 글로나스 관련 초기 위성들의 수명은 3년 정도였다.

 

글로나스의 신호 방식도 달라진다. 지금까지의 글로나스 위성 신호는 주파수분할다중화 방식(FDMA)이었고, 미국의 GPS와 유럽의 갈릴레오 같은 위성항법 시스템에 적용되는 신호는 코드분할 다중방식(CDMA)이었다. 하지만 글로나스와 다른 위성항법 시스템과의 상호운용이나 호환성을 목적으로 올해부터 추가 발사되는 새로운 위성들인 글로나스-K 계열에는 CDMA 신호가 추가된다.

 

러시아가 자체적으로 글로나스를 구축하려는 데 박차를 가하는 가장 큰 이유 또한 미국이 유사시 시스템 접근을 차단할지 모른다는 우려 때문이다. GPS가 등장한 이후 크루즈(순항) 미사일을 비롯한 각종 미사일이나 폭탄에 GPS 유도 방식이 널리 쓰인다. 그래서 날씨나 지형의 영향을 받지 않고 정확하게 목표물까지 유도한다. 그런데 미국이 러시아의 GPS 사용을 막거나 정밀도를 고의로 떨어뜨린다면 자칫 러시아의 미사일은 눈뜬장님처럼 무용지물이 돼버린다.

 

또 하나의 이유는 군사용 외에 민간 부문에서도 GPS가 날이 갈수록 중요해지기 때문이다. GPS는 21세기 경제의 가장 중요한 인프라로 자리 잡아간다. 실제로 미국 ‘GPS산업 평의회’의 추산에 따르면 GPS 관련 산업의 매출은 2006년 150억 달러를 돌파했고, 그 후 매년 25~30% 성장을 기록했다. 러시아가 최근 글로나스 재건을 긴급하게 추진하게 된 배경은 2006년 이후 오일달러 유입으로 재정이 든든해진 데다 위성항법 시스템의 외교·안보적 역할이 눈에 띄게 두드러졌기 때문이라고 전문가들은 지적한다.

 

전문가들에 따르면 러시아 영내에서 군사나 민간 목적으로 글로나스를 운용하려면 18기의 위성이 필요하다. 하지만 러시아는 한발 더 나아가 세계 전역을 담당하려고 2015년 11월 기준 28개(운용 위성 23개, 시험위성 2개, 공급업체 점검 중 3개 포함)의 인공위성을 쏘아 올렸다. 이는 미국의 GPS 체제에 맞서는 러시아 자체 위성 위치 정보시스템이 구축될 뿐 아니라 인공위성을 이용한 미사일 표적 조준이 가능해짐을 의미한다.

 

러시아는 이란·이라크·중앙아시아 등 현재 미국과 불편한 관계에 있는 나라에 GPS에 대항하는 유력한 대안으로 글로나스를 제시할 계획이다. 이를 통해 과거 구소련의 군사적 영향권 아래에 있었던 이들 지역에서 러시아의 외교적 영향력을 회복한다는 복안이다. 러시아의 글로나스 또한 군사적 목적이나 전략적인 이해에 따라 언제든 중단시킬 수 있다.

 

 

2. 글로나스위성

지금까지의 글로나스 위성은 단순히 “글로나스 위성”이라 불리는 기종으로 설계수명 3년이었으나, 2005년 중반까지 발사된 2기와, 같은 해 말의 2기는 “글로나스 M”이라는 신형 위성으로, 설계수명 7년으로 제작되었다. 이후 설계수명 10년의 “글로나스 K1” 및 “글로나스 K2”가 예정대로 발사되었다.

 

특징적인 것은 글로나스 K 이후, 그 L3파(의 항법 데이터)에 인티그리티 정보와 DGNSS 보정 정보를 싣는 것으로 알려져 있다. 새로운 글로나스 위성이 글로나스 근대화의 중심으로, 글로나스 M에서 L2의 민간용 개방, 글로나스 K에서는 제3의 민간파 L3가 증설되었다.

 

그리고 글로나스 K부터는 SAR(Search and Rescue) 기능이 강화되었다. 이것은 갈릴레오에도 탑재가 예정된 기능으로, COSPAS-SARSAT(Cosmicheskaya Systema Poliska Avariynich Sudov-Search and Rescue Satellite Aided Tracking)의 시간 단축과 구조지점 탐사 정밀도의 개선을 목표로 한다. 이 시스템의 원어에 러시아어가 들어가 있는 점으로부터도, SAR은 유럽과 러시아에서 매우 중요시되고 있다는 것을 알 수 있다. 단, 글로나스의 SAR 기능이 갈릴레오와 같은 역방향 도플러에 의한 것인가 아닌가는 명확하지 않으나, 유럽 및 러시아가 공동으로 운용하고 있는 것이라면, 당연히 동일 규격일 것이다.

 

 

3. 글로나스의 측위 신호

글로나스 측위 신호의 특징이나 GPS나 갈리레오와의 커다란 차이는 위성별로 다른 주파수를 사용(FDMA : Frequency Division Multiple Access)하고 있고 그 대신에 측위 부호(코드)는 전위성 동일이다. 글로나스에서도 그 주파수대를 GPS와 같은 L1, L2의 기호를 사용하고 있으나, 위성별로 주파수가 다를 뿐만이 아니라, 전체의 주파수대도 GPS의 L1, L2와는 다른 대역이다.

 

위성별 주파수 채널은 -7번부터 +13번까지이며, 각각의 주파수는

- L1=1602.0+0.5625×(채널번호)

- L2=1246.0+0.4375×(채널번호)

- 채널번호=-7~+13 으로 되어 있다.

현재 주파수 채널은 0번부터 12번이 사용되고 있다. 위성 수가 증가한 때에 채널 부족으로 되나, 이것은 지구의 반대 측에 있는 위성에는 동일 주파수를 할당하는 것에 의해 해결한다. 26기 체제를 위해서는 당연히 마이너스 채널 번호도 필요해진다. 또한, 채널 0번과 13번은 기술 목적으로만 사용되는 것이다.

 

글로나스 K에서 계획되고 있는 제3의 민간파 L3는 E5b대 부근에 있으나, 쌍방이 상호 간섭하지 않기 위해서는 글로나스 L3의 채널 주파수 간격, 측위 부호의 비트율, 변조 방식 등에 특별한 조치가 필요하다. 글로나스의 측위 신호가 주파수 분할 방식(FDMA)이라는 것이 미치는 측위 정밀도로의 영향은 단독 측위와 DGNSS에서는 무시할 수 있다. 측량에서는 안테나 및 수신기의 고주파 회로에서의 지연 주파수 의존성으로 인하여, 미세하지만 오차 증가의 우려가 있다. 따라서, 글로나스를 측량에 이용하려면 안테나, 수신기의 사전 검정(檢定)이 중요해진다.