세계의 GNSS 개발경쟁4

세계의 GNSS 개발 경쟁에 대해 리뷰를 하고 있습니다. 지적기술사에서도 관련된 문제가 꾸준히 출제가 되고 있어 기본적으로 알고 있어야 작성이 용이한 부분이 아닌가 싶습니다. 어제까지 인도의 IRNSS, 러시아의 글로나스, 유럽연합의 갈릴레오에 대해 살펴보았습니다. 오늘은 일본의 준천정위성시스템, 그리고 다음에는 마지막으로 중국의 북두에 대해 살펴보겠습니다.

 

1. 준천정위성시스템(QZSS : Quasi Zenith Satellite System)

JAXA(일본 우주항공 연구개발기구)는 2010년 9월 11일 QZZS 위성인 미치비키(MICHIBIKI) 발사에 성공했으며, 각종 기술 실험을 거쳐 신호의 정확성과 무결성을 확인했다. 미치비키 위성 성공 발사에 이어 JAXA는 늦어도 2010년대 후반까지 순차적으로 4기의 위성을 쏠아 올린다는 계획이다. 아울러 QZSS를 기반으로 해 적도 부근에 정지궤도위성(GEO, Geostationary satellite)을 발사해 모두 7기로 구성된 JRANS(Japanese Regional Advanced Navigation System)를 운용한다는 방침이다.

 

준천정 위성이란 미국이 운용하는 GPS의 보완·보강을 목적으로, 측위(測位) 정밀도를 향상시키는 위성이다. 글로벌 규모는 아니지만 지역 항법 서비스로서 3기의 위성과 GPS가 결부돼 일본 모든 지역의 고정밀 위치 정보를 제공하려는 목적이다. 준천정 위성 1개가 천정 부근에 8시간 체재하므로, 운용에는 3개의 위성이 필요하다. 일본의 인공위성은 특정의 한 지역 상공에 장시간 머무는 궤도를 취한다.

 

QZSS는 현재 고층빌딩이 밀집한 일본 도심과 산 등 장애물에 의한 전파방해를 해소하면서 GPS 성능을 개선하기 위한 보강 신호를 개발하기 위한 연구를 활발하게 진행하고 있다. QZSS는 6가지 신호를 제공하는데 이 중 2개의 신호(L1-SAIF, LEX)는 GPS 신호를 업그레이드하는 보정 신호다. 이를 활용하면 통상 4∼5m의 GPS 위성신호의 오차율을 1m 이하로 개선시킬 수 있고, 장애물이 있을 경우에도 10m 범위 내에서 오차율을 보이는 등 정확도를 한층 향상할 수 있다. JAXA는 지난 2월 일본 도쿄 긴자 시내에서 이동 차량을 이용해 위치 가용성에 대한 실험한 결과, GPS만을 사용했을 경우 위치 가용성이 39.5%에 그쳤지만, GPS와 QZSS를 같이 사용할 때의 위치 가용성은 69.1%로 나타난 것을 확인했다. 그만큼 QZSS의 성능이 우수해 GPS와 함께 활용하면 도심에서 전파방해를 덜 받아 위치 가용성을 한층 높일 수 있게 된다는 것이다. 또한, JAXA는 QZSS를 이용한 부가가치 창출을 위한 산업체의 애플리케이션 활용 검증에도 적극적으로 나서고 있다. 감시, 기초연구, 개인과 자동차 내비게이션, 재해관리, IT자동운전 등 78개 테마를 정해 126개 산업체들이 참여토록 해 산업ㆍ경제적 시너지 창출을 위해 노력하고 있다.

 

 

2. 준천정위성

2002년 무렵의 계획은 공식적으로 결정된 것이 아니라, 경제단체 연합회나 복수 민간기업 등이 제각각 희망하는 내용을 열거한 것에 머물러 있다. 이 시기의 위성 중량은 통신과 방송용 기기 및 대형 파라볼라 안테나 등을 포함하고 있다. 이에 비하여 2006년 3월의 것은 종합과학기술회의의 추진부회에 제출된 자료에 의한 것이다. 당초 계획에서는 탑재 원자시계가 수소 메이저를 주력으로 하고 루비듐을 보조로 사용하는 것으로 되어 있었으나, 정부 방침 결정 후는 루비듐만으로 되어 있다. 단, 정보통신 연구기구에서 준천정위성을 대상으로 위성 탑재 능동형 수소 메이저(Active H maser)를 개발하고 있다는 보고가 있었다.

 

 

3. 준천정위성의 측위 신호

준천정위성은 근대화 GPS와 같은 L1, L2, L5파를 발신하는 것으로 되어 있다. 상당히 시간이 지난 후에 갈릴레오 E6파 상업 유료 신호 CS와 동일 주파수의 LEX라는 파로, 실험용 측위 신호를 발신한다는 것이 결정되었다. 이 파를 이용하여 측위 보정 정보의 전송 실험을 할 예정이나, 이와는 별도로 네트워크형 RTK(FKP방식)를 위한 보정 정보 방송을 하는 제안도 있었기에, 구체적 내용은 아직 불분명하다. 그러나 양자의 중첩은 전송용량의 제약으로 인하여 곤란할 듯하다. 당초의 계획에 있었던 S대(3GHz 전후)에 의한 보강정보방송은 정부 방침에 의해 보류되었고, 그 대신에 LEX대를 사용하는 것으로 되었다.

 

최신의 계획에서는 준천정위성의 측위 반송파로서,

L1 1575.42MHz L1C, C/A(GNSS), SBAS와 유사한 GPS 보강 정보(DGPS)

L2 1227.6MHz L2C(GNSS)(CL, CM코드)

L5 1176.45MHz I5(GNSS), Q5(GNSS)

LEX 1278.75MHz 독자측위실험, 갈릴레오 E6과 동일 신호 형식으로 되어 있다.

 

여기에서, LEX는 준천정위성 독자의 실험용 채널로, 주파수(1278.75MHz)는 갈릴레오 E6의 상업 신호 CS와 같다. 유럽에서 공표된 정보에 의하면, LEX는 갈릴레오 E6와 동일 신호 형식으로 한다는 합의가 이루어졌다고 한다. 갈릴레오 E6와 동일 신호 형식이라면, 항법 데이터 전송량은 1000 sps=2000 bps이기 때문에, 다른 채널보다 대량의 정보 전송이 가능하다.

 

준천정위성에서의 이 파를 채택한 목적은 지역위성측위시스템 등, 미래의 위성측위시스템에 필요해지는 고도의 위성측위시스템을 구축하기 위하여, 실험용 신호에 의한 준천정위성 측위 실험이나 의사(擬似) 시계 기술의 연구개발 및 궤도상 실험을 실시하기 위함이다.