한국항공우주연구원

GPS 위치오차 3m 이내 개선

현행 GPS는 위치 오차가 약 10m로 항공기와 같이 정밀한 위치정보가 요구되는 분야에서의 활용이 제한적이다. 이러한 활용 제한을 해소하기 위하여 유럽(EGNOS), 미국(WAAS)인도(GAGAN), 일본(MSAS)은 GPS 위치 오차를 줄여 GPS 신호의 정확도와 신뢰성을 높이는 기술로 위성기반 보강항법시스템(SBAS; Satellite Based Augmentation System)을 구축해 운영하고 있다. SBAS는 GPS 위치오차를 3m 이내로 정밀하게 보정하고 그 신뢰도를 확인하는 데 필요한 정보를 정지궤도 위성을 통해 국토 전역으로 제공하는시스템이다. 특히 오류 발생 확률이 500만분의 1(약 18년에 한 번 오류 발생) 이하로 신뢰성이 매우 높은 정보이므로 국제민간항공기구(ICAO)는 비행공역 활용도를 높여 지속적으로 증가하는 항공교통량을 안전하게 늘리기 위하여 위성항법 정확성과 신뢰성을 높일 수 있는 위성기반 보강항법시스템(SBAS)을 국제표준으로 정하고, 많은 국가에서 운영하고 서비스를 활용할 것을 권고하고 있다. 우리나라도 국토교통부 사업으로 2014년부터 독자적인 위성기반 보강항법시스템인한국형 정밀 GPS 위치보정시스템(KASS; Korea Augmentation Satellite System)을 개발·구축하고 있다. KASS는 우리나라 지형 및 환경을 고려하여 정확성과 신뢰성을 만족하도록 SBAS 국제표준에 따라 개발되고 있으며 KASS 개발을 통해 우리나라도 지상 기반 항행안전시설에 의존하던 방식에서 위성 기반 기술을 이용하는 항법체계로의 변화가 시작된 것이다. SBAS로는 세계에서 7번째로 개발되는 KASS는 하늘 길 항법 정보 제공시설로 활용될 뿐만 아니라, 국민 생활과 밀접한 다양한 분야의 위치기반 시설로 활용되는 것이 주요 개발 목표이다. 이에 따라 한국항공우주연구원을 중심으로 2014년 10월에 개발 착수되어 시스템 설계 및 제작과 성능 인증을 거쳐 2023년부터 본격적인 항공용 서비스 제공 예정이다.

항공 안전과 응급 구조에도 활용

한국형 정밀 GPS 위치보정시스템(KASS)은 우선 국내 지상의 기준국(7개소)에서 각각 GPS 신호를 수신하고 항법 메시지를 추출해 중앙처리국(2개소)에 전송한다. 이어 중앙처리국은 GPS 오차정보를 보정하고 GPS 신호의 이상 여부를 알려주는데 필요한 보정 및 무결성 정보를 생성, 위성통신국으로 전달한다. 위성통신국은 SBAS 신호(SBAS 메시지)를 생성해 정지궤도위성으로 송신하고, 정지궤도위성은 관련 정보들을 전 국토에 일괄 방송한다. 이때 항공기나 자동차 등에 설치된 수신기는 GPS 신호와 SBAS 신호를 동시에 수신하여 정확한 자기 위치를 확인할 수 있다. 만약 신호에 오류가 있을 경우에는 SBAS 자동경보시스템이 사용 금지를 알리는 경보를 10초 이내에 제공해주기 때문에 안심하고 사용할 수 있다. 하루에도 수백만 명의 승객들이 세계 곳곳으로 이동하면서 공항과 공역이 갈수록 혼잡해지고 있지만, 현재의 지상 기반 항행안전시설로는 근본적인 해결이 어려운 상황이다. KASS 개발이 완료되어 본격적인 서비스가 시작되면 지상의 기준국과 중앙처리국 등을 통한 보정으로 GPS 위치오차는 3m 이내, 오차 발생 확률은 500만분의 1 정도가 된다. 이에 따라 비행 출발지와 목적지 간 최단거리 비행이 가능해질 전망이며, 항공기는 지상시설에 상관없이 착륙할 활주로를 설정할 수 있게 되는 등 KASS의 정확한 위치 정보를 기반으로 보다 안전하고 빠른 하늘 길을 구축할 수 있게 되는 것이다. KASS 개발 및 운용에 따른 기대효과로는 항공기 사고, 지연 및 결항 감소 등 1,744억 원의 편익이 발생(2022년~2028년)할 것으로 분석된다. 주요 내용으로는 항공기 위치 파악 오류로 발생 가능한 항공기 사고 감소(84억 원), 항공기 연료비 절감(367억 원), 탄소배출량 절감(23억 원), 항공기 지연 및 결항 감소(1,207억 원), 시설대체비 절감(63억 원) 등이다. 또한 정확한 위치정보를 통해 산업계가 누릴 편익도 1,326억 원에 달할 것으로 전망된다. 특히 KASS 우리나라 상공의 정지궤도위성에서 GPS와 동일한 주파수로 정보를 송신하기 때문에 항공기를 제외하고는 별도의 수신기가 필요하지 않다. 따라서, 항공분야 활용 이외에도 도로 및 교통 분야에서 차량용 내비게이션, 도로구분 차량항법 등에 활용이 가능할 뿐 아니라 선박의 정확한 위치 파악으로 선박의 교통량 모니터링, 움직임을 관리하여 효율성과 안전성을 증대시켜 줄 것이다. 또한 위치기반서비스(LBS), 개인항법, 지도제작 및 GIS, 위치 기반 마케팅과 홍보, 긴급구조 및 개인안전, 모바일 사업 관리, 스포츠, 게임과 증강현실, 소셜 네트워킹 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다.