더 정밀한 위치정보로 보다 안전하고 편리한 생활 대한민국의 미래를 여는 초정밀 GPS 보정시스템(SBAS) 개발 구축사업 별자리, 나침반, 위성항법시스템(GPS) 까지 예전부터 사람들은 자신의 위치를 알기 위한 방법을 개발해 왔습니다. SBAS 사업단은 GPS 위치 오

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득희 은
8 years ago
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1 초정밀 GPS 보정시스템 개발 구축 사업단 SBAS Satellite Based Augmentation System 대전광역시 유성구 과학로 Tel FAX

2 더 정밀한 위치정보로 보다 안전하고 편리한 생활 대한민국의 미래를 여는 초정밀 GPS 보정시스템(SBAS) 개발 구축사업 별자리, 나침반, 위성항법시스템(GPS) 까지 예전부터 사람들은 자신의 위치를 알기 위한 방법을 개발해 왔습니다. SBAS 사업단은 GPS 위치 오차를 보정하여 대한민국에 보다 더 정밀하고 안전한 위치정보를 제공하기 위한 연구를 수행 중에 있습니다. CONTENTS 인사말 사업 개요 SBAS 사업단 SBAS 개요 항공 분야에서의 SBAS SBAS 활용분야

3 인사말 한국항공우주연구원은 2014년 10월 국토교통부 주관 연구개발 사업인 초정밀 GPS 보정시스템(SBAS : Satellite Based Augmentation System) 개발 구축 사업 주관 연구기관으로 선정되어 2014년 12월 SBAS 사업단을 출범하였습니다. 1991년 9월 캐나다 몬트리올에서 개최된 국제민간항공기구(ICAO: International civilian aviation organization) 제10차 항공항행회의에서 미국과 러시아가 GPS와 GLONASS 위성에 대한 무상 이용을 공약한 이래, ICAO는 SBAS를 국제 표준 항공 항법시스템으로 정한 바 있으며 미국, 유럽, 일본, 인도 가 이미 SBAS를 운영하고 있습니다. 현재는 항공기가 각 공항과 주요 항공로 지점에 설치된 계기착륙시설(ILS: Instrument Landing System)과 전방향표지시설(VOR/DME: VHF Omni-directional Range / Distance Measuring Equipment) 등의 각종 전자장비를 이용하여 비행하고 있으나 본 연구개발사업이 완료되면 SBAS 만으로도 출발지 공항에서 목적지 공항까지 안전하게 비행이 가능하고 정밀접 근 착륙이 가능하게 됩니다. 또한 자동차, 철도, 선박 등의 교통수단 뿐만 아니라 정보통신, 물류, 응급구조 등 다양한 분야로 SBAS 활용을 확대할 수 있을 것으로 예상되는 등 우리나라 산 업분야 뿐만 아니라 국민 실생활에도 많은 변화를 가져올 것으로 전망됩니다. SBAS 개발 구축 사업은 2019년까지 시스템 개발과 구축을 완료하고 2020년 공 개서비스를 시작으로, 시스템 성능 인증을 거쳐 2022년 10월부터 항공용으로 정 식 운영 서비스를 제공할 계획입니다. SBAS 개발 구축 사업을 성공적으로 완수할 수 있도록 여러분의 많은 관심과 격 려를 부탁드립니다. SBAS 사업단장 남 기 욱

4 사업 개요 사업목표 목표 1. 목표 2. 하늘 길(항공로, 공항접근 및 착륙) 정보 제공 시설로 활용하기 위한 APV-I SBAS 개발 및 구축 APV: APproach with Vertical guidance CAT-I 상용장비 개발을 대비한 시험 운영 기술 개발 비전 GPS 이용자의 위치 정확성 및 안전성 강화 정지궤도위성을 이용하여 실시간 3m 이내의 GPS 위치 정보를 대한민국 하늘, 바다 등 전 국토에 제공 CAT: CATegory 추진전략 선진기술 확보 및 개발 초기 단계의 위험요소를 제거하기 위하여 국내외 협력업체와 공동개발 추진 국제기준에 부합하는 품질보증 및 인증기술을 개발 단계별로 적용 비행시험 기준 개발 및 시험 비행, 국토교통부 비행검사용 항공기를 이용한 공항, 항공로 적용 가능성 검증 완벽한 SBAS 운영을 대비한 운영 유지보수 체계 개발 국제 인증절차에 준하는 시스템 통합 및 검증시험 수행 APV-I 시스템 개발 과정에서 확보한 기술을 기반으로 CAT-I 시험 운영 기술 개발 추진 경제효과 항공기 연료비 절감 4만 2천 배럴(연간) 항공기 지연 및 결항 편익 173억원(연간) 항공기 사고 75% 감소 일자리 창출 4,514개(2028년까지) 탄소배출량 절감 5만 3천톤(연간) 위치기반산업 편익 172억원(연간)

5 SBAS 사업단 초정밀 GPS 보정시스템(SBAS) 개발 구축 사업단 초정밀 GPS 보정시스템(SBAS) 개발 구축 사업단 총괄기관 한국항공우주연구원(사업단장 남기욱) 추진체계 국토교통부 사업기간 ~ (8년) 국토교통과학기술진흥원 1단계 ( 14.10~ 17.02) : 임무 및 규격 정의, 국내외 공동개발 사업자 선정 2단계 ( 17.03~ 19.02) : 설계 및 통합 3단계 ( 19.03~ 22.10) : 시험 및 인증 SBAS 사업단 주관부처 국토교통부, 국토교통과학기술진흥원 총사업비 1,280억원 초정밀 GPS 보정시스템(SBAS) 개발 구축 참여기관 한국항공우주연구원, 한국전자통신연구원 1세부 과제 사업단 2세부 과제 KARI 3세부 과제 ETRI 4세부 과제 17년 착수 시스템 엔지니어링(SE) 시스템 통합(SI) 인증지원 및 품질관리 통합운영국 기술개발 중앙처리국 기술개발 비행시험 기술개발 위성 인터페이스 기술개발 위성통신국 기술개발 CAT-I 시험 운영기술개발 인터페이스관리 운영시험도구(OT&E) 및 운영관리(OM) 도구 개발 국가 위성항법시스템 ~ SBAS 개발 구축을 위한 핵심 1과제 총괄연구기관 및 임무 요구사항 검토회의 시스템 요구사항 검토회의 종합발전계획 반영 기반조성 연구 시행 사업단장 선정 (MRR) (SRR) 광역보정시스템 구축 (국가과학기술위원회) 예비타당성 조사 통과 SBAS 개발 구축 사업공고 1차년도 사업 착수 SBAS 사업단 조직 구성 차년도 사업착수 차년도 사업착수 타당성 연구 (기획재정부)

6 10-11 정지궤도 위성 GEO satellite GPS 위성 Global Positioning System 위성통신국 Uplink Station 기준국 Refernce Station 중앙처리국 Central Processing Station

7 SBAS 개요 정지궤도 SBAS 위성 GPS 위성 SBAS Satellite Based Augmentation System GPS 오차축소 및 안전정보가 강화된 국제표준 시스템 어떤 물체가 어디에 있는지를 알기 위해서는 위치 측정 도구가 필요합니다. 이러한 용도로 GPS가 다양한 분야에 활용되고 있으나, 전리층과 대기층에 의한 전파 신호의 지연요인으로 17~37m까지 위치 오차가 발생하여 정확하고 신뢰성이 높은 위치정보를 필요로 하는 항공분야에 GPS를 활용하 는 데는 한계가 있습니다. 위성통신국 SBAS는 GPS 신호 오차를 보정하여 정지궤도 위성을 통해 전 국토에 3m 이내의 정확한 위치 정보를 제공하는 위성기반 위치 보정 항법 시스템을 말합니다. 기준국 2 3 항공용 : 수평 16m, 수직 20m, 결심고도 75m, 1/500백만 오류 발생 확률 중앙국 / 운영국 일반용 : 수평오차 1 3m 까지 신뢰성 있는 정밀위치 활용 가능 뿐만 아니라 SBAS는 보다 신뢰성을 갖춘 위치정보를 제공하게 됩니다. GPS 이용의 불편한 점은 그 정보가 정확한 것인지 확인할 수 없다는 점이었습니다. 그러나 SBAS는 항법결과가 어떤 비행단계 에서 사용되지 말아야 할 때, 사용자에게 적시에 유효한 경고를 제공하게 됩니다. 약 18년에 한번 정도 오류가 날 정도로 신뢰성을 유지 할 뿐 아니라, 오류가 발생하게 되어도 6~10초 이내에 스스로 검증하여 상태 정보를 제공합니다. 1. 기준국 : GPS 신호 수집 전달 자신의 위치를 정밀하게 알고 있는 기준국에서 GPS 신호를 수신하여 측정치를 생성하고 항법메시지를 추출하여 중앙처리국과 통합운영국에 전송 2. 중앙처리국 : 보정 무결성 정보 생성 기준국으로부터 데이터를 사용하여 보정 정보와 무결성 정보를 생성하고 SBAS 메시지 생성 3m 3m 거리가 멀어져도 일정한 오차(3m 이내)를 유지 ~ ~ sec sec SBAS에 오류가 발생할 경우에도 6~10초 이내에 스스로 검증 위성통신국 정지궤도위성 : SBAS 신호 전국 송신 위성통신국에서 SBAS 신호를 생성하여 정지궤도위성으로 보내면 정지궤도위성에서 SBAS 신호를 전 국토에 일괄 송신 * 정지궤도위성 항상 적도상공(35,800km)에 위치하여 지구와 같이 자전함으로써 24시간 SBAS 신호 수신 가능 5. 보정신호 활용 항공기 자동차 등에 설치된 수신기는 GPS 신호와 SBAS 신호를 동시에 수신하여 정확한 자기 위치 확인 GPS 신호 및 SBAS 신호에 오류가 있을 경우에는, 6~10초 이내 경보신호를 제공하여 사용 금지를 자동 권고 * GPS 신호와 SBAS 신호는 사용주파수 대역이 동일하여 사용중인 수신기 교체없이 소프트웨어 변경만으로도 사용 가능

8 14-15 항공 분야에서의 SBAS 하루에도 수백만 명의 승객들이 세계 곳곳으로 이동하면서 공항과 공역은 날로 혼잡해지고 있습니다. 공항건설과 공역의 개선은 지속적으로 이루어 지고 있으나 지상을 기반으로 하는 현행 항법시설의 성능상 근본적인 해결이 곤란한 실정입니다. 이런 가운데 하늘길을 안전하게 구축하고 보다 정확한 위치정보 확보를 위하여 국토교통부 주관 연구개발사업인 초정밀 GPS 보정시스템(SBAS) 개발 구축 사업을 추진 중에 있습니다.

9 항공 분야에서의 SBAS 항공안전 개선 고가의 지상 항행시설 장비를 설치하지 않고서도 정밀접근에 근접한 수직유도접근절차인 APV-I 이용이 가능하여 비정밀절차 이용 활주로의 안전도가 개선되며, 정밀운영등급 공항에서 ILS가 고장났을 때 대체 시설로도 활용이 가능합니다. 공항 접근로 상에서의 CFIT(Controlled Flight into Terrain)는 가장 치명적인 사고를 유발시킵 니다. CFIT에 의한 사고는 대부분 수직정보의 부족으로 발생합니다. ICAO 결의사항(37/11)에 의하면 2016년까지 모든 접근절차상에 수직유도 정보가 제공되도록 의무화됨에 따라 SBAS에 의한 수직유 도접근 절차가 항공안전에 많은 기여를 하게 될 것입니다. 성능기반항행(PBN) 지원 현재 항공기는 각 공항과 주요 항공로 지점에 설치된 계기착륙시설(ILS)과 전방향표지시설(VOR/ DME) 등 지상기반 항행안전시설을 이용하여 출발지 공항에서 목적지 공항까지 이륙, 상승, 순항, 공항접근 단계로 비행을 하게 됩니다. SBAS는 항공기가 출발 공항에서 목적 공항까지 비행하는데 모든 비행단계별로 요구되는 지역항법 (RNAV) 및 필수항행성능(RNP)을 지원합니다. DH 75m APV-1 DH 60m 정확도 : 16m(수평), 20m(수직) 무결성 : 5백만회 착륙당 1회 이하 오류 발생 CAT-1 정확도 : 16m(수평), 6m(수직) 무결성 : 5백만회 착륙당 1회 이하 오류 발생 종류 RNAV 공역 항공로 RNAV 5 RNAV 2 터미널 (이륙/도착) 접근 RNAV 1 - RNP RNP 2 RNP 1 RNP APCH(APV) * RNAV(Area navigation), RNP(Required navigation performance), APCH(Approach) * APV(Approach procedures with vertical guidance), CAT(Category), DH(Decision height) SBAS는 APV-I 성능을 제공 성능 유용성 연속성 경보 시간 수평 (m) 정확도 수직 (m) HPL (m) VPL (m) 무결성 Risk APV-I 99.0% /15초 10초 /in any approach SBAS는 ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast) 의 무결성과 위치정확도를 향상시킵니다.

10 항공 분야에서의 SBAS 전세계 SBAS와 완벽한 호환 SBAS는 국제표준에 따라 범세계적으로 추진되고 있습니다. 이들 표준은 지역적으로 상호 호환성 과 장비의 공유성을 보장합니다. 대한민국의 SBAS는 ICAO SARPs 및 RTCA MOPS에 따라 개발되며 미국의 WAAS, 유럽의 EGNOS와도 완벽한 호환성을 갖습니다. SBAS가 탑재된 항공기와 선박은 이용중인 SBAS 지역에서 다른 SBAS 지역으로 이동할 때 최단 비행경로 설정과 다양한 착륙경로 운영으로 공역 혼잡도 해소 현재 항공기는 항로 상을 비행할 때 지상에 설치된 항법시설로 부터 거리가 멀어질수록 상당한 거리 오차가 발생*하고 있고, 공항 활주로 별로도 단일 착륙 경로만 이용할 수 있기 때문에 공역과 공항의 용량을 확정하는데 한계가 있습니다. 동일한 정확도의 활용성과 무결성 정보를 중단없이 제공받을 수 있습니다. 2.5km km 25NM(46.3km) * VOR 기점으로 25NM(46km) 지점에서 좌우로 2.5km씩 오차 발생 EGNOS KASS 그러나 앞으로는 기존 항행안전시설 대신 정지궤도위성을 기반으로 하는 SBAS를 이용하여 항공로를 비행하게 되어, 지상에 설치된 항행안전시설의 위치와 상관없이 항공로를 설정할 수 있고, 출발지와 목적지간에 최단거리로 비행을 할 수 있게 됩니다. 또한 효율적인 항공로 설정으로 항공기 지연과 결항 감소는 물론 연료절감과 탄소(CO2)배출 감소에도 기여할 수 있게 됩니다. WAAS (and CWAS and Mexico) GAGAN MSAS

11 20-21 SBAS 활용분야 SBAS는 정지궤도위성을 이용하는 특성상 이용자의 위치와 상관없이 우리나라 하늘, 바다, 전 국토에 실시간으로 보다 정밀한 GPS 보정 정보제공이 가능합니다. 또한 SBAS 신호는 GPS 신호와 사용주파수 대역이 동일하여 용도에 맞는 어플리케이션만 개발되면 항공 뿐만 아니라 선박, 스마트폰, 무인자율주행 자동차와 무인항공기, 응급구조 등 다목적으로 활용이 가능하게 되어 우리나라의 국가안보와 경제ㆍ산업 발전에 중요한 기반으로서의 역할을 할 것입니다.

12 SBAS 활용분야 초정밀 GPS 보정시스템(SBAS) 개발 구축 사업단 위치기반서비스(LBS) 해양 기압, 관성 및 자기센서 등의 통합으로 실내외에서의 위치성능이 크게 향상되어 위치기반서비스 영역이 확장되고 있습니다. 최근에 출시된 유럽의 대부분의 스 마트기기는 GPS, GLONASS 뿐만 아니라 SBAS 신호 를 수신하고 처리할 수 있어 위성항법의 위치정확도는 SBAS에 의해 향상될 것입니다. 주요 서비스 분야로는 개인항법, 지도제작 및 GIS, 위치 기반 마케팅과 홍보, 긴급구조 및 개인안전, 모바일 사업 관리, 스포츠, 게임과 증강현실, 소셜 네트워킹 등에 활 용되고 있으며 최근 폭발적으로 증가된 스마트폰과 같 은 개인휴대형 단말의 보급으로 위치기반서비스는 더 욱 급속한 성장세를 보이고 있습니다. 도로 및 교통 도로 및 교통 위치기반서비스 끊임없이 지능화되고 편리성 및 안전성, 환경 친화를 추구하는 자동차의 진화는 정밀항법 서비스와 밀접한 연관을 맺으며 발전하고 있습니다. 특히 도로 및 교통 분야에서 위성항법은 차량용 네 비게이션, 차량군 제어(Fleet Control), 도로교통 현황 정보의 제공, 정밀 측위정보에 기초한 차량충돌방지 및 차선제어 그리고 위험물 운반차량 등에 대한 추적, 고속도로 통행료 및 주차료 징수 등에 활용됩니다. 해양 혼잡한 항만의 운용과 날로 증가하는 해양플랜트 공사 등에서 정밀 측위에 대한 수요는 지속적으로 증가하고 있습니다. 정확하고 신뢰할 수 있는 위치는 항만 작업을 간소화하고 안정성을 향상시키며, 해상 환경을 보호 할 수 있습니다. SBAS는 선박의 위치에 대한 정확성을 향상 시킬 뿐만 아니라 정확한 위치파악으로 선박의 트래픽 모니터링, 움직임을 관리하여 효율성과 안전성 을 가져올 것입니다. 또한 선박의 항해시 뿐만아니라 수색 및 구조활동에 활용 될 경우 비상시 구조 시간을 줄일 수 있을 것입니다.

13 SBAS 활용분야 측량 드론 측량은 크게 토지측량과 해양측량으로 구분됩니다. 토지 측량은 소유권 및 과세 등을 목적으로 하는 지적측량, 건 축과 토목공사에서 수행하는 건설장비의 제어와 위치 기반 공정제어를 위한 건설측량, 지도제작, 광산개발 등에 활용됩니다. 또한 해양측량의 해저탐사, 조석 및 해류측정, 수심측정, 해안측량 등에 활용됩니다. 최근에는 측량분야에서도 무인기를 이용하는 사례가 생겨났고 이러한 추세는 가격경쟁력 면에서 지속적인 발전이 예상됩니다. 드론(무인비행장치) 응급구조 측량 드론은 무선전파 유도에 의해 비행 및 조종이 가능한 비행기나 헬리콥터의 유사 형태의 무인 비행체를 말합 니다. 드론 관련 산업은 물류, IT, 농업 등 다양한 산업에 활 용되고 있으며 국내의 경우 항공측량, 방송 촬영 등이 높은 비율을 차지하고 있습니다. 뿐만 아니라 건설, 점검, 토지측량 등으로 운용 범위가 확대되고 있으며 이에 따라 드론 산업의 파급효과 역시 점차 커질 것으로 예상됩니다. 그러나 무인항공기의 수요가 급증하면 서 비행 안전성에 대한 염려 또한 증가되고 있습니다. SBAS는 3m 이내의 위치정확도를 제공하므로 무인항 공기의 비행 안전성 향상에 기여하게 될 것입니다. 응급구조 응급 상황에 처한 구조요청자의 GPS 위치추적 시 보다 더 정확하게 위치를 파악하여 신속하게 대응하고, 응급 상황에 따른 협력 시스템 개발 및 구축에 도움이 될 것입니다. 뿐만 아니라 경찰, 소방차, 구급 헬기 등의 체계적인 응급구조 네트워크 구축이 예상됩니다.

과 일정 범위에서만 사용할 수 있는 지역보강 시스템 (Local Area Augmentation System)으로 구분된다. 위성항법 시스템은 우주 공간의 위성을 이용하여 사용자 의 정확한 위치 및 시각 정보를 제공하는 측위 시스템이 다. 기상 조건에 상관없이 연속적이

과 일정 범위에서만 사용할 수 있는 지역보강 시스템 (Local Area Augmentation System)으로 구분된다. 위성항법 시스템은 우주 공간의 위성을 이용하여 사용자 의 정확한 위치 및 시각 정보를 제공하는 측위 시스템이 다. 기상 조건에 상관없이 연속적이 위성항법 시스템을 활용한 교통체계 위성항법 시스템은 위성을 이용하여 사용자의 정확한 위치와 시각 정보를 제공하는 측위 시스템으로 1960년대 미국에서 군사적인 목적을 위해 연구하기 시작했다. 교통 분야에서는 내비게이션 서비스를 비롯해 위치 측정, 선박과 항공기의 항법 기능, 차량 감시 및 제어, 재난 구조 등다양한 분야에서 이용 하고 있다. 김 장 환 한국교통연구원