다이나믹 포지셔닝 시스템(DPS) 기술 이슈
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다이나믹 포지셔닝 시스템(DPS) 기술 이슈
  • 이광재 기자
  • 승인 2014.11.16 14:00
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박세환 한국과학기술정보연구원 ReSEAT 프로그램 전문연구위원

키워드 : 스마트 미디어, GPS 위치추적 기술, 전리층 섬광현상, DPS 기술, GPS 신호, 국내 DPS 기술력, 배터리 동력원 선박, CCTV 관제시스템

서언
2010년부터 급속히 대중화되기 시작한 스마트폰 및 태블릿PC 등 스마트 미디어기기와 2011년 7월부터 서비스가 본격 개시된 4G-LTE(Long Term Evolution) 이동통신 서비스 등에 힘입어 LBS(Location Based Services) 기술 기반의 GIS(Geographic Information System) 서비스에 대한 수요가 빠르게 확대되고 있다.

최근에는 3D-GIS(3차원 GIS: 국토공간상의 자연물과 인공물의 속성정보와 위치정보를 컴퓨터에 입력하고 이를 3차원으로 지도화하는 정보시스템을 의미한다. 3D-GIS 기술은 클라이언트·서버 방식에서 웹(Web) 3D-GIS로 2차원에서 3차원 방식으로 변화해 가고 있으며 공간정보 획득 및 분석방법도 보다 다양화되어 가고 있다) 기술로 발전하면서 인터넷 기반의 주요 데이터 서비스로 자리잡아가고 있다.

이처럼 GIS 데이터 사용자의 요구가 다양해지면서 위치 데이터에 GIS 데이터를 연계한 복합적인 형태의 서비스 요구도 늘어나고 있다.

아울러 인공위성을 통한 모바일 GIS 및 GPS(Global Positioning System: 기후조건에 관계없이 이용자가 지구상 어디에 있더라도 시간·위치·이동속도 등 관련 데이터를 제공한다. 주 용도는 측량·지도작성·선박이나 항공기의 항법 및 측량·차량용 내비게이션 등이다) 위치추적 기술의 발달로 위치정보를 이용한 다양한 콘텐츠 및 응용서비스로 발전하고 있다.

운전자, 보행자, 여행자, 초행길 위치 탐색자, 주차장의 빈 공간 탐색자 등 다양한 목적을 가진 사용자들을 실시간으로 감지해 위치탐지 기능을 제공하고 있다. 이처럼 획기적인 발전을 거듭하고 있는 GPS 위치추적 기술이 한국과 반대편의 남미에서는 상황이 다르다. 한국에서는 문제없이 수신되는 GPS 신호가 남미에서는 가끔 말썽을 일으킨다고 한다.

그 원인은 전리층 섬광현상(ionospheric scintillation) 때문이다. 전리층 전자 밀도의 불규칙성에 의한 전리층(지구 표면에서부터 40~400㎞ 높이의 대기층으로서 이 층에는 공기 분자가 태양 에너지의 영향을 받아 전하를 얻으면서 생긴 자유전자가 밀집돼 있다) 신틸레이션 현상은 태양활동 극대기에 적도 부근에서 주로 관측된다.

강한 신틸레이션이 발생했을 경우 GPS 수신기가 위성 신호를 잃게 될 수도 있으며 여러 통신위성에서 동시에 신틸레이션으로 인한 신호 손실이 발생하게 되면 GPS에 기반한 항공기 운항에 큰 위협을 줄 수 있다.

특히 GPS 기술력이 빠르게 현대화되면서 민간사용자에게 코드가 공개되는 L2C 및 L5 주파수 신호가 추가됨으로써 다중 주파수 간 신틸레이션 현상이 점차 심해지고 있다(이를 해결하기 위해서는 강한 신틸레이션이 가장 많이 발생하는 적도 지방의 신틸레이션 자료 수집과 이를 토대로 자동화된 신틸레이션 검출 알고리즘을 개발해 다중 주파수 신틸레이션 자료수집 장비에 적용할 필요가 있다).

이 연구에서는 통신위성에서 발사된 전파가 전리층을 투과해 지상의 위성기지국에 전달될 때 나타나는 전리층 섬광현상을 해결할 수 있는 솔루션으로 주목받고 있는 다이나믹 포지셔닝 시스템(DPS) 기술 이슈, 국내 DPS 개발사례를 통한 국내 DPS 기술력 진단과 다양한 운용사례 등에 대해 설명한다.

다이나믹 포지셔닝 시스템 기술 이슈
전리층 섬광현상과 GPS 신호 = 통신위성에서 발사된 전파는 전리층을 투과해 지상의 위성기지국에 전달된다. 이때 전리층에 있는 자유전자(free electron)들의 전하밀도(electric charge density)가 일정하지 못하면 전파전달 과정에 문제가 발생해 전파 안에 담긴 정보가 손실되는 섬광현상이 발생할 수 있다.

전리층 섬광현상은 태양과 가까운 적도와 남극과 북극에서 주로 일어나기 때문에 적도에 가까운 남미에서는 GPS 신호가 종종 말썽을 일으키는 경우가 있다.

예를 들어 심해에서 석유를 채취하는 시추선의 경우 시추선이 움직이지 않고 한 자리에 고정되어 있는 것이 매우 중요하다. 그런데 망망대해에서 전리층 섬광현상이 발생하면 GPS 신호에 오류가 발생하고 거대한 시추선의 위치제어가 불가능해지는 상황이 초래될 수 있다.(이처럼 시추선의 위치가 흐트러진다면 자동차에서 내비게이션이 잘못 알려준 길을 따라 가다가 시간을 낭비하는 것과는 차원이 다른 거대한 경제적 손실이 발생할 수 있다)

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