차세대 ‘해양 위치정보 기술’ 확보하라

4차 산업혁명시대를 맞아 해상환경도 급격한 변화를 맞고 있는 가운데 최근 전 세계적으로 무인선과 자율운항선박의 상용화를 위한 기술개발이 치열하게  진행되고 있다.  

이 같은 기술 전쟁 속에서 국내 기술이 퍼스트 무버로 자리할 수 있는 높은 정밀도와 신뢰성을 확보한 차세대 해양 위치정보 기술이  개발되고 있어 화제다.

 
이 연구에서는 해안에서 100km 이내에서 오차범위 10cm 이하의 높은 정확도를 자랑하고,

전파교란으로 인해 GPS가 작동하지  못하는 상황 속에서도 국제해사기구에서 요구하는 10미터 이내의 정확도를 확보할 수 있는 기술개발이 이뤄지고 있다. 

해안 100km 이내 ‘오차범위 10cm 이하 정확도’ 기술개발 박차
GPS 작동 불능에도 국제해사기구 요구 10미터  이내 확보 ‘자랑’
2024년까지 5년간 270억 투입 고정밀·고신뢰 PNT 기술 만든다 

최근 국제해사기구(IMO)와 국제항로표지협회(IALA)는 자율운항을 위한 위성항법시스템(GPS)의 오차범위를 현재 10m에서  100분의 1 수준인 10cm 이하까지 줄일 것을 권고하고 있다.
또한, 전파교란 등으로 인해 GPS를 이용할 수 없을 경우에도 보조항법시스템을 이용해 10m 이하의 오차범위를 보장하도록 권고하고  있다. 
이 같은 권고에 따라 현재 미국을 비롯한 유럽연합, 중국, 일본 등에서는

GPS를 이용한 센티미터급 위치정보 서비스와 지상파  항법시스템을 이용한 안정적인 위치정보 제공기술 상용화에 나서고 있다.

 
국내에서도 이 같은 국제적인 움직임에 보조를 맞추고 있다.  

그 일환으로 오는 2024년까지 약 5년 동안 270억 원의 사업비를 투입, ‘차세대 해양 위치정보 고도화 기술개발 사업’(이하  해양 PNT 고도화 기술개발)을 진행하고 있다.  
PNT는 측위 항법, 시각을 각각 의미하는 Positioning, Navigation, Timing의 약어다.

 
선박해양플랜트연구소를 중심으로 진행 중인 이 사업은 국내 연안에서 오차범위 10cm 이하의 고정밀 위치정보를 제공하는 한편,

GPS  전파 교란에도 10m 이하의 오차범위를 보장할 수 있는 지상파 통합항법기술을 개발하고 있다.

해양PNT연구단은 ...

 
해양PNT연구단은 자율운항선박, 스마트항만 등 해양 4차 산업혁명의 주요  사업에 있어 핵심기반기술인

고정밀·고신뢰 PNT 기술개발을 목표로 진행되고 있다.

 
연구단 과제는 측위정확도를 센티미터 수준으로 향상시키는 해양 PNT 고정밀화 연구와

GPS를 사용할 수 없는 상황에서도 국제기구에서  요구하는 측위성능을 보장할 수 있는 해양 PNT 고신뢰화 기술개발로 구분된다.  

고정밀화 연구 부문에서는 ‘지상기반 센티미터급 해양 정밀 PNT 기술 개발’을 목표로, 반송파 위상 기반의 보강 원천·핵심기술을  개발하고 있다.

 
현재 해안 100km 이내에서 센티미터급의 정확도를 갖는 고정밀 측위성능을 제공하고,

무결성을 보장할 수 있는 해양 PNT 기술을  확보하고, 실해역에서 전국망 서비스의 가능성을 검증하고 있다.  

특히, 위성항법보정시스템을 고도화시켜 수평 5cm 이내, 수직 10cm 이내의 고정밀 PNT 정보를 한반도 주변 해역에 제공할 수  있는 기술들을 개발하고 있다.

 
고정밀 PNT 기술은 기준국·감시국, 중앙처리국, 보강정보 전송, POINT 서비스 제공 순으로 프로세스가 진행된다.

감시국은 GPS 신호와 중앙처리국에서 방송하는 보강정보를 수집, 1차적으로 신호품질을 감시하고, 무결성 감시를 위해 중앙처리국으로  관련 정보를 전공한다.

전리층,  대류권 지연오차 등의 보정정보와 무결성 정보를 합해 보강정보를 생성한다.

 
이후 중앙처리국에서 생성한 보강정보를 SSR 메시지로 변환, 지상기반 통신매체를 이용해 해안으로부터 100km 이내의 사용자에게  방송하게 된다.  

이 같은 프로세스를 거쳐 제공되는 POINT 서비스를 통해 스마트 항만을 비롯한 연안측량, 무인선박, 도선지원 분야 종사자들은

국제해사기구에서 요구하는 무결성을 충족시키는 정확한 위치 정보를 획득하게 된다.

또한, 센티미터 수준의 측위 정확도를 신뢰도 측면에서 이용자가 판별할 수 있도록 지원하는 신개념 보강항법기술로도 인정받고 있다.  

이 시스템은 선박의 안전한 항해를 지원하기 위한 통신 신호를 재활용하고, eLoran과 통합해 GNSS 전파 교란에 대응하는 지상파  기반의 새로운 해상용 항법시스템이다.

 
현재 해상환경에서 GNSS 전파교란이 발생하는 상황에서도 국제해사기구에서 요구하는 10미터 이내의 측위·항법 성능을 만족하는

지상파  통합 항법시스템 핵심기술과 이용자 수신장비를 개발하고 있다.  

또한, 테스트베드에 항만에서 성능 실증 연구도 병행하고 있다.

 
세부적으로는 기존의 해상통신인프라를 전파항법인프라로 고도화하고,

eLoran과 함께 활용해 전파교란 상황에서도 수평 10m 이내의  PNT 정보를 국내 연안에 안정적으로 제공하기 위한 기술개발 연구가 이뤄지고 있다. 

한편, 이 같은 연구를 통해 연구단은 오는 2022년 말, 테스트베드 항만에서 센티미터 수준의 정확도를 갖는 PNT 정보 서비스에  나설 계획이다.

기대효과
해양 분야의 스마트화를 위한 기반 인프라 기술로 활용될 것으로 기대를 모으고 있는 해양 PNT  정보는

향후 자율운항선박을 포함한 스마트 선박, 스마트 물류, 스마트 양식, 해상드론에 이르기까지 다양한 분야에서 활용될 전망이다. 

또한, 정확한 위치정보 제공을 통해 자율운항선박의 이·접안은 물론 항만자동하역, 수로측량, 준설 등에서의 활용과

국가 산업 전반의  위치정보 보조시스템으로 활용돼 공공안전 기능 강화에도 기여할 것으로 예상된다.

인 / 터 / 뷰

센티미터 수준 측위 정확도 확보
2024년까지 전해역서 ‘실증’ 추진

해양 PNT 연구단 박상현 단장은 “바다에서 운항하는 선박은 눈으로 확인할 수 있는 지형지물이 없는 망망대해를 항해하기 때문에

위치정보는 선박의  안전한 항해를 돕는 필수 정보”라며, “현재 육상과 마찬가지로 해양에서도 PNT 정보의 기본적 소스, 원천은 위성항법시스템”이라고  밝혔다. 

실제로 해양 PNT 기술은 국제기구의 요구 성능을 충족시킬 수 있도록 돕는 위성항법 보강 기술 또는 지상파를 포함한 전파항법기술로  정의되고 있다.

 
박 단장은 “4차 산업혁명시대를 맞아 바다에서도 무인선과 자율운항선박이 유인선과 함께 항해를 하고,

해상물류는 지능화돼 항만에서의  물류처리에 걸리는 시간은 현저히 짧아질 것”이라고 말했다.  

이어 “이 같은 무인화, 자율화 실현을 위해 위치정보는 지금보다 훨씬 더 정확해지고, 안정적이어야 한다”며,

“무인선과  자율운항선박의 경우, 사람의 도움 없이 선위정보만을 활용해 자율운항을 하는 것은 물론 자동접안,

충돌회피 등의 임무를 수행해야 하기 때문”이라고  설명했다.

 
이 같은 국제 해사환경변화에 적극적으로 대처하기 위해 지난해 4월부터 연구를 수행하고 있는 연구단에서는 해양 고정밀 위치정보서비스 기술개발에 전념하고 있다.  

박 단장은 “이 과제는 해안에서 100km 거리까지 센티미터 수준의 고정밀 측위성능을 제공하고,

무결성을 보장할 수 있는 기술 개발과 함께 실해역에서 전국망을 이용한 고정밀의 위치정보서비스 가능성을 검증하는 데 초점을 맞추고 있다”고 말했다.  

이어 “이를 위해 오는 2022년까지 센티미터 수준의 측위정확도를 확보한 원천기술을 개발하고,

이후 개발된 기술을 테스트베드 항만에서 실증하는 1단계 연구를 수행할 예정”이라며,

“이후 고정밀 PNT 서비스 범위를 확장하고, 무결성 감시정보를 제공하는 기술을 추가적으로 확보해

2024년까지 전해역에서 실증하는 2단계 연구를 추진할 계획”이라고 소개했다.

이를 위해 현재 측위정확도 향상을 위한 원천기술에 대한 상세설계를 진행하고 있다.

상세설계 완료 후에는 단위기술에 대한 초도 구현과  실험실 수준에서의 단위검증이 올해 말까지 수행할 계획이다.

원천기술 확보 등 개발기술 국제표준화 박차

박 단장은 “연구사업의 성공은 원천기술 확보는 물론 개발기술의 국제표준화도 함께 해야 한다”며,

“이를 위해 연구단에서는 지금까지  국제기구에 7건의 표준화 의제를 제출한 바 있고,

올해 말까지 총 10건 이상의 표준화 의제를 발표할 예정”이라고 설명했다.

 
한편, 박 단장은 “선박해양플랜트연구소에서 근무하는 동안 해사안전을 위한 전파항법 기술 연구와

PNT 서비스 개발이라는 한 우물을  팔 수 있는 행운이 함께 했다”며, “그 중 애착이 가장 큰 연구는 현재 해양수산부에서 운영하고 있는 전국망 위성항법보정서비스의 국산화와

올해  6월부터 시범서비스 중에 있는 eLoran, 지상파항법서비스 기술개발”이라고 말했다.  

이어 “특히, 우리 손으로 일궈 낸 기술이 실제 해상에 적용되고, 국가 PNT 서비스로까지 운영된다는 점에서 큰 자부심을 느낀다”고  밝혔다.

오성덕 기자 건설기술

원물출처 : http://www.ctman.kr/news/23720