“차량항법시스템으로, 복잡한 교통상황에서 사용자가 원하는
목적지까지 빠르고 정확하게 도달할 수 있도록 개발되었다.”
위치결정 오차 범위 1m 이내의 ‘육상교통용 정밀 위성항법기술’ 탄생으로, 자율주행자동차 실현에 한 걸음
더 다가갈 수 있게 됐다. 본 연구를 통해 개발된 차세대 육상교통용 정밀 위성항법기술은 이동 중에도
실시간으로 차로구분 수준으로 위치를 파악할 수 있고, 기존의 저렴한 GPS 수신기 사용으로 단말기 가격을
낮출 수 있어 빠른 상용화가 예상된다. 세계 최고의 기술을 보유한 우리나라가 4차 산업혁명 기반요소인
공간정보 분야의 판도를 바꿀 게임체인저로서 활약할 모습이 기대된다.
미래 교통체계를 위한
차세대 정밀 위성항법 개발 필요
21세기에 들어서면서 위치 및 시간 정보를 제공하는 GPS(Global Positioning System)의 역할은 점점 더 중요
해지고 있다. 자동차, 기차, 선박, 항공기 등의 교통체계는 물론 휴대전화 서비스에도 GPS를 사용하고 있으
며, 정보기술(IT)의 발달로 GPS를 활용한 위치기반 상업서비스가 보편화되고 있는 추세다. 현재 GPS가 가
장 활발하게 응용되고 있는 분야는 차량항법시스템으로, 복잡한 교통상황에서 사용자가 원하는 목적지까지
빠르고 정확하게 도달할 수 있도록 개발되었다. 자동차용 내비게이션이나 스마트폰에서 사용하는 위성항법
(GNSS)은 오차가 약 15~30m 수준으로, 실시간 차로구분 수준의 위치결정을 요구하는 자율주행자동차 및 차
세대 지능형 교통체계(C-ITS)에 적용이 불가함에 따라, 보다 정밀한 위성항법 개발이 요구되고 있다. 미국의
경우 2009년부터 차세대 지능형교통시스템인 ‘Connected Vehicle Research’ 프로그램을 통해 위성항법에 기
반을 둔 위치결정기술 개발과제를 수행하고 있으며, 유럽에서는 2010년부터 유럽연합의 연구개발 프로그램
‘GENEVA(Galileo/EGNOS Enhanced Driver Assistance)’를 통해 GPS기반 차로구분 위치결정 기술을 개발 중
이다. 일본의 JAXA(Japan Aerospace Exploration Agency)는 2007년부터 자국의 QZSS(Quasi-Zenith Satellite
System) 위성을 활용해 연구를 진행하고 있으며 도심에서의 위치결정 가용성을 76%까지 향상시켰다. 이처
럼 전 세계적으로 차로구분 수준의 위치결정 기술개발이 활발히 이루어지고 있지만 정확도, 동적운행에 따
른 신뢰성, 높은 단말기 가격문제 등의 문제가 여전히 남아 있는 상황이다.
미래위성항법기술,
정확도·신뢰도 확보가 우선
미래 육상교통 시스템의 안정성과 효율성을 증대하기 위해서는 위성항법기술의 정확도와 신뢰도가 확보돼야 한다.
이를 위해 연구단은 도로주행 중 차로구분이 가능하고, 위치정보의 신뢰성(무결성)을 판단할 수 있는 위성항법
기반 교통인프라 원천기술 확보에 돌입했다.
연구진은 2010년 GPS 데이터와 기상정보 수신이 가능한 이동형 지역수신국을 제작했고, 이듬해 준실시간 연구용 지역제
어국 시스템과 사용자 시스템을 제작했다. 또한 이동형 지역수신국을 설치하고, 시험지역에서 운전자의 준실시간 차로구
분 위치성능을 확인했다.
2012년에는 지역수신국과의 거리 60km 이내의 실시간 정보생성 기술을 개발하고, 육상교통사용자의 위치결정 신뢰성
향상을 위해 다중경로, 사이클슬립 등의 위성항법 신호이상 요인을 검출·제거했다. 같은 해 실시간 장비를 1차 제작하여
성능 평가도 마쳤다.
2013년에는 좀 더 앞선 기술들이 개발됐다. 실시간 처리능력 향상 및 안정화 기술을 비롯해 지역수신국 거리 70km 이내
에서 실시간 보정정보를 생성하는 기술을 개발했으며, 위성항법신호 불량지역에서 사용자 위치결정 향상을 위한 센서 융
합기술을 개발했다. 상용 네비게이션급 단말기를 개발해 성능평가를 마쳤으며, 실시간 장비의 2차 제작 및 성능평가를 진
행했다.
테스트베드를 구축해 다양한 위성항법 수신환경에 따른 차로구분 수준의 위치결정 기술을 시험하고 평가했다. 본 과제를
통해 구축한 테스트베드는 4곳의 지역수신국(안성, 공주, 보은, 음성)과 1곳의 지역제어국(대전), 그리고 사용자 기술을
시험평가하는 오창으로 구성됐다.
오창 테스트베드는 GPS 전파수신에 장애가 되는 아파트와 개활지가 적절하게 혼재되어 실제 자동차 주행시
의 주변상황을 모사할 수 있는 도로환경을 구축한 곳이다. 연구진은 시험평가를 위해 오창의 정밀 전자지도
를 구축했으며, 2013년 8월에는 시험평가 장비의 성능평가를 위한 위성신호환경별 통합시험을 수행했다.
2015년 5월에는 다중수신국 기반의 보정정보 신뢰성 검증기술을 개발했으며, 육상교통 사용자의 정확도 향
상을 위한 다중센서(GPS, 저가관성센서, 차속계, 영상센서) 통합기술 등을 개발했다. 이어 통합기술 시험평
가를 위한 테스트베드를 구축했으며, 성능평가를 거쳐 개선점을 반영했다.
차로구분 위성항법기술 개발과
미래 교통산업에서의 역할
연구진은 현행 네비게이션 제품들이 사용하는 GPS 코드 대신, GPS반송파(carrier)를 사용함으로써 이동중
인 상황에서도 실시간으로 정밀 위치 정보를 파악할 수 있는 기술을 개발했다. 반송파는 코드를 실어 나를
수 있는 높은 주파수의 전자기파를 말한다. 반송파의 파장 주기가 코드 주기에 비해 짧아 코드 기반 기술보
다 높은 정확도를 달성할 수 있다. GPS 등 현행 내비게이션이 사용하는 위성항법(GNSS)은 코드만을 사용해
오차가 15~30m이다. 차량이 도로를 벗어나 달려도 지도상에는 본선을 달리는 것으로 표시된다. 새로 개발한
기술은 통상 오차가 0.2~0.9m, 최대 허용오차가 1.5m에 불과하다. 오차 범위가 1m 수준이어서 차로구분이
필요한 자율주행 자동차는 물론 도로와 앞선 차량의 위험상황 등을 알려주는 차세대 지능형 교통체계(C-ITS)
에 사용할 수 있고, 정확한 착륙지점과 장애물 정보가 필요한 상업용 드론과 스마트폰, 골목길·시각장애
인 보행 안내 등에도 활용가능하다. 더불어 기존의 저렴한 GPS상용칩(수신기)을 사용함으로써 현재의 네비
게이션 등 단말기 가격과 큰 차이가 없어 상용화와 보급이 빠를 것이라 전망된다. 본 개발 기술이 보급된다
면 운전자에게 주행경로 중 최적 차로까지 제시할 수 있는 네비게이션 제품이 생산되는 등 파급효과가 클 것
으로 예상된다. 뿐만 아니라 육상교통환경에서 위성항법활용 차로구분 기술을 선점할 경우 세계 시장을 선
도하는 것은 물론 국내 육상교통 인프라의 핵심기술로 이용됨에 따라 차량, 항법, ITS(Intelligent Transport
Systems), 텔레메틱스 등의 산업발전에도 기여할 수 있을 것이다. 본 기술은 올해 본격적인 사업에 착수해 단
말기 기술을 민간에 이전하게 된다. 수도권에 GPS를 보정하는 인프라를 구축하여 2018년부터 시범운행에 나
설 예정이다.
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