| 1차년도 |
-개활지 환경에서 TDCP 측정치 활용 정밀 항법 알고리즘 설계 후 도심 환경에 적용하기 위한 TDCP기반 정밀 항법 알고리즘 설계-항공기 사용자용 이중 주파수기반 RRAIM 무결성 감시 알고리즘 문헌 조사 및 설계-도심 환경에서 항법 성능 예측을 위한 시뮬레이션 환경 구성
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개활지 환경에서 의사거리기반 SBAS 와 유사한 정확도 수준을 갖는 TDCP기반 정밀 항법 알고리즘을 설계한다. 개활지 환경에서 의사거리 기반 SBAS와 유사한 정확도 수준을 갖도록 하기 위해 초기 위치 대비 5분 이내 CEP 수평 위치 오차 1.0m, CEP 수직 위치 오차 2.5m 를 목표치로 설정한다. 이후 도심 환경에서 TDCP 측정치를 호라용한 정밀 항법 알고리즘을 설계한다. 도심 환경에서 의사거리 기반 SBAS 보다 정확한 수준을 갖는것을 목표로하여 초기 위치 대비 5분 이내 CEP 수평 위치 오차 2.0m, CEP 수직 위치 오차 5.0m 를 목표치로 설정한다. 항법해의 신뢰도를 보장하기 위한 무결성 감시에 관한 연구는 RRAIM에 관한 문헌조사를 우선적으로 시행하며 기존 항공 사용자를 위한 이중 주파수 기반의 RRAIM 무결성 감시 알고리즘을 설계한다. 최종 결과물인 MATLAB GUI기반 도심 환경 시뮬레이션 소프트웨어 개발을 위해 먼저 도심 시뮬레이션 환경 구성을 1차 년도에 시행한다.
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
본 연구개발과제에서 개발하고자 하는 RRAIM 기반 무결성 감시 알고리즘은 주로 선진국에 의해 연구되고 있으며 국내에서의 관심과 연구 활동은 거의 없는 분야이다. 지난 2년간 국토교통부의 국토교통기술촉진연구사업 “항공기 사용자를 위한 SBAS 성능평가 및 예측 기술 개발 (주관: 서울대학교)”의 과제를 통해서 항공기 사용자에 대한 ARAIM 기술을 선진국 수준으로 확보한 바 있다. 현재 선진국에서는 ARAIM과 RRAIM을 함께 이용하여 전 세계 지역의 항공기 운항 무결성 확보를 추구하고 있다. 정밀접근에 주로 활용하고자 하는 ARAIM에 대한 연구도 필요하지만 ARAIM의 백업시스템으로 활용될 RRAIM의 연구도 반드시 필요하다. RRAIM은 부족한 가시성을 가지는 환경에서 ARAIM보다 좋은 성능을 보장할 수 있는 방법으로 도심지역에서의 무결성을 보장하는데 활용성이 가장 돋보이는 방식으로 예상된다. 따라서 본 연구를 통해 선진국 기술 수준의 독자적인 RRAIM 알고리즘 확보를 한다면 이후 도심지에서 GNSS 신호를 활용하고자 하는 여러 기술 개발에 활용될 수 있을 것이다. 또한 본 연구와 같이 SBAS 보정정보를 기존의 방식과 같이 의사거리 측정치에 적용하는 수준에서 벗어나 반송파 위상 측정치 기반 RRAIM에 활용하여 항법 성능을 향상시키기 위한 연구 개발은 전 세계 최초로 시도하는 기술이라는 점에서 기대효과가 매우 크다.
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| 사회 경제적 파급효과 |
본 연구개발과제에서 개발되는 SBAS/TDCP/RRAIM을 활용한 정밀 항법 알고리즘 기술이 실용화가 된다면 현재 도심환경에서 개발되고 있는 여러 자율주행자동차 및 자율드론에 활용되고 있는 고가 GNSS 수신기가 아닌 저가 GNSS 수신기로도 충분히 정확도를 확보할 수 있기 때문에 비용적인 효율성을 불러일으킬 수 있다고 기대된다. 뿐만 아니라 기존의 도심 항법을 위해서는 LiDAR나 RADAR와 같은 고가의 vision 센서가 필수적으로 여겨지고 있다. 도심지에서 위성 항법을 하기에는 가시위성 감소나 다중경로오차와 같은 여러 장애 요소들이 존재하기 때문이다. 이를 해결하기 위해 다양한 연구가 이루어지고 있지만 궁극적인 해결책은 나오지않은 상태이다. 본 연구개발과제에서 개발되는 SBAS/TDCP/RRAIM 통합 정밀 항법 알고리즘 기술이 실용화 된다면 고가의 vision 센서들과 통합되어 사용되거나 고가의 센서가 없는 드론의 단독 항법 시스템으로 활용 가능할 것으로 기대된다.또한 국내에서 개발중인 KASS의 보정정보를 활용하는 수요가 늘어날 것으로 기대할 수 있다. 이는 KASS 개발이 발생시킬 경제적인 효과가 추가적으로 늘어나는 것으로 생각할 수 있다. 또한 본 연구개발과제 개발을 통해서 확보되는 SBAS/RRAIM 기술은 이후 도심지에서 활용되게 될 GNSS 수신기 원천 기술 확보를 통해 현재까지 국외 여러 회사가 주도하고 있는 저가 GNSS 수신기 시장에 한발 다가서 한국형 저가 GNSS 수신기를 개발에 활용될 수 있으며 수입에 의존하던 국내 GNSS 시장에 큰 경제적 효과를 불러일으킬 수 있을 것으로 기대된다. 마지막으로 본 연구개발과제의 저가 GNSS 수신기 RRAIM 기반 무결성 성능 확보는 매년 발생하는 소형 민간항공기 비행훈련 사고예방을 도울 수 있으며 이는 여러 안전 문제로 인하여 기피되고 있는 항공 인력 확충에 큰 영향을 미칠 수 있을 것으로 기대된다.
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| 활용방안 |
본 연구개발과제의 최종 성과물은 도심 빌딩 환경에서 드론의 안전 운용이 가능한 정밀 위성항법의 성능 예측용 SBAS/TDCP/RRAIM 통합 시뮬레이션 소프트웨어이다. 현재 전세계적으로 드론 및 자율주행자동차에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 국내에서도 자율주행자동차나 도심항공모빌리티와 같은 자율주행 무인이동체와 관련된 정책과 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 특히 도심항공모빌리티시장은 선진국들에서 시장을 선점하기 위해 빠르게 대응하고 있지만 기존 항공업계와 달리 주도권이나 기술표준 등이 확립되지 않은 미개척분야이다. 현재 도심항공모빌리티 분야는 기술이 태동하고 있는 실증 단계로 개활지 위주의 실험이 진행되고 있다. 그러나 궁극적으로는 도심지 내부에서도 운용이 가능한 방향으로 나아가야 할 것이다. 현재 도심지에서 자율주행기술을 개발하는 연구들은 대부분 LiDAR와 RADAR와 같은 고가의 Vision 센서를 이용한다. 본 연구개발과제 성과물인 SBAS/TDCP/RRAIM 기술을 통해 기존의 Vision 센서와 통합하여 사용되거나 기존 시스템의 백업 시스템으로 활용될 수 있다. 또한 고가의 Vision 센서를 장착하지 않더라도 GNSS 수신기만을 이용하여 독자적인 도심 항법을 수행할 수 있을 것으로 기대된다. 앞서 설명한 것과 같이 이를 도심환경에서 운용하기 위해서는 항법의 정확도 뿐만 아니라 안전에 대한 고려가 반드시 필요하다. 따라서 본 연구개발과제 성과물인 고정밀 항행 안전 성능예측 알고리즘을 통해 보다 높은 수준의 정확도와 무결성 성능을 갖는 드론 및 자율주행자동차 개발을 기대할 수 있다. 이후 국내에서 개발 운영될 KASS를 가정하여 SBAS 보정정보를 저가 GNSS 수신기의 TDCP 측정치에 활용하여 정밀 항법 정확도 성능향상과 RRAIM에 활용하여 정밀 항법 무결성 성능향상을 목표로 한다. 따라서 향후 KASS 수신기 개발을 위한 원천 기술 확보에 이용될 수 있다. KASS서비스를 주로 활용하게 될 저가 GNSS 수신기에 활용 가능한 방식으로 기존의 의사거리 측정치에 적용하여 얻을 수 있는 수준보다 좋은 품질의 정밀 항법 수준을 제공할 것으로 기대된다. 또한 정확성 뿐만 아니라 무결성에 대한 성능까지 함께 확보함으로써 차세대 KASS 수신기를 통해 안전하고 정확한 항법 서비스 제공이 가능할 것으로 예상된다. 더욱 나아가 본 연구과제개발은 도심환경에서의 저가 GNSS 수신기의 정확성 뿐만 아니라 무결성 확보에 초점이 맞추어 진행된다. 현재까지의 도심환경에서 자율주행 및 자율비행을 위한 연구들은 거의 대부분 정확성 향상에만 초점이 맞추어 진행되었지만 안전과 직결된 무결성에 대한 고려는 반드시 필요하다. 무결성은 항공기 분야에서 처음 도입된 개념으로 항법시스템의 신뢰도라고 정리할 수 있으며, 항공기 사고 예방을 위하여 가장 중요시 고려되는 항법 성능이다. 이러한 무결성에 대한 고려는 항공기 뿐만 아니라 도심환경에서 운용되게 될 자율주행 및 자율비행체 사고를 예방하기 위하여 관련 기술 개발에도 반드시 필요하며 본 연구를 통해 이에 대한 관심을 증가시킬 수 있을 것으로 기대된다. 도심항공모빌리티 기술은 실제 도심환경에서 실험을 통한 성능 검증이 불가능하다. 안전과 관련된 문제뿐만 아니라 서울과 같은 경우는 군사적인 이유로도 드론의 비행이 금지된다. 개발된 기술을 검증하기 위해선 도심 환경을 모사한 시험 비행장을 필요할 것이지만 실제 도심 환경을 만들기는 쉽지 않을 것이다. 본 연구과제 성과물인 3D 도시모델 시뮬레이션은 도심 환경을 시뮬레이션 상에서 모사하여 현실적으로 불가능한 도심지에서 실험 대신 시뮬레이션 상에서 개발된 항법 기술의 성능을 검증할 수 있을 것으로 기대된다. 3D 도시모델을 활용한 GNSS 가시성 판단과 성능 예측 소프트웨어는 이후 GNSS 수신기를 활용하는 여러 다른 기술 개발에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 예를 들어 충분한 가시성을 확보하여야 성능이 확보되는 기술의 경우, 가시성을 예측하여 어떤 경로를 통해서 가장 높은 수준의 가시성을 확보할 수 있는지 판단하는데 활용되어 이후 주요 기술 개발을 용이하게 할 수 있을 것으로 기대된다. 마지막으로 매년 끊임없이 뉴스에서 민간 항공기 비행훈련을 위한 소규모 업체들의 사고 소식을 접할 수 있다. 이는 이러한 업체들이 이용하고 있는 공항은 인천공항, 제주공항과 같이 큰 민간 항공사들이 이용하는 공항과 달리 안전한 이착륙을 유도하기 위한 설비가 상대적으로 부족한 실정이며, 본 연구개발과제 결과물인 RRAIM은 도심환경이 아닌 소규모 공항 주변 개활지환경에서도 활용 가능한 방법으로 이를 이용하여 큰 비용부담 없이 저가형 GNSS 수신기를 통해 현재보다 더욱 안전한 비행훈련 및 운영이 가능할 것으로 예측할 수 있다.
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