GPS 운용

GPS 운용 주체

위성항법시스템의 초기 발상은 미 국방부의 요청으로 더욱 정밀한 폭탄 투하를 위한 군사적 모적을 달성하기 위한 것으로 초기 개발은 미 해군이 주도하였으나 점차 미 공군으로 인계되었습니다. 현재 실질적으로 GPS 위성 배열을 통제, 관리 및 관제하고 있는 부서는 미 공군 제50 우주작전사령부 예하 제2우주작전대대가 담당하고 있습니다. 정확히 말하면 GPS는 GPS 수신기를 의미하는 것으로 GPS는 GNSS 위성의 한 종류입니다. GPS는 미국 국방부에서 개발하였고, 공식 명칭은 NAVSTAR-GPS라고 합니다. 위성의 운용과 관리 주체가 미국이기는 하지만 GPS 수요의 폭발적 증가를 고려했을 때 그 영향력과 사용자 및 사용위치의 무제한성 그리고 광범위한 산업계에 적용되고 있다는 점은 단순한 GNSS의 사고가 미국만의 문제가 ㅇ니라 국제적 문제로 대두되었습니다. 

초기 SA(Selective Availability)와 같은 의도적으로 정밀도를 떨어뜨리는 기능을 수행했던 것도 사실이지만 현재는 이 같은 GNSS의 세계적 가용성과 첨단 산업분야의 적용 등을 고려했을 때 군사적 목적을 달성하기 위한 의도적 조작으로 피해를 고려하지 않을 수 없다. 이에 따라 2000년 5월 의도적으로 정밀도를 떨어뜨리는 기능은 중단되었고, 2008년 이후에 발사되는 위성에는 이 같은 기능 자체를 수행할 수 없도록 법적으로 보장되었습니다. 이를 위해서 국제적으로 통일된 기술의 개발과 인증을 위한 노력이 계속되어 있습니다.

 

GPS의 정밀도

GPS는 군사용으로 개발되었습니다. 이는 곧 철저한 운용 제한과 사용자가 극히 제한되었다는 것을 의미합니다. 또한 적국의 교란을 위해 의도적으로 정밀도를 조작하였습니다. 그러나 이제 의도적 조작이 금지되어 사실상 군이나 민간이 동일한 조건의 정밀도를 확보할 수 있도록 보장되었습니다. GPS의 기술 수준은 수평으로 100m, 수직으로 150m로 규정하였습니다. 물론 이 정밀도는 의도적으로 조작된 결과이고, 조작되지 않은 정밀도는 약 20m 단위까지 감소합니다. 그러나 수많은 실측에서 얻은 최대의 정밀도는 수평으로 약 2m 단위까지 측정되었으나 이것을 평균치로 채택할 수는 없습니다. 상당한 오차가 존재하기 때문에 오차 보정을 위해서 지표면에 기준국을 설치하여 오차를 수정하는 방법이 개발되었습니다. 

기준국은 사전에 정밀하게 측량된 장소에 설치되어 GPS 수신기에서 수신한 위치정보와 정밀하게 측정된 기준국의 위치정보를 비교한다면 GPS 위성에서 수신한 위치정보의 오차를 결정할 수 있습니다. GPS의 최종목표가 오차 "0"을 달성하는 것이라 한다면 아직도 많은 연구와 개발이 필요합니다. 차량 또는 선박용 GPS에서는 현재 수준의 정밀도만으로도 원하는 목적지를 찾아가는 데 문제가 없습니다. 그러나 항공기는 육상 및 해상 운송수단과 달리 수직위치정보의 필요성과 그 정밀도에 따라서 접근범주가 결정됩니다. GPS가 이 수준에 도달하기 위해서는 더 많은 기술의 개발이 필요합니다. 현재까지 광역증대장치의 보조를 받는 계기겁근시설에서 활주로 시작지점의 상공 200피트까지 접근이 가능한 수준에 와 있습니다. 지속적인 기술 개발은 WAAS보다 더 정밀한 항공기의 정밀접근이 가능하게 한 것이 국지증대장치(LAAS)입니다. 현재의 기술 수준이 오차 1m 미만까지 좁혀졌으나 아직 완전한 수준에 도달하기 위해서는 더욱 정밀하고 지속적으로 제2차원 위치정보를 제공하는 기술개발이 요구됩니다. 

 

고의잡음신호

GPS의 정밀도를 떨어뜨리는 것은 고의적으로 신호를 왜곡하는 것과 자연적인 현상으로 구분하여 분석할 수 있습니다. 여기서 언급하는 선택적 가용성(SA)는 고의적으로 조작된 신호에 의한 정밀도의 감소를 의미합니다. GPS의 서비스 수준은 정밀도에 따라 정밀위치측정서비스와 표준위치측정서비스로 구분됩니다. PPS의 정밀도는 20m 단위이고, SPS의 정밀도는 100m 단위입니다. 비록 이 같은 PPS와 SPS의 차이가 일반적인 운송수단의 이동에는 큰 영향을 미치지 않으나, 초정밀 산업분야 등에서는 큰 오차입니다. SA는 GPS의 서비스 수준이 PPS와 SPS와 같이 사용하는 객체에 따라서 정밀도를 다르게 제공하는 것입니다. 이 같은 정밀도의 고의 감소는 민간, 적국 혹은 범죄조직이 무제한적으로 정밀표적을 타격할 수 있는 무기체계의 개발에 불법 전용을 방지하기 위한 목적입니다. 

GPS 지상 주관제소에서는 민간에 가용한 항법 신호를 교란시키기 위해서 약 100m(328피트)까지 서서히 변화하는 랜덤 오차(random errors)를 의도적으로 끼워 넣을 수 있는 것을 선택적 가용성(고의잡음신호: SA)이라 합니다. SA는 2008년 이전까지 발사된 위성에서 미군, 동맹군, 미국 정부 사용자 그리고 특별히 인가된 민간 사용자에게만 암호화된 양식으로 사용될 수 있습니다. 군 GPS 수신기를 통해서 정보를 얻기 위해서는 관리하는 사람들조차도 철저하게 통제된 키를 매일 불출받아 사용해야 합니다. SA를 통한 전형적 신호 오차의 삽입은 수평으로 10m 그리고 수직으로 30m의 오차가 발생합니다. 민간 신호의 부정확성은 치밀하게 암호화되어 있어 신속하게 변경될 수 없도록 되어 있습니다. 예를 들어 미국 동부 전체 지역에서 30m의 오차를 발생시키면, 어느 장소 그리고 동일한 방향에서 30m 오차가 발생할 수 있도록 조정되어 있습니다. SA의 사용으로 인한 그 위험성과 비용 측면에서 다시 사용하기는 거의 불가능한 것으로 보입니다. 또한 항공기 운항과 직접 관련이 있는 FAA를 포함한 다양한 정부 기관들은 SA를 영원히 사용하지 말 것을 요구합니다.