GPS 현대화 계획

1. 요 약

- 측위위성의 수명이 만료되면서 신규위성 발사시 그동안 축적된 기술을 적용함. 이에 따라 위성측위의 정확도가 지속적으로 향상되고 있음.

- GPS 현대화 사업: 2000년부터 추진되어 2021년까지 현재의 Block II 계열 측위위성이 Block III로 교체됨.

- GPS 신호 현대화의 핵심:

1) 다중주파수 사용으로 측위정확도와 신호수신의 안정성 증대

2) 첨단 항법데이터(CNAV-2) 포맷 적용 및 디지털 데이터의 FEC 오류정정기법 적용

3) 위성에서의 측위신호 송출전력 증대

4) 전세계 위성의 호환성 확보(L1C 신호부터)

6) 군용 위성측위신호의 경우 항재밍/비호 능력 향상: 스폿빔사용(-158dBW/-138dBW 지상수신 레벨)

7) 위성탑재 원자시계의 정확도 대폭향상

8) 파일럿 캐리어 신호의 추가: 신호 포착시간 단축, 상관기 입력단의 S/N 비 증가

9) 기존 신호 계속 송출

2. 블록별 GPS 위성 형황 및 향후 계획(2012.3기준)

모드	SVN	발사 년도	위성수 (2012.3기준)	송출신호	비고
Block I	01-12	78-85	0	-	제 1 세대
Block II	13-21	89-90	0	-	제 2 세대
Block IIA	22-40	90-97	10	L1 C/A, L1Y, L2Y	Block II 개량
Block IIR	41-61	97-04	12	L1 C/A, L1Y, L2Y	Block II/IIA 교체
Block IIR-M	41-61	05-09	7	L1 C/A, L1Y, L2Y, L2C, L1M, L2M	Block IIR 현대화
Block IIF	62,63	10-	2	L1 C/A, L1Y, L2Y, L2C, L1M, L2M, L5	Bloack IIIA운용전 IIA를 대체함. 위성원자시계 정확도 향상
Block IIIA	N/A	14-	0	L1 C/A, L1Y, L2Y, L2C, L1M, L2M, L5, L1C	GPS현대화의 최종모델

3. 신규 민간 위성측위 신호

3.1 L2C 신호

1) 목적: 민간용 위성측위의 정확도 향상

2) 스펙트럼 형상: 중심주파수 1227.60MHz

L2C waveform

3) 주요 특징: L1 C/A 신호와 동시에 사용하여 이온층에 의한 측위 오차 감소. BPSK변조. Codeless tracking을 위한 전용채널 신설

4) 가용시기: 2018년부터 총 24개의 위성에서 L2C 신호송출 예정

3.2 L5 신호

1) 목적: 항공기, 기차, 선박, 자동차의 항법을 위한 정밀 위성측위 신호 제공

2) 스펙트럼: 중심주파수 1176.45MHz, 대역폭 25MHz

L5 waveform

3) 주요 특징: 송출전력이 L1 C/A 코드의 2배로 증가됨(지상에서 0dBic 안테나로 -154 dBW 수신). 신호레벨이 약한 경우에도 측위 가능. 대역폭이 25MHz로 증대되어 항재밍능력 증대. 현대화된 CNAV 메시지(다중 메시지 신설), FEC 오류정정 알고리즘 적용. L1 대역과 동시 사용하여 이온층 효과에 의한 측위오차 감소. L1 C/A(또는 L1C), L2C, L5 등 3개 주파수 사용시 1m 이하(0.1m 목표)의 정확도 확보 가능('trilaning' 기법 사용)

4) 가용시기: 2021년부터 24개 위성에서 L5신호 송출예정

3.3 L1C 신호:

1) 목적: 미국의 GPS와 다른 나라의 위성측위시스템 간의 호환성(interoperability) 확보. 미국과 EU가 합동으로 GPS L1C와 Galileo 신호형식 표준 도출. 도심지와 같이 차폐가 많은 장소에서 안정적인 위성측위 제공

2) 스펙트럼: 중심주파수 1575.42MHz

L1C waveform

3) 주요 특징: MBOC 변조. CNAV-2 메시지 표준 적용. FEC 오류 정정

4) 가용시기: 2021년에 24개의 위성에서 L1C 신호 송출

약어표

CNAV(civil navigation)

FEC(forward error correction): 디지털 데이터의 오류정정 기법

GPS-RTK(real time kinematic): CPGPS라고도함. 다수GPS신호의 캐리어(L1의 경우 1575.42MHz)의 위상차를 이용하여 수평 1cm, 수직 2cm의 정확도 구현. 위상차 정보는 전용 지상국에서 방송함.

GPS III: 2000년 미국의회에서 승인된 GPS 현대화 사업.

OCX(Operational Control System): 새로이 구축되는 세대별 측위용 위성망은 OCX가 동작하기 전까지에는 항법메시지를 송출하지 않음.

PPS(Precise Positioning Service): 군용급 정밀측위

SA(Selective Availability): 민간용 GPS 정확도의 의도적 저하

SoL(safety-of-life): 항공기 등과 같이 측위가 승객의 생명과 연관된 생명의 안전

SPS(Standard Positioning Service): 일반용 측위. SA기능 2000년에 제거

참고 문헌

D. Goldstein, "GPS modernization and GPS III", Proc. Southern California Section ION Meeting, 11 Mar. 2009.

US Government Official Site on GPS: http://www.gps.gov/systems/gps/

B. Gruber, "Status and modernization of the US Global Positioning System," Proc. Muich Satellite Navigation Summit 2012, 14 Mar. 2012.