전기전자/정보통신

미쓰비시전기 기보_2022.6-7_ 특집 논문 (37p~39p)

인공위성에 의한 측위 인프라
준천정위성시스템

2018년 11월부터 4기 체제로 서비스를 시작한 준천정위성시스템(QZSS: Quasi-Zenith Satellite System)은 2021년 10월 초호기의 후속기가 발사되어 2022년 3월말부터 서비스를 시작해, 현재 2.3.4호기 및 초호기 후속기의 4기 체제로 서비스를 제공하고 있다. 또한 지속 측위가 가능한 7기 체제 확립을 위해 추가 3기(5.6.7호기) 개발을 2019년부터 추진하고 있다.

미쓰비시전기는 위성 3기의 시스템, 패스 서브시스템 및 7호기 탑재 메시지 통신 페이로드(MCP: Message Communication Payload)를 내각부로부터 수주하고 측위 페이로드 일부를 JAXA로부터 수주해 개발을 진행하고 있다. 5호기는 2021년 4월, 16, 7호기는 2021년 12월에 시스템 상세설계심사회를 마치고 현재는 유지 설계단계로 이행하고 있다. 시험을 완료한 기기부터 인테그레이션 구축에 나서고 있다.

준천정위성시스템의 서비스로서도 진전되고 있으며, 센티미터급 측위보강서비스(CLAS: Centimeter Level Augmentation Service)는 2020년 11월 말부터 보강 대상 위성 수를 17대로 확장하여 가용성을 비약적으로 향상시키고 있다. 또한 CLAS에 대응한 수신기는 서비스 개시에 출시한 ALOC-VCX부터 소형 및 저비용화 개발에 착수하여, 2019년 11월 후속 제품으로 고정밀 측위 단말기인 AQLOC-Light를 출시한 바 있다.

미쓰비시전기는 준천정위성시스템 및 고정밀 측위 단말기, 그리고 정밀 3차원 지도를 포함해 3가지 사업 분야에 주력하고 있으며, 이것들을 일체화하여 추진함으로써 고정밀 측위 사회의 실현에 기여하고 있다.

1. 머리말

2011년 9월 30일에 정부는 ‘준천정위성시스템 사업 추진의 기본적인 생각’을 각의 결정해, 2012년도부터 내각부가 준천정위성시스템의 개발 및 정비에 착수했다. 당사는 국립연구개발법인 항공연구개발기구(JAXA:Japan Aerospace Exploreration Agency) 하에서 개발한 2010년 ‘미치비키 초호기’ 발사에 이어, 2013년부터 2, 3, 4호기를 내각부 하에서 개발하여 2017년에 순차적으로 발사를 실시하고 있다.

이와 병행하여 준천정위성시스템 서비스(QZSS: Quasi-Zenith Satellite System Services Inc.)와 함께 지상 시스템 중 관제 서브시스템, CLAS, 공공 전용 서비스 등을 개발하여 2018년 11월부터 준천정위성시스템 4기 체제로 서비스를 시작하고 있다.

이어서 2016년 4월에 각의 결정된 우주기본계획에서 지속 측위가 가능하게 되는 7기 체제의 확립을 위해 필요한 추가 3기의 개발이 명시되어, 2019년에 내각으로부터 위성 3기의 시스템, 패스 서브시스템 및 7호기 탑재 MCP를 수주했다. 또한 2021년 10월에는 초호기 후속기가 발사되어 2022년 3월 말부터 서비스가 시작되었다. 현재 2.3.4호기, 초호기 후속기의 4기 체제로 서비스를 제공하고 있다.

고정밀도 측위 단말기 분야에서는 이미 산업용도를 위한 CLAS 대응 단말기인 AQLOC-Light을 판매하고 있으며, 자율주행 분야에서는 고정밀 로케이터를 개발해 이용이 개시되고 있다. 또한, 고정밀도 3차원 지도 분야에서는 고정밀 3차원 지도의 작성 및 판매를 전문으로 하는 다이내믹 맵기반(Dynamic Map Platform Co.,)에 출자해, 그 이용 보급을 지원하는 동시에, 고정밀 3차원 지도 데이터를 취득하기 위한 MMS를 개발해 제공하고 있다.

본 글에서는 준천정위성시스템, 위성 관제 지상 시스템, 고정밀 측위 단말기 및 이들의 서비스에 관한 상황에 대해 기술한다.

2. 준천정위성시스템에 의한 측위 인프라

2.1 4기 체제에서 7기 체제로

2017년 6월에 준천정위성 2호기, 같은 해 8월에 3호기, 10월에 4호기가 발사되어 서비스 중에 있다. 또한 2021년 10월에 준천정위성 초호기 후속기가 발사되어 2022년 3월 24일부터 서비스가 시작되었다. 이 4기 체제의 준천정위성시스템은 준천정궤도위성 3기(초호기 후속기, 2호기, 4호기)와 정지궤도위성 1기(3호기)로 구성되어 있다.

준천정궤도는 지표면에 대해 거의 정지된 상태로 순회하는 정지궤도에 비해 40~50도 사선으로 원지점이 일본 상공 근방인 타원형 궤도(이심률 0.075)이며, 일본의 거의 위(준천정)에 지속적으로 위치시킬 수 있다는 것이 특징이다.

일본에서는 정지궤도 위성 1기와 60도 이상의 고앙각(高仰角)에 있는 준천정궤도위성 1기가 항상 보이기 때문에 고정밀도 및 안정된 위치 정보 등의 서비스 제공이 항상 가능해진다.

7기 체제로 추가되는 3기는 5호기가 준천정궤도위성, 6호기가 정지 위성, 7호기가 준(準) 정지위성으로 계획되고 있다. 일본으로부터는 정지궤도위성 3기와 60도 이상의 고앙각인 준천정궤도위성 1기의 총 4기가 항상 보이기 때문에 미국 GPS(Global Positioning System, Global Positioning Satellite)에 의존하지 않아도 지속적 측위가 가능해져 안전 보장 능력의 유지 및 강화에 기여한다.

5~7호기에는 정밀도 및 신뢰성 향상 및 항진성 강화 등의 측위 기술의 고도화를 지속적으로 추진하는 관점에서, 측위 페이로드(NP: Navigation Payload)의 기능 향상과 고정밀 거리 시스템 페이로드(PRP: Precise Ranging Payload)의 추가가 실시된다. 또한 7호기에는 재해 대책 및 국토강진화에 관한 위성 안위 확인 서비스를 송수신하는 MCP를 탑재해 현행 3호기에 문제가 발생되었을 경우에는 백업하여 사용한다.

2.2 위성 개발 상황

준천정위성 5,6,7호기는 당사 표준 위성 패스 DS2000을 기반으로 개발한 초호기, 2,3,4호기, 초호기 후속기의 기술을 이용하여 개발하고 있다. 5호기와 6,7호기에서 미션 구성품이 일부 다르지만, 패스 서브시스템은 거의 동일한 사양이 되도록 설계 개발을 추진해 2020년 10월에 3기 공통의 서브시스템의 상세설계심사가 완료되었다.

5호기는 2019년 11월에 시스템의 기본설계심사회(PDR: Preliminary Design Review), 2021년 4월에 시스템의 상세설계심사회(CDR: Critical Degign Review)가 완료되었다. 현재는 유지 설계단계로 패스 서브시스템의 제조, 시험이 완료된 기기부터 위성의 인테그레이션 구축을 개시하고 있다.

한편, 6,7호기는 2020년 1월에 PDR, 2021년 12월에 CDR이 완료되어, 유지 설계단계로의 이행을 계획하고 있다. 향후, 3기 동시의 시스템 제조 및 시험을 실시하는데 있어서는 2~4호기에서 동시 개발로 쌓아 온 노하우를 최대한 활용하여 품질 및 신뢰도를 더욱 향상시켜 개발 효율 및 공정도 고려한 시스템 개발을 추진해 나갈 방침이다.

2.3 위성 지상관제시스템

위성 관제로서는 7기 체제에 대응해 당사 개발의 위성 지상관제시스템인 Birdstar를 이용한 7기 위성의 동시 병행 운용을 실시한다. 4기 체제에서의 4기 위성 감시 루틴 운용의 자동화를 실현시켜 성(省)인화에 기여하고 있으나, 한정된 운용자를 통한 7기 위성의 동시 병행 운용을 실현시키기 위해 운용의 자동화를 추가해 위급 대응 시의 서포트 기능을 보강할 필요가 있다.

위성과 지상의 연계를 강화해 이상 감지로부터 복구 운용을 위한 지원 기능을 개발해 한층 더 성인화와 운용 효율에 기여할 수 있게 한다.

2.4 수신기 개발 상황

3.1에 설명한대로 준천정위성시스템에서는 미국의 GPS와 호환성을 가진 측위 신호 및 CLAS가 전송되고 있다. 당사에서는 CLAS에 대응한 수신기 개발을 추진하여 2018년 11월에 준천정위성시스템으로부터 CLAS가 서비스됨과 동시에 CLAS 대응 측위 수신기 AQLOC-VCX를 발매했다. 그 후 소형, 저비용화 개발에 착수하여 2019년 11월에 후속 제품으로서 AQLOC-Light을 발매했다.

3. 준천정위성시스템이 제공하는 서비스

3.1 CLAS

준천정위성시스템이 제공하는 서비스에는 다양한 기술이 존재하지만, 그 중에서도 2018년 11월 1일부터 서비스를 시작하고 있는 CLAS는 센티미터급의 측위를 가능하게 하는 보강 정보를 송신하는 서비스이다.

CLAS는 준천정위성으로부터 송신된 L6 신호를 사용해 일본의 측지계(測地系)와 정합 가능한 센티미터급의 위치 정밀도를 얻을 수 있는 측위 보강 정보를 일본 전국 및 그 근해에 송신한다. 위성으로부터의 보강 정보의 송신은 휴대전화 등의 지상 인프라의 송신과는 달리, 위성의 가시성이 보지(保持) 가능한 환경으로 일괄 서비스 제공이 가능하며, 산간부에서도 이용할 수 있다.

또한 유저 규모가 폭발적으로 확대된 경우에도 송신형 서비스이기 때문에 유저 수는 무제한으로 대응 가능한 것이 장점이다. 정밀도 등의 CLAS 서비스 성능 및 유저 인터페이스 사양서에 대해서는 미치비키의 홈페이지에 공개하고 있다.

특정의 지상 통신 인프라를 필요로 하지 않는 일본 국내를 서비스 영역으로 한 무상 방송형 측위 보강 서비스의 개시는 IT 농업 및 전국의 고속자동차 전용 도로에서의 자율주행 및 차세대 안전운전지원 서비스 등, 본격적인 고정밀 위치정보 이용 시대로의 활용이 기대되고 있다. 향후, 다른 GNSS에서도 센티미터급의 측위를 가능하게 하는 보강 정보의 송신이 예정되어 있으며, 세계적으로도 고정밀 측위 보급을 위한 환경이 갖춰지고 있다.

3.2 편리성 향상을 위해

CLAS의 보강 신호는 일본의 거의 바로 위에서 준천정 위성으로부터 전송되기 때문에 고층건물이 있는 주위 환경에서도 전파가 쉽게 차단되지 않는다. 한편, 측위에 사용하는 GPS 및 갈릴레오 등의 위성은 춘전정위성에 비해 낮은 앙각을 통과하기 때문에 비(非) 개방형 환경(앙각 15도 이상에 차단물이 있어 위성으로부터의 전파가 차단되는 도시 및 산림 등의 환경)에서는 유저의 가시성에 제약을 받는 경우가 있다.

따라서, 도시 등의 환경에서 서비스 개시 시점에서의 송신 포맷으로는 보강 대상의 측위 위성 수가 최대 11기이며 측위에 필요한 위성 수를 확보하지 못해 측위 결과에 영향을 주는 경우가 있었다. 이에, 멀티 GNSS 대응으로서 압축률이 좋은 포맷으로 재정의하여 보강 대상 위성 수를 2020년 11월말부터 17기로 확장시켰다. 그 결과, 비 개방형 환경의 경우를 포함해 CLAS의 가용성을 비약적으로 향상시킬 수 있었다.

이 서비스는 2032년도까지의 운용이 결정되었으며, 인프라의 가치 향상 등으로 인해 자율주행, 청도 이용, 사회 인프라의 유지 관리, 무인화, 로봇 서비스와 같은 다양한 분야로의 사회 구현이 기대되고 있다. 앞으로도 지속적으로 안정된 서비스의 제공을 위해 서비스 품질의 유지에 임하며 유저의 편리성 향상을 위한 시책을 추진해 나갈 것이다.

4. 맺는 말

준천정위성시스템의 7기 체제는 일본의 안전 보장의 유지 및 강화를 위한 지속 측위 능력의 향상을 도모하는 하는 것과 더불어, 각종 서비스를 통한 재해 대책으로의 활용 및 자율주행, 농업, 교통 및 물류, 건축 등 다양한 분야에서 활용되는 사회 구현이 기대되고 있다.

당사는 앞으로 준천정위성시스템의 이용 유저의 니즈를 감안하여 준천정위성시스템이 정부의 정책을 기반으로, 보다 탄탄하고 안정된 지속 인프라가 될 수 있도록 내각부를 중심으로 추진해 나갈 것이다. 또한 준천정위성시스템의 인프라 이용 및 활용 촉진을 위해 보다 좋은 솔루션을 제공하여 관련 기관 및 단체, 관련 사업자 및 유저와 함께 연대하여 고정밀 측위 사회에 공헌해 나갈 것이다.

 -- 끝 --