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손톱보다 작은 수신기를 탑재해 전 세계 언제, 어디서나 기상에 관계없이 위치를 찾을 수 있으며 그 정확도가 정확하기 때문에 항법, 측지측량, 농업, 물류, 레저, 탐사, 국방 분야와 더불어 교통, 물류, 통신, 금융, 스마트 그리드 등 국가기간망까지 수많은 분야에서 폭넓게 활용되고 있다.
하지만 GPS는 약 2만 ㎞ 상공에 위치한 위성으로부터 신호를 수신해 위치를 계산하므로 수신신호의 세기가 매우 약해서 주변의 간섭 및 전파 교란에 매우 취약하다. 지난 수년간 북한은 사이버전 공격 무기의 하나로 GPS 전파교란 장비를 개발하여 GPS 서비스거부 공격을 시도했다. 당시 국방분야는 물론 여러 민간산업분야에서도 직간접적인 피해를 경험한 바 있다. 우리는 GPS 서비스를 무료로 제공받고 있으나 GPS는 세계표준이 아닌 미국의 독자 시스템이기 때문에 향후 국제적 정치상황에 의해서 GPS 서비스가 제한되거나 중단될 가능성이 존재한다. 유럽의 연구기관에서는 위성항법시스템이 마비될 경우 수 조원에 이르는 피해가 발생할 것으로 예상했다. 이에 러시아, 유럽연합, 중국, 일본, 인도 등 국가들은 국가안보 및 우주산업의 일환으로 자국에 적합한 독자적인 항법시스템을 개발구축하고 있다. 우리나라도 만약을 대비한 독자적인 항법시스템의 개발이 필요한 시점이다. 특히 우리는 남북이 대치하고 있는 군사적 상황을 고려할 때 그 필요성이 더 크다. 미래 네트워크중심전(NCW: Network Centric Warfare) 환경에서는 적의 공격 목표물 위치를 신속하게 파악하여 실시간적으로 정확하게 공격해야하기 때문에 GPS 의존성이 더욱 증가할 수밖에 없다. 따라서 GPS 불능시에 대비하여 전술적으로 운용 가능한 독자항법 시스템이 절실하게 요구되고 있다.
본 연구팀은 독자항법 구축을 위한 측위ㆍ통신 융합 아키텍처를 제안하고 핵심기술을 연구하고 있다. 정지궤도의 통신위성과 통신중계 기능을 가지는 비행선, UAV 등의 공중 플랫폼을 활용한 측위 알고리즘으로 동일 주파수 대역으로 통신과 측위를 동시에 제공하는 방식이다.
●강연내용: 스마트폰은 내 위치를 어떻게 알까요?
우리가 여행중에 낮선 곳에서 원하는 음식점을 찾아가고자 할 때 스마트폰에 간단하게 식사메뉴를 입력하기만 하면 지도위에 내 위치는 물론 내 위치를 중심으로 적절한 음식점들을 표시해 주고 길 안내도 해 준다. 이러한 놀라운 서비스가 가능하게 된 것은 4세대 이동통신(LTE), 무선랜(WiFi) 등 무선인터넷 통신과 스마트폰, 고성능 서버 등 컴퓨터의 덕택이지만, 좀 더 알아보면 그 핵심은 GPS라는 것을 알 수 있다.
본 강연에서는 항법시스템의 역사를 고대로부터 현재까지 알아보고 특별히 동물들의 자율항법 능력을 고찰해 본다. 인간은 동물들에 비해서 생체적인 자율항법 능력이 떨어지기 때문에 고대로부터 보조수단으로 항법기술을 개발하여 활용해 왔다. 그 대표적인 사례가 GPS인데, GPS 시스템의 위치추정 원리를 이해하고 이를 활용하는 분야에 대해서 살펴본다. GPS는 수신기에 도달하는 무선전파신호의 세기가 워낙 약해서 도심지역이나 실내 또는 지하 등에서는 신호가 차단될 가능성이 높다. 따라서 위성신호가 수신되지 않는 지역에서는 WiFi 또는 스마트폰에 내장된 센서들을 활용한 위치 추정 방법을 이용해야 한다. 이러한 실내 측위 기법과 그 활용 서비스 및 시스템들의 예를 살펴본다.
가까운 미래에 우리는 무인로봇, 무인자동차, 무인비행선, 드론 등을 활용할 것이다. 이러한 무인체계들이 점점 더 지능화되기 위해서는 자율항법 능력이 필수적이다. 하지만 GPS에 의존하는 자율항법은 무결성과 항시성을 보장하기 어렵기 때문에 한계를 가지고 있다. 따라서 무인체계에는 동물과 같이 생체적 인식을 통한 자율항법이 실행될 수 있어야 한다. 이러한 자율 항법의 실현 가능성을 청중들과 토의해보도록 한다.
●연구팀 및 연구 소개
아주대학교 임재성교수 연구팀은 미래창조과학부 산하 정보통신산업진흥원의 ITRC 연구지원 사업(2007~2014)으로 '국방 IT 전술통신 기술' 연구를 수행했다. 이러한 도움으로 NCW 작전환경에 요구되는 다양한 전술정보 및 통신체계의 핵심기술인 전술데이터링크, 군 위성통신, 상호운용성 및 NCW 사이버전 기술들을 연구해 왔으며, 아주대내에 대학원 'NCW학과(2007)'와 공군정보통신장교 양성을 위한 학부과정 '국방디지털융합학과(2015)'를 개설해 NCW분야에 특화된 IT인력을 교육하고 있다. 또한, 임재성교수는 국방전술통신 기술 및 NCW분야에 특화된 연구자로서 현재 국방부ㆍ합동참모본부, 방위사업청, 공군본부, 국방과학연구소 등의 자문위원으로 활동하고 있다.
최근 연구팀은 NCW 환경에 적합한 PNT 기술의 중요성을 절실히 인지하고 한국연구재단의 지원으로 '항공우주노드 통신 중계를 활용한 측위ㆍ통신 융합 기술' 연구를 수행하고 있다. 임재성교수 연구팀은 통신 단말들의 중계 능력을 활용한 독자적인 위치 추정 기법 및 시간동기 획득 기술을 개발했으며 이를 근간으로 측위ㆍ통신 융합 시스템기술 연구에 매진하고 있다. 또한 제안한 측위기술을 전술데이터링크와 5G 이동통신기술에 접목하기 위한 연구를 하고 있다. 연구팀은 제안한 측위ㆍ통신 융합기술의 실용성을 확보하여 우리나라 환경에 적합한 독자적인 지역 항법시스템 구축에 기여하고자 한다.
임재성 아주대학교 교수
※위 내용은 7월3일 금요일 오후 7시 광주과학교육연구원 3층 303호(동구 운림동)에서 개최되는 '금요일에 과학터치' 본 강연 내용이다.
