본 논문은 지상파 기반의 측위·항법·시각(PNT, Positioning, Navigation, and Timing) 서비스의 대표격인 eLoran(enhance LOng RAnge Navigation) 시스템의 시각동기 성능 모니터링 시스템의 설계에 관한 것으로서, GNSS(Global Navigation Satellite System)의 신호 취약성에 따른 시각동기시스템의 한계에 대해 설명하고, 이에 대한 백업시스템으로 대표적 지상파항법시스템인 eLoran 시스템의 시각동기 성능모니터링 시스템에 대해 중점적으로 다룬다. eLoran 시스템을 이용한 시각동기 서비스 및 이에 대한 성능감시를 위한 보정기준국(dLoran, differential Loran) 관점에서의 시각동기 성능모니터링 시스템의 구성과 그 요구성능에 대해 설명한다. 또한 eLoran 테스트베드 환경 내 시각동기 모니터링 시스템의 장기 시범운영을 통해서, eLoran 시각동기서비스의 성능을 분석한다. 시각동기 성능모니터링 시스템을 이용한 성능 분석결과 보정 전 43.71 ns, 보정 후 22.52 ns (rms)의 시각정밀도를 나타내었으며, 이를 통해서 정밀시각 동기원으로 eLoran 서비스가 충분히 GPS 백업 시각동기시스템으로 활용이 가능함을 확인할 수 있었다.

위성신호 반사계측(GNSS-Reflectometry) 기술은 위성으로부터 전송되는 신호의 지표면 혹은 해수면에 반사되는 신호를 측정하여 분석하는 기법으로서, 해수면 높이측정, 태풍 및 기상이변, 그리고 토양의 수분 및 적설량 측정 등에 활용되고 있다. 본 논문에서는 GNSS-R 기술의 해양 활용확대와 그 가능성을 살펴보기 위하여, 위성신호의 신호대잡음비를 이용하는 GNSS-R 기술의 개념과 측정원리에 대해 설명하고, 국제적인 활용 사례를 조사하여 제시하였다. 특히 GNSS-R 기술을 기존 DGNSS 기준국 및 상시관측소 인프라를 이용하여 해양안전 및 환경 모니터링에 활용 가능할 뿐만 아니라, 지상 및 해양기준국, 위성기반, 해상선박 탑재 측면에서의 해양 응용 가능분야를 조사하여 제안하였다.

20세기 중반이후 항법 시스템의 개발동기 및 유지는 군사적인 전술목적에 있었다고 말할 수 있다. 제2차 세계대전 이후 미소간의 냉전기간 중에도 양국은 각기 대응되는 첨단 항법시스템을 경쟁적으로 개발구축하여 왔다. 이러한 시스템들은 점차 군사목적 외에 일반에 공개되어 국가간 물류(物流)의 이동과 같은 경제 수송 활동에 있어 핵심역할을 담당하고 있다. 항법시스템은 크게 지상계시스템과 위성계시스템으로 나눌 수 있다. 지상계시스템의 대표적인 시스템은 로란-C(Long Rmge Navigation)이고, 위성계시스템의 대표적인 시스템으로 GPS를 말한다. 로란-C 시스템은 미국, EU, FERNS(Far East Radionavigation Service)둥 전 세계 국가 해상 및 육상에서 많이 이용한 시스템이지만, 현재는 그 역할을 위성항법 시스템인 GPS 및 DGPS가 많은 부분을 차지하고 있다. 위성계시스템의 획기적인 발전에 따라 지상계 중장거리 측위장치로는 유일하게 세계적으로 운영되고 있는 로란-C의 운영이용자의 감소와 더불어 로란-C항법장치의 역할에 대한 논란이 대두되고 있어 로란-C 항법 시스템의 실태와 활용방안에 대해 조명해보고, 우리나라 로란-C의 올바른 발전방향에 대해서 논의한다.

선박의 안전운항을 위해서 설치되어 있는 많은 수의 등대를 관리하기 위해서는 유지비가 과다하게 지출되고 있는 것이 현재의 상황이다. 이러한 이유로 등대를 원격 제어하는 시스템이 실제 운용되고 있지만, 위성 망이나 RF 망을 이용하기 때문에 과다한 통신비용이 발생하고, 단지 측정 데이터만을 전송하므로 실제 등대의 상태를 파악하기 어렵다. 따라서, 본 논문에서는 도서지역까지 확대된 이동 통신기술인 CDMA방식을 이용하여 등대를 양방향으로 원격 제어하고 감시하는 등대 원격 제어 시스템을 구축하여 그 효용성음 확인하였다.

본 논문에서는 체인을 선택하지 않고 수신된 모든 Loran-C 신호를 이용하여 위치를 측정하는 방법을 제안하였다. Loran-C 수신기 는 여러 체인 중 하나만을 선택하여 해당 체인에 속한 송신국 신호만을 위치 측정에 사용한다. 이에 따라 수신기가 위치를 계산하기 위해 사용 하는 신호의 수는 일반적으로 3∼5개로 제한된다. 만약 더 많은 신호를 사용하여 위치를 측정할 수 있다면 수신기의 측위 성능은 정확도와 가용성 측면에서 향상될 것이다. 다음으로 제안하는 방법의 유효성 여부를 확인하기 위해 실측 시험을 수행하였다. 육상 정지측위 시험 결과를 분석함으로써 제안하는 방법으로 위치 측정이 가능함을 확인하였다. 또한, 해상 이동측위 시험 결과는 일반적인 Loran-C 수신기가 위치를 측 정할 수 없는 상황에서 다중 체인 ToA 측위 방법으로 위치를 측정한 하나의 예시를 보여준다.

다른 응용분야에 비하여 개략적인 성능을 요구했던 해양 분야에서도 최근 들어 항만 영역에 따라 수치적으로 구체화된 성능을 요구 하고 있고, 측위 정확도뿐만 아니라 무결성, 연속성, 가용성 면에서도 보장을 요구하고 있다. 현 DGPS 기준국의 서비스를 사용하는 사용자 입 장에서, DGPS 서비스는 아직 IMO에서 요구하는 성능을 모두 만족시키기에 불충분하다. 특히, HEA 영역에서 요구하는 측위 정확도 수준은 대 부분 만족하나 무결성 측면에서는 성능을 보장할 수 없다. 본 논문에서는 기존 DGPS 기준국의 감시, 보장, 공지 기능을 강화하여 무결성 측면 에서 보강하기 위한 향상된 감시 개념을 제안하고자 한다. 이를 위하여 현재 DGPS 서비스 감시 기능의 취약점을 제시하고 이에 대한 영향을 분석하였으며 이를 토대로 대책을 마련하였다. 본 연구결과는 추후 DGPS 서비스 개선을 위한 기초연구로 활용할 수 있을 것이다.

본 논문에서는 위성항법시스템(GNSS)의 다양화에 따른 DGNSS 기준국(RSIM, Reference Station and Integrity Monitor)의 재구축 을 위하여, 유럽연합(EU) 위성항법시스템인 Galileo의 E1 의사거리 보정정보 생성 알고리즘과 GPS/Galileo 시뮬레이션을 통한 성능검증에 대 해 다룬다. 먼저 DGPS RSIM에서 DGNSS RSIM으로 전환을 위한 운영적 측면에서의 기술 및 메시지 표준과 사용자 방송 측면에서의 메시지 표준에 대해 살펴본다. 일반적으로 GNSS의 의사거리 보정을 위해서는 정확한 GNSS 위성위치와 사용자 위치를 알아야만 한다. 그러므로 Galileo 위성위치를 정확하게 계산하기 위해서, Galileo ICD 문건의 위성위치 계산식을 이용하여 사용자 수신기에서 제공하는 궤도력 정보를 기 반으로 해당 위성 위치를 추정한다. 그리고 위성시계 옵셋과 사용자 수신기의 시각오차, GPS와 Galileo 위성의 시스템 타임 옵셋을 계산하여 GPS/Galileo 의사거리 보정정보를 생성한다. GPS/Galileo 시뮬레이터를 연동한 성능검증 플랫폼을 기반으로 GPS/Galileo 보정정보의 오차를 분석하고, 측위정확도를 분석하여 그 성능을 검증하였다. 국제기구(RTCM)에서 요구하는 기준국 운영을 위한 측위 성능을 충족할 수 있음을 확인하였다.

현재 운영되고 있는 해양용 DGPS 시스템은 하드웨어 RSIM 방식으로서 DGPS 구조개선시 고려해야 할 위성항법시스템의 다원화와 미래 해양 사용자의 최소 요구성능을 만족시킬 수 있는 기술 적용에 효율적이지 못하다는 문제가 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 소프트웨어 RSIM 방식으로 해양용 DGPS 시스템을 구조개선하는 방안을 연구한다. 이를 위해 본 논문은 해양용 DGPS 시스템에 적합한 소프트웨어 RSIM 방식을 제안하고, 제안한 방법의 기술적 타당성 분석을 위하여 광대역폭, 높은 표본화 주파수, 데이터 고속전송 사양을 갖는 RF 모듈과 DSP 모듈을 제작하며, 이를 이용하여 제안한 방법을 적용한 해양용 DGPS 시스템을 구현한다. 그리고 신호처리 소요시간 분석을 통하여 개인용 컴퓨터 환경에서 제안한 소프트웨어 RSIM 방식이 실시간으로 운영됨에 문제가 없음을 보인다. 마지막으로 본 논문은 제안한 방법으로 설계된 DGPS 시스템의 보정정보 정확도가 RTCM 221-2006-SC104-STD을 통해 규정된 국제기구 요구성능을 만족시키고 있음을 확인한다.

본 논문에서는 DGNSS의 현대화에 대비하고 국제적으로 논의되고 있는 소프트웨어 기반 RSIM 시스템의 기능구현을 위하여, 해양용 DGPS 기준국의 무결성 감시 기능을 설계한다. 무결성 감시국(IM)의 핵심 기능은 기준국 시스템 이상에 따른 알람정보의 생성과 피드백 메시지를 기준국(RS)으로 전송하는 것이다. 이러한 무결성 감시 기능의 설계 및 실험적 차원의 성능 검증을 위하여, 먼저 소프트웨어 RSIM의 아키텍처에 대해 살펴보고, 다음으로 RTCM SC-104 RSIM의 해양용 DGPS 기준국 무결성 감시를 위한 성능 표준에 대하여 분석한다. 그리고 성능표준에 기반한 무결성 감시국 기능을 설계하고, 무결성 정보 생성 및 처리과정을 제시한다. 마지막으로 GNSS 시뮬레이터를 이용한 실험을 통해 무결성 감시국 기능의 성능분석 결과를 제시하고 시스템 구현을 위한 향후 연구방향에 대해 논의한다.

E-navigation 전략의 핵심 장비인 전자해도표시시스템(ECDIS)과 선박자동식별장치(AIS)등의 출현으로 항해사는 전자항해 방식에 적응하며 편리성과 효율성으로 인해 전자항해장비에 의존하게 되었다. 현재의 첨단항해장비는 e-input인 측위정보가 필요하나, 신뢰할 수 있는 측위정보는 제한되어 있으며 고정적이라 할 수 있다. 결과로 첨단항해장비의 운용 및 해양분야의 위치정보 이용을 위해 주 측위시스템의 고장에 대비한 백업 측위시스템이 필요하게 되었다. 즉, 주 측위시스템에 고장이 발생하여 측위시스템으로부터 위치정보를 제공받지 못할 경우, 전파측위시스템 이외의 측위도구를 준비하여야 한다. 본 연구에서는 항만 내 항해 및 위치정보 서비스의 요구를 만족하기 위해 측위시스템을 분석하여 주시스템, 백업시스템의 적절한 조합을 통해 항만측위시스템 이중화 설계를 목적으로 한다.

다기준 의사결정 문제에서 요인간의 가중치 계산과 계산된 요인의 평가값 종합화는 매우 중요하다. 본 연구에서는 다기준 의사결정 문제에 있어서 의사결정자의 의사전략 결합기법과 다기준의사결정 문제로의 적용을 연구하였다. 복잡한 환경에서 의사결정을 할 때 발생되는 모호함을 해결하기 위해 주관적 의견을 결합한 퍼지지합 이론을, 다기준 문제의 요인을 퍼지값으로 계층화하기 위해 계층분석법을 적용하였다. 또한, 의사결정자의 의사전략을 결합하기 위해 순위 가중치평균법을 이용하였다. 순위가 있는 가중치 평균방법은 퍼지집합의 orness 특성을 이용하여 의사결정자의 주관적 의지를 반영할 수 있는 기법으로, 순위가중치평균(OWA) 연산자에 따른 낙관적 혹은 비관적인 정도에 따라 주관적인 의도를 반영할 수 있는 방법이다. 다기준의사결정 문제의 적용사례로서 해상교통안전을 위한 대기정박지의 위치분석 문제를 본 연구에서 제시한 방법에 따라 적용하였다.

선박운항에 있어서, 안전 운항환경 조성과 비용 효율성, 고정확성과 보안을 목적으로 IMO에서는 E-Navigation의 개념이 대두되어, 다양한 전자항해통신기술 서비스를 효율적으로 활용하기 위한 전략적 비전을 제시하고 있다. 따라서 본 논문에서는 E-Navigation 서비스를 위한 기반연구로서, 육상 광대역 솔루션의 하나인 Mesh Network를 이용하여 해상 정보네트워크를 설계한다. 구체적인 연구방법으로 먼저 국제적인 항만 네트워크 연구 현황에 대해 분석하고, E-Navigation을 위한 해상 네트워크 요구사항을 분석한다. 그리고 Mesh Network 시스템을 기반으로 하는 해상 정보네트워크를 설계하여 그 유용성을 살펴본다.

수로정보의 다양한 사용으로 해양지리정보의 상호운용성에 대한 필요성이 증가됨에 따라 개방형지리정보위원회(OGC)는 지리정보의 상호운용을 위한 표준인 GML을 수립하였다. GML은 지리정보의 모델링, 전송, 저장을 위해 XML 스키마 문법에 따라 작성된 XML 언어로서 피쳐, 참조체계, 지오메트리, 토폴로지, 시간, 측도 등의 지리체계를 설명하기 위한 객체를 포함하고 있다. 한편, S-57은 수로정보 전송을 위한 국제수로기구(IHO)의 표준으로 다양한 수로정보를 위한 표준임에도 불구하고 표준에서 채택하고 있는 구조의 한계로 인해 전자해도(ENC) 제작 목적으로 한정되어 사용되었다. 이를 개선하기 위해 IHO는 신규 표준을 준비하고 있으며 특히, GML은 모델링 및 엔코딩 도구로 사용될 것으로 전망되고 있다. 전자해도는 해상교통에 사용될 수 있는 가장 신뢰성 있는 정보로서 그 가치가 인정되나 전자해도 활용을 위한 GML 개발연구는 진행된 바 없다. 이에 본 연구에서는 전자해도 GML 변환을 위한 기초 연구로서 GML 작성을 위한 응용 스키마 개발기법 및 방안에 대해 연구하였다.