위성을 이용한 국내외 위험유해물질 (HNS) 원격탐지기술의 현황을 살펴보고 탐지기술의 활용가능성을 고찰하였다. 현재까지 위성기반 HNS 탐지기술은 기름유출사고를 중심으로 이루어져 왔다. 기름유출의 경우, 인공위성 SAR(Synthetic Aperture Radar)와 가시 광센서 등을 이용한 다양한 탐지기법들과 그 적용 사례들이 여러 선행연구를 통해 보고된 바 있다. 반면, 기름을 제외한 물질탐지를 위한 기반기술 개발은 현재까지 미미한 실정이다.

네트워크 RTK는 네트워크 내 다중 기준국의 반송파 측정치 보정정보를 활용하는 정밀 측위 기법으로 성능 개선을 목적으로 꾸준히 연구가 진행되어 왔다. 최근까지는 주로 측지 측량 분야에서 사용하였기 때문에 정확도 개선을 위한 연구 위주로 진행되었으며, 무결성 확보를 위한 연구는 아직 미비하다. 본 논문에서는 네트워크 RTK에서의 무결성 확보를 위한 기초연구로 네트워크 RTK 환경에 적합한 감시 시스템을 설계하였다. 이를 위하여 네트워크 RTK에서의 무결성 결함 조건을 도출하고, 각 결함 조건 별로 활용할 수 있는 이상 검출 및 식별 기법을 소 개하였으며, 이를 기반으로 네트워크 RTK를 서비스하는 중앙처리국에서 활용할 수 있는 감시 시스템을 설계하였다.

GNSS를 이용한 정밀측위에서 미지정수 결정은 가장 중요한 과정이다. 정확한 미지정수를 추정하는 경우에는 수 mm에서 수 cm 의 정밀한 측위결과를 가져오지만 부정확한 미지정수를 사용하는 경우에는 측위결과의 정확도와 정밀도를 보장할 수가 없다. 미지정수 결정 은 IR(Integer Rounding), IB(Integer Bootstrapping), ILS(Integer Least Squares) 등의 기법을 기반으로 수행할 수 있다. 이중에서 ILS는 이 론적, 실험적으로 가장 좋은 성능을 보여준다. 하지만 다른 기법들과 달리 ILS는 미지정수에 대한 후보를 검색하기 때문에 올바른 미지정수 를 판단하기 위한 타당성 검정이 필요하다. 본 논문에서는 타당성 검정 기법간의 실험적인 비교 분석을 수행한다. 실험에는 타당성 검정 기법 으로 자주 쓰이는 R-ratio, F-ratio, W-ratio가 사용되었다. 각 타당성 검정 기법의 성능을 정상동작, 검출, 미검출, 오검출로 나누어 평가하였 다. 실험결과로 각 타당성 검정 기법의 장단점이 분명하게 나타났으며, 이를 통해 적용환경에 따라 기법이 선택되어야 함을 확인하였다

해양 사고는 대부분 지형지물, 혼잡한 해상교통 및 기상악화 등에 의한 충돌 사고이다. 따라서 안전한 통항을 위해서는 정확한 정보를 토대로 사전에 통항안전을 판단하여야 하지만, 정보가 부족하거나 부정확하다면 통항안전 판단이 어렵게 된다. 따라서 다양하고 정확한 환경 정보를 토대로 사전에 통항안전을 정확하게 제공할 수 있는 시스템이 필요하다. 본 논문에서는 선박의 통항안전을 예측하는 시스템을 구성하였다. 제안한 시스템은 항로 내 지형지물 정보에 대한 데이터베이스를 포함하며, 정확한 위치 정보를 토대로 현재 선박의 위치와 각 요소 사이의 수평 또는 수직 간격을 계산한다. 본 논문에서는 정확한 선박의 3차원 위치를 구하기 위하여, PPP 기반의 GPS 항법 알고리즘을 적용하였다. 또한, 기상악화로 인하여 시계가 불안정하더라도 항해가 가능하도록 데이터베이스 기반의 3차원 모니터링 기능을 추가하였다. 아울러 실제로 경인아라뱃길과 선박의 정보를 이용하여 시스템을 구성하고, 기능 및 성능을 평가하였다.

개선된 정확도 성능을 확보하기 위하여 보강 시스템을 이용한 많은 연구가 진행되고 있다. 네트워크 RTK는 다중 기준국의 반송파 측정치 보정정보를 이용하여 시공간 오차를 보강한 측위성능을 얻기 위한 기법으로 현재에도 꾸준히 연구되고 있다. 그러나 성능개선을 목적으로 한 알고리즘 개선안에 대한 연구는 지속적으로 연구되었지만, 무결성 확보를 위한 연구는 아직 미비하다. 본 논문에서는 네트워크 RTK에서의 무결성 확보를 위한 기초연구로 위성이상이 발생한 경우에 이상을 검출하고 이상 위성을 식별할 수 있는 알고리즘을 제안하였다. 그리고 GSS7700 모델의 상용 시뮬레이터를 사용하여 오차 시나리오가 인가된 위성 신호를 생성하고, DL-V3 모델의 이중주파수용 상용 수신기를 사용하여 수신한 데이터를 사용하여 제안한 알고리즘의 이상 검출 성능을 검증하였다.

TDOA 기법은 위치추정 기법의 하나로 간단한 구조와 높은 정확도를 가지는 장점으로 인해 실내측위, 재머 위치추적, 인명구조 등에 자주 사용된다. 본 논문에서는 MPM(Matrix Pencil Method)를 이용한 고분해능 TDOA 추정 기법을 제안한다. 제안된 기법은 기존의 교차상관을 이용한 TDOA 기법에 비교하여 높은 정확도를 가지며 협대역 신호에 적용이 가능하다. 또한 잘 알려진 고분해능 기법 중 하나인 MUSIC(Multiple Signal Classification)에서 공분산 행렬을 사용하는 것과 달리 수집된 데이터를 바로 행렬로 만들어 사용하므로 복잡성이 낮은 특징이 있다. 제안된 기법의 성능을 검증하기 위해 소프트웨어 시뮬레이션 통해 추정 오차와 연산량 측면에서 MUSIC 기법과 비교하였다.

태양 흑점수의 증감주기 (약 11년)에 따른 태양폭발 (태양에서의 플레어 현상)은 태양 코로나 물질을 대방출하는 태양폭풍을 야기한다. 미국해양대기청 (NOAA: National Oceanic and Atmospheric Administration)은 태양 흑점활동이 2013년과 2014년 사이에 극대화 될 것이라고 예상했다. 강력한 태양폭풍의 영향이 지구에 미쳤을 경우 인공위성을 이용한 전 세계 측위시스템의 교란, 각종 통신수단 및 TV, 라디오 방송 등이 영향을 받을 것으로 예상된다. 실제로 1989년 태양폭풍은 캐나다에서 정전사태를 일으켜 9시간동안 약 600만 명이 정전으로 인한 피해를 입은 사례가 있다. 이와 같은 초강력 태양폭풍은 인공위성의 수명을 약 5~10년 정도 단축시키며 이로 인한 경제적 손실 및 파급효과를 고려하면 액수는 수십조 원에 달할 것으로 예상된다. 최근 2011년 2월 15일 10시 45분경 (01:30 - UTC)에 발생했던 X급 태양폭발에 의해 발생한 태양폭풍의 영향이 2011년 2월 18일 오전 10시 30분경 우리나라 (보현산 관측소)에서 관측되었다. 본 논문에서는 현재 흑점수가 증가하고 있는 시점에서 2월 18일의 태양폭발 일주일 전후 지자기 데이터를 비교하고, 또한 대전과 서울지역에서 관측한 RINEX 데이터를 이용하여 측위결과를 비교 분석하였다. 태양폭풍이 지구에 도달한 2011년 2월 18일의 지자기 관측값은 일주일 전후 데이터와 비교하여 양자(Proton) 자력계 관측결과가 요동하였고, 대전과 서울지역에서의 측위결과도 태양폭풍 일주일 전후와 비교하여 2월 18일에 가장 큰 측위오차를 보였다.

현재 선박들은 교량 및 시설물 통과시 선박의 흘수에 토대를 둔 대략적인 예측치로 안전통항 높이를 결정하고 있으나 표준선박을 제외한 바지선 등이 항해시 바다의 조석간만에 따라 안전통항 높이 예측치가 부정확할 때가 종종 있다. 또한 지구 온난화 및 국지적 해면 상승으로 인한 해양재난으로 인명피해와 재산피해가 점차 급증하고 있으며, 지진이 아닌 유사 재난해파에 대해서는 경고할 수 없는 문제가 상존하고 있다. 본 논문에서는 선박 등이 안전통항을 가능하게 하고, 쓰나미와 같은 재난해파로부터 피해를 절감시키기 위해 필요한 위성항법 기반의 정밀수직측위 기술들 중 해양 정밀측위 활용을 위한 GPS 정밀위성궤도의 보간에 관한 연구를 수행하였다. 본 논문에서 사용하는 GPS 정밀위성궤도는 국제 GNSS 서비스 기구인 IGS로부터 제공받을 수 있지만 데이터 간격이 15분으로 실시간 정밀측위시 최대 15분의 위성궤도 지연으로 오차가 발생한다. 따라서 본 논문에서는 실시간 정밀측위 오차를 줄이기 위해 보간시 발생하는 발진현상을 효과적으로 제거하는 방법을 제안하였으며, 마지막으로 보간된 GPS 위성궤도의 정확도를 분석하였다.

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.

미래 항만내 항법에서 요구하는 sub-meter 수준의 위치정확도를 만족하기 위해 DGPS와 같은 위성전파항법 보강시스템의 활용이 필요하다. 일반적으로 해양에서 사용하는 DGPS 기준국용 수신기는 RSIM Ver. 1.1에서 제시한 DGPS 기준국용 수신기 성능 요구사항을 만족해야 하고, 이에 대한 성능검증이 필요하다. 본 논문에서는 해양에서 사용하는 DGPS 기준국용 수신기의 성능검증방법을 제안하였다. 그리고 제안한 DGPS 기준국용 수신기 성능검증 방법으로 실시한 상용 DGPS 기준국용 수신기의 성능검증 실험을 통하여 제안한 성능검증 방법을 검증하였다.

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.

GPS로 대표되는 위성항법시스템은 위치와 시각 분야 인프라로 그 중요성이 매우 커지고 있다. 또한 위성항법시스템을 사용하고자 하는 분야에서는 위성항법시스템의 예기치 못한 고장으로 인한 피해를 방지하거나 최소화하기 위한 노력도 하고 있다. 이는 위성항법시스템의 고장은 경제적인 손실뿐만 아니라 사회적으로도 큰 영향을 줄 수 있기 때문이다. 현재 해양수산부에서 운영하고 있는 NDGPS 망은 해양 분야를 위한 서비스를 넘어서 내륙을 포함한 국내의 모든 위성항법시스템 사용자를 위한 인프라로 발전되고 있고 국내의 각 기관 및 관련 단체에서는 이를 다양한 분야에 적용하려는 노력들이 활발히 진행되고 있다. 본 논문은 현재 운영되고 있는 NDGPS 기준국과 감시국에서 수행하고 있는 무결성 감시가 실제 위성 고장과 관련된 데이터 분석을 통해 위성 고장에 적절히 대응하기에는 부족함을 보이고, 무결성 감시기능 고도화를 위한 검사 기법별로 NDGPS 망에 적용하기 위해 요구사항을 분석하여 기존 NDGPS 망의 구조를 그대로 유지하면서 적용 가능한 검사 기법을 제시하였다.

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.