위성항법시스템은 다수의 항법위성으로부터의 전파를 이용해 사용자에게 정확한 위치와 시각 정보를 제공하는 시스템으로 미국의 GPS, 러시아의 GLONASS, 유럽의 Galileo, 중국의 Compass와 같이 전 지구를 대상으로 하는 Global Navigation Satellite System (GNSS)와 인도의 IRNSS, 일본의 JRANSS와 같이 자국과 주변국만을 대상으로 하는 Regional Navigation Satellite System (RNSS)로 나눌 수 있다. 우리나라에서는 미국 정부가 개발하여 미국 공군이 운영하는 GPS가 주로 사용되고 있지만, 주변지역 안보 및 정확도 향상을 목적으로 RNSS인 한국형 위성항법시스템 구축을 진행 중이다. 4차 산업혁명시대에는 각국의 위성항법시스템 구축 및 기술개발 경쟁이 치열해질 것으로 예측되며, 본 연구는 RNSS 구축 이후 필요할 수 있는 새로운 GNSS를 위한 위성군을 설계하는 문제를 다룬다. 위성군 설계는 위성군을 구성하는 각 위성의 궤도 별로 6개의 매개변수를 가지고 있으므로 이에 대한 최적화는 비선형성이 매우 높은 문제가 된다. 이러한 최적화 문제를 보다 간단히 하기 위해서는 위성들이 공통의 궤도 요소를 이용하도록 Walker, Stree-of-Coverage와 같은 위성군 패턴의 활용이 필요한데, 본 연구에서는 최근에 개발된 2-D Lattice Flower Constellation 패턴을 이용하였다. 또한, 전 지구 표면에 위치한 사용자에 대하여 시뮬레이션을 효율적으로 수행하기 위하여 3차원 상에 균일한 점을 분포하기 위한 준 동일면적 분할 알고리즘 (Quasi-equal Subdivision Algorithm)을 적용하였다. 최적화는 유전알고리즘(Genetic Algorithm)을 사용하였으며, 위성군의 항법 성능을 평가하기 위하여 Dilution of Precision (DOP)을 위치정확도를 평가하는 성능지수로 하였고, 위성군 내의 위성간 충돌방지를 위하여 위성간 최소거리를 구속조건으로 하였다. 최적화를 통해 제안된 GNSS 위성군은 갈릴레오의 성능과 비교하였다.

Keywords: GNSS, 2-D lattice flower constellations, genetic algorithm, DOP

Speaker Sanghyun Lee*