항공위성서비스(KASS)

왜 배우는가: 항공위성서비스(KASS)는 GPS 오차를 보정해 항공기에 정밀한 위치정보를 제공하는 국가 항행안전시설이다. 정밀접근(APV-I) 운항과 항공교통량 증대의 기반이 되어 실무에서 중요하며, 공항·항행시설 분야 시험에서 개념과 구축 효과를 묻는 문제로 자주 나온다.

출제 이력: 제132회 3교시 5번, 제128회 1교시 11번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의는 다음과 같다.

항공위성서비스(KASS)는 GPS 신호의 오차를 보정한 위치보정정보를 정지궤도위성으로 방송하여 항공기에 정밀한 위치정보를 제공하는 한국형 위성항법보정시스템이다.

핵심 키워드

• 항공위성서비스(KASS): 한국형 SBAS로, 공항시설법상 항행안전무선시설이다.
• SBAS: 위성항법보정시스템(Satellite Based Augmentation System)으로 GPS 오차를 보정한다.
• 위치보정정보: 전리층, 위성시계, 위성궤도 등의 오차를 정밀 보정한 정보다.
• 정지궤도위성: 적도 상공에서 지구 자전과 같은 주기로 공전하는 위성으로 보정정보를 방송한다.
• APV-I: 결심고도 75m의 수직유도 접근절차로, KASS가 목표로 하는 성능이다.
• 목표성능: 정확성, 연속성, 가용성, 무결성의 네 가지 요건이다.
• 지상기반시설: 기준국, 중앙처리국, 위성통신국, 통합운영실로 구성된다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 위성항법(GPS)은 위성 신호를 받아 위치를 계산하지만 대기층 통과 지연과 위성 궤도 오차 때문에 위치가 수십 미터까지 틀어질 수 있다. KASS는 지상의 기준국이 이 오차를 측정해 보정값을 만들고, 그 값을 정지궤도위성으로 보내 항공기가 바로 쓰게 하는 시스템이다.

정식 정의는 규정상 KASS를 공항시설법 제2조에 따른 항행안전무선시설인 한국형 SBAS로 정한다. SBAS는 GPS 신호의 오차를 보정한 정보를 정지궤도위성을 통해 사용자에게 전달하는 위성항법보정시스템이다.

핵심 용어를 풀이하면 다음과 같다.

• 위치보정정보: GPS 신호에 포함된 전리층, 위성시계, 위성궤도 오차를 보정하여 제공하는 KASS 정보다. 이것이 KASS의 핵심 산출물이다.
• 기준국: GPS 신호를 수신·수집하는 지상 시설이다.
• 중앙처리국: 기준국 데이터로 위치보정정보를 생성하는 시설이다.
• 위성통신국: 생성된 보정정보를 항공위성으로 송신하는 위성지구국이다.
• 무결성: 제공 정보의 정확성과, 오류 시 이용자에게 적시에 경고하는 기능을 포함한다.
• 가용성: 기능과 성능을 제공할 수 있는 정도다.

목표성능은 ICAO가 APV-I급 성능을 만족하도록 정한 정확성, 연속성, 가용성, 무결성의 네 가지 요건이다. 따라서 KASS를 설명할 때는 보정 기능과 함께 이 네 요건을 만족하는지가 평가 기준이 된다는 점을 함께 쓴다.

3. 등장 배경과 필요성

항공 분야는 운항경로 단축, 연료 절감, 지연 축소, 항로 수용력 증대가 요구되고 있다. 재래식 항행안전시설(VOR, DME, 계기착륙시설 등)만으로는 이 요구를 충족하기 어렵다는 한계가 있다. 이에 GNSS를 이용한 광역 위성항법보강시스템인 SBAS 도입이 검토되었다.

ICAO는 SBAS를 활용한 항공기 운항을 권고하고 있으며, 국내에서도 이에 맞춰 한국형 위성항법보강시스템인 KASS 개발이 추진되었다. 국토교통부는 항공교통량 증대와 항공안전 향상을 목적으로 KASS 구축 사업을 추진해 왔다.

구축 경과는 다음과 같다. R&D 사업비를 투자하여 한국항공우주연구원이 주관하였고, 국내에 기준국, 위성통신국, 통합운영국 등 지상 인프라를 구축하였다. 위성 발사 전에는 시스템 간 연결시험과 성능확인 시험을 진행하였고, 진공·고열·진동 등 우주환경을 반영한 위성기반 시험도 수행하였다.

또한 2022년 6월 23일에는 항공위성 1호기가 프랑스령 기아나 우주센터에서 발사되어 우리나라 전역에 정밀위치정보 서비스를 제공하는 기반을 마련하였다. 다만 발사 이후 운영 단계의 구체 성능 수치는 본 절의 근거 범위를 넘으므로 다루지 않는다.

국제적으로는 미국 WAAS, 유럽 EGNOS, 일본 MSAS, 인도 GAGAN 등 여러 지역 SBAS가 운영되고 있으며, 이들은 상호 호환 가능한 구조를 지향한다. KASS도 이러한 국제 SBAS 체계의 일원으로 편입되는 것이 목표다.

4. 구성요소·원리·절차

KASS는 위성 신호 오차를 보정한 정보를 정지궤도위성으로 방송하는 SBAS(위성항법보정시스템) 구조다. 지상에서 GPS 신호를 모아 보정값을 만들고, 그 값을 항공위성이 항공기에 다시 보내는 흐름이 핵심이다. 구성요소는 아래 표와 같이 다섯 부분으로 나뉜다.

기준국은 여러 곳에 분산 설치되고, 통합운영실은 주센터와 부센터로 나뉜다. 비상시 두 센터를 전환해 운영할 수 있다. 이는 단일 지점 고장으로 인한 서비스 중단을 줄이기 위한 구조다.

원리는 다음과 같다. 위성 신호는 전리층 통과 시 지연되고, 위성 궤도와 시계에도 오차가 있다. 기준국은 위치를 아는 고정점에서 이 오차를 측정한다. 중앙처리국은 여러 기준국의 측정값을 합쳐 보정값을 계산한다. 보정값과 함께 무결성 정보를 만들어 항공기가 오차 크기와 신뢰도를 판단할 수 있게 한다. 항공기는 보정값을 적용해 GPS 위치의 정확도를 높인다.

서비스 제공 절차는 다음과 같다.

• 기준국이 GPS 신호를 수신하고 원시 데이터를 수집한다.
• 중앙처리국이 수집 데이터로 위치보정정보와 무결성 정보를 생성한다.
• 위성통신국이 생성된 정보를 항공위성으로 송신한다.
• 항공위성이 우리나라 비행정보구역에 보정정보를 방송한다.
• 운영자가 통합운영실에서 24시간 감시하고 장애 시 복구하거나 항공고시보를 요청한다.

제8조에 따라 운영자는 24시간 감시·제어를 수행한다. 위치보정정보를 이용할 수 없으면 서비스를 중단해야 한다. 이 절차는 항공기가 잘못된 위치정보를 받지 않도록 막는 안전 장치다.

위치 정확도 개선 효과는 다음처럼 설명한다. GPS 단독 오차가 큰 구간에서 보정 후 오차가 크게 줄어든다. 이는 위치 오차 범위를 줄여 정밀접근 절차를 가능하게 한다. 목표성능은 정확성, 연속성, 가용성, 무결성 네 가지로 정의된다.

KASS는 기준국 관측, 중앙처리국 보정값 생성, 위성 방송의 세 단계로 동작하는 SBAS다.

5. 관련 법령·기준·표준

KASS의 운영 근거는 「공항시설법」과 「항공위성서비스(KASS) 운영 및 관리규정」이다. 법은 항행안전시설로서의 설치·관리 근거를 주고, 규정은 세부 운영 절차를 정한다. 운영 관리는 관리자와 운영자로 역할이 나뉜다. 관리자는 항공위성항법센터이고, 운영자는 위탁받은 기관이다.

위 표의 값은 운영규정 원문에 따른 것이다. 관리검사 결과의 보고 기한과 항공고시보 요청 시한도 같은 규정에 있다. 항공고시보는 사전계획 운용중지의 경우 최소 24시간 전 요청한다.

운영규정은 2023년 1월 1일 기준으로 3년마다 타당성을 검토하도록 정해져 있다. 위탁기관 지정 고시는 한국항공우주연구원을 위탁기관으로 지정하고, 위탁업무로 정밀위치정보 제공, 시설 관리·유지보수, 성능 감시를 규정한다. 국제 기준은 ICAO 부속서 10의 SBAS 표준을 따른다.

6. 유형과 비교

항공위성서비스(KASS)는 GPS 오차를 보정하는 방식과 운영 주체에 따라 여러 방식과 비교된다. 가장 흔히 비교되는 것은 지상 기반 보강시스템(GBAS)과 SBAS의 차이, 그리고 SBAS 내부의 주파수 구성이다. 아래 표는 SBAS와 GBAS를 보정 전달 경로, 적용 범위, 정밀 접근 수준 측면에서 나눈 것이다.