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글로나스

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목차

1. 개요

글로나스(GLONASS)는 러시아가 개발한 전 지구 위성 항법 시스템으로, 군사 및 민간 사용자에게 실시간 위치 및 속도 정보를 제공한다. 1960년대 후반부터 개발이 시작되어 소련 붕괴 이후 러시아 연방 정부가 개발과 운영을 이어받았다. 2000년대 초반 시스템 복구 계획을 통해 위성 수를 늘리고 정확도를 향상시켰으며, 2017년부터는 러시아 내 판매 차량에 글로나스 단말기 탑재를 의무화했다. 글로나스는 3개의 궤도면에서 24개의 위성으로 구성되며, GPS와 같은 다른 위성 항법 시스템과의 상호 운용성을 위해 노력하고 있다.

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글로나스
기본 정보
글로나스 로고
국가소비에트 연방 (현재 러시아)
유형군사, 민간
상태운용 중
운영자로스코스모스 ()
적용 범위전 세계
정확도2.8–7.38 미터
위성 (정규)24
위성 (현재)26
첫 발사1982년 10월 12일
마지막 발사2023년 8월 7일
궤도 체제3 × 중궤도 평면
궤도 고도19,130 km
궤도 주기항성일, 11시간 16분
재방문 주기8 항성일
웹사이트glonass-iac.ru/en
명칭
추가 정보
주요 특징GPS와 결합하여 사용 시 이점이 있음. 특히 고위도 지역에서 GPS 단독 사용 대비 정확도가 향상됨
지원최신 엑스페리아 휴대폰에서 지원
비밀 탑재물일부 위성에는 비밀 탑재물이 있음

2. 역사

글로나스는 1960년대 후반부터 1970년대 전반에 걸쳐 소련이 개발을 시작한 위성항법시스템이다. 당시 소련은 치카다 위성항법시스템을 사용하고 있었으나, 위치 확인에 시간이 오래 걸려 신세대 탄도 미사일 유도에는 부적합했다.

1968년부터 1969년까지 소련 국방부 연구소, 러시아 과학 아카데미(당시 소련 과학 아카데미), 러시아 해군(당시 소련 해군)은 육해공우주 전력을 위한 단일 항법 시스템 개발에 협력했다. 1970년에 시스템 요구 사항 문서가 작성되었고, 1976년 12월에는 소비에트 연방 공산당 중앙위원회와 소비에트 연방 최고회의 간부회의 승인을 받아 GLONASS 개발 계획이 확정되었다.

1982년부터 1991년 4월까지 소련은 총 43기의 GLONASS 관련 위성과 5기의 시험 위성을 발사했다. 1991년에는 2개 궤도면에 12기의 GLONASS 위성이 운영되어 제한적인 사용이 가능했다.[12]

1991년 소련 붕괴 이후 러시아 연방 정부가 GLONASS 개발 및 운영을 이어받았다. 1993년 9월 24일 보리스 옐친 대통령은 공식 운영 개시를 선언했으나, 24기 위성이 모두 운영을 시작한 것은 1996년 1월 18일이었다.

그러나 이후 러시아의 경제난으로 시스템 유지가 어려워져 기능이 점차 상실되었다. 2001년에는 운영 중인 위성이 6~8기까지 줄었다.

이에 러시아 정부는 2001년 8월 20일 "Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema" 특별 프로그램을 시작하여, 2011년까지 24개 위성을 배치하여 전 세계적인 위치 확인이 가능한 완전한 상태로 복구할 계획을 세웠다.[81]

2007년 10월 26일과 12월 25일에 총 6기의 위성이 추가 발사되었고, 2008년 12월에는 20기 체제가 구축되어 러시아 전역 및 지구 전체의 약 98%에서 신호 수신이 가능해졌다.[85]

2011년 2월 25일에는 새로운 글로나스-K 1호기가 발사되었고,[88] 2011년 4월 7일에는 새로운 CDMA 신호인 L3 대역 신호가 처음으로 송신되었다.[89] 2012년 2월에는 시스템이 정상 운영 중이었으며, 총 31기 중 24기가 작동 중이었다.[90]

2017년 1월부터 러시아 국내에서 판매되는 모든 자동차에 글로나스 단말기 탑재가 의무화되었다.[91]

2017년부터는 글로나스-K2, 글로나스-VKK 위성 투입 계획과 시스템 정확도 향상 계획이 발표되었다.[92] 2018년에는 여러 차례 위성 신호 두절 및 복구 사건이 있었다.

날짜사건비고
4월 19일글로나스-M 734호 신호 두절[96]6월에 756호 위성으로 교체[97]
4월 25일글로나스-M 723호 신호 두절[98]이후 복구[99]
5월 1일글로나스-M 743호 정비 위해 궤도 이탈[100]이후 복구
6월 26일글로나스-K 702호 정전정비 작업을 위해 궤도에서 일시 이탈[97]


2. 1. 소련 시대

1960년대 후반부터 1970년대 전반에 걸쳐 소련은 새로운 위성항법시스템의 필요성과 이점을 인지하고 있었다. 당시 소련이 사용하던 치카다 위성항법시스템은 고정 지점이나 속도가 느린 선박 등에서 매우 높은 정확도를 낼 수 있었지만, 위치를 확인하기 위해 수신기가 수 시간 동안 신호를 처리해야 했기 때문에 많은 용도, 특히 신세대 탄도 미사일 유도에는 사용할 수 없었다.

1968년부터 1969년에 걸쳐 소련 국방부 연구소와 러시아 과학 아카데미(당시 소련 과학 아카데미), 러시아 해군(당시 소련 해군)은 육해공우주 전력을 위한 단일 항법 시스템을 개발하기 위해 협력했다. 이 협력을 통해 1970년에 시스템 요구 사항 문서가 작성되었다. 6년 후인 1976년 12월, "통합 위성항법시스템 GLONASS 배치에 관하여"라는 제목의 GLONASS 개발 계획이 소비에트 연방 공산당 중앙위원회와 소비에트 연방 최고회의 간부회의 승인을 받았다.

1982년부터 1991년 4월까지 소련은 총 43기의 GLONASS 관련 위성과 5기의 시험 위성을 성공적으로 발사했다. 1991년 시점에서 2개의 궤도면에 12기의 활동 중인 GLONASS 위성이 존재하여 시스템의 제한적인 이용이 가능했다.[12]

2. 2. 러시아 연방 시대

2008년부터 글로나스(GLONASS)에 사용하기 위한 새로운 코드분할다중접속(CDMA) 신호에 대한 연구가 진행되었다.[16][17][18][19][20][21][22][23][30] 2016년 8월에는 글로나스 CDMA 신호에 대한 인터페이스 제어 문서가 발표되었다.[24]

글로나스 개발자들에 따르면, 세 개의 공개 CDMA 신호와 두 개의 제한된 CDMA 신호가 있을 것이다. 공개 신호 L3OC는 1202.025 MHz 중심 주파수를 사용하며 데이터 및 파일럿 채널 모두에 대해 BPSK(10) 변조를 사용한다. 측정 코드는 초당 1023만 개의 칩을 전송하며, 동위상 데이터와 직교 파일럿을 사용하는 QPSK를 사용하여 반송파 주파수에 변조된다. 데이터는 5비트 바커 코드로 오류 부호화되고 파일럿은 10비트 노이만-호프만 코드로 오류 부호화된다.[25][26]

공개 L1OC 및 제한된 L1SC 신호는 1600.995 MHz 중심 주파수를 사용하며, 공개 L2OC 및 제한된 L2SC 신호는 1248.06 MHz 중심 주파수를 사용하며 글로나스 FDMA 신호와 중첩된다. 공개 신호 L1OC 및 L2OC는 데이터 신호에 BPSK(1) 변조를, 파일럿 신호에 BOC(1,1) 변조를 사용하여 시분할다중화(TDM)를 통해 파일럿 및 데이터 신호를 전송한다. 광대역 제한 신호 L1SC 및 L2SC는 데이터 및 파일럿 모두에 대해 BOC(5, 2.5) 변조를 사용하며, 공개 신호에 대해 직교 위상으로 전송된다. 이는 협대역 공개 신호의 중심 주파수에서 피크 신호 강도를 멀리 배치한다.[22][27]

표준 GPS 및 글로나스 신호에는 이진 위상 편이 변조(BPSK)가 사용된다. 이진 오프셋 반송파 변조(BOC)는 갈릴레오, 현대화된 GPS 및 베이두-2에서 사용되는 변조 방식이다.

CDMA 신호의 항법 메시지는 일련의 텍스트 문자열로 전송된다. 메시지는 크기가 가변적이다. 각 의사 프레임은 일반적으로 6개의 문자열을 포함하며 현재 위성의 에페머리스(문자열 유형 10, 11 및 12 순서대로)와 3개의 위성에 대한 역서의 일부(유형 20의 세 개의 문자열)를 포함한다. 현재 24개의 모든 위성에 대한 전체 역서를 전송하려면 8개의 의사 프레임으로 구성된 슈퍼프레임이 필요하다. 향후에는 30개의 위성을 모두 포함하도록 슈퍼프레임이 10개의 의사 프레임으로 확장될 것이다.[28]

메시지에는 지구 자전 매개변수, 전리층 모델, 글로나스 위성의 장기 궤도 매개변수 및 코스파스-사르삿(COSPAS-SARSAT) 메시지가 포함될 수 있다. 시스템 시간 마커는 각 문자열과 함께 전송된다. 윤초 보정은 하루의 마지막 문자열을 1초 단축하거나 연장(제로 패딩)하여 수행되며, 비정상적인 문자열은 수신기에서 버려진다.[28]

문자열에는 향상된 호환성을 위한 버전 태그가 있다. 메시지 형식에 대한 향후 업그레이드는 기존 장비를 손상시키지 않으며(새로운 문자열 유형을 계속 전송하는 한 새로운 데이터를 무시하여 계속 작동), 최신 장비는 최신 위성의 추가 정보를 사용할 수 있다.[29]

L3OC 신호의 항법 메시지는 초당 100비트로 전송되며, 각 기호 문자열은 3초(300비트)가 걸린다. 6개의 문자열로 된 의사 프레임은 18초(1800비트)가 걸린다. 8개의 의사 프레임으로 구성된 슈퍼프레임은 14,400비트 길이이며 전체 역서를 전송하는 데 144초(2분 24초)가 걸린다. L1OC 신호의 항법 메시지는 초당 100비트로 전송된다. 문자열은 250비트 길이이며 전송하는 데 2.5초가 걸린다. 의사 프레임은 1500비트(15초) 길이이며, 슈퍼프레임은 12,000비트 또는 120초(2분)이다. L2OC 신호는 항법 메시지를 전송하지 않고 의사 범위 코드만 전송한다.

글로나스 현대화 로드맵
위성 시리즈발사현재 상태시계 오차FDMA 신호CDMA 신호상호운용성 CDMA 신호
1602 + n×0.5625 MHz1246 + n×0.4375 MHz1600.995 MHz1248.06 MHz1202.025 MHz1575.42 MHz1207.14 MHz1176.45 MHz
글로나스1982–2005서비스 중단L1OF, L1SFL2SF
글로나스-M2003–2022서비스 중L1OF, L1SFL2OF, L2SF--L3OC ‡
글로나스-K2011–서비스 중...L1OF, L1SFL2OF, L2SF--L3OC
글로나스-K22023–시험 중...L1OF, L1SFL2OF, L2SFL1OC, L1SCL2OC, L2SCL3OC
글로나스-V2025–설계 단계--L1OC, L1SCL2OC, L2SCL3OC, L3SVI
글로나스-KM2030–연구 단계L1OF, L1SFL2OF, L2SFL1OC, L1SCL2OC, L2SCL3OC, L3SVIL1OCML3OCML5OCM
"O": 공개 신호(표준 정밀도), "S": 난독화 신호(고정밀도); "F": FDMA, "С": CDMA; n=−7,−6,−5,...,6



2011년에 발사된 코스모스 2471(글로나스-K1) 시험 위성은 L3OC 신호를 도입했다. 2014년 이후 생산된 글로나스-M 위성(일련 번호 755 이상)도 시험 목적으로 L3OC 신호를 전송할 것이다.

2023년부터 발사될 향상된 글로나스-K1 및 글로나스-K2 위성은 기존 L1 및 L2 대역에서 L1SC, L1OC, L2SC 및 L2OC뿐만 아니라 L3OC 신호를 포함한 현대화된 CDMA 신호의 전체 제품군을 갖추게 될 것이다. 글로나스-K2 시리즈는 글로나스-M 발사가 중단되는 2023년부터 기존 위성을 점차 대체할 것이다.[30]

글로나스-KM 위성은 2025년까지 발사될 예정이다. 이러한 위성을 위해 기존 GPS, 갈릴레오 및 베이두/COMPASS 신호에서 사용되는 주파수 및 형식을 기반으로 추가 공개 신호가 연구되고 있다.


  • 현대화된 GPS 신호 L1C, 갈릴레오 신호 E1 및 베이두/COMPASS 신호 B1C와 유사한 1575.42MHz 중심 주파수를 사용하는 BOC(1,1) 변조를 사용하는 공개 신호 L1OCM;
  • GPS의 "생명 안전"(L5), 갈릴레오 신호 E5a 및 베이두/COMPASS 신호 B2a와 유사한 1176.45MHz 중심 주파수를 사용하는 BPSK(10) 변조를 사용하는 공개 신호 L5OCM;[31]
  • 갈릴레오 신호 E5b 및 베이두/COMPASS 신호 B2b와 유사한 1207.14MHz 중심 주파수를 사용하는 BPSK(10) 변조를 사용하는 공개 신호 L3OCM.[18]


이러한 구성을 통해 다중 표준 GNSS(위성항법) 수신기의 구현이 더 쉽고 저렴해진다.

CDMA 신호가 도입됨에 따라 2025년까지 위성의 수가 30개의 활성 위성으로 확장될 것이며, 이는 결국 FDMA 신호의 사용 중단이 필요할 수 있다.[32] 새로운 위성은 현재 3개의 궤도면에 추가로 3개의 궤도면에 배치되어 총 6개의 궤도면이 된다. 이는 지상 기반 제어소와 통신 위성 루치 5A 및 루치 5B를 기반으로 하는 GNSS 증강 시스템인 차분 보정 및 모니터링 시스템(SDCM)의 도움을 받는다.[33][34]

3개의 궤도면에서 툰드라 궤도를 사용하는 추가적인 6개의 글로나스-V 위성이 2025년부터 발사될 예정이다.[5] 이 지역 고궤도 구역은 일본의 준천정위성시스템(QZSS) 및 베이두-1과 유사하게 동반구에 대한 지역 가용성을 높이고 정밀도를 25% 향상시킨다.[35] 새로운 위성은 64.8°의 경사각, 0.072의 이심률, 23.9시간의 주기 및 60° 및 120°의 승교점 경도를 갖는 두 개의 지상 궤적을 형성한다. 글로나스-V는 글로나스-K 플랫폼을 기반으로 하며 새로운 CDMA 신호만 브로드캐스트한다.[35] 이전에는 몰니야 궤도, 정지궤도 또는 경사궤도도 지역 구역에 대해 고려되었다.[18][28]

1991년 소련 붕괴 이후 러시아 연방 정부가 GLONASS(글로나스)의 개발과 운영을 이어받았다. 1993년 9월 24일, 당시 보리스 옐친 대통령은 공식 운영 개시를 선언했지만, 실제로 24기의 위성이 모두 운영을 시작한 것은 1996년 1월 18일이었다. 같은 해 러시아 교통부는 앞으로 최소 15년간 민생 이용을 위해 무상으로 제공한다고 발표했고, 이후 ICAO에서도 이용이 승인되었다.

완성 후 6년간 러시아는 시스템 유지를 할 수 없었기 때문에, 전 지구 측위 시스템으로서의 기능은 점차 상실되었다. 2001년에는 운영 중인 위성이 최소 6~8기가 되었다.

2. 3. 복구 및 현대화

GLONASS 시스템 쇠퇴에 따라, 러시아 정부는 2001년 8월 20일 "Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema"라는 특별 프로그램을 시작했다.[81] 이 프로그램에 따라 GLONASS 시스템은 2011년까지 24개의 위성을 배치하여 전 세계적인 위치 확인이 가능한 완전한 상태로 복구될 예정이었다.[81]

뉴욕 타임즈는 2007년 4월, 러시아 정부가 2009년까지 전 세계적인 위치 확인이 가능하도록 발사를 가속화할 것이라고 보도했다.[82] 2007년 10월 26일과 12월 25일에 발사가 이루어져 총 6기의 위성을 궤도에 진입시켰다. 발사 후, 러시아 제1부총리 세르게이 이바노프는 GLONASS 위성이 18기가 되어 러시아 전역에서 위치 확인이 가능하며, 2010년까지 24기로 전 세계적인 위치 확인이 가능할 것이라고 밝혔다.[84] 2008년 12월 발사로 20기 체제가 되었고, 시스템 개발 담당자는 "필요한 신호를 수신할 수 있는 범위는 러시아 전역을 포함하여 지구 전체의 약 98%에 이른다"라고 밝혔다.[85]

2011년 2월 25일, 플레세츠크 우주 기지에서 소유즈 2.1b 로켓을 이용하여 새로운 글로나스-K(GLONASS-K) 1호기가 성공적으로 발사되었다.[88] 2011년 4월 7일에는 새로운 CDMA 신호인 L3 대역 신호가 처음으로 송신되었다.[89]

2012년 2월, 시스템은 필요한 수의 위성이 궤도 상에 있어 정상적으로 운영되고 있었으며, 총 31기 중 24기가 작동 중이었다.[90]

2017년 1월부터 러시아 국내에서 판매되는 모든 자동차에 글로나스 단말기 탑재가 의무화되었다.[91]

2017년 3월 31일, 로스코스모스(Roscosmos)는 2021년부터 2025년까지 글로나스-K2(GLONASS-K2), 글로나스-VKK(GLONASS-VKK)를 투입하고, 2026년부터 2030년까지 글로나스-K2와 글로나스-VKK를 합쳐 총 30기를 작동 상태로 유지하는 계획을 세웠다. 30기로 시스템의 정확도를 현재 1m에서 0.1m까지 높일 수 있다고 보도되었다.[92]

2017년 4월 15일, 러시아 로스코스모스의 부사장 미하일 하일로프(Mikhail Khailov)는 새로운 글로나스 위성이 새로운 암호화된 신호를 송신할 예정이라고 말했다.[93]

2017년 6월 6일, 레셰트네프 정보 위성 시스템 회사는 최신형 글로나스-K2의 첫 발사가 2018년에 예정되어 있다고 발표했다.[94] 같은 날, 운영 중인 위성이 23기로 감소하면서 시스템 전체의 정확도가 저하되었다. 이는 글로나스-M(GLONASS-M) 위성 한 기가 정비를 위해 일시 정지되었기 때문이다.[95]

2018년에는 여러 차례 위성 신호 두절 및 복구 ঘটনা가 있었다.

날짜사건비고
4월 19일글로나스-M 734호 신호 두절[96]6월에 756호 위성으로 교체[97]
4월 25일글로나스-M 723호 신호 두절[98]이후 복구[99]
5월 1일글로나스-M 743호 정비 위해 궤도 이탈[100]이후 복구
6월 26일글로나스-K 702호 정전정비 작업을 위해 궤도에서 일시 이탈[97]


3. 시스템 구성

글로나스(GLONASS)는 군사 및 민간 사용자에게 실시간 위치 및 속도 결정을 제공하는 전 세계 항법 위성 시스템이다. 위성은 고도 19100km의 중간 원형 궤도에 위치하며, 64.8°의 기울기와 11시간 16분의 공전 주기를 갖는다.[8][43][9] 글로나스의 궤도는 GPS 신호 수신이 어려운 고위도(북쪽 또는 남쪽)에서 사용하기에 특히 적합하다.[10][11]

이 시스템은 3개의 궤도면에서 작동하며, 각 궤도면에는 8개의 위성이 고르게 배치되어 있다.[9] 전 세계를 커버하는 완전 작동 시스템은 24개의 위성으로 구성되며, 러시아 영토를 커버하려면 18개의 위성이 필요하다. 위치를 고정하려면 수신기가 적어도 4개의 위성 범위 내에 있어야 한다.[43]

글로나스는 좌표계로 PZ-90[73]을 채택하고 있는데, 이는 1900년부터 1905년까지의 측정 위치 평균을 북극점 위치로 한 것이다. 반면 GPS는 1984년 당시의 북극점 측정 위치를 기반으로 한 WGS84 측지계를 채택하고 있다.

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3. 1. 위성

글로나스(GLONASS)는 군사 및 민간 사용자에게 실시간 위치 및 속도 정보를 제공하는 전 세계 항법 위성 시스템이다. 위성은 고도 19100km의 중간 원형 궤도에 있으며, 64.8°의 기울기와 11시간 16분의 주기로 공전한다.[8][43][9] 글로나스의 궤도는 GPS 신호 수신이 어려운 고위도(북쪽 또는 남쪽) 지역에서 사용하기에 특히 적합하다.[10][11]

이 시스템은 3개의 궤도면에서 작동하며, 각 궤도면에는 8개의 위성이 고르게 배치되어 있다.[9] 전 세계를 커버하려면 24개의 위성이 필요하며, 러시아 영토를 커버하려면 18개의 위성이 필요하다. 위치를 확인하려면 수신기가 적어도 4개의 위성 범위 내에 있어야 한다.[43]

글로나스 위성은 여러 세대에 걸쳐 개발되었다.

세대명칭특징발사 시기비고
1세대글로나스 (우라간)3축 안정화, 무게 1250kg, 소형 추진 시스템, 평균 수명 16개월 (Block IIa), 22개월 (Block IIb), 설계 수명 3년 (Block IIv)1982년 ~ 2005년Block IIa, IIb, IIv 등 개선형 존재. 바이코누르 우주 기지에서 프로톤-K 로켓 등으로 발사.
2세대글로나스-M수명 7년, 무게 1480kg, 직경 2.4m, 높이 3.7m, 태양전지판 길이 7.2m, 1600와트 전력 생산, L 대역 안테나 12개, 세슘 시계 탑재.2003년 ~ 2015년프로톤-K 또는 소유즈-2-1b/프레가트 로켓으로 발사.
3세대글로나스-K비가압, 무게 750kg, 수명 10년, L3 및 L5 대역 CDMA 신호 추가, 러시아 부품 사용, 정확도 향상.2011년 ~ 현재소유즈-2.1b 또는 프로톤-K 로켓으로 발사.
4세대글로나스-K2수명 10년, 9개의 항법 신호 송신, 무게 약 1,800kg, 정확도 향상.2020~2021년 발사 예정



글로나스 위성은 3개의 궤도면()에 배치된 총 24개의 위성으로 구성되며, 그중 21개가 신호를 송신하고 3개는 예비로 대기한다. 궤도면의 승교점은 120도씩 어긋나 있으며, 각 궤도면에 8개의 위성이 배치된다. 궤도는 거의 원궤도이며, 궤도 경사각은 적도면에 대해 64.8도, 고도는 19,100km, 공전 주기는 약 11시간 15분이다. 각 위성은 슬롯 번호로 식별된다.

3. 2. 신호

글로나스(GLONASS) 위성은 실시간 위치 및 속도 정보를 제공하며, 군사용 및 민간용으로 사용된다. 위성은 약 19100km 고도의 중간 원형 궤도에서 64.8° 기울기와 11시간 16분의 주기로 공전한다. 이러한 궤도는 GPS 신호 수신이 어려운 고위도 지역에서 특히 유용하다.[10][11]

글로나스 시스템은 3개의 궤도면에서 작동하며, 각 면에는 8개의 위성이 배치된다.[9] 전 세계를 커버하려면 24개의 위성이, 러시아 영토를 커버하려면 18개의 위성이 필요하다. 위치를 확인하려면 수신기가 최소 4개 위성의 범위 안에 있어야 한다.[43]

글로나스 위성은 두 가지 유형의 신호를 보낸다.

  • 개방형 표준 정밀도 신호 (L1OF/L2OF)
  • 암호화된 고정밀도 신호 (L1SF/L2SF)


이 신호들은 GPS 신호와 유사하게 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DSSS) 부호화 및 이진 위상 편이 키잉(BPSK) 변조를 사용한다. 모든 글로나스 위성은 표준 정밀도 신호에 대해 동일한 코드를 보내지만, 주파수 분할 다중 접속(FDMA) 방식을 사용하여 서로 다른 주파수로 송신한다.

L1 대역의 중심 주파수는 1602 MHz + ''n'' × 0.5625 MHz이며, 여기서 ''n''은 위성의 주파수 채널 번호이다(''n'' = -6,...,0,...,6).[12] 신호는 38° 원뿔형으로 우측 원형 편파를 사용하여 25~27dBW (316~500와트)의 유효 방사 전력(EIRP)으로 송신된다.

L2 대역 신호는 L1 대역과 동일한 FDMA를 사용하지만, 중심 주파수는 1246 MHz + ''n'' × 0.4375 MHz이다.[12]

개방형 표준 정밀도 신호는 511kbit/s 의사 난수 측정 코드, 50bit/s 항법 메시지, 100Hz 미앤더 시퀀스(맨체스터 코드)로 구성된다. 항법 메시지는 초당 50비트로 변조되며, 위성 정보(에페머리스, 시계 및 주파수 오프셋, 위성 상태)와 위성체계 정보(알마낙)를 포함한다.

고정밀도 신호는 러시아 군대와 같은 공인 사용자에게 제공되며, '보안을 통한 모호성' 방식으로 암호화되지 않고 방송된다. 고정밀도 신호는 표준 정밀도 신호와 위상 직교로 방송되며, 더 높은 대역폭을 갖는다.

2008년부터 글로나스에 코드분할다중접속(CDMA) 신호를 사용하기 위한 연구가 진행 중이다.[16][17][18][19][20][21][22][23][30] 2016년 8월에는 글로나스 CDMA 신호에 대한 인터페이스 제어 문서가 발표되었다.[24]

글로나스 개발자에 따르면, 세 개의 공개 CDMA 신호와 두 개의 제한된 CDMA 신호가 있을 예정이다.

  • 공개 신호 L3OC: 1202.025 MHz 중심 주파수, BPSK(10) 변조 사용.
  • 공개 신호 L1OC 및 제한된 L1SC 신호: 1600.995 MHz 중심 주파수.
  • 공개 신호 L2OC 및 제한된 L2SC 신호: 1248.06 MHz 중심 주파수.


CDMA 신호의 항법 메시지는 텍스트 문자열로 전송되며, 지구 자전 매개변수, 전리층 모델, 글로나스 위성의 장기 궤도 매개변수, 코스파스-사르삿(COSPAS-SARSAT) 메시지 등을 포함할 수 있다.

글로나스 현대화 로드맵
위성 시리즈발사현재 상태시계 오차FDMA 신호CDMA 신호상호운용성 CDMA 신호
1602 + n×0.5625 MHz1246 + n×0.4375 MHz1600.995 MHz1248.06 MHz1202.025 MHz1575.42 MHz1207.14 MHz1176.45 MHz
글로나스1982–2005서비스 중단5L1OF, L1SFL2SF| | | |
글로나스-M2003–2022서비스 중1L1OF, L1SFL2OF, L2SF--L3OC ‡|
글로나스-K2011–서비스 중5...1L1OF, L1SFL2OF, L2SF--L3OC|
글로나스-K22023–시험 중5...5L1OF, L1SFL2OF, L2SFL1OC, L1SCL2OC, L2SCL3OC|
글로나스-V2025–설계 단계--L1OC, L1SCL2OC, L2SCL3OC, L3SVI|
글로나스-KM2030–연구 단계L1OF, L1SFL2OF, L2SFL1OC, L1SCL2OC, L2SCL3OC, L3SVIL1OCML3OCML5OCM
"O": 공개 신호(표준 정밀도), "S": 난독화 신호(고정밀도); "F": 주파수 분할 다중 접속(FDMA), "С": 코드분할다중접속(CDMA); n=-7,-6,-5,...,6
‡2014년 이후 생산된 글로나스-M 우주선에는 L3OC 신호가 포함됨



러시아군 GLONASS/GPS 통합 수신기


글로나스 위성은 주로 두 종류의 신호를 지속적으로 송신한다.

  • 표준 정밀도(SP: Standard Precision) 신호
  • 복호 코드가 비밀인 고정밀도(HP: High Precision) 신호


두 신호 모두 모든 글로나스 위성이 동일한 PRN(의사 난수 잡음) 코드를 송신하며, 항법 메시지를 송신한다.

;표준 정밀도 신호(SP 코드)

:L1과 L2 주파수 대역에서는 코드 칩률이 0.511Mcps이고, 코드 길이는 511칩이며, 코드 주기는 1밀리초이다. L3 주파수 대역에서는 코드 칩률이 4.095Mcps이다.

;고정밀도 신호(HP 코드)

:L1과 L2 주파수 대역에서는 코드 칩률이 5.11Mcps이고, 코드 길이는 5,110,000칩이며, 코드 주기는 1초이다. L3 주파수 대역에서는 코드 칩률이 4.095Mcps이다. 고정밀도 신호의 상세 정보는 공개되지 않았으며, 러시아군과 같은 인가된 사용자만 이용할 수 있다.

;항법 메시지

:위성의 궤도 정보, 건전성 정보, 보정 데이터 등을 포함한다. SP 코드와 HP 코드에서는 서로 다른 형식이 채택되며, HP 코드의 경우 더 긴 형식으로 정보 정밀도도 높다.

글로나스 위성은 주파수 분할 다중 접속(FDMA) 방식으로 L1부터 L3까지 3개의 서로 다른 주파수의 반송파로 송신된다.

;L1 대역

:1602.5625MHz를 중심으로 하는 주파수 대역을 사용하며, 중심 주파수를 계산하는 식은 k를 -7부터 +6까지 각 위성의 주파수 채널 번호로 했을 때, 1602 MHz + ''k'' × 0.5625 MHz이다.

;L2 대역

:1246.000MHz를 중심으로 하는 주파수 대역을 사용하며, 각각의 중심 주파수는 1246 MHz + ''k'' × 0.4375 MHz로 주어진다.

;L3 대역

:1204.7040Hz를 중심으로 하는 주파수 대역도 1204.7040 MHz + ''k'' × 0.4230 MHz로 주어지는 주파수가 사용된다.

3. 3. 지상 관제 시스템

지상 관제소 위치


글로나스의 지상 관제 시스템은 브라질의 몇몇 시설과 니카라과의 한 시설을 제외하고는 거의 전적으로 구소련 영토 내에 위치해 있다.[46][47][48][49]

글로나스 지상 시스템은 다음과 같이 구성된다.[50]

  • 시스템 제어 센터
  • 5개의 원격측정, 추적 및 명령 센터
  • 2개의 레이저 거리 측정소[51]
  • 10개의 모니터링 및 측정소[52]


위치시스템 제어원격측정, 추적 및 명령중앙 시계업로드 기지국레이저 거리 측정모니터링 및 측정
크라스노즈나멘스크----
셸코보-
콤소몰스크나아무레--
상트페테르부르크-----
우스리스크-----
예니세이스크---
야쿠츠크-----
울란우데-----
누렉-----
보르쿠타-----
무르만스크-----
젤렌추크스카야-----


4. 정확도

러시아는 2020년까지 글로나스의 정확도를 0.6m까지 개선할 계획이다. 최신형 GLONASS-K 위성은 수명이 10년이며, 이전의 GLONASS-M 위성은 7년이다.

구분2010년 위도 및 경도 정밀도 (기지국에 따라 다름)항법 위성 수 (NSV)
글로나스4.46~7.38m평균 7~8개
GPS2.00~8.76m평균 6~11개



일부 최신 수신기는 글로나스와 GPS 위성을 함께 사용하여 50개가 넘는 위성을 사용할 수 있으므로, 도심 협곡과 같은 곳에서 범위가 향상되고 고정 시간이 빨라진다. 실내, 도심 협곡, 산악 지역에서는 GPS만 사용할 때보다 정확도가 크게 향상될 수 있다. 두 시스템을 함께 사용하면 평균 14~19개의 NSV를 사용했을 때 정밀도가 2.37~4.65m였다(기지국에 따라 다름).

2009년 5월, 당시 로스코스모스 국장 아나톨리 페르미노프(Anatoly Perminov)는 2011년까지 글로나스 정확도를 2.8m로 높이기 위해 위성 배치 확장 및 지상 시스템 개선 조치를 취했다고 밝혔다.[67] 글로나스-K(GLONASS-K) 위성은 도입 시 시스템 정확도를 두 배로 높일 수 있다. 2012년 초, 러시아와 남극의 벨링스하우젠 기지(Bellingshausen Station), 노보라자레프스카야 기지(Novolazarevskaya Station)에 16개의 위치 지상국이 건설 중이었다. 브라질에서 인도네시아까지 남반구에 새로운 기지가 건설될 예정이며, 필리핀에도 글로나스 수신 기지 설치가 협상 중이다.[69] 이러한 개선으로 2020년까지 글로나스 정확도는 0.6m 이하로 향상될 것으로 예상된다.[68]

글로나스는 좌표계로 PZ-90[73]을 사용하는데, 이는 1900년부터 1905년까지 측정 위치 평균을 북극점으로 한 것이다. 반면 GPS는 1984년 당시 북극점 측정 위치 기반의 WGS84 측지계를 사용한다.

2014년 4월 1일부터 2일까지 약 11시간 동안 글로나스 송신이 중단되어 전 세계 글로나스 수신기가 사용 불가능했다. 원인은 궤도 위치 및 속도를 나타내는 천체력의 잘못된 데이터 업로드였다. 모스크바 시간 01시에 이 천체력이 활성화되면서 장애가 발생했고, 북반구 지상국 상공에서 각 위성이 복구용 데이터로 교체하는 데 12시간 가까이 걸렸다. 이 기간 동안 전 세계 수신자로부터 글로나스를 사용할 수 없다는 보고가 쇄도했다.[101] 약 1.5분 앞선 시간의 천체력 데이터가 전송되었던 것으로 밝혀졌다.[102]

4월 14일에는 8기의 글로나스 위성이 약 30분 동안 동시에 이상 상태가 되었다. 글로나스 수신기는 이 기간 동안 이 데이터를 무시했다. 글로나스 위성 1기(No. 730)는 사용 불가능해져 유지보수 상태에 들어갔다.[103] 원인은 새 소프트웨어 개발 프로그래머의 수학적 실수였으며, 오류는 즉시 수정되었다. 남은 문제도 5월 중순까지 해결될 예정이었다.[104]

5. 국제 협력

2004년 1월, 러시아 연방 우주국은 인도우주연구기구(ISRO)와 공동 사업을 발표했다. 양국은 협력하여 시스템을 복구하고, 2008년까지 18기의 위성으로 러시아와 인도 지역의 위치 측정을 가능하게 하며, 2010년까지 24기의 위성으로 완전하게 이용 가능하게 할 것이라고 밝혔다.[105]

2005년 중반, 러시아는 위성을 제작하고 2006년부터 2008년에 걸쳐 인도의 안드라프라데시주에 있는 사티시다완우주센터에서 인도의 GSLV 로켓으로 2기의 위성을 발사할 예정이었다.[106] 그러나 2007년 4월, 인도는 이 프로젝트의 일환으로 위성 발사를 아직 수행하지 않았다.

2005년 12월, 인도의 만모한 싱 총리와 러시아의 블라디미르 푸틴 대통령은 정상회담에서 인도가 GLONASS-K 시리즈 개발 비용의 일부를 부담하고, 2기의 신형 위성을 인도에서 발사하는 대신 고정밀 신호 이용권을 얻는 것으로 합의했다. 2006년 12월, 모스크바에서 개최된 GPS-GLONASS 상호운용성·호환성 작업반(WG-1) 회의를 거쳐, 미·러 양국 정부 웹사이트에서 GLONASS 신호 패턴을 GPS나 갈릴레오와 공통적인 것으로 변경하는 것이 사용자 커뮤니티에 이익을 가져온다는 인식으로 중요한 진전이 있었다고 발표했다.[107] GLONASS 시스템을 현재의 주파수 분할 다중에서 GPS나 갈릴레오와 같은 부호분할다중접속(CDMA)으로 전환함으로써, 양쪽 위치 시스템 모두에 대응하는 수신기를 보다 쉽게 설계할 수 있게 된다.

GPS World지는 그 회의 이전에 작업반이 두 차례 회의를 열었고, 2007년 4월 모스크바에서 개최된 국제위성포럼(International Satellite Forum) 2007에서 다시 회의를 열어 발표할 것이라고 보도했다.[108] 2015년경부터 러시아의 민간용 GLONASS 시스템과 중국의 베이더우 항법위성 시스템 통합 가능성에 대한 논의가 있었으며,[109] 5월에 중국과 러시아는 시스템 상호 호환성 및 상호 운용성 협력 합의에 서명했다.[110]

2016년 12월, 로스코스모스의 이고르 코마로프(Igor Komarov)는 러시아와 중국이 GLONASS와 베이더우 항법 시스템의 동기화에서 큰 진전을 이루었다고 발표했다.[110] 2017년 8월 1일, 7월 31일부터 러시아와 중국은 베이더우와 GLONASS 시스템의 공동 작업 가능성을 모색하기 위한 2주간의 실험 "실크로드"를 시작했다고 발표했다.[111]

6. 활용 분야

2016년 러시아 우표에 담긴 글로나스 위성


글로나스 수신기 모듈 1K-181


글로나스는 원래 소비에트 연방군의 항법 및 탄도 미사일 조준과 같은 군사적 목적으로 개발되었으나, 현재는 다양한 분야에서 활용되고 있다. 2007년 5월 18일, 러시아의 블라디미르 푸틴 대통령은 글로나스 시스템의 민간용 위치 확인 신호를 공식적으로 개방하여 러시아 및 외국 이용자가 무료로 제한 없이 이용할 수 있도록 하였다.[87]

글로나스 신호를 수신할 수 있는 GNSS 수신기를 생산하는 기업은 다음과 같다.

기업명
후루노
자바드 GNSS(JAVAD GNSS, Inc)
셉텐트리오(Septentrio)
탑콘(Topcon)
C-Nav
매젤란 네비게이션(Magellan Navigation)
노바텔(Novatel)
콤내브 테크놀로지(ComNav technology Ltd.)
라이카 지오시스템즈(Leica Geosystems)
헤미스피어 GNSS(Hemisphere GNSS)
트림블(Trimble Inc)
유블록스(u-blox)



NPO 프로그레스는 GPS와 글로나스 수신을 결합한 'GALS-A1'이라는 수신기를 개발했다. 스카이웨이브 모바일 커뮤니케이션즈(SkyWave Mobile Communications)는 글로나스와 GPS 모두를 사용하는 인마사트(Inmarsat) 기반의 위성 통신 단말기를 제조한다.[53]

2011년 이후, 가민(Garmin) eTrex 라인의 최신 수신기 중 일부는 GPS와 함께 글로나스도 지원한다.[54] 가민은 또한 항공용 GLO와 같은 독립형 블루투스(Bluetooth) 수신기를 생산하는데, 이는 GPS, 와이드 에어리어 증강 시스템(WAAS) 및 글로나스를 결합한다.[55]

또한, 2011년 이후 출시된 다양한 스마트폰은 기존의 GPS 수신기 외에 글로나스 기능을 통합하여 신호 획득 시간을 단축하고 있다. 여기에는 다음과 같은 제조사의 기기가 포함된다.

제조사기기 예시
샤오미(Xiaomi)
소니 에릭슨(Sony Ericsson)[56]
ZTE
화웨이(Huawei)[57]
삼성(Samsung)[58]
애플아이폰 4S(iPhone 4S)부터 GPS와 동시에 지원
HTC[59]
LG[60]
모토로라(Motorola)[61]
노키아(Nokia)[62]



2011년 5월 23일, 퀄컴(Qualcomm)은 스마트폰용 칩셋에서 글로나스 지원을 발표했다. 다음은 글로나스를 지원하는 퀄컴 스냅드래곤 칩셋의 일부 예시이다.

칩셋 종류모델명
스냅드래곤(Snapdragon) S2MSM8255, MSM8655, APQ8055, MSM7630, MSM7230
스냅드래곤(Snapdragon) S3MSM8660, MSM8260, APQ8060
스냅드래곤(Snapdragon) S4 ProMSM8960T, APQ8064
스냅드래곤(Snapdragon) S4 PlusMSM8960, MSM8660A, MSM8260A, APQ8060A, MSM8930, MSM8630, MSM8230, APQ8030, MSM8627, MSM8227


7. 미래 전망

러시아는 2020년까지 글로나스의 정확도를 0.6m로 향상시킬 계획이었다. 최신형 GLONASS-K 위성은 10년의 수명을 가지며, 이전의 GLONASS-M 위성은 7년의 수명을 가진다.[87]

2007년 5월 18일, 러시아의 블라디미르 푸틴 대통령은 글로나스 시스템의 민간용 위치 확인 신호를 공식적으로 개방하여 러시아 및 외국 이용자가 무료로 제한 없이 이용할 수 있도록 하는 명령에 서명했다. 또한 러시아 연방우주청(Роскосмос)에 민간 및 상업적 필요에 따라 시스템을 유지·개발하도록 지시했다.[87]

2011년 2월 25일, 플레세츠크 우주 기지에서 소유즈 2.1b 로켓을 이용하여 새로운 글로나스-K(GLONASS-K) 1호기가 성공적으로 발사되었다.[88] 2011년 4월 7일에는 새로운 CDMA 신호인 L3 대역 신호가 처음으로 송신되었다.[89]

2012년 2월 기준으로 시스템은 필요한 수의 위성이 궤도 상에 있어 정상적으로 운영되고 있었으며, 총 31기 중 24기가 작동 중이었다.[90]

2017년 1월부터 러시아 국내에서 판매되는 모든 자동차에 글로나스 단말기 탑재가 의무화되었다.[91]

2017년 3월 31일, 로스코스모스(Roscosmos)의 개발 전략에 따르면 2021년부터 2025년까지 글로나스-K2(GLONASS-K2), 글로나스-VKK(GLONASS-VKK)를 투입하고, 2026년부터 2030년까지 글로나스-K2와 글로나스-VKK를 합쳐 총 30기를 작동 상태로 유지하는 계획을 세웠다. 30기로 시스템의 정확도를 현재 1m에서 0.1m까지 높일 수 있다고 보도되었다.[92]

2017년 4월 15일, 러시아 로스코스모스의 부사장 미하일 하일로프(Mikhail Khailov)는 위성 항법 포럼에서 새로운 글로나스 위성이 새로운 암호화된 신호를 송신할 예정이라고 말했다.[93]

2017년 6월 6일, 레셰트네프 정보 위성 시스템 회사는 최신형 글로나스-K2의 첫 발사가 2018년에 예정되어 있다고 발표했다.[94] 같은 날, 운영 중인 위성이 23기로 감소하면서 시스템 전체의 정확도가 저하되었는데, 이는 한 기의 글로나스-M 위성이 정비를 위해 일시 정지되었기 때문이다.[95]

2018년에는 여러 기의 글로나스-M 위성에서 신호 두절 및 정비로 인한 궤도 이탈이 발생했다. 2018년 4월 19일 글로나스-M 734호[96], 4월 25일 글로나스-M 723호[98], 5월 1일 글로나스-M 743호[100]의 신호 두절 또는 정비로 인해 작동 중인 위성 수가 일시적으로 감소했지만, 이후 복구되었다. 2018년 6월 26일에는 글로나스-K 702호가 정전되어 정비 작업을 위해 궤도에서 일시적으로 이탈했지만, 러시아 영토 내 신호 품질 저하는 없었다.[97]

참조

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[9] 웹사이트 The Global Navigation System GLONASS: Development and Usage in the 21st Century http://www.dtic.mil/[...] 34th Annual Precise Time and Time Interval (PTTI) Meeting
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[36] 문서 Navigational message field j (satellite ID) references the satellite for the transmitted almanac (jA)
[37] 문서 The set of almanac parameters depends on the orbit type. Satellites with geosynchronous, medium-Earth, and high-elliptical orbits could be employed in the future.
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