• Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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• 2022.11a
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• pp.209-211
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• 2022

우리나라 R-Mode(Ranging Mode) 항법시스템은 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)에서 요구하는 항구 입출항용 항법 요구성능(정밀도 10m)을 만족하도록 개발을 진행하고 있다. R-Mode 항법시스템은 위성국 송출을 기반으로 하는 GPS와 달리 지상국 송출을 기반으로 한다. 또한 신호가 세기가 높아서 의도적 전파간섭이 어려우므로 국제해사기구가 요구하는 강인한 PNT(Resilient PNT) 시스템에 적합한 것으로 평가받고 있다. 이러한 요구조건과 기회신호(SoOp, Signal of Opportunity)의 국내 환경에 맞추어 중파(MF, Middle Frequency) 및 초단파(VHF, Very High Frequency)를 이용하는 항법시스템을 개발하고 있다. 해양수산부의 지원으로 2020년에 착수하여 4국의 중파 R-Mode 송신국과 3국의 초단파 VDES R-Mode 송신국 구축을 진행하고 있다. 항법 성능을 확보하기 위하여 R-Mode 보정시스템과 R-Mode 감시시스템을 구축하였다. 해양에서 R-Mode 항법시스템의 성능을 검증하기 위하여 중파 R-Mode 수신기, VDES R-Mode 수신기 및 이를 포함하는 통합항법수신기를 함께 개발하고 있다. 항법 송신기 및 수신기의 성능 검증을 위한 테스트베드는 기존의 지상파 항법(eLoran) 서비스 영역, 중파 R-Mode 서비스 영역 및 주요 항만 등을 고려하여 충청남도 서산시 대산항 지역으로 선정하였다. 보정국 및 감시국을 포함하는 테스트베드 기지국은 대산항에 설치하여 운영을 시작하였다. 테스트베드 실해역 시험을 통한 성능 검증은 2023년 상반기에 진행될 계획이다.

• Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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• 2023.11a
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• pp.202-204
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• 2023

제 4차 산업혁명의 도래로 해양 분야에서도 해양산업혁명의 대표 분야인 자율운항선박에 대한 연구개발이 활발히 진행 중이다. 자율운항선박의 원활한 운용을 위해서는 정확한 위치, 항법, 시각 정보가 필수적이다. 현재 해양에서 사용되는 대표적인 항법시스템은 GPS(Global Positioning System)이지만 전파교란, 해킹 등의 취약성이 존재한다. 현재 GPS의 취약점을 보완하기 위한 다양한 항법시스템이 연구되고 있으며, 그 중 다양한 지상파 신호를 동시에 활용하는 지상파 통합항법시스템 R-MODE(Ranging mode)가 있다. 본 논문은 지상파 통합항법시스템 R-Mode 기술 중 지상파 VDES 신호를 활용한 VDES R-Mode에 대한 연구현황 및 향후 계획에 대해 기술하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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• 2016.05a
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• pp.40-41
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• 2016

위성전파항법시스템은 이용의 편리성으로 인해 다양한 분야에서 측위, 항법 및 시각동기 정보를 획득하기 위한 목적으로 널리 활용되고 있다. 그러나 위성전파항법시스템은 낮은 신호전력특성 때문에 전파간섭에 매우 취약하다. 전파간섭으로 인한 위성전파항법시스템의 가용성 저하 사례가 빈번해짐에 따라 백업 시스템에 대한 필요성과 국제적 공조를 통한 백업 시스템 마련에 대한 기술 협력의 공감대가 높아지고 있다. R-Mode는 현재 해상에서 활용되고 있는 전파신호를 이용하여 거리측정을 하는 방법으로써 신규 전파항법 인프라 구축에 따른 큰 투자 없이 적은 비용으로 위성전파항법시스템의 백업 시스템을 구현한다는 장점을 갖는다. 본 논문에서는 R-Mode의 기술 현황과 국제 표준화 동향에 대해 살펴본다. 그리고 R-Mode를 국내에 적용하기 위해 고려해야 할 사항들을 설명한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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• 2022.06a
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• pp.412-414
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• 2022

Global Navigation Satellite Systems (GNSSs)을 이용한 위치정보 서비스가 다양해짐에 따라, 전파 교란 및 기만에 대한 GNSSs의 취약성에 대한 우려도 점점 커지고 있다. 이에 미국, 러시아, 유럽 등 자체적으로 GNSS를 보유하고 운영하고 있는 국가조차도 GNSS의 취약성을 보완할 수 있는 부가적인 항법시스템을 개발하고 있다. 그 중 현재 운영 중인 Medium Frequency (MF) 주파수 대역의 신호를 이용하여 Differential GNSS (DGNSS) 정보를 전달하는 인프라를 활용하여 항법 신호를 송출하는 Ranging Mode (R-Mode) 시스템이 유럽과 한국을 중심으로 개발 중에 있다. 하지만 MF 주파수 대역의 신호는 일몰 이후에 전리층 일부가 소멸되면서 상위 전리층에서 신호가 반사되어 지표면에서 강한 세기로 수신되는 특성을 갖고 있다. 이런 특성은 지표를 통해 전파하는 원 신호를 수신하는 과정에 큰 오차요소로 작용할 수 있다. 본 논문에서는 현재 송출되고 있는 R-Mode 신호의 야간 특성을 분석하고자 한다. 현재 충주, 어청도 DGNSS 기준국에서 송출하고 있는 R-Mode 신호를 다양한 안테나 종류로 수신해보고, 항법 시스템의 정밀도 성능에 악영향을 줄 수 있는 특성에 대한 보완방법을 모색하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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• 2018.05a
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• pp.3-4
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• 2018

과거 3-4년 전까지 위성전파항법시스템의 백업 시스템으로 유일하게 논의되고 있었던 현실적 대안은 eLoran이었다. eLoran은 기존에 활용성이 낮아져 서비스가 점차 중단되고 있는 로란-C 시설을 개선하여 보다 높은 PNT 성능을 제공하도록 고안되었다. 기존에 로란-C 시설이 있는 국가나 지역에서는 위성전파항법시스템의 백업 시스템으로 eLoran을 효과적으로 확보할 수 있는 것이다. 그러나 기존 로란-C 시설을 이미 철거하였거나, 로란-C 시설을 가지고 있지 않았던 국가 입장에서는 eLoran을 확보하기 위해 로란-C 시설을 보유한 국가보다 더 많은 시설구축 비용이 필요하게 된다. 반면에 R-Mode는 현재 해상에서 활용되고 있는 전파신호를 이용하므로 신규 전파항법 인프라 구축에 따른 큰 투자 없이 적은 비용으로 위성전파항법시스템의 백업 시스템을 구현할 수 있다는 장점을 갖는다. 대한민국은 세계에서 유일하게 국가안보적 측면에서 GPS 전파간섭의 위협을 받고 있는 국가이다. 대한민국이 직면한 GPS 전파간섭은 해외에서 보고되고 있는 좁은 지역에서의 개인적 소규모 전파간섭과는 차원이 다르다. 특히 지난 2016년 3월 말, 우리나라는 약 엿새간 수도권과 강원지역 등이 동시에 GPS 전파간섭의 영향권 안에 든 바 있다. 이때 GPS 전파간섭은 과거에 발생한 GPS 전파간섭보다 더 넓은 지역에 영향을 주었고, 어선과 같은 소규모 선박의 조업까지 방해하는 피해를 안겼다. 본 논문은 대한민국이 하루 속히 해결해야 할 현안으로 인식되고 있는 위성전파항법시스템의 백업 시스템으로 중파 비컨 R-Mode를 적용할 필요가 있는지 논하고자 한다.

• Journal of Navigation and Port Research
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• v.45 no.1
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• pp.26-32
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• 2021

In ocean field, the spread of the Fourth Industrial Revolution based on information and communication technology requires high precision and stable PNT&D (Position, Navigation, Timing and Data). As the IMO (International Maritime Organization) and IALA (The International Association of Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities) are requiring backup systems due to mitigate vulnerabilities and the increase of dependency on GNSS (Global Navigation Satellite System), Korea is conducting a research & development of R-Mode. An DGPS (Differentiate Global Positioning System) reference station that uses MF, an existing maritime infrastructure, and AIS (Automatic Identification System) base stations that use 34 integrity station and VHF will be utilized in this study to avoid redundant investment. Because there are radio shadow areas that display low signal levels in the west sea, the establishment of new R-Mode reference and integrity station will be intended to resolve problems regrading the radio shadow area. Because the frequency has a characteristic in that radio wave transmits well along the ground (water surface) in low frequency band, simulation and measurement were conducted therefore this paper to propose candidate sites for R-Mode reference and integrity station resulted through p wave's propagation characteristics analysis. Using this paper, R-Mode reference and integrity station can be established at appropriate locations to resolve radio shadow areas in other regions.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.48 no.6
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• pp.401-410
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• 2020

In this study, a real-time Tactical UAS position compensation system based on image information developed to compensate for the weakness of location navigation information during GPS signal interference and jamming / spoofing attack is described. The Tactical UAS (KUS-FT) is capable of automatic flight by switching the mode from GPS/INS integrated navigation to DR/AHRS when GPS signal is lost. However, in the case of location navigation, errors accumulate over time due to dead reckoning (DR) using airspeed and azimuth which causes problems such as UAS positioning and data link antenna tracking. To minimize the accumulation of position error, based on the target data of specific region through image sensor, we developed a system that calculates the position using the UAS attitude, EO/IR (Electric Optic/Infra-Red) azimuth and elevation and numerical map data and corrects the calculated position in real-time. In addition, function and performance of the image information based real-time UAS position compensation system has been verified by ground test using GPS simulator and flight test in DR mode.

• Journal of Navigation and Port Research
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• v.43 no.6
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• pp.429-436
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• 2019

The eLoran system is considered the best alternative because the vulnerability of satellite navigation systems cannot be resolved as perfect. Thus, South Korea is in the process of establishing a testbed of the eLoran system in the West Sea. To provide resilient navigation services to all waters, additional eLoran transmitters are required. However, it is difficult to establish eLoran transmitters because of various practical reasons. Instead, the positioning with NDGNSS/AIS source can expand the coverage and its algorithm with applying continuous waves is under development. Using the already operating NDGNSS reference station and the AIS base station, it is possible to operate the navigation system with higher accuracy than before. Thus, it is crucial to predict the performance when each system is integrated. In this paper, we have developed a simulation tool that can predict the performance of terrestrial integrated navigation system using the eLoran system, maritime NDGNSS station and the AIS station. The esitmated phase error of the received signal is calculated with the Cramer-Rao Lower Bound factoring the transmission power and the atmospheric noise according to the transmission frequency distributed by the ITU. Additionally, the simulation results are more accurate by estimating the annual mean atmospheric noise of the 300 kHz signal through the DGPS signal information collected from the maritime NDGNSS station. This approach can further increase the reliability of simulation results.

• Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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• v.11 no.4
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• pp.239-244
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• 2022

R-Mode is terrestrial based Global Navigation Satellite System (GNSS) backup radio navigation technology which used existing maritime information service infrastructure. It has advantages on reduce the cost and reutilize the frequency resource. In this paper, we propose a method to develop a medium-frequency (MF) band R-Mode transmitting station by utilizing the currently operating Differential GNSS (DGNSS) reference station infrastructure. To this end, the considerations for co-operating the DGNSS reference station and the MF R-Mode transmitting station are analyzed. In this process, we also analyze what is necessary to configure the communication system as a navigation system for range measurement. Based on the analysis result, MF R-Mode transmitting station system is designed and architecture is proposed. The developed system is installed in the field, and the performance evaluation results is presented.

• Journal of Navigation and Port Research
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• v.43 no.1
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• pp.42-48
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• 2019

The significance of PNT information in the fourth industrial revolution is viewed differently in relation to the past. Autonomous vehicles, autonomous vessels, smart grids, and national infrastructure require sustainable and reliable services in addition to their high precision service. Satellite navigation system, which is the most representative system for providing PNT information, receive signals from satellites outside the earth so signal reception power is low and signal structures for civilian use are open to the public. Therefore, it is vulnerable to intentional and unintentional interference or hacking. Satellite navigation systems, which can easily acquire high performance of PNT information at low cost, require alternatives due to its vulnerability to the hacking. This paper proposed R-Mode (Ranging Mode) technology that utilizes currently operated navigation and communication infrastructure in terms of Signals of OPportunity (SoOP). For this, the Nationwide Differential Global Navigation Satellite System (NDGNSS), which currently gives a service of Medium Frequency (MF) navigation signal broadcasting, was used to validate the feasibility of a backup infrastructure in domestic maritime areas through simulation analysis.