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1. 무결성 감시 ( Integrity monitoring )
무결성이란 항행 시스템에 이상이 발생하였을 때 이것을 정해진 시간 내에 사용자에게 경보해줄 수 있는 능력을 의미한다. 만약 무결성 감시 시스템이 제대로 작동을 하지 못해서 일정 크기 이상의 고장이 발생하였는데도 고장을 감지해 내지 못한 경우 무결성 위험이 발생하였다고 한다. 이 경우 실제 위치와 계산된 위치의 차이가 클 수 있으므로 매우 위험한 상황에 처할 수 있게 된다.
무결성 감시 연구 분야는 Anomaly detection과 Error estimation, 이렇게 두 가지 분야로 나뉘어진다. Anomaly Detection 부분에서는 수신한 위성신호에 고장이 포함되어 있는지 없는지를 감시하고 만약 고장이 있다면 어느 위성의 신호에 고장이 포함되어있는지 찾는 역할을 수행한다. 이렇게 해서 모든 고장이 제거되고 위치가 결정된다고 하더라도 신호에는 여러 가지 오차 성분이 포함되어 있으므로 실제 값과 정확히 일치하는 위치를 구할 수는 없다. Error Estimation 부분에서는 이러한 문제의 해결을 위해 측정된 신호의 잡음의 수준과 위성의 기하학적 배치 등을 고려하여 계산된 위치와 실제 위치와의 관계를 추정하여 계산된 위치를 실제 위치로 받아들여도 안전한 운행에 지장이 없는지를 판단하게 된다.
2. Anomaly detection
Anomaly detection은 보통 여유 측정치를 이용하여 계산된 위치로부터 거꾸로 위성과의 거리를 추정하여 이 때 추정된 측정치와 실제로 수신된 측정치와의 크기를 비교하는 방법을 사용한다. 위의 그림에서 볼 수 있듯이 정상상태에서는 실제 위치와 계산된 위치가 충분히 가깝기 때문에 실제 측정치와 추정된 측정치가 비슷한 값을 보이지만 고장이 있을 경우에는 계산된 위치가 실제 위치와 큰 차이를 보이기 때문에 실제 측정치와 추정된 측정치도 큰 차이를 보이게 된다. 이때 어느 정도 차이가 나야 고장이 발생하였다고 판단해야 하는지 기준이 필요한데 보통 실제 고장이 일어나지 않았는데 고장이 일어났다고 판단할 확률이 10-5 이하가 되도록 검출 기준값을 설정한다.
Figure 1. Anomaly detection
3. Error detection
사용자는 수신된 위성신호로부터 자신의 위치를 계산하지만 계산된 위치가 실제위치와 어느 정도 떨어져 있는지 알 수 없다. 이를 해결하기 위해 측정된 신호의 noise 수준과 위성의 기하학적 배치로부터 자신의 실제 위치가 계산된 위치로부터 몇 m안에 포함되는지를 추정한다. 이때 계산된 범위를 보호수준(Protection level)이라고 하고 사용자는 자신의 실제 위치가 보호수준 안에 있다고 가정하고 운항 가능 여부를 결정하게 된다. 보호수준이 항행 요구조건보다 크게 되는 경우에는 자신의 위치가 위험 지역에 들어갈 수 있으므로 정상 운항이 불가능하다. 따라서 보호수준은 최대한 작게 추정될수록 좋은데 이렇게 하기 위해서는 실제 측정치의 오차수준을 정확히 모델링하여야 한다.
Figure 2. Error detection
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Professor
