미국은 GPS의 대체제를 찾고 있다.(U.S. seeks GPS alternativ)

http://www.c4isrnet.com/article/20131030/C4ISRNET13/310300012/U-S-seeks-GPS-alternative

미국은 GPS의 대체제를 찾고 있다.(U.S. seeks GPS alternativ

워싱턴 - GPS 내비게이션 : 이것 없이 살 수는 없지만, (전적으로) 믿을 수도 없다.

 GPS 취약점이 점점 더 명확해지는 시점에 기기와 부대들이 위성 네트워크로부터 받는 위치 정보에 의존

하는 정도가 커짐에 따라, 군사 계획가들이 분류하는데 애를 먹고 있다.

 이번달 한 무리의 해커들이 해커들 사이에 완벽한 정복을 뜻하는 'pwned'가 나오도록, 선박추적 소프트

웨어에 침입하였다. 지난 여름에는 텍사스 대학의 학생들이 가짜 GPS 신호를 이용하여 배들이 항로에서 

벗어나도록 할지를 파악했다.

 이것은 보안을 최우선순위로 절대 설계되지 않았던 GPS의 암호화 체계를 미군이 강화하지 않고 있다는 

것을 의미하지는 않는다. 그러나 펜타곤 연구개발 총책임자인 Al Shaffer는 GPS 보안을 그의 최우선 우려

사항으로 지정했다.

 "현대 전자장비를 이용하여 GPS 신호를 방해하는 것은 점점 더 쉬워지고 있다. 우리군은 정확한 항법과 

시간을 아는데 GPS에 의존하고 있으며 대부분의 우리 무기체계들은 매우 정확한 시간을 필요로 한다"고 

그는 말했다.

 Shaffer는 관성측정장치(IMUs)에 대한 연구를 가능한 대안으로 언급했다. 이는 신기술이 아니며 GPS 발

명전에 주요 연구 과제였던 것이나 점차 정밀해지고 있다.

 이 장비는 3개의 자이로스코프와 3개의 가속계를 이용하여 속도의 방향과 변화를 측정한다는 개념이다.

 2009년 Andrei Shkeldms은 (미국)방위고등연구 기획국(DARPA)을 위해 관성측정장치 개선방법에 대해서 

연구를 시작했으며 그곳에서 위치정보, 항법 및 시간계획 프로그램을 위한 초소형 전자공학 프로그램 관

리자로 일했다.

 그는 가장 어려운 문제중에 하나인, 미사일용 관성측정장치에 중점을 두기 시작했다. 과제는 이 장비가 

궁극적으로 파괴된다는 가정하에 작으면서도 비용효율이 높아야 한다는 점이다.

 관성측정치는 이미 사용되고 있으나 정확한 위치정보를 오직 20초 동안만 유지 가능하며 이는 GPS 신호

를 잠시 놓쳤을 때 보완측정 방법을 의미한다.

 Shkel은 이 장비가 미사일이 날라가는 동안에 정확도를 유지할 수 있는지 알고 싶어했다. 그의 연구를 

통해서 미사일의 70%가 3분 또는 더 적은 시간동안 체공하며, 98% 정도는 20분 이내의 시간동안 체공한다

는 것을 알 수 있다.

 "결론은 우리가 이 문제를 100% 해결할 수 있는 매우 정확한 관성 장치를 가질 수 있지만 가격은 매우 

비쌀 것이라는 것이었다. 백만 달러 미만의 미사일에 백만 달러짜리 관성장치를 넣을 수는 없지 않겠느냐

?"라고 그는 말했다.

 문제는 가격 뿐만 아니라 그것이 또한 매우 크다는 것이었다.

 Shkel "최첨단 저비용 장비는 사과 정도의 크기였다. 우리는 "이 문제를 해결하지만 사과씨만한 정도의 

크기로 장비를 만들 수 있을까요?'라고 말했다'고 한다.

 그들은 거의 성공했다. 쉬켈과 그의 팀은 반도체 기술을 이용하여 3분 정도의 정확한 데이터를 제공하는 

체계를 제시했으며, 단위당 예상 제조원가를 1천달러 미만으로 동전만한 크기 정도였다. GPS와 관성계측

장비가 끊임없이 데이터를 비교하여 언제 GPS가 방해를 받고 있는지를 보여줄 수 있다면 이는 유용할 수 

있다.

 "당신은 기본적으로 GPS 수신장치를 분석할 수 있으며 당신의 관성 항법 장치가 제공하는 것과 GPS 항법 

장치가 제공하는 것이 일치하는 지를 확인할 수 있으며 또한 장난과 전파 방해를 비교할 수도 있다."라고 

쉬켈은 말했다.

 

 그 장비는 임무의 70%에 해당하는 미사일 비행시간을 담당했지만 쉬켈과 그의 팀은 이 기술에 다른 곳에 

응용될 수 있는지를 알고 싶어했다.

 그래서 그들은 IMU의 변형장치를 장화에 집에 넣는 체계를 생각해 냈으며, 이는 체계가 계속해서 측정이 

가능하도록 걸음걸이의 자연적인 움직임과 멈춤을 이용한다.

 "당신이 걷고 땅을 지나칠 때, 센서는 속도가 0인 지점을 지나친다. 이러한 현상을 센서를 다시 맞추는

데 이용한다면 4시간동안 이러한 접근방법을 이용하여 정확성을 유지하는 것을 보여줄 수 있다."고 쉬켈

은 말했다.

 그러나 이러한 시간 제약 때문에 이러한 체계들은 대개 여전히 임시 보완제의 경격을 가지며, 이는 GPS

와 협동하는 것을 의미한다. 

원자적 접근

 쉬켈은 관성체계의 능력을 향상시키기 위해서, 움직임의 변화를 감지하기 위해 원자의 라머 진동을 이용

하여 또다른 기술과 데이터를 비교하는 것을 주시하고 있다.

 원리는 원자가 움직일 때 레이저를 이용하여 원자의 자기장 변화를 감지할 수 있다는 것이다. 이 기술은 

그러한 측정이 외부 자기장에 심각한 영향을 받지 않는 한, 좀더 많은 시간과 거리에도 정확도를 유지할 

수 있다는 장점을 갖고 있다.이러한 효과를 위해 소위 칩 크기의 결합 원자 항법체계는 외부 자기장으로

부터 보호된다.

 원자적 측정까지 하락은 그들의 갑작스러운 움직임에 그다지 반응하지 않는다는 것이다. 만약 관성계측

장비가 직렬로 사용된다면 그것은 문제가 되지 않는다.

 "이러한 빠른 반응, 광범위하고도 역동적인 범위를 측정하는 능력 및 원자력 장치에서 오는 장기간 안정

성을 결합하는 것은 기본적으로 다른 두 세계의 최고만을 하나로 합치는 것이며 임무시간을 늘리 

것이다."라고 쉬켈은 말했다.

 공동으로 이 기술은 거의 어떠한 미사일이라도 목표물을 타격할 수 있게 해야만 하며 알고리즘 데이터를 

통합하여 군인들이 GPS 신호와의 연결 없이도 오랜기간 사용할 수 있도록 해줘야 한다.

 쉬켈은 "이제 4시간 정도지만 하루 정도까지 될겁니다."라고 말했다.

 그의 유일한 큰 걱정거리는? 자금지원과 관심이다. 쉬켈은 올해 초 방위고등기획국(DARPA)를 떠났으며 

캘리포니아 주립대학교 어바인에서 일을 계속하고 있지만 관성체계의 이야기를 경고로서 보고 있다.

 "역사적으로 사람들이 관성항법이 큰 문제라는 것을 알았던 70년대, 60년대에 그들은 그것을 많이 강조

했지만, GPS가 등장하고 사람들은 '그래, 우리는 관성 센서가 그리 많이 필요하지는 않아'라고 말했다고 

그는 말했다. "30년이 지나고 나서 우리는 우리가 GPS에 의존할 수 있는 의문을 갖기 시작했고 앞으로 20

년동안 우리는 군사응용분야에서 전파교란 문제를 해결해야 할 것이다."

 그리고 기술은 진보하고 있지만 아직 양산할만한 시점은 아니다.

 "DARPA가 들어와서 프로그램에 예산을 지원하고 있지만 여전히 가장 힘든 단계에 막 들어와 있다." 쉬켈

은 말했다.

 과학이 도움줄 수 있는 것은 항법장치의 사업적인 부분이 주목을 받는 것이다.

 "산업계는 교란에 대해서 잘 알고 있다.", 무인기 체계 국제협회 의장인 마이클 토사노는 2012년 의회 

회기전 증언에서 위와같이 적었다.

 "교란은 그것이 유인비행기, 무인비행기, 핸드폰 또는 자동차인지 상관없이 항법과 시간확인을 위해서 

GPS를 이용하는 어떠한 기술에도 영향을 미친다. 실제로 상업 항공기들은 공항으로 가는 항로를 지정하는

데 GPS 신호에 더 많이 그리고 더 깊숙히 의존하며 차세대 항공 관제 체계의 도래로 인해서 유인이던 무

인이던 모든 항공기들이 항법을 위해 GPS에 의존할 것이다.