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범지구적 위성 항법 시스템 (GNSS) ||
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GPS |
글로나스 |
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갈릴레오 |
베이더우 |
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지역 한정 위성 항법 시스템 (RNSS) ||
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IRNSS |
QZSS |
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KPS개발중 |
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공식홈페이지
1. 개요
みちびき(準天頂衛星システム) / 미치비키(준천정위성시스템) / Quasi-Zenith Satellite System; QZSS일본이 구축한 위성항법시스템. 3호기인 199번 위성은 정지궤도에 위치해 있고, 그 외의 모든 위성은 미국의 GPS 위성이 위치한 20,200km보다 훨씬 높은 준천정 궤도(약 32,000km~40,000km)에 위치해있다. 준천정 궤도는 지구의 자전에 동기화 되어 있어, 특정 구역(일본)에 지속적으로 위치시킬 수 있다는 장점을 가진 타원형 경사 궤도이다.
2010년 9월 11일에 기술실증 및 오차보정 시험기 및 예비기인 'QZS-1(미치비키-1)'이 발사되었으며, 2017년 3기가 추가로 발사되어 모든 커버 범위에 대한 24시간 서비스가 개시되었다. 2021년 10월, 미치비키-1을 대체하는 QZS-1R이 발사되었으며, 2025년까지 추가로 3기를 더 발사해 7기로 GPS 없이 단독 운용이 가능한 체제를 구축한 후 2030년대 후반까지 11기 체제로 확대할 예정이다. #
위성 1기당 가격은 350억 엔이며, 모든 위성의 제작은 미쓰비시전기가 담당한다.
2. 소개
GPS나 GLONASS와 같은 전지구 위성항법시스템(GNSS)이 아니라, 일본 주변의 지역을 커버하는 국지적인 위성 항법 시스템(RNSS; Regional Navigation Satellite System)이다. 일본 지역을 비롯하여 대한민국을 포함해 남쪽으로는 호주, 서쪽으로는 인도, 동쪽으로는 하와이 까지 커버가 가능하다.조금 더 정확한 QZSS의 커버리지는 아래 사진과 같다. 커버리지의 경도는 일본에 맞추어 있지만, 위성의 특성상 적도 부근에서 가장 효율이 좋기 때문에, 필리핀, 인도네시아 를 비롯한 동남아시아 국가들과 오세아니아 국가들이 수혜를 입었다.
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| 간이 커버리지(한글화) | 상세 커버리지[1] |
기타 인공위성들과 동일하게 지구 전체를 돌지만 지구의 자전을 따라 주회하기 때문에 지상의 관측자 입장에서는 마치 8자를 그리는 것 같이 보여진다.
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| 도쿄에서 본 QZSS의 위치 | 우주에서 본 지구의 자전과 QZSS의 위치 |
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| 서울에서 본 QZS-1 미치비키와 궤도 QZS-1R의 궤도[2] | |
기존의 GPS의 경우 여러가지 부족한 점이 있었다. 첫 째로 산간 지역이나 도심부의 경우 산과 건물들에 하늘이 가려져 일부 GPS 신호를 수신 할 수 없다는 것, 둘 째로 건물에 한 번 반사되어 들어오는 신호는 오히려 잘못된 값을 제공한다는 것이다. QZSS는 이러한 문제의 해결방법으로 바로 위에서 직접 전파를 쏴서 오차를 크게 줄일 수 있도록 하였다.
| 주변 지형 문제로 30° 이하에 위치한 인공위성의 신호를 수신할 수 없을 때 | |
| GPS(파랑)만을 사용 | GPS와 QZSS(분홍)를 사용 |
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1.가장 높이 있는 위성도 30° 이상 꺾인 곳에서 신호를 보내고 있다. 2.나머지 위성들은 45° 이상의 큰 각도를 가지고 신호를 보내고 있다. 3.S 방위에 GPS가 없다. |
1. QZSS가 90°에 가까운 곳에서 정확한 신호를 보내준다. 2. S 방위에 QZSS가 있다. |
| 지형 문제로 인해 발생하는 GPS의 오차와 QZSS의 역할 |
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1. 양 끝에 있는 GPS의 신호는 수신할 수 없다.[3] 2. 오른쪽에서 두 번째의 위성의 신호는 오히려 위치 측정에 방해가 된다.[4] 3. QZSS는 바로 위에서 쏘기 때문에 반사로 인한 오차의 위험이 매우 적다. |
기본적인 위치오차는 1m~7m로, 10m가까이 오차가 생기는 GPS나 GLONASS보다 상대적으로 정밀하다. 헌데 여기에 여러 보정을 거치면 상용 모드 오차는 6cm[5], 연구 모드 오차는 1cm로 알려져 있어 현존하는 가장 정확한 위성 항법 체계로 평가받고 있다. 다만 지상의 보정장치를 이용하기 때문에 현재는 일본 전역만 가능하며 그 외 지역에서는 m급 오차임은 변함이 없다. 범위는 이곳 참조.
어떤 통신이 통하지 않는 비행기 안에서 GPS와 GLONASS만으론 위치를 잡는 데 수분이 걸리지만, QZSS가 포함될 경우 수십 초 만에 자신의 위치를 찾는다. 비행기 안에서 QZSS가 내장된 iPhone 8로 자신의 위치를 찾아보면 약 20초~30초 만에 찾는다. GPS나 GNSS만으론 수분이 지나도 잡히지 않는다.
다만 일본이 해낸 일을 미국은 하지 않은 데에는 이유가 있는데, 궤도가 높아지면 해당 지역에 같은 강도로 신호를 송출하기 위해 세기를 훨씬 강하게 만들어야 하며 이를 위해선 위성도 거대해지고 이러면 발사 비용도 증가하기 때문이다. 이에 더하여 일본이 채택한 위성 궤도는 궤도면상 한 번에 여러 위성을 쏘아올리기 어렵기 때문에 비용 절감이 불가능한 구조다. 한국형 GPS 사업에서도 같은 8자 궤도를 사용할 예정이라서 같은 단점을 공유한다.
실제로 일본은 2017년 한 해에만 3개의 위성을 쏘아올렸는데, 1개씩 실어 3개의 로켓을 쏘아올렸으니... 미국은 이리듐 계획 위성을 교체하는 사업에서 위성을 1개의 로켓에 10개씩 실어 쏘아올릴 정도다. 어쨌든 미국 입장에서는 지구 전체를 커버해야 하고 위성 수명이 다할 때마다 교체도 해야 하는데, 위성 제작 및 발사 비용이 증가하는 건 바람직하지 않았을 것이다.
단 일본은 애초에 제공 범위를 자국으로 한정한 점, 3호 위성과 같이 재난망 서비스를 위한 정지궤도 위성을 포함시킨 점 등 비용 절감 및 용도 다변화를 고려하여 사업을 진행하였기에 가능했다고 볼 수 있다.
그럼에도 불구하고 경제성 면에서 테클을 많이 받아서 프로젝트가 몇 번이나 좌초될 위기에 놓였었다. 가뜩이나 일본의 위성발사체는 가격이 비싸기로 유명한데 위에 설명했듯 비용 증가요인이 한두 개가 아니다보니 그냥 갈릴레오, 베이더우, 글로나스, GPS를 잘 짬뽕해서 좌표를 보정하면 정밀도는 충분하지 않겠느냐는 의견이 나왔던 편. 하지만 빌딩 숲 사이에서 최적의 정밀도를 제공하는 유일한 위성항법시스템이라는 차별성, 그리고 GPS 군사용 채널을 획득하기 어려운 유사시를 고려하여야 한다는 논리, 마지막으로 도호쿠 대지진 당시처럼 재난 상황에서 정지궤도에서 여러 서비스를 제공해 줄 3호 위성을 포함시킨다는 사업안 등으로 마침내 진행할 수 있었다.
2.1. 군사용
다른 국가들의 항법 위성처럼 역시 군용으로 사용할 수 있어 전파 방해 방지 모드와 함께 자위대가 사용할 수 있도록 암호화 된 특수전파를 송신할 수 있다고 한다. #2021년 10월 쏘아 올려진 QZS-1R 부터는 높은 고도의 이점을 활용해 미 공군의 우주상황인식(SSA) 시스템을 탑재하고 적성국 위성들의 위치를 감시하는 역할까지 맡는다. #
3. 대한민국 출시 스마트폰에서의 QZSS
스마트폰에서 QZSS의 신호를 감지할 수 있더라도, 드라이버단 또는 소프트웨어단에서 QZSS의 위치·궤도데이터를 지원하지 않는 경우가 있다. 그러니까 QZSS 신호를 감지할 수 있는 것과 QZSS의 위치·궤도데이터를 수신할 수 있는 것은 전혀 다른 이야기이다. 한국 내 출시된 스마트폰을 기준으로 QZSS 신호를 감지할 수 있는 최초의 스마트폰은 갤럭시 S III지만, 공식적으로 QZSS를 지원하여 위치·궤도데이터를 사용할 수 있는 최초의 스마트폰은 iPhone 6s, iPhone 6s+이다. 이후 지원 목록은 아래 정식 지원 문단 참고.과거 스마트폰 제조사에서는 일본 내수용 제품에 QZSS를 대응시키지만 그 이외 나라에서는 드라이버나 소프트웨어 단에서 QZSS를 대응하지 않는 식으로 출시하고 있었다. 이유는 당시 QZSS 위성이 193번 위성 1기뿐이었고 일본 내 기술 실증 테스트가 한창 진행 중이었기 때문이다. 다만 4기 위성 체제가 갖춰져 정식으로 서비스가 개시된 2017년부터는 QZSS를 글로벌로 지원하는 스마트폰이 속속 등장하고 있는 추세이다. 예를 들어 2017년 발매된 갤럭시 S8과 갤럭시 S8+의 경우 한국 내수용 제품들도 QZSS를 지원하기 시작하였다.
아래는 한국 출시 기준으로 QZSS를 정식으로 지원하는 스마트폰과 QZSS 신호를 감지만 가능한 스마트폰으로 나열되었다.
3.1. 글로벌 정식 지원 기기
- iPhone 6s, iPhone 6s Plus 이후 출시된 모든 iPhone
- 갤럭시 S8, 갤럭시 S8+ 이후 출시된 모든 갤럭시 S 시리즈
- 엑스페리아 XZ2 이후 출시된 모든 소니 엑스페리아 시리즈
- Google Pixel 4a 이후 출시된 모든 구글 픽셀 시리즈
3.2. 신호 감지 가능 기기
- 스냅드래곤 845, 835, 660, 653[6] 652[7] 630, 625(626), 600을 탑재한 스마트폰.
- 갤럭시 S III 이후 출시된 갤럭시 S8[8]까지의 갤럭시 S 시리즈.
[1]
가장 마지막의 남색선이 지표면에서 10°떨어진 지점을 의미하는 곳으로 사실상 이용이 불가능 한 지역이다.
[2]
미치비키와 달리 QZS-1R은 지평선 아래로 내려오지 않는게 특징
[3]
각각 산과 건물에 의해 가려짐
[4]
반사로 인해 빛의 이동 시간이 늘어나 더 먼 거리 떨어져 있는 곳이라는 오해를 줄 수 있음
[5]
Used in a stationary object environment it dramatically improves accuracy to 6 cm in the horizontal plane and 12 cm in the vertical plane. Even mobile units such as in cars have a high accuracy of 12 cm in the horizontal plane and 24 cm in the vertical plane.
#
[6]
특정 모델 지원.
[7]
특정 모델 지원.
[8]
단, 일본 출시 제품은 QZSS 지원.