eLoran : GNSS 장애에 대비하는 지상파 항법 백업 시스템

eLoran은 100kHz 펄스의 도착 시간차로 위치를 구하고, 펄스 위치 변조(PPM) 데이터 채널로 보정신호와 UTC 시각 정보를 전달해 GNSS를 대체·보완하는 지상파 백업 항법 시스템입니다. 이 글에서는 eLoran의 구성 기술과 특징, GNSS와의 차이를 정리합니다.

1. 주제

eLoran(enhanced Loran, 향상된 로란)

2. 개요

eLoran은 위성항법(GNSS, Global Navigation Satellite System) 신호가 방해받을 때 위치·항법·시각(PNT) 정보를 계속 제공하기 위한 지상파 항법 시스템입니다. GNSS 신호는 먼 위성에서 내려오는 약한 신호여서 재밍(고의 전파 방해)에 취약합니다. 실제로 2010년 8월부터 북한발 GPS 재밍이 이어졌고, 2012년에는 16일 동안 항공기 1,016대와 선박 254척이 GPS 장애를 겪었다고 보도되었습니다.

기존 Loran-C는 100kHz 지상파로 넓은 지역을 덮을 수 있었지만 정확도와 운용 면에서 한계가 있어 퇴조했습니다. eLoran은 이 전파 특성을 유지하면서 UTC 시각 동기, 데이터 채널, 전파 지연 보정(ASF)을 더해 항만 진입·접근 수준(20m, 95%)의 정확도를 목표로 합니다.

3. 개념

• 100kHz 펄스의 도착 시간차로 위치를 구하고, 펄스 위치 변조(PPM) 데이터 채널로 보정신호와 UTC 시각 정보를 전달해 GNSS를 대체·보완하는 지상파 백업 항법 시스템임

4. 개념도

5. 구성요소

구성요소	역할
중앙 제어국	각 송신국의 송신 시각을 UTC에 동기시키고, 지상 기준국의 보정 정보를 모아 송신국에 전달함
지상 기준국	항만·공항 부근에서 오차를 측정하고 ASF 보정값을 만들어 중앙 제어국에 보냄
송신국(주국·종국)	주국 1개와 종국 여러 개가 체인을 이뤄 시분할로 100kHz 펄스 그룹을 송출하고, PPM 데이터 채널로 보정 정보를 실어 보냄
수신기	송신국별 펄스 도착 시간차를 측정해 쌍곡선 교점으로 위치를 구하고, 수신한 ASF 보정값과 UTC 시각 정보를 반영함

신호와 측위 원리

신호·측위 기술

기술	설명
펄스 신호 구조	100kHz 반송파의 펄스(약 250µs, 에너지 99%가 90~110kHz)를 송신국마다 8개씩 1ms 간격으로 묶어 GRI(Group Repetition Interval, 그룹 반복 주기)마다 송출함. 주국 1개와 종국 여러 개로 된 3~5개국 체인이 시분할로 송신함
측위 방식(시간차 측위)	두 송신국 펄스의 도착 시간차(TD)가 쌍곡선 하나를 정하고, 세 번째 국과의 시간차가 만드는 다른 쌍곡선과의 교점으로 위치를 구함. 수신기가 정확한 시각을 알면 도착시간(TOA)으로도 측위함
데이터 채널 변조(PPM)	펄스 위치 변조(PPM)로 펄스를 ±1~2µs 정도 앞당기거나 늦춰 데이터를 실음. Eurofix는 마지막 6개 펄스를 −1·0·+1µs로 변조하고, 9번째 펄스 방식은 데이터 전용 펄스를 8번째 펄스 1ms 뒤에 추가해 5진 PPM으로 약 50bit/s를 전송함
ASF 보정·UTC 동기	기준국이 ASF(Additional Secondary Factor, 육지 경로로 생기는 추가 전파 지연) 보정값을 만들어 데이터 채널로 전달함. 송신 시각을 UTC에 직접 동기해 시각 정보도 제공함

6. 주요 특징

특징	설명
GNSS 백업	GNSS와 독립된 신호이므로 위성 장애·재밍 상황에서도 항법 기능을 이어갈 수 있음
지상 항법 시스템	100kHz 저주파 지상파를 사용해 송신국 수가 적어도 넓은 지역에 서비스할 수 있음. 국내 계획은 5개 송신국이었음
측위 정확도	ASF 보정값으로 육지 경로의 전파 지연을 반영해 시간차 측위 오차를 줄임
시각 제공	UTC 동기 송신으로 시각 기준(UTC ±50ns 수준 요구)도 함께 제공함

7. 유사 기술과의 비교

구분	GNSS	eLoran
기반	위성(우주 기반)	지상 송신국
주파수	L밴드(L1·L2·L5)	100kHz 대역(90~110kHz)
정확도	eLoran보다 일반적으로 높음	항만 진입·접근 20m(95%) 요구
재밍 영향	신호가 약해 재밍에 취약	GNSS와 독립, GNSS 재밍과 무관
커버리지	전 세계	송신국 커버리지 범위

8. 기술 동향·개선 사항·활용

• eLoran은 정확도는 GNSS보다 낮지만 강한 지상파 신호로 GNSS 백업 역할을 맡는 방향으로 논의되며, 국내에서도 포항·광주 기지국 전환과 울릉·강화·제주 신설을 포함한 5개 송신국 구축 계획이 2013년 보도에 소개되었음
• GNSS 장애 시 해상 항만 진입, 항공 비정밀 접근, 통신망 시각 동기 등에 활용될 수 있음

용어 설명

• eLoran(enhanced Long Range Navigation) : Loran-C를 개량한 100kHz 지상파 항법 시스템
• GNSS(Global Navigation Satellite System, 위성항법시스템) : 인공위성 신호로 위치·시각을 구하는 시스템의 총칭
• PNT(Positioning, Navigation, Timing) : 위치·항법·시각 정보
• 재밍(Jamming) : 고의로 전파를 쏴서 수신을 방해하는 행위
• PPM(Pulse Position Modulation, 펄스 위치 변조) : 펄스 위치를 미세하게 옮겨 데이터를 싣는 변조 방식
• ASF(Additional Secondary Factor) : 전파가 육지 경로를 지날 때 생기는 추가 전파 지연
• UTC(Coordinated Universal Time, 협정세계시) : 세계 표준 시각
• GRI(Group Repetition Interval, 그룹 반복 주기) : 송신국 펄스 그룹이 반복되는 주기
• TD(Time Difference, 도착 시간차) : 두 송신국 펄스가 도착한 시각의 차이
• TOA(Time of Arrival, 도착시간) : 신호가 도착한 시각

참고 출처

• Univ. of Rhode Island, “An evaluation of eLoran as a backup to GPS” (digitalcommons.uri.edu/ele_facpubs/1063)
• UrsaNav, “ILA-40 eLoran System Definition & Signal Specification Tutorial”
• Inside GNSS, “North Korea’s GPS Jamming Prompts South Korea to Endorse Nationwide eLoran System” (2013)
• Stanford GPS Lab, Sherman Lo, IEEE AES Tutorial (Loran-C 및 Modernized Loran 해설, Lo_IEEEAES_Tutorial_2007)