글로벌 포지셔닝 시스템(GPS)은 미국 국방부에 의해 궤도로 배치된 24개의 위성 네트워크로 구성된 위성 기반 내비게이션 시스템입니다. GPS는 원래 군사적 용도로 설계되었지만, 1980년대에 정부는 이 시스템을 민간 사용을 위해 개방했습니다. GPS는 전 세계 어디에서나, 어떤 날씨에서도, 하루 24시간 작동합니다. GPS를 사용하기 위해 구독료나 설치 비용은 없습니다.
GPS는 어떻게 작동하나요?
글로벌 포지셔닝 시스템 위성은 지상의 장비에 신호를 전송합니다. GPS 수신기는 위성 신호를 수동적으로 수신하며, 전송하지 않습니다. GPS 수신기는 하늘을 방해받지 않는 시야가 필요하므로, 야외에서만 사용되며, 숲이나 높은 건물 근처에서는 성능이 좋지 않은 경우가 많습니다. GPS 작동은 미국 해군 천문대의 원자 시계가 제공하는 매우 정확한 시간 기준에 의존합니다. 각 GPS 위성에는 원자 시계가 탑재되어 있습니다.
각 GPS 위성은 자신의 위치와 현재 시간을 나타내는 데이터를 전송합니다. 모든 GPS 위성은 이러한 반복 신호가 동일한 순간에 전송되도록 동기화됩니다. 빛의 속도로 이동하는 신호는 일부 위성이 다른 위성보다 더 멀리 있기 때문에 GPS 수신기에 도착하는 시간이 약간 다릅니다. GPS 위성까지의 거리는 신호가 수신기에 도달하는 데 걸리는 시간을 추정하여 결정할 수 있습니다. 수신기가 최소 4개의 GPS 위성까지의 거리를 추정하면, 3차원에서 자신의 위치를 계산할 수 있습니다.
항상 최소 24개의 작동 중인 GPS 위성이 있습니다. 미국 공군이 운영하는 위성은 12시간 주기로 궤도를 돌고 있습니다. 지상 기지는 각 위성의 궤도를 정확하게 추적하는 데 사용됩니다.
위치 결정?
GPS 수신기는 위성의 위치를 “알고” 있습니다. 왜냐하면 그 정보가 위성 전송에 포함되어 있기 때문입니다. 수신기는 위성이 얼마나 멀리 있는지를 추정함으로써, 위성을 중심으로 한 가상의 구면의 표면 어딘가에 위치하고 있다는 것을 “알고” 있습니다. 그런 다음 여러 개의 구의 크기를 결정합니다. 각 위성마다 하나씩입니다. 수신기는 이러한 구가 교차하는 지점에 위치합니다.
GPS의 정확도는 얼마나 되나요?
GPS는 다섯 가지 질문에 동시에 대답합니다:
“나는 어디에 있나요?”
“나는 어디로 가고 있나요?”
“당신은 어디에 있나요?”
“거기에 가는 가장 좋은 방법은 무엇인가요?”
”나는 언제 도착하나요?”
GPS는 오늘날 어떤 날씨에서도, 어디에 있든지 지구에서 당신의 정확한 위치를 보여줄 수 있는 유일한 시스템입니다!
GPS로 결정된 위치의 정확도는 수신기 유형에 따라 다릅니다. 대부분의 휴대용 GPS 장치는 약 10-20미터의 정확도를 가지고 있습니다. 다른 유형의 수신기는 차별 GPS(DGPS)라는 방법을 사용하여 훨씬 더 높은 정확도를 얻습니다. DGPS는 인근의 알려진 위치에 고정된 추가 수신기가 필요합니다. 고정 수신기가 수행한 관측은 이동 장치가 기록한 위치를 수정하는 데 사용되어 1미터 이상의 정확도를 생성합니다.
시스템이 생성될 때, 비군사 GPS 수신기의 정확도를 약 100미터로 제한하기 위해 GPS 전송에 타이밍 오류가 삽입되었습니다. 선택적 가용성이라고 불리는 이 GPS 작동 부분은 2000년 5월에 제거되었습니다.
GPS 개발:
GPS는 미국 군대에 의해 설계되었습니다. 개념은 1960년대 후반에 시작되었지만 첫 번째 위성은 1978년 2월에 발사되었습니다. 1989년 마젤란사가 첫 번째 휴대용 GPS 수신기를 소개했습니다. 1992년 GPS는 사막 폭풍 작전에서 사용되었습니다. 1996년 3월, 대통령은 GPS를 민간 사용자에게 무료로 제공하기로 결정했습니다.
GPS 시스템 설명:
GPS는 세 가지 세그먼트로 구성됩니다:
우주 세그먼트는 현재 28개의 위성으로 구성되어 있으며, 각 위성은 지구에서 약 11,000 해리 위의 고유 궤도를 돌고 있습니다.
사용자 세그먼트는 손에 들거나 자동차에 장착할 수 있는 수신기로 구성됩니다.
제어 세그먼트는 위성이 제대로 작동하는지 확인하는 지상국(전 세계에 위치한 다섯 개)으로 구성됩니다.
GPS 시스템의 세그먼트
민간인용 GPS
처음에 군은 밀수업자, 테러리스트 또는 적대 세력이 GPS를 사용할 것을 우려하여 민간인이 GPS를 사용하는 것을 원하지 않았습니다. 결국 장비를 제작한 회사들의 압력에 굴복하여 국방부는 일부 제한과 함께 비군사적 목적으로 GPS를 사용할 수 있도록 했습니다. 2000년 5월 1일, 클린턴 대통령은 제한을 해제하고 비상 시 민간 GPS 신호를 저하시키는 옵션이 2010년까지 단계적으로 종료될 것이라고 발표했습니다. 연방 정부는 전 세계적으로 평화로운 용도로 GPS 기술을 무료로 제공할 것을 약속합니다.