GPS의 이해

목차

Ⅰ. 들어가며

Ⅱ. G. P. S

1. 개요(GPS란?)

2. GPS의 역사

3. GPS의 기본원리

4. GPS의 구성

5. GPS 측량

6. GPS 정확도

7. GPS 오차

8. GPS 응용분야 및 미래

본문내용

수신기는 사용자 입력으로 수평선 위로 어느 각도 밑에 있는 인공위성으로부터 오는 신호는 무시하도록 되어있다. 이 각도를 "Mask Angle" 이라고 한다. 이것의 단점은 mask angle이 너무 높게 입력된 경우에는 최소 필요한 4개의 위성에 미달될 수도 있다. 대부분 mask angle 은 15-20도 정도로 유지되게 설정되어 있다.
* 잡음(Noise)
매우 약한 신호와 간섭을 일으켜서 수신기 자체에서 발생한다. 잡음은 각 신호기마다 다르지만 대부분 수신기는 잡음을 최소화하기 위한 내부 필터링 장치를 가지고 있다. PRN 코드 잡음과 수신기 잡음이 합쳐져서 전체 잡음이 된다.
* 다중 경로(Multi-Path) 오차
Multi-Path 신호는 인공위성에서 바로 오는 신호가 아니 반사되어 들어오는 신호를 받아들이는 것이다. 반사된 신호는 더 길어진 경로를 통해 인공위성에 들어옴으로 결과적으로 틀린 위치를 측정하게 된다. 그리고 신호의 세기도 약해짐으로 대부분 수신기는 신호의 세기를 비교해서 약한 신호를 제거함으로써 오차를 줄인다.
(2) 기하학적 오차
측위시 이용되는 위성들의 배치상황에 따라 오차가 증가하게 되는데, 이는 육상에서 독도법으로 위치를 낼 때 적당 한 간격의 물표를 선택하여 독도법을 실시하면 오차삼각형이 적어져 서 위치가 정확해지고, 몰려있는 물표를 이용하는 경우 오차삼각형이 커져서 위치가 부정확해지는 것과 마찬가지로 수신기 주위로 위성이 적당히 고르게 배치되어 있는 경우에 위치의 오차가 작아진다. 보이는 위성의 배치의 고른 정도를 DOP(Dilution of Precision) 이라고 한다. DOP의 값은 2보다 적은 경우는 매우 우수한 경우이고 2-3 값을 가지면 우수 4-5 값을 가지면 보통이고 6 이상이 되는 경우의 자료는 효용가치가 없다.
DOP의 종류는 여러가지가 있지만 가장 많이 사용되는 것은 PDOP(Positional DOP)라고 한다. GPS 수신기는 관측된 데이타를 이용하여 PDOP를 계산하고, 이를 거리오차에 곱하면 측위 오차가 된다.
즉, (거리오차;Range Error) x (PDOP) = (측위오차)가 된다.
따라서 대부분의 수신기는 PDOP가 작은 위성의 조합을 선택하여 측위 계산을 하고 이를 표시하도록 설계되어 있다. 최근 수신기의 성 능이 좋아서 PDOP가 3인 경우 위치오차는 대략 15m CEP (Circular Error Probability), 즉, 50% 오차확률의 범위에서 평면으로 약15m정도이다.
(3) SA(Selective Availability)
SA는 오차요소중 가장 큰 오차의 원인이다. 허가되지 않은 일반 사용자들이 정확성을 얻지 못하게 하기 위해 고의적으로 인공위성의 시간에다 오차를 집어 넣어서 95% 확률로 최대 100m 까지 오차가 나게 만든 것을 말한다.
걸프전 때 많은 수의 민간 수신기들이 군에서 사용되어졌을 때 전쟁이 끝날 때까지만 미 국방부는 SA의 작동을 중지했었다. 1996년 3월 29일 클린턴 대통령은 4년이내에 SA 의 작동은 영원히 중지될거라고 발표했었다. 그 시기는 아직 언제가 될지 정확히 말할 수 없지만 GPS 사업 종사자들은 조만간 그 말이 실현될거라고 믿고 있
다.
8. GPS의 응용분야 및 미래
(1) GPS의 응용분야
긴급구조 서비스에 따른 위치 정보 서비스를 동시에 제공
(* 911 발생빈도 : 1,800만/년 - 미국의 경우 25% 가량이 자신의 통화위치 모름)
항공 항법 분야 - 기존의 항법 대체 및 착륙 시스템에 이용
자세 제어 분야
인공 위성, 항체, 포신의 방향 등 정밀한 자세의 측지가 필요한 분야에 응용
군사 훈련 시뮬레이션, 수초 보호 분야에 응용
이외에 위치, 속도, 거리, 시각 등의 정보가 필요한 분야에의 응용
(2) GPS의 미래
아무도 정확히 GPS의 미래가 어떠할지는 알 수 없다. 10년 전 만해도 GPS가 현재와 같이 도약할 줄 아무도 예상 못했다. GPS의 미래가 어떡해 될지는 아무도 모르지만 추측해 볼 수는 있다. 몇 년 전만해도 거의 모듣 GPS 수신기는 미국에서 제조되었지만 현재는 일본에서도 대량생산을 하고 있으며 그 시스템은 날마다 간단해지고 가격도 저렴해지고 있다. 멀지 않아 다른 나라에서도 곧 생산이 가능하게 될 것이다.
차에 장착된 자동차 항법 시스템은 우리가 어디에 있고 어디로 가로 있으며 어떻게 우리가 가고자 하는 방향으로 가야하는지를 알려주고 있다. 머지않아 손목에 찰 수 있는 수신기도 곧 나올 전망이다. 따라서 가까운 미래에는 길을 잃는다는 자체가 시대착오적인 말로 받아들여질 것이다.
* SA(Selective Availability)의 문제
- 미국 -
2003년 까지 SA (Selective Availability)가 계속 작동된다면 GPS 장치는 미국에서만 1년에 100억 달러씩 팔릴것으로 예상된다. 만일 SA가 작동을 멈춘다면 140억 달러가 초과될것으로 예상되며 그와 관련된 수많은 업종들이 생겨날 것이다.
현재 민간 사용자와 군과의 가장 큰 갈등은 SA의 문제이다. 1995년에 National Research Council(NRC)는 SA는 조만간 작동이 멈춰야 하며 국가 위기 상황이 아닌 한 그 상태는 계속 유지되어야 한다고 보고 했었다. 그러나 군당국은 만일 이렇게 된다면 평화시에 비행기 같은 대중교통이 SA가 작동되지 않는 시스템에 의존하다가 국가 위기 상황이 도래해 다시 SA가 작동된다면 어떻게 대처할 것인가 우려를 표명하고 있다.
- 유럽 -
1995년에 전 세계적으로 GPS 수신기는 23억 달러(미국 9억 달러)가 팔렸다. 2005년 쯤이면 그 수치는 310억 달러까지 상승할것이며 대부분은 미국이 아닌 다른 곳에서 상당 부분의 수요가 요구될 것이다.
미국이 아닌 다른 곳에서도 주 관심사는 언제까지 SA 가 유지될 것인가이다. 유럽 공동체의 경우는 SA 때문에 자신들만의 GPS 시스템(European "EconoSat")을 세울것이라고 미국을 위협하고 있다. 그 시스템은 군사적 목적이 아니기 때문에 가격면에서는 더 저렴하고 높은 정확성을 제공할 것이라고 한다.

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