Garmin 가민 홈페이지에서 설명한 GPS

GPS는 무엇인가요?

GPS(Global Positioning System)는 최소 24 개 이상의 위성으로 이루어진 위성 항법 시스템입니다. GPS는 전 세계 모든 지역의 모든 기후 조건에서 매일 24시간 동안 작동하며 구독료나 설치 요금은 필요하지 않습니다. 미국 국방부(US DOD)는 원래 군용으로 사용하기 위하여 위성을 궤도에 올려 놓았지만 1980년대부터 민간에 GPS를 개방하였습니다.

 

GPS의 작동 방식

GPS 위성들은 정밀한 궤도를 통해 하루에 두 번 지구 주위를 공전합니다. 각각의 위성은 고유의 신호와 궤도 파라미터를 전송하며 이를 통하여 GPS 장비는 위성의 정밀한 위치를 디코딩하고 계산할 수 있습니다. GPS 수신기는 이러한 정보와 삼변측량(trilateration)을 사용하여 사용자의 정확한 위치를 계산합니다. 본질적으로 GPS 수신기는 전송된 신호를 수신하기까지 걸리는 시간을 사용하여 각 위성까지의 거리를 측정합니다. 수신기는 몇 개의 위성으로부터의 거리를 측정하여 사용자의 위치를 알아내어 그것을 전자기기에 표시하므로, 사용자는러닝 루트를 계측 하거나 골프 코스를 매핑 하거나 집으로 돌아가는 길을 찾아내거나 하거나 미지의 장소에서 모험을 펼칠 수 있습니다.

2차원 위치(위도와 경도)를 계산하고 이동을 추적하기 위하여, GPS 수신기는 최소한 세 개의 위성을 포착해야 합니다. 4 개 이상의 위성이 포착된다면 수신기는 사용자의 3차원 위치(위도, 경도, 고도)를 알아낼 수 있습니다. 일반적으로 GPS 수신기는 8 개 이상의 위성을 추적하지만, 현재 시각과 지구 상의 위치에 따라서 이 개수는 달라집니다. 몇몇 장치들은 이 모든 것을 귀하의 손목 위에서 처리할 수도 있습니다.

GPS 장치가 일단 귀하의 위치를 알아냈다면 장치는 다음과 같은 다른 정보들을 계산할 수 있습니다:

• 속도
• 방위
• 트랙
• 이동 거리
• 목적지까지의 거리
• 일출/일몰
• 기타 등등

GPS는 얼마나 정확한가요?

오늘날의 GPS 수신기는 병렬 멀티-채널(parallel multi-channel) 설계 덕분에 매우 정확합니다. 우리의 수신기는 장치를 켜자마자 위성을 빠르게 찾아냅니다. 이 수신기들은 빽빽한 숲이나 높은 건물로 둘러싸인 도시 환경에서도 신호가 끊어지지 않습니다. 특정한 환경적 요소나 그 밖의 오차의 원인이 GPS 수신기의 정확성에 영향을 끼칠 수도 있습니다. Garmin GPS 수신기는 일반적으로 10 미터 이내의 정확성을 갖고 있습니다. 또한 귀하의 손목는정확성이 더욱 뛰어납니다.

몇몇 Garmin GPS 수신기의 정확성은 WAAS (Wide Area Augmentation System)를 통해 더욱 향상됩니다. 이 기능은 주위 환경에 대한 보정을 제공함으로써 정확도를 3미터 이내로 향상시킬 수 있습니다. WAAS 위성을 사용하기 위하여 추가 장비나 요금은 필요하지 않습니다. 또한 사용자는 DGPS(Differential GPS)를 사용하여 정확성을 향상시킬 수도 있습니다. 이것은 GPS 거리를 평균 1 ~ 3 미터 이내로 보정합니다. 미국 연안경비대(U.S. Coast Guard)는 가장 보편적인 DGPS 보정 서비스를 운용하며, 이것은 GPS 신호를 수신하고 비콘 송신기를 통해 보정된 신호를 송신하는 타워 네트워크로 구성됩니다. 보정된 신호를 수신하려면 사용자는 GPS 외에도 디퍼렌셜 비콘 수신기(differential beacon receiver)와 비콘 안테나를 보유해야 합니다.

 

 

 

GPS 위성 시스템

현재 GPS 우주 부분(SS)을 구성하고 있는 31 개의 위성은 우리의 머리 위 약 12,000 마일 상공의 궤도를 따라 지구 주위를 공전하고 있습니다. 이 위성들은 일정하게 이동하면서 24 시간 이내에 두 개의 완전한 궤도를 만듭니다. 이 위성들은 대략 시간 당 7,000 마일의 속도로 이동합니다. 작은 로켓 부스터가 위성이 올바른 경로로 계속 비행하도록 도와줍니다.

그 밖에도 GPS 위성에 대한 몇 가지 흥미로운 사실이 있습니다:

• GPS의 미국 국방부의 정식 명칭은 NAVSTAR입니다.
• 최초의 GPS 위성은 1978년에 발사되었습니다.
• 24개 위성으로 이루어진 완전한 군집위성은 1994년에 완성되었습니다.
• 각각의 위성은 10년 동안 사용할 수 있도록 제작됩니다. 계속해서 교체 위성이 제작되어 궤도에 발사되고 있습니다.
• GPS 위성의 무게는 약 900 kg(2,000 파운드)이며 태양광 패널을 확장시키면 약 5 미터(17 피트) 너비입니다.
• GPS 위성은 태양 에너지를 통해 전력을 공급받지만, 일식에 대비하여 보조 배터리를 탑재하고 있습니다.
• 송신기 출력은 겨우 50 와트 이하입니다.

 

기타 GPS 시스템

전 세계에는 GPS와 비슷한 다른 시스템이 존재하며, 이 모든 시스템은 글로벌 위성항법시스템 (Global Navigation Satellite System: GNSS)으로 분류됩니다. GLONASS는 러시아가 만든 군집 위성 시스템입니다. 현재 유럽우주국(European Space Agency)은 Galileo를 만들고 있으며, 중국은 BeiDou 시스템을 만들고 있습니다. 대부분의 Garmin 수신기는 GLONASS와 GPS를 모두 추적하며, 일부 수신기는 BeiDou도 추적합니다. 당신이 더 많은 위성을 추적하면 할수록 더욱 신뢰할 수 있는 위성 항법 솔루션을 기대할 수 있습니다. Gamin의 신제품을 사용한다면 거의 20 개의 위성을 추적할 수 있습니다.

 

 

신호는 무엇인가요?

GPS 위성은 최소 2 개의 저출력 무선 신호를 송신합니다. 이 신호는 가시선을 통해 이동합니다. 다시 말해 이 신호는 구름, 유리, 플라스틱은 통과하지만 건물이나 산과 같은 대부분의 단단한 고체는 통과하지 못합니다. 하지만 최신 수신기는 매우 감도가 높으므로, 종종 집 안에서도 위성 신호를 추적할 수 있습니다.

In recent years, GPS has added an additional frequency, named L5, to satellites being launched. This advanced signal has more power and better tracking characteristics over the original L1 signal. Recent Garmin GPS receivers are now using L5 to improve accuracy and reliability. This multi-band solution (i.e., both L1 and L5) provides improvements under trees or in urban canyons.

GPS 신호는 3 가지 서로 다른 종류의 정보를 포함하고 있습니다:

• 의사랜덤코드(Pseudorandom code) 는 어느 위성이 정보를 송신하고 있는지를 식별하는 식별 코드입니다. 귀하는 수신 장치의 위성 페이지에서 현재 어느 위성으로부터 신호를 수신하고 있는지 확인할 수 있습니다.
• 천체력 데이터(Ephemeris data) 는 위성의 위치를 알아내는데 필요하며 위성의 상태, 현재 날짜 및 시간에 대한 중요한 정보도 제공합니다.
• 책력 데이터(Almanac data) 는 하루의 특정 시간에 각 GPS 위성에 어디에 위치해야 하는지를 GPS 수신기에게 알려주며, 해당 위성뿐만 아니라 시스템 내의 다른 모든 위성의 궤도 정보를 보여줍니다.
  
  

GPS 신호 오차의 원인

GPS 신호와 정확도에 영향을 끼칠 수도 있는 요소들은 다음과 같습니다:

• 전리층 및 대류권 지연: 위성 신호는 지구 대기를 통과하면서 속도가 느려집니다. GPS 시스템은 이러한 유형을 오차를 부분적으로 보정하기 위한 내장 보정 모델을 사용합니다.
• 신호 멀티패스: GPS 신호는 수신기에 도달하기 전에 높은 건물이나 거대한 바위 표면과 같은 물체에 반사될 수도 있으며, 이것은 신호의 이동 시간을 증가시켜 오차를 일으킵니다.
• 수신기 시계 오차: 수신기의 내장 시계는 GPS 위성의 원자 시계보다는 정확도가 떨어지기 때문에 약간의 타이밍 오차가 발생할 수도 있습니다.
• 위성 오차: 보고된 위성 위치가 정확하지 않을 수도 있습니다.
• 시야 내 위성의 개수: GPS 수신기가 "볼 수 있는" 위성의 수가 많으면 많을 수록 정확도는 더 높아집니다. 신호가 차단되었을 때, 잘못된 위치를 수신하거나 위치를 전혀 읽지 못할 수도 있습니다. GPS 장치는 대개 물속이나 지하에서는 작동하지 않지만 새로운 고감도 수신기는 건물 안이나 나무 그늘 아래에서도 몇 개의 신호를 추적할 수 있습니다.
• 위성 지오메트리/셰이딩: 위성들이 일렬로 배치되거나 밀집되어 있을 때보다 각각이 넓은 각도로 배치되어 있을 때 위성 신호가 더 효과적입니다.
• 선택적 유용성(SA): 미국 국방부는 한때 위성에 선택적 유용성(Selective Availability: SA)을 적용함으로써, '적국'이 높은 정확도의 GPS 신호를 사용하는 것을 방지하기 위해 신호의 정확도를 떨어뜨린 적이 있습니다. 하지만 2000년 5월에 미국 정부는 SA를 중단하였으며, 그 결과 민간 GPS 수신기의 정확도가 향상되었습니다.