GPS는 ‘Global Positioning System’의 약자로, 전 세계 어디에서나 지구상의 위치를 알려주는 시스템을 말합니다. 이 시스템은 미국이 개발하였으며, 초기에는 군사 목적으로 사용되었지만, 현재는 민간인들도 사용할 수 있습니다.
GPS는 지구 궤도상에 배치된 24개의 위성, 지상의 여러 개의 제어소, 그리고 GPS 수신기로 구성됩니다.
GPS 수신기는 이러한 위성들로부터 신호를 수신하고, 이를 바탕으로 현재 위치를 계산하게 됩니다.
이러한 방식으로, GPS는 세계 어디에서나 정확한 위치 정보를 제공하게 됩니다.
GPS가 신호를 받아들이는 원리
GPS 수신기가 위치를 결정하는 것은, 여러 위성들로부터 수신된 신호의 시간차를 측정하는 것에 기반합니다.
위성의 위치와 시간
GPS 위성들은 정확한 시계(원자시계)를 가지고 있어서, 자신의 현재 위치와 정확한 시간을 알고 있습니다.
시그널 전송
위성은 이 정보를 포함한 신호를 지상의 GPS 수신기로 보냅니다. 이 신호는 전파 속도로 이동하므로, 지구의 어떤 위치에 있는 수신기까지 도달하는 데에는 시간이 걸립니다.
시그널 수신
GPS 수신기는 이러한 신호를 수신합니다. 그러나, 이 신호가 도착하는 시간은 위성에서 전송된 시간과는 차이가 있습니다. 이 차이, 즉 ‘신호의 전파 시간’은 신호가 위성에서 수신기까지 이동하는 데 걸린 시간입니다.
거리 측정
신호의 전파 시간을 알면, 이를 전파 속도(빛의 속도)와 곱하여 신호가 이동한 거리를 계산할 수 있습니다. 이렇게, 수신기는 자신과 위성과의 거리를 알게 됩니다.
정리
위와 같은 방법으로, GPS 수신기는 자신과 4개 이상의 위성과의 거리를 측정하게 됩니다.
그리고 이 정보를 바탕으로 ‘삼변측량’ 방법을 사용하여 자신의 정확한 위치를 계산하게 됩니다.
여기에 높이 정보까지 포함하려면 적어도 4개의 위성과의 거리를 알아야 합니다.
삼변측량 방법
삼변측량(Triangulation)은 세 개의 점과 그 사이의 거리를 사용하여, 어떤 미지의 점의 위치를 찾아내는 방법입니다. 이 방법은 건축, 지리학, 항법 등 여러 분야에서 사용됩니다.
예를 들어, GPS에서 삼변측량은 다음과 같이 작동합니다:
위성과의 거리 측정
GPS 수신기는 자신과 각 위성과의 거리를 측정합니다. 이는 위성에서 보낸 신호의 전파 시간을 측정함으로써 이루어집니다.
위성의 위치
각 위성의 정확한 위치는 이미 알려져 있습니다.
위치 계산
수신기와 각 위성과의 거리, 그리고 각 위성의 위치를 사용하여, 수신기의 위치를 계산합니다.
적어도 세 개의 위성의 거리를 알면, 수신기의 위치를 2차원 상에서 알아낼 수 있습니다.
하지만, 높이 정보까지 포함하려면 적어도 네 개의 위성과의 거리를 알아야 합니다.
예
예를 들어, 수신기와 A, B, C 위성과의 거리가 각각 알려져 있다면, 수신기는 ‘A 위성과의 거리가 x1이다’, ‘B 위성과의 거리가 x2이다’, ‘C 위성과의 거리가 x3이다’라는 세 개의 원을 그릴 수 있습니다.
이 세 원이 교차하는 지점이 수신기의 위치입니다.
GPS와 내비게이션
내비게이션은 위치 정보, 지도, 경로 안내 등을 제공하여 사용자가 특정 목적지까지 가는 길을 찾을 수 있도록 도와주는 시스템이나 장치를 의미합니다.
따라서, 내비게이션과 GPS의 관계는 다음과 같이 정리할 수 있습니다.
GPS는 내비게이션의 핵심 구성요소
대부분의 내비게이션 시스템이나 장치는 GPS를 사용하여 현재 위치를 파악합니다.
즉, 내비게이션은 GPS 정보를 기반으로 작동합니다.
내비게이션은 GPS보다 더 많은 기능을 제공
GPS는 현재 위치 정보만을 제공하지만, 내비게이션은 이를 활용하여 더 많은 정보를 제공합니다.
예를 들어, 내비게이션은 사용자에게 현재 위치, 목적지까지의 경로, 예상 도착 시간, 교통 상황, 주변의 관심 장소 등의 정보를 제공합니다.
따라서, 내비게이션은 GPS 정보를 기반으로, 사용자에게 더 많은 정보와 서비스를 제공하는 시스템이나 장치라고 할 수 있습니다.