GPS(위성항법시스템) 뜻, 개발배경, 원리는 무엇인가?

스마트폰, 네비게이션 등 현대 사회에 사용되고 있는 각종 첨단장비에는 GPS라는 위치를 알려주는 장치가 장착되어있다.

특히나 예전처럼 지도와 표지판을 보며 겨우겨우 찾아다니던 길을 GPS가 장착된 네비게이션이나 스마트폰으로 최적화된 길을 보고 어려움없이 찾아가기 위해 꼭 필요한 장치이다.

하지만 이 GPS를 사용은 잘하지만 GPS가 어떤 원리로 실행되며 구성되어있는지는 알지못하는 것같아 이것에 대해 알아보려한다.

▶ GPS 뜻?

GPS는 Global Positioning System의 줄임말로 범지구위치결정시스템으로 해석되는 위성항법시스템이다. 

미국 국방부에서 개발되었으며 공식 명칭은 NAVSTAR GPS(NAVigation System with Timing And Ranging)이다. 무기유도, 항법, 측량, 지도제작 등의 군용 및 민간용으로 사용되고 있다. 

▶ GPS 란?

철새, 연어와 같이 매번 같은 장소로 돌아오는 동물들은 나름의 방향 찾는 방법이 있지만 인간들은 자신의 절대적인 위치를 알 수 있는 감각이 없기 때문에 자신의 위치를 알아내기 위한 방법을 개발해 오고 있었다. 예전 사람들은 북극성 등의 별자리 위치, 해와 달과 같은 천체를 관측하여 자신의 위치를 추측하였다. 그러나 이 같은 방법은 날씨가 좋지 않거나 낮에는 이용할 수 없다는 단점이 있다. 이 방법외에 다른 방법으로는 미사일이나 비행기에 적용되는 관성항법 또는 전파항법 등이 있다. 

관성항법과 전파항법은 오차가 계속 누적되다든지 공간과 시간의 제약이 따른다는 단점을 지니고 있다.

하지만 GPS는 우주 공간에서 우리 머리 위를 돌아다니고 있는 인공위성을 이용하여 전세계 어디에서나 자신의 위치와 속도, 시간을 알아낼 수 있는 시스템이다.

지구 궤도를 돌고 있는 인공위성은 산골짜기나 바다 또는 사막 한가운데 등 지구 어디에서나 4개의 위성이 항상 보이게 배치되어 있어 전파수신기만 있다면 비가 오나 눈이 오나 기상상태와 상관없이 정확한 위치를 전송받을 수 있다.

▶ GPS의 개발 배경

모든 첨단 기술을 전쟁으로 인해 크게 발전되었고, 이러한 기술 개발의 목적은 무기를 강화하기 위한 것이었다.

GPS 역시 1940년대 제2차 세계 대전 당시의 지상 라디오 항법 체계에서부터 시작되었다. 그 후 소련이 세계 최초로 인공위성 스푸트니크를 발사하자 미국의 연구팀은 소련의 인공위성에서 송신되는 전파를 모니터링하였다. 이로 인해 위성의 고도에 따라 전파의 주파수가 바뀐다는 점에 착안하여 위치를 결정할 수 있음을 알게 되었다. 

이를 배경으로 미국의 기술이 발전함으로써 현재의 GPS 기술을 보유하게 된 것이다. 이러한 기술을 개발 초기에는 군사적 목적으로만 사용하였지만 1983년 큰 사건으로 인해 민간인들이 사용할 수 있게 되었다. 대한항공 여객기가 소련의 영공을 침범하여 격추된 사건이 그것이다. 이 사건 이후 미국에서 GPS 완성 시 민간인들이 사용할 수 있도록 허용하게 되었다. 

▶ GPS의 원리

GPS는 4개의 위성에서 나오는 전파를 분석하여 현재의 위치를 알 수 있는 시스템이다. 첫번째 위성이 보내는 전파에 담긴 시간 정보를 수신기에서 받은 시간과 비교하여 시간 차이에 따른 빛의 이동거리를 계산하면 위성과 측정 위치와의 거리를 구할 수 있다. 이것을 이용하여 하나의 위성에서 거리를 측정하면 자신의 위치는 위성을 중심으로 구면상에 존재하게 된다. 두번째 위성과 첫번째 위성을 중심으로 하는 구면이 만나는 지점의 원이 자신이 위치가 되고 두 위성과 측정된 원과 세번쨰 위성에서부터 교차점을 구한 원위의 두 지점이 자신의 위치가 된다. 네번째 위성과 시각 오차를 설정한 다음 수신기의 시간을 위성과 완전히 같게 만들어 오차를 수정하면 자신의 위치를 알 수 있게 된다.

▶ GPS 적용 분야

가장 많이 적용되어 있는 곳은 자동차 항법 장치이다. 실시간 교통상황에 따른 길안내, 도난된 차량에 대한 위치추적, 빈 화물차량 위치파악등이 있고 해양분야에서는 선박의 위치파악 항로 설정과 선박들간의 충돌을 방지하는 시스템이 있다. 항공분야에서는 특히 각 항공기의 위치를 파악하여 항로를 수정하여 안전한 비행을 할 수 있도록 큰 도움을 주고 있다.

그럼 이만 ~~~