GPS(1)

오랜 옛날부터 “어디(Where)” 란 화두는 인류의 가장 큰 관심사 중 하나였습니다. 신대륙을 발견하고 새로운 대지로의 꿈을 꾸어오던 그 옛날에는 천체를 관찰하여 그러한 호기심을 어느 정도 만족시킬 수 있었습니다. 그러나 복잡한 현대로 넘어오면서 사람들은 점점 더 구체적이고 정확한 정보를 원했고 현대 기술과 만나 그 꿈을 현실화 하기에 이르렀습니다. GPS는 위치 및 시각정보를 찾는 여러 방법들 중 가장 각광을 받고 있는 기술로 지구 궤도 상에 떠있는 인공위성을 이용하여 언제, 어디서나, 날씨 등에 상관없이정확한 위치와 시각을 알려 주는 시스템입니다. GPS는 원래 NAVSTAR GPS를 줄여 부르는 것으로 NAVSTAR는 NAVigation Satellite Time And Range의 약자입니다.

1950년대 후반과 1960년대 초기에 걸쳐 미 해군은 위성에 기초한 두 가지 종류의 측량과 항해 체계를 마련했습니다. 그 중 하나인 티메이션은 1964년부터 가동되기 시작하였고, 1969년에 일반에게 공개됐습니다.

다른 하나인 티메이션(Timation)은 위성에 기초한 측량과 항해 체계의 원형으로만 자리잡았을 뿐 실행에 옮겨지지 못했습니다. 또한 미 공군에서는 시스템 621B 라고 일컬어지는 계획을 착수했는데 1973년에 Timation과 시스템 621B가 통합되어 DNSS(Defense Navigation Satellite System)으로 명명되었으며, 후에 Navstar(Navigation System with Timing And Ranging) GPS로 발전됐습니다.


위성 항해 개념의 검증을 위한 1단계는 1970년대에 착수되었으며, 세계 최초의 위성이 제작되고
여러 실험들이 이루어졌습니다. 1977년 6월, 최초로 자체 기능을 수행할 수 있는 Navstar 위성이
발사되었고 NTS-2(Navigation Technology Satellite 2)라 불렸습니다.


NTS-2는 단지 7달 동안만 운영되었으나 위성에 기초한 항해 이론의 타당함을 입증하였고 1978년
2월에는 최초의 Block I 위성이 발사됐습니다.
1979년에는 2 단계로 전체 규모의 설계와 검증이 이루어 졌는데 9개의 Block I 위성이 이후 6년 동안
추가로 발사됐습니다.

3 단계는 1985년 말에 2 세대의 Block II 위성이 제작되면서 시작됐습니다.
그 후 1997년 Block IIR이 발사되었으며 현재는 Block IIF가 준비 중에 있습니다.
이렇게 군용으로 개발된 GPS 신호의 민간 수신은 1983년 소련에 의한 한국 항공기 KAL-007기의
격추 사건을 계기로 1984년, 미국 레이건 대통령이 민간 수신사용을 공식 선언하면서 시작됐습니다




기본원리

GPS의 원리를 이해하는 것은 개념적으로 매우 단순합니다.
우리가 수학이나 물리시간을 통해 학습했던 2차원에서의 삼각측량법을 실제 환경인 3차원 공간상에서
적용한 것으로 이해할 수 있습니다.

2차원 상에서 삼각 측량법은 위치를 알고 있는 두 점을 각각 a와 b 라 하고 미지의 한 점을 x라고 했을 때 a,b 의 위치, 이 두점과 x 사이의 거리를 이용해 미지의 점 x의 위치를 구하는 방법입니다.

3차원 상에서는 위치를 알고 있는 3개의 점이 필요한 것이고 이에 해당하는 것이 GPS 위성입니다.
그리고 우리가 알고자 하는 위치가 미지의 한 점이 되며 위성과 미지의 점 사이의 거리정보를
제공하는 것이 GPS 기술 입니다.


구성요소

GPS는 우주 부분(Space Segment)과 사용자 부분(User Segment) 그리고
관제 부분(Control Segment) 3개 부분으로 이루어져 있습니다.

우주 부분

우주 부분은 지구 중심으로부터 26567.5km 상공, 55도의 기울임 각(inclination angle)을 가진
6개의 원형 궤도면(circular orbit) 위에 각각 4개씩 배치되어 있는 GPS위성들로 구성됩니다.
GPS위성은 약 12시간의 주기를 가지고 지구 주위를 돌며, 아주 정확한 원자 시계의 시각 정보를 가지고 있습니다.


사용자 부분

사용자 부분은 GPS 위성 신호를 수신하는 안테나와 항법 데이터를 뽑아내고 위치, 시간을 계산하는 GPS 수신기, 그리고 이를 응용해 각각의 특정한 목적을 이루기 위해 개발된 다양한 장치(equipment)로 구성됩니다.


관제 부분

GPS시스템은 GPS위성을 우주 공간상에 쏘아올려 배치를 함으로써 완성되는 것이 아닙니다.
우주 공간상에 있는 위성은 안정적인 성능을 지니도록 제작되어있지만 예기치 못하는
여러 환경이 있기 때문에 좀더 정확한 서비스의 제공과 불의의 사태에 대처하기 위해 정밀한
지상 관리 시스템이 필요합니다.
이러한 GPS 위성 관제국은 5개의 감시 기지국(monitor station), 4개의 지상 안테나 송신국(ground antenna upload station), 그리고 운영 관제국(operational control segment)으로 구성됩니다.


출처 : http://www.navicom.co.kr