GPS에 관하여
천리안 공간사랑 동호회 토목분과에서 퍼온글입니다.
1.GPS 란? (GPS위성&SYSTEM)
번호:62/62 등록자:KJ2610M 등록일시:97/10/23 20:22 길이:99줄
제 목 : [미오새] 1.GPS 란? (GPS위성&SYSTEM)
=>> NAVSTAR GPS 위성을 <<=
=>> 이용한 지형측량 및 해양측량<<=
목 차
1. GPS( Global Positioning System ) 란?
2. GPS 측위 원리
3. DGPS(Differential GPS ) 란?
4. GPS를 이용한 측량
5. GPS 측량 방식
6. GPS 측량의 특징
7. DGPS 측위의 특징
8. 실 시각 이동의 측량
9. 지형측량 시스템의 데이터 흐름
10. 디퍼렌셜 GPS에 의한 해양측량
11. 수심측량 시스템의 데이터 흐름
12. 하이드로 소프트웨어 모쥴 구성
>> 1. GPS(Global Positioning System) 란? <<
1-1. GPS(Global Positioning System) 란?
1) 미국정부가 구축하여 일부가 민간에 개방한 위성측위시스템
2) 인공위성에서 방송하는 코드(Code) 및 반송파위상(Carrier Phsde)
을 이용하여 측위(Positioning) 및 측량(Surveying)을 실시
3) 지구상 어디서나 24시간 전천후 측위 및 측량이 가능
4) 인공위성 이용료는 없음
1-2. GPS 시스템의 구성
1) 우주부문(Space Segment)
2) 관제부문(Control Segment)
3) 사용자부문(User Segment)
1-3. 우주부문(Space Segment)
1) 궤도_적도와 55도 경사면,약 20,2000km의 고도
2) 각 궤도면에 4개씩 24개의 위성을 배치
3) 위성의 공전주기는 11시간58분, 즉 위성은 지구를 하루에 2바퀴 돔
1-4. 위성의 내용
1) 위성의 방송 주파수
L1 - 1,575.42MHz로 C/A코드 및 P코드 방송
L2 - 1,227.60MHz로 P코드 방송
2) 위성의 방송 내용
* 2개의 반송파 : L1,L2 반송파에 실린 내용
* 코드 정보
* 항법 정보
* 시각 정보
* 위성력 및 위성궤도 정보
* 각종 보정치 - 전리층 및 대기권 보정치
1-5. 사용자별로 본 GPS 수신기
1) 항법용 수신기 - 자동차용,선박용, 항공기용, 개인휴대용
2) 측량용 수신기 - 측지측량용,지형측량용,해양측량용
3) DGPS 수신기 - 해양측지용,GIS 데이터 취득용
4) 시각동기용 수신기
번호:61/62 등록자:KJ2610M 등록일시:97/10/23 20:20 길이:114줄
제 목 : [미오새] 2.GPS 측위의 원리
>> 2. GPS 측위 원리 <<
2-1. 거리 측정
1) 전파의 속도 x 전파 시간 = 위성 / 수신기 사이의 거리
2) 전파시간의 측정
수신된 코드와 수신기가 발생시킨 코드의 위상을 비교
소요된 시간을 측정
0 1 00 11 0 11 0 1 0 1 00 11 0 11 0 1
______ *** *** *** * * ** * **
|위성 | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | |
----- ** ** ** ** ** **** ** **
|
|
0 1 00 11 0 11| 0 1 0 1 00 11 0 11 0 1
_______ *** *** *** *** *** **** **** ***
| GPS | * * * * *| * * * * * * * * *
------- ** ***** ****| *** **** ***** **** ****
| |
--->| 시간차 |<----
위성 / 수신간의 거리 = 빛의 속도 x 시간차
2-2 위치의 계산
1) 4개의 위성을 관측
2) 4개의 미지수(좌표 ; Ux,Uy,Uz 및 시계오차 Cb)를 4개 위성으로 해결
3) 위치 계산의 4단계
B 위성과의 거리를 측정
___ ___ ____ ____
| | 위성 | | 위성 | | 위성 | | 위성
--- --- --- *--
* * * *
* * * *
* * * * C 전리층 및 대기권 보정치
A최적배치 * * * * 위성궤도 및 항법데이터등을
상태의 __*_ * 보정처리
위성들을 | | D 관측점의
추적 ---- 위치계산
* GPS
************* 시계오차(Cb)
* Ux,UY,Uz
###
### 지구 중심
2-3. 측위오차의 요소
1) 구조적 요인에 의한 거리 오차(Range Error)
* 위성시계의 오차
* 위성위 궤도오차
* 전리층 통과시 전파지연
* 대기권 통과시 전파지연
* 수신기의 구조적 오차
2) 위성이 기하학적 배치상황에 따른 오차의 증가
DOP - Dillution of Precision
DOP = constant / VolABCD
DOP x Range Error = Position Error
=><= -------------------------- =><=
| .위성A . | 위성B
| . . |
| . VolABCD . |
=><= ----.-----------------.---- =><=
위성C . . . . 위성D
. . . .
. . . .
관측지점 E
2-4. 선택적 이용성(Selective Availability ;SA)에 의한 오차
1) 시스템의 설계오차 : C/A 코드를 이용하여 측위시 오차는 3차원
구면상에 PDOP=5 정도에서 약 15mCEP 또는 25mSEP 이하
2) 미국방성은 SA를 실시하여 오차를 100m 2dRMS, 평균 약70m 로
증가시킴
참고
* CEP : Circular Error Probability
확률적으로 수평에서 약 50%의 오차확률
* SEP : Spherical Error Probability
확률적으로 구면에서 약 50%의 오차확률
* 2dRMS : 2 Dimension Root Mean Square
확률적으로 수평에서 약 97%의 오차확률
번호:60/62 등록자:KJ2610M 등록일시:97/10/23 20:18 길이:64줄
제 목 : [미오새] 3.DGPS 란?
>> 3. DGPS(Differencial GPA) 란? <<
3-1. DGPS(Differencial GPA)
1) 이미 좌표가 측량된 지점에 기준국 GPS 수신기를 설치
2) 관측 가능한 모든 위성을 모니터
3) 각 위성의 거리오차 보정치(Range Correction)를 산출
4) 이동국용 GPS 수신기의 측위 오차를 개선
_______
GPS 위성 | |
-------
* * *
GPS 방송전파 * * *
* * *
* * *
* * *
* * *
* * *
* * *
* * *
* * *
________ _____ _____
기준점 | | 무전기 | | 이동국용| |
-------- # ----- #DGPS -----
| # # 수신기
| # # 거리 오차 보정치 방송
| # #
기지국용 GPS 수신기
| DGPS 측위 정밀도
| 측량용:50cm-1m
----- 무전기 항법용:3m-10m
3-2 DGPS 보정
1) 무전기를 사용 실시각(Realtime) 처리
* 작업현장에서 정밀한 위치 취득
* 해양측량에 이용
* 도로 보수공사에 이용
* 지하매설물 보수공사에 이용
2)후처리(Post-Processing)방식의 경우
* 수신한 자료를 후처리용 소프트웨어(Software)로 PC에 보정하여
정밀한 위치 취득
* 수도관,가스관,전선,전화선 등의 시설도면 작성에 이용
* GIS용 자료취득에 이용
번호:59/62 등록자:KJ2610M 등록일시:97/10/23 20:17 길이:179줄
제 목 : [미오새] 4.GPS위성을 이용한 측량
>> 4. GPS를 이용한 측량 <<
측량용 GPS수신기 _ 코드 및 반송파 위상의 측정을 통한 상대측위
4-1 GPS 측량을 위한 관측요소
1) L1반송파 위상자료
2) C/A코드
3) P코드
4) L2반송파 위상자료
5) P코드
6) 교차상관(Cross-correlation)
4-2. 관측요소의 내용
1) L1 C/A코드 : 위성과 수신기간의 거리 측정을 통하여 수신기의 위치측정
2) L1 P코드
(1) P-코드가 이용 가능시는 P-코드를 이용하여 수신기의 위치 측정
(2) P-코드 측위가 C/A코드보다 정밀
3) L1반송파의 위상(L1 Carrier Phase)
L1전파의 정현파(sin파)를 관측,이를 이용하여 측량
4) L2 P코드
(1) L2 반송파(L2 Carrier Phase)의 전위상(Full Cycle)을 관측에 이용
(2) 장기선 측량시 전파의 전리층 지연에 따른 보정에 이용
5) L2 반송파의 위상(L2 Carrier Phase)
L2 반송파의 위상(L1 Carrier Phase)전위상 관측치와 L2 반송파의
위상(L2 Carrier Phase)관측치 선형 결합(Linear Combination)
식을 만들어서,
* 15KM이상의 장기선 관측시 전리층 오차의 보정
* 신속 정지측량시 정수파수 애매성을 신속히 해결
* 실시각 이동측량시 자동초기화(Auto Initialization)
6) L1/L2 주파의 교차상관(Cross-correlation on L1/L2 Carrier)
* 현재 미국이 P_코드를 암호화한 Y_코드가 방송중
* Y코드 방송시 L2반송파(L2 Carrier Phase)의 전위상
(Full Cycle)관측을 위한 기술이 L1/L2주파의 교차상관 기법임.
4-3. GPS 신호의 의미
1) GPS 위성의 주파수 표준 : 10.23MHz
2) 광속 : 약 30만Km (299,792,458m)
3) 방송주파수
* L1 RF Frequency :154x10.23MHz = 1575.42MHz
- 파장 : 30만 Km/1575.42MHz = 약 19cm
* L2 RF Frequency :120x10.23MHz = 1227.60MHz
- 파장 : 30만 Km/1227.60MHz = 약 24cm
4) P-code
* Reset : 7일
* Frequency : 10.23MHz
- 코드의 길이 : 30만Km/10.23MHz = 약 30cm
5) C/A code
* Epoch : 1 millisecond
- 에포크간의 길이 : 30만Km/1 millisecond = 약 300Km
* Frequency : 1.023MHz
- 코드의 길이 : 30만Km/1.023MHz = 약 300m
4-4. GPS 신호에 의한 측위
1) 코득관측에 의한 츠위
2) 위상관측치에 의한 상대측위
* 절대측위는 불가능
* 2 지점에서 상대관측으로 측위
3) 다중해
* C/A 코드 : 100Km 간격으로 다중해 발생
* L1 주파 : 19cm 간격으로 다중해 발생
4-5 GPS Carrier Phase의 관측
1) Carrier Beat Phase로 관측
2) GPS/ 수신기간의 정현파를 관측
3) 관측정밀도 :1/100 cycle이상
__________ ______ * * * * * * _________
| | | 미 | | * * * * * | | GPS |
| 수신기 | | 지 | | | | 위성 |
| | | 점 | |<-------------------------->| |Oscillator|
--------- ------ Nx 파장수 ---------
수신기는 1/100cycle
정밀도로 관측
4-6 관측 요소를 이용한 GPS 측량
1) 위성으로부터 수신기에 전파된 정현파(sin파)의 수를 직접 측정은
불가능
2) 두점사이에 설치한 GPS/수신기간의 정현파의 수를 상대적으로 측정
3) 두점간의 거리벡터를 구함
* 위상(정현파의 수) 차에 의한 기선벡터의 결정
-------
| 위성 | 1 ----> ----> ---->
-------- ab =1b - 1a
**
* *
* *
* *
* 기선벡터= *
* -----> *
* ab *
a ___ *************** ___ b
| | | |
--- 기지점 --- 미지점
* 위상(정현파의 수) 차에 의한 기선벡터의 물리적 의미
________ ________
| 위성 | | 위성 |
-------- --------
* # *
* * # * *
* * # * #
* * * # * #
* * * #<--------# 2위성을 초점으로 하는
* * * # *# 회전 쌍곡선
* * * # # *
* * # # *
_________ |----------># ______#_
| 기준점 | | # |미지점 |#
--------- 다른위성의 조합에 --------- #
의한 회전쌍곡선 #
번호:58/62 등록자:KJ2610M 등록일시:97/10/23 20:15 길이:53줄
제 목 : [미오새] 5.GPS 측량의 방식
>> 5. GPS 측량 방식 <<
5-1. 사후계산(Post-processing)방식
1) 현장에서 GPS 데이터 수신
2) 사무실에서 GPS 측량 소프트웨어로 계산
3) 사후계산방식의 종류
* 정지 측량(Static Survey)
- 정도 : 5mm +/- 1ppm
- 관측시간 : 45분 - 1시간
- 응용분야 : 측지측량,기준점측량
* 이동측량(Kinematic Survey)
- 정도 : 2cm +/- 1ppm
- 관측시간 : 1초 이상
- 응용분야 : 지형측량,도로측량
* 신속정지측량(Fast Static Survey)
- 정도 : 2cm +/- 1ppm
- 관측시간 : 약10분
- 응용분야 : 기준점측량,도로측량
5-2 실시각(Real-time)처리방식
1) 무전기를 이용, 약 10Km 범위에서 사용
2) 현장에서 성과 취득
3) 실시각방식의 종류
* 정지초기화(Static lnitializatio)
- 정지시에만 초기화 가능
- 정도 : 1cm +/- 2ppm(1-2cm)
- 관측시간 : 점당 0.5 - 3초
- 응용분야 : 기준점측량,지형측량,측설측량,
육상구조물 설치
* 이동중 초기화(On-The-Fly;OTF)
- 해상에서도 초기화 가능
- 정도 : 1cm +/- 2ppm(1-2cm)
- 관측시간 : 점당 0.5 - 3초
- 응용분야 : 수로측량,기준점측량,지형측량,
측설측량,해상구조물 설치
크레인 자동화등
번호:57/62 등록자:KJ2610M 등록일시:97/10/23 20:12 길이:30줄
제 목 : [미오새] 6.GPS 측량의 특징
>> 6. GPS 측량의 특징 <<
6-1 시통(Line of Sight)문제
1) 두지점간의 시통은 불요
2) 위성과의 시통이 필요
3) 도심지등에서는 기존 측량장비와 보완사용
6-2 측량 가능한 거리의 문제
1) 기준점측량 : 수십Km까지 사용 가능
2) RTK에 의한 지형측량 : 5-10Km 범위까지 사용
6-3 측량 환경의 문제
1) 안개,비,눈,황사등 날씨의 제약을 받지 않음
2) 야간작업도 가능
6-4 측설(Setting Out)작업,구조물 설치
1) 기준점 및 도근점 복원,측설등이 손쉬움
번호:56/62 등록자:KJ2610M 등록일시:97/10/23 20:11 길이:26줄
제 목 : [미오새] 7.DGPS 측위의 특징
>> 7. DGPS 측위의 특징 <<
7-1 초기화 문제
1) 트리스폰더와 같은 칼리브레이션이 불필요
2) 기준국을 현장사무소에 설치 운영시
* 인력 및 경비절감 가능
* 측량데이터의 동질성 유지
7-2 육상스테이션의 수
1) 하나만 설치 (트리스폰더의 경우 2개 이상)
7-3 기타
1) 측량결과의 개인차가 없음
2) 인력확보시 유리
번호:55/62 등록자:KJ2610M 등록일시:97/10/23 20:10 길이:42줄
제 목 : [미오새] 8.GPS를이용한실시각 이동측량
>> 8. 실 시각(RTK)이동 측량 <<
GPS 위성
________
| |
| |
---------
* *
* *
* *
* *
* *
* *
* *
* *
______ ______
| |기준점 dX,dY,dZ | |미지점
------X------------------------------------X-------
| |
| |
| |
| |
무전기 |
* 기준점의 코드(CODE) |
* 및 위상(PHASE) |
* 자료 |
* |
RTK(OTF)측위 정밀도 * 무전기
육(해상)공히1-2cm |
|
취득자료 |
1) dX,dY,d 전자야장
2) X,Y,X
* 위도,경도,고도
* TM좌표
번호:54/62 등록자:KJ2610M 등록일시:97/10/23 20:09 길이:45줄
제 목 : [미오새] 9.지형측량시스템의 데이타 흐름-(GPS)
>> 9. 지형측량시스템의 데이터 흐름 <<
오토캐드 아스키 데이터 모쓰 파일
도면 (ASCII Data) MOSS GENIO
AUTOCad | Files
| | |
----------------------->|<-----------------------
|
DGPS | 광학측량기
위치데이터 --->|<--- 데이터
|
|
GPS 측량성과 *
GPSurvey ------------> 지형도제작 소프트웨어 <------도면 디지타이저
소프트웨어 | 데이터
|
|
TRIMCONTOU-------------------->|<--------------------TRIMPROFILE
지형콘타 | 종,횡단도
|
|
TRIMCALC---------------->|<----------------TRIMVOLUME
측량계산 | 토공량계산
|
|
|<---------TRIMMOSS 모쓰파일로 변환
|
프린터------------>|
|<---------TRIMSEISMIC
| SEG 파일로 변환
|
|
ASCII 데이터--------->*<------------ 도면 플로팅
*
AUTOCad
오토캐드에서
각종도면작업
(DXF Format)
번호:53/62 등록자:KJ2610M 등록일시:97/10/23 20:07 길이:43줄
제 목 : [미오새]10.디프랜셜GPS에의한 해양측량
>> 10. 디퍼렌셜 GPS에의한 해양측량 <<
GPS 위성
________
| |
| |
---------
* *
* *
* *
* *
* *
* *
* *
* *
______ | ______
|기준점| | |미지점 |
------ 육상 | 해상 -------
| | |
| | |
| | |
| | |
__________ | 위성/GPS 수신기간의 |
| DGPS | | 의사거리(CODERANGE) |
| 기준국 |-|--|무전기 보정치의 송신 |
---------- |--| | * |
| * |
| * |
| * |
DGPS측위 정밀도: * |
50cm-1m 무전기 | DGPS
취득자료:X,Y |
|
HYDRO
컴퓨터-----측심기
번호:52/62 등록자:KJ2610M 등록일시:97/10/23 20:05 길이:20줄
제 목 : [미오새]11.수심측량 시스템의 데이타흐름
11. 수심측량 시스템의 데이터 흐름
Run Line GPS 안테나
조타용 다스플레이---\ 하이드로 소프트웨어 위치데이터 |
\ HYRO Software |---------DGPS수신기
------ 컴퓨터 ----------| |
프린터 --/ | | 무전기 | DGPS
| ---------------|------ 보정치
| 수심 데이터 | |
| 측심기 |
| (Echo Sounder) |
|도면 플로터 |트랜듀서
번호:51/62 등록자:KJ2610M 등록일시:97/10/23 20:04 길이:27줄
제 목 : [미오새]12.하이드로 소프트웨어모쥴구성
>> 12. 하이드로 소프트웨어 모쥴 구성 <<
기본모쥴 : HYDRObase
*HYDROprepare
*HYDROnav
*HYDROedit
| |
| |
| |
| ---------
| |
| |
| |-------- 항 타 : HYDROpile
기본모쥴 : HYDROcontour |
*HYDROprofiles |
*HYDROvolumes |
*HYDROdigitize |-------- 파이프 라인 :HYDRObms
| 앙카 조정
|
|
|-------- 해상구조물 설치 :HYDROrig
번호:48/62 등록자:KJ2610M 등록일시:97/10/22 23:47 길이:120줄
제 목 : [미오새]GPS SYSTEM 이해...1
>> GPS 의 이해 <<
GPS 는 인공위성을 이용해 이동체의 위치를 거리와 속도계산에 의해 정확
하게 측정해 낸다.
원래 군사 목정의 위성이지만 민간인에게 개방된 것으로, GIS 와 접목하면
서 응용분야가 광범위하게 늘어나고 있다.
최근 북극점을 밟는데 성공한 산악인 허용호씨 등 다섯명의 북극점 원
정대는 "GPS(Gio-bal positioning System: 범 지구 위치확인 시스템)" 의
덕을 톡톡히 봤다.
GPS를 이용해 캐나다 엘러스미어섬 위드헌터(북위 90도)의 위치를 정확히
찾았기 때문이다.
북극점은 바다가 얼어있는 한 점의 빙판으로, 물위에서 움직이기 때문에 여
러 나라에서 찾는 원정대 가운데 90%는 북극점을 밟는데 실패한다고 한다.
이번 탐험대도 북극점을 밟은 뒤 두 사간 만에 GPS로 나타난 좌표사 89도
98분 00초를 기록, 순식간에 북극점에서 4 Km정도 밀려났다는 것,
지난해 열기구로 국토를 횡단했고, 올 봄에 현해탄을 건너 기도 했던 여류
모험가 송미경씨에게도 GPS는 절대적인 필수품이다. 그름도 보이지 않는
창공에서 자신으 현재 위치를 끊임없이 확인하고 날아갈 방향을 잡아야 하
기 때문이다.GPS가 이 일을 빈틈없이 도와주었다.
>> 정확한 위치 사용료 무료, 전천후 24시간 범세계적 서비스 장점 <<
GPS가 일반인에게도 알려지기 시작한 것은 세계인의 이목을 집중시킨 91
년으 걸프전이었다. 당시 다국적군은 사막의 폭풍 작전의 일환으로 GPS를
완전하게 가동하지 않았으면서도 사막 한 가운데를 가로질러 이라크의 목표
물을 명중시켰다.
베트남전 때만 해도 고립지역에서 보병들의 이동은 나침반과 군사 지도에
의존하는 것 말고는 달리 방법이 없었다. 화력의 지원을 요청하는 보병의
손에 한 장의 지도만 달랑 들려 있는게 고작있었다. 하지만 걸프전에서는
상황이 달랐다. 지휘관은 손에 지도 대신 GPS수신기를 들고 손쉽게 작전을
펼칠수 있었다.
GPS는 지구상의 모든 지역을 커버하는 인공위성에서 발사되는 전파를 수
신해 현재의 위치를 알수 있는 위치 측정시스템으로,범 지구 측위 시스템이
라고도 말한다.
미국 국방부가 군사적으로 이용할 목적아래 총 120억 달러의 예산을 책정
78년 GPS 1호기를 발사한 이래 현재까지 지상 2만Km 상공 6개 궤도에 쏘
아올린 24개의 위성이 움직이고 있다.
이를 통해 시간, 위도, 경도, 해발 고도 등의 정보를 하루 24시간 내내 지상
에 내려보내고 있다.
이와 같은 목정으로 소련에서 띄워 올린 것이 GLONASS 위성이다. 이걱
역시 군사용으로 24개가 움직이고 있는데, 88년 ICAO(국제민간항공기구)총
회에서 소련이 이 시스템의 패러미터를 공개해 수신기 제작도 가능하게 했
다.
운영하는 나라가 다를 뿐 GPS와 다른 점은 거의 없다.
군사용으로만 사용되던 GPS가 상용으로 개방된 것은 87년 경이다. 이 시스
템의 특장은 무엇보다 다른 위치 측정 방법보다 정확도가 높다는 것이고,
수신기가 소형 경량이며 가격도 싸다는 점이다.
그 뿐만 아니라 위성 사용 요금을 내지 않아도 되고, 24시간 연속적으로 측
위가 가능하며, 서비스 범위가 전 세계적이라는 점 등이 특징으로 일반의 관
심이 높아졌다.
그러나 앞서 말한대로 원래 군사용으로 개발된 것이기 때문에, 민간용으로
개방한 주파수사 정확도면에선 군의 것에 비해 많이 떨어진다. 안전 보장을
이유로 상용 GPS의 정확도를 일부러 저하 시킨 것이다. 정확도가 100m이
하이므로 민간인이 사용하기에는 그리 큰 문제가 되지 않는다.
이것이 문제가 된다면 해결한는 방법도 없지 않다. 측정된 위치 정보를 중
앙 통제소로 송신하고, 여러 가지 서비스를 통제소로부터 받을 수 있도록
위성 또는 지상망을 이용해 양방향 데이터 통신망을 구성하면 정확도가 높
아진다.
그것이 바로 디퍼레셜 GPS로 이를 이용할 경우 오차를 10m정도 까지 줄일
수 있다고 한다.
번호:47/62 등록자:KJ2610M 등록일시:97/10/22 23:44 길이:65줄
제 목 : [미오새]GPS SYSTEM 이해...2
==>>GPS의 이해 2 <<==
>>삼각 측량법, 지연 시간차로 계산 나침반 기능 초월, 민간 활용 급증 <<
GPS가, 위치를 알아내는 원리는 어렵지 않다. 삼각 측량법과 비슷하다. 위
치가 서로 다른 위성에서 지상의 한 지점에 도달하는 전파의 도달 시간 차
이를 비교하는 것이다.
우리는 전자파의 전파 속도를 알고 있기 때문에 이 지연 시간은 관찰자에
대한 각 위성까지듸 거리로 변환할 수 있으며, 이에 따라 수신기는 관측하고
있는 위성의 위치에 대한 데이터를 사용해 그 위치를 계산하게 된다.
3개의 위성으로부터 신호를 받으면 현재이 위치를 알수 있고 4개 이상의 위
성으로부터 신호를 받으면 측정 지점이 고도까지 알 수 있다. 따라서 위성에
서 전파를 수신할 수 있는 곳이면 지구상 어느 곳에서나 자신의 위치를 정
확히 알 수 있는 것이다.
위치를 알기 위해서는 위성으로부터 신호가 전송된 정확한 시각이 언제인
지가 매우 중요하다. 이는 각 위성에 탑재돼 있는 네 개의 원자시계에 의존
한다.
두 개는 장시간의 안정도를 위해 세슘 원자시계를 사용하고 있고, 다른 두
개는 루비듐 원자시계를 사용한다. GPS위성 시계는 7년에 1초의 오차가 날
정도로 정확하며, 이런 원자시계를 수신기에도 사용할수 있곗지만, 수신기는
위치를 계산하기 위해 필요한 신호의 수보다 많은 신호의 지
연 시간을 계산하며 이러한 여분의 측정으로부터 정확한 로컬 타임을 계산
하게 된다.
이렇게 해서 각 위성 까지의 거리가 측정되고, GPS를 NAVSTAR
(naviga-tion statellite time and ranging)GPS 라고하는 것도 이 때문이다.
위치 확인에 관한한 단순한 나침반 기능을 넘어 만능의 재주를 지닌 GPS에
대한 관심은 크게 높아지고 있다.
그 위력은 걸프전에서 이미 입증된 바 있고, 자동차나 항공기, 선박 등 이
동체에 탑재돼 폭넓게 활용될 것이며, 간편하고 정확하게 측량에 이용할 수
도 있다. 어군 탐지에도 뛰어난 능력을 발휘 하는가 하면 손쉽게 철새의 이
동 결로를 알아낼 수도 있는 등 GPS는 그 용도가 무한대에 가깝다.
번호:46/62 등록자:KJ2610M 등록일시:97/10/22 23:43 길이:69줄
제 목 : [미오새]GPS SYSTEM 이해...3
==>> GPS의 이해 3 <<==
>> GPS가 개발되기 전의 항해법 <<
지구상이 어떤 지접에서 다른 지점으로 가는 경우 자기가 현재 어디 있는
지 정확히 파악하는 일 또 바다 위나 하는 처럼 목표물이 없는 경우에 자기
의 위치를 파악하는 것은 정말 어렵다.
하늘의 별만 따라 가던 시대를 지나 연안 항해와 같이 육지에서 멀지 않은
바다를 나갈 경우에는 중요한 육지의 몇 곳을 육안으로 재고 이를 연결시켜
배의 위치를 알아낸는 방법을 ㅆ고, 중국은 나침반을 발명해 방위를 측정했
다.
방위를 알면 배의 속도를 측정해 위치를 계산할 수 있다. 속도를 알려면
시간을 알아야 하는데, 당시 모래시계나 인간의 감으로는 정확함을 기대할
수 없었다. 배 끝에 로프를 흘려 로프 길이로 속도를 계산하기도 했는데,
이 로프에 매듭(Kout)을 묶어 놓았기 때문에 지금도 배의 속도를 노트라
고 부른다.
하지만 이 방법도 해류, 조류,바람등 으로 정확한 측위를 하기 어려웠다.
그래서 고안된 것이 천문 항법으로 태양이 나 북극성의 고도를 측정해 자기
배의 경도와 위도를 아는 것이다.
이 과정을 거쳐 1900년대 초 드디어 무선 전파를 이용하는 최초의 전자걱
항법이 등장하게 된다.
육지에 무선으로 정기적인 신호를 보내면서 배의 진행방향을 탐색했다. 한
쌍의 무선국에 동시에 펄스 신호를 보내 신호 도착시간의 차이를 계산하는
Loran-A 가 개발된 것이다.
이어서 펄스 신호가 아니라 지속전파(Continuos Wave)를 이용한 오메가가
나왔다. 그리고 정확도를 더욱 높여 군용기의 운항에 적용한 Loran-C 가 등
장한다. Loran-C는 베트남 전쟁에서 널리 사용됐는데 오차가 100m밖에 안
됐다.
인공위성을 이용한 위치 판독 시스템은 트랜싯(미국 국방부의 항행위성)이라
불리는 신뢰성이 있는 2차원 시스템에서 처움 이용됐다.
그러나 위치 판독에 시간이 많이 걸리고 불연속적이며 관측자가 조금만 움
직여도 에러가 발생하는 등 여러 가지 단점이 있었다. 따라서 항공기나 미사
일에 이용하기에는 실용적이지 못했다.
번호:50/62 등록자:KJ2610M 등록일시:97/10/22 23:50 길이:31줄
제 목 : [미오새]GPS 항법 SYSTEM의 비교
항법 시스템의 비교
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시스템 |위치정확도|속도정확도(m/s) |운영범위| 비 고
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GPS | 16(SEP) | 0.1(rma/axis) | 전세계 | 24 시간 전천후
| | | | 위치매우 정확
| | | | 승인자만 이용가능
Loran C | 180(CEP) | 데이터 없음 | 미국 | 운영범위가 제한적
| | | | 공중파 간섭으로 제한
오메가 |2,200(CEP)| 데이터 없음 | 전세계 | 24 시간 전천후
| | | | VLF전파변이의 영향받음
Std INS |첫1시간이후| 2시간이후 | 전세계 | 24 시간 전천후
|1500(CEP)이하| 0.8(rma/axis)| 전세계| 남북극에서는 성능저하
Tacan |400(CEP) |데이터 없음 |현비행노선| 위치정확도가 주로방위
각
| | | | 의 불확실성으로 인해 저하
트랜싯 |200(CEP) |데이터 없음 |전세계 | 90분 간격으로 고정위치측
정
| | | | 느린 운송기구에 적합하다.
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=
SEP, CEP (spherlcal and circular probable error)
: 구면 원형 확률 오차 (3차원/2차원 확률 오차)
번호:49/62 등록자:KJ2610M 등록일시:97/10/22 23:48 길이:27줄
제 목 : [미오새]GPS SYSTEM 의 일반 제원
GPS의 일반 제원
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항 목 | 제 원
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평균고도 | 약 21,180 Km
주 기 | 0.5 항성일(약11시간58분2.05초)
궤도 경사각 | 55도
원 자 시 계 | 루비듐(Rb) 2-3대
| 세슘(Cs) 1-2대
중심 주파수 | L1 = 1,575.42 MHZ
| L2 = 1,227.60 MHZ
변조 방식 | PN(P, C/A) 부호에 의한 확산 변조
P 코드 주파수 | L1 / L2
P 코드 클럭수 | 10.23 MHZ (1주기=1 Week)
C/A 코드주파수 | L1
C/A코드발생방식 | 10단 FSR 2조에 의한 GOLD 코드
| ( 1주기 = 1,023 bit )
P 코드 클럭률 | 1,023 MHZ (1주기 = 1ms)
데이터 송신 | 초당 56비트(56BPS)
항법 메시지 | 궤도정보 시각정보 전리층정보데이터등
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GPS에 관하여