2020년에 사내 소모임을 만들어서 발표했던 내용입니다.

1. 알아두면 쓸모있는
GPS 이야기
발표자 : 박대성

2. G P S
GPS는 어떻게 동작하고
내 위치를 알 수 있을까요?

3. 그.. GPS 위성이 알아서 해주지 않나?
아닙니다
‘미국이 GPS 위성으로 제 위치를 추적하고 있어요..!’

4. 위성은 당신의 위치를 모릅니다.

5. 나의 위치를 아는건
안의 GPS
GPS 수신기

6. Step 1
지상의 관제국에서
주기적으로 위성의
위치를 관측합니다.
위성이 저기 있구나

7. Step 2
관제국에선
주기적으로 위성에게
궤도, 위치 등을
보냅니다.
이 데이터는 Almanic과 Ephemeris 라고 부릅니다.
아 지금 나는
어디쯤 있구나

8. Almanic
GPS 위성의 기본적인 궤도 정보가 담긴 데이터.
몇 달에 한 번 갱신.
Ephemeris
궤도에서 약간씩 이탈 할 수 있으므로 상세한 위치 궤도 및
시각보정 등의 데이터. 약 5시간마다 한 번 갱신.

9. Step 3
위성은
자신의 위치 데이터를
현재 시간과 함께
지상으로 송신합니다.
GPS 위성엔 원자시계가 있어요.
L1
1575.42 Mhz
L2
1227.60 Mhz

10. Step 4
신호를 수신 받은
GPS 수신기는
위성에서 보내온 시간과
위치정보를 토대로
위성과의 거리를
계산합니다.
GPS
이름 : 위성 A
위성위치 : 20,183km 상공 어디
보낸 시간 : 5초
GPS 수신기
현재 시간 : 5.1초
신호 도달까지 걸린 시간
0.1초

11. 전파가 0.1초 걸려서 도착했다면
약 29,979km
빛의 속도가 초속 299,792,458m 이니까
위성과 나의(수신기) 거리는
정도 떨어져 있겠구나!
GPS

12. 위성으로부터 약 30000km 떨어진 반경이
내가 있을 수 있는 위치
30,000km

13. 위성으로부터 약 30000km 떨어진건 알겠는데
아직 내가 어디 있는지는 알 수 없어요.
이쪽으로
3만km?
아니면
이쪽?

14. 만약 신호를 보낸 위성이 하나 더 있다면?
30,000km 42,300km
내가 있을 수 있는 위치

15. 위성이 3개라면?
내가 있을 수 있는 위치!!

16. 삼각측량법 을 통해
GPS수신기는 드디어 자신의 위치를 알게됩니다.
Step 5

17. Q&A와 고찰

18. 고찰 Q.1
GPS수신기의
시간이 부정확하면
거리를 측정하는데
문제가 생기지
않을까요? GPS
이름 : 위성 A
위성위치 : 20,183km 상공 어디
보낸 시간 : 5초
GPS 수신기
현재 시간 : 4.9초
신호 도달까지 걸린 시간
-0.1초?

19. 고찰 A.1
위성으로부터 받은
신호를 토대로
GPS수신기도 동기화하며
신호간의 위상차이로
시간을 계산합니다.

20. 고찰 Q.2
터널이 아닌데도
가끔 위치를 못 잡아요

21. 고찰 A.2
신호가
빌딩이나 장애물로 인해
난반사가 일어나면서
오차가 발생하는
현상입니다.

22. 고찰 Q.2
GPS를 켜자마자
위치를 못 잡아요

23. 고찰 A.2
수신기가 Almanac 데이터 전체와
Ephemeris 데이터를 최소 3개 이상의 위성으로 부터 위치를 파악하는데
소요되는 시간은 대략 15분이나 걸립니다.
그래서 수신기는 Almanac, Ephemeris 데이터를 캐싱 해 둡니다.
하지만 캐싱된 데이터가 너무 오래되면 Factory Start 과정을 거치게 되어
신호를 잡는데 오래 걸리게 됩니다.

24. 고찰 Q.3
위성은 왜 서로 다른
주파수 (L1, L2)
2개를 활용해서
신호를 보내나요?
L1
1575.42 Mhz
L2
1227.60 Mhz

25. 고찰 A.3
지구는 대기가 있어
대기권의 전리층으로 인한
오차를 보정하기
위해서 입니다.

26. 고찰 Q.4
왜 미국은 GPS를
공짜로 민간에서도 사용할
수 있도록
개방 했나요?

27. 고찰 A.4
1983년 미국 뉴욕에서
출발한 대한항공 여객기가
소련 영공에서 격추당한
사건으로 인해
미국의 레이건 대통령이
민간 부분에 GPS를 개방 할
것을 공표하였습니다.
“대한항공 007편 격추 사건”의 사고기

28. 고찰 Q.6
GPS는 군사목적으로
개발되어 군용/민간용으로
나눠지는데
이는 어떻게 다른가요?

29. 고찰 A.6
민간용은 보낸시간에
랜덤한 수를 더해서
시간 오차를 일으켜
보내게 됩니다.
초기엔 100m의 오차가 있었으나
현재는 3.5m~7.8m 의 오차가
납니다.
GPS
이름 : 위성 A
위성위치 : 20,183km 상공 어디
보낸 시간 : 5초 + Random()
음.. 위성과의 거리가..

30. 고찰 Q.7
미국이
GPS 서비스를
중단하면 어떻게 하나요?

31. 고찰 A.7
그래서 각국은 자체 항법
시스템을 준비 중 입니다.
러시아 - 글로나스
유럽 - 갈릴레오
중국 - 베이더우
인도 - IRNSS (7개)
일본 - QZSS (1개~7개)
한국 - 2017년 기획 연구

32. 참고 문헌
● GPS 무선 표준
● almanac과 ephemeris [출처] almanac과 ephemeris|작성자 ggalsami1
● [GPS 이야기] TTFF와 Almanac, Ephemeris 그리고, GPS의 start 방식, Cold start/Hot start/Warm
Start ?
● GPS - Wikipedia
● 대한항공 007편 격추 사건
● GPS - 나무위키
● DR GPS에 대해 알아보기! [출처] DR GPS에 대해 알아보기!|작성자 프리미엄 스토어 대구
● GPS는 언제나 공짜일까? 한반도 상공의 위성항법 ‘전쟁’

33. 감사합니다.