우리 중 많은 사람들이 내비게이션을 당연하게 여깁니다. 길을 잃었을 때, 우리는 휴대폰을 꺼내서 구글 지도를 열어 우리가 어디에 있는지 찾습니다. iPhone을 주머니에서 꺼내는 데 방해가 되고 싶지 않다면 Siri에게 길을 알려달라고 요청할 수도 있습니다.
위치를 찾는 데 Wi-Fi나 모바일 데이터 연결이 필요하지 않습니다. 휴대전화에 해당 지역의 지도가 미리 로드되어 있으면 하늘을 볼 수 있는 한 지구상 어느 곳이든 정확하게 위치를 지정할 수 있습니다. 따라서 도시 정글을 걷거나, 숲속을 트레킹하거나, 산을 오르거나, 바다를 항해하거나, 심지어 35,000피트 상공을 비행할 때에도 휴대전화는 귀하가 어디에 있는지 알려줄 수 있습니다.
우리가 길을 찾을 수 있게 해주는 이 놀라운 기술은 GPS를 통해 구동되며 모든 스마트폰, 다양한 태블릿, 여러 자동차 모델, 심지어 스마트워치에서도 사용할 수 있습니다. 하지만 GPS란 정확히 무엇이며, 사용자가 어디에 있는지 어떻게 알 수 있나요?
GPS의 의미
GPS는 GPS(Global Positioning System)를 의미하며 위성 집합을 사용하여 현재 위치를 찾는 데 도움을 줍니다. 미군은 미사일 잠수함이 정확한 수정을 할 수 있도록 돕기 위해 1960년대에 Transit이라는 위성 기반 항법 시스템을 개발하여 치명적인 핵 탑재체를 매우 정확하게 발사할 수 있게 했습니다. 그러나 1973년에 국방부는 현재의 GPS(Global Positioning System)를 출시했고, 결국 1995년에 Transit을 대체하여 GPS를 우리가 매일 사용하는 군사 발명품 중 하나로 만들었습니다.
그러나 미국 정부가 GPS를 민간용으로 사용할 수 있게 만든 주요 사건은 1983년 대한항공 007기의 비극적인 격추였습니다. 조사 결과 조종사들은 잘못된 항법 모드를 사용했으며 GPS에 접근할 수 없었기 때문에 그들은 자신들이 어디에 있는지 정확하게 판단할 수 없었고, 이로 인해 소련 영공으로 이탈하게 되었습니다. 이로 인해 그들은 소련 전투기에 의해 격추되어 269명의 승객이 손실되었습니다.
이 사건으로 인해 레이건 대통령은 GPS를 민간용으로 사용할 수 있게 되었습니다. 이전에는 사용하려면 전용 수신기가 필요했지만, 기술 발전으로 인해 스마트폰, 스마트워치와 같은 가장 작은 장치에도 이를 장착할 수 있게 되었습니다. Bluetooth와 같은 다른 기술과 결합하면 Apple AirTag의 작동 방식과 마찬가지로 탐색 및 위치를 매우 정확하게 만들 수 있습니다.
천체 항법과 동일한 원리를 사용합니다.
위성이 발명되기 전에 선원들은 천체 항법을 사용하여 지구에서 자신의 위치를 찾았습니다. 그들은 육분의와 같은 도구를 사용하여 수평선 위의 특정 별의 각도를 측정하고 별을 본 정확한 시간을 표시했으며 별을 중심으로 원의 원주를 따라 앉아 있다는 것을 알았습니다. 그런 다음 두 개의 별에 대해 이 절차를 반복하면 지구에서 정확한 위치를 찾을 수 있습니다.
GPS 내비게이션은 동일한 원리를 사용하지만, 우리 장치는 별이나 태양에 의존하여 위치를 찾는 대신 위성 신호를 사용합니다. 현재 우리는 약 20,200킬로미터 또는 약 12,550마일 상공에서 지구 궤도를 도는 30개 이상의 GPS 위성을 보유하고 있으며, 적어도 4개는 지구 표면 어느 지점에서든 항상 볼 수 있습니다.
귀하의 장치는 위치를 찾기 위해 최소 4개의 위성을 찾습니다. 이러한 위성의 신호를 감지하면 자동으로 위치를 계산하여 16~100피트 또는 5~30미터의 정확도로 거의 실시간 정보를 제공할 수 있습니다.
GPS 정보를 얻으려면 4개의 위성이 필요한 이유
한 가지 주목할 만한 점은 천체 항법이 정확한 위치를 찾는 데 도움이 되는 세 개의 기준점을 사용하는 반면 GPS는 네 개의 위성을 사용한다는 것입니다. 옛날 선원들은 일반적으로 평면 지도를 사용하여 위치를 찾았으므로 세 개의 참조 지점이면 충분했습니다. GPS 장치는 3차원으로 이동하므로 우주에서 정확한 위치를 찾으려면 네 번째 위성이 필요합니다.
그 외에도 단 3개의 위성으로부터 가장 정확한 신호를 얻으려면 장치에 정확한 시간 유지가 필요합니다. 이는 우리가 정확한 방향을 알고 있는지 알고 싶다면 휴대폰에 원자 시계가 장착되어 있어야 함을 의미합니다. 이러한 장치는 가격이 비싸고 일반적으로 전화기보다 두껍기 때문에 장치에 장착하는 것은 불편할 것입니다. 대신 GPS는 네 번째 위성을 사용하여 수신한 정보를 확인하므로 높은 정확도를 얻을 수 있습니다.
GPS 위성 제어
이름에서 알 수 있듯이 GPS는 완전한 시스템입니다. 즉, 다양한 세그먼트가 있다는 의미입니다. 우리는 위성(Space Segment)과 자체 장치(User Segment)만을 GPS의 일부로 생각하지만, 또 다른 중요한 세그먼트인 Control Segment도 있습니다.
제어 세그먼트는 현재 지구 궤도를 도는 31개의 GPS 위성을 모니터링하여 해당 위성이 필요한 위치에 정확하게 있고 올바른 데이터를 전송하고 있는지 확인하는 지상 시설 네트워크입니다. 이는 또한 위성을 유지 관리하여 최신 상태로 유지하고 필요에 따라 올바른 위치로 이동하여 모든 GPS 사용자가 항상 최소 4개의 위성을 볼 수 있도록 하는 팀입니다.
이 세그먼트는 콜로라도주 슈리버 공군기지의 주통제소, 캘리포니아주 반덴버그 공군기지의 대체 주통제소, 11개의 명령 및 제어 안테나, 전 세계에 위치한 16개의 모니터링 사이트로 구성됩니다. 16개 모니터링 사이트는 GPS 위성을 추적 및 측정하고 데이터를 마스터 제어 스테이션으로 전달합니다. 그런 다음 이는 마스터 제어 스테이션에서 처리되며 명령을 보내야 하는 경우 11개의 명령 및 제어 안테나를 통해 수행됩니다. 이를 통해 GPS는 연중무휴 24시간 작동하여 모든 사용자에게 정확하고 정밀한 내비게이션 데이터를 보장합니다.
GPS에는 경쟁이 있습니다
오늘날 GPS는 위성 내비게이션과 동의어이지만 이 서비스를 제공하는 유일한 것은 아닙니다. GPS의 일반적인 용어는 실제로 GNSS, 즉 글로벌 항법 위성 시스템이며, 다른 국가와 조직에서도 자체적으로 구축했습니다.
중국에는 2020년에 공식적으로 취역하여 35개의 위성을 보유한 BeiDou Navigation System(BNS)이 있으며, EU에는 2016년에 출시되어 현재 24개 이상의 위성을 보유하고 있는 Galileo가 있습니다. 러시아에는 또한 GLONASS가 있는데, 이는 러시아어로 Globalnaya Navigazionnaya Sptunikovaya Sistema, 영어로 Global Navigation Satellite System이라고 합니다.
이 외에도 인도에는 인도 지역 항법 위성 시스템(IRNSS)이 있으며 현재는 인도 항법 별자리(NavIC)로 이름이 변경되었으며 인도 지역을 담당하는 7개의 위성이 있습니다. 일본은 또한 2018년에 4개의 위성을 갖춘 준천정위성시스템(QZSS)을 발사했으며 현재 7개 이상의 위성을 보유하고 있으며 모두 동아시아와 오세아니아에 초점을 맞추고 있습니다.
이러한 모든 GNSS 서비스는 제조업체가 지원하는 경우 동일한 전화기에서 작동할 수 있습니다. 이것이 바로 Google 지도가 내비게이션 게임을 변화시킨 이유입니다. 다양한 GNSS 공급자(휴대폰 기반)를 사용할 수 있으므로 스마트 장치를 사용하는 거의 모든 사람에게 가장 정확하고 정확한 지도 및 내비게이션 서비스를 제공할 수 있습니다.
