GPS의 원리

여러분은 GPS의 원리를 알고 있나요? 

GPS(Global Positioning System)는 위성을 이용해서 지상의 위치 정보를 알 수 있는 시스템을 말합니다. 지구 위에 있는 위성으로부터 나오는 전파를 분석하여 위치를 알아내게 되는거죠.

1차원으로 예를 들어 보겠습니다. 직선 위에 차 한대와 하늘에 두 위성이 있다고 해보겠습니다. 차와 위성간의 교신으로 전파가 도달하는 시간을 이용하면 거리는 속력과 시간의 곱이므로 위성 사이의 거리를 알 수 있습니다. 차로부터 위성까지의 거리를 반지름으로 하는원을 만들면 두 개의 원이 생기게 되는데 이 원의 교점을 구하면 차의 위치를 알 수 있습니다. 같은 방법으로 2차원에서는 3개의 위성, 3차원에서는 4개의 위성으로 정확한 나의 위치를 찾을 수 있습니다.

 

(실제로는 기지국과 위성의 교신을 이용한 시간차이를 이용해 전파의 이동거리를 계산하고 기지국이 있으므로 3차원에서 3개의 위성으로도 충분히 위치를 구할 수 있지만 전파의간섭으로부터 생기는 오차를 보정하고 정확한 위치를 찾기 위해 일반적으로 4개 이상의위성을 사용합니다.)

 

이처럼 GPS는 수학과 과학, 공학의 결정체입니다. GPS가 제공하는 공간, 속도, 방향, 시간 데이터는 자동차뿐만 아니라 우리가 자주 사용하는 지도나 증강현실에 응용되면서 필수 인프라로 사용되고 있습니다. 항공 선진국들은 GPS가 아닌 자체 지역 위성항법 시스템을 개발해 사용하고 있지만 아직까지 우리나라는 해외 시스템에 의존하고 있어 전파 장애나 서비스 중단에 대응할 방법이 없습니다.

 

이에 한국항공우주연구원은 한국형 위성항법시스템 KPS를 개발하여 2022년에 사업에 착수, 2027년에 첫 위성을 발사하고 2035년까지 시스템구축을 완료를 목표로 하고 있습니다. 한국형 위성항법시스템(KPS)이 구축되면 기존 GPS의 성능을 보정하여 우리는 보다 정확한 위치정보를 제공 받을 수 있으며, 정확한 위치 정보를 통해 자율주행차량, 드론 등 4차 산업혁명을 이끌어갈 기술의 독점적 지위를 가질 수 있습니다.

 

(우리나라는 오차가 17~37m인 현행 위성항법시스템 오차를 3m까지 보정할 수 있는 시스템인 한국형 위성항법보정시스템(KASS)도 개발하고있으며 2023년부터 항공용 서비스가 제공될 예정입니다. 미국의 WAAS, 유럽의 EGNOS, 일본의 MSAS, 인도의 GAGAN, 러시아의 SDCM, 중국의 BDSBAS에 이어 세계 7번째 SBAS 보유국이 될 것)

 

우리나라는 위성항법 뿐만 아니라 항공, 인공위성, 발사체 등 기술발전을 위해 연구원들께서 노력하고 계십니다. 그리고 대한민국의 우주시대를 열기 위해서는 연구원들이 노력뿐만 아니라 여러분들의 꾸준한 관심도 필요합니다. 앞으로 우주 개발의 시대를 열어갈 여러분들의 우주를 향한 꿈과 도전에 수학과 과학이 도움이 되길 바라겠습니다.