GPS (Global Positioning System) GPS 는 인공위성을 이용한 범지구적 위치 결정 시스템으로, 정확한 위치를 알고 있는 위성 (최소 4 개에서 9 개의 위성)에서 발사한 전파를 지구상에서 수신하여 관측점까 지의 소요 시간을 이용해서 미지 점의 위치를 구하는 범 지구 위치결정 체계입니다. ① GPS 의 공식 명칭은 NAVSTAR(Navigation System with Time And Ranging)이며 미국 정부가 1970 년대 군사적 목적으로 개발한 것입니다. ② GPS 위성의 고도는 20,183km 이며 회전주기가 11 시간 58 분으로 타원형 궤도를 돌고 있습니다. ③ GPS 의 위성 체계는 18 개의 운용 위성, 3 개의 예비위성, 그리고 나머지 3 개의 순 수한 예비 위성 등 24 개의 위성으로 구성되었습니다. ④위성의 배치는 60° 간격으로 6 개의 궤도면에 궤도마다 4 개의 위성이 배치됩니다. 어디에서나 기상과 관계없이 24 시간 위치 결정이, 시통학보와 관계없이 측량이 가능 합니다. GIS 데이터의 실시간 취득이 용이하며 고도의 정확성 확보 및 신속성, 또한 컴퓨터와 통신 기기를 결합함으로써 다양한 응용 분야에 이용할 수 있습니다. GPS 를 구성 시스템 GPS 는 우주 부문, 제어 부문, 사용자 부문으로 나누어 해석할 수 있습니다. 1) 우주 부문(Space Segment) GPS 의 우주 부문은 실시간(real time) 군사 비행을 목적으로 개발되어 지구상에서 언 제 어디서나 관측이 가능하도록 설계되었습니다. 전파 송수신기, 원자시계, 컴퓨터 및 시스템 작동에 필요한 여러 가지 보조장비를 탑재하고 있어 여러 차례 계획 수정 후, 최종 27 개(예비위성 3 개 포함)의 위성을 6 개의 궤도에 적도 면과 55°의 각도로 20,2 00km 의 상공에 배치하였습니다. 2) 제어 부문(Control Segment) 그 위치가 매우 정확한 Colorado Spring 의 주제아국(master control station), 적도 위 에 균등 배치된 5 개의 조정국(monitor station) 및 3 개의 지상 송신소(ground antenna )로 구성되어 있습니다. 3) 사용자 부문(User Segment) plas 위성 신호의 취득에 필요한 하드웨어 분야인 GPS 수신기와 안테나, 자료처리를 위한 소프트웨어로 구성되며 GPS 위성으로부터 신호를 수신하여 안테나 위치를 결정합니 다. GPS 위성의 궤도 궤도: 대략 타원형 궤도 궤도의 고도 : 약 20,183km 위성의 주기 : 약 11 시간 58 분 궤도의 수 : 6 개의 궤도면에 궤도마다 4 개 위성이 배치됩니다. 간격 : 약 60° 사용 좌표계: WGS-84(World Geodetic System 1984 edition) 위성의 수 : 24 개(운용 위성: 18 개, 예비위성: 3 개, 순수 예비위성: 3 개) GPS 이용한 측정 종류 1) 1 점 측위 2) 간섭계 측위 ( 스태틱, 키네매틱 측량) 1) 1 점 즉위 지구상에 있는 User 의 위치를 관측합니다. 이 방법은 요즈음 우리가 많이 사용하는 자동차, 항공기, 선박 등의 위치를 알 수 있는 Navigation System 에 이용됩니다. 즉, 수신기 1 대만으로 이동하는 수신점의 위치(좌표)를 즉석에서 측정합니다. 정도는 수 십 m 에서 수십 cm 가 되겠습니다. 2) 간섭계 즉위 2 점 간에 도달하는 전파의 시간적 지연을 측정하고, 2 점 간의 거리를 정확히 계산합 니다. 이 방법은 정밀한 거리를 측정할 수 있기 때문에 측지 측량 등에 이용됩니다. 2 점 간에 시준이 안 되는 지형에서도 관측이 가능하며, 기후의 영향도 받지 않고 거리 를 측정할 수 있다. 정도는 수 cm 입니다. GPS 측위 원리 1) 1 점 측위(단독 측위) [위성에서 수신 점까지의 전파의 전송시간] =(지상 수신 점에서 어느 C/A 코드(또는 P 코드)를 수신한 시각) 우주 공간의 위성에서 그 코드를 송신한 시각) [위성과 수신점 사이의 거리] (광속(光速)=300,000km/sec=299,792,458m/sec) =전송시간 × 전파의 속도(=빛의 속도) =Time(sec)×(300,000) = km 2) 간섭계 측위 수신기를 2 대 이상 사용하는데 그중 1 대는 좌표를 알 수 있는 기지점에, 다른 1 대는 미지 점에 설치하여 일정 시간 동안 동시에 GPS 위성의 전파를 수신하여 수신 데이터 를 내부 메모리에 기록합니다. 측정이 끝나면 각 수신기의 기록 데이터를 모아서 PC 로 해석하고, 기지 점으로부터 다른 수신 점에 이르는 2 점 간의 3 차원 벡터를 산출합 니다. 이 3 차원 벡터를 기선 벡터라고 하는데 간섭계 측위에 의한 기선 벡터의 정도는 약 5~10mm+1~5ppm 으로 추정됩니다. 현장에서 간섭계 측위로 얻을 수 있는 것은 G PS 위성으로부터 내려오는 전파의 파동에 불과합니다. 이들 수신 데이터를 모아서 P C 로 해석해야 비로소 원하는 데이터를 얻을 수 있습니다. 그러므로 1 점 측위와 같이 즉석에서 수신점의 좌표 치를 얻을 수 있는 것은 아닙니다. 또한 간섭계 측위에서는 어느 한 점의 수신 데이터를 상대방(기지점)의 데이터와 조합 시켜야 한 조의 테이터 가 됩니다. 그렇기 때문에 어느 한 점의 데이터만으로는 아무 소용이 없습니다. 간섭 계 측위로 얻을 수 있는 것은 기지점을 기준으로 한 미지점까지의 3 차원 좌표의 차이 값, 즉 기지 점으로부터의 상대 위치입니다. GPS 의 위치 결정 방법 GPS 측량은 정확한 위치를 알고 있는 위성에서 발사한 전파를 수신하여 관측점까지 의 소요 시간을 관측함으로써 관측점의 위치를 구하는 방법입니다. 이때 관측점의 위치좌표(X, Y, Z)가 미지수이므로, 원리적으로는 1 궤도면 당 3 개의 위성에서 전파를 수신함으로써 관측점의 위치를 알 수 있는데 정밀을 기하기 위해서 4 개의 위성을 배치하고, 이때 위성의 시계와 관측점의 시계가 일치해야만 합니다. GPS 에서는 4 개의 위성을 동시에 관측함으로써 시계의 오차도 미지수로 취급하여 해석한다. 즉, GPS 는 관측점의 좌표(X, Y, Z)와 시각 t 의 4 차원 좌표의 결정 방식이 므로, 비행기, 배, 및 자동차와 같이 고속 운행하는 물체의 위치관측은 물론 속도 관측 에도 유효합니다. 코드가 송신되었을 때 위성의 위치는 항법 데이터에서 계산합니다. 수신 점은 위성의 위치를 중심으로 하여 상기의 방법에 따라 측정된 거리를 반경으로 하는 호의 어딘가에 위치하게 됩니다.