๐ก ๋ณธ ๋ฌธ์๋ '์์ฑํญ๋ฒ์์คํ (GNSS) ์ ๋ฆฌ(5): GPS ์์ฌ๊ฑฐ๋ฆฌ ์ธก์ - ์ฝ๋ ๊ธฐ๋ฐ(์๊ฐ), ์์ ๊ธฐ๋ฐ(์์น)'์ ๋ํด ์ ๋ฆฌํด๋์ ๊ธ์ ๋๋ค.
์ด์ ๋ด์ฉ์์๋ '์์ฑํญ๋ฒ์์คํ (GNSS)'์ ์ด๋ก ์ ๋ํด ์ ๋ฆฌํด๋ณด์์ผ๋ฉฐ, ์ฌ๊ธฐ์ ๋ค๋ฃฌ ์ธก์๊ธฐ๋ฒ์ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ์ค์ฐจ๋ณด์ ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ ๋ฐ ์ค์ ์ฌ์ฉ์ ๋ํด ์ ๋ฆฌํ์์ผ๋ ์ฐธ๊ณ ํ์๊ธฐ ๋ฐ๋๋๋ค.
1. GPS ์์ฌ ๊ฑฐ๋ฆฌ
1.1. ์์ฌ ๊ฑฐ๋ฆฌ ์ธก์
์์ฌ ๊ฑฐ๋ฆฌ
(Pseudo-range)๋ GPS ์์ฑ๊ณผ ์์ ๊ธฐ ๊ฐ์ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ผ ๋ณผ ์ ์๋๋ฐ, ์์ฌ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ฅผ '์ฝ๋ ๊ธฐ๋ฐ(์๊ฐ ์ฌ์ฉ)'๊ณผ '์์ ๊ธฐ๋ฐ(์์น ์ฌ์ฉ)' ๊ฑฐ๋ฆฌ ์ธก์ ๋ฐฉ๋ฒ ๋์ ์ํด ๊ณ์ฐํ ์ ์๋ค.์ฝ๋ ๊ธฐ๋ฐ ๊ฑฐ๋ฆฌ ์ธก์ ๋ฐฉ๋ฒ(์๊ฐ ์ฌ์ฉ)์์๋ ์์ฑ์ด ๋ฐฉ์ฌํ C/A์ฝ๋์ P์ฝ๋ ๋ฑ์ ์์ ํด, ์์ ๊ธฐ ์์ฒด๊ฐ ๋ฐ์์ํจ ๋์ผํ ์ฝ๋์์ ์๊ฐ์ฐจ์ด๋ก ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ฅผ ๊ณ์ฐํ๋ค. (์์ฌ๊ฑฐ๋ฆฌ) = (์ ํ ์๋) X (์๊ฐ ์ฐจ)์ธ ๊ฒ์ด๋ค. ์ฃผ๋ก ์ ๊ฐ ์ค๋งํธํฐ ๋ด์ฅ GPS ๋ฑ ์ ๊ฐ ์์ ๊ธฐ์์๋ง ์ฌ์ฉํ๋ค.
์์ ๊ธฐ๋ฐ ๊ฑฐ๋ฆฌ ์ธก์ ๋ฐฉ๋ฒ(์์น ์ฌ์ฉ) ํน์ ๋ฐ์กํ ๊ธฐ๋ฐ ๊ฑฐ๋ฆฌ ์ธก์ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์๋์ ๊ฐ์ ์๋ฆฌ๋ฅผ ๊ฐ์ง๋ค.
์์ฌ ๋๋ค ์ฝ๋๋ฅผ ์ฌ๊ฐํจ์๋ก ๋ํ๋์ ๋ +1 ํน์ -1์ ์๊ฐ ๊ฐ๊ฒฉ(chip)์
, ์นฉ์ ์๊ฐ ํญ(chip width)๋ผ๊ณ ํ๋ค. ์์ฑ๊ณผ ์์ ๊ธฐ ์ฌ์ด์ PRN ์ฝ๋ ์นฉ์ ๊ฐ์๋ฅผ , ์ฆ ์ ํธ๊ฐ ์์ ๋ ๋ ๊ฐ ๋ช ๊ฐ ์์๋์ง๋ฅผ ๋ผ ํ์.๊ทธ๋ ๋ค๋ฉด ๋น์ ์๋๋ฅผ
๋ผ ํ ๋, (์๋ฌ๊ฐ ์๋ค ํ๋ฉด) ์ค์ ๊ฑฐ๋ฆฌ ๋ ๊ฐ ๋๋ค. ๋ ๋ผ๊ณ ๋ ํ ์ ์๋๋ฐ ๋ Time of Arrival, ์์ ๊ธฐ๊ฐ ์ ํธ๋ฅผ ์์ ํ ์๊ฐ์ด๋ฉฐ, ๋ Time of Departure, ์์ฑ์ด ์ ํธ๋ฅผ ๋ฐฉ์ฌํ ์๊ฐ์ด๋ค. ๋ฐ๋ผ์, ์์ฑ์์ ๋ฐฉ์ฌํ ์๊ฐ์์ ์์ ๊ธฐ๊ฐ ์์ ํ ์๊ฐ์ ์ฐจ์ ๋น์ ์๋๋ฅผ ๊ณฑํ๋ฉด ๊ฑฐ๋ฆฌ๊ฐ ๋๋ค.
1.2. ์์ฌ ๊ฑฐ๋ฆฌ ์ค์ฐจ
๊ทธ๋ฌ๋ ์์ฑ์ ๊ณ์ ์์ง์ด๊ณ ์์ ๊ธฐ๋ง๋ค ๊ฐ์ง ์๊ณ๊ณผ ์๊ณ์ ์ค๋ฅ๊ฐ ์๋ค. ๋ฐ๋ผ์ GPS์์์ ๊ฑฐ๋ฆฌ ๊ณ์ฐ์ ์ ํํ๊ฑฐ๋ ๊ฐ๋จํ์ง ์๋ค.
ํน์ ์๊ฐ์์ ์์ฑ์ ์์น๋ฅผ ๊ณ์ฐํ ์๋ ์๋ค. ์์ฑ์ด ๋ฐฉ์ฌํ๋ ๋ฉ์์ง ์ค ๊ถค๋ ์ด๋ ฅ(ephemeris) ๋ฐ์ดํฐ๊ฐ ์๋๋ฐ, ์ด๋ฅผ ์ด์ฉํ๋ค. ์์ ๊ธฐ๋ ์์ ์ด ๋ฐ์ ์ ํธ๊ฐ ์ผ๋ง๋งํผ์ ์๊ฐ์ ๊ฑฐ์ณ ์์ ๋์๋์ง ๊ณ์ฐํ๊ณ , ์์ฑ์์ ๋ฐฉ์ฌ๋ ์๊ฐ์ ์ญ์ถ์ ํด ์์ฑ์ ์์น๋ฅผ ๊ตฌํ ์ ์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ์์ ๊ธฐ ์๊ณ ์์ฒด์ ์ค์ฐจ๊ฐ ์๋ค๋ฉด
์ ์๋ฌ๋ฅผ ํฌํจํ๋ฏ๋ก ๋ฌธ์ ๊ฐ ๋๋ค.์ด๋ฅผ ๋ณด์ ํ์ฌ ์ฌ์ฉ์์ ์์ฑ ๊ฐ ์์ฌ๊ฑฐ๋ฆฌ
(Pseudo-range), ์ฆ ์๊ฐ ์ค์ฐจ๊ฐ ํฌํจ๋ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ฅผ ๊ณ์ฐํ ์ ์๋ค.๋ฅผ m ๋จ์์ ์๊ฐ(clock) ์๋ฌ์ ๋น์ ์๋ ๋ฅผ ๊ณฑํ ๊ฒ์ด๋ผ๊ณ ํ์. ์๋ฅผ ๋ค์ด, 1์ด ์๋ฌ๋ผ๋ฉด ์ด๋ฏ๋ก ์ด๋ค. ์ด ๋ฅผ ๊ธฐ์กด์ ์์ ์ ๋ํด ์์ฌ๊ฑฐ๋ฆฌ ๋ก ํํํ ์ ์๋ค.
๋ ๋ค๋ฅด๊ฒ๋ ์์ฑ์ ์์น์ ์์ ๊ธฐ์ ์์น๋ฅผ ์ ํด๋ฆฌ๋ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ก ๊ตฌํจ์ผ๋ก์จ ์์ฌ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ฅผ ๊ตฌํ ์ ์๋ค. ์์ฑ์ ์์น๋ฅผ
), ์์ ๊ธฐ์ ์์น๋ฅผ ๋ผ๊ณ ํ ๋ ์ด๋ค.
1.3. ์์ฌ๊ฑฐ๋ฆฌ ๋ณด์
์ด๋ฒ์ ๋ณด์ ์ ์ํ ์์ ์ดํด๋ณด์.
์
์ ์๊ฐ๊ณผ ์์น์ ์ํ ์ค์ฐจ๋ฅผ ๋ํ๋ผ ๊ฒ์ด๋ค. ์ด๋ฅผ ํ์ฉํ ๊ฒ์ด๋ค.์์น์ ์ํด ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ฅผ ๊ณ์ฐํ ์
์ ํ ์ผ๋ฌ ๊ธ์๋ก ๋ฏธ๋ถํ๋ฉด, ๊ฐ ๋๊ณ , ์๋ ์์ฒ๋ผ ์ ํํ๋ ์์ผ๋ก ๋ํ๋ผ ์ ์๋ค. ์ฌ๊ธฐ์ 'SV'๋ Setellite Vehicle์ ์ฝ์๋ก, ๋ถ๋ชจ ํญ์ ๋ช ๋ฒ์งธ ์์ฑ์ ์์น์ ์ ํด๋ฆฌ๋ ๊ฑฐ๋ฆฌ ์ฐจ์ด์ธ์ง๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. Ephemeris ๋ฐ์ดํฐ๋ก๋ถํฐ ์์ฑ์ ์์น๋ฅผ ๊ณ์ฐํ ์ ์์ผ๋ฏ๋ก, ์์ ๊ธฐ์ ์์น๋ฅผ ํน์ ํ๋ค๋ฉด ๋ถ์ ์ญ์ ์์ฑ๊ณผ ์์ ๊ธฐ์ ์์น ๊ฐ์ผ๋ก ๊ณ์ฐํ ์ ์๋ค.
์ ํํ๋ ์ ์์ ํ๋ ฌ๋ก ํ์ํ๋ฉด ์๋์ ๊ฐ๋ค.
์ ํํ ์์ Geometry Matrix์ธ g =
๋ฅผ ๊ณฑํ๋ฉด, ์์ ๊ธฐ์ ์์น์ ์๊ฐ ์ค์ฐจ ์ฑ๋ถ์ ์ธก์ ๋ ์์ฌ๊ฑฐ๋ฆฌ ์๋ฌ ์ฑ๋ถ์ด ๋๋ค.ํด๋น ์์ ๋ฐ๋๋ก ์๊ฐํด ๋ณด๋ฉด ์์ ๊ธฐ์ ์ค์ ์์น๋ฅผ ๋น๊ต์ ์ ํํ๊ฒ ๊ตฌํ ์ ์๋ค.
์ ์ ํํ ์์์ Geometry Matrix๋ง ๋จ๊ธฐ๊ณ ์๋์ฒ๋ผ ์์ ๋ฐ๊พผ๋ค๋ฉด, ์์ฌ ๊ฑฐ๋ฆฌ์ ๋ณด์ (์ค์ฐจ)๊ฐ์ ์ด๋ค ํ๋ ฌ์ ๊ณฑํ์ ๋ ์์ ๊ธฐ์ ์์น์ ์๊ฐ์ ๋ํ ๋ณด์ ๊ฐ์ผ๋ก ํ์ฐ์ด ๋๋ค.
๊ฐ์ฅ ๋จผ์ , ์ด๊ธฐ ์์ ๊ธฐ ์์น๋ฅผ ํน์ ํด ๊ทธ๊ณณ์์ ์์ฑ์ ์ ํธ๋ค์ ์ธก์ ํด
์ฑ๋ถ์ ์ป๋๋ค. ๊ทธ๋ฐ ๋ค์ ๋ก ๋ฅผ ์ป์ด ์ด๊ฒ์ด ๊ณง ํด๋น ์์น์ ์๊ฐ์ ๋ํ ๋ณด์ ์ฑ๋ถ์ด ๋๋ค. ์ด ๋ณด์ ์ฑ๋ถ์ ํด๋น ์์น์ ์ ํธ์ ๋ํ๋ฉด ์๋ก์ด ์์น์ ์๊ฐ์ ์ป๊ฒ ๋๋ค.์ ์์น๋ฅผ ์ป๊ฒ ๋์์ผ๋ฏ๋ก ๊ทธ ์์น์์์ ์์ฑ๊น์ง์ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ ๋ฐ๋ ๊ฒ์ด๋ค. ๊ทธ๋ผ ๋ค์ ์ ํด๋ฆฌ๋ ๊ฑฐ๋ฆฌ,
๋ฅผ ์๋ก ์ ๋ฐ์ดํธํด์ผ ํ๊ณ , ์ฐจ์ด๋ก ๊ฐ ๊ตฌํด์ง ์ ์๋ค.๋ก ๋ค์ ๊ณต์์ ์ฒ์์ผ๋ก ๋์๊ฐ Geometry Matrix์ ์ญํ๋ ฌ๊ณผ ๊ณฑํ๋ฉด ๋ค์ ์์น์ ์๊ฐ์ ๋ํ ๋ณด์ ์ฑ๋ถ์ ์ป๊ฒ ๋๋ ๊ณผ์ ์ด ๋ฐ๋ณต๋๋ค. ์ด๋ฐ ๊ณผ์ ์ ๋ฐ๋ณตํ๋ค๋ณด๋ฉด ์ด๋ ์๊ฐ ๊ฐ ๋งค์ฐ ์์์ ธ ์ ๋ฐ์ดํธ๊ฐ ๋ถํ์ํ ์์ ์ด ์จ๋ค. ํต์์ ์ผ๋ก 4ํ ๋ฐ๋ณต ํ์ cm ๋จ์๋ก ์ ๋ฐ์ดํธ๋๋ค.
์์ ๊ฐ์ ์ ํํ์ ๋น ๋ฅธ ๊ณ์ฐ์ ์ฌ์ฉํด GPS ์์ ๊ธฐ๋ ๋น ๋ฅด๊ฒ ์์น๋ฅผ ๊ณ์ฐํ ์ ์๋ค.
์ฐธ๊ณ
- [Blog] GPS ์ด๋ก : GNSS, RTK ๋ฑ: https://velog.io/@717lumos/GPS-GPS-%EC%9D%B4%EB%A1%A0-GNSS-RTK-%EB%93%B1