GPS 장치 의 작동 원리가 궁금해요

Question

GPS 의 경우 인터넷 사용과 무관하게 작동 되는 걸로 알고 있는데요. 도대체 GPS는 어떤 방식으로 작동 되는 것인지 정말 궁금합니다~^^

Answer 1

안녕하세요. 과학전문가입니다.

GPS 시스템은 무선 신호가 GPS 위성에서 지상의 수신기로 이동하는 데 걸리는 시간을 사용하여 작동합니다. 각 위성은 위성의 위치와 신호가 전송된 시간이 포함된 신호를 방송합니다. 수신기는 이 정보를 사용하여 신호가 전송된 시점과 수신된 시점 사이의 시간 지연을 기반으로 각 위성까지의 거리를 계산합니다. 최소 4개의 GPS 위성으로부터 신호를 수신함으로써 수신기는 지구 표면에서 자신의 위치를 ​​삼각 측량할 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

GPS의 작동 원리는 다음과 같습니다.

1. 위성 신호 수신

GPS 수신기는 총 24개의 GPS 위성으로부터 신호를 수신합니다. 각 위성은 정확한 시간 신호와 위치 정보를 포함한 데이터를 전송합니다.

1. 시간 동기화

GPS 수신기는 수신한 신호의 전파 속도를 이용하여 위성과의 거리를 계산합니다. 위성과의 거리는 전파의 속도와 거리에 반비례하는 시간 차이를 이용하여 계산됩니다. 이를 위해서는 GPS 수신기와 위성 간의 시간을 정확하게 동기화해야 합니다.

1. 위치 계산

GPS 수신기는 적어도 4개 이상의 GPS 위성으로부터 수신한 신호를 이용하여 위치를 계산합니다. 이를 위해 위성과의 거리를 계산한 다음, 이를 이용하여 위치를 추정합니다. 위치 추정 알고리즘은 트라이앵글(Triangulation) 원리를 이용합니다.

1. 위치 정보 표시

GPS 수신기는 위치 정보를 화면에 표시하거나, 음성 안내로 제공합니다.

따라서, GPS 장치는 위성과의 거리를 계산하여 위치를 추정하는데, 이를 위해 적어도 4개 이상의 위성 신호가 필요하며, 정확한 시간 동기화가 필요합니다. GPS의 위치 추정 정확도는 위성 수신의 강도와 수신기의 정확도에 영향을 받습니다.

Answer 3

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다. GPS는 글로벌 포지셔닝 시스템(Global Positioning System)의 약자로, 위성 기반의 위치 정보 서비스입니다. GPS는 지구 상에서 위성을 통해 위치 정보를 수집하고 처리하여 지도상의 위치를 찾아주는 기술입니다.

GPS 시스템은 미국 국방부에서 운영하고 있으며, 전 세계적으로 24개의 GPS 위성이 운영되고 있습니다. 이 위성들은 지구 궤도를 돌며, 미국 국방부에서 운영하는 GPS 수신기가 이 위성으로부터 전송하는 신호를 수신하여 위치 정보를 계산합니다.

GPS 수신기는 GPS 위성이 전송하는 신호를 수신하고, 이 신호의 속도와 거리 등을 측정하여 위성과의 거리를 계산합니다. 이렇게 수신기에서 3개 이상의 GPS 위성과의 거리를 계산하면, 수신기의 위치를 계산할 수 있습니다. 이를 위해 GPS 수신기는 위성이 전송하는 신호에 포함된 시간 정보와 GPS 수신기에서 이 신호를 수신한 시간 정보를 이용하여 거리를 계산합니다.

GPS 수신기는 이렇게 계산된 위치 정보를 이용하여, 지도 상의 위치를 표시하거나, 목적지까지의 거리와 시간 등을 계산하여 안내해줍니다. 이러한 방식으로 GPS는 운전 및 여행 등에서 매우 유용하게 사용되고 있습니다.

Answer 4

안녕하세요. 문민기 과학전문가입니다.

GPS의 원리는 4개의 위성으로부터 나오는 전파를 분석하여 현재의 위치를 특정합니다.

GPS 위성이 보내는 전파에 담긴 시간 정보를 수신기에서 받은 시간과 비교한 후 시간 차이에 따른 빛의 이동 거리를 계산하면 GPS위성과 측정 위치와의 거리를 구할 수 있습니다.

그러면 여기서 드는 의문점은 GPS오 위치를 추적하기 위해서는 4개의 위성이 필요한데 어떻게 24시간 내내 측정이 가능할까? 입니다.

거기에 대한 답은 지구 궤도를 돌고 있는 인공위성은 산이나 바다 한가운데 혹은 사막등 어떤 곳이라도 4개의 위성이 항상 보이게 배치되어 있습니다. 따라서 전파수신기만 있다면 날씨와는 무관하게 정확한 위치 정보를 전달 받을 수 있습니다. 최근에는 GPS보다 정밀한 DGPS와 CDGPS와 같은 기술도 개발되어 있습니다. 민간용 GPS는 20m정도의 오차를 가지는데 DGPS와 CGPS는 1cm까지도 위치변화를 알 수 있습니다.

Answer 5

안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.

원래 GPS는 군사용으로 만든것입니다. 미사일을 정확한 위치로 유도하기 위해 개발된 기술입니다.

하지만 전쟁이 매일 발생하는 것도 아니고, GPS를 전세계 어느곳에서든 위치를 알려면 하늘에 GPS용 인공위성을 77개 띄워야 하기때문에 군사용으로만 사용하기에는 아깝죠. 그래서 원래목적은 군사용이지만 지금은 민간인들도 사용할수 있도록 열어놓은 것입니다. 다만 인공위성을 약간 조작해서 군사용으로 사용할때보다는 오차가 심하게 만들어 놓았습니다. 군사용은 오차가 +-1m정도지만 민간용은 +-10m입니다.