스마트폰이나 차량 GPS로 제 위치 어떻게 아는 건가요?

Question

운전할 때마다 꼭 있어야 되는게 바로 내비게이션인데요 예전분들은 내비없이도 운전하셨다고하니 새삼 대단하시더라고요. 차량에 부착된 내비게이션이나 스마트폰 내비게이션을 사용해서 낯선 길을 운전하는데 이게 볼때마다 어떻게 내 위치를 딱 잡아내는지 신기하더라고요. 인공위성으로 내 위치를 알려준다고 어렴풋이 알고는 있지만 구체적으로 어떤 원리로 작동하는 건지 정말 궁금합니다.

GPS 위성은 지구로 어떤 신호를 보내주는 건가요? 그리고 제 스마트폰은 그 신호를 어떻게 받아서 복잡한 계산을 거쳐 현재 위치의 위도와 경도를 알아내는 것인지 그 과정이 알고 싶습니다. 또 터널이나 산에 갔을 때 GPS신호가 약하다고 하는건 장애물에 막혀서 그런건가요?

Answer 1

혠 인공 GPS는 인공위성이 지구에 신호를 보내고 스마트폰이 그 신호를 받아서 위치를 계산하는 거예요.

위성은 일정한 주기로 신호를 보내고, 스마트폰은 그 신호를 받고 거리와 시간 차이를 계산해서 위도와 경도를 알아내죠. 터널이나 산에서는 신호가 약해지거나 장애물에 막혀서 위치 파악이 어려워지는 거예요.

위성이 지구에 신호를 보내고 스마트폰이 그 신호를 받아서 위치를 계산하는 거예요.

위성은 일정한 주기로 신호를 보내고, 스마트폰은 그 신호를 받고 거리와 시간 차이를 계산해서 위도와 경도를 알아내죠. 터널이나 산에서는 신호가 약해지거나 장애물에 막혀서 위치 파악이 어려워지는 거예요

Answer 2

스마트폰이나 차량 GPS로 위치를 식별하는 방법으로는 스마트폰이나 차량의 GPS 수신기가 여러 개의 GPS 위성에서 신호를 받는데요. 이때 각 위성에서 신호가 도달하는 시간을 계산하여 위성과의 거리를 측정하고, 최소 3~4개의 위성으로부터 받은 거리 정보를 바탕으로 현재 위치를 계산합니다. 그리고 건물, 날씨, 대기층 등의 영향을 고려하여 위치 정확도를 높인다고 하네요.

Answer 3

GPS 위성은 L1(1575.42MHz), L2(1227.60MHz), L5(1176.45MHz) 주파수 대역의 전파를 발신합니다. 이 전파에는 위성 식별을 위한 고유 번호, 위성의 궤도 정보·시계 보정값·전리층 지연 데이터, 시간이 포함됩니다.

스마트폰/차량 내비게이션은 최소 4개 위성의 신호를 동시에 포착합니다.

간단하게 말하면 아래처럼 계산하는데,

거리=광속×(수신 시간) - (송신 시간)

실제로는 수신기 시계 오차를 고려한pseudorange 방정식을 사용합니다.

정리하자면, 여러 개의 위성에서 동시에 발신한 신호간의 시간차를 고려해 위치를 알아냅니다. 네 위성의 위치는 각각 다를 것이고, 가까운 위성은 더 빨리 먼 위성은 더 늦게 도착할 테니 위성 4개정도만 있으면 위치를 알아낼 수 있습니다.