GPS는 위성을 사용하여 위치에 대한 정확한 정보를 알려주는 내비게이션 기술입니다. 기본적으로 GPS 시스템은 위성 그룹과 수신기와 같이 잘 개발 된 도구로 구성됩니다. 그러나 시스템은 최소한 4 개의 위성으로 구성되어야합니다. 각 위성과 수신기에는 안정적인 원자 시계가 장착되어 있습니다. 위성 시계는 서로 동기화되고 지상 시계입니다. GPS 수신기에도 시계가 있지만 동기화되지 않고 안정적이지 않습니다 (덜 안정적). 지상 시계에서 위성의 실제 시간 편차는 매일 수정해야합니다. 위성과 수신기의 동기화 된 네트워크에서 4 개의 알 수없는 수량 (3 개의 좌표 및 위성 시간으로부터의 시계 편차)을 계산해야합니다.GPS 수신기의 작업은 위성 네트워크에서 신호를 수신하여 세 가지 기본 미지의 시간 및 위치 방정식을 계산하는 것입니다.
GPS 신호에는 의사 난수 코드와 전송 시간 및 해당 시간의 위성 위치가 포함됩니다. GPS에 의해 방송되는 신호는 변조 된 반송파 주파수라고도합니다. 또한 의사 난수 코드는 0과 1의 시퀀스입니다. 실제로, TOF (Time of Flight)를 처리하기위한 탐색 방정식을 사용하여 수신기 위치와 수신기 시스템 시간에 대한 수신기 클록의 오프셋이 동시에 계산됩니다. TOF는 수신기가 신호의 도착 시간과 전송 시간을 사용하여 형성하는 네 가지 값입니다. 위치는 일반적으로 지오이드 (본질적으로 평균 해수면)에 상대적인 위도, 경도 및 높이로 변환됩니다. 그런 다음 좌표가 화면에 표시됩니다.
GPS의 요소
GPS의 구조는 복잡합니다. 공간 세그먼트, 제어 세그먼트 및 사용자 세그먼트의 세 가지 주요 세그먼트로 구성됩니다. 위성을 중간 지구 궤도로 발사하는 것은 힘든 일입니다. 우주 세그먼트는 동일한 궤도에있는 24 ~ 32 개의 위성 또는 우주선으로 구성되며, 3 개의 원형 궤도에 각각 8 개씩 있습니다. 지구 표면의 거의 모든 곳에서 최소 6 개의 위성이 항상 시야에 있습니다.
공간 세그먼트 옆에는 제어 세그먼트가 있습니다. 제어 세그먼트에는 마스터 제어 스테이션, 대체 마스터 제어 스테이션, 지상 안테나 및 모니터 스테이션이 있습니다. 사용자 세그먼트는 수천 개의 민간, 상업 및 군사 위치 서비스로 구성됩니다. GPS 수신기 또는 장치는 위성이 전송하는 주파수에 맞춰 조정 된 안테나로 구성됩니다. 또한 위치와 시간을 제공하는 디스플레이 화면이 포함되어 있습니다.
GPS 수신기는 동시에 모니터링 할 수있는 위성 수, 즉 채널 수로 분류됩니다. 수신기에는 일반적으로 4 ~ 5 개의 채널이 있지만 최근의 발전에 따라 최대 20 개의 채널도 만들어졌습니다.
위성 주파수: 모든 위성 방송 주파수. 주파수 대역은 L1, L2, L3, L4, L5의 5 가지 유형으로 구성됩니다. 이러한 대역의 주파수 범위는 1176MHz ~ 1600MHz입니다.
GPS 작동 원리
GPS 위성은 하루에 두 번 지구 주위를 회전합니다. 그것은 매우 정확한 경로로 주위를 돌며 지표와 정보를 지구로 보냅니다. GPS 수신기는 모든 정보를 얻고 삼각 측량을 적용하여 사용자의 정확한 위치를 찾습니다. 기본적으로 GPS 수신기는 신호가 위성에 의해 전파 된 기간을 대조하고 수신 된 시간을 할당합니다. 시차는 수신기가 GPS 위성에서 얼마나 멀리 떨어져 있는지를 나타냅니다. 더 적은 수의 위성으로 정확한 거리를 측정하고 수신기는 사용자의 위치를 파악하여 전자 제품의지도에 표시합니다.
수신기는 2 차원 위치를 생성하고 사용자의 움직임을 추적하기 위해 적어도 3 개의 위성이있는 신호에 고정되어야합니다. 수신기는 4 개 이상의 위성을 사용하여 고도, 위도 및 경도로 구성된 사용자의 3 차원 위치를 결정할 수 있습니다. 사용자의 위치를 파악한 후 GPS 장치는 속도, 방위, 트랙, 거리, 목적지, 일출 및 일몰 시간과 같은 기타 정보를 계산합니다.
GPS는 얼마나 정확합니까?
GPS 수신기는 병렬 다중 채널 설계로 인해 매우 정확합니다. 병렬 채널은 매우 빠르고 정확하지만 대기 소음 및 방해와 같은 특정 요인이 때때로 GPS 수신기의 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다.
사용자는 GPS 신호를 3 ~ 5 미터의 규칙적으로 둘러싸도록 수정하는 차동 GPS (DGPS)를 사용하여 정확도를 높일 수도 있습니다. 미국 해안 경비대는 가장 일반적인 DGPS 보정 서비스를 운영합니다. 이 시스템에는 GPS 신호를 획득하고 비콘 송신기를 통해 정확한 신호를 방송하는 타워 배열이 포함되어 있습니다. 정확한 신호를 얻기 위해 사용자는 GPS와는 별도로 차동 비콘 수신기와 비콘 안테나가 있어야합니다.
GPS 신호 오류의 원인
GPS 신호의 정밀도를 손상시켜 정확성에 영향을 미칠 수있는 요인은 다음과 같습니다.
- 전리층 및 대류권 지연 -위성 신호가 대기층을 통과함에 따라 속도가 느려집니다. GPS 시스템은 이러한 유형의 부정확성을 수정하는 데 필요한 규칙적인 장애 기간을 계산하는 데 사용되는 내장 모델을 사용합니다.
- 신호 다중 경로 -이 오류는 신호가 수신기에 도달하기 전에 높은 건물 및 큰 바위와 같은 물체에서 반사 될 때 발생합니다. 이로 인해 신호 이동의 전체 시간이 늘어나고 오류와 부정확성이 발생합니다.
- 궤도 오류 – 이러한 오류는 위성 위치의 부정확성을 계산하는 데 사용되는 천체력 오류라고도합니다.
- 보이는 위성 수 -정확도는 GPS 수신기가 볼 수있는 정확한 위성 수에 따라 다릅니다. 건물, 지형, 전자 간섭과 같은 요인은 신호 정확도 및 수신을 차단하여 위치 오류를 일으키고 때로는 신호를 읽지 못합니다. 일반적으로 실내, 수중 및 지하에서는 작동하지 않습니다.
응용
군용뿐만 아니라 민간 및 상업용 서비스로 널리 알려진 GPS 기계입니다. 일부 민간 응용 프로그램은 다음과 같습니다.
1. 천문학: 천문학 및 천체 역학 계산에 사용됩니다.
2. 자율 주행 차: 자율 주행 차 (무인 차)에서도 자동차와 트럭의 위치를 적용하는 데 사용됩니다.
3. 휴대 전화: 최신 휴대 전화에는 GPS 추적 소프트웨어가 장착되어 있습니다. 자신의 위치를 알 수 있고 ATM, 커피 숍, 안전 장치 등과 같은 인근 유틸리티를 추적 할 수 있기 때문에 존재합니다. 최초의 휴대 전화 지원 GPS는 1990 년대에 출시되었습니다. 셀룰러 전화 통신에서는 긴급 통화 및 기타 여러 응용 프로그램에 대한 탐지에도 사용됩니다.
4. 재난 구호 및 기타 응급 서비스: 자연 재해 발생시 GPS는 위치를 식별하는 가장 좋은 도구입니다. 사이클론과 같은 재난 이전에도 GPS는 예상 시간을 계산하는 데 도움이됩니다.
5. 함대 추적: GPS는 전쟁 중에 군함을 추적 할 수있는 잠재력으로 알려진 개발자 도구입니다.
6. 자동차 위치: GPS 기능이있는 자동차는 위치를 쉽게 추적 할 수 있습니다.
7. 지오 펜싱: 지오 펜싱 에서는 GPS를 사용하여 사람, 동물 또는 자동차를 추적합니다. 장치는 차량, 사람 또는 동물의 목걸이에 부착됩니다. 지속적인 추적 및 업데이트를 제공합니다.
8. 지오 태깅: 주요 애플리케이션 중 하나는 지오 태깅으로 디지털 객체에 로컬 좌표를 적용하는 것을 의미합니다.
9. 광산 용 GPS: 센티미터 수준의 위치 정확도를 사용합니다.
10. GPS 둘러보기: 가까운 관심 지점의 위치를 파악하는 데 도움이됩니다.
11. 측량: 측량사는지도를 구성하기 위해 글로벌 포지셔닝 시스템을 사용합니다.