1. GPS 용어
ㅇ GPS 위성
- 24개 이상의 인공위성들로 구성됨 : (원형 중궤도(MEO) 위성군)
. 지구상 어디에서나 최소 6기에서 10기의 위성들을 볼 수 있음
ㅇ GPS 신호
- 반송파 : GPS용 코드 정보가 실린(변조된) 높은 주파수의 파형을 말함 (L1, L2, L5)
- 코드 : 거리 측정용 등의 정보를 포함하는 의사랜덤 코드 (C/A 코드, P 코드 등)
- 항법메세지 : 생성된 C/A 및 P 등의 코드에 합쳐짐
ㅇ 의사 거리 (Pseudorange, Pseudo Ranging)
- GPS 위성에서 GPS 수신기까지의 거리를 구할 때, 오차를 포함한 추정 거리 량
ㅇ 모호 정수 (Integer Ambiguity)
- 위성 신호의 수신 시작 시점에 측정되는 상수
. GPS 위성과 GPS 수신기 사이에 세게되는 반송파 파장의 개수 임
. 이는, 정수 개수이며,
. 특히, 정수로 표현 못한 나머지는, 위상 차이라고 하여, GPS 측위에서 중요 측정량 임
- (표현식) 측정 거리 = N λ + Φ
. N : 모호 정수, λ : 파장, Φ : 측정된 위상
. 여기서, Φ는, 정수로 표현 못하는 나머지로써, 측정은 가능한 반송파의 위상 차이값
- 이후, 모호 정수는 위성 추적 동안 상수로 남아있게 됨
- 모호 정수를 결정하는 대표적인 방법 例)
. 실시간 이동 측위(RTK) : 기준국에서 보정 정보를 받아 모호 정수를 실시간으로 결정
. 이중 차분 : 2 이상의 수신기와 2 이상의 위성 신호를 조합하여 모호 정수를 결정
. 반송파 평활화 : 코드 기반 거리 측정값을 이용, 반송파 위상 측정값의 모호성을 줄이는 방법
ㅇ GPS 측위 방식
- 절대 측위 (단독 측위) : 단일 수신기로 위성의 신호만 이용해 위치 측정 (오차 수 m)
- 상대 측위 : 기준국(기지 위치)과 대상 수신기 간의 상대 위치를 결정 (오차 수 mm~cm)
- 차분 GPS (DGPS) : 기준국에서 오차 정보를 계산하여 실시간으로 보정
ㅇ GPS 의사 거리 측정 방법 구분
- 코드 기반 거리 측정 방법 : 의사랜덤코드(C/A, P 코드 등)를 기반으로 한 거리 측정 방식
. 빠르지만 정확도는 상대적으로 낮음
- 위상 기반 거리 측정 방법 (또는, 반송파 기반 거리 측정) : 반송파의 위상차 이용 거리 측정
. 코드 기반 보다 훨씬 높은 정밀도(밀리미터 수준). 단, 모호 정수 해결이 핵심 과제
ㅇ RTK (Real-Time Kinematic)
- 2개 수신기로써, GPS 신호의 위상을 이용하여, 실시간으로 오차를 보정하는, 위치 결정 방식
. 기준국 : 정확한 위치가 이미 알려진 지점에 설치. GPS 신호 오차 보정
. 이동국 : 측정하려는 위치에 설치. 기준국 오차 보정 정보를 받아, 자신의 위치 실시간 계산
- 측정 방식 : 코드 기반이 아닌, 위상 기반
ㅇ GDOP (Geometri Dilution of Precision) : 기하학적 배치에 따른 위치 정밀도 저하 계수
- GPS 위성들의 기하학적 배치가 위치 정확도에 미치는 영향을 나타내는 정밀도 저하 계수
. 위성 배치가 한쪽에 몰려 있는 등이면, 위치 계산 정확도 떨어짐
. 값이 작을수록 (고른 배치 분포일수록, 가시 위성이 많을수록), 위치 정확도가 높음
- 종류
. GDOP (Geometric) : 위치 + 시간 전체 정밀도 (Position + Time)
. PDOP (Position) : 3차원 위치 정밀도 (X, Y, Z)
. HDOP (Horizontal) : 수평 정밀도 (경도, 위도 방향)
. VDOP (Vertical) : 수직 정밀도 (고도 방향)
. TDOP (Time) : 시간 정밀도 (시계 보정 관련)
- 수학적 표현 : 측위 오차 공분산 행렬의 대각합(Trace)의 제곱근 형태로 나타냄
. {#\mathrm{PDOP}=\sqrt{\sigma_x^2+\sigma_y^2+\sigma_z^2}#}
ㅇ RINEX 파일 (Receiver INdepedent EXchange format)
- GPS 수신기 기종에 따라, 기록 방식이 달라, 이를 통일하기 위한 표준 파일 형식
- 문자 엔코딩 형식 : ASCII
- 파일 확장자
. "*.n" (navigation) : 위성 궤도 정보
. "*.o" (observation) : 수신기에서 관측한 관측값 정보
- 헤더 부분 : 관측점명, 안테나 높이, 관측 시간, 관측 횟수, 수신기 정보, 개략 XYZ 위치 등
- 바디 부분 : 실제 관측된 데이터
ㅇ GPS Epoch 수 (Epoch Number)
- GPS 기준 시점 이후의 주 번호 (또는 시점 수)
. 기준 시각 : 1980년 1월 6일 00:00:00 UTC
. 구성 요소 : GPS Week + SOW (Seconds of Week)
.. SOW (초) : 해당 주의 시작(일요일 00:00:00)부터의 초 단위 경과시간 (0 ~ 604,799초)
- 例) 2025-10-15 12:00:00 Epoch 수 => GPS Week (2406) 및 SOW (302400) 한 쌍으로 표현