GPS는 어떻게 작동되고 운용되는가?

GPS(Global Positioning System)는 위치를 추적하고 정확한 위치 정보를 제공하는 데 사용되는 기술입니다. GPS는 다음과 같은 원리로 작동합니다. 첫번째로 위성 신호 수신입니다. GPS 수신기는 GPS 위성에서 발신되는 신호를 수신합니다. GPS 위성은 지구 주위를 돌며 신호를 전송하고 있습니다. 두번째로 신호의 속도를 측정합니다. GPS 수신기는 위성에서 수신되는 신호의 속도를 측정합니다. 이 신호는 위성에서 발신되었을 때의 시간 정보를 담고 있습니다. 세번째로 다중 신호를 처리합니다. GPS 수신기는 여러 개의 위성에서 수신되는 신호를 처리하여 시간 정보와 위치 정보를 계산합니다. 최소한 4개의 위성 신호를 수신해야 정확한 위치를 계산할 수 있습니다. 네번째로 위치를 계산합니다. GPS 수신기는 수신된 신호의 속도와 타이밍 정보를 사용하여 위치를 계산합니다. 이를 위해 수신된 신호의 속도를 비교하여 수신기와 각 위성 간의 거리를 측정하고, 이를 기반으로 위치를 추정합니다. 마지막으로 위치 정보를 제공합니다. GPS 수신기는 계산된 위치 정보를 사용자에게 제공합니다. 이를 통해 사용자는 정확한 위치를 알 수 있습니다. 이는 기본적으로 일반적으로 운용되는 방식을 설명한 것입니다.

 

글로벌위성항법시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS)은 지구궤도를 공전하며 각각의 위치 및 시간 정보를 전송하는 위성, 위성 신호를 감시하고 통제하는 지상센터, 삼각측량법으로 위치와 시간을 계산하는 수신기로 이루어지며, ICAO 부록 10에는 항공운항에 필요한 필요항법성능을 지원하도록 보강된 하나 이상의 위성배열, 항공기 수신기와 시스템 통합 감시성능을 이용하여 세계 어느 위치에서도 항공기의 위치와 시간을 도출할 수 있는 항공통신시스템으로 정의합니다.

 

미국의 GPS(Global Positioning System), 러시아의 GLONASS(Global Navigation Satellite System), 중국의 BDS/COMPASS 및 유럽의 Galileo가 세계적인 위성항법 시스템으로 운영되고 있으며 다양한 용어 사용에 의한 혼란을 방지하기 위해서 공용어인 GNSS를 사용합니다.

 

초기 군사 목적으로 개발되었던 위성항법 시스템은 항공분야 외에도 우주, 해양, 철도, 도로 및 다양한 형태의 교통수단에 사용되고 있으며 정확한 위치파악, 항행 및 타이밍 성능으로 통신, 토지측량, 재해경보 및 비상대응, 과학연구 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 수행합니다. 항공분야에서는 항공수요가 증가함에 따라 불필요한 지연이 증가하였고 그에 따른 불필요한 연료 소모와 배기가스 증가 등의 문제가 제기되었으며 재래식 항법 시스템의 한계에 부딪혔습니다. 공역 및 공항시설의 확충이 시급하지만 현실적인 제약으로 인해 항로와 항로 고도를 효율적으로 사용하기 위한 여러 가지 대안이 검토되었습니다. 통신, 항법 및 감시서비스 분야의 혁신이 필요했으며 항법의 하나로 성능기반항법이 주목받기 시작했습니다. 정확한 위치탐지, 항행, 타이밍이 가능한 GNSS는 일찍부터 PBN, ADS-B 및 ADS-C의 기본요소로 사용되고 있으며 환경 친화적이고 효율적이며 안전한 항법 시스템으로 주목받고 있습니다.

 

세계적으로 공용사용이 가능한 GPS와 GLONASS에 대하여 미국 및 러시아는 각각 1994년과 1996년에 ICAO에 서비스 제공을 요청하였고 일반 사용자에게 무료로 제공되고 있으며 ICAO에서 요구하는 서비스 수준을 유지하기 위해 지속적으로 각각의 위성 시스템을 점검하고 개선하고 있습니다. 유럽과 중국은 Galileo와 BeiDou Navigation Satellite System을 상용화를 목표로 개발하고 있으며 기존의 GPS와 GLONASS 시스템과 상호 공용 가능할 것으로 예상합니다. 현재 사용하고 있는 핵심 위성 시스템인 GPS와 GLONASS는 민간항공 성능 요구 사항에 맞게 개발된 것이 아닙니다. 따라서 위성 신호를 ABAS, GBAS 또는 SBAS의 형태에 맞게 보강할 필요성이 있습니다. GNSS에 의해 사용자에게 제공되는 위치 정보는 WGS-84(World Geodetic System) 형태로 표현되어야 하며, 시간 정보는 국제표준시(UTC)로 표현되어야 합니다.