[재미난 융합과학 이야기] GPS 위치 확인

삼각측량법으로 목표물 위치 찾아
더 정교해지면 무인차 등 운행 가능

대표적인 위성항법시스템인 GPS(Global Positioning System)는 위성이 내보내는 시간에 따른 위치정보 신호를 이용하여 사용자의 현재 위치를 알아내는 것으로, 내비게이션과 휴대전화의 위치추적시스템 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.

GPS가 위치를 찾는 기본원리는 삼각측량법이다. 위치를 알고 있는 3개의 위성에서부터 목표물 위치까지의 거리를 측정하고, 각 위성을 중심으로 목표물 위치까지의 거리를 반지름으로 하는 3개의 원을 그리면 한점에서 만나게 되고, 그 점이 목표물이 위치하는 점이다.

따라서 지구와 같은 3차원 상에서는 3개 위성의 위치와 우리가 알고자 하는 위치가 미지의 한 점이 되어 위성의 위치와 위성과 미지의 점 사이의 거리 정보를 제공하는 것이 GPS의 원리이다.

하지만 이것만으로는 실제 거리를 정확하게 계산할 수 없다. 왜냐하면 위성에서 보내는 전파의 도달 시간과 빛의 속도를 이용하여 위성과 수신기의 거리를 계산해 보면 위성에 장착된 시계와 수신기에 장착된 시계가 일치하지 않아 오차가 발생하기 때문이다.

이러한 오차를 보정하기 위해서는 여분의 위성에서 보내는 신호가 필요하다. 따라서 4개 이상의 위성에서 전파를 수신해야 정확한 위치를 파악할 수 있게 된다. 최근 나오고 있는 수신기는 20여개의 위성에서 신호를 받을 수 있어 보다 정확하게 위치를 계산한다.

GPS는 군사적 목적에서도 사용되고, 민간부문에서도 많이 사용된다. 자동차와 선박, 비행기 등을 위한 내비게이션 시스템으로 사용되며, 많은 택시와 버스에도 사용된다. 그리고 이 시스템 덕분에 버스 두 대 사이에 지연되는 대기 시간을 알게 되고, 그 시간이 승객들에게 전달되는 것이다.

또 과학 연구, 예를 들어 화산지역과 지각운동을 감시하는 것이나 동물의 이동을 추적하는 데 아주 유용하며, 지형 측량에 활용되어 정밀한 지도를 제작하는 데도 사용된다.

앞으로 GPS가 더 정교해지면 오차가 줄어들어 조종사 없는 비행기, 선장 없는 배, 기관사 없는 고속철, 운전사 없는 자동차 운행이 실현될 수 있을 것이다.

미래엔 올리드 과학팀