GPS 현황 및 기술발전 전망

1. GPS 개요

GPS(Global Positioning System)는 수신기에 의해 잡힌 시그널을 방송하고, 정확한 타이밍과 장소 그리고 속도에 대한 정보를 얻어내는 24개의 위성으로 이루어진 시스템이다. GPS는 24개의 위성이 지구를 감싸는 형태를 취하고 있어 지상 어디에서나 4개 이상의 위성이 보이도록 설계되어 있으며, 우리나라에도 5개 이상의 GPS위성이 항상 국내 상공을 지나가고 있고, 지구상 어디에서나 날씨에 관계없이 하루 24시간 동안 사용이 가능하다. 현재 GPS는 미국방성(Department of Defense: DOD)에 의해 자금이 지원되고 관리된다.

GPS에 대응하여 러시아는 GLONASS를 구축하였고, 유럽연합은 자국의 주권 보호와 세계 위성항법시장에서 미국의 독주를 견제하기 위해 새로운 위성항법시스템인 Galileo사업에 착수했다. 미국, 일본, 유럽은 위성항법시스템을 보조하여 신뢰도, 정확도를 향상시켜 줄 보조 위성항법수단으로 Satellite-Based Augmentation System(SBAS)을 구축하고 있다. 이러한 상황에서 미국은 2000년 5월부터 GPS의 민간용 신호에서 SA(Selective Availability)를 전격적으로 중단하고 무상으로 향상된 위성항법/측위 서비스를 제공하고 있다.

2. 미국의 GPS 개발 동향

GPS는 미국에서 군사적 목적으로 개발되었는데, 미국이 참전하는 전쟁에서 지역에 관계없이 전 세계 어느 지역에서도 공통으로 적용될 수 있는 지도 체계를 위해 개발되었다. 이러한 목적으로 개발된 GPS는 1973년부터 미공군의 주도로 개발이 시작 되었으며, 위성을 이용한 무선항법개념이 무르익어 갈 즈음인 1974년 미국방성은 공군이 주관하고, 육군과 해군이 참여하는 GPS 합동 프로그램 전담실(JPO)을 가동시켰다. 그 결과 1978년에 NAVSTAR(NAVigation System with Timing And Ranging)라고 불리 우는 첫번째 GPS 위성이 발사되었고, 1985년 까지 총 11개의 1세대 실험용 위성(Block I)이 발사되었다. 이어서 1989년부터 2세대 실용위성(Block II)이 발사되기 시작하여 1995년부터 총 24개의 2세대 GPS 위성이 지구 주위를 돌고 있다.

미국은 1991년 ICAO(International Civil Aviation Organization) 제 10차 항공항행 회의에서 1993년부터 10년간 GPS의 무료사용을 발표하였으며, ICAO와 협정을 통하여 서비스를 변경할 경우 최소 6년 전에 통보 할 것을 발표하였다. GPS의 무료제공이후 활발한 연구개발을 통하여 다양한 분야에의 응용으로 파급되어가고 있고, 1993년 12월에 위성배치를 완료하고 민간 항공용 항법에 이용할 수 있도록 1994년 12월에 ICAO의 승인을 받았다.

그리고, 미연방통신위원회(FCC: Federal Communications Commission)의 긴급구조 무선 E911서비스의 의무조항이 1999년 1단계 발효, 2001년 2단계 발효로 기존 이동 통신망을 활용한 무선측위 서비스를 제공하도록 규정하였으며, 이에 따라 GPS를 기반으로 한 다양한 형태의 복합 멀티미디어 단말기가 출시될 것으로 예상된다.

또한, 1995년 3월에 미국의 클린턴 대통령이 GPS 신호를 국제사회에 제공할 것을 공표하였으며, 1996년 3월에는 SA의 중단을 선언하였고, 이후 2000년 5월 1일에 SA의 중단을 통해 GPS 신호의 정밀도가 크게 향상되었다.

미국은 GPS 현대화를 위하여 1998년에 FAA의 GIP(Government Industry Partnership) 프로그램 발표하였으며, 1999년에는 고어 부통령이 GPS 시스템 확장을 위하여 하며, 민간에게 L1, L2, L5서비스를 제공하기 위한 4억 달러규모의 예산을 확정하여 발표하였다.

3. 미국의 GPS 현대화 계획

1998년 미국의 엘고어 부통령은 민간용의 제 2, 3의 신호를 통하여 향상된 GPS의 정확도를 민간에게 제공할 것이라는 GPS 개선정책을 확정하여 발표하였으며, 이 프로젝트는 2000~ 2005년까지 6년간 4억 달러의 예산으로 진행될 예정이다. 미국은 GPS현대화 계획을 계기로 GPS를 국제표준위성항법시스템으로 굳히기 위해 노력하고 있다.

민간에게 제공하기 위해 추가로 확보중인 2개의 신호 중의 하나는 L2주파수를 이용하고, 다른 하나는 기존의 항공항법주파수로부터 L5신호를 확보하는 방안이다.

2003년부터 가용될 예정인 제 2신호인 L2는 1227.60 MHz의 주파수 대역을 가지며 2번째 Block II 위성의 배치와 함께 구현될 것이다. 또한, 2005년부터 가용 예정인 제 3신호인 L5는 1176.45MHz의 주파수대역을 이용하며 7번째 Block II 위성의 배치 이후에 구현될 예정이다.

새로운 GPS 신호인 L5(1176.45MHz)는 ARNS(Aeronautical Radio Navigation Services) 밴드를 JTIDS(Joint Tactical Information Distribution System)와 공유하도록 되어있으며, 이 신호는 ARNS Radar 및 국제적인 시스템인 MIDS(Multifunctional Information Distribution System)에 영향을 줄 수 있을 것으로 예상된다.

또한, L2를 민간에 개방하는 대신 (그림 1)과 같이 L1, L2 주파수로부터 M 코드를 확보하는 방안을 마련 중이다.

이러한 주파수의 추가는 수신기의 정밀도, 신뢰성 및 robustness을 높일 것으로 예측되며, 민간용으로 제공되는 3개의 새로운 주파수를 이용하여 지상보정 시스템 없이 민간인도 군사적 목적의 이용자처럼 실시간의 수 cm대의 정밀도를 확보할 것으로 예측된다. 따라서, 이 새로운 신호로 위치 측위와 타이밍 서비스의 개선이 가능하므로, GPS신호의 추가 발표는 측위 시스템으로서의 GPS 발전에 커다란 계기가 될 것이다.

GPS는 점진적으로 네비게이션, 위치 측위와 타이밍에서 없어서는 안될 도구가 되어 가고 있으며, 사용자들에 의해 새로운 기술과 응용 분야가 개발되므로 효율성 증진에 커다란 역할을  담당하고 있다.

4. GPS의 성능향상 전망

2000년 5월 1일을 기점으로 GPS의 고의적 오차 성분인 SA가 중단되었다. 이에 따라 민간에서 이용할 수 있는 L1주파수의 코드정보를 이용해 100m(2drms)의 수평오차를 갖던 GPS의 정밀도가 10m 안팎의 정밀도를 제공할 수 있도록 성능이 크게 개선되었다.

GPS현대화 계획에 의해 차세대의 GPS 네트워크를 구성하기 위해 발사되는 GPS Block IIR 위성에는 제2민간신호와 일부 군용 M-code신호 제공 기능이 탑재될 것이며, 시스템은 건설 및 개시, 작동하는 데 총 30억 달러 가량이 소요될 예정이다.

Block IIR 위성시스템은 GPS와 DGPS를 한층 더 발전시킬 것이며, 모니터 하는 데 있어서 더 나은 통합성을 계속 유지시켜 줄 것이고, 그와 동시에 현재의 수신기와도 호환이 가능할 것으로 예상된다.

Block IIR 위성들의 특징을 살펴보면, 기존의 Block II/IIA 위성들과는 구별되는 중요한 두 가지의 작동상의 능력을 보유하고 있다. 첫째는, 각 위성의 서브시스템이 궤도상 소프트웨어 재프로그래밍을 받아들일 수 있으며, 업그레이드할 수 있는 융통성을 가지고 있고, 두번째로, 이 위성들은 최고 180일 동안 지상 컨트롤로부터의 접촉이 끊어져도 특정한 위치적 정확도를 유지할 수 있다.

이러한 Block IIR 위성과 일부 Block IIF 위성이 운용되는 2009년경에는 L1, L2 민간용 신호를 이용한 항법측위가 가능하게 된다. 두개의 민간주파수의 코드 정보를 이용한 측위가 가능해지면 Differential GPS(DGPS) 기법을 이용하지 않고도 3∼5m의 정밀도를 얻을 수 있을 것으로 전망된다. Block IIR 위성 다음으로 발사될 Block IIF 위성에는 제3민간주파수인 L5 신호 제공 기능이 구현될 것이다. 이렇게 되면 Block IIF 위성군이 본격 운영되는 2014년경에는 민간용 주파수로 L1, L2, L5의 세가지 주파수를 이용할 수 있게 되어 세 주파수의 코드정보만으로 1∼3m의 정밀도를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

5. GPS 이용 현황

가. 국외 현황

GPS는 특유의 정확한 위치 탐색 기능으로 항법 시스템에서 놀랄만한 성능을 보이며, 이는 위치 탐색 기능이 정확하므로 자동차 위치 탐색 응용분야에도 적합하다.

일본의 경우 GPS가 항법 시스템에서 이용되는 반면, 미국에서는 자동차 관련 분야에서 사용되어 주로 긴급 구조 서비스에서 이용될 것으로 예상된다. 자동차 제조업체들은 2010년까지 GPS를 탑재한 엔진을 자동차에 이용하여 위치 탐색이 가능할 것으로 예상하고 있으며, 이미 항법시스템, 도로안내, 긴급구조서비스시스템이 선택 사양으로 제공되고 있는데, Ford의 RESCU나 GM의 OnStar가 그 좋은 예이다. 그리고 미국의 시카고, 샌프란시스코, 신시내티, 프레스토, 덴버 등의 지역에서는 긴급 구조 차량의 신속한 대응을 위해 GPS를 이용하고 있으며, 장거리 운송 회사, 열차나 버스 회사 같은 공공 수송 기관, 우편 배달 회사의 선박 관리에도 GPS가 이용된다. 또한, 독일 Bonn과 Cologne 사이의 아우토반에서도 Trimble GPS 기반 시스템을 자동 도로 이용료 징수(Electronic Toll Collection: ETC)를 위해 이용하고 있다.

나. 국내 현황

국내의 경우 해양수산부가 황해권 DGPS기지국을 설치해 연안에 접근하는 선박들에게 정확한 보정신호 오차를 제공하기 시작했으며 정통부, 국립천문대, MBC 등이 방송을 통해 DGPS정보를 제공하기위해 준비중이다.

이러한 움직임은 GPS 상시 관측 시스템의 구축과 GPS 기준국 데이터의 서비스 및 수신기 개발로 이어지고 있는데, 국립지리원은 GPS측량의 실용화를 위하여 GPS상시관측시스템의 설치·운영을 시작하였다. 국립지리원은 1995년 3월 수원 청사내에 GPS상시관측시스템을 설치하여 시험운영을 시작하였으며, 1997년 국제GPS관측국(IGS)의 가입과 함께 전국을 대상으로 한 GPS 상시관측소의 설치를 추진하기 시작하여 1997년도에 강릉, 광주, 대구, 전주, 1998년도에 제주에 GPS상시관측소를 무인원격시스템으로 설치하였으며, 국립지리원내에 GPS중앙관측센터를 설치하여 시험운영을 거쳐 1999년 5월부터 본격적인 운영에 들어갔으며, 향후 15개정도의 관측소를 추가로 설치하여 국가 GPS연속관측망을 구축할 계획이다.

국내의 GPS상시관측시스템은 GPS위성을 관측하는 무인원격관측소와 이들 시스템을 통제하고 데이터를 처리, 분석하는 중앙국인 GPS관측센터로 구성되어 있다.

무인원격관측소는 GPS위성관측을 위한 GPS수신기, 안테나, 통신장치 및 전력공급장치로 구성되어 무인원격시스템으로 운영되며, 현재 수원, 전주, 광주, 대구, 강릉, 제주에 설치되어 있으며, 중앙국은 전 시스템의 통제 및 관리, 데이터의 수신, 저장, 처리 및 분석을 위한 중앙운영시스템으로 국립지리원에 GPS관측센터가 설치되어 있다.

또한, 한국전력이 위치측정시스템(GPS) 기준국 데이터를 인터넷으로 서비스하고 있는데, 국내 GPS 관련 산업분야의 활성화를 위해 후처리 오차보정용 GPS 기준국 데이터를 관련업체와 연구기관에 무료 제공하고 있으며, 오차범위는 50㎝ 이내이다.

이러한 GPS 관련기술의 개발로 국가기본측량, 지적측량 및 각종 건설사업을 위한 측량, 지리정보시스템(GIS)을 위한 DB의 갱신, 지능형교통시스템(ITS) 운영, 지각활동감시를 통한 지진감지 등을 효율적으로 추진할 수 있는 기반을 조성 중이다.

GPS 칩 솔루션 개발 및 칩 벤더 동향

1. GPS(Global Positioning System) 칩 솔루션 개발 동향

최근 반도체 제조공정의 발전을 통해 공급량을 꾸준히 증가시킬 수 있는 발전된 통합 솔루션의 제공이 가능하게 되었다. 예를 들어, 차량항법시스템 어플리케이션의 경우, 초기에는 Trimble의 Lassen-SK8및 JRC의 GPS 제품과 같이 GPS 엔진을 사용한 GPS 제품을 사용하였으며,  그 후 시스템OEM은 이러한 제품들을 칩셋 솔루션으로 대체하기 시작했다. 또한, 도킹 어플리케이션을 위한 휴대용 솔루션들은 GPS 엔진에서 폼팩터(form-factor) 제약을 발생시키고 있으며, 설계자들은 최소의 PCB 영역을 필요로 하는 GPS 칩셋 사용을 위해 좀더 실용적인 솔루션을 찾고 있다.

전형적인 GPS 보드의 실리콘 컨텐츠를 구성하는 3개의 부품으로는 1.5GHz 무선 주파수 회로, 특화된 기저대역 칩, 일반목적 프로세서가 있으며, 기저대역 칩은 위성신호로부터 위치 좌표의 계산을 추출하는 데이터를 이용하고, 프로세서는 시스템 인터페이스 제어 및 전력관리와 같은 전형적인 프로세서의 기능을 수행한다. 위치 데이터는 저장된 항법 정보를 디스플레이하기 위해 매핑 데이터에 통합되는 것과 같이 시스템의 주 연산 유닛에서 다른 입력 값들과 통합된다.

그리고, Motorola, STMicroelectronics, Philips, Robert Bosch 등과 같은 반도체 벤더들은 전용 칩셋 공급을 시작했으며, 기존의 GPS 엔진 벤더는 근본적으로 보드레벨 시스템을 줄여 자사의 엔진에 맞는 칩셋 버전을 만들기 시작했다. RF부문의 통합이 결실을 맺지 못하고 있는 가운데 일부 솔루션은 기저대역 칩과 프로세서 칩을 통합했다. 또한, 몇몇 솔루션들은 심지어 이러한 칩이 주요 시스템 프로세서로서 사용될 수 있는 충분한 예비 프로세서 파워를 포함하기도 한다. 이러한 진보는 GPS가 하나의 상품으로서 임베디드 GPS 어플리케이션에 대한 잠재 수요에 의해서 주도된다. 시장측면에서 볼 때 컴퓨터에서 모바일 전화를 위한 시계까지 소비자 시장으로 확대가 가능해지고 있으며, 이러한 임베디드 어플리케이션은 전체 시스템에 GPS 기능의 통합을 위한 비용을 줄일 수 있는 기회를 제공한다. 그러나, 시스템 전체의 무게와 사이즈를 줄이기 위해서, GPS 기능부의 사이즈를 더욱 줄이는 것이 칩셋 제조업체에게는 지속적인 문제이다.

최근에 일부 업체들이 일반적인 목적의 단일 칩 GPS 솔루션을 공급하기 위해 GPS 신호 프로세서와 RF부문의 통합에 집중하고 있는 반면에, 다른 업체들은 특별한 어플리케이션에 집중하고 있으며, 단일 칩에 다른 시스템 기능을 가진 GPS 프로세서를 통합하고 있는 중이다.

GPS 칩셋은 어떠한 시스템 보드에서도 GPS 기능을 용이하게 적용할 수 있기 때문에 향상된 유연성을 허용하고 있으며, 만일 목표 어플리케이션 시장이 비용에 민감한 대량 시장이거나 배터리로 작동되는 시스템이라면, ASIC이나 ASSP에 통합될 수 있는 GPS 코어의 이용성은 전략적 기회를 제공할 수 있다.

2. GPS 칩 벤더 동향

주요 GPS 칩 벤더들은 자동차와 소비자 시장을 겨냥한 저 비용 GPS 칩셋 공급에 있어서 더 나은 유연성 확보를 위해 GPS 어플리케이션의 시스템 디자인 통합용인 칩셋 솔루션을 제공한다. 이러한 제품을 공급하고 있는 GPS 칩 벤더들은 GPS용의 시스템 소프트웨어를 포함해 에러정정과 전력관리 같은 기타 소프트웨어를 제공하고 있으며, 설계지원키트(design support kits)를 제공하는 업체도 많이 있다. 그러나, 모든 칩셋이 같은 기능을 통합할 수 없기 때문에 GPS 기능을 갖춘 시스템을 구축할 필요가 있는 부가적인 칩셋은 변화를 주게 되는 것이다.

<표>는 벤더들로부터 제공되는 주요 칩셋을 보여주며, 주요 GPS 칩셋 벤더들의 제품들은 다음과 같다.

가. Analog Devices

NAV-2100은 프로그램 가능 플랫폼 주위에 설계된 12개의 채널을 가진 GPS 수신기 칩셋으로, 내장 SRAM을 가진 두개의 ADSST-218X 프로그램 가능 고정 지점 디지털 신호 프로세서(DSP)를 사용하며, 입ㆍ출력 주변장치와 통합되었다. DSP중의 하나는 GPS 상관기(Correlator)로서, 다른 하나는 네비게이션 프로세서로 사용된다. 칩셋은 또한 EPROM(256k×8)의 부트 메모리를 포함하고, GPS 안테나와 표준 RF 전위를 가진 NAV-2100 칩셋은 완벽한 GPS 수신기 디자인을 이룬다. 기술뿐만 아니라 어플리케이션으로서의 GPS의 전망을 볼 때 DSP 기반 솔루션은 이동 환경에서 통신과 멀티미디어 기술 통합을 위해 매우 적절하다. 프로그램 가능 DSP 플랫폼을 사용하는 이러한 GPS 수신기 칩셋은 분리된 서브시스템이 필요 없는 같은 DSP에서 상이한 알고리즘과 결합될 수 있다.

나. Robert Bosch

자사의 내부사용을 제외하고는 STMicroelectronics가 제공하는 것과 유사한 GPS 네비게이션을 위한 고도의 통합된 GPS 칩셋 솔루션을 개발해오고 있다. Robert Bosch의 솔루션은 단일 멀티칩 모듈 패키지에 아날로그와 디지털 다이를 통합한다.

다. Conexant

Rockwell의 반도체 부였던 Conexant는 Rockwell의 NavCore GPS 수신기 모듈의 파생물인 Zodiac 칩셋을 제공한다. Zodiac 칩셋은 Gemini/Pisces “monopac” RF front-end와 Scorpio 12채널 상관기 IC로 이루어진다. RF부품은 두개 다이의 단일 패키지 IC로 첫번째 다이는 GaAs로 구현되고 두번째는 CMOS 칩이다. GaAs의 사용으로 인해 1.575GHz에서 신호수신을 향상시킨다.

라. IC Com

PoleStar라 불리는 단일 칩 솔루션을 개발하고 있다. 이 칩은 CPU(ARM7 코어)와 다양한 인터페이스 후크와 상관기를 통합하는 8채널 GPS/GLONASS 솔루션이다. 이 칩은 3.5V에서 작동되며, 0.35㎛ CMOS 기술로 디자인되었다. PoleStar가 다양한 자동차의 어플리케이션을 최적화하고 있으며, 이동전화와 핸드헬드 컴퓨터시장을 위한 버전인 Polestar Mobile을 제공한다.

마. Motolola

Oncore GPS 칩셋은  GPS 수신기 모듈의 Oncore  자매품에 사용된 것과 같은 부품 기술을 제공한다. 완벽한 GPS 솔루션은 3칩 솔루션으로 구성되며, 이 칩셋은 MRFIC1502 RF IC와 8채널 상관기를 가진 어플리케이션 전용 IC인 디지털 상관기 IC(SCS38140), MC68331 32비트 20MHz 마이크로컨트롤러로 구성된다. 그리고, MGPSCS-A1은 M-CORE기반 MMC2003 컨트롤러와 Magellan과 공동 개발한 하이브리드 PSRF111A RF 모듈, 12채널 GPS 상관기를 포함한다.

바. Sony

GPS 칩셋인 GXB2000에서 발전된 GPS 모듈이 있다. 이 칩셋은 기저대역 프로세서, 32 비트 RISC CPU, 2Mb 마스크 ROM, 32KB SRAM, 인터페이스 로직으로 구성된 16채널 GPS 프로세서 (CXD2931R)과 RF 컨버터를 포함하고 있다.

사. Trimble

Sierra GPS 칩셋은 Trimble의 GPS 기술에 저비용, 저전력 칩을 부여한 것이다. Trimble의 Lassen-SK8 GPS 보드와 Palisade의 타이밍 리시버에 사용되는 칩셋은 전자기술 제조업체나 시스템 통합업체에서도 이용되고 있다.

GPS 수신장치 기술

GPS수신장치는 GPS 수신기와 안테나, 자료처리 소프트웨어로 구성되어 있으며, GPS 위성으로부터 신호를 수신하여 안테나의 위치와 속도 및 시각을 알 수 있다. 이중 GPS 수신기와 GPS 안테나의 구성 및 역할에 대하여 알아보았다.

1. GPS 수신장치의 역할

GPS 수신기의 주요 변수로는 최대 추적 가능 위성 수, 위치와 시간의 정확도, 위치, 속도, 시간, PDOP 등의 출력변수 들이 있으며, 다음과 같은 역할을 하게 된다.

가. 위성의 포착

수신기의 기본적 기능으로서, 추적 가능한 위성을 포착하는 기능이 있다. 수신기는 almanac정보를 기억하여, 이 정보와 현시각으로부터 각 위성의 위치와 속도를 계산한다. 그리고 계산 결과로부터 포착할 위성을 결정한다. 삼차원 위치를 계산하기 위해서는 최저 4 개의 위성을 포착할 필요가 있다.

나. 의사 거리의 측정

위성신호의 송신 시간과 수신 시간의 시간차와, 수신기 내부의 고유의 시간지연을 변수로서, 그 시간차로부터 의사 거리를 산출한다.

다. 위성 메시지의 해독

위성의 위치 계산에는, 위성의 위치를 알 필요가 있으며, 이 정보는 Ephemeris data에 의해 알려진다. 따라서 수신기는 이 Ephemeris data를 항상 관측, 기억, 변경할 필요가 있다.

수신기에는 위성의 포착을 순차로 행하는 방법과, 연속해서 행하는 방법이 있다. 그 용도에 따라 나누어 사용할 수 있는데, 일반적으로 DGPS에 대한 대응 등으로부터 연속하여 행하는 방법, 연속 tracking (Multichannel)법이 주류이다.

2. GPS 수신장치의 요구사항

일반적으로 고정밀 GPS 시스템의 기본적인 사양은 다음과 같다.

- GPS 신호를 추적하고 데이터를 측정한다.

- 측정된 데이터를 기록하고 다른 수신기로 실시간 무선 전송한다.

- 제어/디스플레이 유닛을 통해 사용자 명령을 입력받고, 결과를 출력한다.

- 배터리, 연결 케이블, 휴대용 케이스를 포함한다.

GPS 수신기가 갖추어야 할 요구사항에 대한 기본모델을 제시하고 각 아이템의 기술적인 사항들을 요약하면 다음과 같다.

가. GPS Signals

차세대 수신기는 모든 GPS위성으로부터의 모든 신호에 대한 추적 및 측량이 가능해야 한다. 여기에 포함되는 신호는 C/A-L1 코드(Code)와 캐리어(Carrier), P-L1 코드와 캐리어, P-L2 코드와 캐리어 등이다. 코드 신호만으로는 미터 수준의 정확도만 기대할 수 있고, 밀리미터 수준의 정확도를 위해서는 캐리어 신호가 요구된다. 또한 전리층의 효과를 제거하기 위해서는 L1만으로는 불가능하며 L1+L2가 정확한 결과를 얻기위한 필수 요건이다. 차세대 수신기는 위성신호를 20~30 dB*Hz 이하로 추적이 가능해야 한다. 이는 환경적 요인에 의한 신호감쇄를 고려한 요구사항이다. 신호 처리에 의한 다중경로 효과를 중화하는 기능을 가져야 한다. 다중경로는 정확도와 신뢰도 그리고 속도를 감소시키는데, 캐리어 다중경로 오차는 30m이상의 거리에서1mm이내, 코드 다중경로 오차는 30m 이상의 거리에서1m이내이어야 한다. 또한, 차세대 수신기는 다른 신호 소스로부터의 간섭을 방지하기 위하여 최소 50dB의 인밴드(in-band) 간섭억제 기능을 가져야 한다. 위성신호를 받기위한 충분한 채널 수가 요구되는데, GPS 전용 수신기의 경우 12개의 DF(dual frequency) 채널이, GPS+ GLONASS 수신기의 경우는 20 DF채널이 필요하다.

나. 안테나(Antenna)

정확한 위치 계산을 위해 안테나 전극(antenna element)의 위상중심은 2mm이상의 수평 대칭성을 가져야 하고, 안테나 전극은 –35dB이상의 업/다운 비율을 갖는 초크 링(choke ring) 위에 장착되어야 한다.

다. 외부 신호(External Signals)

수신기는 GPS에 동기화된 1 PPS 시각동기화 신호를 가져야 하는데, 이는 시각동기화와 사진측량과 같은 응용분야에 필요한 사항이다. 사진측량을 위해서는 25ns의 정확도를 가진 Event Marker도 필요하다. 또한, 시각동기화 응용의 경우에는 GPS에 고정된 20Mhz의 전파출력을 제공해야 한다. 아울러, 모니터링 기지국에서의 사용을 위해서는5~20Mhz의 외부 전파를 수용할 수 있어야 한다.

라. 데이터 기록(Data Recording)

원할한 신호 처리를 위해서는 16Mbyte의 저장용량을 가져야 하고, 시리얼 포트나 PCMCIA카드를 사용한 전송 등을 위해서 500Kbyte의 전송속도를 가져야 한다.

마. 무선모뎀(Radio Modems)

각 지역에 특정한 전파 스펙트럼에 맞는 무선모뎀(Spread Spectrum(Frequency Hopping and Direct), UHF, and VHF)이 요구되고 응용범위에 따른 전송용량이 맞아야 한다. 외부 케이블을 요구하지 않도록 수신기내에 무선이 통합되어야 한다.

바. DGPS

각 수신기는 기지(base)와 이동체(rover)를 위해 RTCM DGPS 포맷을 지원해야 한다. 이는 미터 수준의 정확도를 위한 코드위상보정 기능을 위한 것이다.

사. RTK

각 수신기는 기지와 이동체를 위해 RTCM RTK 포맷을 지원해야 한다. 이는 센티미터 수준의 정확도를 위한 코드위상보정 기능을 위한 것이다.

아. 제어/디스플레이 유닛(CDU: Control/Display Unit)

수신기에서 데이터 기록의 시작과 정지 그리고 수신기의 동작유무를 알려주기 위한 on/off기능이 있어야 하고, 지역명과 안테나 고도와 같은 정보를 입력하는 기능이 있어야 한다. 사후처리(post processing)시스템은 필드 로그 파일의 지역명, 안테나 고도, 동작시간 등의 내용을 병합하여 사후처리파일을 생성하는 기능을 가져야 한다.

자. 소비전력 및 배터리(Battery)

수신기와 안테나를 포함, 소비전력은 4와트 이하이어야 하고, 케이블 연결이 없는 배터리 일체형이어야 한다.

차. 환경

-20~80°C에서 작동 가능해야 하고, 강우 속에서도 사용이 가능해야 한다. 모니터링 기지국에서는 안테나가 이런 요건을 만족하면 된다.

카. 액세서리(Accessories)

액세러리가 시스템 핵심기능에 간섭을 주어서는 안 된다. GPS액세서리 전문업체로부터의 구입이 필요할 때도 있다.

타. 사후처리 소프트웨어

사후처리 소프트웨어는 윈도우 기반의 소프트웨어가 필수이다. 측량에 응용하기 위해서는 측지 네트워크를 다루는 기능이 있어야 한다.

3. 수신장치의 구성

GPS 수신기는 (그림 1)과 같이 크게 나누어 3개의 블록으로 구성되어 있다. 고주파부는 안테나로 수신한 1.2 또는 1.5 GHz의 신호를 취급하기 쉬운 낮은 주파수로 변환하며 신호처리부에서는 스펙트럼 확산을 원래대로 되돌려 주는 역확산을 하여, 위성으로부터 보내져오는 메시지와 의사거리를 얻는다. 마이크로컴퓨터부에서는 신호처리부로부터 얻어진 메시지와 의사거리에서 현재의 위치를 구하는 연산을 한다.

주파수 변환이나 중간주파증폭 등 이미 잘 알고 있는 부분도 있지만 그것은 GPS 수신기의 아주 일부분에 지나지 않는다. 위성을 포착하거나 위치를 산출하는데 있어서 중요한 역할을 하고 있는 것이 마이크로컴퓨터이며 어느 메이커의 수신기에서도 예외없이 16비트 이상의 처리 능력이 있는 것이 사용되고 있다. 신호처리부는 위성으로부터의 신호와 수신기 내부에서 발생한 PRN코드의 발생을 신호처리부에 지시한다.

신호의 동기를 얻는 하나의 방법으로 딜레이 록크루프가 있다. 이것은 수신신호와 수신기 내부에서 발생한 PRN코드가 완전히 일치하고 있으면 이들 신호를 평형변조기(믹서)에서 적산했을 때의 출력에 포함되는 반송파 주파수 성분이 최대가 되는 것을 이용하고 있다. 3개의 믹서에는 각각1/2클럭의 시간차가 있는 PRN코드가 입력되고 밴드패스 필터와 검파기에 의해 믹서의 출력에 포함되는 반송파 주파수 성분을 검출하도록 되어있다. 이 회로는 상대적으로 1클럭의 시간차가 있는 PRN코드에 반송파 주파수성분이 같아지는 VCO(전압제어 발진기)를 제어한다. 즉, 의사거리와 PRN 코드는 완전히 입력신호의 것과 일치하고, 이것과 입력 신호를 적산한 출력에는 50bps의 메시지로 변조된 신호가 나타난다. 의사거리는 수신신호와 일치한 PRN 코드들이다. 이것과 수신기 내부의 기준신호(시계)와 시간차가 의사거리로 취급된다.

가장 단순한 수신기로는 신호처리 회로가 하나뿐인 1채널 수신기가 있다. 또 측량용의 수신기 가운데는 10채널이나 12채널로 된 것도 있다. <표 1>은 이미 발표된 수신기를 탑재되어 있는 채널수로 분류한 것이다.

기본적으로 1채널 수신기는 수신해야할 위성의 PRN 코드를 순차 전환시켜 포착하여 각 위성에 대한 의사거리를 구한다. 회로가 아주 간단하고 소비전력도 적은 특징이 있다. 그러나 각 위성에 대한 의사거리의 동시성 확보가 곤란하여 고속으로 이동하는 경우에 정보를 얻지 못할 가능성이 있다. 2채널부터 4채널 수신기에서는 하나의 채널을 가장 감도가 높은 위성 전용으로 사용하고 남은 채널을 시분할하여 나머지 위성을 포착한다. 1채널 수신기보다는 복잡하게 되지만 멀티채널 수신기보다는 간단하며, 또한 소형으로 되는 특징이 있다.

측위의 정확도는 탑재되어 있는 마이크로컴퓨터의 프로그램에 의해 크게 좌우된다. 이 내용에 대해서는 각 사가 모두 비밀로 하고 있으며, 공개되어 있지 않다. 또한 여러 종류의 수신 방식이 개발되고 있으며, 그 내용에 대해서도 발표되어 있지 않다. 따라서 현 시점에서는 한정된 메이커가 독자의 기술을 구사하여 수신기를 개발하고 있는 실정이다.

4. GPS 수신안테나

위성으로부터 전파를 수신하고 고주파 회로에 그 신호를 출력하는 역할을 한다. 그 때문에 GPS 안테나는 위성으로부터 전파를 고효율로 수신하는 기능과 그 신호를 열화시키지 않고 고주파 회로에 전송하는 기능이 필요하다.

지구에서 위성을 보면 방위, 앙각이 정해져 있지 않고 항상 계속 이동한다. 때문에 GPS 안테나는 전체의 방위에 걸쳐져 앙각으로 실제로 수신 가능한 지향성이 요구되고 GPS 위성으로부터의 전파는 대단히 미약하므로 손실이 적은 안테나가 요구된다. GPS에서 측위를 하려면 동시에 4개의 위성으로부터 전파를 수신해야 한다. 인공위성이라 하면 파라볼라 안테나를 연상하겠지만 GPS의 경우 여러 위성이 지구의 주위를 돌고 있으므로 지향성이 강하고 이득이 큰 안테나를 사용할 수 없다.

GPS 수신기는 그라운드 플레인의 상측에 반원형태의 지향성을 가지며 위성으로부터 송신되는 우선원 편파를 수신하는 것이다. 측량용으로 직교 다이폴이나 헤리칼 안테나, 선박용으로는 헤리칼안테나, 항공기나 자동차는 마이크로스트립 안테나가 사용된다. 현재 소형 안테나로 주로 세라믹 안테나가 사용되고 있다. 위성으로부터의 신호는 넓은 대역에 확산되어 있기 때문에 에너지 밀도가 낮고, 무지향성이므로 안테나 이득은 거의 기대할 수 없다. 그래서, GPS 수신기의 안테나는 이 신호의 감쇄를 보상하고 잡음을 경감시키기 위하여 안테나에 20-40db의 이득을 가진 저잡음 앰프(LAN)을 내장하거나 수신기의 일부인 주파수 변환 호로를 내장하고 LAN에서 신호를 증폭하는 케이블을 통하여 GPS 수신기에 입력한다.

5. GPS 수신장치 개발 동향

GPS 수신장치의 경우 고부가가치의 high-end 제품의 시장은 미국과 유럽이 독점하고 있으나, 레저용과 같은 분야에서는 상대적으로 진입장벽이 낮아 다른 지역에서도 활발히 참여하고 있다.

GPS 수신기 중 사용자의 현위치를 확인시켜 주는 개인용 GPS 단말기는 미국이나 유럽의 등산가, 요트경주자, 낚시꾼들에게 이미 오래 전부터 많이 이용되고 있다.

그리고, GPS의 핵심부품인 GPS 패치안테나는 인공위성을 이용한 전파항법시스템으로 항공기와 선박, 자동차항법장치, 지리정보시스템 등에 응용되면서 수요가 크게 늘어나고 있다.

GPS용 패치안테나의 부분품인 컨바이너의 경우 13mm 초소형 GPS용 패치안테나 제품 개발이 이루어지고 있으며, 13x13mm 크기에 두께 3mm인 초소형 패치안테나를 개발도 활성화되고 있다.

최근에는 가로/세로 크기가 각각 1cm이하의  초소형 제품들이 개발되고 있는데, 이는 기존의 가로 세로 크기가 각각 1.5~2.0cm 이상인데다 두께도 두꺼워 점차 소형 경량화되고 있는 개인 휴대용 단말기에는 적합하지 않는 기존 제품을 대체할 것으로 전망되며, 이는 차세대 이동통신인 IMT-2000용 단말기에도 적용가능하다.

국내의 경우에는 GPS관련 핵심기술의 부재로, OEM방식의 생산이 많이 이루어지고 있으며 최근에 들어서 휴대용 및 레저용 단말기 개발, ITS단말기 개발 등이 이루어지고 있다.

FCC의 E911 규정은 (권고안이라고 말하기는 좀 뭐합니다. 거의 강제..)

핸드셋 기반의 기술과, 네트워크 기반의 기술로 나누어져 있으며, 각 기술별로 요구되는 정밀도와,

시기별로 강제되는 보급률, 그리고 성공률 등이 명확히 정의되어 있습니다.

예를 들면,

핸드셋 기반 기술의 경우 50미터 정확도로 67%, 150미터 정확도로 95%의 성공률을 보여야 하며,

2001년 10월 1일부터 위치정보를 확인할 수 있는 기능을 가진 핸드셋을 판매개시해야 하고,

2001년 12월 31일까지는 새로 판매, 등록되는 핸드셋의 25% 이상이 이 위치확인 핸드셋이어야 하고,

2002년 6월 30일까지는 새로 판매, 등록되는 핸드셋의 50% 이상,

2002년 12월 31일까지는 새로 판매, 등록되는 핸드셋의 100%가 이 기술을 채용한 핸드셋이어야 합니다.

또 2005년 12월 31일까지는 전 가입자의 95%가 이 기술을 채용한 핸드셋을 사용해야 합니다.

네트워크 기반 기술의 경우에는 2001년 10월 1일부터 전체 통화가능 지역의 50%, 그리고 18개월 이내에 100%가 네트워크 기술을 통한 위치정보 서비스를 할 수 있어야 합니다. 단 정확도 요구수준은 핸드셋의 절반 정도인, 100미터 기준 67%, 300미터 기준 95%의 성공률을 가져야 합니다.

요구되는 시기가 시기인 만큼 10월 1일부터 시작할 수 없는 이동통신업체들은 다소 늦어지는 것을 허용하고 있습니다만, 그 대신 보급속도를 높혀서 최종적으로는 같은 보급률을 맞출 수 있도록 하고 있습니다.

기타 자세한 사항은 밑의 원문을 참조하시기 바랍니다.

F A C T  S H E E T

FCC WIRELESS 911 REQUIREMENTS

In a series of orders since 1996, the Federal Communications Commission (FCC) has taken action to improve the quality and reliability of 911 emergency services for wireless phone users, by adopting rules to govern the availability of basic 911 services and the implementation of enhanced 911 (E911) for wireless services. 

BACKGROUND ON WIRELESS 911

             The FCC’s wireless 911 rules seek to improve the reliability of wireless 911 services and to provide emergency services personnel with location information that will enable them to locate and provide assistance to wireless 911 callers much more quickly.  To further these goals, the agency has required wireless carriers to implement E911 service, subject to certain conditions and schedules.  The wireless 911 rules apply to all cellular licensees, broadband Personal Communications Service (PCS) licensees, and certain Specialized Mobile Radio (SMR) licensees.

BASIC WIRELESS 911 SERVICES

             The basic 911 rules require wireless carriers to transmit all 911 calls to a Public Safety Answering Point (PSAP) without regard to validation procedures intended to identify and intercept calls from non-subscribers.  Under the rules, therefore, both subscribers and non-subscribers can dial 911 and reach emergency assistance providers without having to prove their subscription status.

Many wireless 911 calls are made by “Good Samaritans” reporting traffic accidents, crimes, or other emergencies.  Prompt delivery of these and other wireless 911 calls to public safety organizations benefits the public at large by promoting safety of life and property.

911 CALL PROCESSING PROCEDURES

In May 1999, the FCC adopted requirements to improve the ability of cellular phone users to complete wireless 911 calls.  The 911 call completion rules are intended to improve the security and safety of analog cellular users, especially in rural and suburban areas.

Under the rules, all mobile phones manufactured for sale in the United States after February 13, 2000, that are capable of operating in an analog mode, including dual-mode and multi-mode handsets, must include a special method for processing 911 calls.  When a 911 call is made, the handset must override any programming that determines the handling of ordinary calls and must permit the call to be handled by any available carrier, regardless of whether the carrier is the customer’s preferred service provider.  Handsets capable of operating in analog mode must incorporate any one or more of the 911 call system selection processes endorsed or approved by the Commission.

PHASE I E911 REQUIREMENTS

             As of April 1, 1998, or within six months of a request by the designated Public Safety Answering Point (PSAP), whichever is later, covered carriers are required to provide to the PSAP the telephone number of the originator of a 911 call and the location of the cell site or base station receiving a 911 call.  This information assists in the provision of timely emergency responses both by providing some information about the general location from which the call is being received and by permitting emergency call-takers to re-establish a connection with the caller if the call is disconnected. 

PHASE II E911 REQUIREMENTS

             Wireless carriers are required to provide Automatic Location Identification (ALI) as part of Phase II E911 implementation beginning October 1, 2001, as detailed below.  Originally, the FCC’s rules envisioned that carriers would need to deploy network-based technologies to provide ALI.  In the past several years, there have been significant advances in location technologies that employ new or upgraded handsets.  In September 1999, the FCC revised its rules to better enable carriers to use handset-based location  technologies to meet the Phase II requirements.  In particular, the FCC established separate accuracy requirements and deployment schedules for network-based and handset-based technologies.  In August 2000, the FCC made minor adjustments to the deployment schedule for handset-based technologies.  The E911 Phase II requirements are as follows:

§         Handset-Based ALI Technology: Wireless carriers who employ a Phase II location technology that requires new, modified or upgraded handsets (such as GPS-based technology) may phase-in deployment of Phase II subject to the following requirements:

·        Without respect to any PSAP request for Phase II deployment, the carrier shall:

1.      Begin selling and activating ALI-capable handsets no later than October 1, 2001;

2.      Ensure that at least 25 percent of all new handsets activated are ALI-capable no later than December 31, 2001;

3.      Ensure that at least 50 percent of all new handsets activated are ALI-capable no later than June 30, 2002; and

4.      Ensure that 100 percent of all new digital handset activated are ALI-capable no later than December 31, 2002 and thereafter.

5.      By December 31, 2005, achieve 95 percent penetration of ALI-capable handsets among its subscribers.

·        Once a PSAP request is received, the carrier shall, in the area served by the PSAP, within 6 months or by October 1, 2001, whichever is later:

1.      Install any hardware and/or software in the CMRS network and/or other fixed infrastructure, as needed, to enable the provision of Phase II E911 service; and

2.      Begin delivering Phase II E911 service to the PSAP.

§         Network-Based ALI Technology: As of October 1, 2001, within 6 months of a PSAP request, carriers employing network-based location technologies must provide Phase II information for at least 50 percent of the PSAP’s coverage area or population.  Within 18 months of a PSAP request, carriers must provide Phase II information for 100 percent of the PSAP’s coverage area or population.

§         ALI Accuracy Standards: The FCC adopted the following revised standards for Phase II location accuracy and reliability:

·        For handset-based solutions: 50 meters for 67 percent of calls, 150 meters for 95 percent of calls;

·        For network-based solutions: 100 meters for 67 percent of calls, 300 meters for 95 percent of calls.

§         ALI Implementation Plan Report: The FCC required wireless carriers to report their plans for implementing E911 Phase II, including the technology they plan to use to provide caller location, by November 9, 2000.  This report was aimed at providing information to permit planning for Phase II implementation by public safety organizations, equipment manufacturers, local exchange carriers, and the FCC, in order to support Phase II deployment by October 1, 2001.

CONDITIONS FOR ENHANCED 911 SERVICES

             The E911 Phase I requirements, as well as certain of the Phase II requirements, are applicable to wireless carriers only if the administrator of the designated PSAP has requested the service and is capable of receiving and utilizing information provided.  In November 1999, the FCC revised its E911 rules to remove the prerequisite that a cost recovery mechanism for wireless carriers be in place before carriers are obligated to provide E911 service in response to a PSAP request.  The PSAP must have the means of covering its costs of receiving and utilizing the E911 information, however, in order to make a valid request for E911 service.  The FCC’s rules do not mandate any specific state action nor specify any particular mechanism for funding the technology and service capabilities necessary to enable the PSAP to make a valid service request.

IMPLEMENTATION OF 911 ACT

In August 2000, the FCC adopted an Order to implement the Wireless Communications and Public Safety Act of 1999 (911 Act), enacted on October 26,1999.  The purpose of the 911 Act is to enhance public safety by encouraging and facilitating the prompt deployment of a nationwide, seamless communications infrastructure for emergency services that includes wireless communications.  The FCC initiated the implementation proceeding to address the provisions of the 911 Act and to fulfill the Congressional mandates set forth therein.  Specifically, in the Order adopted in August 2000, the FCC took the following initiatives:

·        designated 911 as the universal emergency telephone number within the United States for reporting an emergency to appropriate authorities and requesting assistance, effective upon August 29, 2000;

·        sought comment on appropriate transition periods for areas in which 911 is not currently in use as an emergency number, as well as on service area-specific circumstances and capabilities that must be addressed before carriers can deploy 911 as the uniform emergency number; and

·        sought comment on how the FCC should facilitate states’ efforts to deploy comprehensive emergency communications systems – for example, through guidelines, meetings, or other information-sharing measures – in a manner that does not impose obligations or costs on any person.

The 911 Act also added provisions dealing specifically with wireless location information to 47 U.S.C. § 222, the section of the Communications Act that governs treatment of customer proprietary network information (CPNI) and subscriber list information (SLI).  The Commission expects to initiate a proceeding to interpret and clarify these provisions in early 2001.

GPS 용어 사전

Almanac
: GPS 위성의 항법메세지에 포함되어 있는 일련의 변수묶음으로, 수신기가 위성 들의 대략 적인 위치를 계산하는 데에 쓰인다. 여기에는 모든 GPS 위성의 위치에 대한 정보가 들어있다.

Ambiguity
: 임의의 Cycle수로 관측된 반송파 위상의 초기 Bias. 초기의 위상 관측치는 GPS 수신기가 GPS 신호를 처음 잡았을 때 만들어지는데, 이때 위성과 수신기간에 정확한 cycle수를 알 수가 없으므로 cycle정수에 대한 모호성분이 생긴다. 수신기가 위성의 신호를 잡고 있는 동안 상수로 유지되는 이 모호성분은 반송파 위상자료처리를 할 때 만들어진다.

Antispoofing(AS)
: P 코드를 암호화하는 방법으로 2개의 변조된 코드를 합성한다. 즉, P 코드에 암호화된 W 코드를 합성하는 방식이다. 그 결과로 Y 코드가 만들어진다. AS는 암호를 풀 수 있는 수신기를 적들이 만들어낸 엉터리 P 코드의 영향으로부터 보호하는 기능이다.

Azimuth :

Binary Biphase Modulation
: GPS 신호를 송신할 때 쓰이는 위상변조기술로써 코드나 메세지가 2진수 레벨로 송신될 때, 반송파의 위상을 180도 shift시키는 기술이다. 예를들면, 0이 1로 변한다던지 1이 0으로 바뀌어 송신된다.

Coarse Acquisition (C/A)-Code
: GPS 위성에서 송신되는 코드로 PRN 코드와 같은 계열의 코드이다. 각각의 위성은 32개의 고유한 코드를 한개씩 나누어 가지고 있다. 각각의 코드는 1023 chips로 구성되어 초당, 1.023 메가비트의 속도로 전송된다. 이 코드의 순서는 1/1000초마다 반복된다. C/A 코드는 Gold 코드와 PRN 코드로 나뉘는데, 이들은 두 코드간 매우 낮은 상관관계를 갖고 있어 구분된다.(즉, 두 코드는 Orthogonal하다.) C/A 코드는 현재 L1 주파수로 송신된다.

Carrier
: 어떤 변조된 신호를 실어 나르는 라디오파.

Carrier Phase
: GPS 수신기가 신호를 잡은 L1 이나 L2 Carrier로 축적된 위상으로 Integraed Doppler 라고도 불리움.

Carrier to Noise Power Density (C/No)
: 1Hz 밴드폭에서의 신호대 잡음 강도비로 GPS 수신기의 수행능력을 분석하는 데 있어 중요한 지표이다. GPS 수신기의 공칭 신호대잡음비는 40-50 dB-Hz정도이다.

Carrier-Tracking Loop
: GPS 수신기내에 있는 모듈로 수신기의 발진기 신호가 주파수 shift되어 수신된 carrier와 공조되는 신호를 찾아서 위성의 메세지를 변조하고 끄집어낸다. 수신기의 발진기 신호가 carrier와 공조되면 반송파 위상 관측치를 만들기 위해 carrier의 위상이 측정된다.

Chip
: bit 형식과 달리 binary 또는 digit 형식으로 정보를 실어나르지 않는다. PRN 코드는 일련의 Chips로 구성되어 있다.

Circular Error Probable(CEP)
: 항해시의 위치정밀도 측정치로, 실제 수평좌표에서 오차타원에서 그 반경을 나타낸다. 이 값은 현재 위치가 실제 위치에 있을 확률이 50%임을 나타낸다.

Code-Tracking Loop
: 위성과 수신기의 PRN 코드와 공조시키는 수신기내의 모듈로 수신기에서 발생된 PRN 코드를 shift시켜 위성의 PRN 코드와 맞춘다.

Costas Loop
: GPS에서와 같이 압축된 반송파 신호를 보낼 때 사용되는 2중 sideband demodulating하는데에, 쓰이는 일종의 Carrier Tracking Loop로 I-Q(for inphase and quadrature)Loop라 불리운다.

Cycle Slip
: 반송파 위상 관측치의 끊김현상으로 일시적인 신호 loss에 의함. 만일 어떤 장애물에 의해 일시적으로 신호가 끊긴다면 수신한 신호에는 jump가 생긴다.

ead Reckoning :

Delay-Lock Loop
: Code-tracking Loop의 다른 용어.

Differential GPS (DGPS)
: GPS에 의해 결정한 위치 오차를 줄이는 기술. 이미 위치를 정확하게 알고 있는 수신기의 위치를 기준으로 사용한다. 대게 DGPS는 기준국에서의 항법메세지, 항법력 그리고 위성의 시계오차를 포함한 효과를 결정하는 것과, 일반 사용자에게 실시간으로 보정된 의사거리를 송신하는 일이 포함된다.

Dilution of Precision (DOP)
: 위성들의 상대적인 기하학이 위치결정에 미치는 오차를 나타내는 무차원의 수. DOP는 UERE에 대해 매우 복잡한 효과를 보인다. 일반적으로 위성들간의 공간이 더 많으면 많을수록 수신기에서 결정하는 위치정밀도는 높다. 가장 일반적인 DOP는 Position DOP (PDOP)이다. PDOP에 rms UERE를 곱하면 rms 위치오차가 된다. 또 다른 DOP로는 Geometric DOP (GDOP), Horizintal DOP (HDOP), 그리고 Vertical DOP (VDOP)등이 있다.

GDOP
: Geometric Dilution of Precision

PDOP
: Position Dilution of Precision

HTDOP
: Horizontal Position and Time Dilution of Precision

HDOP
: Horizontal Dilution of Precision

VDOP
: Vertical Dilution of Precision

Doppler Effect
: 수신된 전파신호가 송수신기간의 상대적인 운동에 의해 주파수 shift되는 현상.

Double Difference
: 두 수신기가 같은 두 위성을 동시에 추적하여 측정한 반송파 위상의 수학적인 차이를 이용하는 GPS 관측. 첫 번째 위성으로부터 각각의 수신기가 수신한 위상의 차이. 두번째 위성으로부터 각각의 수신가가 수신한 위상의 차이. 이 차이들을 빼줌으로서 위성과 수신기의 시계오차를 제거할 수 있다. 주로 위상관측치에 사용되는 방법이지만, 의사거리관측치에도 사용 할 수 있다.

Ephemeris
: 시간에 따른 천체의 궤적을 기록한 것.(라틴어로 Diary라는 뜻) 각각의 GPS 위성으로부터 송신되는 항법 메세지에는 앞으로의 궤도에 대한 예측치가 들어있다. 형식은 매 30초마다 기록되어 있으며, 16개의 keplerian element로 구성되어 있다.

GDOP
: Geometric Dilution of Precision - A numerical value expressing the confidence factor of the position solution based on current satellite geometry. Assume that 3D position (latitude, longitude, height) and receiver clock offset (time) are variables in the solution. The lower the GDOP value, the greater the confidence in the solution.

Geodetic Datum
: 특별히 고안된 기준 타원체로 대게 8개의 매개변수가 필요하다. 타원체의 차원을 결정하는 변수 2개, 지구질량중심에 대한 타원체의 중심의 위치를 결정하는 변수 3개, 그리니치 기준자오선과 지구의 평균 자전축에 대한 타원체의 방향을 결정하는 변수 3개.

Geodetic Height
: 타원체 기준면에서의 높이로 ellipsoidal height로도 알려져 있다. geodetic height와 orthometric height간의 차가 Geoidal height이다.

Geoid
: 기복이 있지만 완만하며, 지구 중력장의 등포텐샬면을 나타내고, 평균 해수면과 거의 일치한다. 지오이드는 높이를 구할 때 기준이 되는 면이다.

Geoidal Height
: 타원체 기준면 위의 지오이드으로부터 높이.

GLONASS
: GPS와 유사한 기능을 갖은 러시아의 Global Navigation Satellite System (Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema).

GPS (System) Time
: GPS 신호가 기준이 되는 시간으로 지상의 관측소와 위성의 원자시계로 유지된다. 이 시간은 세계표준시와 1마이크로초 이내에서 일치하도록 미 해군 천문대에서 유지하고 있으며, 세계표준시에서 적용되는 윤초는 적용되지 않는다. GPS Time은 1980년의 세계표준시와 일치했지만, 현재는 10초 빠르다.

GPS Week
: 1980년 1월 6일 이후 경과한 주일수로 매주 토요일과 일요일 사이의 자정을 기준으로 증가한다.

Hand-Over Word (HOW)
: 항법메세지의 서브프레임에서 두번째 word로 다음 서브프레임 앞부분에서 Z-Count를 포함한다. Z-Count는 수신기에서 P 코드를 발생할 때 그 상관관계를 알아내어 결정할 때 쓰인다.

Kalman Filter
: 잡음이 섞여있는 관측치로부터 역학적으로 변하는 변수를 연속적으로 추정해내는 최적의 수학적 과정.

Keplerian Elements
: 타원궤도를 돌고 있는 위성을 위치(3)와 속도(3)성분으로 나타낼 수 있는 불변량으로 여기에는 궤도장반경, 궤도이심률, 궤도경사각, 승교점의 적경, 근지점인수, 근지점 통과시각등이 있다.

L1 frequency
: 1575.42MHz --> f_one = 154f_zero (f_zero = 10.23MHz)

L2 frequency
: 1227.60MHz --> f_two = 120f_zero (f_zero : fundamental frequency)

L-Band
: 1-2 GHz 사이의 주파수대.

Local Area DGPS (LADGPS)
: DGPS의 한 형태로 대게 시선방향에 보이는 기준 수신기로부터 의사거리와 위상의 보정치를 사용자 수신기로 수신한다. 보정치에는 기준점에서의 항법메세지 ephemeris에 의한 영향과 위성의 시계오차(SA도 포함) 그리고, 대기에 의한 전파지연효과가 포함되어 있다. 이 방법은 국부적인 지역에 존재하는 사용자의 수신기에서도 같은 오차를 보인다는 가정하에 사용된다.

MASK angle :

Microstrip Antenna
: GPS 수신기에 일반적으로 사용되는 안테나의 한 종류로, 대게 직사각형 모양으로 여러개의 안테나가 설치된다. 이 안테나는 종종 patch 안테나로 불리운다.

Multipath
: GPS 위성으로부터의 신호는 두세가지 경로로 수신기에 들어오는데, 한가지는 실제로오는 것이고, 다른 한가지는 시선방향으로 오는 것이며, 마지막으로 주위의 장애물에 의해 반사되어 오는 것이다. 이러한 경로길이의 차이로 의사거리와 위상관측치에 영향을 줄 수 있다.

Multiplexing
: 위성추적채널을 통해 2개 이상의 위성신호를 신속히 sequencing하는 기술로 일부 수신기에 사용된다. 이렇게 추적된 위성으로부터 얻은 항법메세지들은 근본적으로 동시에 관측된 것이다.

Narrow Correlator
: code tracking loop에 사용되는 correlator로서, 수신기에서 만들어지는 기준 code의 초기와 나중의 것간의 간격이 1 chip보다 작다. 이것을 사용하면 의사거리 관측치의 noise가 낮게 유지된다.

Narrow Lane
: GPS 관측치는 L1, L2 주파수에서 동시에 관측된 반송파 위상 관측치를 합하여 얻어진다. 협대역 관측치의 유효파장은 10.7Cm이고 협대역 관측치로 반송파 위상의 모호성분을 분해할 수 있다.

Navigation Message
: GPS 신호에 포함된 37,500 비트의 메세지로 초당 50 비트로 송신된다. 여기에는 위성의 ephemeris와 clock 자료, almanac, 그리고 위성들과 그 신호에 대한 정보들이 포함된다.

NMEA 0183
: National Marine Electronics Association의 위원회 번호. 이 위원회는 해상 전자 장치의 인터페이싱의 표준을 정하는 것을 목적으로 발족되었다. 이 표준은 GPS 수신기의 인터페이싱에도 널리 사용된다.

On-the-Fly (OTF)
: GPS 수신기가 어떤 시각에 정지되어 있을 필요없이 움직이면서 differential 반송파 위상의 정수 ambiguity를 분해하는 기술을 일컫는 용어이다.

Orthogonal Height
: 지오이드 위의 높이.

Precision (P)-Code
: GPS 위성에 의해 송신되는 PRN 코드. 이 코드는 총 2.35 * 1014개의 chip으로 구성되어 있고, 초당 10.23 MB 속도로 보내진다. 이러한 속도로 모두 전송하려면 266일이나 걸린다. 각각의 위성은 고유의 어떤 한 주에 대한 정보를 할당받으며, 이 정보는 매주 토요일과 일요일 사이의 자정에 reset 된다. P-Code는 현재 L1, L2 주파수로 전송된다.

Phase-Lock Loop
: Carrier tracking loop의 다른 용어

Precise Positioning Service (PPS)
: 한개의 수신기를 이용하여 얻을 수 있는 정밀한 위치 서비스로 미국과 연합 군조직 그리고 허가된 기관에 제공된다. 이 서비스는 암호화되지 않은 P 코드에 대한 접근과 SA 효과를 없앨 수 있게 해 준다.

Pseudorandom Noise (PRN) Code>
: 잡음과 같은 성질을 지닌 결정적인 2진 sequence로 Pseudonoise codes라고도 불리운다. 이러한 코드는 확산 스펙트럼 방식 통신 시스템과 GPS와 같은 거리계산 시스템에 사용된다. GPS 위성에서는 C/A코드와 P코드로 송신된다.

Pseudorange
: C/A 코드나 P 코드를 사용한 수신기의 Delay-loack loop에 의해 측정된 위성과 수신기의 안테나간 위상거리. 이 거리는 위성과 수신기의 시계에 의한 오차와 대기층에 의한 전파지연이 포함되어 있다.

Quadrifilar Helix
: 일부 GPS 수신기에 사용되는 원형편광 안테나 ?????

이 안테나는 Volute 안테나로도 알려져 있다.

Residual
: In the context of measurements, the residual is the misclosure between the calculated measurements, using the position solution and actual measurements.

Real-Time Kinematic (RTK)
: DGPS에 있어서 반송파 위상에 대한 보정치는 실시간으로 기준 수신기로부터 사용자에게 송신되는데, 이러한 실시간 진행과정을 일컫는다.

RINEX
: GPS 관측치를 어떤 수신기로 관측하여도 그에 무관하게 공통적인 양식으로 변환되는 형식. 여기에서 만들어지는 공통적인 자료로는 의사거리와 위상자료 그리고 도플러자료등이다. (Receiver-Indepedent Exchange Format)

RTCM SC-104
: DGPS의 표준을 권장하기 위해서 만들어지 Radio Technical Commission for Maritime Service의 Special Committee 104.

Selective Availability (SA)
: 대부분의 비군용 GPS 사용자들에게 정밀도를 의도적으로 저하시기는 조치. 이 조치는 위성의 시계를 떨리게 하여 거리 정밀도를 저하시키는 delta 과정과 항법 메세지의 ephemeris의 정밀도를 떨어뜨리는 epsilon 과정이 있다. 최근에는 delta 과정이 주로 쓰인다. 이 조치는 암호를 해독하거나 DGPS 방법을 사용하여 대처할 수 있다.

Single Difference
: 위상으로 측정된 GPS 관측치에 포함된 위성과 수신기의 시계오차를 줄이는 방법. 한 위성을 두대의 수신기가 추적하여 위성의 시계오차를 제거하는 것을 수신기간 single Difference라고 하며, 한 수신기가 두 위성을 추적하여 수신기의 시계오차를 제거하는 것을 위성간 Single Difference라고 한다. 대게 이 방법은 위상자료에 대해 사용되지만 의사거리자료에도 사용될 수 있다.

Spherical Error Probable (SEP)
: 항해 정밀도를 측정한 것으로, 이 오차타원의 반경안에 3차원 위치좌표가 50% 확률로 존재할 경우를 나타낸다.

Spread-Spectrum
: 송신되는 신호는 보통 좁은 송신밴드로 충분하지만, 어떤 경우에는 밴드폭을 확산시켜 송신하는 경우가 있다. 예를 들어, GPS 항법메세지를 송신하는데에는 초당 50비트로 50 Hz 정도의 밴드폭에 실어 전송하지만, 확산방식을 취하면 밴드폭이 1MHz인C/A 코드로 전송된다.

Standard Positioning Service (SPS)
: 한개의 GPS 수신기로 L1밴드의 C/A코드를 이용한 위치결정은 지구상 어떤 사용자에게 가능한 것이다.

SA조치가 취해질 경우 95%이내에서 수평정밀도가 100m정도이고 수직정밀도가 156m정도가 된다. 시간으로는 334 nano초이다.

Triple Difference
: 이 방법은 Integer Ambiguity를 없애는 방법으로 doubly differenced 위상자료를 이용한다. 이 관측치는 상대측위에 있어서의 위치를 초기의 근사적인 좌표로 결정하는것과 위상자료의 cycle slip을 알아내는데에 유용하다.

TTFF(Time to First Fix)
: The actual time required by a GPS receiver to achieve a position solution.

Undulation
: the distance of geoid above(positive) or below(negative) the mathmatical reference ellipsoid (spheroid). also known as geoidal separation, geoidal undulation, geoidal height.

UTC ( Universal Time Coordinated)
: 원자초에 따르는 시간으로 지구의 자전과 맞추기 위해 윤초를 주기적으로 넣어 보정한다. 윤초 조정은 UT1과 0.9초 이내에서 유지되도록 한다.

User Equivalent Range Error (UERE)
: GPS 측위에서 오차에 기여하는 어떤 오차원인으로 위성과 수신기간의 거리오차와 같은 의미로 표현한다. 또한 사용자 거리오차(User Range Error ; URE)로 알려져 있다. UERE 오차는 서로 무관한 원인으로부터 발생되는 것이며, 그 원인도 서로 다른 것이다. UERE 는 각각의 오차의 제곱합의 제곱근과 같다. UERE의 최대기대치는 (이온층에 의한 오차는 빼고) 항법메세지의 사용자 거리 정밀도 (User Range Accuracy ; URA)에 있다.

UT1
: 자구자전에 따르는 시간으로, 지구의 자전이 항상 일정하지 않기때문에 UT1도 일정한 시간은 아니다.

Wide Area Augmentation System (WAAS)
: 광역에서 GPS SPS를 향상시킬 수 있는 시스템으로 연방항공국에서 개발되었다. 이 시스템은 WADGPS 보정치와 정지위성으로부터 부가적인 거리측정신호를 제공하여 GPS와 정지위성으로부터 받은 신호를 integrate한다.

Wide Area DGPS (WADGPS)
: DGPS의 한 형태로 지리적으로 넓은 지역에 걸쳐 분포한 기준국간의 망으로부터 결정된 보정치를 사용자가 수신한다. 분리된 보정치는 각각 특정한 오차원인을 결정할 수 있게 해준다.(위성의 시계오차, 이온층의 전파지연, ephemeris 오차등) 그리고, 사용자로 하여금 그 보정치를 이용하여 좌표를 결정할 수 있도록 한다. 일반적으로 이러한 보정치는 정지통신위성이나 지상의 송신망을 통해 실시간으로 제공된다. Post-processing collected data를 위해 나중 자료에 대한 보정치도 제공된다.

Wide-Lane Observable
: L1, L2 반송파 위상을 동시에 측정해서 Differencing을 통해 얻은 GPS 관측치로 유효파장이 86.2 cm이다. 이것은 반송파 위상의 ambiguity를 분해하는데에 유용하다.

World Geodetic System 1984 (WGS 84)
: 지구의 지리적 그리고, 물리학적 측지간에 상관관계를 결정하게 위해 미국방 지도국에서 만든 일련의 매개변수들로 정의된 시스템으로 여기에는, 지구중심을 기준으로한 타원체에서의 좌표와 지구중력장 모델에 대한 변수들이 있다. 이 타원체는 1908년 국제 측지학및 지구물리학회 기준이 되었다. 이 좌표계는 국제지구자전협회에서 정의한 바와 같이 전통적인 지구중심 좌표이다. GPS 위성의 항법메세지에 좌표도 이 좌표 기준이다.

Y-Code
: P-Code를 암호화한 것.

Z-Count
: 기본적인 GPS 시간 단위로 29 비트 2진수이다. 이중 10 비트는 GPS 주를 나타내고 나머지 19 비트는 그주의 시간을 1.5초를 단위로 나타낸다. (Time of Week ; TOW) TOW의 truncated version은 항법메세지의 hand-over word에 포함되어 있다.