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Global Positioning System

GPS(Global Positioning System 글로벌 포지셔닝 시스템) 또는 범지구위치결정시스템은 현재 완전하게 운용되고 있는 유일한 범지구위성항법시스템이다. 미국 국방부에서 개발되었으며 공식 명칭은 NAVSTAR GPS이다(NAVSTAR는 약자가 아님 그러나 종종 ~NAVigation System with Timing And Ranging 이라고 하기도 한다). 무기 유도, 항법, 측량, 지도제작, 측지, 시각동기 등의 군용 및 민간용 목적으로 사용되고 있다.

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GPS vs GLONASS vs Galileo

GPS
미국 공군이 운영
  • 1995년 4월부터 전세계 지원(실제 가동은 80년대부터)
  • 6개의 궤도 평면에 배열된 32개의 위성이 있음. 평면당 최소 4개
  • 위성들은 55° 경사와 고도 20,200km에서 지구 궤도를 돌고 있음
  • 각 위성은 지구를 11시간 58분마다 지구를 한바퀴 돌고 있음
  • L1 (1575.42 MHz) 및 L5 (1176.45 MHz) 대역으로 민간이 사용하는 시그널 전송
  • 3.5~7.8미터 정도의 위치 정확도
글로나스 (GLONASS)
러시아 항공우주방위군이 운영
  • 2011년 11월
  • 3개의 궤도평면에 24개의 위성. 각 평면당 8개
  • 위성들은 64.8° 경사와 고도 19,100km에서 지구 궤도를 돌고 있음
  • 각 위성은 지구를 11시간 15분마다 지구를 한바퀴 돌고 있음
  • L1 (1602 MHz) 대역으로 민간이 사용하는 시그널 전송
  • 5~10미터 정도의 위치 정확도
갈릴레오 (Galileo)
유럽 GNSS 에이전시(GSA)가 운영
  • 2019년
  • 3개의 궤도 평면에 30개의 위성. 8개의 액티브 및 2개의 스페어 위성
  • 위성들은 56° 경사와 고도 23,222km에서 지구 궤도를 돌고 있음
  • 각 위성은 지구를 14시간 7분마다 지구를 한바퀴 돌고 있음
  • E1 (1575.42 MHz) 과 E5a (1176.45 MHz) 대역으로 민간이 사용하는 시그널 전송
  • 2~3미터 정도의 위치 정확도

위치 계산

  • 소비자 등급의 GPSr(리시버)는 trilateration(삼변측량)을 위해 적어도 4개의 위성이 필요함
  • 세개의 위성까지의 거리를 알면 리시버가 두가지 가능한 위치를 찾고 거기서 맞는 것을 추측함
  • 4개 또는 그 이상의 거리값을 사용할 수 있는 경우에만 절대 위치를 명확하게 계산 가능

GPS는 망가졌고, 기술 발전을 가로막고 있음. 이제는 GPS 대안 기술을 살펴봐야할 때

  • GPS Is Broken, And It's Holding Tech Back | HackerNoon
  • GPS는 현대 사회에서 필수적인 기술로 자리 잡았지만, 여러 한계가 존재함
    • 문제점: 신호 방해(재밍), 위장(스푸핑), 간섭 등의 문제로 인해 오차와 비효율 발생
    • 일상적인 예: 도심에서의 길 안내 오류, 터널에서 자율주행차가 방향을 잃음
    • 고층 건물, 악천후로 인한 신호 차단 등으로 정밀한 내비게이션 어려움
  • 의존성 증가:
    • 실시간 위치 서비스의 의존도가 높아지며 일상과 비즈니스에서 GPS 취약점의 영향이 커짐
    • 자율화된 물류 시스템이 증가하며 GPS 신뢰성 문제가 중요해지고 있음

GPS 대안 기술의 부상

  • AstraNav
    • 소프트웨어 기반 기술로 GPS, 인터넷, WiFi, 셀룰러 신호 없이도 정확한 위치 데이터를 제공
    • 지구 자기장을 활용해 실내, 지하, GPS 신호가 약한 곳에서도 길 안내 가능
    • 적용 예:
      • 복잡한 쇼핑몰 또는 지하철에서 길을 잃지 않음
      • 다층 건물이나 붐비는 장소에서도 정밀한 내비게이션 제공
    • 정부에서는 위성 신호의 취약성을 보완하는 보안 계층으로 활용 가능
  • 양자 내비게이션 (Quantum Compass)
    • Imperial College London 연구진이 개발 중
    • 외부 신호 없이 양자역학의 입자 원리를 활용해 위치를 탐지
    • 적용 분야:
      • 광산, 석유 및 가스, 도시 인프라 등
      • 소비자용으로는 GPS 신호가 닿지 않는 지하철, 시골 지역에서도 완벽한 작동 가능
  • Xona Space Systems의 Pulsar©:
    • 센티미터 단위의 정확도를 제공하는 위성군 (satellite constellation) 시스템 개발 중
    • 활용 가능성:
      • 자율 배송 드론 및 운전자 없는 택시 등 정밀한 위치 기반 서비스에 필수
      • 물류 배달의 정확성과 효율성 증가

소비자, 비즈니스, 투자자에게 미치는 영향

  • 기술이 가지는 의미:
    • 단순히 내비게이션 개선뿐 아니라 비즈니스 운영의 보안성과 연속성을 보장
    • GPS 문제는 물류 운영, 자율 시스템의 정확성 및 신뢰성을 위협
  • 비즈니스 리더를 위한 전략:
    • 탄력적인 내비게이션 기술에 투자: M-GPS®, 양자 내비게이션, 고급 위성 시스템 같은 대안을 검토
    • 위험 평가: GPS 및 위치 기반 서비스 의존성의 취약점을 분석
    • 내비게이션 인프라 다각화: GPS가 실패할 경우를 대비한 백업 시스템 구축
    • 기술 제공업체와 협력: 최신 기술 발전을 통합하기 위해 기술 제공업체와 긴밀히 협력.

내비게이션의 새로운 시대

  • 향후 10년간 GPS 대안 기술은 우리가 물리적 세계와 디지털 세계를 탐색하는 방식을 혁신적으로 변화시킬 것
  • 기업, 소비자, 투자자라면 지금이 바로 이러한 새로운 기술에 주목해야 할 때
    • 투자자: 차세대 기술에 투자 기회
    • 기업: 물류 및 위치 기반 서비스 경쟁력 강화
    • 소비자: GPS 취약성으로 인한 불편 해소
  • M-GPS® 및 양자 나침반과 같은 GPS 대체 기술을 개발하는 기업들이 위치 서비스 및 지리공간 기술의 미래를 만들어갈 것
  • 미래의 내비게이션은 단순히 "더 나은 GPS"가 아니라, 어떤 환경에서도 매끄럽게 작동하는 시스템을 만드는 것임. 새로운 기술의 발전이 기대됨

Documentation

단일 카메라와 GPS를 이용한 영상 내 객체 위치 좌표 추정 기법
MTMDCW_2016_v19n2_112.pdf

See also

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References

  1. What is NMEA ↩