GPS Positioning   GPS 측위

1. GNSS (GPS) 측량/측위

  ㅇ 4 이상의 GPS 위성(기지점)에서 발사된, 서로다른 GPS 신호들 간의,
     - 전파 도달 시간(도착 시간)에 의해,
     - 수신기(미지점)까지의 `의사 거리`를 계산하고,                  ☞ 아래 3.,4.항 참조
     - 이를통해, 수신기(수신지점)의 `3 차원 위치`를 결정하는 방법    ☞ 아래 2.항 참조


2. GNSS(GPS)의 `측위` 및 `측량` 원리 및 특징

  ㅇ 측위 원리 : GPS 위성으로부터 발사된 전파의 소요 시간 또는 위상차 관측
     - 정확한 위치를 아는 위성(기지점)들에서 발사된, GPS 신호들을 수신하여, 소요 시간들을 관측
        . 전파 속도 (빛 속도)는 일정하다는 기본 원리에 바탕을 둠
           .. (거리 = 빛 속도 x 시간)
        . 이때, 위성 위치를 나타내는 신호도 함께 전송됨

     - 이에따라, 여러 GPS 위성들부터의 GPS 수신기 위치(관측점~위성 간 거리)를 구(球)로써 취하면, 
        . 각 구(球)가 만나는 작은 영역 내에 관측점이 있게되고,
        . 그 영역이 오차 범위 임

  ㅇ 측량 원리 : 삼변 측량의 원리 이용
     - 고전적인 삼각측량(미지점을 제외한 두 각 및 그 사이 변의 길이를 측량)과는 달리,
     - GPS 위성 위치(기지점)로부터 알고 싶은 점(미지점)을 사이에 둔 2변의 길이를 측정 (삼변측량)
        . 실제로는, 4 이상의 위성들로부터의 거리 측정/계산에 의함

  ㅇ 통상, 편도 거리 측정(One way Ranging) 방식을 기본으로 사용
     - 위성 발사 전파를 편방향으로 수신하여, GPS 위성까지의 거리(관측점~위성 간 거리) 계산
     - 적어도 4개의 위성을 동시에 관측하여, 3 차원 좌표 결정


3. 의사 거리 (Pseudorange, Pseudo Ranging)

  ㅇ GPS 위성에서 GPS 수신기까지의 거리를 구할 때, 
     - 오차(전파 지연,동기 오차 등)를 포함한 추정 거리 량

  ㅇ 의사 거리 = 전파 속도 x 전파 시간
               = 전파 속도 x (GPS 위성 전파 발사 시각 - GPS 수신기 수신 시각)
     - (주로, 저가의 GPS 수신기에서, 부정확한 시간 유지 기능 등에 의함)

  ㅇ 의사 거리의 해석 방법상의 구분       ☞ 아래 4.항 참조
     - 코드 기반 의사 거리 
     - 위상 기반 의사 거리 (또는, 반송파 기반 거리) 

  ㅇ 의사 거리의 보정 
     - GPS 신호에 포함된 항법메세지 내 여러 계수들을 이용하여 계산 후 보정하게 됨


4. 의사 거리 측정 방법의 구분

  ㅇ GPS 위성과 GPS 수신기 간의 거리 측정 방법의 종류는 다음 2가지 가능

  ㅇ 코드 기반 거리 측정 방법 
     - GPS 위성이 발생한 코드(C/A 코드,P 코드)를 수신하고, 
     - `GPS 위성 발생 코드`와 `GPS 수신기 자체 발생 동일 코드` 간의 시간 차이로부터 거리 계산
        . 의사 거리 = 전파 속도 x 시간 차이
     - 주로, 저가 GPS 수신기(스마트폰 내장)에서는 이 방법 만 사용

  ㅇ 위상 기반 거리 측정 방법 (또는, 반송파 기반 거리 측정)
     - GPS수신기에서, 위성 반송파 수신 시작 시점에서, 
     - GPS 위성부터 GPS 수신기까지 L1 반송파의 파장의 수가 몇개인지를 셈 함으로써 거리 계산
        . 의사 거리 = N λ + (정수로 나타내지 못한 위상 차이˚)/(360˚) λ
        . λ (L1 반송파의 파장 길이) : 약 19 ㎝
        . N (모호 정수) : GPS 위성과 GPS 수신기 사이에 반송파 파장의 개수