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» GPS 삼각측량 원리

GPS 삼각측량 원리

1970
GPS 수신기가 위성 신호와 거리 측정값을 전파 물리학적으로 표시하는 모습.

(설명을 위한 생성된 이미지입니다)

GPS는 삼각측량법을 사용하여 수신기의 위치를 ​​결정합니다. 최소 세 개의 위성까지의 거리를 측정함으로써 수신기는 지구 표면에서의 정확한 위치를 파악할 수 있습니다. 거리는 신호의 이동 시간에 빛의 속도를 곱하여 계산됩니다. 네 번째 위성은 수신기의 시계를 동기화하고 위도, 경도, 고도, 시간이라는 네 가지 미지수를 결정하는 데 필요합니다.

GPS 위치 측정의 핵심 원리는 삼변측량(또는 더 정확하게는 다변측량)이라는 기하학적 기술에 기반합니다. 각 GPS 위성은 정확한 궤도 위치(천체력)와 신호 전송 시간을 포함하는 신호를 지속적으로 송출합니다. 지구 표면 또는 그 근처에 있는 GPS 수신기는 여러 위성에서 송출되는 이러한 신호를 수신합니다. 수신기는 신호가 송출된 시간과 수신된 시간 사이의 차이를 계산합니다. 이 시간 차이를 비행 시간이라고 하며, 여기에 빛의 속도(c)를 곱하여 해당 위성까지의 거리, 즉 '의사거리'를 결정합니다. '의사거리'라는 용어를 사용하는 이유는 수신기의 내부 시계가 위성에 탑재된 매우 정확한 원자 시계와 완벽하게 동기화되지 않아 시간 오차가 발생하기 때문입니다.

기하학적으로, 하나의 위성까지의 거리를 알면 수신기의 위치는 해당 위성을 중심으로 하고 계산된 의사거리와 같은 반지름을 가진 구의 표면으로 한정됩니다. 두 번째 위성의 경우, 위치는 두 구의 교점인 원으로 좁혀집니다. 세 번째 위성의 신호는 세 번째 구를 제공하고, 이 구가 처음 두 위성의 신호로 만들어진 원과 교하는 지점은 두 개의 가능한 위치를 나타냅니다. 일반적으로 이 두 지점 중 하나는 의미 없는 위치(예: 우주 저 멀리 또는 지구 내부 깊숙한 곳)이므로 수신기는 이를 통해 2차원 위치(위도와 경도)를 결정할 수 있습니다. 네 번째 미지수인 고도를 구하고, 더 중요하게는 수신기의 시계 오차(Δt_{receiver})를 보정하려면 네 번째 위성의 신호가 필요합니다. 이를 통해 수신기는 4개의 미지수([latex]x, y, z, Delta t_{receiver}[/latex])에 대한 4개의 방정식 시스템을 풀 수 있으며, 정확한 3D 위치와 정확한 시간을 얻을 수 있습니다.

UNESCO Nomenclature: 2212
�8211; 전파 물리학

유형

추상 시스템

분열

혁명가

용법

널리 사용됨

전구체

  • 천체 항법
  • 무선 방향 탐지(RDF)
  • 장거리 항법(LORAN) 시스템
  • 트랜짓(나브샛) 위성 시스템
  • 기하학과 삼각법의 기본 원리
  • 빛의 속도 측정

응용 프로그램

  • 차량 내비게이션 시스템
  • 사진의 지리적 위치 정보 태그
  • 정밀 농업
  • 재난 관리 및 응급 서비스
  • 스마트폰의 위치 기반 서비스

특허:

NA

잠재적 혁신 아이디어

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관련 개념: 삼변측량, 다변측량, 의사거리, 위성거리 측정, 비행시간 측정, GPS 위치 측정, 항법, 기하학, 광속, 시계 오차.

역사적 맥락

GPS 삼각측량 원리

1963
1964
1968
1970
1970
1975
1980
1962
1963
1965
1970
1970
1974-11-15
1980
1980

(날짜를 알 수 없거나 관련이 없는 경우, 예를 들어 "유체역학"의 경우, 주목할 만한 등장 시기를 대략적으로 추정하여 제공합니다.)

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