개념 한 쪽
GNSS는 위성 신호를 이용해 3차원 위치와 시각 정보를 얻는 기술로서, 시통이 되지 않는 지형에서도 활용 가능하다. 다양한 응용에서 필요한 위성 수와 거리 산출 방법, 수신기 고유 오차 처리와 전리층 보정 방법을 구분할 수 있어야 한다.
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출제기준 단원 「기타활용분야」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 위성 장비 선택과 관측 조건 | 1 | 시통 불필요성과 위성측위 장비 선택을 가림 |
| 수신기 오차 대응 방법 | 1 | 수신기 내부 잡음의 해결 방법을 고름 |
| 위성 수 요구 판단 | 1 | 3차원 위치와 시간 오차 포함 시 필요한 위성 수를 판단함 |
GNSS(위성측위)는 인공위성에서 발신한 전파 신호의 도착 시간을 측정하여 위성과 수신기 간 거리를 계산하고, 여러 위성과의 거리 정보를 이용해 3차원 위치를 결정하는 방식이다. 거리 계산은 전파 속도에 전송 시간을 곱하는 기본 물리식으로 설명된다.
위성을 이용한 측량은 시통(서로 보이는 경로)이 되지 않는 지형에서도 관측이 가능하므로, 지형적 제약이 있는 지역에서 거리측량기 대신 사용할 수 있다. 이 점이 광파거리측량기처럼 시통이 필요한 장비와의 주요 차이점이 된다.
단일 수신기로 3차원 위치와 수신기 시계 오차를 동시에 해결하려면 미지수가 4개(위치 X,Y,Z와 시계오차)가 되어 최소 4개의 위성 신호가 필요하다. 위성 수가 이보다 적으면 시계 오차를 보정할 수 없어 정확한 3차원 결정이 불가하다.
수신기 측 오차 가운데 채널 잡음은 기기 내부 회로의 노후나 성능 저하가 원인이므로, 보정 절차를 거치거나 필요시 수신기 자체를 교체하는 방법으로 해결한다. 반면 다중경로나 시야 확보 문제는 관측 위치 변경으로 대응한다.
전리층에서 생기는 신호 지연 오차는 주파수 의존성을 가지므로, 서로 다른 두 주파수(L1, L2 등)를 동시에 수신하여 지연 차이를 이용한 보정이 전리층 오차 제거에 적합하다. 이중 주파수 수신기를 활용하면 전리층 보정이 효과적이라는 원리를 기억한다.
문제 유형: 3차원 위치와 시계 오차를 함께 결정해야 하는 상황을 묻는 문항이 출제되면 '위치 3개 + 시계오차 1개 = 4' 규칙을 적용한다. 예컨다 3차원 위치를 구하면서 시간 오차를 미지수로 포함하면 최소 4개의 위성 신호가 필요하므로 4를 선택하는 풀이가 대표적이다.
문제 유형: 위성과 수신기 간 거리를 묻는 문항에서는 거리 = 전파 속도 × 전송 시간 공식을 적용한다. 전파의 속도(광속)와 신호 전송 시간을 곱해 위성과의 거리 관측값을 얻는 원리를 쓰면 풀이가 단순해진다.
3차원 위치를 결정할 수 있는 위성 항측 시스템으로 두점 간의 시통이 되지 않는 지형에서도 관 가능한 거리측량기는 무엇인가?
정답 ③ · 문항은 시야가 차단되어도 관측이 가능하고 3차원 위치결정이 가능한 위성 항측 시스템에 해당하는 장비를 묻고 있다. GNSS 계열의 수신기는 전파를 이용하여 위성 신호로부터 3차원 좌표를 산출하므로 지형의 시통(직시)이 확보되지 않는 곳에서도 관측이 가능하다.
위성 항측 시스템은 전파를 이용해 3차원 위치를 결정하므로 지형 제한 없이 관측 가능한 GPS 측량기가 정답입니다.
GPS 수신기 오차에서 수신기 채널 잡음의 해결 방법으로 가장 알맞은 것은?
정답 ③ · 문제는 GPS 수신기 내부 채널 잡음의 해결 방법을 묻고 있다. 수신기 자체 잡음은 내부 회로의 노후화나 성능 문제에서 발생하므로 검증을 통한 보정이나 기기 교체로 해결하는 것이 적절하다.
수신기 자체의 잡음은 내부 회로 노후나 보정 필요 시 교체 또는 보정으로 해결한다.
GPS를 이용하여 시간의 오차도 미지수로 포함한 3차원 위치를 결정하는 방법은 몇 대의 위성이 필요한가?
정답 ④ · 문제는 GPS로 3차원 위치와 시간 오차를 동시에 미지수로 포함해 결정할 때 필요한 위성 수를 묻고 있다. 미지수는 X, Y, Z의 위치 3개와 수신기 시각오차 1개로 총 4개이므로 최소 4개의 위성으로 연립방정식을 풀어야 한다.
GPS에서 3차원 위치와 시간 오차를 동시에 계산하려면 미지수가 4개이므로 최소 4대의 위성이 필요하다.
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