DGPS(Differential Global Positioning System)의 이해와 작동 원리

 

DGPS (Differenctial Global Positioning System)의 기본 원리에 대해 공부한 내용을 적어보도록 하겠습니다.

 

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목차

 

1. DGPS의 개요

2. DGPS의 기본 작동 원리

3. DGPS를 활용하는 사례

4. DGNSS

5. 장단점

참고 문헌

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1. DGPS의 개요

DGPS는 Differential Global Positioning System의 약자로, GPS(Global Positioning System)의 정확도를 향상시키기 위한 기술 중 하나입니다. GPS는 위성의 신호를 수신하여 위치를 측정하는데, 그 위치 측정에는 여러 가지 원인에 의하여 오차가 발생할 수 있습니다. DGPS는 이런 오차를 보정하여 보다 정확한 위치 정보를 제공합니다.

2. DGPS의 기본 작동 원리

DGPS의 작동 원리는 크게 두 가지로 나뉩니다: 기지국과 수신기의 협력과 오차 보정입니다.

2.1 기지국(Base Station)과 수신기(Rover)의 협력

DGPS에서는 기지국과 이에 연결된 수신기가 함께 작동합니다. 기지국은 정확한 위치를 알고 있고, GPS 위성에서 수신되는 신호의 오차를 계산할 수 있습니다. 기지국은 이 오차 정보를 수신기에 전송하고, 수신기는 이 정보를 이용하여 자신의 GPS 측정값을 보정합니다.

특히, DGPS에서 사용되는 오차 보정 총량을 OSR(Observation Space Representation)라고 합니다.

2.2 오차 보정

GPS 측정의 주요 오차는 대기 중 물리적인 변화, 위성의 위치 오차, 위성의 시계 오차, 전리층 오차 등이 있습니다. DGPS는 이러한 오차를 보정하여 정확도를 높입니다. 기지국은 오차 정보를 수신기에 전송하면, 수신기는 그 정보를 사용하여 해당 지역에서 발생한 공통된 오차를 보정합니다.

OSR의 경우 GPS에서 발생하는 오차의 총량을 계산하여 사용자 수신기에 전달하여 가감하는 방법으로 오차를 보정합니다. 

GPS에서 발생하는 대표적인 오차는 아래와 같습니다.

 

 

2.2.1 대기 중의 신호 지연

GPS 신호는 대기를 통과하면서 속도가 느려지거나 빨라지는 대기 중의 신호 지연이 발생할 수 있습니다. DGPS에서는 이를 계산하여 보정함으로써 정확도를 높입니다.

2.2.2 위성의 시계 오차

GPS 위성의 원자 시계는 매우 정확하지만 완벽하지 않습니다. 이 시계의 오차를 고려하여 보정함으로써 시간과 위치의 정확도를 유지합니다. 매우 정확한 GPS 위성 원자 시계와 보다 훨씬 저렴한 사용자 수신기의 시계의 차이로 인해 시계 오차가 발생합니다.

2.2.3 전리층 오차

전리층 오차는 대기 중의 전자에 의해 위성 신호가 지연되거나 앞서는 현상에 의해 발생하는 오차로써 DGPS에서는 이를 보정합니다.

 

 

3. DGPS를 활용하는 사례

DGPS는 다양한 분야에서 사용되고 있습니다. 몇 가지 대표적인 예시를 살펴보겠습니다.

3.1 항법 및 해양

해양 분야에서는 선박이나 수중 탐사 장비의 정확한 위치 파악이 매우 중요합니다. DGPS는 해양 환경에서 정확한 위치 정보를 제공하여 항해를 안전하게 유도하고 해양 자원 조사에 활용됩니다.

3.2 농업

농업에서는 작물의 정확한 위치와 간격이 중요합니다. DGPS는 효율적인 농업 관리를 위해 작물 심기, 거름 주기, 비료 적용 등에 활용됩니다.

3.3 지리 정보 시스템(GIS)

GIS는 지리 공간 정보를 분석하고 시각화하는데 사용됩니다. DGPS는 GIS 데이터 수집 시 위치 정확도를 높여 지도 작성, 도시 계획, 자연재해 모니터링 등에 활용됩니다.

이처럼 DGPS는 정확한 위치 정보가 필요한 다양한 분야에서 활용되며, 그 활용 범위는 계속해서 확장되고 있습니다.

 

4. DGNSS (Differential Global Navigation Satellite System)

DGNSS는 주로 GPS 시스템과 관련이 있지만, DGPS와는 달리 다양한 위성 시스템과 함께 작동할 수 있습니다. 이는 GPS 시스템 이외의 위성을 활용하여 위치를 높이고, 정확도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있습니다.

다른 위성 시스템에는 GLONASS, BeiDou, Galileo 등이 있습니다.

5. 장단점

5.1 장점

• 정확도 향상: DGPS는 기지국과 수신기 간의 협력을 통해 GPS 신호의 오차를 보정하여 정확도를 향상시킵니다.
• 비교적 저렴한 비용: DGPS 시스템은 상대적으로 저렴하게 구축할 수 있습니다. 기지국이 필요하지만, 이는 상대적으로 한정된 지역에서만 운영되므로 전체 비용이 저렴한 경향이 있습니다.

5.2 단점

• 지역 제한: DGPS는 기지국과 수신기 사이의 거리에 따라 정확도가 감소하므로, 기지국의 위치와 수신기 사이의 거리가 멀어질수록 효과가 줄어듭니다.
• 설치 및 유지 관리 필요: 기지국의 설치와 유지 보수가 필요하며, 이는 일부 응용 분야에서는 불편할 수 있습니다.

 

참고 문헌

"Differential GPS: Theory and Operational Implementation" (Authors: Petter Härding, Hans-Olov Sjöberg)
"GPS: Theory, Algorithms and Applications" (Authors: Guochang Xu, Yan Xu)