GNSS 위성 시스템은 지구상의 모든 사용자에게 포지셔닝, 내비게이션 및 타이밍(PNT) 서비스를 제공하기 위해 협력하는 조정된 위성 그룹입니다. 이러한 위성 시스템은 스마트폰 위치 추적에서 자율 주행 차량 안내, 항공, 해상 운영, 정밀 농업 및 과학 연구에 이르기까지 모든 것을 가능하게 하는 현대적인 내비게이션 시스템의 중추를 형성합니다.
GNSS 위성 시스템은 일반적으로 신중하게 계획된 궤도 경로로 지구를 공전하는 특정 수의 위성으로 구성됩니다. 이러한 위성은 우주에서 타임스탬프가 찍힌 무선 신호를 전송합니다. 스마트폰에 있는 것과 같은 GNSS 수신기는 이러한 신호를 수신하고 신호 이동 시간을 기준으로 각 위성까지의 거리를 계산하고 삼변 측량을 통해 위치를 결정합니다. 이 계산을 위해 수신기는 일반적으로 위도, 경도, 고도 및 클록 오류를 고려하기 위해 최소 4개의 위성에서 신호가 필요합니다.
현재 사용 가능한 위성 시스템
현재 운영 중인 몇 가지 주요 GNSS 위성 시스템이 있습니다.
- GPS (Global Positioning System) – 미국에서 운영하는 GPS는 최초의 완전한 기능을 갖춘 GNSS입니다. GPS는 고도 약 20,200km의 MEO(Medium Earth Orbit, 중간 지구 궤도)에서 궤도를 도는 최소 24개의 위성으로 구성됩니다. 1990년대부터 운영을 시작했으며 전 세계 사용자들이 계속해서 이용하고 있습니다.
- GLONASS - 러시아에서 관리하는 GLONASS는 MEO에서 작동하는 24개의 위성 시스템이기도 합니다. GLONASS는 전 세계적인 커버리지를 제공하며 특히 궤도 구성이 유리한 고위도 지역에서 성능을 향상시키기 위해 GPS와 함께 작동하는 경우가 많습니다.
- Galileo – 유럽 우주국(ESA)에서 개발한 유럽 연합의 GNSS 위성 시스템입니다. 높은 정밀도의 위치 정보를 제공하며 GPS 및 GLONASS와 상호 운용이 가능하도록 설계되었습니다. Galileo는 정부용 암호화 서비스와 일반 대중을 위한 개방형 서비스와 같은 고유한 기능을 제공하며, 일부 애플리케이션에서는 센티미터 수준까지 위치 정확도를 제공합니다.
- BeiDou – 중국 위성 항법 사무실에서 개발한 중국의 GNSS로, 지역 시스템에서 글로벌 시스템으로 발전했습니다. 전체 위성 시스템은 2020년에 완료되었으며 현재 MEO, 정지 궤도 및 경사 동기 궤도에 30개 이상의 위성을 통해 전 세계적인 커버리지를 제공합니다.
GNSS 별자리는 어떻게 작동하나요?
엔지니어는 사용자가 지구상의 어느 지점에서든 항상 여러 위성을 볼 수 있도록 위성을 분산 배치하여 지속적인 커버리지를 제공하도록 GNSS 위성 시스템을 설계합니다. 이를 위해서는 고도, 경사 및 간격과 같은 궤도 매개변수를 신중하게 계획해야 합니다. 대부분의 위성 시스템은 커버리지 영역, 신호 강도 및 위성 수명 간의 균형이 잘 맞는 중간 지구 궤도를 사용합니다.
여러 GNSS 위성 시스템을 사용하면 정확도가 향상되고 신뢰성이 높아집니다. GPS, GLONASS, Galileo 및 BeiDou의 신호를 동시에 수신할 수 있는 장치(Multi-GNSS 수신기라고 함)는 특히 도시 협곡, 숲 또는 산악 지역과 같이 까다로운 환경에서 위치를 더 빠르게 그리고 더 정확하게 계산할 수 있습니다.
GNSS 위성 시스템은 또한 위성을 지속적으로 추적하고, 업데이트된 데이터를 업로드하며, 시스템 무결성을 유지 관리하는 지상 제어 스테이션 및 모니터링 네트워크를 통합합니다. 이러한 네트워크는 정확한 타이밍 및 위치 정보를 보장하고 위성 성능의 이상을 감지합니다.
기본적인 PNT 기능 외에도 최신 GNSS 위성 시스템은 고급 기능을 지원합니다. 여기에는 항공과 같은 애플리케이션의 정확성과 무결성을 향상시키는 WAAS(미국), EGNOS(유럽) 및 MSAS(일본)와 같은 보강 시스템이 포함됩니다. 일부 시스템은 또한 조난된 개인을 찾는 데 도움이 되는 수색 및 구조(SAR) 기능을 제공합니다.
요약하면 GNSS 위성 시스템은 위성 및 지상 인프라 네트워크를 사용하여 글로벌 포지셔닝 및 내비게이션을 지원합니다. 여러 시스템을 결합하여 사용함으로써 사용자는 향상된 정확성, 견고성 및 복원력의 이점을 누릴 수 있으므로 GNSS는 수많은 현대 기술 및 산업에 필수적입니다.