GNSS 대 GPS 기술: 주요 차이점 알아보기

GNSS와 GPS는 상호 협력하여 정확성과 효율성을 높이는 데 기여합니다.

현대의 항법 시스템은 우리 일상생활에서 빼놓을 수 없는 요소가 되었습니다. 이러한 기술은 다양한 산업 분야에서 더 정밀한 정보를 얻기 위해 폭넓게 활용됩니다.

최첨단 항법 기술은 거리 및 각도 측정을 최적화할 뿐만 아니라, 여러 산업 분야에서 이러한 측정값을 전문적으로 적용합니다.

지도 제작 및 측량 분야는 정확성, 속도 및 인력 효율성을 향상시킨 GPS 기술을 선도적으로 도입한 산업 중 하나입니다.

토목 회사에서는 작업 현장 관리 및 생산성 향상을 위해 지상 제어 장치와 드론을 광범위하게 사용하고 있습니다.

원래 군사 목적으로 개발된 위성 항법 기술은 현재 건설 및 과학 분야를 포함한 여러 시장 부문에서 민간 및 공공 부문에 걸쳐 폭넓게 사용됩니다.

대부분의 사람들은 GPS에 익숙하며, 낯선 장소를 탐험하는 데 유용하게 활용합니다. 반면, GNSS는 상대적으로 덜 알려진 용어입니다.

본 기사에서는 GNSS에 대해 자세히 알아보고 GPS와의 차이점을 비교해 보겠습니다. 최종적으로, 사용자에게 더 적합하고 유연하며, 신뢰성 있고 정확한 시스템을 결정하는 데 도움이 되는 정보를 제공할 것입니다.

그럼 시작해 볼까요!

GNSS란 무엇인가?

GNSS는 ‘Global Navigation Satellite System’의 약자로, 여러 국가에서 다양한 위성을 운용하는 체계를 의미합니다. 위성들은 우주에서 신호를 보내고 지구상의 GNSS 수신기로 시간 및 위치 정보를 전송합니다. 수신기는 이 데이터를 활용하여 사용자의 정확한 위치를 파악합니다.

지구를 공전하는 여러 위성들을 통틀어 ‘별자리’라고 부르기도 합니다. 따라서 GNSS는 이러한 위성 별자리를 지칭하는 용어로도 사용됩니다. GNSS는 운송, 우주 정거장, 철도, 대중교통, 도로, 해상 및 항공 분야 등 광범위한 영역에서 활용됩니다.

항법, 위치 파악 및 시간 정보는 토지 측량, 비상 대응, 광업, 정밀 농업, 금융, 법 집행, 과학 연구 및 통신 분야에서 필수적입니다. GNSS의 성능은 EGNOS(European Geostationary Navigation Overlay Service)와 같은 지역 위성 기반 보강 시스템을 통해 향상시킬 수 있습니다.

GNSS의 대표적인 예로는 미국의 NAVSTAR GPS, 유럽의 Galileo, 중국의 BeiDou 항법 위성 시스템, 러시아의 GLONASS(Global’naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema) 등이 있습니다.

EGNOS는 신호 무결성 정보를 제공하고 신호 측정 오류를 수정하여 GPS 정보의 신뢰성과 정확성을 개선합니다. 실제 성능은 네 가지 기본 기준에 따라 평가됩니다.

• 정확도: 측정된 속도, 시간 또는 위치와 실제 속도, 시간 또는 위치 간의 차이입니다.
• 연속성: 시스템이 중단 없이 작동하는지 여부를 나타냅니다.
• 무결성: 위치 데이터 및 경보에 대한 신뢰 임계값을 제공하는 시스템의 기능은 무결성으로 정의됩니다.
• 가용성: 신호가 정확도, 연속성 및 무결성 기준을 충족하는 데 필요한 시간의 백분율은 ‘가용성’이라고 합니다.

GNSS 기술은 복잡한 삼변측량 계산을 통해 위치를 파악하기 위해 최소 4개의 위성이 필요합니다. 오늘날, 위성은 세 개의 세그먼트로 정의됩니다.

다음은 GNSS 기술의 중요한 구성 요소로 간주됩니다.

• 우주 부문: 우주 부문은 지구 표면 위 20,000km에서 37,000km 사이의 궤도를 도는 위성 별자리를 의미합니다.
• 제어 부문: 제어 부문은 전 세계에 위치한 데이터 업로드 스테이션, 모니터링 스테이션 및 마스터 제어 스테이션의 네트워크입니다.
• 사용자 부문: 사용자 부문은 위성에서 신호를 수신하고 위성의 궤도 위치 및 시간을 기반으로 위치 정보를 출력하는 장비를 지칭합니다.

GPS란 무엇인가?

GPS(Global Positioning System)는 기상 조건에 관계없이 정확한 위치, 속도 및 시간 정보를 파악하기 위해 항공, 육상 및 해상에서 사용되는 무선 항법 시스템입니다.

GPS는 1978년 미국 국방부에서 프로토타입으로 처음 개발되었으며, 1993년에 24개 위성으로 구성된 완전한 운영 체제가 구축되었습니다.

GPS는 미국 정부가 소유하고 있으며, 미국 우주군이 운영합니다. GPS는 군인뿐만 아니라 전 세계의 상업 및 민간 사용자에게도 유용합니다. 미국이 GPS를 만들고 관리하지만, GPS 수신기를 가진 누구든 자유롭게 이용할 수 있습니다.

GPS는 GPS 수신기에 시간 및 지리적 위치 데이터를 제공하는 GNSS 기술의 한 종류입니다. 사용자는 별도의 데이터 전송 없이, 인터넷에 연결된 모든 장치에서 유연하게 사용할 수 있습니다.

기술 혁신은 모든 사람의 우선 과제이며, 기존 시스템의 기술적 요구는 GPS 현대화로 이어지고 있습니다. 차세대 작전 제어 시스템 및 GPS 블록 IIIA 위성의 구현이 그 예입니다.

GPS는 위성, 수신기 및 지상국 세 가지 구성 요소로 이루어져 있습니다. 각 구성 요소의 기능은 다음과 같습니다.

• 위성: 별자리에서 별처럼 신호를 전송합니다.
• 지상국: 레이더를 사용하여 위성이 정확한 위치에 있는지 확인합니다.
• 수신기: 스마트폰, 자동차 등에 탑재되어 위성 신호를 수신하고, 현재 위치에서 얼마나 떨어져 있는지 계산합니다.

GNSS 대 GPS: 작동 방식

GNSS 작동 원리

GNSS는 디자인과 제작 시기가 다르지만, 작동 원리는 동일합니다. 위성은 L 밴드, 즉 L1과 L2 두 가지 파동을 전송합니다. 이러한 반송파를 통해 위성에서 지구로 데이터가 전송됩니다.

GNSS 수신기는 안테나와 처리 장치로 구성됩니다. 안테나는 위성으로부터 신호를 수신하고, 처리 장치는 신호를 감지합니다. 정확한 위치 정보를 수집하기 위해서는 최소 4개의 위성 신호가 필요합니다.

GNSS 위성은 11시간 58분 2초마다 지구를 공전합니다. 각 위성은 안정적인 타임스탬프와 궤도 세부 정보를 담은 코딩된 신호를 전송합니다. 신호에는 수신기가 위성 위치를 계산하고 정확한 위치를 결정하는 데 필요한 정보가 포함되어 있습니다.

수신기는 신호 수신 시간과 방송 시간의 차이를 계산하여 정확한 거리를 파악합니다. 그 결과, 높이, 경도 및 위도 정보가 제공됩니다.

GPS 작동 원리

GPS는 삼각 측량 기술을 사용하여 위성에서 신호를 수집하고, 사용자에게 위치 정보를 제공합니다. 지구를 공전하는 위성은 지구 표면에 위치한 GPS 수신기에서 읽고 해석할 수 있는 신호를 전송합니다.

GPS 장치는 정확한 위치 정보를 얻기 위해 최소 4개 위성의 신호를 수신해야 합니다. 각 위성은 하루에 두 번 지구를 공전하며, 고유한 신호, 시간 및 궤도 매개변수를 전송합니다.

GPS 장치는 위성과의 거리에 대한 정보를 제공하기 때문에, 하나의 위성만으로는 정확한 위치를 파악할 수 없습니다.

GNSS와 마찬가지로, GPS 시스템도 우주, 제어 및 사용자 세 가지 부문으로 구성됩니다.

• 우주 부문: 우주 부문은 미국 우주군이 운영하는 궤도상의 30개 이상의 위성으로 구성됩니다. 이 위성들은 전파 신호를 방송하여 지구상의 스테이션에서 모니터링 및 제어할 수 있습니다.
• 제어 부문: GPS 제어 부문은 전 세계적으로 백업, 여러 모니터 스테이션, 전용 지상 안테나 및 마스터 제어 시설을 포함합니다. 이를 통해 GPS 위성이 정상적으로 작동하고 정확한 궤도를 유지하도록 관리합니다.
• 사용자 부문: 사용자 부문은 위치, 항법 및 시간 정보를 측정하기 위해 GPS 위성에 의존하는 모든 사용자를 의미합니다.

GNSS 대 GPS: 장점 및 한계

GNSS의 장점

GNSS는 여러 국가에서 운영하는 3개 이상의 위성 시스템을 통합하여 정확하고 신뢰성 있는 정보를 제공합니다. GNSS의 주요 장점은 다음과 같습니다.

• 글로벌 항법 시스템은 항상 사용할 수 있습니다. 만약 하나의 시스템이 대기 조건으로 인해 작동하지 않더라도, 다른 시스템이 대체 역할을 수행할 수 있습니다. 따라서 GNSS는 수신기에 신호 가용성과 접근성을 높여줍니다.
• 고정밀 IoT 네트워크 개발에 필요한 정확한 시간 데이터를 얻을 수 있습니다.
• 다양한 위성 별자리를 활용하므로 항법 솔루션을 개선하고 TTFF(Time to First Fix)를 단축합니다.
• 장치에 정확한 위치 정보를 제공함으로써 비용과 시간을 절약할 수 있습니다.
• 숲, 동굴, 인구 밀집 지역 등 모든 위치에서 끊김 없는 연결을 제공합니다.
• GNSS 수신기는 최적의 솔루션을 위해 항법 목록에서 실패한 위성을 자동으로 제거합니다.

GNSS의 한계

GNSS의 몇 가지 제한 사항은 다음과 같습니다.

• 정밀 접근을 지원하기 위해 GNSS 시스템을 사용할 때마다 보강 시스템이 필요합니다.
• 수직 정확도는 10미터 이상으로 다소 부정확할 수 있습니다.
• 가용성, 정확성, 연속성 및 무결성 요구 사항을 충족하기 위해 보강 시스템을 추가로 사용해야 합니다.
• 항공기 운영자, 조종사, 항공 교통 관제, 규제 담당자 등에게 영향을 줄 수 있습니다.
• 항법의 안전성은 데이터베이스의 정확성에 달려 있습니다.

GPS의 장점

• 사용법이 간단합니다.
• 비용 효율적입니다.
• 지구 전체를 커버합니다.
• 정확한 위치 정보 제공으로 연료를 절약할 수 있습니다.
• GPS 기술을 사용하여 주변 호텔, 주유소, 상점 등을 찾을 수 있습니다.
• 장치에 쉽게 통합할 수 있습니다.
• 견고한 추적 시스템을 제공합니다.

GPS의 한계

• GPS 칩은 장치의 배터리 소모를 증가시킵니다.
• 단단한 벽을 통과하지 못하므로 실내나 수중 환경에서는 사용할 수 없습니다.
• 정확도는 위성 신호 품질에 따라 달라집니다.
• 이용 가능한 위성 수가 제한되면 위치 정확도가 떨어집니다.
• 지자기 폭풍 또는 기타 대기 조건에서는 신호 접속이 어려울 수 있습니다.
• 토지 측량 장비는 신호 수신을 위해 하늘이 맑아야 합니다.
• 때로는 부정확한 정보로 인해 잘못된 경로 또는 위치를 안내할 수 있습니다.

GNSS 대 GPS: 활용 분야

GNSS의 활용

GNSS 기술은 20세기 군사 지원 목적으로 처음 개발되었으나, 현재는 다음과 같은 다양한 분야에서 폭넓게 사용됩니다.

• 자동차 제조 과정에서 차량에 GNSS가 탑재되어 실시간 지도, 위치, 방향, 속도 및 주변 식당 정보를 제공합니다.
• 항공 항법 시스템은 실시간 지도 표시를 사용하며, 경로 탐색을 위한 자동 조종 장치와 연동됩니다.
• 선박과 보트는 GNSS를 사용하여 해양, 바다 및 호수에서 항해합니다. 또한, 자동 조타 장치에도 활용됩니다.
• 건설, 정밀 농업, 광업 등에 사용되는 중장비는 GNSS 기술을 사용하여 기계를 안내합니다.
• 자전거 이용자는 여행 및 경주에서 GNSS를 사용합니다.
• 등반가, 일반 보행자 및 등산객은 GNSS 기술을 사용하여 자신의 위치를 파악합니다.
• 시각 장애인도 GNSS 기술을 사용할 수 있습니다.
• 우주선은 항해 도구로 GNSS 기술을 활용합니다.

GPS의 활용

GPS는 전 세계적으로 다양한 분야에서 활용됩니다. 주요 활용 사례는 다음과 같습니다.

• 항공 산업: GPS를 사용하여 승객과 조종사에게 항공기의 실시간 위치를 제공합니다.
• 해양 산업: 선장에게 정확한 항해 정보를 제공합니다.
• 농업 분야: 농기계에 GPS 수신기를 사용합니다.
• 측량
• 군사
• 금융 서비스
• 통신
• 대형 차량 안내
• 사회 활동
• 위치 찾기
• 주변 장소 검색
• 보물 찾기
• 단독 여행

기타 등등.

GNSS 대 GPS: 차이점

GPS는 위치, 식당, 주소 등을 찾는 데 필수적인 도구이며, 실시간 위치를 다른 사람과 공유할 수도 있습니다. GPS를 통해 위치 정보에 접근할 수 있지만, 신호 간섭이 발생하면 정보 접근이 제한될 수 있습니다.

GNSS는 GPS와 유사하게 작동하지만, 간섭이 발생하는 경우에도 더욱 유연하고 안정적으로 위치에 접근할 수 있는 개념입니다. GNSS는 GPS, Baidu, Galileo, GLONASS 및 기타 위성 시스템을 포괄합니다. 따라서 국제 다중 별자리 위성 시스템으로 불립니다. GNSS는 정확한 위치 탐색을 위해 다양한 국가의 여러 GPS 위성을 사용한다고 요약할 수 있습니다.

몇 가지 측면을 기준으로 두 기술 간의 주요 차이점을 자세히 살펴보겠습니다.

기준	GNSS	GPS
궤도 고도	GLONASS의 19,100km, GPS의 20,200km 등 다양한 위성의 궤도 고도를 결합합니다.	GPS 위성은 20,200km 또는 10,900해리의 고도에서 지구 위를 비행하며 12시간 주기로 정확한 정보를 제공합니다.
정확도	센티미터 또는 밀리미터 수준의 정밀도로 측정값을 얻을 수 있습니다.	대기 조건, 신호 차단 등으로 인해 변동될 수 있어 GNSS보다 정확도가 떨어질 수 있습니다. 일반적으로 4.9m에서 16피트 정도의 정확도를 제공합니다.
원산지 국가	GNSS 시스템에는 GPS가 포함되어 있으며, 미국, 러시아의 GLONASS, 유럽의 Galileo, 중국의 BeiDou 등이 있습니다.	미국에서 개발된 일종의 GNSS 시스템입니다.
위성 수	GPS에는 31개, GLONASS에는 24개, Galileo에는 26개, BeiDou에는 48개 위성이 있습니다.	21개의 위성이 지구 궤도를 돌고 있습니다.
궤도 주기	다양한 항법 시스템의 주기는 다음과 같습니다: 글로나스: 11시간 16분 갈릴레오: 14시간 5분 베이더우: 12시간 38분 NAVIC: 23시간 56분	12시간 또는 하루 2회 주기로 원형 궤도를 비행합니다.
상태	각 항법 시스템의 상태는 GLONASS가 작동 중이고 BeiDou가 22개의 작동 위성을 보유하고 있는 등 다릅니다.	GPS 상태는 정상 작동 중입니다.
신호	GNSS의 전력 레벨은 125dBm이며, 여러 국가의 위성에 따라 다릅니다.	125dBm 신호 강도로 일정합니다.

GNSS는 다양한 국가의 위성에서 정보를 결합하여 더 정확한 데이터를 제공합니다. 반면, GPS는 미국 정부가 관리하는 특정 데이터 제공 업체입니다.

결론

GPS는 최초의 글로벌 항법 위성 시스템이며, GNSS의 한 종류입니다. 일반적으로 GPS는 위성 항법 시스템을 지칭하는 데 자주 사용됩니다. 둘 다 작동 원리는 동일하지만, 사용 범위와 기술적 측면에서 차이가 있습니다.

GNSS 및 GPS는 운송, 해상 항법, 모바일 통신, 농업, 측량 등 정확하고 지속적인 시간 및 위치 정보를 필요로 하는 여러 분야에서 광범위하게 사용됩니다.

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