지구위치확인 시스템(GPS)이란?

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세상을 변화시킨

지구 위치 확인 시스템(GPS) 이론

 

 

 

내비게이션 시스템(또는 GPS 시스템)을 설치한 자동차의 화면에는 실시간으로 현재의 위치가 지도상에 나타나, 목적한 길을 정확하게 안내한다. 이러한 GPS(global positioning system)는 항공기와 선박의 항로를 안내하는 필수 시스템이 되었다. 또한 공사장에서는 작은 휴대용 GPS 수신기를 들고, 건물의 기둥이 제 위치에 바르게 섰는지 확인한다. 사막이나 고산, 극지를 탐험하는 사람들에게도 GPS 장비는 위도와 고도를 알려주는 필수품이다. 나아가 스마트폰의 앱(어플리케이션)으로서 너무나 편리하게 이용되고 있다.

 

러시아가 1957년에 미국에 앞서 최초의 인공위성 스푸트니크를 성공적으로 궤도에 올리자, 리처드 B. 커시너(Richard B. Kirshner 1913-1982)가 이끄는 일단의 미국 과학자 팀은 스푸트니크가 어디를 날고 있는지 레이더를 사용하여 추적하고 있었다. 이때 위성이 접근해오면 도플러 효과에 의해 신호가 크게 잡히고, 위성이 멀어지면 신호가 약하게 수신되었다.

 

커시너 팀은 이때 각기 다른 위치에 놓인 3개의 레이더로 수신한 도플러 효과의 변화를 컴퓨터로 계산하여 위성의 위치를 정확하게 알 수 있었다. 이를 응용하여 미국은 1960년에 트랜싯(Transit)이라는 위성을 궤도에 올려 위치 확인 실험을 성공적으로 했다. 1970년대부터는 GPS 기술을 확립하여 군사 목적으로 비밀리 사용했다. 그리고 상대성 이론을 확인하기 위해 가장 정밀하게 만들었다는 원자시계를 위성에 실어, 속도가 빠르면 시간이 늦게 가는지에 대해서도 확인해보았다.

 

 

1983년에 매우 불행하게도 대한항공 007기가 러시아 상공으로 잘못 비행하여 러시아 전투기의 공격으로 승무원과 승객 전부가 사망하는 사고가 났다. 항로 실수로 대형 비극이 발생하자, 당시 레이건 대통령은 GPS 기술을 공개하기로 결정했다.

 

GPS 기술은 한 지점에서 3개의 위성으로부터 동시에 전파신호를 수신하면, 그 수신기가 놓인 위치를 알 수 있도록 되어 있다. 1989년부터 1994년 사이에 미국은 전 세계 어디서라도 위성으로부터 정보를 수신할 수 있도록 충분한 숫자의 GPS용 위성을 궤도에 올렸다. 이때부터 GPS 수신기는 위성에서 항상 보내고 있는 전파신호를 받아, 이를 증폭시키고 컴퓨터로 처리하여 위치와 고도(高度)와 시간을 정확히 디지털 숫자나 도형으로 보여주게 되었다.

 

GPS는 컴퓨터의 발달과 함께 미사일과 비행기의 유도 장치로, 휴대용 전화기에까지 쓰이는 가장 편리한 다용도 전자 장비의 하나가 되었다. 드디어는 개인의 승용차와 주머니 휴대전화기에 이르기까지 이용되고 있으며, 도난 차량, 범인이나 구조를 원하는 개인의 위치 등을 추적하는 기술에도 활용되고 있다.

 

 

 

미국의 수학자이며 엔지니어인 커시너 박사는 GPS 실험용 트랜싯 위성 계획을 성공적으로 주도하였으며, 그의 연구로부터 비롯되어 세계는 오늘의 편리한 네비게이션 시대를 맞게 되었다.

지금은 네비게이션 장치를 하지 않고는 운전이 지극히 어려운 시대가 되었다. 만일 도플러 효과라는 자연의 법칙을 모르고 있다면 인공위성 통신기술도 개발되지 않았을 것이다. 

 

 

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