GPS(Positioning System)의 역사

GPS(Positioning System)

GPS(Positioning System)는 미국 정부가 소유하고 미국 우주군이 운용하는 위성 기반 무선 내비게이션 시스템입니다. 이는 지구상 또는 지구 근처 어디서나 4개 이상 GPS 위성의 시야가 가려지지 않은 GPS 수신기에 지리적 위치와 시각 정보를 제공하는 글로벌 내비게이션 위성 시스템(GNSS) 중 하나입니다.

 

 

사용자가 데이터를 전송할 필요 없이 전화나 인터넷 수신과는 무관하게 작동하지만, 이러한 기술을 통해 GPS 측위 정보의 유용성이 향상됩니다. 전 세계 군사, 민간, 상업 사용자에게 중요한 포지셔닝 기능을 제공합니다. 미국 정부는 GPS 시스템을 작성, 제어, 유지하고 있지만 GPS 수신기를 가지고 있으면 누구나 자유롭게 접근할 수 있습니다.

 

GPS 프로젝트는 1973년에 미국 국방부에 의해 개시되었습니다. 최초의 시작 우주선은 1978년에 발사되었고, 24개 위성의 모든 별자리는 1993년에 운용 개시되었습니다. 당초 미군에 의한 사용에 한정되어 있었지만 대한항공 007편 참사 이후 로널드 레이건 대통령의 행정명령으로 1980년대부터 민간인 사용이 허용되었습니다.

 

기술의 진보와 기존 시스템에 대한 새로운 요구로 GPS의 현대화와 차세대 GPS 블록 III 위성 및 차세대 운영통제시스템(OCX) 구현이 추진되고 있습니다. 이것은 2000년에 미국 의회에 의해 승인되었습니다.

 

1990년대 초부터 GPS의 위치 정확도는 선택적 가용성이라고 불리는 프로그램에 의해 미국 정부에 의해 저하되었습니다.이 프로그램은 1999년 카길 전쟁에서 인도군에게 일어난 것처럼 언제든지 선택적으로 시스템 접근을 저하하거나 거부할 수 있습니다. 그러나 빌 클린턴 대통령이 서명한 법안에 따라 이 관행은 2000년 5월 1일 폐지되었습니다.

 

그 결과 몇몇 국가가 다른 세계적 또는 지역적인 위성 내비게이션 시스템을 개발하거나 구축 중입니다.

 

러시아의 글로벌 내비게이션 위성시스템(GLONASS)은 GPS와 동시에 개발됐지만 2000년대 중반까지 지구의 불완전한 커버리지에 시달렸습니다. GLONASS 수신은 GPS 외에도 수신기에 내장할 수 있기 때문에 보다 빠른 위치 고정과 정밀도 향상을 가능하게 하는 추가 위성을 2미터 이내(6.6피트)로 만들 수 있습니다.

 

중국 BeiDou 항법위성시스템은 2018년 글로벌 서비스를 시작해 2020년 완전한 배치를 완료했습니다. 유럽 연합의 갈릴레오 항법 위성 시스템과 인도의 NavIC도 있습니다. 일본의 준천정위성시스템(Quasi-Zenith Satellite System, QZSS)은 아시아·오세아니아의 GPS 정확도를 높이기 위한 GPS 위성 기반 증강 시스템으로 GPS와는 독립된 위성항법이 2023년으로 예정되어 있습니다.

 

2000년에 선택적 가용성이 해제되었을 때, GPS의 정확도는 약 5미터(16피트)였습니다. L5 대역을 사용하는 GPS 리시버는 30센티미터(11.8인치) 이내에 위치하는 정밀도가 훨씬 높고, 하이엔드 사용자(보통 엔지니어링 및 육상 측량 애플리케이션)는 대역폭 신호의 몇 가지 정확도를 2센티미터 이내로 할 수 있으며, 게다가 장기간 측정으로는 서브밀리의 정밀도도 확보할 수 있습니다.

 

스마트폰과 같은 개인 사용자를 위한 장치는 4.9m 이내에 정확하게 할 수 있습니다(또는 Wi-Fi 위치 결정 등의 보조 서비스도 활성화할 수 있습니다).2021년 5월 현재 16개의 GPS 위성이 L5 신호를 방송하고 있으며, 신호는 약 2027년까지 24개의 위성에 도달할 예정인 것으로 생각됩니다.

역사 입니다

GPS 프로젝트는 이전 내비게이션 시스템의 한계를 극복하기 위해 1973년 미국에서 시작되었습니다.1960년대 분류 공학 설계 연구를 포함한 몇몇 선인들의 아이디어를 조합한 것입니다. 미 국방부는 당초 24기의 위성을 사용하던 이 시스템을 미군이 사용하기 위해 개발해 1995년 완전히 운용할 수 있게 됐습니다.

 

1980년대부터 민간인의 이용이 허용되고 있습니다. 로저 L. 이스턴 해군 연구소의 이반 A입니다. 항공우주공사와 응용물리학 연구소의 브래드포드 파킨슨은 그것을 발명한 공로를 인정받고 있습니다.  Gladys West의 연구는 GPS에 필요한 정밀도로 위성 위치를 검출하는 계산 기술 개발에 중요한 역할을 하고 있다고 생각됩니다.

 

GPS 설계는 부분적으로는 1940년대 초 개발된 로랑, 데카 네비게이터 등 지상 기반 무선 내비게이션 시스템을 기반으로 합니다.

 

1955년 프리드워드 윈터버그는 일반 상대성 이론 시험을 제안하고 인공위성 내 궤도상에 놓인 정확한 원자시계를 사용하여 강한 중력장에서 시간이 느려지는 것을 검출했습니다.

 

특별하고 일반적인 상대성 이론에 따르면 GPS 위성의 시계는 지구상의 시계보다 하루에 38마이크로초 빨리 움직일 것으로 예측되고 있습니다. GPS 설계는 이 차이를 수정합니다.그렇지 않으면 GPS로 계산된 위치는 하루 최대 10킬로미터(6mi/d)의 오차를 누적하기 때문입니다.

전임자 입니다

1955년 네덜란드 해군 장교인 Wijn과 Langeraar는 1955년 2월 16일 미국 특허청에 무선 기반 장거리 항법 시스템 특허 출원을 제출했고 1961년 4월 18일 특허 US2980907A를 취득했습니다.

 

1957년 소련이 최초의 인공위성(스푸트니크 1호)을 발사했을 때 존스홉킨스대 응용물리학연구소(APL)의 윌리엄 가이어와 조지 웨이펜바흐 등 2명의 미국인 물리학자가 무선 송신을 감시하기로 결정했습니다.몇 시간 이내에 도플러 효과를 통해 위성 궤도상의 위치를 특정할 수 있다는 것을 깨달았습니다. APL 디렉터는 그들에게 UNIVAC 접근을 허용하고 필요한 엄격한 계산을 수행했습니다.

 

이듬해 초 APL 부소장 프랭크 맥루어는 가이아와 웨이펜바흐에게 위성의 위치를 고려해 사용자의 위치를 특정하는 반대 문제를 조사해 달라고 의뢰했습니다(당시 해군은 잠수함 발사 폴라리스 미사일을 개발하고 있었고 잠수함의 위치를 알아야 했습니다) 이에 따라 그들과 APL은 트랜짓 시스템을 개발했습니다.1959년에는 ARPA(1972년에 DARPA로 개명)도 트랜짓 역할을 했습니다.

 

트랜짓은 1960년에 처음으로 테스트에 성공했습니다.그것은 5개의 위성으로 구성된 별자리를 사용하여 약 1시간에 한 번의 내비게이션 수정을 제공할 수 있었습니다.

 

1967년 미 해군은 GPS에 필요한 기술인 정확한 시계를 우주에 배치하는 것이 가능함을 증명한 Timation 위성을 개발했습니다.

 

1970년대 지상 기반 오메가 항법 시스템은 대국에서의 신호 전송 위상 비교를 바탕으로 세계 최초의 무선 항법 시스템이 되었습니다. 이러한 시스템의 제한으로 인해 보다 범용적인 내비게이션 솔루션이 더 정확하게 필요해졌습니다.

 

군사 부문이나 민간 부문에서는 정확한 내비게이션의 필요성이 광범위했지만, 이들 대부분은 일련의 내비게이션 위성의 연구, 개발, 배치, 운용에 수 십억달러가 드는 것을 정당화하는 것으로 보이지 않았습니다. 냉전 시대 미국의 존재에 대한 핵 위협은 미국 의회의 견해에서 이 비용을 정당화할 필요성 중 하나였습니다.

 

이 억제 효과가 GPS에 자금을 제공한 이유입니다. 그것이 당시 초비밀주의의 이유이기도 합니다. 원자력 트라이애드는 미 해군의 잠수함 발사 탄도 미사일(SLBM)과 미 공군(USAF)의 전략 폭격기, 대륙간 탄도 미사일(ICBM)로 구성되어 있었습니다. 핵 억지 태세에 중요하다고 여겨졌던 SLBM 발사 위치의 정확한 결정은 역승수였습니다.

 

정확한 항법으로 미국 탄도미사일 잠수함은 SLBM을 발사하기 전에 정확한 위치를 파악할 수 있습니다. 핵 트라이애드의 3분의 2를 가진 USAF도 보다 정확하고 신뢰성이 높은 항법 시스템을 필요로 했습니다. 미 해군과 미 공군은 본질적으로 같은 문제를 해결하기 위해 독자적인 기술을 병행하여 개발하고 있었습니다.

 

ICBM의 생존 가능성을 높이기 위해 (소련 SS-24나 SS-25에 버금가는) 모바일 발사 플랫폼을 사용하자는 제안이 있어 발사 위치를 고정할 필요성은 SLBM 상황과 비슷했습니다.

 

1960년 공군은 기본적으로 3-DLOLLAN인 MOBILE(정확한 ICBM 제어를 위한 MOBILE System)라고 불리는 무선 내비게이션 시스템을 제안했고 1963년 후속 연구인 Project 57이 실시되면서 '이 연구에서는 GPS 개념이 생겨났다'고 밝혔습니다. 같은 해, 이 컨셉은 프로젝트 621B로서 추구되어 「GPS에서 현재 볼 수 있는 많은 속성」을 가지고 공군 폭격기나 ICBM의 정확도 향상을 약속했습니다.

 

해군 트랜짓 시스템에서의 업데이트는 공군의 고속 운용에는 너무 느렸습니다. 해군연구소(NRL)는 1967년 처음 발사돼 1969년 두 번째 발사됐고 1974년 첫 원자시계를 궤도에 올려 1977년 네 번째 발사됐습니다.

 

GPS의 또 다른 중요한 전신은 미군의 다른 지부에서 왔습니다. 1964년 미 육군은 측지 측량에 사용된 최초의 시퀀셜 콜레이션(SECOR) 위성을 궤도에 올렸습니다.SECOR 시스템에는 알려진 위치에 3개의 지상 기반 송신기가 포함되며, 그것들은 궤도 상의 위성 트랜스폰더로 신호를 송신합니다.

 

네 번째 지상 기지국은 미결정 위치에 있으며, 그 위치를 정확하게 고정하기 위해 이 신호들을 사용할 수 있습니다. SECOR의 마지막 위성은 1969년에 발사되었습니다.