GPS Global Positioning System (GPS) 는 위성에 기반한 측위시스템

1. GPS Global Positioning System (GPS)는 위성에 기반한 측위시스템 Source:http://www.garmin.com/aboutGPS/

2. Global Navigation Satellite System GNSS • NAVSTAR GPS (USA) 1980년대 초반이후 • Galileo – (European Union) 2008년 부터 • GLONASS (Russian) 1993 • Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema • Global Orbiting Navigation Satellite System

3. GPS The Global Positioning System (GPS) is a satellite-based positioning system Source:http://www.garmin.com/aboutGPS/

4. GPS의 구성

5. 위성 부분

7. GPS 사용자 부분 각 위성에서 발신되는 데이터를 기록하고 이를 처리할 수 있는 장치를 가진 사용자들은 3차원 좌표를 얻을 수 있음 Trimble CMT Inc

8. 위성은 하루에 2번 지구를 회전 4개에서 12개의 위성이 방해받지 않고 보여야 함. 각 위성은 계속해서 두개의 반송파 L1, L2에 신호를 방송함 위성은 또한 코드신호, 반송파 변조 신호를 보냄

9. 위성은 다양한 주파수로 코드화된 신호를 발신

10. GPS L1 , L2는 반송파– 신호, 력을 변조 C/A (Coarse Acquisition)코드는 주파수 1.023 MHz 에 1을 더하거나 뺀 시리즈임. P (Precision) 코드는 10.23 MHz ( 군사암호) 1을 더하거나 뺀 연속임

11. GPS L1은 또한 항법메시지를 전달. 각 GPS위성은 모든 위성의 위치와 상태에 대한 데이터를 방송. 이런 데이터 부분을 Almanac(력)이라고 하며, 이 데이터는 GPS의 모든 위성의 위치를 결정하는데 사용됨. Almanac은 천문력(Ephemeris)으로 방송중인 위성에 대한 작동상태, 시계보정 등의 데이터를 포함함 (GPS수신기가 정확하게 위성의 위치를 계산할 수 있도록 가능하게 함)

12. GPS 수신기는 정밀한 내부 시계를 가지고 있어 위성신호가 도착했을때 언제 신호가 발신되었는지를 알려줌. 도달시간과 발생시간을 빼면 시간이 얻어지고, 이것은 거리로 변환됨. 여기서 우리는 수신기가 동일한 시간을 가진다고 가정한다. 전달시간을 계산할 때 이 가정을 사용해야만 한다. 불행하게도실제는 그렇지 않다. 기본적으로 수신기 시계는 편차가 있을 수도 있다. 그래서 여분의 관측이 필요하다 위성은 초정밀 원자시계를 가지고 있다.(개당약1억원).이것은 모니터링 되며 서로 동일한 시간을 가진다.

13. GPS 위치가 거리측정으로 추정된다 거리 = 빛의속도 x 도달시간 Range = c(t1 – t2) (빛의속도 =299,792,458 m /1초)

14. 거리관측의 두가지 방식 • 코드 또는 C/A 관측 • 빠름 (단지 위성마다 몇 초만 필요) • 강력하고 • 저렴하지만, • 상대적으로 정확도 낮음 (50cm 에서 10 m). • 반송파 위상 관측 • 긴 시간 필요, • 단절되지 않은 신호, • 비싼 수신기, • 고정밀 (mm 에서 cm)

15. 코드(또는 C/A 코드) 관측

16. 여러 개의 위성으로 위치를 결정하는 관측

17. GPS • 위치의 불확실성 • 거리관측의 오차와 위성의 위치가 오차 유발 • GPS수신기 주변에서 거리 불확실성 생김

19. 오차 원 몇가지 원인이 GPS위치결정의 오차 유발 (실수 외) 원인대표적인 거리 오차 (m) 위성시계오차 1 위성위치오차 1 수신기 오차 1.5 대류권/전리층 효과 4 합계 7.5 다중경로 – 추가오차, 주어진 조건과 품질에 좌우

20. GPS 수시기 오차 예: 다중경로 신호 Source:http://www.garmin.com/aboutGPS/

21. PDOPs – Position Dilution of Precision 위치 정밀도 저하 Idea (one overhead and three all at 120° intervals)

22. Positional Dilution of Precision (PDOP) • PDOP은 위성간 거리의 관측– 멀리 떨어진 위성군이 좋음 • PDOP은 대표적으로 2에서 10의 범위값을 가짐, 그러나 1보다 낮거나 100보다 큰 수는 가질수 없음 • PDOP은 낮을 수록 좋음, 왜냐하면 그것은 넓게 분포된 위성으로 부터 신호가 나와서 불안정한 지역은 더 작아지기 때문임.

23. 정확도 거리오차와 DOP는 결합해서 GPS위치 정확도에 영향을 미침. 현재 C/A 코드 수신기는 한번의 fix로 대표적으로 3에서 30미터 사이의 정확도를 제공. 다중 fix를 평균하면 정확도 향상이 가능 반송파 수신기의 정확도는 몇 cm에서 mm임 C/A 와 반송파 위상 사이에는 적용된 기술때문에 정확도의 차이가 있음

26. GPS – 차분 보정 (Differential Correction) • 정확도를 향상하기위해 두개의 장치사용 • 기지점(위치를 알고있는점)에 기준국을 설치 • 미지점에 기준국 설치. • 데이터를 동시 • 에 취득. • 기준국에서의 • 오차로부터 • 신점의 위치를 • 계산

27. 차분 보정 각 로버관측은 관측된 오차에 의해 변환이 가능

28. 두가지 형태의 Differential GPS(DGPS) 후처리 최상 정확도, 시간지연 실시간차분 보정 낮은 정확도 보다 낫은 항법 무선 연결 필요 (예, FM) 발신기지국 필요

29. 실시간 차분 보정 다소 낮은 정확도 실외에서 좋은 위치 무선 연결 필요 (FM) 기준국 필요 : 해양수산부 GPS 무선 비콘신호 또는 WAAS

30. GPS - WAAS 민간 항공용 광역보정시스템 Wide Area Augmentation System (WAAS)은 지상 기준국의 네트워크에 기초함

31. 구현 정확도 – 최소 300개 점 평균 (개활지)

32. 구현 정확도 – 최소 300개 점 평균 (숲)

33. GPS 응용 - 트래킹

34. GPS 응용 트래킹

35. GPS 응용 - 네비게이션

36. GPS 응용 - Navigation 지상 항공

37. GPS 응용 디지털 공간정보 구축 (carried by car,boat,helmets, hand,etc.,)

38. GPS를 이용한 디지털 공간정보 구축

39. GPS를 이용한 디지털 공간정보 구축 오프셋 관측 결합: GPS 수신기 Laser 거리측정기 전자 나침판

40. Measure xn, yn with GPS m with laser rangefinder q with electronic compass Combine all three using Coordinate geometry to Calculate xu, yu.

41. GPS 요약 • 우주기반의 측위시스템 • 반송파위상 (정확), 코드위상 측위 • 4개 또는 그 이상의 위성으로 부터 거리측정 • 거리오차는 전리층, 대류층, 시스템, 수신기의 오차임 • 위성의 기하학 배치는 위치정확도에 영향을 미침– 낮은 PDOP이 좋음

42. GPS 요약 • 정확도를 향상시키기위해 보정하거나 평균할 수 있음 • 대부분 차분 보정을 선호함– 실시간 비콘, WAAS, 후처리 • 위치 정확도는 계곡, 숲보다 개활지에서 높아짐 • GIS의 주된응용 분야는 디지털 공간정보 구축