GPS

GPS는 높은 위치 유연성, 높은 정밀도, 신속성, 3차원 좌표, 전천후 작동, 쉬운 작동 및 전 지구적 연속 범위라는 특성을 가지고 있으며 현재 공간 데이터를 얻는 중요한 수단이 되었습니다. 자원조사 및 공간위치정보 수집에 널리 활용됩니다.

(1) GPS 개발 개요

위성 위치 확인 시스템이 등장하기 전에는 무선 내비게이션 시스템이 원격 내비게이션 및 위치 확인을 위한 가장 중요한 도구였습니다. 무선 항법 시스템의 단점은 적용되는 작업 영역이 작고 전파 전파가 대기의 영향을 받기 쉽고 위치 정확도가 높지 않다는 것입니다.

1958년에 개발되어 1964년에 공식적으로 사용된 미국의 교통 시스템은 세계 최초의 위성 위치 확인 시스템입니다. 시스템은 위성 수가 적고(6개 이하), 운용 고도가 낮고(평균 1,000km), 지상국에서 위성을 관측하는 간격(평균 1.5시간)이 길기 때문에 지속적인 실시간 제공이 불가능하다. 시간 3차원 탐색으로 정확도가 낮습니다.

Global Positioning System은 미국 국방부가 1973년에 수립한 계획이다. 1970년대에 개발되어 20년간 지속되어 1994년에 완전히 완성되었다. 차세대 위성 항법 및 측위 시스템이다. 3차원 탐색 및 위치 확인 기능을 갖춘 시스템입니다.

GPS 네트워크는 24개의 위성으로 구성됩니다. 이들 위성은 정확한 시간 정보와 위치 정보를 지속적으로 지상국으로 전송합니다. GPS 수신기는 GPS 위성이 보내는 신호를 이용하여 우주 내 위성의 위치를 ​​파악하고, 전파의 전송 시간을 기준으로 최소 3~4개 위성의 상대적인 위치를 계산한 후 위성 사이의 거리를 계산한다. GPS 수신기를 사용할 수 있습니다. 삼각법을 사용하여 위치를 파악할 수 있습니다. 각 GPS 위성에는 4개의 고정밀 원자시계가 있으며, 다른 위성의 현재 위치와 궤적을 기록하는 실시간 업데이트 데이터베이스가 있습니다. GPS 수신기가 한 위성의 위치를 ​​결정하면 다른 모든 위성의 위치 정보를 다운로드할 수 있으므로 다른 위성에서 필요한 정보를 더 빠르게 얻을 수 있습니다.

현재 미국과 러시아의 글로나스(GLONASS), 유럽우주국의 갈릴레오(Galileo), 우리나라의 베이두(Beidou) 시스템 등 전 세계적으로 여러 개의 GPS 시스템이 운용되고 있다.

(2) 미국 GPS 시스템

미국 GPS는 크게 우주 부분, 지상국, 사용자의 세 부분으로 구성됩니다. 우주부분은 24개의 위성으로 구성된 전 세계를 망라하는 위성 네트워크다. 이들 위성은 지상 약 2만㎞ 상공의 원형 궤도를 돌고 있다. 궤도면의 경사각은 63°입니다. 상승 노드 반경이 서로 120°씩 다른 궤도는 3개뿐입니다. 각 궤도에는 8개의 위성이 고르게 분포되어 있으며, 인접한 두 궤도의 위성은 30개입니다. ° 따로. 위성 자세는 위성 내비게이션 안테나의 방사 포트가 항상 지상과 정렬되도록 3축 안정화 방법을 채택합니다. 작동 주파수가 2200~2300MHz인 위성의 원격 측정 송신기는 위성에서 지상국 그룹으로 다양한 원격 측정 데이터를 보냅니다. 위성 수신기는 시계 수정 매개변수, 대기 수정 매개변수, 위성 별자리 및 24개 위성 전체의 연감을 포함하여 지상국에서 위성으로 전송한 1750~1850MHz 주파수의 항법 정보를 수신합니다. 위성 수신기는 지상국 그룹으로부터 제어 명령도 수신합니다.

위성에는 안정성이 1×10-13인 정밀 원자시계가 장착되어 있으며, 각 위성의 원자시계는 서로 동기화되며 지상국 그룹의 원자시계와도 동기화됩니다. 이러한 방식으로 GPS 시스템의 정확한 시간 체계가 확립되는데, 이를 GPS 시간이라고 합니다. 지상으로 전송되는 천문력은 GPS 시간을 기준으로 순차적으로 전송됩니다. 이중 주파수를 전송하는 목적은 전리층으로 인해 발생하는 추가 지연을 수정하는 것입니다.

현재 GPS 시스템이 제공하는 위치 정확도는 10미터 이상입니다. 더 높은 위치 정확도를 얻기 위해 일반적으로 GPS 수신기를 기지국에 배치하여 관측합니다. 알려진 기지국의 정확한 좌표를 기반으로 기지국에서 위성까지의 거리 보정 수치를 계산하고, 기지국은 이 데이터를 실시간으로 전송합니다. GPS 관측을 수행하는 동안 사용자 수신기는 기지국에서 보낸 수정 번호를 수신하고 위치 확인 결과를 수정하여 위치 확인 정확도를 향상시킵니다.

(3) 러시아 GLONASS

GLONASS는 구소련이 1980년대 초 구축을 시작한 미국의 GPS 시스템과 유사한 위성 위치 확인 시스템으로 위성으로도 모니터링됩니다. 별자리 및 지상 제어 스테이션과 사용자 장비의 세 부분으로 구성됩니다. 현재는 러시아 우주국에서 관리하고 있습니다.

GLONASS 시스템의 단일 지점 위치 정확도는 수평 방향으로 16미터, 수직 방향으로 25미터입니다.

GLONASS 위성은 3성 프로톤 발사체에 의해 궤도에 발사되었으며, 위성은 3축 안정화 시스템을 채택하고 있으며 질량은 1,400kg이며 설계 궤도 수명은 5년입니다. 모든 GLONASS 위성은 주파수 기준으로 정밀 세슘 시계를 사용합니다. 최초의 GLONASS 위성은 1982년 10월 12일에 발사되었습니다.

GLONASS 시스템의 위성군은 3개의 거의 원형 궤도면에 고르게 분포된 24개의 위성으로 구성되며, 각 궤도면에는 8개의 위성이 있으며, 궤도 고도는 19,100km, 작동 기간은 11시간입니다. 15분, 궤도 경사각은 64.8°입니다.

미국 GPS 시스템과 달리 GLONASS 시스템은 FDMA(주파수 분할 다중 접속)를 사용하여 반송파 주파수를 기반으로 서로 다른 위성을 구분합니다. GPS는 변조 코드를 기반으로 하는 CDMA(코드 분할 다중 접속)입니다. 위성 사이. 각 GLONASS 위성이 발사한 두 반송파의 주파수는 L1=1602+0.5625k(MHz), L2=1246+0.4375k(MHz)이며, 여기서 k(l~24)는 각 위성의 주파수 번호이며, 모든 반송파는 GPS 위성의 주파수는 L1=1575.42MHz, L2=1227.6MHz로 동일합니다.

GLONASS 시스템의 측위 능력을 더욱 향상시키고 방대한 민간 시장을 개방하기 위해 러시아는 미국 GPS 시스템과 다른 정책, 즉 군사 개방 정책을 채택했습니다. GLONASS 시스템의 민간 사용 및 암호화 없음. 4년 안에 GLONASS-M 시스템으로 업데이트하고 일부 지상 측정 및 제어 스테이션 시설을 개선하며 위성의 궤도 수명을 8년으로 연장하고 시스템의 높은 위치 정확도를 달성할 계획입니다. 10~15미터로 증가하고 타이밍이 개선되어 정확도가 20~30나노초로 향상되고 속도 정확도가 0.01미터/초에 도달합니다.

GLONASS 시스템의 주요 목적은 네비게이션과 위치 확인입니다. 물론 GPS 시스템과 마찬가지로 다양한 수준과 유형의 측정 애플리케이션, GIS 애플리케이션 및 시간-주파수 애플리케이션에도 널리 사용될 수 있습니다.

(4) 유럽 우주국 갈릴레오 시스템

2002년 3월 말, 유럽 연합은 "갈릴레오" 글로벌 위성 항법 및 위치 확인 시스템 계획의 개시를 공식적으로 승인했습니다. 계획에 따르면 시스템의 첫 번째 위성은 2004년에 발사되었으며, 2008년까지 30개의 위성을 발사하여 전체 항법 시스템 네트워크를 구축했습니다. 2002년부터 2005년까지 1단계 투자액은 11억 유로에 달했는데, 그 중 절반은 유럽연합이, 나머지 절반은 유럽우주국이 부담했다.

갈릴레오는 유럽의 독립적이고 독립적인 글로벌 다중 모드 위성 측위 및 항법 시스템으로 고정밀, 고신뢰성 측위 서비스를 제공하고 완전한 비군사적 제어 및 관리를 달성할 것입니다. Galileo는 여러 시스템에서 미국 GPS 및 러시아 GLONASS 시스템과 협력할 수 있습니다. 향후 모든 사용자는 수신기를 사용하여 각 시스템에서 데이터를 수집하거나 각 시스템의 데이터 조합을 사용하여 위치 확인 및 탐색 요구 사항을 충족할 수 있습니다. -time 기존 위성 내비게이션 시스템에서는 사용할 수 없는 미터 수준 위치 정확도 정보입니다.

갈릴레오는 우주부분, 지상부분, 사용자 세 부분으로 구성된다. 우주부분은 3개의 궤도에 분포된 중고도 궤도위성(MEO)으로 구성되며, 각 궤도면에는 10개의 위성이 있으며, 그 중 9개는 정상작동 상태이고 1개는 대기상태이다. 궤도면의 경사각은 56도이다. °. 지상 부문에는 글로벌 지상 통제 부문, 글로벌 지상 임무 부문, 글로벌 지역 네트워크, 항법 관리 센터, 지상 지원 시설 및 지상 관리 기관이 포함됩니다. 사용자측은 주로 사용자 수신자 및 이에 상응하는 제품입니다. Galileo는 GPS 및 GLONASS의 네비게이션 신호와 함께 복합 위성 네비게이션 시스템을 구성할 것입니다. 따라서 사용자 수신기는 다목적이며 호환 가능한 수신기가 될 것입니다.

갈릴레오는 내비게이션, 측위, 타이밍 등 기본 서비스 외에도 수색구조(SAR 기능) 등 특수 서비스도 제공한다. 이 시스템은 철도 안전 운영 파견, 해상 운송 시스템, 육상 함대 운송 파견, 정밀 농업, 항공기 항법 및 착륙 시스템에 적용될 수 있습니다.

(5) 우리나라의 'Beidou' 시스템

1980년대에 시작된 우리나라의 GPS 기술 연구, 개발 및 응용은 큰 진전을 이루었습니다. .

1983년 중국 과학자들은 위치 확인과 항법을 위해 두 개의 동기식 고정점 위성을 사용하는 아이디어를 제안했습니다. 이 시스템을 '이중성 위치 확인 시스템'이라고 합니다. 1993년에 우리나라는 "이중성 측위 시스템"의 시험 작업을 추가로 실시했으며 이 프로젝트는 1994년에 공식적으로 확립되었습니다. 2003년에 우리나라는 세 번째 "베이두(Beidou)" 항법 및 측위 위성을 우주로 성공적으로 발사했습니다. 궤도 진입은 우리나라가 1세대 Beidou 위성 항법 및 측위 시스템인 독립 위성 항법 시스템을 성공적으로 구축했음을 나타냅니다.

Beidou 위성 항법 시스템은 우주 위성, 지상 관제 센터 스테이션 및 사용자 단말기의 세 부분으로 구성됩니다. 우주부분은 '베이두(Beidou)' 1호로, 2개의 작업위성과 1개의 백업위성으로 구성되어 있으며, 백업위성은 2003년에 발사됐고, 측위위성 2개는 각각 2000년 10월 31일과 12월 21일에 발사됐다.

사용자는 위치 확인을 위해 1세대 'Beidou' 시스템을 사용합니다. 먼저 지상 중앙국에 요청을 보낸 다음 지상 중앙국에서 신호를 내보냅니다. 이 신호는 두 개의 위성에 반사되어 전송됩니다. 지상중앙국은 두 가지 방법으로 얻은 정보를 계산하여 측위를 완료하는데 시간이 걸립니다. 1세대 Beidou 시스템은 모든 사용자 위치 계산이 위성에서 수행되지 않고 지상 중앙 스테이션에서 완료된다는 점에서 GPS 시스템과 다릅니다. 따라서 지상 센터 스테이션은 모든 Beidou 사용자의 위치 및 시간 정보를 보유할 수 있으며 전체 시스템의 모니터링 및 관리를 담당합니다.

'Beidou' 시스템은 능동 위치 확인을 사용하는 반면 GPS와 GLONASS는 수동 위치 확인 시스템입니다. 이것이 본질적인 차이점입니다. 소위 능동 포지셔닝은 사용자가 지상 중앙국을 통해 내비게이션 및 포지셔닝 위성에 접촉해야 함을 의미하는 반면, 패시브 포지셔닝은 사용자가 위치를 결정하기 위해 위성에 직접 접촉해야 함을 의미합니다. GPS와 GLONASS의 주요 기능은 위치 확인과 타이밍입니다. 이 두 서비스에 대한 사용자 액세스의 편의성과 정확성으로 볼 때 1세대 Beidou 시스템은 여전히 ​​불리한 입장에 있습니다. 그러나 "Beidou" 시스템에는 이 두 개의 GPS 시스템보다 통신 기능이 하나 더 있습니다. 2010년 이전에 우리나라는 수동 측위와 능동 측위를 통합한 2세대 '베이두(Beidou)' 항법 및 측위 시스템이 완성될 때까지 국가 경제의 모든 영역에서 더 큰 이익을 얻을 수 있습니다.

토양과학 연구에는 많은 양의 현장 작업이 필요합니다. GPS가 민간 단계에 진입하기 전에는 현장 측위를 위해 나침반, 기압계, 미터 막대 및 기타 장비를 사용했습니다. 이러한 방법은 위치 파악이 느리고 정확도가 낮았습니다. , 낮은 반복성을 가지며 이는 장기적인 위치 확인 연구에 도움이 되지 않습니다. GPS의 출현은 이러한 단점을 극복하고 신속하고 높은 정밀도로 측위할 수 있을 뿐만 아니라 GIS 및 RS와 결합하여 새로운 데이터 자원을 직접 생성하고 토양 자원 데이터 및 준실시간을 동적이고 빠르게 업데이트할 수 있습니다. 토지이용현황.