어느 날 갑자기 ‘GPS’가 없는 세상으로 돌아간다면?

출근길, 내비게이션을 켜고 출발했으나 “GPS 신호 없음”이라는 메시지를 보게 되면 당황스러울 수 있습니다. 내비게이션은 어떻게 위치를 파악하나요? 차량은 GPS 신호를 통해 현재 위치를 확인하고, 신호가 끊기면 다른 방법으로 보정합니다.

이번 글에서는 차량의 위치 추적 원리, GPS 신호의 한계, 그리고 대체 기술에 대해 살펴보겠습니다.

차량이 위치를 가져오는 원리(GPS, DR, MM)

GPS의 원리

내비게이션은 차량의 위치를 파악하여 안내합니다. 차량은 GPS(Global Positioning System, 위성항법 시스템)로 자신의 위치를 확인합니다.

GPS로 위치 계산하기

차량의 GPS 수신기가 위성의 신호를 받아 위치를 측정하는 방식입니다. GPS 위성은 신호를 전송하고 차량의 위치는 이 신호를 통해 계산됩니다. 한 대의 위성으로는 위치를 확인할 수 없고, 두 대 이상이 필요합니다.

위성이 제공한 거리 정보를 바탕으로 정확한 위치를 파악하려면 세 개 이상의 위성이 필요합니다.

세 번째 위성이 추가되면 유일한 위치를 특정할 수 있습니다. 더 높은 정밀성을 위해 네 번째 위성이 필요하며, 이는 수신기의 시간 오차 및 3D 고도 계산을 보정합니다.

• 신호 차단: 터널, 고층 빌딩 등에서는 신호가 약해짐
• 멀티패스 오류: 반사 신호로 인한 위치 오류 발생
• 업데이트 속도 문제: 빠르게 이동할 경우 오차 발생

GPS 신호가 끊기면 DR(Dead Reckoning, 관성항법) 기술을 사용하여 위치를 추적합니다.

DR의 원리

DR은 차량 내부 센서 정보를 활용하여 위치를 계산합니다. 차량의 이동 속도와 방향을 측정하여 이전 위치로부터 현재 위치를 유추합니다.

DR의 센서:

속도 센서, 가속도 센서, 자이로스코프, 스티어링 각 센서, 휠 속도 센서 등이 포함됩니다.

이러한 센서를 조합하여 GPS 신호 없이도 위치를 추적할 수 있습니다. 하지만 시간이 지남에 따라 오차가 누적될 수 있습니다.

MM의 원리

MM(Map Matching)은 차량의 위치 데이터를 지도와 비교하며 보정합니다. 이를 통해 더 정밀한 경로 안내가 가능합니다. 그러나 지도 데이터가 최신이 아닐 경우 부정확할 수 있습니다.

GPS 신호의 특성

GPS는 1.5GHz 대역을 사용하며, 이 주파수는 전파의 전파 범위를 최적화한 것입니다. 하지만 장애물에 의해 신호가 약해질 수 있습니다.

Wi-Fi와 GPS 주파수 비교

GPS는 1.5GHz, Wi-Fi는 2.4GHz와 5GHz 대역을 사용합니다. GPS는 넓은 지역에서 위치 추적에 최적화되어 있으며, Wi-Fi는 실내에서 유용합니다.

GPS 신호 문제와 그 원인

고층 빌딩이나 터널 등에서는 GPS 신호가 끊기거나 오류가 발생할 수 있습니다. 이를 통해 다양한 기술과 조합하여 최대한 정확한 위치를 찾습니다.

GPS의 미래

GPS는 계속 발전하고 있습니다. AI와 다른 기술들의 발전을 통해 터널이나 도심에서도 더 정확하게 길을 안내할 수 있을 것입니다.