Carrier-Phase GPS

반송파 위상 (Carrier-Phase) GPS라고 불리는 이런 GPS 응용분야는 일반인들이 사용하는 부호 위상(Code-Phase) GPS보다 매우 정밀도가 높은 반면에 장시간의 측정이 필요하고 특별한 소프트웨어가 필요하다는 단점이 있다.

부호 위상과 반송파 위상의 비교

부호-위상이니 반송파-위상이니 하는 말은 우리가 타이밍(timing)측정을 위해 이용하는 신호를 가지고 구분하는 용어이다. 반송파-위상의 파장이 좀더 짧기 때문에 더 정밀한 위치측정이 가능하다. 일반적인 GPS 수신기는 수신기 자체에서 의사 난수 부호(Pseudo Random Code)를 발생시키고 그것을 수신된 위성신호와 비교하므로써 위성신호의 전달시간을 측정한다.

위성으로부터 받은 신호를 얼마만큼 이동시켜야 수신기 신호와 겹치는가를 측정하면 신호가 전달되는 시간을 계산할 수 있다. 여기서 문제는 의사 난수 부호의 분해능(Resolution)이 약 1/1000 초로써 거리로 환산할 경우 약 300m 의 오차를 유발시킨다는 것이다. 실제로 성능이 좋은 수신기들은 이보다 좀더 작은 오차로 의사거리(Pseudo-range)를 계산하는데 약 3-6m 의 오차범위를 가진다. 측지학자들은 이러한 문제점을 의사 난수 부호대신에 반송파의 위상을 측정함으로 해결하였다.

위의 그림에서 볼 수 있듯이 반송파의 진동수가 부호보다 높기 때문에(파장이 짧기 때문에) 좀더 정확히 의사 거리를 측정할 수 있도록 도와준다. 실제로 의사 부호 코드는 1 MHz 의 신호로 볼 수 있고 반송파는 GHz 1000 배나 조밀한 단위이다. 빛의 속도 300000 km/s를 이용하여 반송파의 파장을 계산하면 약 20 cm 정도인데 만약 수신기가 한 파장의 1% 까지 감지할 수 있다면 의사거리의 정밀도는 3-4 mm 까지 높아질 수 있다!

실제로 이용에 있어서 반송파를 이용하는 방법은 위성과 수신기간에 존재하는 반송파 파장의 갯수를 세는 작업이다. 문제는 반송파는 모든 파장의 파형이 고르기 때문에 파장의 갯수를 세기가 까다롭다는 것인데 의사 난수 코드는 각 비트가 불규칙하므로 쉽게 수신기가 신호의 어느 부분을 감지하고 있는지 판단할 수 있다. 따라서 반송파의 신호갯수를 세는데 있어 의사 난수 코드를 사용한다. 만약 수신기가 의사 난수 코드를 이용하여 1m 까지 결정할 수 있다면 1 m 안에는 단지 몇 개의 반송파 파장이 존재하기 때문이다. 이처럼 처음 몇 개의 반송파 안에 존재하는 위상의 갯수를 결정하는 것을 모호정수 결정(Ambiguity Resolution)이라고 부르는데 수신기 안에 들어가는 소프트웨어의 발달에 따라 이러한 귀찮은 작업은 나날이 손쉬워지고 있다.

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