2025-08-07
GPS 모듈이란 무엇인가요?
GPS 모듈은 GPS 신호 수신기입니다. 무선 블루투스 또는 유선 연결을 통해 컴퓨터나 휴대폰에 연결할 수 있으며, 수신한 GPS 신호를 컴퓨터나 휴대폰의 GPS 소프트웨어로 전송하여 처리합니다. 우리가 흔히 말하는 GPS 위치 모듈은 사용자 부분이라고 불립니다. 위성의 방송 C/A 코드 신호를 수신하고 복조하며, 주파수는 1575.42MHz로, 마치 '라디오'와 같습니다. GPS 모듈은 신호를 방송하지 않으며 수동적인 위치 결정 장치입니다.
GPS 모듈 응용의 핵심은 직렬 통신 프로토콜, 즉 모듈의 관련 입력 및 출력 프로토콜 형식을 공식화하는 데 있습니다. 여기에는 주로 데이터 유형과 정보 형식이 포함되며, 데이터 유형에는 주로 바이너리 정보와 NMEA(National Marine Electronics Association) 데이터 정보가 포함됩니다. 이 두 가지 유형의 정보는 직렬 포트를 통해 GPS 수신기와 통신할 수 있습니다.
GPS 모듈은 각 위성과의 의사 거리를 계산하고 거리 교차 방법을 사용하여 수신기의 네 가지 매개변수, 즉 경도, 위도, 고도 및 시간 보정을 얻습니다. 이 방법의 장점은 빠른 점 위치 결정 속도이지만 오차가 큽니다. 초기 위치 결정 모듈의 경우, 3D 위치 결정이라고 하는 계산에 최소 4개의 위성이 필요합니다. 3개의 위성으로 2D 위치 결정을 달성할 수 있지만 정확도는 좋지 않습니다. GPS 모듈은 직렬 통신 포트를 통해 NMEA 형식으로 위치 정보 및 보조 정보를 지속적으로 출력하며, 수신기가 선택하여 적용할 수 있습니다.
GPS 모듈 위치 결정 원리
24개의 GPS 위성은 고도 12,000km에서 지구를 공전하며, 12시간마다 한 바퀴를 돕니다. 이를 통해 지상의 모든 지점에서 주어진 시간에 4개 이상의 위성을 동시에 관찰할 수 있습니다.
위성의 위치가 정확하게 알려져 있으므로, GPS 관측에서 위성에서 수신기까지의 거리는 3차원 좌표계의 거리 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다. 3개의 위성을 사용하여 관측점의 위치(X, Y, Z)를 풀기 위해 세 개의 방정식을 형성할 수 있습니다. 위성 시계와 수신기 시계 간의 오차를 고려하면 실제로 네 개의 미지수, 즉 X, Y, Z 및 시계 차이가 있습니다. 따라서 네 번째 위성을 도입하여 네 개의 방정식을 형성하여 해를 구함으로써 관측점의 경도, 위도 및 고도를 얻습니다.
사실, 수신기는 4개 이상의 위성을 잠글 수 있습니다. 이 시점에서 수신기는 위성을 별자리 분포에 따라 여러 그룹으로 나눌 수 있으며, 각 그룹은 4개의 위성으로 구성됩니다. 그런 다음 알고리즘을 통해 위치 결정에 가장 작은 오차가 있는 그룹을 선택하여 정확도를 향상시킬 수 있습니다.
위성의 궤도 및 시계의 오차, 그리고 대류권 및 전리층이 신호에 미치는 영향으로 인해 민간 GPS의 위치 결정 정확도는 10미터에 불과합니다. 위치 결정 정확도를 향상시키기 위해 일반적으로 차분 GPS(DGPS) 기술이 채택됩니다. GPS 관측을 위해 기준국(DGPS 스테이션)이 설립됩니다. 알려진 기준국의 정확한 좌표를 사용하여 관측 값과 비교하여 보정 계수를 얻어 대중에게 공개합니다. 수신기가 이 보정 계수를 수신한 후 자체 관측 값과 비교하여 대부분의 오차를 제거하고 보다 정확한 위치를 얻습니다. 실험 결과 DGPS를 사용하면 위치 결정 정확도를 5미터까지 향상시킬 수 있습니다.
