GPS 칩이란?
GPS 칩은 GPS 위성으로부터 신호를 수신하는 GPS 안테나를 연결하거나 내장하여 현재 위치를 산출하기 위한 회로가 내장된 칩입니다.
GPS는 전지구측위시스템(영어: Global Positioning System)의 약자로, 미국 국방부가 운용하는 측위위성과 통신하여 지구상의 위치를 파악하는 것으로, GPS를 이용한 위치정보 측정은 일상생활에서도 없어서는 안 될 기술이 되었으며, GPS 칩은 고정밀화, 소형화 등 고성능을 위한 개발이 활발히 진행되고 있습니다.
현재는 GPS 위성뿐만 아니라 러시아의 GLONASS, EU의 Galileo, EU의 Galileo, 중국의 북두(北斗)의 4개 위성 시스템을 지칭하는 GNSS(영어: Global Navigation Satellite System) 외에도 인도의 GAGAN, 일본의 ‘미치비키’ 등의 신호에도 대응하는 것이 일반화되어 있습니다.
GPS 칩의 사용 용도
GPS는 유도미사일 등 군사용으로 개발되었으나, 민간용으로 개방되면서 선박이나 항공기의 항법지원에 사용되기 시작했습니다.
GPS 칩이 개발되고 소형화되면서 현재는 내비게이션, 스마트폰, 태블릿 등 휴대용 단말기에 사용되고 있습니다. 이를 통해 지도 앱에서 현재 위치나 목적지까지의 내비게이션이 가능해졌습니다.
또한 스마트워치 등 웨어러블 기기에도 GPS 로거로 탑재되어 이동거리, 걸음 수, 이동 이력 등을 확인할 수 있습니다. 이 외에도 우주 비즈니스에 적용하기 위한 개발 등도 진행되고 있습니다.
GPS 칩의 원리
GPS 위성에는 원자나 분자의 스펙트럼선이 가진 주파수를 기반으로 한 매우 정밀한 시계(원자시계)가 내장되어 있으며, GPS 위성에서 발신되는 신호는 이 정확한 시간과 위성의 위치 정보가 주를 이룹니다.
GPS에서 GPS 칩까지의 신호 도달 시간에 광속을 곱하면 GPS 위성으로부터의 거리를 계산할 수 있습니다. 즉, 그 때의 거리를 반경으로 한 구면상의 어디에 GPS 칩이 있는지를 알 수 있습니다.
이를 여러 개의 위성으로 수행하여 모든 위성의 구면이 교차하는 지점을 현재 위치로 파악할 수 있습니다. 최소 3개의 위성으로부터 정보를 수신할 수 있으면 위치를 파악할 수 있지만, 수신하는 위성의 수가 많을수록 그 정확도는 높아집니다.
위성에는 원자시계가 탑재되어 있어 매우 정확한 시간을 발신할 수 있지만, 수신 측의 GPS 칩에는 원자시계가 탑재되어 있지 않습니다. 수신측에는 일반적인 쿼츠 시계가 탑재되어 있지만 원자시계만큼의 정확도를 낼 수 없기 때문에 최소 4개 이상의 위성에서 수신하여 x, y, z, t의 네 가지를 변수로 하여 시간을 보정해야 합니다.
GPS 칩의 기타 정보
1. GPS 칩의 고정밀도화
빛은 1초에 약 30만km(3억m)를 진행하기 때문에 1,000만분의 1초의 오차도 30m의 오차가 발생한다. 이러한 시간 정보에 의한 오차 외에도 위성 위치 정보에 의한 오차, 전리층이나 대기 중 수분의 영향에 의한 오차, 건물이나 산의 반사에 의한 오차, 수신 가능한 위성 수가 적어서 생기는 오차 등이 있지만, 다양한 방식으로 수정하여 수m 이내의 오차범위 내에서 보정하고 있습니다.
최근에는 GNSS를 이용하여 오차 10cm를 실현하였고, 일본판 GPS인 ‘미치비키’는 천정 부근에 있어 수신 가능한 위성 수가 늘어나기 때문에 이를 지원하는 칩이라면 수cm의 오차가 가능해져 트랙터나 이앙기 등의 자동운전에 사용할 수 있게 되었습니다.
2. GPS 칩의 소형화로 탑재가 가능해진 것들
GPS 칩의 소형화로 인해 다음과 같은 제품에 탑재가 가능해졌습니다.
GPS 트래커
동전만한 크기로 다양한 물건에 부착하여 위치 정보를 발신할 수 있는 범용형 GPS 칩 탑재 장치로, 아이나 노인, 장애인의 옷에 부착하여 감시용으로 사용하거나, 강아지 목걸이, 짐 등에 부착하여 대상의 위치를 확인하는 데 사용합니다. 라는 소형-경량으로 3,000원 정도에 구입이 가능합니다.
드론
GPS 모듈이 작고 저렴해지면서 GPS 탑재 드론도 보급되고 있습니다. 특히 시중 가격이 크게 낮아져 사용자가 구매하기 쉬워졌는데, 4K 고화질의 HD 카메라를 장착한 모델도 대형 쇼핑몰에서 1만원대 초반에 구입할 수 있게 되었습니다.