GNSS 측량의 오차와 정확도 4

1. 위성 기하학의 배치 상태(DOP, Dilution of Precision)

측위에 사용되는 우주 공간에서의 위성 배치 및 분포가 좋지 않으면 측위 정확도가 저하된다. 이것은 삼각측량 혹은 삼변 측량에서 도형의 강도와 비슷한 관계이다. 극단적으로 4개 위성이 거의 같은 위치에 모여 있다면, 측위 정확도가 나빠질 것이라는 것은 쉽게 이해될 것이다. 측정(단독 측위에서는 의사 거리측정) 정확도는 정해져 있다고 할 때, 하나하나의 의사 거리 오차가 최종 결과에 어떤 식으로 전파되는가에 대한 문제이다. 만약 의사 거리가 절대적으로 정확하게 측정된다면, 위성의 배치는 측위 결과의 정확도에 영향을 주지 않을 것이다.

 

위성의 배치에 따른 정확도의 영향은 DOP((dilution of precision), 정확도 저하율)라는 수치로 나타낸다. 이 수치는 위성의 의사거리에 단위 오차가 있을 경우, 측위 오차는 몇 배로 될 것인지를 나타낸 것이다. 따라서 이 수치를 이용할 경우 4개의 위성에 대한 의사거리의 오차가 동일하다고 생각해야 한다. 만약 특정한 위성의 의사 거리에 큰 오차가 있을 경우, 원래의 측위 계산식을 사용하여 다시 계산해야 한다.

 

또한 위성의 궤도오차는 DOP에 고려되지 않는다. DOP는 위성의 위치가 정확하다고 가정했을 경우 위성의 배치에 의한 영향만 나타낸 것이다. 측위의 목적에 따라서 이상적인 위성 배치 형태는 약간 다를 수 있다. 예를 들면, 수평 위치의 정확도가 필요할 경우와 상하 위치가 필요한 경우에 따라 이상적인 위성 배치 형태가 달라진다. DOP는 다음과 같은 여러 가지 종류가 있다.

- 기하학적 정확도 저하율 GDOP (Geometrical DOP)

- 위치 정확도 저하율 PDOP(Position DOP)

- 수평 정확도 저하율 HDOP(Horizontal DOP)

- 수직 정확도 저하율 VDOP(Vertical DOP)

- 시각 정확도 저하율 TDOP(Time DOP)

이 외에 GPS 측량을 위하여 상대 정확도 저하율 RDOP(Relative DOP)가 사용된 적도 있었지만, 최근 이것의 의미는 없어졌다. 단독측위든 GPS 측량이든, 모두 PDOP 혹은 GDOP만 주의하면 대체로 좋은 결과를 얻을 수 있다.

 

 

2. 전파혼신

혼신전파에는 크게 2종류가 있는데, 하나는 펄스 성 잡음이며 다른 하나는 통신전파이다. 펄스성 잡음 전파는 번개와 같은 전기 스파크에 의해 발생한다. 최근에는 반도체로 제어되는 전력기기(모터나 전열)가 보급되고, 또 컴퓨터를 비롯해 디지털 회로를 가진 가전제품이 많이 사용되고 있다. CD, DVD 플레이어나 디지털 비디오, 디지털카메라 등이 이러한 예이다. 이러한 기기 내부에서는 디지털 데이터 처리를 위하여 전류가 급격히 ON/OFF 되고 있으며, 이에 따라 전기 스파크와 비슷한 잡음 전파가 발생하기도 한다.

 

인공 전파의 영향은 약간 더 복잡하다. 상당히 전력이 강력한 송신국이 가까이 있을 경우, 대부분의 GNSS 수신기는 큰 영향을 받아서 수신이 불가능하게 되거나 측위 정확도가 떨어지게 된다. 송신국 전력이 비교적 적고 상당히 먼 거리에 있을 경우에도 송신 주파수와 GNSS 수신기의 내부구조가 적절히 맞아떨어질 경우 현저한 영향을 받을 수 있다. 즉 방해원의 주파수와 GNSS 수신기의 기종, 제조사에 따라 ｢선택적｣으로 영향을 받는다. GNSS 수신기의 이미지대(image band) 또는 스퓨리어스대(spurious band)라는 수신주파수 이외의 주파수에서 불필요하게 감도가 높기 때문이다.

 

다음의 표는 여러 원인에 의한 수신 장애의 정도를 나타낸 것이다.

표. GNSS 수신에 대한 외래 전파의 전파 혼신 장애의 원인과 영향

장애원인과 선택성	장애발생시간	영향거리의 기준@	비고
GNSS 수신기 전체에 영향을 주는 펄스성 잡음
전기철도 전기용접 초고압송전선 가솔린엔진 고출력 특수모터 번개	항상 사용 시 항상 사용 시 사용 시 발생시만*	100m 100m 100m 수십 m 10m 수 km	전차 접근 시에 증대 자동차, 농경기 등 사이리스터제어기
모든 GNSS 수신기에 영향을 주는 인공전파 (특정 GNSS 수신기의 경우 영향거리가 10배～100배에 달하는 경우도 있다.)
고전력 레이더 우주통신․추적관제장치 고전력 방송․통신설비 전파항법육상국 고주파이용공작기계 계산기, 워드프로세서	항상, 사용 시 지향방향 내부* 사용 시 지향방향 내부* 항상* 항상* 사용 시 사용 시	수백 m 수 km 수백 m 수 km 수백 m 수백 m 100m 수m	기상용, 군용 TV, 음성방송 모두 오메가, 로란 등 과학실험설비도 포함 CD플레이어, 디지털 카메라, 캠코더 등 포함
일반적으로 문제가 없지만 특정 GNSS 수신기에만 영향을 미칠 수 있는 인공전파
항공관제무선장치 고정무선통신설비 마이크로중계기 무전기 휴대폰 카폰# FM라디오	항상 사용 시 항상 사용 시 항상 사용 시	1km 수백 m 100m 이하 수십 m 수십 m 수 m 이하	어업무선국 등 비통화시에도 장애

@ 조건에 따라 크게 다르다. 어디까지나 개략적인 기준이다.

* 발생원이 안테나 지향 방향에서 매우 가까운 거리(100m 이내)에 있는 경우에는 GPS 수신기(전원을 넣지 않아 도)의 회로가 파괴되는 경우도 있다. 또 인체에도 장해를 주는 경우가 있기 때문에 접근하지 않는 것이 좋다.

# 휴대전화기의 경우 통화하지 않고 있을 때에도 기지국에 그 전화가 서비스 범위에 있는 것을 알리기 위해 주 기적으로 발신을 한다.