1000분의 1초만 늦어져도 '큰일'…위성항법은 첨단과학의 집합체

기하학·상대성이론 등 적용

글로벌 위성항법시스템(GNSS)은 첨단 과학기술의 집약체다. 기하학과 알베르트 아인슈타인의 상대성이론 등을 적용해 실시간으로 물체 위치를 추적한다.

GNSS는 수학적으로 보면 삼변측량이다. 위성 세 기가 지상 수신기(내비게이션을 장착한 차량 등)로 전파를 쏴 도달 시간과 빛의 속도(시속 약 30만㎞)를 곱해 수신기까지 거리를 구한다. 각 위성이 산출한 거리를 반지름으로 하는 구를 그린 뒤 세 개 구에서 겹치는 한 점이 수신기의 위치가 된다. 이때 오차를 보정하기 위해 보통 위성 한 기를 추가한다.

이렇게 해도 오차가 수시로 발생해 위치값이 틀어진다. 중력이 강할수록, 속도가 빠를수록 시간이 느리게 가는 아인슈타인의 일반·특수 상대성이론에 따른 오차가 대표적이다. 시간에 빛의 속도를 곱하기 때문에 시간이 1000분의 1초만 달라져도 수백㎞의 오차가 발생한다.

오차 보정의 대표적인 기술은 실시간 키네마틱(RTK)이다. 전파는 대류층과 전리층을 통과하면서 굴절하고 태양의 플레어 등으로 간섭받아 수십m의 오차를 내는데 이런 오차를 수십㎝ 급으로 줄여주는 기술이다. RTK는 위도와 경도, 고도를 알고 있는 한 지점을 기준국으로 설정한다. 현재 위성으로부터 내려받은 기준국의 위치 정보와 앞서 파악한 기준국의 위치 정보 간 차이가 오차율이 된다. 최종적으로 현재 위치의 수신기에 오차율을 대입해 보정하면 정확한 위치가 나온다. 단 RTK는 기준국 반경 20㎞ 내의 좁은 범위에서만 사용할 수 있다.

정밀단독측위(PPP) 기법은 기준국 없이 위성으로부터 오차를 직접 받아 보정하기 때문에 RTK보다 넓은 범위에서 쓸 수 있다. 위성 자체 오차인 궤도·시간 오차 등만 보정할 수 있어 정확도가 떨어진다. 이대식 LG유플러스 FMS솔루션사업팀 책임은 “두 기술의 장점을 혼합해 대안으로 나온 PPP-RTK가 주목받고 있다”고 설명했다.

장강호 기자 callme@hankyung.com