모호정수(Ambiguity)

1. 모호정수란? 

모호정수는 위성 신호의 수신 시작 시점에서 측정되는 GPS 위성과 GPS 수신기 사이에 반송파 파장의 개수를 의미한다.

 

1) 반송파

반송파의 진동수는 C/A 코드 부호보다 높기 때문에(파장이 짧기 때문에) 좀더 정확히 의사 거리를 측정할 수 있도록 도와준다. 실제로 C/A(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.

 

반송파를 이용하는 방법은 위성과 수신기간에 존재하는 반송파 파장의 갯수(모호정수)를 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 부릅니다.

 

2. 모호정수의 결정방법

한점의 위치를 mm까지의 정밀도로 상대측위 하는 것으로 간섭계(Interferometry)의 원리를 GPS에 적용하므로 가능하다. DGPS에서처럼 여러 수신기를 사용하는데 일반 사용자들이 이용하는 것과는 다른 매우 고가의 수신 장비를 이용하여 장시간 동안의 측량을 통해서 이루어질 수 있다. 측지가들이 이용하는 이러한 기술들은 일반 사용자들이 구현하기에는 다소 너무 전문적이었지만 현재는 보통 GPS 수신기에도 이러한 기술들이 서서히 적용되고 있다.

반송파의 경우 수신된 파가 언제 위성으로부터 출발하였는지 알 수 없으므로 2개 이상의 측량용 수신기로 GPS 위성이 방송하는 C/A 코드 및 L1, L2 전파의 위상(Carrier Phase)을 관측하여, 상대 측위를 행함으로서 관측점 간의 기선 벡터를 구할 수 있게 된다.

 

 

1) PPP(Precise Point Positioning) 측정

PPP 측정 방법은 GPS 수신기와 GPS 위성에 대한 정확한 궤도 정보를 이용하여 모호정수를 해결하는 방법입니다. 이 방법은 GPS 수신기가 오랜 시간 동안 (일반적으로 몇 시간 이상) 위치를 고정시키고 위성 신호를 모으는 방식으로 작동합니다. 이후, 전체 측정 기간 동안 수집된 위성 신호와 정확한 궤도 정보를 사용하여 모호정수를 결정합니다. 정확한 정적 방법은 높은 정확도를 제공하지만, 오랜 시간과 정교한 장비와 데이터 처리가 필요합니다.

2) Network-RTK 측정

Network RTK는 실시간으로 모호정수를 결정하여 위치 정보를 제공하는 방법입니다. 이 방법은 기지국과 이동 수신기를 사용하여 두 위치 사이의 모호정수를 해결하는데, 기지국에서 GPS 신호를 수집하고 해당 데이터를 이동 수신기로 전송합니다. 이동 수신기는 기지국과의 거리를 계산하여 모호정수를 결정하고 실시간으로 위치 정보를 보정하여 제공합니다. RTK는 빠른 위치 정보 제공이 가능하지만, 기지국과 이동 수신기의 연결이 필요하고, 제한된 거리 내에서 작동하며 지형과 건물 등의 장애물에 영향을 받을 수 있습니다.