먼 옛날 넓은 바다를 항해하던 배가 북극성처럼 지구에서 멀리 있는 고정된 별을 보고 위치를 찾았다면, 지금은 약 2만km 높이에서 12시간에 한 번씩 지구를 도는 위성을 통해 자신의 위치를 찾는다.
이런 방법을 글로벌항법위성시스템(GNSS)이라 하며, 널리 알려진 GPS는 미국이 운용하는 시스템의 이름이다.
GPS는 현재 군사용과 민간용으로 사용하고 있지만 오차범위는 각각 3m와 15m로 다르다.
또 GPS를 운용하는 미국이 오차범위를 인위적으로 조정할 수 있어 전쟁이 일어났을 때 오차범위를 확대시키면 미사일이 다른 곳에 떨어지거나 항공기가 서로 충돌할 수 있다.
이를 막기 위해 유럽, 러시아, 중국, 인도, 일본은 독자적인 GNSS를 개발하려고 한다.
특히 유럽이 2013년부터 가동을 목표로 한 GNSS ‘갈릴레오’는 오차범위가 1m 이내로 GPS보다 정확하며 우리나라도 참여하고 있다.
지구 전역에서 항상 위성 네 개와 교신하려면 최소 몇 개의 위성이 필요할까.
수학적으로 GNSS를 가동하기 위해 필요한 위성은 최소 24개다.
지난해 12월 26일 위성망을 복원한 러시아의 글로나스도 총 24개의 위성을 이용하며, 미국은 GPS에서 위성이 고장날 경우를 대비해 총 32개의 위성을 운용한다.
GNSS는 어떻게 위치를 찾을까.
현재 사용하고 있는 GPS는 4개의 위성을 통해 위치를 계산한다.
GPS수신기는 3개 위성과 거리를 잰 뒤 이를 삼각측량해 현재 위치를 구하고, 다른 한 개 위성으로 오차를 수정한다.(위성을 이용한 삼각측량법은 2007년 5월 3일 ‘인공위성으로 거리와 위치를 알아낸다’ 참조)
이때 GPS수신기와 위성에 장착된 시계에는 조금의 오차도 없어야 한다.
아무리 작은 시간이라도 빛의 속도(1초당 30만km)를 곱하면 오차는 어마어마해진다.
그래서 GPS위성은 16만년이 지나도 1초 밖에 차이가 없는 정밀한 원자시계를 사용한다.
다만 GPS수신기에는 값비싼 원자시계를 달지 못해 수신기에서 오차가 발생한다.
네 번째 위성은 이를 수정하기 위해 필요한 셈이다.
GPS에도 한계는 있다.
영화에 종종 등장하는, 도망자가 어디에 숨든 위치를 밝혀내는 기술은 과장된 측면이다.
아직 GPS는 실내에서 완벽하게 신호를 잡을 수 없다.
위성신호가 교란되거나 차단되기 때문이다.
실내가 아니라도 빌딩이 들어선 도심이나 나무가 빼곡한 숲에서는 GPS의 효율이 떨어진다.
2001년 911테러가 일어났을 때는 건물 안 조난자의 위치를 파악하지 못해 인명구조에 실패했고, 불이 난 2층 빌딩에 쓰러진 소방관을 찾지 못해 사망하게 한 경우도 있다.
실제로 미국 화재현장에서 일어난 소방관 참사의 16%는 소방관이 건물 안에서 길을 잃거나 갇혀서 발생한다.
이런 문제점을 해결하기 위해 GPS기술이 진화하고 있다.
화재가 발생한 건물 주위에 임시적으로 벽을 통과하는 전파를 사용하는 이동기지국을 설치하면 소방관이 갖고 있는 수신기과 교신해 위치를 알 수 있다.
이동기지국이 위성을 대체한 셈이다.
이 기술은 건물 같은 일정 범위에 한해 1m 오차 이내로 위치를 찾을 수 있다.
또 일반인에게 제공되는 A-GPS(Assisted-GPS)라는 기술도 있다.
A-GPS는 실내에서도 교신이 가능한 휴대전화 통신망으로 위성신호를 전송하기 때문에 실내에서 위성신호를 받지 못하는 GPS수신기의 단점을 보완할 수 있다.
다만 기지국에서 단말기에 전달하는 정보가 많아 전용채널을 차지해야 하고, 사용자가 늘어나면 응답속도가 느려진다.
GNSS는 GPS가 가진 한계를 점점 극복하고 있다.
유럽연합이 2013년 갈릴레오를 가동하면 오차범위도 1m 안으로 좁아지고, GPS도 무선랜이나 와이브로, 전자태그(RFID) 같은 무선통신망을 연계하면 좁은 지역에서 정확한 위치를 찾을 수 있다.
GNSS 기술이 발전할수록 미아나 조난자를 찾을 확률도 높아지지만, 개인의 위치정보도 쉽게 노출된다.
GNSS의 편리함을 제대로 누리려면 기술을 사용하는 사람의 올바른 의식도 필요한 셈이다.