GPS는 실제로 어떻게 기기의 위치를 계산할까요?

GPS는 삼변측량(trilateration) 원리로 작동합니다. 각 위성은 자신의 정확한 위치와 신호를 보낸 정확한 시각을 계속 방송하고, 수신기는 신호가 출발한 시각과 도착한 시각을 비교해 각 위성까지의 거리를 계산합니다. 이렇게 네 개 이상의 위성 신호를 확보하면 자신의 위치와 시계 오차까지 함께 풀어낼 수 있습니다. 전파는 빛의 속도로 움직이기 때문에 아주 작은 시간 오차도 큰 거리 오차로 이어지는데, 위성마다 나노초 단위로 정확한 원자시계를 싣고 다니는 이유가 여기에 있습니다.

카메라 기반 방식이라면 엄청난 대역폭이 필요하고 구름이 끼거나 밤이 되면 무용지물이 됩니다. 레이더 반사파를 이용하는 방식은 기기 하나하나를 능동적으로 스캔해야 하는데, 그 거리에서 수십억 대의 기기를 동시에 처리하기엔 현실성이 없습니다.

여기서는 상대성이론도 변수로 작용합니다. 위성 시계는 궤도 고도의 약한 중력 때문에 더 빨리 가지만, 빠른 궤도 속도 때문에는 더 느리게 갑니다. 엔지니어들은 이 두 효과를 모두 보정하는데, 그렇지 않으면 GPS 위치는 하루 만에 몇 킬로미터씩 어긋나 버릴 것입니다.