자동차를 운전하다 터널에 들어가면 GPS 신호가 끊기는데도 내비게이션은 계속 차량의 위치를 표시합니다.
드론이나 자율주행차도 잠시 GNSS 신호가 약해져도 곧바로 방향을 잃지 않습니다.
그렇다면 위성 신호가 없는데도 어떻게 현재 위치를 알 수 있을까요?
그 비밀은 INS(Inertial Navigation System, 관성항법장치) 에 있습니다.
이번 글에서는 GNSS와 INS의 차이점, 그리고 두 기술이 어떻게 함께 사용되는지 쉽게 알아보겠습니다.
INS란 무엇인가?
INS는 Inertial Navigation System의 약자입니다.
우리말로는 관성항법장치라고 합니다.
쉽게 말하면,
가속도와 회전 정보를 이용해 현재 위치와 이동 방향을 계산하는 시스템
입니다.
GNSS처럼 위성 신호를 사용하는 것이 아니라, 장비 내부의 센서를 이용해 위치를 추정합니다.
INS는 어떻게 위치를 계산할까?
INS에는 다음과 같은 센서가 들어 있습니다.
가속도계(Accelerometer)
앞뒤, 좌우, 위아래 방향의 가속도를 측정합니다.
예를 들어 차량이 출발하거나 멈추는 움직임을 감지합니다.
자이로스코프(Gyroscope)
회전하는 방향과 각속도를 측정합니다.
차량이 좌회전하거나 우회전할 때 얼마나 회전했는지 계산합니다.
경우에 따라 사용하는 센서
자기센서(전자나침반)
기압센서(고도 추정)
바퀴 속도 센서
IMU(Inertial Measurement Unit)
이러한 정보를 종합하여 현재 이동 경로를 계산합니다.
GNSS와 INS의 가장 큰 차이
두 기술은 위치를 계산하는 방법이 완전히 다릅니다.
| 구분 | GNSS | INS |
|---|---|---|
| 위치 계산 | 위성 신호 이용 | 센서 정보 이용 |
| 외부 신호 | 필요 | 필요 없음 |
| 터널 | 사용 어려움 | 사용 가능 |
| 장시간 정확도 | 높음 | 오차 누적 |
INS에도 약점이 있다
INS는 외부 신호가 없어도 사용할 수 있지만, 시간이 지날수록 오차가 조금씩 쌓입니다.
예를 들어,
처음에는 정확하지만
1분 후
5분 후
10분 후
가 될수록 실제 위치와 조금씩 차이가 생길 수 있습니다.
이를 드리프트(Drift) 라고 합니다.
그렇다면 GNSS와 INS를 함께 쓰면?
바로 이것이 최신 위치 기술의 핵심입니다.
GNSS의 장점
장시간 사용해도 위치 오차가 크게 누적되지 않습니다.
절대 위치를 정확하게 제공합니다.
INS의 장점
터널이나 실내에서도 계속 위치를 계산할 수 있습니다.
매우 빠른 업데이트가 가능합니다.
두 기술을 결합하면 서로의 약점을 보완할 수 있습니다.
GNSS + INS 융합의 원리
평소에는 GNSS가 정확한 위치를 제공합니다.
터널이나 지하주차장처럼 위성 신호가 끊기면 INS가 이동 거리를 계산해 위치를 이어갑니다.
다시 하늘이 보이면 GNSS가 현재 위치를 확인하고 INS에 누적된 오차를 보정합니다.
이 과정을 반복하면서 안정적인 위치 정보를 제공합니다.
어디에서 사용될까?
자동차 내비게이션
터널에서도 차량 위치가 계속 표시됩니다.
자율주행 자동차
위성 신호가 일시적으로 끊겨도 안전하게 주행할 수 있도록 도와줍니다.
드론
비행 중 순간적인 GNSS 장애에도 자세와 위치를 유지합니다.
항공기
장거리 비행에서 GNSS와 INS를 함께 사용하여 높은 신뢰성을 확보합니다.
선박
해상에서도 안정적인 항법을 제공합니다.
스마트폰
최신 스마트폰은 가속도계와 자이로스코프를 이용해 이동 방향을 추정하고, GNSS와 함께 활용합니다.
쉽게 이해하는 비유
GNSS와 INS를 사람에 비유해 보겠습니다.
GNSS는 지도와 표지판을 보며 길을 찾는 사람입니다.
현재 위치를 정확하게 알 수 있지만, 표지판이 없는 곳에서는 어려움을 겪습니다.
INS는 눈을 감고 걸어온 걸음 수와 방향을 기억하는 사람입니다.
잠시 표지판이 없어도 계속 이동할 수 있지만, 시간이 지나면 조금씩 방향이 틀릴 수 있습니다.
두 사람이 함께 이동하면 가장 정확하게 목적지에 도착할 수 있습니다.
GNSS와 INS는 경쟁 기술이 아니다
가끔 GNSS와 INS를 서로 경쟁하는 기술로 생각하는 경우가 있습니다.
하지만 실제로는 그렇지 않습니다.
현대의 항법 시스템은 대부분 두 기술을 함께 사용합니다.
GNSS는 절대 위치를 제공하고,
INS는 연속적인 움직임을 추적합니다.
즉,
GNSS와 INS는 서로를 대체하는 기술이 아니라 서로를 보완하는 기술입니다.
GNSS 전체 구조에서 INS의 역할
GNSS 기반 위치 시스템은 다음과 같이 동작합니다.
GNSS 위성 신호 수신
↓
현재 위치 계산
↓
터널·실내 등 신호 약화
↓
INS가 이동 거리와 방향 계산
↓
GNSS 신호 복구
↓
INS 오차 보정
↓
정확한 위치 유지
자주 묻는 질문(FAQ)
Q. INS만으로도 계속 위치를 계산할 수 있나요?
가능하지만 시간이 지날수록 오차가 누적됩니다.
그래서 대부분의 시스템은 GNSS와 함께 사용합니다.
Q. 스마트폰에도 INS가 있나요?
전문적인 INS 장비는 아니지만, 스마트폰에는 가속도계와 자이로스코프가 내장되어 있어 비슷한 원리로 움직임을 추정합니다.
Q. 자율주행차는 왜 GNSS와 INS를 모두 사용할까요?
한 가지 기술만으로는 모든 환경에서 안정적인 위치 정보를 제공하기 어렵기 때문입니다.
GNSS와 INS를 함께 사용하면 다양한 환경에서도 높은 신뢰성을 유지할 수 있습니다.
핵심 정리
이번 글의 핵심은 다음과 같습니다.
GNSS는 위성 신호를 이용해 절대 위치를 계산한다.
INS는 센서를 이용해 이동 경로를 추적한다.
INS는 외부 신호 없이도 동작하지만 오차가 누적된다.
최신 차량, 드론, 항공기, 자율주행 시스템은 GNSS와 INS를 함께 사용한다.
마무리
GNSS는 매우 정확한 위치 정보를 제공하지만, 위성 신호가 차단되는 환경에서는 한계가 있습니다.
반대로 INS는 외부 신호 없이도 움직임을 계속 추적할 수 있지만 시간이 지나면 오차가 누적됩니다.
그래서 오늘날의 첨단 항법 시스템은 두 기술을 결합해 각각의 장점을 최대한 활용하고 있습니다.
우리가 터널에서도 끊김 없이 내비게이션을 사용할 수 있는 이유도 바로 GNSS와 INS의 협력 덕분입니다.
다음 글 예고
다음 편에서는 PNT(Positioning, Navigation and Timing)란 무엇인가? GNSS가 단순한 GPS가 아닌 이유를 알아보겠습니다.
'위치(Positioning)', '항법(Navigation)', '시간(Time)'이라는 세 가지 핵심 개념을 중심으로 현대 GNSS 시스템의 역할을 쉽게 설명해 드리겠습니다.
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