### 0.0.1 GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou 시스템의 궤도 역학과 신호 스펙트럼
전 지구 위성 항법 시스템(GNSS)은 각기 다른 궤도 구조와 주파수 설계를 가지고 있으며, 이러한 물리적 특성은 수신기의 신호 포착 시간(Time to First Fix)과 측위 정확도에 직접적인 영향을 미친다. PX4-Autopilot은 다중 대역 수신기를 통해 각 시스템의 고유한 신호 스펙트럼을 해석하여 최적의 항법 솔루션을 도출한다.
0.1 시스템별 궤도 역학 (Orbital Mechanics)
위성 군집은 주로 중궤도(MEO: Medium Earth Orbit)에 배치되지만, 일부 시스템은 정지 궤도(GEO)나 경사 동기 궤도(IGSO)를 혼용하여 서비스 가용성을 높인다.
| 시스템 | 궤도 유형 | 평균 고도 (km) | 궤도 주기 | 특징 |
|---|---|---|---|---|
| GPS | MEO | 약 20,200 | 약 11시간 58분 | 6개 궤도면에 24개 이상의 위성 배치 |
| GLONASS | MEO | 약 19,100 | 약 11시간 15분 | 3개 궤도면에 배치되어 고위도 지역 수신 우수 |
| Galileo | MEO | 약 23,222 | 약 14시간 05분 | 민간 통제 하의 가장 정밀한 정적 궤도 |
| BeiDou | MEO/GEO/IGSO | 혼합형 | 가변적 | 아시아 지역 집중도를 위해 GEO/IGSO 위성 포함 |
0.2 신호 스펙트럼 및 주파수 대역 (Signal Spectrum)
각 위성은 L-대역(L-Band) 주파수를 사용하여 신호를 송출한다. 현대의 고정밀 드론용 수신기는 단일 주파수(L1)를 넘어 다중 주파수(L1+L2 또는 L1+L5)를 동시에 수신함으로써 전리층 지연 오차를 수학적으로 상쇄한다.
- GPS 신호:
- L1 (1575.42 MHz): C/A 코드 및 항법 메시지 전송 (표준 전용).
- L2 (1227.60 MHz): P(Y) 코드 및 민간용 L2C 신호 (정밀도 향상).
- L5 (1176.45 MHz): 항공 안전용 고출력 신호 (반사파 내성 강함).
- GLONASS 신호:
- G1 (약 1602 MHz): 각 위성마다 다른 주파수를 사용하는 FDMA 방식 채택.
- Galileo 신호:
- E1, E5a, E5b: GPS L1, L5와 주파수를 공유하여 호환성을 높이면서도 독자적인 변조 방식을 사용.
0.3 PX4 환경에서의 멀티 스펙트럼 활용
PX4의 GPS 드라이버 스택은 수신기가 보고하는 각 위성 시스템의 식별자(PRN)와 주파수 지표를 바탕으로 데이터의 신뢰도를 실시간 평가한다. 특히 L5 신호는 대역폭이 넓어 도심지의 다중 경로(Multi-path) 환경에서 신호 변별력이 높으므로, PX4는 L5 수신이 가능한 환경에서 수평 위치 오차(EPH)를 더욱 보수적으로(낮게) 평가하여 정밀 비행을 유도한다.
이러한 다양한 위성 시스템의 궤도 및 신호 특성을 이해하는 것은, 특정 비행 환경(예: 고층 빌딩 숲)에서 왜 어떤 위성 시스템이 더 잘 잡히고 안정적인지를 분석하는 데 필수적인 기초 지식이 된다.