제4부 항법 — GNSS와 그 너머

4.13 PNT 아키텍처 설계: 임무별 항법 구성의 선택과 검증

4.13.1 이 장에서 배우는 것 / 선수 지식 / 특히 중요한 독자

제4부의 앞 열두 장은 항법의 부품을 하나씩 다뤘다. 이 장은 그 부품을 한 구성으로 묶는 문제를 다룬다. 어떤 센서가 좋은가가 아니라, 이 임무가 GNSS를 잃으면 얼마나 오래, 얼마의 오차로 유지해야 하고, 그것을 무엇으로 약속하는가를 정하는 일이다. 부품 장의 값을 한 그림과 한 표로 모으고, 임무별 구성을 고르고, 구성이 서로 같은 원인으로 붕괴하지 않는지 점검하고, 시험으로 확인하는 순서를 사용한다.

배우는 것:

• 요구에서 구성으로 — 요구를 네 지표로 나타내고, GNSS 시나리오와 곱해 요구 오차 성장률로 바꾸고, 후보를 평가하고 시험하는 순서.
• 한 그림으로 모으기 — 관성·시각·지형·지상파 항법의 오차 모형을 GNSS 거부 시간 대 위치 오차 한 그림에 놓고, 5 km와 무풍 귀환 불가점 50.9 km의 요구선과 견주는 법.
• 임무별 대표 구성 — 민간 소형 UAS에서 도심 AAM과 실내·지하까지 일곱 임무의 구성과 그 근거.
• 센서 다양성과 공통 원인 — 같은 원인으로 함께 틀리는 몫이 다양성의 하한을 정하는 계산(1.16.7.1의 식).
• 무결성 아키텍처와 절차 — 교차 감시의 탐지 한계, GNSS 복귀 때의 재수락 문턱, 열화·거부 때의 모드 전환.
• 검증과 의사결정 — 시뮬레이션·비행시험의 계층, 허가된 환경의 원칙, 그리고 ① 단일 GNSS 의존+방호 ② 다중 센서 융합으로 자립 ③ 인프라 기반 대체의 세 입장.

선수 지식: 네 지표는 4.1.7, GNSS의 오차는 4.2, 관성은 4.3, 결합과 무결성 감시는 4.4, GNSS 취약성은 4.5, 방호는 4.6, 대체 항법은 4.7~4.10, 야간·저시정은 4.11, 시계·양자·정책은 4.12이다. GNSS 상실 절차는 2.6.6이다.

특히 중요한 독자: 엔지니어는 4.13.3~4.13.9의 계산과 구조를 본다. 정책·사업 담당자는 4.13.6의 매트릭스와 4.13.13의 의사결정 쟁점을 본다. 인증 담당자는 4.13.10과 4.13.16을, 운용자는 4.13.9의 절차를 먼저 읽는다.

기준 시점과 정직성. 이 장은 2026년 10월을 기준으로, 지식은 2026년 중반까지 반영했다. 구성 후보의 오차 모형 값은 앞 장들이 가정한 값을 그대로 가져온 것이고(4.13.4의 표에 출처 장을 적었다), 가상의 6 kg 결합형(1.11.7)을 기준 기체로 사용했다. 계산은 파이썬(표준 라이브러리 math)으로 했다. 제품의 실제 성능이 아니며 센서 값은 가정이다. 임무별 구성 매트릭스와 의사결정 판단은 저자의 판단이다. 군용 구성은 공개 자료 수준에서만 작성하고, 재밍·스푸핑 시험은 허가된 환경(3.20.9)과 법(18.9·19.10) 안에서만 다룬다.

4.13.2 개념·직관 — 항법 구성은 센서 목록이 아니라 시간에 따른 오차의 약속이다

항법 구성을 센서 목록으로 설명하면 어떤 임무에도 "다 달면 된다"로 끝난다. 그러나 센서는 무게·전력·돈을 먹고(4.13.11), 서로 같은 원인으로 붕괴하고(4.13.7), 어떤 구역에서는 아예 사용하지 못한다(4.7·4.8). 그래서 구성은 한 가지 질문에 대한 답으로 읽는다. GNSS가 사라진 지 $t$초가 지났을 때 위치 오차가 얼마이고, 그 숫자를 얼마나 믿을 수 있는가다.

이 질문은 곧 곡선이다. 곡선은 구성마다 모양이 다르다. 관성은 시간의 제곱~세제곱으로 가파르게 자라고, 시각 오도메트리는 거리에 비례해 천천히 자라고, 지형·지도 정합과 지상파 항법은 오차를 일정한 값에 붙잡지만 사용할 수 있는 구역이 한정된다. 임무는 그 곡선 위에 요구선(허용 오차와 거부 시간)을 긋는다. 곡선이 요구선 아래에 있으면 그 구성은 임무를 약속한다.

세 축의 요구는 다음처럼 달라진다.

4.13.3 요구에서 구성으로 — 설계 절차

4.13.3.1 네 지표를 GNSS 시나리오와 곱한다

요구는 네 지표(정확도·무결성·연속성·가용성, 4.1.7)로 나타낸다. 정상 상태의 GNSS가 그 지표를 채우는지는 4.2이 답한다. 이 장은 GNSS가 정상이 아닐 때를 다룬다. 시나리오는 세 가지다.

4.13.3.2 요구 오차 성장률

거부 구역의 폭 $L$을 속도 $V$로 지나는 데 걸리는 시간이 $T=L/V$이고 허용 위치 오차가 $E$이면, 구성이 충족해야 할 평균 오차 성장률은 다음 이하다(4.5.9).

$$\dot e_{\text{요구}}=\frac{E}{T}=\frac{E\,V}{L}$$

6 kg 결합형(순항 13.9 m/s, 1.11.7.2)에 적용하면 다음과 같다.

거리가 10배 길면 요구는 10배 엄격하다. 5 km는 수 m/분 규모, 50 km는 1 m/분 규모다. 이 차이가 구성을 결정한다. 앞은 관성으로 유지하는 영역이고, 뒤는 오차를 붙잡는 센서가 있어야 하는 영역이다.

4.13.3.3 흐름

아래 그림이 절차 전체다. 요구에서 시나리오와 요구 성장률로, 후보를 골라 평가하고, 충족하지 못하면 후보를 고친다. 충족하면 시험으로 확인하고, 시험 결과는 평가 모형을 고친다.

4.13.4 구성 요소의 오차 모형 — 앞 장에서 가져온 값

한 그림에 모으려면 모든 방식을 같은 말로 나타내야 한다. 관성 등급의 값은 4.3의 모형(등급별 가정)을 그대로 사용했다. 이 장은 수평 오차의 95 % 반경(원형 정규 분포에서 한 축 $\sigma$의 2.448배, 4.1.6)을 공통 척도로 사용한다. 앞 장이 2차원 RMS(drms)로 나타낸 값은 1.73배(2.448÷1.414)를 곱해 옮긴다. 방식은 두 부류다. 오차가 자라는 방식(거부 시간이 길수록 나빠진다)과 오차를 붙잡는 방식(사용할 수 있는 구역에서 값이 일정하다).

4.13.4.1 오차가 자라는 방식

4.13.4.2 오차를 붙잡는 방식

방식 사이의 척도를 맞추면 이 값들은 수십 m 띠(15~90 m)에 모인다. 한정 방식의 장점은 정확도보다 오차가 시간에 따라 자라지 않는다는 점이고, 단점은 사용할 수 있는 구역이 한정이라는 점이다. TRN의 시작 시한은 관성이 정한다. 검색 영역 ±990 m는 95 % 반경이 그 값에 닿기 전에 시작해야 오정합이 적다(4.8.7). 항법급 관성이면 거부 후 약 21분(1,272 s), 전술 MEMS이면 약 5분(286 s) 안이다.

4.13.4.3 실내·지하

GNSS가 처음부터 없는 곳은 다른 척도다. 요구가 통로 폭(반폭 1 m, 횡 한 축 0.23 m)에서 나온다(4.10.2). UWB는 8앵커 방에서 수평 9 cm, 좁은 통로 횡 19~75 cm(4.10.9), LiDAR SLAM은 국소 수 cm이나 긴 균일 복도에서 축 방향이 퇴화한다. 한 센서로 모든 환경을 포괄하는 구성은 없고 약점이 다른 센서를 짝지어야 한다(4.10.5.3).

4.13.5 한 그림으로 — GNSS 거부 시간 대 위치 오차

아래는 6 kg 결합형(순항 13.9 m/s)이 GNSS를 잃은 시각부터의 오차를 구성별로 그린 것이다. 세로축은 수평 오차 95 % 반경, 가로축은 거부 시간이다. 점선 수직선은 5 km(360 s)와 2.6.5.3의 무풍 귀환 불가점 50.9 km(3,662 s)이고 붉은 점선은 허용 오차 50 m다. 녹색 띠는 한정 방식이 가용한 구역에서 얻는 값(15~90 m)이다.

읽는 법은 다섯 가지다. ① 5 km 구간은 항법급 관성만으로 95 % 반경이 90 m로 허용 100 m 안이고 50 m는 넘는다. 전술 MEMS는 1.7 km다. ② 50.9 km에서는 관성만으로 3.6 km이고, 소비자 MEMS는 세 자릿수 배 더 나쁘다. ③ 시각 오도메트리는 거리에 비례해 5 km에서 80 m, 50.9 km에서 1.4 km다. ④ 녹색 띠(한정 방식)는 시간에 따라 자라지 않지만 구역에서만 성립한다. 구역 밖에서는 관성 곡선으로 되돌아간다. ⑤ 곡선이 허용선과 만나는 시각이 곧 버틸 수 있는 시간이다(2.6.6의 "허용 오차 ÷ 성장률"). 항법급 관성의 95 % 반경은 50 m에 268 s, 100 m에 381 s에 닿는다.

4.13.6 임무별 대표 구성

아래 매트릭스는 일곱 임무의 구성을 주(구성의 중심), 보(보조·조건부), —(사용하지 않음)로 나타낸다. 관성 칸은 센서 등급이다(4.3). 이것은 저자의 판단이며 특정 제품·체계의 구성이 아니다.

4.13.7 센서 다양성과 공통 원인

결론부터: 감시하는 센서가 감시받는 센서와 같은 원인으로 함께 틀리면 감시가 아무리 좋아도 소용없다. 구성의 무결성은 센서의 개수가 아니라 서로 얼마나 독립인가가 정한다. 1.16.7.1의 식이 그대로 사용된다. 주 해가 위험하게 틀릴 사건률을 $\lambda_p$, 감시가 그것을 놓칠 확률을 $q$, 둘이 같은 원인으로 함께 틀리는 비율을 $\beta$라 하면 다음이다.

$$\lambda_{\mathrm{sys}}=\lambda_p\bigl[(1-\beta)\,q+\beta\bigr]$$

GNSS 해가 위험하게 틀린 채 사용되는 사건률을 교란 환경의 가정으로 $\lambda_p=10^{-3}$/h로 두고 세 감시 구조를 견주었다. $q$와 $\beta$는 가정이며 실측이 아니다.

세 가지가 읽힌다. 첫째, 같은 GNSS 수신기를 둘 두면 거의 얻는 것이 없다. 간섭은 수신기 둘에 함께 들기 때문이다(4.6.8의 다중 위성군·다중 주파수도 같은 한계다). 둘째, 감시를 10배 좋게 하는 것보다 $\beta$를 줄이는 것이 값이 크다. 셋째, 하한은 $\lambda_p\,\max(q,\beta)$ 근처에서 정해진다. 마지막 행에서 $q$만 10배 줄이면 $\beta$가 만든 $2\times10^{-5}$ 하한에, $\beta$만 10배 줄이면($0.002$) $q$가 만든 $5.2\times10^{-5}$ 하한에 걸린다. 둘을 함께 줄여야 $7.0\times10^{-6}$에 닿는다. $\beta$를 줄이는 다양성의 투자는 감시의 성능이 아니라 서로 다른 물리와 서로 다른 소프트웨어에 사용된다(2.5.4.2·2.5.9).

이 값들을 4.1.7의 무결성 요구(접근당 $2\times10^{-7}$ 수준)와 견주려면 접근 시간으로 환산해야 한다. 접근 한 번이 6분(0.1시간)이면 가장 좋은 구조의 $6.9\times10^{-5}$/h는 접근당 약 $7\times10^{-6}$으로, 요구의 35배다. 구성만으로 항공 수준의 무결성 위험을 채우려는 것은 무리이며, 운용 한계(구역 한정·고도·절차)와 인증 논증(8.4)이 함께 있어야 한다.

4.13.8 무결성 아키텍처 — 교차 감시와 재수락

4.13.8.1 탐지의 한계는 예측의 품질이 정한다

교차 감시는 GNSS 해를 관성+보조 센서의 독립 예측과 견주는 구조다(4.4). 오경보 확률 $P_{FA}$와 탐지 확률 $P_D$를 정하면 탐지할 수 있는 최소 오프셋은 예측 불확실성 $\sigma_S$의 배수로 정해진다. 4.6.6.2는 $P_{FA}=10^{-4}$, $P_D=0.9$에서 필요한 오프셋을 $5.47\sigma_S$로 계산했다. 그런데 $\sigma_S$는 GNSS 잡음(1.5 m, 2.7.8.1)과 마지막으로 믿은 해 이후 관성 오차의 합이어서 시간이 갈수록 자란다.

4.13.8.2 GNSS가 돌아왔을 때 믿어도 되는가

GNSS가 $T$초 사라졌다가 돌아오는 순간이 가장 위험하다. 돌아온 해를 믿을지는 관성 예측과의 일치로 가린다. 아래는 위 계수로 계산한 재수락의 최소 탐지 오프셋이다(한 축 1σ, 관성 오차는 4.3 모형의 값). 4.3 모형은 단절 순간의 오차를 0으로 둔다. 결합 필터가 바이어스를 배워 둔 경우와의 비교는 4.4.8.3에 있다. 전술 MEMS에서는 이 표가 1.8~2.5배 보수적이고, 항법급은 GNSS를 짧게 받은 직후라면 낙관적이다.

거부가 길어질수록 복귀한 GNSS 해를 검증할 힘이 급격히 사라진다. 항법급이라도 10분 뒤에는 546 m보다 작은 위치 오프셋을 가려내지 못한다. 이 점은 방호와 관성만으로는 막을 수 없고, 오차를 붙잡는 센서(시각·지형 정합, 지상파 항법)가 $\sigma_S$를 눌러야 한다. 한정 방식은 위치를 주는 것 이전에 감시의 잣대를 짧게 유지한다는 가치가 있다. 재수락 정책은 두 가지가 있다. 즉시 수락하면 스푸핑에 약하고, 한동안 가중을 낮추며 서서히 수락하면 복귀가 늦다. 어느 쪽이든 문턱을 거부 시간의 함수로 정해야 한다.

4.13.8.3 한계

• 위 표는 독립 검정, 정규 오차, 한 축을 가정한 값이다. 필터를 거친 이노베이션의 시간 상관과 천천히 커지는 오프셋의 흡수는 4.6.6.3이 다룬다.
• 보호 수준과 RAIM 계열의 구조는 4.4의 몫이다. 이 장은 구성 수준에서 무엇이 탐지 한계를 정하는가만 보였다.

4.13.9 절차 — 열화·거부·복귀의 모드 전환

구성은 상태를 가진다. 같은 기체가 정상·열화·거부·한계·복귀의 다섯 상태를 오가며, 상태마다 항법 소스와 기체의 행동이 다르다. 핵심 변수는 예측 오차 $\sigma(t)$와 허용 오차 $E$의 비다. 2.6.6의 문장 "버틸 수 있는 시간은 허용 위치 오차를 오차 성장률로 나눈 값"이 이 비를 시간으로 옮긴 것이다.

착륙·이륙 단계는 따로 본다. 획득이 먼저 막히므로(4.5.4.3) 이륙 전 해 확보와 착륙 접근 중 해 상실의 대응이 별도 요구가 된다(2.7). 한계 상태의 임계 비율과 착륙 대 귀환의 판정은 임무 요구이며, 한 번 정하면 시험으로 확인하는 항목이 된다(4.13.10).

4.13.10 검증 — 시뮬레이션과 비행시험, 허가된 환경

4.13.10.1 검증의 계층

GNSS 거부 비행시험의 가장 흔하고 안전한 방법은 전파를 내는 것이 아니라 GNSS 입력을 차단하는 것이다. 필터가 GNSS 해를 받지 않게 하고 기체는 나머지 센서로 난다. 이 방식으로 거부 시간 대 오차의 실측 곡선을 얻는다. 간섭을 실제 전파로 내보내는 시험은 승인된 시험장과 사전 통보를 요구하며, 이 책은 시험 절차를 작성하지 않는다(3.20.9).

4.13.10.2 통계적으로 얼마나 비행해야 하나

곡선은 평균이 아니라 분포다. 곡선을 1σ로 그렸으면 95 % 요구에 닿는 시간이 짧아진다. 항법급 관성에서 허용 50 m에 한 축 1σ가 닿는 시간은 422 s이지만 95 % 반경(2.448σ)이 닿는 시간은 268 s다. 100 m이면 601 s와 381 s로 비가 0.63~0.64다. 1σ 곡선을 95 % 요구에 그대로 대면 시간을 1.6배 낙관한다.

시험 횟수에도 한계가 있다. 독립적인 $n$번의 비행이 모두 요구를 만족했을 때, 신뢰도 $C$로 보일 수 있는 요구 위반 확률의 상한 $p$는 $p=1-(1-C)^{1/n}$이다.

단 한 번도 실패하지 않고도 5 % 이하의 위반 확률을 95 % 신뢰로 보이려면 무고장 59번이 필요하다. 모든 비행을 거부 시나리오로 할 수는 없으므로 모의 시험과 비행 시험을 함께 사용하는 증거 구조(8.19·8.20)가 필요하다. 이 계산은 비행들이 독립이고 같은 조건이라는 단순화 위에 있다.

4.13.10.3 평가 지표

4.13.11 비용·SWaP — 센서는 항속으로 값을 치른다

센서는 질량과 전력으로 비용을 낸다. 6 kg 결합형(1.11.7.2: 사용 가능 에너지 346 Wh, 순항 145 W, 13.9 m/s, 호버 120 s 29 Wh, 항속 109 km)에 센서 묶음을 더하는 효과를 계산했다. 더한 질량은 같은 이륙 중량을 유지하려고 배터리에서 덜어 낸다(배터리 팩 180 Wh/kg, 사용 80 %)고 두었고, 질량과 전력은 교육용 가정이다. 기준(S1)은 다중 위성군 수신기와 소비자급 관성으로 이미 상시 부하 15 W에 들어 있다.

센서 0.95 kg이 항속을 반으로 줄인다. 6 kg 기체의 배터리가 2.4 kg뿐이라 0.95 kg이 배터리의 40 %에 해당하기 때문이다. 같은 묶음을 큰 기체(MALE급)에 탑재하면 비중이 훨씬 작다. 곧 구성의 선택은 기체 급과 함께 정해진다. 4.6.11이 계산한 4소자 CRPA의 비행 시간 감소 2.9 %와 4.12.5의 CSAC 0.1 %(2 kg 쿼드의 호버 동력 대비)는 이 표의 항목 중 작은 쪽에 속한다. 부피·전력·연산(2.9)과 비용은 별도 평가가 필요하다.

4.13.12 수치 예시·워크스루 — 6 kg 결합형이 귀환 불가점에서 GNSS를 잃었다

2.6.5.3의 6 kg 결합형이 무풍 귀환 불가점(50.9 km)에서 GNSS를 잃고 61분(3,662 s) 동안 돌아와야 한다. 허용 오차는 95 % 반경 100 m(4.5.9의 요구 성장률 1.64 m/분)이다. 비교를 위해 5 km(360 s) 구간도 본다. 관성은 4.3의 등급 가정(4.13.4의 표)이고, 시각 오도메트리는 4.7.4.3의 합성 모형, 정합 값은 4.7.11의 B 구성(2 km마다 90 % 성공, RMS 약 9 m를 95 % 반경 15 m로 환산), TRN은 4.8.8의 20~50 m(drms, 추정)를 95 % 반경 35~87 m로, eLoran은 4.9.8의 8~20 m(설계 목표)이다.

읽을 것은 다섯이다. ① 5 km는 항법급 관성만으로 닫힌다(95 % 반경 90 m). 허용 50 m이면 닫히지 않는다. 전술 MEMS는 1.7 km, 고급 전술 FOG도 294 m로 5 km에서 닫히지 않는다. ② 50.9 km는 관성만으로 닫히지 않는다. 항법급 관성도 3.6 km로 요구의 36배이고, 보정 없는 시각 오도메트리는 1.4 km로 요구의 14배다. ③ 닫는 것은 오차를 붙잡는 방식이다. 그러나 셋 모두 조건이 있다(구역·인프라). ④ 한 방식에만 걸면 그 조건이 깨지는 구역에서 구성이 붕괴한다. ⑤ 정합이 없는 구간의 가장 긴 연속 길이 $L_{\max}$가 시각 오도메트리의 $E/r$(1 %이면 100 m에 10 km) 아래면 귀환하고, 어느 한 구간이라도 넘으면 2.6.6의 현위치 착륙이 맞다. 착륙까지 걸리는 시간은 항법급의 95 % 오차가 100 m에 닿는 381 s가 한도다.

구성이 임무를 바꾼다. 이 구성에 시각 모듈(S2, 4.13.11)을 추가하면 항속이 109 km에서 97 km로 줄어 귀환 불가점이 50.9 km에서 약 45.2 km로 당겨진다(항속에 비례한다고 본 값). 레이더 고도계(0.1 kg·3 W, 가정)까지 추가하면 항속 91 km, 귀환 불가점은 약 42.2 km다. 센서를 늘리면 갈 수 있는 거리가 줄고, 줄어든 거리에서는 요구가 완화된다. 설계는 한 번에 끝나지 않고 4.13.3.3의 되돌이를 돈다.

고른 구성. 항법급 관성을 중심으로 서로 다른 물리의 한정 방식 둘(시각 지도 정합과 TRN 또는 eLoran)을 중첩한다. 하나가 구역 밖일 때 다른 하나가 받고, 둘의 불일치가 교차 감시가 된다(4.13.7·4.13.8). 비행 전에 경로를 구간별로 칠해 두 방식이 모두 불가한 구간의 길이를 구한다(4.7.10·16.3). 그 길이가 한도를 넘으면 임무 반경을 줄이거나 항법급 관성의 투자를 늘린다.

4.13.13 설계 트레이드오프 — 의사결정 쟁점

임무 구성의 가장 큰 분기점은 센서의 종류가 아니라 GNSS가 사라진 뒤의 약속을 어디에서 사느냐다. 세 입장이 있다. 앞 장들의 세 갈래(4.5.11의 줄인다·알아챈다·견딘다, 4.6.12의 수신기·필터·신호, 4.9.9의 기회 신호·인프라 복원·자립)는 부분 문제의 선택이었고, 이 절의 ①②③은 그것을 합친 구성 전체의 선택이다. 입장 분류는 저자가 공개 문서의 논리를 정리한 것이며, 각 입장이 누구의 공식 입장이라고 단정하지 않는다.

① 단일 GNSS 의존+방호. GNSS를 항법의 중심에 두고 안테나·신호 처리·인증으로 교란을 견디거나 알아챈다(4.6). 거부가 일어나면 관성으로 짧게 유지하고 안전하게 착륙한다.

• 근거: 비용·무게·전력이 낮고 인증 논증이 단순하다. 방호 수준 1~2(다중 대역·감시, 관성 보조)가 소형 UAS의 현실적 상한이다(4.6.10). 교란을 규범으로 억제하려는 노력이 병행된다(ICAO 총회 결의·ITU 전파규칙위원회, 4.5.8.2).
• 이해관계: 수신기·안테나 제조사, 가격과 승인 부담을 낮추려는 민간 운용자와 소형 UAS 제조사, GNSS 기반 PBN을 유지하려는 항공 당국.
• 한계: 거부가 성립하면 구성은 해가 없다. 같은 원인으로 함께 붕괴하는 몫이 하한이다(4.13.7).

② 다중 센서 융합으로 자립. 관성·시각·지형·능동 센서를 융합해 외부 신호 없이 요구 성장률을 충족한다(4.3·4.7~4.11).

• 근거: 외부 신호와 인프라에 기대지 않으므로 전자전 환경에서도 임무가 이어진다. 구역별로 사용할 수 있는 방식을 골라 오차를 붙잡는다(4.8.8).
• 이해관계: 장시간 GNSS 거부를 가정하는 군·방산, 센서·소프트웨어 공급자, 연구 커뮤니티.
• 한계: 환경 의존(조도·안개·지형 거칠기, 4.7·4.11), 연산·전력·질량(4.13.11), 구역 밖에서는 가용성이 떨어지고 인증이 어렵다.

③ 인프라 기반 대체. 지상파 항법(eLoran·DME), 기회신호 항법, 저궤도 PNT, GNSS 독립 시각원을 인프라로 깐다(4.9·4.12).

• 근거: 미국 DOT의 2021년 시연 보고서는 복원력 있는 PNT를 얻는 가장 좋은 전략이 여러 기술을 추구하는 것이라고 결론지었다(초록, 4.12.8). 영국 정책 틀도 서로 독립인 층을 중첩한다. 도시 AAM의 CNS 복원력은 인프라 문제다(15.15).
• 이해관계: 정부와 항공 당국, 항행 서비스 제공자, 인프라 사업자, 위성 서비스 사업자.
• 한계: 구축·유지 비용, 커버리지(도심·해안·실내), 기회신호의 위조 취약성(4.9), 정책·예산의 변화.

견해: 시야 내 소형 UAS는 ①로 충분하고, BVLOS·도심·AAM은 ①을 바탕으로 ②의 다양성을 추가하는 구성이 맞다고 본다. ③은 기체가 아니라 국가와 도시가 까는 층이어서 있으면 흡수하고 없다고 설계가 붕괴하지 않게 하는 것이 맞다. 근거는 세 가지다. 첫째, 5 km 구간은 항법급 관성만으로도 95 % 반경이 요구 안이지만 50.9 km에서는 관성만으로 한두 자릿수 모자라 오차를 붙잡는 센서가 있어야 한다(4.13.5). 둘째, 같은 물리의 감시는 $\beta$가 높아 무결성의 하한이 올라간다(4.13.7). 셋째, 거부가 길수록 복귀한 해를 검증할 힘이 급격히 사라져 한정 방식이 감시의 잣대도 눌러 준다(4.13.8.2). 반대로 군이 방사를 피해야 하는 임무라면 ②를 중심에 두는 판단이, 인프라가 잘 깔린 도시라면 ③에 더 기대는 판단이 합리적이다. 이 견해는 센서 값 가정과 시나리오 길이에 민감하다.

4.13.14 세 축 비교

4.13.15 관련 규격·프로토콜

유료 규격은 공개 요약의 범위에서만 다뤘다.

4.13.16 관련 규제·인증 요구와의 연결

SC-VTOL이 항법에 요구하는 구체 사항은 이 장에서 단정하지 않는다. 본문 근거는 항공 안전성 평가의 일반 구조이고 조항은 17.14에서 확인한다.

4.13.17 함정과 한계

이 장의 한계도 밝혀 둔다.

• 모형 값은 앞 장의 가정이다. 곡선의 모양은 근거가 있으나 숫자는 가정이고 실제 구성은 시험으로 확인한다.
• 한 축 모형이다. 관성 곡선은 1축 Schuler 모형이고 기동·결합·상호작용은 4.3·4.4을 본다.
• 구성 매트릭스는 저자의 판단이다. 군용 구성은 공개 자료 수준이다.
• 양자 곡선은 가정이다. 4.12의 what-if 값이며 공개 시제의 성능이 아니다. 이동 기체에서의 값은 확인되지 않았다.

4.13.18 체크포인트·연구 질문

체크포인트

1. 6 kg 결합형이 5 km와 50.9 km를 GNSS 없이 갈 때의 요구 오차 성장률을 허용 오차 100 m로 계산하라.
2. 곡선이 1σ일 때 95 % 요구에 닿는 시간이 몇 배 짧아지는지 보이고 이유를 설명하라.
3. 공통 원인 비율 $\beta$가 높은 감시 구조가 왜 감시의 성능 개선으로 구해지지 않는지 식으로 설명하라.
4. GNSS가 10분 사라졌다 돌아왔을 때 항법급 관성으로 가려낼 수 있는 최소 오프셋을 어림하라.
5. GNSS 거부 비행시험을 전파를 내지 않고 재현하는 방법과 그 한계는 무엇인가?
6. ① ② ③ 세 입장의 근거와 한계를 각각 한 문장으로 말하라.

연구 질문 — 이 장에서 파생되는 열린 주제(25.7에 모은다)

1. 구성의 공통 원인 비율 측정 — 서로 다른 항법 원리 조합의 $\beta$를 공개 사건·시험 데이터로 어떻게 추정할 수 있는가?
2. 구역 한정 방식의 가용성 지도 — 지형·지도·인프라의 가용 구역을 임무 계획에 어떻게 넣고 검증하는가(16.3)?
3. 재수락 정책의 최적화 — 거부 시간에 따라 복귀한 해의 수락 문턱과 속도를 어떻게 정하나?
4. 구성의 인증 증거 — 시험으로 증명할 수 없는 위반 확률을 모의 시험과 비행 시험의 조합으로 인정하는 방법은?

1차 출처(이 장)

• ICAO Annex 10, Vol. I Radio Navigation Aids; ICAO Doc 9613 Performance-based Navigation (PBN) Manual; ICAO Doc 9849 GNSS Manual (판 확인 필요).
• Titterton, D. H.; Weston, J. L., Strapdown Inertial Navigation Technology, 2nd ed., IET, 2004.
• Groves, P. D., Principles of GNSS, Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems, 2nd ed., Artech House, 2013.
• Kaplan, E. D.; Hegarty, C. J. (eds.), Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications, 3rd ed., Artech House, 2017.
• RTCA DO-229; RTCA DO-235B; SAE ARP4754B; SAE ARP4761A; IEC 61508 Part 6 (판 확인 필요).
• 행정명령 13905, NIST IR 8323, 미 DOT 상보 PNT 보고서(4.12.8의 확인 수준 참조).

출처를 찾고 판을 추적하는 방법은 0.9에서 다룬다.

다음 장: 제5부 5.1에서 전자전의 기초를 본다. 전자지원·전자공격·전자보호가 전자기 스펙트럼 작전에서 어떻게 나뉘는지를 개념으로 잡고, 이어 5.2의 재밍 원리(재밍 대 신호비·처리 이득·번스루 거리)로 이 제4부가 말한 GNSS의 약점을 물리로 푼다.