(요약/배경) 드론의 무선조종기술 관련해서 관련 장치와 조종기술를 소개를 해 달라. 향후, 드론사업으로 창업시에 본 장치 및 조종기술을 응용하는 사업아이템을 창출하고자 한다.

(드론의 무선조종기술관련 GPS센서, 지자기센서 및 자이로센서기술) 드론 기체의 제어부에는 비행제어기, 센서융합기 및 각종 센서들로 구성돼 있다. 드론이 안정적으로 비행하기 위해서는 드론에 장착된 각종 센서들을 이용해 자신의 비행상태를 측정해야 한다. 드론의 비행상태는 회전운동상태(Rotational States)와 병진운동상태(Translational States)로 정의된다. 회전운동상태는 ‘요(Yaw)’, ‘피치 (Pitch)’, ‘롤 (Roll)’을 의미하며, 병진운동상태는 경도, 위도, 고도, 속도를 의미한다. 회전운동상태를 측정하기위해 3축 자이로센서(Gyroscopes), 3축 가속도센서(Accelerometers), 3축 지자기센서(Magnetometers)를 이용하고, 병진운동상태를 측정하기 위해 GPS수신기와 기압센서(Barometric Pressure Sensor)를 이용한다. 지구자기장은 지구가 방출하는 자기장을 말한다. 나침반이 항상 북쪽을 가리키는 것은 지구자기장 때문이다. 드론이 진행방향을 인식 할 수 있는 이유는 이 지자기를 인식할 수 있는 센서가 내장돼 있기 때문이다. 언제나 자신의 방향을 인식 할 수 있는 전자나침반인 지자기 센서를 내장해 안정적인 비행을 할 수 있게 되었다. 자이로센서는 지표면을 중심으로 기울기, 가속도 등을 측정할 수 있는 센서이다. 이 센서를 통해 드론은 자세나 위치를 추정해 비행을 보정 할 수 있다. 대부분의 드론에 탑재되는 자이로 센서는 3축 가속도, 3축 각속도를 파악해 드론의 현재 위치를 파악해 기울어지지 않게 만들어 준다. 자이로센서는 초기 값과 오차 값이 일정하게 유지되는 가속도 센서와 같이 사용하는 것이다. 지자기센서는 지자기를 검출하는 데 사용되는 센서. 가장 간단한 것은 지침으로서, 지자기의 방향을 직접 알 수 있을 뿐 아니라, 진동주기로부터 크기를 알 수 있다. 자침 이외에도 보다 감도 높게, 보다 간편하게 지자기를 검출하기 위해서 많은 센서가 개발되고 있다. 회전 코일을 사용한 자기의, 강자성체의 자기포화 현상을 이용한 포화철심형(fluxgate)자력계, 양성자(proton)의 핵자기 공명을 이용한 양자 자력계, 루비듐이나 세슘 원자의 제만효과를 이용한 광(光) 펌핑 자력계, 초전도현상을 이용한 SQUID 등이 있어 장점을 살려 사용되고 있다.드론이 진행방향을 인식할 수 있는 이유는 지자기를 인식할수 있는 센서가 내장되어 있기 때문이다. 1970년대 초 미국에서 개발하여 선박, 항공기 운항에 이용하는 위성항법시스템이다. 지구상공에 떠 있는 24개의 인공위성을 이용하여 전세계 어디에서나 수신기를 이용하여 인공위성 전파의 도달시간을 측정하여 선박에 설치된 수신기로 위치를 구하는 시스템이다. 위치 정보는 GPS수신기로 3개 이상의 위성으로부터 정확한 시간과 거리를 측정하여 3개의 각각 다른 거리를 삼각 방법에 의하여 현 위치를 정확히 계산할 수 있다. 나침반과 달리 위성항법시스템은 위도·경도·고도의 위치뿐만 아니라 3차원의 속도정보와 함께 정확한 시간까지 얻을 수 있다.

그림1. 드론의 GPS센서/지자기센서/자이로센서 및 가속도센서

(드론의 무선조종기술) 블루투스로 스마트폰과 헤드셋을 연결하는 것처럼 조종기와 드론을 연결할 때를 바인딩이라고 한다. 기본적으로 조종기와 드론이 1:1로 연결되는 경우도 있지만, 일부 조종기는 여러 대의 드론과 연결할 수 있다. 주파수는 무선조종기에서 드론을 조작하기 위해 발생하는 신호 구간이다. 드론을 무선조종기로 조작할 수 있는 것은 주파수를 사용해서 신로를 전달하기 때문이다. 드론은 국내 전파법상 ‘소출력 무선기기’로 구분되고 있다. 드론을 비롯해 대부분 RC헬기, 비행기는 2.4Ghz 대역을 사용해 먼 거리까지 신호를 보낼 수 있다. 같은 2.4Ghz 주파수를 사용해도 출력에 따라 30~50m에서 1km이상까지 수신거리는 다양한다. 채널은 드론이 움직일 수 있는 방향을 명령하는 신호를 인식할 수 있는 수를 나타낸다. 전후좌우, 상하회전이 필요한 드론은 대부분 4채널, 6채널로 구분되는데, 최근에는 입문 모델도 6채널을 지원하고 있다. 4채널은 상하(1채널), 좌우(1채널), 기울기(1채널), 전후진(1채널) 이렇게 4개의 채널을 사용한다. 여기에 6채널은 상하가 뒤집어지는 배면 비행도 가능하게 된다.

Tip

상기에서 서술한, 드론의 장치의 센서기술 및 무선조종기술을 심층적으로 파악하게 되면, 드론관련 사업에 창업할 시에 상당한 통찰력을 가지고 드론 시장를 선점할 수 있게 된다. 상기에 서술된 GPS센서, 지자기센서 및 자이로센서 등의 기술에서는 아직 센서 데이터 산출의 에러가 많은 편이므로 정확도가 높은 센서기술을 개발하여 드론시장에 진입하면 상당한 우위를 점할 수가 있다.

<참고자료> ☞ 본문 답변과 관련된 사이트, 문헌자료

m.blog.naver.com/scko2255/220752421761

<전문용어>

지자기센서, 자이로센서, GPS센서, 바인딩, 채널