드론 해부학 교실 3편 - 무선 시스템
자동차 운전대에 탑승해서 직접 운전하는 것과 다르게 드론은 비행체에 직접 탑승하지 않고 지상에서 원격으로 무인기를 제어해야 한다. 이는 편하고 쉬운 듯 하지만 제어하기 쉽지 않다. 무선으로 조종해야 하는 드론이 조종사의 가시거리 범위에서 벗어나게 되면 카메라로 촬영되는 실시간 영상에 의지하게 된다. 때로는 실시간 영상에 비친 아름다운 광경에 정신이 팔려 드론이 어느 위치에, 어느 방향에 있는지 알아차리지 못할 때가 있다. 물론 이러한 사항을 보완하기 위해 드론 비행에 최적화된 혁신적인 기술이 개발됐다. 하지만 드론에 맞는 혁신적인 기술이 탑재됐다고 그 기술들을 제대로 알고 사용하는 사람들이 과연 몇 있을까? 화면을 보면서 조종하게 되면 드론은 즉각적으로 반응하지만 카메라 영상 송수신은 100% 반영하지 못하고 딜레이가 발생된다. 딜레이가 발생되는 것을 인지하지 못하고 드론을 무리하게 조종하면 물에 빠지거나 벽에 부딪치는 등 여러 가지 이유로 드론을 잃는 사고가 발생할 수 있다.
드론의 혁신적인 기술들을 알아보기 전에 기본적인 무선 시스템에 대해 알아보자.
무선 통신 시스템
드론을 조종하려면 우선 어떻게 비행되는지 이해해야 한다. 드론은 여러 가지 요소로 구성되어 있다. 드론의 모든 요소가 드론 운용에 기여한다. 이 중 드론 운용을 조화롭게 제어하기에 가장 중요한 요소는 통신 시스템이다. 통신 시스템은 드론과 조종사가 원하는 결과를 얻을 수 있도록 도와준다. 통신 시스템이 없다면 무선 비행이 불가능할 것이며 항공 촬영, 데이터 수집 및 전송하는 것이 불가능하게 될 것이다.
드론 산업이 다방면으로 중요 플랫폼으로 자리매김하면서 통신 시스템의 중요성도 그만큼 증가하고 있다. 드론은 전파 통신(RF 통신)을 주로 사용한다. 전파 통신 시스템은 3,000 GHz 이하 주파수의 전자파를 사용하여 정보를 보내거나 받는 통신 방식을 의미한다. 전파 통신을 사용하기 위해서는 송수신기 안테나가 필요하다. 전파 통신은 주로 라디오나 휴대폰에서 접하게 된다. 크기와 무게가 작으며 전력 소비가 최소화되고 통신 링크가 원활하기 때문에 산업 드론에 가장 적합한 솔루션이다.
산업 드론의 통신 시스템은 일반적으로 2.4 GHz 및 5.8 GHz의 주파수로 운용된다. 전파 통신으로 드론은 가시거리 범위 외, 고도에서도 비행이 가능하게 됐고 비행 중에 FPV(First Person View)와 안정적인 항공 촬영 및 중계 데이터를 받을 수 있게 됐다.
휴대폰이나 무선 컴퓨터 네트워크에 사용되는 주파수와 같아서 여러 가지 제약과 문제가 발생한다. 사용 가능한 주파수는 한정되어 있어 밀도가 높은 주거 지역에서 드론에 대한 제어가 간섭받거나 상실되는 경우가 있다. 하지만 기술이 발전하면서 소프트웨어를 지속적으로 검사하여 간섭이 감지되는 크고 작은 문제점들을 보완했다. 따라서 방해받지 않고 많은 사람들과 동시에 비행할 수 있게 됐다.
바인딩(Binding)
바인딩은 컨트롤러를 수신기와 연결하는 프로세스를 의미한다. 이를 페어링(Pairing)이라고도 한다. 페어링은 한 쌍으로 묶는다는 의미를 갖고 있으며 블루투스에서 접할 수 있다. 드론을 조종하기 위해서는 당연히 드론과 컨트롤러를 바인딩해야 한다. 제조 업체마다 바인딩 성능과 바인딩하는 방법이 다르지만 매우 간단하다. 전원을 켤 때마다 수시로 바인딩해야 하는 드론이 있는 반면, 최초 연결이 설정되면 드론이 다음에 비행하고자 할 때 드론과 컨트롤러가 자동으로 바인딩되는 것도 있다. 이 때문에 바인딩 방법을 제대로 알기 위해선 제조 업체에서 제공하는 매뉴얼을 확인할 필요가 있다.
채널(Channel)
채널은 송수신의 신호를 주고받는 통신로이다. 쉽게 말해 송신기에서 구성할 수 있는 보조 기능 및 드론을 제어할 수 있는 개수를 말한다. 드론 비행에 필요한 최소 채널 수는 4 채널이다.
드론의 항법 장치에 필수적인 요소의 4 채널
Throttle : 상승·하강
Pitch = Elevator : 전·후 이동
Roll = Aileron : 좌·우 이동
Yaw = Rudder : 좌·우 회전
각각 1개의 채널에 할당되어 드론을 조종한다. Throttle(스로틀)은 수직 축에서 변환을 제어한다. 이렇게 하면 고도를 높이거나 낮출 수 있다. 드론의 프로그램되는 방식(자동 모드)에 따라 수직 속도나 가속도를 제어할 수 있다. Yaw(요)는 방향키로써 수직 축을 중심으로 회전을 제어한다. 이렇게 하면 동서남북의 모든 방향을 회전할 수 있다. Pitch(피치)와 Roll(롤)은 전·후·좌·우로 기울기를 제어한다. Pitch(피치)와 Roll(롤)은 이동한다는 개념으로 잘못된 정보로 접하게 되는데 실제로는 기울어지는 것이다. 또한 비행 모드를 제어, 카메라, 짐벌, 리턴 홈, 360도 플립 등 기능을 사용하려면 채널 수를 늘려야 한다.
모드(Mode)
드론을 조종할 수 있는 송신기(Transmitter, TX)는 모드 1에서 모드 4까지 4개의 모드(Mode)가 있다. 송신기는 기본적으로 두 개의 스틱이 서로 다르게 구성되어 있다.
< 모드 1과 모드 2 조종법 >모드 1에서는 왼쪽 스틱과 오른쪽 스틱에 방향 이동 제어 기능이 있다는 것이 특징이다.
모드 2는 드론에서 가장 흔히 쓰인다. 이유는 오른쪽 스틱 하나로 전·후·좌·우를 이동할 수 있어 편하기 때문이다.
< 모드 3과 모드 4 조종법 >모드 3은 모드 1과 동일하지만, 롤(Roll)과 요(Yaw)가 바뀝니다.
모드 4는 모드 2와 동일하지만, 롤(Roll)과 요(Yaw)가 바뀝니다.
전 세계적으로 모드 1과 모드 2가 일반화되어 사용되고 있지만 모드 1에서 모드 4까지 사용하기에 옳고 그른 것은 없다. 편하다고 느끼는 것을 선택하면 된다. 어떤 모드를 사용해야 할지 모르는 경우에는 모드 2를 권하고 싶다. 다만, 어떤 모드이든 간에 처음 선택한 모드가 익숙해지면 다른 모드로 바꾸기 쉽지 않을 것이다.
조종기 선택 시 고려 사항
디스플레이 화면, 스틱 품질, 조종 모드 지원 수 및 채널 지원 수 등 고려해야 할 사항이 많다. 하지만 기본적으로 조종기를 잡았을 때 편안해야 한다. 손 모양과 크기, 길이 등 사람마다 다르기 때문에 본인에게 맞는 조종기를 선택해야 한다.
왜 좋은 송신기에 투자해야 하는가?
좋은 무선 송신기는 장지적인 투자이다. Betaflight나 Cleanflight와 같은 FC 프로그램을 사용하여 추가 채널을 설정하여 비행 중에 PID 및 속도를 조정할 수 있다. 이는 AUX 채널(보조 채널)이 추가된 송신기를 보유하여 다양한 기능을 사용하는 것과 하나의 송신기로 다수의 모드를 사용할 수 있는 것은 큰 이점이 된다.
< FPV 시뮬레이터 >또한 초보를 위해 만들어진 비행 시뮬레이터 프로그램이 있다. 비행 시뮬레이터 프로그램을 실행하려면 송신기와 컴퓨터가 연결되어야 하는데 좋은 송신기에는 이 기능이 있다. 비행 시뮬레이터 프로그램을 사용하면 조종기의 스틱 및 드론 컨트롤의 느낌을 익히고 비행 능력을 향상할 수 있다. 값싼 송신기 중 일부는 이 작업을 수행할 수 있지만 값싼 이유가 있다.
무선 시스템의 드론은 상황에 따라 다를 수 있지만 자신의 드론 조종 능력에 비해 지나치게 자만하다간 큰 코 다칠 수 있다. 사고 사례가 많은 자동차 난폭 운전을 보면 알 수 있듯이 드론 조종도 똑같다. 드론 조종 전문가도 사고가 발생하기 마련이다. 오히려 자동차 운전보다 드론 조종이 더 위험하다. 조종사에게 직접적인 사고 피해가 없어 방심할 수 있기 때문이다. 어떤 조종이든 자만은 금물이며 안전에 만전을 기하도록 하자.
