팬텀4 완전 정복!(1) 비행 전 기본 지식 편
센서형 드론 비행 기초지식 - GPS, 지자기, 지자계폭풍에 대해서
요즘 가장 Hot한 드론이라고 하면 어떤 드론이 떠오르시나요?
저는 DJI에서 최근에 출시한 ‘팬텀4’가 가장 Hot하지 않나 생각합니다. 출시 전부터 이슈가 되었던 제품이라 그런지 호기심 반, 최신 드론에 대한 신뢰 반으로 구입하시는 분들을 주위에서 심심치 않게 볼 수 있거든요. 물론 저도 거기에 포함됩니다.
혹시 이 글을 읽고 있는 독자님께서도 팬텀4 유저이시거나 예비 구매자이신가요? 그래서 팬텀4에 대한 정보를 알아보기 위해 동호회 카페나 인터넷의 바다를 헤매고 계신가요? 만약 그러시다면, 더이상은 그러지 않으셔도 됩니다. 격주로 3번에 걸쳐, ‘팬텀4’의 모든 것을 소개해 드릴 테니까요.
팬텀4를 날리기 전 알아야 할 기본 지식부터 팬텀4의 구조와 기능,
비행 방법 까지 한 주, 한 주 나누어 차근차근 설명해 드리겠습니다.
그럼 이제 시작해볼까요?
이번 주는 팬텀4를 알아가는 첫 시간으로 ‘팬텀4를 날리기 전 알아야 할 기본 지식’에 대해 설명 드리려고 합니다.
팬텀4를 날리기 전, 어떤 지식을 가지고 있어야 할까요? 팬텀4의 구조와 조종기 사용법에 대한 지식일까요? 사실 팬텀4는 프로펠러와 배터리를 끼우는 방법을 알고, 조종기의 컨트롤 키만 익히신다면 하늘 높이 잘 띄우실 수 있습니다. 조종이 이미 숙달되어 있다면 꽤 화려한 비행도 가능하겠죠. 하지만 팬텀4를 오랫동안 소중하게 날리고 싶으시다면, 그리고 팬텀4가 눈앞에서 흉기로 돌변하는 모습을 보고 싶지 않으시다면 반드시 먼저
안전하게 날리기 위한 기본 지식을 가지고 있으셔야 합니다.
혹시 ‘지자기’, ‘지자기폭풍’, ‘지자기 수치’, ‘컴파스 캘리브레이션’ 등의 단어를 들어 보셨나요? 아마 팬텀4에 관심을 가지고 정보를 찾아보신 분이라면 한 번쯤은 들어 보셨을 겁니다.
하지만 단어가 생소하기도 하고, 비행과는 상관 없어 보여 무심코 지나치신 분들도 있으시겠죠? 사실 이 단어들은 팬텀4의 안정적인 비행에 필수적 요소인 전자식 나침반 및 GPS와 밀접한 관련을 가지고 있는데요, 이 단어들이 팬텀4를 안전하게 날리기 위해 얼마나 중요한 단어인지 지금부터 알아보도록 하겠습니다.
1.팬텀4의 ‘나침반’과 ‘GPS’에 대한 기본 지식
1) 나침반(compass)
우리가 잘 알고 있는 나침반은 지구의 자기를 이용하여 동서남북을 가리키는 아주 유용한 도구입니다. 팬텀4을 포함한 센서형 드론에는 전자식 나침반(컴파스)이 내장되어 있어, 기체가 동서남북 중 어느 방향으로 비행하고 있는지를 알 수 있게 해 줍니다.
팬텀4에 적용된 저자식 나침반. 사진 = 직접 촬영2) GPS (Global Positioning System) / 글로나스(GLONASS)
GPS는 지구 궤도상에 떠 있는 GPS위성에서 보내는 신호를 수신해 사용자의 현 위치를 계산하는 위성항법시스템입니다. GPS는 GPS위성과 GPS수신기의 거리를 계산해 좌표 값을 구합니다. 4개 이상의 GPS위성에서 전파를 수신해야 정확한 위치를 파악할 수 있는데, 위성이 많을 수록 오차 보정이 잘 되어 현재 위치에 대한 계산이 더욱 정확해 집니다.
GPS가 미국 국방성이 개발하여 미국이 주도권을 가지고 있는 위성항법시스템이라면, 글로나스(GLONASS)는 러시아의 위성항법시스템입니다. 민간용으로는 미국의 GPS보다 정확도가 훨씬 높아 선호도 또한 높다고 합니다.
팬텀4는 GPS와 GLONASS를 동시에 지원하여 GPS 위치 정확도를 높였습니다. 보통 10개 이상의 위성을 수신하면 안전한 비행을 할 수 있다고 표시되는데, 팬텀3 이후부터는 최대 20개까지의 GPS 신호를 잡을 수 있게 되었습니다.
팬텀의 윗부분에 달려 있는 GPS 모듈. 사진=직접 촬영3) 팬텀4의 나침반과 GPS의 역할
전자식 나침반은 현재 위치에서 전용 앱인 DJI GO앱을 통해 팬텀4의 방위를 나타내 줍니다.
DJI GO 앱의 화면. 왼쪽 아래 동그란 원과 오른쪽 아래 지도에 나타나는 빨간색 세모가 기체를 뜻하며, 뾰족한 부분이 현재 기체가 바라보고 있는 방향.만약 화면에 방위가 표시되지 않는다면, 팬텀4가 바로 눈앞에 있을 때는 조종이 가능하겠지만, 눈에서 보이지 않을 만큼 멀리 갔을 때에는 조종이 쉽지 않을 것입니다. 나침반은 기체가 현재 어느 방향을 바라보고 있는지를 알려 주는 중요한 역할을 합니다.
그리고 GPS는 기체의 현재 위치를 계산하게 되죠. 팬텀4는 GPS를 통해 자신의 위치를 인식하고 있기 때문에 바람이 불어도 일명 ‘말뚝 호버링’이 가능하며, 비행 중에도 끊임없이 현재의 위치를 계산하며 비행하기 때문에 웬만해서는 방향이 틀어지지 않습니다. GPS를 이용하여 POI나 웨이포인트, 액티브트랙 등 팬텀4의 다양한 촬영기능을 이용할 수 있는 것은 덤이죠.
* 팬텀4의 기능 - POI, 웨이포인트, 액티브트랙 등 자세히 보기
만약 이 GPS를 이용할 수 없게 된다면 조종상의 어려움이 생길 뿐만 아니라 다양한 촬영기능 역시도 사용할 수 없게 됩니다.
이렇듯 나침반과 GPS는 팬텀4를 의도하는 방향으로 조종하기 위한 필수 요소입니다.
2. ‘지자기’에 대한 기본 지식
1) 지자기(혹은 지자계, geomagnetism)
지구는 매우 커다란 자석과 같습니다. 지구 중심에 거대한 자석이 있다고 생각했을 때 북극은 N극, 남극은 S극이라고 할 수 있지요.
아래 그림을 한 번 볼까요? 막대자석에 철가루를 뿌렸을 때 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 줄을 서는 모습, 아마 이 모습은 다들 한 번쯤 보셨을 것입니다.
자기장의 분포에 따라 줄 서 있는 철가루들. 사진=위키백과(www.wikipedia.org) at Newton Henry Black놀랍게도, 지구 역시 이와 비슷한 모양의 자기력 선을 만듭니다. 지구의 양극에서 자기장이 방출되어, 지구 주변으로 일정한 모양을 만들며 지구를 둘러싸고 있는 것이지요.
지구와 지구 주위에 나타나는 자석과 같은 자성을 ‘지자기(혹은 지자계)’라고 하며,
지자기가 미치는 지구 주위의 영역을 ‘지구자기장’이라고 합니다.
지구의 자기장. 사진=한국천문연구원‘지구자기장’은 태양풍으로부터 지구를 보호하는 역할을 하며, 지구 주변으로 흐르는 자력 방향과 세기는 위치에 따라 그 값이 다릅니다.
2) 지자기 폭풍
지구자기장에서 갑작스럽고 불규칙적인 변화가 일어나는 것을 ‘지자기 폭풍’이라고 합니다. ‘지자기 폭풍’은 태양 표면의 폭발과 함께 쏟아져 내린 수많은 입자들(태양풍)이 지구의 자기장과 충돌하면서 생기게 됩니다.
태양 표면 폭발로 인해 영향을 받는 지구의 자기장. 사진=위키백과(www.wikipedia.org)지자기 폭풍은 극지방에서 더 자주 일어나는데, 극지방에서 볼 수 있는 아름다운 오로라는 바로 그 영향으로 생겨나는 것입니다. 하지만 때때로 지구자기장과 태양풍의 상호작용은 생각지 못한 생활의 불편함을 주기도 합니다. TV의 전파가 방해를 받고, 무선 통신이 어려워지고, 갑작스런 정전이 일어나는 원인이 되기도 하지요.
3) 지자기 수치(kp)
지자기 폭풍은 항상 동일한 세기로 발생하는 것이 아닙니다. 국립전파연구원에서는 지자기 폭풍의 정도를 등급으로 제시하고 있는데요, 등급이 높아짐에 따라 영향력이 높아지는 것을 알 수 있습니다. 자세한 내용은 아래와 같습니다.
사진=국립전파연구원 우주전파센터.http://www.spaceweather.go.kr위의 표에서 등급 별로 표시되어 있는 Kp라는 관측값이 보이시나요? 이것은 지자기 수치(Kp지수)라고 하는데, 저희가 의미 있게 봐야 하는 것이 이 지자기 수치(Kp지수)입니다. 지자기 수치는 팬텀4를 운용하는데 있어 굉장히 중요한 영향을 끼치기 때문이지요.
3. 지자기 수치가 팬텀4에 미치는 영향
자! 드디어 오늘의 ‘핵심 주제’가 등장했습니다. 지금부터 나오는 내용은 팬텀4를 날리려는 분들이 반드시 알아야 하는 중요한 내용인데요, 하나씩 차근차근 설명해 드리도록 하겠습니다.
1) 지자기 수치와 나침반
앞에서 나침반은 지구의 자기를 이용해 방위를 가리킨다고 말씀드렸는데요, 상식적으로 지구 자기장이 역전되지 않는 이상 나침반이 가리키는 방위는 늘 동일해야 합니다.
그런데 지자기 폭풍이 일어난다면 어떻게 될까요?
나침반의 바늘은 지자기 교란 정도에 따라 평소와는 다른 방위를 가리키게 될 것입니다. 나침반의 바늘이 자리를 잡지 못하고 빙그르르~돌아가기도 하지요.
이런 상황이라면 당연히, 팬텀4에 내장된 나침반(컴파스)역시 제대로 된 방위를 인식할 수 없게 됩니다. 팬텀4를 앞으로 보내기 위해 조종 스틱을 움직였는데 제멋대로 옆으로 비행하는 일이 발생한다거나, 분명히 기체는 똑바로 가는 것 같은데 화면상에서는 기체가 전혀 다른 방향을 향하게 되는 등 비정상적인 현상이 발생할 수 있는 것이지요. 더군다나 팬텀4의 전자식 나침반의 경우, 일반 나침반보다 훨씬 민감하기 때문에 지자기 폭풍의 영향을 더 잘 받는 편입니다.
태양풍이 지구에 도달하기까지의 모습을 확인할 수 있는 상황판. 사진=국립전파연구원2) 지자기 수치와 GPS
지자기 폭풍이 일어나면 각종 통신 장애가 발생하게 되는데요, GPS 신호도 그 영향으로부터 자유로울 수 없습니다. 지자기 폭풍으로 GPS 신호에 교란이 발생되면, GPS값을 받아 현 위치를 계산하면서 비행하고 있던 팬텀4는 어떻게 될까요? 자신의 현재 위치를 실제와는 다르게 인식하여 엉뚱한 위치를 계산하게 되겠죠! 그래서 의도와는 다르게 갑자기 슝~하고 날아가 버리는 일이 발생할 수 있습니다.
그뿐만이 아닙니다. 홈 포인트의 위치가 엉뚱한 곳으로 설정되어, 팬텀4가 부득이하게 자동 귀환을 해야 할 때 이륙 지점으로 돌아오지 않고 엉뚱한 곳으로 날아가 버리는 일이 발생할 수도 있습니다. 정말이지 당황스럽고 무서운 일이 아닐 수 없죠?
사실 팬텀4가 저 멀리 어딘가로 사라지는 것보다 더 심각한 것은,
배터리 소진이나 충돌 등의 이유로 추락하여
2차적인 피해가 발생할 수도 있다는 것입니다.
그건 정말 생각하고 싶지도 않은 일이네요.
3) 비행 전, 지자기 수치 확인은 필수!
그렇다면 나침반과 GPS에 중요한 영향을 끼치는 지자기 수치는 어느 정도일 때 안전할까요? 앞에서 ‘지자기 폭풍’의 등급을 알려드렸는데요, G1에 미치지 않는 Kp1~4정도까지는 비행에 문제가 되지 않습니다. 그리고 Kp5는 주의 단계, Kp6부터는 금지 단계로 볼 수 있습니다. 이 Kp값은 국립전파연구원 우주전파센터에서 확인하시는 게 정확하지만, 국토부에서 배포한 ‘Ready to Fly’ 앱에서도 확인이 가능합니다.
Ready to Fly 앱에서 확인한 kp지수. 최근 3일간의 예보를 확인할 수 있다.지자기 수치가 팬텀4에 어떤 영향을 미치는지 이제 아셨죠? 안전한 비행을 위해서라도 비행 전 지자기 수치 확인, 잊지 마세요!
4. 컴파스 캘리브레이션
간혹 지자기 폭풍 이외에, 주변 환경에 의해 컴파스 오류가 나는 경우가 있습니다. 그 이유가 무엇일까요? 팬텀4에 탑재된 컴파스 내에는 자기장의 방향 및 세기를 측정할 수 있는 센서가 있는데, 이 센서의 문제점이 하나 있다면 지구 자기장과 기체 주변에서 자기장 간섭을 일으키는 요소(자동차, 철판, 고압선 등) 중 진짜 지구 자기장이 무엇인지 구분하지 못한다는 것입니다.
그래서 간섭을 일으키는 주변 요소의 자기장을 없애주기 위해 컴파스 캘리브레이션(자기 보정)을 시행해줘야 합니다. 바꿔 말하면 컴파스 캘리브레이션을 통해 주변 자기장의 영향을 보정하여, 지구 자기장을 올바르게 인식하게 함으로 올바른 방위를 가리키도록 한다는 것이지요.
심각한 자기장 간섭이 일어나서 표시창이 빨갛게 변한 팬텀4*캘리브레이션은 언제 해야 할까요?
캘리브레이션은 현재진행형입니다. 매 비행 전마다 컴파스를 보정해주는 것을 권장합니다. 하루 동안 비행을 할 때도 마찬가지입니다. 장소를 멀리 옮겨가며 비행을 한다면, 그때마다 다시 캘리브레이션을 하는 것이 좋습니다. 캘리브레이션을 이미 했다고 비행 장소를 옮겨도 저절로 컴파스 보정이 되는 건 아니기 때문입니다. 더군다나 지역에 따라 자기장의 세기가 조금씩 다르기 때문에 귀찮더라도 이 절차는 꼭 필요합니다.
*캘리브레이션은 어떻게 하는 걸까요?
팬텀4의 컴파스 보정은 기수가 바깥을 보도록 하고, 반시계 방향으로 수평 1회, 기수가 바닥을 보도록 하고 반시계 방향으로 수직 1회 돌려주면 됩니다. (앱 상에 방법이 다 나오기 때문에 쉽게 하실 수 있습니다) 그래도 보정이 되지 않으면, 장소를 옮겨서 다시 시도해야 합니다.
자, 지금까지 팬텀4를 날리기에 앞서 반드시 알아야 하는 기본 지식에 대하여 알아보았습니다. 드론과 전혀 상관없어 보이던 단어들이 이렇게 밀접한 관련이 있었다니, 놀라셨죠?
그럼 마지막으로, 설명드렸던 내용 중 중요한 사항들을 체크해 드리겠습니다.
1. 나침반 : 지구의 자기를 이용하여 동서남북의 방위를 가리키는 도구
2. GPS/GLONASS : 다수의 위성을 이용, 정확한 현 위치를 알려 주는 위성항법시스템
3. 지자기 : 지구와 지구 주위에 나타나는 자석과 같은 자성
4. 지자기 폭풍 : 태양풍으로 인해 지구 자기장에서 갑작스럽고 불규칙적인 변화가 일어나는 것
5. 지자기 폭풍이 발생하면 팬텀4의 나침반과 GPS에 혼란을 야기하므로, 지자기 수치가 Kp5 이상일 때는 비행을 자제하는 것이 좋다.
6. 팬텀4의 비행 전, 컴파스 캘리브레이션을 시행하는 것을 권장한다.
비행 중인 팬텀4. 사진=플라이드림 한성진 촬영감독이번 시간에 말씀드린 정보만 확실히 알고 계셔도 여러분은 ‘팬텀4의 안전 비행’을 위한 절반의 자격을 획득하신 것과 다름없습니다. 다음 시간에는 팬텀4를 좀 더 자세히 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다.
좋은 한 주 보내시고요, 다음 시간에 뵙겠습니다.
감사합니다!
※ 본 기사는 항공촬영업체 플라이드림 대표 성진현님이 작성하였습니다.
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