### 0.0.1 정밀 이착륙(Precision Landing) 및 지형 추적(Terrain Following)을 위한 제어 요구사항 도출

기압 센서와 GPS만으로 구성된 시스템은 하늘 높은 곳(통상 $10m$ 이상)을 항해하는 크루즈(Cruise) 비행에서는 무리가 없지만, 지면과 충돌하기 직전의 가장 가혹한 미션 도메인으로 들어서면 그 물리적 편차가 자율 비행의 치명적인 아킬레스건으로 표출된다. 국소 거리 측정 센서의 개입이 절대적으로 요구되는 두 가지 대표적 최하위 제어 미션을 분석한다.

1. 지형 추적 (Terrain Following) 시스템 제어 요구사항

방제용 드론(Agricultural Multicopter)이나 지표면 자력계 탐사 고정익 드론은 산등성이 나 언덕, 때로는 작물의 키 높이 변화 곡선을 따라 일정한 지면 이격 고도(AGL, Above Ground Level, 예: $2.0m$ )를 자로 잰 듯이 유지하며 비행해야 한다 (Terrain Following).

제어 주파수 대역폭 요구사항: 기압계 기반 고도 제어( $Baro Altitude Control$ )의 반응 속도( $< 2Hz$ )로는 초당 수 미터씩 변하는 절벽이나 장애물 지형 굴곡을 도저히 따라갈 수 없어 충돌하게 된다. 최소 $50Hz$ 이상 데이터를 수집하는 고속 LiDAR 거리 센서의 Z축 측정치가 제어 파이프라인(Position Controller)의 위치 목표(Setpoint) 및 속도 목표로 직접 직결(Feed-forward)되어야 한다.
좌표계 전환 요구사항: 이 미션에서 기체는 해발 지오이드 고도 기반의 AMSL(Absolute Mean Sea Level) 좌표계를 버려야 한다. PX4 내부 제어기(Flight Task Terrain)는 실시간 타겟 프레임을 AGL이라는 ‘동적 바닥 기준 좌표(Local Z Down)’ 모드로 치환하여, 하단 센서 값 자체를 Z_setpoint로 삼아 추적 게인( $K_p$ )을 극대화한다.

2. 정밀 이착륙 (Precision Landing) 시스템 제어 요구사항

폭 $50cm$ 내외의 협소한 충전 도킹 스테이션(Docking Station) 팟(Pod) 한가운데로 드론의 다리를 맞춰 착륙시켜야 하는 정밀 비행 미션에서, $1~2m$ 오차 범위를 갖는 Float 레벨의 GPS 위치 데이터는 완벽한 무용지물이다.

화상(Vision)/마커(IR) 표적 추적 요구사항: 결국 착륙 패드의 적외선 비콘(IR Beacon) 패턴이나 ArUco/AprilTag 마커 형상을 인식할 수 있는 하방 지향형 Companion Computer + Camera 센서가 LANDING_TARGET MAVLink 메시지를 쏴주게 된다.
거리 센서를 통한 융합 스케일(Scale) 요구사항: 이때 단안 카메라(Monocular Vision)만으로는 목표물 패드까지의 정확한 실제 물리적 3차원 축척(Scale Depth) 거리를 뽑아낼 수 없다. 따라서 카메라 프레임의 평면(XY) 각도 오차에 LiDAR가 측정한 실시간 정밀 고도 $Z$ 값을 삼각함수로 스칼라곱핑하여 패드 중심점까지의 $3D$ 상대 변위(Relative Distance Vector)를 밀리미터 단위로 추출해 낸다.
Touch-down 충격 완화(Flare) 요구사항: 마지막 지면 접촉 직전(Ground Clearance $< 50cm$ ), 초음파(Sonar) 혹은 레이저 거리 모듈이 보내는 거리 미분값(하강 속도, Sinking Rate)을 이용해 로터의 출력을 급격히 감소시키는 플레어(Flare) 동작을 촉발하여 랜딩기어 충격을 최소화한다.

결과적으로, 이 두 가지 고난이도 지표면 연계 자율 미션을 소화하기 위해서는 PX4 소프트웨어 아키텍처 상단에 단순히 센서를 탑재하는 수준을 떠나, EKF의 고도 소스 스위칭 로직과 Multicopter Position Controller(mc_pos_control) 단의 AGL 좌표 치환 및 속도 Feed-forward 제어 체계를 구조적으로 뜯어고치는 고난이도 커스터마이징이 뒷받침되어야 한다.