드론 비행 제어 시스템에서는 다양한 센서가 필요하다. 이 장에서는 각각의 센서 종류와 그 특성에 대해 자세히 다룬다.

가속도계

가속도계는 물체의 가속도를 측정하는 센서로, 드론의 움직임을 감지하고 자세를 제어하는 데 중요한 역할을 한다. 가속도계의 주된 특성은 다음과 같다:

• 축(Axis): 가속도계는 주로 3축(X, Y, Z) 가속도를 측정한다.
• 측정 범위(Measurement Range): 일반적으로 ±2g, ±4g, ±8g, ±16g 등 다양한 측정 범위를 갖는다.
• 정확도(Accuracy): 환경 조건에 따라 달라질 수 있으며, 고정밀 가속도계는 매우 정확한 측정값을 제공한다.

자이로스코프

자이로스코프는 각속도(회전 속도)를 측정하여 드론의 회전 운동을 모니터링한다. 자이로스코프의 주요 특성은 다음과 같다:

• 축(Axis): 자이로스코프도 주로 3축 각속도(X, Y, Z)를 측정한다.
• 측정 범위(Measurement Range): ±250°/s, ±500°/s, ±1000°/s 등 다양한 범위를 가지며, 드론의 회전 속도에 따라 선택한다.
• 드리프트(Drift): 시간 경과에 따라 발생하는 센서 출력의 변동으로, 고정밀 자이로스코프는 드리프트가 적다.

자기 센서

자기 센서 또는 전자나침반은 지구의 자기장을 측정하여 방향을 감지한다. 드론이 방향을 유지하거나 회전할 때 중요한 역할을 한다.

• 측정 축(Axis): 주로 3축 자기장을 측정한다.
• 감도(Sensitivity): 측정할 수 있는 자기장의 범위를 나타내며, 고감도 센서는 작은 변화도 감지할 수 있다.
• 왜곡(Distortion): 주변 금속이나 전자기파에 의해 발생할 수 있는 측정 오류를 의미한다.

GPS (Global Positioning System)

GPS는 위성 신호를 이용하여 드론의 위치와 속도를 측정한다.

• 정확도(Accuracy): 대개 몇 미터의 정확도를 가지며, 고정밀 GPS는 센티미터 단위의 정확도를 제공한다.
• 갱신 주기(Update Rate): GPS 데이터가 업데이트되는 주기로, 일반적으로 1Hz에서 10Hz이다.
• 신호 수신 상태: 위성 신호를 수신할 수 있는 상태로, 건물이나 나무 등으로 인한 신호 차단이 있을 수 있다.

기압계

기압계는 대기압을 측정하여 고도를 추정하는 센서이다.

• 정확도(Accuracy): 기압계의 정확도는 날씨와 주변 환경에 따라 달라질 수 있다.
• 측정 범위(Measurement Range): 일반적으로 해수면에서의 대기압인 1013.25 hPa를 기준으로 측정한다.
• 응답 시간(Response Time): 기압 변화에 대한 반응 속도를 의미하며, 빠른 응답 시간일수록 실시간 데이터 제공에 유리한다.

초음파 센서

초음파 센서는 초음파를 이용하여 거리나 속도를 측정한다. 주로 장애물 회피나 근거리 탐지에 사용된다.

• 측정 거리(Measurement Distance): 보통 수 cm에서 수 m까지 측정 가능하며, 다양한 응용에 따라 선택된다.
• 응답 시간(Response Time): 초음파 신호가 반사되어 돌아오는 데 걸리는 시간으로, 빠른 응답 시간은 실시간 데이터 처리에 유리한다.
• 분해능(Resolution): 측정 거리의 세밀도를 나타내며, 높은 분해능일수록 더 작은 거리 변화를 감지할 수 있다.

IMU (Inertial Measurement Unit)

IMU는 가속도계와 자이로스코프를 결합한 센서로, 드론의 3축 가속도와 각속도를 동시에 측정할 수 있다.

• 센서 융합(Sensor Fusion): IMU는 여러 센서의 데이터를 융합하여 더 정확한 자세 및 운동 정보를 제공한다.
• 동적 범위(Dynamic Range): 다양한 동작 조건에서 정확한 데이터를 제공할 수 있는 범위이다.
• 노이즈(Noise): 센서 신호에 포함된 잡음을 의미하며, 노이즈가 적을수록 정확한 데이터 측정이 가능한다.

라이다(LiDAR)

라이다는 레이저 광을 이용하여 거리를 측정하며, 3D 환경 맵핑과 장애물 회피 등에 사용된다.

• 측정 거리(Measurement Distance): 일반적으로 수 m에서 수십 m까지 측정 가능하며, 고정밀 라이다는 더 먼 거리도 측정할 수 있다.
• 스캔 속도(Scan Rate): 라이다가 주변 환경을 스캔하는 속도를 의미한다.
• 해상도(Resolution): 스캔된 데이터의 세밀도를 나타내며, 높은 해상도는 더 정확한 환경 맵핑을 가능하게 한다.

광학 센서

광학 센서는 카메라를 포함하여 다양한 빛 기반 기술을 이용한 센서를 말한다. 드론에서는 실시간 영상 처리를 통해 목표물 탐색, 제어 및 장애물 회피에 사용된다.

• 해상도(Resolution): 카메라의 이미지 해상도를 의미하며, 일반적으로 메가픽셀(MP) 단위로 측정된다.
• 프레임 레이트(Frame Rate): 초당 촬영 가능한 프레임 수를 나타내며, 높은 프레임 레이트는 더 부드러운 비디오를 제공한다.
• 조도 성능(Low Light Performance): 저조도 환경에서의 성능을 나타내며, ISO 감도나 조리개 수치가 중요한 역할을 한다.

온도 센서

온도 센서는 주변 온도나 기체 온도를 측정하는 데 사용된다. 드론에서는 배터리, 모터, 전자 부품의 온도를 모니터링하여 과열을 방지할 수 있다.

• 측정 범위(Measurement Range): 측정 가능한 온도의 범위를 나타내며, 특정 응용에 따라 다양한 범위가 있다.
• 정확도(Accuracy): 측정된 온도의 정확도를 의미하며, 고정밀 온도 센서는 매우 정확한 데이터를 제공한다.
• 반응 속도(Response Time): 온도 변화에 얼마나 빨리 반응하는지를 나타내며, 응답 시간이 짧을수록 실시간 모니터링에 유리한다.

이 외에도 드론 비행 제어 시스템에 사용되는 센서들은 계속해서 발전하고 있으며, 각 센서의 선택은 응용 목적과 조건에 따라 달라질 수 있다. 모든 센서가 조화를 이뤄 작동해야 드론의 안정적인 비행이 가능한다.