수색드론의 복귀를 위한 시스템 통신 아키텍쳐 : 911 FALCON 프로젝트

안녕하세요, 쿼드(QUAD) 드론연구소의 이근찬 선임연구원입니다.

지난 1주차 글에서는 911 FALCON 프로젝트를 시작하게 된 배경과, 짧은 비행시간 및 초기조치 부재라는 현장 문제를 해결하기 위해 어떤 운용 구조를 고안했는지 개요를 정리해 보았습니다.
이번 2주차에서는 911 FALCON의 시스템 아키텍처(System Architecture)를 소개하겠습니다. 드론 – 로버 – 스테이션의 역할 분담과 데이터·통신 흐름을 중심으로, 전체 동작 구조를 정리해 보겠습니다.

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출발점: 시스템 간 통신·연동으로 구현하는 ‘끊김 없는 수색’

드론, 로버, 스테이션을 각각 완성도 높게 만든다고 해서 ‘끊김 없는 수색’이 자동으로 구현되지는 않습니다. 수색이 끊기지 않으려면 장비 간에 위치·상태·명령 같은 핵심 정보가 필요한 순간에 정확히 전달되어야 하고, 그 데이터 흐름이 하나의 운용 루프로 이어져야 합니다.

결국 ‘끊김 없는 수색’은 단일 장비의 성능이 아니라, 통신과 데이터 흐름으로 설계된 연결 구조가 만들어내는 운용 성능입니다.

핵심 구성: 노트북(QGC)을 허브로 한 좌표 갱신 구조

이 구조가 안정적으로 동작하려면, 이동하는 스테이션 좌표가 드론의 복귀 목적지에 계속 반영되고, 그 과정이 관제 화면에서 확인 가능해야 합니다. 911 FALCON은 이를 위해 노트북에서 QGroundControl(QGC)를 실행하여 운용 허브로 두고 시스템을 연결했습니다.

정리하면, 아키텍처의 핵심 흐름은 다음과 같습니다.

1. 스테이션 위치 생성

• 로버(스테이션 탑재)가 이동하면서 스테이션의 최신 GPS 좌표를 지속적으로 생성합니다.
• 이 좌표는 드론이 복귀해야 할 “착륙 지점(운용 거점)”의 기준이 됩니다.

2. 복귀 목적지 갱신(QGC)

• 로버는 최신 좌표를 Wi-Fi 기반 UDP로 노트북(QGC)에 주기적으로 송신합니다.
• 노트북은 수신한 좌표를 QGC상에 Rally Point를 지속 업데이트하고, 드론의 RTL 목적지가 최신 스테이션 위치를 따라가도록 유지합니다.

3. 안전한 복귀 수행(PX4/드론)

• 드론(PX4)은 노트북(QGC)과 텔레메트리(MAVLink)로 연결되어 비행 상태/배터리/모드 등 관제·안전 정보를 안정적으로 유지합니다.
• 배터리 임계치에 도달하면 PX4는 RTL로 전환하고, 갱신되어 있는 Rally 목적지(=최신 스테이션 좌표)로 복귀합니다.

즉, 이 구조의 목적은 단순히 “좌표를 전달”하는 것이 아니라, 복귀 목적지를 계속 갱신해 ‘연속 운용’이 끊기지 않도록 만드는 것입니다.

하방 카메라 영상(Wi-Fi 수신)을 통한 정밀착륙 검증

정밀착륙(Precision Landing)은 마지막 순간에 마커를 얼마나 안정적으로 인식하는지가 성능을 좌우합니다. 따라서 개발 단계에서는 “착륙이 됐다/안 됐다” 결과만 보는 것보다, 하방 카메라 영상과 인식 상태를 함께 확인하면서 튜닝하는 과정이 필수입니다.

911 FALCON에서는 이를 위해 드론에 탑재된 Jetson Orin Nano의 하방 카메라 영상을 Wi-Fi로 노트북에 스트리밍하여 확인하는 구조로 구성했습니다. 즉, 관제·안전은 텔레메트리로 안정적으로 유지하되, 영상처럼 대역폭이 큰 데이터는 Wi-Fi로 분리해 개발 효율을 높이는 방식입니다.

이 구성을 통해 다음을 빠르게 검증할 수 있습니다.

• 스트리밍 안정성: 프레임 드랍·지연·끊김 여부

• 착륙 구간 가시성: 접근–정렬–하강 구간에서 마커/인식 상태 확인 가능 여부

• 튜닝 결과 확인: 설정 변경 직후 탐지 결과 전후 비교 가능 여부

통합 시나리오: ‘수색 및 구호 → 이동 → RTL → 정밀착륙 → 배터리스왑’

시스템의 전체 흐름은 다음과 같습니다.

1. 드론을 활용한 수색임무 및 구호물품 전달
2. 로버가 운용 지점을 이동(스테이션 위치 변경)
3. 로버가 최신 스테이션 GPS를 노트북으로 송신(UDP)
4. 노트북(QGC)이 드론의 Rally Point를 최신 좌표로 갱신(MAVLink)
5. 배터리 임계치 도달 → PX4가 RTL로 전환
6. RTL 목적지(Rally)로 복귀 후 ArUco 기반 정밀착륙
7. 스테이션을 통한 배터리 교체 후 재출격

핵심 요약: GPS 기반 ‘복귀 목적지 갱신’이 가능한 통신 아키텍처

이번 편의 핵심은 이동하는 스테이션 좌표를 반영한 복귀 목적지 갱신 → 텔레메트리를 통한 관제 안정성을 유지 → Wi-Fi 영상 스트리밍을 통한 정밀착륙을 검증으로 이어지는 구조입니다.

이 아키텍처를 기반으로, “탐색–초기조치–재출격” 루프가 실제 운용에서도 끊기지 않도록 구현과 검증을 단계적으로 이어가겠습니다.

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이번 글에서는 GPS 기반 복귀 목적지 갱신 구조를 포함한 통신 아키텍처를 정리해 보았습니다.
다음 편에서는 드론 시스템을 본격적으로 다루기 전에, 기체 구성에 들어가는 자재(프레임/전장/센서 등)를 어떤 기준으로 선정했는지부터 공유드리겠습니다. 이후에는 CAD 설계, 치수 검증, 제작 및 조립 과정까지 단계적으로 정리하며 드론 제작 과정을 이어가겠습니다. 감사합니다.