제6부 센서·임무 탑재체
6.11 온보드 처리·압축·전송: 에지 처리와 데이터링크 부담
6.11.1 이 장에서 배우는 것 / 선수 지식 / 특히 중요한 독자
센서는 링크보다 훨씬 빨리 데이터를 만든다. 4K 카메라 한 대의 원시 데이터는 소형 기체의 영상 링크보다 750배 크고, 열영상·LiDAR·초분광 원본도 수십 배다. 그래서 탑재체를 설계하는 사람은 무엇을 보내고, 무엇을 줄이고, 무엇을 기체에 남길지를 정해야 한다. 기체 위에서 데이터를 처리하는 것을 온보드 처리라 하며, 데이터가 생기는 자리(에지)에서 계산한다는 뜻에서 에지 처리(edge computing)라고도 부른다. 이 장은 그 선택을 데이터율·링크 거리·전력·체공·저장·보안의 숫자로 계산한다.
배우는 것:
- 센서별 원시 데이터율 — EO·열·매핑·분광·LiDAR·SAR의 원시 데이터율을 같은 식(화소 × 비트 × 빈도)으로 구하고 링크 용량과 견준다.
- 압축의 두 얼굴 — 보는 영상의 손실 압축과 측정값을 보존하는 무손실 압축의 차이, 센서별 압축의 대표 범위.
- 줄여 보내기의 계단 — 압축 영상 → 관심 영역 → 영상 조각과 좌표 → 검출 결과만. 계단마다 링크 거리가 얼마나 느는가.
- 에지 처리의 손익 — 처리 전력이 깎는 체공(2.9.8의 모형)과, 송신을 줄여 아끼는 무선 전력·링크 거리를 한 표에서 비교한다.
- 저장과 데이터 보호 — 기록 용량, 암호화와 노획 때의 제로화, 보관 기간의 법적 의미.
- 위성 링크의 제약 — 기체의 복귀 링크 용량(3.13)에 맞춰 무엇을 보낼 수 있는가.
선수 지식: 탑재 전력이 체공을 깎는 계산(2.9.8), 영상 압축과 GOP(3.12.4), 지연 구성(3.12.5), 비트율과 링크 버짓(3.12.6), 메타데이터와 선택 전송(3.12.9), 위성의 복귀 링크(3.13.4.3), 전파 수평선(3.2.5), 탑재체의 데이터율 개관(6.1.10). 로그와 데시벨을 사용한다.
특히 중요한 독자: 엔지니어는 6.11.5(줄여 보내기와 링크 거리)와 6.11.6(에지 처리의 손익)을 본다. 운용·사업 담당자는 6.11.10의 워크스루로 수색구조 임무의 처리 구성을 따라가 본다. 보안·법무 담당자는 6.11.8의 저장과 데이터 보호, 6.11.14의 규제 연결을 본다. 기체에 무엇이 남는가가 노획과 개인정보의 위험을 정한다.
기준 시점과 정직성. 이 장은 2026년 10월을 기준으로 하며 지식은 2026년 중반까지다. 센서별 데이터율과 압축비는 일반적 모형과 교육용 가정이다. 각 센서 장(6.3~6.7)이 자기 센서의 값을 따로 정하면 그 값을 우선한다. 압축 표준의 성능 수치는
(공개 주장치), 확인하지 못한 판과 수치는(확인 필요)로 적는다. 영상 분석 알고리즘은 6.12, 링크 설계는 3.8·3.12의 몫이다.
6.11.2 개념·직관 — 보낼 것인가, 처리할 것인가
데이터에는 세 가지 목적지가 있다. 사람의 눈(조종자·센서 운용자가 지금 보는 영상), 분석(지상이나 기체에서 돌리는 알고리즘), 기록(나중의 측량·증거·재분석). 목적지마다 요구가 다르다. 눈은 지연이 짧고 화질이 적당하면 되고, 분석은 정보가 남아 있어야 하며, 기록은 원본이 온전해야 한다. 이 셋을 한 링크로 다 보내려 하면 실패한다.
처리 위치의 선택은 다섯 가지 자원을 맞바꾼다.
| 자원 | 지상에서 처리(다 보낸다) | 기체에서 처리(결과만 보낸다) |
|---|---|---|
| 링크 용량·거리 | 많이 사용한다, 거리가 짧다 | 적게 사용한다, 거리가 길다 |
| 기체 전력·체공 | 처리 전력이 없다 | 처리 전력과 방열 질량이 체공을 깎는다(2.9.8) |
| 지연 | 링크 지연 + 지상 처리 | 온보드 처리 지연, 링크는 짧다 |
| 링크가 끊길 때 | 기능을 잃는다 | 기능을 유지하고 결과를 쌓아 둔다 |
| 사람의 확인 | 사람이 원본을 본다 | 기체의 판단을 확인해야 한다(7.11) |
데이터의 값은 시간에 따라 다르게 식는다. 조난자의 위치는 몇 분이 지나면 가치가 크게 줄고, 산불 화선은 수십 분, 재난 피해 지도는 며칠, 측량 성과는 몇 년을 간다. 빨리 식는 정보일수록 실시간 몫으로 보내야 하고, 오래 가는 정보일수록 원본을 온전히 남기는 기록 몫이 중요하다. 처리 위치의 선택은 이 식는 속도에서 출발한다.
실제 설계는 둘 중 하나를 고르지 않는다. 데이터를 목적지별로 분할해 각각 다른 길로 보낸다.
세 축에서 요구가 다르다. 군용 드론은 링크가 방해받거나 끊기는 환경을 전제하므로 기체에서 처리해 결과를 쌓아 두는 방향이 강하고, 위성 링크의 좁은 복귀 용량(3.13.4.3)이 이를 강제한다. 영상과 메타데이터의 형식은 표준화돼 있다(9.8). 민간 UAS는 측량·점검처럼 원본이 산출물인 임무가 많아 기록 후 회수가 기본이고, 실시간 영상은 확인용이다. 1:N 운용(14.16)에서는 링크 하나를 여러 대가 나누므로 선택 전송이 필수다(3.10.9). AAM은 감지 데이터를 기체 안에서 처리해 비행에 사용하는 것이 원칙이다. 안전에 사용하는 판단을 링크에 맡길 수 없기 때문이다. 운항 기록과 영상은 저장해 사후 분석에 사용한다.
6.11.3 센서별 원시 데이터율
결론부터: 원시 데이터율은 화소(또는 점) 수 × 비트 깊이 × 빈도다. 대표 구성에서 모든 센서가 소형 영상 링크(4 Mbit/s)의 18~750배다. 원시 데이터를 그대로 보내는 소형 기체는 없다.
| 센서(교육용 구성) | 계산 | 원시 [Mbit/s] | 4 Mbit/s 링크의 몇 배 | 상세 |
|---|---|---|---|---|
| EO 4K 30 Hz(화소당 12비트) | $3840\times2160\times12\times30$ | 2,986 | 746 | 6.3·6.1.10 |
| EO 1080p 30 Hz | $1920\times1080\times12\times30$ | 746.5 | 187 | 3.12.4.1 |
| 매핑 카메라 4,500만 화소, 14비트, 2초에 1장 | $45\times10^{6}\times14\times0.5$ | 315 | 79 | 6.3 |
| 열영상 640×512, 14비트, 30 Hz | $640\times512\times14\times30$ | 137.6 | 34 | 6.4·6.1.10 |
| 다중분광 5대역 1280×960, 12비트, 1 Hz | $1280\times960\times5\times12$ | 73.7 | 18 | 6.7 |
| 초분광 푸시브룸 640화소 × 270대역, 12비트, 초당 100줄 | $640\times270\times12\times100$ | 207.4 | 52 | 6.7 |
| LiDAR 초당 50만 점, 점당 30바이트 | $5\times10^{5}\times30\times8$ | 120 | 30 | 6.6 |
| 소형 FMCW SAR 원시(초당 2,000만 표본, 16비트) | $2\times10^{7}\times16$ | 320 | 80 | 6.5 |
센서마다 계산의 단위가 다르다. 영상은 프레임, 푸시브룸 초분광은 비행 방향의 줄, LiDAR는 점, SAR는 수신기의 표본이다. 매핑 카메라는 사진 중복도에 맞춰 촬영 간격을 정하므로 빈도가 낮지만 한 장이 크다. LiDAR의 점당 바이트는 좌표·세기·반사 순번·시각을 포함하는 기록 형식에 따라 달라지고(9.17), SAR의 원시 데이터율은 대역폭과 표본화 방식에 따라 수십 배 차이가 난다. 표의 값은 자릿수를 보이기 위한 것이다.
데이터율은 센서가 아니라 임무가 정한다. 같은 센서라도 비행 속도·높이·중복도 요구가 빈도를 정하기 때문이다. 세 가지를 속도 10 m/s로 확인해 보자(교육용 가정).
| 센서 | 임무 조건 | 빈도를 정하는 식 | 결과 | 원시 데이터율 |
|---|---|---|---|---|
| 매핑 카메라(짧은 변 5,464화소) | GSD 1.5 cm, 진행 방향 중복도 80 % | 촬영 간격 = (1 − 중복도) × 진행 방향 촬영 범위 ÷ 속도 | 촬영 범위 82 m, 간격 16.4 m → 1.64초에 1장 | 384 Mbit/s(표의 2초 가정보다 22 % 크다) |
| 푸시브룸 초분광 | 진행 방향 GSD 0.1 m | 줄 빈도 = 속도 ÷ GSD | 초당 100줄, 폭 64 m | 207 Mbit/s(표와 같다) |
| LiDAR(초당 50만 점) | 높이 100 m, 시야 70° | 점밀도 = 점 빈도 ÷ (속도 × 폭) | 폭 140 m, 1회 통과 357점/m² | 120 Mbit/s(점 빈도가 정한다) |
천천히 날거나 중복도를 늘리면 매핑 카메라의 데이터율이 늘고, GSD를 반으로 줄이면 푸시브룸의 줄 빈도가 두 배가 된다. 임무 요구를 바꾸는 일이 곧 데이터율을 바꾸는 일이어서, 역순 설계(6.1.3)의 마지막 단계가 링크와 처리를 정하는 것이다. 점밀도·중복도의 상세 유도는 6.3·6.6·6.7가 맡는다.
6.11.4 압축 — 보는 영상과 측정값은 다르게 줄인다
결론부터: 사람이 보는 영상은 손실 압축으로 100배 이상 줄여도 사용할 만하지만, 측정값(온도·반사율·거리·위상)은 손실 압축이 값 자체를 바꾼다. 측정 자료는 무손실 압축으로 2~10배밖에 줄지 않는다.
| 자료 | 압축 방식 | 대표 압축비 | 압축 후 [Mbit/s] | 주의 |
|---|---|---|---|---|
| EO 영상(보는 용도) | H.265(3.12.4) | 약 190:1 | 4K 16, 1080p 4 | 질감이 많은 장면은 몇 배 더 든다(3.12.4.1) |
| 매핑 사진 | JPEG(손실) | 약 10:1 (경험 범위) | 31.5 | 사진측량의 특징점 정합에 영향, 원본 형식 기록을 권한다 |
| 열영상 원시(14비트) | 무손실 | 약 2:1 (경험 범위) | 68.8 | 8비트 자동 대비 영상으로 바꾸면 온도 측정이 불가능해진다 |
| 다중분광 | 무손실 | 약 2:1 | 36.9 | 반사율 보정(6.7)에 원본이 필요하다 |
| 초분광 | 무손실(CCSDS 123 계열) | 2~3:1 (경험 범위) | 82.9 | 대역 사이 상관을 사용하는 예측 부호화 |
| LiDAR 점군 | 무손실(LAZ 계열) | 원래 크기의 7~20 % (공개 주장치) | 17.1 | 좌표 정밀도를 줄이는 손실 방식은 측량에 사용하지 않는다 |
| SAR 원시 | 블록 적응 양자화 | 16비트 → 4비트 안팎 | 80 | 영상 형성 뒤의 SAR 영상은 다시 압축할 수 있다 |
열영상이 이 구분의 좋은 예다. 운용자가 보는 열영상은 보통 14비트 원시 값을 장면에 맞춰 8비트로 펴고(자동 이득·대비) 영상 압축을 건다. 이 영상은 사람을 찾기에 충분하지만, 같은 회색이 장면마다 다른 온도라서 설비 점검의 온도 측정에는 사용할 수 없다(6.4). 점검 임무가 원시 값을 기록해야 하는 이유다.
압축은 공짜가 아니다. 인코더는 전력과 지연을 사용하고(3.12.5), 압축률이 높을수록 손실 하나가 더 많은 프레임을 깨뜨린다(3.12.4.2). 측정 자료의 무손실 압축은 대개 기록 단계에서 하고, 링크로는 그 일부나 미리보기만 보낸다.
압축은 분석도 깎는다. 4 Mbit/s 1080p는 화소당 0.064비트다(3.12.4.1). 이 정도로 줄이면 몇 화소짜리 작은 표적, 곧 Johnson 탐지 기준(2화소 안팎, 6.1.6)에 걸친 대상이 가장 먼저 뭉개진다. 지상에서 압축 영상을 분석하는 구조는 이 손실을 그대로 안고 시작한다. 기체에서 분석하면 압축 전의 원본으로 분석한다. 같은 알고리즘이라도 온보드 처리가 작은 표적에서 유리한 이유이며, 그 크기는 장면과 알고리즘에 따라 달라 시험으로 정해야 한다(6.12).
6.11.5 줄여 보내기의 계단 — 관심 영역·조각·결과
압축 다음에도 줄일 길이 있다. 무엇을 보낼지를 바꾸는 것이다. 영상 1080p를 기준으로 계단을 내려가면 다음과 같다(교육용 가정).
| 계단 | 보내는 것 | 데이터율 | 원본 대비 | 링크 거리(여유 20 dB) |
|---|---|---|---|---|
| 0 원본 | 1080p 30 Hz 원시 | 746.5 Mbit/s | 1 | 0.12 km |
| 1 압축 영상 | H.265 1080p | 4 Mbit/s | 1/187 | 1.61 km |
| 2 관심 영역 | 관심 영역만 고화질, 나머지는 저해상 배경 | 0.5 Mbit/s | 1/1,493 | 4.54 km |
| 3 영상 조각 + 좌표 | 8 kB 조각 초당 2개(3.12.9) + 위치·오차 | 0.128 Mbit/s | 1/5,832 | 8.97 km |
| 4 결과만 | 검출 한 건 100바이트(좌표·확률·시각) 초당 10건 | 8 kbit/s | 1/93,000 | 35.9 km |
링크 거리는 3.12.6의 5.8 GHz 영상 링크 버짓(송신 23 dBm, 안테나 3·9 dBi, 잡음지수 6 dB)을 그대로 사용하고, 변조를 QPSK 1/2로 고정한 채 비트율에 비례해 대역폭을 바꿨다. 이 모형은 4 Mbit/s에서 3.12.6의 1.61 km를 그대로 재현한다. 자유공간에서는 필요한 수신 전력이 데이터율에 비례하므로 거리는 데이터율의 제곱근에 반비례한다.
$$d\propto\frac{1}{\sqrt{R_b}}\qquad\Longrightarrow\qquad \frac{d_2}{d_1}=\sqrt{\frac{R_{b1}}{R_{b2}}}$$
읽을 것 셋. 첫째, 계단 하나가 거리를 2~4배 늘린다. 4 Mbit/s 영상에서 영상 조각으로 내려가면 1.6 km가 9 km가 된다. 같은 거리를 유지한다면 송신 전력을 15 dB(약 31분의 1) 줄일 수 있다. 둘째, 결과만 보내면 다른 한계가 먼저 온다. 36 km는 높이 120 m 기체와 지상 2 m 안테나의 전파 수평선 51 km(3.2.5)에 가깝고, 실제 지형의 가림(3.2.5.2·3.3)이 그보다 먼저 막는다. 셋째, 계단을 내려갈수록 기체의 판단에 기댄다. 계단 3·4에서 운용자는 기체가 고른 것만 본다. 놓친 것(미탐지)은 영영 보이지 않고, 잘못 고른 것(오경보)은 사람의 시간을 사용한다(6.12). 그래서 원본은 기록해 두고 필요한 구간만 다시 요청하는 구조가 같이 간다.
이 모형은 변조를 QPSK 1/2로 고정했다. 비트율이 낮아지면 더 강한 변조·부호화(BPSK, 낮은 부호율)로 바꿔 필요 SNR을 몇 dB 더 낮출 수 있으므로 실제 거리는 더 길어질 수 있다. 반대로 대역폭이 아주 좁아지면 주파수 오차와 도플러를 견디기 어려워진다. 변조와 적응 전송의 선택은 3.9가 다룬다.
변화만 보내기는 계단 2와 3 사이의 길이다. 같은 곳을 오래 관측하는 감시·시설 감시에서는 앞 영상과 달라진 부분만 보낸다. 줄어드는 정도는 장면이 얼마나 변하느냐에 달려 일반화할 수 없다. 1:N 운용에서 한 대만 고화질로 보내고 나머지는 저화질로 두면 한 채널에 8대가 아니라 74대가 들어간다는 3.10.9의 계산도 같은 계단의 응용이다.
6.11.6 에지 처리의 전력과 체공 — 손익을 한 표에
결론부터: 기체에서 처리하면 처리 전력이 체공을 깎지만, 송신을 줄여 무선 전력을 아끼고 링크 거리를 얻는다. 무선 전력의 절감은 처리 전력의 일부만 메운다. 에지 처리의 진짜 이득은 전력이 아니라 링크다.
계산은 2.9.8의 모형을 그대로 사용한다. 처리 전력 $P_{\text{ai}}$를 더하고, 송신 비트율이 4 Mbit/s에서 0.128 Mbit/s(계단 1 → 3)로 줄어 무선 모듈이 아끼는 전력 $\Delta P_{\text{radio}}$를 뺀다. 무선 모듈은 대기 1 W, 송신 5 W로 두고 송신 시간 비율이 비트율 ÷ 링크 용량(4 Mbit/s)이라고 가정하면 $\Delta P_{\text{radio}}=5.00-1.13=3.87$ W다.
$$\Delta P_{\text{순}}=P_{\text{ai}}-\Delta P_{\text{radio}},\qquad \text{체공 감소율}=1-\frac{E_0-m\,e_b\,u}{P_0+\Delta P_{\text{순}}}\Big/\frac{E_0}{P_0}$$
$m$은 처리 모듈과 방열판의 질량이고(2.9.7, 강제 대류), $m=0$이면 전력만 반영한 값이다.
| 처리 전력 | 2 kg 쿼드: 전력만 / 순 / 순 + 질량 | 4 kg 고정익: 전력만 / 순 / 순 + 질량 | 6 kg 결합형: 전력만 / 순 / 순 + 질량 |
|---|---|---|---|
| 5 W | 1.8 / 0.4 / 8.2 % | 7.9 / 1.9 / 5.7 % | 2.7 / 0.6 / 2.6 % |
| 15 W | 5.3 / 4.0 / 24.0 % | 20.4 / 16.0 / 24.7 % | 7.7 / 5.8 / 10.7 % |
| 30 W | 10.0 / 8.8 / 48.3 % | 33.9 / 30.8 / 45.8 % | 14.3 / 12.6 / 22.1 % |
읽을 것 셋. 첫째, 5 W급 처리는 무선 절감이 거의 다 메운다. 고정익의 손실이 전력만 7.9 %에서 순 1.9 %로 준다. 가벼운 검출 모델을 낮은 해상도로 돌리는 구성이 링크를 아끼는 가장 싼 길이다. 둘째, 15 W 이상은 질량이 지배한다. 쿼드는 15 W에서 전력만 5.3 %였던 손실이 모듈·방열판 질량을 넣으면 24 %가 된다. 배터리 0.6 kg 가운데 상당 부분을 잠식하기 때문이다(2.9.8). 셋째, 결합형이 에지 처리에 가장 너그럽다. 15 W에서 순 + 질량 10.7 %다. 처리할 일이 많은 임무는 큰 기체로 옮기는 것이 체공을 덜 잃는다.
처리 전력을 줄이는 방법은 2.9.8이 정리했다. 상시 저전력 감지와 후보가 보일 때만 고전력 확인을 하는 듀티 운용, 입력 해상도와 모델 크기를 임무에 맞추는 경량화, 그리고 일부는 지상으로 넘기는 분할이다. 기체에서 돌리는 학습 모델의 신뢰성과 보증은 7.4이 다룬다.
어디에서 돌리는가도 설계 문제다. 소형 UAS는 비행 컴퓨터와 임무 컴퓨터를 나눈다(2.9.3.3). 온보드 처리는 임무 컴퓨터에서 돌리고, 그 고장이 비행 제어로 번지지 않게 전원·버스·소프트웨어를 분리한다(2.9.4). 처리 단계마다 맞는 하드웨어가 다르다.
| 처리 단계 | 하는 일 | 주로 사용하는 하드웨어 | 주의 |
|---|---|---|---|
| 영상 신호 처리 | 보정·잡음 제거·색 | 카메라·처리기 안의 전용 회로 | 원시 값을 바꾸므로 측정용은 우회 경로가 필요 |
| 영상 압축 | H.264·H.265 부호화 | 하드웨어 인코더 | 전력이 작고 지연이 고정된다 |
| 검출·분류 | 신경망 추론 | GPU·NPU | 전력의 대부분, 열 스로틀링(2.9.7) |
| 추적·좌표 계산 | 연관·필터·지리 위치(6.10) | CPU | 항법 해와 시각을 맞춰야 한다(3.12.9) |
| 기록·암호화 | 무손실 압축·암호 | CPU·저장 장치의 암호 기능 | 사용하기 속도와 제로화 시간 |
6.11.7 지연과 링크 단절 — 결과는 언제 도착하는가
처리 위치는 결과가 사람에게 닿는 시간도 바꾼다. 조난자가 화면에 들어온 순간부터 운용자가 후보를 보는 순간까지를 비교하면 다음과 같다(교육용 가정, 영상 경로는 3.12.11).
| 구간 | 지상 처리(영상 스트림) | 온보드 처리(조각 + 좌표) |
|---|---|---|
| 포착·인코딩·링크·디코딩 | 영상 경로 약 190 ms(3.12.11) | 조각 64 kbit를 4 Mbit/s 링크로 16 ms + 접속 지연 |
| 검출 | 지상 처리기 수십 ms | 온보드 처리기 100 ms 안팎(저전력이라 느리다, 가정) |
| 사람이 알아채는 시간 | 운용자가 화면을 계속 보며 찾는다(수 초~미탐지) | 후보가 뜨면 경보로 바로 본다 |
| 정지궤도 위성 경유 | 편도 약 0.29 s가 더해지고 영상 비트율이 맞지 않는다(6.11.9) | 편도 약 0.29 s가 더해진다 |
기계 지연만 보면 둘은 비슷하다. 차이는 사람 쪽에서 난다. 영상 스트림은 운용자가 몇 시간 동안 화면을 감시해야 하고, 주의가 흐려지면 지나간 것을 놓친다. 온보드 처리는 후보만 보여 주므로 운용자의 일을 "찾기"에서 "확인하기"로 바꾼다. 그 대가는 기계가 놓친 것을 사람이 볼 기회가 없다는 점이다(6.11.5).
링크가 끊기면 두 구조는 정반대로 행동한다. 영상 스트림은 그 시간의 정보를 잃는다. 온보드 처리는 결과를 쌓아 두었다가 링크가 돌아오면 보낸다(저장 후 전달). 이때 무엇을 먼저 보낼지 우선순위가 필요하다. 신뢰도가 높은 후보, 최신 위치, 기체 상태 순으로 보내고, 링크 용량이 돌아온 만큼 오래된 후보를 채운다. 링크 단절 절차 자체(귀환·대기)는 C2 링크 설계의 몫이다(3.11).
6.11.8 저장과 데이터 보호
보내지 않은 데이터는 기체에 남는다. 기록 용량은 데이터율에 시간을 곱하면 된다.
| 기록하는 것 | 데이터율 | 1시간 | 1.5시간 |
|---|---|---|---|
| 1080p 영상(기록용 고화질, 20 Mbit/s 가정) | 20 Mbit/s | 9.0 GB | 13.5 GB |
| 열영상 원시(무손실) | 68.8 Mbit/s | 31.0 GB | 46.4 GB |
| LiDAR(LAZ 계열) | 17.1 Mbit/s | 7.7 GB | 11.5 GB |
| 초분광(무손실) | 82.9 Mbit/s | 37.3 GB | 56.0 GB |
용량 자체는 오늘날의 저장 장치로 어렵지 않다. 어려운 것은 기록이 남긴 위험이다.
- 노획. 기체가 상대 손에 들어가면 기록과 암호 키, 임무 정보가 함께 넘어간다. 기록의 암호화, 키를 기체에 두지 않는 설계, 위협이 보이면 지우는 제로화가 방호다(8.17). 제로화는 확실해야 하지만 실수로 지워지면 임무 성과를 잃으므로 조건 설계가 어렵다.
- 개인정보. 원본에는 임무와 무관한 사람·차량·주거가 찍힌다. 보관 기간, 접근 권한, 마스킹, 파기 기록이 법적 의무가 된다(18.17).
- 증거와 무결성. 재난·사고·단속의 기록은 나중에 증거가 될 수 있다. 원본의 해시와 시각, 처리 이력(누가 언제 무엇을 했는가)을 남겨야 원본임을 입증한다(8.23).
- 클라우드와 국외 이전. 내려받은 자료를 제조사 클라우드에 올리는 순간 데이터 주권과 공공기관 보안 지침의 문제가 된다(14.28·19.20).
노획에 대한 보호는 층으로 고른다(범주 수준, 상세는 8.17).
| 보호 수준 | 하는 일 | 막는 위험 | 대가 |
|---|---|---|---|
| 저장 암호화 | 기록을 암호화하고 키를 별도 보안 모듈에 둔다 | 저장 매체만 빼 가는 경우 | 키가 기체에 있으면 기체째 노획에 약하다 |
| 키를 기체에 남기지 않기 | 키를 비행 중 메모리에만 두고 전원이 꺼지면 사라지게 한다 | 기체째 노획 | 키 배포·관리 절차, 비상 착륙 뒤 자료 접근의 어려움 |
| 제로화 | 정해진 조건에서 키와 자료를 지운다 | 노획 직후의 분석 | 오작동하면 임무 성과를 잃는다, 조건과 시험 설계 |
전송 중의 보호는 링크 암호(3.18·9.19)의 몫이지만, 계단을 내려갈수록 보호가 쉬워진다. 결과만 보내면 도청돼도 드러나는 것이 적고, 짧은 송신은 탐지될 시간도 짧다(3.18의 저피탐 원리).
6.11.9 위성 링크의 용량과 비용
가시선 밖으로 나가면 위성 링크가 남는다. 그런데 기체에서 위성으로 올리는 복귀 링크는 기체 단말의 EIRP가 정한다. 3.13.4.3의 예(Ku 대역, 0.75 m 안테나·10 W 단말, 정지궤도)에서 지원 비트율은 약 2.85 Mbit/s로 1080p 4 Mbit/s 영상에 모자랐다. 소형 기체가 실을 수 있는 L 대역 협대역 단말은 수백 kbit/s급이다(3.13.5.1).
| 위성 복귀 링크 | 용량(3.13) | 1080p 압축 영상(4 Mbit/s) | 영상 조각 + 좌표(0.128 Mbit/s) | 결과만(8 kbit/s) |
|---|---|---|---|---|
| Ku 정지궤도, 0.75 m·10 W 단말 | 약 2.85 Mbit/s | 들어가지 않는다 | 들어간다(여유 22배) | 들어간다 |
| L 대역 협대역, 소형 단말 | 수백 kbit/s급 | 들어가지 않는다 | 300 kbit/s라면 들어간다(여유 2배) | 들어간다 |
위성 링크에는 지연(정지궤도 왕복 0.58 s, 3.12.4.3)과 비용이 더해진다. 상용 위성 서비스는 대개 전송량이나 대역에 따라 요금을 매기므로 (요금 구조는 사업자·계약별 확인 필요), 보내는 바이트가 곧 운용비다. 그래서 위성 경유 임무는 결과만 보내기를 기본으로 하고 영상은 요청할 때만 짧게 보내는 구조가 된다. 저궤도 군집 단말(3.13.6.1)은 용량을 키우지만 기체 탑재 안테나의 크기와 전력, 서비스 가용 지역이 제약이다.
6.11.10 수치 예시·워크스루 — 야간 수색구조의 처리 구성
6.1.3의 야간 산악 수색구조를 이어 간다(교육용 가정). 6 kg 결합형(체공 115분)에 열영상 640×512와 EO 1080p를 싣고, 지상통제소에서 최대 4 km까지 수색한다. 링크는 3.12.6의 5.8 GHz 구성, 여유 20 dB다.
| 구성 | 보내는 것 | 데이터율 | 링크 거리 | 4 km를 커버하는가 | 체공 |
|---|---|---|---|---|---|
| ① 다 보낸다 | 열 영상(약 1 Mbit/s, 가정) + EO 4 Mbit/s | 5 Mbit/s | 1.44 km | 아니다 | 115분 |
| ② 관심 영역 | 열 저해상 전체 + 관심 영역 고화질 | 0.5 Mbit/s | 4.54 km | 겨우(여유 없음) | 115분 |
| ③ 온보드 검출 | 후보 영상 조각 + 좌표·오차(6.10) | 0.128 Mbit/s | 8.97 km | 그렇다 | 108분(순 전력), 103분(질량 포함) |
체공의 계산은 처리 15 W, 무선 절감 3.87 W, 강제 대류 방열판을 가정한 6.11.6의 값이다. 탐색에 필요한 시간(중복 없이 0.89시간, 중복과 선회를 더해 1.5시간 이상, 6.1.3)을 103분(1.7시간)이 포괄한다.
③을 고르면 따라오는 일이 셋 있다. 첫째, 원본 기록이 1.5시간에 약 60 GB다(열 원시 무손실 46 GB + EO 기록 14 GB). 노획 대비 암호화와 개인정보 처리 절차가 필요하다(6.11.8). 둘째, 원본을 링크로 다시 받는 일은 느리다. 후보 하나를 확인하려고 열 원시 10초(688 Mbit)를 4 Mbit/s 링크로 받으면 172초가 걸린다. 같은 10초를 압축 영상(약 1 Mbit/s 가정)으로 받으면 2.5초다. 확인용은 압축 영상, 측정·증거용은 착륙 뒤 원본이 맞다. 셋째, 오경보와 미탐지를 운용 절차가 감당해야 한다. 기체가 놓친 조난자는 지상에서 영영 보이지 않으므로, 탐색 구역의 일부는 ②로 사람이 직접 보거나 착륙 뒤 원본을 다시 분석한다(6.12). 후보를 확인하는 운용자의 판단과 작업 부하는 7.11이 다룬다.
이 워크스루를 일반화하면 처리 구성은 다음 순서로 정한다.
- 필요한 거리와 링크를 정한다. 거리에서 보낼 수 있는 데이터율의 상한이 나온다(6.11.5의 그림).
- 실시간으로 사람이 봐야 하는 것을 정한다. 그 데이터율이 상한 안에 들어오는 계단을 고른다.
- 기록해야 하는 원본을 정한다. 용량·암호화·보관 기간이 따라온다(6.11.8).
- 온보드 처리의 전력과 질량을 체공 예산에 넣는다(6.11.6). 모자라면 듀티 운용이나 더 큰 기체로 간다.
- 놓칠 때의 대책을 정한다. 사람이 직접 보는 구간, 착륙 뒤 재분석, 원본 요청의 절차다.
6.11.11 설계 트레이드오프 — 무엇을 어디에 둘 것인가
① 다 보낸다. 기체가 단순하고 사람이 모든 것을 본다. 가시선 근거리·단일 기체·실시간 판단이 중요한 임무(근접 점검, 촬영)에 맞다. 거리와 기체 수가 링크에 묶인다.
② 줄여 보낸다(관심 영역·변화). 사람이 계속 보되 링크를 아낀다. 중거리·1:N 운용에 맞다. 운용자의 주의가 병목이다.
③ 처리해 결과만 보낸다. 링크 거리·위성 경유·링크 단절에 강하다. 장거리 수색·광역 감시·위성 경유 임무에 맞다. 처리 전력과 질량, 기체 판단의 신뢰성(오경보·미탐지)이 대가다.
④ 기록 후 회수. 링크를 거의 사용하지 않고 원본을 온전히 얻는다. 측량·매핑·분광 관측처럼 산출물이 사후 처리에서 나오는 임무에 맞다. 실시간성이 없고 기록의 보호가 과제다.
견해: 대부분의 실제 임무는 ④를 기반으로 하고 그 위에 ③ 또는 ②를 추가하는 이중 구조가 맞다고 본다. 근거는 세 가지다. 첫째, 6.11.4의 표대로 측정 자료는 무손실로 줄여도 링크의 4~21배여서 원본은 어차피 기록해야 한다. 둘째, 6.11.5의 계산대로 계단 하나가 거리를 2~4배 늘리므로 실시간 몫은 가능한 한 아래 계단으로 내리는 편이 링크에 유리하다. 셋째, 6.11.6에서 5 W급 처리는 무선 절감이 거의 메워 체공의 대가가 작다. 반대 입장도 합리적이다. 공공 안전 임무에서 기체가 놓친 대상은 책임 문제로 이어지므로, 사람이 원본 영상을 직접 보는 ①·②를 규정이나 절차로 요구하는 기관이 있을 수 있다. 이 판단은 교육용 데이터율과 링크 모형에 기대므로 실제 장비와 지형으로 다시 계산해야 한다.
6.11.12 세 축 비교
| 항목 | 군용 드론 | 민간 UAS | AAM |
|---|---|---|---|
| 기본 구조 | 온보드 처리 + 결과 전송, 원본 기록, 표준 메타데이터 | 기록 후 회수 + 확인용 영상 | 온보드 처리(감지), 운항 기록 |
| 링크 조건 | 방해·단절 전제, 위성 경유 | 가시선 중심, 셀룰러·1:N | 인증된 통신, 감지는 링크에 기대지 않음 |
| 데이터 보호 | 암호화·제로화·노획 대비(8.17) | 개인정보·공간정보 보안·클라우드 이전 | 운항 데이터 보호·사이버보안 인증 |
| 지배 제약 | 복귀 링크 용량, 생존성 | 체공과 비용, 산출물 품질 | 인증 가능한 처리, 신뢰성 |
| 실시간 몫 | 검출 결과·영상 조각, 요청 시 영상 | 확인용 압축 영상 | 운항·상태 정보 |
| 기록 몫 | 원본 전체(암호화) | 원본 전체(산출물의 원천) | 운항 기록·감지 데이터 |
| 관련 장 | 9.8·10.3·8.17 | 14.16·14.28·18.17 | 7.1·8.11 |
6.11.13 관련 규격·프로토콜
| 문서 | 발행 | 무엇을 정하나 | 상세 |
|---|---|---|---|
| ITU-T H.264 · H.265 | ITU-T·ISO/IEC | 영상 압축(AVC·HEVC) | 3.12.4 |
| ITU-T H.266(VVC) | ITU-T·ISO/IEC | HEVC 다음 세대 영상 압축 (판·성능 확인 필요) | 3.12 |
| ISO/IEC 15444(JPEG 2000) | ISO/IEC | 정지 영상의 손실·무손실 압축, 군 정지 영상 규격이 사용한다 | 9.8 |
| STANAG 4609 · 4545 · 4559 | NATO | 동영상·정지 영상·영상 산출물 저장소의 상호운용 (판 확인 필요) | 9.8 |
| CCSDS 123.0-B | CCSDS | 다중분광·초분광 영상의 무손실·준무손실 압축 (판 확인 필요) | 6.7 |
| ASPRS LAS · LAZ(LASzip) | ASPRS · 공개 소프트웨어 | 점군 기록 형식과 무손실 압축 | 9.17 |
| MISB ST 0601 | MISB | 영상과 함께 보내는 KLV 메타데이터 | 9.8 |
6.11.14 관련 규제·인증 요구와의 연결
| 요구 | 일으키는 규제·인증 | 이 장과의 연결 | 상세 |
|---|---|---|---|
| 기록 영상의 보관·파기 | 개인정보·영상정보 규제 | 원본 기록이 길수록 보관·마스킹·파기 의무가 커진다 | 18.17 |
| 국외 클라우드·외국산 기체 | 데이터 주권, 공공기관 보안 지침 | 내려받은 자료의 저장 위치와 전송 경로 | 19.20·14.28 |
| 측량·항공사진 자료 | 공간정보 보안 | 기록한 정밀 영상·점군의 반출 제한 | 18.20 |
| 암호 모듈 | 암호 모듈 검증(FIPS 140-3·KCMVP) | 기록과 링크의 암호화 | 9.19 |
| 노획 시 기술 보호 | 방산기술 보호, 안티탬퍼 | 제로화와 키 관리 | 8.17·19.17 |
| 온보드 AI 판단 | AI 법제, 학습 기반 보증 | 결과만 보내는 구조에서 기체 판단의 책임과 검증 | 18.21·7.4 |
| 송신 출력·대역 | 전파 규제 | 비트율을 줄여 출력을 낮추면 규정 한도 안에서 거리를 얻는다 | 18.16 |
6.11.15 함정과 한계
| 오해 | 실제 | 더 볼 곳 |
|---|---|---|
| "압축하면 다 보낼 수 있다" | 측정 자료는 무손실로 2~10배밖에 줄지 않아 링크의 수~수십 배다 | 6.11.4 |
| "열영상 화면으로 온도를 잴 수 있다" | 8비트 자동 대비 영상은 온도 값을 잃는다. 원시 값을 기록해야 한다 | 6.11.4·6.4 |
| "에지 처리는 전력을 먹으니 손해다" | 5 W급은 무선 절감이 거의 메운다. 진짜 값은 링크 거리다 | 6.11.6 |
| "결과만 보내면 충분하다" | 미탐지는 지상에서 보이지 않는다. 원본 기록과 사람 확인 구간이 함께 가야 한다 | 6.11.5·6.12 |
| "원본은 필요할 때 링크로 받으면 된다" | 열 원시 10초가 4 Mbit/s 링크로 172초다 | 6.11.10 |
| "비트율을 반으로 줄이면 거리가 두 배다" | 자유공간에서 거리는 비트율의 제곱근에 반비례한다. 반으로 줄이면 1.41배다 | 6.11.5·3.12.6 |
| "위성을 사용하면 어디서든 영상을 본다" | 기체의 복귀 링크는 단말 EIRP가 정한다. 소형 단말로는 압축 영상도 모자랄 수 있다 | 6.11.9·3.13.4.3 |
| "저장은 싸니 다 기록한다" | 기록은 노획·개인정보·증거 관리의 의무를 만든다 | 6.11.8 |
이 장의 한계를 밝혀 둔다.
- 데이터율과 압축비는 교육용 대표값이다. 실제 값은 센서 구성과 장면에 따라 몇 배씩 다르다. 각 센서 장의 값이 정해지면 그것을 따른다.
- 링크 거리는 자유공간 모형이다. 가림·다중경로·간섭은 넣지 않았고(3.3·3.4), 아주 낮은 비트율에서의 동기·주파수 오차 같은 구현 한계도 넣지 않았다.
- 무선 모듈의 전력 모형(대기 1 W, 송신 5 W, 듀티 비례)은 가정이다. 실제 모듈은 송신 출력과 프로토콜에 따라 다르다.
- 위성 서비스의 요금과 저궤도 단말의 기체 탑재 성능은 확인하지 못했다.
6.11.16 체크포인트·연구 질문
체크포인트
- 원시 데이터율의 공통 식을 작성하고, 열영상 320×256·14비트·60 Hz의 원시 데이터율을 구하라.
- 보는 영상과 측정 자료에 다른 압축을 사용해야 하는 이유를 열영상의 예로 설명하라.
- 같은 링크에서 송신 데이터율을 4 Mbit/s에서 0.25 Mbit/s로 줄이면 자유공간 거리는 몇 배가 되는가?
- 4 kg 고정익에서 처리 5 W를 더하고 무선 송신을 3.87 W 줄이면 체공 감소율은? 전력만 반영한 7.9 %와 왜 다른가?
- 1.5시간 임무에서 열 원시(무손실)와 LiDAR(LAZ 계열)를 함께 기록할 때 필요한 용량을 구하라.
- 위성 복귀 링크 300 kbit/s로 보낼 수 있는 것과 없는 것을 6.11.5의 계단으로 구분하라.
연구 질문 — 이 장에서 파생되는 열린 주제(25.7에 모은다)
- 처리 위치의 자동 결정 — 링크 상태·배터리·임무 단계에 따라 계단을 실시간으로 오르내리는 정책을 만들고, 그 안전성(미탐지의 위험)을 어떻게 입증할 수 있는가?
- 측정 자료의 준무손실 압축 — 열·분광·점군에서 측정 오차의 허용 범위 안에서만 손실을 허락하는 압축이 무손실보다 얼마나 더 줄이고, 산출물 품질에 어떤 영향을 주는가?
- 결과 전송의 감사 가능성 — 기체가 결과만 보낼 때, 놓친 대상과 판단 근거를 나중에 검증할 수 있게 하는 기록·로그의 최소 구성은 무엇인가?
- 제로화의 신뢰성 — 노획 때 확실히 지우되 오작동으로 임무 데이터를 잃지 않는 제로화 조건과 그 시험 방법은?
1차 출처(이 장)
- ITU-T Recommendation H.264, H.265, H.266 — 판과 개정은 ITU-T 공식 목록에서 확인한다.
- ISO/IEC 15444-1 JPEG 2000 image coding system: Core coding system.
- CCSDS 123.0-B, Low-Complexity Lossless and Near-Lossless Multispectral and Hyperspectral Image Compression
(판 확인 필요). - Isenburg, M., "LASzip: lossless compression of LiDAR data", Photogrammetric Engineering & Remote Sensing 79(2), 2013.
(권·호 확인 필요) - NATO STANAG 4609·4545·4559, MISB ST 0601 — 판은 9.8에서 확인한다.
출처를 찾고 판을 추적하는 방법은 0.9에서 다룬다.
다음 장: 6.12는 기체와 지상에서 실제로 데이터를 무엇으로 바꾸는가, 곧 임무 데이터 처리를 다룬다. 사진측량과 정사영상, 객체 탐지·분류와 그 성능 평가, 다중 객체 추적, 지리정보 정합, 그리고 응용별 산출물과 사람의 검증을 사용한다. 이 장의 "결과만 보내기"가 믿을 만한지는 그 탐지 성능과 오경보·미탐지의 관리에 달려 있다.