KR100818122B1 - 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템 및 그 방법 - Google Patents

무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

인공위성으로부터 GPS 데이터를 수신하여 시간에 따른 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn)를 생성하고 시간차(△tn)에 따른 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn)의 오차를 보정하기 위한 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 계산하는 절대좌표생성장치; 상기 인공위성으로부터 GPS 데이터를 수신하여 상대위치좌표(An,Bn,Cn)를 생성하는 무인헬리콥터; 및 상기 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn), 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn) 및 상대위치좌표(An,Bn,Cn)를 수신하여 상기 시간차(△tn)에 따른 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn) 만큼 상대위치좌표(An,Bn,Cn)의 좌표값을 보정한 보정위치좌표(an,bn,cn)를 생성하고, 상기 최초로 생성되는 상대위치좌표(A0,B0,C0)를 토대로 생성되는 비행경로좌표(L0,M0,N0)에 대하여 상기 시간차(△tn)에 따른 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn) 만큼 좌표값을 보정한 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)를 생성하며, 상기 보정위치좌표(an,bn,cn)가 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)의 일정범위 이상을 벗어나는지 판단하고 이에 따른 합격/불합격 유무를 판별하는 비행능력평가장치를 포함하는 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템이 제공된다.
헬리콥터, 농업용 헬리콥터, 농업용 항공기, 농약살포비행기, 무인항공기, 조종 능력 평가 시스템, 기능 검정 시스템

Description

무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템 및 그 방법{Flight control ability test system of unmaned helicopter and method thereof}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도;
도 2a 내지 도 2c는 각각 도 1의 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템에 있어서 절대좌표생성장치, 무인헬리콥터 및 비행능력평가장치의 구성을 나타낸 블록 구성도;
도 3은 도 1의 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템에 있어서 비행경로좌표에 따라 생성된 비행경로를 나타낸 도면;
도 4는 도 1의 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템에 있어서 무인헬리콥터의 비행중 자세정보를 나타낸 도면; 및
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인헬리콥터 조종사 기능 검정 방법을 나타낸 제어 흐름도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 인공위성 200 : 절대좌표생성장치
220 : 절대좌표생성부 230 : 보정데이터생성부
300 : 무인헬리콥터 340 : 상대좌표생성부
400 : 비행능력평가장치 410 : RF 수신부
420 : 보정좌표생성부 430 : 비행좌표생성부
440 : 보정비행좌표생성부 450 : 합격불합격판단부
본 발명은 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 무선 조종이 가능한 무인헬리콥터의 비행중 위치정보를 이용하여 상기 무인헬리콥터의 비행을 제어하는 조종사의 비행 능력을 평가할 수 있도록 하기 위한 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 현재 농촌에서 수행되고 있는 농약 및 비료의 살포 방식은 농약을 물에 희석시켜 분무기에 담아 농민이나 작업자가 직접 살포하거나 길이가 긴 비닐봉지에 담아 양끝에서 비닐본봉지를 잡고 살포하는 방식으로 수행되고 있다.
그러나 이러한 종래의 살포방식은 다수의 인력이 필요하고 농약에 중독되어 건강을 해칠 수 있는 문제점이 있으며, 농약을 살포하는 과정에서 농작물을 밟고 이동해야하기 때문에 농작물의 피해가 발생되는 문제점이 있다.
또한, 농약을 분무기와 호스를 이용하여 살포하는 방식은 농민이나 작업자가 직접 분무기에 연결된 호스와 분사노즐을 파지한 채 논이나 밭으로 들어가 살포해야 하기 때문에 작업성이 저하되는 문제와 작업이 불편한 문제점이 있다.
한편, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 비행기 및 헬리콥터를 이용한 유 인 항공기에 농약 및 비료를 살포할 수 있도록 하고 있으나, 이는 가격이 너무 부담되어 일반적으로 실용화하기에 현실성이 저하되고, 대규모 영농단지에는 적합하나 우리나라와 같은 협소한 면적을 경작하는 농가에는 적합하지 못하다.
따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 무인헬리콥터를 이용하여 농약이나 비료를 살포하도록 하는 방안이 대두되고 있다.
그러나 상기 무인헬리콥터를 조종하는 농민 또는 조종사의 무인헬리콥터 조종 능력이 우수하지 않을 경우 상기 고가의 무인헬리콥터가 추락하여 파손될 우려가 있으며 이와 함께 농작물이 훼손되거나 상기 농약 또는 비료로 인하여 논이나 밭이 오염되는 문제점이 있다.
따라서 상기 농업용 무인헬리콥터를 이용한 농약이나 비료의 살포가 용이하게 진행되도록 상기 농업용 무인헬리콥터의 비행 조종 능력을 훈련시키거나 평가하기 위한 시스템의 보급이 절실해지고 있는 실정이다.
그럼에도 불구하고 현행 무인항공기 조종 능력의 평가는 육안으로 비행경로를 확인하고 평가함에 따른 객관성이 떨어지는 문제점이 있다. 이에 따라 GPS 시스템을 이용하여 자동적으로 비행 능력을 테스트화 할 수 있도록 할 필요성이 있다.
한편, 현행 GPS 시스템은 실시간에 따른 오차 좌표가 발생되기 때문에 바로 GPS 시스템을 비행 평가 테스트에 적용할 경우 부당한 합격/불합격 결과가 발생될 수 있는 문제점이 있다. 따라서 절대좌표와 오차좌표간의 보정좌표변환이 필요하며 이러한 보정좌표에 의한 비행능력평가의 필요성이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 비행능력평가를 객관적으로 평가할 수 있도록 하는 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 비행능력평가측정시 발생될 수 있는 오차를 제어할 수 있는 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 인공위성으로부터 GPS 데이터를 수신하여 시간에 따른 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn)를 생성하고 시간차(△tn)에 따른 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn)의 오차를 보정하기 위한 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 계산하는 절대좌표생성장치; 상기 인공위성으로부터 GPS 데이터를 수신하여 상대위치좌표(An,Bn,Cn)를 생성하는 무인헬리콥터; 및 상기 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn), 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn) 및 상대위치좌표(An,Bn,Cn)를 수신하여 상기 시간차(△tn)에 따른 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn) 만큼 상대위치좌표(An,Bn,Cn)의 좌표값을 보정한 보정위치좌표(an,bn,cn)를 생성하고, 상기 최초로 생성되는 상대위치좌표(A0,B0,C0)를 토대로 생성되는 비행경로좌표(L0,M0,N0)에 대하여 상기 시간차(△tn)에 따른 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn) 만큼 좌표값을 보정한 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)를 생성하며, 상기 보정위치좌표(an,bn,cn)가 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)의 일정범위 이상을 벗어나는지 판단하고 이에 따른 합격/불합격 유무를 판별하는 비행능력평가장치를 포함하는 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템이 제공된다.
또한, 상기 절대좌표생성장치는, 상기 인공위성으로부터 수신된 GPS 데이터 를 시간(tn)에 따른 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn)로 생성하는 절대좌표생성부; 최초의 절대위치좌표(X0,Y0,Z0)의 생성시간( t0 일때)과 이후의 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn)의 생성시간(tn 일때)의 시간차(△tn)에 따른 좌표값의 변화를 계산하여 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 생성하는 보정데이터생성부; 및 상기 GPS 데이터, 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn) 및 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 저장하는 데이터저장부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 비행능력평가장치는, 상기 상대위치좌표(An,Bn,Cn)의 생성시간(tn 일때)과 최초의 절대위치좌표(X0,Y0,Z0)의 생성시간(t0 일때)을 비교하여 생성시간의 차(△tn)를 계산하고 이에 대응된 상기 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 토대로 보정위치좌표(an,bn,cn)를 생성하는 보정좌표생성부; 상기 최초(t0 일때)로 생성되는 상대위치좌표(A0,B0,C0)의 좌표값을 토대로 일정범위의 거리값을 가지는 허용오차데이터(△x0,△y0,△z0)가 가감된 비행경로좌표(L0,M0,N0)를 생성하는 비행좌표생성부; 상기 상대위치좌표(An,Bn,Cn)의 생성시간(tn 일때)과 최초의 절대위치좌표(X0,Y0,Z0)의 생성시간(t0 일때)을 비교하여 생성시간의 차(△tn)를 계산하고 이에 대응된 상기 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 토대로 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)를 생성하는 보정비행좌표생성부; 상기 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)에서 보정위치좌표(an,bn,cn)를 차감한 결과데이터(In,Jn,Kn)가 상기 허용오차데이터(△x0,△y0,△z0) 이하 인지를 계산하여 합격/불합격 유무를 판별하는 합격/불합격판단부; 및 상기 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn), 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn), 상대위치좌표(An,Bn,Cn), 보정위치좌표(an,bn,cn), 비행경로좌표(L0,M0,N0), 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn), 허용오차데이터(△x0,△y0,△z0) 및 결과데이터(In,Jn,Kn)를 저장하는 데이터저장부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 시간차(△tn)에 따른 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)는 △tn = | tn - t0 |, △Xn = | Xn - X0 |, △Yn = | Yn - Y0 | 및 △Zn = | Zn - Z0 |으로 연산되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 시간차(△tn)에 따른 보정위치좌표(an,bn,cn)는 △tn = | tn - t0 |, an = | An + △Xn |, bn = | Bn + △Yn |, cn = | Cn + △Zn |으로 연산되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 최초(t0)로 생성되는 비행경로좌표(L0,M0,N0)는 L0 = | A0 + △x0 |, M0 = | B0 + △y0 |, N0 = | C0 + △z0 |으로 연산되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 시간차(△tn)에 따른 보정위치좌표(an,bn,cn)와 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)의 비교에 의한 결과데이터(In,Jn,Kn)는, In = | Ln - an | ≤ △x0, Jn = | Mn - bn | ≤ △y0, Kn = | Nn - cn | ≤ △z0으로 연산되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 허용오차데이터(△x0,△y0,△z0)는, ± 5 m의 거리값에 대응된 GPS 데이터 좌표값인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 의하면, 임의의 시간(t 0) 일 때의 최초의 상대위치좌표(A0,B0,C0), 절대위치좌표(X0,Y0,Z0) 및 비행경로좌표(L0,M0,N0)를 생성하는 제1 단계; 임의의 시간(t n) 일 때의 상대위치좌표(An,Bn,Cn)와 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn)를 생성하는 제2 단계; 상기 절대위치좌표(X0,Y0,Z0)의 생성시간(t 0) 과 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn)의 생성시간(t n)의 시간차(△t n)에 따른 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 생성하는 제3 단계; 상기 시간차(△t n)에 따른 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 토대로 상기 임의의 시간(t n) 일 때의 상대위치좌표(An,Bn,Cn)를 보정하여 보정위치좌표(an,bn,cn)를 생성하는 제4 단계; 상기 시간차(△t n)에 따른 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 토대로 상기 임의의 시간(t 0) 일 때의 비행경로좌표(L0,M0,N0)를 보정하여 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)를 생성하는 제5 단계; 및 상기 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)로부터 보정위치좌표(an,bn,cn)를 차감한 결과데이터(In,Jn,Kn)가 허용오차데이터(△x0,△y0,△z0) 이하인지 판단하는 제6 단계를 포함하는 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 방법이 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템의 구성을 나타낸 블록 구성도이고, 도 2a 내지 도 2c는 각각 도 1의 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템에 있어서 절대좌표생성장치, 무인헬리콥터 및 비행능력평가장치의 구성을 나타낸 블록 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템에 의하면, 인공위성(100)으로부터 GPS 데이터를 수신하여 시간에 따른 절대위치좌표를 생성하고 상기 시간차에 따른 절대위치좌표의 변화값을 계산하는 절대좌표생성장치(200), 원격조종장치(380)로부터 비행 등에 따른 제어신호를 입력받아 구동되며 인공위성(100)으로부터 GPS 데이터를 수신하여 상대위치좌표를 생성하는 무인헬리콥터(300) 및 상기 절대위치좌표와 시간차에 따른 절 대위치좌표의 변화값 및 상대위치좌표를 수신하여 상기 시간차에 따른 절대위치좌표의 변화값 만큼 상대위치좌표의 좌표값을 보정한 보정위치좌표를 생성하고, 상기 최초로 생성되는 상대위치좌표를 토대로 생성되는 비행경로좌표에 대하여 상기 시간차에 따른 절대위치좌표의 변화값 만큼의 좌표값을 보정한 보정비행경로좌표를 생성하며, 상기 보정위치좌표가 보정비행경로좌표의 일정범위 이상을 벗어나는지 판단하고 이에 따른 합격/불합격 유무를 판별하는 비행능력평가장치(400)를 포함한다.
절대좌표생성장치(200)는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 무인헬리콥터(300)의 비행능력을 테스트할 장소의 일측에 설치되는 것이 바람직하며, 인공위성(100)으로부터 GPS 데이터를 시간에 따라 실시간으로 수신하는 GPS 수신부(210), GPS 수신부(210)에 수신된 GPS 데이터를 시간(tn)에 따른 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn)로 생성하는 절대좌표생성부(220), 최초의 절대위치좌표(X0,Y0,Z0)의 생성시간( t0 일때)과 이후의 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn)의 생성시간(tn 일때)의 시간차(△tn)에 따른 좌표값의 변화를 [식 1]과 같이 계산하여 상기 상대위치좌표의 시간차에 따른 보정치 데이터로 사용되는 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 생성하는 보정데이터생성부(230), 상기 구성부들에 의한 GPS 데이터, 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn) 및 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 저장하는 데이터저장부(240) 및 상기 구성부들을 제어하는 제어부(250)를 포함한다.
[식 1]
시간차(△tn)에 따른 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)의 연산
△tn = | tn - t0 |, 여기서, n = 1,2,3,....,n 이다.
△Xn = | Xn - X0 |, 여기서, n = 1,2,3,....,n 이다.
△Yn = | Yn - Y0 |, 여기서, n = 1,2,3,....,n 이다.
△Zn = | Zn - Z0 |, 여기서, n = 1,2,3,....,n 이다.
무인헬리콥터(300)는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 원격조종장치(380)로부터 무인헬리콥터(300)의 구동에 대한 제어신호를 수신하는 RF수신부(310), 상기 제어신호에 의해 구동되어 비행을 가능하게 하는 구동부(320), 인공위성(100)으로부터 현재 비행중인 공간의 시간에 따른 GPS 데이터를 수신하는 GPS수신부(330), 상기 GPS 데이터를 토대로 시간(tn)에 따른 상대위치좌표(An,Bn,Cn)를 생성하는 상대좌표생성부(340), 상기 상대위치좌표(An,Bn,Cn)를 비행능력평가장치(400)에 송신하는 RF송신부(350) 및 상기 구성부들을 제어하는 제어부(360)를 포함한다.
여기서, 무인헬리콥터(300)는, 농업용으로 이용되도록 농약 및 비료인 살포제가 액상 또는 분말상으로 저장되어 이를 용이하게 공급하기 위한 저장분무기, 상기 저장분무기에 공급되는 농약 및 비료를 용이하게 이동시키는 고압이동호스, 상기 고압이동호스를 통해 이동된 농약 및 비료를 농지에 배출시키기 위해 고압이동호스의 끝단부에 설치된 다수의 분사노즐 등과 같은 살포부(370)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
도 3은 도 1의 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템에 있어서 비행경로좌표에 따라 생성된 비행경로를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 1의 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템에 있어서 무인헬리콥터의 비행중 자세정보를 나타낸 도면이 다.
한편, 비행능력평가장치(400)는, 도 2c 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 절대좌표생성장치(200)로부터 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn)와 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 수신하고 무인헬리콥터(300)로부터 상대위치좌표(An,Bn,Cn)를 수신하는 RF수신부(410), 상기 상대위치좌표(An,Bn,Cn)의 생성시간(tn 일때)과 최초의 절대위치좌표(X0,Y0,Z0)의 생성시간(t0 일때)을 비교하여 생성시간의 차(△tn)를 [식 2]와 같이 계산하고 이에 대응된 상기 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 토대로 보정위치좌표(an,bn,cn)를 생성하는 보정좌표생성부(420), 상기 최초(t0 일때)로 생성되는 상대위치좌표(A0,B0,C0)의 좌표값을 토대로 일정범위의 거리값을 가지는 허용오차데이터(△x0,△y0,△z0)가 가감된 비행경로좌표(L0,M0,N0)를 [식 3]과 같이 계산하여 생성하는 비행좌표생성부(430), 상기 상대위치좌표(An,Bn,Cn)의 생성시간(tn 일때)과 최초의 절대위치좌표(X0,Y0,Z0)의 생성시간(t0 일때)을 비교하여 생성시간의 차(△tn)를 [식 4]와 같이 계산하고 이에 대응된 상기 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 토대로 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)를 생성하는 보정비행좌표생성부(440), 상기 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Cn)에서 보정위치좌표(an,bn,cn)를 차감한 결과데이터(In,Jn,Kn)가 상기 허용오차데이터(△x0,△y0,△z0) 이하 인지를 [식 5]와 같이 계산하여 합격/불합격 유무를 판별하는 합격/불합격판단부(450), 상기 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn), 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn), 상대위치좌표(An,Bn,Cn), 보정위치좌표(an,bn,cn), 비행경로좌표(L0,M0,N0), 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn), 허용오차데이터(△x0,△y0,△z0) 및 결과데이터(In,Jn,Kn)를 저장하는 데이터저장부(460) 및 상기 구성부들을 제어하는 제어부(470)를 포함한다.
[식 2]
시간차(△tn)에 따른 보정위치좌표(an,bn,cn)의 연산
△tn = | tn - t0 |, 여기서, n = 1,2,3,....,n 이다.
an = | An + △Xn |, 여기서, n = 1,2,3,....,n 이다.
bn = | Bn + △Yn |, 여기서, n = 1,2,3,....,n 이다.
cn = | Cn + △Zn |, 여기서, n = 1,2,3,....,n 이다.
[식 3]
임의의 시간(t0)에서의 비행경로좌표(L0,M0,N0)의 연산
L0 = | A0 + △x0 |, 여기서, △x0 = ± 4 이다.
M0 = | B0 + △y0 |, 여기서, △y0 = ± 4 이다.
N0 = | C0 + △z0 |, 여기서, △z0 = ± 4 이다.
[식 4]
시간차(△tn)에 따른 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)의 연산
△tn = | tn - t0 |, 여기서, n = 1,2,3,....,n 이다.
Ln = | L0 + △Xn |, 여기서, n = 1,2,3,....,n 이다.
Mn = | M0 + △Yn |, 여기서, n = 1,2,3,....,n 이다.
Nn = | N0 + △Zn |, 여기서, n = 1,2,3,....,n 이다.
[식 5]
시간차(△tn)에 따른 보정위치좌표(an,bn,cn)와 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn) 의 비교에 의한 결과데이터(In,Jn,Kn)의 연산
In = | Ln - an | ≤ △x0 ; 합격, 여기서, n = 1,2,3,....,n 이다.
Jn = | Mn - bn | ≤ △y0 ; 합격, 여기서, n = 1,2,3,....,n 이다.
Kn = | Nn - cn | ≤ △z0 ; 합격, 여기서, n = 1,2,3,....,n 이다.
또한, 비행능력평가장치(400)는, 무인헬리콥터(300)로부터 비행중 본체의 종축(Roll), 수평축(Pitch) 및 요축(Yaw)에 대한 자세와 속도 등에 대한 자세정보를 전송받아 이를 토대로 상대자세좌표(R',P',Y') 생성하여 절대자세좌표(R,P,Y)와 일치여부를 비교하여 합격/불합격 유무를 판별할 수 있는 것이 바람직하다.
또한, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)가 연속적으로 이루어진 비행경로와 절대자세좌표(Rn,Pn,Yn)를 디스플레이하고, 상기 비행경로에 상기 보정위치좌표(an,bn,cn)를 연속적으로 오버랩(Overrap)하고 상기 절대자세좌표(Rn,Pn,Yn)에 상기 상대자세좌표(R'n,P'n,Y'n)를 연속적으로 오버랩시키는 디스플레이부(480)를 더 포함하는 것이 좋다.
따라서 시간(tn)에 따른 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn)에 대하여 시간차에 따른 좌표값의 오차를 보정하기 위한 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 생성하고 이를 토대로 상대위치좌표(An,Bn,Cn)와 비행경로좌표(L0,M0,N0)의 시간차에 따른 좌표값을 보정한 보정위치좌표(an,bn,cn)와 보정경로좌표(Ln,Mn,Nn)를 생성함으로써, 시간에 따라 변화되는 GPS 데이터에 의해 발생되는 좌표값의 오차를 보정할 수 있다.
또한, 상기 보정위치좌표(an,bn,cn)와 상기 최초 비행시 생성되는 상대위치좌표(A0,B0,C0)의 좌표값을 토대로 일정범위의 거리값을 가지는 허용오차데이터(△ x0,△y0,△z0)가 가감되고 시간차에 따른 좌표값의 변화가 보정된 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)를 비교함으로써, 무인헬리콥터(300)의 비행에 필요한 비행중 이륙, 속도, 고도, 회전, 착륙 및 자세 등과 같은 비행 능력을 테스트 할 수 있다.
여기서, 상기 합격/불합격판단부(450)는 비행 중 농약이나 비료의 살포 등과 같은 농업용 무인헬리콥터의 조종에 필요한 모든 사항을 확인할 수 있는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 농업용 무인헬리콥터 조종사 기능 검정 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인헬리콥터 조종사 기능 검정 방법을 나타낸 제어 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 농업용 무인헬리콥터 조종사 기능 검정 방법은, 최초 비행시 최초의 절대위치좌표(X0,Y0,Z0), 최초의 상대위치좌표(A0,B0,C0) 및 상기 최초의 상대위치좌표(A0,B0,C0)를 토대로 비행경로좌표(L0,M0,N0)를 설정하는 과정과, 상기 최초 비행 이후 비행시 생성된 상대위치좌표(An,Bn,Cn)의 시간차에 따른 오차값을 보정한 보정위치좌표(an,bn,cn)와 상기 비행경로좌표(L0,M0,N0)의 시간차에 따른 오차값을 보정한 보정비행경로좌표(Lm,Mn,Nn)를 비교판단 후 합격/불합격 판단을 위한 결과데이터(In,Jn,Kn)를 생성하는 과정으로 나눌 수 있다.
먼저, 최초 비행시 최초의 절대위치좌표(X0,Y0,Z0), 최초의 상대위치좌표(A0,B0,C0) 및 상기 최초의 상대위치좌표(A0,B0,C0)를 토대로 비행경로좌 표(L0,M0,N0)를 설정하는 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 5에 도시된 바와 같이, 무인헬리콥터 조종사 예를 들면, 상기 무인헬리콥터(300)에 대한 비행 조종 능력이 우수한 비행능력검정심사관으로부터 원격조종장치(380)를 통해 무인헬리콥터(300)를 상기 '시작점'으로부터 이륙시켜 '각 지점'을 비행한 후 '종점'에 착륙시키는 즉, '체크 포인트'를 경유한 비행을 위한 제어신호가 입력된다(S 100).
이후, 무인헬리콥터(300)는 상기 제어신호에 따라 상기 '시작점'을 이륙하여 '각 지점'을 최초 비행한 후 '종점'에 착륙하게 된다(S 105).
이후, 무인헬리콥터(300)의 상대좌표생성부(340)에 의해 상기 최초 비행시 인공위성(100)으로부터 제공되는 무인헬리콥터(300)의 GPS 데이터를 토대로 임의의 시간(예를 들면, 상대위치좌표의 생성시간이 't0' 일때)에서 상기 '체크 포인트'에 대응된 최초의 상대위치좌표(A0,B0,C0)가 생성된다(S 110).
이후 또는 이와 동시에, 절대좌표생성장치(200)의 절대좌표생성부(220)에 의해 상기 최초의 상대위치좌표(A0,B0,C0)가 생성되는 시간(예를 들면, 상대위치좌표의 생성시간이 't0' 일때)과 동일한 시간에 최초의 절대위치좌표(X0,Y0,Z0)가 생성된다(S 115).
이후, 비행능력평가장치(400)의 비행좌표생성부(430)에 의해 상기 최초의 상대위치좌표(A0,B0,C0)의 좌표값을 토대로 일정범위의 거리값을 가지는 허용오차데이터(△x0,△y0,△z0)가 가감된 비행경로좌표(L0,M0,N0)가 생성된다(S 120).
여기서, 상기 S 100 단계 내지 S 120 단계를 예를 들어 설명하면, 임의의 시 간 't0 = 1' 초에 상기 무인헬리콥터(300)가 최초 비행을 하게 되면, 상기 '시작점'에서의 't0 = 1' 초 때의 상대위치좌표(10,10,10)와 절대위치좌표(5,5,5)가 동시에 생성된다.
이후, 상기 상대위치좌표(10,10,10)에 대하여 일정한 거리값 예를 들면 ± 5 m의 값을 가지는 허용오차데이터(± 4,± 4,± 4)가 가감된 비행경로좌표(10± 4,10± 4,10± 4)가 생성된다.
여기서, 상기 '시작점'과 '각 지점' 및 '종점' 등과 같은 비행경로 생성을 위한 체크포인트(또는 터닝 포인트)는 '깃발'등과 같은 식별력을 가지는 물체를 일정지점에 설치하여 구성하여도 좋다.
한편, 상기 S 100 단계 내지 S 120 단계를 단계적으로 설명하였으나 이는 실시간으로 이루어지는 것이 바람직하다.
따라서 상기와 같은 과정에 의해, 상기 최초 비행시 최초의 절대위치좌표(X0,Y0,Z0), 최초의 상대위치좌표(A0,B0,C0) 및 상기 최초의 상대위치좌표(A0,B0,C0)의 좌표값을 토대로 일정범위의 거리값을 가지는 허용오차데이터(△x0,△y0,△z0)가 가감된 비행경로좌표(L0,M0,N0)를 생성할 수 있다.
한편, 상기 최초 비행 이후 비행시 생성된 상대위치좌표(An,Bn,Cn)의 시간차에 따른 오차값을 보정한 보정위치좌표(an,bn,cn)와 상기 비행경로좌표(L0,M0,N0)의 시간차에 따른 오차값을 보정한 보정비행경로좌표(Lm,Mn,Nn)를 비교판단 후 합격/불합격 판단을 위한 결과데이터(In,Jn,Kn)를 생성하는 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 5에 도시된 바와 같이, 무인헬리콥터 조종사 예를 들면, 상기 무인헬리콥터(300)에 대한 비행 조종 능력을 검증 받을 수험자로부터 원격조종장치(380)를 통해 무인헬리콥터(300)를 상기 '시작점'으로부터 이륙시켜 '각 지점'을 비행한 후 '종점'에 착륙시키는 즉, '체크 포인트'를 경유한 비행을 위한 제어신호가 입력된다(S 125).
이후, 무인헬리콥터(300)는 상기 제어신호에 따라 상기 '시작점'을 이륙하여 '각 지점'을 비행한 후 '종점'에 착륙하게 된다(S 130).
이후, 무인헬리콥터(300)의 상대좌표생성부(340)에 의해 인공위성(100)으로부터 제공되는 무인헬리콥터(300)의 GPS 데이터를 토대로 임의의 시간(예를 들면, 상대위치좌표의 생성시간이 'tn' 일때)에서 상기 '체크 포인트'에 대응된 상대위치좌표(An,Bn,Cn)가 생성된다(S 135).
이후 또는 이와 동시에, 절대좌표생성장치(200)의 절대좌표생성부(220)에 의해 상기 임의의 시간(예를 들면, 생성시간이 'tn' 일때)에서의 상대위치좌표(A0,B0,C0)가 생성되는 시간(예를 들면, 생성시간이 'tn' 일때)과 동일한 시간에 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn)가 생성된다(S 140).
이후, 절대좌표생성장치(200)의 보정데이터생성부(230)에 의해 상기 최초의 절대위치좌표(X0,Y0,Z0)의 생성시간(예를 들면, ' t0 '일때)과 이후의 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn)의 생성시간(예를 들면, 'tn' 일때)의 시간차(△tn)에 따른 좌표값의 변화가 계산되고 이에 따른 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)가 생성된다(S 145).
이후, 비행능력평가장치(400)의 보정좌표생성부(420)에 의해 상기 상대위치 좌표(An,Bn,Cn) 생성시간(예를 들면, 'tn' 일때)과 상기 최초의 절대위치좌표(X0,Y0,Z0)의 생성시간(예를 들면, 't0' 일때)이 비교되어 생성시간의 시간차(△tn)가 계산되고 이에 대응된 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 토대로 상기 상대위치좌표(An,Bn,Cn)를 보정한 보정위치좌표(an,bn,cn)가 생성된다(S 150).
이후, 비행능력평가장치(400)의 보정비행좌표생성부(440)에 의해 상기 상대위치좌표(An,Bn,Cn) 생성시간(예를 들면, 'tn' 일때)과 상기 최초의 절대위치좌표(X0,Y0,Z0)의 생성시간(예를 들면, 't0' 일때)을 비교하여 생성시간의 시간차(△tn)가 계산되고 이에 대응된 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 토대로 상기 비행경로좌표(L0,M0,N0)를 보정한 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)가 생성된다(S 155).
이후, 비행능력평가장치(400)의 합격/불합격판단부(450)에 의해 상기 임의의 시간(예를 들면, 'tn'일때)에서의 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)로부터 보정위치좌표(an,bn,cn)를 차감한 결과데이터(In,Jn,Kn)가 상기 허용오차데이터(△x0,△y0,△z0) 이하 인지 계산된다(S 160).
이후, 비행능력평가장치(400)의 합격/불합격판단부(450)에 의해 계산된 상기 결과데이터(In,Jn,Kn)가 상기 '체크 포인트'들에 대하여 일정횟수 이상에서 상기 허용오차데이터(△x0,△y0,△z0) 보다 이하의 값인 경우 합격으로 판단한다(S 165).
여기서, 상기 결과데이터(In,Jn,Kn)는 상기 '체크 포인트' 구간에만 대응되도록 출력하여 시스템의 데이터 처리에 따른 과부하를 방지하고 신속한 데이터 처리가 이루어지도록 하는 것이 좋다.
여기서, 상기 S 125 단계 내지 S 165 단계를 예를 들어 설명하면, 임의의 시간 't3 = 11' 초에 상기 무인헬리콥터(300)가 비행을 하게 되면, 상기 '시작점'에서의 't3 = 11'초 때의 상대위치좌표(11,13,12)와 절대위치좌표(3.5,3.5,3.5)가 동시에 생성된다.
이후, 상기 임의의 시간 't0 = 1'초 때의 절대위치좌표(3,3,3)가 생성된 시간 't0 = 1'초와 't3 = 11'초 때의 절대위치좌표(3.5,3.5,3.5)가 생성된 시간 't3 = 11'초의 시간차 '△t3 = 10'에 따른 좌표값의 변화값 즉, 보정데이터(0.5,0.5,0.5)가 생성된다.
이후, 't3 = 11'초 때의 상대위치좌표(11,13,12)의 생성시간 't3 = 11'초와 상기 임의의 시간 't0 = 1'초 때의 절대위치좌표(1,2,3)가 생성된 시간 't0 = 1'초의 시간차 '△t3 = 10'에 따른 보정위치좌표(11.5,13.5,12.5)가 생성된다.
이후, 상기 't3 = 11'초 때의 상대위치좌표(11,13,12)의 생성시간 't3 = 11'초와 상기 임의의 시간 't0 = 1'초 때의 절대위치좌표(3,3,3)가 생성된 시간 't0 = 1'초의 시간차 '△t3 = 10'에 따라 상기 비행경로좌표(10± 2,10± 2,10± 2)의 범위를 보정한 보정비행경로좌표(10.4± 4,10.5± 4,10± 4)가 생성된다.
이후, 상기 't3 = 11'초 때의 보정비행경로좌표(10.5 ±4,10.5± 4,10.5± 4)로부터 't3 = 11'초 때의 보정위치좌표(11.5,13.5,12.5)가 차감된 결과데이터((3,1,2),(5,7,6))가 생성된다.
여기서, 상기 결과데이터(In,Jn,Kn)는, 상기 비행경로좌표(L0,M0,N0) 생성시 상기 최초의 상대위치좌표(A0,B0,C0)에 비행경로 생성을 위한 허용오차데이터(△ x0,△y0,△z0)가 가감되기 때문에 상측과 하측을 나타내는 두개의 결과데이터가 생성된다.
따라서 상기 두개의 결과데이터(In,Jn,Kn) 중 어느 하나라도 상기 허용오차데이터(△x0,△y0,△z0) 보다 이하의 값인 경우 합격으로 판단된다.
이와 같이, 상기 '시작점'으로부터 '종점'까지의 보정비행경로좌표를 연속적으로 나타낸 비행경로를 도 3과 같이 나타내었다.
한편, 상기 S 125 단계 내지 S 160 단계를 단계적으로 설명하였으나 이는 실시간으로 이루어지는 것이 바람직하다.
따라서 상기와 같은 과정에 의해, 상기 최초 비행 이후 비행시 생성된 상대위치좌표(An,Bn,Cn)의 시간차에 따른 오차값을 보정한 보정위치좌표(an,bn,cn)와 상기 비행경로좌표(L0,M0,N0)의 시간차에 따른 오차값을 보정한 보정비행경로좌표(Lm,Mn,Nn)를 비교판단함으로써, 시간차에 따른 좌표값의 오차를 극복하고 상기 무인헬리콥터 조종사의 비행 조종 능력을 평가할 수 있다.
상술한 본 발명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구 범위와 청구 범위의 균등한 것에 의해 정하여져야 한다.
전술한 바와 같이, GPS 데이터의 시간에 따른 절대위치좌표를 생성하고 시간차에 따른 절대위치좌표의 변화값을 계산하고 상기 변화값을 토대로 상대위치좌표 의 시간차에 따른 오차좌표를 보정함으로써, 현행 GPS 시스템의 실시간에 따른 오차 좌표가 발생 문제를 해결할 수 있다.
또한, 무인헬리콥터의 비행시 생성되는 상대위치좌표를 보정한 보정위치좌표와 상기 보정위치좌표의 생성시간과 동일한 시간에 생성되는 보정비행경로좌표의 비교를 통하여 상기 무인헬리콥터에 대한 비행 조종 능력을 평가할 수 있다.

Claims (9)

  1. 인공위성으로부터 GPS 데이터를 수신하여 시간에 따른 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn)를 생성하고 시간차(△tn)에 따른 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn)의 오차를 보정하기 위한 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 계산하는 절대좌표생성장치;
    상기 인공위성으로부터 GPS 데이터를 수신하여 상대위치좌표(An,Bn,Cn)를 생성하는 무인헬리콥터; 및
    상기 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn), 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn) 및 상대위치좌표(An,Bn,Cn)를 수신하여 상기 시간차(△tn)에 따른 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn) 만큼 상대위치좌표(An,Bn,Cn)의 좌표값을 보정한 보정위치좌표(an,bn,cn)를 생성하고,
    상기 최초로 생성되는 상대위치좌표(A0,B0,C0)를 토대로 생성되는 비행경로좌표(L0,M0,N0)에 대하여 상기 시간차(△tn)에 따른 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn) 만큼 좌표값을 보정한 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)를 생성하며, 상기 보정위치좌표(an,bn,cn)가 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)의 일정범위 이상을 벗어나는지 판단하고 이에 따른 합격/불합격 유무를 판별하는 비행능력평가장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절대좌표생성장치는,
    상기 인공위성으로부터 수신된 GPS 데이터를 시간(tn)에 따른 절대위치좌 표(Xn,Yn,Zn)로 생성하는 절대좌표생성부;
    최초의 절대위치좌표(X0,Y0,Z0)의 생성시간( t0 일때)과 이후의 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn)의 생성시간(tn 일때)의 시간차(△tn)에 따른 좌표값의 변화를 계산하여 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 생성하는 보정데이터생성부; 및
    상기 GPS 데이터, 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn) 및 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 저장하는 데이터저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 비행능력평가장치는,
    상기 상대위치좌표(An,Bn,Cn)의 생성시간(tn 일때)과 최초의 절대위치좌표(X0,Y0,Z0)의 생성시간(t0 일때)을 비교하여 생성시간의 차(△tn)를 계산하고 이에 대응된 상기 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 토대로 보정위치좌표(an,bn,cn)를 생성하는 보정좌표생성부;
    상기 최초(t0 일때)로 생성되는 상대위치좌표(A0,B0,C0)의 좌표값을 토대로 일정범위의 거리값을 가지는 허용오차데이터(△x0,△y0,△z0)가 가감된 비행경로좌표(L0,M0,N0)를 생성하는 비행좌표생성부;
    상기 상대위치좌표(An,Bn,Cn)의 생성시간(tn 일때)과 최초의 절대위치좌표(X0,Y0,Z0)의 생성시간(t0 일때)을 비교하여 생성시간의 차(△tn)를 계산하고 이에 대응된 상기 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 토대로 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)를 생성하는 보정비행좌표생성부;
    상기 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)에서 보정위치좌표(an,bn,cn)를 차감한 결과데이터(In,Jn,Kn)가 상기 허용오차데이터(△x0,△y0,△z0) 이하 인지를 계산하여 합격/불합격 유무를 판별하는 합격/불합격판단부; 및
    상기 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn), 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn), 상대위치좌표(An,Bn,Cn), 보정위치좌표(an,bn,cn), 비행경로좌표(L0,M0,N0), 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn), 허용오차데이터(△x0,△y0,△z0) 및 결과데이터(In,Jn,Kn)를 저장하는 데이터저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 시간차(△tn)에 따른 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)는 △tn = | tn - t0 |, △Xn = | Xn - X0 |, △Yn = | Yn - Y0 | 및 △Zn = | Zn - Z0 |으로 연산되는 것을 특징으로 하는 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 시간차(△tn)에 따른 보정위치좌표(an,bn,cn)는 △tn = | tn - t0 |, an = | An + △Xn |, bn = | Bn + △Yn |, cn = | Cn + △Zn |으로 연산되는 것을 특징으로 하는 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 최초(t0)로 생성되는 비행경로좌표(L0,M0,N0)는 L0 = | A0 + △x0 |, M0 = | B0 + △y0 |, N0 = | C0 + △z0 |으로 연산되는 것을 특징으로 하는 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 시간차(△tn)에 따른 보정위치좌표(an,bn,cn)와 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)의 비교에 의한 결과데이터(In,Jn,Kn)는, In = | Ln - an | ≤ △x0, Jn = | Mn - bn | ≤ △y0, Kn = | Nn - cn | ≤ △z0으로 연산되는 것을 특징으로 하는 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 허용오차데이터(△x0,△y0,△z0)는, ± 5 m의 거리값에 대응된 GPS 데이터 좌표값인 것을 특징으로 하는 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 시스템.
  9. 임의의 시간(t 0) 일 때의 최초의 상대위치좌표(A0,B0,C0), 절대위치좌표(X0,Y0,Z0) 및 비행경로좌표(L0,M0,N0)를 생성하는 제1 단계;
    임의의 시간(t n) 일 때의 상대위치좌표(An,Bn,Cn)와 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn)를 생성하는 제2 단계;
    상기 절대위치좌표(X0,Y0,Z0)의 생성시간(t 0)과 절대위치좌표(Xn,Yn,Zn)의 생성시간(t n)의 시간차(△t n)에 따른 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 생성하는 제3 단계;
    상기 시간차(△t n)에 따른 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 토대로 상기 임의의 시간(t n) 일 때의 상대위치좌표(An,Bn,Cn)를 보정하여 보정위치좌표(an,bn,cn)를 생성하는 제4 단계;
    상기 시간차(△t n)에 따른 보정데이터(△Xn,△Yn,△Zn)를 토대로 상기 임의의 시간(t 0) 일 때의 비행경로좌표(L0,M0,N0)를 보정하여 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)를 생성하는 제5 단계; 및
    상기 보정비행경로좌표(Ln,Mn,Nn)로부터 보정위치좌표(an,bn,cn)를 차감한 결과데이터(In,Jn,Kn)가 허용오차데이터(△x0,△y0,△z0) 이하인지 판단하는 제6 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인헬리콥터의 조종 능력 평가 방법.
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