KR101396887B1 - Method for displaying communication line of sight on 3d map - Google Patents

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KR101396887B1
KR101396887B1 KR1020130010630A KR20130010630A KR101396887B1 KR 101396887 B1 KR101396887 B1 KR 101396887B1 KR 1020130010630 A KR1020130010630 A KR 1020130010630A KR 20130010630 A KR20130010630 A KR 20130010630A KR 101396887 B1 KR101396887 B1 KR 101396887B1
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백주현
최준성
백인철
장원범
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국방과학연구소
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Abstract

The present specification relates to a method capable of effectively displaying a communications sight line, and the communications sight line display method involves reflecting a predetermined weighted value in the calculation of a Fresnel zone for analyzing a communications sight line, adopting Hata model to estimate a distance range by RF output reflecting a path loss, and restricting a Fresnel zone calculation range to effectively display a communications sight line.

Description

3차원 지도에서의 통신 가시선 표시 방법{METHOD FOR DISPLAYING COMMUNICATION LINE OF SIGHT ON 3D MAP}METHOD FOR DISPLAYING COMMUNICATION LINE OF SIGHT ON 3D MAP [0002]

본 명세서는 3차원 지도에서의 통신 가시선 표시 방법에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method of displaying a communication line in a three-dimensional map.

일반적으로, 네트워크 기반 미래 전장에서 지상 무인 전투 체계의 안정적인 작전 임무 수행을 위해서는 다양한 지상 전파 운용 환경조건에서도 다수 지상 무인 차량들이 획득한 대용량 영상정보 및 상태정보가 원격지에 위치한 지휘 통제 차량으로 안정적으로 전송되어야 하며, 지휘 통제 차량의 원격 통제 명령 및 지상 무인차량 간 정보 등이 원활히 공유되는 자율형 무선 네트워크 구축을 통해 실시간으로 임무 통제되어야 한다. In general, in order to carry out the stable operation mission of the ground unmanned combat system in the network-based future battlefield, large-capacity image information and status information acquired by a plurality of ground unmanned vehicles are reliably transmitted to a command- And should be controlled in real time through autonomous wireless network construction in which command control vehicles' remote control commands and information between ground unmanned vehicles are shared smoothly.

지상 무인 차량을 통한 작전 수행 전에 기지국에 해당하는 지휘 통제 차량과 다수의 지상 무인 차량간 통신이 가능한 영역을 미리 분석하여 무인 차량들을 배치하고 전파 음영 지역에서의 통신이 단절되는 경우에는 통신 중계기를 활용하여 신뢰성을 확보할 수 있어야 한다. 즉, 임무수행 전에 3차원 지도에 기반한 공간 정보를 활용하여 통신 가시선 분석을 수행한 후 지휘 통제 차량의 위치와 무인 차량의 위치 등을 설정하여 무선 채널 환경이 끊임없이 변화하는 지상 운용 환경에서 안정적으로 네트워크를 유지하여 운용자가 무인 차량들을 원격 통제할 수 있어야 한다. Unmanned vehicles are arranged by analyzing the area where communication between the command control vehicle corresponding to the base station and the ground unmanned vehicle is possible before the operation through the ground unmanned vehicle, and when the communication in the shaded area is disconnected, the communication repeater So that reliability can be secured. In other words, before performing the mission, after analyzing the communication line of sight using the spatial information based on the 3D map, setting the position of the command control vehicle and the location of the unmanned vehicle is set up so that the wireless channel environment can be stably operated in the ground operating environment, So that the operator can remotely control unmanned vehicles.

가시거리 영역 전송로에 장애물이 놓여 있는 경우 그 영향을 분석하기 위한 영역이 프레넬 영역(Fresnel Zone)이다. 즉 전파의 수신점에서의 전파는 직접파(직진파) 뿐만 아니라 회절파 또는 반사파에 의해 영향을 받으므로 이러한 영향을 받지 않도록 타원형의 어떤 영역 안에 반사 또는 회절파 영향을 주는 장애물이 없도록 해야 하는 영역이다. 이러한 프레넬 영역(Fresnel Zone)을 이용한 통신 가시선 분석 방법을 수행하면 송수신기 사이에 위치한 장애물에 의해 통신 성능이 저하됨을 개략적으로 알 수는 있으나, 송신기의 RF 출력이 제한되는 경우 정확한 통신 가시선 성능을 확인할 수 없으며 또한 실제 야외 운용환경에서 통신장치 운용 시 안테나 높이에 따른 프레넬 분석결과와 상이한 통신 성능이 나오는 등의 제약사항이 존재하였다.Visible distance area The area for analyzing the influence of an obstacle in the transmission line is the Fresnel zone. In other words, the propagation at the receiving point of the radio wave is affected not only by the direct wave (direct wave) but also by the diffraction wave or reflected wave, so that there is no obstacle which influences the reflection or the diffraction wave in a certain region of the ellipse to be. Although it is possible to roughly observe that communication performance degrades due to the obstacles located between the transceivers when the communication line line analysis method using the Fresnel zone is performed, when the RF output of the transmitter is limited, accurate communication line performance is confirmed In addition, there are limitations such as the result of Fresnel analysis and different communication performance depending on the antenna height when operating a communication device in actual outdoor operating environment.

본 명세서는 효율적으로 통신 가시선을 표시할 수 있는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention aims at providing a method of efficiently displaying a communication line.

본 명세서에 개시된 실시예에 따른 통신 가시선 표시 방법은, 지상 무인 차량을 원격통제하기 위해 기지국과 상기 지상 무인 차량에 장착된 단말기 간의 통신을 위한 통신 가시선을 표시하는 방법에 있어서, 프레넬 영역 알고리즘을 이용하여 상기 기지국과 상기 단말기 간의 통신을 위한 통신 가시선을 1차 분석하는 단계와; 하타 모델(Hata model)을 이용하여 상기 기지국과 상기 단말기 간의 경로 손실을 계산하는 단계와; 상기 기지국과 상기 단말기 간의 최대 통달거리를 예측하는 단계와; 미리결정된 가중치가 반영된 프레넬 영역 연산 및 상기 최대 통달 거리 예측 결과가 반영된 통신 가시선을 2차 분석하고, 상기 2차 분석된 통신 가시선을 3차원 지도상에 오버레이하여 표시부에 표시하는 단계를 포함할 수 있다. A method of displaying a line of sight communication according to an embodiment disclosed herein is a method of displaying a communication line for communication between a base station and a terminal mounted on the ground unmanned vehicle so as to remotely control the ground unmanned vehicle, Analyzing a communication line for communication between the base station and the terminal by using a first analysis; Calculating a path loss between the base station and the terminal using a Hata model; Estimating a maximum communication distance between the base station and the terminal; A second analysis of a Fresnel area operation in which a predetermined weight is reflected and a communication line of sight reflecting the result of predicting the maximum operation distance, and a step of overlaying the secondarily analyzed communication line of sight on the three- have.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 통신 가시선을 2차 분석하는 단계는, 상기 기지국과 상기 단말기 간의 RF 출력에 의한 통달거리를 상기 계산된 경로 손실을 고려하여 추정함으로써 상기 프레넬 영역(Fresnel Zone) 연산 범위를 제한하는 단계를 포함할 수 있다. The second step of analyzing the line of sight of the communication line may include analyzing the communication distance by the RF output between the base station and the terminal by considering the calculated path loss, Limiting the operation range.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 경로 손실을 계산하는 단계는, 경로 손실(Lo) = Lu-4.78*log(f)2 + 18.33 *log(f)-40.94 식을 통해 상기 경로 손실을 계산하며, 여기서, Lu는 하타 모델(Hata model)의 도심지 모델(Urban model)로서, Lu는 f, hB, hM, d의 함수이이며, 상기 f는 주파수, hB는 상기 기지국의 안테나 높이, hM는 상기 단말기의 안테나 높이, d는 상기 기지국과 상기 단말기 사이의 거리를 나타낼 수 있다. As an example related to the present specification, the step of calculating the path loss may include calculating the path loss through an equation of path loss (Lo) = Lu-4.78 * log (f) 2 +18.33 * log (f) where, Lu is an urban model (urban model) of the Hata model (Hata model), Lu is f, h B, h M, and hamsuyi of d, wherein f is the frequency, h B is the height of the antenna at the base station, h M is the antenna height of the terminal, and d is the distance between the base station and the terminal.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 최대 통달 거리(d)를 예측하는 단계는, 수신기에서의 출력(수신기 전력) = 수신감도(RS) 이면, d = 최대 통신 거리(Max. comm. distance)이다. 수신기에서의 출력은 송신 출력과 안테나 이득(gain)의 합에서 연결 손실과 경로 손실(Lo)을 뺀 값이다. As an example related to the present specification, the step of predicting the maximum communication distance d is d = maximum communication distance if the output (receiver power) at the receiver = the reception sensitivity (RS) . The output of the receiver is the sum of the transmission output and the antenna gain minus the connection loss and the path loss (Lo).

본 발명의 실시예에 따른 통신 가시선 표시 방법은, 통신 가시선 분석을 위해서 프레넬 영역(Fresnel Zone) 반경을 계산할 때 미리 결정된 가중치를 고려하고 하타 모델(Hata model)을 적용하여 경로 손실을 고려한 RF 출력에 의한 통달거리를 추정하여 프레넬 영역(Fresnel Zone) 연산 범위를 제한함으로써 효율적으로 통신 가시선을 표시할 수 있다.A method of displaying a line of communication according to an embodiment of the present invention is a method for calculating a radius of a Fresnel zone in order to analyze a line of sight of a communication line by considering a predetermined weight and applying a Hata model, It is possible to efficiently display the communication visual line by limiting the calculation range of the Fresnel Zone.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통신 가시선 분석 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통신 가시선 분석 방법에 사용되는 프레넬 영역(Fresnel Zone)을 나타낸 개념도이다.
도 3은 프레넬 영역 알고리즘을 적용하여 통신 가시선을 분석하는 과정을 나타낸 예시도이다.
도 4는 최대 통달거리 예측을 위한 링크 버짓을 나타낸 예시도 이다.
도 5는 프레넬 영역 알고리즘과 하타 모델을 적용한 통신 가시선 분석을 위한 화면 메뉴를 나타낸 예시도이다.
도 6은 프레넬 영역 알고리즘과 하타 모델을 적용한 통신 가시선 분석 알고리즘을 통해 분석된 통신 가시선 분석 결과를 3차원 지도상에 중첩시킨 결과 화면을 나타낸 예시도이다.
1 is a flowchart illustrating a method of analyzing a visual line according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a Fresnel zone used in a communication line visualization method according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
3 is an exemplary diagram illustrating a process of analyzing a communication line of sight by applying the Fresnel area algorithm.
4 is a diagram illustrating an example of a link budget for predicting maximum drill distance.
5 is an exemplary diagram illustrating a screen menu for communication line graph analysis using a Fresnel area algorithm and a hatamodel.
FIG. 6 is an exemplary diagram showing a result screen in which a result of analyzing the line-of-sight line analyzed through the FOVEL algorithm and a line-of-sight line analysis algorithm using a hat model is superimposed on a three-dimensional map.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals are used to designate identical or similar elements, and redundant description thereof will be omitted. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. In addition, it should be noted that the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and should not be construed as limiting the technical idea disclosed in the present specification by the attached drawings.

이하에서는, 3차원 지도에서 통달거리 예측과 미리결정된 실험적 가중치 적용을 통한 통신 가시선 영역을 설정하는 방법을 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하며, 상기 방법은 지휘통제차량(기지국)의 제어기에서 수행될 수 있다.Hereinafter, a method of predicting the distances in a three-dimensional map and setting a communication line-of-sight region through application of predetermined experimental weights will be described with reference to FIGS. 1 to 6, .

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통신 가시선 분석 방법을 나타낸 흐름도이다. 1 is a flowchart illustrating a method of analyzing a visual line according to an exemplary embodiment of the present invention.

먼저, 상기 제어기는 프레넬 영역 알고리즘을 이용하여 지휘통제차량(기지국)과 지상 무인 차량(단말기)간의 통신을 위한 통신 가시선(통신가능 거리)을 분석한다.First, the controller analyzes the communication line (communication range) for communication between the command control vehicle (base station) and the ground unmanned vehicle (terminal) using the Fresnel area algorithm.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통신 가시선 분석 방법에 사용되는 프레넬 영역(Fresnel Zone)을 나타낸 개념도이다. 상기 프레넬 영역(Fresnel Zone) 알고리즘은 일반적으로 통신 가시선 분석에 사용된다. 예를 들면, 지상 무인 전투체계에서는 지상 무인 차량(단말기)을 원격통제하기 위해 지휘통제차량과 지상 무인 차량간의 통신가능 영역(위치)에 지상 무인 차량들을 배치하여 작전 계획을 수립하여야 한다. 이를 위해 작전 수행 전에 확보된 지도의 공간정보를 활용하여 통신 가시선 분석을 수행한다. 가시선(Line of Sight) 통신망을 구성해야 하는 경우 특별히 안테나 높이를 조정하거나 지표반사 또는 해면반사 등 반사파의 영향을 억제하기 위한 방안을 모색하거나 회절 손실 등을 계산할 때 가장 기본적인 요소가 프레넬 영역(Fresnel Zone)이다. 즉, 가시거리 영역 전송로에 장애물이 있는 경우 그 영향을 분석하기 위한 영역으로 송신기 측과 수신기 측에서 통신할 때 영역(Zone)(입체타원) 내부 공간에 장애물이 없으면 장애물에 의한 추가 회절 손실을 고려하지 않아도 된다. 상기 프레넬 영역(Fresnel Zone)의 반경식(r)은 이하의 수학식 1과 같다. FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a Fresnel zone used in a communication line visualization method according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. The Fresnel Zone algorithm is typically used for line of sight communications analysis. For example, in the ground unmanned combat system, an operational plan should be established by disposing ground unattended vehicles in the communicable area (position) between the command control vehicle and the ground unmanned vehicle to remotely control the ground unmanned vehicle (terminal). To do this, we analyze the line of sight of the communication using the spatial information of the map obtained before the operation. When the line of sight communication network needs to be configured, the most basic factor for determining the height of the antenna or calculating the diffraction loss or the like for suppressing the influence of reflected waves such as surface reflection or sea surface reflection is Fresnel area Zone. That is, when there is an obstacle in the visible range transmission path, it is an area for analyzing the influence of the obstacle. When communicating at the transmitter side and the receiver side, if there is no obstacle in the inner space of the zone (stereoscopic ellipse) You do not need to consider it. The radius equation (r) of the Fresnel zone is expressed by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112013009114373-pat00001
Figure 112013009114373-pat00001

여기서, D는 송신기(예를 들면, 지휘통제차량 또는 기지국에 적용된 송신기)와 수신기(예를 들면, 지상 무인 차량에 장착된 단말기에 적용된 수신기) 사이의 거리를 나타내며, r은 특정 지점 P에서의 첫 번째 프레넬 영역(Fresnel Zone)(n=1)의 반경이며, P는 송신기로부터 이격된 거리(d1) 및 수신기로부터 이격된 거리(d2)만큼 떨어져 있다. 예를 들면, 수학식1에서 D:2km, d1,d2:1km, f:2.437Ghz일 경우 r= 17.31*sqrt(1*(1000*1000)/(2437*2000))=7.84 미터(meter)가 되며, P 위치의 높이 Hp=H-r이며 P 위치의 높이(Hp)는 디지털 지형 고도 데이터(Digital Terrain Elevation Data, DTED)의 고도보다 높아야 통신 가시선이 확보된다. Where D represents the distance between a transmitter (e.g., a transmitter applied to a command control vehicle or a base station) and a receiver (e.g., a receiver applied to a terminal mounted on a ground unmanned vehicle) Is the radius of the first Fresnel Zone (n = 1), and P is a distance d1 away from the transmitter and a distance d2 away from the receiver. For example, r = 17.31 * sqrt (1 * (1000 * 1000) / (2437 * 2000)) = 7.84 meters when D: 2km, d1, d2: 1km, f: 2.437Ghz in equation (1) , And the height of the P position is H p = Hr and the height of the P position (H p ) is higher than the altitude of the digital terrain elevation data (DTED), the communication line of sight is secured.

도 3은 프레넬 영역 알고리즘을 적용하여 통신 가시선을 분석하는 과정을 나타낸 예시도이다. 3 is an exemplary diagram illustrating a process of analyzing a communication line of sight by applying the Fresnel area algorithm.

도 3에 도시한 지도상의 임의의 두 객체를 선정하여 특정거리 샘플링(sampling) 단위로 프레넬 영역 반경 r을 반복 연산하고 지도의 공간 정보 즉 DTED 고도와 비교한다. 예를 들면, 도 3과 같이 프레넬 영역 알고리즘을 적용하여 통신 가시선을 분석할 경우에는 먼저 두 객체(Point)를 선정하여 두 객체(Point)의 가상 연장선을 획득한 후 프레넬 영역을 연산한다. 그리고 지도의 공간 정보를 활용하여 두 객체의 3차원 좌표에 객체가 가지는 고도 정보를 추가한다. 즉, 지휘통제차량(기지국)의 높이는 상기 DTED의 고도에 안테나 높이를 합한 높이가 된다. 그리고 가상의 연장선을 특정거리 샘플링(sampling) 단위로 프레넬 영역 반경 r을 반복 연산한다. 샘플링(Sampling) 단위로 해당 위치(P)의 높이(HP)과 DTED의 고도를 비교하여 DTED 고도가 P위치의 높이 HP보다 클 경우 가시선 확보가 불가하다. 3, and calculates the distance r of the Fresnel area by a specific distance sampling unit and compares it with the spatial information of the map, that is, the DTED altitude. For example, when analyzing the communication line by applying the Fresnel area algorithm as shown in FIG. 3, two objects are first selected to obtain a virtual extension line of the two objects, and then the Fresnel area is calculated. Then, the altitude information of the object is added to the three-dimensional coordinates of the two objects using the spatial information of the map. That is, the height of the command control vehicle (base station) is the height of the DTED plus the height of the antenna. Then, the imaginary extension line is repeatedly computed for the radius r of the Fresnel area at a specific distance sampling unit. When compared to the height of the height (H P) and DTED of sampling (Sampling) the position (P) in units of a DTED height greater than the height H of the P position P is not visible is obtained.

프레넬 영역 알고리즘으로 통신 가시선 분석을 하게 되면 안테나 높이가 일정 수준 이하인 경우 실제 통신이 되지만 통신 가시선 결과는 확보 불가로 결정(출력)되는 문제가 발생한다. 예를 들면, 지휘통제차량(예를 들면, 기지국)과 지상무인차량(예를 들면, 단말기)간 거리가 1km인 경우(d1:0.5km, d2:0.5km, D=1km), r=7.07m로 지휘통제차량(기지국)과 지상무인차량(단말기) 안테나 높이가 7.07m 이하인 경우 통신 불가로 판정된다. 하지만 실제 상황에서는 충분히 통신이 될 수 있는 조건이다. 이는 프레넬 영역 연산이 회절에 의한 전기장의 크기는 감소하지만 완전히 소멸되지 않는다는 것을 고려하지 않았기 때문이다. 이에 본 발명에서는 이와 같이 실제 환경에서 실험한 결과와 맞지 않는 상황을 해결하기 위해서 프레넬 영역 반경을 계산할 때 실험 결과가 반영된 미리 결정된 가중치를 적용함으로써 거리가 가까워도 통신 가시선이 확보되도록 한다.

Figure 112013009114373-pat00002
이며, 여기서
Figure 112013009114373-pat00003
값은 실제 야외 실험 결과와 프레넬 영역 연산 결과를 참조하여 결정한다. 본 특허에서는 프레넬 영역 반경 r이 아닌, 실제 통신 운용 환경을 고려하여
Figure 112013009114373-pat00004
값이 적용된 변형 프레넬 영역 반경 r'을 통신 가시선 분석에 활용한다. 상기 TBD는 To Be Determined의 약자로서 상황에 따라 해당 수치가 다르게 적용될 수 있음을 의미한다.When the communication line is analyzed by the Fresnel area algorithm, when the antenna height is less than a certain level, actual communication is performed, but there is a problem that the communication line result is determined to be impossible (output). For example, if the distance between a command control vehicle (for example, a base station) and a ground unmanned vehicle (for example, a terminal) is 1 km (d1: 0.5 km, d2: 0.5 km, D = 1 km) m, it is determined that communication is impossible if the height of the command control vehicle (base station) and ground unmanned vehicle (terminal) antenna is 7.07 m or less. However, in actual situations, it is a sufficient condition for communication. This is because the Fresnel domain operation does not consider that the magnitude of the electric field due to diffraction is reduced but not completely eliminated. Therefore, in order to solve the situation that does not match with the result of the experiment in the actual environment, in the present invention, when calculating the Fresnel area radius, a predetermined weighting factor reflecting the experimental result is applied so that the communication line is secured even if the distance is short.
Figure 112013009114373-pat00002
, Where
Figure 112013009114373-pat00003
The value is determined by referring to the actual field test result and the Fresnel area operation result. In this patent, considering the actual communication operating environment rather than the Fresnel area radius r
Figure 112013009114373-pat00004
The modified Fresnel area radius r 'applied with the value is used for line of sight analysis. The TBD is an abbreviation of To Be Determined, which means that the corresponding value can be applied differently depending on the situation.

또한, 프레넬 영역 알고리즘으로 통신 가시선을 분석하면 RF 출력에 관계없이 통신 가시선 영역이 동일하게 설정되는 문제가 발생한다. 안테나 높이가 일정 수준 이상에서는 통달거리가 무한대로 나온다. 이는 프레넬 영역 연산이 RF 출력을 고려하지 않았기 때문이다. 이에 본 발명에서는 상기 안테나의 RF 출력에 의한 통달거리를 미리 추정하여 프레넬 영역 연산 범위를 제한한다. 이를 위해 링크 버짓(Link Budget)을 이용하여 RF 출력에 의한 통달거리를 추정할 수 있다. 상기 링크 버짓(Link Budget)은 도 4에 도시한 바와 같이 RF 출력, 안테나 이득(Ag), 수신 감도(RS), 경로 손실(Lo) 등을 이용한다. In addition, if the communication line is analyzed by the Fresnel area algorithm, there arises a problem that the communication line area is set to be the same regardless of the RF output. If the antenna height is above a certain level, the distance to the antenna is infinite. This is because the Fresnel domain operation does not take into account the RF output. In the present invention, the Fourier domain operation range is limited by previously estimating the distance traveled by the RF output of the antenna. For this, the link budget can be used to estimate the distance traveled by the RF output. The link budget uses RF output, antenna gain (A g ), reception sensitivity (RS), path loss (Lo), etc. as shown in FIG.

도 4는 최대 통달거리 예측을 위한 링크 버짓을 나타낸 예시도 이다.4 is a diagram illustrating an example of a link budget for predicting maximum drill distance.

먼저, 상기 제어기는 하타 모델(Hata model)을 이용하여 경로 손실 모델을 계산한다(S10). 하타 모델(Hata model)에는 도심, 교외, 개방 환경에 따른 모델로 구분되어 지는데 지상 무인 전투체계에서 운용되는 지상무인차량은 개방 환경에 근접하기 때문에 개방 영역 모델(Open area Model)을 적용할 수 있다. 수학식 2에서와 같이 하타 모델(Hata model) 중 개방 영역 모델(Open area Model)을 적용하여 경로손실을 고려하여 통달거리를 추정한다. 개방 영역 모델(Open area Model)에서 Lu는 수학식 2에서 도심지 모델(Urban model)을 적용하여 나온 결과치이며 주파수, 기지국 안테나의 높이, 단말기 안테나의 높이, 기지국과 단말기 사이의 거리를 입력값으로 받아 나온 값이다. First, the controller calculates a path loss model using a Hata model (S10). Hata model is divided into urban, suburban, and open environment models. Ground unmanned vehicles operated in ground unmanned combat systems are close to open environment, so open area model can be applied . As shown in Equation (2), an open area model (Hata model) is applied to estimate the distances by considering the path loss. In the open area model, Lu is defined as in Equation 2 It is a result obtained by applying the urban model (Urban model), and is a value obtained by taking as input the frequency, the height of the base station antenna, the height of the terminal antenna, and the distance between the base station and the terminal.

[수학식 2]&Quot; (2) "

경로 손실(Lo) = Lu-4.78*log(f)2 + 18.33 *log(f)-40.94, (Lo) = Lu-4.78 * log (f) 2 +18.33 * log (f) -40.94,

여기서, Lu는 하타 모델(Hata model)의 도심지 모델(Urban model)로서, Lu는 f, hB, hM, d의 함수이다. 이때, f: 주파수, hB : 기지국 안테나 높이, hM, : 단말기 안테나 높이, d: 기지국과 단말기 사이의 통달 거리를 나타낸다. 상기 4.78, 18.33, 40.94와 같은 수치는, 실제 도심지 환경에서 기지국과 단말기 사이의 전파 경로 손실을 측정하여 이를 기반으로 운용 주파수에 따른 경로 손실을 2차원 수식으로 커브 피팅 모델링하여 나온 기존의 연구결과이다.Here, Lu is an urban model (Urban model) of the Hata model (Hata model), Lu is a function of f, h B, h M, d. At this time, f: frequency, h B : Base station antenna height, h M ,: terminal antenna height, and d: communication distance between the base station and the terminal. Numerical values such as 4.78, 18.33, and 40.94 are the results of existing research that measured the path loss between the base station and the terminal in a real urban environment and modeled the curve fitting by the two-dimensional equation based on the measurement of the path loss according to the operating frequency .

상기 제어기는 상기 기지국과 상기 단말기 간의 최대 통달 거리를 예측한다(S20). 상기 제어기는 수학식 3을 통해 상기 기지국과 상기 단말기 간의 최대 통달 거리(d)를 예측할 수 있다. 수신기에서의 출력은 송신 출력과 안테나 이득(gain)의 합에서 연결 손실(Connection loss)과 경로 손실(Path Loss)에 해당하는 Lo의 값을 뺀값이다. 상기 제어기는 수신기에서의 출력(수신기 전력)이 수신감도(RS)와 동일하면 그때가 바로 최대 통달거리(d)인 것으로 결정한다. The controller predicts a maximum communication distance between the base station and the terminal (S20). The controller can estimate the maximum distance d between the base station and the terminal through Equation (3). The output of the receiver is the sum of the transmission output and the antenna gain minus the value of Lo corresponding to the connection loss and the path loss. The controller determines that when the output (receiver power) at the receiver is equal to the reception sensitivity (RS), then the maximum is the maximum distance d.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Pr=Pt +Ag-GI - LoP r = P t + A g - G I - Lo

만약 Pr = RS이면, d = 최대 통신 거리(Max. comm. distance)가 된다.If P r = RS, d = maximum communication distance (Max.

여기서, Pr은 수신기 전력(Receiver Power)[dBm]이며, Pt는 송신 전력(Transmission Power) [dBm]이며, Ag는 총 안테나 이득(Total Antenna Gain)[dB]이며, GI는 총 연결 손실(Total Connection Loss)[dB]이며, RS는 수신 감도(Receiver Sensitivity)를 나타낸다. 이 중에서 경로 손실(Lo)을 제외한 RF 출력, 안테나 이득, 수신 감도 값은 미리 정해져서 상기 제어기에 입력되는 값이다. Where P r is the receiver power [dBm], P t is the transmission power [dBm], A g is the total antenna gain [dB], G I is the total power Total Connection Loss [dB], and RS represents Receiver Sensitivity. Among these, the RF output, the antenna gain, and the reception sensitivity value excluding the path loss (Lo) are predetermined values and input to the controller.

상기 제어기는 3차원 지도에서 공간정보를 활용하여 지상 무인 차량들(단말기들)의 위치와 지휘통제차량(기지국)의 위치 및 무인 차량들의 이동방향을 고려하여 작전 수행 전에 통신 가시선 분석을 수행하는데, 도 5의 통신 가시선 분석 시뮬레이터의 설정 메뉴를 통해 필요한 정보를 입력하여 통신 가시선 분석을 수행한다. 즉, 상기 제어기는 야외 실험 결과가 반영된 미리결정된 가중치를 고려한 프레넬 영역 연산 및 통달거리 예측 결과를 반영하여 통신 가시선을 분석한다(S30). The controller analyzes the position of the ground unmanned vehicles (terminals), the position of the command control vehicle (base station) and the moving direction of the unmanned vehicles by using the spatial information on the three-dimensional map, The communication line line analysis is performed by inputting necessary information through the setting menu of the communication line line analysis simulator of FIG. That is, the controller analyzes the communication line of sight by reflecting the results of the Fresnel area calculation and the distraction distance considering the predetermined weighting factor reflecting the results of the outdoor experiment (S30).

도 5는 프레넬 영역 알고리즘과 하타 모델을 적용한 통신 가시선 분석을 위한 화면 메뉴를 나타낸 예시도이다. 5 is an exemplary diagram illustrating a screen menu for communication line graph analysis using a Fresnel area algorithm and a hatamodel.

상기 제어기는 통신 가시선 분석 결과를 도 6과 같이 3차원 지도 위에 오버레이하여 표시부에 표시(설정)한다(S40). The controller overlayes the communication visual line analysis result on the three-dimensional map as shown in FIG. 6 and displays (sets) on the display unit (S40).

도 6은 프레넬 영역 알고리즘과 하타 모델을 적용한 통신 가시선 분석 알고리즘을 통해 분석된 통신 가시선 분석 결과를 3차원 지도상에 중첩시킨 결과 화면을 나타낸 예시도이다. 예를 들면, 상기 제어기는 지휘통제차량(기지국)과 지상무인차량(단말기)간 통신 가능한 영역을 설정하기 위해서 하타 모델(Hata Model)을 이용한 경로손실 모델을 계산하고, RF 출력, 안테나 이득, 수신 감도를 이용하여 최대 통달거리를 예측하고, 야외 실험 결과가 반영된 미리결정된 가중치가 반영된 프레넬 영역 연산 및 통달 거리 예측 결과가 반영된 통신 가시선을 분석하고, 그 통신 가시선 분석 결과를 3차원 지도위에 오버레이 해서 상기 표시부에 표시한다. FIG. 6 is an exemplary diagram showing a result screen in which a result of analyzing the line-of-sight line analyzed through the FOVEL algorithm and a line-of-sight line analysis algorithm using a hat model is superimposed on a three-dimensional map. For example, the controller calculates a path loss model using a hata model to set a communicable area between the command control vehicle (base station) and the ground unmanned vehicle (terminal), and outputs the RF output, the antenna gain, The maximum communication distance is estimated using the sensitivity, the communication line line reflecting the result of the Fresnel area calculation and the communication distance estimation reflecting the predetermined weighted value reflecting the outdoor test result is analyzed, and the communication line line analysis result is overlaid on the three- On the display unit.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도에서의 통신 가시선 설정(표시) 방법은, 프레넬 영역 알고리즘의 문제점을 해결하기 위해 실제 야외 환경에서 시험결과와 프레넬 영역 연산 결과를 참조하여 프레넬 영역 반경에 가중치를 적용한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도에서의 통신 가시선 설정(표시) 방법은, 안테나 높이가 일정 수준 이상에서 통달거리가 무한대로 나오는 문제를 해결하기 위해 하타 모델(Hata model)를 이용한 경로손실 모델을 계산하고, RF 출력, 안테나 이득, 수신 감도를 이용하여 최대 통달거리를 추정한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 지도에서의 통신 가시선 설정(표시) 방법은, 지휘통제차량(기지국)과 지상무인차량(단말)간 통신가능지역을 미리 선별하여 작전 계획 및 이동 계획을 수립하고 필요시 중계기의 위치를 설정할 수 있게 된다. 이로 인해 무선 채널 환경이 끊임없이 변화하는 지상 운용 환경에서 안정적으로 네트워크를 유지하고, 네트워크 연결의 단절을 최소화하여 다수의 지상무인차량에 대한 원격통제 시 임무 수행 능력을 극대화할 수 있는 이점이 있다. As described above, in order to solve the problem of the Fresnel area algorithm, the method of setting the line of sight of the communication in the three-dimensional map according to the embodiment of the present invention uses the test result and the Fresnel area operation result in the actual outdoor environment Weights are applied to the Fresnel area radius. Also, in order to solve the problem that the communication distance is infinite when the antenna height is higher than a certain level, the communication line setting (display) method in the three-dimensional map according to the embodiment of the present invention uses a route using the Hata model The loss model is calculated, and the maximum communication distance is estimated using RF output, antenna gain, and reception sensitivity. That is, a communication line setting (display) method in a three-dimensional map according to an embodiment of the present invention is a method of setting a communication line between a command control vehicle (base station) and a ground unmanned vehicle (terminal) And set the position of the repeater when necessary. Accordingly, it is possible to maximize the ability to perform a mission in remote control of a large number of ground unmanned vehicles by maintaining a stable network in a ground operating environment in which a wireless channel environment continuously changes, and minimizing a disconnection of a network connection.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas falling within the scope of the same shall be construed as falling within the scope of the present invention.

Claims (4)

지상 무인 차량을 원격통제하기 위해 지휘 통제 차량과 상기 지상 무인 차량에 장착된 단말기 간의 통신을 위한 통신 가시선을 표시하는 방법에 있어서,
프레넬 영역 알고리즘을 이용하여 상기 지휘 통제 차량과 상기 단말기 간의 통신을 위한 통신 가시선을 1차 분석하는 단계와;
하타 모델(Hata model)을 이용하여 상기 지휘 통제 차량과 상기 단말기 간의 경로 손실을 계산하는 단계와;
상기 지휘 통제 차량과 상기 단말기 간의 최대 통달거리를 예측하는 단계와;
미리결정된 가중치가 반영된 프레넬 영역 연산 및 상기 최대 통달 거리 예측 결과가 반영된 통신 가시선을 2차 분석하고, 상기 2차 분석된 통신 가시선을 3차원 지도상에 오버레이하여 표시부에 표시하는 단계를 포함하며,
상기 미리결정된 가중치는,
상기 프레넬 영역 알고리즘을 이용하여 상기 통신 가시선을 분석하는 과정에서, 상기 지휘 통제 차량과 상기 지상 무인 차량 안테나 높이가 미리 결정된 높이 이하일 때 나타나는 통신 가시선 오류를 정정하기 위한 미리결정된 가중치인 것을 특징으로 하는 3차원 지도에서의 통신 가시선 표시 방법.
A method for displaying a communication line for communication between a command control vehicle and a terminal mounted on the ground unmanned vehicle for remotely controlling the ground unmanned vehicle,
First analyzing a communication line of sight for communication between the command control vehicle and the terminal using a Fresnel zone algorithm;
Calculating a path loss between the command control vehicle and the terminal using a Hata model;
Estimating a maximum communication distance between the command control vehicle and the terminal;
Secondly analyzing a Fresnel area operation in which a predetermined weight is reflected and a communication visual line reflecting the result of predicting the maximum operation distance, and overlaying the second visualized communication visual line on a three-dimensional map to display on the display unit,
The predetermined weight may be a weight
Wherein the step of analyzing the line of sight communication using the Fresnel area algorithm is a predetermined weight for correcting a line of sight line error when the height of the command and control vehicle and the terrestrial unmanned vehicle are less than or equal to a predetermined height A method of displaying communication line of sight in a three dimensional map.
제1항에 있어서, 상기 통신 가시선을 2차 분석하는 단계는,
상기 지휘통제차량과 상기 단말기 간의 RF 출력에 의한 통달거리를 상기 계산된 경로 손실을 고려하여 추정함으로써 상기 프레넬 영역(Fresnel Zone) 연산 범위를 제한하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 지도에서의 통신 가시선 표시 방법.
The method as claimed in claim 1, wherein the step of secondarily analyzing the line-
And limiting the calculation range of the Fresnel Zone by estimating the distances by RF output between the command control vehicle and the terminal in consideration of the calculated path loss. Display line of the communication line.
제1항에 있어서, 상기 경로 손실을 계산하는 단계는,
경로 손실(Lo) = Lu-4.78*log(f)2 + 18.33 *log(f)-40.94 식을 통해 상기 경로 손실을 계산하며, 여기서, Lu는 하타 모델(Hata model)의 도심지 모델(Urban model)로서, Lu는 f, hB, hM, d의 함수이며, 상기 f는 주파수, hB는 상기 지휘통제차량의 안테나 높이, hM는 상기 단말기의 안테나 높이, d는 상기 지휘통제차량과 상기 단말기 사이의 거리를 나타내는 것을 특징으로 하는 3차원 지도에서의 통신 가시선 표시 방법.
2. The method of claim 1, wherein calculating the path loss comprises:
The path loss is calculated by the following equation: Lu = 4.78 * log (f) 2 + 18.33 * log (f) -40.94 where Lu is the Urban model of the Hata model ) as, Lu is a function of f, h B, h M, d, wherein f is the frequency, h B is the antenna height, h M is the height of the antenna at the terminal of the command-and-control car, d is the command and control the vehicle and Wherein the distance between the terminals indicates the distance between the terminals.
제3항에 있어서, 상기 최대 통달 거리(d)를 예측하는 단계는,
수신기 전력(Pr)을 Pr = Pt + Ag - GI - Lo식과 같이 계산한 후, Pr이 수신감도(RS)와 같은 경우에 상기 거리(d)를 최대 통달거리로 예측하며,
여기서, Pr은 수신기 전력(Receiver Power)[dBm]이며, Pt는 송신 전력(Transmission Power) [dBm]이며, Ag는 총 안테나 이득(Total Antenna Gain)[dB]이며, GI는 총 연결 손실(Total Connection Loss)[dB]이며, RS는 수신 감도(Receiver Sensitivity)를 나타내는 것을 특징으로 하는 3차원 지도에서의 통신 가시선 표시 방법.
4. The method according to claim 3, wherein the step of predicting the maximum distances (d)
A receiver power (Pr) P r = P t + A g - G I -Lo equation, the distance d is predicted as a maximum communication distance when P r is equal to the reception sensitivity R S,
Where P r is the receiver power [dBm], P t is the transmission power [dBm], A g is the total antenna gain [dB], G I is the total power Wherein the total connection loss (dB) is RS and the RS is a receiver sensitivity.
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