KR101418487B1 - Arinc 653을 이용하는 무인기용 비행제어시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Arinc 653을 이용하는 무인기용 비행제어시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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최두열
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한국항공우주산업 주식회사
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2201/00—UAVs characterised by their flight controls

Abstract

본 발명은 무인 비행체를 지상에서 원격으로 조정하고 관련 데이터를 수집및 분석하는 기능을 수행하는 지상운용 시스템부와; 상기 지상운용 시스템부가 무선으로 전송하는 명령신호들을 수신받아 수행하고 그 수행결과를 지상운용 시스템부로 전송하고 IMA(Integrated Modular AVIONIC) System형태로 각기 별개로 동작되는 비행제어모듈, 임무제어모듈 및 통신모듈의 3중구조로 구성되며, 무인기에 구비된 각종 항공운항 및 항전장비들을 제어하는 비행제어컴퓨터와; 상기 비행제어컴퓨터의 비행제어모듈, 임무제어모듈 및 통신모듈의 각 비행제어신호에 따라 무인기에 구비된 각종 항공운항 및 항전장비들에 대한 조정면을 구동하여 무인기의 비행을 실행하고 그 상태정보를 검출하여 출력시키는 액츄에이터모듈을 포함하는 ARINC 653을 이용하는 무인기용 비행제어시스템 및 그 제어방법을 제공한다.
상기와 같은 본 발명은 무인기 비행제어시스템의 구조를 파티션형태의 IMA 시스템 구조로 설계하고 운영체제를 ARINC 653 OS를 이용하여 무인기를 운용하기 때문에 무인기에 대한 소프트웨어 개발시간을 상당히 단축시킬 수 있을 뿐만아니라 소프트웨어 기능추가가 매우 용이하고, 유지보수측면에서도 매우 우수한 효과가 있다.

Description

ARINC 653을 이용하는 무인기용 비행제어시스템 및 그 제어방법{UAV Digital Fly-By-Wire Control System using ARINC 653 and Controlling Method for the same}
본 발명은 ARINC 653을 이용하는 무인기용 비행제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 무인기 비행제어시스템의 구조를 파티션형태의 IMA 시스템 구조로 설계하고 운영체제를 ARINC 653 OS를 이용하여 무인기를 운용하기 때문에 무인기에 대한 소프트웨어 개발시간을 상당히 단축시킬 수 있는 ARINC 653을 이용하는 무인기용 비행제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 무인기는 동떨어져 있는 원격 조종원에 의해서 조종되는 비행기를 말하는데, 종래에는 주로 정찰, 표적용으로만 사용되어 왔으나 근래에는 후방에 있는 조종사의 전파, 광선을 이용한 원격조정으로 정찰, 폭격, 공중전 등 모든 공중활동을 한다. 따라서, 상기와 같은 무인기에는 조종사의 눈 구실을 하는 카메라를 비롯한 각종 전자장치를 탑재하고 있다. 그리고 상기와 같은 무인기가 가지는 다양한 장점으로 인하여 군수용 무인기 시장이 급성장 추세에 있고, 민수용으로까지 시장이 확대되고 있는 상황에서 무인기 시스템은 특성상 IT 기술인 탑재시스템과 지상시스템 소프트웨어가 매우 중요한 비중을 차지하면서 주요기반을 이루고 있다. 따라서, 상기와 같은 무인기의 총 개발비 중 거의 반이상 수준으로 SW 개발비용이 현재 중복 투자되고 있고, 선진국의 수출제한조치에 의한 기술보호로 무인기 핵심 SW 기술이 정치/경제적 측면에서 전략적으로 활용되고 있는 것이 현실이다. 그래서 상기와 같은 무인기의 WBS(World Best Software)과제는 다양한 기종에 적용 가능한 무인기 공통탑재 SW 의 표준 플랫폼과 이를 쉽게 개발하기 위한 개발환경을 포함한 무인기용 표준 SW 솔루션 및 Test-bed 를 개발하여 항공기의 비행제어컴퓨터에 시키는 것이 필요하다.
그러면, 상기와 같은 종래 무인기용 비행제어시스템(FBW:FLY-BY WIRE)을 도 1을 참고로 살펴보면, 무선으로 인가되는 무인기의 운용명령신호를 처리하는 데이터입출력모듈(70)과;
상기 데이터입출력모듈(70)을 통해 입력되는 운용명령신호에 따라 내장된 비행제어소트웨어를 구동하여 무인기의 운용을 위한 제어신호를 출력시킴과 더불어 그 응답신호 및 무인기의 상태정보들을 수신받아 처리하는 비행제어컴퓨터(71)와;
상기 비행제어컴퓨터(71)로부터 출력된 제어신호에 따라 설정된 조종면 예컨대, 10개정도의 조정면을 구동하여 무인기의 비행을 제어하고 그 상태정보를 검출하여 비행제어컴퓨터(71)로 전송하는 액츄에이터출력모듈(72)를 포함하여 구성된다.
한편, 상기와 같은 종래 무인기의 FBW 비행제어시스템의 동작은 무인기 예컨대, 무인기의 운행을 위해 원격지에서 조종자가 조종기(73)를 통해 입력할 경우 이 운용명령신호는 무인기에 구비된 FBW 비행제어시스템(74)의 데이터입출력모듈(70)에 의해 무선처리되어 비행제어컴퓨터(71)로 입력된다. 그러면, 상기 비행제어컴퓨터(71)는 상기 데이터입출력모듈(70)을 통해 입력되는 운용명령신호에 따라 비행제어소트웨어를 구동하여 무인기의 운용제어신호를 액츄에이터출력모듈(72)로 출력시킨다. 그리고 상기 액츄에이터출력모듈(72)은 비행제어컴퓨터(71)로부터 출력된 제어신호에 따라 순차적으로 설정된 조종면 예컨대, 10개정도의 조정면을 구동하여 무인기의 비행을 제어하고 예컨대, CPU나 센서 등이 정상적으로 작동하는 지를 체킹하고 그 상태정보를 검출하여 비행제어컴퓨터(71)로 전송한다. 그러면, 상기 비행제어컴퓨터(71)는 액츄에이터출력모듈(72)로부터 전송받은 응답신호 및 무인기의 상태정보들을 비행제어 소프트웨어에 따라 처리하게된다.
그러나, 상기와 같은 종래 무인기의 FBW 비행제어시스템은 시스템의 안전성 요구수준에 따라 기능적, 효과적으로 분리되도록 설계되는데, 이렇게 개별 시스템에 요구되는 장비개수 및 케이블을 줄이기 위해 각종 서브시스템 간에 정보를 공유하고 정보를 통합하는 형태로 구성하게 될 경우 시스템 설계 및 제작에는 용이하나, 개별 서브시스템 간에 일부 기능이 중복될 수 있어 전체 시스템의 비용과 중량을 상당히 증가시켰으며, 또한 각 장비들의 프로세서, 메모리, 전원공급기, 소프트웨어 등이 개별적으로 최적화되는 방식이기때문에 제작사별 고유 설계 및 부품 사용이 크게 늘어나게 되어 그에 따라 전체 시스템의 개발, 성능개량 및 유지보수 비용이 증가하게 된다는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기위해 발명된 것으로, ARINC 653 OS를 이용하여 무인기를 운용하고 시스템 통합시험을 위한 실시간 비침입 모니터링 기능을 추가하여 비행제어시스템 소프트웨어 개발을 최적화하므로써, 비행제어 소프트웨어의 기능추가를 매우 용이하게 실행할 수 있는 ARINC 653을 이용하는 무인기용 비행제어시스템 및 그 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 무인기 표준 시스템의 운영체제를 ARINC 653을 이용하여 비행제어, 임무제어, 데이터링크 블록으로 파티션하여 완전히 독립적으로 실시간 운용되는 구조이기 때문에 다른 블록에 대한 에러영향이 전혀 없어 그에 따라 시스템의 운용 안정성을 극대화시키는 ARINC 653을 이용하는 무인기용 비행제어시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기위한 본 발명은 무인 비행체를 지상에서 원격으로 조정하고 관련 데이터를 수집및 분석하는 기능을 수행하는 지상운용 시스템부와;
상기 지상운용 시스템부가 무선으로 전송하는 명령신호들을 수신받아 수행하고 그 수행결과를 지상운용 시스템부로 전송하고 IMA(Integrated Modular AVIONIC) System형태로 각기 별개로 동작되는 비행제어모듈, 임무제어모듈 및 통신모듈의 3중구조로 구성되며, 무인기에 구비된 각종 항공운항 및 항전장비들을 제어하는 비행제어컴퓨터와;
상기 비행제어컴퓨터의 비행제어모듈, 임무제어모듈 및 통신모듈의 각 비행제어신호에 따라 무인기에 구비된 각종 항공운항 및 항전장비들에 대한 조정면을 구동하여 무인기의 비행을 실행하고 그 상태정보를 검출하여 출력시키는 액츄에이터모듈을 포함하는 ARINC 653을 이용하는 무인기용 비행제어시스템을 제공한다.
본 발명의 또 다른 특징은 지상운용 시스템부가 무인 비행체를 지상에서 원격으로 조정하고 관련 데이터를 수집및 분석하는 기능을 수행하는 제1 과정과;
상기 제1 과정중에 비행제어컴퓨터가 지상운용 시스템부로부터 무선전송되는 명령신호들을 수신받아 IMA System형태로 각기 별개로 동작되는 비행제어모듈, 임무제어모듈 및 통신모듈을 통해 수행한 후 그 수행결과를 지상운용 시스템부로 전송시키는 제2 과정과;
상기 제2 과정중에 비행제어컴퓨터의 비행제어모듈, 임무제어모듈 및 통신모듈의 각 비행제어신호에 따라 액츄에이터모듈이 무인기에 구비된 각종 항공운항 및 항전장비들에 대한 조정면을 구동하여 무인기의 비행을 실행하고 그 상태정보를 검출하여 출력시키는 제3 과정을 포함하는 ARINC 653을 이용하는 무인기용 비행제어시스템의 제어방법을 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 무인기 비행제어시스템의 구조를 파티션형태의 IMA 시스템 구조로 설계하고 운영체제를 ARINC 653 OS를 이용하여 무인기를 운용하고 시스템 통합시험을 위한 실시간 비침입 모니터링 기능을 추가하여 비행제어시스템 소프트웨어 개발을 최적화하기 때문에 무인기에 대한 소프트웨어 개발시간을 상당히 단축시킬 수 있을 뿐만아니라 비행제어 소프트웨어의 기능추가가 매우 용이하고, 유지보수측면에서도 매우 우수하다는 효과가 있다.
상기와 같은 본 발명은 무인기 표준 시스템의 운영체제를 ARINC 653을 이용하여 비행제어, 임무제어, 데이터링크 블록으로 파티션하여 완전히 독립적으로 실시간 운용되는 구조이기 때문에 다른 블록에 대한 에러영향이 전혀 없어 그에 따라 시스템의 운용 안정성을 극대화시키는 효과도 있다.
도 1은 종래 무인기의 FBW 비행제어시스템을 설명하는 설명도.
도 2는 본 발명에 따른 ARINC 653을 이용하는 무인기용 비행제어시스템을 개략적으로 설명하는 설명도.
도 3은 본 발명의 플로우차트.
이하, 본 발명에 따른 ARINC 653을 이용하는 무인기용 비행제어시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)." 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
실시예
도 2는 본 발명에 따른 ARINC 653을 이용하는 무인기용 비행제어시스템의 일실시예를 개략적으로 설명하는 설명도이고, 도 3은 본 발명의 플로우차트이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 ARINC 653을 이용하는 무인기용 비행제어시스템은,
무인 비행체를 지상에서 원격으로 조정하고 관련 데이터를 수집및 분석하는 기능을 수행하는 지상운용 시스템부(1)와;
상기 지상운용 시스템부(1)가 무선으로 전송하는 명령신호들을 수신받아 수행하고 그 수행결과를 지상운용 시스템부(1)로 전송하고 IMA(Integrated Modular AVIONIC) System형태로 각기 별개로 동작되는 비행제어모듈(2), 임무제어모듈(3) 및 통신모듈(4)의 3중구조로 구성되며, 무인기에 구비된 각종 항공운항 및 항전장비들을 제어하는 비행제어컴퓨터(5)와;
상기 비행제어컴퓨터(5)의 비행제어모듈(2), 임무제어모듈(3) 및 통신모듈(4)의 각 비행제어신호에 따라 무인기에 구비된 각종 항공운항 및 항전장비들에 대한 조정면을 구동하여 무인기의 비행을 실행하고 그 상태정보를 검출하여 출력시키는 액츄에이터모듈(6)을 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 비행제어모듈(2), 임무제어모듈(3) 및 통신모듈(4)은 예컨대, 고속의 MPC-8349E 프로세서가 탑재되어 실시간 정확성을 위해 실시간 운영체제를 사용하여 안정적인 운용이 가능하도록 한다.
여기서, 상기 IMA System 구조는 종래의 LRU(Line Replaceable Unit)가 처리하던 기능들을 소프트웨어로 처리하는 공통 프로그램 모듈로 구축한다. 이러한 IMA System은 Federated System에 존재하는 서브시스템 간의 경계를 허물고 공통 여유 자원풀을 활용하여 서브시스템 간에 공유함으로써 시스템의 가용도를 높인게 된다. 상기와 같은 IMA 시스템구조는 신뢰도, 자원성, 가용성, 중량, 확장성, 획득 및 유지비용 측면에서 우수한 특성을 가진다. 특히, 각기 다른안전성 요구수준을 갖는 애플리케이션들로 이루어지게 되는데 이들의 안전성 및 효율성을 위해 IMA를 도입함으로써 애플리케이션과 하드웨어가 개발 또는 실행될때 서로 영향을 받지 않는 독립성으로 하드웨어 혹은 애플리케이션의 개발비용이 적게 든다.
더나아가, 상기 비행제어컴퓨터(5)는 IMA를 위한 표준으로 ARINC 653 소프트웨어 블록구조가 탑재된다. 이러한 ARINC 653 소프트웨어 블록구조는 Partition Management, Process Management, Time Management, Memory Management, Inter-Partition Communication, Intra-Partition Communication, Health Monitoring을 위한 51개의 API가 지원된다. 이러한 ARINC 653의 장점은 파티션별 자원이 분리가 되어있어 에러가 다른 파티션으로 전파되지 않도록 완벽하게 분리가 되어있기때문에 특정 파티션에서 발생된 에러가 다른 파티션에게 영향을 주지 않고, 그리고 파티션별 코드 수정이 가능하다. 따라서, 상기 ARINC 653 소프트웨어 블록구조는 특정 파티션별 유지보수가 가능하고 예컨대, DO-178B 인증 시 수정된 파티션에 대해서만 인증을 받을 수 있다. 그 외 재사용성, 이식성, 모듈화 특성에 우수한 강점을 가지고 있다.
또한 상기 비행제어모듈(2), 임무제어모듈(3) 및 통신모듈(4)에 각기 탑재되는 소프트웨어는 고성능 제어법칙 SW 툴킷을 이용한 자동 C-코드를 적용하여 구성된다.
이때 상기 비행제어모듈(2)에 탑재되는 소프트웨어는 다기종 무인기 형상에 공통적으로 적용 가능한 비행제어 표준 SW로서, 표준 제어법칙의 자동 C-코드를 통합하고, 표준 제어법칙의 구현에 필요한 입출력 다중관리, 이착륙, 추력제어, 통합 유틸리티 제어기능들을 구현한다.
이에 더하여, 상기 임무제어모듈(3)에 탑재되는 소프트웨어는 임무제어 SW 요소 알고리즘을 개발하여 각 기능별모듈화를 통해 다기종 무인기 형상에 공통으로 적용 가능한 임무제어 SW를 구현하고, 이러한 설계를 위한 개발환경을 개발하여 SW설계 뿐 아니라 복잡한 임무계획 및 분석을 위한 Simulation 환경 제공할 수 있도록개발한다. 그리고 상기 임무제어모듈(3)에 탑재되는 소프트웨어는 주요 자동비행 알고리즘을 개발/해석 설계하고 다기종 무인기에 적용 가능하도록 파라미터 최적화 기능을 확대하여 임무 계획 및 분석이 용이한 환경을 개발한다. 여기서, 상기 임무제어모듈(3)에 탑재되는 소프트웨어는 주요기능으로, 임무수행에 필요한 자동비행요소기능(속도, 고도, 자세, 방향, 경로 제어)과 임무 조직화 및 연속수행 기능(점항법,사전프로그램, 자동이착륙, 발사, 카메라유도, 회수, 재형상), 비상모드제어(활강, 상승, 귀환, 통제권이양)가있다.
한편, 상기 통신모듈(4)에 탑재되는 소프트웨어는 통신장비와 비행제어컴퓨터간의 Interface 지원 및 지상명령 및 항공기정보를 표준 데이터 링크의 프로토 콜에 맞추어 Decode/Encode 기능을 수행하는 소프트웨어이다. 여기서, 상기 통신모듈(4)에 탑재되는 소프트웨어의 주요기능으로는 자세/항법명령 Decode, 항공기정보 Encode, 통신장비와 Interface 하기 위한 것으로 표준 데이터링크 프로토콜에 맞춘 Minimum Data Loss, 표준 데이터링크 프로토콜에 맞춘 Encode/Decode 알고리즘이 포함된다.
여기서, 상기 ARINC 653 소프트웨어 블록구조를 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 ARINC 653 소프트웨어 블록구조는 국제 항공 소프트웨어 개발표준 DO-178B의 안전성 최상위 등급인 Level A Certifiable 인증 획득에 따른 프로세스를 따르고 있고, 소프트웨어 개발 요구사항에 따른 조종, 임무수행, 통신 등 응용프로그램을 완전히 독립적으로 운영할 수 있도록 설계한다. 또한, 상기 ARINC 653 소프트웨어 블록구조는 다기종 무인기용 표준 소프트웨어 구조로서, IMA System Architecture 기반으로 임무제어, 비행제어, 통신, 모니터SW 파티션으로 구성되며, 각각 다른 안전성 요구수준별 애플리케이션들로 설계된다. 그리고, 상기 ARINC 653 소프트웨어 블록구조는 IMASystem Architecture로서, 비행제어모듈(2), 임무제어모듈(3) 및 통신모듈(4)의 기능별로 정의된 CSCI 기준으로 파티션을 설계한다. 이 과정에서 상기 파티션 스케줄링은 실시간 운영체제 적용으로 신뢰성(Reliable)과 견고성(Robustness), 설계된 시간에 따라 정확히 수행되는 실행(Deterministic) 시간과 실시간 지원 성격의 예측가능성(Predictability)을 고려한다. 특히, 상기 ARINC 653 소프트웨어 블록구조의 파티션별 스케줄링은 비행제어모듈(2)에 탑재되는 비행제어 소프트웨어, 임무제어모듈(3)에 탑재되는 임무제어 소프트웨어, 통신모듈(4)에 탑재되는 데이터링크 소프트웨어의 파티션 순서로 설계된다. 즉, 상기 ARINC 653 소프트웨어 블록구조의 파티션별 스케줄링은 Major Frame과 Minor Frame의 관계를 Priority를 고려한 스케줄링을 하되, 스페어 파티션에서 Monitoring SW를 위해 비행제어 소프트웨어 운용에 영향을 주지 않고 모니터 하도록 설계한다. 특히, 상기 비행제어모듈(2)에 탑재되는 비행제어 소프트웨어의 파티션은 임무제어 파티션과 데이터링크 파티션 데이터를 받아 처리하기 위해 파티션간 통신(IPC: Inter-Partition Communication)을 이용하는 방법과 파티션간 입출력 전용을 위한 I/O 파티션을 설정하는 방법, 그리고 공유메모리(Shared Memory)를 이용하는 방법을 테스트한 후 실시간 처리를 고려하여 설계한다.
다음에는 상기와 같은 구성으로 된 본 발명장치의 제어방법을 설명한다.
본 발명의 제어방법은 도 3에 도시된 바와같이 초기상태(S1)에서 지상운용 시스템부가 무인 비행체를 지상에서 원격으로 조정하고 관련 데이터를 수집및 분석하는 기능을 수행하는 제1 과정(S2)과;
상기 제1 과정(S2)중에 비행제어컴퓨터가 지상운용 시스템부로부터 무선전송되는 명령신호들을 수신받아 IMA System형태로 각기 별개로 동작되는 비행제어모듈, 임무제어모듈 및 통신모듈을 통해 수행한 후 그 수행결과를 지상운용 시스템부로 전송시키는 제2 과정(S3)과;
상기 제2 과정(S3)중에 비행제어컴퓨터의 비행제어모듈, 임무제어모듈 및 통신모듈의 각 비행제어신호에 따라 액츄에이터모듈이 무인기에 구비된 각종 항공운항 및 항전장비들에 대한 조정면을 구동하여 무인기의 비행을 실행하고 그 상태정보를 검출하여 출력시키는 제3 과정(S4)을 포함하여 구성된다.
그리고 상기 제2 과정(S3)은 비행제어모듈에 탑재되는 비행제어 소프트웨어, 임무제어모듈에 탑재되는 임무제어 소프트웨어, 통신모듈에 탑재되는 데이터링크 소프트웨어의 파티션 순서로 스케줄링되어 작업을 처리하는 파티션별 스케줄링단계를 더 포함한다.
환언하면, 본 발명의 무인기용 비행제어시스템(7)은 IMA를 위한 표준으로 ARINC 653 소프트웨어 블록구조가 탑재된 비행제어컴퓨터(5)가 지상운용 시스템부(1)로부터 무선전송되는 명령신호들을 수신받을 경우 이를 IMA System형태로 각기 별개로 동작되는 비행제어모듈(2), 임무제어모듈(3) 및 통신모듈(4)을 통해 수행한 후 그 수행결과를 지상운용 시스템부(1)로 전송시킨다. 이때, 상기 비행제어컴퓨터(5)의 비행제어모듈(2), 임무제어모듈(3) 및 통신모듈(4)의 각 비행제어신호에 따라 액츄에이터모듈(6)은 무인기에 구비된 각종 항공운항 및 항전장비들에 대한 조정면을 구동하여 무인기의 비행을 실행하고 그 상태정보를 검출하여 비행제어컴퓨터(5)로 전송한다.
이 과정에서, 상기 비행제어컴퓨터(5)는 IMA를 위한 표준으로 ARINC 653 소프트웨어 블록구조를 탑재하고 있어서, 이러한 ARINC 653 소프트웨어 블록구조는 비행제어모듈(2)에 탑재되는 비행제어 소프트웨어, 임무제어모듈(3)에 탑재되는 임무제어 소프트웨어, 통신모듈(4)에 탑재되는 데이터링크 소프트웨어의 파티션 순서로 스케줄링되어 작업을 처리한다.
여기서, 상기 비행제어컴퓨터(5)에 탑재된 ARINC 653 소프트웨어 블록구조를 좀 더 구체적으로 설명하면, 이러한 ARINC 653 소프트웨어 블록구조는 파티션별 자원이 분리가 되어있어 에러가 다른 파티션으로 전파되지 않도록 완벽하게 분리가 되어있기때문에 특정 파티션에서 발생된 에러가 다른 파티션에게 영향을 주지 않고, 그리고 파티션별 코드 수정이 가능하다. 따라서, 상기 ARINC 653 소프트웨어 블록구조는 특정 파티션별 유지보수가 가능하고 예컨대, DO-178B 인증 시 수정된 파티션에 대해서만 인증을 받을 수 있다. 그 외 재사용성, 이식성, 모듈화 특성에 우수한 강점을 가지고 있다. 또한 상기 비행제어모듈(2), 임무제어모듈(3) 및 통신모듈(4)에 각기 탑재되는 소프트웨어는 고성능 제어법칙 SW 툴킷을 이용한 자동 C-코드를 적용하여 구성된다.
이때 상기 비행제어모듈(2)에 탑재되는 소프트웨어는 다기종 무인기 형상에 공통적으로 적용 가능한 비행제어 표준 SW로서, 표준 제어법칙의 자동 C-코드를 통합하고, 표준 제어법칙의 구현에 필요한 입출력 다중관리, 이착륙, 추력제어, 통합 유틸리티 제어기능들을 구현한다.
이에 더하여, 상기 임무제어모듈(3)에 탑재되는 소프트웨어는 임무제어 SW 요소 알고리즘을 개발하여 각 기능별모듈화를 통해 다기종 무인기 형상에 공통으로 적용 가능한 임무제어 SW를 구현하고, 이러한 설계를 위한 개발환경을 개발하여 SW설계 뿐 아니라 복잡한 임무계획 및 분석을 위한 Simulation 환경 제공할 수 있도록 개발한다. 그리고 상기 임무제어모듈(3)에 탑재되는 소프트웨어는 주요 자동비행 알고리즘을 개발/해석 설계하고 다기종 무인기에 적용 가능하도록 파라미터 최적화 기능을 확대하여 임무 계획 및 분석이 용이한 환경을 개발한다. 또한, 상기 ARINC 653 소프트웨어 블록구조는 다기종 무인기용 표준 소프트웨어 구조로서, IMA System Architecture 기반으로 임무제어, 비행제어, 통신, 모니터SW 파티션으로 구성되며, 각각 다른 안전성 요구수준별 애플리케이션들로 설계된다. 그리고, 상기 ARINC 653 소프트웨어 블록구조는 IMASystem Architecture로서, 비행제어모듈(2), 임무제어모듈(3) 및 통신모듈(4)의 기능별로 정의된 CSCI 기준으로 파티션을 설계한다. 이 과정에서 상기 파티션 스케줄링은 실시간 운영체제 적용으로 신뢰성(Reliable)과 견고성(Robustness), 설계된 시간에 따라 정확히 수행되는 실행(Deterministic) 시간과 실시간 지원 성격의 예측가능성(Predictability)을 고려한다. 특히, 상기 ARINC 653 소프트웨어 블록구조의 파티션별 스케줄링은 비행제어모듈(2)에 탑재되는 비행제어 소프트웨어, 임무제어모듈(3)에 탑재되는 임무제어 소프트웨어, 통신모듈(4)에 탑재되는 데이터링크 소프트웨어의 파티션 순서로 설계된다. 즉, 상기 ARINC 653 소프트웨어 블록구조의 파티션별 스케줄링은 Major Frame과 Minor Frame의 관계를 Priority를 고려한 스케줄링을 하되, 스페어 파티션에서 Monitoring SW를 위해 비행제어 소프트웨어 운용에 영향을 주지 않고 모니터 하도록 설계한다. 특히, 상기 비행제어모듈(2)에 탑재되는 비행제어 소프트웨어의 파티션은 임무제어 파티션과 데이터링크 파티션 데이터를 받아 처리하기 위해 파티션간 통신(IPC: Inter-Partition Communication)을 이용하는 방법과 파티션간 입출력 전용을 위한 I/O 파티션을 설정하는 방법, 그리고 공유메모리(Shared Memory)를 이용하는 방법을 테스트한 후 실시간 처리를 고려하여 설계한다.
여기서, 상기 ARINC 653 소프트웨어 블록구조의 파티션별 스케줄링은 비행제어 소프트웨어, 임무제어 소프트웨어, 데이터링크 소프트웨어 파티션 순서로 ARINC 653 표준에 따른 XML으로 설정한다. 예컨대, 상기 각 파티션별 시간 측정 방법은 MMDO 신호를 활용하여 각프로그램 처음과 마지막 부분에 신호를 보내어 오실로스코프로 측정하였고, 비행제어 파티션은 3.8ms, 임무제어 파티션은 1.1ms, 데이터링크 파티션은 1.3ms으로 측정된다.
1 : 지상운용 시스템부 2 : 비행제어모듈
3 : 임무제어모듈 4 : 통신모듈
5 : 비행제어컴퓨터 6 : 액츄에이터모듈
7 : 무인기용 비행제어시스템

Claims (8)

  1. 무인기를 지상에서 원격으로 조정하고 관련 데이터를 수집 및 분석하는 기능을 수행하는 지상운용 시스템부와;
    상기 지상운용 시스템부가 무선으로 전송하는 명령신호들을 수신받아 수행하고 지상운용 시스템부의 명령에 의해 수행된 결과를 지상운용 시스템부로 전송하며, IMA(Integrated Modular AVIONIC) System형태로 각기 별개로 동작되는 비행제어모듈, 임무제어모듈 및 통신모듈의 3중구조로 구성되고, IMA를 위한 표준으로 ARINC 653 소프트웨어 블록구조가 탑재되며, 무인기에 구비된 각종 항공운항 및 항전장비들을 제어하는 비행제어컴퓨터와;
    상기 비행제어컴퓨터의 비행제어모듈, 임무제어모듈 및 통신모듈의 각 비행제어신호에 따라 무인기에 구비된 각종 항공운항 및 항전장비들에 대한 조정면을 구동하여 무인기의 비행을 실행하고 무인기의 상태정보를 검출하여 출력시키는 액츄에이터모듈을 포함하여 구성하되;
    상기 비행제어모듈, 임무제어모듈 및 통신모듈에는 고속의 MPC-8349E 프로세서가 탑재되고,
    상기 비행제어모듈, 임무제어모듈 및 통신모듈에 각기 탑재되는 소프트웨어는 고성능 제어법칙 SW 툴킷을 이용한 자동 C-코드를 적용하여 구성하며,
    상기 ARINC 653 소프트웨어 블록구조는 비행제어모듈, 임무제어모듈 및 통신모듈의 기능별로 정의된 CSCI 기준으로 독립적으로 파티션을 설계하는 것을 특징으로 하는 ARINC 653을 이용하는 무인기용 비행제어시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 파티션의 스케줄링은 비행제어모듈에 탑재되는 비행제어 소프트웨어, 임무제어모듈에 탑재되는 임무제어 소프트웨어, 통신모듈에 탑재되는 데이터링크 소프트웨어의 파티션 순서로 우선순위(Priority)를 두어 설계되는 것을 특징으로 하는 ARINC 653을 이용하는 무인기용 비행제어시스템.
  7. 지상운용 시스템부가 무인기를 지상에서 원격으로 조정하고 관련 데이터를 수집 및 분석하는 기능을 수행하는 제1 과정과;
    상기 제1 과정중에 비행제어컴퓨터가 지상운용 시스템부로부터 무선전송되는 명령신호들을 수신받아 IMA System형태로 각기 별개로 동작되는 비행제어모듈, 임무제어모듈 및 통신모듈을 통해 수행한 후 지상운용 시스템부의 명령에 의해 수행된 결과를 지상운용 시스템부로 전송시키는 제2 과정과;
    상기 제2 과정중에 비행제어컴퓨터의 비행제어모듈, 임무제어모듈 및 통신모듈의 각 비행제어신호에 따라 액츄에이터모듈이 무인기에 구비된 각종 항공운항 및 항전장비들에 대한 조정면을 구동하여 무인기의 비행을 실행하고 무인기의 상태정보를 검출하여 출력시키는 제3 과정을 포함하여 구성하되;
    상기 제2 과정은 비행제어모듈에 탑재되는 비행제어 소프트웨어, 임무제어모듈에 탑재되는 임무제어 소프트웨어, 통신모듈에 탑재되는 데이터링크 소프트웨어의 파티션 순서로 스케줄링되어 작업을 처리하는 파티션별 스케줄링단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ARINC 653을 이용하는 무인기용 비행제어시스템의 제어방법.
  8. 삭제
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