KR101483059B1 - 무인 비행체 제어 시스템 - Google Patents

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KR101483059B1
KR101483059B1 KR1020140041857A KR20140041857A KR101483059B1 KR 101483059 B1 KR101483059 B1 KR 101483059B1 KR 1020140041857 A KR1020140041857 A KR 1020140041857A KR 20140041857 A KR20140041857 A KR 20140041857A KR 101483059 B1 KR101483059 B1 KR 101483059B1
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이승진
백주현
오민진
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엘아이지넥스원 주식회사
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    • G05D1/0808—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft

Abstract

본 발명은 원거리 송수신에 의한 시간 지연이 발생할 경우 시간 지연을 고려한 제어 알고리즘을 이용하여 무인 비행체의 위치와 자세를 원격 제어하는 무인 비행체 제어 시스템을 제안한다. 본 발명에 따른 무인 비행체 제어 시스템은 무인 비행체의 제1 위치 정보와 제1 자세 정보를 산출하는 위치/자세 정보 산출부; 미리 정해진 시간마다 제1 위치 정보와 제1 자세 정보를 수신하며, 제1 위치 정보와 제1 자세 정보를 기초로 무인 비행체의 비행을 원격 제어하는 제1 비행 제어부; 미리 정해진 시간에 제1 위치 정보와 제1 자세 정보가 수신되지 않으면 현재 시점에서의 무인 비행체의 제2 위치 정보와 제2 자세 정보를 추정하는 위치/자세 정보 추정부; 및 미리 정해진 시간에 제1 위치 정보와 제1 자세 정보가 수신되지 않으면 제2 위치 정보와 제2 자세 정보를 기초로 무인 비행체의 비행을 원격 제어하는 제2 비행 제어부를 포함한다.

Description

무인 비행체 제어 시스템 {System for controlling unmanned aerial vehicle}
본 발명은 무인 비행체를 제어하는 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 무인 비행체를 원격 제어하는 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 무인 비행체는 내부 탑재형 비행 제어 컴퓨터를 이용하여 자세 안정화 및 관성 항법을 실행하는 자동 모드로 제어된다. 그런데 이러한 무인 비행체는 내부에 고가의 비행 제어 컴퓨터를 탑재하기 때문에 비행체가 손실될 경우 비용상 손실이 상대적으로 커지는 문제점이 있다. 그래서 소형 무인 비행체의 경우에는 수동 모드로 제어되는 것이 보통이다.
그런데 소형 무인 비행체를 수동 모드로 제어할 경우에는 원격 제어로 인하여 발생하는 시간 지연에 대처하지 못하여 비행체의 자세 안정화 및 방향 제어에 어려움이 따르며, 무인 비행체가 조종사의 시야 내에 존재하거나 무인 비행체 내의 카메라를 통해 획득한 영상에 의존하여 비행을 제어해야 하기 때문에 원거리 비행 제어가 어려운 문제점이 있다.
한국공개특허 제2011-0078823호는 무인 비행체를 원격 제어하는 시스템에 대하여 기술하고 있다. 그러나 이 시스템은 무인 비행체를 자동 모드로 제어하기 때문에 전술한 문제점을 해결할 수 없다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 원거리 송수신에 의한 시간 지연이 발생할 경우 시간 지연을 고려한 제어 알고리즘을 이용하여 무인 비행체의 위치와 자세를 원격 제어하는 무인 비행체 제어 시스템을 제안하는 것을 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 무인 비행체의 제1 위치 정보와 제1 자세 정보를 산출하는 위치/자세 정보 산출부; 미리 정해진 시간마다 상기 제1 위치 정보와 상기 제1 자세 정보를 수신하며, 상기 제1 위치 정보와 상기 제1 자세 정보를 기초로 상기 무인 비행체의 비행을 원격 제어하는 제1 비행 제어부; 상기 미리 정해진 시간에 상기 제1 위치 정보와 상기 제1 자세 정보가 수신되지 않으면 현재 시점에서의 상기 무인 비행체의 제2 위치 정보와 제2 자세 정보를 추정하는 위치/자세 정보 추정부; 및 상기 미리 정해진 시간에 상기 제1 위치 정보와 상기 제1 자세 정보가 수신되지 않으면 상기 제2 위치 정보와 상기 제2 자세 정보를 기초로 상기 무인 비행체의 비행을 원격 제어하는 제2 비행 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 제어 시스템을 제안한다.
바람직하게는, 상기 위치/자세 정보 추정부는 상기 제1 위치 정보와 상기 제1 자세 정보가 최종 수신된 이전 시간, 현재 시간, 상기 무인 비행체의 속도 및 상기 무인 비행체의 비행 경로를 기초로 상기 제2 위치 정보와 상기 제2 자세 정보를 추정한다.
바람직하게는, 상기 무인 비행체 제어 시스템은 이전 수신된 제1 위치 정보들과 각 제1 위치 정보가 수신된 시간들을 기초로 상기 무인 비행체의 속도를 산출하는 속도 산출부를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 무인 비행체 제어 시스템은 상기 무인 비행체의 상기 제1 위치 정보가 수신되면 상기 제1 위치 정보와 상기 제3 위치 정보들을 비교하는 위치 정보 비교부; 및 상기 제1 위치 정보가 상기 제3 위치 정보들 중 어느 하나의 위치 정보에 일치하면 상기 제1 위치 정보에 해당하는 지역에 대한 영상을 획득하는 영상 획득부를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 무인 비행체 제어 시스템은 정찰할 지역들의 제3 위치 정보들이 입력되면 상기 제3 위치 정보들을 포함하는 상기 무인 비행체의 비행 경로를 생성하는 비행 경로 생성부를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 비행 경로 생성부는, 상기 제3 위치 정보들 중에서 상기 무인 비행체의 현재 위치로부터 최근 거리에 해당하는 위치 정보를 추출하며, 이후 추출된 위치 정보로부터 최근 거리에 해당하는 위치 정보를 나머지 제3 위치 정보들 중에서 추출하는 과정을 모든 제3 위치 정보들이 추출될 때까지 반복 수행하는 위치 정보 추출부; 및 위치 정보의 추출 순서에 따라 해당 지역을 차례대로 정찰하도록 상기 비행 경로를 생성하는 정찰 경로 생성부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 비행 경로 생성부는, 상기 제3 위치 정보들 중에서 상기 무인 비행체의 현재 위치로부터 가까운 순서로 상기 제3 위치 정보들을 차례대로 추출하는 위치 정보 추출부; 및 위치 정보의 추출 순서에 따라 해당 지역을 차례대로 정찰하도록 상기 비행 경로를 생성하는 정찰 경로 생성부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 무인 비행체는 공기 주입식 주익(main wing)이 장착된 소형 비행체인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 무인 비행체의 제1 위치 정보와 제1 자세 정보를 산출하는 위치/자세 정보 산출 단계; 미리 정해진 시간마다 상기 제1 위치 정보와 상기 제1 자세 정보를 수신하며, 상기 제1 위치 정보와 상기 제1 자세 정보를 기초로 상기 무인 비행체의 비행을 원격 제어하는 제1 비행 제어 단계; 상기 미리 정해진 시간에 상기 제1 위치 정보와 상기 제1 자세 정보가 수신되지 않으면 현재 시점에서의 상기 무인 비행체의 제2 위치 정보와 제2 자세 정보를 추정하는 위치/자세 정보 추정 단계; 상기 미리 정해진 시간에 상기 제1 위치 정보와 상기 제1 자세 정보가 수신되지 않으면 상기 제2 위치 정보와 상기 제2 자세 정보를 기초로 상기 무인 비행체의 비행을 원격 제어하는 제2 비행 제어 단계; 및 원격 제어되는 상기 무인 비행체의 위치를 실시간으로 표시하는 표시 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 제어 방법을 제안한다.
바람직하게는, 상기 위치/자세 정보 추정 단계는 상기 제1 위치 정보와 상기 제1 자세 정보가 최종 수신된 이전 시간, 현재 시간, 상기 무인 비행체의 속도 및 상기 무인 비행체의 비행 경로를 기초로 상기 제2 위치 정보와 상기 제2 자세 정보를 추정한다.
바람직하게는, 상기 위치/자세 정보 추정 단계 이전에, 이전 수신된 제1 위치 정보들과 각 제1 위치 정보가 수신된 시간들을 기초로 상기 무인 비행체의 속도를 산출하는 속도 산출 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 위치/자세 정보 산출 단계 이후에, 상기 무인 비행체의 상기 제1 위치 정보가 수신되면 상기 제1 위치 정보와 상기 제3 위치 정보들을 비교하는 위치 정보 비교 단계; 및 상기 제1 위치 정보가 상기 제3 위치 정보들 중 어느 하나의 위치 정보에 일치하면 상기 제1 위치 정보에 해당하는 지역에 대한 영상을 획득하는 영상 획득 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 위치/자세 정보 추정 단계 이전에, 정찰할 지역들의 제3 위치 정보들이 입력되면 상기 제3 위치 정보들을 포함하는 상기 무인 비행체의 비행 경로를 생성하는 비행 경로 생성 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 비행 경로 생성 단계는, 상기 제3 위치 정보들 중에서 상기 무인 비행체의 현재 위치로부터 최근 거리에 해당하는 위치 정보를 추출하며, 이후 추출된 위치 정보로부터 최근 거리에 해당하는 위치 정보를 나머지 제3 위치 정보들 중에서 추출하는 과정을 모든 제3 위치 정보들이 추출될 때까지 반복 수행하는 위치 정보 추출 단계; 및 위치 정보의 추출 순서에 따라 해당 지역을 차례대로 정찰하도록 상기 비행 경로를 생성하는 정찰 경로 생성 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 비행 경로 생성 단계는, 상기 제3 위치 정보들 중에서 상기 무인 비행체의 현재 위치로부터 가까운 순서로 상기 제3 위치 정보들을 차례대로 추출하는 위치 정보 추출 단계; 및 위치 정보의 추출 순서에 따라 해당 지역을 차례대로 정찰하도록 상기 비행 경로를 생성하는 정찰 경로 생성 단계를 포함한다.
본 발명은 원거리 송수신에 의한 시간 지연이 발생할 경우 시간 지연을 고려한 제어 알고리즘을 이용하여 무인 비행체의 위치와 자세를 원격 제어함으로써 다음 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 시간 지연을 고려한 제어 알고리즘을 이용함으로써 통신 장애에 관계없이 무인 비행체의 비행을 제어하는 것이 가능해진다.
둘째, 장거리 통신 등으로 시간 지연이 발생하더라도 제어 알고리즘으로 무인 비행체의 비행을 제어함으로써 원거리 비행 제어가 가능해진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인 비행체 제어 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 무인 비행체 제어 시스템의 작동 방법을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 3은 종래의 무인 비행체 제어 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 무인 비행체 제어 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 5는 무인 비행체의 통신 지연에 따른 대응책을 설명하기 위한 참고도이다.
도 6은 본 발명에 따른 무인 비행체 제어 시스템의 특징적인 구성들을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 무인 비행체 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 원거리 송수신에 의한 시간 지연이 발생할 경우 시간 지연을 고려한 제어 알고리즘을 이용하여 무인 비행체의 위치와 자세를 원격 제어하는 무인 비행체 제어 시스템에 관한 것이다. 이하 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인 비행체 제어 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 1에 따르면, 무인 비행체 제어 시스템(100)은 무인 비행체(110) 및 통제 장치(120)를 포함한다.
본 발명에서 무인 비행체(110)는 1회용 무인 비행체, 소형 무인 비행체, 1회용 소형 무인 비행체 등으로 구현될 수 있으며, 개인이 휴대 가능한 정도의 크기와 무게를 가지며, 평소 휴대가 용이하도록 공기 주입식 팽창형 주익을 사용한다.
무인 비행체(110)는 비행체의 저가/경량화를 위하여 비행 제어 시스템 및 이에 대한 알고리즘을 비행체 내부에 탑재하는 대신 외부 원격 조종 장치 즉 통제 장치(120)에 탑재한다.
원격 통제기 역할을 하는 통제 장치(120)를 통해 무인 비행체(110)를 제어하기 위해서는 무선 통신을 통하여야 하므로 원격 비행 제어 알고리즘은 장거리 통신, 통신 장애 등에 따른 시간 지연을 고려한다.
상대적으로 고가인 비행 제어 시스템이 비행체 외부에 있으므로 무인 비행체(110)는 저가로 제작이 가능하기에 비행체의 손실에 따라 발생하는 물적 피해가 상대적으로 적으며, 이러한 특성으로 인하여 1회용 비행체로 운용이 가능하다.
무인 비행체(110)는 1회용 비행체이므로 접근이 어려운 재해 현장 등의 위험 지역의 정찰, 생존자 위치 파악 등의 용도로 운용 가능하다. 또한 무인 비행체(110)는 저가, 경량형 비행체이므로 개인 병사가 휴대하여 정찰 및 자폭형 무인기 등의 군사 목적으로 운용 가능하다.
통제 장치(120)를 통한 비행 제어 및 이에 대한 알고리즘은 대형, 고가의 무인기 체계에 백업 시스템으로 적용하여 대형, 고가의 무인기의 비행 제어 시스템의 작동 불량 상황에서도 운용자가 이를 귀환 및 안전 지역으로 유도하는 것이 가능하다.
무인 비행체(110)는 팽창형 주익(111), 추진 장치(112), 구동 장치(113), 비행 동체(114), 전력 공급기(115), 탑재물(116), 영상 센서(117), 항법 센서(118) 및 RF 송수신기(119)를 포함할 수 있다.
팽창형 주익(111)은 1회용 소형 무인 비행체의 주익으로 구현되며, 공기 주입식 팽창형으로 수송 용기에서 꺼낸 후 공기를 주입하여 비행 가능 형태로 변형된다.
비행 동체(114)는 팽창형 주익(111) 아래쪽에 위치하며 추진 장치(112), 구동 장치(113) 등의 장비를 탑재한다.
추진 장치(112)는 비행 동체(114)의 전방에 전기 구동식 프로펠러 형태로 장착된다.
구동 장치(113)는 팽창형 주익(111) 후면을 조종면으로서 제어한다.
전력 공급기(115)는 무인 비행체(110)의 동력을 제공하기 위한 전원 및 관련 구성품이다.
영상 센서(117)는 운용 요원이 전방을 파악하기 위한 영상 획득용 센서이다.
항법 센서(118)는 GPS 및 IMU를 이용하여 비행체의 자세 및 위치를 파악한다.
RF 송수신기(119)는 원격 제어기 역할을 하는 통제 장치(120)와 무인 비행체(110) 간의 신호 송수신용 장치이다.
탑재물(116)은 추가적인 임무를 위한 소량의 탑재물이다.
통제 장치(120)는 통제 랩톱(Laptop)(121), 통제 GUI(122) 및 통제 SW(123)를 포함할 수 있다. 통제 장치(120)가 수행하는 모든 기능들은 통제 랩톱(121)에 의해 제어되며, 통제 GUI(122)와 통제 SW(123)는 그 기능을 수행하기 위한 환경을 제공한다.
본 발명에 따른 무인 비행체 제어 시스템(100)은 적군의 동태를 파악하는 등 군사 분야에서 이용될 수 있으나, SUAV(Smart Unmanned Aerial Vehicle), 재난 구조, 개인 시큐리티(Security), 대테러 등 민간 분야에서 이용되는 것도 가능하다.
도 2는 도 1에 도시된 무인 비행체 제어 시스템의 작동 방법을 개략적으로 도시한 개념도이다.
앞서 설명한 바와 같이 무인 비행체(110)는 1회용 비행체, 소형 비행체 등으로 구현될 수 있다. 이러한 무인 비행체(110)는 개인이 휴대 가능한 저가/경량 형태이며, 고가의 비행 제어 컴퓨터 및 알고리즘을 제거하여 저가화시킴으로써 1회용 운용에 따른 손실을 최소화할 수 있다. 또한 무인 비행체(110)는 영상 정보를 통하여 전방 상황을 확인할 수 있다.
수송 용기(210)에서 무인 비행체(110)를 꺼낸 후, 공기 주입으로 주익을 팽창시켜 비행 형상으로 변형한 뒤, 프로펠러를 회전시키고, 이후 손으로 투척하여 무인 비행체(110)가 비행을 개시하여 임무를 수행한다(220).
임무를 수행하기 시작한 무인 비행체(110)는 임무 수행중 획득된 영상 정보, 위치/자세 정보 등을 통제 장치(120)로 전송한다. 도 2에 도시된 통제 장치(120)는 원격 제어용 랩톱(Laptop)을 형상화한 것이다.
통제 장치(120)는 무인 비행체(110)로부터 수신된 위치/자세 정보 등을 기초로 자세 안정 명령, 비행 제어 명령 등을 무인 비행체(110)로 전송한다. 원거리 송수신에 의한 시간 지연이 발생할 경우, 통제 장치(120)는 원격 비행 자세 안정화 알고리즘, 시간 지연을 고려한 제어 알고리즘 등을 이용하여 무인 비행체(110)의 자세를 안정화시키고 원활한 비행이 실행되도록 제어한다.
보다 자세하게 설명하면 다음과 같다.
운용 전에는 주익을 동체에 말아 수송 용기(210)에서 넣어 수송 형상 형태로 보관하며, 임무 시작 전에 꺼내어 팽창형 주익에 공기를 주입, 비행 형상으로 변형한다.
비행 형상으로 변경한 후 전원을 인가하여 추진 장치의 프로펠러를 작동시킨 뒤, 운용 요원이 무인 비행체(110)를 투척하면, 무인 비행체(110)는 비행을 시작한다.
무인 비행체(110)의 영상 센서는 전방 상황에 대한 영상 정보를 획득하며, 항법 센서는 GPS, IMU 등을 이용하여 무인 비행체(110)의 자세/위치 정보를 획득한다.
통제 장치(120)로 영상 정보, 무인 비행체(110)의 자세/위치 정보 등을 RF 통신을 통하여 수신하여 현재 전방 상황 및 비행체의 경로를 모니터링한다.
통제 장치(120) 내의 비행체 제어 알고리즘은 수신받은 무인 비행체(110)의 자세/위치 정보를 토대로 무인 비행체(110)의 자세를 안정화하며 임무 형태에 따라 미리 정해진 경로점으로 무인 비행체(110)가 이동할 수 있도록 제어한다.
제어 단계에서 원거리 송수신에 의하여 시간 지연이 발생하므로 이를 보상하기 위하여 비행 제어 알고리즘은 시간 지연을 고려한 형태이다.
운용 요원은 영상 정보를 통하여 비행 경로를 직접 제어하거나 새로운 경로점을 지정하여 무인 비행체(110)를 제어할 수 있다.
운용 요원에 의한 조작시에도 내부적으로는 자세 안정화 알고리즘이 함께 작용하여 비행체 경로 변경에 따른 불안정성을 최소화할 수 있다.
다음으로 종래의 무인 비행체 제어 시스템과 본 발명에 따른 무인 비행체 제어 시스템을 비교하여 그 차이점에 대하여 설명한다.
도 3은 종래의 무인 비행체 제어 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 4는 본 발명에 따른 무인 비행체 제어 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
일반 R/C 비행기는 내부에 비행 제어 유닛(FCU; Flight Control Unit)이 없으며, 운용자의 제어 명령에 전적으로 의존한다. 만약 운용자가 잘못된 자세 제어 명령을 넣거나 무리한 기동을 시도하면 비행체는 그대로 비행 불능 상태에 빠져 추락하고 만다.
그래서 종래 무인 비행체(310)는 도 3에 도시된 바와 같이 내부에 탑재된 비행 제어 유닛(311)으로 종래 비행체(310)의 현재 자세, 조종사의 명령, 계획된 경로 등에 대한 정보를 종합하여 종래 비행체(310)가 비행 불능 상태에 빠지지 않는 범위 한도 내에서 움직이도록 조종면 구동 장치(312)를 움직인다.
비행 제어 유닛(311)은 일종의 컴퓨터이며, 내부적으로는 종래 비행체(310)가 불안정해지지 않도록 현재의 자세를 체크하여 안정된 자세를 유지하도록 조종면 구동 장치(312)를 제어하는 한편, 외부에서 경로 변경 등에 대한 요청이 올 경우 그에 따라 경로를 실제로 바꾸기 위해 조종면 구동 장치(312)를 제어한다.
IMU(관성 측정 유닛; 313), GPS 센서(314) 등은 실시간으로 종래 비행체(310)의 자세, 위치 정보 등을 측정하여 조종면 구동 장치(312)로 인하여 움직인 종래 비행체(310)의 반응을 비행 제어 유닛(311)에 피드백하여 준다.
지상 통제기(320)는 운용자 명령 I/F(322)를 통하여 운용자의 명령(330)을 받거나, 미리 계획된 경로점에 대한 정보 등을 무선 통신으로 비행 제어 유닛(311)에 전달해주며, 반대로 종래 비행체(310)의 IMU(313), GPS 센서(314) 등이 보내오는 정보를 지상 통제기(320)의 GUI 상에 전시하여 운용자가 종래 비행체(310)의 실제 위치 등을 모니터링하고 계획 경로 SW(321)를 이용하여 종래 비행체(310)의 비행을 제어한다.
반면 본 발명에 따른 무인 비행체(110)는 비행 제어 유닛이라는 별도의 HW를 비행체 내부에 탑재하지 않고, 통제 장치(120)의 비행 제어용 SW들(321, 341)을 통해 구동된다.
본 발명 비행체(110)를 소형 비행체로 제작할 경우 별도의 지상 통제기를 제작할 필요 없이 무선 통신이 가능한 상용품 Laptop으로도 제어 가능하다.
통제 장치(120)는 내부에서 자세 안정화 및 조종 제어를 위한 SW(341)를 구비하며, 이 SW(341)에 의해 생성된 조종면 제어 명령은 무선 통신을 통하여 본 발명 비행체(110)의 날개면 구동기에 전달된다.
본 발명 비행체(110)의 움직임은 GPS 센서(314)와 IMU(313)가 측정하여 무선 통신으로 통제 장치(120)로 전송해 주며, 전송받은 정보는 단순히 운용자가 모니터링하는 데에 쓰일 뿐만 아니라 본 발명 비행체(110)의 자세 안정화 및 조종 제어 SW(341)가 구동하는 데에 필요한 피드백 정보로도 활용된다.
본 발명에 따른 무인 비행체 제어 시스템은 무인 비행체 내부의 FCU를 지상 통제기 역할을 하는 통제 장치로 이동하는 대신, 센서류 및 구동 장치와의 신호 전달을 무선으로 대체한다. 본 발명에서는 무인 비행체의 소형화 및 경량화가 가능해지며, 특히 고가의 FCU를 탑재하지 않음으로써 손망실 위험이 큰 무인 비행체의 단가를 낮추는 것이 가능해진다.
다음으로 무인 비행체의 통신 지연에 따른 대응책에 대하여 설명한다.
비행 제어 유닛이 없거나 단순화된 비행체는 지상 통제기와 통신이 끊길 경우 자세 안정화, 비행 경로 제어 등을 할 수 없다.
본 발명에서는 통제 장치가 마지막으로 수신한 무인 비행체의 자세, 위치 등을 토대로 실시간으로 현재 예상되는 무인 비행체의 위치 및 자세를 계산한다.
계산된 무인 비행체의 예상 위치 및 예상 자세를 토대로 원래 계획된 자세와 경로로 수정되도록 계속 통신을 시도한다.
본 발명은 통신 재개후 무인 비행체가 보내온 자세/위치 정보를 토대로 다시 자세/위치 수정을 위한 구동 명령을 계산 후 전송하는 것과 비교하여 대응 시간을 단축할 수 있다.
이하 도면을 참조하여 보다 자세하게 설명한다. 도 5는 무인 비행체의 통신 지연에 따른 대응책을 설명하기 위한 참고도이다.
도 5의 (a)는 종래 방안을 설명하기 위한 도면이다. 도 5의 (a)를 참조하면, 먼저 통신 지연으로 예정 경로(510)를 벗어나면 지상 통제기는 비행체(520)의 위치를 확인할 수 없다(좌측 도면 참조).
이후 통신이 재개되면 지상 통제기는 새 비행체 정보를 토대로 다시 수정 경로(530)를 계산하는데(중앙 도면 참조), 이로 인해 수정 경로 생성을 위한 계산 시간으로 인하여 대처가 늦어지는 문제점이 있다(우측 도면 참조).
도 5의 (b)는 상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 방안을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명에 따른 방안은 시간 지연을 고려한 방안으로서, 먼저 통신 지연으로 예정 경로(540)를 벗어나면 통제 장치는 무인 비행체의 위치를 예측하여 통신 재개 직후 취해야 할 경로(550)를 생성한다(좌측 도면 참조).
통신이 재개되면 통제 장치가 실시간으로 계산해 놓은 수정 경로(550)를 따라 바로 무인 비행체의 경로를 수정한다(우측 도면 참조).
다음으로 본 발명에 따른 무인 비행체 제어 시스템의 특징적인 구성에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 무인 비행체 제어 시스템의 특징적인 구성들을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 6에 따르면, 무인 비행체 제어 시스템(600)은 위치/자세 정보 산출부(605), 제1 전원부(610) 및 제1 주제어부(615)를 포함하는 무인 비행체(110), 및 제1 비행 제어부(620), 위치/자세 정보 추정부(625), 제2 비행 제어부(630), 제2 전원부(635) 및 제2 주제어부(640)를 포함하는 통제 장치(120)를 포함한다.
제1 전원부(610)는 무인 비행체(110)를 구성하는 각 구성에 전원을 공급하는 기능을 수행한다. 본 발명에서 무인 비행체(110)는 공기 주입식 주익(main wing)이 장착된 소형 비행체로 구현될 수 있다.
제1 주제어부(615)는 무인 비행체(110)를 구성하는 각 구성의 전체 작동을 제어하는 기능을 수행한다.
위치/자세 정보 산출부(605)는 무인 비행체(110)의 제1 위치 정보와 제1 자세 정보를 산출하는 기능을 수행한다. 본 발명에서 위치/자세 정보 산출부(605)는 도 1의 항법 센서(118)로 구현될 수 있다.
제2 전원부(635)는 통제 장치(120)를 구성하는 각 구성에 전원을 공급하는 기능을 수행한다.
제2 주제어부(640)는 통제 장치(120)를 구성하는 각 구성의 전체 작동을 제어하는 기능을 수행한다.
제1 비행 제어부(620)는 미리 정해진 시간마다 제1 위치 정보와 제1 자세 정보를 수신하며, 제1 위치 정보와 제1 자세 정보를 기초로 무인 비행체(110)의 비행을 원격 제어하는 기능을 수행한다.
위치/자세 정보 추정부(625)는 미리 정해진 시간에 제1 위치 정보와 제1 자세 정보가 수신되지 않으면 현재 시점에서의 무인 비행체(110)의 제2 위치 정보와 제2 자세 정보를 추정하는 기능을 수행한다.
위치/자세 정보 추정부(625)는 제1 위치 정보와 제1 자세 정보가 최종 수신된 이전 시간, 현재 시간, 무인 비행체(110)의 속도 및 무인 비행체(110)의 비행 경로를 기초로 제2 위치 정보와 제2 자세 정보를 추정할 수 있다.
통제 장치(120)는 상기한 바를 참작하여 속도 산출부(645)를 더 구비할 수 있다.
속도 산출부(645)는 이전 수신된 제1 위치 정보들과 각 제1 위치 정보가 수신된 시간들을 기초로 무인 비행체(110)의 속도를 산출하는 기능을 수행한다.
또한 통제 장치(120)는 상기한 바를 참작하여 비행 경로 생성부(660)를 더 구비할 수 있다.
비행 경로 생성부(660)는 정찰할 지역들의 제3 위치 정보들이 입력되면 제3 위치 정보들을 포함하는 무인 비행체(110)의 비행 경로를 생성하는 기능을 수행한다.
비행 경로 생성부(660)는 위치 정보 추출부(661)와 정찰 경로 생성부(662)로 구성될 수 있다.
위치 정보 추출부(661)는 제3 위치 정보들 중에서 무인 비행체(110)의 현재 위치로부터 최근 거리에 해당하는 위치 정보를 추출하며, 이후 추출된 위치 정보로부터 최근 거리에 해당하는 위치 정보를 나머지 제3 위치 정보들 중에서 추출하는 과정을 모든 제3 위치 정보들이 추출될 때까지 반복 수행하는 기능을 수행한다.
정찰 경로 생성부(662)는 위치 정보의 추출 순서에 따라 해당 지역을 차례대로 정찰하도록 비행 경로를 생성하는 기능을 수행한다.
한편 위치 정보 추출부(661)는 제3 위치 정보들 중에서 무인 비행체(110)의 현재 위치로부터 가까운 순서로 제3 위치 정보들을 차례대로 추출하는 기능을 수행하는 것도 가능하다.
제2 비행 제어부(630)는 미리 정해진 시간에 제1 위치 정보와 제1 자세 정보가 수신되지 않으면 제2 위치 정보와 제2 자세 정보를 기초로 무인 비행체의 비행을 원격 제어하는 기능을 수행한다.
본 발명에서는 설명의 편의를 위해 제1 비행 제어부(620)와 제2 비행 제어부(625)를 구분하였으나, 하나의 비행 제어부가 제1 비행 제어부 역할과 제2 비행 제어부 역할을 모두 수행하는 것도 가능하다.
본 발명에서 제1 비행 제어부(620), 위치/자세 정보 추정부(625), 제2 비행 제어부(630), 속도 산출부(645), 비행 경로 생성부(660) 등은 도 1의 통제 랩톱(121)으로 구현될 수 있다.
본 발명에서는 무인 비행체(110)가 지정된 위치로 도착한 것으로 판별되면 해당 지역을 촬영하도록 무인 비행체(110)를 제어할 수 있다. 이 점을 참작하여 통제 장치(120)는 위치 정보 비교부(650)를 더 구비할 수 있으며, 무인 비행체(110)는 영상 획득부(655)를 더 구비할 수 있다.
위치 정보 비교부(650)는 무인 비행체(110)의 제1 위치 정보가 수신되면 제1 위치 정보와 제3 위치 정보들을 비교하는 기능을 수행한다. 본 발명에서 위치 정보 비교부(650)는 도 1의 통제 랩톱(121)으로 구현될 수 있다.
영상 획득부(655)는 제1 위치 정보가 제3 위치 정보들 중 어느 하나의 위치 정보에 일치하면 제1 위치 정보에 해당하는 지역에 대한 영상을 획득하는 기능을 수행한다. 본 발명에서 영상 획득부(655)는 도 1의 영상 센서(117)로 구현될 수 있다.
다음으로 도 6에서 설명한 무인 비행체 제어 시스템(600)의 작동 방법 즉 무인 비행체 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 무인 비행체 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 이하 설명은 도 6과 도 7을 참조한다.
먼저 위치/자세 정보 산출부(605)가 무인 비행체(110)의 제1 위치 정보와 제1 자세 정보를 산출한다(S710).
이후 제2 주제어부(640)가 미리 정해진 시간마다 제1 위치 정보와 제1 자세 정보가 수신되는지 여부를 판단한다(S720).
미리 정해진 시간에 제1 위치 정보와 제1 자세 정보가 수신되면, 제1 비행 제어부(620)가 제1 위치 정보와 제1 자세 정보를 기초로 무인 비행체(110)의 비행을 원격 제어한다(S730).
반면 미리 정해진 시간에 제1 위치 정보와 제1 자세 정보가 수신되지 않으면, 위치/자세 정보 추정부(625)가 현재 시점에서의 무인 비행체(110)의 제2 위치 정보와 제2 자세 정보를 추정한다(S740).
이후 제2 비행 제어부(630)가 제2 위치 정보와 제2 자세 정보를 기초로 무인 비행체(110)의 비행을 원격 제어한다(S750).
이후 통제 장치(120)의 디스플레이부(미도시)가 원격 제어되는 무인 비행체(110)의 위치를 실시간으로 표시한다(S760).
위치/자세 정보 추정부(625)는 제1 위치 정보와 제1 자세 정보가 최종 수신된 이전 시간, 현재 시간, 무인 비행체(110)의 속도 및 무인 비행체(110)의 비행 경로를 기초로 제2 위치 정보와 제2 자세 정보를 추정할 수 있다.
이를 참작하여 S740 단계 이전에(예컨대 S720 단계와 S740 단계 사이에) 속도 산출부(645)는 이전 수신된 제1 위치 정보들과 각 제1 위치 정보가 수신된 시간들을 기초로 무인 비행체(110)의 속도를 산출할 수 있으며, 비행 경로 생성부(660)는 정찰할 지역들의 제3 위치 정보들이 입력되면 제3 위치 정보들을 포함하는 무인 비행체(110)의 비행 경로를 생성할 수 있다.
한편 S710 단계 이후에(예컨대 S710 단계와 S720 단계 사이에) 위치 정보 비교부(650)는 무인 비행체(110)의 제1 위치 정보가 수신되면 제1 위치 정보와 제3 위치 정보들을 비교하며, 이후 영상 획득부(655)는 제1 위치 정보가 제3 위치 정보들 중 어느 하나의 위치 정보에 일치하면 제1 위치 정보에 해당하는 지역에 대한 영상을 획득할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 상세한 설명에서 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 무인 비행체에 구비되는 것으로서, 상기 무인 비행체의 제1 위치 정보와 제1 자세 정보를 산출하는 위치/자세 정보 산출부;
    상기 무인 비행체를 원격 제어하는 통제 장치에 구비되는 것으로서, 미리 정해진 시간마다 상기 제1 위치 정보와 상기 제1 자세 정보를 수신하며, 상기 제1 위치 정보와 상기 제1 자세 정보를 기초로 상기 무인 비행체의 비행을 원격 제어하는 제1 비행 제어부;
    상기 통제 장치에 구비되는 것으로서, 상기 미리 정해진 시간에 상기 제1 위치 정보와 상기 제1 자세 정보가 수신되지 않으면 현재 시점에서의 상기 무인 비행체의 제2 위치 정보와 제2 자세 정보를 추정하는 위치/자세 정보 추정부;
    상기 통제 장치에 구비되는 것으로서, 상기 미리 정해진 시간에 상기 제1 위치 정보와 상기 제1 자세 정보가 수신되지 않으면 상기 제2 위치 정보와 상기 제2 자세 정보를 기초로 상기 무인 비행체의 비행을 원격 제어하는 제2 비행 제어부; 및
    상기 통제 장치에 구비되는 것으로서, 정찰할 지역들의 제3 위치 정보들이 입력되면 상기 제3 위치 정보들을 포함하는 상기 무인 비행체의 비행 경로를 생성하는 비행 경로 생성부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치/자세 정보 추정부는 상기 제1 위치 정보와 상기 제1 자세 정보가 최종 수신된 이전 시간, 현재 시간, 상기 무인 비행체의 속도 및 상기 무인 비행체의 비행 경로를 기초로 상기 제2 위치 정보와 상기 제2 자세 정보를 추정하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 제어 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 통제 장치에 구비되는 것으로서, 이전 수신된 제1 위치 정보들과 각 제1 위치 정보가 수신된 시간들을 기초로 상기 무인 비행체의 속도를 산출하는 속도 산출부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 통제 장치에 구비되는 것으로서, 상기 무인 비행체의 상기 제1 위치 정보가 수신되면 상기 제1 위치 정보와 정찰할 지역들의 제3 위치 정보들을 비교하는 위치 정보 비교부; 및
    상기 무인 비행체에 구비되는 것으로서, 상기 제1 위치 정보가 상기 제3 위치 정보들 중 어느 하나의 위치 정보에 일치하면 상기 제1 위치 정보에 해당하는 지역에 대한 영상을 획득하는 영상 획득부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 제어 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 비행 경로 생성부는,
    상기 제3 위치 정보들 중에서 상기 무인 비행체의 현재 위치로부터 최근 거리에 해당하는 위치 정보를 추출하며, 이후 추출된 위치 정보로부터 최근 거리에 해당하는 위치 정보를 나머지 제3 위치 정보들 중에서 추출하는 과정을 모든 제3 위치 정보들이 추출될 때까지 반복 수행하는 위치 정보 추출부; 및
    위치 정보의 추출 순서에 따라 해당 지역을 차례대로 정찰하도록 상기 비행 경로를 생성하는 정찰 경로 생성부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 제어 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 비행 경로 생성부는,
    상기 제3 위치 정보들 중에서 상기 무인 비행체의 현재 위치로부터 가까운 순서로 상기 제3 위치 정보들을 차례대로 추출하는 위치 정보 추출부; 및
    위치 정보의 추출 순서에 따라 해당 지역을 차례대로 정찰하도록 상기 비행 경로를 생성하는 정찰 경로 생성부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체 제어 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 무인 비행체는 공기 주입식 주익(main wing)이 장착된 소형 비행체인 것을 특징으로 하는 무인 비행체 제어 시스템.
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