KR101492271B1 - 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치의 동작을 제어하는 시스템 및 방법 - Google Patents
타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치의 동작을 제어하는 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
장치를 제어하는 방법은, 상기 장치가 동작중이거나 동작할 실제 환경의 통합 시뮬레이션 모델(integrated simulation model)을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 통합 시뮬레이션 모델은 상기 실제 환경에 관련된 실시간 데이터 및 미리 존재하는 데이터를 이용하여 형성될 수 있다. 상기 방법은 또한, 상기 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델 내에서 동작가능한 상기 장치의 표시를 포함하는 시뮬레이션을 표시하는 단계 및 상기 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델 내에서의 상기 장치의 시뮬레이션의 동작의 제어를 허용하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은, 상기 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델 내의 상기 장치의 표시의 시뮬레이션을 이용하여 상기 실제 환경 내에서 상기 장치의 동작을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 UAS(Unmanned Aerial System), UAV(Unmanned Aerial Vehicle) 또는 다른 이송수단 또는 장치와 같은 장치의 원격 제어에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용하여 장치의 동작을 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
시스템 또는 장치의 동작을 원격으로 제어하는 것과 관련된 하나의 이슈는 대기시간(latency)이다. 이는 원격지의 사람 또는 컴퓨터에 의해 적어도 부분적으로 제어되는 장치 또는 시스템에 더욱 관련된 것이다. 대기시간은 일반적으로 운용자의 제어 입력 및 상기 입력에 대한 시스템의 반응을 상기 운용자가 감지하는 사이의 시간의 주기로 정의될 수 있다. 대기시간은 센서 측정에 반응하여 이뤄질 수 있는 제어 입력의 신속성을 제한하는 경향이 있다.
상기 대기시간의 전형적 구성요소는, 상기 센서 신호의 처리; 데이터 스트림 내에서 자신의 스팟을 기다리는 신호의 휴지 시간; 원격 장치 또는 시스템의 송신 기로부터 기지국 수신자에게로의 경로의 신호 시간; 상기 기지국에 의한 신호 처리; 상기 신호의 가능한 디스플레이; 상기 기지국 컴퓨터 또는 운용자에 의한 바람직한 제어 응답의 계산; 상기 응답의 처리; 상기 데이터 스트림 내의 슬롯을 기다리는 상기 응답의 휴지 시간; 베이스 송신기 및 상기 원격 수신자 간의 송수신 시간; 상기 원격 시스템에 의한 신호 처리; 및 제어 동작 지연을 포함할 수 있다. 일부 시스템에서는, 상기 대기시간이 시스템 용량을 심각하게 해칠 수준에 달할 수 있다. 예를 들어, 화성의 로버(Mars Rover)에서, 화성의 상기 로버와 지구상의 기지국 간의 엄청난 거리로 인해 대기시간은 약 20분 급이다. 지구에 있는 운용자에 의한 상기 시스템의 제어는, 정확한 센서 데이터에 근거하여 제어 입력을 하기 위해 극도로 측정되고 느려야만 한다.
대기시간에 대한 하나의 해결책은 상기 제어 시스템 망의 각 부분에서의 대기시간을 줄이는 것이다. 그러나, 그러한 감소들은 일부 상황에만 제한될 수 있다. 원격 운용의 경우, 상기 제한된 속도의 빛에 의한 신호의 단순한 지연이 제약이 될 수 있다. 다른 대기시간 구성요소들 또한 제거되거나 줄여지기 어려울 수 있다.
다른 해결책은 제어 시스템 처리 작업들의 많은 양을 상기 장치 또는 이송수단 상으로 옮기는 것일 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 이송수단은 그 단기 운용에 있어서 자율적이며, 기지국으로부터 제어를 덜 자주 받으며, 성격면에서 보다 일반적인 제어를 받는다. 그러나, 특히 에러의 결과가 상당하거나 운용 컨텍스트 또는 환경이 복잡하고 불확실한 경우, 일부 타입의 시스템들에 인간이 개입한 제어를 채용하는 것이 보다 이로울 수 있다. 한편, 제어 시스템 처리 작업을 온보드(onboard)시키도록 이동하는 것은 운용자를 탑승시키거나 시스템 내에 배치하는 것을 의미할 수 있다. 이러한 배치의 한 단점은 가능한 위험에 운용자가 노출될 수 있다는 것이다. 다른 단점은, 탑승하는 운용자를 위한 준비가 상기 시스템의 복잡성, 중량 및 비용을 증가시킬 수 있다는 것이다. 다르게는, 기지국으로부터 운용자가 탑승하지 않은 원격 시스템으로 증가된 제어 권한을 옮기는 것은 인간에 의해 전체 시스템이 제어될 수 있는 정도를 줄인다. 이에 대한 한 단점은, 운용자가 하나의 이유 또는 다른 이유로 거절할 수 있는 동작을 취할 것을 상기 시스템이 결정할 수 있다는 것이다.
대기시간에 대한 다른 가능한 해결책은, 반복적인 이동-대기(move-wait) 주기로 동작시키는 것일 수 있다. 동작을 제어하는 수단은 화성 로버와 같은 무인 우주 이송수단(unmanned space vehicles)을 위한 일부 명령에 대해 이용된다. 느린 이동-대기 주기를 이용하는 것은, 상기 주기의 "대기" 부분 동안 상기 시스템이 성능을 수행할 수 없기 때문에, 상기 시스템의 생산성을 감소시킬 수 있다. 그러한 제어 방법은 또한 상기 시스템이 상기 주기의 대기 부분 동안 (정지한 것이 아니라면) 안정적이도록 설계되어야만 하는 것을 의미할 수 있다. 상기 시스템에 대한 이러한 부가적 제한은 중량, 복잡성 또는 비용에 불이익을 가할 수 있다.
또한, 일부 시스템들의 운용은 운용자 실수의 가능성을 포함한다. 여기서 이용된 바와 같이, "운용자"는 인간 운용자, 또는 비인간이나 컴퓨터 운용자에 적용될 수 있다. 예를 들어, 일부 임무에 대해서는, 무인 항공 수단(aerial vehicle)이 지상에 가능한 한 매우 가까이 높은 속도로 비행하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 동작은 때때로 "지형 추적(terrain following)"으로 불린다. 지형 추적은 다양한 또는 고개가 많은 지형에 있어서 어려워진다. 상기 수단이 비행할 수 있는 최소 고도는 승강타 제어 입력을 통해 수직으로(상승 및 하강) 가속하는 상기 수단의 능력에 의해 부분적으로 제한된다. 모든 항공 수단들이 이러한 방식으로 제한된다. 고도에 대한 다른 제한은 산을 피하기 위해 급상승시키거나 골짜기로 다이빙하도록 급하강시키기 위해 정확한 지점을 판단하는 원격 위치 운용자 또는 제어 시스템의 능력이다. 급상승에 있어서 작은 지연은 산과의 피할 수 없는 충돌을 낳을 것이다. 골짜기로의 너무 빠른 투입 또한 충돌을 야기할 것이다. 더욱이, 이상적이고, 조용하거나 정적인 조건에서, 최적의 경로가 실제 비행에 앞서 계산될 수 있다. 그러나, 실제로는, 실제 비행 동안 예상할 수 없거나 정확하게 예측할 수 없는 조건들의 변화가 있을 수 있다. 이러한 변화들은, 바람, 풍향의 차이, 난기류, 상승기류, 및 하강기류를 포함한다. 다른 예상되지 않은 조건들은, 탑, 전선, 또는 다른 장애물이나 위험 구역과 같은 새로운 방해물을 포함할 수 있다. 조건들의 불확실성은 실제 동작 또는 비행과, 최근의 측정 또는 관측 사이의 시간 주기에 부분적으로 의존적일 수 있어서, 그 주기가 길어질수록 불확실성이 더 커진다.
운용자 실수를 줄이는 하나의 방법은, 운용자 실수 또는 예상되지 않은 상황의 경우 상기 시스템의 연속적인 안전한 동작을 허용하는 "안전 허용범위(margin of safety)"를 갖는 시스템을 운용하는 것이다. 일반적으로, 상기 안전 허용범위는 오차를 허용가능한 수준으로 줄이기 위해 통계적으로 결정될 수 있다. 그러나, 안전 허용범위는 일반적으로 하나 또는 그 이상의 장점에 대해 동작 불이익을 가한다.
운용자 실수를 줄이는 다른 방법은, 인간 운용자를 컴퓨터로 대체하는 것일 수 있다. 그러나, 이 또한 단점이 없을 수 없다. 일반적으로, 자율적으로 복잡한 시스템들을 운용하는 소프트웨어는, 특히 상기 시스템이 매우 신뢰성 있어야 하는 것인 경우, 복잡하고 비싸다. 더욱이, 인간 운용자들은 일반적으로, 예상하지 못한 상황에 마주친 경우에 보다 유연하며 탄력적이고, 복잡한 환경하에서 극도로 중 요한 의사결정을 하는데 있어서는 보다 유능한 것으로 고려된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 장치를 제어하기 위한 방법은, 상기 장치가 동작하고 있거나 동작할 수 있는 실제 환경의 통합 시뮬레이션 모델을 형성하는 단계를 포함할 수 있다는 것이다. 상기 통합 시뮬레이션 모델은 상기 실제 환경에 관련된 실시간 데이터 및 미리 존재하는 데이터를 이용하여 형성될 수 있다. 상기 방법은 또한, 상기 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델에서 동작가능한 실제 장치의 표시를 포함하는 시뮬레이션을 표시하는 단계; 및 상기 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델 내에서의 상기 장치의 표시 및 상기 시뮬레이션의 동작의 제어를 허용하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은, 상기 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델 내에서의 상기 장치의 시뮬레이션을 이용하여 상기 실제 환경 내에서 상기 실제 장치의 동작을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 장치를 제어하는 시스템은, 상기 장치가 동작하고 있거나 동작할 실제 환경의 통합 시뮬레이션 모델을 형성하는 프로세서를 포함할 수 있으며, 상기 통합 시뮬레이션 모델은 상기 실제 환경에 관련된 실시간 데이터 및 미리 존재하는 데이터를 이용하여 형성된다. 상기 시스템은 또한, 상기 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델 내에서 동작가능한 상기 장치의 표시를 포함하는 시뮬레이션을 나타내는 디스플레이를 포함할 수 있다. 상기 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델 내에서 상기 장치의 시뮬레이션의 동작에 대한 제어를 허용하기 위해 제어 인터페이스가 제공될 수 있다. 상기 시스템은 또한 상기 실제환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델 내에서의 상기 장치의 시뮬레이션을 이용하여 상기 실제 환경 내에서의 상기 장치의 동작을 제어하기 위해 상기 장치에 제어 스크립트를 전송하는 트랜시버를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면 및 특징들은, 청구항에 의해 정의된 바와 같이, 첨부된 도면과 함께 명세서 내에 기재된 이하의 제한되지 않은 상세한 설명을 검토함에 의해 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
도면들 중의 흐름도 및 블록도는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 시스템들, 방법들, 및 컴퓨터 프로그램 제품들의 가능한 구현예들의 동작, 기능, 및 구조를 나타낸다. 이에, 상기 흐름도 또는 블록도 내의 각 블록은 상기 특정 논리 함수를 구현하기 위한 하나 또는 그 이상의 실행가능한 지시들을 포함하는 코드의 일부, 세그먼트 또는 모듈을 나타낼 수 있다. 또한, 일부 대체 실시예에서, 상기 블록 내에 적힌 기능들은 도면 내에 적힌 순서에 무관하게 발생할 수 있다. 예를 들어, 연속적으로 도시된 두 블록들은, 실제로, 실질적으로 동시에 실행될 수 있거나, 개입된 기능성에 따라, 상기 블록들은 때때로 역순으로 실행될 수 있다. 상기 블록도의 각 블록 및/또는 흐름도 개시, 및 상기 블록도 내의 블록의 결합 및/또는 흐름도 개시는, 특정 기능들 또는 동작들을 수행하는 특수 복적의 하드웨어 기반 시스템들, 또는 특수 목적 하드웨어 및 컴퓨터 명령어들의 조합에 의해 구현될 수 있다는 것이 주목되어야 할 것이다.
본 명세서에서 이용된 용어들은 구체적인 실시예들을 기술하기 위한 목적일 뿐이며, 본 발명을 제한할 의도가 아니다. 본 발명에서 이용된 바와 같이, 단수 형태의 표현은, 문맥상 명백하게 단수만을 지칭하는 것이 아닌 한, 복수 형태를 포함할 것을 의도한다. 또한, 본 명세서 내에서 이용되는 용어 "포함하는"("comprises" and/or "comprising," and "includes" and/or "including")은 설명된 특성, 정수, 단계, 동작, 부재 및/또는 구성요소들의 존재를 특정하나, 하나 또는 그 이상의 다른 특성들, 정수들, 단계들, 동작들, 부재들, 구성요소들, 및/또는 그 그룹들의 부가 또는 존재를 배제하지 않는다.
구체적인 실시예가 본 명세서 내에 개시되고 기술되었음에도, 동일한 목적을 달성하기 위해 계산된 모든 배치가 개시된 상기 구체적인 실시예를 위해 대체될 수 있으며 상기 개시는 다른 환경 내에서 다른 애플리케이션들을 갖는다는 것을 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다. 본 출원은 본 발명의 어떤 변경 또는 변화도 커버할 것을 의도한다. 이하의 특허청구범위는 본 명세서에 기술된 특정 실시예로 본 발명의 권리범위를 제한할 의도가 전혀 아니다.
본 발명의 구체적 실시예들이 첨부된 도면을 참고하여 보다 상세히 설명될 것이다. 다른 구조를 갖고 다르게 동작하는 다른 실시예들은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는다.
해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해될 바와 같이, 본 발명은 방법, 시스템 또는 컴퓨터 프로그램 제품으로 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 개시의 일부는, 전체가 하드웨어로 구현된 형태, 전체가 소프트웨어로 구현된 형태(펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로코드 등) 또는 본 명세서에서 "회로", "모듈", "유닛", 또는 "시스템"으로 일반적으로 불릴 수 있는 하드웨어 측면 및 소프트웨어 측면을 결합한 구현 형태를 취할 수 있다. 더욱이, 본 발명은 컴퓨터로 이용가능한 저장 매체 내에서 구현되는 컴퓨터로 이용가능한 프로그램 코드를 갖는 상기 저장 매체 상의 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다.
어떠한 적합한 컴퓨터로 이용가능한 또는 컴퓨터로 판독가능한 매체도 이용될 수 있다. 상기 컴퓨터로 이용가능한 또는 컴퓨터로 판독가능한 매체는, 예를 들어, 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선, 또는 반도체 시스템, 기구, 장치 또는 전달 매체일 수 있으나, 그에 제한되지 않는다. 컴퓨터로 판독가능한 매체의 보다 구체적인 예들(완전하지 않은 리스트)은: 하나 또는 그 이상의 와이어를 갖는 전기적 연결; 휴대가능한 컴퓨터 디스켓, 하드디스크, 램(RAM), 롬(ROM), EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory) 또는 플래시메모리, 광섬유, 휴대용 CD-ROM과 같은 실체적인 매체; 또는 다른 실체적 광학 또는 자기 저장 장치들; 또는 인터넷 또는 인트라넷을 지원하는 수단과 같은 전송 매체를 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터로 이용가능한 또는 컴퓨터로 판독가능한 매체는 심지어 종이이거나, 상기 프로그램이 그 위에 출력되는 다른 적합한 매체일 수 있으며, 상기 프로그램은 예를 들어, 상기 종이 또는 다른 매체의 광학 스캐닝을 통해 전기적으로 캡쳐되고, 다음으로 필요하다면 적합한 방식으로 컴파일되고, 해석되거나 다르게 처리되고, 다음으로 컴퓨터 메모리에 저장될 수 있음에 주목할 필요가 있다. 본 명세서 의 배경에 있어서, 컴퓨터로 이용가능한 또는 컴퓨터로 판독가능한 매체는, 명령 수행 시스템, 기구 또는 장치와 접속되거나 명령 수행 시스템, 기구 또는 장치에 의해 이용되기 위한 상기 프로그램을 포함하거나, 저장하거나, 통신하거나, 전달하거나 또는 전송할 수 있는 모든 매체일 수 있다.
본 발명의 동작들을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드는 Java, 스몰토크(Smalltalk), C++ 등과 같은 객체 지향 프로그래밍 언어로 쓰여질 수 있다. 그러나, 본 발명의 동작들을 수행하기 위한 상기 컴퓨터 프로그램 코드는 또한 "C" 프로그래밍 언어와 같이 전통적인 처리 프로그래밍 언어들 또는 유사한 프로그래밍 언어들로 쓰여질 수도 있다. 상기 프로그램 코드는, 이용자의 컴퓨터상에서 전적으로, 이용자의 컴퓨터상에서 부분적으로, 독립형 소프트웨어 패키지로서, 이용자의 컴퓨터상에서 부분적으로 및 원격 컴퓨터상에서 부분적으로 또는 상기 원격 컴퓨터 또는 서버상에서 전적으로 실행할 수 있다. 후자의 시나리오에서, 상기 원격 컴퓨터는 LAN 또는 WAN(Wide Area Network)을 통해 이용자의 컴퓨터에 접속될 수 있거나, 외부 컴퓨터에 (예를 들어, 인터넷 서비스 제공자를 이용하여 인터넷을 통해) 상기 접속이 이뤄질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램 제품, 장치(시스템) 및 방법의 블록도 및/또는 흐름도 설명을 참고로 하여 이하에서 설명된다. 흐름도 설명 및/또는 블록도의 각 블록 및 상기 흐름도 설명 및/또는 블록도 내의 블록들의 조합들이 컴퓨터 프로그램 명령에 의해 구현될 수 있음이 이해될 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 명령들은, 상기 컴퓨터의 프로세서 또는 다른 프로그램 가능한 데이터 처리 장치를 통해 수행하는 상기 명령들이 상기 흐름도 및/또는 블록도의 블록 또는 블록들 내에 규정된 기능들/동작들을 구현하는 수단을 창조하도록, 기계를 제작하기 위해 일반 목적의 컴퓨터, 특수 목적의 컴퓨터, 또는 다른 프로그램 가능한 데이터 처리 장치의 프로세서에 제공될 수 있다
이들 컴퓨터 프로그램 명령들은 또한, 상기 컴퓨터 판독가능한 메모리 내에 저장된 상기 명령들이 상기 흐름도 및/또는 블록도의 블록 또는 블록들 내에 규정된 기능/동작을 구현하는 명령 수단을 포함하는 물품의 제작을 하도록, 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능한 데이터 처리 장치가 특정한 방식으로 기능하도록 지시할 수 있는 컴퓨터 판독가능한 메모리 내에 저장될 수 있다.
상기 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능한 장치상에서 실행되는 명령들이 상기 흐름도 및/또는 블록도의 블록 또는 블록들 내에 규정된 기능들/동작들을 구현하기 위한 단계들을 제공하도록, 컴퓨터 구현 프로세스를 낳기 위해 상기 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능한 장치상에서 일련의 동작 단계들이 수행되도록 하기 위해 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능한 데이터 처리 장치로 로딩될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시간 지연 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치의 동작을 제어하기 위한 예시적 방법(100)의 흐름도이다. 상기 장치는 UAS, UAV 또는 다른 우주 이송수단, 화성 로버, 달 로버, 지구상에서 이용가능한 다른 이송수단과 같은 육상 이송수단, 선박(watercraft), 무인잠수가능 이송수단, 또는 다른 타입의 기계, 공장, 공장 내 기계 또는 시스템일 수 있다.
102 단계에서, 상기 장치가 동작중이거나 동작중일 수 있는 동작 환경 또는 컨텍스트 또는 실제 임무와 관련된 정보 또는 미리 존재하는(pre-existing) 데이터가 얻어질 수 있다. 상기 미리 존재하는 데이터의 예들은, 상기 실제 환경 또는 컨텍스트의 이미지 또는 사진; 지형 윤곽; 날씨 예측; 상기 환경 또는 컨텍스트 내의 관심지점 또는 모든 타겟에 관련된 묘사, 위치 및 다른 정보; 상기 환경 내에서의 장치에 대한 위험 또는 위협에 관련된 묘사, 위치 및 다른 정보; 또는 관심있을 수 있는 동작의 환경 또는 컨텍스트에 관련된 다른 데이터를 포함할 수 있다. 상기 미리 존재하는 데이터는, 위성, 위성 시스템, 우주 및/또는 지상 정찰대, 고정 위치, 앞서 언급된 것들 또는 다른 수단과 관련된 센서들에 의해 얻어질 수 있다.
104 단계에서, 상기 실제 환경에 대한 적어도 하나의 가상 모델이, 상기 미리 존재하는 데이터를 바탕으로, 형성되거나 생성될 수 있다.
106 단계에서, 상기 실제 동작 또는 임무 환경 또는 컨텍스트와 관련된 실시간 데이터 또는 정보가 얻어질 수 있다. 상기 실시간 데이터 또는 정보의 예들은 또한 상기 실제 환경 또는 컨텍스트의 사진 또는 영상; 지형 윤곽; 날씨 예측; 상기 환경 또는 컨텍스트 내의 관심있는 모든 목표 또는 지점에 관련된 묘사, 위치 및 다른 정보; 상기 환경 내의 상기 장치에 대한 모든 위험 또는 위협에 관련된 묘사, 위치 및 다른 정보; 또는, 관심 있을 수 있는 동작의 컨텍스트 또는 환경에 관련된 다른 모든 데이터를 포함할 수 있다. 상기 실시간 데이터는 또한 위성 또는 위성 시스템, 항공 및/또는 지상 정찰대, 고정 위치들, 앞서 언급된 것들 중 어느 것과 관련된 센서들, 또는 다른 수단들에 의해 얻어질 수 있다.
108 단계에서, 상기 실제 임무 환경 또는 컨텍스트의 적어도 하나의 가상 모델이 상기 실시간 데이터에 기반하여 생성 또는 형성될 수 있다.
110 단계에서, 상기 가상 모델들은, 상기 장치가 동작하고 있거나 동작할 컨텍스트, 임무 환경 또는 상기 실제 동작 환경의 통합 시뮬레이션 모델을 형성 또는 제작하기 위해 통합되거나 결합될 수 있다. 동작 환경을 모델링하기 위해 이용될 수 있는 프로그램 또는 소프트웨어의 예는, 캘리포니아 마운틴 뷰의 구글에 의해 제공된 바와 같은 구글 어스(Google Earth); 콜롬비아의 라미너(Laminar) 리서치에 의해 모두 제공된 글로벌 시너리(Global-Scenery) 또는 엑스 시너리(X-Scenery); SC 또는 유사한 소프트웨어 애플리케이션들을 포함할 수 있다. 복수의 사진들에 기반한 정확한 3차원 컴퓨터 모델이, 캐나다 밴쿠버 비씨의 이오에스 시스템(EOS Systems)으로부터 이용가능한 포토모델러와 같은 소프트웨어 또는 유사한 소프트웨어나 프로그램을 이용하여 제작될 수 있다. 구글(Goggle)은 미국 내, 다른 국가 내 또는 미국과 다른 국가에서의 구글의 상표이다. 글로벌 시너리(Global-Scenery) 및 엑스 시너리(X-Scenery)는, 미국 내에, 다른 국가 내에 또는 미국 및 다른 국가 내의 라미너 리서치의 상표이며, 포토모델러는 미국, 캐나다 및 다른 국가 내의 EOS 시스템의 상표이다. 상기 통합 시뮬레이션 모델은 상기 실시간 데이터 또는 다른 데이터들에 기반하여 계속적으로 업데이트될 수 있다.
대기적 및/또는 온도 조건들 또한 다양한 기구들을 이용하여 측정 또는 결정될 수 있으며, 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델에 통합될 수 있다. 예를 들어, 상기 대기의 움직임은 레이저 기반 센서 또는 유사한 센서들을 이용하여 거 리를 두고 측정될 수 있다. 동작 환경 또는 컨텍스트 내의 조건은 또한, 레이더, 마이크로파, 적외선 및 광센서들과 같은 다양한 타입의 전자기 센서들을 이용하여 측정 또는 결정될 수 있다. 이러한 센서들로부터의 데이터는 다른 종류 또는 타입의 정보를 집중시키기 위해 수많은 방법으로 처리될 수 있다. 예를 들어, 주파수에서의 시프트는 도플러 법칙에 따라 타겟 또는 다른 장치에 의한 움직임으로 해석될 수 있다.
112 단계에서, 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델 내에서 동작할 수 있는 실제 장치의 표시(representation)를 포함하는 시뮬레이션이 생성될 수 있다.
114 단계에서, 상기 실제 환경의 시뮬레이션 모델 내에서 동작하는 상기 장치의 표시를 포함하는 상기 시뮬레이션은, 상기 시뮬레이션 동작의 제어 및 상기 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델 내의 상기 실제 장치의 표시를 허용하기 위해 운용자에게 표시될 수 있다.
116 단계에서, 상기 시뮬레이션은 상기 통합 시뮬레이션 모델 내의 상기 시뮬레이션된 장치의 동작에 따라 제어될 수 있다. 여기서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 비행기 경로 또는 장치의 이동 루트, 상기 장치 또는 시뮬레이션의 속도, 시간 지연 옵션, 재수행(re-do) 옵션, 시뮬레이션 내에서 상기 장치의 동작을 관찰하기 위한 다른 시각들 등과 같은 상기 시뮬레이션의 다양한 특성들은 운용자에 의해 제어될 수 있다. 상기 시간 지연 옵션은 상기 시뮬레이션 내에서 동작을 수행하는 때 및 동일 또는 관련 동작을 실제 환경 내에서 상기 장치가 수행하도록 하는 때 사이의 미리 정해진 시간 지연을 제공한다. 상기 시간 지연은, 아슬아슬 한 기동 또는 임무의 중요한 측면들을 위한 더 많은 시간, 및 의사결정을 위한 더 많은 시간을 허용하도록 조절될 수 있다. 상기 시뮬레이션은, 더 가벼운 부하가 있는 동안 및 상기 시간 지연을 늘리기 위해 가속될 수 있다. 상기 시간 지연은 또한, 상기 실제 장치가 동작을 하기 전에, 상기 시뮬레이션 내에서의 선택된 동작 또는 기능을 재수행하거나 모든 실수의 정정을 허용할 수 있다.
시스템의 컴퓨터 기반 시뮬레이션은 아주 통상적이다. 예를 들어, 비행기 시뮬레이터는 이제 조종사를 훈련시키는데 이용된다. 비행기 시뮬레이터는 통상적으로 조종석 투명도(transparencies) 및 실제 입력을 통한 비디오 스크린 뷰를 갖는 복제 비행기 조종석을 이용한다. 비행기의 비행 특성뿐만 아니라 외부 환경이 컴퓨터 내에 모델링 될 수 있다. 실제 임무의 시뮬레이션은 훈련 목적으로 날도록 할 수 있다. 더 작은 비행기 시뮬레이터들 또한 거명하자면, 마이크로소프트 비행기 시뮬레이터 및 라미너 리서치의 엑스 플레인과 같이 이제 보편적이다. 상기 엑스 플레인 시뮬레이터는 하나의 컴퓨터 스크린상에 계기판 패널 및 외부 전망을 통합하며, 하나의 키보드 및 조이스틱으로 동작될 수 있다. 많은 다른 시스템들의 시뮬레이션 또한 이용가능하다.
본 발명의 실시예에 따라, 상기 시뮬레이션 내의 운용자에 의한 제어 입력들은 시간 지연을 갖고 실제 장치로 전달될 수 있다. 상기 시간 지연은, 상기 시뮬레이션을 "쉬게" 하거나 "되감기"하기 위한 기회를 제공하기 위해 상기 운용자에 의해 조절가능하다. 상기 운용자는 옵션들을 고려하기 위해 또는 매우 많은 정보를 제공하는 기간 동안 이해를 돕기 위해 상기 시뮬레이션을 일시 중지할 수 있다. 다르게는, 상기 운용자는, 실수가 있을 수 있었다거나 특정 기능의 수행이 개선될 수 있다고 결론지을 수 있다. 이러한 경우, 상기 운용자는 동작을 재수행하고 실수를 정정하거나 성능을 개선하기 위해 특정 시간 기간만큼 상기 시뮬레이션을 "재감기"할 수 있다. 상기 재감기 기간이, 상기 실제 장치의 상기 시뮬레이션된 동작의 성능 및 상기 시뮬레이션 간의 시간 지연을 초과하지 않아야 하는 것에 주의하여야 한다. 118 단계에서, 상기 조절가능한 시간 지연 및 재수행 옵션은 앞서 있도록 또는 최소한 실제 동작 환경 내에서 상기 실제 장치 동작과 일치하도록 관리될 수 있다. 상기 재감기 옵션이 상기 시간 지연을 초과하는 경우, 경고가 있을 수 있으며, 상기 재감기는, 상기 실제 장치가 상기 기동을 수행하기 전에 상기 제어 신호가 보내지는 것을 확실히 하기 위해, 약간의 시간 여유를 갖고 상기 시간 지연 정도까지만 허용될 것이다.
일시 중지 또는 재감기는 상기 시간 지연을 감소시킬 것이다. 운용자가 이전의 시간 지연을 회복하기를 희망하는 경우, 운용자는, 상기 바람직한 지연이 될 때까지 증가된 속도로 상기 시뮬레이션을 운용할 수 있다("고속 감기(fast forward)"). 이러한 경우, 상기 운용자의 제어 입력 및 상기 장치로의 상기 제어 신호의 전달 간의 지연은, 실제 장치를 위해 일정한 속도로 시간이 가도록, 조절되어야만 한다.
상기 적절한 시간 지연은 상기 운용 환경이 얼마나 동적일 수 있는지에 부분적으로 의존적일 수 있다. 정적 환경에서, 긴 지연이 이용될 수 있다. 극도로 동적인 환경 내에서, 상기 시간 지연은 제거(또는 일부 잠재가 불가피하다면 감소)될 수 있다. 일부 경우에서는, 상기 적절한 지연은 시간의 일부 중간 길이일 것이다.
실수 정정을 위한 재수행 또는 일시 중지에 대한 대체가 가능하다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 장치의 시뮬레이션된 능력들은 상기 장치의 실제 능력들을 초과하도록 설정될 수 있다. 즉, 상기 시뮬레이션된 장치는, 시뮬레이션 내에서 일부 동작 또는 기능을 보다 효율적으로 또는 효과적으로 수행하도록, 실제 장치에 비해, 변경된 또는 개선된 성능 특성으로 동작될 수 있다. 예를 들어, 비행기는 중력에 의한 힘의 10배 또는 10g로 수직으로 가속하는 능력을 가질 수 있다. 예를 들어, 이는 비행기가 언덕이 있는 지형의 윤곽을 따라갈 수 있는 정도를 제한한다. 다르게는, 상기 시뮬레이션은 상기 능력을 최대한으로, 예를 들어 20g를 가질 수 있다. 상기 시뮬레이션된 임무에서, 운용자는 가속도를 10g로 제한하도록 하는 경로를 날 수 있다. 만약 운용자가 실수를 하면, 지형과의 시뮬레이션된 충돌을 피하기 위해 더 강하게 당길 수 있다. 제어 소프트웨어는, 항공기의 동작 제한들을 초과함이 없이 가능한한 물리적으로 가까이 시뮬레이션된 비행 경로를 실제 항공기가 따를 수 있도록 시뮬레이션된 비행기 경로를 정정할 수 있다. 가능한 비행 경로 변경의 정도는 상기 지연 기간에 따를 것이다. 따라서, 120 단계에서, 상기 실제 장치가 실제로 상기 시뮬레이션된 동작을 보다 효율적이고 효과적으로 수행할 수 있도록, 모든 필요한 보상이 실제 장치의 동작 제한들에 기반하여 수행될 수 있다. 다르게는, 장치의 상기 시뮬레이션된 능력들을 저하시키는 것이 일부 시스템에서는 유리할 수 있다. 그러한 저하는, 예를 들어, 시뮬레이션 스크립트 및 실제 시스템의 능력 간의 성능 여유를 제공할 수 있다. 이는, 실제 성능을 감소시킬 수 있는 불특정 환경 또는 시스템 요소들을 허용하면서, 상기 실제 시스템이 상기 스크립트를 정확하게 따라갈 수 있는 가능성을 증가시킨다.
122 단계에서, 제어 스크립트가 상기 시뮬레이션에 기초하여 생성될 수 있다. 124 단계에서, 상기 제어 스크립트는, 실제 환경에서의 상기 장치의 동작을 제어하기 위해 상기 실제 장치로 전송될 수 있다. 상기 제어 스크립트는, 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델 내에서 상기 장치의 시뮬레이션의 동작을 제어하면서, 연속적으로 생성될 수 있다. 다음으로, 상기 제어 스크립트는 실제 장치로 스트림될 수 있다. 스트림됨에 의해, 데이터는 직접 실제 장치로 실질적으로 연속적인 흐름으로 보내질 수 있다. 앞서 논의된 바와 유사하게, 시뮬레이션 내에서 기능이 수행된 이후에 일부 미리 정해진 시간 기간 동안 실제 장치가 그 기능을 수행하도록, 미리 정해진 시간 지연 이후에 상기 제어 스크립트가 상기 실제 장치로 스트림될 수 있다.
정확하고 반복가능한 일부 시뮬레이션의 태도에 비교하여 실제 장치 성능의 다양함 또한 본 발명의 실시예에 의해 관리될 수 있다. 예를 들어, 미리 스크립트된 일련의 제어 표면 편향들은 하나의 비행기에 대한 항공기용 특정 비행 경로를 낳을 수 있으며, 대기 조건에서의 일부 변화 또는 다른 작은 변수들에 의해 후속 비행 상의 완전히 다른 비행 경로를 야기할 수 있다. 이들 변화는, 상기 바람직한 비행 경로를 (공간 및 시간 면에서) 제어하고, 시뮬레이션에 의해 지시된 바와 같이 경로를 유지하기 위해 항공기 비행 제어 시스템이 상기 제어 표면을 다루는 것을 허용함에 의해, 해결될 수 있다. 항공기의 명령된 경로 및 실제 경로 사이의 편차는 상기 제어 시스템에 특정 셋트의 조건 하에 특정한 날에 항공기의 능력에 관한 정보를 제공할 수 있다. 상기 정보는 또한 실제 환경 내에서 항공기의 실제 능력에 맞도록 임무를 조절할 수 있는 운용자에게 전달될 수 있다.
도 1을 참고로 하여 기술된 바와 같은 본 실시예에 따라, 실시간 데이터는 표시 장치 및 환경에 대한 존재하고 있는 컴퓨터 모델로 통합될 수 있다. 이는, 실제 장치를 동작시키는 데 있어서 동적인 이벤트들 및 조건들에 대한 고려를 허용한다. 적정 시간 지연은 실시간 환경 및 동작 정보의 이익을, 일부 동작을 재수행하고/하거나 비행 경로를 변경하는 이익 또는 다른 동작 변경과 균형을 맞출 수 있다. 상기 조절가능한 시간 지연은 환경의 불확실성 내의 변화에 대한 동적 응답을 허용한다. 상기 통합 능력의 예는 시뮬레이션을 위해 이용되는 기하학에 일치하도록 처리되는, 실제 장치 또는 항공기로부터 취해진 레이더 데이터의 통합일 수 있다. 상기 데이터는 상기 베이스라인 구조상에 있지 않은 새로운 데이터를 보여주기위해 필터링될 수 있다. 예를 들어, 탄막 풍선(barrage ballons)과 같은 장애물의 배치는 레이더에 의해 탐지될 수 있고 시뮬레이션에서 디스플레이될 수 있다. 이러한 예에서, 상기 실제 항공기는, 상기 레이더(또는 다른 센서들)가 관심 영역을 볼 수 없을 정도로 (공간적으로) 상기 시뮬레이션의 너무 뒤에 뒤쳐져 있으면 안 된다.
본 발명의 실시예의 다른 특성들은, 임무의 실제 시간에 비교하여 임무를 수행하는 운용자 시간을 감소하는데 시뮬레이션이 이용될 수 있다는 것이다. 이러한 모드에서, 상기 시뮬레이션은, 시뮬레이션된 임무의 지속시간이 줄도록 더 높은 속 도로 운용될 수 있다. 상기 실제 장치 운용을 제어하기 위한 시뮬레이션의 재생에 있어서, 상기 재생은 바른 또는 보통 속도에서 수행된다. 이러한 모드에서, 실제 임무는 시뮬레이션된 임무와 동시에 시작할 수 있다는 것에 주목해야 한다.
다르게는, 상기 시스템은, 운용자가 동작을 조절하도록 시간을 증가시켜, 정확도를 증가시키거나 보다 완전히 고려된 결정이 가능하도록, 시뮬레이션에서의 시간을 늦춤에 의해 동작 정확성을 증가시키기 위해 이용될 수 있다. 이러한 모드에서, 임무의 마지막에 상기 시뮬레이션이 실제 임무보다 앞서거나 또는 같도록 하는 시간에 실제 임무 전에 상기 시뮬레이션이 시작해야만 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시간 지연 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용하여 장치의 동작을 제어하는 예시적 시스템(200)의 개략적인 블록도이다. 상기 방법(100)은 상기 시스템(200) 내에서 구현되거나 상기 시스템(200)에 의해 수행될 수 있다. 제어되고 있는, 도 2에 도시된 상기 장치는 UAS, UAV 등과 같은 항공기(202)이며, 도 2에 도시된 본 발명의 구현은 비행기 또는 항공기(202)의 동작을 제어하는 것에 관해 기술될 것이다; 그러나, 본 발명은 모든 종류의 이송 수단, 장치 또는 시스템을 제어하기 위해 변경될 수 있을 것이다.
상기 시스템(200)은, 상기 장치 또는 항공기(202)가 동작중인 또는 동작될 것인 실제 동작 환경(208) 또는 컨텍스트의 통합 시뮬레이션 모델(206)을 형성하기 위해 이미지 프로세서(204)를 포함할 수 있다. 이전에 기술된 바와 유사하게, 상기 통합된 시뮬레이션 환경 모델(206)은 실제 환경(208)에 관련된 실시간 데이터 및 실제 환경(208)에 관련된 미리 존재하는 데이터 또는 정보를 이용하여 형성될 수 있다.
상기 이미지 프로세서(204)는 트랜시버(Tx/Rx)(210)에 결합될 수 있다. 상기 트랜시버(210)는, 다수의 위성들을 포함하는 위성 시스템 또는 위성(212)으로부터 및 실제 항공기(202)로부터, 실제 환경(208)에 관련된 미리 존재하는 및/또는 실시간 또는 현재 데이터를 수신할 수 있다. 상기 트랜시버(210)는 또한 고정된 위치로부터, 또는 다른 이송수단들(항공 및 지상)과 같은 다른 이동가능한 장치들로부터 실제 환경(208)에 관련된 미리 존재하는 및 실시간 데이터를 수신할 수 있다. 상기 항공기(202), 다른 장치들 또는 이송수단들, 및 고정 위치들은, 본 명세서에서 보다 상세히 기술된 바와 같은 환경에 관련된 특정한 특성들, 예를 들어, 지리 데이터, 위협 및 타겟 정보, 및 대기 및 날씨 조건들 및 임무에 중요한 또는 관심이 있을 수 있는 정보 또는 다른 모든 조건들을 탐지하기 위한 센서들을 포함할 수 있다.
상기 트랜시버(210)는 또한 상기 항공기(202)의 동작과 관련하여 상기 항공기(202)로부터 데이터, 예를 들어, 지리적 위치, 속도, 고도, 비행 경로, 이송수단 시스템의 상태 및 임무에 따라 관심이 있을 수 있는 다른 모든 정보 또는 데이터를 수신할 수 있다. 예를 들어, 상기 항공기(202)는 상기 항공기(202)로부터 상기 시스템(200)의 트랜시버(210)로 전달될 수 있는 위도, 경도 및 고도 정보를 제공할 수 있는 GPS 수신기를 포함할 수 있다. 이용될 수 있는 다른 정확한 위치찾기 시스템은 네비게이션에서 널리 알려지고 이용되는 바와 같은 자이로스코픽 센서로부터 유도된 각도 정보 더하기 3축 가속도에 기반한 관성 가이드(inertial guidance) 시스템일 수 있다.
상기 이미지 프로세서(204)는 기하학적 변환 모듈(214) 및 오버레이 제어 모듈(216)을 포함할 수 있다. 상기 기하학적 변환 모듈(214)은 실제 환경(208)의 상기 통합 시뮬레이션 모델(206)을 형성하는데 이용하기 위해 상기 트랜시버(210)에 의해 수신한 데이터를 변환할 수 있다. 상기 오버레이 제어 모듈(216)은 디스플레이(225) 상에서의 표시를 위해 실제 환경의 통합된 시뮬레이션 모듈(206)을 형성하기 위해 상기 실제 환경(208)에 관련된 상기 미리 존재하는 및 실시간 데이터로부터 생성된 실제 환경(208)의 이미지 또는 다른 가상 모델들을 적절하게 오버레이하거나 배열할 수 있다.
상기 오버레이 제어 모듈(216)은 매핑 함수를 수행할 수 있다. 이미지 매핑은 하나의 형태로부터 다른 형태로의 2차원 및 3차원 정보의 변환에 관한 것이다. 카메라는 이미지를 매핑하기 위해 이용될 수 있는 한 장치의 예이다. 카메라는 뷰포인트(viewpoint)(렌즈 노드) 및 이미지 평면(일반적으로 평면)을 제공한다. 외부 세계의 점들은 상기 뷰포인트를 통해 상기 이미지 평면으로 투영된다. 상기 매핑의 정확한 결과는 상기 카메라의 배향, 상기 이미지 평면으로부터 상기 뷰포인트까지의 거리(촛점 거리)에 대한 이미지 평면의 크기 및 많은 다른 요소들에 의존적이다. 카메라는 시각 영역(field of view) 내의 모든 3차원 배열을 이미지 영역으로 매핑할 수 있다.
다른 형태의 매핑은 다른 뷰포인트로부터 바라본 동일한 이미지를 나타내기 위한 이미지들의 재형상화(re-shaping)에 관한 것이다. 이에 대한 예는 일부 도로 에서 관찰되는데, ("정지"와 같은) 단어들이 위에서 관찰될 때는 매우 가늘고 길게 나타나나 운전자의 뷰포인트로부터는 보통으로 관찰되도록 그려져 있다. 다른 예는 지구 표면의 일부에 대한 위성 사진이다. 상기 이미지는 거의 수직 투영인 높은 뷰포인트로부터 취해진다. 상기 이미지는 다른 뷰포인트로부터는 지리적으로 옳은 것으로 나타내도록 매핑(또는 왜곡)될 수 있다. 지구의 표면이 비평면인 것으로 나타내어지고 그 기하학적 구조가 알려진 경우, 상기 위성 이미지는 다른 뷰포인트로부터 기하학적으로 옳은 것으로 나타내어지도록 매핑될 수 있다. 위성 이미지를 매핑하기 위한 프로그램의 한 예로서, 지구의 외형 구조에 매핑된 위성 이미지를 갖는 각도 및 모든 임의의 위치로부터의 지구 표면의 3차원 보기를 제공하는, 이전에 언급된 구글 어스 프로그램이다.
카메라에 더하여 매핑에 이용될 수 있는 다른 장치의 예들은, 레이더, 광선 레이더(lidar), 수중초음파탐지기, 및 마이크로파 레이더를 포함할 수 있다. 파라볼라 마이크와 같은 다른 장치들은 에너지의 반사 또는 에너지의 점소스의 비교적 각도를 결정할 수 있다.
3차원 매핑은 역시 가능한 보다 복잡한 형태의 매핑이다. 3차원 매핑은 몇몇 방식으로 수행될 수 있다. 한 방법은 스캐닝 레이저 거리계를 이용할 수 있다. 상기 레이저 거리계는 펄스된 레이저로 수직각 및 수평각의 범위에 걸쳐 시야 영역을 스캔한다. 상기 펄스의 출력 및 그 리턴 사이의 시간을 측정함에 의해, 상기 장치는 모든 외부 물체에 대한 거리를 계산한다. 상기 장치는 상기 정보를 점들의 매트릭스에 대해 컴파일하며, 상기 "점 구름(point cloud)"로부터 3차원 표면 구조 가 계산될 수 있다.
3차원 매핑의 다른 방법은 하나 또는 그 이상의 카메라들로부터의 다수의 이미지들을 이용한다. 이들 이미지들은 대상물의 정확한 구조를 계산하기 위해 개선된 버젼의 입체감을 주는 이미지(stereoscopic imaging)로서 이용된다. 대상물의 (다수의 뷰포인트로부터의) 다수 이미지들 내의 공통점들의 구조는 상기 대상물의 3D 구조를 판단하기 위해 분석될 수 있다. 상기 이미지들의 적어도 하나의 뷰포인트 위치, 각도, 및 시야 영역이 알려져 있다면, 상기 3D 구조의 스케일 및 위치는 계산될 수 있다. 상기 대상물 또는 목표물에 대해 동일선상에 있지 않은 뷰포인트들로부터 취해진 다수 이미지들을 갖는 것이 바람직하다. 상기 대상물 또는 목표물과 교차하는 평면과 동일하지 않은 평면에 상기 뷰포인트들이 있는 것이 바람직하다. 또한, 넓게 다른 뷰포인트를 갖는 것은 시야에 있어서 실질적으로 차이를 제공하며 모든 계산의 정확도를 증가시킨다. 그러한 3D 매핑을 수행할 수 있는 소프트웨어 애플리케이션의 한 예는 마이크로소프트 라이브 랩(Microsoft Live Labs에 의해 제공된 포토싱크(Photosynth)이다. 마이크로소프트 및 포토싱크는 워싱턴, 레드먼드의 마이크로소프트 코포레이션의 상표다. 마이크로소프트 라이브 랩스 포토싱크 웹사이트 상에 지시된 바와 같이, 포토싱크는 한 장소 또는 대상물에 대한 다량의 사진을 수집할 수 있고 그들이 유사한지 분석할 수 있다. 상기 사진들은 재구성된 3차원 스페이스 내에 디스플레이될 수 있다. 포토싱크로, 이용자는 사진들을 이용하여 상기 장소 또는 대상물을 모든 각도로부터 바라보도록 장면을 통해 가상으로 걷거나 날 수 있다. 사진은 흠없이 줌인 또는 줌아웃될 수 있다.
상기 이미지 프로세서(204)는 또한 기호사용(symbology) 모듈(218) 및 트랙킹 제어 모듈(220)을 포함할 수 있다. 상기 기호사용 모듈(218)은 상기 통합된 시뮬레이션 모듈(206) 내에서 상기 실제 환경(208) 내의 다른 랜드마크 또는 구조물들을 식별하거나 나타내기 위해 미리 정해진 심볼들을 할당하거나 연관지을 수 있다. 상기 트랙킹 제어 모듈(220)은 상기 시뮬레이션(222) 내의 상기 항공기(202)의 표시(221)의 움직임을 추적하기 위해 상기 실제 환경(208) 내에서 상기 항공기(202)의 움직임을 추적할 수 있다.
환경 시뮬레이션 모듈(224)은 디스플레이(225) 상의 표시를 위해 상기 실제 환경의 상기 통합된 시뮬레이션 모듈(206)을 형성하는 것을 돕기 위해 상기 이미지 프로세서(204)와 연결될 수 있다. 상기 환경 시뮬레이션 모듈(224)은 지리 데이터베이스(226), 위협 및 타겟 데이터베이스(228), 이미지 데이터베이스(230) 및 날씨 데이터베이스(231) 또는 실제 환경(208)으로부터의 실시간 데이터에 기초하여 상기 시뮬레이션(222) 내의 날씨 조건들을 보다 정확하게 시뮬레이션하기 위한 모듈을 포함할 수 있다.
상기 지리 데이터베이스(226)는 상기 실제 환경(208)과 관련된 모든 미리 존재하는 지리적 데이터를 저장할 수 있다. 상기 지리 데이터는 조사, 사진들, 지형 윤곽 지도들, 또는 이전에 언급된 것들과 유사한 다른 소스들로부터 얻어질 수 있다. 상기 위협 및 타겟 데이터베이스(228)는 상기 통합된 시뮬레이션 모듈(206) 내의 표시를 위해 상기 실제 환경(208) 내에 상기 항공기(202)에 대한 잠재적 위협 또는 위험에 관련된 모든 미리 존재하는 데이터를 저장할 수 있다. 상기 위협 및 타겟 데이터베이스(228)는 또한 상기 통합된 시뮬레이션 모듈(206) 내에서의 표시를 위해 상기 실제 환경(208) 내의 관심점 또는 관심 타겟에 관련된 모든 미리 존재하는 데이터를 저장할 수 있다. 상기 이미지 데이터베이스(230)는 상기 실제 환경(208)에 관련된 모든 이미지들에 대응하는 모든 미리 존재하는 데이터를 저장할 수 있다. 이전에 논의된 바와 같이, 이미지들은 상기 위성(212), 상기 실제 항공기(202), 또는 다른 장치에 의해 수집될 수 있다.
위협 및 타겟들은 동적일 수 있다. 즉, 그들은 시간에 걸쳐 위치 및 성격을 변화시키는 경향을 띌 수 있다. 그들의 성격에 따라, 상기 특징적 시간 주기는 일, 시, 분 또는 초일 수 있다. 또한, 시뮬레이션이 기초하는 상기 지형 또는 지리 데이터베이스(226) 및 이미지 데이터베이스(230)는 수 주, 수 개월, 또는 수 년된 것일 수 있다. 따라서, 상기 시뮬레이션(222)을 실시간 데이터 또는 적어도 더 많은 현재 데이터로 업데이트하는 것은 유익할 수 있다. 상기 데이터를 업데이트하는 것은 새로운 장애물 또는 잠재적 위협을 회피하는 것을 허용한다. 무인 이송수단의 동작에 있어서, 운용자 및 제어되는 해당 이송수단 또는 장치 간의 거리가 클 수 있어서, 제어 루프 지연이 원천적이게끔 한다. 상기 환경 데이터를 업데이트하는 것은 상기 실제 환경(208) 내에서 위협 또는 타겟들의 움직임과 같이 동적인 변화에 대해 대응하는 운용자의 능력을 개선할 수 있다.
상기 실시간 또는 현재 데이터는 많은 수의 소스들로부터 얻을 수 있으며, 상기 운용자(234)에게 수많은 방식으로 표시될 수 있다. 그러나, 상기 데이터는 미리 존재하는 데이터와 같이 다른 데이터와 쉽게 이해가능하고 통합된 방식으로 표시될 필요가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 실시간 이미지들은 상기 지리 데이터베이스(226) 내의 지리 데이터 또는 상기 3D 지형상에 오버레이될 수 있다. 상기 기능은 상기 오버레이 제어 모듈(216)에 의해 제어되거나 오버레이 제어 모듈(216) 내에서 수행될 수 있다. 앞서 기술된 바와 같이, 상기 실시간 이미지들은 하나 또는 그 이상의 오버헤드 위성들, 정찰 비행기, 또는 지상위치 카메라들 또는 센서들로부터 얻어질 수 있다. 다르게는, 상기 이미지들은 실제 항공기(202)로부터 얻어질 수 있다. 이들 이미지들은 앞서 기술된 바와 같이 지형 시뮬레이션으로 매핑될 수 있으며, 뷰포인트(236)과 같이 바람직한 뷰포인트로부터 상기 시뮬레이션 내에 표시될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 3D 지형 모델이 비행 중에 시뮬레이션 내의 지형을 덮는 이미지들로 생성될 수 있다. 상기 지형 모델은, 앞서 언급한 바와같은 포토싱크와 같은 3D 지형 모델링 소프트웨어 애플리케이션 또는 다른 지형 모델링 소프트웨어 패키지를 이용하여 생성될 수 있다. 상기 지형은 앞서 언급된 구글 어스와 유사한 프로세스를 이용하여 커버될 수 있다. 상기 3D 지형 모델을 생성하기 위한 카메라들은, 하나 또는 그 이상의 위성들, 정찰 비행기들 또는 지상 위치들 상에 위치할 수 있다. 다르게는, 그 움직임을 이용하여 상기 3D 시뮬레이션 모델을 계산하기 위해 필요한 상기 다수의 뷰포인트들을 제공하기 위해 하나의 카메라가 상기 실제 항공기(202)에 장착될 수 있다. 실시간 3D 지형 모델의 형성은 모든 인간이 새로이 만든 구조물들을 식별할 수 있는 장점을 갖는다.
실시간 3D 지형 모델을 생성하는 다른 장점은, 일부 상황에 있어서, 상기 지 형의 구조가 사전에 완전히 알려지지 않은 것일 수 있다는 것이다. 이것의 예는, 바위가 많고 복잡한 표면의 행성, 예를 들어 화성에서의 무인 로버의 동작이다. 이러한 경우, 3D 모델의 생성을 위해 앞서 기술된 방법들은 상기 로버 주위의 영역을 모델링하기 위해 이용될 수 있다. 이들 모델들은 본 명세서에서 기술된 바와 같이 시뮬레이션된 동작에서 이용될 수 있으며, 상기 시뮬레이션으로부터의 스크립트는 상기 실제 로버를 동작시키기 위해 이용될 수 있다. 이러한 배치의 장점은, 화성 또는 다른 천체 및 지구 간의 큰 거리에 걸친 제한된 빛의 속도에 의해 생성된 예외적으로 긴 제어 루프 시간을 피하는 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 위협들, 타겟들 및 다른 지형들은 개선될 수 있으며, 그렇지 않으면 상기 운용자(234)에 의한 쉬운 인식을 위해 강조되거나 식별될 수 있다. 이는 색상, 밝기 또는 그래픽 심볼의 이용으로 강조될 수 있다. 이들은 운용자(234)에게 표시될 수 있거나, 혹은 본 명세서에서 기술된 바와 같이 디스플레이 상에서 지원 운용자(246)에게 표시될 수 있다. 이러한 특성들의 일부는, 상기 주 운용자의 디스플레이(225)를 변경하거나 제어할 수 있는 지원 운용자에 의해 식별될 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 상기 환경 시뮬레이션 모듈(224)은 실제 환경(208) 내에서 현재의 실제 날씨 또는 대기 조건들을 보다 정확하게 시뮬레이션하기 위한 날씨 데이터베이스(231) 또는 모듈을 포함할 수 있다. 상기 실제 환경(208) 내에서의 상기 현재 또는 실시간 날씨 조건들에 대해, 풍속 및 풍향은 측정된 대기 속도 및 비행방향을 비행기의 지상 속도 및 트랙과 비교함에 의해 추정될 수 있다. 대기속도 및 비행 방향은 상기 항공기의 대기속도 센서 및 나침반에 의해 각각 결정될 수 있다. 지상 속도 및 트랙은 앞서 기술된 바와 유사하게 GPS 또는 관성 시스템들에 의해 측정될 수 있다. 다음으로, 상기 정보는 상기 항공기(202)로부터 상기 트랜시버(210)로, 상기 시스템(200)에 의한 상기 통합된 시뮬레이션 모듈(206)로의 통합을 위해 보내질 수 있다.
현재 또는 실시간 난기류 수준이, 가속도계 또는 모든 세 축 상에서 선형 및 각 가속도를 측정하는 다른 센서들로 측정될 수 있다. 상기 값들은 상기 시뮬레이션된 비행기가 상기 실제 항공기(202)와 같은 특징 및 동일한 크기의 가속을 경험하도록 시뮬레이션 난기류 모델 파라미터들을 유도하기 위해 이용될 수 있다. 상기 날씨 데이터베이스(231)는 상기 시뮬레이션(222) 내에서 상기 난기류의 영향을 실질적으로 시뮬레이션하기 위해 상기 실시간 난기류 레벨들을 처리할 수 있다. 상기 가속도계 또는 다른 센서들은 상기 항공기(202), 또는 다른 항공 또는 지상 정찰 이송수단 또는 고정 위치 로케이션들에 연결될 수 있다.
상기 시스템(200)은 또한 상기 실제 환경(208)의 상기 통합된 시뮬레이션 모듈(206) 내에서 운용자(234)가 상기 항공기(202)의 표시(221)를 포함한 상기 시뮬레이션(222)의 동작을 제어하는 것을 허용하는 제어 장치를 포함한 제어 인터페이스(232)를 포함할 수 있다. 상기 제어 인터페이스(232)는, 상기 통합된 시뮬레이션 모듈(206) 내에서 상기 항공기(202)의 표시의 비행 경로; 상기 항공기의 표시(221)의 속도 및/또는 시뮬레이션의 속도; 상기 시뮬레이션(222)의 시간 지연; 장치 시스템들 또는 비행 이송수단 시스템들; 및 상기 항공기(202)의 시뮬레이션의 특성을 제어하는 제어 장치 또는 수단을 포함할 수 있다. 앞서 기술된 바와 같이, 상기 시뮬레이션(222)은 상기 실제 환경(208) 내에서 상기 항공기(202) 전의 미리 정해진 시간 주기동안 운용될 수 있다. 즉, 상기 항공기(202)의 실제 운용은 보다 정확한 조정 또는 의사결정을 위해 더 늦은 속도로 비행기의 중요한 부분들이 시뮬레이션 되는 것을 허용하기 위해, 또는 선택된 동작들 또는 기능들이 재수행되는 것을 허용하기 위해, 미리 정해진 시간 주기에 의해 시간 지연될 수 있다. 따라서, 상기 시뮬레이션(222)은 도 2에서 팬텀 항공기(235)에 의해 개시된 바와 같이 상기 실제 환경(208) 내의 상기 항공기(202) 보다 앞서서 실제로 동작할 수 있다. 팬텀 항공기(235)는 상기 실제 환경(208) 내의 상기 실제 항공기(202)에 비교하여 상기 시뮬레이션(222) 내의 상기 장치의 표시(221)의 시간 프레임을 나타낸다.
상기 제어 인터페이스(232)는 또한 상기 시뮬레이션(222)이 관찰되는 뷰포인트(236)를 제어할 수 있다. 다른 뷰포인트(236)들의 예는, 상기 시뮬레이션(222) 내의 항공기의 표시(221) 내로부터의 뷰포인트; 도 2의 뷰포인트(236)와 유사하게, 상기 항공기의 표시(221) 외부의 뷰포인트; 및 상기 항공기(202)에 관련된 수단 및 항공기 표시를 포함하는 뷰포인트를 포함할 수 있다. 후자의 뷰포인트의 예는 항공기(202) 내의 조종사에 의해 관찰되는 수단을 포함하는 상기 항공기(202)의 조종석의 시뮬레이션일 수 있다.
상기 시스템(200)은 또한 상기 시뮬레이션(222) 내의 항공기의 표시의 동작 특성을 제어하고, 실제 환경(208) 내의 항공기(202)의 모든 동작 제약들을 보상하는 장치 또는 비행 이송수단 시뮬레이션 모듈(238)을 포함할 수 있다. 앞서 논의 된 바와 같이, 상기 시뮬레이션은 실시간 또는 업데이트된 데이터를 상기 시뮬레이션에 통합함에 의해 실질적으로 개선될 수 있다. 따라서, 상기 비행 이송수단 시뮬레이션 모듈(238)은 상기 시뮬레이션(222)으로의 통합을 위해 상기 실제 항공기(202)의 동작에 관련된 실시간 또는 업데이트된 데이터를 상기 트랜시버(210)를 통해 수신할 수 있다. 상기 항공기(202)의 실제 성능은 비행기 내에서 결정될 수 있으며, 상기 시뮬레이션(222)으로 전달될 수 있어서, 상기 시뮬레이션(222)의 중요한 파라미터들이 비행중에 조정될 수 있다. 비행기 테스트 커뮤니티에서 알려지고 이용된 파라미터 식별과 같은 기술들을 이용하여, 상기 항공기(202)의 쓰러스트(thrust) 및 드래그(drag) 특성이 비행중에 추정될 수 있다. 이들 측정들은, 이들 중요한 항공기 파라미터들을 조정하기 위해 상기 시뮬레이션(222)에 전달될 수 있다. 항공기 성능의 다른 측면들이 또한 조종사 또는 시뮬레이션 운용자(234)에게 관심의 대상일 수 있다. 이들은 엔진 온도, 분당회전속도(Revolutions Per Minute), 시스템 경고(누수, 화재 등), 연료량, 선택된 시스템들과 관련된 전압 및 전류, 수압 및 다른 관심 시스템 파라미터들과 같은 파라미터들을 포함하는 시스템의 상태를 포함할 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 시뮬레이션(222) 내에서 항공기의 표시(221)는 특정 동작을 보다 효율적이고 효과적으로 수행하기 위해 실제 항공기(202)에 비해 개선된 또는 변경된 특성으로 동작될 수 있다. 상기 개선된 또는 변경된 운용은 상기 실제 항공기(202)의 동작 제한들 또는 모든 항공기에 기반하여 보상될 수 있다.
상기 시스템(200)은 장치 또는 비행기 제어 및 시스템 프로세서(240)를 더 포함할 수 있다. 제어 스크립트 발생기(242)는 이전에 기술된 바와 유사하게 상기 실제 환경(208) 내의 상기 항공기(202)의 제어를 위한 시뮬레이션에 기반하여 제어 스크립트를 생성하기 위해 상기 비행기 제어 및 시스템 프로세서(240) 내에 구현될 수 있다.
버퍼(244)는 상기 항공기(202)로 전송되기 전에 상기 제어 스크립트를 버퍼링하기 위해 제공될 수 있다. 상기 시뮬레이션(222)이 상기 항공기(202)의 실제 임무 또는 동작 전에 수행될 수 있으며, 상기 제어 스크립트가 적절한 시간 프레임 내에서 상기 트랜시버(210)로부터 상기 항공기(202)로 전송되도록 버퍼링될 수 있기 때문에, 상기 시스템(200) 내의 지연은 운용자 실수와 마찬가지로, 실질적으로 감소되거나 제거될 수 있다.
상기 시스템(200)은 또한 보조 동작 모듈(246)을 포함할 수 있다. 상기 보조 동작 모듈(246) 또는 특성은, 앞서 논의된 바와 유사하게 상기 시뮬레이션(222)의 제어동작 및 의사결정을 돕는 지원 동작들을 포함할 수 있다.
앞서 기술된 바와 같이, 제어 스크립트는 상기 시뮬레이션(222)으로부터 발생될 수 있으며, 상기 제어 스크립트는 상기 항공기(202)를 날게 하거나 동작시키는데 이용될 수 있다. 상기 제어 스크립트는 상기 항공기(202)의 비행 경로 및 위치를 정의하기 위해 시간의 함수로서 공간 좌표 및 각도 값들을 정의할 수 있다. 시간은 작은 증분(increment), 예를 들어 1/10초로 나뉠 수 있으며, 각 증분에 대해, 상기 공간 좌표 및 각도 값이 구체화될 수 있다(일부 값들이 다른 값들보다 보다 자주 제공되거나 업데이트되는 것임에 주목). 상기 데이터 스트림은 시간 1, X, Y, Z, 각도 1, 각도 2, 각도 3; 시간 2, X, Y, Z, 각도 1, 각도 2, 각도 3; 시간 3 등과 같이 시퀀스를 따를 수 있다.
좌표 및 각도에 관하여, 시간이 다른 방식으로 특정될 수 있다. 일반적으로, 시간의 단위는 초(seconds)일 수 있다(분, 시, 일 등이 초 단위로 변화). 시간은 임의의 순간 이후의 주기로 특정될 수 있다. 예를 들어, 시간은 시작(임의로 영(zero)으로 시간이 설정된 때) 이후 32.5초라고 말할 수 있다. 다르게는, 시간이 일정한 속도로 계속적으로 가고 일, 시, 분, 초로 특정되는 만국 표준시(Universal Time, UT)로 알려진 시간에 대한 국제 표준이 있다. 만국 표준시는 국제 협정이며, 전세계를 통해 동일하다. 따라서, 상기 예를 취해, 이벤트의 시작 이후 32.5초는 또한 예를 들어 3월 14일 16:08:45.312(시, 분, 초)일 수 있다.
일반적으로, 시뮬레이션은 만국 표준시의 앵커(anchor) 없이 임의의 시간으로 수행될 수 있다. 그러나, 시뮬레이션은 만국표준시로 발생할 수 있어서, 시뮬레이션이 실제 만국 표준시를 제어 스크립트 내에 기록한다. 다르게는, 시뮬레이션이 장래에 발생하거나(시뮬레이션이 발생한 후에 시뮬레이션된 만국 표준시로) 과거에 발생하도록(시뮬레이션 전에 시뮬레이션된 만국 표준시로), 시뮬레이션은 시뮬레이션된 만국 표준시 내에서 발생할 수 있다.
제어 스크립트가 실제 만국 표준시로 시뮬레이션을 기록하는 경우, 실제 만국 표준시는 스크립트가 다시 플레이될 수 있기 전에 지나갔기 때문에, 시간에 관하여 정확하게 상기 시뮬레이션을 다시 플레이하는 것이 불가능하다. 과거에 발생한 시뮬레이션들에 대해 동일한 문제가 발생한다.
그러나, 장래로부터 만국 표준시로 기록된 시뮬레이션에 대해서, 이는 사실이 아니다. 예를 들어, 하루의 동일한 시간에, 다음날(수요일)의 만국 표준시로 화요일의 시뮬레이션을 기록하는 것이 가능하다. 상기 시뮬레이션은 실제 만국 표준시로 수요일에 실제 비행기에서 다시 플레이될 수 있다. 이는 상기 스크립트 및 실제 비행기를 준비하는데 정확하게 하루를 주는 것이다. 상기 시뮬레이션 및 상기 실제 운용 간의 지연이 정확하게 하루라고 할 수 있다.
상기 시뮬레이션 및 실제 비행 간의 지연은 모든 양의 값(상기 시뮬레이션 이후에 발생하는 실제 비행을 갖는 양수)일 수 있다. 상기 최소값은, 상기 스크립트를 준비하고, 전달하며, 처리하는데 얼마나 걸리는 지를 결정하는 기술적 고려에 의해 제한된다. 상기 최대값은 비제한적일 수 있다. 시뮬레이션 및 실제 비행 간의 시간 지연이 비행의 지속시간보다 작을 수 있다. 이는, 상기 실제 비행에 의한 시뮬레이션의 재생(replay)은 상기 시뮬레이션이 완료되기 전에 시작한다는 것을 의미한다. 최소한의 지연 제한에 있어서, 상기 시뮬레이션 스크립트는 상기 시뮬레이션 이후에 즉각적으로 비행기를 날린다. 이는 거의 "실시간"으로 언급될 수 있으며, 총 지연이 실질적으로 짧다면, 조종사 또는 운용자에 의해 비행기의 직접적 운용으로 인지될 수 있다. 그러한 운용에 있어서, 상기 시뮬레이션은 앞서 기술한 바와 같이 제어 스크립트를 생성한다. 상기 스크립트는 항공기(202)로 즉각적으로 전달된다. 항공기(202)는 상기 스크립트를 처리하고, 상기 특정된 좌표 및 각도들을 측정된 좌표들 및 각도와 비교하고, 어떠한 차이도 최소화하기 위해 제어 입력을 한다.
다르게는, 시뮬레이션 및 실제 비행 간의 지연을 증가시키는 이유가 있을 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 시뮬레이션은, 지연이 최소화되는 때 이전과 같이, 앞서 기술한 바와 같이 스크립트를 생성한다. 그러나, 이 경우, 상기 스크립트는 버퍼(244)와 같은 일부 종류의 버퍼 내에 차례로 저장된다. 상기 버퍼(244)는 예를 들어, 메모리칩, 디스크 드라이브 또는 마그네틱 테이프일 수 있다. 이러한 데이터 스트림은 순서대로 다시 플레이될 수 있으며, 바람직한 지연 기간 이후에 상기 항공기(202)로 전달될 수 있다.
상기 버퍼(244)는, 시뮬레이션이 실제 비행 또는 운용에 충분히 앞서 수행된다면, 상기 스크립트의 일부가 재수행될 것을 허용한다. 예를 들어, 상기 시뮬레이션(222)은 특정 시간 지연으로 상기 항공기(202)의 운용을 제어할 수 있다. 상기 예시를 위해, 상기 지연이 100초라고 가정한다. 이 경우, 상기 버퍼(244)는, 상기 시뮬레이션 스크립트 입력을 통해 상기 "쓰기"가 발생한 후에 100초간 "읽힌다." 상기 시뮬레이션 조종사 또는 운용자(234)는 "비수행(undo)"하고 싶다는 실수를 하고 빨리 알아차리는 것일 수 있다. 그는 버튼을 누르거나 다른 수단에 의해 "재수행(re-do)" 옵션을 수행할 수 있다. 상기 액션은 미리 결정된 또는 선택된 시간 증분(예를 들어, 20초)으로 상기 시뮬레이션(222)을 즉각적으로 되돌릴 것이다. 상기 액션은 또한, 상기 버퍼(244) 내의 앞서 20초의 데이터 덮어쓰기를 즉각적으로 시작할 것이며, 상기 버퍼 지연을 80초로 변경할 것이다. 그 효과는 잘못된 입력의 20초를 제거하고; 상기 잘못된 입력을 "재수행"입력으로 대체하는 것이고, 또 상기 지연을 80초로 감소시키는 것이다.
앞서 논의된 바와 같이, 상기 시스템(200)은 시간의 증분에 따라 상기 시뮬레이션(222)과 관련된 계산을 수행할 수 있다. 좌표, 각도, 쓰러스트, 제어 표면 위치, 대기속도 및 방향을 포함한 초기 조건이 특정될 수 있다. 이러한 조건들로부터, 상기 시뮬레이터 또는 시스템(200)이 상기 장치의 또는 비행기의 선형 및 각 가속도를 계산할 수 있다. 이 값들은 상기 시간 증분에 기초하여 새로운 셋트의 조건들을 계산하고, 상기 시뮬레이션(222) 내의 항공기의 표시(221)의 위치를 디스플레이하는데 이용될 수 있다. 상기 시스템(200)은 대체로 상기 계산을 수행하고, 상기 계산에 이용되는 상기 시간 증분이 상기 계산을 수행하는데 드는 실제 시간만큼 동일한 길이이도록 그 새로운 위치에 상기 항공기(202)를 표시한다. 이러한 방식으로, 상기 시뮬레이션(222)은, 슬로우 모션이거나 패스트 모션(fast motion)이 아닌, 거의 실제 속도로 진행될 수 있다. 컴퓨터 또는 프로세서는, 상기 특정 시간 증분보다 더 적은 시간 내에 상기 계산을 수행하는 것이 가능할 수 있다. 이러한 경우, 적어도 두 방법이 실제 속도를 유지하기 위해 이용될 수 있다. 상기 시뮬레이션이 실시간과 동기된 상태로 있도록 "일시 중지(pause)"가 각 계산의 주기 사이에 주기적으로 삽입될 수 있다. 다르게는, 상기 컴퓨터의 계산 시간이 상기 시간 증분과 동일하도록, 상기 계산에 이용된 상기 시간 증분이 감소될 수 있다. 일반적으로, 많은 계산 단계가 시뮬레이션의 과정의 약간 더 정확한 계산을 제공하기 때문에(이상적으로는, 상기 시간 증분이 사라질 정도로 작을 것이다), 더 많은 계산 단계를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 시간 증분이 너무 길면, 프레임 속도가 너무 낮기 때문에, 개별 프레임들이 주목할만하고 주의를 산만하게 하는 부 드러운 동영상 효과 대신에, 상기 시뮬레이션 디스플레이는 톱니형(notchy)일 수 있다. 상기 시뮬레이션(222)의 실시간 표시가 일반적으로 바람직하나, 실시간에 대해 상기 시뮬레이션의 속도를 늦추거나 빠르게 하는 것이 바람직할 수 있는 경우도 있을 수 있다.
상기 시뮬레이션(222)은, 앞서 간략하게 언급된 바와 유사하게, 적어도 두 수단에 의해 늦춰질 수 있다. 첫째로, 변경가능한 길이의 "일시 중지"가 각 계산 주기 사이에 삽입될 수 있다. 상기 일시 중지의 길이는, 더 긴 일시중지가 실시간에 대해 더 늦은 시뮬레이션을 제공하는 경우, 상기 시뮬레이션(222)의 속도를 제어하는 데 이용될 수 있다. 상기 방법은, 너무 많이 수행되는 경우, 더 이상 부드럽지 않은 시뮬레이션을 야기할 수 있다-실제 프레임들은 관찰가능할 수 있고 앞서 주목한 바와 같은 부드러움 없이 이동할 수 있다. 제2 방법은, 상기 시뮬레이션 계산이 수행되는 시간 증분을 감소시키는 것이다. 이는 또한 상기 시뮬레이션(222)의 속도를 감소시킬 것이다. 이들 두 방법은 또한 결합될 수 있다.
상기 시뮬레이션(222)은 또한 가속될 수 있다. 계산 주기 사이에 일시 중지가 이용되면, 상기 일시 중지는 감소될 수 있다. 다르게는, 상기 계산 주기 내에 이용된 시간 증분은 증가될 수 있다. 상기 방법은 유한한 길이의 시간 증분으로부터 발생한 상기 계산 내의 일반적으로 작은 실수를 확대하여 보여주는 효과를 갖는다. 극단적으로 한다면, 상기 방법은 부정확한 시뮬레이션을 제공할 수 있다.
상기 시뮬레이션(222)이 비실제 속도로 운용될 수 있음에도, 상기 시뮬레이 션(222)으로부터의 스크립트는 여전히 실시간에 기초하여 좌표, 각도 등을 출력할 수 있다. 그러나, 이는 버퍼 상태에 영향을 미칠 것이다. 상기 시뮬레이션(222)이 실제 속도보다 더 빨리 운용되는 경우, 상기 버퍼(244)는 실제 속도로 읽혀지기 때문에, 더 많은 데이터가 읽혀지기보다 상기 버퍼(244)에 쓰여질 것이다. 이는 상기 시간 지연이 증가함을 의미한다. 상기 시뮬레이션(222)이 실제 속도보다 느리게 운용되는 경우, 더 적은 데이터가 읽혀지기보다 상기 버퍼(244)에 쓰여질 것이다. 이는, 상기 시간 지연이 감소하는 것을 의미한다.
상기 시뮬레이션(222)의 속도를 증가시키는 능력은 많은 이유로 바람직할 수 있다. 하나의 예시적 이유는, 비교적 작은 제어 입력이 필요하고 이들 입력이 특별히 정확할 필요가 없는 컨텍스트 내의 빠른 비행 프로그래밍이 가능하도록 할 수 있다는 것이다. 따라서, 상기 시뮬레이션 조종사 또는 운용자(234)는, 실시간 (수행되는) 비행이 훨씬 더 길게 걸릴 비행을 빨리 수행할 수 있다. 실제 비행이 상기 시뮬레이션(222) 바로 후에 시작한다고 하더라도, 상기 항공기(202)가 비행을 마치기 훨씬 전에 상기 운용자(234)가 상기 시뮬레이션(222)을 마칠 것이므로, 비행의 마지막에 긴 시간 지연이 있을 것이란 점에 주목해야 한다. 이는 큰 버퍼 용량을 의미한다.
시뮬레이션(222)의 속도를 증가시킬 다른 이유는, 앞서 기술한 바와 같이 "재수행"을 따르는 시간 지연 또는 바람직한 버퍼 지연을 새롭게 수립한다는 것일 수 있다.
상기 시뮬레이션(222)의 속도를 낮추는 능력 또한 바람직할 수 있다. 슬로 모션 시뮬레이션을 제공하는 하나의 예시적 이유는, 힘든 조종에 대해 매우 주의 깊게 측정된 제어 입력를 상기 운용자(234)가 하는 것을 허용하는 것일 수 있다. 또는, 상기 시뮬레이션(222)은, 상기 운용자(234)가 급하지 않게 많은 옵션들 또는 임무 특성들을 고려하는 것이 허용되도록, 늦춰질 수 있다. 슬로 모션은 버퍼 지연을 감소시켜서, 슬로 모션 시뮬레이션의 지속 시간이 초기 지연에 의해 제한된다. 상기 지연이 이미 최소화된 경우, 슬로 모션은 불가능하다. 상기 스크립트는 항상 실제 비행보다 앞서야만 한다.
연속적인 데이터 스트림 스크립트는 상기 항공기(202)로 제공되어야 한다. 상기 비행기의 제어 시스템은 빈번한 위치 명세 업데이트에 의존적이기 때문에, 긴 주기의 시간이 건너띄워 져서는 안 된다. 이러한 이유로, 상기 시뮬레이션이 제때에 돌아가는 시뮬레이션 재수행들은, 시간 시퀀스 또는 위치 명세 내에 불연속이 없도록 상기 종래 스크립트와 상기 재수행 스크립트를 동기화시켜야 한다. 특히, 이는, 상기 시뮬레이션(222)이 시간상으로 앞으로 점프할 수 없음을 의미한다. 이는 지시 없이 상기 항공기(202)를 본질적으로 떠나는 위치 증분 및 시간상 갭을 남긴다. 또한, 이는, 반복 수행(do-over)으로부터 버퍼 지연을 따라잡는 것이, 단순한 전방 점프(jump forward)에 의해서가 아니라 시뮬레이션 속도에서의 증가에 의해 수행되어야 함을 의미한다. 시뮬레이션 속도에서의 변화는, 상기 시뮬레이션 속도는 부드럽게 변화할 필요는 없는 바와 같이, 날카롭게 변할 수 있다는 것에 주목할 필요가 있다.
실제 비행시, 조종사는 제어 사항들을 조절하기 위해 항공기로부터의 피드백 에 의존한다. 다수가 탑승한 항공기는 상기 제어사항들 및 상기 비행 제어 표면들 간의 직접적 연결을 제공하여, 상기 제어 표면들이 제어 입력에 대해 즉각적으로 반응한다. 더욱이, 대부분의 항공기들이 제어 표면 편향에 대해 즉각적이고 예측가능하게 응답한다. 제어 입력 및 상기 항공기의 응답 간 시간 지연은 조종사에게 혼란스러울 수 있다. 종종 지연들이 조종사 유발 진동(Pilot Induced Oscillations, PIO)이나 현재 루프 진동 내 조종사(pilot-in-the-loop oscillations)로 통상적으로 언급되는 것으로 귀결된다. 그러한 진동에 있어서, 조종사는 특정 제어 편향을 가한다. 아무것도 발생하지 않고, 조종사는 더 많은 제어를 가한다. 그러면 너무 많은 일이 발생하여 반대 제어를 가한다. 기본적으로, 상기 조종사 및 항공기는 서로를 따라가고 항공기는 진동한다. 이는 매우 바람직하지 않다. 그러한 지연들은, 조종사의 제어와 비행기 제어 표면 사이를 중재하기 위한 비행 제어 컴퓨터를 이용하는 최근의 항공기에 대한 문제였다. 이들 시스템들의 일부는 일부 상황에 있어서 PIO를 야기하기에 충분한 시간 지연을 도입한다. 고정확도 조정에 있어서 시간 지연은 가장 중요한 것이며, 이들 조정이 진동을 적게 공급하는 것이라는 점이 밝혀진다.
제어 입력 및 약 0.100초보다 작은 인지된 응답 간의 지연을 유지함에 의해 무인 항공기 및 컴퓨터 중재된 항공기 내에서는 그러한 PIO가 회피될 수 있다는 리서치가 있다.
일부 무인 시스템들은 루프 내의 수많은 중재 컴퓨터 시스템들을 구비하고 먼 위치로부터 날아올 수 있다. 이는, 받아들이기 힘들 정도로 긴 제어 지연을 낳 게 될 수 있다. 이는, 무인 시스템의 조종사 또는 운용자 입력을 일반적 안내로 효율적으로 제한한다. 즉, 상기 항공기는 높은 수준의 자율을 갖고 비행한다.
시뮬레이션으로부터 생성된 스크립트를 기록하는 특성에 대해 기술된 본 발명의 실시예는, 상기 시뮬레이션 조종사 또는 운용자에 의해 인지된 대기시간을 감소시킨다. 상기 시스템(200)은 또한, 상기 항공기 자체가 그러한 높은 수준의 자율이 필요하지 않도록, 보다 더 직접적으로 상기 운용자가 무인 시스템을 비행시키는 것을 허용한다. 이는 보다 많은 복잡하고 동적인 임무가 원활해지도록 할 수 있다. 상기 컨텍스트 내에서 "동적인(dynamic)"은, 많은 요소들이 불확실하거나 많은 요소들이 시간 또는 공간에 대해 유동적인 임무를 의미한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 운용자 및 제어 시스템은 전체로서 상기 시스템 내에 위치될 수 있다. 바람직할 수 있는 일부 시스템들, 공장들, 이송수단들 등이 있을 수 있다. 한 예는, 배 또는 다른 시스템과 같은 매우 큰 이송수단 시스템일 수 있다. 배들은 통상적으로 매우 낮은 응답 시간을 가지며, 결과들이 인식되기 전에 및 실제 바람직하지 않거나 원하지 않은 이벤트가 발생할 수 있기 전에, 돌이킬 수 없는 실수를 하는 것이 가능하다. 긴 리드 시간을 갖는 시뮬레이션 모드에서 그러한 배를 운용하는 것은, 액션이 실제로 수행되기 전에 또는 수행이 시작되기 전에 결과들이 인식되는 것을 허용할 수 있다. 그러한 시나리오 하에서, 본 발명의 '재수행" 특성이 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 시간 지연 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용하여 장치의 동작을 제어하기 위한 예시적 방법의 흐름도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 시간 지연 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용하여 장치의 운용을 제어하기 위한 예시적 시스템의 개략적 블록도를 나타낸 것이다.
Claims (18)
- 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치를 제어하기 위한 방법으로서,상기 장치가 동작하고 있는 또는 동작할 실제 환경의 통합 시뮬레이션 모델을, 상기 실제 환경의 시뮬레이션을 생성하기 위해 상기 실제 환경에 관련된 미리 존재하는 데이터 및 상기 실제 환경에 관련된 실시간 데이터를 이용하여 형성하는 단계;상기 실제 환경의 상기 통합된 시뮬레이션 모델 내에서 동작가능한 상기 장치의 표시를 포함하는 시뮬레이션을 나타내는 단계;상기 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델 내에서 상기 장치의 시뮬레이션의 제어를 허용하는 단계; 및상기 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델 내에서 상기 장치의 시뮬레이션을 이용하여 상기 실제 환경 내에서 상기 장치의 동작을 제어하는 단계를 포함하되,상기 미리 존재하는 데이터 및 상기 실시간 데이터는 각각 위성, 항공 정찰대, 지상 정찰대 및 센서의 적어도 하나로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치를 제어하기 위한 방법.
- 제1항에 있어서,시뮬레이션 내에서 이전에 수행된 시뮬레이션된 기능에 대응하는 실제 기능을 실제 환경 내의 장치가 수행하기 전 미리 정해진 시간 동안, 상기 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델 내에서의 상기 장치의 표시의 동작의 제어를 허용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치를 제어하기 위한 방법.
- 제2항에 있어서,상기 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델 내에서의 상기 장치의 시뮬레이션의 가속 및 감속을 허용함에 의해 상기 미리 정해진 시간의 조절을 허용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치를 제어하기 위한 방법.
- 제2항에 있어서,재수행될 시뮬레이션의 선택된 일부에 대응하는 기능들의 수행 이전에 상기 시뮬레이션의 선택된 일부가 재수행되는 것을 허용하고 상기 실제 환경 내의 장치로 전송되는 것을 허용하기에 충분히 긴 미리 정해진 시간에 응답하여 상기 시뮬레이션의 상기 선택된 일부가 재수행 되도록 허용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치를 제어하기 위한 방법.
- 제2항에 있어서,의사 결정 및 상기 시뮬레이션 내에 상기 장치의 표시의 제어 및 조절을 위한 부가 시간을 제공하기 위해 상기 시뮬레이션이 감속되는 것을 허용하는 단계; 및상기 미리 정해진 시간을 증가시키기 위해 상기 시뮬레이션이 가속되는 것을 허용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치를 제어하기 위한 방법.
- 제1항에 있어서,상기 실제 환경 내의 장치에 비교하여 변경된 성능 특성을 갖고 상기 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델 내의 상기 장치의 시뮬레이션의 동작을 허용하는 단계; 및상기 실제 환경 내에서의 상기 장치의 동작 제한들을 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치를 제어하기 위한 방법.
- 제1항에 있어서,상기 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델 내에서의 상기 장치의 시뮬레이션이 관찰될 수 있고 제어될 수 있는 뷰포인트를 선택하는 것을 허용하는 것을 특징으로 하는 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치를 제어하기 위한 방법.
- 제1항에 있어서,상기 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델 내에서 상기 장치의 시뮬레이션으로부터 제어 스크립트를 생성하는 단계; 및상기 장치의 동작을 제어하기 위해 상기 실제 환경 내의 상기 장치로 상기 제어 스크립트를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치를 제어하기 위한 방법.
- 제1항에 있어서,상기 장치는, 우주 이송수단, 육상 이송수단, 선박 및 기계 중의 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치를 제어하기 위한 방법.
- 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치를 제어하는 시스템으로서,상기 장치가 동작하고 있는 또는 동작할 실제 환경의 통합 시뮬레이션 모델을, 상기 실제 환경의 시뮬레이션을 생성하기 위해 상기 실제 환경에 관련된 미리 존재하는 데이터 및 상기 실제 환경에 관련된 실시간 데이터를 이용하여 형성하는 프로세서;상기 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델 내에서 동작가능한 상기 장치의 표시를 포함한 시뮬레이션을 나타내는 디스플레이(225);상기 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델 내에서의 상기 장치의 시뮬레이션의 동작의 제어를 허용하는 제어 인터페이스(232); 및상기 통합 시뮬레이션 모델 내의 상기 장치의 표시의 시뮬레이션을 이용하여 상기 실제 환경 내에서의 상기 장치의 동작을 제어하기 위해 상기 실제 환경 내의 장치로 제어 스크립트를 전송하는 트랜시버(210)를 포함하되,상기 미리 존재하는 데이터 및 상기 실시간 데이터는 각각 위성, 항공 정찰대, 지상 정찰대 및 센서의 적어도 하나로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치를 제어하는 시스템.
- 제10항에 있어서,상기 실제 환경에 관련된 실시간 데이터 및 미리 존재하는 데이터를 이용하여 상기 실제 환경의 이미지를 생성하기 위한 이미지 프로세서(204)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치를 제어하는 시스템.
- 제11항에 있어서,상기 이미지 프로세서(204)는:제어되는 상기 장치(202), 위성(212), 상기 실제 환경(208) 내의 고정 위치, 및 상기 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델을 형성하는데 이용하기 위한 다른 장치들 중의 적어도 하나로부터 수신된 상기 실제 환경에 관련된 데이터를 변환하는 기하학적 변환 모듈(214);상기 실제 환경의 상기 통합된 시뮬레이션 모델을 형성하기 위해 상기 실제환경에 관련된 실시간 데이터 및 상기 미리 존재하는 데이터로부터 생성된 상기 실제 환경의 다른 가상 모델들을 적절하게 배치하는 오버레이 제어 모듈(216);상기 통합 시뮬레이션 모델 내의 상기 실제 환경 내 다른 랜드마크 또는 지형을 나타내는 심볼들을 할당하는 기호사용 모듈(218); 및상기 실제 환경 내에서 상기 장치의 이동을 추적하는 트랙킹 제어 모듈(220)을 포함하는 것을 특징으로 하는 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치를 제어하는 시스템.
- 제11항에 있어서,디스플레이 상에서의 표시를 위해 상기 실제 환경의 상기 통합 시뮬레이션 모델을 형성하기 위해 상기 이미지 프로세서와 관련된 환경 시뮬레이션 모듈(224)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치를 제어하는 시스템.
- 제13항에 있어서,상기 환경 시뮬레이션 모듈(224)은,상기 실제 환경과 관련된 미리 존재하는 지리 데이터를 저장하는 지리 데이터베이스(226);상기 실제 환경 내의 타겟에 관련된 미리 존재하는 데이터를 저장하고, 상기 실제 환경 내에 상기 장치에 대한 잠재적 위협과 관련된 미리 존재하는 데이터를 저장하는 위협 및 타겟 데이터베이스(228); 및상기 실제 환경에 관련된 이미지들의 미리 존재하는 데이터를 저장하는 이미지 데이터베이스(230)를 포함하는 것을 특징으로 하는 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치를 제어하는 시스템.
- 제10항에 있어서,상기 제어 인터페이스(232)는,상기 장치의 움직임을 제어하기 위한 제어;상기 시뮬레이션의 속도를 제어하기 위한 제어; 및상기 실제 환경 내의 상기 장치의 동작 및 상기 시뮬레이션 간의 미리 정해진 시간 지연을 제어하기 위한 제어를 포함하는 것을 특징으로 하는 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치를 제어하는 시스템.
- 제10항에 있어서,상기 실제 환경 내에서 상기 장치의 동작 제한을 보상하고, 상기 시뮬레이션 내에서 상기 장치의 표시의 동작 특성을 제어하는 장치 시뮬레이션 모듈(238)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치를 제어하는 시스템.
- 제10항에 있어서,상기 시뮬레이션에 기초하여 상기 제어 스크립트를 생성하는 장치 제어 및 시스템 프로세서(240)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치를 제어하는 시스템.
- 제10항에 있어서,상기 실제 환경 내의 장치로 전송되기 전에 상기 제어 스크립트를 버퍼링하는 버퍼(244)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타임 시프트 옵션을 갖는 통합 시뮬레이션을 이용한 장치를 제어하는 시스템.
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