KR101537324B1 - 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템 - Google Patents

영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101537324B1
KR101537324B1 KR1020140128662A KR20140128662A KR101537324B1 KR 101537324 B1 KR101537324 B1 KR 101537324B1 KR 1020140128662 A KR1020140128662 A KR 1020140128662A KR 20140128662 A KR20140128662 A KR 20140128662A KR 101537324 B1 KR101537324 B1 KR 101537324B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
runway
ground
image
flight
position information
Prior art date
Application number
KR1020140128662A
Other languages
English (en)
Inventor
안태식
Original Assignee
엘아이지넥스원 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘아이지넥스원 주식회사 filed Critical 엘아이지넥스원 주식회사
Priority to KR1020140128662A priority Critical patent/KR101537324B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101537324B1 publication Critical patent/KR101537324B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D45/00—Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for
    • B64D45/04—Landing aids; Safety measures to prevent collision with earth's surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D45/00—Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for
    • B64D45/04—Landing aids; Safety measures to prevent collision with earth's surface
    • B64D45/08—Landing aids; Safety measures to prevent collision with earth's surface optical

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

본 발명은 비행체의 자동 이착륙을 유도하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 비행체 광방출부와 비행체 카메라부와 비행체 정보처리부를 구비하고 비행체에 탑재되어 운용되는 비행체 조정 시스템과 지상 활주로에 설치된 지상 광방출부와 지상 카메라부 및 지상 정보처리부를 구비한 지상 통제 시스템을 상호 운용하여, 비행체 및 지상 활주로에 설치된 광방출부들의 위치를 비행체 카메라 및 지상 카메라로 촬영한 각각의 영상을 분석하여 인식하고, 상기 인식된 각 광방출부의 위치를 이용하여 활주로 상에서의 비행체의 상대적 위치를 산출함으로써, 비용 효율적이면서도, 임의의 활주로에 신속하고 용이하게 탑재하여 이용이 가능하고, 동시에 정밀한 이착륙 유도 기능을 제공하는 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템을 제공한다.

Description

영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템{Automatic carrier take-off and landing System based on image processing}
본 발명은 비행체의 자동 이착륙을 유도하는 시스템에 관한 것이다.
비행체는 이륙과 착륙을 할 경우, 활주로와 비행체 간의 위치에 따라 비행체의 동작을 제어하여야 할 필요가 있다. 비행체가 이착륙을 하는 방식으로는 수동 이착륙과 자동 이착륙이 있다. 수동 이착륙 방식은 조종사가 활주로의 상황과 비행체의 위치를 확인하여 수동으로 비행체를 제어하여 이착륙을 하는 방식이다. 자동 이착륙 방식은 비행체에 탑재된 자동 이착륙 시스템이 지상 관제시설 등과의 상호 작용을 통해 스스로 이착륙을 수행하는 방식이다.
한편 무인 비행체의 경우는 비행체에 조정자가 탑승할 수가 없어서 외부에서 원격으로 조정하는 조종사에 의하여 수동 이착륙을 하거나, 자동 이착륙 유도 시스템을 통하여 자동 이착륙을 할 수 있다.
기존에 비행체에 적용되어 왔던 자동 이착륙 시스템은 계기 착륙시설, 지상 관제시설, 지상 고정밀 레이더, 레이저 등을 활용하여 비행체의 자동 이착륙 동작을 구현하였다. 그러나 위와 같은 자동 이착륙 시스템은 고가의 장비를 필요로 하거나, 지상 장비의 운용에 많은 비용이 소요되는 문제점이 있고, 또한 소형 활주로나 함상 활주로 또는 일반도로에서의 비행체의 이착륙 환경에서는 설치 및 운용에 어려움이 있다는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 비행체 광방출부와 비행체 카메라부와 비행체 정보처리부를 구비하고 비행체에 탑재되어 운용되는 비행체 조정 시스템과 지상 활주로에 설치된 지상 광방출부와 지상 카메라부 및 지상 정보처리부를 구비한 지상 통제 시스템을 상호 운용하여, 비행체 및 지상 활주로에 설치된 광방출부들의 위치를 비행체 카메라 및 지상 카메라로 촬영한 각각의 영상을 분석하여 인식하고, 상기 인식된 각 광방출부의 위치를 이용하여 활주로 상에서의 비행체의 상대적 위치를 산출함으로써, 비용 효율적이면서도, 임의의 활주로에 신속하고 용이하게 탑재하여 이용이 가능하고, 동시에 정밀한 이착륙 유도 기능을 제공하는 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 유형에 따른 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템은 비행체에 탑재되고, 지상의 활주로를 촬영하여 활주로 영상을 획득하고, 상기 획득된 활주로 영상을 이용하여 상기 비행체의 제1위치정보를 산출하는 비행체 조정 시스템; 및 상기 비행체를 촬영하여 비행체 영상을 획득하고, 상기 획득한 비행체 영상을 이용하여 상기 비행체의 제2위치정보를 산출하는 지상 통제 시스템을 포함할 수 있다.
여기서 상기 지상 통제 시스템은 상기 비행체의 제2위치정보를 상기 비행체로 전송하고, 상기 비행체 조정 시스템은 상기 지상 통제 시스템으로부터 상기 제2위치정보를 전송받고, 상기 제1위치정보 또는 상기 제2위치정보를 이용하여 상기 비행체의 진행 속도와 방향을 조정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서 상기 비행체 조정 시스템은, 상기 비행체의 외부에 탑재되어 일정한 파장 대역의 광을 외부로 방출하는 비행체 광방출기를 구비한 비행체 광방출부; 상기 비행체의 전방 영상을 촬영하면서 비행체가 상기 활주로를 향하는 경우 상기 활주로를 촬영하는 비행체 카메라부; 및 상기 비행체 카메라부가 촬영한 상기 활주로 영상에서 특정 광 대역의 신호 성분을 가지는 활주로 상 특징점을 탐색하고, 상기 탐색된 활주로 상 특징점의 상기 활주로 영상 내 좌표를 구하고, 상기 좌표 정보를 이용하여 상기 비행체의 제1위치정보를 산출하는 비행체 정보처리부를 포함할 수 있다.
여기서 상기 비행체 조정 시스템은, 상기 비행체의 고도를 측정하여 고도 정보를 획득하는 고도센서부; 상기 지상 통제 시스템에서 산출된 상기 제2위치정보를 전송받는 제1통신부; 및 상기 비행체 정보처리부에서 산출한 제1위치정보 또는 상기 제2위치정보를 이용하여, 상기 비행체가 상기 활주로의 중앙선을 향하여 진행하도록 진행 방향을 조정하고, 상기 비행체의 속도와 고도를 조정하는 비행체 제어부를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 비행체 광방출부는 상기 비행체의 양 날개에 위치하는, 적어도 두 개 이상의 상기 비행체 광방출기를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서 상기 지상 통제 시스템은, 상기 활주로 상에 구비되어 일정한 파장 대역의 광을 외부로 방출하는 지상 광방출기를 구비한 지상 광방출부; 상기 활주로 상에 구비되어 상기 활주로 상으로 이착륙하는 상기 비행체를 촬영하는 지상 카메라부; 상기 지상 카메라부가 촬영한 상기 비행체 영상에서 특정 광 대역의 신호 성분을 가지는 비행체 상 특징점을 탐색하고, 상기 탐색된 비행체 상 특징점의 상기 비행체 영상 내 좌표를 구하고, 상기 좌표 정보를 이용하여 상기 비행체의 제2위치정보를 산출하는 지상 정보처리부; 및 상기 지상 정보처리부에서 산출된 상기 제2위치정보를 전송하는 제2통신부를 포함할 수 있다.
여기서 상기 지상 광방출부는 상기 비행체가 이착륙하는 방향에 따른 상기 활주로의 시작 기준선과 종료 기준선의 양 끝 부분에 위치하는, 적어도 두 개 이상의 상기 지상 광방출기를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서 상기 지상 정보처리부는 상기 비행체 영상에서 상기 비행체 광방출기가 방출하는 광의 대역에 해당하는 광 신호를 인식하여 상기 비행체 광방출기의 위치를 찾고, 상기 비행체 영상 내에서 상기 비행체 광방출기가 위치하는 지점을 상기 비행체 상 특징점으로 정하고, 상기 비행체 상 특징점의 상기 비행체 영상 내 좌표를 상기 지상 카메라부가 촬영한 영상의 좌표계와 상기 활주로 좌표계 간의 공간 좌표 변환 연산을 통하여 변환하여 상기 비행체의 제2위치정보를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서 상기 비행체 정보처리부는 상기 활주로 영상에서 상기 지상 광방출기가 방출하는 광의 대역에 해당하는 광 신호를 인식하여 상기 지상 광방출기의 위치를 찾고, 상기 활주로 영상 내에서 상기 지상 광방출기가 위치하는 지점을 상기 활주로 상 특징점으로 정하고, 상기 활주로 상 특징점의 상기 활주로 영상 내 좌표를 이용하여 상기 비행체의 제1위치정보를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서 상기 지상 정보처리부는 상기 비행체 상 특징점의 상기 비행체 영상 내 좌표 정보와 상기 비행체 상 특징점에 대응하는 상기 비행체 광방출기들의 위치 정보와 상기 지상 카메라부의 특성정보를 이용하여, 상기 지상 카메라부가 촬영한 영상의 좌표계와 상기 활주로 좌표계 간의 공간 좌표 변환 연산을 수행하여 상기 비행체의 제2위치정보를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서 상기 비행체 정보처리부는 상기 활주로 상 특징점의 상기 활주로 영상 내 좌표 정보와 상기 비행체 카메라부의 특성정보를 이용하여 상기 비행체 카메라부의 원점으로부터 상기 활주로 상 특징점에 대응하는 상기 지상 광방출기에 이르는 벡터 정보를 산출하고, 상기 벡터 정보를 이용하여 상기 비행체 카메라부가 촬영한 영상의 좌표계와 상기 활주로 좌표계 간의 상대자세 정보를 산출하고, 상기 산출한 상대자세 정보를 이용하여 상기 비행체의 제1위치정보를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서 상기 제1위치정보와 상기 제2위치정보는, 상기 활주로 상의 기준 지점을 기준으로 한 상기 비행체의 상대적인 위치 정보를 포함하고, 상기 비행체의 상대적인 위치는 상기 활주로의 중앙선에서 상기 비행체가 벗어난 거리 정보, 상기 비행체의 고도 정보, 상기 활주로 상의 기준 지점과 상기 비행체 간의 수평면 상 거리 정보 또는 상기 활주로 상의 기준 지점과 상기 비행체 간의 직선 거리 정보를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서 상기 비행체 조정 시스템은, 상기 비행체가 이륙하는 경우, 상기 지상 통제 시스템을 이용하여 산출한 상기 비행체의 제2위치정보를 전송받고, 상기 전송받은 제2위치정보를 이용하여 상기 비행체의 진행 방향과 속도를 조정하는 자동이륙 유도방식을 이용하고, 상기 비행체가 착륙하는 경우 일정 기준보다 높은 고 고도 단계에 있으면, 상기 비행체 조정 시스템을 이용하여 산출한 상기 비행체의 제1위치정보를 이용하여 상기 비행체의 진행 방향과 속도를 조정하는 자동착륙 고 고도 유도방식을 이용하고, 상기 비행체가 착륙하는 경우 일정 기준보다 낮은 저 고도 단계에 있으면, 상기 지상 통제 시스템을 이용하여 산출한 상기 비행체의 제2위치정보를 전송받고, 상기 전송받은 제2위치정보를 이용하여 상기 비행체의 진행 방향과 속도를 조정하는 자동착륙 저 고도 유도방식을 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 또 다른 유형에 따른 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템은 비행체를 촬영하여 비행체 영상을 획득하고, 상기 획득한 비행체 영상을 이용하여 상기 비행체의 제2위치정보를 산출하는 지상 통제 시스템; 및 상기 비행체에 탑재되고, 지상의 활주로를 촬영하여 활주로 영상을 획득하고, 상기 획득된 활주로 영상을 이용하여 상기 비행체의 제1위치정보를 산출하고, 상기 제1위치정보 또는 상기 지상 통제 시스템으로부터 전송받은 상기 제2위치정보를 이용하여 상기 비행체를 조정하는 비행체 조정 시스템을 포함하고, 상기 지상 통제 시스템은, 상기 활주로 상에 구비되어 일정한 대역의 광을 외부로 방출하는 지상 광방출기를 구비한 지상 광방출부; 상기 활주로 상에 구비되어 상기 활주로 상으로 이착륙하는 상기 비행체를 촬영하는 지상 카메라부; 상기 지상 카메라부가 촬영한 상기 비행체 영상에서 특정 광 대역의 신호 성분을 가지는 비행체 상 특징점을 탐색하고, 상기 탐색된 비행체 상 특징점의 상기 비행체 영상 내 좌표를 구하고, 상기 좌표 정보를 이용하여 상기 비행체의 제2위치정보를 산출하는 지상 정보처리부; 및 상기 지상 정보처리부에서 산출된 상기 제2위치정보를 상기 비행체 측으로 전송하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템에 의하면, 비행체 광방출부와 비행체 카메라부와 비행체 정보처리부를 구비하고 비행체에 탑재되어 운용되는 비행체 조정 시스템과 지상 활주로에 설치된 지상 광방출부와 지상 카메라부 및 지상 정보처리부를 구비한 지상 통제 시스템을 상호 운용함으로써, 비용 효율적이면서도, 임의의 활주로에 신속하고 용이하게 탑재하여 이용이 가능하고, 동시에 정밀한 이착륙 유도 기능을 제공하는 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템을 제공한다.
또한 본 발명에 따른 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템은 ADS-B와 같은 GPS를 이용하지 않고, 접근등, 정밀접근레이더(Precision Approach Radar, PAR), 계기 착륙 시설(ILS, Instrument Landing System) 등이 설치되지 않은 간이 활주로 및 일반도로 또는 배 위에서 운용될 수 있고, 특히 설치 및 운영을 위한 장소적 제한이 적고 비용 효율적이므로 중소형 무인비행체의 운용에 효율적으로 적용될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템은 GPS 또는 DGPS 등의 도움 없이 자동이착륙이 가능하므로, GPS 교란 또는 수신 장애 등의 문제를 극복할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템은 종래의 영상기반 자동 이착륙 시스템에서의 문제점인 저 고도에서의 착륙 지점 인식 문제와 야간 등 운용 환경 제약을 극복할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 비행체 조정 시스템이 비행체에 탑재되는 방식을 설명하기 위한 참고도이다.
도 3은 본 발명에 따른 지상 통제 시스템이 지상 활주로에 설치되는 방식을 설명하기 위한 참고도이다.
도 4는 본 발명에 따른 비행체 조정 시스템 중 비행체 카메라부가 촬영한 활주로 영상을 설명하기 위한 참고도이다.
도 5는 본 발명에 따른 지상 통제 시스템 중 지상 카메라부가 촬영한 비행체 영상을 설명하기 위한 참고도이다.
도 6은 본 발명에 따른 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템이 운용되는 활주로 좌표계를 설명하기 위한 참고도이다.
도 7은 본 발명에 따른 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템에 따른 이착륙 유도 모드를 설명하기 위한 참고도이다.
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 가능한 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템의 블록도이다.
상기 본 발명의 일 실시예에 따른 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템은 비행체 조정 시스템(100)과 지상 통제 시스템(200)을 포함할 수 있다.
비행체 조정 시스템(100)은 비행체에 탑재되고, 지상의 활주로를 촬영하여 활주로 영상을 획득하고, 상기 획득된 활주로 영상을 이용하여 상기 비행체의 제1위치정보를 산출한다.
지상 통제 시스템(200)은 상기 비행체를 촬영하여 비행체 영상을 획득하고, 상기 획득한 비행체 영상을 이용하여 상기 비행체의 제2위치정보를 산출한다.
여기서 지상 통제 시스템(200)은 상기 비행체의 제2위치정보를 상기 비행체로 전송할 수 있다.
여기서 비행체 조정 시스템(100)은 지상 통제 시스템(200)으로부터 상기 제2위치정보를 전송받을 수 있고, 상기 제1위치정보 또는 상기 제2위치정보를 이용하여 상기 비행체의 진행 속도와 방향을 조정하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 제1위치정보와 상기 제2위치정보는, 상기 활주로 상의 기준 지점을 기준으로 한 상기 비행체의 상대적인 위치 정보를 포함하고, 상기 비행체의 상대적인 위치는 상기 활주로의 중앙선에서 상기 비행체가 벗어난 거리 정보, 상기 비행체의 고도 정보, 상기 활주로 상의 기준 지점과 상기 비행체 간의 수평면 상 거리 정보 또는 상기 활주로 상의 기준 지점과 상기 비행체 간의 직선 거리 정보를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 활주로 상의 기준 지점은 이하에서 설명할 바와 같이 상기 활주로의 종료 기준선, 즉 상기 비행체가 착륙할 시에 활주로 상에서 착륙 진행을 종료하는 부분에 설정된 기준선의 중앙점으로 설정되는 것이 바람직하고, 상기 기준 지점은 필요에 따라 다른 지점으로 조절할 수 있다.
이하에서는 비행체 조정 시스템(100)에 대하여 보다 상세히 설명한다.
비행체 조정 시스템(100)은 비행체 카메라부(110), 비행체 광방출부(120), 비행체 정보처리부(130)를 포함할 수 있고, 필요에 따라 비행체 제어부(140), 제1통신부(150), 고도센서부(160)를 선택적으로 더 포함하거나 생략할 수 있다. 상기 비행체 카메라부(110), 비행체 광방출부(120), 비행체 정보처리부(130), 비행체 제어부(140), 제1통신부(150), 고도센서부(160)를 포함하는 것이 비행체 조정 시스템(100)의 최적의 실시예이며, 이하에서는 상기 비행체 조정 시스템(100)의 최적의 실시예에 대하여 보다 상세히 설명한다.
비행체 카메라부(110)는 상기 비행체의 전방 영상을 촬영하면서 비행체가 상기 활주로를 향하는 경우 상기 활주로를 촬영한다. 여기서 비행체 카메라부(110)가 이용하는 카메라는 적외선 카메라를 이용하는 것이 바람직하며, 이하 설명할 바와 같이 상기 활주로에 위치하여 적외선을 방출하는 지상 광방출부(220)를 포함하는 영상을 촬영하는 것이 바람직하다.
비행체 광방출부(120)는 상기 비행체의 외부에 탑재되어 일정한 파장 대역의 광을 외부로 방출하는 비행체 광방출기를 구비한다.
여기서 상기 비행체 광방출기가 방출하는 광은 적외선으로 하는 것이 바람직하다. 이상과 같이 적외선을 사용하는 경우 태양광이나 인조광으로 인한 영향과 같은 외부환경으로부터의 영향을 최소화할 수 있다.
여기서 비행체 광방출부(120)는 상기 비행체의 양 날개에 위치하는, 적어도 두 개 이상의 상기 비행체 광방출기를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들면 상기 비행체 광방출기는 상기 비행체의 양 날개 끝 부분에 위치하여 비행체 광방출부(120)를 구성할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 비행체 조정 시스템이 비행체에 탑재되는 방식을 설명하기 위한 참고도이다. 상술한 바와 같이 상기 비행체 광방출기는 상기 비행체의 양 날개 끝 부분에 위치하는 것이 바람직하다. 비행체 카메라부(110)는 상기 비행체의 전방 영상을 촬영하기 위하여 상기 비행체의 전방에 위치하는 것이 바람직하고, 필요에 따라서 전방 영상을 촬영하기 적합한 임의의 장소에 위치할 수 있다. 비행체 정보처리부(130) 및 비행체 제어부(140)는 데이터를 처리하는 부이므로 필요에 따라 상기 비행체의 임의의 장소에 위치할 수 있다.
여기서 도 2와 같이 상기 비행체 광방출기가 양 날개 끝 부분에 위치함으로써, 이하에서 설명할 바와 같이 지상 정보처리부(230)가 상기 비행체 광방출기 간의 거리를 인식하여 상기 비행체와 상기 활주로 간의 상대적 위치 정보를 산출할 수 있다.
비행체 정보처리부(130)는 비행체 카메라부(110)가 촬영한 상기 활주로 영상에서 특정 광 대역의 신호 성분을 가지는 활주로 상 특징점을 탐색하고, 상기 탐색된 활주로 상 특징점의 상기 활주로 영상 내 좌표를 구하고, 상기 좌표 정보를 이용하여 상기 비행체의 제1위치정보를 산출한다.
여기서 상기 제1위치정보 중 상기 비행체의 고도 정보는 상기 활주로 상 특징점들 간의 좌표 차를 이용하여 산출할 수 있고, 또는 고도센서부(160)를 이용하여 획득할 수도 있다.
여기서 비행체 정보처리부(130)는 상기 활주로 영상에서 이하에서 설명할 바와 같이 지상 광방출부(220)에 구비된 지상 광방출기가 방출하는 광의 대역에 해당하는 광 신호를 인식하여 상기 지상 광방출기의 위치를 찾고, 상기 활주로 영상 내에서 상기 지상 광방출기가 위치하는 지점을 상기 활주로 상 특징점으로 정하고, 상기 활주로 상 특징점의 상기 활주로 영상 내 좌표를 이용하여 상기 비행체의 제1위치정보를 산출하는 것이 바람직하다.
여기서 비행체 정보처리부(130)는 적어도 2개 이상의 상기 활주로 상 특징점을 이용하여 상기 특징점들의 영상 내 좌표의 위치와 상호간 거리를 이용하여 상기 비행체의 제1위치정보를 산출하는 것이 바람직하며, 바람직하게는 상기 활주로의 시작 기준선과 종료 기준선의 양 끝 부분에 각각 위치하는 총 4개의 상기 지상 광방출기에 대응하는 총 4개의 상기 활주로 상 특징점을 이용할 수 있다.
여기서 비행체 정보처리부(130)는 상기 활주로 상 특징점의 상기 활주로 영상 내 좌표 정보와 비행체 카메라부(110)의 특성정보를 이용하여 비행체 카메라부(110)의 원점으로부터 상기 활주로 상 특징점에 대응하는 상기 지상 광방출기에 이르는 벡터 정보를 산출하고, 상기 벡터 정보를 이용하여 비행체 카메라부(110)가 촬영한 영상의 좌표계와 상기 활주로 좌표계 간의 상대자세 정보를 산출하고, 상기 산출한 상대자세 정보를 이용하여 상기 비행체의 제1위치정보를 산출하는 것이 바람직하다. 여기서 비행체 카메라부(110)의 특성정보는 카메라부의 초점거리와 왜곡도 정보를 포함할 수 있다.
이상과 같은 비행체 정보처리부(130)의 동작에 관하여는 아래에서 수학식과 함께 보다 상세히 설명한다.
비행체 제어부(140)는 비행체 정보처리부(130)에서 산출한 제1위치정보 또는 상기 제2위치정보를 이용하여, 상기 비행체가 상기 활주로의 중앙선을 향하여 진행하도록 진행 방향을 조정하고, 상기 비행체의 속도와 고도를 조정한다.
제1통신부(150)는 지상 통제 시스템(200)에서 산출된 상기 제2위치정보를 전송받는다.
여기서 제1통신부(150)는 지상 통제 시스템(200)의 제2통신부(240)가 전송하는 상기 제2위치정보를 전송받을 수 있고, 이 때 제1통신부(150)와 제2통신부(240) 간의 데이터 통신은 다양한 형태의 통신망을 사용할 수 있다. 바람직하게 상기 데이터 통신은 지상통제장치 데이터 링크망을 이용하여 통신을 할 수 있다.
고도센서부(160)는 상기 비행체의 고도를 측정하여 고도 정보를 획득한다.
여기서 비행체 정보처리부(130)는 고도센서부(160)로부터 상기 고도 정보를 입력받아 상기 비행체의 제1위치정보 중 고도 정보를 획득할 수 있다.
이하에서는 지상 통제 시스템(200)에 대하여 보다 상세히 설명한다.
지상 통제 시스템(200)은 지상 카메라부(210), 지상 광방출부(220), 지상 정보처리부(230), 제2통신부(240)를 포함할 수 있다. 이하에서는 상기 지상 통제 시스템(200)의 실시예에 대하여 보다 상세히 설명한다.
지상 카메라부(210)는 상기 활주로 상에 구비되어 상기 활주로 상으로 이착륙하는 상기 비행체를 촬영한다. 여기서 지상 카메라부(210)가 이용하는 카메라는 적외선 카메라를 이용하는 것이 바람직하며, 상술한 바와 같이 상기 비행체에 탑재되어 적외선을 방출하는 비행체 광방출부(120)를 포함하는 영상을 촬영하는 것이 바람직하다.
여기서 지상 카메라부(210)는 상기 활주로의 종료 기준선의 중심을 기준으로 정렬되어 위치하여 상기 활주로의 지면과 상기 활주로 위로 이착륙하는 상기 비행체의 영상을 함께 촬영할 수 있다.
지상 광방출부(220)는 상기 활주로 상에 구비되어 일정한 파장 대역의 광을 외부로 방출하는 지상 광방출기를 구비한다.
여기서 상기 지상 광방출기가 방출하는 광은 상기 비행체 광방출기와 마찬가지로 적외선으로 하는 것이 바람직하다. 이상과 같이 적외선을 사용하는 경우 태양광이나 인조광으로 인한 영향과 같은 외부환경으로부터의 영향을 최소화할 수 있다.
여기서 지상 광방출부(220)는 상기 비행체가 이착륙하는 방향에 따른 상기 활주로의 시작 기준선과 종료 기준선의 양 끝 부분에 위치하는, 적어도 두 개 이상의 상기 지상 광방출기를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 활주로의 시작 기준선은 상기 비행체가 이륙할 때 출발하는 부분에서 필요에 따라 일정한 거리만큼 이격되어 설정된 기준선이고, 상기 활주로의 종료 기준선은 상기 비행체가 이륙할 때 진행하다가 지상에서 이륙하는 부분에서 필요에 따라 일정한 거리만큼 이격되어 설정된 기준선인 것이 바람직하다. 상기 비행체가 착륙하는 관점에서 보았을 때는, 상기 활주로의 시작 기준선은 상기 비행체가 착륙할 때 착륙해 내려오는 부분에서 필요에 따라 일정한 거리만큼 이격되어 설정된 기준선이고, 상기 활주로의 종료 기준선은 상기 비행체가 착륙하여 진행하다가 착륙 진행을 종료하는 부분에서 필요에 따라 일정한 거리만큼 이격되어 설정된 기준선인 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 따른 지상 통제 시스템이 지상 활주로에 설치되는 방식을 설명하기 위한 참고도이다. 도 3에 의하면, 예를 들어 도 3의 활주로의 상단 선이 상기 활주로의 시작 기준선이고, 도 3의 활주로의 하단 선이 상기 활주로의 종료 기준선이라고 한다면, 지상 광방출부(220)는 도 3과 같이 상기 활주로의 시작 기준선과 종료 기준선의 양 끝단에 각각 하나씩 상기 지상 광방출기를 위치하는 식으로 구성될 수 있다. 여기서 지상 카메라부(210)는 도 3과 같이 상기 활주로의 종료 기준선의 중심을 기준으로 정렬되어 위치하여 상기 활주로의 지면과 상기 활주로 위로 이착륙하는 상기 비행체의 영상을 함께 촬영할 수 있다. 여기서 지상 정보처리부(230)는 지상 카메라부(210)로부터 상기 비행체 영상을 전송받아 이하에서 상세히 설명할 바와 같이 상기 비행체의 제2위치정보를 산출할 수 있다. 이 때 지상 정보처리부(230)는 지상 카메라부(210)로부터 다양한 방식의 유무선의 통신 방법을 이용하여 상기 비행체의 영상을 전송받을 수 있다.
지상 정보처리부(230)는 지상 카메라부(210)가 촬영한 상기 비행체 영상에서 특정 광 대역의 신호 성분을 가지는 비행체 상 특징점을 탐색하고, 상기 탐색된 비행체 상 특징점의 상기 비행체 영상 내 좌표를 구하고, 상기 좌표 정보를 이용하여 상기 비행체의 제2위치정보를 산출한다.
여기서 지상 정보처리부(230)는 상기 비행체 영상에서 상기 비행체 광방출기가 방출하는 광의 대역에 해당하는 광 신호를 인식하여 상기 비행체 광방출기의 위치를 찾고, 상기 비행체 영상 내에서 상기 비행체 광방출기가 위치하는 지점을 상기 비행체 상 특징점으로 정하고, 상기 비행체 상 특징점의 상기 비행체 영상 내 좌표를 지상 카메라부(210)가 촬영한 영상의 좌표계와 상기 활주로 좌표계 간의 공간 좌표 변환 연산을 통하여 변환하여 상기 비행체의 제2위치정보를 산출하는 것이 바람직하다.
여기서 지상 정보처리부(230)는 바람직하게는 상기 비행체의 양 날개 끝 부분에 각각 위치하는 상기 비행체 광방출기에 대응하는 상기 비행체 상 특징점들을 찾고, 상기 특징점들의 영상 내 좌표의 위치와 상호간 거리를 이용하여 상기 비행체의 제2위치정보를 산출할 수 있다.
여기서 지상 정보처리부(230)는 상기 비행체 상 특징점의 상기 비행체 영상 내 좌표 정보와 상기 비행체 상 특징점에 대응하는 상기 비행체 광방출기들의 위치 정보와 지상 카메라부(210)의 특성정보를 이용하여, 지상 카메라부(210)가 촬영한 영상의 좌표계와 상기 활주로 좌표계 간의 공간 좌표 변환 연산을 수행하여 상기 비행체의 제2위치정보를 산출하는 것이 바람직하다. 여기서 지상 카메라부(210)의 특성정보는 카메라부의 초점거리와 왜곡도 정보를 포함할 수 있다.
여기서 지상 정보처리부(230)는 필요에 따라 상기 비행체 영상에서 상기 활주로 상 특징점을 탐색하고 상기 활주로 상 특징점의 상기 비행체 영상 내 좌표를 구하여, 상기 좌표 정보를 상기 비행체의 제2위치정보를 산출하는데 더 이용할 수 있다.
제2통신부(240)는 지상 정보처리부(230)에서 산출된 상기 제2위치정보를 전송한다.
이하에서는 도 4 내지 도 6을 참고하여, 비행체 카메라부(110)에서 촬영되는 상기 활주로 영상과 지상 카메라부(210)에서 촬영되는 상기 비행체 영상을 각각 비행체 정보처리부(130)와 지상 정보처리부(230)가 처리하여 상기 비행체의 상기 활주로부터의 상대 거리 정보를 나타내는 상기 제1위치정보 및 상기 제2위치정보를 산출하는 과정을 보다 상세히 설명한다.
도 4는 비행체 카메라부(110)가 촬영한 상기 활주로 영상을 설명하기 위한 참고도이다.
상기 비행체가 활주로를 향하여 착륙하는 경우, 비행체 카메라부(110)는 예를 들어 도 4와 같은 형태의 상기 활주로 영상을 촬영하게 된다. 도 4에서 특징점 1 내지 특징점 4는 상기 활주로 상 특징점에 해당하며, 각각 상기 활주로에 구비된 상기 지상 광방출기에 대응한다. 여기서 특징점 3과 특징점 4를 이은 선이 상기 활주로 상 시작 기준선이고, 특징점 1과 특징점 2를 이은 선이 상기 활주로 상 종료 기준선일 수 있다. 도 4에서 (u1, v1) 내지 (u4, v4)는 상기 활주로 상 특징점의 상기 활주로 영상 내의 좌표를 나타내는 좌표값들이다. 또한 도 4의 활주로 영상 원점은 상기 활주로 상 특징점들의 상기 활주로 영상 내의 좌표를 계산하는 기준 원점이다.
도 5는 지상 카메라부(210)가 촬영한 상기 비행체 영상을 설명하기 위한 참고도이다.
상기 비행체가 활주로를 향하여 착륙하는 경우, 지상 카메라부(210)는 예를 들어 도 5와 같은 형태의 상기 비행체 영상을 촬영하게 된다. 도 5에서 특징점 5와 특징점 6은 상기 비행체 상 특징점에 해당하며, 각각 상기 비행체에 구비된 상기 비행체 광방출기에 대응한다. 여기서 (u5, v5) 및 (u6, v6)는 상기 비행체 상 특징점의 상기 비행체 영상 내의 좌표를 나타내는 좌표값들이다. 그리고 도 5에서 특징점 7은 상기 특징점 5와 특징점 6의 가운데 위치하는 특징점으로 상기 비행체의 중심점에 해당한다. 그리고 도 5에서 특징점 1 내지 특징점 4는 상기 도 4를 참고하여 설명하였던 바와 같이 상기 활주로 상 특징점에 해당한다. 또한 도 5의 비행체 영상 원점은 상기 비행체 상 특징점들의 상기 비행체 영상 내의 좌표를 계산하는 기준 원점이다.
도 6은 본 발명에 따른 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템이 운용되는 활주로 좌표계를 설명하기 위한 참고도이다.
도 6에서 S1 내지 S4는 상기 활주로에 구비된 상기 지상 광방출기에 대응하고, S5 및 S6은 상기 비행체에 구비된 상기 비행체 광방출기에 대응하고, A는 상기 비행체 광방출기 간의 거리를 나타낸다. 또한 X는 상기 활주로 상의 기준 지점과 상기 비행체 간의 수평면 상 거리 정보를 나타내고, Z는 상기 비행체의 고도 정보를 나타내고, X'는 상기 활주로 상의 기준 지점과 상기 비행체 간의 직선 거리 정보를 나타내고, Y는 상기 비행체가 상기 활주로의 중앙선에서 벗어난 거리 정보를 나타낸다. 또한 T는 상기 활주로 상의 기준 지점과 상기 비행체가 이착륙하는 지점 간의 거리를 나타낸다. 이와 같이 상기 활주로 좌표계는 실세계의 3차원 좌표계에 따르는 것으로, 필요에 따라 좌표계의 원점 및 3차원 좌표축의 각 방향을 설정할 수 있고, 바람직하게는 활주로 좌표계의 원점은 상기 활주로 상의 기준 지점으로 설정하고, x좌표 방향은 상기 활주로 상의 기준 지점에서 상기 비행체가 이착륙하는 지점 방향으로, y좌표 방향은 활주로 평면상에 위치하면서 상기 x좌표의 우측 직각 방향으로, z좌표 방향은 상기 x 및 y 좌표 방향과 직각을 이루는 고도 방향으로 설정되는 것이 바람직하다.
이하에서는 상술한 바와 같이 비행체 정보처리부(130)가 상기 활주로 상 특징점의 상기 활주로 영상 내 좌표 정보와 비행체 카메라부(110)의 특성정보를 이용하여 비행체 카메라부(110)의 원점으로부터 상기 활주로 상 특징점에 대응하는 상기 지상 광방출기에 이르는 벡터 정보를 산출하고, 상기 벡터 정보를 이용하여 비행체 카메라부(110)가 촬영한 영상의 좌표계와 상기 활주로 좌표계 간의 상대자세 정보를 산출하고, 상기 산출한 상대자세 정보를 이용하여 상기 비행체의 제1위치정보를 산출하는 과정에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저 상기 상대자세 정보를 산출하는 과정을 상세히 설명한다.
먼저 비행체 카메라부(110)의 초점거리를
Figure 112014091552012-pat00001
라 하고, 비행체 카메라부(110)의 왜곡도를 θ 라하고, 비행체 카메라부(110)에서 촬영된 영상의 좌표 기준 점을
Figure 112014091552012-pat00002
라 할 때 비행체 카메라부(110)의 켈리브레이션 정보는 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014091552012-pat00003
(여기서 K 는 상기 카메라부의 켈리브레이션 정보이다.)
여기서 상기 카메라부의 켈리브레이션 정보인 K 는 Camera Intrinsic matrix로써, 카메라 좌표계(3차원)를 영상 좌표계(2차원)로 변환하기 위하여 일반적으로 사용되는 정보이다. 예를 들면 일반적으로 3차원 좌표계에서의 점 M을 3차원 카메라좌표에서의 점 m으로 변환함에 있어서, m = K·[R, T]·M 과 같은 수학적 관계가 이루어지는데{여기서 R과 T는 Camera extrinsic parameter로써 각각 Rotation(회전)과 Translation(평행이동)을 의미한다}, 이러한 관계를 이용하여 카메라의 켈리브레이션이 수행되고, 그 결과 카메라 왜곡 인자인 θ 값을 찾을 수 있다.
그리고 비행체 카메라부(110)가 촬영한 영상의 좌표계에서, 상기 활주로 상 특징점의 상기 활주로 영상 내 좌표를
Figure 112014091552012-pat00004
라 하고, 비행체 카메라부(110)의 원점으로부터 상기 활주로 상 특징점에 대응하는 상기 지상 광방출기에 이르는 벡터를
Figure 112014091552012-pat00005
라 할 때, 상기 좌표들 간에는 하기 수학식 2와 같은 관계가 성립한다. 여기서 비행체 카메라부(110)가 상기 활주로를 촬영할 때 상기 비행체 카메라부(110)에서 촬영된 영상은 결국 상기 활주로 영상과 동일하므로,
Figure 112014091552012-pat00006
와
Figure 112014091552012-pat00007
는 모두 동일하게 비행체 카메라부(110)가 촬영한 영상의 좌표계에 속하는 지점들이 된다.
Figure 112014091552012-pat00008
이 때
Figure 112014091552012-pat00009
는 -1로 가정되는 것이 바람직하고, 그렇다면 상기 좌표
Figure 112014091552012-pat00010
는 상기 수학식 2로부터 하기 수학식 3과 같이 산출될 수 있다. 여기서
Figure 112014091552012-pat00011
를 -1로 가정하는 이유는, 카메라부에서 취득되는 영상은 초점거리에 따라 특정 이미지 평면에 투영되는 것이라고 할 수 있는데, 상기 특정 이미지 평면의 거리를 임의로 결정해도 이하 설명할 카메라부의 좌표계 원점에서 시작되는 방향벡터에 영향이 없기 때문이다.
Figure 112014091552012-pat00012
다음으로 상기 상대자세 정보는 상기
Figure 112014091552012-pat00013
를 이용하여 하기 수학식 4와 같이 산출할 수 있다.
Figure 112014091552012-pat00014
(여기서 rot 는 상기 상대자세 정보이고,
Figure 112014091552012-pat00015
는 상기 수학식 2 및 수학식 3과 같고, i 는 상기 도 4의 특징점들의 인덱스와 같이 도 4의 활주로 영상 원점을 기준으로 좌측은 3, 우측은 4, 좌상측은 2, 우상측은 1인 것으로 한다.)
다음으로 비행체 카메라부(110)가 촬영한 영상의 좌표계에서 비행체 카메라부(110)의 원점으로부터 상기 활주로 좌표계의 원점까지의 벡터를
Figure 112014091552012-pat00016
라고 할 때, 상기
Figure 112014091552012-pat00017
는 하기 수학식 5와 같이 산출될 수 있다.
Figure 112014091552012-pat00018
여기서
Figure 112014091552012-pat00019
,
Figure 112014091552012-pat00020
및
Figure 112014091552012-pat00021
는 하기 수학식 6과 수학식 7과 같이 산출될 수 있다.
Figure 112014091552012-pat00022
Figure 112014091552012-pat00023
(여기서 rot 은 상기 수학식 4와 같이 산출되는 상기 상대자세 정보이고,
Figure 112014091552012-pat00024
는 상기 활주로 좌표계 상에서 상기 활주로 상 특징점들의 위치를 나타내는 벡터이고,
Figure 112014091552012-pat00025
는 상기 활주로 좌표계의 원점에서 상기 활주로 상 특징점까지의 벡터이고, 이때 인덱스 i 는 상기 수학식 4에서의 인덱스 i 와 동일한 방식으로 설정된다.)
여기서, 상기
Figure 112014091552012-pat00026
와 상기
Figure 112014091552012-pat00027
와 상기
Figure 112014091552012-pat00028
는 하기 수학식 8과 같은 관계를 가진다.
Figure 112014091552012-pat00029
이상과 같이 산출한 비행체 카메라부(110)가 촬영한 영상의 좌표계에서 비행체 카메라부(110)의 원점으로부터 상기 활주로 좌표계의 원점까지의 벡터인
Figure 112014091552012-pat00030
를 이용하여 상기 비행체의 제1위치정보를 획득할 수 있다.
본 발명에 따른 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템은 상기 비행체가 이륙하는지 착륙하는지, 만일 착륙하는 경우 상기 비행체의 고도가 어떠한지에 따라 3가지의 방식으로 운용되는 것이 바람직하다.
먼저 상기 비행체가 이륙하는 경우, 비행체 조정 시스템(100)은 지상 통제 시스템(200)을 이용하여 산출한 상기 비행체의 제2위치정보를 전송받고, 상기 전송받은 제2위치정보를 이용하여 상기 비행체의 진행 방향과 속도를 조정하는 자동이륙 유도방식을 이용하는 것이 바람직하다.
즉 상기 자동이륙 유도방식은, 지상 카메라부(210)에서 촬영한 상기 비행체 영상에서 상기 비행체 광방출기를 감지하고, 상기 비행체 광방출기에 대응하는 영상 내 지점인 상기 비행체 상 특징점의 좌표 정보를 이용하여, 상기 비행체가 상기 활주로의 기준 지점으로부터 떨어져 있는 상대적인 위치 정보인 상기 제2위치정보를 산출하고, 상기 제2위치정보를 비행체 조정 시스템(100)이 전송받아 이를 이용하여 상기 비행체가 활주로에서 올바르게 이륙하도록 상기 비행체의 진행 방향과 속도 및 고도를 조정할 수 있다.
다음으로 상기 비행체가 착륙하는 경우 상기 비행체가 일정 기준보다 높은 고 고도 단계에 있으면, 비행체 조정 시스템(100)은 비행체 조정 시스템(100)을 이용하여 산출한 상기 비행체의 제1위치정보를 이용하여 상기 비행체의 진행 방향과 속도를 조정하는 자동착륙 고 고도 유도방식을 이용하는 것이 바람직하다.
즉 상기 자동착륙 고 고도 유도방식은, 비행체 카메라부(110)에서 촬영한 상기 활주로 영상에서 상기 지상 광방출기를 감지하고, 상기 지상 광방출기에 대응하는 영상 내 지점인 상기 활주로 상 특징점의 좌표 정보를 이용하여, 상기 비행체가 상기 활주로의 기준 지점으로부터 떨어져 있는 상대적인 위치 정보인 상기 제1위치정보를 산출하고, 이를 이용하여 상기 비행체가 활주로에 올바르게 착륙하도록 상기 비행체의 진행 방향과 속도 및 고도를 조정할 수 있다.
이때 상기 자동착륙 고 고도 유도방식은 필요에 따라 상기 제1위치정보 중 상기 비행체의 고도 정보를 고도센서부(160)를 이용하여 획득하여 이를 이용할 수도 있다.
마지막으로 상기 비행체가 착륙하는 경우 일정 기준보다 낮은 저 고도 단계에 있으면, 비행체 조정 시스템(100)은 지상 통제 시스템(200)을 이용하여 산출한 상기 비행체의 제2위치정보를 전송받고, 상기 전송받은 제2위치정보를 이용하여 상기 비행체의 진행 방향과 속도를 조정하는 자동착륙 저 고도 유도방식을 이용하는 것이 바람직하다.
즉 상기 자동착륙 저 고도 유도방식은, 지상 카메라부(210)에서 촬영한 상기 비행체 영상에서 상기 비행체 광방출기를 감지하고, 상기 비행체 광방출기에 대응하는 영상 내 지점인 상기 비행체 상 특징점의 좌표 정보를 이용하여, 상기 비행체가 상기 활주로의 기준 지점으로부터 떨어져 있는 상대적인 위치 정보인 상기 제2위치정보를 산출하고, 상기 제2위치정보를 비행체 조정 시스템(100)이 전송받아 이를 이용하여 상기 비행체가 활주로에 올바르게 착륙하도록 상기 비행체의 진행 방향과 속도 및 고도를 조정할 수 있다.
여기서 상기 자동착륙 저 고도 유도방식과 상기 자동착륙 고 고도 유도방식이 구분되어 작동하는 일정 기준 고도는, 필요에 따라 설정될 수 있고, 예를 들면 활주로 상 10m로 설정될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템에 따른 이착륙 유도 모드를 설명하기 위한 참고도이다.
도 7의 a는 상기 자동이륙 유도방식에 관한 것으로, 상기 자동이륙 유도방식의 경우 상기 비행체는 도 7과 같이 출발지점을 출발하여 일정길이의 활주구간을 지상활주한 이후 이륙지점에서 이륙하여 비행을 하게 된다. 이 때 본 발명에 따른 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템은, 지상 통제 시스템(200)에서 산출한 상기 비행체의 위치정보를 비행체 조정 시스템(100)에 전송함으로써 지상활주를 유도할 수 있다.
도 7의 b는 상기 자동착륙 고 고도 유도방식 및 자동착륙 저 고도 유도방식에 관한 것이다. 도 7의 b와 같이 비행체가 활주로를 향하여 고도를 낮추면서 진행하는 경우, 착륙지점으로부터 일정 거리 이내에 들어오게 되면 상기 자동착륙 고 고도 유도방식에 따라 활주로를 탐색 및 추적한 이후, 보다 가까운 거리 내로 들어오게 되면 상기 자동착륙 저 고도 유도방식에 따라 활주로를 추적하여 착륙을 진행하고 착륙 이후 활주로를 활주하게 된다.
이상과 같은 본 발명에 따른 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템은 지상의 레이더나 레이저를 이용한 지상유도장치 및 ADS-B 등의 GPS를 이용한 장치의 도움 없이, 상대적으로 저렴한 비용을 투입하여 손쉽게 설치가 가능한 광방출기와 카메라를 이용한다는 장점이 있다.
즉 본 발명에 따른 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템은 숙련된 내부 혹은 외부 조종사의 조정이 없이, ADS-B와 같은 GPS를 이용하지 않고, 접근등, 정밀접근레이더(Precision Approach Radar, PAR), 계기 착륙 시설(ILS, Instrument Landing System) 등이 설치되지 않은 간이 활주로 및 일반도로 또는 배 위에서, 자동 이착륙 유도 시스템을 구현할 수 있다. 또한 설치 및 운영을 위한 장소적 제한이 적고 비용을 절감할 수 있으므로, 특별히 중소형 무인비행체의 운용에 효율적으로 적용될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템은 GPS 또는 DGPS 등의 도움 없이 자동이착륙이 가능하므로, GPS 교란 또는 수신장애 등의 문제를 극복할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템은 종래의 영상기반 자동 이착륙 시스템에서의 문제점인 저 고도에서의 착륙 지점 인식 문제와 야간 등 운용 환경 제약을 극복할 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.
100 : 비행체 조정 시스템
110 : 비행체 카메라부
120 : 비행체 광방출부
130 : 비행체 정보처리부
140 : 비행체 제어부
150 : 제1통신부
160 : 고도센서부
200 : 지상 통제 시스템
210 : 지상 카메라부
220 : 지상 광방출부
230 : 지상 정보처리부
240 : 제2통신부

Claims (12)

  1. 비행체 자동 이착륙 유도 시스템에 있어서,
    비행체에 탑재되고, 지상의 활주로를 촬영하여 활주로 영상을 획득하고, 상기 획득된 활주로 영상을 이용하여 상기 비행체의 제1위치정보를 산출하는 비행체 조정 시스템; 및
    상기 비행체를 촬영하여 비행체 영상을 획득하고, 상기 획득한 비행체 영상을 이용하여 상기 비행체의 제2위치정보를 산출하고, 상기 제2위치정보를 상기 비행체로 전송하는 지상 통제 시스템을 포함하고,
    상기 비행체 조정 시스템은,
    상기 지상 통제 시스템으로부터 상기 제2위치정보를 전송받고, 상기 제1위치정보 또는 상기 제2위치정보를 이용하여 상기 비행체의 진행 속도와 방향을 조정하되,
    상기 비행체가 이륙하는 경우, 상기 지상 통제 시스템을 이용하여 산출한 상기 비행체의 제2위치정보를 전송받고, 상기 전송받은 제2위치정보를 이용하여, 상기 비행체의 진행 방향과 속도를 조정하고,
    상기 비행체가 착륙하는 경우, 상기 비행체의 고도에 따라, 상기 비행체의 고도가 미리 정해진 일정 기준보다 높은 때는, 상기 비행체 조정 시스템을 이용하여 산출한 상기 비행체의 제1위치정보를 이용하고, 상기 비행체의 고도가 상기 일정 기준보다 낮을 때는, 또는 상기 지상 통제 시스템을 이용하여 산출한 상기 비행체의 제2위치정보를 이용하여, 상기 비행체의 진행 방향과 속도를 조정하는 것을 특징으로 하는 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 비행체 조정 시스템은,
    상기 비행체의 외부에 탑재되어 일정한 파장 대역의 광을 외부로 방출하는 비행체 광방출기를 구비한 비행체 광방출부;
    상기 비행체의 전방 영상을 촬영하면서 비행체가 상기 활주로를 향하는 경우 상기 활주로를 촬영하는 비행체 카메라부; 및
    상기 비행체 카메라부가 촬영한 상기 활주로 영상에서 특정 광 대역의 신호 성분을 가지는 활주로 상 특징점을 탐색하고, 상기 탐색된 활주로 상 특징점의 상기 활주로 영상 내 좌표를 구하고, 상기 좌표 정보를 이용하여 상기 비행체의 제1위치정보를 산출하는 비행체 정보처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 비행체 조정 시스템은,
    상기 비행체의 고도를 측정하여 고도 정보를 획득하는 고도센서부;
    상기 지상 통제 시스템에서 산출된 상기 제2위치정보를 전송받는 제1통신부; 및
    상기 비행체 정보처리부에서 산출한 제1위치정보 또는 상기 제2위치정보를 이용하여, 상기 비행체가 상기 활주로의 중앙선을 향하여 진행하도록 진행 방향을 조정하고, 상기 비행체의 속도와 고도를 조정하는 비행체 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템
  5. 제3항에 있어서, 상기 비행체 광방출부는,
    상기 비행체의 양 날개에 위치하는, 적어도 두 개 이상의 상기 비행체 광방출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템.
  6. 제3항에 있어서, 상기 지상 통제 시스템은,
    상기 활주로 상에 구비되어 일정한 파장 대역의 광을 외부로 방출하는 지상 광방출기를 구비한 지상 광방출부;
    상기 활주로 상에 구비되어 상기 활주로 상으로 이착륙하는 상기 비행체를 촬영하는 지상 카메라부;
    상기 지상 카메라부가 촬영한 상기 비행체 영상에서 특정 광 대역의 신호 성분을 가지는 비행체 상 특징점을 탐색하고, 상기 탐색된 비행체 상 특징점의 상기 비행체 영상 내 좌표를 구하고, 상기 좌표 정보를 이용하여 상기 비행체의 제2위치정보를 산출하는 지상 정보처리부; 및
    상기 지상 정보처리부에서 산출된 상기 제2위치정보를 전송하는 제2통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 지상 광방출부는,
    상기 비행체가 이착륙하는 방향에 따른 상기 활주로의 시작 기준선과 종료 기준선의 양 끝 부분에 위치하는, 적어도 두 개 이상의 상기 지상 광방출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 지상 정보처리부는 상기 비행체 영상에서 상기 비행체 광방출기가 방출하는 광의 대역에 해당하는 광 신호를 인식하여 상기 비행체 광방출기의 위치를 찾고, 상기 비행체 영상 내에서 상기 비행체 광방출기가 위치하는 지점을 상기 비행체 상 특징점으로 정하고, 상기 비행체 상 특징점의 상기 비행체 영상 내 좌표를 상기 지상 카메라부가 촬영한 영상의 좌표계와 상기 활주로 좌표계 간의 공간 좌표 변환 연산을 통하여 변환하여 상기 비행체의 제2위치정보를 산출하고,
    상기 비행체 정보처리부는 상기 활주로 영상에서 상기 지상 광방출기가 방출하는 광의 대역에 해당하는 광 신호를 인식하여 상기 지상 광방출기의 위치를 찾고, 상기 활주로 영상 내에서 상기 지상 광방출기가 위치하는 지점을 상기 활주로 상 특징점으로 정하고, 상기 활주로 상 특징점의 상기 활주로 영상 내 좌표를 이용하여 상기 비행체의 제1위치정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 지상 정보처리부는 상기 비행체 상 특징점의 상기 비행체 영상 내 좌표 정보와 상기 비행체 상 특징점에 대응하는 상기 비행체 광방출기들의 위치 정보와 상기 지상 카메라부의 특성정보를 이용하여, 상기 지상 카메라부가 촬영한 영상의 좌표계와 상기 활주로 좌표계 간의 공간 좌표 변환 연산을 수행하여 상기 비행체의 제2위치정보를 산출하는 것을 특징으로 하고,
    상기 비행체 정보처리부는 상기 활주로 상 특징점의 상기 활주로 영상 내 좌표 정보와 상기 비행체 카메라부의 특성정보를 이용하여 상기 비행체 카메라부의 원점으로부터 상기 활주로 상 특징점에 대응하는 상기 지상 광방출기에 이르는 벡터 정보를 산출하고,
    상기 벡터 정보를 이용하여 상기 비행체 카메라부가 촬영한 영상의 좌표계와 상기 활주로 좌표계 간의 상대자세 정보를 산출하고,
    상기 산출한 상대자세 정보를 이용하여 상기 비행체의 제1위치정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템.
  10. 제1항 또는 제3항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제1위치정보와 상기 제2위치정보는,
    상기 활주로 상의 기준 지점을 기준으로 한 상기 비행체의 상대적인 위치 정보를 포함하고,
    상기 비행체의 상대적인 위치는 상기 활주로의 중앙선에서 상기 비행체가 벗어난 거리 정보, 상기 비행체의 고도 정보, 상기 활주로 상의 기준 지점과 상기 비행체 간의 수평면 상 거리 정보 또는 상기 활주로 상의 기준 지점과 상기 비행체 간의 직선 거리 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템.
  11. 제1항 또는 제3항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 비행체 조정 시스템은,
    상기 비행체가 이륙하는 경우, 상기 지상 통제 시스템을 이용하여 산출한 상기 비행체의 제2위치정보를 전송받고, 상기 전송받은 제2위치정보를 이용하여 상기 비행체의 진행 방향과 속도를 조정하는 자동이륙 유도방식을 이용하고,
    상기 비행체가 착륙하는 경우 상기 일정 기준보다 높은 고 고도 단계에 있으면, 상기 비행체 조정 시스템을 이용하여 산출한 상기 비행체의 제1위치정보를 이용하여 상기 비행체의 진행 방향과 속도를 조정하는 자동착륙 고 고도 유도방식을 이용하고,
    상기 비행체가 착륙하는 경우 상기 일정 기준보다 낮은 저 고도 단계에 있으면, 상기 지상 통제 시스템을 이용하여 산출한 상기 비행체의 제2위치정보를 전송받고, 상기 전송받은 제2위치정보를 이용하여 상기 비행체의 진행 방향과 속도를 조정하는 자동착륙 저 고도 유도방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템.
  12. 비행체 자동 이착륙 유도 시스템에 있어서,
    비행체를 촬영하여 비행체 영상을 획득하고, 상기 획득한 비행체 영상을 이용하여 상기 비행체의 제2위치정보를 산출하는 지상 통제 시스템; 및
    상기 비행체에 탑재되고, 지상의 활주로를 촬영하여 활주로 영상을 획득하고, 상기 획득된 활주로 영상을 이용하여 상기 비행체의 제1위치정보를 산출하고, 상기 제1위치정보 또는 상기 지상 통제 시스템으로부터 전송받은 상기 제2위치정보를 이용하여 상기 비행체를 조정하는 비행체 조정 시스템을 포함하고,
    상기 지상 통제 시스템은,
    상기 활주로 상에 구비되어 일정한 대역의 광을 외부로 방출하는 지상 광방출기를 구비한 지상 광방출부;
    상기 활주로 상에 구비되어 상기 활주로 상으로 이착륙하는 상기 비행체를 촬영하는 지상 카메라부;
    상기 지상 카메라부가 촬영한 상기 비행체 영상에서 특정 광 대역의 신호 성분을 가지는 비행체 상 특징점을 탐색하고, 상기 탐색된 비행체 상 특징점의 상기 비행체 영상 내 좌표를 구하고, 상기 좌표 정보를 이용하여 상기 비행체의 제2위치정보를 산출하는 지상 정보처리부; 및
    상기 지상 정보처리부에서 산출된 상기 제2위치정보를 전송하는 통신부를 포함하고,
    상기 지상 정보처리부는 상기 비행체 영상에서 상기 비행체의 외부에 탑재되어 일정한 파장 대역의 광을 외부로 방출하는 비행체 광방출기가 방출하는 광의 대역에 해당하는 광 신호를 인식하여 상기 비행체 광방출기의 위치를 찾고, 상기 비행체 영상 내에서 상기 비행체 광방출기가 위치하는 지점을 상기 비행체 상 특징점으로 정하고, 상기 비행체 상 특징점의 상기 비행체 영상 내 좌표를 상기 지상 카메라부가 촬영한 영상의 좌표계와 상기 활주로 좌표계 간의 공간 좌표 변환 연산을 통하여 변환하여 상기 비행체의 제2위치정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템.
KR1020140128662A 2014-09-25 2014-09-25 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템 KR101537324B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140128662A KR101537324B1 (ko) 2014-09-25 2014-09-25 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140128662A KR101537324B1 (ko) 2014-09-25 2014-09-25 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101537324B1 true KR101537324B1 (ko) 2015-07-16

Family

ID=53884981

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140128662A KR101537324B1 (ko) 2014-09-25 2014-09-25 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101537324B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106371447A (zh) * 2016-10-25 2017-02-01 南京奇蛙智能科技有限公司 一种无人机全天候精准降落的控制方法
KR101786491B1 (ko) * 2015-10-15 2017-11-15 한국항공우주연구원 착륙 보조장치를 이용한 비행체의 자동착륙 시스템
KR102135725B1 (ko) 2019-06-03 2020-07-20 주식회사 한화 자동 착륙 제어 장치 및 이의 동작 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5235513A (en) * 1988-11-02 1993-08-10 Mordekhai Velger Aircraft automatic landing system
KR100985195B1 (ko) * 2010-01-21 2010-10-05 한국항공우주산업 주식회사 영상기반 자동 이착륙 시스템
KR101021799B1 (ko) * 2008-11-12 2011-03-17 주식회사 대한항공 무인항공기 자동회수 유도 제어 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5235513A (en) * 1988-11-02 1993-08-10 Mordekhai Velger Aircraft automatic landing system
KR101021799B1 (ko) * 2008-11-12 2011-03-17 주식회사 대한항공 무인항공기 자동회수 유도 제어 방법
KR100985195B1 (ko) * 2010-01-21 2010-10-05 한국항공우주산업 주식회사 영상기반 자동 이착륙 시스템

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101786491B1 (ko) * 2015-10-15 2017-11-15 한국항공우주연구원 착륙 보조장치를 이용한 비행체의 자동착륙 시스템
CN106371447A (zh) * 2016-10-25 2017-02-01 南京奇蛙智能科技有限公司 一种无人机全天候精准降落的控制方法
KR102135725B1 (ko) 2019-06-03 2020-07-20 주식회사 한화 자동 착륙 제어 장치 및 이의 동작 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104215239B (zh) 基于视觉的无人机自主着陆导引装置实现的导引方法
KR101494654B1 (ko) 무인항공기 착륙유도 방법 및 장치와 착륙제어 방법 및 장치
Marut et al. ArUco markers pose estimation in UAV landing aid system
RU2666479C1 (ru) Способ обеспечения автоматической посадки летательного аппарата
KR101872609B1 (ko) 정밀 착륙 유도 장치 및 방법
WO2018053861A1 (en) Methods and system for vision-based landing
KR100842104B1 (ko) Ａｄｓ―ｂ와 영상정보를 이용한 무인항공기의 자동 착륙유도 제어 방법
US20190197908A1 (en) Methods and systems for improving the precision of autonomous landings by drone aircraft on landing targets
KR20150019771A (ko) 무인 항공기의 착륙 방법 및 시스템
US9733349B1 (en) System for and method of radar data processing for low visibility landing applications
KR101854181B1 (ko) 무인항공기를 이용한 타겟 탐색 시스템
US20160252342A1 (en) System and methods of detecting an intruding object in a relative navigation system
CN111413708A (zh) 基于激光雷达的无人机自主识别着陆选址方法
KR101767648B1 (ko) 한국형 수심측량장비의 데이터 전처리를 위한 데이터 처리 소프트웨어가 탑재된 드론 비행 장치
KR101537324B1 (ko) 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 시스템
Kong et al. A ground-based multi-sensor system for autonomous landing of a fixed wing UAV
CN112119428A (zh) 获取降落位置的方法、设备、无人机、系统及存储介质
KR102349818B1 (ko) 개선된 cnn 기반으로 한 도로 균열 감지 자율 비행 드론
JP2019039867A (ja) 位置測定装置、位置測定方法および位置測定用プログラム
KR101539065B1 (ko) 광방출기를 이용한 영상기반 비행체 자동 이착륙 유도 방법
CN112904895B (zh) 基于图像的飞机引导方法、装置
KR20160089132A (ko) 무인항공기의 주행 중 차량 도킹 장치 및 그 방법
KR102149494B1 (ko) 드론을 이용한 구조물 검사 시스템 및 검사 방법
RU2724908C1 (ru) Способ посадки бвс самолетного типа на взлетно-посадочную полосу с использованием оптических приборов различного диапазона
KR102209882B1 (ko) 비행 드론을 통한 구조물 검사 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180515

Year of fee payment: 4