KR101656777B1 - 타칸 정보를 이용한 비행 경로 추종 방법 및 상기 방법을 이용하여 동작하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항공기의 비행경로 추종 방법을 개시하고 있다. 상기 방법은 타칸(TACAN) 데이터 및 항공기 위치 데이터를 수신하는 단계, 상기 타칸 데이터 및 상기 항공기 위치 데이터를 이용하여 현재 항공기의 그라운드 트랙(ground track)과 선택된 비행경로 간의 차이를 계산하고 상기 차이값을 기반으로 상기 비행경로로 복귀시키기 위한 롤 제어명령값(Roll Command)을 계산하는 복수의 알고리즘을 제공하는 단계 및 항공기에서의 상기 타칸 데이터 및 상기 항공기 위치 데이터의 수신 환경에 실시간 대응하여 상기 복수의 알고리즘 중 하나를 선택 적용하는 단계를 포함한다.

Description

타칸 정보를 이용한 비행 경로 추종 방법 및 상기 방법을 이용하여 동작하는 장치{FLIGHT ROUTE TRACKING METHOD BY USING TACAN INFORMATION AND APPARATUS OPERATED BY USING SAID METHOD}

본 발명은 항공기의 비행 경로 추종 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 항공기의 정보 수신 환경에 적응적으로 비행 경로를 추종하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

종래 헬리콥터에서 자동비행경로의 추종은 임무컴퓨터(IMDC: Integrated Mission/Display Computer) 비행운용 프로그램(OFP: Operational Flight Program)에서 소프트웨어로 알고리즘을 구현하였는데, 그 기능은 항법 소스가 비행계획일 때로 한정하였고, VOR의 경우에는 자동 비행 제어 시스템(AFCS : Auto Flight Control System)에서 담당하였다. 소정 헬기에서는 전술항법장치인 타칸(TACAN: Tactical Air Navigation)의 추가 장착에 따라 타칸 신호를 받아 자동비행 경로 추종의 기능이 필요해졌다. 타칸 정보는 군용 항공기의 항법 시스템으로, 항공기에게 지상 스테이션으로부터의 거리 및 각도를 제공한다. 이는 민간 항공기에 동일한 정보를 제공하는 VOR/DME보다 정밀한 시스템이다.

도 1은 수평면에서의 비행경로 추종을 위한 개념을 설명하기 위한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 비행경로 추종문제는 항공기(100)의 위치를 알고 있는 경우와 그렇지 못한 경우로 나누어 생각할 필요가 있다. 특히, 추종하여야 할 비행 궤적(110) 대비 항공기(100)의 진행방향(120)을 비교하여 궤적 오차(CrossTrack Distance)를 계산하여 궤적 오차를 줄이는 방향으로 롤 제어명령 값을 생성하는 방식으로 해결한다.

특히, ILS를 이용한 자동착륙이나 VOR을 사용한 Enroute 항법에서는 스테이션에 대한 항공기(100)의 궤도오차(120)를 각도 오차로 제공해줄 뿐 상대적 위치는 제공되지 않는다. 그러므로 이와 같이 호밍하는 방식에 대해 각도 오차를 피드백하는 자동조종장치를 설계하려고 하면, 루프 이득값이 거리에 반비례하여 증가하게 되며 스테이션에 접근함에 따라 유도루프의 안정성이 상실되는 현상이 발생하는 문제점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해서는 스테이션까지의 거리를 간헐적으로라도 파악하여 루프이득을 적절히 게인(gain) 스케줄링해 주어야 한다. GPS/INS 등으로 항공기의 위치가 지속적으로 산출되는 경우에는 스테이션까지의 거리를 비교적 정확하게 알 수 있으므로, 위치오차를 피드백하는 문제로 바꾸어 게인 스케줄링 문제를 피할 수 있다. 또한 스테이션으로 호밍하지 않고 임의의 비행경로를 추종하는 것도 가능해진다.

타칸(TACAN) 신호를 받아서 자동비행경로를 추종해야 하는 경우, 항공기의 현재위치는 알 수 없는 경우로 생각해야 함에 따라서 GPS/INS의 데이터는 소용 없게 된다. 하지만, 그렇지 않은 경우(TACAN 장비와 GPS/INS가 모두 정상인 경우)도 있을 수 있기 때문에 GPS 데이터를 사용할 수 있는 경우와 그렇지 못한 경우 모두를 고려해야 하는데, 종래에는 이러한 개념의 도입이 없어 효율성이 떨어지는 문제점이 존재한다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 항공기 또는 헬기의 에서 사용되는 타칸 롤 명령(TACAN Roll Command) 알고리즘(자동 비행경로 추종기능)을 설계하고, 설계된 알고리즘을 수신 환경에 적응적으로 사용하는 타칸 정보를 이용한 비행 경로 추종 방법 및 상기 방법을 이용하여 동작하는 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 항공기의 비행경로 추종 방법은 타칸(TACAN) 데이터 및 항공기 위치 데이터를 수신하는 단계, 상기 타칸 데이터 및 상기 항공기 위치 데이터를 이용하여 현재 항공기의 그라운드 트랙(ground track)과 선택된 비행경로 간의 차이를 계산하고 상기 차이값을 기반으로 상기 비행경로로 복귀시키기 위한 롤 제어명령값(Roll Command)을 계산하는 복수의 알고리즘을 제공하는 단계 및 항공기에서의 상기 타칸 데이터 및 상기 항공기 위치 데이터의 수신 환경에 실시간 대응하여 상기 복수의 알고리즘 중 하나를 선택 적용하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 비행경로 추종 방법은 상기 타칸 데이터 및 상기 항공기 위치 데이터가 유효한지 판단하는 수신 데이터 유효성 판단 단계 및 상기 비행경로 추종 방법은 상기 복수의 알고리즘을 통해 계산된 제어명령값이 유효한지 판단하는 제어명령값 유효성 판단 단계를 더 포함하되, 상기 수신 데이터의 유효성 판단 결과에 따라 상기 복수의 알고리즘 중 하나에 대한 선택이 영향을 받고, 상기 제어 명령값의 유효성 판단은 서로 다른 알고리즘에 대해 서로 다른 판단 방법이 적용될 수 있다.

상기 복수의 알고리즘은 우선순위가 부여되어 있고, 상기 수신 환경에 실시간 대응하여 상기 우선순위에 따라 상기 복수의 알고리즘 중 하나가 선택 적용될 수 있다.

상기 복수의 알고리즘은 a) 타칸 방위 정보(TACAN Bearing), 타칸 거리 정보(TACAN Distance), 그라운드 트랙 정보 및 그라운드 속도(ground speed) 정보가 모두 유효한 제 1 수신 환경에서 적용가능한, 타칸 정보와 항공기 위치 데이터를 모두 이용하여 제어명령값을 계산하는 제 1 알고리즘, b) 상기 제 1 수신 환경에서 타칸 거리 정보가 유효하지 않을 경우, 타칸 방위 정보, 그라운드 트랙 정보 및 그라운드 트랙 속도 정보를 이용하여 제어명령값을 계산하는 제 2 알고리즘, c) 상기 제 1 수신 환경에서 항공기 위치 데이터가 유효하지 않을 경우, 순수 타칸 정보만 사용하여 제어명령값을 계산하는 제 3 알고리즘 및 d) 상기 제 1 수신 환경에서, 타칸 정보가 유효하지 않을 경우, 롤 앵글(Roll Angle)과, 선택비행경로와 그라운드 트랙의 차 값을 이용하여 제어명령값을 계산하는 제 4 알고리즘을 포함하되, 상기 제 1 알고리즘, 상기 제 2 알고리즘, 상기 제 3 알고리즘 및 상기 제 4 알고리즘 순서로 우선순위가 부여될 수 있다.

a) 상기 제 1 알고리즘은 타칸 거리의 평균 값과 추종각 변화에 이득값을 적용하여 계산되는 제 1-1 값과, 추종각과 실제비행경로 간의 차이에 이득값을 적용하여 계산되는 제 1-2 값 및 롤(Roll) 변화각에 상기 그라운드 속도 정보에 대응하는 이득값을 적용하여 계산되는 제 1-3 값을 이용하여 제어명령값이 계산되고, b) 상기 제 2 알고리즘은 추종각 변화에 이득값만을 적용하여 계산되는 제 2-1 값과, 추종각과 실제비행경로 간의 차이에 이득값을 적용하여 계산되는 제 2-2 값 및 롤 변화각에 이득값을 적용하여 계산되는 제 2-3 값을 이용하여 제어명령값이 계산되며, c) 상기 제 3 알고리즘은 타칸 거리의 평균 값과 추종각 변화에 이득값만을 적용하여 계산되는 제 3-1 값과, 타칸 정보를 이용하여 항공기 위치로 추정되는 값에 이득값을 적용하여 계산되는 제 3-2 값 및 롤 변화각에 이득값을 적용하여 계산되는 제 3-3 값을 이용하여 제어명령값이 계산되며, d) 상기 제 4 알고리즘은 추종각과 실제비행결로 간의 차이값에 이득값을 적용하여 계산되는 제 4-2 값과 롤 변화각에 이득값을 적용하여 계산되는 제 4-3 값만을 이용하여 제어명령값이 계산될 수 있다.

상기 복수의 알고리즘 중 적어도 하나는 타칸 정보가 신호유실되거나 소정 간격으로 끊어져 수신되는 경우, 타칸 거리 정보에 대한 외삽(extrapolation)을 통해 유효한 데이터를 통한 평균 증감율을 적용하여 유효하지 않은 데이터 부분을 이어주는 연산을 수행할 수 있다.

상기 복수의 알고리즘에서는 소정 시간만큼 최신의 데이터를 소정 계산주기에 따라 평균과 미분의 평균치를 구하고, 최대 저장 공간을 할당받아 입력된 시간 및 샘플링 개수의 곱만큼의 최신데이터를 저장 및 갱신하되, 저장공간의 배열의 인덱스에 따라 순차적으로 저장 및 합계를 구하다가 인덱스의 마지막에서 다신 맨 앞으로 옮겨두고 이전데이터를 합계에서 제외시키고 새로운 값을 저장하는 방식으로 연속 데이터 순환 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 항공기의 비행경로 추종 장치는, 타칸(TACAN) 데이터 및 항공기 위치 데이터를 수신하는 데이터수신부, 상기 타칸 데이터 및 상기 항공기 위치 데이터를 이용하여 현재 항공기의 그라운드 트랙(ground track)과 선택된 비행경로 간의 차이를 계산하고 상기 차이값을 기반으로 상기 비행경로로 복귀시키기 위한 롤 제어명령값(Roll Command)을 계산하는 복수의 알고리즘을 제공하는 알고리즘 저장부 및 항공기에서의 상기 타칸 데이터 및 상기 항공기 위치 데이터의 수신 환경에 실시간 대응하여 상기 복수의 알고리즘 중 하나를 선택 적용하는 알고리즘 적용부를 포함할 수 있다.

상기 복수의 알고리즘은 우선순위가 부여되어 있고, 상기 수신 환경에 실시간 대응하여 상기 우선순위에 따라 상기 복수의 알고리즘 중 하나가 선택 적용될 수 있다.

항공기의 임무컴퓨터의 운영프로그램 내에 상기 알고리즘 적용부가 객체지향 설계원칙을 이용하여 구현될 수 있다.

본 발명의 타칸 정보를 이용한 비행 경로 추종 방법 및 상기 방법을 이용하여 동작하는 장치에 따르면, 객체지향 설계원칙을 살려 비행 경로 추종 방법을 임무컴퓨터(IMDC: Integrated Mission/Display Computer)의 비행운용 프로그램(OFP: Operational Flight Program)에 내장시켜 비용 절감의 효과가 있다.

또한, 자동 비행 중 타칸 및 항공기 위치 정보의 수신 환경에 적응적으로 비행경로 추적을 위한 알고리즘을 선택적용함으로써, 환경에 가장 적합한 경로 추종이 이루어질 수 있어, 경로 추종 효율 및 정확성이 제고되는 효과가 있다.

도 1은 수평면에서의 비행경로 추종을 위한 개념을 설명하기 위한 개념도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타칸 정보를 이용한 비행 경로 추종 방법을 적용한 시스템 및 임무관리 OFP 형상 항목을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 타칸 정보를 이용한 비행 경로 추종 방법의 제어명령값이 적용되는 개념을 설명하기 위한 개념도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 타칸 정보를 이용한 비행 경로 추종 장치를 개략적으로 나타낸 블록도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 타칸 정보를 이용한 비행 경로 추종 장치의 알고리즘 적용부를 구체적으로 나타낸 블록도,
도 6은 제 1 알고리즘 적용 중 타칸 거리 정보가 간헐적으로 유효하지 않는 경우, 적용할 수 있는 외삽법을 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 타칸 정보를 이용한 비행 경로 추종 방법이 객체지향 설계 다이어그램을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 타칸 정보를 이용한 비행 경로 추종 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

먼저, 본 명세서 상에서 항공기는 헬기를 포함하는 일반 명칭으로 사용될 수 있다. 즉, 헬기로 지칭되어 설명되는 내용도, 헬기가 아닌 다른 항공기가 반드시 그 설명되는 부분을 이행할 수 없는 특수한 경우가 아니라면, 항공기에도 적용될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 그 반대의 경우도 마찬가지이다.

비행경로 추종 알고리즘을 적용한 임무컴퓨터 OFP 설계

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타칸 정보를 이용한 비행 경로 추종 방법을 적용한 시스템 및 임무관리 OFP 형상 항목을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 임무컴퓨터 OFP는 주비행 정보 시현 OFP, 통제시현 시스템 OFP, 다기능시현시스템 OFP, 시스템 및 임무관리 OFP의 4개로 구성될 수 있으며, 복수 개의 임무컴퓨터(예컨대, 2대)에 각각 올라갈 수 있다. 상기 복수 개의 임무컴퓨터는 동시 운용 가능하며, 먼저 작동하는 임무컴퓨터가 Primary로, 나중에 작동하는 임무컴퓨터가 Secondary로 작동할 수 있다. 복수 개의 임무컴퓨터 중 하나가 고장나더라도, 다른 하나로 운용이 가능하도록 설계할 수 있다.

시스템 및 임무관리 OFP(SMM OFP: System and Mission Management OFP)는 통신을 담당하는 인터페이스 관리자, 데이터를 담당하는 데이터관리자, 시스템 전반을 담당하는 시스템 관리자, 비행 계획을 담당하는 임무관리자, 각종 서브시스템을 담당하는 서브시스템 관리자 및 항법 및 계산을 담당하는 비행관리자(210)로 구성될 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 타칸(TACAN) 정보를 이용한 자동 항법 기능은 자동항법 기능이 설계되는 비생관리자(210) 항목의 자동비행경로 추종계산기능 컴포넌트(220)에 속할 수 있다.

타칸 정보를 이용한 비행경로추종 방법의 개요

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 타칸 정보를 이용한 비행 경로 추종 방법의 제어명령값이 적용되는 개념을 설명하기 위한 개념도이다.

도 3을 참조하면, 임무컴퓨터(310: MC)는 제어명령값을 계산하기 위해 복수의 입력값(302, 304)을 이용할 수 있다. 먼저, 항공기 위치/자세 정보(302)가 이용될 수 있는데, 항공기 위치/자세 정보(302)는 GPS/INS를 통해 획득되는 항법 정보(위치 정보 포함) 및 AHRS(Attitude and heading reference system)를 통해 획득되는 항공기의 자세 정보를 포함할 수 있다.

또한, 임무컴퓨터(310)는 타칸(TACAN) 장치를 통해 획득되는 타칸 정보(304)를 이용하여 항공기의 롤 제어명령값(ROLL COMMAND)를 산출할 수 있다. 임무컴퓨터(310)는 제어명령값을 게산한 후, AFCS로 계산결과값만을 전달하고, 임무컴퓨터가 비행 조종을 직접 담당하지 않을 수 있다.

특히, 임무컴퓨터(310)에 포함된 알고리즘 적용부(312)에서, 타칸 정보(304)와 항공기 위치/자세 정보(302)를 이용하여 제어명령값을 산출하는 복수 개의 알고리즘(알고리즘#1, 알고리즘#2, 알고리즘#3, 알고리즘#4)을 보유하고 있고, 타칸 정보(304)와 항공기 위치/자세 정보(302)의 수신 상황(유효성 판단을 통해 감지될 수 있음)에 대응하여 상기 복수 개의 알고리즘 중 하나를 적용하여 제어명령값을 산출할 수 있다.

산출된 제어명령값은 APM(320)에 제공될 수 있다. 제공되는 제어명령값은 과도한 롤 명령으로 인한 고도손실을 방지하고, 급격한 기동을 방지하는 목적에서, 최대 롤 명령값(Maximum Roll Command)을 설정하여 이를 넘지 않도록 설계할 수 있다. 이때, 바람직하게는 상기 최대 롤 명령값은 22도로 설정될 수 있다. 또한, 146knots 이하의 속도에선 22도보다 작은 값(0.15xAirspeed)으로 제한할 수 있다.

또한, 입력값의 변화나 항공기 주변환경의 변화로 인한 갑작스런 롤 명령을 줄여주기 위해, 이전값 대비 큰 값이 들어올 경우, 필터를 사용하여 서서히 증가/감소토록 할 수 있다.

또한, 현재 항공기의 진행방향(Ground Track 또는 Heading)이 추종해야 할 경로의 우측 또는 좌측에 있는지 등을 별도의 간단한 계산을 통해 판단할 수 있도록 구성된다.

타칸정보를 이용한 비행경로 추종 장치

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 타칸 정보를 이용한 비행 경로 추종 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 TFL시예에 따른 비행경로 추종 장치는 데이터 수신부(410), 제어명령값 산출부(422), 저장부(430), 비행 제어부(440), 입력부(450), 경로 네비게이터(460) 및 타임스탬프(470)를 포함할 수 있다. 각각의 구성요소는 마이크로 칩 프로세서 또는 소정 전자 소자 또는 소자의 조합으로써 구현될 수 있다.

도 4를 참조하면, 데이터 수신부(410)는 항공기 위치 데이터 및 타칸 정보를 수신할 수 있다. 데이터 수신부(410)는 무선 네트워크를 통해 위성으로부터 수신되는 항공기 위치 데이터 및 스테이션(station)으로부터 수신되는 타칸(TACAN) 정보를 주기적으로 수신할 수 있다. 경우에 따라, 무선 네트워크를 통한 타칸 정보 수신부(미도시)와 위성 신호를 수신하는 GPS 수신부(미도시)는 각각 별개로 구성될 수 있다. 데이터 수신부(410)는 안테나를 포함할 수 있다. 타칸 정보 및 항공기 위치 데이터는 각각 타칸 정보 분석부(미도시) 및 GPS/INS 분석부(미도시)에서 분석되어, 타칸 거리(TACAN Distance) 및 타칸 방위각 정보(TACAN Bearing)과 항공기 위치 데이터로 출력될 수 있다.

제어명령값 산출부(420)는 데이터 수신부(410)를 통해 수신되는 상기 타칸 정보(타칸 거리 정보 및 타칸 방위각 정보를 포함할 수 있음) 및 항공기 위치 데이터를 이용하여 항공기의 롤 각도를 제어할 수 있는 롤 제어명령값(Roll Command)을 산출할 수 있다.

제어명령값 산출부(420)는 제 1 유효성 판단부(422), 알고리즘 적용부(424) 및 제 2 유효성 판단부(426)를 포함할 수 있다. 제 1 유효성 판단부(422)는 수신되는 데이터 값이 유효한지를 판단하는 구성요소이다. 제 1 유효성 판단부(422)는 일정 주기로 수신되는 타칸 정보 및 항공기 위치 정보에 대한 유효성을 판단하는데, 기준을 시간과 변화량으로 잡을 수 있다. 즉, 사용자가 설정한 기준 시간보다 긴 시간 데이터가 수신되지 않는 경우, 해당 정보는 유효하지 않다고 판단할 수 있다. 또는, 타칸 정보에 포함된 거리 및 방위각 정보와 항공기 위치 정보에 포함된 현재 항공기의 위치의 평균값 및 미분값을 이용하여 시간 대비 변화량이 기준 범위를 초과하는 경우, 해당 데이터는 유효하지 않다고 판단할 수 있다. 제 1 유효성 판단부(422)에서 판단된 해당 데이터의 유효성 여부는 알고리즘 적용부(424)에서 복수의 알고리즘 중 하나를 선택하는데 레퍼런스로 활용될 수 있다. 또한, 이렇게 알고리즘에 사용되는 데이터들은 입력된 계산 주기에 따라 미분 및 평균을 구해져서 저장부(430)의 데이터 저장부(432)에 저장된다.

알고리즘 적용부(424)는 저장부(430)의 알고리즘 저장부(432)에 저장된 복수 개의 알고리즘 중 하나를 선택 적용하여 제어명령값을 계산한다. 알고리즘 적용부(424)는 타칸 정보와 항공기 위치 정보 중 적어도 하나를 이용하여 현재 항공기의 그라운드 트랙과 선택된 비행경로 간의 차이를 계산하고 차이값을 기반으로 비행경로로 복귀하기 위한 롤 제어명령값을 산출한다. 이때, 알고리즘은 알고리즘 저장부(432)로부터, 상기 타칸 및 항공기 위치 데이터 중 적어도 하나의 데이터는 제 1 유효성 판단부(422)로부터, 선택된 비행 경로 정보는 선택 비행 경로 저장부(436)로부터 입력받을 수 있다. 제 1 유효성 판단부(422)에서의 유효성 판단에 기반하여, 타칸 및 항공기 위치 데이터가 모두 수신되는 경우, 그중 타칸 데이터 중 일부가 수신되지 않는 경우, 타칸 데이터가 모두 수신되지 않고 순수 항공기 위치 데이터만 수신되는 경우, 타칸 데이터만 수신되는 경우 등 다양한 수신 환경을 예측 설정하고, 설정된 예측 환경에 대응되는 알고리즘의 매칭관계를 설정할 수 있다.

제 2 유효성 판단부(426)는 알고리즘 적용부(424)에서 산출된 제어명령값이 유효한지 판별한다. 제 2 유효성 판단부(426)는 전술한 바와 같이, 최대 계산된 롤 제어명령값이 특정 기준값(예컨대, 22도)을 넘지 않도록 설정하여 기준치의 초과 여부를 통해 유효성을 판별할 수 있다. 해당 제어명령값이 유효하지 않는 경우, 유효하지 않다는 신호를 알고리즘 적용부로 피드백줄 수 있다. 그 경우, 알고리즘 적용부(424)는 다시 다른 알고리즘, 우선순위가 낮은 알고리즘을 적용하여 재차 제어명령값을 계산할 수 있다. 제 2 유효성 판단부(426)는 항공기 속도가 146knots 이하인 경우, 상기 특정 기준값보다 작은 값으로 최대 제어명령값 제한을 설정할 수 있다.

더욱이, 제 2 유효성 판단부(426)는 상륙기동의 경우, 복수의 알고리즘에 서로 다른 필터를 적용할 수 있다. 비행 제어부(440: 예컨대, APM)으로 전송되는 롤 명령값(ROLL CMD) 다음과 같이 계산될 수 있다.

ROLL COM(n) = ROLL CMD(n-1) x (1-CMD_Filter) + U(n) x CMD_Filter

U(n)은 알고리즘 결과값 선택로직에 따라 선택된 값을 사용해야 하며, ROLL CMD(n-1) 결과값이 없거나 계산되지 않은 경우는 0으로 설정한다. CMD_Filter 값은 선택된 알고리즘의 CMD 필터값을 사용해야 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제 2 유효성 판단부(426)는 복수의 알고리즘 중 일부에 대해서, 센서 데이터 외에 다음의 게산 데이터가 정해진 한계를 넘어서는 경우, 유효하지 않다고 판단할 수 있다.

1) F_AVG_dANG_DEV의 절대값이 SET_dANG_DEV_H보다 커진 경우, 알고리즘#1에서 계산된 Roll 명령값은 유효하지 않는 것으로 적용해야 한다.

2) AL1VLD_TIME 이상 동안 F_AVG_dANG_DEV의 절대값이 SET_dANG_DEV_L보다 작아진 경우, 알고리즘#1에서 계산된 Roll 제어명령값은 유효한 것으로 적용해야 한다.

3) F_AVG_dANG_DEV은 아래에 따라 계산되어야 한다. dANG_DEV는 +/-180도 범위로 변환되어 적용되어야 한다.

dANG_DEV = ANG_DEV(n)-ANG_DEV(n-1)

4) ANG_DEV는 아래와 같이 계산되어야 한다. ANG_DEV = CRS - TCN BRG

AVG_dANG_DEV는 DBRG_AVGTIME동안 dANG_DEV를 모두 더한 후 (DBRG_AVGTIME/Cycle_Time)로 나누어준다.

AVG_dANG_DEV=dANG_DEV(n-DBRG_AVGTIME/Cycle_Time)+dANG_DEV(n-DBRG_AVGTIME/Cycle_Time+1)+dANG_DEV(n-DBRG_AVGTIME/Cycle_Time+2)..... +dANG_DEV(n)/(DBRG_AVGTIME/Cycle_Time )

F_AVG_dANG_DEV = F_AVG_dANG_DEV(n-1)(1-DBRG_Filter) + AVG_dANG_DEV(n) DBRG_Filter

여기서, 사용되는 각각의 변수는 다음과 같이 정의할 수 있다.

저장부(430)는 알고리즘 저장부(432), 데이터 저장부(434) 및 선택 비행경로 저장부(436)를 포함할 수 있다. 알고리즘 저장부(432)는 수신환경에 대응하는 복수의 알고리즘을 저장할 수 있다. 특정 수신 환경과 적용되는 알고리즘 간에는 매핑관계가 성립할 수 있다. 또한, 복수 개의 알고리즘 간의 우선순위 정보를 저장한다. 따라서, 복수 개의 알고리즘에 의한 복수 개의 제어명령값이 유효할 수 있는 소정 환경에서, 우선순위가 높은 제어명령값을 사용한다.

데이터 저장부(434)는 수신되는 데이터, 수신 데이터의 미분 및 평균값, 제어명령값, 제어명령값의 미분 및 평균값을 저장하고 있다. 이러한 데이터는 알고리즘으로의 적용 또는 유효성 판단에 사용될 수 있다. 알고리즘에 사용되는 데이터들은 데이터 저장부(434)에 저장될 때, CDU 엔지니어링 페이지를 통해 입력된 계산주기에 따라 미분 및 평균이 구해져서 저장되고, 최대지속시간인 1000초와 최대 계산주기인 25Hz로 인해 각 데이터별로 최대 저장개수는 최대지속시간 및 최대계산주기의 곱인 25000개까지 가능하다. 이러한 속성의 데이터가 타칸 거리 계산식에서 총 3개, 각도 변화량에서 총 4개, 합 4개의 저장공간에 저장 및 계산을 수행할 수 있다. 계산 주기는 25Hz, 12Hz, 6Hz, 3Hz, 1Hz로 달라질 수 있음에 따라 최대저장개수는 실시간으로 가변 운용될 수 있다. 또한, 저장된 데이터의 평균값을 산출할 수 있다. 저장 공간을 위하여는 배열을 할당하고, 배열의 인덱스에 따라 순차적으로 데이터를 저장 및 합계를 구할 수 있다. 이러다가, 인덱스의 마지막에 다다르면, 다시 맨압으로 인덱스를 옮게 두고, 이전데이터를 합계에서 제외하고 새로운 값을 저장함과 동시에 합계에 추가시킬 수 있다.

선택 비행경로 저장부(436)는 경로 네비게이터(460)를 통해 계산된 경로와 관련된 경로의 좌표, 타겟지점까지의 거리 등등 경로 관련 정보를 저장한다. 저장된 경로는 알고리즘 적용부(424)에서 선택 비행 경로와 현재 위치에서의 궤적 오차를 산출하고, 비행 경로로의 복귀를 위한 제어명령값 계산에 사용될 수 있다.

입력부(450)는 사용자 입력을 받는 구성요소이다. 입력부(450)는 MFD(Multifunctional Display), 터치 스크린, 키보드, HOTAS 등을 포함할 수 있다. 경로 네비게이터(460)는 사용자 입력을 통해 목표 지점 좌표를 통해 적어도 하나의 비행 경로를 제공한다. 이때, 사용자 입력을 통해 사용자가 원하는 선택 비행 경로가 확정되고, 이를 선택 비행경로 저장부(436)에 저장한다.

타임스탬프(470)는 일정 주기별 데이터 수신 및 계산 주기에 따른 연산을 위한 시간 값을 각각의 구성요소에 제공할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 타칸 정보를 이용한 비행 경로 추종 장치의 알고리즘 적용부를 구체적으로 나타낸 블록도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 알고리즘 적용부(500)는 미분값 산출부(510), 평균값 산출부(520), PSI 산출부(530) 및 알고리즘 산출부(540)를 포함할 수 있다.

미분값 산출부(510), 평균값 산출부(520) 및 PSI 산출부(530)는 연산 로직으로 알고리즘 적용부(500)의 외부에 존재할 수도 있다. 왜냐하면, 수신 데이터의 미분값 및 평균값뿐만 아니라, 롤 제어명령값의 미분 및 평균 값이 제 2 유효성 판단부 등에서도 사용될 수 있기 때문이다.

미분값 산출부(510) 및 평균값 산출부(520)는 수신되는 정보의 계산주기별 미분값 및 평균값을 산출한다. 또한, 알고리즘을 통해 계산되어 출력되는 제어명령값의 미분 및 평균값도 계산주기에 따라 산출할 수 있다.

PSI 계산부(530)는 PSI 값을 산출하는 구성요소이다. PSI는 선택된 비행 경로(CRS: course)와 현재의 그라운드 트랙(GTR)로 계산된다. 단위는 +/-180 도(deg)이다. 그라운드 트랙이 비행 경로로부터 시계방향에 위치하면, 부호(sign)는 +1이고, 반시계방향이면, -1의 값을 가질 수 있다. 만약 GTR-CRS < pi 이면, Psi = sign*GTR-CRS이고, 그렇지 않으면, Psi = sign*(360-GTR-CRS)로 계산될 수 있다. 이와 유사하게 PHI 각도를 산출할 수 있다.

산출되는 각각의 PSI, PHI, 수신 데이터의 미분 및 평균 값은 알고리즘 산출부(540)에 포함된 제 1 내지 제 4 알고리즘(542, 544, 546, 548)에서 사용될 수 있다.

수신 환경과 각각의 알고리즘(542, 544, 546, 548) 간의 대응관계는 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 타칸 제어명령값 산출(TACAN Roll Command) 알고리즘은 4개의 알고리즘(542, 544, 546, 548)을 포함한다. 제 1 알고리즘(542)는 타칸(TACAN) 정보(방위, 거리 정보를 포함할 수 있음)에 GPS 정보(그라운드 트랙(Ground Track), 그라운드 속도(Ground Speed))로 보완하는 알고리즘으로, 타칸 및 GPS 정보가 모두 유효할 때 사용한다.

제 1 알고리즘(542)에서 타칸 거리 정보(TACAN Distance)가 불안전할 경우를 대비한 알고리즘이 제 2 알고리즘(544)이다. 또한, 제 1 알고리즘(542)에서 GPS 정보가 사용불가시를 대비한, 순수 TACAN 정보만 사용하는 알고리즘은 제 3 알고리즘(546)이다. 또한, 제 1 알고리즘(542)에서 타칸(TACAN) 정보가 모두 사용불가시 임시활용가능한 알고리즘이 제 4 알고리즘(548)이며, 각각의 알고리즘은 실시간 계산되고, 알고리즘 제어 클래스에서 우선순위에 따라 선택하여 사용한다.

종래 방식의 추종해야 할 경로와 현재의 궤적오차(도 1 참조) 대신에 본 발명의 타칸 정보를 이용하여 제어명령값 산출 방법에서는 추종해야할 경로(각)와 현재 항공기의 진행방향(각)간의 차이가 늘어나는지 줄어드는지 추세를 살펴보고 이를 제 1 내지 제 3 알고리즘(542, 544, 546)에서 공통적으로 입력값 또는 유효성 확인 여부에 사용한다. 추종해야할 경로와 현재항공기 위치에서 받는 타칸(TACAN) 방위각 간의 차이를 계산하고, 이 각변화의 추세를 미분으로 구한 후, 갑작스럽게 증가/감소가 이루어져 원치 않는 입력을 생성하게 될 경우를 사전에 방지하고자 High Limit(설정값)을 넘어서는 경우, 해당 알고리즘을 유효하지 않은 것으로 판단하도록 할 수 있다. 또한, 재설정된 Low Limit 이내로 일정시간 이상 들어온 경우에 유효한 것으로 판단할 수 있다.

타칸 장비가 측정하는 거리는 지상 타칸 스테이션에서 현재 공중의 항공기까지의 거리임에 따라서 2차원 평면상의 거리가 아닌 사선거리(Slant Range)이다. 따라서, 본 발명의 복수의 알고리즘에서는 2차원 평면상의 거리로 변환하여 사용한다.

각각의 알고리즘 수식의 기본 구성은 아래 수식과 같다.

U = -[U1+U2+U3]

알고리즘에 따라서 U1, U2, U3의 상세 수식은 서로 다르고, 제 4 알고리즘(548)의 경우는 U2과 U3만 반영한다. U1의 경우 거리의 평균값과 추종각변화에 이득값을 적용하거나(제 1 알고리즘 및 제 3 알고리즘), 추종각 변화에 이득값만을 적용하기도 한다(제 2 알고리즘). U2의 경우에는 추종각과 실제 비행경로간의 차이에 이득값을 적용하거나(제 1 및 제 2 알고리즘), 항공기 위치(타칸(TACAN) 방위각, 거리)로 추정되는 값에 이득값을 적용(제 3 알고리즘)하기도 한다. U3는 Roll변화각에 이득값을 고려하는데, 제 1 알고리즘에서만 그라운드 속도(Ground Speed)에 따라 이득값이 다르게 적용되도록 구성한다.

이를 보다 상세하게 살펴보면, 다음과 같다.

먼저, 제 1 알고리즘(542)의 경우, 타칸 정보만 사용할 경우의 문제점을 보완하기 위해 GPS 데이터를 추가로 사용한다. 제 1 알고리즘(542)에서는 타칸 방위각(TCN BRG: TACAN BEARING), 타칸 거리 정보, 그라운드 트랙 정보, 그라운드 속도 정보, ALT, PHI가 유효할 때, 하기의 수식에 따라 계산되는 알고리즘이다.

ANG_DEV = CRS - TCN BRG

AVG_ANG_DEV=sin(ANG_DEV(n-CTRL1_BRG_AVGTIME/Cycle_Time))+sin(ANG_DEV(n-CTRL1_BRG_AVGTIME/Cycle_Time+1))+sin(ANG_DEV(n-CTRL1_BRG_AVGTIME/Cycle_Time+2))..... +sin(ANG_DEV(n))/( CTRL1_BRG_AVGTIME/Cycle_Time )

F_AVG_ANG_DEV=F_AVG_ANG_DEV(n-1)(1-CTRL1_BRG_Filter)+AVG_ANG_DEV(n) CTRL1_BRG_Filter

DIST = SQRT(TCN_DIST^2-(ALT-CTRL_ALT)^2)

AVG_DIST=DIST(n-CLTR1_DIST_AVGTIME/0.04))+DIST(n-CTRL1_DIST_AVGTIME/0.04+1))+DIST(n-CTRL1_DIST_AVGTIME/0.04+2))..... +DIST(n)/(CTRL1_DIST_AVGTIME/0.04)

A= CTRL1_XTK F_AVG_ANG_DEVAVG_DIST,

U1는 아래에 따라 설정된다.

만약 |A|< CTRL1_XTK_sat 일 경우, U1=A

만약 0<A 이고, A>=CTRL1_ XTK _sat 일 경우, U1=CTRL1_ XTK _sat

만약 A<0 이고, |A|>=CTRL1_ XTK _sat 일 경우, U1= -CTRL1_ XTK _sat

U2 = CTRL1_PSI PSI

U3= (CTRL1_DCLGSPD+CTRL1_CNST) PHI

U= - (U1+U2+U3)

단, 제 1 알고리즘(542)의 결과값(U)이 유효한 조건에서, 타칸 거리 정보(TCN Distance)만 유효하지 않는 경우 다음과 같은 처리가 가능하다.

도 6은 제 1 알고리즘 적용 중 타칸 거리 정보가 간헐적으로 유효하지 않는 경우, 적용할 수 있는 외삽법을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 타칸(TACAN) 장비로부터 들어오는 거리인 타칸 거리 정보(TACAN Distance)가 신호유실될 경우나 신호가 간헐적으로 끊어져 들어오는 경우를 대비하여 알고리즘에서 자체적으로 타칸 거리 정보(TACAN Distance)에 대한 extrapolation(외삽법)의 개념을 도입한다. 즉, 거리가 유효한 동안의 구간(610-1, 610-2)의 평균증감율을 계산해둔 후, 거리가 유효하지 않을시의 구간 또는 유효성 비트가 간헐적으로 끊기는 구간(620)의 값을 부드럽게 이어주기 위해서 일정시간 동안 인위적으로 유효성 예측을 수행한다. 즉, CTRL1_DSTTIME 동안, 타칸 거리(TCN Distance)는 아래와 같이 계산되어 적용되어야 하고, 제 1 알고리즘(542) 결과값(U)은 유효한 것으로 판단해야 한다. CTRL1_DSTTIME 내에 타칸 거리(TCN DIST)가 유효해질 경우, 수신된 정보를 사용해야 한다.

1) TCN DIST가 CTRL1_DSTTIME을 초과하여 유효하지 않는 경우, TCN DIST는 유효하지 않는 것으로 판단해야 한다.

TCN DIST (n) = TCN DIST (n-1) + AVG_dDIST0.04

dDIST =(TCN DIST(n) - TCN DIST(n-1)) 0.04

AVG_dDIST = (dDIST(n-CTRL1_DSTTIME/0.04) + dDIST(n- CTRL1_DSTTIME/0.04+1)....+dDIST(n))(CTRL1_DSTTIME0.04))

위의 계산식을 통해, 간헐적 데이터 끊김 구간(620)의 타칸 거리 정보를 외삽법을 통해 유추할 수 있다.

다시 도 5로 돌아가서, 제 2 알고리즘(544)은 제 1 알고리즘(542)의 수신 환경에서 타칸 거리 정보만 유효하지 않을 경우에 사용되는 알고리즘으로, 타칸 방위각(TCN BRG) 정보, 그라운드 트랙 및 그라운드 속도 정보, AHRS Roll Angle가 유효할 때, 하기의 수식에 따라 계산되는 알고리즘이다.

ANG_DEV = CRS - TCN BRG

AVG_ANG_DEV=sin(ANG_DEV(n-CLTR2_BRG_AVGTIME/Cycle_Time))+sin(ANG_DEV(n-CTRL2_BRG_AVGTIME/Cycle_Time+1))+sin(ANG_DEV(n-CTRL2_BRG_AVGTIME/Cycle_Time+2))..... +sin(ANG_DEV(n))/( CTRL2_BRG_AVGTIME/Cycle_Time )

F_AVG_ANG_DEV = F_AVG_ANG_DEV(n-1)(1-CTRL2_BRG_Filter) + AVG_ANG_DEV(n) CTRL2_BRG_Filter

A= CTRL2_BRG F_AVG_ANG_DEV

U1는 아래에 따라 설정된다.

만약 |A|< CTRL2_BRG_sat 일 경우, U1=A

만약 0<A 이고, A>=CTRL2_BRG_sat 일 경우, U1=CTRL2_BRG_sat

만약 A<0 이고, |A|>=CTRL2_BRG_sat 일 경우, U1= -CTRL2_BRG_sat

U2 = CTRL2_PSI PSI

U3=CTRL2_PHI PHI

U= - (U1+U2+U3)

제 3 알고리즘(546)은 제 1 알고리즘(542)의 수신 환경에서 GPS 정보가 사용불가할 때, 순수 타칸 기본 정보만을 사용한 알고리즘으로, 타칸 방위각(TCN BRG) 정보, 타칸 거리정보(TCN DIST), AHRS Roll Angle 및 AHRS ALT가 유효할 때, 하기의 수식에 따라 계산되는 알고리즘이다.

ANG_DEV = CRS - TCN BRG

AVG_ANG_DEV=sin(ANG_DEV(n-CLTR3_BRG_AVGTIME/Cycle_Time))+sin(ANG_DEV(n-CTRL3_BRG_AVGTIME/Cycle_Time+1))+sin(ANG_DEV(n-CTRL3_BRG_AVGTIME/Cycle_Time+2))..... +sin(ANG_DEV(n))/( CTRL3_BRG_AVGTIME/Cycle_Time )

F_AVG_ANG_DEV=F_AVG_ANG_DEV(n-1)(1-CTRL3_BRG_Filter)+AVG_ANG_DEV(n) CTRL3_BRG_Filter

DIST = SQRT(TCN_DIST^2-(ALT-CTRL_ALT)^2)

AVG_DIST=DIST(n-CLTR3_DIST_AVGTIME/Cycle_Time))+DIST(n-CTRL3_DIST_AVGTIME/Cycle_Time+1))+DIST(n-CTRL3_DIST_AVGTIME/Cycle_Time+2))..... +DIST(n)/(CTRL3_DIST_AVGTIME/Cycle_Time )

A= CTRL3_XTK F_AVG_ANG_DEVAVG_DIST

만약 |A|< CTRL3_XTK_sat 일 경우, U1=A

만약 0<A 이고, A>=CTRL3_ XTK _sat 일 경우, U1=CTRL3_ XTK _sat

만약 A<0 이고, |A|>=CTRL3_ XTK _sat 일 경우, U1= -CTRL3_ XTK _sat

F_AVG_dANG_DEV = F_AVG_dANG_DEV(n-1)(1-CTRL3_DBRG_Filter) + AVG_dANG_DEV(n) CTRL3_DBRG_Filter

DXTK=CTRL3_DXTK(F_AVG_dANG_DEV(n-1)AVG_DIST(n-1)-F_AVG_dANG_DEV(n)AVG_DIST(n))/Cycle Time

F_DXTK= F_DXTK(n-1)(1-CTRL3_DXTK_Filter) +DXTK(n) CTRL3_DXTK_Filter

U2 = F_DXTK

U3 = CTRL3_PHI PHI

U= - (U1+U2+U3)

마지막으로, 제 4 알고리즘(548)은 제 1 알고리즘(542)의 수신 환경에서 타칸 장비 정보가 모두 유효하지 않을 경우, Roll Angle과 PSI만을 이용하여 일시적으로 사용되는 목적으로 활용할 수 있는 알고리즘으로, 그라운드 트랙 정보, AHRS Roll Angle이 유효할 때, 하기의 수식에 따라 계산되는 알고리즘이다.

U= - (U1+U2)

U1 = CTRL4_PSI PSI

U2 = CTRL4_PHI PHI

4개의 알고리즘 모두가 다 유효할 경우에는 제 1 번 알고리즘(542)을 사용하고, 번호 순서대로 유효성을 확인하여 상위의 알고리즘이 유효하지 않는 경우 자동으로 하위의 알고리즘으로 넘어가며, 이 경우에도 필터를 적용하여 부드럽게 명령이 나갈 수 있도록 할 수 있다. 다만, 알고리즘이 다시 역순으로 유효해지는 경우에는 유효해진 상위의 알고리즘을 바로 사용하지 않고, 일정 시간 경과를 지켜본 후 지속적으로 유효한 경우에만 상위의 알고리즘으로 거슬러 올라갈 수 있도록 구성할 수 있다.

이를 보다 상세히 설명하면, 알고리즘 결과값(Roll 제어명령값) 적용부(500)에서의 알고리즘 선택 및 APM으로의 전송은 다음과 같은 조건으로 이루어진다.

1) 각 알고리즘은 조건에 따라 즉시 선택 가능하도록, 신호원의 데이터가 유효한 경우 항상 계산이 수행되어야 한다.

2) 제 1 알고리즘 내지 제 4 알고리즘 중 유효한 결과값(Roll 제어명령값)을 APM에 전송해야 하며, 알고리즘 결과 값이 중복으로 유효한 경우, 다음의 우선순위에 따라 Roll 제어명령값을 선택하여 APM에 전송해야 한다.

제 1 알고리즘 > 제 2 알고리즘 > 제 3 알고리즘 > 제 4 알고리즘

3) 현재 선택된 알고리즘 결과가 유효하지 않는 경우, 유효한 알고리즘 중 우선순위가 높은 알고리즘의 결과값을 사용해야 한다.

4) 단, 현재 선택된 알고리즘보다 높은 우선순위의 알고리즘의 결과값이 ALG_CHGTIME 이상 동안 유효한 경우, 우선순위가 높은 알고리즘을 사용해야 한다.

5) TACAN 자동비행 수행 중, 제 4 알고리즘 이외의 알고리즘 결과값이 INVALID_TIME 이상 동안 유효하지 않을 경우, 제어명령값(ROLL CMD)을 유효하지 않는 것으로 APM으로 전달해야 한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 타칸 정보를 이용한 비행 경로 추종 방법이 객체지향 설계 다이어그램을 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 타칸 정보 이용 제어명령값 산출 알고리즘은 총 4개로 구성되어, 각각 외부 레퍼런스로 이용될 수 있으며, 롤 제어명령값 산출을 위한 입력값 클래스, 4개의 알고리즘 클래스, 각도의 변화량(미분값) 산출 클래스, 평균 데이터 클래스, 알고리즘 제어 클래스 및 타칸 거리 유추 클래스가 도시되어 있으며, 이를 통합 제어하는 것은 임무컴퓨터의 SMM(시스템/임무 관리) 블록으로 구성할 수 있다.

타칸정보를 이용한 비행경로 추종 방법

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 타칸 정보를 이용한 비행 경로 추종 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.

도 8을 참조하면, 비행경로 추종 장치는 항공기 위치 데이터 및 타칸 정보를 수신할 수 있다(S810). 비행경로 추종 장치는 무선 네트워크를 통해 위성으로부터 수신되는 항공기 위치 데이터 및 스테이션(station)으로부터 수신되는 타칸(TACAN) 정보를 주기적으로 수신할 수 있다. 경우에 따라, 무선 네트워크를 통한 타칸 정보 수신부(미도시)와 위성 신호를 수신하는 GPS 수신부(미도시)는 각각 별개로 구성될 수 있다. 비행경로 추종 장치는 안테나를 포함할 수 있다. 타칸 정보 및 항공기 위치 데이터는 분석되어, 타칸 거리(TACAN Distance) 및 타칸 방위각 정보(TACAN Bearing)과 항공기 위치 데이터로 출력될 수 있다.

비행경로 추종 장치는 상기 수신 단계(S810)에서 수신된 타칸 데이터 및 항공기 위치 데이터를 이용하여 현재 항공기의 그라운드 트랙(ground track)과 선택된 비행경로 간의 차이를 계산하고 차이값을 기반으로 비행경로로 복귀시키기 위한 제어명령값을 계산하는 복수의 알고리즘을 제공한다(S820). 각각의 알고리즘에 대한 설명은 도 4 및 6을 참조할 수 있다.

그리고는, 비행경로 추종 장치는 수신 단계(S810)에서 수신되는 상기 타칸 정보(타칸 거리 정보 및 타칸 방위각 정보를 포함할 수 있음) 및 항공기 위치 데이터를 이용하여 항공기의 롤 각도를 제어할 수 있도록, 수신 상황에 맞는 적절한 알고리즘을 선택 적용한다(S830).

비행경로 추종 장치는, 먼저, 수신되는 데이터 값이 유효한지를 판단한다. 비행경로 추종 장치는 일정 주기로 수신되는 타칸 정보 및 항공기 위치 정보에 대한 유효성을 판단하는데, 기준을 시간과 변화량으로 잡을 수 있다. 즉, 사용자가 설정한 기준 시간보다 긴 시간 데이터가 수신되지 않는 경우, 해당 정보는 유효하지 않다고 판단할 수 있다.

또는, 타칸 정보에 포함된 거리 및 방위각 정보와 항공기 위치 정보에 포함된 현재 항공기의 위치의 평균값 및 미분값을 이용하여 시간 대비 변화량이 기준 범위를 초과하는 경우, 해당 데이터는 유효하지 않다고 판단할 수 있다. 유효성 여부는 복수의 알고리즘 중 하나를 선택하는데 레퍼런스로 활용될 수 있다. 또한, 이렇게 알고리즘에 사용되는 데이터들은 입력된 계산 주기에 따라 미분 및 평균을 구해져서 저장부(미도시)에 저장된다.

비행경로 추종장치는 유효성 판단에 기반하여, 타칸 및 항공기 위치 데이터가 모두 수신되는 경우, 그중 타칸 데이터 중 일부가 수신되지 않는 경우, 타칸 데이터가 모두 수신되지 않고 순수 항공기 위치 데이터만 수신되는 경우, 타칸 데이터만 수신되는 경우 등 다양한 수신 환경을 예측 설정하고, 설정된 예측 환경에 대응되는 알고리즘의 매칭관계를 설정할 수 있다.

비행경로 추종 장치는 복수 개의 알고리즘 중 하나를 선택 적용하여 제어명령값을 생성한다(S840). 비행경로 추종 장치는 타칸 정보와 항공기 위치 정보 중 적어도 하나를 이용하여 현재 항공기의 그라운드 트랙과 선택된 비행경로 간의 차이를 계산하고 차이값을 기반으로 비행경로로 복귀하기 위한 롤 제어명령값을 산출한다.

비행경로 추종 장치는 산출된 제어명령값이 유효한지 판별한다. 비행경로 추종 장치는 전술한 바와 같이, 최대 계산된 롤 제어명령값이 특정 기준값(예컨대, 22도)을 넘지 않도록 설정하여 기준치의 초과 여부를 통해 유효성을 판별할 수 있다. 해당 제어명령값이 유효하지 않는 경우, 유효하지 않다는 신호를 알고리즘 적용부로 피드백줄 수 있다. 그 경우, 비행경로 추종 장치는 다시 다른 알고리즘, 우선순위가 낮은 알고리즘을 적용하여 재차 제어명령값을 계산할 수 있다. 비행경로 추종 장치는는 항공기 속도가 146knots 이하인 경우, 상기 특정 기준값보다 작은값으로 최대 제어명령값 제한을 설정할 수 있다.

더욱이, 비행경로 추종 장치는 상륙기동의 경우, 복수의 알고리즘에 서로 다른 필터를 적용할 수 있다.

이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

1. 항공기의 비행경로 추종 방법에 있어서,
   타칸(TACAN) 데이터 및 항공기 위치 데이터를 수신하는 단계;
   상기 타칸 데이터 및 상기 항공기 위치 데이터를 이용하여 현재 항공기의 그라운드 트랙(ground track)과 선택된 비행경로 간의 차이를 계산하고 차이값을 기반으로 상기 비행경로로 복귀시키기 위한 롤 제어명령값(Roll Command)을 계산하는 복수의 알고리즘을 제공하는 단계; 및
   항공기에서의 상기 타칸 데이터 및 상기 항공기 위치 데이터의 수신 환경에 실시간 대응하여 상기 복수의 알고리즘 중 하나를 선택 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기의 비행 경로 추종 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 타칸 데이터 및 상기 항공기 위치 데이터가 유효한지 판단하는 수신 데이터 유효성 판단 단계; 및
   상기 복수의 알고리즘을 통해 계산된 제어명령값이 유효한지 판단하는 제어명령값 유효성 판단 단계를 더 포함하되,
   상기 수신 데이터의 유효성 판단 결과에 따라 상기 복수의 알고리즘 중 하나에 대한 선택이 영향을 받고,
   상기 제어 명령값의 유효성 판단은 서로 다른 알고리즘에 대해 서로 다른 판단 방법이 적용되는 것을 특징으로 하는 항공기의 비행 경로 추종 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 알고리즘은 우선순위가 부여되어 있고, 상기 수신 환경에 실시간 대응하여 상기 우선순위에 따라 상기 복수의 알고리즘 중 하나가 선택 적용되는 것을 특징으로 하는 항공기의 비행 경로 추종 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 알고리즘은
   a) 타칸 방위 정보(TACAN Bearing), 타칸 거리 정보(TACAN Distance), 그라운드 트랙 정보 및 그라운드 속도(ground speed) 정보가 모두 유효한 제 1 수신 환경에서 적용가능한, 타칸 정보와 항공기 위치 데이터를 모두 이용하여 제어명령값을 계산하는 제 1 알고리즘;
   b) 상기 제 1 수신 환경에서 타칸 거리 정보가 유효하지 않을 경우, 타칸 방위 정보, 그라운드 트랙 정보 및 그라운드 트랙 속도 정보를 이용하여 제어명령값을 계산하는 제 2 알고리즘;
   c) 상기 제 1 수신 환경에서 항공기 위치 데이터가 유효하지 않을 경우, 순수 타칸 정보만 사용하여 제어명령값을 계산하는 제 3 알고리즘; 및
   d) 상기 제 1 수신 환경에서, 타칸 정보가 유효하지 않을 경우, 롤 앵글(Roll Angle)과, 선택비행경로와 그라운드 트랙의 차 값을 이용하여 제어명령값을 계산하는 제 4 알고리즘을 포함하되,
   상기 제 1 알고리즘, 상기 제 2 알고리즘, 상기 제 3 알고리즘 및 상기 제 4 알고리즘 순서로 우선순위가 부여되는 것을 특징으로 하는 항공기의 비행 경로 추종 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   a) 상기 제 1 알고리즘은 타칸 거리의 평균 값과 추종각 변화에 이득값을 적용하여 계산되는 제 1-1 값과, 추종각과 실제비행경로 간의 차이에 이득값을 적용하여 계산되는 제 1-2 값 및 롤(Roll) 변화각에 상기 그라운드 속도 정보에 대응하는 이득값을 적용하여 계산되는 제 1-3 값을 이용하여 제어명령값이 계산되고,
   b) 상기 제 2 알고리즘은 추종각 변화에 이득값만을 적용하여 계산되는 제 2-1 값과, 추종각과 실제비행경로 간의 차이에 이득값을 적용하여 계산되는 제 2-2 값 및 롤 변화각에 이득값을 적용하여 계산되는 제 2-3 값을 이용하여 제어명령값이 계산되며,
   c) 상기 제 3 알고리즘은 타칸 거리의 평균 값과 추종각 변화에 이득값만을 적용하여 계산되는 제 3-1 값과, 타칸 정보를 이용하여 항공기 위치로 추정되는 값에 이득값을 적용하여 계산되는 제 3-2 값 및 롤 변화각에 이득값을 적용하여 계산되는 제 3-3 값을 이용하여 제어명령값이 계산되며,
   d) 상기 제 4 알고리즘은 추종각과 실제비행결로 간의 차이값에 이득값을 적용하여 계산되는 제 4-2 값과 롤 변화각에 이득값을 적용하여 계산되는 제 4-3 값만을 이용하여 제어명령값이 계산되는 것을 특징으로 하는 항공기의 비행 경로 추종 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 알고리즘 중 적어도 하나는 타칸 정보가 신호유실되거나 소정 간격으로 끊어져 수신되는 경우, 타칸 거리 정보에 대한 외삽(extrapolation)을 통해 유효한 데이터를 통한 평균 증감율을 적용하여 유효하지 않은 데이터 부분을 이어주는 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 항공기의 비행 경로 추종 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 알고리즘에서는 소정 시간만큼 최신의 데이터를 소정 계산주기에 따라 평균과 미분의 평균치를 구하고,
   최대 저장 공간을 할당받아 입력된 시간 및 샘플링 개수의 곱만큼의 최신데이터를 저장 및 갱신하되,
   저장공간의 배열의 인덱스에 따라 순차적으로 저장 및 합계를 구하다가 인덱스의 마지막에서 다신 맨 앞으로 옮겨두고 이전데이터를 합계에서 제외시키고 새로운 값을 저장하는 방식으로 연속 데이터 순환 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기의 비행 경로 추종 방법.
8. 항공기의 비행경로 추종 장치에 있어서,
   타칸(TACAN) 데이터 및 항공기 위치 데이터를 수신하는 데이터수신부;
   상기 타칸 데이터 및 상기 항공기 위치 데이터를 이용하여 현재 항공기의 그라운드 트랙(ground track)과 선택된 비행경로 간의 차이를 계산하고 차이값을 기반으로 상기 비행경로로 복귀시키기 위한 롤 제어명령값(Roll Command)을 계산하는 복수의 알고리즘을 제공하는 알고리즘 저장부; 및
   항공기에서의 상기 타칸 데이터 및 상기 항공기 위치 데이터의 수신 환경에 실시간 대응하여 상기 복수의 알고리즘 중 하나를 선택 적용하는 알고리즘 적용부를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기의 비행 경로 추종 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 복수의 알고리즘은 우선순위가 부여되어 있고, 상기 수신 환경에 실시간 대응하여 상기 우선순위에 따라 상기 복수의 알고리즘 중 하나가 선택 적용되는 것을 특징으로 하는 항공기의 비행 경로 추종 장치.
10. 제 8 항에 있어서,
    항공기의 임무컴퓨터의 운영프로그램 내에 상기 알고리즘 적용부가 객체지향 설계원칙을 이용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 항곡기의 비행경로 추종 장치.
    

Images