KR101742126B1 - 고도 측정 제어 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 고도 측정 제어 장치는, 전파고도계 본체 및 안테나가 탑재되어 지형의 고도를 측정하는 전파고도계 측정부, 상기 전파고도계 측정부에서 측정하는 고도의 비교 기준이 되는 기준고도 측정 및 상기 고도측정 장치의 자세 측정을 위한 기준고도 측정부 및 상기 전파고도계 측정부 및 상기 기준고도 측정부에서 수집한 데이터를 고도분석 장치로 전송하고, 상기 고도분석 장치로부터의 제어 명령에 따라 상기 고도 측정 장치의 Roll, Pitch각을 제어하는 제어 및 통신부를 포함부를 포함하며, 실제 지형(Terrain)에 대한 고도의 측정이 가능하다.

Description

고도 측정 제어 장치 및 그 제어 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING MEASURING AN ALTITUDE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 고도 측정 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자파를 이용하여 지형의 고도를 측정하는 전파고도계의 정밀도를 시험하기 위한 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
종래의 전파고도계 센서 정밀도를 시험하기 위한 방법으로는 전파고도계 점검장비의 모의 생성 고도를 이용하는 실내 지연 모의기 시험과, 비행기, 헬기 등과 같은 비행체에 탑재하여 고도측정을 수행하는 비행체 탑재시험 두 가지 방법이 있다.
전파고도계 점검장비를 이용한 실내 지연 모의기 시험은 안테나를 통한 전파의 송수신 대신, 전파고도계 송수신단을 직접 점검장비에 연결하여 점검장비 내부의 지연소자를 통해 전파의 지연시간을 발생시킴으로 고도를 모의한다. 이러한 실내 지연 모의기 시험은 정량적인 고도를 모의할 수 있으나, 안테나 빔폭에 대한 영향, 또는 비행체의 기동에 따른 롤(Roll)이나 피치(Pitch)의 영향을 고려할 수 없는 단점이 있다.
비행기, 헬기 등을 이용한 비행체 탑재시험의 경우 실제 비행 중 안테나를 통한 전파의 송수신으로 고도측정을 수행하므로, 안테나의 빔폭, Roll 이나 Pitch 기동에 대한 고려가 가능하다.
하지만 시험을 수행하기 위해 고가의 비용이 들고, 실시간 시험 데이터 계측에 어려움이 있으며, 한계고도 이하의 고도를 유지하며 비행하기 어렵기 때문에 낮은 고도에 대한 정밀한 측정이 불가능하다. 또한, 지형의 굴곡 등에 따른 탑재 장비의 정확한 기준 고도 산출에 어려움이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실제 지형(Terrain)에 대한 고도의 측정으로, 안테나 빔폭에 따른 측정고도의 상관관계 및 다중경로(Multipath)의 영향 등 다양한 변수를 고려한 고도 측정 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 실제 전파고도계 운용환경과 보다 유사한 환경에서 정밀한 시험을 가능하게 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고도 측정 장치는, 전파고도계 본체 및 안테나가 탑재되어 지형의 고도를 측정하는 전파고도계 측정부, 상기 전파고도계 측정부에서 측정하는 고도의 비교 기준이 되는 기준고도 측정 및 상기 고도측정 장치의 자세 측정을 위한 기준고도 측정부 및 상기 전파고도계 측정부 및 상기 기준고도 측정부에서 수집한 데이터를 고도분석 장치로 전송하고, 상기 고도분석 장치로부터의 제어 명령에 따라 상기 고도 측정 장치의 Roll, Pitch각을 제어하는 제어 및 통신부를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 기준고도 측정부는 상기 전파고도계 측정부의 측정고도와 비교할 수 있는 기준고도를 측정하는 LRF(Laser Range Finder)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기의 기준고도 측정부는 비행체의 기동에 따른 Roll, Pitch 등 비행체의 자세를 측정하는 IMU(Inertial Measurement Unit)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제어 및 통신부는 상기 전파고도계 측정부와 기준고도 측정부에서 수집한 데이터 및 시험 환경에 기반하여 지상의 고도 분석 장치로부터 받은 제어명령을 수행하는 신호처리부,상기 신호처리부에서 수집된 데이터를 지상의 고도 분석 장치로 송신 하고, 상기 고도 분석 장치로부터 제어명령을 수신하여 상기 신호처리부로 전송하는 제1 무선송수신부 및 상기 IMU에서 측정된 Roll, Pitch 변화값에 기반하여 상기 고도측정 장치의 자세를 제어하는 기동 모의부를 포함할 수 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고도 분석 장치는, 고도측정 장치로부터 지형의 측정고도, 기준고도 및 자세정보를 포함하는 측정 데이터를 수신하고, 상기 지형의 고도를 측정하기 위한 제어명령을 상기 고도측정 장치로 송신하는 무선송수신부, 상기 수신된 측정 데이터를 비교하고 평가하는 분석부 및 상기 분석부의 분석 결과를 GUI(Graphic User Interface)를 통해 표시하고, 상기 고도측정 장치로의 제어 명령을 입력하는 입출력부를 포함한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고도 측정 제어 방법은 전파고도계 측정고도 및 상기 고도 측정 장치의 자세정보 측정하는 단계, 전파고도계 및 안테나를 이용하여 지형의 고도를 측정하는 단계, 상기 기준 고도 및 자세 정보, 상기 지형의 측정고도를 고도분석 장치로 전송하는 단계 및 상기 고도분석 장치로부터의 제어 명령에 따라 상기 고도 측정 장치의 자세를 제어하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 고도 측정 제어 방법은 비행체의 기동에 따른 Roll, Pitch 등 비행체의 자세를 측정하는 비행 기동 모의 시험단계를 더 포함하고, 상기 비행 기동 모의 시험단계는, IMU 측정값을 기준으로 Roll 방향으로 특정 각도에 맞게 탑재 플랫폼을 변화시킨 상태로 고도측정을 수행하는 Roll 기동시험 및 IMU 측정값을 기준으로 Pitch 방향으로 특정 각도에 맞게 탑재 플랫폼을 변화시킨 상태로 고도측정을 수행하는 Pitch 기동시험을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 지형의 고도를 측정하는 단계는, 특정 고도에 정지한 상태로 측정하는 정적시험 단계 및 상기 특정 고도를 기준으로 일정 범위의 고도에 대해 고도를 변화시켜 가면서 고도상태를 측정하는 동적시험 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 저가의 비용으로 시험 구성이 가능하며, 점검장비에 의한 모의 고도가 아닌 실제 지형(Terrain)에 대한 고도의 측정으로, 안테나 빔폭에 따른 측정고도의 상관관계 및 다중경로(Multipath)의 영향 등 다양한 변수에 대한 시험이 가능한 효과가 있다.
또한 본 발명은 정적, 동적 시험, Roll, Pitch 기동 모의를 통하여 실제 전파고도계 운용환경과 보다 유사한 환경에서 정밀한 시험을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한 본 발명은 원격 계측을 통해 지상에서 고도 측정 및 분석 결과를 실시간으로 확인하여 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전파고도계 센서 정밀도를 시험하기 위한 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고도측정 장치의 상세 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고도분석 장치의 상세 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 고도 측정 방법의 순서도를 도시한다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
본 발명은 실제 지형(Terrain)에 대한 고도의 측정으로, 안테나 빔폭에 따른 측정고도의 상관관계 및 다중경로(Multipath)의 영향 등 다양한 변수를 고려한 고도 검출 제어 방법을 제공한다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 도 1부터 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전파고도계 센서 정밀도를 시험하기 위한 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 대형의 크레인(100)에 고도측정 장치(200)을 탑재하여 전파고도계 송수신 안테나를 통해 지면 및 해면으로 전자파를 송신하고 반사 신호를 수신하여 고도를 측정하도록 구성하였다. 고도측정 장치(200)에서 측정한 고도 및 기타 측정 데이터는 지상에 위치한 고도분석 장치(300)에서 원격 계측이 가능하고, 고도분석 장치(300)는 고도측정 장치(200)로부터 수신한 데이터를 비교 평가하여 GUI(Graphic User Interface)를 통해 전시하도록 한다. 또한, 고도분석 장치(300)는 사용자로부터 제어명령을 입력받아 고도측정 장치(200)의 제어를 수행한다.
도 2는 본 발명에 따른 고도측정 장치의 상세 구성도이다. 상기 고도측정 장치(200)는 전파고도계 측정부(210), 기준고도 측정부(220), 제어 및 통신부(230)를 포함하여 구성할 수 있다. 이하 구성에 대해 세부적으로 설명한다.
상기 전파고도계 측정부(210)는 전파고도계 본체 및 안테나가 탑재되어 지형의 고도를 측정한다.
상기 전파고도계 측정부(210)는 시험대상물인 전파고도계 본체(211)와 안테나(212)로 구성된다. 상기 전파고도계 본체(211)에서 생성된 전자파는 상기 안테나(212)를 통해 송신되고, 지면 및 해면에서 반사된 전자파는 상기 안테나(212)를 통해 수신되어 상기 전파고도계 본체(211)에서 송수신 신호 간 상관관계를 이용하여 고도로 산출된다.
상기 기준고도 측정부(220)는 상기 전파고도계 측정부(210)에서 측정고도의 비교 기준이 되는 기준고도를 측정한다.
상기 기준고도 측정부(220)는 LRF(Laser Range Finder)(221)와 IMU(Inertial Measurement Unit)(222)로 구성된다.
상기 LRF(221)는 레이저를 이용한 거리측정기로, 시험대상물인 전파고도계 측정고도의 기준고도를 측정한다. 상기 LRF(221)는 고도측정 오차를 검증하기 위해 시험 전 줄자를 이용한 고도 실측을 통해 값을 비교하여 오차가 없음을 확인한다.
상기 IMU(222)는 수직방향으로 부터의 Roll, Pitch를 측정하는 센서로 탑재 플랫폼인 상기 고도측정 장치(200)의 Roll, Pitch 변화를 감지하여 측정값을 상기 제어 및 통신부(230)로 전달한다.
상기 제어 및 통신부(230)는 상기 전파고도계 측정부(210) 및 상기 기준고도 측정부(220)에서 수집한 데이터를 고도분석 장치로 전송하고, 상기 고도분석 장치로부터의 제어 명령에 따라 상기 지형의 고도를 측정하도록 제어한다.
상기 제어 및 통신부(230)는 신호처리부(231), 제1무선송수신부(232) 및 기동 모의부(233)를 포함하여 구성된다.
상기 신호처리부(231)는 상기 전파고도계 측정부(210) 및 상기 기준고도 측정부(220)에서 측정한 데이터 및 시험 환경을 수집하고 상기의 고도분석 장치(300)로부터의 제어 명령을 처리한다.
상기 제1무선송수신부(232)는 상기 수집된 측정 데이터 및 시험 환경을 상기 고도분석 장치(300)로 송신하거나 또는 상기 고도분석 장치(300)로부터 전파고도계 제어명령을 수신하여 신호처리부(231)로 송신한다.
상기 기동 모의부(233)는 상기 IMU(222)의 측정 값을 바탕으로 사용자가 원하는 자세로 상기 고도측정 장치(200)를 제어하여 모의로 비행기동을 수행할 수 있게 하도록 구성된다.
도 3은 본 발명에 따른 고도분석 장치의 상세 구성도이다. 상기 고도분석 장치(300)는 제2무선송수신부(310), 분석부(320), 입출력부(330)을 포함하여 구성된다.
상기 고도분석 장치(300)는 상기의 고도측정 장치(200)에서 측정한 데이터 및 시험환경을 수신하여 이를 표시하고, 외부로부터의 입력을 받아 상기 고도측정 장치의 동작제어 명령을 주는 기능을 수행한다.
상기 제2무선송수신부(310)는 상기 고도측정 장치(200)로부터 지형의 고도 및 기준 고도를 포함하는 측정 데이터를 수신하고, 사용자로부터 받은 상기 지형의 고도를 측정하기 위한 제어명령을 상기 고도측정 장치(200)로 송신한다.
상기 분석부(320)는 고도측정 장치(200)에서 측정한 데이터를 비교하여 기준고도와 측정고도간 고도오차 계산, 측정고도의 유효성 계산을 통한 시험 결과 판정을 수행한다.
상기 입출력부(330)는 상기 분석부(320)의 분석 결과를 GUI(Graphic User Interface)를 통해 표시 또는 출력하고, 사용자로부터 상기 고도측정 장치의 동작 제어명령을 입력받는 기능을 수행한다.
도 4는 본 발명에 따른 고도 측정 방법의 순서도를 도시한다. 상기 고도 측정 방법은 시험장치 설치 단계(S10), 시험수행 단계(S20), 결과분석 단계(S30)를 포함한다. 상기 시험장치 설치 단계(S10) 에서는 대형 크레인에 고도측정 장치(200)를 장착하는 단계(S11), 고도측정 장치(200)와 고도분석 장치(300)간 무선통신상태 점검단계(S12), 그리고 전파고도계 측정고도의 기준고도에 대한 검증단계(S13)로 구성된다.
상기 시험 수행 단계(S20)는 정밀고도 측정시험 단계(S21)와 비행 기동 모의시험 단계(S22)를 포함한다.
상기 정밀고도 측정시험(S21)은 정적시험(S21-1)과 동적시험(S21-2)으로 나뉘는데, 정적시험(S21-1)은 미리 정해놓은 특정 고도에 정지한 상태로 고도측정을 수행하는 시험이고, 동적시험(S21-2)은 특정 고도범위에 대해 고도를 연속적으로 변화시켜 가며 고도상태를 측정하는 시험이다.
상기 비행기동 모의시험 단계(S22)는 Roll 기동 시험(S22-1), Pitch 기동 시험(S22-2)으로 나뉘는데 상기 기준고도 측정부(220)에 장착된 IMU(222)를 이용하여 측정된 Roll, Pitch의 자세정보를 바탕으로 고도측정 장치(200)의 자세를 변경해 가며 수행하는 시험으로, 실제 비행체의 기동에 따른 고도측정능력을 시험하기 위한 시험 방법이다.
여기서, 상기 기준고도 검증 단계(S13), 상기 정밀고도 측정시험 단계(S21)와 상기 비행 기동 모의시험 단계(S22)는 도 2에서 도시된 고도 측정 제어 장치(200)에 의해 수행될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 기준고도 검증 단계(S13)에서, 전파고도계 측정고도의 비교 기준이 되는 기준 고도를 측정한다.
상기 정밀고도 측정시험 단계(S21)에서, 전파고도계 및 안테나를 이용하여 지형의 고도를 측정한다.
상기 비행 기동 모의시험 단계(S22)에서, 비행체의 자세에 따른 지면 및 해면으로부터의 반사 신호의 변화를 추적하여 측정한다. 상기 비행 기동 모의 시험단계(S22)는, IMU 측정값을 기준으로 Roll 방향으로 특정 각도에 맞게 탑재 플랫폼을 변화시킨 상태로 고도측정을 수행하는 Roll 기동시험(S22-1) 및 IMU 측정값을 기준으로 Pitch 방향으로 특정 각도에 맞게 탑재 플랫폼을 변화시킨 상태로 고도측정을 수행하는 Pitch 기동시험(S22-2)을 포함한다.
상기 고도 측정 제어 장치(200)가 고도분석 장치(300)로 상기 기준 고도 및 상기 지형의 고도를 전송하면, 상기 고도분석 장치(300)는 전파고도계 센서 정밀도 시험 결과분석 단계(S30)를 수행한다. 상기 시험 결과분석 단계(S30)는 앞서 시험수행 단계(S20)에서 측정한 기준고도 및 전파고도계 측정고도를 비교, 평가하는 단계(S31)와 GUI를 통한 분석 결과를 표시하는 단계(S32)를 포함한다.
이를 통하여, 본 발명에 따른 고도 측정 제어 장치 및 그 제어방법은, 실제 지형(Terrain)에 대한 고도의 측정으로, 안테나 빔폭에 따른 측정고도의 상관관계 및 다중경로(Multipath)의 영향 등 다양한 변수에 대한 시험이 가능하다.
한편 상기 도 4에 도시된 각 단계들은 하드웨어, 소프트웨어 및 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다.
소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능 뿐만 아니라 각각의 구성 요소들은 별도의 소프트웨어 모듈로도 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 상기 안테나 제어 장치의 메모리에 저장되고, 제어부(controller) 또는 프로세서(processor)에 의해 실행될 수 있다.
본 발명의 범위의 본 명세서에 개시된 실시 예들로 한정되지 아니하고, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허 청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경 또는 개선될 수 있다.

Claims (8)

  1. 고도측정 장치에 있어서,
    전파고도계 본체 및 안테나가 탑재되어 지형의 고도를 측정하는 전파고도계 측정부;
    상기 전파고도계 측정부에서 측정하는 고도의 비교 기준이 되는 기준고도 측정 및 상기 고도측정 장치의 자세 측정을 위한 기준고도 측정부; 및
    상기 전파고도계 측정부 및 상기 기준고도 측정부에서 수집한 데이터를 고도분석 장치로 전송하고, 상기 고도분석 장치로부터의 제어 명령에 따라 상기 고도 측정 장치의 Roll, Pitch각을 제어하는 제어 및 통신부를 포함하고,
    상기의 기준고도 측정부는 비행체의 자세에 따른 지면 및 해면으로부터의 반사 신호의 변화를 추적하여 측정하는 IMU(Inertial Measurement Unit)를 포함하고,
    상기 전파고도계 본체에서 생성된 전자파는 상기 안테나를 통해 송신되고, 지면 및 해면에서 반사된 전자파는 상기 안테나를 통해 수신되어 상기 전파고도계 본체에서 송수신 신호 간 상관관계를 이용하여 고도로 산출되는, 고도측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준고도 측정부는 상기 전파고도계 측정부의 측정고도와 비교할 수 있는 기준고도를 측정하는 LRF(Laser Range Finder)를 포함하는, 고도측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고도측정 장치는 크레인에 탑재되어, 상기 안테나를 통해 지면 및 해면으로 전자파를 송신하고 상기 안테나를 통해 지면 및 해면에서 반사 신호를 수신하여 고도를 측정하도록 구성되는, 고도측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어 및 통신부는
    상기 전파고도계 측정부와 기준고도 측정부에서 수집한 데이터 및 시험 환경에 기반하여 지상의 고도 분석 장치로부터 받은 제어명령을 수행하는 신호처리부;
    상기 신호처리부에서 수집된 데이터를 지상의 고도 분석 장치로 송신 하고, 상기 고도 분석 장치로부터 제어명령을 수신하여 상기 신호처리부로 전송하는 제1 무선송수신부; 및
    상기 IMU에서 측정된 Roll, Pitch 변화값에 기반하여 상기 고도측정 장치의 자세를 제어하는 기동 모의부를 포함하는, 고도측정 장치.
  5. 삭제
  6. 전파고도계 측정고도의 비교 기준이 되는 기준 고도 및 고도 측정 장치의 자세 정보를 측정하는 단계;
    전파고도계 본체 및 안테나를 이용하여 지형의 고도를 측정하는 단계;
    상기 기준 고도 및 자세 정보, 상기 지형의 측정고도를 고도분석 장치로 전송하는 단계;
    비행체의 자세에 따른 지면 및 해면으로부터의 반사 신호의 변화를 추적하여 측정하는 비행 기동 모의 시험단계; 및
    상기 고도분석 장치로부터의 제어 명령에 따라 상기 고도 측정 장치의 자세를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 지형의 고도를 측정하는 단계는,
    상기 전파고도계 본체에서 생성된 전자파를 상기 안테나를 통해 송신하는 단계;
    지면 및 해면에서 반사된 전자파를 상기 안테나를 통해 수신하는 단계; 및
    상기 전파고도계 본체에서 송수신 신호 간 상관관계를 이용하여 상기 지형의 고도를 측정하는 단계를 포함하는, 고도 측정 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 비행 기동 모의 시험단계는,
    IMU 측정값을 기준으로 Roll 방향으로 특정 각도에 맞게 탑재 플랫폼을 변화시킨 상태로 고도측정을 수행하는 Roll 기동시험 및 IMU 측정값을 기준으로 Pitch 방향으로 특정 각도에 맞게 탑재 플랫폼을 변화시킨 상태로 고도측정을 수행하는 Pitch 기동시험을 포함하는, 고도 측정 제어 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 지형의 고도를 측정하는 단계는,
    특정 고도에 정지한 상태로 측정하는 정적시험 단계; 및
    상기 특정 고도를 기준으로 일정 범위의 고도에 대해 고도를 변화시켜 가면서 고도상태를 측정하는 동적시험 단계를 포함하는, 고도 측정 제어 방법.
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