KR101846227B1 - 조종통제 데이터링크를 이용한 영상정보용 데이터링크 공중 중계링크에서 무인기 간 안테나 추적 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 영상정보용 데이터링크의 공중 중계를 위한 무인기 간의 영상정보용 데이터링크의 안테나 추적 방법은, 조종통제 데이터링크를 통해 송신, 수신되는 무인기의 상태정보 중 무인기의 위치정보를 선택적으로 대향 무인기로부터 수신하는 단계; 및 상기 대향 무인기의 위치정보를 이용하여 영상정보용 데이터링크의 안테나 방향을 대향 무인기 위치로 추적하는 단계를 포함하고, 무인기와 지상장비가 1 대 1로 구성되어 무인기 간에 위치정보를 교환할 수 없어서 공중 중계링크 구성 시 대향 무인기 간에 안테나를 추적할 수 없는 문제를 해결할 수 있다.

Description

조종통제 데이터링크를 이용한 영상정보용 데이터링크 공중 중계링크에서 무인기 간 안테나 추적 방법 {Antenna tracking method between pilotless aircraft in realy link of datalink for video information using datalink for operation control}

본 발명은 조종통제 데이터링크를 이용한 영상정보용 데이터링크 공중 중계링크에서 무인기 간 안테나 추적 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 감시정찰 무인기체계의 영상 및 신호탐지 센서가 획득한 영상(image) 데이터와 신호(intelligence) 데이터를 장거리에 떨어진 지상 통신장비에 송신하는 영상정보용 데이터링크 통신시스템에 관한 것이다.

영상정보용 데이터링크는 감시정찰 비행체가 찍은 영상 데이터를 수십 ~ 수백km의 장거리에 떨어진 지상 통신장비로 송신하는 무선 통신시스템으로 최근에는 무인기를 이용한 영상정보용 데이터링크의 소요가 급격히 증가하고 있다.

감시정찰 무인기체계는 무인기의 안정적인 운용을 위해 높은 수준의 통신 신뢰도가 필요하며 일부 규모가 작은 소형의 무인기를 제외한 대부분 무인기체계는 도 1과 같이 구성될 수 있다. 도 1은 본 발명과 관련하여, 영상정보용 데이터링크(CDL)과 조종통제 데이터링크(C2 DL)의 이중화된 통신 시스템이 구축된 무인 정찰 시스템을 도시한다.

도 1을 참조하면, 감시정찰 무인기체계에서 영상정보용 데이터링크(CDL: Common Data Link)는 감시정찰 임무에 맞는 대용량의 영상정보를 장거리에 떨어진 지상장비로 전송하기 위한 링크로 대용량의 데이터를 전송하기 위해 넓은 주파수 대역을 확보하기 용이한 수 GHz 이상의 높은 주파수 대역에서 운용된다. 높은 주파수 대역에서 장거리에 걸쳐 무선 링크를 연결하기 위해서 CDL은 무인기 및 지상장비에 이득이 높은 안테나를 운용하며 이로 인해 무인기의 이동에 따라 서로 안테나의 방향을 일치시켜야 한다.

감시정찰 무인기체계에서 조종통제 데이터링크(C2 DL: Command and Control Data Link)는 지상장비에서 무인기를 조종하고 무인기의 상태를 통제하기 위한 제어/상태정보를 송, 수신하는 무선링크다. 제어/상태정보와 함께 대용량의 영상정보를 전송하는 CDL과는 달리 C2 DL은 무인기 조종, 통제에 필요한 최소한의 제어/상태를 송신하며 UHF 대역 이하의 낮은 주파수 대역에서 안테나의 상호 추적이 필요하지 않는 무지향성 안테나를 운용한다.

도 2는 본 발명과 관련하여, 무인기와 지상장비가 1 대 1로 연결되는 감시정찰 무인기체계의 무선링크 구성을 나타낸다. 도 3은 본 발명과 관련하여, 무인기 내부의 무선링크 구성을 세부적으로 나타내고, 도 4는 본 발명과 관련하여, 지상장비 내부의 무선링크 구성을 세부적으로 나타낸다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, C2 DL은 별도의 안테나 제어가 필요하지 않으나 이득이 높은 대신 빔 폭이 좁은 CDL의 경우에는 무인기의 이동에 따라 무인기와 지상장비 안테나 간에 상호 안테나 추적이 필요하며 무인기는 미리 입력된 지상장비 방향으로 안테나를 지향하며 지상장비는 무인기가 송신한 신호의 전력이 가장 크게 수신되는 방향으로 안테나를 지향한다.

보다 구체적으로는 먼저 무인기의 데이터링크 제어기가 미리 입력된 지상장비의 위치 정보와 실시간으로 변하는 무인기 자체 위치정보를 이용하여 무인기의 CDL 안테나를 지상장비 방향으로 지향한 상태로 전파를 송신한다. 위치가 실시간으로 변하는 무인기를 추적해야 하는 지상장비는 CDL 안테나 제어기에서 지상장비 안테나의 방향(방위각, 앙각)을 변경하면서 무인기의 CDL 안테나가 지상장비 방향으로 송신한 전파가 최대로 수신되는 지점으로 지상장비 CDL 안테나의 빔 중심을 제어하는 신호전력 기반의 방법을 사용하며 모노펄스 추적이 대표적인 방법이다.

한편, 도 5는 본 발명과 관련하여, 복수의 무인기와 복수의 지상 장비 간의 통신 연결 상태를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 감시정찰체계는 무인기마다 지정된 지상장비와 1 대 1로 연결되며 무인기 간에는 별도로 CDL 및 C2 DL 링크를 구성하지 않았다. 물리 계층에서는 별도의 주파수 대역을 할당하며 네트워크 계층에서는 네트워크 구조가 없거나 네트워크 구조가 있는 경우에도 목적지 주소가 지상장비로 고정 할당되어 운용되었다.

무인기를 이용한 CDL의 공중 중계링크는 최근 전파 가시선이 차단되는 지형에서 전파 가시선을 확보하거나 통신거리를 확장하는 수단으로 필요성이 점차 증가되고 있다. 이를 위해 기존 무인기와 지상장비 간의 1 대 1의 고정적인 CDL에 IP를 도입하여 무인기 간 데이터 중계가 가능한 기술을 개발하고 있다. 그러나 무인기 간에 IP 네트워크를 구성하기 위해서는 먼저 고속으로 이동하고 있는 무인기 간에 물리적인 채널이 무선으로 연결되어야 하고 이를 위해서는 무인기 간에 CDL 안테나가 상호 지향하고 있어야 한다.

그러나 지상장비의 위치가 변하지 않는 무인기-지상장비 간의 CDL 안테나 지향과는 달리 상대 위치가 실시간으로 변하는 무인기-무인기 간의 CDL 안테나 지향은 대향 무인기의 위치정보가 반드시 필요하다. 기존의 감시정찰 무인기체계에서도 무인기 위치정보는 무인기 상태정보 생성기에서 생성되나 이 무인기 위치정보는 해당 무인기를 제어하는 지상장비에서만 수신할 수 있다.

도 5를 참조하여 설명하면 먼저 CDL의 경우에는 무인기의 CDL 안테나가 지상장비 CDL 안테나 방향으로만 신호를 전파하므로 대향 무인기와 중계 링크를 구성하기 위해서는 별도의 추가적인 CDL 안테나가 필요하다.

C2 DL의 경우에는 C2 DL 안테나가 방사한 전파가 전체 방향으로 방사되므로 대향 무인기의 C2 DL 안테나에서 수신할 수 있다. 그러나, 도 5와 같이 무인기 별로 C2 DL 주파수가 분리되어 있기 때문에 C2 DL #1과 C2 DL #2는 C2 DL 송수신기에서 수신할 수 없다. 또한, 기존 무인기와 지상장비 간의 1 대 1 고정적인 구조에서 C2 DL은 네트워크 계층이 없거나 네트워크 계층이 있더라도 무인기에서 생성된 제어/상태정보의 목적지 주소가 지상장비로 고정 할당되기 때문에 C2 DL을 이용하여 대향 무인기 간에 위치정보를 교환할 수 없다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 조종통제 데이터링크를 이용한 영상정보용 데이터링크 공중 중계링크에서 무인기 간 안테나 추적 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 고속으로 이동하는 무인기 간에 CDL 공중 중계링크를 구성하기 위해서 대향 무인기 간에 CDL 안테나를 상호 지향해야 하고 이를 위해서는 대향 무인기의 위치정보 교환하는 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 전방향성 안테나를 이용하는 감시정찰 무인기체계의 C2 DL을 이용하여 대향 무인기의 위치정보를 교환하고 이를 이용하여 CDL 공중 중계를 구성하기 위한 대향 무인기 간 CDL 안테나를 추적하는 방법을 제안한다.

또한, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 구체적으로 기존 감시정찰 무인기체계 C2 DL의 무인기 별 주파수 할당 구조, 무인기 상태정보가 지상장비로만 전달되는 구조를 본 발명의 목적에 맞도록 변경한다. 또한, C2 DL을 통해 교환된 대향 무인기의 위치정보를 이용하여 CDL 안테나를 제어하는 구조를 제안한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른, 영상정보용 데이터링크의 공중 중계를 위한 무인기 간의 영상정보용 데이터링크의 안테나 추적 방법은, 조종통제 데이터링크를 통해 송신, 수신되는 무인기의 상태정보 중 무인기의 위치정보를 선택적으로 대향 무인기로부터 수신하는 단계; 및 상기 대향 무인기의 위치정보를 이용하여 영상정보용 데이터링크의 안테나 방향을 대향 무인기 위치로 추적하는 단계를 포함하고, 무인기와 지상장비가 1 대 1로 구성되어 무인기 간에 위치정보를 교환할 수 없어서 공중 중계링크 구성 시 대향 무인기 간에 안테나를 추적할 수 없는 문제를 해결할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 조종통제 데이터링크를 통해 데이터를 송수신하는 조종통제 데이터링크 송수신기는 무인기 제어정보와 무인기 상태정보를 송신 및 수신하고, 상기 조종통제 데이터링크 송수신기는 주파수 대역 별로 별도의 조종통제 데이터링크 송수신기를 사용하지 않기 위해 지상장비, 상기 무인기와 상기 대향 무인기가 단일 주파수 대역에서 송신 시간이 겹치지 않도록 송신 시간을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 조종통제 데이터링크 송수신기는, 단일 주파수 대역에서 송신 시간이 겹치지 않도록 무인기 및 지상장비의 조종통제 데이터링크의 송신 시간을 결정하는 조종통제 데이터링크 송신 타이밍 제어기가 송신 시간으로 결정한 타이밍에만 무인기 상태정보와 무인기 제어정보를 송신하는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 조종통제 데이터링크 송수신기와 연결된 무인기 위치정보 제어기는, 무인기 상태정보 생성기에서 생성되어 데이터링크 제어기를 통해 송신되는 무인기 상태정보가 포함된 IP 패킷을 분석하는 단계; 상기 IP 패킷의 내용이 무인기 위치정보인 경우 IP 패킷의 목적지 주소를 멀티캐스트 주소로 변경하는 단계; 및 상기 IP 패킷의 내용이 위치정보가 아닌 경우에는 IP 패킷의 목적지 주소를 변경하지 않도록 제어하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 무인기 위치정보 제어기는, 상기 조종통제 데이터링크 송수신기로부터 수신한 IP 패킷의 목적지 주소가 멀티캐스트 주소인 경우에는 해당 IP 패킷을 데이터링크 제어기에 제공한 후 해당 IP 패킷을 분석하여 해당 IP 패킷으로부터 대향 무인기의 위치정보를 수신하고, 대향 무인기와 영상정보용 데이터링크를 구성하는 영상정보용 데이터링크 안테나 제어기에 대향 무인기의 위치정보를 제공하고, 상기 IP 패킷의 목적지 주소가 지상장비인 경우에는 해당 IP 패킷을 데이터링크 제어기에 제공하는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 무인기에 탑재되는 영상정보용 데이터링크 안테나 제어기는 지상장비와 영상정보용 데이터링크를 구성할 경우에는 데이터링크 제어기로부터 영상정보용 데이터링크 송수신기를 통해 제공받은 지상장비의 위치정보와 해당 무인기의 위치정보를 이용하여 지상장비 방향으로 영상정보용 데이터링크 안테나를 추적하고, 대향되는 무인기와 영상정보용 데이터링크를 구성할 경우에는 무인기 위치정보 제어기로부터 제공받은 대향 무인기의 위치정보와 해당 무인기의 위치정보를 이용하여 대향 무인기 방향으로 영상정보용 데이터링크 안테나를 추적하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 의한 영상정보용 데이터링크의 안테나 추적 방법은 기존의 무인기와 지상장비가 1 대 1로 구성되어 무인기 간에 위치정보를 교환할 수 없어서 공중 중계링크 구성 시 대향 무인기 간에 안테나를 추적할 수 없는 문제를 해결할 수 있다.

본 발명에 의한 공중 중계링크 구성 시에 영상정보용 데이터링크의 안테나 추적 방법은 조종통제 데이터링크 부분에 C2 DL 송신 타이밍 제어기와 무인기 위치정보 제어기를 추가함으로써, 기존 무인기체계에 이미 구현되어 있는 무인기 상태정보 생성기를 변경하지 않고도 공중 중계링크 네트워크 구조에서 무인기 간에 위치정보를 교환할 수 있게 하며 이를 통해 대향되는 무인기 간에 영상정보용 데이터링크의 안테나를 상호 추적할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명과 관련하여, 영상정보용 데이터링크(CDL)과 조종통제 데이터링크(C2 DL)의 이중화된 통신 시스템이 구축된 무인 정찰 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명과 관련하여, 무인기와 지상장비가 1 대 1로 연결되는 감시정찰 무인기체계의 무선링크 구성을 나타낸다.
도 3은 본 발명과 관련하여, 무인기 내부의 무선링크 구성을 세부적으로 나타내고, 도 4는 본 발명과 관련하여, 지상장비 내부의 무선링크 구성을 세부적으로 나타낸다.
도 5는 본 발명과 관련하여, 복수의 무인기와 복수의 지상 장비 간의 통신 연결 상태를 도시한다.
도 6은 CDL과 C2 DL가 구성되는 공중 중계링크에서 필요한 데이터링크 운용을 개념적으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 지상 장비와 복수의 무인기들 간의 시간 슬롯에 따라 교환하는 정보의 일 예시를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인기의 세부 구성을 도시하고, 도 9는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무인기의 세부 구성을 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 조종통제 데이터링크에서 대향 무인기의 위치를 송신하기 위한 무인기 위치정보 제어기의 동작 개념도를 도시하고, 도 11은 본 발명에 따른 조종통제 데이터링크에서 대향 무인기의 위치를 수신하기 위한 무인기 위치정보 제어기의 동작 개념도를 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 여러 가지 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 기술범위에 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 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 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.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.

제1, 제2등의 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 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈", "블록" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

전술된 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 영상정보용 데이터링크의 공중 중계링크에서 무인기 간에 안테나를 추적하는 방법은 무지향성 안테나를 사용하여 별도의 안테나 추적이 필요하지 않는 조종통제 데이터링크를 이용하여 대향 무인기의 위치정보를 교환하는 것에 특징이 있다.

이를 위해 본 발명에서는 기존 무인기와 지상장비가 1대 1로만 구성되는 조종통제 데이터링크를 공중 중계링크에서 대향 무인기 간에 위치정보를 송신, 수신할 수 있는 구조로 변경하는 것을 제안한다.

이와 관련하여, 도 6은 CDL과 C2 DL가 구성되는 공중 중계링크에서 필요한 데이터링크 운용을 개념적으로 나타낸 것이다. 도 1과 도 5의 무인기와 지상장비 간의 1 대 1 링크 구성과는 달리 공중 중계링크에서는 하나의 지상장비가 두 대의 무인기(중계 및 임무)를 동시에 제어해야 한다. 이 때 지상장비에 연결된 외부 장비인 무인기 제어정보 생성기가 생성한 무인기 제어정보는 CDL과 C2 DL을 통해 무인기(중계)와 무인기(임무)에 전송된다. 무인기(중계)는 지상장비가 송신한 무인기 제어정보를 수신하여 목적지 주소(IP)가 무인기(중계)인 무인기 제어정보는 무인기(중계)의 데이터링크 제어기를 통해 외부 장비인 제어정보 수신기로 전달한다. 반면 목적지 주소(IP)가 무인기(임무)인 무인기 제어정보는 무인기(중계)의 데이터링크 제어기에서 경로를 재지정(라우팅)하여 CDL과 C2 DL을 통해 무인기(임무)로 송신하여 무인기(임무)의 외부 장비인 무인기 제어정보 수신기로 전달되도록 한다.

무인기 상태정보인 경우에는 무인기 제어정보와는 반대로 무인기(중계)와 무인기(임무)에서 생성하여 지상장비로 송신한다. 무인기(임무)의 데이터링크 제어기는 외부 장비인 무인기 상태정보 생성기가 목적지 주소를 지상장비로 지정하여 생성한 무인기 상태정보를 CDL과 C2 DL을 통해 무인기(중계)로 송신한다. 무인기(중계)는 무인기(임무)로부터 CDL과 C2 DL을 통해 수신한 무인기(임무)의 상태정보를 수신하는데 이 때 무인기(중계)의 데이터링크 제어기는 수신한 무인기(임무)의 상태정보가 지상장비임을 확인하고 지상장비로 경로를 재지정하여 CDL과 C2 DL을 통해 지상장비로 송신하며 이와 동시에 임무기(중계)의 무인기 상태정보 생성기가 생성한 임무기(중계)의 무인기 상태정보도 지상장비로 함께 송신하여 지상장비에 연결된 외부 장비인 무인기 상태정보 수신기로 전달되도록 한다.

무인기(임무)가 촬영한 영상정보는 CDL 송수신기를 통해 CDL을 통해서만 무인기(중계)로 송신되며 무인기(중계)는 무인기(임무)로부터 수신한 영상정보와 무인기(중계)에서 자체적으로 촬영한 영상정보(만약 자체적으로 촬영한 영상정보가 없다면 이 과정은 생략한다.)를 CDL 송수신기를 통해 지상장비로 송신한다. 지상장비는 CDL 송수신기를 통해 수신한 무인기(임무) 및 무인기(중계)의 영상정보가 전시될 수 있도록 외부 장비인 영상 수신기로 전달한다.

도 6은 공중 중계링크 구성과 운용 방법을 개념적으로 설명한 것이다. 이때 지상장비와 무인기(중계)의 CDL 및 C2 DL 구간은 기존의 무인기와 지상장비가 1 대 1로 연결되는 구성과 운용 방법을 동일하게 적용할 수 있다.

반면 공중 중계링크 구간에서 무인기(중계)와 무인기(임무)의 CDL 및 C2 DL 구간에 대한 구성과 운용 방법은 별도로 개발되어야 하며 특히 고속으로 이동하는 대향 무인기 간에 이득이 높고 빔 폭이 좁은 CDL 안테나를 상호 추적하기 위한 방법이 필요하다.

본 발명에서는 CDL이 공중에서 중계하는 링크를 구성할 때 고속으로 이동하는 대향 무인기 간에 CDL 안테나를 상호 추적하는 방법을 제안한다. 이를 위해 본 발명에서는 전 방향으로 전파를 방사하여 별도의 안테나 추적이 필요하지 않은 C2 DL을 이용하여 대향 무인기의 위치정보를 상호 교환한다. 무인기는 해당 무인기에 포함된 장비의 상태정보를 주기적으로 발생하여 CDL과 C2 DL을 통해 지상장비로 전송하는데 이 상태정보 중에는 무인기의 위치정보가 포함되어 있다.

안테나가 지향하고 있는 특정 방향으로만 전파를 방사하는 CDL과는 달리 C2 DL은 방위각(가로 방향의 0도 ~ 360도 방향)으로는 전파가 방사되는 이득이 동일하고 앙각(세로 방향의 ?90도 ~ +90도 방향)으로도 이득의 차이가 있으나 대부분의 각도로 전파가 방사되는 전 방향성(Omni) 안테나를 사용한다. 따라서 무인기의 C2 DL 안테나가 방사하는 전파는 별도의 안테나 추적 없이도 지상장비뿐만 아니라 공중 중계를 구성하는 대향의 무인기에서도 수신이 가능하다.

그러나 기존 무인기와 지상장비가 1 대 1로 구성되는 C2 DL를 그대로 이용할 경우 대향 무인기가 송신하는 전파를 해당 무인기의 C2 DL 안테나에 수신만 가능할 뿐 C2 DL에 포함된 대향 무인기의 위치정보를 수신할 수는 없다.

본 발명에서는 기존 무인기와 지상장비가 1 대 1로 연결되는 구조를 C2 DL이 공중 중계가 가능한 구조로 변경하고 이를 위해 다중접속제어(Media Access Control) 및 네트워크 계층에서 변경이 필요한 부분을 제안한다.

먼저 본 발명에 따른 공중 중계링크 구조에서 다중접속제어는 기존 무인기와 지상장비가 1 대 1로 연결되는 구조에서 무인기마다 별도 주파수가 필요한 구조를 공중 중계링크 구조에 포함된 무인기(임무), 무인기(중계), 지상장비가 동일한 주파수 대역에서 운용되고 각 C2 DL 송수신기가 신호를 송신하는 타이밍을 달리하여 송신하는 구조로 변경한다.

먼저 도 3의 감시정찰 무인기체계의 데이터링크 세부 구성도에서 무인기의 C2 DL 송수신기는 대향하는 지상장비의 C2 DL 송수신기가 송신한 아날로그 신호를 수신하고, 통신방식에 맞게 복조(Demodulation)하여 지상장비의 무인기 제어정보 신호를 복원하여 데이터링크 제어기를 통해 무인기 제어정보 수신기에 전달한다. 또한 동시에 무인기 상태정보 생성기가 만들어 데이터링크 제어기를 통해 받은 무인기 상태정보를 무선채널에 전송이 가능한 형태로 변조(Modulation)하여 C2 DL 안테나에 전달한다.

이 때 기존의 무인기와 지상장비가 1 대 1로 연결되는 구조에서는 도 5와 같이 무인기 #1 - 지상장비 #11 간의 C2 DL과 무인기 #2 - 지상장비 #2 간의 C2 DL은 별도의 주파수 대역에서 주파수 분할 다중접속(FDMA: Frequency Division Multiple Access)으로 운용된다. 이때 1 대 1로 연결된 무인기와 지상장비 간에 송신과 수신을 나누는 이중화(Duplex)는 주파수 분할 이중화(FDD: Frequency Division Duplex), 시간 분할 이중화(TDD: Time Division Duplex)로도 운용되며 본 발명에서 설명하려고 하는 무인기(임무), 무인기(중계), 지상장비가 송신 시간을 결정하여 C2 DL 신호를 송신하는 것과는 다른 개념이다.

도 5와 같이 무인기 #1 - 지상장비 #1 간의 C2 DL과 무인기 #2 - 지상장비 #2 간의 C2 DL은 서로 다른 주파수 대역을 운용한다. 이로 인해 무인기 #1과 무인기 #2의 C2 DL 안테나에서 방사된 신호가 서로의 C2 DL 안테나로 수신되더라도 무인기 #1에 탑재된 C2 DL 송수신기는 무인기 #2가 송신한 C2 DL 신호를 수신할 수 없다.

공중 중계링크에서 무인기 간 CDL 안테나가 상호 추적하기 위한 본 발명에서 대향 무인기의 위치정보를 C2 DL을 통해 수신하기 위해서는 무인기(임무), 무인기(중계) 및 지상장비의 C2 DL 송수신기가 동일한 주파수를 사용해야 하며 만약 기존과 같이 무인기마다 별도의 주파수 대역을 운용할 경우에는 이를 수신하기 위해 주파수 대역의 수만큼 C2 DL 송수신기가 필요하다.

도 6과 같은 공중 중계링크 구조에서 무인기(임무), 무인기(중계) 및 지상장비마다 하나의 C2 DL 송수신기로 C2 DL을 운용하기 위해서는 무인기(임무), 무인기(중계) 및 지상장비가 동일한 주파수 대역에서 운용되어야 하며 무인기(임무), 무인기(중계) 및 지상장비가 시간을 분할하여 도 7과 같은 방법으로 무인기 제어정보와 무인기 상태정보를 송, 수신할 수 있도록 한다. 즉, 도 7은 본 발명에 따른 지상 장비와 복수의 무인기들 간의 시간 슬롯에 따라 교환하는 정보의 일 예시를 도시한다.

도 7과 같은 운용 절차에 따라 도 8과 도 9의 본 발명에 따른 무인기의 데이터링크 제어기는 무인기 제어정보의 수신과 무인기 상태정보 송신 여부를 C2 DL 송신 타이밍 결정기에 제공한다. 이와 관련하여, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인기의 세부 구성을 도시하고, 도 9는 본 발명에 다른 실시예에 따른 무인기의 세부 구성을 도시한다. 이와 관련하여, 도 8은 지상 장비와 통신을 수행하는 무인기에 관한것이고, 도 9은 다른 무인기와의 통신과 지상 장비와의 통신을 수행하는 무인기에 관한것이다.

도 8을 참조하면, 상기 무인기(100)는 CDL 추적 안테나 (110), CDL 안테나 제어기(115), CDL 송수신기(120), C2 DL 안테나(130) 및 C2 DL 송수신기(140)를 포함한다. 또한, 상기 무인기(100)는 데이터 링크 제어기(150), C2 DL 송신 타이밍 제어기(160) 및 무인기 위치정보 제어기(170)를 더 포함한다. 또한, 외부 장비에 해당하는 엔티티는 점선으로 표시되었으며, 이와 관련하여, 영상 생성기(310), 무인기 상태정보 생성기(320), 무인기 제어정보 수신기(330)가 상기 무인기(100)와 데이터를 송신/수신한다.

도 9를 참조하면, 상기 무인기(200)는 CDL 추적 안테나 (210), CDL 안테나 제어기(215), CDL 송수신기(220), C2 DL 안테나(230) 및 C2 DL 송수신기(240)를 포함한다. 이와 관련하여, 상기 CDL 추적 안테나 (210), CDL 안테나 제어기(215), CDL 송수신기(220)는 무인기(임무) 추적을 위한 상기 CDL 추적 안테나 (210), CDL 안테나 제어기(215), CDL 송수신기(220) 이외에 지상 장비 추적을 위한 DL 추적 안테나 (210'), CDL 안테나 제어기(215'), CDL 송수신기(220')를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 지상 장비(200)는 데이터 링크 제어기(250), C2 DL 송신 타이밍 제어기(260) 및 무인기 위치정보 제어기(270)를 더 포함한다. 또한, 외부 장비에 해당하는 엔티티는 점선으로 표시되었으며, 이와 관련하여, 영상 생성기(310), 무인기 상태정보 생성기(320), 무인기 제어정보 수신기(330)가 상기 무인기(200)와 데이터를 송신/수신한다.

예를 들어, 도 7 내지 도 9를 참조하여, 상기 무인기(100, 200)의 구체적인 동작을 살펴보면 다음과 같다. 상기 무인기(100, 200)의 상기 데이터링크 제어기(150, 250)는 지상장비로부터 무인기 제어정보(임무)를 수신하게 되면 이를 C2 DL 송신 타이밍 결정기(160, 260)로 제공한다. 다음으로, 상기 C2 DL 송신 타이밍 결정기(160, 260)는 다음 시간에 무인기 제어정보(임무)를 시간 #3을 이용하도록 송신 타이밍을 결정하여 상기 C2 DL 송수신기(140, 240)에 제공한다. 상기와 같은 송신 타이밍을 결정하는 운용 절차에 따라 C2 DL 공중중계에서는 기존의 시간분할 다중접속 방식과는 달리 별도의 시간 기준(Reference)이 필요하지 않다.

본 발명에 따른 공중 중계링크 구조에서 C2 DL을 이용하여 대향 무인기의 위치정보를 교환하기 위해서는 기존 무인기와 지상장비가 1 대 1로 연결되는 네트워크 구조를 변경해야 한다.

기존 1 대 1 연결 구조에서는 무인기의 모든 상태정보는 지상장비로만 전송된다. C2 DL에 네트워크 IP 구조가 없는 경우도 있으며 만약 네트워크 IP가 있는 경우에도 목적지 IP가 지상장비로 지정되어 있기 때문에 대향 무인기가 송신한 무인기 상태정보를 수신할 수 없다. 이는 전 방향성 안테나를 사용하여 전파를 수신하고 도 7과 같은 지상장비 주관의 시간분할 다중접속으로 C2 DL 송수신기가 디지털 신호를 수신할 수 있더라도 네트워크 계층에서 수신한 해당 IP 패킷이 폐기되기 때문이다. 따라서 공중 중계링크에서 대향 무인기의 상태정보를 수신하기 위해서는 네트워크 계층에서 목적지 주소를 지상장비만이 아니라 대향 무인기에서도 수신이 가능하도록 변경이 필요하다.

그러나 감시정찰 무인기체계에는 많은 종류의 무인기 제어정보와 무인기 상태정보가 유통되지만 CDL의 공중 중계링크를 구성하기 위해 대향 무인기 간에 필요한 정보는 전체 무인기 상태정보 중에서 무인기 위치정보만이 필요하다.

구체적으로는 전체 무인기 상태정보 중에서 무인기의 위치정보는 대향 무인기와 지상장비가 모두 수신이 가능하게 네트워크 주소를 멀티캐스트 주소가 필요하고 무인기 위치정보를 제외한 나머지 무인기 상태정보는 지상장비를 목적지 주소로 한다. 이를 위해 본 발명에서는 무인기 상태정보 생성기가 지상장비를 목적지 주소로 설정하여 생성한 무인기 상태정보를 분석하고 무인기의 위치정보 가부에 따라 해당 IP 패킷의 목적지 주소를 변경할 수 있는 구조를 제안한다.

도 8과 도 9에서 상기 무인기(100)의 상기 위치정보 제어기(170, 270)는 해당 무인기에서 발생한 무인기 상태정보를 송신할 때 해당 IP의 내용을 분석하여, 도 10 및 도 11과 같은 방법으로 상기 조종통제 데이터링크에서 대향 무인기의 위치를 송신, 수신한다. 즉, 도 10은 본 발명에 따른 조종통제 데이터링크에서 대향 무인기의 위치를 송신하기 위한 무인기 위치정보 제어기의 동작 개념도를 도시하고, 도 11은 본 발명에 따른 조종통제 데이터링크에서 대향 무인기의 위치를 수신하기 위한 무인기 위치정보 제어기의 동작 개념도를 도시한다.

무인기 위치정보인 경우에는 목적지 IP를 멀티캐스트 주소로 변경하여 상기 C2 DL 송수신기(140, 240)로 전달하고 위치정보가 아닌 무인기 상태정보는 IP 주소를 변경하지 않고 상기 C2 DL 송수신기(140, 240)로 전달한다. 또한, 상기 무인기 위치정보 제어기(170, 270)는 대향 무인기에서 생성하여 상기 C2 DL 송수신기(140, 240)를 통해 무인기 상태정보를 수신할 때 해당 IP를 분석하여 멀티캐스트 IP인 경우에는 해당 IP 패킷이 지상장비로도 전송될 수 있도록 상기 데이터링크 제어기(150, 250)에 제공한다. 또한, 상기 무인기 위치정보 제어기(170, 270)는 동시에 해당 IP 패킷을 분석하여 대향 무인기 위치정보를 수신하고, 수신한 대향 무인기 위치정보를 상기 CDL 안테나 제어기(115)에 전달하여 상기 CDL 안테나(110)가 대향 무인기 방향으로 안테나를 추적할 수 있도록 한다.

도 8에서 상기 CDL 안테나 제어기(115)는 지상장비와 CDL을 구성할 경우에는 데이터링크 제어기로부터 제공받은 지상장비의 위치정보와 해당 무인기의 위치정보를 이용하여 지상장비 방향으로 CDL 안테나를 추적하고, 대향 무인기와 CDL을 구성할 경우에는 상기 무인기 위치정보 제어기(170, 270)로부터 제공받은 대향 무인기의 위치정보와 해당 무인기의 위치정보를 이용하여 대향 무인기 방향으로 CDL 안테나를 추적한다.

도 9는 무인기(중계)의 데이터링크 세부 구성도를 나타내며 지상장비 방향과 대향 무인기인 무인기(임무) 방향으로 별도의 CDL 링크를 구성하며 지향하는 대향이 지상장비 또는 무인기(임무)임에 따라 지상장비 방향으로 추적하는 상기 CDL 안테나 제어기(215')는 지상장비의 위치정보를 상기 CDL 송수신기(220)로부터 수신하고 무인기(임무) 방향으로 추적하는 상기 CDL 안테나 제어기(215)는 무인기(임무)의 위치정보를 상기 무인기 위치정보 제어기(270)로부터 수신한다.

본 발명에 의한 영상정보용 데이터링크의 안테나 추적 방법은 기존의 무인기와 지상장비가 1 대 1로 구성되어 무인기 간에 위치정보를 교환할 수 없어서 공중 중계링크 구성 시 대향 무인기 간에 안테나를 추적할 수 없는 문제를 해결할 수 있다.

본 발명에 의한 공중 중계링크 구성 시에 영상정보용 데이터링크의 안테나 추적 방법은 조종통제 데이터링크 부분에 C2 DL 송신 타이밍 제어기와 무인기 위치정보 제어기를 추가함으로써, 기존 무인기체계에 이미 구현되어 있는 무인기 상태정보 생성기를 변경하지 않고도 공중 중계링크 네트워크 구조에서 무인기 간에 위치정보를 교환할 수 있게 하며 이를 통해 대향되는 무인기 간에 영상정보용 데이터링크의 안테나를 상호 추적할 수 있다는 장점이 있다.

소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능뿐만 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 메모리에 저장되고, 제어부(controller) 또는 프로세서(processor)에 의해 실행될 수 있다.

100, 200: 무인기 110, 210: CDL 추적 안테나
115, 215: CDL 안테나 제어기 120, 220: CDL 송수신기
130, 230: C2 DL 안테나 140, 240: C2 DL 송수신기
150, 250: 데이터 링크 제어기 160, 260: C2 DL 송신 타이밍 제어기
170, 270: 무인기 위치정보 제어기

Claims (6)

1. 영상정보용 데이터링크의 공중 중계를 위한 무인기 간의 영상정보용 데이터링크의 안테나 추적 방법에 있어서,
   전방향성(omni)인 제1 빔 폭을 갖는 C2 DL 안테나를 사용하여 조종통제 데이터링크를 통해 송신, 수신되는 무인기의 상태정보 중 무인기의 위치정보를 선택적으로 대향 무인기로부터 수신하는 단계; 및
   상기 대향 무인기의 위치정보를 이용하여 영상정보용 데이터링크의 제2 빔 폭을 갖는 CDL 안테나 방향을 대향 무인기 위치로 추적하는 단계를 포함하고,
   상기 조종통제 데이터링크를 통해 데이터를 송수신하는 조종통제 데이터링크 송수신기는 무인기 제어정보와 무인기 상태정보를 송신 및 수신하고,
   상기 조종통제 데이터링크 송수신기와 연결된 무인기 위치정보 제어기는,
   무인기 상태정보 생성기에서 생성되어 데이터링크 제어기를 통해 송신되는 무인기 상태정보가 포함된 IP 패킷을 분석하는 단계;
   상기 IP 패킷의 내용이 상기 대향 무인기의 무인기 위치정보인 경우 IP 패킷의 목적지 주소를 멀티캐스트 주소로 변경하는 단계; 및
   상기 IP 패킷의 내용이 위치정보가 아닌 다른 상태 정보 또는 제어 정보인 경우에는 IP 패킷의 목적지 주소를 변경하지 않도록 제어하는 단계를 수행하고,
   상기 제2 빔 폭은 상기 제1 빔 폭보다 좁은 것을 특징으로 하는, 영상정보용 데이터링크의 안테나 추적 방법
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 조종통제 데이터링크 송수신기와 연결된 무인기 위치정보 제어기는,
   무인기 상태정보 생성기에서 생성되어 데이터링크 제어기를 통해 송신되는 무인기 상태정보가 포함된 IP 패킷을 분석하는 단계;
   상기 IP 패킷의 내용이 무인기 위치정보인 경우 IP 패킷의 목적지 주소를 멀티캐스트 주소로 변경하는 단계; 및
   상기 IP 패킷의 내용이 위치정보가 아닌 경우에는 IP 패킷의 목적지 주소를 변경하지 않도록 제어하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는, 영상정보용 데이터링크의 안테나 추적 방법
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 무인기 위치정보 제어기는,
   상기 조종통제 데이터링크 송수신기로부터 수신한 IP 패킷의 목적지 주소가 멀티캐스트 주소인 경우에는 해당 IP 패킷을 데이터링크 제어기에 제공한 후 해당 IP 패킷을 분석하여 해당 IP 패킷으로부터 대향 무인기의 위치정보를 수신하고, 대향 무인기와 영상정보용 데이터링크를 구성하는 영상정보용 데이터링크 안테나 제어기에 대향 무인기의 위치정보를 제공하고,
   상기 IP 패킷의 목적지 주소가 지상장비인 경우에는 해당 IP 패킷을 데이터링크 제어기에 제공하는 것을 특징으로 하는, 영상정보용 데이터링크의 안테나 추적 방법
6. 제 1 항에 있어서,
   무인기에 탑재되는 영상정보용 데이터링크 안테나 제어기는 지상장비와 영상정보용 데이터링크를 구성할 경우에는 데이터링크 제어기로부터 영상정보용 데이터링크 송수신기를 통해 제공받은 지상장비의 위치정보와 해당 무인기의 위치정보를 이용하여 지상장비 방향으로 영상정보용 데이터링크 안테나를 추적하고,
   대향되는 무인기와 영상정보용 데이터링크를 구성할 경우에는 무인기 위치정보 제어기로부터 제공받은 대향 무인기의 위치정보와 해당 무인기의 위치정보를 이용하여 대향 무인기 방향으로 영상정보용 데이터링크 안테나를 추적하는 것을 특징으로 하는, 영상정보용 데이터링크의 안테나 추적 방법

Images