KR101857616B1 - Air drone with collision prevention communication function using guardian module - Google Patents

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KR101857616B1
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Abstract

The present invention relates to an air drone with a collision prevention communication function using a guardian module, which transmits collision prevention data to another air drone through a guardian module in real time, and further, is moved for collision avoidance by receiving collision prevention data from the other air drone in real time. According to the present invention, when operating the air drone, the guardian module is used to prevent a collision between air drones to provide excellent collision avoidance ability of the air drone.

Description

가디언모듈을 이용한 충돌 방지 통신 기능을 가지는 공중드론{Air drone with collision prevention communication function using guardian module}[0001] The present invention relates to an air drone with collision prevention communication function using guardian module,

본 발명은 가디언모듈을 이용한 충돌 방지 통신 기능을 가지는 공중드론에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공중드론의 우수한 충돌 회피능력을 보유하도록 하는 가디언모듈을 이용한 충돌 방지 통신 기능을 가지는 공중드론에 관한 것이다.The present invention relates to a public drones having an anti-collision communication function using a guardian module, and more particularly, to a public drones having an anti-collision communication function using a guardian module for ensuring excellent collision avoidance capability of the public drones.

일반적으로, 드론은 무선통신 방식을 통해 원격 제어되고, 군사용으로 개발되어 단순한 사격연습에 사용되었으나, 전자 통신기술의 지속적 발전에 따라 군사용 뿐만 아니라, 그 이외의 다양한 분야로 확대 보급되고 있다. 예컨대 드론은 사람이 쉽게 접근할 수 없는 각종 재해나 사고지역 또는 정글이나 오지 또는 화산지역 등으로 투입되어, 현장의 상황파악이나 인명구조 또는 방송용 영상을 얻기 위하여 사용되기도 하고, 배송회사에서 물품수송의 상업적 목적으로 운용하거나, 감시카메라를 대신하는 보안 및 관제서비스에 적용되기도 한다. Generally, the drone is remotely controlled by a wireless communication method, developed for military use, and used for simple shooting practice. However, according to the continuous development of electronic communication technology, the drones are widely spread not only for military use but also for various other fields. For example, drones can be used for various disasters or accidents that can not be easily accessed by people, jungles, ogres, volcanoes, etc., and are used to capture the situation on the spot or to obtain lifesaving or broadcast images. It may be used for commercial purposes or for security and control services on behalf of surveillance cameras.

최근에는 드론의 일반화에 따라 개인들도 취미생활을 목적으로 드론을 구입하기도 한다. Recently, according to the generalization of drones, individuals also purchase drones for hobby.

이와 같은 드론의 일반적인 구성은, 양력을 출력하는 다수의 팬과, 상기 팬에 전력을 공급하는 배터리와 제어부로 이루어진다. 상기 팬은 배터리로부터 공급된 전력에 의해 회전력을 발생하는 모터와, 상기 모터의 구동축에 고정되는 프로펠러로 구성된다.The general construction of such a dron includes a plurality of fans for outputting lift, a battery for supplying power to the fans, and a control unit. The fan is composed of a motor generating a rotational force by the electric power supplied from the battery, and a propeller fixed to the drive shaft of the motor.

최근 무인항공기의 개발이 가속화되고, 높은 공역에서 무인항공기를 이용하고자 하는 요구가 늘어남에 따라 무인항공기와 유인항공기의 공중충돌이 주요 문제로 부각되고 있고, 이에 따른 무인항공기의 충돌회피 기술 개발에 대한 요구도 함께 증가하고 있다. Recently, as the development of unmanned aerial vehicles has accelerated and the demand for using unmanned airplanes in high airspace has increased, the air collision between unmanned airplanes and manned airplanes has become a major problem. Accordingly, Demand is also increasing.

상용 유인항공기는 충돌 방지를 위해 관제 및 TCAS에 의한 지시에 따르고, 최종적인 충돌회피는 조종사의 See-and-Avoid에 따라 수행하게 된다. 조종사가 충돌회피를 수행할 때에는 FAA의 14 CFR 91.113 Right-of-Way Rules에 정해진 룰에 따라 움직임을 결정한다. 하지만 무인항공기는 조종사가 탑승하지 않기 때문에 유인항공기와 동등한 충돌회피 능력을 확보하기 위해서는 주변을 탐지하고, 회피하는 충돌회피 기능이 있어야 한다. 이와 관련하여 미국을 비롯한 많은 국가에서 무인항공기의 Sense-and-Avoid 혹은 Detect-and-Avoid를 주요 이슈로 분류하여 연구, 개발을 수행해 왔다. 무인항공기의 Sense-and-Avoid를 위한 장비로는 크게 TCAS, ADS-B와 같이 트랜스폰더를 이용하여, 상대 항공기와의 통신으로 데이터를 주고받는 협업센서와, 라이다(Radar), 영상센서와 같이 측정으로 정보를 얻는 비협업센서로 나뉘고, 측정원리에 따라 라이다(Radar)와 같이 외부로 에너지를 방출하는 타입의 액티브 센서, 영상센서와 같이 에너지를 방출하지 않는 패시브 센서로 나뉜다.Commercial manned aircraft follow the instructions by the control and TCAS to prevent collision, and the final collision avoidance is performed according to the pilot's See-and-Avoid. When a pilot performs a collision avoidance, he or she determines the movement in accordance with the rules set out in FAA's 14 CFR 91.113 Right-of-Way Rules. However, since unmanned aircraft do not carry pilots, collision avoidance function should be used to detect and avoid the collision avoidance ability equivalent to that of manned aircraft. In this regard, many countries, including the United States, have classified Sense-and-Avoid or Detect-and-Avoid of unmanned aerial vehicles as major issues and have conducted research and development. Equipment for sense-and-avoid of unmanned aerial vehicles includes collaborative sensors that transmit and receive data by communicating with other aircraft using transponders such as TCAS and ADS-B, radar, And non-collaborative sensors that obtain information by measurement. They are divided into an active sensor type that emits energy to the outside, such as a radar, according to the measurement principle, and a passive sensor that does not emit energy, such as an image sensor.

TCAS는 유인항공기 조종사에게 충돌위험 상황에 대한 TA(Traffic Advisory)와 상승 또는 하강의 RA(Resolution Advisory)를 주는 역할을 하기 때문에 무인항공기에 적용되기 위해서는 적합한 방식의 개조가 필요하다. 최근에는 TCAS 대신 트랜스폰더를 통해 상대 항공기의 위치, 고도, 속도의 정보를 주고받을 수 있는 ADS-B가 차세대 항행감시수단으로 조명되고 있다. Since TCAS provides TA (Traffic Advisory) and Raising or Declining Resolution Advisory (RA) to the manned aircraft pilot, it needs to be modified in order to be applied to unmanned aircraft. Recently, the ADS-B, which can exchange information on the position, altitude, and speed of the other aircraft through a transponder instead of the TCAS, is being illuminated as a next-generation navigation monitoring device.

현재 미국, 유럽, 호주 등의 국가에서는 민간항공기의 ADS-B 장착 의무화를 추진 중에 있고, 소형 ADS-B 트랜스폰더의 개발이 진행됨에 따라 무인항공기에 ADS-B를 장착하고자 하는 연구가 국내외로 수행되고 있다. 라이다의 경우 기상 변화에 크게 영향을 받지 않으면서 주변 지역을 빠르게 탐색할 수 있는 장점이 있으나, 시스템의 크기가 크기 때문에 적용되는 무인항공기 규모에 제정책정보센터(http://e-policy.kari.re.kr) 규약이 따른다. 영상센서는 크기와 비용적인 측면에서 다른 센서들에 비해 장점을 지니고 있고, 영상으로부터 다양한 정보를 얻을 수 있기 때문에 영상센서를 이용한 인식 및 충돌회피 방법에 대한 연구가 꾸준히 수행되어 왔다. 최근에는 센서 자체의 성능향상 및 딥러닝에 의한 인식 정확도 개선 등의 괄목한 발전에 힘입어 무인항공기의 Sense-and-Avoid를 위한 센서로 크게 주목받고 있고, 소형 드론에 영상인식 기술을 활용하여 숲속의 복잡한 공간을 충돌없이 비행하는 연구가 발표되기도 하였다. Currently, in the United States, Europe, Australia and other countries, the ADS-B is mandatory for civilian aircraft. As the development of small ADS-B transponder progresses, research to install ADS- . In the case of Lada, it is advantageous to quickly search the surrounding area without being greatly affected by the weather change. However, since the size of the system is large, the policy information center (http: // e-policy. kari.re.kr) rules are followed. Since image sensors have advantages over other sensors in terms of size and cost, and various information can be obtained from images, researches on recognition and collision avoiding methods using image sensors have been carried out steadily. Recently, it has been attracting much attention as a sensor for sense-and-avoid of unmanned aerial vehicles due to remarkable development such as improvement of performance of sensor itself and improvement of recognition accuracy by deep running. Researches have been published to fly the complex space without collision.

이러한 충돌회피 기술은 다양한 분야에서 활발히 연구되고 있고, 위와 같은 각종 탐지장비와 연결하여 무인항공기의 Sense-and-Avoid를 구현하려는 연구도 활발히 수행되고 있다. Such collision avoidance techniques have been actively studied in various fields, and researches for realizing sense-and-avoid of unmanned airplanes in connection with the above-described various detection devices are actively performed.

종래의 무인비행체에 대한 충돌 회피에 대한 기술로는 한국공개특허 제10-2017-0002191호의 "무인비행체의 충돌회피 제어방법"이 제시된 바 있는데, 이는 n개(n은 정수)의 무인비행체 중 적어도 하나의 무인비행체가 비행경로 변경을 알리는 알람신호를 전송하는 단계; 제어국이 상기 알람신호를 수신하여 상기 알람신호를 전송한 무인비행체의 비행경로를 산출하는 단계; 상기 제어국이 상기 n개의 무인비행체의 비행경로를 상호 비교하여 충돌 가능한 무인비행체를 탐색하는 단계; 상기 충돌 가능한 무인비행체의 개수가 0이 될 때까지 상기 제어국이 상기 알람신호를 전송한 무인비행체를 제외한 나머지 무인비행체의 비행경로를 상호 조정하여 시뮬레이트하는 단계; 상기 제어국이 상기 충돌 가능한 무인비행체의 개수가 0이 되는 상기 n개의 무인비행체의 비행경로를 확정하는 단계; 및 상기 제어국이 상기 알람신호를 전송한 무인비행체를 제외한 나머지 무인비행체 중 적어도 하나에 제어신호를 전송하여 확정된 비행경로로 비행경로를 변경시키는 단계를 포함한다. As a technique for avoiding collision of a conventional unmanned aerial vehicle, Korean Unexamined Patent Application Publication No. 10-2017-0002191 discloses a method for controlling collision avoidance of an unmanned aerial vehicle, Transmitting an alarm signal informing that one unmanned aerial vehicle changes the flight path; Calculating a flight path of the unmanned air vehicle in which the control station receives the alarm signal and transmits the alarm signal; Comparing the flight paths of the n unmanned aerial vehicles to the control station to search for a collision-capable unmanned aerial vehicle; Adjusting and simulating the flight paths of the unmanned aerial vehicles other than the unmanned aerial vehicle to which the control station has transmitted the alarm signal until the number of collisionable unmanned aerial vehicles becomes zero; Determining the flight path of the n unmanned aerial vehicles where the number of the collision-capable unmanned aerial vehicles becomes zero; And transmitting the control signal to at least one of the unmanned aerial vehicles other than the unmanned aerial vehicle to which the control station has transmitted the alarm signal, thereby changing the flight path to the determined flight path.

그러나 이러한 종래 기술 뿐만 아니라, 기존의 기술은 공역 비행을 위해 무인항공기가 유인항공기와 동등한 수준의 탐지 및 회피 능력을 보유해야 하는 점이 여전히 해결해야 하는 과제로 남아 있고, 이에 대한 명확한 기술 개발이 필요한 실정이다.However, in addition to the conventional technologies, existing technologies still have a problem that the unmanned airplane has to have the same level of detection and avoidance capability as that of the manned airplane for the airplane flight, and a clear technical development is required to be.

상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 공중드론을 운영시, 공중드론 간의 충돌을 방지하기 위하여 가디언모듈을 사용함으로써, 공중드론의 우수한 충돌 회피능력을 보유하도록 하는데 목적이 있다.In order to solve the problems of the prior art as described above, it is an object of the present invention to have a superior collision avoidance capability of a public drones by using a guardian module to prevent collision between the public drones when operating the public drones .

본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시례에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention will become readily apparent from the following description of the embodiments.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일측면에 따르면, 가디언모듈을 통해서 충돌방지용 데이터를 다른 공중드론에 실시간으로 송신함과 아울러, 다른 공중드론으로부터 충돌방지용 데이터를 실시간으로 수신받아 충돌 회피를 위해 기동하도록 하는, 가디언모듈을 이용한 충돌 방지 통신 기능을 가지는 공중드론이 제공된다.In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, data for collision prevention is transmitted to another public drones in real time through a guardian module, and collision prevention data is received from other public drones in real time, There is provided a public drones having an anti-collision communication function using a guardian module that is activated for avoidance.

비행에 필요한 데이터를 획득하는 운항센서부; 외부의 영상을 획득하는 카메라; 조종을 위한 조작신호를 무선으로 수신하도록 하는 무선통신부; 비행 위치에 대한 데이터를 획득하기 위한 GPS; 상기 운항센서부의 데이터를 수신받아 상기 무선통신부에 의해 수신되는 상기 조작신호에 상응하는 제어신호를 출력하고, 상기 운항센서부 및 상기 GPS를 통해서 획득되는 비행 속도, 위치 및 비행 방향을 상기 충돌방지용 데이터로서 상기 가디언모듈을 통해서 다른 공중드론에게 무선으로 전송하도록 제어하며, 상기 가디언모듈을 통해서 수신되는 다른 공중드론의 충돌방지용 데이터에 따라 회피를 위한 기동을 수행하도록 제어신호를 출력하는 제어부; 상기 제어부의 제어신호에 의해 각각 제어되고, 프로펠러의 회전에 의해 비행 및 방향전환에 필요한 추진력을 각각 발생시키는 다수의 구동부; 및 동작에 필요한 전원을 공급하는 전원공급부;를 포함할 수 있다.A navigation sensor unit for acquiring data necessary for flight; A camera for acquiring an external image; A wireless communication unit for wirelessly receiving an operation signal for operation; A GPS for acquiring data about the flight position; And a control unit for receiving the data of the navigation sensor unit and outputting a control signal corresponding to the operation signal received by the wireless communication unit, A control unit for controlling the wireless transmission to the other public drones through the guardian module and outputting a control signal to perform a start for avoiding the collision avoidance data of the other public drones received through the guardian module; A plurality of driving units respectively controlled by the control signal of the control unit and generating propulsive forces necessary for flight and direction switching by rotation of the propeller; And a power supply unit for supplying power necessary for operation.

상기 가디언모듈은, 상기 충돌방지용 데이터의 송수신을 위한 가디언 채널로 비콘 채널을 이용하고, 상기 비콘 채널의 헤더(header)에 충돌방지용 데이터를 다른 공중드론에게 실시간으로 송신하도록 하며, 자신의 ID가 MAC 어드레스를 사용하고, 상기 제어부는, 다른 공중드론의 비콘이 수신되는 경우, 동기화하여 비콘 헤더의 송신 내용을 수신하고, ID 및 상기 충돌방지용 데이터를 확인하여 상기 다른 공중드론이 자신과 충돌이 발생되지 않는 지점으로 수평 이동하도록 상기 구동부 각각을 제어하며, 마스터 기능으로 10~30 msec 동안 비콘을 발사하고, 120~200 msec 동안 슬래브(Slave) 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.The guardian module uses a beacon channel as a guardian channel for transmitting and receiving collision preventive data and transmits collision avoidance data to a header of the beacon channel in real time to another public droner. Address, and when the beacon of another public drone is received, the control unit synchronously receives the transmission contents of the beacon header, checks the ID and the data for preventing the collision, The beacon may be fired for 10 to 30 msec and controlled to operate in a slave mode for 120 to 200 msec.

상기 가디언모듈은, 다수의 다른 공중드론을 인지하기 위하여 채널 고정식 방법을 사용하고, 충돌 회피를 원하는 공중드론의 개수만큼 회피용 송수신 채널을 구성하며, 다른 공중드론의 각 위치를 인지하기 위한 공중드론의 미리 정의된 고정된 채널을 사용하고, 고정된 채널의 위치를 각 채널의 비콘 채널에 실어서 보내며, 고정된 채널을 사용하는 경우 비콘 채널에 자신의 ID와 송신 채널 번호만 전달함과 아울러, 정해진 채널에서만 자기의 위치를 전송하고, 총 충돌 회피 감지가 각 채널의 길이에 회피를 원하는 공중드론의 개수를 곱한만큼의 크리티컬 타임을 가지도록 할 수 있다.The guardian module uses a channel fixed method to recognize a plurality of other public drones, constitutes a transmitting / receiving channel for avoiding collision avoidance as many as the number of public drones desired to avoid collision, and a public drones The fixed channel is transmitted in a beacon channel of each channel, and when the fixed channel is used, only the ID and the transmission channel number are transmitted to the beacon channel, It is possible to transmit its own position only in a predetermined channel and have the total collision avoidance detection have a critical time as long as the length of each channel is multiplied by the number of public drone desiring to avoid.

본 발명에 따른 가디언모듈을 이용한 충돌 방지 통신 기능을 가지는 공중드론에 의하면, 공중드론을 운영시, 공중드론 간의 충돌을 방지하기 위하여 가디언모듈을 사용함으로써, 공중드론의 우수한 충돌 회피능력을 보유하도록 할 수 있다.According to the public drones having the collision prevention communication function using the guardian module according to the present invention, when the public drones are operated, by using the guardian module to prevent collision between the public drones, .

도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 가디언모듈을 이용한 충돌 방지 통신 기능을 가지는 공중드론을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 가디언모듈을 이용한 충돌 방지 통신 기능을 가지는 공중드론에서 가디언모듈의 무선통신 개념을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 가디언모듈을 이용한 충돌 방지 통신 기능을 가지는 공중드론에서 가디언 MAC 프레임 처리 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 가디언모듈을 이용한 충돌 방지 통신 기능을 가지는 공중드론에서 데이터 실시간 처리를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시례에 따른 가디언모듈을 이용한 충돌 방지 통신 기능을 가지는 공중드론에서 동작을 설명하기 위한 구성도이다.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a public drones having an anti-collision communication function using a guardian module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a concept of wireless communication of a Guardian module in a public drones having an anti-collision communication function using a guardian module according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a guardian MAC frame processing configuration in a public drones having an anti-collision communication function using a guardian module according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating real-time data processing in a public drones having an anti-collision communication function using a guardian module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram illustrating an operation of a public drones having an anti-collision communication function using a guardian module according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 식으로 이해되어야 하고, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다. The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in detail in the drawings. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but is to be understood to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention, And the scope of the present invention is not limited to the following examples.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시례를 상세히 설명하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대해 중복되는 설명을 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 가디언모듈을 이용한 충돌 방지 통신 기능을 가지는 공중드론을 도시한 구성도이다.FIG. 1 is a block diagram illustrating a public drones having an anti-collision communication function using a guardian module according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시례에 따른 가디언모듈을 이용한 충돌 방지 통신 기능을 가지는 공중드론(100)은 가디언모듈(110)을 통해서 충돌방지용 데이터를 다른 공중드론에 실시간으로 송신함과 아울러, 다른 공중드론으로부터 충돌방지용 데이터를 실시간으로 수신받아 충돌 회피를 위해 기동하도록 한다. Referring to FIG. 1, a public drones 100 having an anti-collision communication function using a guardian module according to an exemplary embodiment of the present invention transmit data for collision prevention to other public drones in real time through a guardian module 110 In addition, collision avoidance data is received in real time from another public drone to be activated for collision avoidance.

본 발명의 일 실시례에 따른 가디언모듈을 이용한 충돌 방지 통신 기능을 가지는 공중드론(100)은 비행에 필요한 데이터를 획득하는 운항센서부(120)와, 외부의 영상을 획득하는 카메라(130)와, 지상에 위치하는 조정기로부터 조종을 위한 조작신호를 무선으로 수신하도록 하는 무선통신부(160)와, 비행 위치에 대한 데이터를 획득하기 위한 GPS(220)와, 운항센서부(120)의 데이터를 수신받아 무선통신부(160)에 의해 수신되는 조작신호에 상응하는 제어신호를 출력하고, 운항센서부(120) 및 GPS(220)를 통해서 획득되는 비행 속도, 위치 및 비행 방향을 충돌방지용 데이터로서 가디언모듈(110)을 통해서 다른 공중드론에게 무선으로 전송하도록 제어하며, 가디언모듈(110)을 통해서 수신되는 다른 공중드론의 충돌방지용 데이터에 따라 회피를 위한 기동을 수행하도록 제어신호를 출력하는 제어부(170)와, 제어부(170)의 제어신호에 의해 각각 제어되고, 프로펠러의 회전에 의해 비행 및 방향전환에 필요한 추진력을 각각 발생시키는 다수의 구동부(210)와, 동작에 필요한 전원을 공급하는 전원공급부(190)를 포함할 수 있다. 여기서, 운항센서부(120)는 비행의 제어에 필요한 속도, 자세나 기울기, 고도, 비행 경로상의 장애물 등을 검출하기 위한 단일 또는 다수의 센서를 포함할 수 있다. 무선통신부(160)는 Wi-Fi나 블루투스 또는 각종 RF 신호를 비롯하여 무선 통신을 가능하도록 하는 다양한 통신 방식이 사용될 수 있다. 전원공급부(190)는 충전이 가능한 충전지가 사용될 수 있음은 물론 일반적인 건전지가 사용될 수도 있다. 구동부(210)는 프로펠러가 회전축에 고정된 모터일 수 있다. 또한 본 발명에 따른 가디언모듈을 이용한 충돌 방지 통신 기능을 가지는 공중드론(100)은 카메라(130)의 촬영 영역에 광을 조사하는 조명(140)과, 외부로부터 오디오를 획득하도록 하는 마이크로폰(150)과, 획득되는 각종 데이터, 설정값, 동작에 필요한 데이터나 프로그램 등이 저장되는 저장부(180) 등이 마련될 수 있다. The public drones 100 having a collision avoidance communication function using a guardian module according to an embodiment of the present invention include a navigation sensor unit 120 for acquiring data necessary for flight, a camera 130 for acquiring an external image, A wireless communication unit 160 for wirelessly receiving an operation signal for control from a ground level regulator, a GPS 220 for acquiring data on the flight position, And outputs the control signal corresponding to the operation signal received by the wireless communication unit 160. The flight speed, the position and the flight direction obtained through the navigation sensor unit 120 and the GPS 220 are transmitted to the guardian module To the other public drones via the control module 110 and performs an operation for avoiding according to the collision avoidance data of the other public drones received through the guardian module 110 A plurality of driving units 210 respectively controlled by the control signals of the control unit 170 and generating propulsive forces necessary for flight and direction switching by rotation of the propeller, And a power supply unit 190 for supplying necessary power. Here, the navigation sensor unit 120 may include a single sensor or a plurality of sensors for detecting speed, attitude, inclination, altitude, obstacles on a flight path, and the like necessary for controlling the flight. The wireless communication unit 160 may use various communication methods including wireless communication such as Wi-Fi, Bluetooth or various RF signals. The power supply unit 190 may be a rechargeable rechargeable battery or may be a conventional battery. The driving unit 210 may be a motor in which a propeller is fixed to a rotary shaft. The air drone 100 having the collision prevention communication function using the guardian module according to the present invention includes a lighting unit 140 for irradiating light to a photographing region of the camera 130, a microphone 150 for acquiring audio from the outside, And a storage unit 180 for storing various data to be obtained, set values, data and programs necessary for the operation, and the like.

도 2를 참조하면, 가디언모듈(110)은 크게 물리 계층과 데이터 링크 계층으로 구분되며, 데이터 링크 계층은 매체 접근(MAC) 부계층과 적응(Adaptation) 부계층으로 나뉜다. 매체 접근 부계층은 물리 계층인 바이너리 CDMA의 특성을 살려 코드와 시간 슬롯의 조합을 통해 매체접근을 하는 HMA(Hybrid Multiple Access) 방식을 사용한다. 바이너리 CDMA의 장점은 기존의 다중코드 CDMA 방식에 발생되는 다양한 레벨의 변조 신호를 이진화하여 외형적으로 TDMA 신호 파형으로 전송하는 구조로 잡음이 강한 CDMA 특성과 전력 소비량이 적으면서도 초고속 전송을 가능하게 한 TDMA(Time Division Multiple Access) 장점을 동시에 가진다. 적응 부계층은 하위 프로토콜 스택과 상위의 다른 무선 표준의 프로토콜 스택을 호환해주는 역할을 한다. 2, the guardian module 110 is divided into a physical layer and a data link layer, and the data link layer is divided into a medium access (MAC) sublayer and an adaptation sublayer. The medium access layer uses a hybrid multiple access (HMA) scheme, which utilizes the characteristics of the physical layer, binary CDMA, to access the medium through a combination of codes and time slots. The advantage of binary CDMA is that it can transmit the modulated signals of various levels generated in the existing multi-code CDMA system to the TDMA signal waveform in an outward form, thereby enabling high-speed transmission with low noise CDMA characteristics and low power consumption TDMA (Time Division Multiple Access). The adaptation sublayer serves to make the lower protocol stack compatible with the protocol stack of the other wireless standards.

가디언모듈(110)에 의한 가디언 기술은 바이너리 CDMA 기술과 국정원 보안 알고리즘인 아리아(ARIA)를 접목한 국내 원천기술인 무선 통신 규격이다. 기존의 무선통신 기술들은 전력 소모가 심해 홈 네트워크에 다양하게 활용하기 어렵거나, 대용량 데이터 전송시 전파간섭의 영향으로 송수신이 원활하지 못한 문제가 있었다. 이에 반해 가디언 기술은 CDMA와 TDMA 기술의 장점이 결합되어, 무선랜이나 블루투스와 비교해 잡음에 강한 특성을 지니며, 낮은 전력을 소비하면서도 초고속으로 데이터를 전송할 수 있는 것이 특징이다. 또, 여타 근거리 무선통신과 비교해 원거리 무선 송수신 능력이 크게 앞선다. 이로 인해 가디언 기술은 LOS가 보장될 경우 기지국 없이도 최대 500미터까지 데이터(영상·음성)을 송수신할 수 있으며, 100미터 이내의 근거리 환경에서는 이동중(시속 60km)에도 영상과 음성을 자유롭게 주고받을 수 있다. 여기에 고화질 영상의 무선 송수신이 훨씬 자유로워지고, 기존 무선통신기술과 신호 간섭없이 함께 사용할 수 있으며, 멀티미디어 서비스의 품질보장(QoS) 및 데이터 암호화 기능을 제공한다. 특히 액세스포인트(AP) 없이도 단말기 사이에 독립적인 애드혹(Ad-hoc) 네트워크가 만들어지고, 피코넷(piconet: 두개 이상의 기기가 같은 채널을 공유하는 네트워크) 당 40개의 단말기 동시 사용 및 250개 단말기 접속이 가능하여, 개인과 개인, 개인과 다수 사이에 직접 멀티미디어 데이터를 주고받을 수 있다.The guardian technology by the guardian module 110 is a domestic wireless communication standard that combines binary CDMA technology and ARIA, a NIS security algorithm. Conventional wireless communication technologies have a problem in that it is difficult to utilize variously in a home network due to a heavy power consumption, and transmission / reception is not smooth due to radio wave interference when transmitting large amounts of data. In contrast, the Guardian technology combines the advantages of CDMA and TDMA technology, and is characterized by strong noise immunity as compared to wireless LAN and Bluetooth, and is capable of transmitting data at very high speeds while consuming low power. Compared with other short-range wireless communications, the ability to transmit and receive long distances is far superior. As a result, Guardian technology can transmit and receive data (video and voice) up to 500 meters without a base station when LOS is guaranteed, and can freely transmit and receive video and audio even when moving (60 km / h) . Here, wireless transmission and reception of high-quality images is much freer, and it can be used together with existing wireless communication technology without signal interference, and provides quality of service (QoS) and data encryption function of multimedia service. In particular, an independent ad-hoc network is created between terminals without an access point (AP), and 40 simultaneous terminals and 250 terminal connections per piconet (network where two or more devices share the same channel) It is possible to send and receive multimedia data directly between an individual, an individual, an individual and a plurality of persons.

또한 가디언 기술은 네트워크 보안을 위해서 128bit AES, 아리아(ARIA) 암복호화 알고리즘을 사용한다. 암호화 알고리즘은 Soc 내에서 하드웨어적으로 구현되어 암복호화에 따른 데이터 패킷 처리 지연이 거의 없다. 암호화는 일반적으로 원래의 자료와 그것을 암호화하는 키와 암호화된 자료 그리고 그 암호화된 자료를 원래의 자료로 복원시키는 키 등으로 구성된다. 암호화 키관리 방식에 따라 대칭형 암호화 방법과 비대칭형 암호화 방법으로 나눌 수 있다. 대칭형 암호화 방식은 많이 알려져 있는 방식으로 암호화하는 키와 복호화하는 키가 동일하며 상대방과 같은 키를 공유해야 한다. 비대칭형 암호화 방식은 암호화하는 키는 누구나 알 수 있는 공개키로 사용하며, 복호화할 때는 비밀키를 사용하는 방식으로 암호와 키와 복호와 키가 서로 다르다. 영산전송 네크워크에서는 대칭형 키를 사용하며, 마스터와 슬레이브간에 서로 동일한 키를 공유하여 네트워크 보안을 유지할 수 있다. 일반적으로 암호화되지 않은 가디언 프레임의 형식은 MAC Header + Payload + FCS 구성된다.Guardian technology also uses 128bit AES and ARIA encryption decryption algorithms for network security. The encryption algorithm is implemented in hardware in the Soc, so there is little delay in data packet processing due to encryption / decryption. Encryption generally consists of the original data, the key that encrypted it, the encrypted data, and the key to restore the encrypted data back to the original data. The symmetric encryption method and the asymmetric encryption method can be divided according to the encryption key management method. The symmetric cryptosystem is a well known method of encrypting and decrypting the same key and sharing the same key as the other. The asymmetric encryption method uses a public key that is known by anyone who encrypts it, and a secret key when decrypting it. The encryption key, the decryption key, and the key are different from each other. In the transmission network, symmetric keys are used, and the master and slave share the same key to maintain network security. Generally, the format of the unencrypted guardian frame is composed of MAC Header + Payload + FCS.

가디언모듈(110)은 충돌방지용 데이터의 송수신을 위한 가디언 채널로 비콘 채널을 이용할 수 있고, 비콘 채널의 헤더(header)에 충돌방지용 데이터를 다른 공중드론에게 실시간으로 송신하도록 할 수 있으며, 자신의 ID가 MAC 어드레스를 사용할 수 있다. 제어부(170)는 다른 공중드론의 비콘이 수신되는 경우, 동기화하여 비콘 헤더의 송신 내용을 수신하고, ID 및 충돌방지용 데이터를 확인하여 다른 공중드론이 자신과 충돌이 발생되지 않는 지점으로 수평 이동하도록 구동부(210) 각각을 제어할 수 있으며, 마스터 기능으로 10~30 msec 동안 비콘을 발사하고, 120~200 msec 동안 슬래브(Slave) 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. The guardian module 110 can use a beacon channel as a guardian channel for transmitting / receiving data for collision avoidance, transmit collision avoiding data to a header of a beacon channel to another public droner in real time, Can use the MAC address. When a beacon of another public drones is received, the control unit 170 synchronously receives the transmission contents of the beacon header, checks the ID and the data for preventing collision, and moves the other public drones horizontally to a point where no collision with the other public drones occurs It is possible to control each of the driving units 210. The beacon may be fired for 10 to 30 msec with the master function and controlled to operate in the slave mode for 120 to 200 msec.

가디언모듈(110)은 다수의 다른 공중드론을 인지하기 위하여 채널 고정식 방법을 사용할 수 있고, 충돌 회피를 원하는 공중드론의 개수만큼 회피용 송수신 채널을 구성할 수 있으며, 다른 공중드론의 각 위치를 인지하기 위한 공중드론의 미리 정의된 고정된 채널을 사용할 수 있고, 고정된 채널의 위치를 각 채널의 비콘 채널에 실어서 보낼 수 있으며, 고정된 채널을 사용하는 경우 비콘 채널에 자신의 ID와 송신 채널 번호만 전달함과 아울러, 정해진 채널에서만 자기의 위치를 전송할 수 있고, 총 충돌 회피 감지가 각 채널의 길이에 회피를 원하는 공중드론의 개수를 곱한만큼의 크리티컬 타임을 가지도록 할 수 있다. The guardian module 110 may use a channel fixed method to recognize a plurality of other public drone, configure a avoidance transmission / reception channel by the number of the public drone desiring collision avoidance, A fixed channel of the public drones can be used to transmit the position of the fixed channel to the beacon channel of each channel. If a fixed channel is used, the ID of the beacon and the transmission channel And the total collision avoidance detection can have a critical time equal to the number of public drones desired to avoid the length of each channel.

이와 같은 본 발명에 따르면, 실시간 처리가 요구되는 드론 기능에 가디언 통신 칩을 적용하여 쉽게 충돌 회피 기능을 적용하도록 하는 것을 제시한다. According to the present invention, the Guardian communication chip is applied to the drones that require real-time processing, so that the collision avoidance function can be easily applied.

가디언모듈(110)은 영상 및 데이터를 전송할 수 있는 모듈로서, CPU로 ARM9를 사용할 수 있고, 소프트웨어적으로 채널을 할당할 수 있어, 제어부(170) 및 무선통신부(160)를 합쳐서 재구성할 수 있다. 따라서 공중드론의 제어 통신을 위한 채널 및 동영상 전송을 위한 채널을 따로 구성할 수 있으며, 특히 충돌 회피 채널을 따로 두어 충돌 회피에 대한 기능을 추가하여 사용할 수 있다.The guardian module 110 is a module capable of transmitting images and data. The ARM9 can be used as a CPU, the channels can be allocated in software, and the control unit 170 and the wireless communication unit 160 can be reconfigured . Therefore, it is possible to separately configure a channel for control communication and a channel for video transmission of the public drones. In particular, a collision avoidance channel can be separately provided and a function for collision avoidance can be additionally used.

기존 공중드론의 충돌 회피 기능은 Sense-and-Avoid 혹은 Detect-and-Avoid 라는 대전제를 기반으로 개발되고 있으며, 본 발명의 요지는 이러한 일반 내용을 가디언모듈(110)의 특정 채널에 적용하여 실시간 처리가 용이하도록 하는 것이다. The conventional air drone collision avoidance function is developed on the basis of a sense-and-avoid or a detect-and-avoid charge, and the gist of the present invention is that the general contents are applied to a specific channel of the guardian module 110, .

공중드론의 자동 회피 기능을 위해서 아래의 진행 방법을 수행한다.Perform the following method for the automatic avoidance function of the air drone.

도 3을 참조하면, 충돌 회피 방법으로 사용되는 채널의 동기화 방법은 CSMA/CA: Carrier Sense Muliple Access with Collision Avoidance) 방법을 사용하며, 가디언의 기본 채널 동기 방식이다. 공중드론은 충돌 회피의 가디언 채널로 비콘 채널을 이용한다. 자기의 ID는 모듈의 MAC Address를 사용한다. 충돌 회피를 위해 구성된 전체 채널의 갯수를 스캔하는 시간 동안이 충돌 회피의 크리티컬 타임이다. 즉, 충돌회피를 인지 하는 최대 시간이 된다. 모든 가디언 충돌 회피 모듈을 장착한 공중드론은 마스터 기능으로 20 msec 시간 동안 비콘을 발사하고, 160 msec 동안 슬레이브(Slave) 모드로 동작할 수 있다. 비콘 채널의 헤더(Header)에 비행 속도, GPS 위치 및 비행 방향을 실시간으로 송신한다. 비콘이 수신되는 경우 동기화하여, 비콘 헤더의 송신 내용을 수신하고, ID, 위치 및 속도, 방향을 확인하여 자기 위치와 충돌이 발생되지 않는 지점으로 수평 이동시킨다. Referring to FIG. 3, the channel synchronization method used in the collision avoidance method uses a CSMA / CA: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance method, and is a guardian's basic channel synchronization method. The public drones use beacon channels as collision avoidance guardian channels. The ID of the module uses the MAC address of the module. Is the critical time of this collision avoidance during the time of scanning the total number of channels configured for collision avoidance. That is, it becomes the maximum time for recognizing collision avoidance. With all guardian collision avoidance modules, the public drones can fire beacons for 20 msec with the master function and operate in slave mode for 160 msec. It transmits the flight speed, GPS position and flight direction in real time to the header of the beacon channel. When the beacon is received, the beacon header is synchronized to receive the transmission contents of the beacon header, and identifies the ID, position, speed, and direction, and horizontally moves to a position where no collision occurs with the self position.

도 4를 참조하면, 본 발명의 구성은 최대 8대의 공중드론 주위의 공중드론을 동시에 감지하여, 160 msec 동안에 실시간 처리를 할 수 있다(IFS: Inter frame space).Referring to FIG. 4, the configuration of the present invention simultaneously detects air drones around a maximum of eight air drums and performs real-time processing for 160 msec (IFS: Inter frame space).

본 발명에 따르면, 가디언모듈(110)의 사용시 가장 쉽고 구성이 간단하며, 동시 n 개의 공중드론을 인지하는 방법으로 채널 고정식 방법이 제안될 수 있다. 공중드론의 충돌 회피용의 원하는 수 만큼의 회피용 송수신 채널을 구성한다. 공중드론의 각 위치를 인지하는데 공중드론의 미래 정의된 고정된 채널을 사용한다. 고정된 채널의 위치는 각 채널의 비콘 채널에 실어서 보낸다. 고정된 채널을 사용하는 경우 비콘 채널에 자기 ID와 송신 채널 번호만 전달한다. 고정된 채널을 사용하는 경우는 정해진 채널에서만 자기의 위치를 전송한다. 가디언채널은 동기식으로 어느 채널 번호로 자기가 언제 자기의 위치, 속도 방향을 전달할지 알 수 있다. According to the present invention, a channel fixed method can be proposed as a method of recognizing the n public drones at the same time, which is easiest and simple in configuration when the guardian module 110 is used. And constitute a desired number of avoidance transmission / reception channels for collision avoidance of the public drones. We use the future defined fixed channel of the air drone to recognize each position of the public drones. The location of the fixed channel is sent in the beacon channel of each channel. If a fixed channel is used, only the self ID and the transmission channel number are transmitted to the beacon channel. When a fixed channel is used, it transmits its position only in a predetermined channel. The Guardian channel is synchronous and can know which channel number it will transmit its position and velocity direction.

도 5를 참조하면, 총 회피 감지는 각 채널의 길이 * 개수 만큼 크리티컬 타임이 된다. 즉, 최대 충돌을 회피하는데 걸리는 시간이 된다. 회피 거리는 각 드론의 속도에 따라 결정된다. 따라서 충돌 회피 채널 갯수 만큼의 드론이 동시에 충돌 회피 가능 지역을 계산하여 충돌을 방지할 수 있다. Referring to FIG. 5, the total avoidance detection is a critical time as long as the length of each channel. That is, it takes time to avoid the maximum collision. The avoidance distance is determined by the speed of each dron. Therefore, it is possible to prevent collision by calculating collision avoidable regions simultaneously with the number of collision avoidance channels.

본 발명의 충돌 회피 기능은 편대 비행 및 그룹 비행, 무인 자율 비행에 응용 되어, 공중드론 충돌 회피 방법으로 사용될 수 있다. 필요시 가디언모듈(110)의 비콘 RSSI(Receive Siganl Strength Indicator) 값을 보조 충돌 회피 파라미터로 사용할 수 있다.The collision avoidance function of the present invention can be applied to flight flight, group flight and unmanned flight, and can be used as a method for avoiding airborne collision. A value of a beacon RSSI (Receive Signal Strength Indicator) of the guardian module 110 may be used as an auxiliary collision avoidance parameter if necessary.

이와 같은 본 발명에 따른 가디언모듈을 이용한 충돌 방지 통신 기능을 가지는 공중드론에 따르면, 공중드론을 운영시, 공중드론 간의 충돌을 방지하기 위하여 가디언모듈을 사용함으로써, 공중드론의 우수한 충돌 회피능력을 보유하도록 할 수 있다.According to the air drone having the anti-collision communication function using the guardian module according to the present invention, by using the guardian module to prevent the collision between the air drones when the air drones are operated, .

이와 같이 본 발명에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시례에 한정되어서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, it is to be understood that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.

110 : 가디언모듈 120 : 운항센서부
130 : 카메라 140 : 조명
150 : 마이크로폰 160 : 무선통신부
170 : 제어부 180 : 저장부
190 : 전원공급부 210 : 구동부
220 : GPS
110: Guardian module 120: Navigation sensor unit
130: camera 140: illumination
150: microphone 160: wireless communication unit
170: control unit 180:
190: Power supply unit 210:
220: GPS

Claims (4)

가디언모듈을 통해서 충돌방지용 데이터를 다른 공중드론에 실시간으로 송신함과 아울러, 다른 공중드론으로부터 충돌방지용 데이터를 실시간으로 수신받아 충돌 회피를 위해 기동하도록 하고,
비행에 필요한 데이터를 획득하는 운항센서부;
외부의 영상을 획득하는 카메라;
조종을 위한 조작신호를 무선으로 수신하도록 하는 무선통신부;
비행 위치에 대한 데이터를 획득하기 위한 GPS;
상기 운항센서부의 데이터를 수신받아 상기 무선통신부에 의해 수신되는 상기 조작신호에 상응하는 제어신호를 출력하고, 상기 운항센서부 및 상기 GPS를 통해서 획득되는 비행 속도, 위치 및 비행 방향을 상기 충돌방지용 데이터로서 상기 가디언모듈을 통해서 다른 공중드론에게 무선으로 전송하도록 제어하며, 상기 가디언모듈을 통해서 수신되는 다른 공중드론의 충돌방지용 데이터에 따라 회피를 위한 기동을 수행하도록 제어신호를 출력하는 제어부;
상기 제어부의 제어신호에 의해 각각 제어되고, 프로펠러의 회전에 의해 비행 및 방향전환에 필요한 추진력을 각각 발생시키는 다수의 구동부; 및
동작에 필요한 전원을 공급하는 전원공급부;
를 포함하고,
상기 가디언모듈은,
상기 충돌방지용 데이터의 송수신을 위한 가디언 채널로 비콘 채널을 이용하고, 상기 비콘 채널의 헤더(header)에 충돌방지용 데이터를 다른 공중드론에게 실시간으로 송신하도록 하며, 자신의 ID가 MAC 어드레스를 사용하고,
상기 제어부는,
다른 공중드론의 비콘이 수신되는 경우, 동기화하여 비콘 헤더의 송신 내용을 수신하고, ID 및 상기 충돌방지용 데이터를 확인하여 상기 다른 공중드론이 자신과 충돌이 발생되지 않는 지점으로 수평 이동하도록 상기 구동부 각각을 제어하며, 마스터 기능으로 10~30 msec 동안 비콘을 발사하고, 120~200 msec 동안 슬래브(Slave) 모드로 동작하도록 제어하는, 가디언모듈을 이용한 충돌 방지 통신 기능을 가지는 공중드론.
The collision avoidance data is transmitted to the other public drones in real time through the guardian module and the collision avoidance data is received in real time from the other public drones to start collision avoidance,
A navigation sensor unit for acquiring data necessary for flight;
A camera for acquiring an external image;
A wireless communication unit for wirelessly receiving an operation signal for operation;
A GPS for acquiring data about the flight position;
And a control unit for receiving the data of the navigation sensor unit and outputting a control signal corresponding to the operation signal received by the wireless communication unit, A control unit for controlling the wireless transmission to the other public drones through the guardian module and outputting a control signal to perform a start for avoiding the collision avoidance data of the other public drones received through the guardian module;
A plurality of driving units respectively controlled by the control signal of the control unit and generating propulsive forces necessary for flight and direction switching by rotation of the propeller; And
A power supply unit for supplying power necessary for operation;
Lt; / RTI >
Wherein the guardian module comprises:
Wherein the collision avoidance control unit uses a beacon channel as a guardian channel for transmitting and receiving collision avoidance data and transmits collision avoidance data to a header of the beacon channel to another public drone in real time,
Wherein,
When the beacon of another public drones is received, receives the transmission contents of the beacon header synchronously and confirms the ID and the data for preventing collision, and horizontally moves to a point where the other air drones do not collide with itself , A master function to fire beacons for 10 to 30 msec, and a control to operate in a slave mode for 120 to 200 msec.
삭제delete 삭제delete 청구항 1 에 있어서,
상기 가디언모듈은,
다수의 다른 공중드론을 인지하기 위하여 채널 고정식 방법을 사용하고, 충돌 회피를 원하는 공중드론의 개수만큼 회피용 송수신 채널을 구성하며, 다른 공중드론의 각 위치를 인지하기 위한 공중드론의 미리 정의된 고정된 채널을 사용하고, 고정된 채널의 위치를 각 채널의 비콘 채널에 실어서 보내며, 고정된 채널을 사용하는 경우 비콘 채널에 자신의 ID와 송신 채널 번호만 전달함과 아울러, 정해진 채널에서만 자기의 위치를 전송하고, 총 충돌 회피 감지가 각 채널의 길이에 회피를 원하는 공중드론의 개수를 곱한만큼의 크리티컬 타임을 가지도록 하는, 가디언모듈을 이용한 충돌 방지 통신 기능을 가지는 공중드론.
The method according to claim 1,
Wherein the guardian module comprises:
A channel fixed method is used to recognize a number of different public drones, a transmitting and receiving channel for avoiding as many air drones as desired for collision avoidance, and a predefined fixed In the case of using a fixed channel, it transmits only its own ID and transmission channel number to the beacon channel, and transmits only its own channel to the beacon channel, And a total collision avoidance detection has a critical time equal to the length of each channel multiplied by the number of the public drones desiring to avoid the collision avoidance communication function using the guardian module.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210065459A (en) 2019-11-27 2021-06-04 김민호 Evasion flight control method of dron for flight obs/tacle
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KR102289361B1 (en) 2020-07-21 2021-08-11 현대오트론 주식회사 Collision avoidance method between multiple air mobilities and air mobility implementing the same method

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