KR101943823B1 - 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 및 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법 - Google Patents
고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 및 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 비행제어 컴퓨터의 실시간 운영체제를 기반으로 시각동기를 구성하고, 무인기에 최적화된 실시간 운영체제 아키텍쳐(Architecture)를 구성하여 비행제어컴퓨터에 설치하여, 설정시간(예로써, 1ms(0.001초)) 동기화 기준으로 통상의 비행제어기(Flight controller : FC)와 비행제어컴퓨터(FCC))가 상호 연동하며 통합 운용되는 구조를 갖도록 하여 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득이 가능한 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 및 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법에 관한 것으로, 비행제어기(210)는 무인기(100)의 비행과 GPS 수신기, 가속도계(accelerometer), 자이로센서, 지자계센서, 압력센서, 온도센서, 카메라 공기 흐름 센서(Flow Sensor Camera), 고도계를 제어하고, 임무 컨트롤러(220)는 적외선(열화상) 카메라(IR Camera), 고화질 카메라(HD Camera), 짐벌(GIMBAL), 와이파이나 LTE 통신을 위한 USB 접속부, 카드 슬롯, RS-232. RS-485 및 ADC 인터페이스와 접속되어 상기 비행제어기(210)의 위치, 자세, 가속도, 고도, 지자기, 임무장비 자세, 영상셔터 최적화를 위해 비행제어 컴퓨터(FCC)는 GPS(DGPS)(400)로부터 1ms(0.001초) 동기화 기준으로 비행제어기(210)와 임무 컨트롤로(220)가 상호 연동하며 통합 운용되는 구조를 갖도록 하기 위하여 상기 비행제어컴퓨터(FCC)를 기준으로 GPS정보 기준 클럭 생성과 기준 클럭 동기인터페이스를 시스템 타이밍이 동기화 되는 구조로, 1ms 실시간운영체계(RTOS) 기반에 GPS가 없을 경우에는 자체기준클럭으로 동기화시키고, 상기 GPS가 있는 경우에는 GPS 1PPS 클럭에 동기화시키며, 상기 영상촬영 시 카메라 또는 임무센서 셔터 동기화는 센서 획득 타이밍체 동기화를 수행하기 위하여 영상촬영 데이터 획득정보에 동기와 클럭 타이밍 정보를 함께 전송하여 위치결정 알고리즘에 동기화된 획득정보가 일치되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속비행하는 무인기에서 획득하는 위치데이터의 정확도 향상을 위한 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 및 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법에 관한 것이다.
자연적, 인공적인 물체에 대한 위치정보 및 속성정보 서비스를 위해 소형무인기가 주목 받고 있으며 대부분 단순 비행제어에 의한 영상획득이 가능할 것으로 이해하고 있는 것이 일반적이다. 그러나 2D/3D 공간정보 획득을 위한 기술사업화는 무인비행 플랫폼과 비행제어, 센서제어, 자동비행, 정밀데이터 획득(data logger), 위치보정 알고리즘, 공간정보 획득기법에 필요한 기술융합 전반을 갖추어야 해결이 가능하다
현재 항공기, 인공위성 및 차량 등을 이용하여 지형 정보를 취득하는 매핑 센서들이 다양하게 개발되고 있다. 직접 지상 좌표화란 지형 공간정보를 취득하는 매핑 센서는 여섯 개의 외부 표정 요소(X, Y, Z, 자세, 가속도, 회전각) 즉, 촬영이나 탑재된 센서의 위치와 회전각을 현지에서 직접 결정하여 모든 영상점을 지상의 대응점에 매칭시키는 작업을 말하며 GEO Coding이라고도 한다.
무인기를 이용하여 비행체 위치를 결정하는 기술은 위성항법(GNSS)과 비행체 자세정보를 결합하여 사용하거나 DGPS와 RTK기술을 일반적으로 사용하고 있다.
그러나 고속비행중 정밀위치데이터 획득은 비행체 이동시간과 위성항법 계산시간사이에서 위치오차가 발생되고 있다.
일반적으로 위성항법수신기는 저가의 1Hz~5Hz 또는 고가의 2Hz ~ 10Hz의 수신기를 사용하고 있어 무인기가 시속 30km 이동 할 경우 초당 8.3m를 이동하기 때문에 저가위성항법수신기로 임무장비 데이터 획득 위치결정을 의존할 경우 위치오차가 발생되고 무인기는 복잡한 센서와 전자신호처리에 의해 데이터 획득 타이밍이 결정되기 때문에 누적오차시간에 의해 비행 중 정밀위치데이터 획득오차는 크게 발생 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 무인기에서의 위치오차 발생요인을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 종래 기술에 따른 정밀위치 획득을 위한 셔터 타이밍 동기화 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
높은 정밀도가 요구되는 공간정보산업의 도심, 산림, 해양등 다양한 환경에서 정밀위치기반 영상 및 센서데이터 획득운용은 무인기운용 복합항법장치의 부정확한 위치정보, 데이터 획득장치의 자세와 획득결정 오차로 실시간 데이터획득 위치결정에서 종래에는 도 1에 나타낸 바와 같이 ① 비행기체센서 오차, ② GPS위치 오차, ③ 비행가속위치 오차, ④ 고도에 따른 오차, ⑤ 지자기센서 오차, ⑥ 비행제어동기 오차, ⑦ 짐벌제어각도 오차, ⑧ 영상센서셔터 오차 및 ⑨ 운영체계 오차와 같은 많은 위치오차 요인이 있다.
이러한 문제로 실제촬영된 위치(⑪)와 실제계산된 위치 오차(⑫)로 인해 공간정보산업에서 무인기를 이용한 임무장비 영상 또는 센서정보는 부정확한 GPS/IMU정보를 보정하기 위해 지상의 다수 항공표적지를 통해 위치오차를 보정(⑬)하고 있으며, 이는 무인기 자체의 기술보다 상용화된 PhotoScan, Pix4Dmapper, APS, Virtual Surveyor, StereoCAD와 같은 전문 후처리 소프트웨어 의존하고 있는 이유이다.
최근 정밀도가 높은 영상 획득이 가능하고 항공표적 기준점과 중첩도 높은 고해상도 사진촬영을 기반으로 GIS 빅데이터 구축이 다양하게 활용되고 있지만 영상결합이 어려운 해양, 산림, 농업, 수자원등에서 정밀한 위치 데이터 획득과 분석요구가 점차 증가하고 점차 좀더 빠른 실시간 데이터 획득 기술로 발전되고 있으나 현실적으로 무인기 자체의 물리적 오차요인으로 정밀도 향상이 어려운 실정이다.
이러한 문제를 해결하기 위해 지금까지 무인기를 이용한 데이터 획득과 위치결정은 GPS좌표와 짐벌자세 정보로 데이터 위치를 결정 하고 있으나, 고도가 높아지거나 풍향풍속이 심할 경우 수m ~ 수십m이상 오차가 발생하는 문제는 꾸준히 제기되고 있다.
이러한 기존 무인기 항공 영상측량 및 초분광센서, 열화상(IR)센서 등과 같은 벡터 데이터 획득은 해양, 산림, 농업과 같은 비정형 환경에서 정밀위치 좌표결정이 어려워 비행장치의 정밀도에 의존해야 하는 어려움이 있어 정밀비행 데이터 획득 플랫폼 발명이 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비행제어 컴퓨터의 실시간 운영체제를 기반으로 시각동기를 구성하고, 무인기에 최적화된 실시간 운영체제 아키텍쳐(Architecture)를 구성하여 비행제어컴퓨터에 설치하여, 설정시간(예로써, 1ms(0.001초)) 동기화 기준으로 통상의 비행제어기(Flight controller : FC)와 비행제어컴퓨터(FCC))가 상호 연동하며 통합 운용되는 구조를 갖도록 하여 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득이 가능한 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 및 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기는 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 이동을 수행하는 무인기(100); 상기 무인기(100)를 통해 고속비행, 수평유지 및 정밀위치 데이터 획득을 위한 영상 촬영을 포함하는 임무를 수행하기 위하여 상기 무인기(100)에 포함된 임무장비(300); 및 상기 무인기(100)의 비행을 위한 상기 임무 장비(300)의 각종 센서를 제어하고, GPS를 수신하는 비행제어기(FC)(210)와, 상기 임무 장비(300)를 통해 영상촬영, 통신, 짐벌 및 상기 비행제어기(210)와의 인터페이스를 제공하는 임무 컨트롤러(MC)(220)로 구성되되, 1ms 실시간운영체계(RTOS) 기반에 GPS가 없을 경우에는 자체기준클럭으로 동기화시키고, 상기 GPS가 있는 경우에는 GPS 1PPS 클럭에 동기화시키며, 상기 영상촬영을 위한 카메라 또는 임무센서 셔터 동기화는 센서 획득 타이밍체 동기화를 수행하기 위하여 상기 임무장비(300)의 데이터 획득정보에 동기와 클럭 타이밍 정보를 함께 전송하여 위치결정 알고리즘에 동기화된 획득정보가 일치되도록 제어하는 비행제어 컴퓨터(200);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
여기서, 비행제어 컴퓨터(200)에서 셔터결정 동기는 상기 임무장비의 데이터획득 위치동기 결정에서 발생하는 비행체 위성항법, 관성항법의 가속도 및 자세, 기압계 고도, 지자기, 타이밍이 모두 동기화된 최종 위치정보 좌표계산으로 정밀위치 데이터 획득을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기를 이용한 임무장비 동기화 결정방법은 비행제어기(210)는 무인기(100)의 비행과 GPS 수신기, 가속도계(accelerometer), 자이로센서, 지자계센서, 압력센서, 온도센서, 카메라 공기 흐름 센서(Flow Sensor Camera), 고도계를 제어하고, 임무 컨트롤러(220)는 적외선(열화상) 카메라(IR Camera), 고화질 카메라(HD Camera), 짐벌(GIMBAL), 와이파이나 LTE 통신을 위한 USB 접속부, 카드 슬롯, RS-232. RS-485 및 ADC 인터페이스와 접속되어 상기 비행제어기(210)의 위치, 자세, 가속도, 고도, 지자기, 임무장비 자세, 영상셔터 최적화를 위해 비행제어 컴퓨터(FCC)는 GPS(DGPS)(400)로부터 1ms(0.001초) 동기화 기준으로 비행제어기(210)와 임무 컨트롤로(220)가 상호 연동하며 통합 운용되는 구조를 갖도록 하기 위하여 상기 비행제어컴퓨터(FCC)를 기준으로 GPS정보 기준 클럭 생성과 기준 클럭 동기인터페이스를 시스템 타이밍이 동기화 되는 구조로, 1ms 실시간운영체계(RTOS) 기반에 GPS가 없을 경우에는 자체기준클럭으로 동기화시키고, 상기 GPS가 있는 경우에는 GPS 1PPS 클럭에 동기화시키며, 상기 영상촬영 시 카메라 또는 임무센서 셔터 동기화는 센서 획득 타이밍체 동기화를 수행하기 위하여 영상촬영 데이터 획득정보에 동기와 클럭 타이밍 정보를 함께 전송하여 위치결정 알고리즘에 동기화된 획득정보가 일치되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 한다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 임무장비의 데이터획득 위치동기 결정에서 발생하는 비행체 위성항법, 관성항법의 가속도 및 자세, 기압계 고도, 지자기, 타이밍이 모두 동기화된 최종 위치정보 좌표계산으로 정밀위치 데이터 획득이 가능하다.
둘째, 수풀이 우거진 산림, 광범위 농업지역등과 움직임이 심한 강물 해양환경과 같은 비정형화 또는 선형공통 스테레오 정보추출이 어려운 지형에서 무인기의 센서와 비행처리환경으로 정밀 지형정보 데이터 모델링 생성에 유용하게 활용될수 있다.
셋째, 해양환경의 비정형화된 위치 데이터 획득 실험을 통해 정밀위치 데이터 획득 최적화가 가능하다.
도 1은 종래 기술에 따른 무인기에서의 위치오차 발생요인을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 정밀위치 획득을 위한 셔터 타이밍 동기화 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법에 이용되는 비행제어 컴퓨터의 무인기 최적화 실시간 운영체제(RTOS) 아키텍쳐와 내부 기본구조(Base Framework)를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법에서 GPS 1pps 기준 클럭 시각동기화를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법에서 GPS 1pps 기준 클럭 시각동기 신호계통도를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법을 이용한 실험결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명에 따른 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법에서 항공식별 위치 정화도 검증을 위한 디지피에스 검증방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 정밀위치 획득을 위한 셔터 타이밍 동기화 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법에 이용되는 비행제어 컴퓨터의 무인기 최적화 실시간 운영체제(RTOS) 아키텍쳐와 내부 기본구조(Base Framework)를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법에서 GPS 1pps 기준 클럭 시각동기화를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법에서 GPS 1pps 기준 클럭 시각동기 신호계통도를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법을 이용한 실험결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명에 따른 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법에서 항공식별 위치 정화도 검증을 위한 디지피에스 검증방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
우선 본 발명에서는 문제 해결을 위해서는 GPS 위치좌표와 임무장비 자세를 위한 짐벌(수평유지) 위치결정 방법이 아닌 비행제어 컴퓨터(FCC) 기준으로 모든 장치를 동기화 하여 위치 자세 셔터 타이밍 위치결정 방법으로 해결하였다.
이를 위하여 본 발명에서는 비행제어 컴퓨터(FCC)의 위치결정 방법에 대하여 비행제어 컴퓨터의 1ms 실시간운영체계(RTOS) 기반에 GPS가 없을 경우에는 자체기준클럭으로 동기화시키고, GPS가 있는 경우에는 GPS 1PPS 클럭에 동기화시켰다. 그리고 임무장비 자세, 카메라 또는 임무센서 동기화도 우선적으로 필요하다.
특히 카메라 또는 임무센서 셔터 동기화는 저장 타이밍이 아니고 센서 획득 타이밍체 동기화를 함으로써 오차를 최소화 할 수 있다
이를 위해서 데이터 획득정보에 동기와 클럭 타이밍 정보를 함께 실어 보내야 비행제어 컴퓨터(FCC)의 위치결정 알고리즘에 동기화된 획득정보를 일치시킬 수 있다.
그러므로 무인기 비행제어 컴퓨터(FCC)에서 셔터결정 동기는 임무장비의 데이터획득 위치동기 결정에서 발생하는 비행체 위성항법, 관성항법의 가속도 및 자세, 기압계 고도, 지자기, 타이밍이 모두 동기화된 최종 위치정보 좌표계산으로 정밀위치 데이터 획득이 가능하다.
한편 무인기의 물리적 센서 오류 최적화 문제 해결을 위해 무인기 항법장비와 임무장비의 동기화를 위한 비행체 위치, 자세, 가속도, 고도, 지자기, 임무장비 자세, 영상셔터 타이밍의 동기화 결정에 필요한 시스템 설계와 공간정보 데이터 획득, 소형무인기 임무장비의 복합항법장치 시각동기 비행제어 방안을 제시한다. 또한 해양환경의 비정형화된 위치 데이터 획득 실험을 통해 정밀위치 데이터 획득 최적화를 이루고 있다.
본 발명에서는 무인기를 이용 물리적 센서 오류 최적화 문제 해결을 위해 무인기 항법장비와 임무장비의 동기화 우선순위를 좀 더 정밀한 위치계산을 위한 비행제어컴퓨터 실시간 운영체제 비행체 위치, 자세, 가속도, 고도, 지자기, 임무장비 자세, 영상셔터 타이밍의 동기화 결정에 필요한 시스템 설계와 공간정보 데이터 획득 소형무인기 임무장비의 복합항법장치 시각동기 비행제어 방안을 제시하고, 공간정보 데이터 획득을 위해 무인기 임무장비의 영상, 센서 데이터 위치획득 좌표결정은 비행제어 컴퓨터(FCC)의 셔터동기 위치계산 알고리즘 정밀위치계산 방법을 제시한다.
이러한 결과 본 발명은 수풀이 우거진 산림, 광범위 농업지역등과 움직임이 심한 강물 해양환경과 같은 비정형화 또는 선형공통 스테레오 정보추출이 어려운 지형에서 무인기의 센서와 비행처리환경으로 정밀 지형정보 데이터 모델링 생성에 유용하게 활용될수 있게 되었다.
도 3a는 본 발명에 따른 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법에 이용되는 비행제어 컴퓨터의 무인기 최적화 실시간 운영체제(RTOS) 아키텍쳐를 설명하기 위한 도면이고, 도 3b는 비행제어컴퓨터(FCC)의 시각동기에 필요한 실시간 운영체계 내부 기본구조(Base Framework)다.
본 발명에 따른 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법에 이용되는 비행제어 컴퓨터의 무인기 최적화 실시간 운영체제(RTOS) 아키텍쳐는 도 3a에 나타낸 바와 같은데, 무인기 통합 운용 비행제어컴퓨터(Flight Controller Computer : FCC)의 체적화 신호처리 구조(계통도)는 베이스보드인 비행제어컴퓨터(FCC)를 비행제어(FC)부와 분리하여 구성하였다.
일반적인 종래의 소형 무인기(또는 드론)는 비행제어기(Flight Controller : FC)에서 모두 처리하지만 비행제어기(FC)에 많은 업무처리 부담이 가중되면 비행 안전성 중대한 문제가 발생되기 때문에, 본 발명에서는 비행제어기(FC)와 별도로 비행제어컴퓨터(FCC)에서 비행제어기(FC)와 임무 컨트롤로(Mission Controller : MC)로 2중화하였으며, 비행제어컴퓨터(FCC)를 중심으로 GPS의 기준 클럭을 받아 시각 동기화하는 구조를 갖도록 하였다.
비행제어컴퓨터(FCC)의 시각동기에 필요한 실시간 운영체계 아키텍쳐와 운영체제 내부 기본구조(Base Framework)을 도 3b에서와 같이 갖도록 하였다.
이를 위한 본 발명 무인기 최적화 실시간 운영체제(RTOS) 아키텍쳐는 비행제어컴퓨터(FCC)의 사용자 레벨 프로세싱(User-level Processing)과, 비행제어기(FC)의 무브먼트(Movement)로 나눌 수 있다.
여기서, 사용자 레벨 프로세싱은 로깅 및 커뮤니케이션(Logging & Communition)과, 플래닝 계층(Planning Class) 및 리눅스 카메라 계층(Linux Camer Class)의 이미지 언디스토션(Image Unditortion) 및 이미지 프로세스 계층(ImgProc Class)로 구성되고, 무브먼트는 무브먼트 상태 계층(MovementStates Class), 상태관리 계층(MovementManager Class), 센서정보 계층(SensorInfo Class) 및 무브먼트정보 계층(MovementInfo Class)로 구성되는데, 여기서, 상태관리 계층(MovementManager Class), 센서정보 계층(SensorInfo Class) 및 무브먼트정보 계층(MovementInfo Class)는 싱그턴 계층(Singleton Class)이다.
운영체제 내부 기본구조(Base Framework)는 2개의 영상신호를 받아 처리하는 영상처리부(Vision)와 무인기 4개 모터와 출력제어를 담당하는 모터처리부(Movement), 무인기 핵심 하드웨어 센서정보처리부(HWInfo), 비행제어의 이벤트 조건(Math)를 처리하는 구조와 운영체제 부팅 구조(Logger Boot)도 이다.
운영체제 부팅구조와 각각의 클래스를 구성하여 실시간 운영체제가 아닐 때(No RT Result) 처리구조는 1.18m/s, 처리 속도가 실시간 운영체제 아키텍쳐는 0.66m/s 처리속도로 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
도 4는 본 발명에 따른 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법에서 GPS 1pps 기준 클럭 시각동기화를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법에서 GPS 1pps 기준 클럭 시각동기 신호계통도를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법에서 GPS 1pps 기준 클럭 시각동기화는 도 4에 나타낸 바와 같이, 무인기(100)와, 비행제어 컴퓨터(200) 및 임무장비(300)로 구분될 수 있다.
여기서 무인기(100)는 무인항공기(드론)이고, 비행제어 컴퓨터(200)는 크게 도 5에 나타낸 바와 같은 비행제어기(FC)(210)와 임무 컨트롤러(MC)(220)로 구성될 수 있으며, 임무장비(300)는 카메라와 센서 등의 장비이다.
여기서 비행제어기(210)는 무인기의 비행과 GPS 수신기, 가속도계(accelerometer), 자이로센서, 지자계센서, 압력센서, 온도센서, 카메라 공기 흐름 센서(Flow Sensor Camera), 고도계 등을 제어하고, 임무 컨트롤러(220)는 적외선(열화상) 카메라(IR Camera), 고화질 카메라(HD Camera), 짐벌(GIMBAL), 와이파이나 LTE 통신을 위한 USB 접속부, 카드 슬롯(예로서 SD Card), RS-232. RS-485 및 ADC 인터페이스와 접속되어 비행제어기(210)의 위치, 자세, 가속도, 고도, 지자기, 임무장비 자세, 영상셔터 최적화를 위해 비행제어 컴퓨터(FCC)는 GPS(DGPS)(400)로부터 1ms(0.001초) 동기화 기준으로 비행제어기(Flight controller)와 임무 컨트롤로(Mission Controller)가 상호 연동하며 통합 운용되는 구조를 갖는다.
이때, 비행제어컴퓨터(FCC)를 기준으로 GPS정보 기준 클럭 생성과 기준 클럭 동기인터페이스를 시스템 타이밍이 동기화 되는 구조로, GPS 1pps 시각동기로 신호계통도는 도 5에 나타낸 바와 같다.
도 6은 본 발명에 따른 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법을 이용한 실험결과를 설명하기 위한 도면이고, 도 7 내지 도 8은 본 발명에 따른 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법에서 항공식별 위치 정화도 검증을 위한 디지피에스 검증방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법에서는 제시된 GPS 1pps 시각동기의 정밀도 검증을 위해 영상(HD) 또는 열화상(IR) 센서 데이터 획득 실험환경으로 GPS와 DGPS를 기반으로 지상정밀측위 실험환경을 통해 검증 하였다.
특히 GPS 1pps시각동기 무인기 운용시스템은 고도에 따라 GPS/DGPS 오차증가율 실험과 지상기준점 중심 Latitude(위도), Longitude(경도), Altitude(고도) 좌표로 기술을 검증하였다.
무인기가 대기환경에서 비행할 때 주로 발생되는 문제는 풍향, 풍속, 가속도에 따른 비행제어에서 불규칙한 오차가 많이 증가되는 경우 기준데이터 확보가 어려워 실험 기준은 대기상태가 안정적인 비행환경조건에서 수차례 동일지역을 반복 비행실험을 통해 정밀도를 검증하였다.
실험결과 기존의 데이터 로거 비행정보로 정사배치된 자료와 시각동기에 의해 정사보정된 자료를 통해 2D정사배치 결과 지상영상 실험은 보정전 약 1 ~ 3m의 오차가 발생되었는데, DGPS와 풍향/풍속 지자기센서 헤딩보정 보정이 추가로 이루어지면 1m 미만의 준 실시간 2D 정사처리가 가능한 것으로 확인되었다.
이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 무인기 200 : 비행제어 컴퓨터(FCC)
210 : 비행제어기(FC) 220 : 임무 컨트롤러(MC)
300 : 임무장비 400 : GPS
210 : 비행제어기(FC) 220 : 임무 컨트롤러(MC)
300 : 임무장비 400 : GPS
Claims (3)
- 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 이동을 수행하는 무인기(100);
상기 무인기(100)를 통해 고속비행, 수평유지 및 정밀위치 데이터 획득을 위한 영상 촬영을 포함하는 임무를 수행하기 위하여 상기 무인기(100)에 포함된 임무장비(300); 및
상기 무인기(100)의 비행을 위한 상기 임무 장비(300)의 각종 센서를 제어하고, GPS를 수신하는 비행제어기(FC)(210)와, 상기 임무 장비(300)를 통해 영상촬영, 통신, 짐벌 및 상기 비행제어기(210)와의 인터페이스를 제공하는 임무 컨트롤러(MC)(220)로 구성되되, 1ms 실시간운영체계(RTOS) 기반에 GPS가 없을 경우에는 자체기준클럭으로 동기화시키고, 상기 GPS가 있는 경우에는 GPS 1PPS 클럭에 동기화시키며, 상기 영상촬영을 위한 카메라 또는 임무센서 셔터 동기화는 센서 획득 타이밍체 동기화를 수행하기 위하여 상기 임무장비(300)의 데이터 획득정보에 동기와 클럭 타이밍 정보를 함께 전송하여 위치결정 알고리즘에 동기화된 획득정보가 일치되도록 제어하는 비행제어컴퓨터(200);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기.
- 청구항 1에 있어서,
상기 비행제어 컴퓨터(200)에서 셔터결정 동기는 상기 임무장비의 데이터획득 위치동기 결정에서 발생하는 비행체 위성항법, 관성항법의 가속도 및 자세, 기압계 고도, 지자기, 타이밍이 모두 동기화된 최종 위치정보 좌표계산으로 정밀위치 데이터 획득을 수행하는 것을 특징으로 하는 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기를 이용한 임무장비 동기화 결정방법에 있어서,
비행제어기(210)는 무인기(100)의 비행과 GPS 수신기, 가속도계(accelerometer), 자이로센서, 지자계센서, 압력센서, 온도센서, 카메라 공기 흐름 센서(Flow Sensor Camera), 고도계를 제어하고, 임무 컨트롤러(220)는 적외선(열화상) 카메라(IR Camera), 고화질 카메라(HD Camera), 짐벌(GIMBAL), 와이파이나 LTE 통신을 위한 USB 접속부, 카드 슬롯, RS-232. RS-485 및 ADC 인터페이스와 접속되어 상기 비행제어기(210)의 위치, 자세, 가속도, 고도, 지자기, 임무장비 자세, 영상셔터 최적화를 위해 비행제어 컴퓨터(FCC)는 GPS(DGPS)(400)로부터 1ms(0.001초) 동기화 기준으로 비행제어기(210)와 임무 컨트롤로(220)가 상호 연동하며 통합 운용되는 구조를 갖도록 하기 위하여 상기 비행제어컴퓨터(FCC)를 기준으로 GPS정보 기준 클럭 생성과 기준 클럭 동기인터페이스를 시스템 타이밍이 동기화 되는 구조로, 1ms 실시간운영체계(RTOS) 기반에 GPS가 없을 경우에는 자체기준클럭으로 동기화시키고, 상기 GPS가 있는 경우에는 GPS 1PPS 클럭에 동기화시키며, 상기 영상촬영 시 카메라 또는 임무센서 셔터 동기화는 센서 획득 타이밍체 동기화를 수행하기 위하여 영상촬영 데이터 획득정보에 동기와 클럭 타이밍 정보를 함께 전송하여 위치결정 알고리즘에 동기화된 획득정보가 일치되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 고속비행 중 정밀위치 데이터 획득을 위한 무인기 임무장비 동기화 결정방법.
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