KR101973605B1 - 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템 및 그 구현 방법, 발사 궤적에 근거한 사전 프로그램된 비행 패턴을 변경하기 위한 방법을 구현 및 실행되도록 실행 가능한 명령어를 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 - Google Patents

자율 자기-귀환 무인 항공 시스템 및 그 구현 방법, 발사 궤적에 근거한 사전 프로그램된 비행 패턴을 변경하기 위한 방법을 구현 및 실행되도록 실행 가능한 명령어를 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템(UAS) 및 발사 궤적에 기초하여 사전 프로그램된 비행 패턴을 수정하는 방법에 관한 것으로서, 하나의 시나리오에서 자율 자기-귀환 UAS는 전원 공급 장치; 적어도 하나 이상의 프로펠러에 대한 지지를 제공하도록 구성된 서브 프레임; 무선 주파수 위치 신호를 송신 및 수신하도록 구성된 송수신기 및 발사시에 자율 자기-귀환 UAS가 복귀하는 시작 위치를 결정하고, 자율 자기-귀환 UAS가 비행하고 시작 위치로 복귀하기 위한 사전 프로그램된 비행 패턴을 선택하며, 상기 결정된 발사 궤적에 따라 상기 사전 프로그램된 비행 패턴을 변경하는 비행 경로 생성기를 포함한다. 이때, 자율 자기-귀환 UAS는 상기 선택된 사전 프로그램된 비행 패턴으로 복귀하기 전에 상기 변경된 비행 패턴을 따라 적어도 일부 시간 동안 비행한다.

Description

자율 자기-귀환 무인 항공 시스템 및 그 구현 방법, 발사 궤적에 근거한 사전 프로그램된 비행 패턴을 변경하기 위한 방법을 구현 및 실행되도록 실행 가능한 명령어를 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체{Autonomous self-returning unmanned aerial system and Implementing Method thereof, One or more computer-readable media that store computer-executable instructions that, when executed, implement a method for modifying a pre-programmed flight pattern based on launch trajectory}
본 발명은 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템 및 그 구현 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자율 자기-귀환 무인 항공기(UAS)가 복귀할 시작 위치를 결정한 후 시작 위치로 비행 및 복귀하기 위한 사전 프로그램된 비행 패턴을 선택하고, 발사 궤적에 기초하여 사전 프로그램된 비행 패턴을 변경할 수 있는 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템 및 그 구현 방법에 관한 것이다.
최근, GPS(Global Positioning System) 기술은 다양한 디바이스들과 서비스들이 생성되도록 한다. GPS는 디바이스의 위치를 결정하기 위해 많은 GPS 위성과 통신하도록 디바이스의 내부에 소형 라디오가 내장될 수 있다. GPS 라디오들은 일반적으로 스마트폰, 스포츠 시계, 네비게이션 장치, 차량 및 기타 장소에서 볼 수 있다. 예를 들어, GPS 라디오들은 무인 항공 디바이스에서 발견될 수 있다. 이 무인 항공 디바이스는 작은 장난감에서 감시 드론에 이르기까지 다양하고, 모든 종류의 비행 장치를 포함할 수 있다.
경우에 따라, 이러한 무인 항공 디바이스는 특정 경로를 비행하도록 사전 프로그램될 수 있다. 예를 들어, 무인 항공 디바이스는 시작 지점에서 출발하고, GPS 위치 지정을 통해 특정 경로를 비행하며, 시작 지점으로 되돌아가도록 사전 프로그램될 수 있다. GPS 위치 지정은 무인 항공 디바이스가 비행을 통해 현재 위치를 알도록 하고, 공중에서 특정 경로로 비행할 수 있도록 한다. 그러한 무인 항공 디바이스는 발사 궤적이 상이한 시나리오에서 동작하도록 프로그램되지 않고 있다는 문제점이 있다.
종래 기술에 따른 한국등록특허 제10-167383호에는 사용자가 원하는 위치 및 방향으로 드론이 유지되도록 사용자가 지정한 위치에서 이륙하는 드론 이륙 제어 방법 및 이를 적용한 드론이 개시되어 있다.
종래 기술의 드론 이륙 제어 방법 및 이를 적용한 드론은 특정 객체와 기준 고도를 유지하면서 추적시킬 수 있도록 자체 연산된 비행자세 제어 동적 모델을 기준으로 드론을 비행 제어하기 때문에 연산에 필요한 거리, 고도, 방위각 등의 데이터 측정, 측정된 데이터를 이용한 복잡한 연산 알고리즘이 필요하다. 따라서, 종래 기술의 드론 이륙 제어 기술은 데이터 연산량이 많아지고 정확도를 높이기 위해 필요한 변수들이 많아질 수록 많은 시스템 자원을 필요로 한다는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-1617383호 " 드론 이륙 제어 방법 및 이를 적용한 드론 " 한국등록특허 제10-1650136호 " 원위치 자동복귀컬러트래킹 자동추적을 갖는 스마트 드론 장치 "
본 발명은 UAS 자체에 저장된 사전 프로그램된 비행 패턴의 리스트로부터 사전 프로그램된 비행 패턴을 선택하고, 발사 궤적에 기초하여 사전 프로그램된 비행 패턴을 변경하여 UAS가 사전 프로그램된 비행 패턴으로 되돌아가도록 복귀 경로를 형성할 수 있는 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템 및 그 구현 방법을 제공한다.
본 발명에 설명된 실시예는 발사 궤적에 기초하여 사전 프로그램된 비행 패턴을 수정하기 위한 무인 항공 시스템(UAS) 및 이를 구현하는 방법에 관한 것이다. 일 실시예에서, 자율 자기-귀환 UAS는 전원 공급 장치 및 적어도 하나 이상의 프로펠러에 대한 지지하도록 구성된 서브 프레임을 포함한다. 또한, 자율 자기-귀환 UAS는 무선 주파수(RF) 위치 신호를 송신 및 수신하도록 구성된 송수신기, 발사시에 자율 자기-귀환 UAS가 복귀할 시작 위치를 결정하는 비행 경로 생성기를 포함하고, 비행 경로 생성기는 UAS가 비행하고 시작 위치로 복귀하기 위한 사전 프로그램된 비행 패턴을 선택하며, UAS에 대한 발사 궤적을 결정하고, 상기 결정된 발사 궤적에 따라 사전 프로그램된 비행 패턴을 변경한다. 이와 같이, 자율 자기-귀환 UAS는 상기 선택된 사전 프로그램된 비행 패턴으로 복귀하기 전에 최소한 일부 시간 동안 상기 변경된 비행 패턴을 따라 비행한다.
또 다른 실시예에서, 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템의 구현 방법은 자율 자기-귀환 UAS에서 수행된다. 이 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템의 구현 방법은 자율 자기-귀환 UAS가 복귀해야 할 시작 위치를 결정하는 단계, UAS가 비행하고 시작 위치로 복귀해야 하는 사전 프로그램된 비행 패턴을 선택하는 단계, UAS를 위한 발사 궤적을 결정하는 단계, 상기 결정된 발사 궤적에 따라 사전 프로그램된 비행 패턴을 변경하는 단계를 포함한다. 상기 자율 자기-귀환 UAS는 상기 선택된 사전 프로그램된 비행 패턴으로 복귀하기 전의 최소 일부 시간 동안에 상기 변경된 비행 패턴을 따라 비행한다. 경우에 따라, 상기 변경된 비행 패턴을 따라 비행하는 자율 자기-귀환 UAS의 일부 시간은 자율 자기-귀환 UAS의 발사 궤적에 기초하여 가변될 수 있다.
본 발명의 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템 및 그 구현 방법은 UAS 자체에 저장된 사전 프로그램된 비행 패턴의 리스트로부터 사전 프로그램된 비행 패턴을 선택함으로써 비행 패턴을 프로그램하기 위해 매번 복잡한 연산 과정이 수행할 필요가 없어지고, 발사 궤적에 기초하여 사전 프로그램된 비행 패턴을 변경하여 UAS가 사전 프로그램된 비행 패턴으로 되돌아가도록 복귀 경로를 형성함으로써 안정적인 자율 비행이 가능할 뿐만 아니라 비행 경로의 재조정이 요구되는 상황에서 연산이나 새로운 프로그램 설계없이도 쉽게 사전 프로그램된 비행 패턴을 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 모아일 디바이스 또는 컴퓨팅 시스템 등을 통해 원격으로 자율 자기-귀환 UAS를 제어할 수 있고, 프로펠러를 제어하여 사용자 손에 위협적이지 않은 속도로 가볍게 착륙할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사전 프로그램된 비행 경로를 따라 비행하도록 구성된 자율 자기-귀환 UAS의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상이한 구성요소와 모듈을 포함하는 자율 자기-귀환 UAS의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도중에 사전 프로그램된 비행 경로를 수정하고, 발사 궤적에 따른 자율 자기-귀환 UAS를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자에 의해 던져지고, 던져진 후에 도중에 사전 프로그램된 비행 경로를 수정하는 자율 자기-귀환 UAS를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발사 궤적에 기초하여 사전 프로그램된 비행 패턴을 수정하기 위한 방법을 설명하는 순서도이다.
본 발명에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예 및 도면에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
이하, 본 발명의 실시예들은 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템(Unmanned Aerial Syatem, UAS)과 발사 궤적에 근거하여 사전 프로그램된 비행 패턴을 수정하기 위한 방법들에 관한 것이다.
본 발명에 기술된 자율 자기-귀환 UAS는 원점으로 복귀하고 자율적으로 비행하도록 구성된 드론, 헬리콥터, 비행기 또는 다른 무인 항공 디바이스 중 어떤 형태가 될 수 있다. 상기 자율 자기-귀환 UAS는 전원 공급 장치, 신호를 송수신하기 위한 송수신기 및 비행 경로 생성기를 포함할 수 있다. 상기 비행 경로 생성기는 적어도 하나 이상의 사전 프로그램된 비행 경로들에 접근할 수 있고, UAS에서 이 비행 경로들을 구현할 수 있다. 상기 비행 경로 생성기는 프로세서, RAM(Random Access Memory), 상기 저장된 비행 경로들을 위한 데이터 스토리지, 신호들을 수신하고, 신호들을 해석하며, 비행 경로들을 발생 및 구현하고, 도중에 비행 경로들을 수정하며, 다른 기능들을 수행하도록 사용되는 다른 컴퓨팅 구성요소들을 포함한다. 위에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 기술된 자율 자기-귀환 UAS들은 컴퓨팅 구성요소들을 포함할 수 있고, 자체가 컴퓨팅 시스템이 될 수 있다.
본 발명에 기술된 상기 자율 자기-귀환 UAS들의 실시예들은 컴퓨팅 시스템이 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이 컴퓨팅 시스템들은 비행 패턴 검색 및 구현, 비행 상태 모니터링, 네비게이션 및 다른 태스크을 포함하는 태스크를 수행하기 위해 임베디드 코드를 가지는 전용 프로세서들을 포함한다. 상기 컴퓨팅 시스템들은 추가적으로 또는 선택적으로 상기 자율 자기-귀환 UAS가 비행하는 동안 비행 패턴들을 수정하기 위해 구성된 범용 프로세서를 포함한다. 어떤 경우에, 상기 자율 자기-귀환 UAS의 연산 성분들은 비행하는 동안에 상기 자율 자기-귀환 UAS에서 비행하기에 충분한 소형 및/또는 가벼운 이동 전화, 태블릿, 또는 다른 컴퓨팅 시스템이 될 수 있다.
따라서, 여기에 사용된 컴퓨팅 시스템 용어는 모든 디바이스, 시스템 또는 최소한 하나의 프로세서, 상기 프로세서에 의해 실행될 수 있는 컴퓨터 실행가능한 명령어들을 가질 수 있는 물리적이고 유형한 컴퓨터 판독 가능한 메모리를 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템은 상기 자율 자기-귀환 UAS의 송수신기를 경유하는 다른 컴퓨팅 시스템들과 연결될 수 있다. 이와 같이, 상기 자율 자기-귀환 UAS는 다른 자율 자기-귀환 UAS 및 또는 다른 네트워크와 연결된 컴퓨팅 시스템들 또는 클라우드에 연결될 수 있다.
전형적으로 컴퓨팅 시스템은 최소한 하나의 프로세싱 유닛과 메모리를 포함한다. 이 메모리는 휘발성, 비휘발성 또는 그 둘의 조합이 될 수 있는 물리적 시스템 메모리가 될 수 있다. 또한, 여기서 사용되는 메모리는 물리적 저장 매체 또는 물리적 저장 디바이스와 같은 비휘발성 대용량 스토리지를 언급한다. 만일 상기 자율 자기-귀환 UAS는 다른 UAS들 또는 다른 컴퓨팅 시스템들과 연결된 경우에, 메모리 및/또는 스토리지 용량은 이러한 시스템들에도 분산되어 있다.
본 발명에서 사용되는 실행 가능한 모듈 또는 실행 가능한 구성요소는 소프트웨어 오브젝트들, 루틴들, 방법들 또는 상기 자율 자기-귀환의 컴퓨팅 하드웨어를 이용하여 실행되는 유사한 컴퓨터 실행 가능한 명령어들을 언급할 수 있다.
본 발명에서 설명된 상기 다른 구성요소들, 모듈들, 엔진들 및 서비스들은 상기 컴퓨팅 시스템(예를 들어, 개별 쓰레드) 상에서 실행되는 오브젝트들 또는 프로세스들로서 구현될 수 있다.
상기한 바와 같이, 상기 자율 자기-귀환 UAS는 유선 또는 무선 네트워크를 통해 다른 메시지 프로세서들과 통신하기 위한 컴퓨팅 구성요소들을 허용하는 통신 채널들도 포함한다. 그러한 통신 채널들은 하드웨어 기반의 수신기들, 송신기들, 송수신기들을 포함할 수 있고, 데이터 수신, 데이터 송신, 또는 데이터의 송수신을 수행하도록 구성된다.
또한, 본 발명에서 기술된 실시예들은 컴퓨터 실행이 가능한 명령어들 및/또는 데이터 구조들을 저정하거나 운반할 수 있는 물리적으로 컴퓨터 판독이 가능한 매체를 포함한다.
그러한 컴퓨터 판독 가능한 매체는 범용 또는 전용 컴퓨팅 시스템에 의해 접근될 수 있는 모든 이용 가능한 물리적 매체일 수 있다. 예를 들어, 상기 컴퓨터 판독 가능한 매체(예를 들어, 컴퓨터 스토리지 매체)는 비행 경로를 생성하고, 비행 경로를 수정하며, 송수신기에 의해 수신된 신호들을 사용하여 길을 찾거나 다른 태스크들을 수행하기 위한 컴퓨터 실행 가능한 명령어들을 저장할 수 있다.
상기 자율 자기-귀환 UAS의 일부가 될 수 있는 물리적 하드웨어 스토리지 매체는 RAM, ROM, EEPROM, SSD(Solid State Drive), 플래시 메모리, PCM(Phase-Change Memory), 광학 디스크 스토리지, 자기 디스크 스토리지 또는 그 외의 자기 스토리지 디바이스, 또는 본 발명에서 기술된 실시예들의 개시된 기능을 구현하기 위한 범용 또는 전용 컴퓨팅 시스템들에 의해 실행되거나 접속될 수 있고, 컴퓨터 실행 가능한 명령어들 또는 데이터 구조들의 형태로 프로그램 코드를 저장하도록 사용될 수 있는 모든 다른 하드웨어 스토리지 디바이스와 같은 컴퓨터 하드웨어를 포함할 수 있다.
데이터 구조는 기본 유형(예를 들어, 문자, 이중, 부동 소수점), 복합 유형(예를 들어, 배열, 레코드, 유니온 등), 추상 데이터 유형(예를 들어, 컨테이너, 목록, 세트, 스택, 트리 등), 해시, 그래프 또는 다른 유형의 데이터 구조를 포함 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 당업자가 내비게이션 신호들 또는 비행 패턴 선택, 다른 정보들이 WiFi 송신기, 블루투스 송신기 또는 다른 데이터 소스로부터 수신될 수 있는 환경에서 실행할 수 있다. 이러한 방식으로, 자율 자기-귀환 UAS는 클라우드 컴퓨팅 환경 또는 인터넷으로부터 데이터를 수신할 수 있다. 이는 사용자가 인터넷을 통해 원격으로 자율 자기-귀환 UAS를 제어할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에서 기술된 자율 자기-귀환 UAS를 위한 시스템 아키텍처는 시스템 전체의 기능에 각각 기여하는 복수의 독립적인 구성 요소를 포함할 수 있다. 이 모듈성은 플랫폼 확장성의 문제에 접근할 때 유연성을 높이고, 결국 다양한 이점을 제공한다. 시스템 복잡성과 성장은 제한된 기능적 범위를 가진 소규모 스케일 부품의 사용을 통해 좀더 쉽게 관리할 수 있다. 플랫폼 내결함성은 이러한 느슨하게 결합된 모듈의 사용을 통해 향상된다. 개별 구성 요소들은 비지니스 요구 사항에 따라 점진적으로 증가할 수 있다. 모듈식 개발은 또한 새로운 제품의 출시 기간을 단축시키고, 새로운 기능은 상기 핵심 시스템의 영향없이 추가하거나 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사전 프로그램된 비행 경로를 따라 비행하도록 구성된 자율 자기-귀환 UAS의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 자율 자기-귀환 UAS(UAS 또는 UAS(101))는 4개의 프로펠러를 가진 드론이며, 발사대(102) 상에 놓여 있다. 여기서, UAS(101)는 모든 무인, 자율 항공 디바이스의 크기 또는 형태일 수 있다. UAS(101)은 발사대(102)로부터 발사대고, 그후에 사전 프로그램된 비행 경로(103)의 완료시 상기 발사대로 복귀한다.
본 발명에 사용된 사전 프로그래된 비행 경로는 UAS(101)가 발사대(102)로 되돌아가기 전에 날아갈 경로에 따른 비행 경로를 나타낸다. 비행 경로는 비행 전에 UAS(101)에 저장된 메모리에 프로그램된다. UAS(101)는 위치 결정을 위해 위치정보(Geolocation) 위성 또는 다른 송신기들과 통신하기 위한 송수신기를 사용할 수 있다. 예를 들어, UAS(101)는 발사대(101) 상에 있는 동안 상대 좌표를 결정하기 위해 GPS를 사용할 수 있다. 이 좌표는 상기 발사대로 되돌아올 때 사용될 수 있다. 따라서, UAS(101)는 발사대(102) 상의 초기 위치를 결정할 수 있고, 적어도 하나의 사전 프로그램된 비행 경로(103)를 따라 이륙하여 비행하며, 상기 GPS 좌표를 이용하여 상기 발사대(102)로 복귀하여 착륙할 수 있다. 이러한 GPS 좌표는 UAS(101)가 비행 경로 상에 머무르는 것을 보장하기 위해 비행 중에 사용된다. 비행 경로에는 선회, 표고 변경, 속도 변경, 기동 또는 위치 또는 비행 패턴의 변화를 포함할 수 있다. 비행 경로에서 모든 움직임의 완료시 UAS(101)는 원래 위치로 되돌아온다.
UAS(101)는 다른 지점 또는 위치에서 이륙 또는 착륙할 수 있다. 예를 들어, UAS(101)는 지면이나 사용자의 손에서 시작할 수 있고, 던지기의 궤적을 위해 보상된 후에 상기 선택된 비행 경로로 던져지거나 재개될 수 있다. 일반적으로, UAS(101)은 정확히 동일한 지점에 이륙하고 착륙한다. 그러나, 어떤 경우에는 UAS(101)은 한 지점에서 이륙하고 다른 지점에서 착륙할 수 있다. 또한, UAS(101)가 이륙하고 특정 비행 경로를 비행하고 있는 동안, 상기 선택된 비행 경로는 도중에 변경될 수 있다.
실제로, 도 2에 도시된 바와 같이, UAS(101)는 다른 컴퓨팅 시스템으로부터 통신을 수행할 수 있는 송수신기를 포함한다. 어떤 경우에는, UAS(101)는 비행경로가 다른 비행 경로로 변경되도록 하는 모바일 디바이스 또는 다른 컴퓨팅 장치로부터 지시(Indication)를 수신할 수 있다. 상기 수신된 지시는 현재 사용할 비행 경로의 선택을 포함하거나, 또는 UAS(101)가 복수의 저장된 사전 프로그램된 비행 경로들로부터 하나의 비행 경로를 선택하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상이한 구성요소와 모듈을 포함하는 자율 자기-귀환 UAS의 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도중에 사전 프로그램된 비행 경로를 수정하고, 발사 궤적에 따른 자율 자기-귀환 UAS를 설명하는 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자에 의해 던져지고, 던져진 후에 도중에 사전 프로그램된 비행 경로를 수정하는 자율 자기-귀환 UAS를 설명하는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, UAS는 적어도 하나 이상의 프로펠러(201)를 위한 지지하도록 구성된 서브 프레임(202), 전원 공급 장치(203), WiFi 신호 또는 블루투스 신호와 같은 다른 신호들 및 위치 신호들을 포함한 RF 신호들을 수신 및 송신하는 송수신기(204) 및 발사시 다양한 태스크들을 수행하는 비행 경로 생성기(205)를 포함한다.
서브 프레임(202)은 실질적으로 임의의 유형 재료로 구성될 수 있지만, 플라스틱, 탄소 섬유, 스티로폼, 목재, 알루미늄 또는 비행하기에 충분히 가벼운 물질의 조합으로 구성될 수 있다.
전원 공급 장치(203)는 배터리, 연료 동력 엔진, 또는 태양광 발전과 같은 다른 전원 소스가 될 수 있다. 전원 공급 장치는 프로펠러(201)를 위한 전력을 공급하고, 또한 비행 경로 생성기(205) 및 송수신기(204)와 같은 컴퓨팅 구성요소를 위한 전력을 공급한다. 전원 공급 장치(203)는 단일 배터리이거나 배터리들의 조합이 될 수 있고, 용이하게 제거 및 교체가 가능한 하우징을 포함할 수 있다.
송수신기(204)는 경도 및 위도 좌표를 결정하고 위치를 삼각 측량하기 위해 GPS 위성과 통신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, UAS(200)는 발사시 UAS가 던져질 때 발사 궤적을 결정할 수 있도록, 발사 궤적을 측정하기 위한 관성 측정 유닛을 포함할 수 있다.
비행 경로 생성기(205)는 UAS(200)가 복귀하기 위한 시작 위치를 결정하고, UAS(200)가 비행하고 상기 시작 위치로 복귀하기 위한 사전 프로그램된 비행 패턴(206)을 선택하며, 관성 측정 유닛 등을 사용하여 UAS를 위한 발사 궤적을 결정하며, 상기 결정된 발사 궤적에 따라 상기 사전 프로그램된 비행 패턴을 수정한다. 상기 수정된 비행 패턴은 다양한 방식으로 수정될 수 있다. 그러나, 비행 경로가 어떻게 수정되든 관계없이, UAS(200)은 상기 선택된 사전 프로그램된 비행 패턴으로 되돌아오기 전에 적어도 일정 시간 동안 상기 수정된 비행 패턴을 따라 비행한다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, UAS(301)는 저장된 사전 프로그램된 비행 패턴(206)의 리스트로부터 사전 프로그램된 비행 패턴(304)을 선택한다. 상기 비행 경로 생성기(205)는 많은 다른 방법들 중 하나를 사용하여 UAS의 발사 궤적(302)을 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 비행 경로 생성기(205)는 UAS에 수신된 복수의 GPS 좌표를 이용하여 발사 궤적(302)을 계산할 수 있다.
시간이 경과하면서 GPS 좌표가 변함에 따라 궤도가 결정될 수 있다. 궤도는 높이, 폭 및 깊이, 즉 3 차원 변화를 포함하는 속도 성분 및 각도 성분을 포함한다. 궤도(302)는 관성 측정 유닛(IMU)을 사용하여 결정될 수도 있다. IMU는 관성의 변화를 감지할 수 있는 관성 센서들을 포함한다. IMU로부터 측정은 상기 발사 궤적을 결정하기 위한 다른 위치 측정(예를들어, GPS)과 함께 사용되거나, 단독으로 사용될 수 있다.
UAS(301)는 주어진 시간 동안 상기 발사 궤적을 따라갈 수 있고, 사전 프로그램된 비행 패턴을 비행하기 시작한다. 상가 발사 궤적(302)이 상기 사전 프로그램된 비행 패턴과 다를 수 있기 때문에 상기 비행 경로 생성기는 경로 차이만큼 보상해야 한다. 따라서, 비행 경로 생성기(205)는 UAS(301)가 사전 프로그램된 비행 패턴으로 복귀하는 변경된 복귀 경로(303)를 계산한다. 일 실시예에서, 복귀 경로는 UAS(301)가 경로(303a)와 같이 가능한 한 사전 프로그램된 비행 패턴으로 즉시 돌아갈 수 있고, 다른 경우에 복귀 경로는 경로(303)와 같이 사전 프로그램된 비행 패턴에서 보다 점진적으로 되돌아갈 수 있다. 많은 요인들이 현재 풍속, 방해물(나무와 사람과 같은), 다른 경로(즉, 303, 303a, 또는 다른 경로)를 경유해서 상기 사전 프로그램된 패턴으로 되돌아가기 위해 필요한 배터리 전력 또는 연료의 량 등을 포함하여 상기 사전 프로그램된 비행 패턴으로 신속히 되돌아가기 위한 방법을 결정할 수 있다.
일실시예에서, 사전 프로그램된 비행 패턴(303)에 대한 변경은 완전히 다른 사전 프로그램된 비행 패턴을 선택하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 만일 상기 발사 궤적(302)이 상기 선택된 사전 프로그램된 비행 패턴(304)으로 되돌아가는 것을 어렵게 만드는 속도나 방향에 있는 경우에, 상기 비행 경로 생성기(205)는 다른 비행 패턴을 선택하거나 비행 중에 새로운 비행 패턴을 생성할 수 있다. 다른 비행 패턴이 선택된 경우에도, 상기 발사 궤적은 UAS(301)에 영향을 미치는 변경된 비행 패턴이 생성되고, UAS가 상기 선택된 비행 경로로 다시 비행되도록 사용된다. UAS는 특정 위치에서 대체의 사전 프로그램된 비행 패턴으로 비행을 시작한다. 예를 들어, 이 특정 위치는 발사 궤적(302)의 속도, UAS의 현재 높이 또는 위치에 근거하여 결정된다. 따라서, 자율 자기-귀환 UAS(301)가 대체의 사전 프로그램된 비행 패턴으로 비행을 시작하는 위치는 다양하고, UAS의 발사 궤적에 따라 UAS의 각 발사가 변화될 수 있다.
UAS의 현재 위치 및/또는 속도는 시간이 경과하면서 GPS 좌표에서 변화값과 GPS 좌표를 사용하여 결정된다. 어떤 경우에, 사용된 GPS 신호들은 전형적인 GPS 신호들이고, 다른 경우에 사용된 GPS 신호들은 자기 차동 GPS 신호들이다. 자기 차동 GPS(SDGPS)는 위치가 기준 수신기에 상대적이라가 보다는 이전 시간에 상대적으으로 계산되고, 반송파위상 측정만 사용하는 기술이다. 상대적 위치 측정에서 SDGPS 접근 결과는 실시간 단일 수신기를 사용하여 결정되므로 기준 수신기가 필요하지 않고, 모호성 해결은 필요하지 않다.
즉, 비행 경로 생성기(205)는 GPS의 위성 항법 신호와 IMU의 측정 데이터를 이용하여 시간차 정밀 상대 위치 결정(Time-Differenced Precise Relative Positioning, T-D PRP) 방식으로 드론의 정밀 상대 위치를 측정한다.
T-D PRP는 델타 의사거리와 시간 간격을 두고 반송파 위상차를 이용하여 상대 위치를 측정한다. 단일 GPS 수신기를 사용하는 경우에, 상대 위치는 현재 기간(Epoch)에서 위치와 초기 위치 포인트 또는 기준 위치 사이의 거리로 정의된다.
2개의 기간(t, 0)에서 위성의 델타 의사거리는 하기한 수학식 1로 설명된다.
Figure 112017117063819-pat00001
수학식 1에서 Δ()는 2개의 기간에서 동일 변수의 차이이고,
Figure 112017117063819-pat00002
는 위성과 헨 수신기에 대한 반송파의 위상 측정값이다. 델타 의사거리의 좋은 속성은 정확한 반송파 측정치가 번거로운 정수 모호성 없는 변수라는 것이다. 이전에 몇몇 연구에서는 속도 측정값[Graas] 및 상대 위치[Somerville]을 위해 델타 의사거리를 사용하도록 제안하였다. T-D PRP(Time-Differenced Precise Relative Positioning)는 델타 의사거리를 사용하지만, 이전의 연구와 다르고, T-D PRP는 거의 실시간 처리가 허용된다는 가정 하에 거의 실시간 코드-반송파 발산을 사용함으로써 차동 전리층 지연을 측정한다. 이전의 연구에서, 전리층 효과는 이중 주파수 수신기에 의해 제거된다.
T-D PRP의 수학식은 [Kim072]에서 소개되었고, 수학식 2에서 위성 시계 오차 보정과 대류권 오차 보정을 적용한다. 그 후에, 수학식 2는 기준 위치와 관련하여 선형화하고, 짧은 베이스 라인(Base line) 가정을 갖는다.
Figure 112017117063819-pat00003
Figure 112017117063819-pat00004
는 0시간에서 위치로부터 t시간에서의 상대 위치이다. 또한,
Figure 112017117063819-pat00005
는 0시간에서 기준 위치의 불완전한 지식에 의해 야기되는 미확정 오차이다.
Figure 112017117063819-pat00006
는 t와 0 시간에서 위성 시계 오차 보정 잔류 오차들을 포함한다.
다음에,
Figure 112017117063819-pat00007
는 L1 코드와 반송파 위상 측정값들의 차이를 이용하여 제거된다. 추정된 전리층 지연 기울기(
Figure 112017117063819-pat00008
)를 획득하고, t와 0 시간 사이에서 차동 전리층 지연 기울기를 위한 보정은 하기한 수학식 3에 의해 발생될 수 있다.
Figure 112017117063819-pat00009
Figure 112017117063819-pat00010
는 전리층이 활동적인 곳에서 매우 효과적이고, 전리층이 안정적인 곳에서 최소가 된다. 그러나, 전리층이 조용한 지역에서도
Figure 112017117063819-pat00011
는 예상치 못한 가파른 기울기가 발생할 가능성이 언제나 있기 때문에 필수적이다.
마지막으로, 선형 방정식의 집합은 하기한 수학식 4와 같이 형성될 수 있다.
Figure 112017117063819-pat00012
수학식 4에서
Figure 112017117063819-pat00013
는
Figure 112017117063819-pat00014
,
Figure 112017117063819-pat00015
및 잔류 오차를 포함한다.
그 후, 기준 위치와 관련하여 T-D PRP로부터 상대 위치는 하기 수학식 5와 같이 가중 최소 제곱을 이용하여 계산된다.
Figure 112017117063819-pat00016
수학식 5에서 W는 가중치 행렬이다. Y에서 몇몇 오차들이 시간 경과에 따라 높은 상관관계에 있기 때문에 최적 W를 찾기 어렵다. 그러나 전반적인 오차들은 위성 고도각에 대한 의존성이 있고, 그 요소에 대한 합리적인 선택은 위성 고도 각의 함수가 될 것이다.
T-D PRP의 오차 특징은 위치 오차들이 시작시 매우 작으나 시간이 경과할수록 더 커진다는 것이다. 주요 이유는 위성 시계 천체력 오차와 대류권 지연 오차의 잔류 보정 오차들이 강력한 시간 상관관계를 가진다는 것이다.[Ibrahim][Walter99] 따라서, T-D PRP가 오차 보정 반송파 측정값들의 차이를 가질 때, 잔류 보정 오차들의 대부분이 효과적으로 시작시 취소된다. 그러나 시간이 경과될수록 오차들이 그 잔류 오차들의 비상관화로 인해 더 커지게 된다.
T-D PRP는 고정 GPS 수신기로부터 수집된 데이터를 이용하고, 상이한 전리층 지연 보정의 유무에 관계없이 T-D PRP의 성과는 상이한 전리층 지연 보정의 유효성을 보여준다. 알려진 기준 위치를 활용하면 T-D PRP는 단일 주파수 GPS 수신기를 가지고 매우 안정적인 위치 솔루션을 제공한다. T-D PRP는 센티미터 또는 데시미터 레벨의 안정성 또는 정확성이 필요하고, 거의 실시간 위치결정을 허용하는 어플리케이션들을 지원할 수 있다.
SDGPS는 UAS(301)와 같은 디바이스를 위한 상대적 위치 변화를 결정하기 위해 사용된다. SDGPS에서, 이중 차동 반송파위상 측정은 시간이 지남에 따라 형성된다. 각 SDGPS 측정은 그 특정한 시기에서 먼저 베이스(base) 위성과 나머지 위성 사이에서 구별된다. 솔루션이 진행됨에 따라 단일 차이 측정값은 그 다음에 현재 시기(tk)와 초기 시기(to)에서의 캐리어-위상 간에 두배로 차이가 난다. 수신기가 하나만 포함되어 있으므로 수신기들 간에 차이는 없다. SDGPS 측정은 시간이 지남에 따라 달라짐으로써 측정 주기가 경과하면 사이클 슬립(Cycle slips)이 없다고 가정하고, 정수 모호성을 가지지 않는다.
SDGPS를 사용할 때, 많은 오류 소스들이 측정, 수신기 클럭 드리프트(추정 가능), 위성 클록 드리프트, 시간 차동 대류권, 시간차 전리층 및 시간차 위성 위치 오류를 포함하는 측정에 남아있다. 여기서, 시간차는 고정 수신기의 경우에 시간 경과에 따른 차이 또는 이동 수신기의 경우에 시간과 위치 둘다에 의한 차이를 의미한다. 이는 두 수신기들간의 차이인 차동의 일반적인 개념과 대조된다. 오류 완화 기술은 이중 주파수 전리층 자유 위상 측정 전리층 오차를 줄이거나 제거하기 위한 이중 주파수 전리층 자유 위상 측정, 시간차 SV 위치 오류를 줄이기 위한 정확한 궤도, 시간차 SV 클럭 오류를 줄이기 위한 정확한 클럭 정보 및 시간차 대류권 오류를 줄이기 위한 대규권 모델을 포함하는 SDGPS와 함께 사용될 수 있다. 이들 기술 중 어느 하나 또는 조합을 사용하여 UAS(301)의 상대 위치는 서브 미터 정확도로 계산될 수 있다.
이와 같이, 비행 경로 생성기(205)는 상기은 T-D PRP 방식으로 계산된 정밀 상대 위치를 이용하여 UAS에 수신된 복수의 GPS 좌표를 이용하여 발사 궤적(302)을 계산할 수 있다.
일실시예에서, 도 2의 USA(200)는 풍속 검출기를 포함한다. 풍속 검출기는 서브 프레임(202)에서 다른 구성 요소들 상에 장착되거나 또는 다른 구성 요소의 일부일 수 있다. 풍속 검출기는 풍속 측정치를 비행 경로 생성기(205)에 전송할 수 있다. 비행 경로 생성기는 발사 궤적을 결정할 때, 결정된 발사 궤적에 따라 사전 프로그램된 비행 패턴(206)을 변경할 때 풍속 측정치를 고려할 풍속의 완화를 고려할 수 있다. 풍속 검출기는 속도와 함께 방향성 구성 요소를 제공한다. 따라서, 비행 경로 생성기(205)는 바람의 속도 및 방향을 인식할 수 있다. UAS(200)가 사전 프로그램된 비행 패턴을 따라 비행 중일 때, 바람 측정치는 비행 경로 생성기에 지속적으로 공급될 수 있다.
사전 프로그래밍된 비행 경로에 대한 변경 사항이 있는 경우에, 바람 측정의 결과 또는 결정된 발사 궤적의 결과, 이 변경 사항은 UAS(200) 상에서 비휘발성 메모리와 같은 데이터 저장소에 저장될 수 있고, 또는 WiFi 또는 블루투스를 통해 클라우드 데이터 저장소로 전송될 수 있다. 경우에 따라 상기 결정된 변경 사항은 데이터 저장소로부터 액세스하고, 향후 비행 패턴 변경 사항들을 결정할 때 구현될 수 있다. 따라서, 특정 비행 경로 변경은 특정 발사 궤적에서 제대로 작동하면, 해당 변경 사항이 저장되어 향후 비행에서 구현될 수 있다. 유사하게, 상기 사전 프로그램된 비행 패턴에 재결합하는 시기의 결정 또한 메모리에 저장될 수 있다.
예를 들어, 하나의 복귀 경로(303)가 이전 비행에서 많은 양의 에너지를 소비한 경우에, 상이한 복귀 경로가 계산되어 사용될 수 있다. 새롭게 결정된 복귀 경로가 이전 경로보다 더 효율적이라면 다음번 비행에서 사용될 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 실제로 UAS가 상기 변경된 비행 패턴을 따라 비행하는 시간의 양은 상기 발사 궤적, 바람, 나무(또는 다른 장애물), 전원 공급 장치의 연료량, UAS의 현재 높이 및 속도 등과 같은 다른 환경들에 근거하여 변화될 수 있다. 경우에 따라 상기 변경된 비행 패턴을 유지하는데 걸리는 시간의 결정은 실제로 상기 사전 프로그램된 경로로 되돌아갈 가능성이 얼마나 빠른지에 달려있다.
비록 도면들에서 단일 UAS로 도시되어 있지만, 본 발명에 기술된 개념들 및 원리들은 둘 이상의 UAS들의 편대에 적용될 수 있다는 것을 또한 주목해야 한다.
일 실시예에서, 이러한 UAS 편대는 대형(Formation)을 이루어 비행하도록 구성될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 편대가 상이한 발사 궤적에 종속되는 경우에, 각각은 각 UAS의 사전 프로그램된 비행 패턴에 대한 적절한 복귀 경로(303)를 결정할 수 있다. 각 비행 패턴은 UAS가 함께 대형을 이루어 비행할 수 있도록 여기에서 약간 상이할 수 있다.
다른 실시예에서, UAS에는 다른 UAS가 첫 번째 UAS가 어디로 가든 따르도록 하는 "follow-me" 특징을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 UAS는 사람에 의해 조종될 수 있고, 제2 UAS(follower)는 상기 조종된 UAS가 어디로 가든 따라갈 수 있다. 제2 UAS가 발사 궤적에 종속되는 경우에, 그것은 그의 비행 패턴을 수정할 수 있고, 상기 조종된 UAS의 비행 경로에 적절한 복귀 경로를 결정할 수 있다.
UAS가 그들의 사전 프로그램된 비행 경로 및/또는 변경된 비행 경로들을 따라 비행된 후에 UAS가 착륙한다. 비행 경로 생성기(205)는 위협받지 않는 속도로 발사 플랫폼에 접근할 수 있도록 UAS의 비행을 제어하도록 구성된다. 예를 들어, UAS가 사용자의 손에서 벗어나서 그 사용자에게 복귀하는 경우에, 비행 경로 생성기(205)는 UAS가 위협적이지 않은 속도로 사용자에게 접근하고 사용자 손에 가볍게 착륙하도록 프로펠러(201)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시 된 바와 같이, 사용자(401)는 UAS(402)를 주어진 방향으로 던져서 발사할 수 있다. 그러면 UAS는 사용자의 던지기 동작에 의해 야기된 발사 궤적을 따라 비행한다. UAS(402)는 사용자에 의해 던져지기 전에 선택된 사전 프로그램된 비행 패턴(404)으로 복귀할 수 있을 때까지 변경된 비행 경로(403)를 따라 비행한다. 사전 프로그램된 비행 패턴(404)으로 비행한 후에, UAS는 위협적이지 않은 속도로 사용자(401)에게 복귀하고, 사용자의 손 또는 사용자 근처의 발사대에 착륙할 수 있다.
일단 지상으로 돌아오면, UAS(402)는 충전기가 있는 도킹 스테이션에 위치하여 디바이스를 충전하거나, 가스가 공급되는 경우 사용자가 디바이스에 연료를 보급하도록 할 수 있다. UAS(402)는 전력을 가지거나 가지지 않음을 나타내는 LED를 포함할 수 있고, 또한 현재의 배터리 또는 연료 레벨을 나타내는 LED 또는 디스플레이를 포함할 수 있다. 또한, 장식품 및 야간 비행을 위한 착탈식 LED 조명은 UAS(402) 상에 설치될 수 있다. 또한 다른 지시기 및 사용자 인터페이스는 GPS의 잠김 상태를 나타내는 GPS 잠금 LED, 사용자가 비행 중에 사용될 수 있는 비행 패턴들을 선택하도록 하는 비행 패턴 선택기를 포함할 수 있고, 또는 사용자가 탑재된 카메라를 제어하도록 하는 비디오 카메라 UI가 UAS(402) 상에서 구현될 수 있다. 이러한 개념은 도 5의 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템의 구현 방법(500)과 관련하여 이하에서 더자세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발사 궤적에 기초하여 사전 프로그램된 비행 패턴을 수정하기 위한 방법을 설명하는 순서도이다. 이러한 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템의 구현 방법(500)은 도 1 내지 도 4의 구성 요소 및 데이터를 빈번하게 참조하여 설명될 수 있다.
상기에서 설명된 시스템 및 아키텍처의 관점에서, 개시된 주제에 따라 구현 될 수 있는 방법론은 도 5의 순서도를 참조하면 더 잘 이해될 수 있다. 설명의 단순화를 위해, 방법론은 일련의 블록들로 설명되고 보여진다. 그러나, 일부 블록은 본 발명에 도시되고 기술된 것과 다른 블록 순서로 및/또는 다른 블럭과 동시에 발생할 수 있으므로, 청구 대상은 블록의 순서에 의해 제한되지 않는다는 것을 이해하고 인식해야 한다. 또한, 모든 예시된 블록들이 이후에 기술된 방법들을 구현하는데 요구되지 않을 수도 있다.
도 5를 참조하면, 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템의 구현 방법(500)은 자율 자기-귀환 UAS가 복귀할 시작 위치를 결정하는 단계(510)를 포함한다. 예를 들어, 비행 경로 생성기(205)는 도 1의 자율 자기-귀환 UAS(101)가 발사대(102)로부터 발사된다. 비행 경로 생성기(205)는 고도 뿐만 아니라 UAS의 초기 위도 및 경도 방향의 발사 좌표를 결정할 수 있다. 이 초기 좌표들은 UAS가 비행 완료시 복귀할 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다.
다음에, 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템의 구현 방법(500)은 자율 자기-귀환 UAS가 비행하고 시작 위치로 복귀하기 위한 사전 프로그램된 비행 패턴을 선택하는 단계(520)를 포함한다. 상기 비행 경로 생성기(205)는 저장된 사전 프로그램된 비행 패턴(206) 중 임의의 것을 선택할 수 있다. 상기 선택된 비행 패턴은 공원 또는 숲과 같은 많은 물체를 갖는 위치, 또는 개방된 필드와 같이 물체가 거의 없는 위치와 같은 특정 위치에 적합할 수 있고, 또는 무작위로 선택될 수 있다. 그 대신에, 사용자는 비행 중에 사전 프로그램된 비행 패턴(103)을 사용할 것인지를 선택할 수 있다. 사용자는 UAS 상에 구축된 사용자 인터페이스를 사용하여 사전 프로그램된 비행 패턴을 선택을 할 수 있거나, 송수신기(204)를 통해 UAS와 인터페이스하기 위한 모바일 디바이스 또는 다른 컴퓨팅 시스템을 사용할 수 있고, 사전 프로그램된 비행 패턴을 선택할 수 있다.
자율 자기-귀환 무인 항공 시스템의 구현 방법(500)은 자율 자기-귀환 UAS를 위한 발사 궤적을 결정하는 단계(530), 상기 결정된 발사 궤적에 따른 사전 프로그램된 비행 패턴을 수정하는 단계(540)를 포함한다. 이때, 자율 자기-귀환 UAS가 상기 선택된 사전 프로그램된 비행 패턴으로 되돌아가기 전의 적어도 일부 시간 동안에 상기 수정된 비행 패턴을 따라 비행하도록 한다. 비행 경로 생성기(205)는 GPS 데이터 또는 다른 위치 데이터에 액세스할 수 있으며, UAS의 발사 궤적을 결정하기 위해 관성 측정 유닛에 의해 이루어진 측정치와 그 데이터를 결합할 수 있다. 그 후에, 상기 결정된 발사 궤적에 따라 비행 경로 생성기는 사전 프로그램된 비행 패턴을 변경한다. 변경 사항은 UAS를 사전 프로그램된 비행 패턴으로 되돌리는 복귀 경로(303)를 초래한다. 상기 복귀 경로는 UAS와 사전 프로그램된 비행 패턴 사이에 있는 장애물에 따라 짧고 직접적일 수 있고, 또는 더 길고 더 간접적일 수 있다.
어떤 경우에, 도 4에 도시 된 바와 같이, 자율 자기-귀환 UAS(402)는 발사시 사용자에 의해 던져진다. 던지기는 주어진 방향과 주어진 속도로 발사 궤적을 초래한다. 발사 궤적은 사용자로부터 어떤 방향에서 멀어지지만 많은 다른 방향으로 있을 수 있고, 반면에 사전 프로그램된 비행 패턴(404)은 비행하기로 되어 있는 다양한 GPS 체크 포인트를 가질 수 있다. UAS(402)가 체크 포인트의 방향으로 향하지 않는다면, 그것은 사전 프로그램된 비행 패턴(404)으로 되돌아갈 때까지 비행할 변경된 비행 경로(403)를 계산할 것이다. 사전 프로그램된 비행 패턴(404)에 재참여한 후에, UAS(402)는 패턴 및 랜드(land)를 완성할 때까지 패턴을 따라 비행한다. 어떤 경우에, 또 다른 사전 프로그램된 비행 패턴(404)이 UAS가 비행 중에 선택될 수 있다. 예를 들어, 비행 패턴 선택이 블루투스, WiFi 또는 다른 시그널링 수단을 통해 UAS에 전송 될 수 있다. 이 경우에, UAS는 새롭게 선택된 경로를 비행한 다음에 원래 발사 지점으로 되돌아간다.
도 4의 일 실시예에서, 자율 자기-귀환 UAS(402)가 복귀해야 하는 시작 위치는 던지기 동작 중에 특정 지점에서 결정된다. 예를 들어, UAS가 부메랑처럼 동작하도록 설계된 경우, UAS가 사용자의 손에서 해제될 때 시작 위치는 해제 지점(release point)으로 결정될 수 있다. 또는, 시작 위치는 UAS가 사용자의 던지기 동작에서 가장 먼 지점일 수 있다. 다른 시작 위치는 선호도 또는 이전 사용자 경험과 같은 다른 요인에 기초하여 선택될 수 있다. 던지기 동작 중 특정 지점은 관성 측정 유닛, GPS 신호 (예를 들어, 자기 차동 GPS 신호) 또는 비행 경로 생성기에서 수신된 다른 데이터로부터 얻은 측정을 사용하여 결정될 수 있다.
상기 사전 프로그램된 비행 패턴(404)은 모바일 디바이스로부터의 입력을 수신할 때 선택될 수 있다. 예를 들어, 사용자의 모바일 디바이스는 UAS(402)와 통신하도록 구성된 애플리케이션을 가질 수 있다. 애플리케이션은 사용자로 하여금 설정을 선택 및 변경하고, 사전 프로그램된 비행 패턴을 선택하거나 비행 경로 생성기가 비행 경로 변경 사항들을 계산하는 방법을 변경할 수 있도록 한다. 실제로, 사용자(401)는 비행 경로 변경 사항이 주로 UAS의 에너지 레벨 또는 상이한 경로를 통해 사전 프로그램된 비행 패턴으로 복귀하는 UAS에 의해 얼마나 많은 에너지가 소비될 것인지의 지시에 기초하여 결정될 수 있다. 사용자는 에너지가 비용면에서 절약되고, 그에 따라 복귀 경로가 선택되도록 하는 것을 지시할 수 있다. 또한, 사용자는 사전 프로그램된 비행 패턴(404)으로 얼마나 빨리 복귀할 것인가를 결정할 때 장애물, 풍속, 또는 다른 요인들이 주 요인이 될 수 있다는 것을 지시할 수 있다.
사용자의 모바일 디바이스에 있는 애플리케이션은 사용자가 비행 중에 UAS를 제어할 수 있도록 한다. 예를 들어, 사용자(401)는 UAS 상에서 조정, 비디오 캡쳐 제어 또는 다른 제어 기능들을 수행할 수 있다. 이러한 방식으로, 사용자는 일정 시간 동안 UAS를 조종할 수 있고, 그 후에 사전 프로그램된 비행 패턴(404)을 비행할 수 있다. 이 시점에서, UAS는 사전 프로그램된 비행 패턴(404)을 따라 비행할 수 있고, 그 후에 사용자에게 복귀할 수 있다. 사용자가 UAS를 조종할 때와 UAS가 사전 프로그램된 경로를 비행할 때를 포함하는 경로에 따른 각 지점은 자기 차동 GPS를 이용하여 결정될 수 있다. 이러한 방식으로, UAS(402)의 정확한 위치는 경로를 따라 모든 지점에서 결정될 수 있다. 이것은 UAS가 정밀하게 제어되도록 하며, UAS가 사전 프로그램된 경로를 완료한 후에 예상대로 사용자에 의해 직접 다시 비행할 수 있도록 한다.
따라서, 자율 자기-귀환 UAS를 포함하는 시스템 및 방법은 발사 궤적에 기초하여 사전 프로그램된 비행 패턴을 수정하도록 한다. 자율 자기-귀환 UAS는 사용자에 의해 던져지거나 그렇지 않으면 공중에 발사될 수 있다. 일단 공중에서, UAS는 발사시 모든 궤적을 보완할 수 있으며, UAS가 사전 프로그램된 비행 패턴으로 복귀하도록 변경된 비행 경로를 생성할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 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.
110 : 자율 자기-귀환 무인 항공기 102 : 발사대
201 : 프로펠러 202 : 서브 프레임
203 : 전원 공급 장치 204 : 송수신기
205 : 비행 경로 생성기

Claims (20)

  1. 전원 공급장치와 적어도 하나 이상의 프로펠러를 지지하도록 구성된 서브 프레임;
    RF 위치 신호를 송신 및 수신하기 위해 구성된 송수신기; 및
    발사시, 자율 자기-귀환 무인 항공기가 복귀하기 위한 시작 위치를 결정하고, 상기 자율 자기-귀환 무인 항공기가 비행하기 위한 사전 프로그램된 비행 패턴을 선택하며, 상기 자율 자기-귀환 무인 항공기를 위한 발사 궤적을 결정하고, 상기 결정된 발사 궤적에 따라 상기 사전 프로그램된 비행 패턴을 수정한 후에 상기 자율 자기-귀환 무인 항공기가 상기 선택된 사전 프로그램된 비행 패턴으로 복귀하기전 최소 일부 시간 동안에 상기 수정된 비행 패턴에 따라 비행하도록 하는 비행 경로 생성기를 포함하고,
    상기 사전 프로그램된 비행 패턴에 대한 수정은 상이한 사전 프로그램된 비행 패턴을 선택하는 것을 포함하며,
    상기 자율 자기-귀환 무인 항공기는 지정된 위치에서 상기 상이한 사전 프로그램된 비행패턴으로 비행을 시작하는 것을 특징으로 하는 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비행 경로 생성기는, 상기 자율 자기-귀환 무인 항공기에 수신된 복수의 GPS 좌표를 이용하여 상기 발사 궤적을 계산하는 것을 특징으로 하는 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자율 자기-귀환 무인 항공기가 상기 상이한 사전 프로그램된 비행 패턴으로 비행을 시작하는 상기 지정된 위치는 상기 자율 자기-귀환 무인 항공기의 상기 발사 궤적에 근거하여 가변되는 것을 특징으로 하는 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 자율 자기-귀환 무인 항공기에 수신된 GPS 신호들은 자기 차동(Self-differential) GPS 신호들로 구성되는 것을 특징으로 하는 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 자율 자기-귀환 무인 항공기가 상기 수정된 비행 패턴에 따라 비행하는 일부 시간이 상기 자율 자기-귀환 무인 항공기의 상기 발사 궤적에 근거하여 가변되는 것을 특징으로 하는 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 자율 자기-귀환 무인 항공기는 풍속 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 비행 경로 생성기는 상기 결정된 발사궤적에 따라 상기 사전 프로그램된 비행 패턴을 수정하고, 상기 발사 궤적을 결정할 때 풍속 측정치를 고려하는 것을 특징으로 하는 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 사전 프로그램된 비행 경로의 변경 사항은 향후 적어도 하나 이상의 비행 패턴 변경을 결정할때 구현 및 저장되는 것을 특징으로 하는 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템.
  11. 발사 궤적에 근거하여 사전 프로그램된 비행 패턴을 수정하기 위한 제1항, 제2항, 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템의 자율 자기-귀환 무인 항공기의 구현 방법에 있어서,
    자율 자기-귀환 무인 항공기가 복귀되기 위한 시작 위치를 결정하는 단계;
    상기 자율 자기-귀환 무인 항공기가 상기 시작 위치로 복귀하고 비행하는 것에 따라 사전 프로그램된 비행 패턴을 선택하는 단계;
    상기 자율 자기-귀환 무인 항공기를 위한 발사 궤적을 결정하는 단계;
    상기 결정된 발사 궤적에 따라 상기 사전 프로그램된 비행 패턴을 수정하고, 상기 자율 자기-귀환 무인 항공기가 상기 선택된 사전 프로그램된 비행 패턴으로 복귀하기 전의 최소 일부 시간 동안 상기 수정된 비행 패턴에 따라 비행하도록 하는 단계를 포함하고,
    상기 사전 프로그램된 비행 패턴에 대한 수정은 상이한 사전 프로그램된 비행 패턴을 선택하는 것을 포함하며,
    상기 자율 자기-귀환 무인 항공기는 지정된 위치에서 상기 상이한 사전 프로그램된 비행패턴으로 비행을 시작하는 것을 특징으로 하는 자율 자기-귀환 무인 항공기의 구현 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 자율 자기-귀환 무인 항공기는 발사시 사용자에 의해 던져지고, 던지기 동작에 의해 상기 결정된 발사 궤적을 형성하는 것을 특징으로 하는 자율 자기-귀환 무인 항공기의 구현 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 자율 자기-귀환 무인 항공기가 복귀하는 시작 위치는 상기 던지기 동작 중에 지정된 위치에서 결정되는 것을 특징으로 하는 자율 자기-귀환 무인 항공기의 구현 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 던지기 동작 중의 상기 지정된 위치는 적어도 하나 이상의 GPS 신호들을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 자율 자기-귀환 무인 항공기의 구현 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 GPS 신호들은 자기 차동 GPS 신호들로 구성되는 것을 특징으로 하는 자율 자기-귀환 무인 항공기의 구현 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 사전 프로그램된 비행 패턴은 모바일 디바이스로부터 입력 수신시 선택되는 것을 특징으로 하는 자율 자기-귀환 무인 항공기의 구현 방법.
  17. 제1항, 제2항, 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 자율 자기-귀환 무인 항공 시스템의 자율 자기-귀환 무인 항공기가 복귀되기 위한 시작 위치를 결정하고,
    상기 자율 자기-귀환 무인 항공기가 상기 시작 위치로 복귀하고 비행하는 것에 따라 사전 프로그램된 비행 패턴을 선택하고;
    상기 자율 자기-귀환 무인 항공기를 위한 발사 궤적을 결정하고,
    상기 결정된 발사 궤적에 따라 상기 사전 프로그램된 비행 패턴을 수정하고, 상기 자율 자기-귀환 무인 항공기가 상기 선택된 사전 프로그램된 비행 패턴으로 복귀 전의 최소 일부 시간 동안에 상기 수정된 비행 패턴으로 비행하며, 상기 자율 자기-귀환 무인 항공기가 상기 수정된 비행 패턴을 따라 비행하는 일부 시간은 상기 자율 자기-귀환 무인 항공기의 발사 궤적에 기초하여 가변되는 것을 포함하고,
    상기 사전 프로그램된 비행 패턴에 대한 수정은 상이한 사전 프로그램된 비행 패턴을 선택하는 것을 포함하며,
    상기 자율 자기-귀환 무인 항공기는 지정된 위치에서 상기 상이한 사전 프로그램된 비행패턴으로 비행을 시작하는 것을 특징으로 하는 발사 궤적에 근거한 사전 프로그램된 비행 패턴을 변경하기 위한 방법을 구현 및 실행되도록 실행 가능한 명령어를 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 자율 자기-귀환 무인 항공기는 사용자에 의해 발사시 던져지고, 던지기 동작에 의해 상기 결정된 발사 궤적을 형성하는 것을 특징으로 하는 발사 궤적에 근거한 사전 프로그램된 비행 패턴을 변경하기 위한 방법을 구현 및 실행되도록 실행 가능한 명령어를 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 자율 자기-귀환 무인 항공기가 복귀하는 시작 위치는 상기 던지기 동작 중에 지정된 위치에서 결정되는 것을 특징으로 하는 발사 궤적에 근거한 사전 프로그램된 비행 패턴을 변경하기 위한 방법을 구현 및 실행되도록 실행 가능한 명령어를 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 던지기 동작 중에 상기 시작 위치와 지정된 위치는 자기 차동 GPS를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 발사 궤적에 근거한 사전 프로그램된 비행 패턴을 변경하기 위한 방법을 구현 및 실행되도록 실행 가능한 명령어를 저장하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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