KR101979860B1 - Local-Area Differential GNSS for UAV navigation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무인항공기 항법의 정확성 및 안전성 향상을 위한 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지상모듈에서 GNSS 항법 신호의 오차와 고장을 감시하고, 오차보정정보와 무결성정보를 반경 약 20km 이내의 무인항공기에 방송하여 무인항공기가 해당 정보를 적용함으로써, 무인항공기의 항법 정확성을 향상시키고, 안전한 항법정보를 활용하여 비행을 할 수 있도록 하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for improving the accuracy and safety of an unmanned aerial vehicle navigation system, and more particularly, to a system for monitoring errors and failures of a GNSS navigation signal in a ground module and transmitting error correction information and integrity information to an unmanned air vehicle The present invention relates to a system for enabling an unmanned airplane to improve the accuracy of navigation of an unmanned airplane by applying the information, and to enable flight using safe navigation information.
도 1은 종래 유인항공기용 지역보강항법 시스템의 하드웨어의 설치 제약을 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a view showing an installation constraint of a hardware of a local reinforcement navigation system for a conventional manned aircraft.
무인항공기에서 가장 보편적으로 사용하는 항법 센서는 GNSS(Global Navigation Satellite Systems)센서로써 전 세계적으로 절대 위치를 추정할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 하지만 GNSS 센서는 지구에서 멀리 떨어진 위성의 신호를 기반으로 위치추정을 수행하기 때문에 정밀한 항법을 지원하는 데는 한계가 있다. 특히 민간에서 운용하는 무인항공기의 경우, 민간의 피해를 방지하기 위해서는 높은 확률로 센서 고장을 감시하며, 무인항공기가 실제로 존재할 수 있는 경계선을 정의하는 무결성 개념이 필수적으로 고려되어야 한다.Navigation sensors, which are most commonly used in unmanned aerial vehicles, are global navigation satellite systems (GNSS) sensors, which have the advantage of being able to estimate absolute positions globally. However, since the GNSS sensor performs position estimation based on the signals of the satellites far from the earth, there is a limitation in supporting precise navigation. In particular, in the case of UAVs operating in the private sector, the concept of integrity, which defines the boundaries in which UAVs can actually exist, must be considered as a means of monitoring sensor failures with a high probability in order to prevent civilian damage.
관련 종래기술로써, 유인항공기를 위한 지역보강항법시스템인 GBAS가 있다. GBAS는 GNSS 신호를 사용하여 항행하는 유인기에 높은 정확도와 안전성을 제공하는 시스템으로써, 공항에 설치된 지상국에서 GNSS의 신호의 오차 및 고장을 감시하여 공항에 접근하는 유인항공기에 보정정보 및 무결성정보를 방송함으로써, 유인항공기의 정밀접근을 돕는다. 하지만, 도 1과 같이 GBAS는 설치조건이 매우 까다로우며, 비용이 많이 들고 고장감시 알고리즘이 매우 복잡하여, 상용 무인항공기를 지원하기에는 한계점이 있다.As a related prior art, there is GBAS, a local reinforcement navigation system for manned aircraft. GBAS is a system that provides high accuracy and safety to navigation using GNSS signals. It monitors the errors and failures of GNSS signals at ground stations installed at airports, and provides correction information and integrity information to manned aircraft approaching the airport. By broadcasting, it helps precise approach of manned aircraft. However, as shown in FIG. 1, the GBAS is very difficult to install, is expensive, and has a very complicated failure detection algorithm. Therefore, there is a limit to support commercial unmanned aerial vehicles.
본 발명에서 제안하는 무인항공기를 위한 지역보강항법시스템은 위와 같은 문제를 해결할 수 있는 시스템으로써, 또한 항법 오차 모델을 이용하여 실제 무인항공기가 존재할 수 있는 경계선을 산출하여 정밀 착륙 및 충돌방지 등 안전한 항법을 지원할 수 있다. 본 발명에서는 무인항공기의 안전하고 정확한 항법 지원을 위한 무인기용 지역보강항법시스템을 개발한다.The local reinforcement navigation system for unmanned aircraft proposed by the present invention is a system that can solve the above problems and also calculates the boundary line where the actual unmanned air vehicle can exist by using the navigation error model, . In the present invention, a local reinforcement navigation system for UAVs is developed for safe and accurate navigation support of UAVs.
본 연구에서는 설치제약/하드웨어 복잡성 및 알고리즘의 복잡성을 줄여 무인항공기에 적용 가능한 무인항공기용 지역보강항법 시스템을 발명하였다. 무인항공기에게 항법 보정정보를 제공하여 항법 정확도를 향상시키고, 발생할 수 있는 각종 고장을 감시하여 항법 무결성을 증대 시킨다.In this paper, we have developed a local reinforcement navigation system for unmanned aerial vehicles that can be applied to unmanned aerial vehicles by reducing installation complexity / hardware complexity and algorithm complexity. It improves navigation accuracy by providing navigation correction information to unmanned aircraft, and improves navigation integrity by monitoring various failures that may occur.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 지상모듈과 탑재모듈로 이루어진 무인항공기 항법을 위한 지역보강항법시스템을 개발한다. 지상모듈은 GNSS 항법신호를 받아 GNSS 항법오차 정보를 계산하여 보정정보를 생성하고, 간소화 된 고장감시 알고리즘을 통해 고장을 감시한다. 탑재모듈은 지상모듈에서 방송하는 메시지를 받고, 이를 적용하여 무인기의 정확하고 안전한 항법정보를 계산하는 시스템 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.The present invention has been developed in order to solve such a problem, and develops a local reinforcement navigation system for an unmanned airplane navigation composed of a ground module and a mounting module. The ground module receives the GNSS navigation signal, calculates the GNSS navigation error information, generates correction information, and monitors the failure through a simplified failure monitoring algorithm. The present invention provides a system and method for receiving accurate and safe navigation information of a UAV by receiving and broadcasting a message broadcasted from a ground module.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 무인항공기 항법지원을 위한 지역보강항법이 구현된 무인항공기 탑재장치가 지상국 시스템과 통신하며 무인항공기 운항을 위한 항법 정보를 생성하는 방법은, (a) GNSS 데이터를 위성으로부터 수신하는 단계; (b) 수신한 신호를 기반으로, 고장을 감시하여, 고장이 있는 신호 또는 수신기를 제거하는 단계; (c) 지상국 시스템이 방송하는 보정정보 및 무결성 정보를 포함하는 데이터를 수신하는 단계; (d) 수신한 GNSS 데이터에 보정정보 및 무결성 정보를 적용하여 무인기의 현재 위치정보를 생성하는 단계; 및 (e) 지상국 시스템으로부터 수신한 각 고장 모드에 대하여 산출된 보호수준으로부터 최적화된 보호수준을 산출하는 단계를 포함하고, 상기 단계(b)의 고장은, 위성고장, 신호지연, 신호고장, 무인항공기 탑재장치 수신기 고장 중 하나 이상을 포함하고, 전리층으로 인한 상기 신호지연, 신호고장은,알고리즘의 간소화를 실현하면서도 정확한 무인항공기의 운항이 가능하도록, 모든 위상기하에서 계산하는 것이 아니라, 상기 무인항공기 탑재장치가 사용하고 있는 위성기하만을 고려하여 계산하며, 상기 단계(e)의 보호수준은, 수직보호수준(VPL)이고, 상기 VPL은, 무결성 손실 확률을 고장 모드마다 최적으로 나누어, 최종 VPL의 크기가 줄어들게 되도록, fault-free 모드, reference receiver fault 모드, ephemeris fault 모드, excessive acceleration(EA) fault 모드 및, code carrier divergence(CCD) fault 모드 각각에서의 VPL값으로부터 구해진다.In order to achieve the above object, there is provided a method for generating navigation information for unmanned airplane navigation, the method comprising the steps of: (a) Receiving data from a satellite; (b) monitoring a fault based on the received signal to remove a faulty signal or receiver; (c) receiving data including correction information and integrity information broadcast by a ground station system; (d) generating current location information of the UAV by applying correction information and integrity information to the received GNSS data; And (e) calculating an optimal protection level from the level of protection calculated for each failure mode received from the terrestrial system, wherein the failure of step (b) includes at least one of a satellite failure, a signal delay, The signal delay and the signal failure due to the ionospheric layer including at least one of a failure of the aircraft carrier receiver and the like are not calculated in all phase geometries so that the algorithm can be simplified and the operation of the unmanned aerial vehicle can be performed, The protection level of the step (e) is a vertical protection level (VPL), the VPL optimally divides the probability of integrity loss for each failure mode, Fault-free mode, reference receiver fault mode, ephemeris fault mode, excessive acceleration (EA) fault mode, and code carrier di and the VPL value in each of the vergence (CCD) fault modes.
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본 발명의 다른 측면에 따르면, 무인항공기 항법지원을 위한 지역보강항법이 구현된 무인항공기 탑재장치는, GNSS 데이터를 위성으로부터 수신하는 GNSS 데이터 수신부; 수신한 신호를 기반으로, 고장을 감시하여, 고장이 있는 신호 또는 수신기를 제거하는 고장감시부; 지상국 시스템이 방송하는 무결성 정보 등의 데이터를 수신하는 지상국 시스템 데이터 수신부; GNSS 데이터 수신부가 수신한 GNSS 데이터에 보정정보 및 무결성 정보를 적용하여 위치정보를 생성하는 위치정보 생성부; 각 고장 모드에 대하여 산출된 보호수준으로부터 최적화된 보호수준을 산출하는 보호수준 산출 및 최적화부; 위치정보 및 보호수준 산출과 관련된 각종 데이터를 저장하는 데이터베이스; 및 무인항공기 탑재 장치의 상기 각 구성요소를 제어하여 무인항공기 탑재장치의 항법 정보 생성과 관련된 일련의 처리를 수행하는 제어부를 포함하고, 상기 고장은, 위성고장, 신호지연, 신호고장, 무인항공기 탑재장치 수신기 고장 중 하나 이상을 포함하고, 전리층으로 인한 상기 신호지연, 신호고장은, 알고리즘의 간소화를 실현하면서도 정확한 무인항공기의 운항이 가능하도록, 모든 위상기하에서 계산하는 것이 아니라, 상기 무인항공기 탑재장치가 사용하고 있는 위성기하만을 고려하여 계산하며, 상기 보호수준은, 수직보호수준(VPL)이고, 상기 VPL은, 무결성 손실 확률을 고장 모드마다 최적으로 나누어, 최종 VPL의 크기가 줄어들게 되도록, fault-free 모드, reference receiver fault 모드, ephemeris fault 모드, excessive acceleration(EA) fault 모드 및, code carrier divergence(CCD) fault 모드 각각에서의 VPL값으로부터 구해진다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for mounting an unmanned air vehicle on which a local reinforcement navigation for unmanned aircraft navigation support is implemented, comprising: a GNSS data receiver for receiving GNSS data from a satellite; A failure monitoring unit for monitoring a failure based on the received signal and removing a faulty signal or a receiver; A ground station system data receiver for receiving data such as integrity information broadcasted by the ground station system; A position information generator for generating position information by applying correction information and integrity information to the GNSS data received by the GNSS data receiver; A protection level calculating and optimizing unit for calculating an optimum protection level from the calculated protection level for each failure mode; A database for storing various data related to the calculation of the location information and the protection level; And a controller for controlling each of the components of the unmanned aerial vehicle mounting apparatus to perform a series of processes related to generation of navigation information of the unmanned aerial vehicle mounting apparatus, wherein the malfunction includes satellite failure, signal delay, signal failure, The failure of the signal due to the ionosphere is not calculated in all phase geometries so as to realize the simplification of the algorithm and enable the operation of an accurate UAV, The protection level is a vertical protection level (VPL), and the VPL is divided into a fault-tolerance level and a fault-tolerance level so that the integrity loss probability is divided optimally for each failure mode and the size of the final VPL is reduced. free mode, reference receiver fault mode, ephemeris fault mode, excessive acceleration (EA) fault mode, and code carrier diverg ence (CCD) fault modes, respectively.
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상기 GNSS 데이터 수신부에서 사용하는 수신기는, 상기 지상국 시스템이 사용하는 수신기와 동일한 수신기일 수 있다.The receiver used by the GNSS data receiver may be the same receiver as the receiver used by the ground station system.
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본 발명에 의하면, 지상모듈은 GNSS 항법신호를 받아 GNSS 항법오차 정보를 계산하여 보정정보를 생성하고, 간소화 된 고장감시 알고리즘을 통해 고장을 감시한다. 탑재모듈은 지상모듈에서 방송하는 메시지를 받고, 이를 적용하여 무인기의 정확하고 안전한 항법정보를 계산하는 시스템 및 방법을 제공하는 효과가 있다.According to the present invention, the ground module receives the GNSS navigation signal, calculates GNSS navigation error information to generate correction information, and monitors the failure through a simplified failure monitoring algorithm. The present invention provides a system and method for receiving accurate and safe navigation information of a UAV by receiving a broadcast message from a terrestrial module and applying the message.
도 1은 종래 유인항공기용 지역보강항법 시스템의 하드웨어의 설치 제약을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 무인항공기 항법 지원을 위한 지역보강항법 시스템의 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 무인항공기 항법 지원을 위한 지역보강항법 시스템의 지상모듈 및 무인항공기 탑재모듈의 모식도.
도 4는 본 발명에 따른 무인항공기 항법 지원을 위한 지역보강항법 시스템의 지상모듈 및 무인항공기 탑재모듈의 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 무인항공기 항법 지원을 수행하는 시퀀스 다이어그램.
도 6은 본 발명의 무인항공기 항법 지원을 위한 지역보강항법 시스템을 적용하여 무인항공기의 비행을 수행시켜, 그 비행경로를 도시한 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing an installation constraint of a hardware of a local reinforcement navigation system for a conventional manned aircraft. FIG.
2 is a conceptual diagram of a local reinforcement navigation system for supporting navigation of an unmanned aerial vehicle according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram of a ground reinforcement module and an unmanned airplane loading module of a local reinforcement navigation system for supporting an unmanned airplane navigation according to the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of a ground module and a UAV module of a local reinforcement navigation system for supporting an unmanned aircraft navigation according to the present invention. FIG.
5 is a sequence diagram illustrating an unmanned aerial vehicle navigation support according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a flight path of a UAV by applying a local reinforcement navigation system for supporting UAV navigation according to the present invention; FIG.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
본 발명에서 제안하는 무인항공기 항법지원을 위한 지역보강항법시스템은, 지상모듈 및 탑재모듈로 구성된다. 지상모듈에서는 GNSS 신호를 수신하여 항법고장 모니터링 후 보정정보 및 무결성 정보를 생성하여 모뎀을 통해 탑재모듈로 전송한다. 보정정보 및 무결성 정보를 수신한 탑재모듈은 해당 정보를 탑재모듈에서 수신한 GNSS 신호에 적용하여 GNSS 기반 무인기의 위치를 산출한다. 산출된 GNSS 기반 위치정보는 무인기 컨트롤러에 전달되어 무인항공기 비행에 사용된다. 본 발명에서 제안하는 무인항공기용 항법시스템은 기존 GNSS만 사용하는 시스템에 비해 월등히 높은 정확성과 항법 안전성을 보장할 수 있다.The local reinforcement navigation system for supporting the navigation of the unmanned aerial vehicle according to the present invention comprises a ground module and a mounting module. The ground module receives the GNSS signal, generates the correction information and the integrity information after monitoring the navigation fault, and transmits it to the mounting module through the modem. The mounting module receiving the correction information and the integrity information applies the information to the GNSS signal received from the mounting module to calculate the position of the GNSS based UAV. The calculated GNSS-based location information is transmitted to the UAV controller and used for unmanned aircraft flight. The navigation system for the unmanned aerial vehicle proposed in the present invention can guarantee much higher accuracy and navigation safety than the system using only the conventional GNSS.
도 2는 본 발명에 따른 무인항공기 항법 지원을 위한 지역보강항법 시스템의 개념도이다.2 is a conceptual diagram of a local reinforcement navigation system for supporting the navigation of an unmanned aerial vehicle according to the present invention.
본 발명은 무인항공기 항법의 정확성 및 안전성 향상을 위한 시스템에 관한 것으로, 지상모듈에서 GNSS 항법 신호의 오차와 고장을 감시하고, 오차보정정보와 무결성정보를 반경 약 20km 이내의 무인항공기에 방송하여 무인항공기가 해당 정보를 적용함으로써, 무인항공기의 항법 정확성을 향상시키고, 안전한 항법정보를 활용하여 비행을 할 수 있도록 하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for improving the accuracy and safety of an unmanned aerial vehicle navigation system, in which an error and failure of a GNSS navigation signal is monitored in a ground module, and error correction information and integrity information are broadcasted to a UAV The present invention relates to a system for improving the accuracy of navigation of an unmanned airplane by applying the information to an aircraft and enabling flight to be performed using safe navigation information.
도 3은 본 발명에 따른 무인항공기 항법 지원을 위한 지역보강항법 시스템의 지상모듈 및 무인항공기 탑재모듈의 모식도이고, 도 4는 본 발명에 따른 무인항공기 항법 지원을 위한 지역보강항법 시스템의 지상모듈 및 무인항공기 탑재모듈의 구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 무인항공기 항법 지원을 수행하는 시퀀스 다이어그램이다.FIG. 3 is a schematic diagram of a ground module and an unmanned airplane loading module of a local reinforcement navigation system for supporting an unmanned airplane navigation according to the present invention. FIG. 4 is a diagram illustrating a ground module and a ground module of a local reinforcement navigation system FIG. 5 is a sequence diagram illustrating the operation of the unmanned aerial vehicle navigation system according to the present invention. Referring to FIG.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 시스템은 지상국 시스템(100) 및 무인항공기 탑재장치(200)로 구성되어 있다.Referring to FIGS. 4 and 5, the system includes a
지상국 시스템(100)은, GNSS(Global Navigation Satellite Systems) 데이터를 위성으로부터 수신하는(S101) GNSS 데이터 수신부(110), 수신한 신호를 기반으로, 각 고장(위성고장, 신호고장, 지상국 시스템 수신기고장 등)을 감시하여, 고장이 있는 신호 또는 수신기를 제거하는(S102) 고장감시부(120), 이와 같은 수신한 GNSS 데이터를 이용하여 앞서 전술한 바와 같은 각종 무결성 정보를 산출하고, 수신한 신호와 사전에 계산된 정확한 지상모듈의 위치를 비교하여 오차보정정보를 생성하는(S103) 무결성 정보 및 보정정보 산출부(130), 산출된 무결성 정보를 포함한 메시지를 각 무인항공기로 방송(broadcasting)하는(S104) 메시지 방송부(140)와, 보정정보와 무결성 정보를 포함하는 데이터를 저장하는 데이터베이스(150)를 구비한다. 생성된 오차보정정보와 무결성 정보는 모뎀을 통해 무인항공기 탑재장치(200)에 전달된다.The
무인항공기 탑재 장치(200)는, 역시 GNSS 데이터를 위성으로부터 수신하는(S101) GNSS 데이터 수신부(210), 수신한 신호를 기반으로, 각 고장(위성고장, 신호고장, 신호지연, 무인항공기 탑재장치 수신기고장 등)을 감시하여, 고장이 있는 신호 또는 수신기를 제거하는(S102) 고장감시부(220), 지상국 시스템(100)이 방송하는 보정정보 및 무결성 정보를 포함하는 데이터를 수신하는(S104) 지상국 시스템 데이터 수신부(230), GNSS 데이터 수신부(210)가 수신한 GNSS 데이터에 보정정보 및 무결성 정보를 적용하여 무인기의 현재 위치정보를 생성하는(S105) 위치정보 생성부(240), 지상국 시스템(100)으로부터 수신한 무결성 정보를 활용하여 각 고장 모드에 대하여 산출된 보호수준으로부터 최적화된 보호수준을 산출하는(S106) 보호수준 산출 및 최적화부(250), 그리고, 위치정보 및 보호수준 산출과 관련된 각종 데이터를 저장하는 데이터베이스(260)를 포함한다. 이와 같이 생성된 위치정보 및 보호수준은 무인항공기 제어에 활용된다(S107). 도시되지는 아니하였으나, 지상국 시스템(100) 및 무인항공기 탑재장치(200)에는, 각각 지상국 시스템(100) 또는 무인항공기 탑재 장치(200)의 상기 각 모듈을 제어하여 무인항공기 탑재장치의 항법 정보 생성과 관련된 일련의 처리를 수행하는 제어부를 구비할 수 있다.The GNSS
무인항공기용 지역보강항법 시스템 아키텍처는 기본적으로 유인항공기용으로 개발되었던 지역보강항법 시스템인 GBAS (Ground Based Augmentation System) 아키텍처를 공유하고 있다. 그러나 본 발명에서 제안하는 시스템은 무인항공기의 항법지원을 위한 상용 시스템을 목적으로 알고리즘의 복잡성을 줄이고 하드웨어의 설치 제약조건을 완화시켰다. The local reinforcement navigation system architecture for unmanned aerial vehicles is basically sharing the GBAS (Ground Based Augmentation System) architecture, which is a regional reinforcement navigation system developed for manned aircraft. However, the system proposed in the present invention reduces the complexity of algorithms and alleviates hardware installation constraints in order to provide a commercial system for navigation support of an unmanned aerial vehicle.
GBAS의 경우 일반적으로 다중경로 오차를 완화하기 위하여 지상장비의 안테나를 서로 수백 미터의 간격을 두고 설치하고 있다. 무인항공기용 지역보강항법시스템은 넓은 공간을 확보하기 어려운 상용 시스템 특성을 고려하여 안테나 간격이 수십 미터로 설치하는 것을 제안하고 있으며, 고가의 MLA (Multipath-Limiting Antenna) 대신 저가용 안테나 설치를 고려하고 있다. 하드웨어적인 변화로 인해 다중경로 오차가 증가하는데 이 부분은 알고리즘적인 성능향상으로부터 해결할 수 있다.In the case of GBAS, the antennas of ground equipment are usually installed at intervals of several hundred meters to mitigate multipath errors. Considering the characteristics of the commercial system, which is difficult to secure a wide space, the local reinforcement navigation system for unmanned aerial vehicles is proposed to install the antennas at a distance of several tens of meters. Considering the installation of the low-cost antenna instead of the expensive MLA (Multipath-Limiting Antenna) have. Multipath error increases due to hardware change. This part can be solved from algorithmic performance improvement.
알고리즘 간소화로는, 기존 GBAS에서 가장 복잡하다고 알려져 있는 두개의 알고리즘을 간소화했다.Simplifying the algorithm streamlined the two algorithms known to be the most complex in the existing GBAS.
첫번째 알고리즘은 SDM (Signal Deformation Monitor)로써, 같은 수신기 모델 사이에서는 그 형태가 유사하게 나타나는 것으로 알려지므로, 지상국 시스템(100)과 무인항공기 탑재장치(200)에서 같은 수신기를 사용한다는 제약조건을 둠으로써, 보정정보를 통해 상쇄되는 위성신호 변형에 대한 모니터를 제거 가능하다. 즉, 지상국 시스템(100)과 무인항공기 탑재장치(200)에서 같은 수신기를 사용함으로써, 위성신호 변형을 감시해야 하는 부담을 갖지 않게 되었다.The first algorithm is known as a SDM (Signal Deformation Monitor), and its shape is similar between the same receiver models. Thus, by setting the constraint that the
두번째 모니터로써, 지오메트리 스크리닝(Geometry screening) 모니터이다. 위에서 전술한 바와 같은 무인항공기 탑재장치(200)의 고장감시부(220)가 이에 해당한다. 본 모니터, 즉 고장감시부(220)는, 전리층으로 인해 발생하는 위성신호의 오차, 즉 전리층으로 인한 신호지연/신호고장을 감시함으로써 이로부터 무인항공기(사용자)를 보호하는 모니터이다. 종래 지상국 시스템에 이와 같은 모니터가 설치되었던 GBAS와 달리, 본 발명의 무인기용 항법시스템에서는 무인항공기 탑재장치(200)에 설치함(220)으로써, 지상국 시스템의 경우와 같이 모든 위성기하에서 계산하는 것이 아니라, 무인항공기가 현재 사용하고 있는 위성기하만을 고려하여 최악의 사용자 오차를 계산하게 된다. 이를 통해 알고리즘의 간소화를 실현하면서도 정확하고 안전한 무인항공기의 운항을 가능하게 한다.As the second monitor, it is a geometry screening monitor. This corresponds to the
유인항공기에 비해 성능이 낮은 GNSS 안테나/수신기, 낮은 성능의 하드웨어 및 제한된 설치 제한조건에서도 최적보호수준 계산 알고리즘을 활용하여 높은 수준의 VPL(수직보호수준) 성능을 낼 수 있다. 최적보호수준 계산 알고리즘은,기존 GBAS에서 알고리즘의 복잡성을 고려해 사전에 계산해둔 VPL들을, 본 시스템에서는 모두 계산함으로써, 총 다섯 가지의 VPL을 계산하여 최종적인 VPL의 크기를 줄일 수 있다. 다섯 가지의 VPL이란, fault-free 모드, reference receiver fault 모드, ephemeris fault 모드, excessive acceleration(EA) fault 모드 및, code carrier divergence(CCD) fault 모드 각각에서의 구해진 VPL값을 의미한다.A high level of VPL (vertical protection level) performance can be achieved by using an optimal protection level calculation algorithm even for low performance GNSS antennas / receivers, low performance hardware and limited installation constraints compared to manned aircraft. The optimum protection level calculation algorithm can reduce the final VPL size by calculating all five VPLs by calculating all the VPLs previously calculated considering the complexity of the algorithm in the existing GBAS. The five VPLs are VPL values obtained in fault-free mode, reference receiver fault mode, ephemeris fault mode, excessive acceleration (EA) fault mode, and code carrier divergence (CCD) fault mode.
일부의 VPL의 크기를 미리 계산해두면,계산 시 사용하는 무결성 손실의 확률의 크기를 일부 고정해둠으로써,나머지 계산되는 VPL의 크기가 커지게 되지만, 본 발명과 같이 VPL을 모두 무인항공기 탑재장치(200)에서 실시간으로 계산한다면 해당 상황(위성기하, 오차 등)을 고려하여 무결성 손실 확률을 고장 모드마다 최적으로 나눌 수 있어, 최종 VPL의 크기가 줄어들게 되는 장점이 있다.If the magnitude of the probability of the integrity loss used in the calculation is fixed to some extent by preliminarily calculating the size of some of the VPLs, the remaining VPLs are increased in size. However, as in the present invention, 200), it is possible to divide the probability of integrity loss according to the situation (satellite geometry, error, etc.) optimally for each failure mode, thereby reducing the size of the final VPL.
도 6은 본 발명의 무인항공기 항법 지원을 위한 지역보강항법 시스템을 적용하여 무인항공기의 비행을 수행시켜, 그 비행경로를 도시한 도면이다.FIG. 6 is a diagram showing a flight path of a UAV by applying a local reinforcement navigation system for UAV support according to the present invention.
무인항공기는 실제 비행 수행 시, 지상모듈에서 방송하는 보정정보와 무결성 정보를 받아 위치를 산출하여 컨트롤러에 전달했다. 비행 결과, 약 6분의 비행 중 모든 시간에서 위치정확도가 1m 이내로 계산됨을 확인했다.The unmanned aircraft received correction information and integrity information broadcast from the ground module at the time of actual flight, and calculated the position and transmitted it to the controller. As a result of the flight, I confirmed that the position accuracy is calculated within 1m at all times during the flight of about 6 minutes.
본 발명에서 제안하는 무인항공기 항법지원을 위한 지역보강항법시스템은 무인항공기의 정확하고 안전한 항법을 지원하여, 무인항공기의 정밀접근, 자동이착륙, 군집 비행 등 고성능 항법이 요구되는 임무를 지원하는데 활용될 것으로 기대된다.The local reinforcement navigation system for the unmanned aircraft navigation support proposed by the present invention supports the accurate and safe navigation of the unmanned airplane and can be used to support missions requiring high performance navigation such as precision approach of unmanned airplane, automatic takeoff and landing, .
100: 지상국 시스템
200: 무인항공기 탑재 장치100: ground station system
200: Unmanned aerial vehicle mounted device
Claims (11)
(a) GNSS 데이터를 위성으로부터 수신하는 단계;
(b) 수신한 신호를 기반으로, 고장을 감시하여, 고장이 있는 신호 또는 수신기를 제거하는 단계;
(c) 지상국 시스템이 방송하는 보정정보 및 무결성 정보를 포함하는 데이터를 수신하는 단계;
(d) 수신한 GNSS 데이터에 보정정보 및 무결성 정보를 적용하여 무인기의 현재 위치정보를 생성하는 단계; 및
(e) 지상국 시스템으로부터 수신한 각 고장 모드에 대하여 산출된 보호수준으로부터 최적화된 보호수준을 산출하는 단계
를 포함하고,
상기 단계(b)의 고장은,
위성고장, 신호지연, 신호고장, 무인항공기 탑재장치 수신기 고장 중 하나 이상을 포함하고,
전리층으로 인한 상기 신호지연, 신호고장은,
알고리즘의 간소화를 실현하면서도 정확한 무인항공기의 운항이 가능하도록, 모든 위상기하에서 계산하는 것이 아니라, 상기 무인항공기 탑재장치가 사용하고 있는 위성기하만을 고려하여 계산 하며,
상기 단계(e)의 보호수준은,
수직보호수준(VPL)이고,
상기 VPL은, 무결성 손실 확률을 고장 모드마다 최적으로 나누어, 최종 VPL의 크기가 줄어들게 되도록 ,
fault-free 모드, reference receiver fault 모드, ephemeris fault 모드, excessive acceleration(EA) fault 모드 및, code carrier divergence(CCD) fault 모드 각각에서의 VPL값으로부터 구해지는,
무인항공기 탑재장치의 항법 정보 생성 방법.
A method for generating navigation information for unmanned airplane navigation, wherein the unmanned aerial vehicle equipped with local reinforcement navigation for unmanned aircraft navigation is communicated with a ground station system,
(a) receiving GNSS data from a satellite;
(b) monitoring a fault based on the received signal to remove a faulty signal or receiver;
(c) receiving data including correction information and integrity information broadcast by a ground station system;
(d) generating current location information of the UAV by applying correction information and integrity information to the received GNSS data; And
(e) calculating an optimized protection level from the calculated protection level for each failure mode received from the ground station system
Lt; / RTI >
The failure of step (b)
Satellite failure, signal delay, signal failure, unmanned aircraft carrier receiver failure,
The signal delay, signal failure due to the ionosphere,
It is necessary to calculate only the satellite geometry used by the unmanned aerial vehicle mounting apparatus, instead of calculating all of the topological geometries so that the operation of the unmanned aerial vehicle can be performed while realizing the simplification of the algorithm ,
The level of protection of step (e)
Vertical protection level (VPL)
The VPL divides the integrity loss probability optimally for each failure mode so that the size of the final VPL is reduced ,
which is obtained from the VPL value in each of the fault-free mode, the reference receiver fault mode, the ephemeris fault mode, the excessive acceleration (EA) fault mode, and the code carrier divergence (CCD)
A method of generating navigation information of an unmanned aerial vehicle mounted device.
GNSS 데이터를 위성으로부터 수신하는 GNSS 데이터 수신부;
수신한 신호를 기반으로, 고장을 감시하여, 고장이 있는 신호 또는 수신기를 제거하는 고장감시부;
지상국 시스템이 방송하는 무결성 정보 등의 데이터를 수신하는 지상국 시스템 데이터 수신부;
GNSS 데이터 수신부가 수신한 GNSS 데이터에 보정정보 및 무결성 정보를 적용하여 위치정보를 생성하는 위치정보 생성부;
각 고장 모드에 대하여 산출된 보호수준으로부터 최적화된 보호수준을 산출하는 보호수준 산출 및 최적화부;
위치정보 및 보호수준 산출과 관련된 각종 데이터를 저장하는 데이터베이스; 및
무인항공기 탑재 장치의 상기 각 구성요소를 제어하여 무인항공기 탑재장치의 항법 정보 생성과 관련된 일련의 처리를 수행하는 제어부
를 포함하고,
상기 고장은,
위성고장, 신호지연, 신호고장, 무인항공기 탑재장치 수신기 고장 중 하나 이상을 포함하고,
전리층으로 인한 상기 신호지연, 신호고장은,
알고리즘의 간소화를 실현하면서도 정확한 무인항공기의 운항이 가능하도록, 모든 위상기하에서 계산하는 것이 아니라, 상기 무인항공기 탑재장치가 사용하고 있는 위성기하만을 고려하여 계산 하며,
상기 보호수준은,
수직보호수준(VPL)이고,
상기 VPL은, 무결성 손실 확률을 고장 모드마다 최적으로 나누어, 최종 VPL의 크기가 줄어들게 되도록 ,
fault-free 모드, reference receiver fault 모드, ephemeris fault 모드, excessive acceleration(EA) fault 모드 및, code carrier divergence(CCD) fault 모드 각각에서의 VPL값으로부터 구해지는,
무인항공기 탑재 장치.
Unmanned aerial vehicle equipped with local reinforcement navigation for unmanned aircraft navigation support,
A GNSS data receiver for receiving GNSS data from satellites;
A failure monitoring unit for monitoring a failure based on the received signal and removing a faulty signal or a receiver;
A ground station system data receiver for receiving data such as integrity information broadcasted by the ground station system;
A position information generator for generating position information by applying correction information and integrity information to the GNSS data received by the GNSS data receiver;
A protection level calculating and optimizing unit for calculating an optimum protection level from the calculated protection level for each failure mode;
A database for storing various data related to the calculation of the location information and the protection level; And
A controller for controlling each of the components of the unmanned aerial vehicle mounting apparatus to perform a series of processes related to generation of navigation information of the unmanned aerial vehicle mounting apparatus
Lt; / RTI >
The failure may be,
Satellite failure, signal delay, signal failure, unmanned aircraft carrier receiver failure,
The signal delay, signal failure due to the ionosphere,
It is necessary to calculate only the satellite geometry used by the unmanned aerial vehicle mounting apparatus, instead of calculating all of the topological geometries so that the operation of the unmanned aerial vehicle can be performed while realizing the simplification of the algorithm ,
The protection level may be,
Vertical protection level (VPL)
The VPL divides the integrity loss probability optimally for each failure mode so that the size of the final VPL is reduced ,
which is obtained from the VPL value in each of the fault-free mode, the reference receiver fault mode, the ephemeris fault mode, the excessive acceleration (EA) fault mode, and the code carrier divergence (CCD)
Unmanned aerial vehicle mounted device.
상기 GNSS 데이터 수신부에서 사용하는 수신기는,
상기 지상국 시스템이 사용하는 수신기와 동일한 수신기인 것
을 특징으로 하는, 무인항공기 탑재 장치.
The method of claim 5,
Wherein the receiver used in the GNSS data receiver comprises:
The same receiver as the receiver used by the ground station system
Wherein the unmanned airplane is mounted on the unmanned airplane.
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