KR102007028B1 - 지뢰탐사용 지자기드론 장치 및 이를 포함하는 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지뢰탐사용 지자기드론 장치 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지뢰가 육안으로 보이지 않는 현장 환경에서 자력탐사를 통해 효과적으로 지뢰를 탐지할 수 있도록 드론에 지자력계를 장착하고, 지자력계가 드론의 구동부 간의 지자기 간섭을 받지 않도록 상기 지자력계를 상기 구동부로부터 일정 거리 이격시켜 드론에서 자기이상물체인 지뢰를 탐지할 수 있도록 마련된 기술이다.

Description

지뢰탐사용 지자기드론 장치 및 이를 포함하는 시스템{Terrestrial Magnetism Drone Apparatus for detecting Landmine and System including the same}

본 발명은 지뢰탐사용 지자기드론 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지뢰가 육안으로 보이지 않는 현장 환경에서 자력탐사를 통해 효과적으로 지뢰를 탐지할 수 있도록 드론에 지자력계를 장착하고, 지자력계가 드론의 구동부 간의 지자기 간섭을 받지 않도록 상기 지자력계를 상기 구동부로부터 일정 거리 이격시켜 드론에서 자기이상물체인 지뢰를 탐지할 수 있도록 마련되는 지뢰탐사용 지자기드론 시스템에 관한 기술이다.

1997년에 지뢰 매설을 금지하고 지뢰 제거를 요구하는 오타와 조약의 설립으로 현재까지 162개국이 오타와 조약에 가입했다. 하지만 북한, 한국 그리고 미국은 한반도의 독특한 상황을 이유로 아직 조약에 가입하지 않았다. 과거 미군은 한국 전쟁 당시로부터 60년대까지 수십 곳의 주둔기지 주변에 지뢰를 매설하였다. 그러나 철수하면서 지뢰 제거를 하지 않았음은 물론, 지뢰 매설 정보조차 한국군에게 이양하지 않아 미군이 매설한 지뢰로 인한 피해가 대한민국에서는 최근까지 계속 되고 있다. 대한민국은 지뢰매설 밀도가 1평방 미터당 2.3개로, 단위 면적당 지뢰매설 수가 세계 최고로 많다. 미확인 지뢰지대에 매설된 지뢰대수는 약 108.3만발로 추정되며 그중 후방지역의 지뢰매설수는 약 7.5만발로 추정된다. 국방부는 미확인지뢰지대의 지뢰제거에 소요되는 시간은 약 489년으로 추산하였다. 이들 지뢰지대는 모두 경사 혹은 계곡에 형성되어 있기 때문에 제거작업이 매우 어렵다. 대부분의 지뢰지대는 유실을 방지하기 위하여 약 2m ~ 5m 폭의 이중 철망 펜스로 둘러싸여 있고, 그 바깥에 사람의 접근을 방지하기 위한 윤형 철조망이 깔려 있다. 그러나 펜스 안의 지뢰지대는 잡초 등이 우거져 있어 시야가 가려져 있고, 또한 산사태 등으로 지형이 바뀌기 때문에 매설지점이 변형되어 지뢰가 유실되었을 가능성이 크다. 최근 민간인 지뢰사고 건수로는 2016년도에 4건, 2015년도에 1건, 2014년도에 3건, 2013년도에 1건, 2012년도에 3건으로 한국전쟁 이후 60년간 한해도 거르지 않고 지뢰사고가 발생하여 현재까지 지뢰 피해자는 약 1000여명 이상이다

미국, 영국 등 주요 군사 강대국들은 지뢰탐지 차량과 지뢰탐지 로봇을 함께 운용하여 국민의 생명을 위협하는 지뢰를 효과적으로 탐지하고 있다. 차량형 지뢰탐지체계 및 지뢰탐지 로봇에는 임무에 따라 금속탐지기(MD; Metal Detector), 지표투과레이더(GPR; Ground Penetration Radar), 지자력계(magnetometer), 적외선IR카메라, 열중성자 활성 탐지기(TNA)가 장착되어있다. 하지만, 차량과 로봇을 이용한 지뢰탐지체계는 장비 도입비용이 상당히 고가이고 장비규모가 크기 때문에 운용 시간이 많이 소요되며 무엇보다도 탐지영역이 평평한 땅에 장애물이 없어야 하는 등 시공간적 제약을 갖고 있어 실제 지뢰매설지역에서 사용하기에는 한계점을 갖고 있다.

반면, 육상지표면의 공간적인 제약을 받지 않는 무인항공기(UAV; Unmanned Aerial Vehicle)를 이용하면 저비용으로 광범위한 영역을 단시간에 빠르게 탐지할 수 있다. 이런 장점이 있어서 점차 드론 및 무인항공기를 이용한 지자기탐사(AMS; Airborne Magnetic Surveys)가 활발히 수행되고 있다. 최근에는 지뢰탐사용 드론의 프로토타입 모델과 개념에 대한 초기 디자인 연구가 진행되었다. 드론에 영상카메라를 장착하여 얻은 이미지의 모자익(mosasic) 프로세싱 기법을 통해 지뢰를 탐지하는 알고리즘에 대한 연구도 수행되었다. 하지만, 실제 대부분의 지뢰매설지역은 잡초 등이 우거져 있어 시야가 가려져 있기 때문에 영상 이미지만으로 지뢰를 탐지하기에는 현실적으로 어렵다. 자력(magnetic filed)은 매설된 금속성 지뢰의 질량에 비례하기 때문에 지뢰가 육안으로 보이지 않는 현장 환경에서 자력탐사를 통해 효과적으로 지뢰를 탐사할 수 있다. 다만, 현재까지 드론에 지자력계를 장착하여 금속성 지뢰를 탐지한 실제결과에 대한 연구 및 사례 보고는 없다.

드론 및 무인항공기를 이용한 지자기탐사에 대한 종래의 기술을 살펴보면, 대한민국 등록특허공보 제10-1832673호와 같이, 지뢰를 탐지하는 탐지드론과 탐지드론에 의해 탐지된 지뢰를 제거하는 제거드론이 한조로 이루어져, 지뢰탐지와 제거 등 인간이 직접 수행하기 위험한 작업을 대신하도록 하며, 군사경계선 등 전쟁이 발발할 수 있는 위험한 지역에 투입하여 지뢰를 탐지하고 제거할 수 있는 드론을 이용한 지뢰탐지 및 제거방법이 개시되었다.

그러나, 상기 종래문헌에 의하면, 탐지드론은 지상에서 비상하여 자기장센서를 이용해 지뢰를 탐지하는 것으로 기재되어 있으나, 실제 실험결과 드론의 배터리리와 구동모터에 의해 발생되는 유도지자기의 간섭으로 자기이상물체로 감지되는 지뢰의 탐지가 불가능한 것으로 확인되었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1832673호 (2018.04.13.)

본 발명은 상술한 바와 같은 선행 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 사용자가 지뢰매설지역 상에 드론시스템을 정밀하게 이동시키고 라이다를 통해 정밀하게 고도를 유지하며 지뢰탐사를 할 수 있는 지자기드론 장치 및 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 드론시스템의 배터리나 구동모터로부터 발생되는 자기장 노이즈로부터 간섭을 받지 않으며 드론시스템의 움직임 변화와 상관없이 지뢰탐사부의 중심을 일정하게 유지할 수 있어, 지뢰매설지역 내의 자력데이터를 측정하여 얻을 수 있는 지뢰의 위치에 대한 정확성을 더 높일 수 있는 지자기드론 장치 및 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 지뢰탐사용 지자기드론 장치는, 지지대와 상기 지지대에 고정되어 설치되는 날개부로 구성되어 무인으로 비행하는 드론; 상기 드론이 탐사하고자 하는 지뢰매설지역으로 이동하도록 제어하는 구동부; 및 상기 드론의 하부에 설치되어, 상기 지뢰매설지역에 대한 지자기탐사를 실시하는 지자력계로 구성되는 지뢰탐사부;를 포함하고, 상기 지뢰탐사부는, 상기 지자력계와 상기 드론 간에 발생되는 유도 지자기의 간섭을 최소화시키도록 상기 지자력계를 상기 드론에 대해 이격시키는 자동승강유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 지뢰탐사용 지자기드론 장치에 있어서, 상기 자동승강유닛은, 상기 드론의 하부에 고정되는 고정바; 일단에 상기 지자력계가 설치되어 상기 지자력계를 승강시키도록 상하로 이동하는 이동바; 상기 고정바에 부착되어 설치되며, 상기 이동바가 관통할 수 있는 홀이 형성되는 슬롯; 및 상기 지자력계가 유도 지자기의 간섭을 최소화할 수 있는 위치에 도달하면 상기 이동바를 고정시키는 락킹부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 지뢰탐사용 지자기드론 장치에 있어서, 상기 지뢰탐사부는, 상기 드론의 움직임에도 상기 지자력계의 중심을 일정하게 유지하는 2축짐벌;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 지뢰탐사용 지자기드론 장치에 있어서, 상기 구동부는, 상기 드론이 탐사하고자 하는 지뢰매설지역에 이동한 후 고도를 일정하게 유지할 수 있도록 상기 드론의 고도를 모니터링하는 라이다(lidar);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 지뢰탐사용 지자기드론 시스템은 지자기드론 장치; 및 상기 지뢰탐사부에서 측정한 지자기데이터를 분석하여 탐지된 지뢰의 위치데이터를 출력하는 육상관제부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 지뢰탐사용 지자기드론 장치 및 시스템은, 사용자가 지뢰매설지역 상에 드론시스템을 정밀하게 이동시키고 라이다를 통해 정밀하게 고도를 유지하며 지뢰탐사를 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 지뢰탐사용 지자기드론 장치 및 시스템은, 드론시스템의 배터리나 구동모터로부터 발생되는 자기장 노이즈로부터 간섭을 받지 않으며 드론시스템의 움직임 변화와 상관없이 지뢰탐사부의 중심을 일정하게 유지할 수 있어, 지뢰매설지역 내의 자력데이터를 측정하여 얻을 수 있는 지뢰의 위치에 대한 정확성을 더 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 지뢰의 질량에 따른 자력 이상을 나타내는 금속성 지뢰를 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 지뢰탐사용 지자기드론 시스템의 상세도이다.
도 3은 본 발명에 따른 지뢰탐사용 지자기드론 시스템을 이용하여 지뢰탐사 실험을 진행하고 있는 모습이다.
도 4는 본 발명에 따른 지뢰탐사용 지자기드론 시스템을 이용한 지뢰탐지 실험에서 지뢰 설치전(a)과 지뢰 설치 후(b)의 자력이상 분포를 나타낸 도면이다.
도 5는 종래기술의 지뢰탐사 드론(a)과 본 발명에 따른 지뢰탐사용 지자기드론 시스템(b)에서 드론으로부터 발생한 외부자기장 노이즈세기 감쇄효과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 종래기술의 지뢰탐사 드론을 이용하여 지뢰탐사 실험을 실시한 자력이상값의 도면이다.
도 7은 종래기술의 지뢰탐사 드론을 이용하여 지뢰탐사 실험을 실시한 지자기 신호의 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 지뢰탐사용 지자기드론 시스템을 이용하여 지뢰탐사 실험을 실시한 지자기 신호의 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 지뢰탐사용 지자기드론 시스템을 이용하여 드론의 이동 시 자동승강유닛에 의해 지자력계가 드론으로부터 이격되는 과정에서 지자기 신호의 변화 추이를 나타낸 도면이다.

이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

본 발명에 따른 지뢰탐사용 지자기드론 장치는 금속 물질로 이루어진 매설된 지뢰를 탐지하기 위하여 지자력계를 드론에 부착시킨 형태로 형성된다. 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 금속성 대인지뢰와 금속성 대전차지뢰에 대해 지자력탐사를 실시하면 자력이상곡선 형태로 설치된 지뢰 위치에 자력이상(magnetic anomaly)이 표시되고, 자력이상의 크기는 지뢰의 질량과 비례하게 나타난다.

본 발명에 따른 지뢰탐사용 지자기드론 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 지지대(111)와 상기 지지대(111)에 고정되어 설치되는 날개부(112)로 구성되어 무인으로 비행하는 드론(110), 상기 드론(110)이 탐사하고자 하는 지뢰매설지역으로 이동하도록 제어하는 구동부(120), 및 상기 드론(110)의 하부에 설치되어, 상기 지뢰매설지역에 대한 지자기탐사를 실시하는 지자력계(131)로 구성되는 지뢰탐사부(130)를 포함한다. 또한, 상기 지뢰탐사부(130)는, 상기 지자력계(131)와 상기 드론(110) 간에 발생되는 유도 지자기의 간섭을 최소화시키도록 상기 지자력계(131)를 상기 드론(110)에 대해 이격시키는 자동승강유닛(132)을 더 포함하며, 상기 자동승강유닛(132)은 상기 드론(110)으로부터 상기 지자력계(131)까지의 수직거리와 상기 지자력계(131)로부터 상기 지뢰매설지역까지의 수직거리가 1:3의 비율을 갖도록 상기 지자력계(131)를 상기 드론(110)의 하부로 이격시키고, 상기 자동승강유닛(132)을 구동하는 구동모터(도면 미도시)를 더 포함하되, 상기 구동모터는 상기 드론(110)의 상부에 설치되어 상기 지자력계(131)에 유도 지자기의 간섭을 최소화시키도록 마련된다. 또한, 상기 자동승강유닛(132)은 상기 구동부(120)에서 발생한 유도자기 성분으로 변화되는 자력계의 데이터를 모니터링 하면서, 상기 데이터가 기설정된 안정화 기준에 부합될 때까지 상기 지자력계(131)를 자동으로 승강시키는 제어부를 더 포함하고, 상기 기설정된 안정화 기준은 -20dB 이하이며, 상기 제어부는, 상기 드론(110)의 탐사 시, 상기 구동부(120)가 작동하면서 생기는 유도자기로 인해 자기 값의 변화가 나타나면, 상기 이동바(1322)를 통해 상기 지자력계(131)를 하강시켜 상기 구동부(120)로부터 이격되도록 제어하고, 상기 지자력계(131)가 상기 구동부(120)와 이격되면서 자기 값이 상기 기설정된 안정화 기준을 만족하면, 상기 지자력계(131)가 고정되도록 제어한다.

먼저, 상기 드론(110)은 무인비행체와 동일한 의미로 사용되며, 중앙에 다수 개의 로터를 지지할 수 있는 지지대(111)가 위치되고, 상기 지지대(111)에 로터 역할로 날개부(112)를 포함한다. 상기 날개부(112)는 각각 프로펠러(1121)와 상기 프로펠러(1121)를 회전시키는 회전모터(1122)를 포함할 수 있다.

상기 드론(110)은 원하는 지역의 위치로 자동으로 조종하는 구동부(120)에 의해 제어되는데, 구체적으로는 상기 구동부(120)에 의해 상기 회전모터(1122)가 제어되는 것이다.

다음으로, 상기 구동부(120)는 상기 지지대(111)에 설치되어 상기 드론(110)을 조종하기 위한 것으로, 상기 드론(110)의 현재 위치좌표를 인식하는 위치확인부(121), 후술할 육상관제부(140)와 무선으로 데이터를 송수신하도록 마련되는 통신부(122) 및 상기 드론(110)의 현재 위치좌표와 상기 육상관제부(140)로부터 수신한 데이터를 통해 상기 드론(110)을 원하는 지역, 즉 본 발명에서는 탐사하고자 하는 지뢰매설지역으로 자동으로 이동하게 하는 드론조종부(123)를 포함한다.

본 발명에 따른 지뢰탐사용 지자기드론 시스템(100)은 상기 지뢰탐사용 지자기드론 장치에, 지뢰탐사부(130)에서 측정한 지자기데이터를 분석하여 탐지된 지뢰의 위치데이터를 출력하는 육상관제부(140)를 포함한다. 이를 통해, 본 발명의 시스템(100)은 드론의 고도를 계속적으로 모니터링하여 고도유지, 드론의 비행이동, 후술할 지자력계의 자동승강을 행할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 육상관제부(140)는 사용자로부터 탐사하고자 하는 지뢰매설지역의 위치좌표를 입력할 수 있는데, 상기 육상관제부(140)를 통해 입력된 위치좌표를 상기 통신부(122)에서 수신하고, 이동하고자 하는 위치좌표와 상기 위치확인부(121)에 의해 확인된 현재 드론의 위치좌표를 비교한 후 상기 드론(110), 구체적으로는 상기 회전모터(1122)를 제어하여 상기 드론(110)을 이동하고자 하는 위치인 지뢰매설지역으로 이동시키는 것이다. 또한, 상기 드론조종부(123)는 이동하고자 하는 위치좌표에 도달하면 지자기탐사 실시를 위해 특정 속도의 비행 및 호버링(공중정지비행)이 되도록, 상기 날개부(112) 각각의 회전모터(1122)의 구동을 제어한다.

또한, 상기 구동부(120)는, 상기 드론(110)이 탐사하고자 하는 지뢰매설지역에 이동한 후, 고도를 일정하게 유지할 수 있도록 상기 드론(110)의 고도를 모니터링하는 라이다(lidar, 250)를 더 포함할 수 있다. 일반적으로, 위치확인에 있어서 X, Y좌표의 오차보정은 용이하지만, Z좌표의 오차보정은 그렇지 않은 경우가 많다. 이를 위해, 본 발명에서는 상기 라이다(250)를 포함하여, 상기 드론(110)이 지자기탐사를 위해 호버링할 때 모니터링하여 그 결과를 상기 드론조종부(123)에 전달함으로써, 상기 드론(110)의 고도를 1~2m 오차로 유지할 수 있도록 구성된다.

다음으로, 상기 지뢰탐사부(130)는 우선적으로 상기 지뢰매설지역에 대한 지자기탐사를 실시하는 지자력계(131)를 포함한다. 상기 지자력계(131)는 매설된 금속성 지뢰의 자력이상(magnetic anomaly)을 파악하기 위해 탐사지역의 각 위치에 따른 자력을 측정하고, 이를 분석하기 위해 측정된 자력데이터는 상기 육상관제부(140)로 보내진다. 이때, 상기 지자력계(131)는 통신모듈(미도시)을 포함하여, 직접적으로 상기 육상관제부(140)로 신호를 송신하거나, 상기 구동부(120)의 상기 통신부(122)에 전달하여 최종적으로 상기 육상관제부(140)에서 상기 측정된 자력데이터를 분석할 수 있도록 형성된다.

상기 지뢰탐사부(130)는, 상기 지자력계(131)와 상기 드론(110) 간에 발생되는 유도 지자기의 간섭을 최소화시키도록 상기 지자력계(131)를 상기 드론(110)에 대해 이격시키는 자동승강유닛(132)을 더 포함할 수 있다.

구체적으로 설명하면, 일반적인 크기가 작은 지뢰에서 발생되는 유도지자기값은 매우 작은데 반해, 상기 지뢰탐사부(130)가 상기 드론(110)과 가까이 부착되어 있으면, 상기 드론(110)에 내장되어 있는 배터리, 회전모터(1122) 등에서 발생되는 유도지자기 현상에 의해 상기 지자력계(131)는 지뢰에 의해 발생되는 지자기값을 탐지 할 수 없다. 이를 극복하기 위해 본 발명에서는 상기 지자력계(131)를 상기 드론(110)의 하부로 이격시켜 지뢰 탐지를 가능하게 한 것이다. 즉, 상기 드론(110)에 부착된 상기 지자력계(131)를 사용하여 지뢰를 탐지 시, 상기 드론(110)에서 발생하는 유도자기현상은 지뢰에 의한 자기반응을 탐지 못하게 하는 것이 확인되므로, 상기 자동승강유닛(132)을 사용하여, 상기 드론(110)에서 발생되는 유도지자기 필드 밖으로 기설정된 비율로 이격되도록 자동으로 상기 지자력계(131)를 이격시킨다. 단, 상기 구동모터는 상기 드론(110)의 상부에 설치하여 구동모터의 유도지자기 현상이 상기 지자력계(131)에 영향을 주지 못하게 설치한다.

상기 자동승강유닛(132)은, 상기 드론(110)의 하부에 고정되는 고정바(1321), 일단에 상기 지자력계(131)가 설치되어 상기 지자력계(131)를 승강시키도록 상하로 이동하는 이동바(1322), 상기 고정바(1321)에 부착되어 설치되며, 상기 이동바(1322)가 관통할 수 있는 홀이 형성되는 슬롯(1323) 및 상기 지자력계(131)가 유도 지자기의 간섭을 최소화할 수 있는 위치에 도달하면 상기 이동바(1322)를 고정시키는 락킹부재(1324)를 포함하여, 상기 지자력계(131)를 상기 드론(110)으로부터 이격시킬 수 있는 구조로 형성된다. 또한, 상기 이동바(1322)를 이동시키기 위한 모터(미도시)가 상기 고정바(1321)가 고정되는 상기 드론(110)의 하부부재에 설치될 수 있다. 여기서, 상기 자동승강유닛(132)은 상기 모터에 의한 상기 지자력계(131)의 영향을 최소화할 수 있도록 상기 모터와 이격되도록 상기 지자력계(131)를 위치시켜야 함은 물론이다.

또한, 상기 자동승강유닛(132)과 상기 드론(110)의 이상적인 이격거리는, 상기 드론(110)의 비행고도와 크기에 따라 상이할 수 있으므로, 상기 자동승강유닛(132)은 상기 드론(110)으로부터 상기 지자력계(131)까지의 수직거리와 상기 지자력계(131)로부터 상기 지뢰매설지역까지의 수직거리가 1:3의 비율을 갖도록 구성되어, 상기 비율을 충족하도록 상기 지자력계(131)를 승강시킬 수 있다.

상기 지뢰탐사부(130)는, 상기 드론(110)의 움직임에도 상기 지자력계(131)의 중심을 일정하게 유지하는 2축짐벌(133)을 더 포함할 수 있다.

구체적으로 설명하면, 상기 드론(110)은 호버링하는 중이라도 항상 움직임이 발생하므로 이때 상기 드론(110)에 부착된 상기 지자력계(131)가 좌우전후 움직임에 의해 평형상태가 유지되지 못하면서, 지뢰 탐지능력이 떨어질 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 상기 2축짐벌(133)을 사용하여 상기 드론(110)의 움직임과 별개로 상기 지자력계(131)의 안정적인 상태를 유지하게 되어 지뢰 탐지가 가능하게 되는 것이다.

이하에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지뢰탐사용 지자기드론 시스템을 이용하여 지자기탐사를 통해 지뢰를 탐지하는 실험을 실시하여 자력 결과데이터 그래프를 분석해보기로 한다.

우선, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지뢰탐사용 지자기드론 시스템으로 지뢰 설치 전(a)과 지뢰 설치 후(b)의 위치에 따른 자기장 세기를 측정하여 나타낸 바를 비교해 보면, 단위 길이에 대한 자기장의 세기를 색상 차로 도시하고 있어, 지뢰가 매설된 위치의 좌표를 쉽게 도출해낼 수 있다.

다음으로, 지자기드론에서 드론과 지자력계 간의 유도 지자기 간섭 정도를 도 5의 드론과 지자력계 이격 전(a)과 드론과 지자력계 이격 후(b)로 나타내었다. 이는 신호의 노이즈를 도시한 것으로써, 이격 후(b)가 훨씬 노이즈세기가 감쇄된 것을 확인할 수 있다.

다음으로, 도 6 내지 도 8에서는, 상기 자동승강유닛(132)과 상기 2축짐벌(133)을 포함한 본 발명에 따른 지뢰탐사용 지자기드론 시스템과, 일반적인 지자력계가 부착된 드론을 이용하여 지뢰 탐지 결과 그래프를 비교하여 나타내었다. 도 6은 검은 점에 지뢰를 위치시키고 종래기술로 자력탐사를 실시하였지만 도 4(b)와 같은 탐지 결과를 보여주지 못하고 있다. 특히, 도 7과 도 8을 비교하면, 잡음이 많아 실제 지뢰로 인한 자력이상과 잡음이 구분이 되지 않는 도 7과 달리, 도 8에서는 화살표와 같이 잡음이 감쇄되어 지뢰로 인한 자력이상을 확연하게 식별할 수 있다.

상술한 실험을 통해, 본 발명의 지뢰탐사용 지자기드론 시스템은 상기 지자력계(131)와 상기 드론(110) 간에 발생되는 유도 지자기의 간섭을 최소화시키도록 상기 지자력계(131)를 상기 드론(110)에 대해 이격시킴으로써, 매설지뢰로 인한 자력이상을 효과적으로 식별할 수 있음이 입증될 것이다.

본 발명에 따른 지뢰탐사용 지자기드론 시스템에 있어서, 상기 자동승강유닛(132)은, 상기 구동부(120)에서 발생한 유도자기 성분으로 변화되는 자력계의 데이터를 모니터링 하면서, 상기 데이터가 기설정된 안정화 기준에 부합될 때까지 상기 지자력계(131)를 자동으로 승강시키는 제어부;를 더 포함할 수 있다. 이는 드론의 비행고도와 지뢰매설구역의 지형 차이에 따라 탐사자가 수동으로 조정해야 하는 번거로움을 해소할 수 있어, 지자력계를 이용한 지뢰탐사를 보다 용이하게 수행할 수 있다.

여기서, 상기 기설정된 안정화 기준을 도출하기 위해 도 5를 살펴보면, 상기 지자력계(131)가 상기 구동부(120)에 대해 이격한 경우(a)와 상기 구동부(120)에서 발생한 유도자기 성분으로 인해 지자기간섭이 일어난 경우(b), 스펙트럼 분석 결과 20Hz 이상의 고주파 영역에서 노이즈 진폭이 (b)에 비해 (a)가 약 50dB 이상 감소한 것을 알 수 있다. 또한, 지자력계를 이용한 지뢰탐사가 가능한 (a)의 경우, 진폭이 대체적으로 -20dB 이하이다. 이에 따라, 상기 기설정된 안정화 기준은 -20dB이하로 결정할 수 있다.

상술한 로직이 마련되는 지뢰탐사용 지자기드론 시스템으로 지자기탐사를 실시하면, 도 9에 도시된 바와 같이 드론(110)이 움직이지 않을 때는 유도자기 성분이 없기 때문에 안정한 자기 값을 보이는 제1구간, 드론(110)의 구동부(120)가 움직이면서 생기는 유도자기로 인해 자기 값의 변화가 나타나는 제2구간, 지자력계(131)가 구동부(120)와 이격되면서 자기 값이 안정화 되는 제3구간 중 어느 하나로 관측될 수 있을 것이다. 이에 따라, 본 발명에 따른 상기 자동승강유닛(132)의 상기 제어부는, 상기 지자력계(131)의 결과데이터가 상기 제2구간을 나타내면 상기 이동바(1322)로 하여금 상기 지자력계(131)를 하강시켜 상기 구동부(120)로부터 이격되도록 상기 모터를 제어하고, 상기 지자력계(131)의 결과데이터가 상기 제3구간을 나타내면 상기 지자력계(131)가 고정되도록 상기 모터의 제어를 중단시키도록 형성될 수 있다.

상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 지뢰탐사용 지자기드론 시스템
110 : 드론
111 : 지지대
112 : 날개부
1121 : 프로펠러
1122 : 회전모터
120 : 구동부
121 : 위치확인부
122 : 통신부
123 : 드론조종부
124 : 라이다
130 : 지뢰탐사부
131 : 지자력계
132 : 자동승강유닛
1321 : 고정바
1322 : 이동바
1323 : 슬롯
1324 : 락킹부재
133 : 2축짐벌
140 : 육상관제부
141 : 입력부
142 : 데이터분석부
143 : 디스플레이

Claims (6)

1. 지지대와 상기 지지대에 고정되어 설치되는 날개부로 구성되어 무인으로 비행하는 드론;
   상기 드론이 탐사하고자 하는 지뢰매설지역으로 이동하도록 제어하는 구동부; 및
   상기 드론의 하부에 설치되어, 상기 지뢰매설지역에 대한 지자기탐사를 실시하는 지자력계로 구성되는 지뢰탐사부;를 포함하고,
   상기 지뢰탐사부는,
   상기 지자력계와 상기 드론 간에 발생되는 유도 지자기의 간섭을 최소화시키도록 상기 지자력계를 상기 드론에 대해 이격시키는 자동승강유닛을 포함하며,
   상기 자동승강유닛은,
   상기 드론의 하부에 고정되는 고정바;
   일단에 상기 지자력계가 설치되어 상기 지자력계를 승강시키도록 상하로 이동하는 이동바;
   상기 고정바에 부착되어 설치되며, 상기 이동바가 관통할 수 있는 홀이 형성되는 슬롯;
   상기 지자력계가 유도 지자기의 간섭을 최소화할 수 있는 위치에 도달하면 상기 이동바를 고정시키는 락킹부재;
   상기 드론으로부터 상기 지자력계까지의 수직거리와 상기 지자력계로부터 상기 지뢰매설지역까지의 수직거리가1:3의 비율을 갖도록 상기 지자력계를 상기 드론의 하부로 이격시키고, 상기 자동승강유닛을 구동하는 구동모터; 및
   상기 구동부에서 발생한 유도자기 성분으로 변화되는 자력계의 데이터를 모니터링 하면서, 상기 데이터가 기설정된 안정화 기준에 부합될 때까지 상기 지자력계를 자동으로 승강시키는 제어부;를 포함하고, 상기 기설정된 안정화 기준은 -20dB 이하이며,
   상기 제어부는, 상기 드론의 탐사 시, 상기 구동부가 작동하면서 생기는 유도자기로 인해 자기 값의 변화가 나타나면, 상기 이동바를 통해 상기 지자력계를 하강시켜 상기 구동부로부터 이격되도록 제어하고, 상기 지자력계가 상기 구동부와 이격되면서 자기 값이 상기 기설정된 안정화 기준을 만족하면, 상기 지자력계가 고정되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 지뢰탐사용 지자기드론 장치.
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