KR102118952B1 - Rf 기반 다중 무인 비행체의 측위 및 궤적 제어 장치 및 그 시스템 - Google Patents

Rf 기반 다중 무인 비행체의 측위 및 궤적 제어 장치 및 그 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 무인 비행체에 탑재는 위치 추정 장치에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 추정 장치는, RF 신호를 방출하는 최소 4개의 앵커노드들과 RF 통신을 수행하는 RF 통신부, GPS 위성 항법 정보를 수신하는 GPS 수신부, 가속도 및 각속도 정보를 획득하는 IMU 센서부 및 상기 RF 통신부가 수행한 RF 통신에 기반하여 복수의 앵커노드들과의 거리 정보를 획득하여 상기 무인 이동체의 위치 정보를 추정하고, 추정된 위치 정보를 상기 위성 항법 정보와 가속도 및 각속도 정보를 이용하여 보정하는 제어부를 포함한다.

Description

RF 기반 다중 무인 비행체의 측위 및 궤적 제어 장치 및 그 시스템{A device for positioning and tracking control based RF of multi unnamed aerial vehicle}
본 발명은 RF 기반 다중 무인 비행체의 측위 및 궤적 제어 장치 및 그 시스템에 관한 것이다.
IT기술과 비행체의 동체에 대한 경량화 기술이 발전하면서 인간의 제어가 필요하지 않은 소형 무인 비행체(Unmanned Aerial Vehicle: UAV)인 드론(Drone)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
20세기 초반에 등장한 소형 무인 비행체는 최초에는 군사용 무인항공기로 개발되었다. 지금도 소형 무인 비행체는 군사용으로 주로 사용되고 있다. 하지만 최근 소형 무인 비행체가 산업용, 레저용, 방송용, 배송용 등과 같이 다양한 분야에서 사용되고 있다.
또한 소형 무인 비행체는 작은 크기로 인해 자유롭게 이동할 수 있는 특징이 있으며, 그 용도에 대한 다양한 연구가 진행 중이다.
하지만 기존의 무인 비행체의 측위는 위성항법장치 (Global Positioning System: GPS)와 그것을 보정하는 관성측정장치 (Inertia Measurement Unit: IMU)를 통합하는 방식으로 사용되고 있다. 그러나 GPS는 비교적 오차가 크기 때문에 정밀한 측위가 필요한 좁은 공간에서의 다중 UAV의 측위 및 위치제어에는 사용이 적절치 않다. 또한 위성신호를 수신할 수 없는 환경인 실내에서는 사용이 불가능하다.
위와 같은 GPS를 사용한 측위의 단점들을 극복하기 위해 카메라 영상처리를 사용한 측위 방법이 사용되기도 하지만 이는 2대 이상의 다중 UAV를 위해서 사용하기에는 영상처리를 하는 연산비용이 크며, 특히 UAV의 수가 늘어날수록 영상처리의 연산 비용이 매우 커지게 된다. 그리고 실내외 환경(특히 조도)에 따라서 카메라 세팅 및 영상처리 알고리즘의 변경 등이 필요하다는 단점들을 가지고 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하기 위해 RF(Radio Frequency) 기반의 다중 소형 무인이동체 시스템을 위한 위치 추정 장치와 이를 이용한 다중 소형 무인이동체 시스템의 측위 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 추정 장치는, RF 신호를 방출하는 최소 4개의 앵커노드들과 RF 통신을 수행하는 RF 통신부, GPS 위성 항법 정보를 수신하는 GPS 수신부, 가속도 및 각속도 정보를 획득하는 IMU 센서부 및 상기 RF 통신부가 수행한 RF 통신에 기반하여 복수의 앵커노드들과의 거리 정보를 획득하여 상기 무인 이동체의 위치 정보를 추정하고, 추정된 위치 정보를 상기 위성 항법 정보와 가속도 및 각속도 정보를 이용하여 보정하는 제어부를 포함한다.
복수의 무인이동체 편대비행을 제어하는데 있어서 각각의 무인이동체가 앵커역할을 수행하여 고정된 지상의 RF 앵커노드 없이 편대비행이 가능하다.
또한, 각각의 무인이동체가 앵커역할을 수행하여 공간 제약 없이 편대비행이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 RF 기반의 위치 추정 장치의 블록도이다.
도 2는 무인 비행체와 앵커노드의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 추정 장치에서의 정보 흐름을 나타낸다.
도 4는 GPS가 사용가능한 곳에서 위치 추정 장치가 모바일노드로 활용되는 경우의 정보 흐름을 나타낸다.
도 5는 GPS가 사용 불가능한 곳에서 RF 기반 위치 추정 장치의 정보 흐름을 나타낸다.
도 6은 위치 추정 장치가 움직이는 상태의 앵커노드로서 활용되는 경우의 일 실시 예에서의 정보 흐름을 나타낸다.
도 7은 GPS가 사용 불가한 곳에서 위치 추정 장치가 움직이는 RF 앵커노드로서 이용되는 경우의 정보 흐름을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 RF 기반의 위치 추정 장치의 블록도이다.
위치 추정 장치(100)는 무인 이동체에 부착될 수 있으며, 또는 앵커노드의 역할을 하는 장치에 부착될 수도 있다.
위치 추정 장치(100)는 전원 제어부(110), 디스플레이부(120), 메모리(130), 입력부(140), GPS 수신부(150), IMU 센서부(160), RF 통신부(170), 외부장치 연결부(180), 및 제어부(190)을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 구성요소들은 위치 추정 장치를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 무인 비행체는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
전원 제어부(110)는 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다. 전원 제어부(110)는 배터리를 포함하며, 배터리는 충전 가능하도록 이루어지는 내장형 배터리가 될 수 있으며, 충전 등을 위하여 단말기 바디에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
또한, 전원 제어부(110)는 연결포트를 구비할 수 있으며, 연결포트는 배터리의 충전을 위하여 전원을 공급하는 외부 충전기가 전기적으로 연결되는 외부장치 연결부(180)의 일 예로서 구성될 수 있다.
다른 예로서, 전원 제어부(110)는 상기 연결포트를 이용하지 않고 무선방식으로 배터리를 충전하도록 이루어질 수 있다. 이 경우에, 전원 제어부(110)는 외부의 무선 전력 전송장치로부터 자기 유도 현상에 기초한 유도 결합(Inductive Coupling) 방식이나 전자기적 공진 현상에 기초한 공진 결합(Magnetic Resonance Coupling) 방식 중 하나 이상을 이용하여 전력을 전달받을 수 있다.
디스플레이부(120)는 위치 추정 장치(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 디스플레이부(120)는 위치 추정 장치 (100)에서 구동되는 응용 프로그램의 실행화면 정보, 또는 이러한 실행화면 정보에 따른 UI(User Interface), GUI(Graphic User Interface) 정보를 표시할 수 있다.
한편, 디스플레이부(120)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 위치 추정 장치(100)와 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력부(140)로써 기능함과 동시에, 위치 추정 장치(100)와 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.
메모리(130)는 위치 추정 장치(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(130)는 위치 추정 장치(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램, 위치 추정 장치(100)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다.
입력부(140)는 사용자로부터 정보를 입력 받기 위한 것으로, 예를 들어 터치키, 푸시키를 포함할 수 있다.
GPS 수신부(150)는 3개 이상의 위성으로부터 떨어진 거리 정보와 정확한 시간 정보를 산출한 다음 산출된 정보에 삼각법을 적용하여 위도, 경도 및 고도에 따른 3차원의 현 위치 정보를 산출한다.
IMU 센서부(160) 위치 추정 장치(100)의 가속도 및 각속도를 센싱한다. IMU 센서부(160)는 위치 추정 장치(100)의 가속도 및 각속도를 센싱하고 이를 데이터화하여 제어부(190)로 전달한다. 추가적으로 IMU 센서부(160)는 지자기(Magnetic) 센서, 비전 카메라 또는 적외선 센서 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
RF 통신부(170)는 위치 추정 장치(100)를 포함하는 무인 비행체와 앵커노드 사이 무인 비행체와 다른 무인 비행체 사이, 또는 무인 비행체와 외부서버 사이의 무선 통신을 수행한다. 특히 RF 통신부는 radio frequency의 신호를 이용하여 상기 무선 통신을 수행할 수 있다.
외부 장치 연결부(180)는 위치 추정 장치(100)에 연결되는 다양한 종류의 외부 기기와의 통로 역할을 수행한다. 이러한 외부 장치 연결부(180)는 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제어부(190)는 통상적으로 위치 추정 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 구체적으로, GPS 수신부(150) 등을 통해 획득한 데이터에 기초하여 추정된 위치 정보 기반으로 위치 추정 장치(100) 또는 위치 추정 장치(100)가 내장된 무인 비행체의 목표 위치를 결정하고 위치를 제어할 수 있다.
다시 말해서, 제어부(190)는 GPS 수신부(150), IMU 센서부 또는 RF 통신부로부터 획득한 데이터에 기초하여 위치 추정 장치(100) 또는 위치 추정 장치(100)가 내장된 무인 비행체의 현재 위치를 판단하거나, 다른 무인 비행체의 위치를 측위하거나, 다른 무인 비행제의 궤적에 대한 제어 신호를 생성할 수 있다.
도 2는 무인 비행체와 앵커노드의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.
앵커노드(210, 220, 230)는 위치 추정 장치(100)(또는 위치 추정 장치가 내장된 무인 비행체)와 통신을 수행할 수 있다. 앵커노드(210, 220, 230)는 위치 추정 장치(100)의 외부의 고정된 지점에 설치된 통신장치일 수 있다.
앵커노드(210, 220, 230)는 복수로 배치될 수 있으며, 적어도 3개의 앵커노드와 위치 추정 장치(100)가 통신을 수행하여야 한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 위치 추정 장치(100)가 측위를 하기 위해서, 위치 추정 장치(100)의 위치를 알고 있는 4개 이상의 앵커노드와의 거리로부터 삼변측량 방법 등을 이용하여 위치 추정 장치(100)의 위치를 측정할 수 있다.
하지만, 경우에 따라서, 위치를 알고 있는 3개의 앵커노드와의 거리로부터 삼변측량 방법 등을 이용하여 측정할 수 있다. 3개의 앵커노드를 이용하여 측위를 하는 경우 2가지 위치가 측위될 수 있는 문제가 있으나 위치 추정 장치(100)가 실제 위치할 수 없는 경우를 제거하면 3개의 앵커노드와의 거리로부터 삼변측량 방법 등을 이용하여 위치 추정 장치 (100)의 위치를 측정할 수 있다.
도 2를 참조하여 무인 비행체(100)의 측위 방법을 설명한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 위치 추정 장치(100)가 내장된 무인 비행체의 비행범위의 경계에 앵커노드(210, 220, 230, 240, 250, 260)들을 RF 통신 범위를 고려하여 배치할 수 있다. 다만, 비행범위의 경계의 배치된 앵커노드들만으로 비행범위를 커버하지 못 할 경우 경계가 아닌 곳에도 비행범위 전체를 커버할 수 있도록 앵커노드를 추가적으로 배치할 수 있다.
구체적으로, 제어부(190)는 비행범위의 경계에 배치된 3개의 앵커노드의 통신범위 안에 위치 추정 장치(100)가 내장된 무인 비행체가 위치할 경우, 3개의 앵커노드와의 거리를 이용하여 무인 비행체를 측위할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 추정 장치에서의 정보 흐름을 나타낸다.
본 실시 예를 설명하기에 앞서 앵커노드와 모바일노드를 정의한다. 위치 추정 장치는 앵커노드와 모바일노드로 구분될 수 있는데, 앵커노드는 자신의 위치를 알고 있고 다른 노드들에게 RF 통신을 통해 상대 거리를 측정할 수 있게 하는 노드를 말한다. 그리고 자신의 위치를 알고 있는 앵커노드들로부터 상대 거리를 측정하여 자신의 위치를 추정하고자 하는 노드를 모바일노드라고 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 위치 추정 장치(100)의 제어부(1190)는 GPS 수신부(1150)으로부터 위성 항법 위치를 수신한다. 그러나 GPS에 기반하여 획득되는 위성 항법 위치는 비교적 큰 에러를 포함하고 있다. 제어부(1190)의 항법 장치에서 생성된 추정 위치는 RF 통신부(1170)으로 전성되어 곧바로 다른 노드의 RF 통신부로 전송된다.
한편 제어부(1190)는 항법 장치로부터 획득된 추정 위치를 IMU 센서부(1160)으로부터 획득된 자세, 속도 정보를 이용하여 추정 위치를 보정한다. 이때 제어부(190)는 보외법을 이용하여 RF 통신이 되는 시점의 위치 추정 장치의 위치를 예측하여 오차가 더 적은 현재 위치를 외부 노드로 전송할 수 있다.
RF 통신부(1170)는 다른 RF 기기들과 RF 통신이 가능하다. 그리고 제어부(1190)는 4개 이상의 다른 RF 앵커노드들과의 거리 정보로부터 삼변 측량법을 포함하는 측위 방법을 이용하여 RF 거리 기반의 위치를 추정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 추정 장치(100)는 알려진 위치에 고정되어 있는 앵커노드들과의 RF 통신게 기반한 거리를 측정하여 자산의 위치를 추정하는 모바일노드로서 사용될 수 있다. 모바일노드는 GPS가 사용가능한 곳과 가능하지 않은 곳 모두에서 위치를 추정할 수 있어 종래의 GPS 기반의 항법이 가지는 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 추정 장치(100)는 RF 앵커노드들로부터 통신이 없어도 GPS가 사용 가능한 곳에서는 종래의 항법(Kalman filter를 비롯한 이종 센서 통합 방식의 항법)을 사용 가능하다.
또한, 위치 추정 장치(100)는 GPS가 사용 불가능한 곳에서는 RF 앵커노드들로부터의 거리 정보를 이용하여 추정된 위치를 GPS 수신부로부터 획득한 정보와 IMU 센서부로부터 획득한 정보를 이용해 보정하는 것도 가능하다.
도 4는 GPS가 사용가능한 곳에서 위치 추정 장치가 모바일노드로 활용되는 경우의 정보 흐름을 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, 위치 추정 장치의 RF 통신부(2170)는 다른 4개 이상의 RF 앵커노드들로부터 그들의 위치와 그들과의 거리를 측정하기 위한 RF 통신을 수행한다. 그리고 제어부(2190)은 RF 통신 기반의 위치 추정을 수행하여 이를 항법 장치로 보낸다. 여기에서 항법 장치는 Kalman filter를 포함하는 이종 센서 통합 방법을 이용하여 RF 거리 기반의 추정 위치, GPS 위성 항법 위치 및 가속도 및 각속도 데이터를 통합하여 위치 추정 장치가 내장된 무인이동체의 현재 위치, 속도, 자세를 포함하는 항법 정보를 무인이동체의 제어기(2290)으로 전송한다.
도 4의 실시 예에 따르면, 비교적 측정 주기가 느리고 큰 GPS를 사용하는 종래의 GPS/IMU 통항 항법 장치보다 정밀하고 측정 주기가 빠른 장점을 갖는다.
도 5는 GPS가 사용 불가능한 곳에서 RF 기반 위치 추정 장치의 정보 흐름을 나타낸다.
도 4의 실시 예와 마찬가지로, 제어부(3190)는 RF 통신부(3170)가 수행한 다른 RF 기기들과의 RF 통신에 기반하여 위치 추정 장치의 현재 위치를 추정한다. 그리고 제어부(3190)의 항법장치는 Kalman filter를 포함하는 이종 센서 통합 항법 방법을 이용하여 RF 기반의 추정 위치와 센싱 데이터를 통합하여 위치 추정 장치가 내장된 무인이동체의 현재 위치, 속도, 자세에 관한 항법 정보를 무인이동체의 제어기(3290)으로 전송한다. 마찬가지로 무인이동체는 이 정보를 기반으로 위치, 속도 또는 자세를 제어할 수 있다.
앞서 도 4 내지 도 5는 위치 추정 장치가 모바일노드로서 활용되는 경우의 실시 예이나, 위치 추정 장치는 RF 앵커노드로서도 사용될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, RF 모바일노드는 서로 다른 4개 이상의 RF 앵커노드들과의 거리 정보를 이용하여 삼변 측량법을 포함하는 측위 방법을 이용하여 자신의 위치를 측위할 수 있다.
도 6은 위치 추정 장치가 움직이는 상태의 앵커노드로서 활용되는 경우의 일 실시 예에서의 정보 흐름을 나타낸다.
특히 도 6 및 도 7은 위치 추정 장치가 고정된 앵커 노드가 아닌 움직이는 상태의 앵커 노드인 것을 특징으로 한다. 움직이는 상태의 앵커 노드는 고정된 위치 정보를 갖는 경우와 달리 주변의 앵커 노드들을 이용하여 지속적으로 자신의 위치를 추정하면서 주변의 모바일 노드들의 위치 추정을 수행할 수 있다.
위치 추정 장치(100)가 움직이는 상태의 RF 앵커노드로 사용되는 경우, 위치 추정 장치(100)는 실시간으로 자신의 정확한 위치를 알고 있어야 다른 모바일노드들이 움직이는 상태의 위치 추정 장치(100)를 통해 자신들의 위치를 측위할 수 있다.
다시 말해서, 본 발명의 위치 추정 장치(100)는 무인이동체에 부착되거나 내장되어 움직이는 상태의 RF 앵커노드로서 사용될 수 있다. 따라서, 기존의 RF 거리 기반의 측위가 고정된 앵커노드를 사용하여 갖는 한정된 공간이라는 제약을 벗어나는 장점을 가질 수 있다. 또한, 움직이는 상태의 위치 추정 장치(100)가 앵커노드로 사용되는 경우 GPS를 통한 위성 항법 정보를 획득할 수 있는 곳뿐 아니라 획득할 수 없는 곳에서도 사용이 가능한 장점이 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, GPS를 통한 위성 항법 정보를 획득할 수 있는 곳에서 위치 추정 장치(100)는 RF 거리 기반의 추정 위치/GPS/IMU를 통합하여 위치 추정 장치의 현재 위치를 추정하여 RF 앵커노드로서 임무를 수행한다. 만일 4개 이상의 RF 앵커노드(4300)들로부터 거리 측정을 할 수 없는 경우 위치 추정 장치는 종래의 GPS/IMU를 통합한 항법 장치를 사용하여 자신의 위치를 추정한다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 추정 장치의 제어부(4190)는 RF 통신 딜레이가 클 경우 오차를 줄이기 위한 위치 예측 장치를 더 포함할 수 있다. 위치 예측 장치는 항법 장치로부터 추정된 무인비행체의 위치, 자세 및 속도 정보를 축적하고, 이를 외삽법을 포함하는 처리 방법을 통해 RF 딜레이가 이루어진 시점에서의 위치를 예측하고 통신이 완료될 시점에서의 예측된 미래의 위치(통신이 완료되는 시점에서는 현재 시점의 위치)를 다른 RF 모바일노드(4400)로 전송할 수 있다.
도 7은 GPS가 사용 불가한 곳에서 위치 추정 장치가 움직이는 RF 앵커노드로서 이용되는 경우의 정보 흐름을 나타낸다.
GPS가 사용 불가한 곳에서의 위치 추정 장치는 도 3에서 설명한 실시 예와 마찬가지로 RF 거리기반의 추정 위치/IMU를 통합하여 위치 추정 장치의 현재 위치를 추정하여 RF 앵커노드로서의 임무를 수행할 수 있다. 이 경우에 반드시 4개 이상의 RF 앵커노드와의 거리 측정이 가능하여야 위치 추정 장치 자신의 위치를 알 수 있으며, 만약 4개 이상의 RF 앵커노드가 없는 경우 앵커노드로서의 임무를 수행할 수 없다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 추정 장치는 모바일노드로서 사용되는 경우 자신의 현재 위치를 추정하기 위해 최소 4개의 앵커노드가 필요하며, 만약 주변에 최소 4개의 앵커노드가 없는 경우 주변의 모바일노드들에게 앵커노드로의 변환을 요청한다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 위치 추정 장치는 앵커노드로서 사용되는 경우 주변의 모바일노드에게 위치 정보를 전송한다. 또한, 앵커노드의 역할을 수행하는 중에 GPS 수신이 불가능하거나, 주변에 4개 이상의 앵커노드들이 없어 자신의 위치를 알 수 없는 경우 앵커노드로의 기능이 불가한 경우 모바일노드로 변환한다. 이때, 모바일노드로 변환된 위치 추정 장치는 자신이 모바일노드로 변환되었음을 주변의 위치 추정 장치에 알릴 수 있다.
본 발명은 복수의 무인 비행체가 편대 비행을 하는 상황에서 각각의 무인 비행체가 앵커노드 또는 모바일노드로 동작할 수 있어 고정된 앵커노드를 사용하는 기존의 방법에 비해 공간의 제약 없이 무인비행체의 편대비행을 제어할 수 있다.
추가적인 실시 예에서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치 추정 장치는 다중 무인이동체의 편대 제어를 수행할 수 있다. 구체적으로 앵커 노드로서 동작하는 1대 이상의 무인이동체가 있으며, 이는 원격으로 조종이 가능하다. 그리고 앵커 노드로서 동작하는 무인이동체에 탑재된 위치 추정 장치가 편대 비행 제어를 수행한다.
구체적인 실시예를 차례로 설명한다.
제 1 추가 실시 예에서, 앵커 노드로서 동작하는 무인 이동체가 있으며, 모바일 노드로서 동작하는 무인 이동체에 탑재된 위치 추정 장치는 앵커 노드와의 상대거리를 측정하고, 상대거리의 변화량으로부터 이동 속도를 결정한다. 결과적으로, 위치 추정 장치가 탑재된 모바일 노드로서 동작하는 무인 이동체는 결정된 이동 속도에 기초하여 앵커 노드로서 동작하는 무인 이동체와 일정한 거리를 유지하며 따라갈 수 있다.
제 2 추가 실시 예에서, 복수의 무인 이동체 각각에 포함된 위치 추정 장치는 상술한 바와 같이 절대 위치를 파악하는데 있어서 GPS에 의존하는 것이 아니며, 따라서 GPS 신호를 수신할 수 없는 상황에서도 절대 위치를 판단할 수 있다. 그리고, 각각의 위치 추정 장치는 판단된 절대 위치에 기초하여 편대를 유지하며 각각의 무인 이동체를 이동시킬 수 있다.
제 3 추가 실시 예에서, 위치 추정 장치의 IMU 센서부는 지자기 센서를 포함하거나, 외부연결장치부를 통해 지자기 센싱 정보를 획득할 수 있다. 그리고 위치 추정 장치는 지자기 센서 또는 지자기 센싱 정보에 기초하여 자신의 진행 방향을 측정할 수 있다.
그리고, 위치 추정 장치는 다른 무인 이동체와의 상대각을 비전 카메라, 적외선 센서 또는 RF array 안테나 중 적어도 하나를 통해 측정할 수 있다. 여기에서 상대각이란, 개체 자신에서 보았을 때 다른 객체와의 관계에서 상대적인 각을 의미한다.
또한, 위치 추정 장치는 앞서 측정한 상대각 및 상대 거리를 이용하여 다른 개체에 대한 상대 위치를 계산할 수 있다.
그리고 이 경우, 위치 추정 장치 각각은, 각각의 위치 추정 장치가 탑재된 무인 이동체와 다른 무인 이동체간의 상대 위치와, 자신의 방향을 이용하여, 하나 이상의 무인 이동체의 편대 운용 수행이 가능하다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (8)

  1. 무인 이동체에 탑재되는 위치 추정 장치에 있어서,
    RF 신호를 방출하고, 상기 무인 이동체와 편대 비행을 하는 최소 4개의 앵커노드들과 RF 통신을 수행하는 RF 통신부;
    GPS 위성 항법 정보를 수신하는 GPS 수신부;
    가속도 및 각속도 정보를 획득하는 IMU 센서부; 및
    상기 RF 통신부가 수행한 RF 통신에 기반하여 복수의 앵커노드들과의 거리 정보를 획득하여 상기 무인 이동체의 위치 정보를 추정하고, 추정된 위치 정보를 상기 위성 항법 정보와 가속도 및 각속도 정보를 이용하여 보정하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 최소 4개의 앵커노드들과 RF 통신을 수행하여 상기 무인 이동체의 위치 정보를 지속적으로 추정하고,
    자신의 현재 위치를 아는 경우 앵커노드로 동작하여, RF 통신 가능한 범위에 있는 모바일 노드로부터 추정 위치에 대한 요청을 받은 경우 자신의 현재 위치 및 RF 통신에 기초하여 상기 모바일노드의 추정 위치를 전송하고,
    자신의 현재 위치를 알 수 없는 경우 모바일 노드로 동작하여, RF 통신 가능한 범위에 있는 앵커노드에게 자신의 추정 위치 정보를 요청하는
    위치 추정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 RF 통신 가능한 범위에 RF 신호를 방출하는 앵커노드가 4개 미만인 경우 주변의 모바일노드에게 앵커노드로의 변환을 요청하는
    위치 추정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 주변 모바일노드에 대한 앵커노드로의 변환에도 불구하고 RF 통신 가능한 범위에 RF 신호를 방출하는 앵커노드가 4개 미만인 경우 모바일노드로 변환하는
    위치 추정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 모바일노드로 상태 변환시, 상태 변환을 주변의 다른 무인 이동체에 알리는
    위치 추정 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 GPS 신호를 수신하지 못하는 경우, RF 통신에 기반한 추정 위치를 가속도 및 각속도 정보만을 이용해 보정하는
    위치 추정 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 모바일노드로 추정 위치를 전송할 때 RF 딜레이를 고려하여 전송하는
    위치 추정 장치.
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