KR102243296B1 - 듀얼 안테나 사용환경에서의 링크 마진에 따른 안테나 운용 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

듀얼 안테나 사용환경에서의 링크 마진에 따른 안테나 운용 제어장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비탑승형 소형 비행체의 운용시간 최대화를 위해 필요한 경량화를 달성하기 위하여 구동부가 필요없는 전방향 안테나의 운용이 가능한 상부 안테나와 하부 안테나를 사용하는 사용환경에서의 링크 마진에 따른 안테나 운용 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로, 비행체의 앞쪽 하부와 뒤쪽 상부에 전방향 안테나 2개를 장착한 비행체의 안테나 운용에 있어 데이터링크를 안정되게 유지시켜 줄 수 있으며, 지상 제어장치와 비행체와의 거리 및 비행체 자세 변화에도 데이터링크 상태를 안정되게 유지시켜 주고, 안테나 간 전환을 최소화하여 안테나 전환으로 인한 데이터 에러 발생률을 낮출 수 있는 효과가 존재한다.

Description

듀얼 안테나 사용환경에서의 링크 마진에 따른 안테나 운용 제어장치 및 그 방법{Antenna operation control apparatus according to link margins in system using of dual antenna and method thereof}
본 발명은 무인 헬기 및 드론과 같은 비탑승형 소형 비행체의 안테나의 운용을 제어하는 기술에 대한 것으로, 더욱 자세하게는 비탑승형 소형 비행체의 운용시간 최대화를 위해 필요한 경량화를 달성하기 위하여 구동부가 필요없는 전방향 안테나의 운용이 가능한 상부 안테나와 하부 안테나를 사용하는 사용환경에서의 링크 마진에 따른 안테나 운용 제어장치 및 그 방법에 대한 것이다.
소형 비행체의 비행 시간을 최대화하기 위해서는 비행체의 무게 자체를 소형화 및 경량화 할 필요성이 존재한다.
소형 비행체의 경량화를 위해서 데이터 링크용 안테나로 안테나의 구동부가 필요없는 전방향 안테나가 적용되어 사용될 수 있다.
그러나 전방향 안테나는 지향성 안테나에 비하여 이득(Gain)이 적으며, 비행체 자세 및 지상체에서 비행체를 바라보는 각도에 따라 이득이 크게 달라지는 단점이 존재한다.
이를 해결하기 위하여 2개 이상의 안테나(상부 및 하부 안테나)를 비행체 상부와 하부에 장착하고, 2개의 안테나 중 링크 상태가 좋은 안테나를 선택하여 사용할 수 있다.
상부 및 하부 안테나를 가지는 듀얼 안테나 환경에서 안테나를 운용하는 일반적인 방법으로는 기본적으로 하부 안테나를 운용하다가 하부 안테나의 링크 상태가 좋지 않은 상황에서만 선별적으로 상부 안테나로 전환하여 사용하고, 다시 상부 안테나를 통한 링크 상태가 좋지 않으면 하부 안테나로 전환하는 방법을 사용할 수 있다.
그러나 이러한 방법은 상부에서 하부로 또는 하부에서 상부로 전환함에 있어 안테나 전환 전 링크 두절이 발생할 가능성이 높은 문제점이 존재한다.
본 발명은 소형 비행체의 비행 시간 증가를 위해 구동부 없이도 활용 가능한 전방향성 듀얼 안테나 사용환경에 있어 운용 가능 거리 내의 모든 비행체 운용 자세에 있어서 링크 두절이 발생하지 않도록 비행체의 상/하부에 장착된 전방향성 안테나를 운용하는 듀얼 안테나 사용환경에서의 링크 마진에 따른 안테나 운용 제어기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 듀얼 안테나 사용환경에서의 링크 마진에 따른 안테나 운용 제어장치는 비행체 및 지상 제어장치로부터 VSM 메시지를 수신하는 메시지 수신부; 상기 VSM 메시지로부터 위도, 경도, 고도 좌표가 포함된 비행환경 정보 및 지상환경 정보를 추출하여 상기 각 좌표를 지심 좌표계로 변환하고, 상기 지심 좌표계의 원점을 비행체의 위치로 이동시켜 원점을 정렬하는 원점 정렬부; 상기 지심 좌표계의 좌표축을 위도, 경도, 및 상기 비행체의 롤, 피치, 요 값을 반영하여 상기 지심 좌표계의 좌표축을 회전시키는 좌표축 회전부; 및 상부 안테나와 하부 안테나의 링크 마진을 계산하여 미리 설정된 안테나 선택 기준에 따라 상기 상부 안테나와 하부 안테나의 운용을 전환하는 운용 안테나 선정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 상기 안테나의 상향링크 주파수 대역이 5030MHz ~ 5040MHz이며, 하향링크 주파수 대역이 5100MHz ~ 5150MHz일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 상기 비행체의 최대 고도는 3.6km, 상기 비행체와 지상 제어장치의 거리가 0km ~ 50km이며, 비행체의 운용자세는 -15도에서 15도 사이일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 안테나 지향각이 150도 < 방위각 < 210도이며 고각 < 130도 또는 68도 < 방위각 < 350도이며 119도 < 고각 < 130도 또는 35도 < 방위각 < 37도이며 107도 < 고각 < 110도이면 상부 안테나를 선정하고, 이외의 경우에는 하부 안테나를 선정하는 것을 상기 미리 설정된 안테나 선택 기준으로 사용할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 듀얼 안테나 사용환경에서의 링크 마진에 따른 안테나 운용 제어방법은 비행체 및 지상 제어장치로부터 VSM 메시지를 수신하는 단계; 상기 VSM 메시지로부터 위도, 경도, 고도 좌표가 포함된 비행환경 정보 및 지상환경 정보를 추출하여 상기 각 좌표를 지심 좌표계로 변환하는 단계; 상기 지심 좌표계의 원점을 비행체의 위치로 이동시켜 원점을 정렬하는 단계; 상기 지심 좌표계의 좌표축을 위도, 경도, 및 상기 비행체의 롤, 피치, 요 값을 반영하여 상기 지심 좌표계의 좌표축을 회전시키는 단계; 및 상부 안테나와 하부 안테나의 링크 마진을 계산하여 미리 설정된 안테나 선택 기준에 따라 상기 상부 안테나와 하부 안테나의 운용을 전환하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 상기 안테나의 상향링크 주파수 대역이 5030MHz ~ 5040MHz이며, 하향링크 주파수 대역이 5100MHz ~ 5150MHz일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 상기 비행체의 최대 고도는 3.6km, 상기 비행체와 지상 제어장치의 거리가 0km ~ 50km이며, 비행체의 운용자세는 -15도에서 15도 사이일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 안테나 지향각이 150도 < 방위각 < 210도이며 고각 < 130도 또는 68도 < 방위각 < 350도이며 119도 < 고각 < 130도 또는 35도 < 방위각 < 37도이며 107도 < 고각 < 110도이면 상부 안테나를 선정하고, 이외의 경우에는 하부 안테나를 선정하는 것을 상기 미리 설정된 안테나 선택 기준으로 사용할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 비행체의 하부 앞쪽과 상부 뒤쪽에 전방향 안테나 2개를 장착한 비행체의 안테나 운용에 있어 데이터링크를 안정되게 유지시켜 줄 수 있다.
또한 지상제어 장치와 비행체와의 거리 및 비행체 자세 변화에도 데이터링크 상태를 안정되게 유지시켜 주며, 안테나 간 전환을 최소화하여 안테나 전환으로 인한 데이터 에러 발생률을 낮출 수 있다.
이 뿐만 아니라 본 발명의 일 실시 예에 따르면 상향 주링크 및 하향 주링크 모든 주파수에 대하여 동일하게 적용할 수 있어서 적용 및 운용이 수월하고, 다이버시티 방법과 달리 안테나 마다 수신부를 별도로 둘 필요가 없어서 소형 경량화에 유리한 장점이 존재한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 안테나 사용환경에서의 링크 마진에 따른 안테나 운용 제어장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 지상 제어장치와 비행체의 고도 및 거리에 따른 바라봄 각도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 운용 제어장치에서의 상부 안테나 및 하부 안테나의 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 운용 지향 각도 변화 및 비행체 자세에 따라 하부 안테나 운용 시 링크 마진이 0dB 이하로 떨어지는 경우를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 안테나 사용환경에서의 링크 마진에 따른 안테나 운용 제어방법의 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 듀얼 안테나 사용환경에서의 링크 마진에 따른 안테나 운용 제어장치 및 그 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 안테나 사용환경에서의 링크 마진에 따른 안테나 운용 제어장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 안테나 사용환경에서의 링크 마진에 따른 안테나 운용 제어장치는 메시지 수신부(100), 좌표 변환부(200), 좌표축 회전부(300), 운용 안테나 선정부(400)를 포함할 수 있다.
메시지 수신부(100)는 비행체 및 지상 제어장치로부터 VSM 메시지를 수신할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 비행체로부터 VSM(Vehicle Specific Module) 메시지를 수신할 수 있으며, VSM 메시지에는 비행체의 위도, 경도, 고도 좌표가 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 비행체로부터 수신 받은 VSM 메시지는 VSM 메시지(message) 4000일 수 있으나, 이에 한정되지는 아니한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 지상 제어장치로부터 VSM메시지를 수신할 수 있으며, VSM메시지에는 비행체의 위도, 경도, 고도 좌표가 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 지상 제어 장치로부터 수신 받은 VSM 메시지는 VSM 메시지(message) 32503일 수 있으나, 이에 한정되지는 아니한다.
좌표 변환부(200)는 VSM 메시지로부터 위도, 경도, 고도 좌표가 포함된 비행환경 정보 및 지상환경 정보를 추출하여 각 좌표를 지심 좌표계로 변환하고, 상기 지심 좌표계의 원점을 비행체의 위치로 이동시켜 원점을 정렬할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 좌표 변환부(200)는 VSM 메시지로부터 비행환경 정보 및 지상환경 정보를 추출할 수 있으며, 비행환경 정보 및 지상환경 정보는 각각 비행체 또는 지상 제어장치의 위치에 대한 위도, 경도, 고도 좌표 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 각각 비행체 또는 지상 제어장치의 위치에 대한 위도, 경도, 고도 좌표 정보를 지심 좌표계로 변환할 수 있다.
여기서 지심 좌표계란 지심을 원점으로 하는 3차원 직교 좌표계를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 지심 좌표계로 변환한 지상 제어장치의 위치 좌표 값(X2, Y2, Z2)에서 지심 좌표계로 변환한 비행체의 위치 좌표 값(X1, Y1, Z1) 좌표 값을 빼서, 좌표계의 원점을 비행체 위치(X = X2 - X1, Y = Y2 - Y1, Z = Z2 - Z1)로 이동함으로써 원점을 정렬할 수 있다.
좌표축 회전부(300)는 지심 좌표계의 좌표축을 위도, 경도, 및 비행체의 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw) 값을 반영하여 지심 좌표계의 좌표축을 회전시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 좌표축 회전부(300)는 지심 좌표계의 좌표축을 비행체의 위도(θ)와 경도(ø) 기준으로 회전시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 이와 같은 회전은 지구상의 한 지점에서 비행체가 항상 북극점과 지구 중심을 향하게 하기 위하여( (X, Y, Z) -> (X', Y', Z') ) 하기의 수학식 1을 사용할 수 있다.
Figure 112019076273751-pat00001
Figure 112019076273751-pat00002
Figure 112019076273751-pat00003
Figure 112019076273751-pat00004
본 발명의 일 실시 예에 따르면 비행체의 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw) 값을 반영하여 지심 좌표계의 좌표축을 다시 회전( (X', Y', Z') -> (X'', Y'', Z'') )시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 회전된 좌표축을 가진 지심 좌표계의 직교 좌표를 구좌표로 변환 ( (X'', Y'', Z'') -> (θ', ø', h') 시킬 수 있으며, 구좌표의 결과 값 (θ', ø')은 비행체에서 지상체(GDT)를 바라보는 안테나 지향각과 일치할 수 있다.
운용 안테나 선정부(400)는 상부 안테나와 하부 안테나의 링크 마진을 계산하여 미리 설정된 안테나 선택 기준에 따라 상기 상부 안테나와 하부 안테나의 운용을 전환할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 구좌표의 결과(θ', ø')은 비행체에서 지상체(GDT)를 바라보는 안테나 지향각과 일치하기 때문에, 상부 안테나와 하부 안테나의 링크 마진 계산 값을 기반으로 안테나 방사 패턴 값과 비교하여 안테나 지향각 중 방위각과 고각을 기준으로 상부 안테나 운용 또는 하부 안테나 운용을 선정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 미리 설정된 안테나 선택 기준으로 안테나 지향각이 150도 < 방위각 < 210도이며 고각 < 130도 또는 68도 < 방위각 < 350도이며 119도 < 고각 < 130도 또는 35도 < 방위각 < 37도이며 107도 < 고각 < 110도이면 상부 안테나를 선정하고, 이외의 경우에는 하부 안테나를 선정하는 방법을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 비행체의 고도와 지상 제어장치와의 거리에 따라 바라봄 각도가 상이하게 나타날 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 선택 기준을 적용하면 LOS(Line-Of-Sight)가 확보된 상태에서 최대 거리 50km 까지의 모든 위치 및 비행체 운용 자세(Pitch : - 15도 ~ 15도)에서 링크를 정상적으로 유지하게 한다.
상기 실시 예에 따르면 비행체의 앞쪽 하부와 뒤쪽 상부에 전방향 안테나를 각각 설치할 수 있으며, 이를 각각 상부 안테나 및 하부 안테나로 정의할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 비행체의 최대 고도가 3.6km이고 비행체와 지상 제어장치의 거리가 0km ~ 50km이며, 비행체의 운용자세는 -15도에서 15도 사이인 비행체에 가장 적합하게 적용될 수 있다.
또한 상향링크 주파수 대역이 5030MHz ~ 5040MHz이며, 하향 링크 주파수 대역이 5100MHz ~ 5150MHz인 경우 가장 적합하게 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 미리 설정된 안테나 선택 기준에 따르면 지상체와 비행체와의 거리 및 비행체의 운용 자세의 변화에 대해서도 안정된 링크 마진을 유지시켜 주며, 상부 안테나와 하부 안테나의 전환을 최소화하여 안테나 전환으로 인한 데이터 에러 발생률을 낮출 수 있다.
또한 본 발명은 상향 주링크 및 하향 주링크 모든 주파수에 대하여 동일한 선택 기준으로 구현할 수 있으므로, 안테나 마다 수신부를 별도로 둘 필요가 없다.
도 2은 본 발명의 실시 예에 지상 제어장치와 비행체의 고도 및 거리에 따른 바라봄 각도를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 실시 예에 지상 제어장치와 비행체의 고도 및 거리에 따른 비행체에서 지상체(GDT)를 바라보는 안테나 지향각과 바라봄 각도가 나타나 있으며, 이러한 지향 각도는 구좌표의 결과값((θ', ø')과 일치하기 때문에, 상부 안테나와 하부 안테나의 링크 마진 계산 값을 기반으로 안테나 방사 패턴 값과 비교하여 안테나 지향각 중 방위각과 고각을 기준으로 상부 안테나 운용 또는 하부 안테나 운용을 선정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 듀얼 안테나 환경에서 상부 안테나 및 하부 안테나의 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면 좌측엔 하부 안테나의 안테나 방사 패턴이, 우측엔 상부 안테나의 안테나 방사패턴이 도시되어 있으며, 상단에 면으로 이루어져 있는 부분은 통신이 양호한 생태이며 상단에 면으로 이루어져 있지 않은 부분은 통신 상태가 불량한 것으로 볼 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 운용 제어장치에서의 지향 각도 변화 및 비행체 자세에 따라 하부 안테나 운용 시 링크 마진이 0dB 이하로 떨어지는 경우를 나타낸 도면이다.도 4를 참조하면 주파수가 5150MHz이고, 최대 고도 3.6km, 거리가 0km ~ 50km 거리, 비행체 기울기 -15 ~ 15도 일 때, 기본적으로 하부 안테나를 사용하되 하부 안테나 선택 시 링크마진이 0dB 이하 인 경우를 선정하는 것으로 선택 기준을 설정할 수 있다.
도 4를 살펴보면 하부 안테나의 링크 마진이 0dB 이하인 경우의 방위각 및 고각의 조합을 나누어 상부 안테나의 운용을 선택하는 기준으로 설정할 수 있으며, 이러한 기준으로 나눈 결과 안테나 지향각이 (1) 150도 < 방위각 < 210도이며 고각 < 130도 또는 (2) 68도 < 방위각 < 350도이며 119도 < 고각 < 130도 또는 (3) 35도 < 방위각 < 37도이며 107도 < 고각 < 110도인 세가지 타입의 범위에 해당되는 경우 상부 안테나를 선정하는 것으로 도출될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 안테나 사용환경에서의 링크 마진에 따른 안테나 운용 제어방법의 흐름도이다.
VSM 메시지를 수신한다(S10).
본 발명의 일 실시 예에 따르면 비행체 및 지상 제어장치로부터 VSM 메시지를 수신할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 비행체로부터 VSM메시지를 수신할 수 있으며, VSM메시지에는 비행체의 위도, 경도, 고도 좌표가 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 비행체로부터 수신 받은 VSM 메시지는 VSM 메시지(message) 4000일 수 있으나, 이에 한정되지는 아니한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 지상 제어장치로부터 VSM메시지를 수신할 수 있으며, VSM메시지에는 지상 제어장치의 위도, 경도, 고도 좌표가 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 지상 제어장치로부터 수신 받은 VSM 메시지는 VSM 메시지(message) 32503일 수 있으나, 이에 한정되지는 아니한다.
VSM 메시지로부터 비행환경 정보 및 지상 환경정보를 추출한다(S20).
본 발명의 일 실시 예에 따르면 VSM 메시지로부터 위도, 경도, 고도 좌표가 포함된 비행환경 정보 및 지상환경 정보를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 VSM 메시지로부터 비행환경 정보 및 지상환경 정보를 추출할 수 있으며, 비행환경 정보 및 지상환경 정보는 각각 비행체 또는 지상 제어장치의 위치에 대한 위도, 경도, 고도 좌표 정보를 포함할 수 있다.
비행환경 정보 및 지상 환경정보에 포함된 좌표를 지심 좌표계로 변환하고 원점을 정렬한다(S30).
본 발명의 일 실시 예에 따르면 비행환경 정보 및 지상환경 정보에 포함된 정보는 각각 비행체 또는 지상 제어장치의 위치에 대한 위도, 경도, 고도 좌표를 지심 좌표계로 변환하고, 지심 좌표계의 원점을 비행체의 위치로 이동시켜 원점을 정렬할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 각각 비행체 또는 지상 제어장치의 위치에 대한 위도, 경도, 고도 좌표 정보를 지심 좌표계로 변환할 수 있다.
여기서 지심 좌표계란 지심을 원점으로 하는 3차원 직교 좌표계를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 지심 좌표계로 변환한 지상 제어장치의 위치 좌표 값(X2, Y2, Z2)에서 지심 좌표계로 변환한 비행체의 위치 좌표 값(X1, Y1, Z1) 좌표 값을 빼서, 좌표계의 원점을 비행체 위치(X = X2 - X1, Y = Y2 - Y1, Z = Z2 - Z1)로 이동함으로써 원점을 정렬할 수 있다.
지심 좌표계의 좌표축을 회전한다(S40).
본 발명의 일 실시 예에 따르면 지심 좌표계의 좌표축을 위도, 경도, 및 비행체의 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw) 값을 반영하여 지심 좌표계의 좌표축을 회전시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 지심 좌표계의 좌표축을 비행체의 위도()와 경도(ㆈ) 기준으로 회전시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 이와 같은 회전은 지구상의 한 지점에서 비행체가 항상 북극점과 지구 중심을 향하게 하기 위하여( (X, Y, Z) -> (X', Y', Z') )으로 상기의 수학식 1을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 비행체의 롤(Roll), 피치(Pitch), 요(Yaw) 값을 반영하여 지심 좌표계의 좌표축을 다시 회전( (X', Y', Z') -> (X'', Y'', Z'') )시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 회전된 좌표축을 가진 지심 좌표계의 직교 좌표를 구좌표로 변환 ( (X'', Y'', X'') -> (θ', ø', h') 시킬 수 있으며, 구좌표의 결과 값 (θ', ø')은 비행체에서 지상체(GDT)를 바라보는 안테나 지향각과 일치할 수 있다.
안테나 선택 기준에 따라 상부 안테나와 하부 안테나의 운용을 전환한다(S50).
본 발명의 일 실시 예에 따르면 상부 안테나와 하부 안테나의 링크 마진을 계산하여 미리 설정된 안테나 선택 기준에 따라 상기 상부 안테나와 하부 안테나의 운용을 전환할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 구좌표의 결과값((θ', ø')은 비행체에서 지상체(GDT)를 바라보는 안테나 지향각과 일치하기 때문에, 상부 안테나와 하부 안테나의 링크 마진 계산 값을 기반으로 안테나 방사 패턴 값과 비교하여 안테나 지향각 중 방위각과 고각을 기준으로 상부 안테나 운용 또는 하부 안테나 운용을 선정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 미리 설정된 안테나 선택 기준으로 안테나 지향각이 150도 < 방위각 < 210도이며 고각 < 130도 또는 68도 < 방위각 < 350도이며 119도 < 고각 < 130도 또는 35도 < 방위각 < 37도이며 107도 < 고각 < 110도이면 상부 안테나를 선정하고, 이외의 경우에는 하부 안테나를 선정하는 방법을 사용할 수 있다.
상기 로직을 적용하면 LOS가 확보된 상태에서 최대 거리 50km 까지의 모든 위치 및 비행체 운용 자세(Pitch : - 15도 ~ 15도)에서 링크를 정상적으로 유지하게 한다.
상기 실시 예에 따르면 비행체의 앞쪽 하부와 뒤쪽 상부에 전방향 안테나를 각각 설치할 수 있으며, 이를 각각 상부 안테나 및 하부 안테나로 정의할 수 있다.
상기 실시 예에 따르면 비행체와 지상 제어장치의 거리가 3.6km ~ 50km이며, 비행체의 운용자세는 -15도에서 15도 사이인 비행체에 가장 적합하게 적용될 수 있다.
또한 상향링크 주파수 대역이 5030MHz ~ 5040MHz이며, 하향링크 주파수 대역이 5100MHz ~ 5150MHz인 경우 가장 적합하게 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 미리 설정된 안테나 선택 기준에 따르면 지상체와 비행체와의 거리 및 비행체의 운용 자세의 변화에 대해서도 안정된 링크 마진을 유지시켜 주며, 상부 안테나와 하부 안테나의 전환을 최소화하여 안테나 전환으로 인한 데이터 에러 발생률을 낮출 수 있다.
또한 본 발명은 상향 주링크 및 하향 주링크 모든 주파수에 대하여 동일한 선택 기분으로 구현할 수 있으므로, 안테나 마다 수신부를 별도로 둘 필요가 없다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (8)

  1. 비행체 및 지상 제어장치로부터 VSM 메시지를 수신하는 메시지 수신부;
    상기 VSM 메시지로부터 위도, 경도, 고도 좌표가 포함된 비행환경 정보 및 지상환경 정보를 추출하여 상기 비행환경 정보 및 지상환경 정보의 위도, 경도, 고도 좌표를 지심 좌표계로 변환하고, 상기 지심 좌표계의 원점을 비행체의 위치로 이동시켜 원점을 정렬하는 원점 정렬부;
    상기 지심 좌표계의 좌표축을 위도, 경도, 및 상기 비행체의 롤, 피치, 요 값을 반영하여 상기 지심 좌표계의 좌표축을 회전시키는 좌표축 회전부; 및
    상부 안테나와 하부 안테나의 링크 마진을 계산하여 미리 설정된 안테나 선택 기준에 따라 상기 상부 안테나와 하부 안테나의 운용을 전환하는 운용 안테나 선정부를 포함하고,
    상기 안테나의 상향링크 주파수 대역이 5030MHz ~ 5040MHz이며, 하향링크 주파수 대역이 5100MHz ~ 5150MHz이며,
    상기 비행체의 최대 고도는 3.6km, 상기 비행체와 지상 제어장치의 거리가 0km ~ 50km이며, 비행체의 운용자세는 -15도에서 15도 사이인 것을 특징으로 하는 듀얼 안테나 사용환경에서의 링크 마진에 따른 안테나 운용 제어장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    안테나 지향각이 150도 < 방위각 < 210도이며 고각 < 130도 또는 68도 < 방위각 < 350도이며 119도 < 고각 < 130도 또는 35도 < 방위각 < 37도이며 107도 < 고각 < 110도이면 상부 안테나를 선정하고, 이외의 경우에는 하부 안테나를 선정하는 것을 상기 미리 설정된 안테나 선택 기준으로 사용하는 것을 특징으로 하는 듀얼 안테나 사용환경에서의 링크 마진에 따른 안테나 운용 제어장치.
  5. 비행체 및 지상 제어장치로부터 VSM 메시지를 수신하는 단계;
    상기 VSM 메시지로부터 위도, 경도, 고도 좌표가 포함된 비행환경 정보 및 지상환경 정보를 추출하여 상기 비행환경 정보 및 지상환경 정보의 위도, 경도, 고도 좌표를 지심 좌표계로 변환하는 단계;
    상기 지심 좌표계의 원점을 비행체의 위치로 이동시켜 원점을 정렬하는 단계;
    상기 지심 좌표계의 좌표축을 위도, 경도, 및 상기 비행체의 롤, 피치, 요 값을 반영하여 상기 지심 좌표계의 좌표축을 회전시키는 단계; 및
    상부 안테나와 하부 안테나의 링크 마진을 계산하여 미리 설정된 안테나 선택 기준에 따라 상기 상부 안테나와 하부 안테나의 운용을 전환하는 단계;를 포함하고,
    상기 안테나의 상향링크 주파수 대역이 5030MHz ~ 5040MHz이며, 하향링크 주파수 대역이 5100MHz ~ 5150MHz이고,
    상기 비행체의 최대 고도는 3.6km, 상기 비행체와 지상 제어장치의 거리가 0km ~ 50km이며, 비행체의 운용자세는 -15도에서 15도 사이인 것을 특징으로 하는 듀얼 안테나 사용환경에서의 링크 마진에 따른 안테나 운용 제어방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 5 항에 있어서,
    안테나 지향각이 150도 < 방위각 < 210도이며 고각 < 130도 또는 68도 < 방위각 < 350도이며 119도 < 고각 < 130도 또는 35도 < 방위각 < 37도이며 107도 < 고각 < 110도이면 상부 안테나를 선정하고, 이외의 경우에는 하부 안테나를 선정하는 것을 상기 미리 설정된 안테나 선택 기준으로 사용하는 것을 특징으로 하는 듀얼 안테나 사용환경에서의 링크 마진에 따른 안테나 운용 제어방법.
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