KR102285426B1 - 무인항공기를 위한 통신 시스템 및 그 방법 - Google Patents

무인항공기를 위한 통신 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

일 실시예들은 무인항공기를 위한 통신 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

무인항공기를 위한 통신 시스템 및 그 방법{COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD FOR UNMANNED AERIAL VEHICLE}
아래 실시예들은 무인항공기를 위한 통신 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
무인항공기는 조종사가 탑승하지 않은 비행체로서, 지상에서 원격 조정하거나, 사전에 입력된 프로그램에 따라 비행하거나, 비행체 스스로 주위 환경을 인식하고 판단하여 자율적으로 비행하게 된다.
무인항공기는 과거 군사 분야에서 가장 많이 사용되었으나, 최근 민간 분야에서도 무인항공기의 사용이 늘어나고 있다. 특히 최근 고성능의 드론(Drone)들이 과거에 비해 저렴한 가격으로 출시됨에 따라, 일반 사용자의 무인항공기 사용이 급격히 늘어나고 있다. 무인항공기의 대중화가 이뤄짐에 따라, 무인항공기의 안전성 문제도 함께 대두되고 있다.
무인항공기의 안전성을 유지하기 위해서는 비행체(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)와 지상통제시스템(Ground Control System, GCS) 간 통신 링크가 안정적으로 유지되어야 한다. 무인항공기는 유인항공기에 비하여 통신 장치의 비중이 크다. 무인항공기에는 조종사가 탑승하지 않고 있으므로, 사람이 직접 조종하는 유인항공기에 비하여 통신량이 많을 수밖에 없으므로, 더욱 독립적이고 안전한 통신 체계가 요구된다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로써, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
아래 실시예들은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 무인항공기의 안전한 운용을 위한 통신 솔루션을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 실시예가 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위해 지상통신기에서 수행되는 무인항공기 통신 방법으로, 주파수 채널 리스트인 제 1 호핑 테이블을 생성하여, 상기 무인항공기에 전송하는 단계; 상기 제 1 호핑 테이블을 이용하여, 상기 무인항공기와 데이터 통신하는 단계; 상기 무인항공기의 통신 단절이 인식되면, 상기 제 1 호핑 테이블을 이용하여, 상기 무인항공기와 통신 재연결을 시도하는 단계; 통신 재연결이 성공하면, 상기 제 1 호핑 테이블과 상이한 제 2 호핑 테이블을 생성하여, 상기 무인항공기에 전송하는 단계; 및 상기 제 2 호핑 테이블을 이용하여, 상기 무인항공기와 데이터 통신하는 단계를 포함하는 무인항공기 통신 방법을 제공한다.
일 실시예로, 상기 데이터 통신 단계는 상기 제 1 호핑 테이블 또는 상기 제 2 호핑 테이블에 포함된 페어링 채널을 이용하여, 상기 무인항공기와 통신 페어링한다.
일 실시예로, 상기 데이터 통신 단계는 상기 제 1 호핑 테이블 또는 상기 제 2 호핑 테이블에 따라, 제 1 단위 시간마다 주파수 채널을 변경하고, 상기 변경된 주파수 채널로 데이터 통신한다.
일 실시예로, 상기 통신 재연결 시도 단계는 상기 제 1 호핑 테이블에 따라, 제 2 단위 시간마다 주파수 채널을 변경하고, 상기 변경된 주파수 채널로 통신 재연결을 시도한다.
일 실시예는 상기 무인항공기로부터 무인항공기 위치 정보를 수신하는 단계; 상기 무인항공기 위치 정보를 이용하여, 안테나 자세 제어 신호를 생성하는 단계; 및 상기 안테나 자세 제어 신호를 이용하여, 상기 지상통신기 내 구비된 안테나를 상하전 또는 좌우로 회전시키는 단계를 더 포함한다.
일 실시예는 무인항공기와 데이터 통신하도록 구성된 통신부; 상기 무인항공기에 주파수를 방사하도록 구성된 안테나; 및 상기 통신부와 상기 안테나를 제어하도록 구성된 제어부를 포함하고, 상기 통신부는 주파수 채널 리스트인 제 1 호핑 테이블을 생성하여, 상기 무인항공기에 전송하고, 상기 제 1 호핑 테이블을 이용하여, 상기 무인항공기와 데이터 통신하고, 상기 무인항공기의 통신 단절이 인식되면, 상기 제 1 호핑 테이블을 이용하여, 상기 무인항공기와 통신 재연결을 시도하고, 통신 재연결이 성공하면, 상기 제 1 호핑 테이블과 상이한 제 2 호핑 테이블을 생성하여, 상기 무인항공기에 전송하고, 상기 제 2 호핑 테이블을 이용하여, 상기 무인항공기와 데이터 통신하도록 구성된 지상통신기를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같은 일 실시예들에 따르면, 무인항공기의 안전한 운용을 위한 통신 솔루션을 제공할 수 있다. 구체적으로, 무인항공기와 지상통신기 간의 통신 링크를 안정적으로 유지할 수 있으며, 무인항공기와 지상통신기 간의 통신 링크가 끊어진다해도 빠르고 효율적으로 통신 링크를 재연결할 수 있다.
일 실시예의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 무인항공기 통신 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 지상통신기의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 호핑 테이블을 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 일 실시예에 따른 호핑 테이블을 이용한 통신 재연결 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 안테나 자세 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 무인항공기의 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 일 실시예의 사용자 단말의 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 지상통신기 통신 방법의 흐름도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 지상통신기 통신 재연결 방법의 흐름도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 안테나 자세 제어 방법의 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 무인항공기 통신 시스템(10)을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 무인항공기 통신 시스템(10)은 지상통신기(Ground Communication System, GCS, 100), 무인항공기(Unmanned Aerial Vehicle, UAV, 200) 및 사용자 단말(300)을 포함한다. 일 실시예는 지상통신기(100)와 사용자 단말(300)을 통합하여, 지상통제시스템(Ground Control System, GCS)으로 구성할 수 있다.
무인항공기 통신 시스템(10) 내에 포함된 다양한 개체들(entities) 간의 통신은 무선 네트워크(미도시)를 통해 수행될 수 있다. 무선 네트워크는 표준 통신 기술 및/또는 프로토콜들이 사용될 수 있다.
일례로, 지상통신기(100)와 무인항공기(200)는 RF(Radio Frequency) 통신 방법을 이용하여, 데이터 송수신을 할 수 있다. RF(Radio Frequency) 통신은 무선 주파수를 방사하여 정보를 교환하는 통신 방법이다.
지상통신기(100)와 무인항공기(200)가 RF 통신하기 위하여, 소정의 주파수 대역을 사용할 필요가 있다. 일 실시예에 따르면, 지상통신기(100)와 무인항공기(200)는 미리 설정된 주파수 대역을 이용하여 통신할 수 있으며, 주파수 호핑 방식(Frequency Hopping)으로 RF 통신을 수행할 수 있다.
주파수 호핑 방식은 많은 채널을 특정 패턴에 맞추어 빠르게 이동하면서, 데이터를 조금씩 전송하는 기법이다. 지상통신기(100)와 무인항공기(200)는 호핑 테이블(20)을 이용하여 주파수 채널을 단위 시간마다 스위치하여, 데이터를 송수신한다.
이에 따라, 수요가 급증하고 있는 지상통신기(100)와 무인항공기(200) 간의 통신을 위한 주파수 대역을 확보할 수 있으며, 주파수 대역의 충돌을 줄일 수 있고, 안전한 통신이 가능하다.
참고로, 지상통신기(100)와 무인항공기(200) 간의 통신은 가시선(Line of Sight, LOS) 운용 및 비가시선(Beyond LOS) 운용으로 구분될 수 있다. 가시선 운용은 지상통신기(100)와 무인항공기(200)이 직접 연결되는 경우의 통신 방식이고, 비가시선 운용은 지상통신기(100)와 무인항공기(200) 사이에 장애물이 있는 경우 위성 등을 이용하여 연결되는 통신 방식이다.
지상통신기(100)와 무인항공기(200) 간에는 텔레커맨드(Telecommands, TC) 및 텔레메트리(Telemetry, TM) 중 적어도 하나가 송수신될 수 있다. 여기서, 텔레커맨드는 원격에 있는 시스템을 조종하기 위해 보내는 신호를 의미하고, 텔레메트리는 전파나 IP 네트워크를 이용하여 원격의 정보를 측정하는 기술을 의미한다.
한편, 지상통신기(100)와 무인항공기(200) 간의 통신은 상향링크(Uplink)와 하향링크(Downlink)로 구분될수 있다. 상향링크를 통하여 지상통신기(100)로부터 무인항공기(200)로 무인항공기(200)를 이륙시키거나 상승시키거나, 임무를 위해 비행지역으로 이동시키기 위한 명령 및 제어 신호가 전송될 수 있다. 그리고, 하향링크를 통하여 무인항공기(200)로부터 지상통신기(100)로 무인항공기(200)의 위치, 자세 등 각종 센서 데이터가 전송될 수 있다.
지상통신기(100)의 구성과 기능에 대해서는 이하 도 2에서 자세히 설명하도록 한다.
사용자 단말(300)은 예를 들어, 컴퓨터, UMPC(Ultra Mobile PC), 워크스테이션, 넷북(net-book), PDA(Personal Digital Assistants), 포터블(Portable) 컴퓨터, 웹 타블렛(Web Tablet), 무선 전화기(Wireless Phone), 모바일 폰(Mobile Phone), 스마트폰(Smart Phone), PMP(Portable Multimedia Player) 같은 전자 장치 중 하나로서, 일 실시예와 관련된 어플리케이션의 설치 및 실행이 가능한 모든 전자 장치를 포함할 수 있다. 전자 장치는 어플리케이션의 제어 하에 예를 들어, 서비스 화면의 구성, 데이터 입력, 데이터 송수신, 데이터 저장 등과 같은 서비스 전반의 동작을 수행할 수 있다.
사용자 단말(300)은 사용자의 입력에 따라 무인항공기(200)의 제어 신호인 비행 제어 신호를 생성하여, 생성된 비행 제어 신호를 지상통신기(100)에 전송한다. 그리고, 사용자 단말(300)은 지상통신기(100)로부터 무인항공기(200)의 위치 정보, 무인항공기(200)에서 촬영한 영상 등을 수신하여, 사용자에게 출력한다.
도 2는 일 실시예에 따른 지상통신기(100)의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 지상통신기(100)는 제어부(110), 통신부(120), 안테나 자세 제어부(130) 및 데이터베이스부(140)를 포함한다.
지상통신기(100)의 하드웨어 구성은 다양하게 구현될 수 있다. 통신부(120)와 안테나 자세 제어부(130)를 통합하거나, 제어부(110)와 안테나 자세 제어부(130)를 통합하여 하드웨어를 구성할 수 있다. 이와 같이, 지상통신기(100)의 하드웨어 구성은 본 명세서의 기재에 한정되지 아니하며, 다양한 방법과 조합으로 구현될 수 있다.
제어부(110)는 지상통신기(100)의 다양한 기능을 통신부(120), 안테나 자세 제어부(130) 및 데이터베이스부(140)를 제어한다.
그리고, 제어부(110)는 프로세서(Processor), 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있으며, 제어부는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다.
통신부(120)는 무인항공기(200) 및 사용자 단말(300)과 데이터 통신을 수행한다. 통신부(120)는 표준 통신 기술 및/또는 프로토콜들이 사용하는 무선 네트워크를 이용하여, 무인항공기(200) 및 사용자 단말(300)과 데이터 통신할 수 있다.
통신부(120)는 무인항공기(200)에 호핑 테이블(20) 및 비행 제어 신호를 송신하고, 무인항공기(200)로부터 무인항공기 위치 정보를 수신할 수 있다. 그리고, 통신부(120)는 사용자 단말(300)에 무인항공기 위치 정보를 송신하고, 사용자 단말(300)로부터 비행 제어 신호를 수신할 수 있다.
여기서, 일 실시예의 무인항공기 위치 정보는 현재 무인항공기(100)가 위치한 지점의 위도, 경도, 고도 등을 포함하고, 일 실시예의 비행 제어 신호는 무인항공기(100)의 이동 방향, 이착륙 신호, 촬영 신호 등을 포함한다.
통신부(120)는 통신 모듈(121), 호핑 테이블 생성부(122), 통신 재연결부(123) 및 안테나(124)를 포함하여 구성된다.
통신 모듈(121)은 데이터 송수신 기능의 모듈로, 무인항공기(200)에 무선 주파수를 방사하여 데이터 송수신하는 RF(Radio Frequency) 통신을 위한 RF 통신 모듈를 포함할 수 있다.
통신부(120)는 무인항공기(200)와 RF 통신하기 위하여, 소정의 주파수 대역을 사용할 필요가 있다. 통신부(120)는 무인항공기(200)와 미리 설정된 주파수 대역을 이용하여 통신할 수 있으며, 주파수 호핑 방식(Frequency Hopping)으로 RF 통신을 수행할 수 있다.
전술한 바와 같이, 주파수 호핑 방식은 많은 채널을 특정 패턴에 맞추어 빠르게 이동하면서, 데이터를 조금씩 전송하는 기법으로, 통신부(120)는 호핑 테이블(20)을 이용하여 주파수 채널을 단위 시간마다 스위치하여, 무인항공기(200)에 데이터를 송수신한다.
호핑 테이블 생성부(123)는 호핑 테이블(20)을 생성한다.
일 실시예의 호핑 테이블(20)은 단위 시간 마다 스위치되는 주파수 채널들의 리스트 정보로, 주파수 호핑 방식에서 주파수 채널 스케줄 정보이다.
호핑 테이블 생성부(123)는 다양한 알고리즘을 이용하여, 호핑 테이블(20)을 생성할 수 있다. 일례로, 호핑 테이블 생성부(123)는 랜덤 방식으로 주파수 채널들을 선정하여 주파수 채널들의 리스트인 호핑 테이블(20)을 생성할 수 있고, 기 설정된 규칙을 통해 주파수 채널을 선정하여 주파수 채널들의 리스트인 호핑 테이블(20)을 생성할 수 있다. 다만, 호핑 테이블 생성부(123)의 호핑 테이블 생성 방법은 본 명세서의 기재에 한정되지 아니하며, 다양한 방법과 조합으로 구현될 수 있다.
통신부(120)는 생성된 호핑 테이블(20)을 무인항공기(200)에 전송하고, 호핑 테이블(20)에 따라 단위 시간마다 순차적으로 주파수 채널을 바꿔가며, 무인항공기(200)와 데이터 송수신을 수행한다.
도 3은 일 실시예에 따른 호핑 테이블(20)을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 호핑 테이블(20)은 페이링 채널을 더 포함한다. 통신부(120)는 호핑 테이블(20)의 페어링 채널로 무인항공기(200)와 통신 페어링한다.
도면의 호핑 테이블(20)에 의하면, 통신부(120)는 페어링 채널인 0번 주파수 채널로 무인항공기(200)와 통신 페어링을 수행한다.
그리고, 통신부(120)는 호핑 테이블(20)에 따라, 단위 시간(일례로, 0.1ms)마다 주파수 채널을 바꿔서 무인항공기(200)와 데이터를 송수신한다.
즉, 통신부(120)는 무인항공기(200)와 통신 페어링 이후, 0.1ms 동안 7번 주파수 채널(1번째 주파수 채널)로 데이터 송수신을 수행하고, 이후에는 0.1ms 동안 12번 주파수 채널(2번째 주파수 채널)로 데이터 송수신을 수행하고, 이후에는 0.1ms 동안 48번 주파수 채널(3번째 주파수 채널)로 데이터 송수신을 수행한다.
통신 재연결부(124)는 무인항공기(200)와의 통신이 단절되면, 무인항공기(200)와 통신 재연결을 수행한다.
도 4 및 도 5는 일 실시예에 따른 호핑 테이블(20)을 이용한 통신 재연결 방법을 설명하기 위한 도면이다.
통신 재연결부(124)는 현재 무인항공기(200)와의 통신에 사용되는 제 1 호핑 테이블(20)을 이용하여, 통신 재연결을 시도한다.
우선, 통신 재연결부(124)는 제 1 호핑 테이블(20)의 페어링 채널로 통신 재연결을 시도한다.
그리고, 재연결 단위 시간 동안 통신 재연결이 이뤄지지 않으면, 통신 재연결부(124)는 1번째 주파수 채널에서 n번째 주파수 채널까지 순차적으로 주파수 채널을 바꿔가며 통신 재연결을 시도한다.
도 4를 참조하면, 통신 재연결부(124)는 제 1 호핑 테이블(20)의 페어링 채널인 0번 주파수 채널로 재연결 단위 시간 동안 통신 재연결을 시도하고, 통신 재연결이 이뤄지지 않으면, 1번째 채널인 7번 주파수 채널로 재연결 단위 시간 동안 통신 재연결을 시도하고, 통신 재연결이 이뤄지지 않으면, 2번째 채널인 12번 주파수 채널로 재연결 단위 시간 동안 통신 재연결을 시도하는 것이다.
도 4는 7번째 채널인 22번 주파수 채널에서 통신 재연결이 성공한 케이스를 도시하고 있다.
통신 재연결이 성공하면, 통신 재연결부(124)는 호핑 테이블 생성부(123)를 통해 제 1 호핑 테이블(20)과 상이한 제 2 호핑 테이블(20)을 생성하고, 생성된 제 2 호핑 테이블(20)을 무인항공기(200)에 전송하여, 제 2 호핑 테이블(20)을 이용하여 통신을 수행한다.
호핑 테이블 생성부(123)는 제 1 호핑 테이블(20)과 제 2 호핑 테이블(20)을 서로 다른 방식으로 생성할 수 있다. 일례로, 호핑 테이블 생성부(123)는 제 1 호핑 테이블(20)은 랜덤 방식으로, 제 2 호핑 테이블(20)은 기 설정된 규칙에 따라 생성할 수 있다.
그리고, 호핑 테이블 생성부(123)는 제 2 호핑 테이블(20)을 제 1 호핑 테이블(20)을 이용하여 생성할 수 있다. 일례로, 호핑 테이블 생성부(123)는 제 1 호핑 테이블(20)의 주파수 채널을 일 함수에 입력하여, 제 2 호핑 테이블(20)을 생성할 수 있다.
도 5는 새로 생성된 제 2 호핑 테이블(20)을 도시하고 있으며, 통신 재연결부(124)는 제 2 호핑 테이블(20)을 이용하여 무인항공기(200)와 통신을 수행한다.
안테나(122, Anthena)는 전파를 공중으로 발사하거나 받는 도체로, 무인항공기(200)에 무선 주파수를 방사하여 데이터를 송수신하도록 구성된다. 안테나(122)는 안테나(122)를 상하 및 좌우로 회전시킬 수 있는 안테나 구동 모터를 포함한다.
안테나 자세 제어부(130)는 안테나 자세 제어 신호를 생성하여, 생성된 안테나 자세 제어 신호에 따라 안테나(122)를 상하 또는 좌우 회전시킨다.
안테나 자세 제어부(130)는 무인항공기(200)의 위치 정보를 이용하여, 안테나 자세 제어 신호를 생성한다.
일 실시예의 안테나 자세 제어 신호는 안테나(122)의 상하 회전 각도 및 좌우 회전 각도를 포함하는 신호로, 안테나 자세 제어부(130)는 무인항공기(200)의 위치 정보를 이용하여, 안테나(122)의 방향이 무인항공기(200)를 향하도록, 안테나 자세 제어 신호를 생성할 수 있다.
안테나 자세 제어부(130)는 생성된 안테나 자세 제어 신호에 따라, 안테나(122)에 포함된 안테나 구동 모터를 제어하여, 안테나(122)를 상하 또는 좌우로 회전시킨다.
도 6은 일 실시예에 따른 안테나 자세 제어를 설명하기 위한 도면으로, 도 6은 안테나(122)를 포함한 지상통신기(100)를 도시하고 있다.
도 6을 참조하면, 일 실시예의 안테나(122)는 상하 및 좌우 회전할 수 있도록 구성되며, 안테나 자세 제어부(130)는 안테나 자세 제어 신호에 따라 안테나 구동 모터(미도시)를 제어하여, 안테나(122)를 상하 또는 좌우 회전시킨다. 이에 따라, 안테나(122)의 방향이 항상 무인항공기(200)를 향하도록 할 수 있다.
데이터베이스부(140)는 지상통신기(100)가 일 실시예를 구현하기 위해 필요한 다양한 데이터를 저장한다. 일례로, 데이터베이스부(140)는 호핑 테이블(20), 무인항공기 위치 정보, 안테나 자세 제어 신호, 무인항공기 제어 신호 등을 저장할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 무인항공기(200)의 구성을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 무인항공기(200)는 구성들과 신호, 데이터를 주고받으며 제어를 하는 제어기(210), 통신을 위한 통신부(220), 비행을 위한 날개를 회전시키는 모터(231)를 구동하는 구동부(230), 비행, 충전 등을 위한 알고리즘을 갖는 프로그램, 데이터를 저장하는 저장부(240), 전원부(250)에 대한 충전을 실행하는 충전부(260), 이미지, 영상 등을 촬영하는 촬영부(270)를 포함하여 구성될 수 있다.
제어기(210)는 무인항공기(200)의 다양한 기능을 수행하도록 통신부(220), 구동부(230), 저장부(240), 전원부(250), 충전부(260) 및 촬영부(270)를 제어한다.
제어기(210)는 통신부(220)를 통해 지상통신기(100)로부터 호핑 데이블 및 비행 제어 신호를 수신하고, 수신된 호핑 테이블을 이용하여 지상통신기(100)와 통신하며, 비행 제어 신호를 이용하여 무인항공기(200)의 자세 또는 동작 등을 제어하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 제어기(210)는 마이크로프로세스, 전자 회로, 마이콤 등으로 구성될 수 있다.
통신부(220)는 외부와 통신을 위해 전자 회로, 마이크로프로세스 등으로 구성된다. 따라서, 지상통신기(100)과 통신을 수행한다.
구동부(230)는 모터(231)를 구동시키기 위해 전원부(250)의 전원을 공급하거나 차단하는 기능을 수행한다. 또한 제어기(210)의 제어에 따라 속도 및 방향을 조절하는 기능을 수행한다.
저장부(240)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ReadOnly Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ReadOnly Memory), PROM(Programmable ReadOnly Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
전원부(250)는 충전 가능한 배터리셀들로 구성된다. 배터리 셀은 원통형 셀(Cylindrical Cell), 각형 셀(Prismatic Cell), 파우치형 셀 등으로 설계될 수 있다. 파우치형 셀들은 박막으로 구성된 유연한 커버를 포함하고, 상기 커버 내에는 배터리 셀의 전기적 구성 요소들이 배치되어 있다.
하나의 배터리 셀 내에서 최적의 공간 이용을 구현하기 위해서는 특히 파우치형 셀들이 사용된다. 상기 파우치형 셀들은 또한 높은 용량과 더불어 적은 중량을 특징으로 한다.
충전부(260)는 충전기를 포함하여 구성되며, 교류(AC)를 직류(DC)로 변환해 전원부(250)를 충전하는 기능을 한다. 이를 위해, 충전부(260)는 입력전원인 교류 전원의 노이즈를 제거하는 입력필터, 에너지 효율을 높여주는 PFC(Power Factor Corrector) 회로, 배터리에 전력을 안정적으로 공급하기 위한 DC/DC 컨버터 등을 포함하여 구성될 수 있다.
도 8은 일 실시예의 사용자 단말(300)의 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 일 실시예의 사용자 단말(300)의 구성을 도시한 도면이다. 이하, 도 8에 도시된 사용자 단말(300)를 구성하는 구성요소들에 대해 차례로 살펴본다.
무선 통신부(310)는 사용자 단말(300)와 무선 통신 시스템 사이의 무선 통신 또는 사용자 단말(300)와 사용자 단말(300)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 수행하는 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신부(310)는 방송 수신 모듈(311), 이동통신 모듈(312), 무선 인터넷 모듈(313), 근거리 통신 모듈(314) 및 위치정보 모듈(315) 등을 포함할 수 있다.
방송 수신 모듈(311)은 방송 채널을 통하여 외부의 방송 관리 서버로부터 방송 신호 및/또는 방송 관련된 정보를 수신한다. 여기에서, 방송 채널은 위성 채널, 지상파 채널을 포함할 수 있다. 한편, 방송 관련 정보는 이동통신망을 통하여도 제공될 수 있으며, 이러한 경우에는 이동통신 모듈(312)에 의해 수신될 수 있다.
또한, 이동통신 모듈(312)은 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 여기에서, 무선 신호는 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.
무선 인터넷 모듈(313)은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 사용자 단말(300)에 내장되거나 외장 될 수 있다.
근거리 통신 모듈(314)은 근거리 통신을 위한 모듈을 말한다. 근거리 통신 기술로, 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 등이 이용될 수 있다.
또한, 위치정보 모듈(115)은 사용자 단말(300)의 위치를 확인하거나 얻기 위한 모듈이다. 일례로 GPS(Global Position System) 모듈을 들 수 있다. GPS 모듈은 복수 개의 인공위성으로부터 위치 정보를 수신한다. 여기에서, 위치 정보는 위도 및 경도로 표시되는 좌표 정보를 포함할 수 있다.
한편, A/V(Audio/Video) 입력부(320)는 오디오 신호 또는 비디오 신호 입력을 위한 것으로, 이에는 카메라(321)와 마이크(322) 등이 포함될 수 있다. 카메라(321)는 화상 통화 모드 또는 촬영 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상 등의 화상 프레임을 처리한다. 그리고, 처리된 화상 프레임은 디스플레이부(351)에 표시될 수 있다.
카메라(321)에서 처리된 화상 프레임은 메모리(360)에 저장되거나 무선 통신부(310)를 통하여 외부로 전송될 수 있다. 카메라(321)는 사용자 단말(300)의 구성 태양에 따라 2개 이상이 구비될 수도 있다.
마이크(322)는 통화모드 또는 녹음모드, 음성인식 모드 등에서 마이크로폰(Microphone)에 의해 외부의 음향 신호를 입력받아 전기적인 음성 데이터로 처리한다. 그리고, 처리된 음성 데이터는 통화 모드인 경우 이동통신 모듈(312)을 통하여 이동통신 기지국으로 송신 가능한 형태로 변환되어 출력될 수 있다. 마이크(322)는 외부의 음향 신호를 입력받는 과정에서 발생하는 잡음(noise)을 제거하기 위한 다양한 잡음 제거 알고리즘을 구현할 수 있다.
사용자 입력부(330)는 사용자로부터 입력 동작을 받아들여, 사용자 단말(300)의 동작 제어를 위한 입력 데이터를 발생시킨다.
센싱부(340)는 사용자 단말(300)의 위치, 사용자 접촉 유무, 사용자 단말(300)의 방위, 사용자 단말(300)의 가속/감속 등과 같이, 사용자 단말(300)의 현 상태를 감지하여 사용자 단말(300)의 동작을 제어하기 위한 센싱 신호를 발생시킨다.
인터페이스부(370)는 사용자 단말(300)에 연결되는 모든 외부기기와의 인터페이스 역할을 한다. 예를 들어, 유/무선 헤드셋 포트, 외부 충전기 포트, 유/무선 데이터 포트, 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트, 오디오 I/O(Input/Output) 포트, 비디오 I/O(Input/Output) 포트, 이어폰 포트 등이 포함될 수 있다.
출력부(350)는 오디오 신호 또는 비디오 신호 또는 알람(alarm) 신호의 출력을 위한 것으로, 이에는 디스플레이부(351)와 음향 출력 모듈(352), 알람부(353) 등이 포함될 수 있다.
디스플레이부(351)는 사용자 단말(300)에서 처리되는 정보를 표시 출력한다. 예를 들어, 단말기가 통화 모드인 경우, 통화와 관련된 UI(User Interface) 또는 GUI(Graphic User Interface)를 표시한다. 그리고, 사용자 단말(300)가 화상 통화 모드 또는 촬영 모드인 경우, 촬영 또는/및 수신된 영상 또는 UI, GUI를 표시한다.
한편, 전술한 바와 같이, 디스플레이부(351)와 터치 패드가 상호 레이어 구조를 이루어 터치 스크린으로 구성되는 경우, 디스플레이부(351)는 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있다. 디스플레이부(351)는 액정 디스플레이(liquid crystal display), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고, 사용자 단말(300)의 구현 형태에 따라, 디스플레이부(351)는 2개 이상 존재할 수도 있다. 예를 들어, 사용자 단말(300)에 외부 디스플레이부(미도시)와 내부 디스플레이부(미도시)가 동시에 구비될 수 있다.
음향 출력 모듈(352)은 호 신호 수신, 통화모드 또는 녹음 모드, 음성인식 모드, 방송수신 모드 등에서, 무선 통신부(310)로부터 수신되거나 메모리(360)에 저장된 오디오 데이터를 출력한다. 또한, 음향 출력 모듈(352)은 사용자 단말(300)에서 수행되는 기능(예를 들어, 호신호 수신음, 메시지 수신음 등)과 관련된 음향 신호를 출력한다. 이러한 음향 출력 모듈(352)에는 스피커(speaker), 버저(Buzzer) 등이 포함될 수 있다.
알람부(353)는 사용자 단말(300)의 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력한다. 단말기에서 발생되는 이벤트의 예로는 호 신호 수신, 메시지 수신, 키 신호 입력 등이 있다.
메모리(360)는 제어부(380)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입/출력되는 데이터들(예를 들어, 폰북, 메시지, 정지영상, 동영상 등)의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다.
메모리(360)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
제어부(380)는 통상적으로 단말기의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 음성 통화, 데이터 통신, 화상 통화 등을 위한 관련된 제어 및 처리를 수행한다. 또한, 제어부(380)는 멀티 미디어 재생을 위한 멀티미디어 모듈(181)을 구비할 수도 있다. 멀티미디어 모듈(381)은 제어부(380) 내에 구현될 수도 있고, 제어부(380)와 별도로 구현될 수도 있다.
제어부(380)는 사용자의 입력에 따라 무인항공기(200)의 제어 신호인 비행 제어 신호를 생성하여, 비행 제어 신호를 지상통신기(100)에 전송한다. 그리고, 제어부(380)는 지상통신기(100)로부터 무인항공기(200)의 위치 정보, 무인항공기(200)에서 촬영한 영상 등을 수신하여, 사용자에게 출력한다.
전원 공급부(390)는 제어부(380)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다.
도 9는 일 실시예에 따른 지상통신기 통신 방법의 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 지상통신기 통신 방법은 호핑 테이블 생성 동작(S100), 호핑 테이블 전송 동작(S110), 통신 페어링 동작(S120) 및 통신 시작 동작(S130)을 포함한다.
우선, 통신부(120)는 호핑 테이블(20)을 생성한다. (S100) 일 실시예의 호핑 테이블(20)은 단위 시간 마다 스위치되는 주파수 채널들의 리스트 정보로, 호핑 통신 방식의 채널 스케줄 정보이다.
그리고, 통신부(120)는 호핑 테이블(20)을 무인항공기(200)에 전송한다. (S110)
그리고, 통신부(120)는 호핑 테이블(20)의 페어링 채널로 무인항공기(200)와 통신 페어링한다. (S120)
그리고, 통신부(120)는 호핑 테이블(20)에 따라 단위 시간마다 주파수 채널을 바꿔가며, 무인항공기(200)와 데이터 송수신을 수행한다.
도 10은 일 실시예에 따른 지상통신기 통신 재연결 방법의 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 지상통신기 통신 재연결 방법은 통신 단절 인식 동작(S200), 제 1 호핑 테이블을 이용한 재연결 시도 동작(S210), 연결 성공 여부 판단 동작(S220), 제 2 호핑 테이블 생성 동작(S230), 제 2 호핑 테이블 전송 동작(S240), 페어링 채널 통신 동작(S250) 및 통신 시작 동작(S260)을 포함한다.
우선, 통신부(120)는 무인항공기(200)와의 통신 단절을 인식한다. (S200)
그리고, 통신부(120)는 현재 무인항공기(200)와의 통신에 사용되는 제 1 호핑 테이블(20)을 이용하여, 통신 재연결을 시도한다. (S210)
먼저, 통신부(120)는 제 1 호핑 테이블(20)의 페어링 채널로 통신 재연결을 시도한다. 그리고, 재연결 단위 시간 동안 통신 재연결이 이뤄지지 않으면, 통신부(120)는 1번째 채널에서로 n번째 채널까지 순차적으로 주파수 채널을 바꿔가며 통신 재연결을 시도한다.
그리고, 통신 연결이 성공하면(S220), 통신부(120)는 제 1 호핑 테이블과 상이한 제 2 호핑 테이블(20)을 생성한다. (S230)
그리고, 통신부(120)는 제 2 호핑 테이블 무인항공기(200)에 전송한다. (S240)
그리고, 통신부(120)는 제 2 호핑 테이블(20)의 페어링 채널로 무인항공기(200)와 통신 페어링한다. (S250)
그리고, 통신부(120)는 제 2 호핑 테이블(20)에 따라 단위 시간마다 주파수 채널을 바꿔가며, 무인항공기(200)와 데이터 송수신을 수행한다. (S260)
도 11은 일 실시예에 따른 안테나 자세 제어 방법의 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 일 실시예에 따른 안테나 자세 제어 방법은 무인항공기 위치 정보 수신 동작(S300), 자세 제어 신호 생성 동작(S310) 및 안테나 자세 제어 동작(S320)을 포함한다.
우선, 통신부(120)는 무인항공기(200)로부터 무인항공기 위치 정보를 수신한다. (S300) 일 실시예의 무인항공기 위치 정보는 현재 무인항공기(100)가 위치한 지점의 위도, 경도, 고도 등을 포함한다.
그리고, 안테나 자세 제어부(130)는 무인항공기 위치 정보를 이용하여, 안테나 자세 제어 신호를 생성한다. (S310) 일 실시예의 안테나 자세 제어 신호는 안테나(122)의 상하 회전 각도 및 좌우 회전 각도를 포함하는 신호로, 안테나 자세 제어부(130)는 무인항공기(200)의 위치 정보를 이용하여, 안테나(122)의 방향이 무인항공기(200)를 향하도록, 안테나 자세 제어 신호를 생성할 수 있다.
그리고, 안테나 자세 제어부(130)는 생성된 안테나 자세 제어 신호에 따라, 안테나(122)에 포함된 안테나 구동 모터를 제어하여, 안테나(122)를 상하 또는 좌우 회전시킨다. (S320)
본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

  1. 지상통신기에서 수행되는 무인항공기 통신 방법으로,
    주파수 채널 리스트인 제 1 호핑 테이블을 생성하여, 상기 무인항공기에 전송하는 단계;
    상기 제 1 호핑 테이블의 페어링 채널로 상기 무인항공기와 통신 페어링을 수행하고, 상기 제 1 호핑 테이블에 포함된 각 주파수 채널을 상기 제 1 단위 시간 마다 순차적으로 스위치하여 상기 무인항공기와 데이터 통신하는 단계;
    상기 무인항공기의 통신 단절이 인식되면, 상기 제 1 호핑 테이블의 페어링 채널로 통신 재연결을 시도하고, 제 2 단위 시간 동안 통신 재연결이 이뤄지지 않으면, 상기 제 1 호핑 테이블에 포함된 각 주파수 채널을 상기 제 2 단위 시간 마다 순차적으로 스위치하여 상기 무인항공기와 통신 재연결을 시도하는 단계;
    통신 재연결이 성공하면, 상기 제 1 호핑 테이블과 상이한 방식으로 제 2 호핑 테이블을 생성하여, 상기 무인항공기에 전송하는 단계; 및
    상기 제 2 호핑 테이블의 페어링 채널로 상기 무인항공기와 통신 페어링을 수행하고, 상기 제 2 호핑 테이블에 포함된 각 주파수 채널을 상기 제 1 단위 시간 마다 순차적으로 스위치하여 상기 무인항공기와 데이터 통신하는 단계를 포함하는
    무인항공기 통신 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 무인항공기로부터 무인항공기 위치 정보를 수신하는 단계;
    상기 무인항공기 위치 정보를 이용하여, 안테나 자세 제어 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 안테나 자세 제어 신호를 이용하여, 상기 지상통신기 내 구비된 안테나를 상하전 또는 좌우로 회전시키는 단계를 더 포함하는
    무인항공기 통신 방법.
  6. 무인항공기와 데이터 통신하도록 구성된 통신부;
    상기 무인항공기에 주파수를 방사하도록 구성된 안테나; 및
    상기 통신부와 상기 안테나를 제어하도록 구성된 제어부를 포함하고,
    상기 통신부는
    주파수 채널 리스트인 제 1 호핑 테이블을 생성하여, 상기 무인항공기에 전송하고, 상기 제 1 호핑 테이블의 페어링 채널로 상기 무인항공기와 통신 페어링을 수행하고, 상기 제 1 호핑 테이블에 포함된 각 주파수 채널을 상기 제 1 단위 시간 마다 순차적으로 스위치하여 상기 무인항공기와 데이터 통신하며, 상기 무인항공기의 통신 단절이 인식되면, 상기 제 1 호핑 테이블의 페어링 채널로 통신 재연결을 시도하고, 제 2 단위 시간 동안 통신 재연결이 이뤄지지 않으면, 상기 제 1 호핑 테이블에 포함된 각 주파수 채널을 상기 제 2 단위 시간 마다 순차적으로 스위치하여 상기 무인항공기와 통신 재연결을 시도하고, 통신 재연결이 성공하면, 상기 제 1 호핑 테이블과 상이한 방식으로 제 2 호핑 테이블을 생성하여, 상기 무인항공기에 전송한 후, 상기 제 2 호핑 테이블의 페어링 채널로 상기 무인항공기와 통신 페어링을 수행하고, 상기 제 2 호핑 테이블에 포함된 각 주파수 채널을 상기 제 1 단위 시간 마다 순차적으로 스위치하여 상기 무인항공기와 데이터 통신하도록 구성된
    지상통신기.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 통신부는
    상기 무인항공기로부터 무인항공기 위치 정보를 수신하도록 구성되고,
    상기 무인항공기 위치 정보를 이용하여, 안테나 자세 제어 신호를 생성하고, 상기 안테나 자세 제어 신호를 이용하여, 상기 안테나를 상하전 또는 좌우로 회전시키도록 구성된 안테나 자세 제어부를 더 포함하는
    지상통신기.
  10. 하드웨어와 결합되어 제 1 항 및 제 5 항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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