KR102336359B1 - 해상운용 무인기의 탐지 레이다를 이용한 비행제어정보 획득방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 해상운용 무인기의 탐지 레이다를 이용한 비행제어정보 획득방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 해상에서 운용되는 회전익 무인기가 GPS 전파방해(jamming)나 복합항법장치센서의 고장 등으로 인하여 비행제어정보 획득이 불가능해지는 경우에, 탐지 레이다를 이용하여 자기 자신의 비행제어정보를 획득할 수 있도록 하는, 해상운용 무인기의 탐지 레이다를 이용한 비행제어정보 획득방법을 제공함에 있다.
Description
본 발명은 해상운용 무인기의 탐지 레이다를 이용한 비행제어정보 획득방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 해상에서 운용되는 회전익 무인기가 GPS 전파방해(jamming)나 복합항법장치센서의 고장 등으로 인하여 위치, 속도, 방위, 자세 등과 같은 자세 제어 및 비행을 위한 물리적 정보(이를 '비행제어정보'라 칭함) 획득이 불가능해지는 경우에, 탐지 레이다를 이용하여 자기 자신의 비행제어정보를 획득할 수 있도록 하는, 해상운용 무인기의 탐지 레이다를 이용한 비행제어정보 획득방법에 관한 것이다.
일반적으로 선박 등과 같은 타겟을 추적하기 위해 사용되는 장치로서 자동 레이다 플로팅 장치(ARPA, Auto Radar Plotting Aids)가 있다. ARPA를 간략히 설명하자면, 레이다 안테나의 매회전마다 탐지된 타겟의 위치변화를 측정하여 선박의 이동 경로와 속도를 계산하는 장치이다. 이 때 타겟의 선택은 수동 또는 자동으로 이루어질 수 있는데, 수동의 경우 사용자가 위험이 될 타겟을 직접 선택하여 추적하게 되며, 자동의 경우 특정 영역에 들어오는 모든 레이다 반사신호를 자동으로 타겟으로서 포착하여 선정하게 된다. 이러한 레이다의 타겟팅 및 추적 기술은 레이다의 일반적인 기술이다. 한국특허공개 제2009-0091449호("선박 레이다 추적 시스템의 추적 표적 판정 방법 및 이를 이용한 기록매체, 아파보드 및 레이다", 2009.08.28., 이하 '선행문헌')에 일반적인 레이다 타겟 추적 방법이 잘 설명되어 있다.
일반적으로 선박에는 상술한 바와 같은 ARPA가 구비되어 자기 주변의 선박을 탐지할 수 있다. 더불어 선박에는 전자해도가 의무적으로 장착되는데, 전자해도란 GPS를 기반으로 동작하며 해로용 부이(bouy), 원격 등대, 레이다 비콘(radar beacon, 자동유도장치), 어업 및 정박 구역, 섬, 해안선 등의 다양한 정보를 가지고 있는 네비게이션과 같은 장비이다. 선박은 이러한 전자해도 장비를 이용하여 항해 중 자기 자신의 위치정보를 정확하게 획득할 수 있다.
한편 대한민국은 삼면이 바다로 둘러져 있으며 북쪽으로는 특수목적의 북방한계선이라는 국경선이 있다. 이에 따라 해상에서의 선박의 이동 및 관리가 중요하며, 해군, 해경, 어업지도선 등의 다양한 기관에서 레이다를 통해 해상 감시 활동을 하고 있다. 특히 해안선 부근의 경우 상술한 바와 같은 탐지 레이다가 장착된 무인기들이 배치되어 감시 활동에 활용되고 있다.
이와 같이 감시 활동을 목적으로 하는 무인기들의 경우, 자기 자신의 위치를 파악하기 위하여 당연히 GPS를 활용한다. 그런데 상술한 민간 선박 등의 경우와는 달리, 감시 목적의 군사용 선박이나 무인기 등의 경우에는 적국에 의하여 GPS 전파방해(jamming) 공격을 받는 경우가 많다. 선박의 경우에는 자체 안정성이 있기 때문에 GPS 센서정보가 없더라도 선박 자체의 운행에 문제가 발생하지 않으나, 무인기의 경우에는 GPS를 이용하여 자기 자신의 위치, 속도, 방위, 자세 등과 같은 자세 제어 및 비행을 위한 물리적 정보(이를 '비행제어정보'라 칭함)를 획득하기 때문에, 이러한 GPS 전파방해가 발생하면 올바른 자기 제어가 어려워지게 된다. 특히 자체 안정성이 없는 회전익 무인기의 경우 GPS 전파방해가 발생하면 기본적인 제자리비행(hovering)이 불가능해지기 때문에, 감시 활동에 큰 악영향을 끼치게 된다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 해상에서 운용되는 회전익 무인기가 GPS 전파방해(jamming)나 복합항법장치센서의 고장 등으로 인하여 비행제어정보 획득이 불가능해지는 경우에, 탐지 레이다를 이용하여 자기 자신의 비행제어정보를 획득할 수 있도록 하는, 해상운용 무인기의 탐지 레이다를 이용한 비행제어정보 획득방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해상운용 무인기의 탐지 레이다를 이용한 비행제어정보 획득방법은, 무인기에서 위치, 속도, 방위, 자세를 포함하는 비행제어정보 획득이 실패하는 제어실패단계; 상기 무인기에 구비된 탐지 레이다를 이용하여 원거리의 해안선이 탐지되는 원거리탐지단계; 상기 무인기에 구비된 전자해도 및 탐지된 해안선 정보를 이용하여 방위정보 및 대략의 위치정보가 획득되는 위치방위획득단계; 상기 탐지 레이다를 이용하여 탐지된 근거리의 고정부이(bouy) N개(N은 자연수)가 N개의 타겟으로서 설정되는 근거리탐지단계; N개의 상기 타겟 위치를 역산함으로써 상기 무인기의 비행제어정보가 획득되는 제어정보획득단계; 획득된 위치, 속도, 방위, 자세를 포함하는 비행제어정보가 상기 무인기의 제자리비행제어기에 입력되는 제어재시작단계; 를 포함할 수 있다.
이 때 상기 제어정보획득단계는, N개 각각의 상기 타겟 위치를 기준으로 N개의 게이트가 각각 설정되는 게이트설정단계, N개의 상기 게이트에서 반사신호가 추출 및 추적되는 반사신호추적단계, 반사신호를 이용하여 N개의 상기 타겟의 위치정보 및 속도정보가 측정되는 타겟위치측정단계, N개의 상기 타겟의 중심위치가 도출되는 타겟위치도출단계, N개의 상기 타겟의 중심위치를 이용하여 상기 무인기의 전진속도정보 및 측면속도정보가 도출되는 속도자세획득단계를 포함할 수 있다.
또한 상기 타겟위치측정단계 이후에, 상기 무인기에 구비된 관성센서에서 측정되는 요(yaw)축각속도정보를 이용하여 상기 타겟의 위치정보 및 속도정보가 보정되는 타겟위치보정단계; 를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 타겟위치도출단계는, 탐지 레이다 중심 및 타겟 중심 간을 연결하는 직선의 방향을 거리축, 수평면 상에서 거리방향에 수직인 방향을 방위축이라 할 때, 상기 탐지 레이다는 하나의 타겟 전체를 스윕(sweep)하여 방위축 시작점 및 끝점, 거리축 최대점 및 최소점을 구하여 저장하되, 방위축 시작점 및 거리축 중간점을 상기 타겟의 중심위치로 도출할 수 있다.
또한 상기 위치방위획득단계 및 상기 근거리탐지단계 사이에, 상기 탐지 레이다를 이용하여 근거리 내 자동유도신호가 존재하는지 검색되는 자동유도탐지단계; 자동유도신호가 존재하면, 수신된 자동유도신호를 이용하여 위치정보 및 방위정보가 보다 정확하게 보정되어 업데이트되는 위치방위보정단계; 를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 해상에서 운용되는 회전익 무인기가 GPS 전파방해(jamming)나 복합항법장치센서의 고장 등으로 인하여 비행제어정보 획득이 불가능해지는 경우에, 탐지 레이다를 이용하여 자기 자신의 비행제어정보를 획득할 수 있게 되는 큰 효과가 있다. 구체적으로 설명하자면, 무인기의 경우 제자리비행(hovering)을 하기 위해서는 무인기 기체의 자세 및 속도정보를 알아야 하며, 종래에는 GPS를 이용하여 이러한 정보를 획득하였기 때문에 GPS 전파방해가 발생하면 제자리비행이 불가능하게 되는 문제가 있었다. 그러나 본 발명에서는, 무인기에 장착된 탐지 레이다를 이용하여, 미리 알고 있는 다수의 근거리 고정 타겟으로부터 반사되어 오는 레이다 반사신호를 이용하여 자신의 위치, 속도, 방위, 자세 등과 같은 비행제어정보를 원활하게 획득할 수 있게 되는 것이다.
이처럼 본 발명에 의하면, GPS 전파방해 등과 같은 예기치 못한 불안정 요인이 발생하더라도 무인기가 매우 안정적으로 운용될 수 있게 해 주는 큰 효과가 있다. 이에 따라 궁극적으로는 무인기에 의한 해양 감시 활동이 더욱 원활하고 안정적으로 이루어질 수 있도록 해 주는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 비행제어정보 획득방법의 흐름도.
도 2는 탐지 레이다에 의한 타겟 추적 원리.
도 3은 타겟 형상에 따른 반사신호 형상 차이.
도 4는 타겟 추출 및 중심위치 도출 원리.
도 2는 탐지 레이다에 의한 타겟 추적 원리.
도 3은 타겟 형상에 따른 반사신호 형상 차이.
도 4는 타겟 추출 및 중심위치 도출 원리.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 해상운용 무인기의 탐지 레이다를 이용한 비행제어정보 획득방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
무인기가 안정적으로 비행하기 위해서는 위치, 방위, 자세, 속도 등과 같은 자세 제어 및 비행을 위한 물리적인 정보들이 필요하다. 이하에서는 이러한 정보들을 간략하게 칭하기 위해 '비행제어정보'라 부르기로 한다. 특히 무인기가 제자리비행(hovering)을 하기 위해서는 무인기 기체의 자세 및 속도정보가 필수적이다. 고정익 항공기의 경우 공압을 측정하는 피토튜브(Pitot-tube) 센서를 이용하여 속도정보를 산출해낼 수 있는데, 이는 유체의 압력 및 유속의 관계를 이용한 것이므로 고속으로 비행하고 있는 경우에는 정확도가 높다. 그러나 저속의 회전익 무인기의 경우에는 피토튜브를 이용하여 속도를 측정하려고 할 경우 회전익 로터 후류로 인한 오류 문제 및 측방속도 측정 불가능 문제 등이 있어, 저속비행 또는 제자리비행을 하는 경우에는 피토튜브 신호의 신뢰성이 없다. 이에 따라 종래에는 무인기가 비행제어정보를 획득하기 위해서 GPS 신호를 적극적으로 활용해 왔다.
그런데 앞서도 설명한 바와 같이 감시 활동을 목적으로 하는 무인기의 경우 적국에서 감시 활동을 방해하기 위해 GPS 전파방해(jamming)를 하는 경우가 많으며, 이러한 경우 GPS 신호를 제대로 획득하지 못하여, 비행제어정보 획득이 불가능하게 된다. 또는 무인기 자체에 구비된 복합항법장치센서(속도, 방위, 자세 획득 가능)가 고장나는 경우에도 비행제어정보 획득이 불가능하다. 이처럼 비행제어정보가 획득되지 못하면 무인기는 제자리비행을 원활하게 수행할 수 없게 되며, 따라서 감시 활동에 큰 악영향을 끼치게 된다.
본 발명에서는 이러한 문제를 해소하기 위하여, GPS 전파방해나 복합항법장치센서 고장 등과 같이 일반적인 운용방식으로 비행제어정보 획득이 불가능한 상황이 발생하였을 때, 무인기에 구비된 탐지 레이다를 통해 고정된 타겟을 탐지 및 추적하고 이를 역산함으로서 자기 자신의 비행제어정보를 획득하는 방법을 제시한다.
도 1은 본 발명의 비행제어정보 획득방법의 흐름도를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이 본 발명의 비행제어정보 획득방법은, 크게 제어실패단계, 원거리탐지단계, 위치방위획득단계, 근거리탐지단계, 제어정보획득단계, 제어재시작단계를 포함할 수 있다. 각 단계에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 제어실패단계에서는, 무인기에서 위치, 속도, 방위, 자세를 포함하는 비행제어정보 획득이 실패한다. 이 때 비행제어정보 획득이 실패하는 원인은 여러 가지가 있을 수 있는데, 예를 들면 앞서 설명한 바와 같이 감시 활동을 방해하고자 하는 적국의 GPS 전파방해가 원인일 수도 있고, 또는 무인기 자체의 복합항법장치센서가 고장난 것이 원인일 수도 있다. 원인이 무엇이든 간에, 상기 무인기가 위치, 속도, 방위, 자세 등과 같은 비행제어정보를 원활하게 획득하지 못하면, 제자리비행 제어기에 넣을 입력값이 없어지기 때문에 제자리비행을 수행할 수 없게 된다. 이렇게 되면 상기 무인기에서는 바로 모드를 전환하고 이하의 단계들을 수행함으로써 비행제어정보를 올바르게 획득하고자 하는 시도를 하게 된다.
상기 원거리탐지단계에서는, 상기 무인기에 구비된 탐지 레이다를 이용하여 원거리의 해안선이 탐지된다. 상기 탐지 레이다는 감시 활동을 위하여 구비되는 것이기 때문에 일반적인 선박 항행용 레이다 수준의 성능은 충분히 가지며, 또한 일반적으로 감시용 무인기의 궤도는 해안선 근방 몇십 km 내 수준이기 때문에, 충분히 해안선의 탐지가 이루어질 수 있다.
상기 위치방위획득단계에서는, 상기 무인기에 구비된 전자해도 및 탐지된 해안선 정보를 이용하여 방위정보 및 대략의 위치정보가 획득된다. 이 때 해안선과 같은 큰 타겟은 레이다 신호(즉 RF빔)의 오차로 인해 측정값의 기복이 커서 자세제어에 사용할 수 있을 만큼의 정확성을 보장할 수 없다. 또한 원거리에 있는 타겟을 이용한 추적정보는 거리스케일이 너무 커서 속도의 안정성이 떨어진다. 따라서 이 단계에서 얻은 위치정보 및 방위정보를 바로 제어에 사용할 수는 없다. 다만 해안선과 같이 큰 타겟이라 하더라도 전자해도를 참조함으로써 대략적인 위치와 방위를 얻어내는 것은 가능하며, 이렇게 얻은 대략적인 위치정보 및 방위정보를 이하의 단계들을 이용하여 다양한 방식으로 보정 및 업데이트함으로써 정확도를 올릴 수 있다.
상기 근거리탐지단계에서는, 상기 탐지 레이다를 이용하여 탐지된 근거리의 고정부이(bouy) N개(N은 자연수)가 N개의 타겟으로서 설정된다. 상술한 바와 같이 원거리탐지단계를 통해 해안선을 기준으로 대략적인 위치 및 방위를 잡은 다음에는, 상기 근거리 탐지단계를 통해 정확한 비행제어정보를 구하기 위한 새로운 기준들을 잡는 것이다. 이 때 앞서 설명한 바와 같이 전자해도에는 어업 및 정박 구역, 섬, 해안선 등과 같은 상대적으로 큰 고정 지형지물에 대한 정보 뿐만 아니라, 해로용 부이(bouy), 원격 등대, 레이다 비콘(radar beacon, 자동유도장치) 등과 같은 상대적으로 작은 고정 인공구조물에 대한 정보도 들어있다. 섬, 해안선 등과 같은 큰 타겟을 기준으로 삼으면 역산이 어렵지만, 이와 같이 작은 타겟을 기준으로 삼으면 역산으로 무인기 자신의 위치, 속도, 방위, 자세 등의 비행제어정보를 원활하게 산출할 수 있다. 더불어 단일 개의 타겟만을 기준으로 삼을 경우 정확성이 떨어질 수 있으므로, 복수 개의 타겟을 기준으로 삼음으로써 정확성을 더욱 향상할 수 있다.
한편 이 때, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 위치방위획득단계 및 상기 근거리탐지단계 사이에, 근거리 내 레이다 비콘(radar beacon, 자동유도장치)이 존재하는지를 탐지하여 자동유도장치가 있는 경우 위치정보 및 방위정보를 조금 더 정확하게 업데이트하여 보정하는 단계가 더 수행되는 것이 바람직하다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 먼저 자동유도탐지단계에서 상기 탐지 레이다를 이용하여 근거리 내 자동유도신호가 존재하는지 검색된다. 이 때 자동유도신호가 존재하지 않으면 바로 상기 근거리탐지단계 즉 고정부이를 기준으로 좌표계산을 수행하는 단계로 넘어가되, 자동유도신호가 존재하면 위치방위보정단계가 수행된다. 즉 수신된 자동유도신호를 이용하여 위치정보 및 방위정보가 보다 정확하게 보정되어 업데이트되는 것이다. 이후에는 역시 상기 근거리탐지단계로 넘어가게 되는데, 이렇게 위치정보 및 방위정보가 보정된 상태에서 상기 근거리탐지단계로 넘어가면 이후 좌표계산이 보다 정확하고 원활하게 이루어질 수 있다.
상기 제어정보획득단계에서는, N개의 상기 타겟 위치를 역산함으로써 상기 무인기의 비행제어정보가 획득된다. 상기 제어정보획득단계는 여러 세부단계들로 이루어질 수 있는데, 도 1에 도시된 바와 같이 게이트설정단계, 반사신호추적단계, 타겟위치측정단계, 타겟위치도출단계, 속도자세획득단계를 포함할 수 있다. 이에 대해서는 이후 보다 상세히 설명한다.
상기 제어재시작단계에서는, 획득된 위치, 속도, 방위, 자세를 포함하는 비행제어정보가 상기 무인기의 제자리비행제어기에 입력된다. 앞서 상기 무인기는 다양한 원인에 의하여 비행제어정보 획득에 실패하였으며, 이에 따라 제자리비행제어기의 입력값이 없어 제자리비행을 원활하게 수행할 수 없는 사태가 발생하였다. 그러나 본 발명에 의하면 상술한 바와 같이 탐지 레이다로 탐지된 타겟으로부터 되돌아오는 반사신호를 이용하여 무인기 자신의 위치, 속도, 방위, 자세 등의 비행제어정보를 역산하여 산출할 수 있다. 따라서 원래 GPS센서 등을 이용한 비행제어정보 획득에 실패했다 하더라도, 상술한 단계들을 거쳐 우회적으로 비행제어정보를 원활하게 획득할 수 있으며, 이에 따라 제자리비행 제어를 원활하고 올바르게 수행할 수 있게 된다.
이하에서는 상기 제어정보획득단계의 각 세부단계를 보다 구체적으로 상세히 설명한다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제어정보획득단계는, 게이트설정단계, 반사신호추적단계, 타겟위치측정단계, 타겟위치도출단계, 속도자세획득단계를 포함할 수 있다.
상기 게이트설정단계에서는, N개 각각의 상기 타겟 위치를 기준으로 N개의 게이트가 각각 설정된다. 게이트를 생성하는 것은, 레이다 신호처리기가 우선적으로 게이트 반경 내를 중심으로 연산을 통해 노이즈와 타겟을 구분 및 추출하기 위한 것이다. 이렇게 함으로써 전체적인 연산량을 줄이고 연산속도를 보다 향상할 수 있다.
상기 반사신호추적단계에서는, N개의 상기 게이트에서 반사신호가 추출 및 추적된다. 도 2는 탐지 레이다에 의한 타겟 추적 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이 레이다에서는 미리 결정된 주기로 안테나가 회전하면서 RF 송신빔을 쏘게 된다. 만일 RF 송신빔이 쏘아진 방향에 아무것도 없다면 신호는 그대로 진행되어 나아가지만, 그 방향에 타겟이 존재한다면 RF신호가 타겟에 부딪혀 반사신호가 발생하게 된다. 바로 이 반사신호를 감지함으로써 레이다에서 타겟의 존재 유무를 감지하게 되는 것이다. 일반적 선박 레이다 기준 안테나의 회전속도는 30RPM이며, 반경 12Nm 탐지 시 RF 송신주기는 초당 약 1800Hz 정도이다. 안테나의 회전 및 전파 송신주기를 고려하면 레이다의 방위 정도는 0.08deg 정도의 해상도(resolution)을 가진다고 볼 수 있다. 이는 하나의 예시로서, 이처럼 레이다 안테나의 회전속도, 송신주기 등은 모두 미리 알려져 있는 값이기 때문에, 반사신호를 이용하여 타겟의 존재 유무 뿐 아니라 위치, 속도, 방위 등을 원활하게 계산할 수 있다.
상기 타겟위치측정단계에서는, 반사신호를 이용하여 N개의 상기 타겟의 위치정보 및 속도정보가 측정된다. 즉 각각의 타겟의 위치가 얼마나 변동되는지가 측정되는 것이다. 이 때 상기 무인기가 회전하지 않고 있다면 측정값을 그대로 이용하는 것에 문제가 없겠으나, 상기 무인기가 회전하고 있을 경우 회전각속도에 의하여 의도하지 않은 속도성분이 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해소하기 위하여, 상기 타겟위치측정단계 이후에, 상기 무인기에 구비된 관성센서에서 측정되는 요(yaw)축각속도정보를 이용하여 상기 타겟의 위치정보 및 속도정보가 보정되는 타겟위치보정단계가 더 수행되는 것이 바람직하다. 이 때 보정식은 도 2에 표시된 바와 같다.
상기 타겟위치도출단계에서는, N개의 상기 타겟의 중심위치가 도출된다. 일반적으로 선박이 타겟일 경우, 반사신호는 (측정거리나 사용 RF 전파의 길이에 따라 크기 등이 달라지기는 하겠으나) 도 3 우측에 도시된 바와 같이 대략 긴 타원형으로 나타난다. 반면 상대적으로 작은 고정부이가 타겟일 경우 반사신호는 도 3 좌측에 도시된 바와 같이 거의 원형으로 나타나게 된다. 종래에는 타겟 중심위치를 도출함에 있어서 신호가 가장 센 지점을 중심위치로 설정하였으며, 본 발명에서도 물론 이러한 방식으로 중심위치를 도출할 수도 있다. 그러나 이와 같이 할 경우 무인기의 회전에 의해 왜곡이 발생할 위험성이 있으며, 특히 회전이 급격할수록 반사신호의 늘어짐이 크게 발생할 수 있다. 이에 따라 본 발명에서는 종래보다 개선된 중심위치 도출방법을 적용한다. 도 4는 본 발명에서의 타겟 추출 및 중심위치 도출 원리를 설명하기 위한 것으로, 도시된 바와 같이 탐지 레이다 중심 및 타겟 중심 간을 연결하는 직선의 방향을 거리축, 수평면 상에서 거리방향에 수직인 방향을 방위축이라 한다. 이 때 본 발명에서는, 상기 탐지 레이다가 하나의 타겟 전체를 스윕(sweep)하여 방위축 시작점 및 끝점, 거리축 최대점 및 최소점을 구하여 저장하는 식으로 타겟을 관리하며, 방위축 시작점 및 거리축 중간점을 상기 타겟의 중심위치로 도출한다. 이와 같이 함으로써 상기 무인기가 요(yaw)축회전에 따라 반사신호가 늘어짐에 의한 중심위치 왜곡 문제를 해소할 수 있다.
상기 속도자세획득단계에서는, N개의 상기 타겟의 중심위치를 이용하여 상기 무인기의 전진속도정보 및 측면속도정보가 도출된다. 속도를 도출하는 과정에서 위치정보 및 방위정보는 당연히 미리 도출되며, 이에 따라 앞서 대략적으로 구해졌던 위치정보 및 방위정보가 N개의 상기 타겟을 기준으로 하여 매우 정확하게 업데이트될 수 있게 된다. 또한 전진속도 및 측면속도가 도출되면 상기 무인기의 자세도 자연히 도출되므로, 이렇게 함으로써 속도정보 및 자세정보까지 획득된다. 즉 상술한 과정들을 거침으로써, 상기 무인기의 위치, 속도, 방위, 자세를 포함한 비행제어정보를 모두 완전히 획득해 낼 수 있게 된다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
Claims (5)
- 무인기에서 위치, 속도, 방위, 자세를 포함하는 비행제어정보 획득이 실패하는 제어실패단계;
상기 무인기에 구비된 탐지 레이다를 이용하여 원거리의 해안선이 탐지되는 원거리탐지단계;
상기 무인기에 구비된 전자해도 및 탐지된 해안선 정보를 이용하여 방위정보 및 대략의 위치정보가 획득되는 위치방위획득단계;
상기 탐지 레이다를 이용하여 탐지된 근거리의 고정부이(bouy) N개(N은 자연수)가 N개의 타겟으로서 설정되는 근거리탐지단계;
N개의 상기 타겟 위치를 역산함으로써 상기 무인기의 비행제어정보가 획득되는 제어정보획득단계;
획득된 위치, 속도, 방위, 자세를 포함하는 비행제어정보가 상기 무인기의 제자리비행제어기에 입력되는 제어재시작단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상운용 무인기의 탐지 레이다를 이용한 비행제어정보 획득방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제어정보획득단계는,
N개 각각의 상기 타겟 위치를 기준으로 N개의 게이트가 각각 설정되는 게이트설정단계,
N개의 상기 게이트에서 반사신호가 추출 및 추적되는 반사신호추적단계,
반사신호를 이용하여 N개의 상기 타겟의 위치정보 및 속도정보가 측정되는 타겟위치측정단계,
N개의 상기 타겟의 중심위치가 도출되는 타겟위치도출단계,
N개의 상기 타겟의 중심위치를 이용하여 상기 무인기의 전진속도정보 및 측면속도정보가 도출되는 속도자세획득단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상운용 무인기의 탐지 레이다를 이용한 비행제어정보 획득방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 타겟위치측정단계 이후에,
상기 무인기에 구비된 관성센서에서 측정되는 요(yaw)축각속도정보를 이용하여 상기 타겟의 위치정보 및 속도정보가 보정되는 타겟위치보정단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상운용 무인기의 탐지 레이다를 이용한 비행제어정보 획득방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 타겟위치도출단계는,
탐지 레이다 중심 및 타겟 중심 간을 연결하는 직선의 방향을 거리축, 수평면 상에서 거리방향에 수직인 방향을 방위축이라 할 때,
상기 탐지 레이다는 하나의 타겟 전체를 스윕(sweep)하여 방위축 시작점 및 끝점, 거리축 최대점 및 최소점을 구하여 저장하되,
방위축 시작점 및 거리축 중간점을 상기 타겟의 중심위치로 도출하는 것을 특징으로 하는 해상운용 무인기의 탐지 레이다를 이용한 비행제어정보 획득방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 위치방위획득단계 및 상기 근거리탐지단계 사이에,
상기 탐지 레이다를 이용하여 근거리 내 자동유도신호가 존재하는지 검색되는 자동유도탐지단계;
자동유도신호가 존재하면, 수신된 자동유도신호를 이용하여 위치정보 및 방위정보가 보다 정확하게 보정되어 업데이트되는 위치방위보정단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상운용 무인기의 탐지 레이다를 이용한 비행제어정보 획득방법.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115493457A (zh) * | 2022-09-02 | 2022-12-20 | 杰能科世智能安全科技(杭州)有限公司 | 一种低空无人机监管方法及系统 |
| CN116430788A (zh) * | 2023-06-14 | 2023-07-14 | 山东坤羽网络科技有限公司 | 一种基于无线通讯的远程无人机控制系统 |
| CN117849777A (zh) * | 2024-01-09 | 2024-04-09 | 珠海横琴高乐通无人机系统有限公司 | 船载无人机定位导航方法、装置、电子设备、存储介质 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090091449A (ko) | 2008-02-25 | 2009-08-28 | 삼성중공업 주식회사 | 선박 레이더 추적 시스템의 추적 표적 판정 방법 및 이를이용한 기록매체, 아파보드 및 레이더 |
| KR20160071027A (ko) * | 2014-12-11 | 2016-06-21 | 한국항공우주연구원 | 포획장치가 구비된 무인비행시스템 및 이를 이용한 포획방법 |
| KR20170045972A (ko) * | 2015-10-20 | 2017-04-28 | 한국해양과학기술원 | 드론을 이용한 연안지형 조사장치 |
| KR101963895B1 (ko) * | 2018-10-25 | 2019-04-01 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 해상 표적 탐지에 사용되는 sar 신호 처리 장치 및 그 방법 |
| KR20190051704A (ko) * | 2017-11-07 | 2019-05-15 | 공간정보기술 주식회사 | 스테레오 카메라 드론을 활용한 무기준점 3차원 위치좌표 취득 방법 및 시스템 |
-
2020
- 2020-07-23 KR KR1020200091460A patent/KR102336359B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090091449A (ko) | 2008-02-25 | 2009-08-28 | 삼성중공업 주식회사 | 선박 레이더 추적 시스템의 추적 표적 판정 방법 및 이를이용한 기록매체, 아파보드 및 레이더 |
| KR20160071027A (ko) * | 2014-12-11 | 2016-06-21 | 한국항공우주연구원 | 포획장치가 구비된 무인비행시스템 및 이를 이용한 포획방법 |
| KR20170045972A (ko) * | 2015-10-20 | 2017-04-28 | 한국해양과학기술원 | 드론을 이용한 연안지형 조사장치 |
| KR20190051704A (ko) * | 2017-11-07 | 2019-05-15 | 공간정보기술 주식회사 | 스테레오 카메라 드론을 활용한 무기준점 3차원 위치좌표 취득 방법 및 시스템 |
| KR101963895B1 (ko) * | 2018-10-25 | 2019-04-01 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 해상 표적 탐지에 사용되는 sar 신호 처리 장치 및 그 방법 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115493457A (zh) * | 2022-09-02 | 2022-12-20 | 杰能科世智能安全科技(杭州)有限公司 | 一种低空无人机监管方法及系统 |
| CN115493457B (zh) * | 2022-09-02 | 2023-12-26 | 杰能科世智能安全科技(杭州)有限公司 | 一种低空无人机监管方法及系统 |
| CN116430788A (zh) * | 2023-06-14 | 2023-07-14 | 山东坤羽网络科技有限公司 | 一种基于无线通讯的远程无人机控制系统 |
| CN116430788B (zh) * | 2023-06-14 | 2023-08-22 | 山东坤羽网络科技有限公司 | 一种基于无线通讯的远程无人机控制系统 |
| CN117849777A (zh) * | 2024-01-09 | 2024-04-09 | 珠海横琴高乐通无人机系统有限公司 | 船载无人机定位导航方法、装置、电子设备、存储介质 |
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