KR102358531B1 - 무인기 방향 탐지 시스템의 다채널 하이브리드 저장장치 - Google Patents

무인기 방향 탐지 시스템의 다채널 하이브리드 저장장치 Download PDF

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KR102358531B1
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Abstract

본 발명은 무인기 방향 탐지 시스템의 다채널 하이브리드 저장장치에 관한 것으로, 다채널 수신신호 중 주 신호를 저장하는 HDD 및, 다채널 수신신호 중 위상 신호를 저장하는 SSD를 포함한다.

Description

무인기 방향 탐지 시스템의 다채널 하이브리드 저장장치{MULTI CHANNEL HYBRID STORAGE IN UNMANNED AERIAL VEHICLE}
본 발명은 무인기 방향 탐지 시스템의 다채널 하이브리드 저장장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 수신 신호에서 주 신호와 위상 신호를 분리하여 저장하는 다채널 하이브리드 저장장치에 관한 것이다.
무인기는 조종사 없이 무선전파의 유도에 의해서 작전을 수행할 수 있는 능력을 보유한 비행기이다. 이와 같은 무인기는 종래에는 무기체계의 시험이나 훈련을 위한 표적용으로 사용하였으나, 현재에는 그 용도가 넓어져 정찰, 관측, 감시, 기만 등 여러 목적으로 사용되고 있다. 이러한 무인기는 회수하여 재사용이 가능하고, 탑승 조종사가 필요 없으므로 전투 혹은 기체 추락에 의한 인적 손실이 없으며, 탑승하는 조종사의 생리나 심리상태에 제약을 받지 않는다. 특히 무선 통제에 의해 임무를 수행하는 무인기는 비 가시거리에서 전송되어 오는 비행정보를 지상에 위치한 조종실의 계기 혹은 화면에 표시해줌으로써 원격조종이 가능하다. 그러므로 기체의 전자 탑재 장비에는 필수적으로 기체와 지상의 조종실을 연결해주는 무선 장비와, 비행 상태 측정 및 제어에 필요한 전자장비, 임무 수 행에 필요한 임무장비 등이 포함된다.
이 중 무인 정찰기는 사람이 탑승하지 않고도 정찰임무를 수행할 수 있는 항공기이다. 지상에서 정찰 지역을 측정할 경우 지형 지물에 의한 사각지대(shadow zone)가 발생하며, 지면으로부터의 반사파 간섭이 심한 단점이 있으나, 무인기를 이용하면 적은 시간에 넓은 공간을 관리할 수 있고, 자료의 빠른 업데이트가 가능하다.
이를 위해 무인 정찰기는 고성능 광학, 적외선 정찰 장비와 레이더, 그리고 여러 전자 장비 등을 탑재하여 정밀한 전자정보 수집 및 지형 정찰을 수행할 수 있다. 예를 들어, 무인 정찰기는 다채널 저장 기능이 있는 무인기 탑재용 광대역 소형 디지털 신호수신 시스템을 구비할 수 있는데, 이는 통신 정보 대역의 전자파 신호를 수집 및 저장하고, 수집된 데이터를 복조 및 분석하여 DB화 하는 시스템이다. 이러한 신호수신 시스템은 안테나 조립체, 신호 수집장치, 신호분배 모듈, RF 수신 모듈, 디지털 신호처리 모듈, 전원공급 모듈 등을 포함할 수 있다.
무인기 신호수신 시스템의 효율을 극대화 하기 위해 소형 및 경량화가 필요하고, 다양하고 복잡한 통신 정보 대역 특성을 감안하여, 4 채널 이상의 동시 저장 기능을 보유하고 있어야 한다. 그런데, 이러한 4 채널 이상의 신호 동시 저장시 동일 신호에 대하여 다수의 안테나로부터 수집되는 데이터를 모두 저장하는 것은 저장 용량의 낭비가 심하다는 문제가 있었다.
예를 들어 무인기의 방향 탐지 시스템은 다수의 안테나를 이용하여 동일 신호를 수신하고, 수신된 신호 간의 위상 차이를 연산함으로써 대상 신호의 방향을 탐지한다. 이러한 분석을 위하여 여러 개의 다채널 안테나로부터 수신되는 데이터를 저장하게 된다. 이때 분석을 위해 각 안테나로부터 수신되는 데이터는 동일한 데이터가 시간의 지연만 있는 상태이고, 그 외의 신호의 특성은 동일하다. 이를 채널 별로 모두 저장하게 되면 방향 탐지에 필요한 채널 수만큼 유사 데이터를 중복하여 저장하게 된다. 이렇게 유사 신호를 각각 저장할 경우 방대한 양의 데이터를 저장하는 것은 저장 용량의 문제로 바람직하지 않다.
이와 같이 단기간에 방대한 신호 데이터가 발생하는 것을 해결하기 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 대용량의 여러 개의 하드디스크를 묶어 중복 구성함으로써 기존의 값이 비싼 대용량의 고성능 디스크와 비슷한 성능을 내도록 하기 위한 방법이 고안되었다. 그로부터 여러 개의 디스크를 배열해 파일을 블록 단위로 쪼개서 각각의 디스크에 나누어 저장하는 방식을 이용한 디스크 배열 시스템이 등장하게 되었다.
하지만 이러한 RAID(Redundant Array of Independent Disks) 구성은 방향 탐지용 다채널 데이터의 저장에는 적절하지 않다. 왜냐하면 RAID를 이용하면 각 안테나에서 동시에 출력되는 데이터를 디스크에 병렬로 저장하거나, 저장 속도를 올려서 저장하므로 처리 속도에서 문제가 있고 또한 저장 용량의 한계가 발생한다.
이러한 기존의 RAID 구조는 처리 속도와 중복된 데이터 저장 등의 문제로 인해 방향 탐지용 채널 데이터 저장에 효율적이지 않으며, 이를 개선할 방향 탐지 신호에 적합한 신규한 데이터 저장 구조가 필요하다.
한국공개특허 제10-2012-0026410호
본 발명의 목적은 방향 탐지용 신호 저장에 있어서 신호의 중복되는 특성을 이용하여 주 신호와 위상 신호를 분리하여 저장하는 무인기 방향 탐지 시스템의 다채널 하이브리드 저장장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 복수의 신호원으로부터 데이터를 수신하는 무인기 방향 탐지 시스템의 다채널 하이브리드 저장장치로서, 상기 장치는, 다채널 수신신호 중 주 신호를 저장하는 HDD; 및 다채널 수신신호 중 위상 신호를 저장하는 상기 HDD 보다 고속의 플래쉬 메모리를 포함하며, 상기 플래쉬 메모리는, 중복 데이터 중 위상 정보만을 병합하여 처리하여 저장 중의 병목현상을 제거하며, 상기 HDD는 주 신호를 수신하는 안테나와 연결되고, 상기 플래쉬 메모리는 위상 신호를 수신하는 적어도 하나 이상의 안테나와 연결되며, 상기 HDD는 주 신호 저장모드에서 모든 시간 간격에 대해 연속적으로 주 신호를 저장하고, 상기 플래쉬 메모리는 위상 신호 저장모드에서 일정 시간 간격에 대해 이산적으로 위상 신호를 저장할 수 있다.
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바람직하게, 다채널을 통해 수신되는 신호를 기준 시각 정보인 타임 스탬프를 이용하여 동일 시각으로 정렬한 후 주 신호 및 위상 신호와 시각 정보를 함께 저장한다.
바람직하게, 수신된 신호들간의 비교를 통하여 위상 비교기가 해당 위상과 입사 신호의 방향을 추출한다.
바람직하게, 상기 플래쉬 메모리는 SSD 이다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 주 신호를 대용량의 HDD에 저장하고 위상 측정용 채널 안테나의 데이터를 일정 시간 획득하여 고속의 SSD에 저장함으로써, 데이터 저장 속도 향상과 함께 저장 데이터 감소를 통한 저장 용량 증대의 효과가 있다.
도 1은 종래의 방향 탐지용 다채널 저장장치의 예시적인 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 무인기 방향 탐지 시스템에서 수신하는 채널별 데이터의 특성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 무인기 방향 탐지 시스템의 다채널 하이브리드 저장장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 무인기 방향 탐지 시스템에서 위상을 이용한 방향 측정 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 무인기 방향 탐지 시스템의 다채널 하이브리드 저장장치에서 타임 스탬프를 이용한 주 채널 신호와 위상 신호 채널의 저장 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 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 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
또한, 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
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, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 무인기 방향 탐지 시스템에서 수신하는 채널별 데이터의 특성을 설명하기 위한 개념도이다. 방향 탐지 시스템은 신호원으로부터 데이터를 수신하고, 이 수신 신호들 간의 위상의 차이를 이용하여 방향을 탐지하게 된다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이, ANT1 ~ ANT4 등과 같이 각 안테나로부터 수신되는 각 신호 들간의 신호 특성은 동일하지만 위상의 지연만 서로 다른 신호이다.
이러한 방향 탐지 시스템의 수신 신호 특성을 이용하여, 방향 탐지용 신호를 저장할 때 모든 채널의 신호를 저장할 필요는 없다. 즉, 주 채널 신호는 연속으로 저장하지만, 나머지 위상 신호는 일정 시간 간격으로 저장할 수 있다. 이렇게 하면, 신호 분석과 함께 방향 탐지용 신호를 모두 확보하고도 저장 용량을 늘릴 수 있다.
이러한 특성을 이용하여, 주채널에 대하여 대용량 연속 데이터를 저장하는 용도로 HDD를 사용하고, 다채널의 처리 및 병합 등의 연산과 이의 오류 검증 및 복원을 수행하는 것으로 고속의 플래쉬 메모리(flash memory), 예를 들어 SSD를 사용할 수 있다. 이러한 SSD와 HDD에 의한 다채널 하이브리드 저장장치를 이용하면, 주 데이터는 HDD에 저장하고, 중복 데이터 중 위상 정보만을 병합하여 고속의 SSD를 사용하므로, 저장 중 병목현상을 제거하고 저장용량을 늘일 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 무인기 방향 탐지 시스템의 다채널 하이브리드 저장장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 무인기 방향 탐지 시스템의 다채널 하이브리드 저장장치는 주 신호를 수신하는 안테나(ANT1)와 연결된 HDD와, 위상 신호를 수신하는 안테나(ANT2~ANT4)와 연결된 SSD로 구성된다. 여기서, HDD는 자기디스크를 회전시켜 데이터를 저장하는 저속의 저장 장치로서 임베디드 모듈형을 포함할 수 있다. 그리고, SSD는 SATA 방식의 고속 플래쉬 디스크로서 임베디드 모듈형을 포함할 수 있다.
이때, 다채널 하이브리드 저장장치는 주 신호를 저장하기 위한 “주신호 저장모드”와 각 방향을 나타내는 신호의 위상 정보를 저장하기 위한 “위상 신호 저장모드”로 나뉘어져 작동한다. 즉, 다채널 하이브리드 저장장치는 발생 신호를 동일 디스크에 저장하는 것이 아니라 “주신호 저장모드”에서 연속적이고 대용량이 발생하는 신호는 HDD(100)에 저장하고, “위상신호 저장모드”에서 고속의 빈번한 입출력이 필요한 위상 신호는 SSD(200)에 저장한다. 예를 들어, ANT1에서 수신되는 주신호는 HDD(100)에 저장하고, ANT2~4에서 수신되는 위상신호는 SSD(200)에 저장할 수 있다.
이렇게 분리하여 저장하는 이유는 방향 탐지 채널의 특성상 위상 정보를 저장하고 있는 데이터 블록이 읽고 저장하는 빈도가 빈번하게 일어나기 때문이다. 이로 인하여 위상 데이터의 읽고 쓰기의 병목현상이 높다는 점을 보완하기 위하여, 주채널 데이터 저장용 1개의 HDD와 위상정보 저장용 고속의 SSD가 결합한 형태인 하이브리드 저장장치를 구성한다.
이를 도 4 및 도 5를 이용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
도 4는 무인기 방향 탐지 시스템에서 위상을 이용한 방향 측정 방법을 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 위상을 이용하여 방향을 탐지하기 위해서는 잘 정합된 두 개의 안테나(Ant.1, Ant.2)와 위상 비교기(phase comparator)를 이용한다. 두개의 안테나로 수신된 신호는 위상 비교기(300)로 전달되고, 여기서 입사 방향에 따른 상대적인 위상차를 측정한다.
두 안테나의 중심을 잇는 선을 기준선(baseline)이라 하고, 기준선의 길이는 D이고, 전파의 입사 방위가 θ이고, 입사하는 신호의 파장은 λ라 할 때, 두 안테나에서 측정되는 위상차
Figure 112019131413197-pat00001
Figure 112019131413197-pat00002
는 식 (1)과 같이 구할 수 있다.
식 (1)
Figure 112019131413197-pat00003
그러면 이를 이용하여 들어오는 신호의 방위각을 다음과 같이 식 (2)로 구할 수 있다.
식 (2)
Figure 112019131413197-pat00004
도 5는 무인기 방향 탐지 시스템의 다채널 하이브리드 저장장치에서 타임 스탬프를 이용한 주 채널 신호와 위상 신호 채널의 저장 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
타임 스탬프는 시스템 내부의 초고속 시계를 이용하여 일정 시간 간격으로 시간을 표시하는 정보이다. 이를 기준시각으로 하여 해당 동일 시각에서 위상을 측정한다. 즉, 다채널을 통해 들어오시는 입사 신호를 기준 시각 정보인 “Time Stamp”를 사용하여 동일 시각으로 정렬한다. 왜냐하면, 본 발명에서 데이터 저장을 효율적으로 하기 위하여 방향 정보에 해당하는 다채널 수신 신호는 항상 데이터가 저장되지는 않으므로, 이를 동일시각에서 방향을 연산하기 위해서는 기준 시각 정보인 타임 스탬프를 이용하는 것이다.
본 발명에 의한 무인기 방향 탐지 시스템의 다채널 하이브리드 저장장치에서 안테나로부터 수신한 데이터와 내부 클럭에서 발생한 시각 정보를 같이 저장한다. 즉, 여러 채널로부터 수신되는 신호를 동일 시각을 기준으로 저장하는 것이다. 저장된 데이터를 복원할 때 같은 타임 스탬프를 갖는 데이터는 동일 시간에 수신된 신호이므로, 이 신호들간의 비교를 통하여 해당 위상과 입사 신호의 방향을 측정하게 된다.
이때 도 5에 도시된 바와 같이, 채널 1과 같은 주 신호 데이터는 모든 시간 간격에 대해 연속적으로 HDD에 저장하지만, 채널 2~4와 같은 위상 신호는 항상 저장하지 않고 일정 시간 간격으로 하나의 SSD에 저장한다. 예를 들어, 주채널 기준으로 T1~T4에서는 주 신호와 위상 신호가 모두 저장되지만, T5~T8에서는 위상 신호는 저장되지 않고 주 신호만 저장된다. 이를 신호 저장 시간 간격(Packet Store Time)이라 하며, P1, P2, P3 로 이산 간격으로 저장 된다.
여기서, 타임 스탬프는 저장되는 시간의 일정한 간격과 순서를 표시하는 정보이다. 간헐적으로 패킷 단위로 저장되는 신호에서 동기를 맞추기 위한 기준 시각으로 위상 정보를 연산 할 때 해당 타임 스탬프를 이용한다. 이 기준 시각 정보를 이용하여 저장된 다채널 신호를 각각 비교하여 위상 차이 정보를 추출하여 방향을 연산한다. 그리고, 주기 단위로 저장된 데이터를 복원한 후 보간법(interpolation) 을 이용하여 모든 시간에 대하여 복원할 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 위치 결정 방법 및 시스템에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
100: HDD
200: SSD
300: 위상 비교기

Claims (6)

  1. 복수의 신호원으로부터 데이터를 수신하는 무인기 방향 탐지 시스템의 다채널 하이브리드 저장장치로서,
    다채널 수신신호 중 주 신호를 저장하는 HDD; 및
    다채널 수신신호 중 위상 신호를 저장하는 상기 HDD 보다 고속의 플래쉬 메모리를 포함하며,
    상기 플래쉬 메모리는, 중복 데이터 중 위상 정보만을 병합하여 처리하여 저장 중의 병목현상을 제거하며,
    상기 HDD는 주 신호를 수신하는 안테나와 연결되고, 상기 플래쉬 메모리는 위상 신호를 수신하는 적어도 하나 이상의 안테나와 연결되며,
    상기 HDD는 주 신호 저장모드에서 모든 시간 간격에 대해 연속적으로 주 신호를 저장하고, 상기 플래쉬 메모리는 위상 신호 저장모드에서 일정 시간 간격에 대해 이산적으로 위상 신호를 저장하며,
    다채널을 통해 수신되는 신호들을 기준 시각 정보인 타임 스탬프를 이용하여 동일 시각으로 정렬한 후 주 신호 및 위상 신호와 시각 정보를 함께 저장하되, 저장된 데이터를 복원할 때 같은 타임 스탬프를 갖는 데이터인 동일 시간에 수신된 신호들 간의 비교를 통하여 해당 위상과 입사 신호의 방향을 측정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 저장장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 플래쉬 메모리는 SSD인 것을 특징으로 하는 하이브리드 저장장치.
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