KR102488642B1 - Gnss 오차 공유를 이용한 드론 협동 항법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 GNSS 오차 공유를 이용한 복수의 드론 협동 항법 및 항법 장치 동작 방법에 관한 것이다. 상기 복수의 드론 협동 항법은, 제1 드론과 제2 드론을 포함하는 복수의 드론 협동 항법에 있어서, GNSS 측정치를 기초로 제1 드론의 제1 절대위치 초기값을 설정하는 단계, 상기 제1 절대위치 초기값 및 상기 제1 드론에 포함된 센서부를 통해 획득된 제1 센서 측정치를 기초로 제1 절대위치 추정값을 획득하는 단계, 상기 제1 절대위치 초기값과 상기 제1 절대위치 추정값 사이의 오차인 GNSS 오차를 계산하는 단계, 계산된 상기 GNSS 오차를 제2 드론에 전달하는 단계 및 상기 전달받은 GNSS 오차를 기초로 상기 제2 드론의 산업 구조물을 기준으로 한 상대위치를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

GNSS 오차 공유를 이용한 드론 협동 항법{Drone-cooperative Navigation Method Using Global Navigation Satellite System error sharing}
본 발명은 GNSS(Global Navigation Satellite System) 시스템과 INS(Inertial Navigation System) 시스템이 결합된 GNSS/INS 시스템을 이용한 복수의 드론 협동 항법 및 항법 장치 동작 방법에 관한 것이다.
구체적으로, 복수의 드론 협동 항법은 GNSS 오차 공유를 이용하여 특정 구조물에 대한 각 드론의 상대위치를 정확하게 얻는 드론 협동 항법에 관한 것이다.
또한, 항법 장치 동작 방법은, 업데이트 되는 GNSS/INS 측정치와 센서 측정치를 조합하여 구조물의 위치를 추정함으로써 해당 드론의 상대위치를 정확하게 얻는 방법에 관한 것이다.
소형 드론은 뛰어난 이동성과 다양한 센서의 이용가능성을 가지고 있어, 인간이 접근하기 어려운 환경에서 다양한 임무를 수행할 수 있으며, 소형 드론의 낮은 가격과 낮은 복잡도는 다수 운용이 가능한 장점을 가지고 있다.
일반적으로 실외 임무에 사용되는 일반적인 드론은 위성 항법 시스템(GNSS, Global Navigation Satellite System)을 기반으로 임무 경로가 결정되며 위치가 제어된다.
다만 구조물 검사 임무 등에서는 구조물과 드론의 상대위치의 높은 정확도가 요구되나, GNSS를 기반으로 한 임무 수행 시 항법 정확도가 매우 감소되는 문제점이 존재하였다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 2개 이상의 드론이 구조물 검사 임무에 사용될 때, 각각의 드론에 탑재된 센서로부터 얻은 데이터와 위성 항법 시스템(GNSS)으로부터 얻은 데이터를 서로 공유하여, 각각의 드론의 구조물에 대한 오차가 적은 상대위치 데이터를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 업데이트 되는 GNSS/INS 측정치와 센서 측정치를 조합하여 구조물의 위치를 추정함으로써 해당 드론의 상대위치 데이터를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 복수의 드론 협동 항법은, 제1 드론과 제2 드론을 포함하는 복수의 드론 협동 항법에 있어서, GNSS 측정치를 기초로 제1 드론의 제1 절대위치 초기값을 설정하는 단계, 상기 제1 절대위치 초기값 및 상기 제1 드론에 포함된 센서부를 통해 획득된 제1 센서 측정치를 기초로 제1 절대위치 추정값을 획득하는 단계, 상기 제1 절대위치 초기값과 상기 제1 절대위치 추정값 사이의 오차인 GNSS 오차를 계산하는 단계, 계산된 상기 GNSS 오차를 제2 드론에 전달하는 단계 및 상기 전달받은 GNSS 오차를 기초로 상기 제2 드론의 산업 구조물을 기준으로 한 상대위치를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 GNSS 측정치를 기초로 제1 드론의 제1 절대위치 초기값을 설정하는 단계는, 상기 GNSS 측정치와 상기 제1 드론의 센서부에 포함된 IMU 센서의 측정치를 조합한 결과를 상기 제1 절대위치 초기값으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 센서 측정치는, 상기 산업 구조물과 상기 제1 드론 사이의 거리 데이터 및 상기 제1 드론으로부터 촬영된 상기 산업 구조물의 이미지 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 센서 측정치와 상기 제1 절대위치 추정값을 기초로 상기 산업 구조물의 절대위치 초기값을 설정하는 단계 및 상기 제1 드론의 상기 제1 센서 측정치가 업데이트되면, 상기 업데이트되는 제1 센서 측정치 및 상기 산업 구조물의 절대위치 초기값을 기초로 상기 산업 구조물의 절대위치 추정값을 획득하는 단계 및 상기 획득된 산업 구조물의 절대위치 추정값을 제2 드론에 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 산업 구조물의 절대위치 추정값을 획득하는 단계는, 상기 업데이트되는 제1 센서 측정치를 기초로 상기 제1 절대위치 추정값을 보정하고, 상기 제1 드론의 상기 보정된 제1 절대위치 추정값, 상기 업데이트되는 제1 센서 측정치 및 상기 산업 구조물의 절대위치 초기값을 조합하여 상기 산업 구조물의 절대위치 추정값을 획들할 수 있다.
또한, 상기 제2 드론의 상기 산업 구조물을 기준으로 한 상대위치를 계산하는 단계는, 기 제2 드론의 GNSS 측정치를 기초로 상기 제2 드론의 제2 절대위치 초기값을 설정하는 단계와, 상기 설정된 제2 절대위치 초기값과 상기 전달받은 GNSS 오차에 기초하여 상기 제2 드론의 제2 절대위치 추정값을 획득하는 단계와, 상기 획득된 제2 절대위치 추정값과, 상기 전달받은 산업 구조물의 절대위치 추정값을 조합하여 상기 제2 드론의 상대위치를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 절대위치 추정값을 획득하는 단계는, 상기 제2 절대위치 초기값에 상기 전달받은 GNSS 오차를 합산하여 상기 제2 절대위치 추정값을 획득하거나 또는 상기 제2 드론에 포함된 센서부를 통해 제2 센서 측정치를 획득하고, 상기 제2 절대위치 초기값, 획득된 상기 제2 센서 측정치 및 상기 전달받은 GNSS 오차를 조합하여 상기 제2 절대위치 추정값을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 항법 장치 동작 방법은, GNSS 측정치를 기초로 드론의 절대위치 초기값을 설정하는 단계, 상기 드론에 포함된 센서부를 통해 센서 측정치를 획득하는 단계, 상기 절대위치 초기값과 상기 센서 측정치를 기초로 상기 드론의 절대위치 추정값을 획득하는 단계, 상기 센서 측정치와 상기 절대위치 추정값을 기초로 산업 구조물의 절대위치 초기값을 설정하는 단계, 상기 드론의 상기 센서 측정치가 업데이트되면, 상기 업데이트되는 센서 측정치 및 상기 산업 구조물의 절대위치 초기값을 기초로 상기 산업 구조물의 절대위치 추정값을 획득하는 단계, 상기 획득된 산업 구조물의 절대위치 추정값을 기타 드론과 공유하는 단계, 상기 공유받은 산업 구조물의 절대위치 추정값을 이용하여 상기 드론이 획득한 산업 구조물의 절대위치 추정값과 상기 드론의 절대위치 추정값을 보정하는 단계 및 상기 보정된 드론의 절대위치 추정값과 상기 산업 구조물의 절대위치 추정값을 이용하여 상기 드론의 상대위치를 계산하는 단계를 포함하되, 상기 센서 측정치는 상기 산업 구조물과 상기 드론 사이의 거리 데이터 및 상기 드론으로부터 촬영된 상기 산업 구조물의 이미지 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 GNSS 측정치를 기초로 드론의 절대위치 초기값을 설정하는 단계는, 상기 GNSS 측정치와 상기 센서부에 포함된 IMU 센서의 측정치를 조합한 결과를 상기 드론의 절대위치 초기값으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 산업 구조물의 절대위치 추정값을 획득하는 단계는, 상기 업데이트되는 센서 측정치를 기초로 상기 드론의 절대위치 추정값을 보정하고, 상기 드론의 상기 보정된 절대위치 추정값, 상기 업데이트되는 센서 측정치 및 상기 산업 구조물의 절대위치 초기값을 조합하여 상기 산업 구조물의 절대위치 추정값을 획득할 수 있다.
본 발명의 GNSS 오차 공유를 이용한 항법 장치는, 2개 이상의 드론이 구조물 검사 임무에 사용될 때, 각각의 드론에 탑재된 센서로부터 얻은 데이터와 위성 항법 시스템(GNSS)으로부터 얻은 데이터를 서로 공유하여, 각각의 드론의 구조물에 대한 오차가 적은 상대위치 데이터를 제공할 수 있다. 따라서, 구조물 검사 현장의 조건에 유연하게 대응하면서 각각의 드론에 대한 정확한 상대위치 데이터를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 GNSS 오차 공유를 이용한 항법 장치의 일 실시예는, GNSS 오차를 공유받은 드론이 별도의 센서 데이터를 획득하는 과정 또는 별도로 산업 구조물의 절대위치를 계산하는 과정을 생략한 채로 정확한 상대위치를 결정할 수 있는 새로운 효과를 갖는다.
이를 통해 GNSS 오차를 공유받은 드론이 별도의 센서를 탑재하지 않거나 또는 GNSS 오차를 공유받은 드론이 산업 구조물을 측정하고 있지 않아도 해당 드론의 절대위치와 상대위치를 정확하게 결정할 수 있다. 또한 이를 통해 데이터 연산량이 감소되고 데이터 처리속도가 향상되는 효과 또한 가질 수 있다.
상술한 내용과 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 항법 시스템을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 드론의 구성을 세부적으로 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 2의 거리 센서의 구성을 세부적으로 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 도 2의 GNSS/INS 센서의 구성을 세부적으로 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 서버의 구성을 세부적으로 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3차원 공간에서의 복수의 드론 궤적과 구조물의 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 드론의 상대위치 추정값을 도출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 제1 드론의 GNSS 오차를 이용하여 제2 드론과 제3 드론이 상대위치를 계산하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 드론의 상대위치를 계산하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 각 드론이 획득한 구조물의 절대위치 추정값을 공유함으로써 각 드론이 상대위치를 계산하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11은 제1 드론의 GNSS 오차를 이용하여 제2 드론의 상대위치를 계산하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12는 제1 드론과 제2 드론이 각자 계산된 GNSS 오차를 서로 공유함으로써 각 드론의 상대위치를 계산하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 용어나 단어는 일반적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니된다. 발명자가 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어나 단어의 개념을 정의할 수 있다는 원칙에 따라, 본 발명의 기술적 사상과 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명이 실현되는 하나의 실시예에 불과하고, 본 발명의 기술적 사상을 전부 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 및 응용 가능한 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. '및/또는' 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
“a, b 및 c 중 적어도 하나”라는 부분이 포함된 문장의 의미는 그 부분이 a만을 포함하는 경우, b만을 포함하는 경우, c만을 포함하는 경우, a와 b를 포함하는 경우, a와 c를 포함하는 경우, b와 c를 포함하는 경우와, a, b 및 c를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호 간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
이하에서는, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 GNSS 오차 공유를 이용한 항법 시스템의 구성 요소에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 항법 시스템을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 항법 시스템(10)은 드론(100), 산업 구조물(200) 및 서버(300)를 포함할 수 있다.
항법 시스템(10)은 드론(100)으로부터 얻은 GNSS/INS 측정치 및 센서 측정치를 조합하여 드론(100)의 상대위치를 추정하는 시스템일 수 있다.
드론(100)은 서버(300)의 제어 명령에 따라 산업 구조물(200) 주위를 비행하며, 산업 구조물(200)의 상태를 점검하는 장치를 포함할 수 있다. 드론(100)은 UAV(unmanned aerial vehicle)로도 호칭될 수 있다.
드론(100)은 복수의 드론(101 내지 103)을 포함할 수 있다. 이때 도 1에는 복수의 드론(101 내지 103)의 개수가 3개인 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 제한되지 않음은 당연하다.
드론(100)은 미리 계산된 이동 경로를 따라 산업 구조물(200) 주변을 자동 비행하도록 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 드론(100)은 필요에 따라 산업 구조물(200) 주변을 수동으로 비행할 수도 있다.
산업 구조물(200)은 점검에 많은 인원과 비용이 필요하거나, 인간이 직접 점검을 수행하기에는 위험성이 높은 대형 시설물을 의미할 수 있다.
산업 구조물(200)은 풍력 발전기, 공장이나 건물 등 기업의 운영을 목적으로 건설한 건축물 또는 시설물, 교량, 전력선, 배전선, 도로 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1에는 산업 구조물(200)의 몇몇 예로서 풍력발전기가 도시되어 있다. 이하 설명의 편의를 위해 산업 구조물(200)은 풍력발전기인 것으로 가정하여 설명한다.
서버(300) 및 드론(100)은 통신망을 통해서 데이터를 교환할 수 있다. 이때, 통신망은 유선 인터넷 기술, 무선 인터넷 기술 및 근거리 통신 기술에 의한 통신망을 포함할 수 있다. 유선 인터넷 기술은 예를 들어, 근거리 통신망(LAN, Local area network) 및 광역 통신망(WAN, wide area network) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
무선 인터넷 기술은 예를 들어, 무선랜(Wireless LAN: WLAN), DLNA(Digital Living Network Alliance), 와이브로(Wireless Broadband: Wibro), 와이맥스(World Interoperability for Microwave Access: Wimax), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), IEEE 802.16, 롱 텀 에볼루션(Long Term Evolution: LTE), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced), 광대역 무선 이동 통신 서비스(Wireless Mobile Broadband Service: WMBS) 및 5G NR(New Radio) 기술 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
근거리 통신 기술은 예를 들어, 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association: IrDA), UWB(Ultra-Wideband), 지그비(ZigBee), 인접 자장 통신(Near Field Communication: NFC), 초음파 통신(Ultra Sound Communication: USC), 가시광 통신(Visible Light Communication: VLC), 와이 파이(Wi-Fi), 와이 파이 다이렉트(Wi-Fi Direct), 5G NR (New Radio) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
통신망을 통해서 통신하는 드론(100) 및 서버(300)는 이동 통신을 위한 기술 표준 및 표준 통신 방식을 준수할 수 있다. 예를 들어, 표준 통신 방식은 GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), CDMA2000(Code Division Multi Access 2000), EV-DO(Enhanced Voice-Data Optimized or Enhanced Voice-Data Only), WCDMA(Wideband CDMA), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTEA(Long Term Evolution-Advanced) 및 5G NR(New Radio) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 드론(100)은 서버(300)와 근거리 통신 기술, 유선 인터넷 기술 및 무선 인터넷 기술 중 적어도 하나에 의해 연결될 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
서버(300)는 전술한 통신망을 이용하여 드론(100)으로부터 항법 설정에 관련된 데이터를 수신할 수 있다. 몇몇 예로, 서버(300)는 드론(100)으로부터 복수의 드론(101 내지 103) 각각의 GNSS/INS 측정치 및/또는 각 드론(101 내지 103)이 측정한 센서 측정치를 수신할 수 있다.
서버(300)는 위성 항법 시스템(GNSS, Global Navigation Satellite System)과 관성 항법 시스템(INS, Inertial Navigation System)이 통합된 항법 시스템(GNSS/INS)에 수신한 데이터들을 입력해 드론(100)의 상대위치 데이터를 생성할 수 있다.
도 2는 드론의 구성을 세부적으로 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 항법 시스템(10)의 드론(100)은 센서부(110), GNSS/INS 모듈(120), 항법 계산 모듈(130) 및 통신 모듈(140)을 포함할 수 있다.
센서부(110)는 드론(100) 및/또는 산업 구조물(200) 주변의 상태를 감지 또는 측정할 수 있다. 다시 말하면, 센서부(110)는 드론(100) 및/또는 산업 구조물(200)에 대한 센서 측정치를 생성할 수 있다.
몇몇 예로, 센서부(110)는 산업 구조물(200)의 이미지 데이터, 드론(100)과 산업 구조물(200)사이의 거리 데이터 등을 생성할 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
GNSS/INS 모듈(120)은 드론(100)의 GNSS/INS 측정치를 생성할 수 있다. 이때 GNSS/INS 측정치는 드론(100)의 상태 변수를 포함할 수 있다. 몇몇 예로, GNSS/INS 측정치는 드론(100)의 GNSS 측정치, 속도, 가속도 및 자세(attitude) 등을 포함할 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
항법 계산 모듈(130)은 센서부(110) 및 GNSS/INS 모듈(120)이 생성한 데이터를 기초로 드론(100)의 항법을 계산할 수 있다.
몇몇 예로, 항법 계산 모듈(130)은 센서 측정치 및/또는 GNSS/INS 측정치를 이용하여 산업 구조물(200)을 기준으로 한 드론(100)의 상대위치를 계산할 수 있다. 항법 계산 모듈(130)이 상대위치를 계산하는 과정에 대하여는 후술하기로 한다.
통신 모듈(140)은 산업 구조물(200) 주변을 비행하는 다른 드론들 및/또는 서버(300) 와 통신망을 통해 데이터를 교환하도록 구성될 수 있다.
몇몇 예로, 통신 모듈(140)은 생성된 GNSS 오차 및/또는 산업 구조물(200)의 절대위치 추정값 등을 다른 드론들에 전송할 수 있다.
다른 몇몇 예로, 통신 모듈(140)은 센서부(110)에 의해 생성된 센서 측정치 및/또는 GNSS/INS 모듈(120)에 의해 생성된 GNSS/INS 측정치를 서버(300)에 전송하고, 서버(300)로부터 가공된 데이터를 전송받을 수 있다.
도 3은 도 2의 거리 센서의 구성을 세부적으로 설명하기 위한 블록도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 센서부(110)는 카메라(111) 및 거리 센서(112)를 포함할 수 있고, 거리 센서(112)는 전방 거리 센서(112a) 및 하방 거리 센서(112b)를 포함할 수 있다.
센서부(110)의 카메라(111)는 드론(100)에 탑재될 수 있다. 카메라(111)는 산업 구조물(200)의 이미지를 촬영하여 산업 구조물(200)에 대한 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 또한, 카메라(111)는 산업 구조물(200)을 기준으로 드론(100)이 이루는 수직 각도 및/또는 수평 각도를 측정하도록 구성될 수 있다.
센서부(110)의 거리 센서(112)는 각각의 드론(100)에 설치되어 각 드론(100)의 거리 데이터를 생성할 수 있다.
예를 들어, 거리 센서(112)는, 산업 구조물(200)과 각 드론(100) 사이의 수평 거리를 측정하는 전방 거리 센서(112a) 및 산업 구조물(200)과 각 드론(100) 사이의 수직 거리 또는 높이를 측정하는 하방 거리 센서(112b)를 포함하도록 구성될 수 있다.
다시 말하면, 전방 거리 센서(112a)는 드론(100)과 산업 구조물(200)사이의 전방 거리 데이터를 생성할 수 있고, 하방 거리 센서(112b)는 드론(100)과 산업 구조물(200)사이의 하방 거리 데이터를 생성할 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4는 도 2의 GNSS/INS 모듈의 구성을 세부적으로 설명하기 위한 블록도이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, GNSS/INS 모듈(120)은 전술한 바와 같이 드론(100)의 GNSS/INS 측정치를 생성할 수 있고, 이때 GNSS/INS 모듈(120)은 GNSS 수신기(120a) 및 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서(120b)를 포함할 수 있다.
이때, GNSS/INS 모듈(120)이 생성하는 GNSS/INS 측정치는 드론(100)의 상태 변수, 예컨대 드론(100)의 GNSS 측정치, 속도, 가속도 및 자세 등을 포함할 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로 설명하면, GNSS 수신기(120a)는 드론(100)의 GNSS 측정치 및/또는 드론(100)의 속도를 측정할 수 있다. IMU 센서(120b)는 드론(100)의 가속도, 각속도, 자세 등을 측정할 수 있다.
다만, 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니며, 예컨대 GNSS/INS 모듈(120)에서 GNSS 수신기(120a) 및 IMU 센서(120b) 중 일부가 생략되거나, 각 구성이 서로 통합되어 별개의 구성을 이루거나 또는 각 구성 중 어느 하나의 구성이 또 다른 세부 구성으로 분리될 수도 있다.
도 5는 서버의 구성을 세부적으로 설명하기 위한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 항법 시스템(10)의 서버(300)는 데이터 송수신 모듈(310), 프로세서(320) 및 데이터 저장 모듈(330)을 포함할 수 있다.
데이터 송수신 모듈(310)은 통신망을 통해 드론(100)과 데이터를 교환하도록 구성될 수 있다. 데이터 송수신 모듈(310)은 드론(100)으로부터 GNSS/INS 측정치와 센서 측정치를 수신할 수 있고, 수신된 GNSS 측정치와 센서 측정치를 통해 가공한 데이터를 드론(100)으로 전송할 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
프로세서(320)는 데이터 송수신 모듈(310)로부터 데이터를 받아 데이터의 연산이 이루어지도록 한다.
프로세서(320)는 데이터 송수신 모듈(310)로부터 전달받은 데이터를 기초로 드론(100)의 항법을 계산할 수 있다. 몇몇 예로, 프로세서(320)는 전달받은 센서 측정치 및/또는 GNSS/INS 측정치를 이용하여 산업 구조물(200)을 기준으로 한 드론(100)의 상대위치를 계산할 수 있다.
다시 말하면, 프로세서(320)는 드론(100)에 포함된 항법 계산 모듈(130)과 동일한 역할을 수행할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 드론(100)의 항법 계산, 드론(100)의 산업 구조물(200)을 기준으로 하는 상대위치 계산은 드론(100)의 항법 계산 모듈(130)에 의해 수행되는 것으로 가정하여 설명한다.
데이터 저장 모듈(330)은 데이터 송수신 모듈(310) 및 프로세서(320)에 의한 데이터 처리 과정에 필요한 데이터와 프로세서(320)에 의해 생성되는 데이터를 저장하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 데이터 저장 모듈(330)은 드론(100)으로부터 수신된 GNSS/INS 측정치와 센서 측정치를 저장할 수 있다. 다른 예를 들어, 데이터 저장 모듈(330)은 프로세서(320)가 GNSS/INS 측정치와 센서 측정치를 이용하여 생성한 데이터, 예컨대 드론(100)의 상대위치 데이터를 저장할 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
이하에서는, 도 6 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 GNSS 오차 공유를 이용한 복수의 드론 협동 방법과 항법 장치 동작 방법에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3차원 공간에서의 복수의 드론 궤적과 구조물의 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 3차원의 공간 상에 드론(100)이 산업 구조물(200) 주위를 비행할 수 있다. 드론(100)은 제1 드론(101), 제2 드론(102) 및 제3 드론(103)을 포함할 수 있다. 드론(100)의 개수가 3개로 도시되었지만, 본 발명의 몇몇 실시예들이 이러한 개수에 제한되는 것은 아니다. 드론(100)은 각각 정해진 비행 경로를 따라 산업 구조물(200) 주위를 비행할 수 있다.
산업 구조물(200)은 구조물 중심점(CP)을 기준으로 수평 평면과 수직 평면으로 구성될 수 있다. 구조물 중심점(CP)은 산업 구조물(200)의 위치를 나타내며, 산업 구조물(200)을 기준으로 하는 상대 좌표계의 원점이 될 수 있다.
도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 드론의 상대위치 추정값을 도출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7에서는 각 드론(101 내지 103)중 어느 하나인, 제1 드론(101)의 상대위치 도출과정을 설명한다. 이때 상대위치 도출과정은 전술한 바와 같이 제1 드론(101)의 항법 계산 모듈에 의해 수행되거나 또는 서버(300)의 프로세서(320)에 의해 수행될 수 있다. 다만 이하 설명의 편의를 위해 제1 드론(101)의 상대위치 도출과정은 제1 드론(101)에 포함된 항법 계산 모듈에 의해 수행되는 것으로 가정하여 설명한다.
도 2, 도 6 및 도 7을 참조하면, 먼저 제1 드론(101), 제2 드론(102) 및 제3 드론(103)은 산업 구조물(200) 주위를 비행하며, 센서부(110)를 통해 센서 측정치를 생성할 수 있고, GNSS/INS 모듈(120)을 이용하여 GNSS/INS 측정치를 생성할 수 있다.
이때, 전술한 바와 같이 센서 측정치는 산업 구조물(200)과 각각의 드론(101 내지 103) 사이의 거리 데이터, 각각의 드론(101 내지 103)으로부터 촬영된 산업 구조물(200)의 이미지 데이터 등을 포함할 수 있고, GNSS/INS 측정치는 각 드론(101 내지 103)의 상태 변수, 예컨대 각 드론(101 내지 103)의 GNSS 측정치, 속도, 가속도 및 자세 등을 포함할 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
항법 계산 모듈(130)은 제1 드론(101)의 절대위치 초기값, 즉 제1 절대위치 초기값(IAP_D1)을 설정할 수 있다. 예컨대, 항법 계산 모듈(130)은 제1 드론(101)의 GNSS/INS 측정치를 기초로 제1 드론(101)의 절대위치 초기값(IAP_D1)을 설정할 수 있다.
일 예로, 항법 계산 모듈(130)은 제1 드론(101)의 GNSS 측정치를 제1 드론(101)의 절대위치 초기값(IAP_D1)으로 설정할 수 있다.
다른 예로, 항법 계산 모듈(130)은 제1 드론(101)의 GNSS 측정치와 제1 드론(101)의 가속도 측정치를 조합한 결과를 제1 절대위치 초기값(IAP_D1)으로 설정할 수 있다. 이때 GNSS 측정치는 제1 드론(101)의 GNSS 수신기(도 4의 120a)에 의해 측정될 수 있고, 가속도 측정치는 제1 드론(101)의 IMU 센서(도 4의 120b)에 의해 측정될 수 있다. 이때, 항법 계산 모듈(130)이 GNSS 측정치 뿐만 아니라 가속도 측정치 까지 이용하여 절대위치 초기값(IAP_D1)을 설정함으로써, 제1 드론(101)의 절대위치를 더욱 정확하게 파악할 수 있다.
이어서, 항법 계산 모듈(130)은 설정된 제1 절대위치 초기값(IAP_D1)을 기초로 제1 드론(101)의 절대위치 추정값, 즉 제1 절대위치 추정값(EAP_D1)을 획득할 수 있다.
몇몇 예로, 항법 계산 모듈(130)은 제1 드론(101)의 센서부(110)를 통해 얻은 센서 측정치, 즉 제1 센서 측정치(SD_D1)와 제1 절대위치 초기값(IAP_D1)을 기초로 제1 절대위치 추정값(EAP_D1)을 획득할 수 있다. 예컨대, 항법 계산 모듈(130)은 설정된 제1 절대위치 초기값(IAP_D1)을 제1 센서 측정치(SD_D1)를 이용하여 보정함으로써 제1 절대위치 추정값(EAP_D1)을 획득할 수 있다.
이때, 제1 센서 측정치(SD_D1)는 전술한 바와 같이 제1 드론(101)의 센서부(110)에 의해 획득되는 산업 구조물(200)의 이미지 데이터, 제1 드론(101)과 산업 구조물(200)사이의 거리 데이터 등을 포함할 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 항법 계산 모듈(130)은 제1 절대위치 추정값(EAP_D1)을 기초로 제1 드론(101)의 산업 구조물(200)을 기준으로 한 상대위치(RP_D1)를 계산할 수 있다.
이때, 항법 계산 모듈(130)은 제1 절대위치 추정값(EAP_D1)을 기초로 구조물(200)의 절대위치를 판단하고, 판단된 구조물(200)의 절대위치에 기초하여 상대위치(RP_D1)를 계산할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 항법 계산 모듈(130)은 제1 센서 측정치(SD_D1)와 제1 절대위치 추정값(EAP_D1)을 이용하여 구조물(200)의 절대위치 초기값을 설정할 수 있다. 이때, 항법 계산 모듈(130)은 미리 정해진 위치 결정 알고리즘 등을 이용하여 제1 센서 측정치(SD_D1)와 제1 절대위치 추정값(EAP_D1)을 조합하고, 조합한 결과를 구조물(200)의 절대위치 초기값으로 설정할 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 항법 계산 모듈(130)은 제1 드론(101)의 제1 센서 측정치(SD_D1)의 업데이트 결과에 기초하여 구조물(200)의 절대위치 추정값(EAP_TB)을 획득할 수 있다.
예를 들어, 항법 계산 모듈(130)은 미리 정해진 주기(예: 1초 이하)에 따라 제1 센서 측정치(SD_D1)를 업데이트 하도록 센서부(110)를 제어할 수 있고, 업데이트 되는 제1 센서 측정치(SD_D1)에 기초하여 구조물(200)의 절대위치 추정값(EAP_TB)을 획득할 수 있다.
이때, 항법 계산 모듈(130)은 제1 센서 측정치(SD_D1)가 업데이트되면, 업데이트되는 제1 센서 측정치(SD_D1), 제1 센서 측정치(SD_D1)의 업데이트에 따라 보정되는 제1 절대위치 추정값(EAP_D1) 및 설정된 구조물(200)의 절대위치 초기값을 조합하여 구조물(200)의 절대위치 추정값(EAP_TB)을 획득할 수 있다.
다시 말하면, 항법 계산 모듈(130)은 제1 센서 측정치(SD_D1)가 업데이트 될 때 마다, 제1 절대위치 추정값(EAP_D1)과 설정된 구조물(200)의 절대위치 초기값을 상태 벡터로 하는 EKF(Extended Kalman Filter)를 구성하여 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)단계를 수행할 수 있다.
이어서, 항법 계산 모듈(130)은 제1 센서 측정치(SD_D1)의 업데이트에 따라 보정된 제1 절대위치 추정값(EAP_D1) 및 획득된 구조물(200)의 절대위치 추정값(EAP_TB)의 차이를 계산함으로써 제1 드론(101)의 상대위치를 계산할 수 있다.
각 드론(101 내지 103)은 서로 간에 데이터 공유 과정을 통해 각 드론(101 내지 103)의 상대위치를 더욱 정확하게 계산할 수 있다.
예를 들어, 각 드론(101 내지 103)이 획득한 구조물의 절대위치 추정값(EAP_TB)은 서로 공유될 수 있다.
예컨대, 제2 드론(102)과 제3 드론(103)이 각각 제2 절대위치 추정치와 제3 절대위치 추정값을 획득하고, 이를 통해 구조물의 절대위치 추정값(EAP_TB)을 획득하게 되면, 각 드론(101 내지 103)이 획득한 구조물의 절대위치 추정값(EAP_TB)은 서로 공유될 수 있다. 다시 말하면, 이때 각 드론(101 내지 103) 및 각 드론의 처리 데이터를 공유하는 전체 항법 시스템(도 1의 10)은 Multi-Agent SLAM 알고리즘을 수행하게 되는 것이다.
즉, 제1 드론(101)이 획득한 구조물의 절대위치 추정값(EAP_TB)과, 제2 드론(102)이 획득한 구조물의 절대위치 추정값(EAP_TB)은 상태 변수 또는 센싱 값의 차이로 서로 일부 상이할 수 있다. 이러한 차이를 감소시키기 위해 획득된 구조물의 절대위치 추정값(EAP_TB)은 복수의 드론 간에 서로 공유될 수 있다.
제1 드론(101)을 예를 들어 설명하면, 제1 드론(101)의 항법 계산 모듈(130)은 제1 드론(101)이 획득한 구조물의 절대위치 추정값(EAP_TB)과 기타 다른 드론(예: 제2 드론 및 제3 드론)으로부터 공유 받은 구조물의 절대위치 추정값(EAP_TB)의 조합값(예: 평균)을 최종 구조물의 절대위치 추정값으로 결정할 수 있다. 이때, 제1 드론(101)은 결정된 최종 구조물의 절대위치 추정값을 이용하여 제1 드론(101)의 제1 절대위치 추정값(EAP_D1)을 추가로 보정할 수 있다. 이어서, 제1 드론(101)은 결정된 최종 구조물의 절대위치 추정값과 추가로 보정된 제1 절대위치 추정값(EAP_D1)의 차이를 제1 드론(101)의 상대위치로 계산할 수 있다.
도 8은 제1 드론의 GNSS 오차를 이용하여 제2 드론과 제3 드론이 상대위치를 계산하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
이하 설명의 편의를 위해 제2 드론(102)의 상대위치를 계산하는 경우만을 예로 들어 설명한다.
도 2, 도 6 및 도 8을 참조하면, 우선, 제1 드론(101)의 항법 계산 모듈(130)은 도 7에서 전술한 과정을 통해 제1 절대위치 초기값(IAP_D1)과 제1 절대위치 추정값(EAP_D1)을 결정한 후, 제1 절대위치 초기값(IAP_D1)과 제1 절대위치 추정값(EAP_D1)의 차이, 즉 GNSS 오차(GE)를 계산할 수 있다.
이때, GNSS 오차(GE)는 3개의 좌표축(X축, Y축, Z축) 각각에 대하여 별도로 계산될 수 있다.
이어서, 제1 드론(101)은 계산된 GNSS 오차(GE)와 산업 구조물(200)의 절대위치 추정값(EAP_TB)을 제2 드론(102)에 공유할 수 있다. 이때, 제1 드론(101)은 통신 모듈(140)을 통해 해당 데이터들을 제2 드론(102)에 공유할 수 있다.
이때, GNSS 오차(GE)는 3개의 좌표축(X축, Y축, Z축) 각각에 대하여 별도로 공유될 수 있다. 다시 말하면, 제1 드론(101)은 X축에 관련된 GNSS 오차와, Y축에 관련된 GNSS 오차와, Z축에 관련된 GNSS 오차를 구분하여 제2 드론(102)에 공유할 수 있다.
제2 드론(102)은 제2 드론(102)의 절대위치 초기값, 즉 제2 절대위치 초기값(IAP_D2)을 설정할 수 있다.
이때, 제2 드론(102)은 제1 드론(101)에서와 같은 방식으로 제2 절대위치 초기값(IAP_D2)을 설정할 수 있다. 다시 말하면, 제2 드론(102)은 제2 드론(102)의 GNSS 측정치를 제2 절대위치 초기값(IAP_D2)으로 설정하거나 또는 제2 드론(102)의 GNSS 측정치와 제2 드론(102)의 가속도 측정치를 조합한 결과를 제2 절대위치 초기값(IAP_D2)으로 설정할 수 있다. 이때 GNSS 측정치는 제2 드론(102)의 GNSS 수신기(도 4의 120a)에 의해 측정될 수 있고, 가속도 측정치는 제2 드론(102)의 IMU 센서(도 4의 120b)에 의해 측정될 수 있다.
제2 드론(102) 은 제1 드론(101)으로부터 전달받은 GNSS 오차(GE)와 설정된 제2 절대위치 초기값(IAP_D2)에 기초하여 제2 드론(102)의 절대위치 추정값, 즉 제2 절대위치 추정값(EAP_D2)을 획득할 수 있다.
일 예로, 제2 드론(102)의 항법 계산 모듈(130)은 제2 절대위치 초기값(IAP_D2)에 GNSS 오차(GE)를 합산한 결과를 제2 절대위치 추정값(EAP_D2)으로 결정할 수 있다.
이때, 제2 드론(102)은 제2 드론(102)이 별도의 센서 데이터(제2 센서 데이터)를 획득하는 과정을 생략한 채로, 정확한 절대위치 추정값(EAP_D2)을 획득할 수 있는 새로운 효과를 갖는다. 다시 말하면, 제2 드론(102)은 GNSS/INS 모듈(도 4의 120)을 이용하여 제2 절대위치 초기값(IAP_D2)을 설정할 뿐, 제2 드론(102)의 센서부(도 2의 110)를 구동함이 없이 제2 절대위치 추정값(EAP_D2)을 결정할 수 있다.
이에 따라, 제2 드론(102)이 별도의 센서부(도 4의 110)를 탑재하지 않거나 또는 제2 드론(102)이 산업 구조물(200)을 측정하고 있지 않아도, 제2 드론(102)의 절대위치 및/또는 상대위치를 더욱 정확하게 획득할 수 있는 새로운 효과를 갖게 되는 것이다.
다른 예로, 제2 드론(102)의 항법 계산 모듈(130)은 제2 절대위치 초기값(IAP_D2)과 GNSS 오차(GE)와 함께, 제2 드론의 센서부에 의해 획득된 센서 데이터, 즉 제2 센서 측정치(SD_D2)에 더 기초하여 제2 절대위치 추정값(EAP_D2)을 결정할 수 있다.
예를 들어, 제2 드론(102)의 항법 계산 모듈(130)은 설정된 제2 절대위치 초기값(IAP_D2)을 제2 센서 측정치(SD_D2)를 이용하여 보정하고, 보정된 결과에 GNSS 오차(GE)를 합산함으로써 제2 절대위치 추정값(EAP_D2)을 획득할 수 있다. 이때, 제2 센서 측정치(SD_D2)는 제2 드론(102)의 센서부(110)에 의해 획득되는 산업 구조물(200)의 이미지 데이터, 제2 드론(102)과 산업 구조물(200)사이의 거리 데이터 등을 포함할 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 제2 드론(102)의 항법 계산 모듈(130)은 제1 드론(101) 및/또는 서버(300)로부터 수신되는 산업 구조물의 절대위치 추정값(EAP_TB)과 제2 절대위치 추정값(EAP_D2)의 차이를 계산하고, 계산된 차이를 제2 드론의 상대위치(RP_D2)로 결정할 수 있다.
이때, 제2 드론(102)은 별도로 산업 구조물의 절대위치를 계산하는 과정을 생략한 채로, 정확한 상대위치(RP_D2)를 결정할 수 있는 새로운 효과를 갖는다. 다시 말하면, 제2 드론(102)은 전술한 바와 같은 산업 구조물의 절대위치 추정값(EAP_TB)을 계산하는 과정을 수행할 필요가 없고, 제1 드론(101)에 의해 계산된 산업 구조물의 절대위치 추정값(EAP_TB)을 수신하여 이용할 수 있으므로, 데이터 연산량 감소 및 데이터 처리속도 향상의 효과를 가질 수 있다.
도 8에는 GNSS 오차(GE)와 산업 구조물의 절대위치 추정값(EAP_TB)을 제1 드론(101)만이 계산하고 이를 제2 드론(102)과 제3 드론(103)에 공유하는 과정만이 도시되어 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 예로, 항법 시스템(10)내의 어느 하나의 드론은 다른 복수의 드론들로부터 공유받은 데이터를 이용할 수도 있다.
예컨대, 항법 시스템(10)내의 제3 드론(103)은 기타 드론들(101 및 102)로부터 GNSS 오차(GE)와 산업 구조물의 절대위치 추정값(EAP_TB)을 각각 공유받을 수 있다.
일 예로, 제3 드론(103)은 제1 드론(101)으로부터 공유받은 GNSS 오차(GE)와 제2 드론(102)으로부터 공유받은 GNSS 오차(GE) 중 어느 하나를 선택하여 이용할 수 있다.
예컨대, GNSS 오차(GE) 공유시 전술한 바와 같이 3개의 좌표축 각각에 대하여 GNSS 오차(GE)를 공유받을 수 있는데, 이때 제1 드론(101)으로부터 공유받은 GNSS 오차(GE)와 제2 드론(102)으로부터 공유받은 GNSS 오차(GE)가 같은 좌표축을 공유하고 있는 경우, 제3 드론(103)은 이들의 오차 공분산을 비교하여 공분산이 가장 작은 GNSS 오차(GE)를 선택하여 이용할 수 있다.
다른 예로, 제3 드론(103)은 제1 드론(101)으로부터 공유받은 GNSS 오차(GE)와 제2 드론(102)으로부터 공유받은 GNSS 오차(GE)를 모두 이용할 수도 있다. 예컨대, 제3 드론(103)은 제1 드론(101)으로부터 공유받은 GNSS 오차(GE)와 제2 드론(102)으로부터 공유받은 GNSS 오차(GE)의 조합값(예: 평균값)등을 이용할 수 있다.
다른 몇몇 예로, 항법 시스템(10)내의 복수의 드론(101 내지 103)은 각 드론(101 내지 103) 별로 데이터 연산을 수행할 수 있고, 각 드론(101 내지 103)의 데이터 처리 결과는 서로 간에 공유되어 이용될 수 있다.
다시 말하면, 각 드론(101 내지 103)들은 GNSS 오차(GE)와 산업 구조물의 절대위치 추정값(EAP_TB)을 별도로 계산할 수 있고, 계산된 GNSS 오차(GE)와 산업 구조물의 절대위치 추정값(EAP_TB)을 서로간에 공유할 수 있다.
제1 드론(101)과 제2 드론(102)을 예를 들어 설명하면, 제1 드론(101)과 제2 드론(102)이 각각 계산한 구조물의 절대위치 추정값(EAP_TB)은 각 드론(101, 102)간에 공유될 수 있고, 제1 드론(101)과 제2 드론(102)이 각각 계산한 각 드론(101, 102)의 GNSS 오차 또한 서로 간에 공유될 수 있다.
이때, 각 드론(101 내지 103)의 항법 계산 모듈(130)은 해당 드론이 직접 계산한 GNSS 오차(GE)와 산업 구조물의 절대위치 추정값(EAP_TB)을, 공유 받은 GNSS 오차(GE)와 산업 구조물의 절대위치 추정값(EAP_TB)과 조합(예: 평균)하여 해당 드론의 상대위치를 계산할 수 있다.
예를 들어, 제1 드론(101)의 항법 계산 모듈(130)은 제1 드론(101)이 획득한 구조물의 절대위치 추정값(EAP_TB)과 제2 드론(102)으로부터 전달받은 구조물의 절대위치 추정값(EAP_TB)의 조합값(예: 평균)을 구조물의 최종 절대위치 추정값으로 결정할 수 있다. 또한, 제1 드론(101)의 항법 계산 모듈(130)은 제1 절대위치 추정값(EAP_D1)을 제2 드론이 계산한 GNSS 오차(GE)로 보정 또는 후처리하여 제1 드론의 최종 절대위치 추정값을 계산할 수 있다. 이어서, 제1 드론(101)의 항법 계산 모듈(130)은 구조물의 최종 절대위치 추정값과 제1 드론의 최종 절대위치 추정값 간의 차이를 제1 드론(101)의 상대위치(RP_D1)로 결정할 수 있다. 이때 각 드론(101 내지 103)이 개별적으로 계산한 구조물의 위치와 GNSS 오차를 모두 이용함으로써, 상대위치 정확도가 더욱 상승할 수 있는 새롭고도 현저한 효과를 갖는다.
도 9는 드론의 상대위치를 계산하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 9의 각 단계는 도 1의 드론(100) 또는 서버(300)에 의해 수행될 수 있다. 이하 중복되는 내용은 제외하고 간략하게 설명한다.
먼저, 드론의 절대위치 초기값을 설정하고(S100), 드론의 센서 측정치를 획득할 수 있다(S110).
드론의 절대위치 초기값은 GNSS/INS 측정치를 기초로 설정될 수 있다. GNSS/INS 측정치는 드론의 상태 변수, 예컨대 드론의 GNSS 측정치, 속도, 가속도 및 자세 등을 포함할 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
일 예로, 드론의 GNSS 측정치를 드론의 절대위치 초기값으로 설정할 수 있다. 다른 예로, 드론의 GNSS 측정치와 가속도 측정치를 조합한 결과를 드론의 절대위치 초기값으로 설정할 수 있다. 이때 GNSS 측정치는 드론의 GNSS 수신기(도 4의 120a)에 의해 측정될 수 있고, 가속도 측정치는 드론의 IMU 센서(도 4의 120b)에 의해 측정될 수 있다. 이때, GNSS 측정치 뿐만 아니라 가속도 측정치 까지 이용하여 절대위치 초기값을 설정함으로써, 드론의 절대위치를 더욱 정확하게 파악할 수 있다.
센서 측정치는 산업 구조물과 드론 사이의 거리 데이터, 드론으로부터 촬영된 산업 구조물의 이미지 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이어서, 드론의 절대위치 추정값을 획득할 수 있다(S120).
몇몇 예로, 센서 측정치와 드론의 절대위치 초기값을 기초로 드론의 절대위치 추정값을 획득할 수 있다. 예컨대, 절대위치 추정값은 설정된 드론의 절대위치 초기값을 센서 측정치를 이용하여 보정함으로써 획득될 수 있다.
이어서 구조물의 절대위치 추정값을 획득할 수 있다(S130).
구체적으로 설명하면, 센서 측정치와 드론의 절대위치 추정값을 이용하여 구조물의 절대위치 초기값을 설정할 수 있다. 이때, 미리 정해진 위치 결정 알고리즘 등을 이용하여 센서 측정치와 절대위치 추정값을 조합하고, 조합한 결과를 구조물의 절대위치 초기값으로 설정할 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 구조물의 절대위치 추정값은 업데이트 되는 센서 측정치에 기초하여 획득될 수 있다. 예를 들어, 구조물의 절대위치 추정값은 시간의 흐름에 따라 기 추정된 절대위치 추정값과 센서 측정치가 업데이트되면, 보정되는 절대위치 추정값, 업데이트 되는 센서 측정치 및 설정된 구조물의 절대위치 초기값을 조합함으로써 획득될 수 있다.
이어서, 드론의 상대위치를 계산할 수 있다(S140).
드론의 상대위치는 센서 측정치의 업데이트에 따라 보정된 드론의 절대위치 추정값 및 구조물의 절대위치 추정값의 차이를 계산함으로써 산출될 수 있다.
도 10은 각 드론이 획득한 구조물의 절대위치 추정값을 공유함으로써 각 드론이 상대위치를 계산하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 10의 각 단계는 도 1의 드론(100) 또는 서버(300)에 의해 수행될 수 있다. 이하 중복되는 내용은 제외하고 간략하게 설명한다.
먼저, 제1 드론의 제1 절대위치 초기값을 설정하고(S200), 제1 드론의 제1 센서 측정치를 획득할 수 있다(S210). 또한, 이와 유사하게, 제2 드론의 제2 절대위치 초기값을 설정하고(S201), 제2 드론의 제2 센서 측정치를 획득할 수 있다(S211). 이어서, 제1 드론의 제1 절대위치 추정값을 획득할 수 있고(S220), 제2 드론의 제2 절대위치 추정값을 획득할 수 있다(S221). 이어서, 제1 드론이 구조물의 절대위치 추정값을 획득할 수 있고(S230), 이와 유사하게, 제2 드론이 구조물의 절대위치 추정값을 획득할 수 있다(S231).
단계(S200) 내지 단계(S230) 및 단계(S201) 내지 단계(S231)는, 도 9에서 전술한 단계(S100 내지 S130)과 동일한 단계를 제1 드론과 제2 드론이 각각 수행하는 것을 의미할 수 있다. 자세한 내용은 생략한다.
이어서, 제1 드론과 제2 드론이 각각 계산한 구조물의 절대위치 추정값을 서로 공유할 수 있다(S1).
즉, 제1 드론이 획득한 구조물의 절대위치 추정값과, 제2 드론이 획득한 구조물의 절대위치 추정값은 상태 변수 또는 센싱 값의 차이로 서로 일부 상이할 수 있다. 이러한 차이를 감소시키기 위해 획득된 구조물의 절대위치 추정값은 제1 드론과 제2 드론간에 서로 공유될 수 있다.
이어서, 제1 드론은 공유한 데이터를 이용하여 제1 절대위치 추정값과 구조물의 절대위치 추정값을 보정할 수 있고(S240), 이와 유사하게 제2 드론 또한 공유한 데이터를 이용하여 제2 절대위치 추정값과 구조물의 절대위치 추정값을 보정할 수 있다(S241).
몇몇 예로, 제1 드론은 제1 드론이 획득한 구조물의 절대위치 추정값과, 제2 드론으로부터 공유받은 구조물의 절대위치 추정값의 조합값(예: 평균)을 최종 구조물의 절대위치 추정값으로 결정할 수 있다. 이어서, 제1 드론은 결정된 최종 구조물의 절대위치 추정값을 이용하여 제1 절대위치 추정값을 추가로 보정할 수 있다.
제2 드론 또한 제1 드론과 마찬가지의 방식으로 최종 구조물의 절대위치 추정값을 결정한 후 제2 절대위치 추정값을 추가로 보정할 수 있다.
이어서, 제1 드론과 제2 드론의 상대위치를 계산할 수 있다(S250, S251).
이때 단계(S240, S241)의 데이터 처리결과, 즉 결정된 최종 구조물의 절대위치 추정값, 추가로 보정된 제1 절대위치 추정값 및 제2 절대위치 추정값이 이용될 수 있다. 자세한 설명은 생략한다.
도 11은 제1 드론의 GNSS 오차를 이용하여 제2 드론의 상대위치를 계산하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 11의 각 단계는 도 1의 드론(100) 또는 서버(300)에 의해 수행될 수 있다. 이하 중복되는 내용은 제외하고 간략하게 설명한다.
먼저, 제1 드론의 제1 절대위치 초기값을 설정하고(S300), 제1 드론의 제1 센서 측정치를 획득할 수 있다(S310). 이어서, 제1 드론의 제1 절대위치 추정값을 획득할 수 있다(S320).
이때, 단계(S300) 내지 단계(S320)는 도 9에서 전술한 단계(S100 내지 S120)과 동일한 단계를 의미할 수 있다. 자세한 내용은 생략한다.
이어서, 제1 드론이 GNSS 오차를 계산할 수 있다(S330).
이때, GNSS 오차는 제1 절대위치 초기값과 제1 절대위치 추정값 사이의 차이를 의미할 수 있다. 계산된 GNSS 오차는 다른 드론들에 전달될 수 있다. 이하 제1 드론의 GNSS 오차를 전달받는 드론은 제2 드론인 것으로 가정하여 설명한다.
이어서, 제2 드론의 제2 절대위치 초기값을 설정할 수 있다(S340).
이때, 제2 드론은 제1 드론에서와 같은 방식으로, 제2 드론의 GNSS 측정치를 제2 절대위치 초기값으로 설정하거나 또는 제2 드론의 GNSS 측정치와 제2 드론의 가속도 측정치를 조합한 결과를 제2 절대위치 초기값으로 설정할 수 있다. 자세한 설명은 생략한다.
이어서, 제2 드론의 제2 절대위치 추정값을 획득할 수 있다(S350).
일 예로, 제2 절대위치 추정값은 설정된 제2 절대위치 초기값에 제1 드론으로부터 전달받은 GNSS 오차를 합산한 결과로 결정될 수 있다. 이때, 제2 드론은 제2 드론이 별도의 센서 데이터(제2 센서 데이터)를 획득하는 과정을 생략한 채로, 정확한 절대위치 추정값을 획득할 수 있는 새로운 효과를 갖는다. 다시 말하면, 제2 드론은 GNSS/INS 모듈(도 4의 120)을 이용하여 제2 절대위치 초기값을 설정할 뿐, 제2 드론의 센서부(도 2의 110)를 구동함이 없이 제2 절대위치 추정값을 결정할 수 있다. 이에 따라, 제2 드론이 별도의 센서부(도 4의 110)를 탑재하지 않아도 정확한 절대위치 추정값을 획득할 수 있는 새로운 효과를 갖게 되는 것이다.
다른 예로, 제2 절대위치 추정값은 제2 드론의 센서부에 의해 획득된 센서 데이터, 즉 제2 센서 측정치에 더 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 제2 절대위치 추정값은 설정된 제2 절대위치 초기값을 제2 센서 측정치를 이용하여 보정하고, 보정된 결과에 GNSS 오차를 합산함으로써 결정될 수 있다. 이때, 제2 센서 측정치는 제2 드론의 센서부에 의해 획득되는 산업 구조물의 이미지 데이터, 제2 드론과 산업 구조물사이의 거리 데이터 등을 포함할 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 제1 드론이 획득한 산업 구조물의 절대위치 추정값을 제2 드론에 전달할 수 있고(S360), 제2 드론의 상대위치를 계산할 수 있다(S370).
예컨대, 제2 드론의 상대위치는, 산업 구조물의 절대위치 추정값과 제2 절대위치 추정값의 차이로 결정될 수 있다. 이때, 제2 드론은 별도로 산업 구조물의 절대위치를 계산하는 과정을 생략한 채로, 정확한 상대위치를 결정할 수 있는 새로운 효과를 갖는다. 다시 말하면, 제2 드론은 전술한 바와 같은 산업 구조물의 절대위치 추정값을 계산하는 과정을 수행할 필요가 없고, 제1 드론에 의해 계산된 산업 구조물의 절대위치 추정값을 수신하여 이용할 수 있으므로, 데이터 연산량 감소 및 데이터 처리속도 향상의 효과를 가질 수 있다.
도 12는 제1 드론과 제2 드론이 각자 계산된 GNSS 오차를 서로 공유함으로써 각 드론의 상대위치를 계산하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 12의 각 단계는 도 1의 드론(100) 또는 서버(300)에 의해 수행될 수 있다. 이하 중복되는 내용은 제외하고 간략하게 설명한다.
먼저, 제1 드론의 제1 절대위치 초기값을 설정하고(S400), 제1 드론의 제1 센서 측정치를 획득할 수 있다(S410). 또한, 이와 유사하게, 제2 드론의 제2 절대위치 초기값을 설정하고(S401), 제2 드론의 제2 센서 측정치를 획득할 수 있다(S411). 이어서, 제1 드론의 제1 절대위치 추정값을 획득할 수 있고(S420), 제2 드론의 제2 절대위치 추정값을 획득할 수 있다(S421). 이어서, 제1 드론이 구조물의 절대위치 추정값을 획득할 수 있고(S430), 이와 유사하게, 제2 드론이 구조물의 절대위치 추정값을 획득할 수 있다(S431).
단계(S400) 내지 단계(S430) 및 단계(S401) 내지 단계(S431)는, 도 9에서 전술한 단계(S100 내지 S130)과 동일한 단계를 제1 드론과 제2 드론이 각각 수행하는 것을 의미할 수 있다. 자세한 내용은 생략한다.
이어서, 제1 드론과 제2 드론이 각각 계산한 구조물의 절대위치 추정값을 서로 공유할 수 있다(S1).
즉, 제1 드론이 획득한 구조물의 절대위치 추정값과, 제2 드론이 획득한 구조물의 절대위치 추정값은 상태 변수 또는 센싱 값의 차이로 서로 일부 상이할 수 있다. 이러한 차이를 감소시키기 위해 획득된 구조물의 절대위치 추정값은 제1 드론과 제2 드론간에 서로 공유될 수 있다.
이어서, 제1 드론의 GNSS 오차를 계산하고(S440), 제2 드론의 GNSS 오차를 계산할 수 있다(S441).
단계(S340) 및 단계(S440)는 도 10에서 전술한 단계(S230)와 동일한 단계를 제1 드론과 제2 드론이 각각 수행하는 것을 의미할 수 있다. 자세한 내용은 생략한다.
이어서, 제1 드론과 제2 드론이 각각 계산한 GNSS 오차를 서로 공유할 수 있다(S2).
즉, 제1 드론의 GNSS 오차와 제2 드론의 GNSS 오차는, 상태 변수 또는 센싱 값의 차이로 서로 일부 상이할 수 있다. 이러한 차이를 감소시키기 위해 계산된 GNSS 오차는 제1 드론과 제2 드론간에 서로 공유될 수 있다.
이어서, 서로 공유한 데이터를 추가로 이용하여 제1 드론의 상대위치를 계산할 수 있고(S450), 제2 드론의 상대위치를 계산할 수 있다(S451).
예를 들어, 제1 드론의 상대위치는 각 드론이 획득한 구조물의 절대위치 추정값의 조합값(예: 평균)과, 제1 드론의 절대위치 추정값을 제2 드론의 GNSS 오차로 보정한 값 간의 차이로서 결정될 수 있다. 또는, 이와 유사하게 제2 드론의 상대위치는 각 드론이 획득한 구조물의 절대위치 추정값의 조합값(예: 평균)과, 제2 드론의 절대위치 추정값을 제1 드론의 GNSS 오차로 보정한 값 간의 차이로서 결정될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 제1 드론과 제2 드론을 포함하는 복수의 드론 협동 항법에 있어서,
    GNSS 측정치를 기초로 제1 드론의 제1 절대위치 초기값을 설정하는 단계;
    상기 제1 절대위치 초기값 및 상기 제1 드론에 포함된 센서부를 통해 획득된 제1 센서 측정치를 기초로 제1 절대위치 추정값을 획득하는 단계;
    상기 제1 절대위치 초기값과 상기 제1 절대위치 추정값 사이의 오차인 GNSS 오차를 계산하는 단계;
    계산된 상기 GNSS 오차를 제2 드론에 전달하는 단계; 및
    상기 전달받은 GNSS 오차를 기초로 상기 제2 드론의 산업 구조물을 기준으로 한 상대위치를 계산하는 단계를 포함하는 복수의 드론 협동 항법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 GNSS 측정치를 기초로 제1 드론의 제1 절대위치 초기값을 설정하는 단계는,
    상기 GNSS 측정치와 상기 제1 드론의 센서부에 포함된 IMU 센서의 측정치를 조합한 결과를 상기 제1 절대위치 초기값으로 설정하는 단계를 포함하는 복수의 드론 협동 항법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 센서 측정치는,
    상기 산업 구조물과 상기 제1 드론 사이의 거리 데이터 및 상기 제1 드론으로부터 촬영된 상기 산업 구조물의 이미지 데이터 중 적어도 하나를 포함하는 복수의 드론 협동 항법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 센서 측정치와 상기 제1 절대위치 추정값을 기초로 상기 산업 구조물의 절대위치 초기값을 설정하는 단계;
    상기 제1 드론의 상기 제1 센서 측정치가 업데이트되면, 상기 업데이트되는 제1 센서 측정치 및 상기 산업 구조물의 절대위치 초기값을 기초로 상기 산업 구조물의 절대위치 추정값을 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 산업 구조물의 절대위치 추정값을 제2 드론에 전달하는 단계를 더 포함하는 복수의 드론 협동 항법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 산업 구조물의 절대위치 추정값을 획득하는 단계는,
    상기 업데이트되는 제1 센서 측정치를 기초로 상기 제1 절대위치 추정값을 보정하고, 상기 제1 드론의 상기 보정된 제1 절대위치 추정값, 상기 업데이트되는 제1 센서 측정치 및 상기 산업 구조물의 절대위치 초기값을 조합하여 상기 산업 구조물의 절대위치 추정값을 획득하는 항법 장치 동작 방법.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 드론의 상기 산업 구조물을 기준으로 한 상대위치를 계산하는 단계는,
    상기 제2 드론의 GNSS 측정치를 기초로 상기 제2 드론의 제2 절대위치 초기값을 설정하는 단계와,
    상기 설정된 제2 절대위치 초기값과 상기 전달받은 GNSS 오차에 기초하여 상기 제2 드론의 제2 절대위치 추정값을 획득하는 단계와,
    상기 획득된 제2 절대위치 추정값과, 상기 전달받은 산업 구조물의 절대위치 추정값을 조합하여 상기 제2 드론의 상대위치를 계산하는 단계를 포함하는 복수의 드론 협동 항법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 절대위치 추정값을 획득하는 단계는,
    상기 제2 절대위치 초기값에 상기 전달받은 GNSS 오차를 합산하여 상기 제2 절대위치 추정값을 획득하거나 또는
    상기 제2 드론에 포함된 센서부를 통해 제2 센서 측정치를 획득하고, 상기 제2 절대위치 초기값, 획득된 상기 제2 센서 측정치 및 상기 전달받은 GNSS 오차를 조합하여 상기 제2 절대위치 추정값을 획득하는 단계를 포함하는 복수의 드론 협동 항법.
  8. GNSS 측정치를 기초로 드론의 절대위치 초기값을 설정하는 단계;
    상기 드론에 포함된 센서부를 통해 센서 측정치를 획득하는 단계;
    상기 절대위치 초기값과 상기 센서 측정치를 기초로 상기 드론의 절대위치 추정값을 획득하는 단계;
    상기 센서 측정치와 상기 절대위치 추정값을 기초로 산업 산업 구조물의 절대위치 초기값을 설정하는 단계;
    상기 드론의 상기 센서 측정치가 업데이트되면, 상기 업데이트되는 센서 측정치 및 상기 산업 구조물의 절대위치 초기값을 기초로 상기 산업 구조물의 절대위치 추정값을 획득하는 단계;
    상기 획득된 산업 구조물의 절대위치 추정값을 기타 드론과 공유하는 단계;
    상기 공유받은 산업 구조물의 절대위치 추정값을 이용하여 상기 드론이 획득한 산업 구조물의 절대위치 추정값과 상기 드론의 절대위치 추정값을 보정하는 단계; 및
    상기 보정된 드론의 절대위치 추정값과 상기 산업 구조물의 절대위치 추정값을 이용하여 상기 드론의 상대위치를 계산하는 단계를 포함하되,
    상기 센서 측정치는 상기 산업 구조물과 상기 드론 사이의 거리 데이터 및 상기 드론으로부터 촬영된 상기 산업 구조물의 이미지 데이터 중 적어도 하나를 포함하는 항법 장치 동작 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 GNSS 측정치를 기초로 드론의 절대위치 초기값을 설정하는 단계는,
    상기 GNSS 측정치와 상기 센서부에 포함된 IMU 센서의 측정치를 조합한 결과를 상기 드론의 절대위치 초기값으로 설정하는 단계를 포함하는 항법 장치 동작 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 산업 구조물의 절대위치 추정값을 획득하는 단계는,
    상기 업데이트되는 센서 측정치를 기초로 상기 드론의 절대위치 추정값을 보정하고, 상기 드론의 상기 보정된 절대위치 추정값, 상기 업데이트되는 센서 측정치 및 상기 산업 구조물의 절대위치 초기값을 조합하여 상기 산업 구조물의 절대위치 추정값을 획득하는 항법 장치 동작 방법.
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