KR102657033B1 - 무인항공기 전용 WiFi 무선통신장치와 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 하늘과 가장 가까운 시설이나 위치에 설치되어 지상 제어기의 무선 제어신호에 따라 비행하거나 경로 비행하는 무인항공기(Unmanned Aerial Vehicle, 이하 "UAV"라 함)를 계속 지향하도록 AP의 자세를 제어((Pan, Tilt)하고, 지향성 안테나의 반치각을 가변적으로 제어(Zoom-in, Zoom-out)할 수 있는 PTZ WiFi 무선통신장치(이하,“AP")에 관한 것으로, 보다 상세하게는 AP의 WiFi 광역 커버리지(coverage) 내에서 UAV의 유무를 탐색하고, 발견된 UAV가 검증을 통과한 경우, 세션(session) 연결을 통해 해당 UAV가 WiFI 무선통신망을 독점하도록 허가하여 UAV가 AP의 광역 커버리지를 벗어날 때까지, UAV으로부터 실시간 전송되는 UAV의 비행정보를 기반으로 UAV의 예상 비행경로와 AP와의 거리를 실시간으로 도출하고, 도출된 예측 비행경로 방향으로 AP가 실시간 지향하도록 제어하면서 빔포밍구동부의 출력제어부를 제어하여 지향성 안테나의 반치각을 실시간 제어함으로써, 전파의 음영지역 해소와 광대역 채널 확보 및 핸드오버가 없는 WiFi 통신망을 구축할 수 있는 UAV 전용 무선통신장치와 그 제어방법에 관한 것이다.

Description

무인항공기 전용 WiFi 무선통신장치와 그 제어방법{UNMANNED AERIAL VEHICLE SPECIFIC WIFI WIRELESS COMMUNICATION DEVICE AND ITS CONTROL METHOD}

본 발명은, 하늘과 가장 가까운 시설이나 위치에 설치되어 지상 제어기의 무선 제어신호에 따라 비행하거나 경로 비행하는 무인항공기(Unmanned Aerial Vehicle, 이하 "UAV"라 함)를 계속 지향하도록 AP의 자세를 제어((Pan, Tilt)하고, 지향성 안테나의 반치각을 가변적으로 제어(Zoom-in, Zoom-out)할 수 있는 PTZ WiFi 무선통신장치(이하,“AP")에 관한 것으로, 보다 상세하게는 AP의 WiFi 광역 커버리지(coverage) 내에서 UAV의 유무를 탐색하고, 발견된 UAV가 검증을 통과한 경우, 세션(session) 연결을 통해 해당 UAV가 WiFI 무선통신망을 독점하도록 허가하여 UAV가 AP의 광역 커버리지를 벗어날 때까지, UAV으로부터 실시간 전송되는 UAV의 비행정보를 기반으로 UAV의 예상 비행경로와 AP와의 거리를 실시간으로 도출하고, 도출된 예측 비행경로 방향으로 AP가 실시간 지향하도록 제어하면서 빔포밍구동부의 출력제어부를 제어하여 지향성 안테나의 반치각을 실시간 제어함으로써, 전파의 음영지역 해소와 광대역 채널 확보 및 핸드오버가 없는 WiFi 통신망을 구축할 수 있는 UAV 전용 무선통신장치와 그 제어방법에 관한 것이다.

본 발명에서 정의하는 "UAV"는 지상 제어기의 실시간 무선제어에 따라 비행하거나 GNSS(GPS, GLONASS 등 포함) 및 고도정보를 기반으로 경로 비행하는 다양한 항공기들을 포괄한다.

본 발명에서 정의하는 "무선통신장치"라는 말은 고유 IP를 가진 WiFi 무선통신장치[AP(Wireless Access Point)]를 말하는 것으로, 본 명세서에서 AP와 무선통신장치는 균등의 의미로 혼용되어 기술될 수 있다.

전술한 UAV는, 사람이 접근이 어려운 지역(또는 장소)이나 사고현장이나 재난현장, 범죄 용의자(또는 범죄 용의차량)의 추적, 실종자 수색, 방송촬영(또는 항공촬영) 물류배송 및 교통수단 등 다양한 분야에 활용되고 있고, 주로 유통하는 정보는 4K 이상의 고품질 영상이 요구된다.

통상 UAV은, 기계적인 메커니즘도 중요하지만, 임무수행에 가장 근간이 되는 것은 안정적인 무선통신망을 명확히 확보하는 것이다.

대부분의 UAV은, 전용 주파수가 할당되어 있지 않으므로 가시권 통신시에는 ISM밴드인 WiFi주파수를 이용하여 핸드오버 없이 지상 제어기와 통신하고, 비가시권 통신시에는 주로 LTE, 5G 등 기간통신사업자 네트워크와 핸드오버하며 통신한다.

그러나, LTE 또는 5G 같은 WiFi 통신은 처음부터 하늘길 구축 또는 지원을 위해 구축한 통신망이 아니기 때문에, AP는 지면에서 평균 40m 정도의 위치에 설치되어 지상을 향해 AP 광역 커버리지를 형성하도록 설치되어 있다.

그래서, UAV은 AP가 설치된 40m 이하에서는 AP와 직접 무선통신이 가능하지만, 그 이상에서는 비행고도가 높아질수록 전파 도달이 힘들고, 무선 채널간 간섭도 많아지며, 유용하지 않은 AP와의 통신을 시도하는 핸드오버로 통신품질이 저하되고, 심화되면 통신 자체가 불가능하게 된다.

이와 같은 이유는, 무선 전파의 인체 유해성과 다양한 참작사항의 간섭으로 전파법에서는 AP의 WiFi 전력강도(이를 "전계강도"라고 함)의 최대 강도를 제한하고 있기 때문이다.

그러므로, 앞서 설명한 것처럼 UAV의 비행고도가 40m 이하인 경우에는, AP 커버리지 내에서 핸드오버 없이 육안으로 관찰하면서 가시권 통신할 수 있지만, 그 이상의 높이에서는 AP간 커버리지 영역의 중첩에 의한 WiFi 주파수의 간섭, 페이딩(fading), UAV의 이동에 따른 AP 전계강도의 감쇠, 주파수의 전이와 산란, 고층 빌딩이나 터널 등에 의한 유발되는 전파의 음영지역, 가장 강한 전계강도를 찾기 위한 핸드오버 등 다양하고 복합적인 원인에 의해 UAV와 지상 제어기간의 무선통신망은 예측할 수 없는 통신지연과 일시적 통신 끊김(hold-on) 현상이 돌발적으로 발생된다.

이러한 문제로 UAV는 비가시권 비행시 실시간 제어가 이루어지지 않으면 UAV가 어딘가에 충돌하거나 추락할 수 있고, UAV에 의해 수집된 영상 데이터의 타임라인(time-line) 중 그 일부 구간이 단절되는 문제가 생긴다.

이러한 문제를 해결하기 위한 노력의 일환으로, 대한민국 공개특허 10-2023-0105590은 드론 기반 무선통신 시스템에서, 사용자 단말은 드론 기지국들로부터 받은 수신 신호의 전력세기(전계강도)를 파악하고, 파악된 전력세기를 기초로 핸드오버 대상 드론 기지국(AP)을 파악하며, 일정 범위 내의 난수를 발생시킨 후 난수와 기 정의된 기준값을 비교하여 핸드오버 수행 여부를 결정하는 드론 기반의 무선통신 시스템의 핸드오버 방법 및 그 방법이 적용된 장치를 제안하고 있다.

그러나, 전술한 공개특허 10-2023-0105590은, 파악된 드론 기지국들에 대한 수신 신호의 전력세기(전계강도)를 산출하고, 전력세기를 파악하는 단계부터 핸드오버 수행 여부를 결정하는 단계를 반복 수행하며, 현재 무선통신 커버리지를 구축하는 현 드론 기지국이 기 정의된 WiFi의 커버리지 밖으로 벗어날 때 핸드오버를 줄일 수 있으나, 드론은 비행시 주변의 드론 기지국 중 가장 강한 WiFi 전파와 통신하기 때문에 이웃한 WiFi 전파의 간섭, 페이딩(fading), 전파의 음영지역 및 일시적 통신 끊김(hold-on), 빈번한 핸드오버 등에 대한 해결책은 전혀 제시되어 있지 않다.

이론적으로, AP의 WiFi 커버리지는, AP의 설치 간격을 조밀하게 하면, 전파 음영지역의 유발을 줄일 수 있지만, UAV의 비행고도가 40m 이내에서 비행할 때만 그렇고, 그 이상의 높이에서는 전술한 문제들 이외에 AP의 수량 증가와 그것들의 관리에 따른 비용증가를 더 감수해야 하므로, 합리적인 해법이라 말하기 어렵다.

한편, 군사지역, 국가기반시설 지역 또는 도심이나 산불이나 자연재해 현장 및 사고현장 및 재난지역(이하, 비행제한구역)에서 드론의 비행이 불가하다. 드론의 적용 분야가 확대됨에 따라 드론의 경로비행 임무수행 환경이 GNSS(Global Navigation Satellite System) 음영 지역이거나, GNSS 신호가 단절되는 상황은 계속 발생 가능하므로, 이를 위해 안전하며 확실한 임무를 수행할 수 있는 드론의 비행을 위해 GNSS 신호를 대신 혹은 보완할 수 있는 측위기술이 필요하다.

이러한 측위기술로서 V2P(Visit to Point) 항법 플랫폼이 제시된 바 있다.

전술한 V2P 항법 플랫폼은, GNSS 음영 지역에서 미리 수집한 영상 이미지 데이터와 비행 중인 드론의 4k 이상 고해상도 광학렌즈 기반의 카메라를 통해 얻은 영상 이미지를 비교하여 드론의 현재 위치를 측정하며 설정된 경로(좌표)를 따라 경로 비행할 수 있게 하는 항법 시스템을 말한다.

전술한 V2P 항법 플랫폼은, 이미 수집된 영상 이미지란 이미 구축된 지도 이미지나 특수한 목적을 위해 주어진 환경(임무 비행고도, 반경 등)을 고려하여 촬영한 영상/이미지 데이터, UAV의 촬영 영상 이미지 내 정보(특이점, Distinguished features)들은 지도 이미지나 미리 수집된 촬영 영상, 이미지상의 정보(특이점, key features)들과 매칭을 통하여 드론의 대략적인 위치를 판단하고, 촬영 영상 이미지상의 매칭 특이점들과 드론과의 거리정보 등을 분석하여 드론의 현재 위치를 정밀하게 측정한다.

드론이 방문(Visit)하는 위치를 지도 이미지나 수집된 촬영 영상 이미지상의 한 점(Point)으로 나타나게 하여, 기존의 이미지 정보에 대입하여 현재 드론의 위치를 측정할 수 있는데, 비젼(vision) 기반 항법의 한 종류인 Visit to Point 항법이라 한다.

그러나, GNSS 음영 지역에서 UAV의 현재 위치를 측정하기 위해서는 영상 이미지를 미리 수집하고, 그것을 미리 구조화해야 하므로, 수집된 영상 이미지 데이터가 구조화되지 않은 지역에서는 실시할 수 없는 뚜렷한 문제가 있다.

전술한 바와 같이, UAV의 비가시권 비행시 AP와의 통신지연과 핸드오버를 최소화하려는 노력과, UAV에 의해 수집되는 영상정보의 타임라인이 끊김 없이 수신하려고 하는 시도는, 비가시권에서 통신시 지상 제어기와 UAV간의 양방향 통신의 신뢰성을 명확하게 확보하는데 매우 중요한 의의가 있다.

특히, 전술한 비행제한구역에서 업무를 수행해야하는 각 지자체의 공공기관, 군부대 또는 재난관리기관에서는 공익을 위해 해당 구역의 출입권한을 가지고 있음에도 앞서 설명한 것처럼 비가시권 무선통신 네트워크의 제반문제로 인해 UAV을 효율적으로 운용하기 어렵다.

따라서, 본 발명자는 비가시권 무선통신 네트워크를 기반으로 UAV의 효율적인 운용을 위해 본 발명을 창안하기에 이르렀고 괄목할 만한 성과가 있어 이를 본 발명을 통해 제안하려고 한다.

본 발명에서 언급하는 지상 제어기와 UAV는 비가시권 통신시 AP를 매개로 무선통신한다는 점을 미리 이해할 필요가 있다.

본 발명은, 하늘과 가장 가까운 시설이나 위치에 AP를 설치하고, 설치된 AP 의 WiFi 커버리지 영역 내로 혹은 반대쪽으로 UAV가 진입하거나 진출할 때 까지, UAV의 유무를 탐색하고, 발견된 UAV에 대한 인증여부를 검증한 후, 인증된 UAV로 판단된 경우, UAV의 예상 비행경로와 AP간의 거리를 실시간으로 각각 산출하여 지향성 안테나가 계속 UAV쪽을 지향하도록 AP의 자세를 실시간으로 제어하고, 또한 지향성 안테나의 반치각을 실시간 제어함으로써, UAV가 AP의 WiFi 커버리지를 벗어 날 때까지 전파의 음영지역 해소와 광대역 채널 확보 및 핸드오버 없는 무선통신 네트워크를 하나(또는 복수)의 AP만으로 효과적으로 구축할 수 있는 UAV 전용 WiFi 무선통신장치와 그 제어방법을 제공하려는 것이다.

본 발명에 따른 WiFi 무선통신장치를 구현하기 위한 실시 예로서,

UAV와;

유/무선통신수단을 통해 AP와 연결되고, 전술한 UAV을 제어하기 위한 제어 스위치 및 UAV로부터 전송되는 영상 데이터를 출력하기 위한 디스플레이장치를 포함하는 지상 제어기와;

전술한 지상 제어기의 제어신호를 UAV과 교신하기 위한 무선통신수단을 포함하는 UAV 전용 WiFi 무선통신장치를 포함한다.

지향성 안테나의 반치각을 가변적으로 제어(zoom)하고, 상하좌우로 구동되 펜/틸트 기능을 갖춘 PTZ WiFi 무선통신장치를 포함한다.

전술한 UAV는, 전파 송수신모듈을 포함하는 무선통신모듈(이하 "UAV 무선통신모듈"이라 함), 안테나를 포함하는 GNSS수신모듈, FC모듈, 프로펠라구동모듈, 이미지나 영상을 촬영할 수 있는 카메라모듈, 지상 제어기의 무선 제어신호(상승, 하강, 가속, 감속, 선회, 정지)에 따라 전술한 프로펠라구동모듈(도면에는 미도시)과 카메라모듈을 제어하는 UAV 제어부를 포함할 수 있다.

전술한 UAV의 전파 송수신모듈은 UAV의 전파 송수신모듈과 동일 프로토콜에 의해 양방향 데이터(또는 제어신호 포함)를 송수신할 수 있다.

전술한 GNSS수신모듈은, 전술한 UAV의 비행정보를 실시간으로 도출하여 UAV 무선통신모듈로 전달할 수 있다.

전술한 FC모듈은, 속도센서모듈, 고도센서모듈, 자이로센서모듈을 포함할 수 있고, FC모듈에 의해 센싱된 각 센싱정보는, 전술한 UAV 무선통신모듈로 전달 할 수 있다.

전술한 속도센서모듈은 UAV의 비행속도를 센싱하고, 고도센서모듈은 UAV의 비행고도를 센싱하며, 자이로센서모듈은 UAV의 각속도(회전각도)를 센싱하여 UAV 무선통신모듈로 전달 될 수 있다..

전술한 카메라모듈은, UAV 제어부에 의해 제어되고, 야간용 열화상 카메라모듈과, 4k 이상 고해상도 광학렌즈와 이미지센서를 갖춘 주간용 카메라모듈을 포함하고, 카메라모듈에 의해 촬영된 비젼 영상정보와 UAV의 고유 정보 및 일시정보를 UAV 무선통신모듈로 전달할 수 있다.

전술한 프로펠라모듈은, UAV의 제어에 의해 구동이 제어는 프로펠라를 갖춘 복수개의 모터로 구성되고, USM(User Setting Mode)를 갖춘 UAV 제어부에 의해 UAV의 비행을 수행한다.

전술한 UAV 제어부는, IMU(Inertial Measurement Unit)을 실질적으로 제어하는 제어 알고리즘을 갖춘 프로그램으로, 지상 제어기의 제어신호에 대응하여 카메라모듈, 프로펠라모듈, UAV 무선통신모듈을 제어할 수 있다.

전술한 AP는, 고유 IP를 가지고, 하늘과 가장 가까운 높은 철탑, 옥상, 굴뚝, 건물, 산, 또는 인공물 등과 같은 시설물 또는 장소에 설치될 수 있다.

이렇게 하면, 고층 건물, 터널, 산이나 협곡 등의 요소에 의해 유발될 수 있는 전파의 음영지역 발생을 가장 명확하고 분명하게 억제할 수 있다.

전술한 AP는, 지향성 안테나를 포함하는 빔포밍 방향 및 전파강도를 제어하는 전계강도 출력제어부를 포함하는 빔포밍(Beamforming) 구동기(드라이버 포함, 이하 "빔포밍구동부"라 함)과;

AP 본체에 장착되는 펜/틸트 구동장치(이하 "펜/틸트구동부"라 함)와;

고유한 IP를 가지고 전파 송수신모듈을 포함하는 AP 무선통신모듈과;

UAV가 지닌 고유 정보, UAV를 탐색할 시간 또는 탐색할 회수, 빔포빙구동부의 전계강도 출력제어부 초기화 설정값, 펜틸트구동부 초기화 설정값 등을 업데이트가능하게 저장할 수 있는 설정모듈(이하 "설정부"라고 함)과;

안테나를 갖추고, AP의 광역 커버리지 영역에서 UAV의 유무를 탐색하여 발견된 UAV에 대한 인증여부를 검증하는 판단부와, 검증을 통과한 UAV로부터 UAV의 비행정보를 무선통신을 통해 수신하여 UAV의 현재 비행정보와 AP와의 실시간 거리를 산출하여 설정값과 대비한 제어값을 UAV 제어부로 전달하는 코프로세서(이하, "연산부"라 함)를 포함하는 레이더모듈과;

상기 각 제어값을 통해 전술한 전계강도 출력제어부와 펜/틸트구동부를 제어하는 AP 제어부를 포함한다.

전술한 빔포밍구동부는, 지향성 안테나의 빔포밍 방향과 전파강도(전계강도)를 제어하는 출력제어부(이하 "출력제어부"라 함)를 갖추고 AP 본체에 장착되며, AP 제어부에 의해 지향성 안테나의 전계강도 반치각을 가변적으로 제어하기 위해 채용할 수 있다.

양 펜/틸트구동부는, AP 본체에 장착되고, AP 제어부에 의해 제어되어 AP 본체를 상하/좌우로 회전시키기 위한 채용될 수 있다.

AP 무선통신모듈은, 고유 IP를 가지고 UAV 무선통신모듈과 교신할 수 있는 전파 송수신모듈을 포함한다.

설정부는, UAV에 대한 고유 정보, 출력제어부 설정값, 펜/틸트구동부 설정값을 업데이트가능하게 저장할 수 있는 저장매체이다..

전술한 UAV 판단부는 AP의 광역 커버리지 영역에서 UAV의 유무를 탐색하여 발견된 UAV에 대한 인증여부를 검증하고 검증을 통과한 UAV는 세션(session)을 통해 AP의 무선통신망을 독점하도록 세션을 연결하고, 양 무선통신모듈을 통해 UAV의 비행정보를 수신하여 연산부로 전달할 수 있다.

연산부는, UAV의 현재 비행정보와 AP와의 실시간 거리를 연산하여 UAV의 예상 비행경로와 거리를 산출한 후 그 값을 설정값과 대비한 제어값을 UAV 제어부로 전송할 수 있다.

전술한, AP 제어부는, AP 무선통신모듈을 제어하면서 앞서 설명한 제어값을 통해 전술한 출력제어부를 제어하여 지향성 안테나의 전계강도 반치각과 펜/틸트구동부를 제어하여 AP의 자세를 실시간 제어할 수 있다.

전술한 AP는, 지상 제어기와 유무선통신모듈을 통해 교신할 수 있고, UAV와는 전술한 양 무선통신모듈을 통해 교신할 수 있다.

따라서, 전술한 AP는, AP 커버리지 영역에서 레이더모듈을 통해 AP 광역 커버리지 내의 UAV의 유무를 탐색하고, 해당 커버리지에서 UAV가 발견되는 경우 UAV의 등록여부를 판단부에 의해 검증하고, UAV가 검증(a 단계)을 통과한 경우, 세션을 연결하여 AP와 독점 무선통신을 개설하고, 교신에 의해 UAV의 비행속도, 고도, 방위정보, 각속도 정보를 수신한 연산부에 의해 실시간 연산한 값을 설정값과 비교한 제어값을 AP 제어부로 전달(b 단계)할 수 있다.

전술한 UAV와 AP간의 통신 개통은 세션이 유지되는 동안 계속 유지될 수 있다.

전술한 AP 제어부는 전술한 각 설정값에 상기한 각 연산값을 각각 대입하여 도출된 제어값으로 펜/틸트구동부, 출력제어부를 제어하여 AP 자세와 지향성 안테나의 전계강도 반치각을 제어(c 단계)하고,

만일, 예측할 수 없는 이유로 세션이 만료되는 경우, 예를 들어 UAV가 AP 광역 커버리지 내에서 실종된 경우, 전술한 AP 제어부는 설정된 시간(또는 탐색횟수)동안 AP 커버리지 영역에서 UAV가 발견되지 않는 경우, 트리거를 실행하여 펜/틸트구동부와 빔포밍구동부가 마지막 교신 포인트로 회귀하여 일정시간 대기 후, 해당 UAV와 교신하지 못하면, 각 설정값으로 출력제어부와 펜틸트구동부가 초기화되도록 제어(d 단계)한 후 세션을 만료하고, 전술한 AP 광역 커버리지 영역에서 실종된 UAV가 재 발견된 경우, 전술한 a단계 내지 c단계를 시계열적으로 수행할 수 있다.

본 발명은 하늘과 가장 가까운 장소에 AP를 설치함으로써 전파의 음영지역 유발 요소를 가장 명확하고 확실하게 억제할 수 있음을 시사한다.

또한, 본 발명에 따른 AP의 WiFi 무선통신망은 인증된 UAV만이 독점할 수 있으므로, 인증된 UAV만이 비행제한구역에서 임무를 수행하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명은 판단부에 의해 검증을 통과한 UAV의 비행정보와 AP와의 거리에 대응하여 UAV의 예상 비행 방향으로 AP가 계속 지향하도록 AP의 자세를 제어하고, 빔포빙구동부와 지향성 안테나의 반치각을 제어할 수 있다.

따라서, 지향성 안테나의 반치각을 최대로 확장한 반경으로 하는 AP의 커버리지를 하나의 AP만으로 더 확장할 수 있고, 또한 지향성 안테나의 반치각을 최대로 확장한 WiFi 광역 커버리지 반경으로 AP들을 이격되게 설치함으로써 특정 비행제한구역에 UAV 전용 WiFi 무선통신 네트워크를 구축할 수 있다.

그 결과, 본 발명은 AP의 커버리지 영역에서 UAV와 PA간에 전파의 음영지역 해소할 수 있고, 광대역 채널을 확보할 수 있으며 핸드오버가 없으므로 지상 제어기와 UAV간에 통신장애나 끊어짐이 없는 양방향 UAV 전용 무선통신 네트워크를 구축할 수 있음을 시사한다.

도 1과 도 2는 본 발명이 채용된 UAV와 무선통신장치(AP)를 각각 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 UAV와 PTZ 무선통신장치의 상세구성을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 무선통신장치의 제어방법을 도시한 플로우챠트이다.

본 명세서에서 인용된 간행물, 특허출원, 및 특허를 포함한 모든 참고문헌은, 마치 각 참고문헌이 인용에 의해 본 명세서에 통합되는 것으로 개별적으로 그리고 명시적으로 표시되고 그 전체가 본 명세서에 기재된 것과 동일한 정도로, 인용에 의해 본 명세서에 통합된다.

본 발명을 설명하는 맥락에서(특히 하기 청구범위의 맥락에서), 단수 지시어 및 "적어도 하나" 및 유사한 지시어의 사용은, 본 명세서에서 달리 표시되거나 문맥 상 명백히 모순되지 않는 한, 단수 및 복수 둘 다를 포함하는 것으로 해석된다. 하나 이상의 항목들의 목록 다음에 "적어도 하나"라는 용어를 사용하는 것(예를 들어, "A 및 B 중 적어도 하나")은, 본 명세서에서 달리 표시되거나 문맥 상 명백히 모순되지 않는 한, 나열된 항목들로부터 선택된 하나의 항목(A 또는 B), 또는 나열된 항목들 중 둘 이상의 조합(A 및 B)을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 값들의 범위 기재는, 본 명세서에서 달리 지시되지 않는 한, 그 범위 내에 속하는 각각의 개별 값을 개별적으로 언급하는 것의 약식 방법으로서의 역할을 하는 것으로 의도되고, 각각의 개별 값은 마치 본 명세서에서 개별적으로 기재된 것처럼 본 명세서에 통합된다. 본 명세서에 설명된 모든 방법은 본 명세서에서 달리 지시되거나 문맥 상 명백히 모순되지 않는 한 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다.

본 명세서에 제공된 임의의 모든 예, 또는 예시적 표현(예를 들어, "~와 같은")의 사용은 단지 본 발명을 더 잘 설명하기 위한 것이며 달리 청구되지 않는 한 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 본 명세서의 어떤 표현도, 비청구된 임의의 요소를 본 발명의 실시에 필수적인 것으로 표시하는 것으로 해석되어서는 안된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들은 도면에 예시하고 여기에서 이를 상세히 설명하고자 한다.

그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것들로 이해되어야 한다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명할 것이다.

그러나, 본 발명에 관한 설명은 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다.

예를 들어, 실시 예들은 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시 예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니기 때문에 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 안된다.

본 명세서에서, 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

따라서, 몇몇 실시 예에서 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명하지 않는다.

한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 사전적 의미에 제한되지 않으며, 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

본 발명에서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.

일반적으로, 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명할 것이나, 첨부된 도면을 참조하는 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것일 뿐 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 설명하는 것은 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

본 발명에서 정의하는 UAV은, 경로 비행하는 무인항공기이든 원격 무선제어시스템에 의해 비행하는 무인항공기이든 구분하지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 UAV 전용 WiFi 무선통신장치와 그 제어방법에 대한 바람직한 실시태양에 대하여 설명한다.

도 1과 도 2를 참조하면, 도 1은 본 발명에 따른 UAV의 일 예를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 WiFi 무선통신장치를 도시한 사시도이다.

본 발명에 따른 UAV(100)는, 가시권 영역에서는 ISM밴드인 WiFi주파수를 이용하여 지상 제어기와 교신할 수 있고, 비가시권 영역에서는 WiFi 무선통신장치와 교신할 수 있다.

전술한 UAV(100)은 대한민국 등록특허 10-1851237-0000(2018.04.17)에 기술된 드론과 유사하므로 위 특허문헌을 참조할 수 있다.

다만, 본 발명에 따른 UAV(100)은 전술한 등록특허 10-1851237-0000의 드론과 구성적 차이가 있는 요소는 언급할 것이다.

또한, 앞서 언급한 ISM밴드인 WiFi 주파수를 이용하는 지상 제어기와 UAV(100)의 통신방법은 대한민국 공개특허 10-2023-0126156(2023.08.29)에 상세히 개시되어 있으므로 상세한 설명은 생략하고, 구성적 차이점이 있는 요소에 대해서만 설명될 것이다.

도 2에 도시된 AP(200)는, 팬/틸트/줌(Pan/Tilt/Zoom) 기능을 갖춘 WiFi 무선통신장치로서, 상세한 설명 전반에서 AP로 통칭하여 기술될 수 있다.

전술한 AP(200)는, 고유 IP를 지니고, 하늘과 가장 가까운 철탑, 옥상, 굴뚝, 건물, 산, 또는 인공 시설물이나 장소에 설치될 수 있다.

이렇게 하면, 고층 건물, 터널 등에 의해 유발되는 전파의 음영지역을 가장 명확하고 분명하게 억제하거나 제거할 수 있다.

전술한 UAV(100)는 전술한 등록특허 10-1851237-0000에 기술된 드론의 구성을 포함하여 지상 제어기와 통신할 수 있고, 고유한 식별정보(예: UAV(100)의 고유한 이름 , 제품명, 관리자 ID, API 중 어느 하나)를 기억장치(도면에는 미도시)에 저장되어 있다.

또한 전술한 UAV(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이 전파 송수신모듈을 포함하는 UAV(100) 무선통신모듈(110), 안테나를 포함하는 GNSS수신모듈, FC모듈(120), 프로펠라구동모듈(도면에는 미도시), 이미지나 영상물을 촬영할 수 있는 4K 이상의 고해상으로 촬영할 수 있는 광학렌즈와 이미지센서를 갖춘 카메라모듈(130), 지상 제어기의 무선 제어신호(상승, 하강, 가속, 감속, 선회, 정지신호)에 따라 상기한 프로펠라구동모듈와 카메라모듈을 제어하는 UAV 제어부를 포함할 수 있다.

전술한 UAV(100) 무선통신모듈(110)은, AP(200)와 동일한 프로토콜에 의해 양방향 데이터(또는 제어신호)를 송수신할 수 있는 전파 송수신모듈을 통해 AP와 실시간 교신할 수 있고, 그 교신에 의해 UAV(100)의 비행정보, FC모듈(120)의 센싱정보, 카메라모듈(130)에 의해 촬영된 정보, 일시정보, UAV(100) 고유한 식별정보를 AP로 전송할 수 있다.

전술한 GNSS수신모듈은, GPS, GlONASS, Galileo 등의 글로벌 위성 항법시스템에서 위치정보를 수신하는 모듈로서, GPGGA, GPRMC, GPGSA, GPGSV 중 어느 하나일 수 있고, UAV(100)의 비행정보(위/경도 정보)를 실시간으로 UAV(100) 무선통신모듈로 전달 될 수 있다.

전술한 FC모듈(120)은, 속도센서모듈, 고도센서모듈, 자이로센서모듈을 포함할 수 있고, FC모듈(120)에 의해 실시간으로 센싱된 각 센서의 결과 정보는 UAV(100) 무선통신모듈(210)로 전달 될 수 있다.

전술한 속도센서모듈은 UAV(100)의 비행속도를 센싱하고, 고도센서모듈은 UAV(100)의 고도를 센싱하며, 자이로센서모듈은 UAV(100)의 각속도(회전각도)를 센싱할 수 있다.

전술한 FC모듈(120)은 포함하는 각 센서모듈의 센싱정보들을 실시간으로 UAV(100) 무선통신모듈(110)로 전달할 수 있다.

전술한 프로펠라모듈은, 프로펠라를 갖춘 복수개의 모터로 구성되고, 사용자 설정모드(USM, User Setting Mode)를 갖춘 UAV 제어부(101)에 의해 UAV(100)의 상승, 하강, 가속, 선회, 정지 기능을 수행할 수 있다.

전술한 카메라모듈(130)은, 주/야간에 사용할 수 있는 열화상 카메라모듈(도면에는 미도시), 4k 이상의 고화질 광학렌즈 기반의 카메라모듈을 포함하고, UAV 제어부(101)에 의해 제어되고, 촬영된 비젼 영상은 UAV(100) 무선통신모듈(110)로 전달되어 AP 무선통신모듈(210)과의 교신을 통해 AP로 전달된다.

전술한 UAV 제어부(201)는, UAV(100)의 비행을 제어하기 위한 제어로직으로 이루어진 프로그램으로, 지상 제어기의 제어신호에 대응하여 카메라모듈(130), 프로펠라모듈, UAV(100) 무선통신모듈(210)을 제어할 수 있다.

전술한 AP(200)는, 앞서 설명한 바와 같이 하늘과 가장 가까운 곳이나 시설물에 설치되는데, 도 3에 도시된 바와 같이 지향성 안테나를 포함하는 빔포밍구동부(211)와;

AP의 본체에 장착되는 펜/틸트구동부(220)(230)와;

고유 IP를 가지고 UAV(100) 무선통신모듈(110)과 교신할 수 있는 전파 송수신모듈(도면부호 미표기)을 포함하는 AP 무선통신모듈(210)과;

UAV(100)의 고유한 식별정보와 WiFi 커버리지에서의 UAV(100) 탐색시간 설정값, 펜/틸트구동부(220)(230)의 초기화 설정값, WiFi 전계강도의 초기화 설정값을 수정가능하게 기록할 수 있는 설정부(202)와;

안테나를 갖추고 AP 광역 커버리지 영역에서 UAV(100)의 유무를 탐색하고, 탐색된 UAV(100)의 인증여부 검증하는 판단부(242), 검증된 UAV(100)의 비행정보 및 AP와의 실시간 거리를 도출하여 설정값과 비교한 제어값을 AP 제어부로 전달하는 연산부(241)를 포함하는 레이더모듈(240)과;

전술한 제어값을 통해 전술한 빔포밍구동부(211)와 펜/틸트구동부(220)(230)를 실시간으로 제어하는 AP 제어부(201)를 포함할 수 있다.

전술한 양 펜/틸트구동부(220)(230)는 위 제어값을 통해 AP 제어부(201)의 제어에 의해 전술한 AP의 본체를 상하좌우로 회전시킬 수 있다.

전술한 설정부(202)는 UAV(100)에 부여된 프로토콜 또는 관라자 ID, 제품명 중 고유한 정보를 수정가능하게 저장할 수 있는 반도체로 된 기억매체로서, 저장된 정보는 판단부(242)에 의해 호출될 수 있다.

전술한 레이더모듈(240)은, 안테나(도면에는 미도시)를 갖추고 AP 광역 커버리지 영역에서 UAV(100)의 유무를 탐색하고, 상기 설정부에 저장된 설정값과 UAV(100)의 고유한고유한 식별정보를 비교 판단하는 판단부(242)와 UAV(100)의 비행정보를 수신하고, 수신된 정보를 실시간으로 설정값과 비교한 제어값을 AP 제어부로 전달하는 연산부(241)를 포함할 수 있다.

전술한 판단부(242)는, AP 광역 커버리지 내로 진입하는 UAV(100)의 고유한 식별정보가 설정부에 등록된 UAV(100)인지 여부를 판단하고, 그 결과를 AP 제어부(201)로 전달할 수 있다.

전술한 연산부(241)는, UAV(100)의 비행정보(UAV(100)와 AP간의 거리, UAV(100)의 위/경도,고도,속도,방향)을 실시간으로 설정값과 대비하여 디지털신호로 변환된 제어값을 AP 제어부(201)로 전달할 수 있다.

전술한 빔포밍구동부(211)의 제어 방식은 벡터 기반으로 연산부(241)의 두가지 연산에 의해 수행될 수 있다.

빔포빙구동부 제어를 위한 연산부(241)의 제어값은, 정북(正北)과 고도를 기준으로 한 현재의 UAV(100) 위/경도값과 현재의 UAV(100) 진행방향 정보을 통해 예컨데 5초후 진행방향의 위치를 계산하고, 위 두 위치 사이를 포함하는 범위, 두 위치 중심으로 AP가 회전되어야 할 방향을 실시간 도출할 수 있다.

도출된 제어값은 UAV 제어부로 전송되어 UAV 제어부에 의해 펜/틸트구동부를 실시간 제어하게 된다.

UAV와 AP와의 실시간 거리를 산출하는 식은 하기와 같다.

[수식 1]

위 수식 1에서, 거리y는 UAV와 AP와의 실시간 거리이고, UAV와 AP와의 X, Y, Z 좌표의 거리를 제곱하여, Z좌표의 차원을 더 넓힌 계산식이다.

수식 1 이외에도, UAV와 AP와의 실시간 거리는 다른 수식에 의해서도 도출될 수 있다.

UAV(100) 위도(UAV의 y좌표),경도(UAV의 x좌표), 고도(UAV의 z좌표) 값과 현재의 UAV(100) 진행방향 정보를 안테나의 전계강도 반치각의 제어값을 산출한 후 산출된 반치각 제어값을 UAV 제어부로 전송함으로써 UAV 제어부에 의해 지향성 안테나의 전계강도를 실시간 제어할 수 있다.

전술한 각 제어값들은 설정부에 설정된 펜/틸트 초기화 설정값, 안테나 전계강도의 초기화 설정값과 연산부(241)의 대입 연산에 의해 도출될 수 있다.

전술한 각 제어값은 설정값에 연산값을 대입하여 가감하는 방식으로 도출될 수 있다.

전술한 각 제어값은 펜과 틸트 구동부 제어값, 빔포빙 구동부 제어값, 지향성 안테나의 반치각 제어값일 수 있다.

전술한 빔포밍구동부(211)는, 지향성 안테나를 갖추고, 지향성 안테나의 빔포밍 방향 및 전파강도를 제어하는 출력제어부(도면에는 미도시)를 갖추고 AP 제어부(201)에 의해 판단부(242)의 UAV(100)과 AP(200)간의 거리정보에 대응하는 실시간 제어값을 통해 지향성 안테나의 반치각을 실시간으로 제어할 수 있다.

전술한 지향성 안테나의 반치각 제어기술은 대한민국 공개특허 10-2002-0034724(2002.05.09)와 대한민국 공개특허 10-20210-053965(2021.05.12)에 상세히 기술되어 있으므로 이를 참조할 수 있다.

전술한 AP 제어부(201)는, 연산부(241)로부터 산출된 정보에 대응하여 전술한 빔포밍구동부(211)의 출력제어부, 지향성 안테나 및 펜/틸트구동부(220)(230)를 제어할 수 있다.

따라서, AP 제어부(201)에 의해 펜/틸트구동부(220)(230)를 제어함으로써 실시간으로 AP(200)가 UAV(100)쪽으로 계속 지향하도록 자세를 제어할 수 있고, 또한 AP 제어부에 의해 UAV(100)와 AP간의 실시간 거리변화에 따른 거리 제어값으로 빔빔포밍구동부(211)의 출력제어부를 제어하여 지향성 안테나의 전파 반치각을 제어할 수 있다.

전술한 바와 같이 UAV(100)와 AP(200)는, 설정부(202)에 등록된 UAV(100)인 경우에만 세션에 의해 무선통신의 연결상태가 유지되므로, 검증에 통과되지 못한 UAV(100)가 AP의 광역 커버리지 영역에서 발견되더라도 해당 UAV(100)에 대해서는 세션이 연결되어 있지 않으므로 펜/틸트구동부(220)(230)와 빔포밍구동부의 출력제어부는 전혀 제어되지 않는다.

따라서, AP(200) 광역 커버리지 내로 설정부에 등록된 UAV(100)이 진입하면, UAV(100)가 AP 광역 커버리지 영역을 벗어 날 때 까지 UAV(100)는, AP와 1:1 통신을 독점할 수 있는 반경 4km 내외의 WiFi 무선통신망을 확보할 수 있다.

이는 하나의 AP로 반경 4km의 무선통신 커버리지 영역에서 검증된 UAV에게만 무선통신망을 독점하도록 허용하는 것이다. 그래서 최대로 연장된 상기 WiFi 커버리지 반경으로 복수의 AP(200)를 이격되게 설치하면, 각 AP를 연결하는 WiFi 커버리지를 통해 특정 지역에 UAV(100) 전용 WiFi 무선통신망을 구축할 수 있음을 시사한다.

본 발명에서 언급한 4km의 WiFi 커버리지 반경은 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시한 것일 뿐 한정하는 의미가 아님을 이해해야 한다.

그리고, PTZ WIFI AP는 최초 설치 시 또는 오차 발생 시, 위경도값 등 방향값을 조정할 수 있는 Off-Set 기능을 AP 제어부에 포함할 수 있다. 이 기능은 UAV와의 방향과 거리 산출 시 오류의 개선을 위해 활용될 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 UAV(100) 전용 무선통신장치의 제어방법에 대하여 설명한다.

아래의 그림 1에 도시된 지도에 표시된 포인트 "P1 ~ P5"의 경로로 UAV(100)가 비행하는 것을 가정하고, 위 포인트 P1 ~ P5 비행경로를 하나의 AP로 WiFi 광역 커버리지 구축 사례에 대하여 설명할 것이다.

또한, 전술한 UAV(100)의 비행경로 중 비행경로 "P1"와 "P5"는 PTZ AP의 설치 위치를 기준으로 WiFi 전계강도 반치각을 최대로 하여 AP의 유효 광역 커버리지 영역에서 PTZ AP위치를 기준으로 비행경로 "P1과 P5"와의 직선거리는 각각 4km이고, 비행경로 "p2 내지 P4"는 2.3km 인 것으로 가정한다.

[그림 1]

전술한 AP는, 레이더모듈을 통해 AP 광역 커버리지 내로 UAV가 진입하였을 때 UAV의 비콘(beacon) 신호(세션 연결을 위해 방사되는 최대 출력값)를 통해 탐지하고, 탐색된 UAV가 판단부의 검증을 통과한 경우, AAA[인증(Authentication), 권한(Authorization, 인가(Accounting)]" 요소를 모두 만족하였을 때 탐지된 UAV와 세션을 연결한다.

이렇게 되면, AP는 브로드캐스팅(broadcasting)을 중단하고, UAV와 세션을 형성하여 3-핸드쉐이킹(3-handshaking)이 설정된다.

참고로, 3-핸드쉐이킹는 양방향 핸드셰이크와 마찬가지로 3방향 핸드셰이크역시 SYN(SYNchronization) 및 ACK(ACKnowledgement) 메시지를 통해 UAV와 AP간의 연결을 설정할 수 있다. 이 경우, AP와 UAV는 시퀀스 번호를 제공하는 것 외에도 서로의 시퀀스 번호를 승인한다.

이 때, TCP(Transmission Control Protocol) 통신에서 이루어지는데, 이 프로토콜은 연결 지향 프로토콜일 수 있다.

또한, 데이터가 제대로 보내졌는지에 대한 신뢰성을 확립하기 위해 3-Way Handshake를 수행할 수 있거나 전술한 AAA 또는 IEEE 801.1x 인증방식 중 어느 하나의 방식으로 세션을 연결할 수 있다.

이렇게 하면, IEEE 802.1x는 로컬 영역 네트워크(local area networks, LANs)에서 상대기기와 연결하는 기기에 대한 인증을 제공하므로, 네트워크 스위치와 액세스 포인트가 RADIUS 등 전용 인증 서버로 인증 의무를 이관하는 메커니즘을 제공할 수 있다.

그러므로, 연결된 세션에 의해 AP와 UAV는 AP의 광역 커버리지 내에서 검증을 통과한 UAV만이 WiFi 무선통신망을 독점하여 교신할 수 있고, 인증정보를 서버에 기록하는 것이 가능하다는 것을 시사한다.

이 과정에서, UAV와의 무선통신모듈의 교신을 통해 UAV의 비행정보(속도, 고도, 방위정보, 각속도)를 수신하였음을 전제로, 비행정보를 통해 연산부에 의해 실시간으로 제어값을 도출하여 AP 제어부로 전달한다.

그래서, 진행 방향으로 앞으로 비행할 것을 포함한 계산하여, 음영지역 발생 등으로 생길 수 있는 신호의 중단을 예측할 수 있다. 그럼에도 불구하고 일정 시간 비행이 중단(UAV와 AP에 각각 동일하게 설정된 시간 경과시) 되는 경우, 예를 들어 비행경로가 약속되지 않은 직접 조정의 경우, AP는 마지막 교신 위치로 회전하고, UAV는 경로를 역으로 되짚어 마지막 교신 위치로 AP는 위치되게 된다.

이후, UAV와 AP간에 일정시간 동안 교신이 안되면, 한번 더 뒤로 돌아가는 절차를 밟으면 됩니다.)

한편, UAV의 비행경로가 약속되어 자동 항행인 경우, 일정 시차를 두고 앞으로 비행하여 음영지역을 벗어나려 시도한다. 그래도 신호가 중단된 경우는 AP는 마지막 교신 위치로 회전하고, UAV는 경로를 역으로 되짚어 마지막 교신 위치로 가게 된다.

AP 제어부(201)는 각 제어값을 통해 펜/틸트구동부(220)(230)를 각각 제어하여 AP(200)가 UAV(100)을 지향하도록 제어하고, 전술한 빔포밍구동부(211)를 제어하여 지향성 안테나의 반치각을 제어한다.

이러한 제어는 세션이 유지되는 것을 전제로 UAV가 포인트 P1 내지 P5 경로를 비행할 때 까지 지속되지만 UAV가 알 수 없는 이유로 AP 광역 커버리지 영역에서 실종된 경우, 즉, 세션이 유지되지 않은 경우 AP 제어부(201)는 설정부(202)에 설정된 시간동안 UAV를 탐색하고 재발견시 전술한 바와 같은 검증단계를 수행하고, 설정된 시간동안에 탐색(발견)되지 않는 경우, 트리거를 실행하여 펜/틸트구동부와 빔포밍구동부가 설정값으로 초기화되도록 제어한다.

전술한 펜/틸트구동부(220)(230)의 최기화 위치는 설정부(202)의 펜/틸트구동부 최기화 설정값에 의해 초기화 위치로 원위치될 수 있다.

이때 전술한 빔포밍구동부의 초기화가 실행되면 무지향성 WiFi를 송출한다.

이렇게 되면, 해당 주파수를 누군가(다른 UAV)가 선점하고 있는 경우,그 것이 탈취되는 일이 없다. 다만, 해당 주파수 사용여부를 다른 단말이 체크하기에 통신상에 지연이 발생할 가능성이 있으나, 하늘로 WiFi를 장거리로 송출하면, 다른 전파의 간섭을 받을 확율은 극히 낮기 때문에, 세션을 맺고 있는 UAV는 방해없이 지속적으로 독자적으로 통신하게 된다.

통상, WiFi 주파수 1hz는 1bps여서 몇 백 Mbps로 밖에 통신을 하지 못하므로 위상을 바꾸고, 시분할로 나누어 x4 x8 x16 x1024 방식으로 증가될 수 있고, 증가된 주파수 대역을 묶어서 하나의 대역처럼 표현하는 DFS(Dynamic Frequency Selection) 방식이 채용될 수 있다.

그래서, 아래 그림 2와 비교하였을 때, 본 발명은 AP은 광역 커버리지를 확장(또는 연장)할 수 있고, 최소의 AP만으로 UAV 전용 무선통신 네트워크를 구축할 수 있음을 시사한다.

[그림 2]

위 설명을 종합하면, 전술한 AP는, 레이더모듈에 의해 AP 광역 커버리지내에서 UAV 유무를 탐색하고, 탐색된 UAV을 검증(a 단계)하고,

검증을 통과한 UAV인 경우, 세션을 연결하고 AP와 UAV간의 무선통신모듈의 통신에 의해 연산부는 전술한 UAV의 비행정보를 실시간 받아 실시간 연산한 연산값을 설정값과 실시간 비교한 각 제어값을 AP 제어부로 전송(b 단계)하며,

전술한 AP 제어부(201)는 각 제어값으로 펜/틸트구동부, 빔포밍구동부, 지향성 안테나의 전계강도 반치각을 각각 제어(c 단계)하는 프로세스를 수행한다.

만일, 전술한 AP 광역 커버리지 내에서 알 수 없는 이유로 UAV가 실종된 경우, 예를 들어 세션이 만료된 경우, AP 제어부는 설정부에 설정된 시간 동안 탐색을 시도하고, 그래도 UAV를 발견할 수 없는 경우, 트리거를 실행하여 펜/틸트구동부와 빔포밍구동부의 출력제어부를 각 설정값으로 제어(d 단계)하고 세션을 만료한다.

반대로, 전술한 AP 광역 커버리지에서 실종된 UAV가 재발견되는 경우, AP 제어부는 전술한 a 단계 내지 c 단계로 이어지는 시계열적 단계를 수행한다.

이상에서 언급한 본 발명의 바람직한 실시 예는, 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시 예를 구성하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시 예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시 예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시 예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시 예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.

본 발명은 본 발명의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

실시 예들이 비록 한정된 도면에 의해 도시되고 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (2)

1. 레이더모듈을 통해 AP 광역 커버리지 내의 UAV가 설정부에 등록된 UAV인지 여부를 판단부를 통해 검증((a 단계)하여, 검증을 통과한 UAV인 경우,
   UAV와 교신을 통해 세션을 연결하여 UAV와 AP간 교신가능하게 개통되어, UAV로부터 전송되는 비행속도, 고도, 위/경도, 각속도를 연산부를 통해 실시간으로 연산한 연산값을 설정값과 비교하여 펜/틸트구동부 제어값과 출력제어부 제어값을 AP 제어부로 전송(b 단계)하며;
   각 제어값을 통해 AP 제어부에 의해 상기 출력제어부와 펜틸트구동부를 각각 실시간 제어하여 지향성 안테나의 전계강도 반치각과 AP의 자세를 제어(c 단계)한 후 세션을 만료하고,
   만일, 상기 UAV가 AP 광역 커버리지 내에서 실종된 경우,
   상기 AP 제어부(201)는 설정부(202)에 설정된 시간동안에도 상기 UAV가 발견되지 않는 경우, 트리거를 실행하여 펜/틸트구동부와 전계강도 출력제어부가 초기화되도록 제어(d 단계)하고,
   상기 AP 광역 커버리지 영역에서 사라진 UAV가 재발견되는 경우,
   상기한 a 단계 내지 c 단계를 시계열적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 무인항공기 전용 WiFi 무선통신장치 제어방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 AP의 WiFi 전계강도는,
   x4 x8 x16 x1024으로 증가되고, 증가된 주파수 대역을 묶어서 DFS(Dynamic Frequency Selection) 방식으로 송출되는 것을 특징으로 하는 무인항공기 전용 WiFi 무선통신장치 제어방법.

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