KR19980026772A

KR19980026772A - 헬기 항법용 운항정보장치

Info

Publication number: KR19980026772A
Application number: KR1019960045332A
Authority: KR
Inventors: 이종훈; 김경옥; 강태호; 김진서; 김윤곤; 서성철; 송대석
Original assignee: 양승택; 한국전자통신연구원; 도일주; 육군본부
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 1998-07-15
Also published as: JPH10221108A

Abstract

본 발명은 범지구 측위 시스템으로부터 수신된 현재의 위치 및 고도 값, 그리고 입력된 지형정보를 이용하여 운항경로와 이탈거리, 안전고도를 시각적으로 제시함으로서 헬기의 운항 안정성을 극대화 하고자 하는 것으로, 이를 달성하기 위하여, 본발명은 인공위성으로부터 보내오는 GPS신호를 수신하는 GPS수신안테나(1)와, 상기 GPS수신안테나로부터 수신된 GPS신호를 처리하여 위치정보를 검출하는 GPS수신부(2)로 이루어진 헬기 항법 장치에 있어서, 지도, 고도, 위치에 관한 자료를 저장해 두는 저장부(3)(4)(5)와, 헬기의 항로설정과 운항에 필요한 자료를 입력하는 입력부(8)와, 상기 입력부의 설정된 항로에 따라 GPS수신부로부터 수신된 위치자료와 상기 저장부의 지도 고도 자료와를 비교 판단하여 안전고도 및 이격거리 등의 항법자료를 산출하는 제어부(6)와, 상기 제어부의 항법자료를 받아 조종사에게 보여주는 디스플레이부(7)와, 상기 항법자료를 영구기록하는 항법정보 저장부(9)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 헬기 항법용 운항정보 장치이다.

Description

헬기 항법용 운항정보 장치

본 발명은 헬기의 안전운항을 보조하는 헬기 항법용 운항정보 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

근래 헬기는 군용으로서 뿐만 아니라 민간용으로도 그 수요가 증대되고 있다. 그러나 헬기는 자동차나 비행기와 같은 다른 교통수단보다 구조적으로나 운항하는 방법에 있어서, 안전성이 덜 확보되어 있는 실정이다.

헬기의 운항 방법에 있어서, 주간 운항시에는 지도와 현 지형을 확인 대조한 후에 구간을 이동하고 있으며, 자주 이용하는 구간은 고속도로, 강, 도시등 익숙한 지형을 이용하여 지그재그운항을 하고 있다.

또한, 야간 운항을 하고자 할 경우에는 면밀한 준비 및 조종사의 고도 훈련이 요구되고 제한된 지역의 운항만 이루어지고 있으므로 헬기의 최대능력을 발휘하는 데에는 많은 제한이 따르고 있다. 물론 지역방송주파수의 자동선국장치, 레이다 관제유도, 도플러 장비등을 이용한 운항방법이 있으나, 이들의 이용도가 너무 저조한 상태이다.

종래기술에 따른 헬기의 운항 방법은 조종사의 숙련된 경험과 판단에 의해 현재 운항중인 구간의 지형을 파악하여 목적지까지 운항임무를 수행하기 때문에 조종사의 판단실수등에 의해 정확한 지형을 파악하기 어렵고, 신속한 운항임무를 수행하기 곤란한 문제점이 있다.

또한, 운항 항법을 지원해 주는 지역방송주파수의 자동선국장치, 레이다 관제유도, 도플러 장비등은 이용도가 저조한 상태이다.

따라서, 본 발명은 범지구 측위 시스템(GPS ; Global Position System)으로 부터 수신된 현재의 위치 및 고도 값, 그리고 입력된 지형정보를 이용하여 운항경로와 이탈거리, 안전고도를 시각적으로 제시함으로 안전운항을 보조하는 헬기 항법용 운항정보 장치 및 그 제어 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1 은 본 발명에 관한 헬기 항법용 운항정보 장치를 나타내는 구성도

도 2 는 본 발명에 관한 헬기 항법용 운항정보 장치의 제어방법을 나타내는 흐름도

도 3 은 본 발명에 관한 헬기의 항로 및 이격거리를 나타내는 도면

도 4 는 본 발명에 관한 헬기의 안전고도 추출 방법을 나타내는 도면

도 5 는 본 발명에 관한 헬기의 이격도를 나타내는 화면

도 6 은 본 발명에 관한 헬기의 안전고도 단면도를 나타내는 화면

도 7 은 본 발명에 관한 헬기의 현위치 및 수치지도자료를 나타내는 화면

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 ; GPS수신안테나 2 ; GPS수신부

3 ; 지도자료 저장부 4 ; 고도자료 저장부

5 ; 위치자료 저장부 6 ; 마이크로 컴퓨터

7 ; 디스플레이부 8 ; 입력부

9 ; 항법정보 저장부

본 발명에 따른 헬기 항법용 운항정보 장치 및 그 제어 방법은 액정화면(LCD Mointor)을 통해 지상의 지도자료를 디스플레이하여 헬기의 현재위치 및 목적지를 검색할 수 있고, 항로로부터 이탈한 이격거리 및 헬기의 안전고도 유지를 위한 단면도 및 각종 정보를 제공하는데 그 특징이 있다.

도 1 은 본 발명에 관한 헬기 항법용 운항정보 장치를 나타내는 구성도로, 도1에 나타내는 바와 같이, 범지구 측위 시스템(GPS ; Global Posi tion System)의 인공위성으로부터 GPS신호를 수신하는 GPS수신안테나(1)와, 상기 GPS신호를 신호처리로 해석하여 헬기의 위치, 속도, 방향각등으로 각각 분리하여 출력하는 GPS수신부(2)와, 한반도등 일정한 지역의 지도자료가 저장되어 필요시 출력하는 지도자료 저장부(3)와, 한반도등 일정한 지역의 고도자료가 저장되어 필요시 출력하는 고도자료 저장부(4)와, UTM좌표와 위도와 경도를 나타내는 주요 지형지물의 위치자료가 저장되어 필요시 입력되거나 출력하는 위치자료 저장부(5)와, 상기 GPS수신부(2)의 위치자료에 따라 상기 지도, 고도 및 위치자료 저장부(3)(4)(5)에 저장된 데이터를 읽어내서 헬기의 항로정보에 해당한 고도, 위치, 지도자료를 처리하는 마이크로 컴퓨터(6)와, 상기 마이크로 컴퓨터(6)의 출력을 받아 헬기의 3차원 위치 및 항로를 화면으로 디스플레이하는 디스플레이부(7)와, 헬기의 현 위치에서 목적지의 항로로 이동 또는 추적명령을 상기 마이크로 컴퓨터(7)에 입력하고 조종사가 필요한 각종 항로자료를 입력하는 입력부(8)와, 상기 마이크로 컴퓨터(6)로 부터 처리된 항법 정보를 저장하는 항법정보 저장부(9)로 이루어진다.

상기 GPS수신부(2)는 6채널 수신기로 상기 마이크로 컴퓨터(6)와의 인터페이스를 위해 RS-232C 직렬통신 방식을 사용한다.

상기 디스플레이부(7)에서 보여주는 항로영상자료는 1:250,000축적의 지도를 스캐너로 입력한 자료이다.

도 2 는 본 발명에 관한 헬기 항법용 운항정보 장치의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 먼저 조종사는 출발지와 목적지를 UTM좌표 또는 경도 및 위도좌표를 입력부(8)를 통하여 직접 설정하거나, 주요 지형지물의 데이타가 저장된 위치저장부(5)를 검색하여 헬기의 항로를 설정한다(S1).

그러면 입력부(8)에 입력된 좌표 데이타 또는 위치저장부(5)에 저장된 좌표 데이타는 마이크로 컴퓨터(6)로 출력되고, 이 컴퓨터(6)는 GPS수신안테나(1)와 연결된 GPS수신부(2)를 통해 미국방성이 개발한 24개의 인공위성군으로 부터 보내오는 전파신호를 수신하여 헬기의 3차원 위치와 속도와 방향 및 시간에 관한 항로정보를 자동적으로 항법정보 저장부(9)에 저장하고, 상기 좌표 데이타에 해당하는 화일을 저장부(3)(5)로 부터 읽어와서 설정된 항로좌표의 지도 및 위치영상을 디스플레이부(7)를 통해 조종사에게 화면으로 보여준다.

이때, 조종사는 도 6에 나타나는 지도영상과 설정된 항로가 표시된 화면을 보고 상기 입력부(8)를 통해 입력된 출발지에서부터 목적지까지의 항로를 직접 확인하고(S2), 안전 단면도를 상기 컴퓨터가 상기 저장부(3)(5)로부터 읽어와서 현 항로에서 최적으로 안전한 고도를 설정한다(S3).

상기 항법정보 저장부(9)에 저장된 항법정보는 과거의 운항기록 및 비행궤적을 다시 보기 위한 운항일지 작성에 사용된다.

보통 운항일지로 총 운항거리와 소요시간등의 확인은 물론 시간대별, 운항거리별 운항경로를 알 수 있다.

여기서, 일반적으로 산악지형이 많은 우리나라와 같이 지표면의 변화가 심한 경우 무조건 낮은 고도에서 운항하는 것은 매우 위험하다.

따라서, 헬기의 안전고도를 유지할 정도의 최적고도에서 헬기가 운항할 수 있도록 전방의 지표변화를 확인하여 안전운항을 증대시킨다.

통상적으로 안전단면도를 이용하므로서, 즉 운항전에 설정된 항로상에 위치한 지형의 단면도를 상기 저장부(3)(4)(5)로 부터 미리 구해서 운항시에 헬기가 위치한 지역의 단면도를 보면서 주행하기 때문에 시계가 제한된 상황하에서도 안전한 운항고도를 유지하여 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.

상기 안전단면도에서 안전고도 설정 방법은 도 6에 나타낸 바와 같이, 직선으로 펴시된 운항경우상의 100미터 단위의 지점마다 한 지점에서의 사방 200미터 이내에 입력되어 있는 고도데이타를 모두 읽어들여 그중에서 가장 높은 고도값을 안전고도값으로 설정하는 방법이다. 실제로 운항 경로상의 100미터 단위의 지점마다 이와 같은 방법을 반복하여 설정한다.

이어, 조종사는 입력부(8)를 이용하여 화면에 나타나는 지도를 상,하,좌,우로 움직이면서 실제운항의 항로를 따라 항로를 미리 답사하므로 조종사는 현 항로에서 발생 가능한 장애등을 예측한다(S4).

이와 같이 헬기의 운항준비가 완료되면 조종사는 운항을 시작하고, 동시에 운항초기 시점에서부터 운항종료까지의 운항시간이 카운터된다.

즉, 마이크로 컴퓨터(6)는 설정된 시간간격으로 타이머를 발생시킨다(S5).

또한, 타이머의 발생이 되었으면 인공위성으로 부터 헬기운항 초기 시점의 지도자료와 위치자료,고도자료등 GPS수신부(2)에서 받아 현 헬기의 3차원적인 이동 위치를 조종사에게 알려주도록 결정한다(S6).

그러면 화면에 항로에 대한 수치지도와 필요한 운항정보를 디스플레이부(7)를 통해 보여준다(S7).

이때, 헬기가 출발점을 떠나 항로를 따라 운항을 하고 있는 중이기 때문에 마이크로 컴퓨터(6)는 출발지에서 목적지까지의 운항선상에서 얼마나 떨어져 있는지를 즉 헬기가 항로상 이탈된 이격거리를 계산하여 디스플레이부(7)에 나타내 보여준다(S8).

상기 이격거리의 계산은 도 3에 도시된 바와 같이, X₁, Y₁은 헬기의 출발지이고, X₂, Y₂는 헬기 운항종료인 목적지이고, X₀, Y₀는 직선 항로상에서 헬기와 가장 가까운 위치이고, D는 설정된 항로로부터 헬기가 이탈된 이격거리라 하면 다음과 같다.

이어, 상기 이격거리와 미리설정된 거리값을 비교하여(S9), 설정거리보다 크면 현재 운항중인 헬기가 항로를 이탈하였다는 경고를 조종사에게 한다(S10).

이때, 상기 이격거리에서 목적지까지의 운항방향은 도 5에 나타낸 바와 같이 조종사에게 보여주고 조종사는 이를 보고 운항방향을 변경하여 항로를 추적한다

헬기가 항로를 벗어나지 않고 항로선상을 따라 운항을 하면 현 위치에서 항로선상에 있는 전, 후 100미터 범위안의 지표면의 고도와 함께 안전고도를 조종사에게 보여준다(S11).

그런데 헬기의 고도가 안전고도보다 낮으면(S12), 헬기가 안전고도에 미치지 못했다는 고도 미달 경고를 조종사에게 하고(S13), 헬기의 고도가 안전고도보다 높으면(S12), 헬기의 출발지부터 카운터한 시간을 저장하고 지금 진행중인 항로의 궤적를 항로정보 저장부(9)에 저장한다(S14).

이렇게 조종사가 이격거리와 안전고도를 계속 유지하여 항로를 따라 목적지까지 도달하도록 마이크로 컴퓨터(6)는 계속 반복수행하고(S15), 목적지에 도달하여 운항이 종료되면 상기 알고리즘을 종료한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 범지구 측위 시스템(GPS)으로부터 수신된 현재의 위치 및 고도 값, 그리고 입력된 지형정보를 이용하여 운항경로와 이탈거리, 안전고도를 시각적으로 표시하는 것에 의하여 헬기의 전천후 운항 환경제공 및 안정성을 향상시켜 운항능력을 극대화할 수 있는 것이다.

Claims

인공위성으로부터 보내오는 GPS신호를 수신하는 GPS수신안테나(1)와, 상기 GPS수신안테나로부터 수신된 GPS신호를 처리하여 위치정보를 검출하는 GPS수신부(2)로 이루어진 헬기 운항정보 장치에 있어서,

지도, 고도, 위치에 관한 자료를 저장해 두는 저장부(3)(4)(5)와, 헬기의 항로설정과 운항에 필요한 자료를 입력하는 입력부(8)와, 상기 입력부의 설정된 항로에 따라 GPS수신부로부터 수신된 위치자료와 상기 저장부의 지도 고도 자료와를 비교 판단하여 안전거리 및 이격거리 등의 항법자료를 산출하는 제어부(6)와, 상기 제어부의 항법자료를 받아 조종사에게 보여주는 디스플레이부(7)와, 상기 항법자료를 영구기록하는 항법 정보 저장부(9)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 헬기 항법용 운항정보 장치.
출발지에서 목적지까지의 항로를 설정하고 확인하여 미리 안전단면도 작성 및 답사하는 운항준비단계(S1∼S4)와, 운항개시하여 설정된 시간간격으로 GPS수신부로부터 3차원위치를 결정하고, 그 결정된 현위치에 관한 수치지도 및 운항정보를 화면으로 나타내는 디스플레이단계(S5∼S7)와, 상기 헬기의 현위치가 입력부에서 설정된 항로상으로부터 이탈된 이격거리를 계산하고 표시하여 항로를 추종하는 추종단계(S8∼S10)와, 상기 헬기의 현위치에 따라 안전고도를 화면으로 표시하고,이를 기초로 하여 헬기의 안전고도를 유지하는 유지단계(S11∼S13)와, 상기 설정된 시간간격으로 시간 및 운항궤적정보를 항법 정보 저장부(9)에 저장하는 저장단계(S14)와, 상기 입력부에서 설정된 목적지까지 운항하면서 상기 디스플레이단계에서 상기 저장단계까지 반복수행하는(S15)운항안내단계(S5∼S15)와로 이루어지는 것을 특징으로 하는 헬기 항법용 운항정보 장치의 제어 방법.
제 2항에 있어서,

상기 추종단계(S8∼S10)에서 미리 설정된 항로로부터 이탈된 항로 이격거리 추출방법을 시각적인 화면으로 표시하는 것을 특징으로 하는 헬기 항법용 운항정보 장치의 제어방법.
제2항에 있어서,

상기 유지단계(S11∼S13)에서 미리 입력된 고도자료를 이용하여 헬기의 경도를 따라 안전운항을 보장할 수 있는 안전고도 단면도를 시각적인 화면으로 표시하는 것을 특징으로 하는 헬기 항법용 운항정보 장치의 제어방법.
제 2항에 있어서,

상기 운항준비단계(S1∼S4)는 출발지에서 목적지까지 고도 자료 저장부에 저장된 고도자료에 기초하여 안전 단면도를 작성하는 것을 특징으로 하는 헬기 항법용 운항정보 장치의 제어 방법.
제 2항에 있어서,

상기 디스플레이단계(S5∼S7)에서 현위치에 관한 수치지도 및 운항정보를 시각적인 화면으로 표시하는 것을 특징으로 하는 헬기 항법용 운항정보 장치의 제어방법.