KR20030068871A - 무인기를 이용한 원격탐색 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무인기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무인기를 이용하여 지리정보 등을 탐색하는 원격탐색 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 무인기를 이용한 원격탐색 시스템은 센서부로부터 입력된 데이터를 이용하여 상기 무인기의 비행 정보를 산출하고 이를 가공하여, 카메라를 통해 획득한 영상정보와 비행정보를 단일 영상 프레임으로 합성한 후 무선망을 통해 송출하는 무인기와, 상기 합성된 영상신호를 수신하여 출력하고, 상기 무인기를 조종하는 조종 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무인기를 이용한 원격탐색 시스템{Reconnoitering System using a Remotely Piloted Vehicle}

본 발명은 무인기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무인기를 이용하여 지리정보 등을 탐색하는 원격탐색 시스템에 관한 것이다.

무인기는 조종사 없이 작전을 수행할 수 있는 능력을 보유한 비행기로서 사전에 입력된 자료에 의해 임무를 수행하는 비행체와 무선 통제에 의해 임무를 수행하는 비행체를 포함하고 있다. 이와 같은 무인기는 종래에는 무기체계의 시험이나 훈련을 위한 표적용으로 사용하였으나 현재에는 그 용도가 넓어져 정찰/관측/감시/표적획득/기만 등 여러 목적으로 사용되고 있다. 이러한 무인기의 장점으로는 일회용의 미사일 종류와 달리 회수하여 재사용이 가능하고, 탑승 조종사가 필요 없으므로 전투 혹은 기체 추락에 의한 인적손실이 없으며, 탑승하는 조종사의 생리나 심리상태에 제약을 받지 않으므로 유인기에서는 불가능한 가혹한 비행조건의 기동이나 운용이 가능하다. 또한 탑승하는 조종사에 필요한 장비나 장치 등이 필요 없으므로 기체를 대폭적으로 소형, 경량화하여 제작할 수 있고, 제조비용이 유인기에 비하여 매우 저렴하므로 군비의 비용 대 효과가 큰 장점이 있다.

특히 무선 통제에 의해 임무를 수행하는 무인기는 비 가시거리에서 전송되어 오는 비행정보를 지상에 위치한 조종실의 계기 혹은 화면에 표시해줌으로써 원격조종이 가능하다. 그러므로 기체의 전자탑재장비에는 필수적으로 기체와 지상의 조종실을 연결해주는 무선 장비와 비행 상태 측정 및 제어에 필요한 전자장비, 임무 수행에 필요한 임무장비 등이 포한되고, 무인기의 조종 및 운영에 필요한 지상장비 등이 요구된다.

그러나 이와 같은 무인기는 무인기의 조종 및 전체적인 시스템 운영을 위한 구체적이고 주기적인 고난이도의 교육을 요구하게 되어 근거리의 원격탐색 및 휴대용 무인기로의 적용에 많은 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명은 무인기로부터 수신된 영상화면 위에 비행정보를 오버레이하여 무인기의 조종과 임무를 일체화하는 무인기를 이용한 원격탐색 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 무인기로부터 수신한 영상화면을 통해 무인기의 현재 위치와 진행 방향을 정확히 파악함으로써 비 가시거리에 위치한 무인기를 모니터만을 보고 조종할 수 있는 무인기를 이용한 원격탐색 시스템을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 분해 및 조립이 가능한 무인기를 이용한 원격탐색 시스템을 제공하는 데에 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무인기의 형상을 도시한 사시도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무인기의 개략적인 구성을 도시한 블럭도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 영상정보의 구성화면.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 조종장치의 개략적인 구성을 도시한 블럭도.

도 5a,5b,5c는 본 발명의 일실시예에 따른 무인기의 촬영영상화면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 무인기 110 : 센서부

111 : GPS모뎀 112 : 피토 튜브

120 : 비행정보 산출부 130 : OSD데이터 생성부

140 : 영상처리부 150,210 : 무선 송수신부

160 : 조종 제어부 170 : 비디오카메라

200 : 조종 장치 220 : 영상 출력부

230 : 조종부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 무인기를 이용한 원격탐색 시스템은 무인기를 이용한 원격탐색 시스템에 있어서, 센서부로부터 입력된 데이터를 이용하여 상기 무인기의 비행 정보를 산출하고 이를 가공하여, 카메라를 통해 획득한 영상정보와 비행정보를 단일 영상 프레임으로 합성한 후 무선망을 통해 송출하는 무인기와, 상기 합성된 영상신호를 수신하여 출력하고, 상기 무인기를 조종하는 조종 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 양상에 따른 무인기는 센서부로부터 입력된 데이터를 이용하여 무인기의 비행정보를 산출하는 비행정보 산출부와, 상기 비행정보 산출부로부터 입력된 데이터를 가공하여 OSD(On Screen Display)데이터를 생성하는 OSD데이터 생성부와, 상기 OSD데이터 생성부로부터 생성된 데이터와 카메라를 통해 입력된 영상을 합성하는 영상처리부와, 상기 영상처리부에서 출력된 영상을 송출하고 조종신호를 수신하는 무선 송수신부와, 상기 무선 송수신부에서 수신한 조종신호에 따라 무인기를 제어하는 조종 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이와 같은 양상에 따라 본 발명에 따른 무인기를 이용한 원격탐색 시스템은 비행정보와 영상정보, 즉 조종과 임무를 동시에 수행할 수 있으므로 영상화면을 보면서 용이하게 상기 무인기를 조종할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 부가적인 양상에 따라 본 발명에 따른 무인기를 이용한 원격탐색 시스템은 상기 무인기의 센서부가 GPS수신모뎀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이와 같은 양상에 따라 본 발명에 따른 무인기를 이용한 원격탐색 시스템은 무인기의 이륙지점 및 현 위치와 무인기의 진행방향 및 현 위치로부터의 이륙지점위치 등을 출력화면에 표시해줌으로써 사용자는 이를 보면서 무인기의 위치를 파악할 수 있고, 귀환시킬 경우 용이하게 무인기를 조종할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 부가적인 양상에 따라 본 발명에 따른 무인기는 동체를 이루는 각구성요소가 분리 및 결합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이와 같은 양상에 따라 사용자는 용이하게 무인기를 휴대할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 이와 같은, 또 추가적인 양상은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 무인기의 형상을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 무인기(100)는 운용장소에 구애받지 않는 핸드-런치 및 랜딩이 가능하도록 날개 면적이 큰 글라이더 형태로, 동체는 탑재장비를 일렬로 장착하여 불필요한 여유 공간이 최소화되도록 하고, 착륙시 장애물의 파손이 없도록 날개는 동체의 상부에 위치하도록 하였다. 그러나 본 발명에 따른 무인기의 형상은 이에 한정되지 않으며, 다양하게 변형될 수 있다. 또한 상기 무인기는 바람직하게는 GPS모뎀의 수신 상태를 향상시키기 위해서 동체 후방에 GPS안테나를 장착하는 것이 유리하다.

그리고 본 발명의 일실시예에 따른 무인기에 있어서 엔진이 연결된 날개부분과 동체부분 사이에는 방진 마운트를 설치하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 일반적으로 저배율 저해상도의 비디오카메라는 매우 소형이고, 무게가 적어 엔진 진동에 의한 영상의 떨림 등이 없다. 그러나 본 발명의 일실시예와 같이 정찰 등에 사용하기 위해서는 고배율 고해상도의 비디오카메라가 필요한데 이 경우는 엔진 진동에의한 작은 떨림에도 영상에는 큰 영향을 주기 때문에 방진 마운트나 비디오카메라 장착시 다양한 형태의 방진물을 사용하는 것이 엔진 진동에 의한 영상상태 변화를 방지할 수 있기 때문이다.

한편 본 발명에 따른 무인기(100)는 동체를 이루는 각 구성요소가 분리 및 결합이 가능함으로써, 사용자는 상기 무인기를 휴대하고 이동하는 경우 편리하게 운반할 수 있는 장점이 있다.

도 2는 상기 무인기의 개략적인 구성을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 무인기(100)는 센서부(110)와, 비디오카메라(170)와, 상기 무인기(100)의 비행정보를 산출하는 비행정보 산출부(120)와, 산출된 비행정보로부터 텍스트를 생성하는 OSD데이터 생성부(130)와, 촬영영상과 비행정보를 합성하는 영상처리부(140)와, 합성된 영상정보를 지상으로 송출하는 무선 송수신부(150)와, 조종 제어부(160)를 포함한다. 그리고 도시되지는 않았지만 전원을 공급하는 배터리를 포함하며, 상기 조종 제어부(160)의 제어신호에 따라 무인기를 구동하는 구동부(미도시)를 포함한다.

상기 비디오카메라(170)는 지형, 지물을 촬영하기 위한 것으로 본 발명의 일실시예에 있어서는 반경 5Km내의 원격탐색이나 조종을 위해서 50mm렌즈가 장착된 고해상도의 저조도 촬영용 비디오카메라를 채택하였다. 이와 같이 함으로써 상기 무인기의 현재 비행위치에서 전방 2Km이내의 지형지물의 식별이 용이하고, 군사적 목적의 원격탐색시 상대방에게 노출되지 않고 근거리의 탐색이 가능하다는 장점이 있다. 또한 비 가시영역에서의 조종에 있어 상기 무인기 전방의 지형지물을 더 멀리 파악할 수 있어 사용자가 조종석에 앉아 가시비행을 하듯 원격조종을 가능하게 하는 장점이 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 비행 임무의 용도에 따라 다양한 종류의 비디오카메라를 장착할 수도 있다.

상기 센서부(110)는 상기 무인기의 이륙위치와 현재위치를 측정하기 위한 GPS모뎀(111)을 포함한다. 그리고 본 발명의 부가적인 양상에 따라 본 발명에 따른 무인기는 무인기의 비행정보 등을 측정하기 위한 피토 튜브(112)를 더 포함한다.

상기 비행정보 산출부(120)는 상기 센서부(110)로부터 입력된 데이터를 이용하여 상기 무인기(100)의 각종 비행정보를 산출한다. 예를 들면 상기 GPS모뎀(111)으로부터 입력된 데이터, 즉 무인기(100)의 현재 비행위치 좌표를 이용하여 원격조종시 상기 무인기(100)의 위치이동을 통한 무인기의 진행방향 및 상기 무인기(100)의 현재위치로부터의 이륙지점위치와 현재 비행시간 등을 산출한다. 또한 입력된 무인기의 GPS좌표로부터 상기 무인기(100)와 이륙지점과의 수평거리를 산출하게 된다. 그리고 상기 무인기(100)의 동체 전방에 장착된 피토 튜브(Pitot Tube)(112)에 의해서 측정되는 전체 압력 및 동체 내부에서 측정되는 정압을 이용하여 상기 무인기(100)의 비행속도, 비행고도 등을 산출하게 된다. 이러한 산출방법은 이건 출원일 전에 이미 공지된 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이와 같이 산출된 비행정보로부터 정찰임무에 따른 목표물이나 지형지물의 위치를 파악할 수 있으며, 또한 임무를 완수하고 무인기를 귀환시킬 경우 보다 용이하게 조종할 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 비행정보 산출부(120)는 상기 무인기(100)의 현재 내부 전원의 전압을 더 포함하여 산출한다. 이와 같이 함으로써, 사용자는 이를 통해 무인기의 비행 가능시간 등을 예측할 수도 있다.

한편 상기 OSD데이터 생성부(130)는 상기 비행정보 산출부(120)로부터 입력된 데이터를 가공하여 화면 위에 출력하도록 OSD(On Screen Display)데이터를 생성하는 것으로, 본 발명에 있어서 OSD데이터 생성은 미츠비시사에서 제조된 M35060 OSD칩을 채택하였다. 이에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 시스템은 상기 무인기(100)의 이륙지점을 나타내는 중앙의 이륙표시와 영상화면의 범위 내에 현재 무인기(100)의 위치를 나타내는 현 위치표시가 출력하도록 OSD데이터를 출력한다.

한편 상기 영상처리부(140)는 상기 카메라(170)를 통하여 입력된 촬영 영상과 상기 OSD데이터 생성부(130)로부터 생성된 데이터를 합성한다. 즉 상기 비디오카메라(170)의 영상출력 신호에 상기 센서부(110)를 통해 감지된 비행정보를 부가하여 주는 비디오 오버레이(Video Overlay)를 한다. 따라서 본 발명의 일실시예에 따른 무인기를 이용한 원격탐색 시스템은 출력화면 상의 단순한 자막처리 기능에 그래픽 처리기능을 추가하여 원격조종에 필요한 다양한 형태의 정보를 표시한다.

상기 무선 송수신부(150)는 상기 영상처리부(140)에 의해 재 합성된 영상신호를 지상의 조종장치로 송출하고, 지상으로부터의 조종신호를 수신한다. 상기 무선 송수신부(150)를 통해 지상으로 송출되는 영상신호는 도3에 도시된 바와 같이 상기 비디오카메라 영상을 배경화면으로 하여 원격탐색과 조종에 필요한 다양한 비행정보를 문자와 그래픽 처리를 이용하여 표시하게 된다.

도면을 참조하면서 설명하면 좌측 상단에는 현재 무인기의 진행방향(H000)과 기지국(이륙지점)과의 방향(B000)이 문자로 표시되는 것으로, 진행방향은 북쪽을 기준으로 하여 360°의 범위를 가진다. 그러나 이와 같은 진행방향의 기준은 사용자의 정의에 따라 가변될 수도 있다. 그리고 우측 상단의 화살표는 상기 두 방향의 차이 정도를 표시하여 준다. 또한 좌측 중앙의 화살표는 무인기(100)의 상승과 하강을, 중앙의 십자 선은 영상화면의 중앙, 즉 무인기(100)의 이륙지점을, 작은 십자 선은 현재 무인기(100)의 위치를 그래픽으로 표시하여 준다. 그리고 좌측 하단의 정보들은 상기 비행정보 산출부(120)로부터 산출된 무인기의 비행 속도(V), 고도(A), 이륙지점과의 수평거리(R), 무인기(100)의 현재 내부 전원의 전압(P)을 나타내어 준다. 한편 우측 하단은 비행시간(T)과 현재 무인기(100)의 위치를 북위(N)와 동경(E)을 사용하여 좌표를 문자로 표시해 준다.

이와 같이 비행정보와 촬영영상, 즉 무인기의 조종과 임무를 하나의 화면을 통해 가능하도록 일체화함으로써, 사용자는 촬영된 지형지물을 보면서 편리하고 용이하게 무인기를 조종할 수 있는 장점이 있다. 또한 영상화면 위에 표시되는 그래픽 및 비행정보를 통해 목표물의 위치를 예측할 수 있으며, 무인기를 귀환시킬 경우 용이하고 신속하게 무인기를 조종하여 귀환시키는 것이 가능하다. 그러나 상기의 그래픽이나 비행정보를 표시하는 위치 등은 이에 한정되지 않고, 다양한 형태로 변형이 가능하다.

한편 상기 조종 제어부(160)는 상기 무선 송수신부(150)를 통해 수신된 무인기(100)의 조종신호에 따라 구동부와 전원 공급부 등 무인기의 비행 전반을 제어하여 상기 무인기의 조종 및 정찰 등을 수행하게 된다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 조종장치의 개략적인 구성을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 조종장치(200)는 무인기로부터의 영상신호를 수신하고, 무인기의 조종신호를 송출하는 무선 송수신부(210)와, 촬영영상과 비행정보를 출력하는 영상출력부(220)와 무인기를 조종하기 위한 조종부(230)를 포함하고 있다.

상기 무선 송수신부(210)는 상기 무인기(100)로부터 송출되는 영상신호를 수신하고, 조종부로부터 출력되는 조종신호를 송출한다.

한편 상기 영상출력부(220)는 상기와 같이 상기 무선 송수신부(210)를 통해 수신된 촬영영상 화면 위에 비행정보를 오버레이하여 출력하는 것으로, 본 발명의 일실시예 따라 도 5a,5b,5c에 도시된 바와 같은 출력영상을 얻을 수 있다. 즉 도시된 영상화면을 참조하여 설명하면 도 5a,5b,5c로부터 무인기의 진행방향이 154°에서 157°로 변화됨을 알 수 있다. 현재 무인기가 비행속도 92Km/h로 수평비행 상태이고, 고도는 224m, 이륙지점과의 거리는 760m인 지점에서 진행방향을 154°에서 157°방향으로 선회하면서 촬영하고 있음을 알 수 있다. 이를 통해 평지에서는 아파트 단지 옆으로 시가지의 존재를 알 수 없었으나, 무인기를 통한 원격탐색을 통하여 157°방향에 시가지가 있음을 알 수 있다.

그리고 상기 영상출력부(220)는 출력되는 영상을 저장할 수 있는 저장수단을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이에 따라 실시간으로 출력되는 영상은 원격탐색 및 조종을 위해 이용되는 중요한 자료로써 탐색 후 면밀한 조사를 할 수 있는 장점이있다.

한편 상기 조종부(230)는 상기 무인기를 조종하는 것으로, 본 발명의 일 양상에 따른 조종 장치는 상기 영상출력부와 상기 조종부가 일체로 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 양상에 따라 사용자는 자신이 직접 상기 영상출력부(220)를 통해 출력되는 화면을 보면서 무인기를 조종하는 것이 가능하다. 또한 상기 조종 장치는 상기 조종부로부터 출력되는 신호를 증폭하는 증폭부(미도시)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 상기 무인기의 조종거리 연장이 가능하고 다른 무선신호에 의한 무인기의 조종불능상태 등을 예방할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 무인기를 이용한 원격탐색 시스템은 무인기로부터 수신한 영상화면 위에 비행정보를 오버레이하여 무인기의 조종과 탐색임무를 하나의 화면에 일체화하여 출력할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 무인기로부터 수신한 영상화면을 통해 무인기의 속도 및 고도 정보를 이용하여 무인기의 실속상태와 비행 상태를 정확히 파악할 수 있으며, 장착된 GPS모뎀을 통해 무인기의 현재 위치와 진행 방향을 정확히 파악함으로써 비 가시거리에 위치한 무인기를 모니터만을 보고 조종할 수 있는 장점이 있다.

그리고 본 발명은 무인기의 동체를 이루는 각 구성요소를 분해 및 조립할 수 있으므로 이동시 휴대가 간편하고 용이하게 운반할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims (10)

1. 무인기를 이용한 원격탐색 시스템에 있어서,

   센서부로부터 입력된 데이터를 이용하여 상기 무인기의 비행 정보를 산출하고 이를 가공하여, 카메라를 통해 획득한 영상정보와 비행정보를 단일 영상 프레임으로 합성한 후 무선망을 통해 송출하는 무인기와;

   상기 합성된 영상신호를 수신하여 출력하고, 상기 무인기를 조종하는 조종 장치;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기를 이용한 원격탐색 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 무인기는 :

   센서부로부터 입력된 데이터를 이용하여 무인기의 비행정보를 산출하는 비행정보 산출부와;

   상기 비행정보 산출부로부터 입력된 데이터를 가공하여 OSD(On Screen Display)데이터를 생성하는 OSD데이터 생성부와;

   상기 OSD데이터 생성부로부터 생성된 데이터와 카메라를 통해 입력된 영상을 합성하는 영상처리부와;

   상기 영상처리부에서 출력된 영상을 송출하고 조종신호를 수신하는 무선 송수신부와;

   상기 무선 송수신부에서 수신한 조종신호에 따라 무인기를 제어하는 조종 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기를 이용한 원격탐색 시스템.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 무인기의 센서부는 :

   무인기의 이륙위치와 현재위치를 측정하기 위한 GPS모뎀을 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기를 이용한 원격탐색 시스템.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 무인기의 비행정보 산출부는 :

   상기 GPS모뎀으로부터 수신한 데이터를 이용하여 무인기의 진행 방향 및 무인기의 현 위치로부터의 이륙지점위치와 비행시간 및 상기 무인기와 이륙지점과의 수평거리을 산출하는 것을 특징으로 하는 무인기를 이용한 원격탐색 시스템.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 무인기의 OSD생성부는 :

   상기 무인기의 이륙지점을 나타내는 이륙표시와 영상화면의 범위 내에 현재 무인기의 위치를 나타내는 현 위치표시를 출력하는 것을 특징으로 하는 무인기를 이용한 원격탐색 시스템.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 무인기의 센서부가 :

   무인기의 비행 속도 및 고도를 측정하기 위한 피토 튜브(Pitot Tube)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기를 이용한 원격탐색 시스템.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 무인기의 비행정보 산출부는 :

   상기 피토 튜브로부터 입력된 데이터를 이용하여 상기 무인기의 비행속도, 비행고도를 산출하는 것을 특징으로 하는 무인기를 이용한 원격탐색 시스템.
8. 제 4 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 무인기의 비행정보 산출부가 :

   상기 무인기의 현재 내부 전원의 전압을 더 포함하여 산출하는 것을 특징으로 하는 무인기를 이용한 원격탐색 시스템.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 무인기는 :

   동체를 이루는 각 구성요소가 분리 및 결합되는 것을 특징으로 하는 무인기를 이용한 원격탐색 시스템.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 조종장치는 :

    상기 무인기로부터 수신한 영상신호를 출력하는 출력수단과 상기 무인기를 조종하는 조종수단이 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 무인기를 이용한 원격탐색 시스템.