KR20100131409A - 자동항법 시스템의 데이터 송수신 장치 - Google Patents

자동항법 시스템의 데이터 송수신 장치 Download PDF

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윤석현
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Abstract

본 발명은 CDMA망을 이용하는 자동 항법 장치의 데이터 송수신 장치가 개시된다.
자동항법 시스템의 데이터 송수신 장치는 통제실의 컴퓨터에 연결되며 각종 명령을 무인항공기 및 선박에 전송해주거나 무인항공기 및 무인 선박에 설치된 자동항법장치에서 제공되는 속도, 고도, 방향, 경위도 등의 값들을 수신하여 상기 컴퓨터에 제공하는 제1CDMA 모뎀; 및 무인 항공기 및 무인 선박의 운행을 제어하는 제어부 및 자동항법장치에 연결되며, 각종 센서에서 감지하는 속도, 고도, 방향, 경위도 등의 값들을 상기 통제실에 전송하거나 통제실로부터의 각종 명령을 자동항법장치에 제공하는 제2CDMA 모뎀을 포함한다.
본 발명의 CDMA 데이터 송수신 장치에 의하면, 무인항공기 및 선박이 어디에 있더라도 CDMA 이동통신이 되는 지역 내에만 있으면 무인항공기 및 선박의 위치를 알 수 있는 효과를 가진다.

Description

자동항법 시스템의 데이터 송수신 장치{Datd tranceiver of auto navigation system}
본 발명은 자동 항법 시스템의 데이터 송수신 장치에 관한 것으로서, 특히 CDMA망을 이용하는 데이터 송수신 장치에 관한 것이다.
무인 항공기, 무인 선박 등이 비행 및 운항하기 위한 자동 항법 시스템의 운용을 위해서는 무인 항공기, 무인 선박 등에 설치된 각종 센서에서 감지하는 속도, 고도, 방향, 경위도 등의 값들을 통제실에 전송해주거나 통제실에서의 각종 명령을 무인 항공기 및 선박에 전송해주는 데이터 송수신 장치가 필요하다.
종래의 RF 방식의 송수신 장치는 송수신 도달 거리에 한계가 있다.
이에 따라, 송수신 도달 거리에 상관없이 어디에서나 운용할 수 있는 자동항법 시스템이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기의 요구에 부응하기 위하여 고안된 것으로서 무인항공기 및 무인 선박등이 자동으로 비행 및 운항하기 위한 자동항법 시스템에 있어서, CDMA(Code Division Multiple Access) 데이터 이동 통신을 이용함으로써 송수신 도달 거리에 상관없이 어디에서나 운용할 수 있는 송수신 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동항법시스템을 위한 송수신 장치는
무인항공기 및 무인선박 등이 자동으로 비행 및 운항하기 위한 자동항법 시스템에 있어서,
통제실의 컴퓨터에 연결되며 각종 명령을 무인항공기 및 선박에 전송해주거나 무인항공기 및 무인 선박에 설치된 자동항법장치에서 제공되는 속도, 고도, 방향, 경위도 등의 값들을 수신하여 상기 컴퓨터에 제공하는 제1CDMA 모뎀; 및
무인 항공기 및 무인 선박의 운행을 제어하는 제어부 및 자동항법장치에 연결되며, 각종 센서에서 감지하는 속도, 고도, 방향, 경위도 등의 값들을 상기 통제실에 전송하거나 통제실로부터의 각종 명령을 자동항법장치에 제공하는 제2CDMA 모뎀을 포함하며, CDMA망을 이용하여 통제실과 자동항법장치 사이에서 데이터 송수신을 수행하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 및 제2 CDMA 모뎀은 데이터 통신 모드에서 동작하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 CDMA망은 HSDPA(고속하향다운로드망) 및 일반 이동통신망(EV-DO)으로 구성되는 것임이 바람직하다.
본 발명의 CDMA 데이터 송수신 장치에 의하면, 무인항공기 및 선박이 어디에 있더라도 CDMA 이동통신이 되는 지역 내에만 있으면 무인항공기 및 선박의 위치를 알 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 데이터 송수신 장치를 적용한 자동항법 시스템의 구성을 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 자동 항법 시스템에 있어서 스테이션측의 구성을 상세하게 도시한다.
도 3은 도 1에 도시된 자동 항법 시스템에 있어서 제어대상측의 구성을 상세하게 도시한다.
도 4는 도 2의 컴퓨터 상에서 보여지는 주화면 구성을 도시한다.
도 5는 각종 툴바의 상세한 구성을 도시한다.
도 6은 스테이터스 바의 구성을 도시한다.
도 7은 Dialog 영역에 표시되는 Instrument Dialog 화면의 예를 도시한다.
도 8은 Path Dialog 영역에 표시되는 Path Dialog 화면의 예를 도시한다.
도 9는 GPS Message Dialog 화면의 예를 도시한다.
도 10은 Config sheet 화면중의 Channel Page의 예를 도시한다.
도 11은 Rudder Page 화면의 예를 도시한다.
도 12는 Throttle Page 화면의 예를 도시한다.
도 13은 Compass Page 화면의 예를 도시한다.
도 14는 Miscellaneous Page의 예를 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 데이터 송수신 장치를 적용한 자동항법 시스템의 구성을 도시한다. 도 1을 참조하면, 자동항법 시스템(100)은 스테이션(102), 제1트랜시버(104), 제2트랜시버(106), 자동항법 장치(108) 그리고 제어 대상(110)으로 구성된다.
스테이션(102)는 자동항법을 위한 각종 명령을 발생하며, 제1 및 제2트랜시버(104, 106)를 통하여 자동항법장치(108)과 통신한다. 자동항법장치는 제어 대상(110) 예를 들어, 무인 항공기, 무인 선박 등에 설치된 각종 구동 장치들을 제어하게 된다.
본 발명은 제1 및 제2트랜시버(104, 108)로서 CDMA 모뎀을 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 CDMA 모뎀은 BSM-856으로 MtoM(Machine to Machine) 사용에 알맞도록 임의의 시스템에 부가적 시스템으로 장착하여 해당 시스템이 CDMA 무선망에 접속하여 음성 및 데이터 통신 기능을 갖도록 하는 무선 단말 장치이다. 본 발명의 CDMA 모뎀은 153.6kbps의 packet data 전송속도를 지원하며 퀄컴의 gpsOne 기능을 이용하여 GPS를 이용한 위치추적 서비스 기능도 가능하여 원격감시, 제어, 검침, 텔레매틱스, 보안기기 등의 다양한 응용분야에 적용 할 수 있는 외장형 모뎀이다.
MtoM 접속 서비스는 Local 모뎀과 Remote 모뎀간의 1:1 접속을 수행한다. 이 접속을 위해서는 CRM 값이 AT+CRM=129 or 127 값으로 설정되어야 한다. (CRM; 모뎀끼리 통신함에 있어서 데이터 통신을 위한 서비스 코드)
Bellwave Type Notification에 따른 MtoM 접속 서비스를 위한 Local 모뎀과 Remote 모뎀간의 1:1 접속을 수행하는 과정은 다음과 같다.
<데이터 접속 발신인 경우 >
TE2 → MT2 AT+CRM=129/127으로 CRM 값을 결정 한다. (TE; Terminal Equipment, MT; 이동국)
TE2 ← MT2 <RESULT> OK 또는 ERROR,
TE2 → MT2 ATD<remote dir_num> MtoM호 접속, (<remote dir_num> : 접속하고자 하는 Remote 전화 번호)
TE2 ← MT2 CONNECT $009:<n>, <n>, CONNECT : 시스템과 연결완료
(에러일 경우는 $009을 리턴한다.연결이 안될 경우 보내주는 에러코드
<데이터 수신인 경우>
TE2 ← MT2 CONNECT $009:<n>, <n>, $002:xxxxxxx, $025:xxxxxxx, CONNECT : 시스템과 연결완료 $009 : 시스템과 접속완료 (Bellwave Type Notification), $002, $025 : 이다.
부가서비스 가입여부에 따라 통보 여부가 달라질 수 있다. 예를 들어, 다이얼링하고 난 후 모뎀과 모뎀 사이가 선으로 직접 연결되는 p2p (peer to peer)서비스를 해주는 것은 통신사에 따라 다르다.
이와 같이 본발명의 CDMA 모뎀을 이용한 자동 항법 시스템에서는 기존의 라디오 콘트롤 송수신 장치 대신에 CDMA 모뎀을 사용하여 거리에 상관없는 송수신 장치를 구축할 수 있다.
본 발명의 데이터 송수신 장치에 의하면 지금까지 한정된 거리 내에서 자동항법을 수행하던 무인항법의 불편한 점이 크게 개선되어 무인항공기 등이 보다 넓은 분야에 확대 적용될 것으로 기대된다.
현재 상용화되어 있는 무선인터넷망 SK, KTF의 HSDPA(High Speed Downlink Packet Access, 고속하향다운로드망), 와이브로망, 일반 이동통신망(EV-DO)에서 각각의 장단점을 비교한 결과, 보다 안정적인 데이터 처리를 위해서는 HSDPA+EV-DO 망을 사용하는 것이 바람직하다.
구체적으로 CDMA 모뎀을 무인항공기 및 무인선박 내에 소형 컴퓨터와 연결하고, 감지센서에서 읽은 정보를 직접 업로드하여 일정 서버에 전송하고 메인 컴퓨터에서 이 데이터를 다운로드하며, 전용 프로그램에서 데이터를 처리하는 시스템으로 구현하며, CDMA 단말기를 통하여 자동항법으로 멀리 있는 무인항공기 및 선박을 실시간 원격 조정하도록 구축된다.
도 2는 도 1에 도시된 자동 항법 시스템에 있어서 스테이션측의 구성을 상세하게 도시한다. 도 2의 장치는 육상에서의 통제실에 설치되며, 프로그램이 내장된 컴퓨터와 연결된다.
도 2를 참조하면, 육상에서의 통제실에는 자동항법 시스템을 제어하는 프로그램이 내장된 컴퓨터(202)와 제1CDMA 모뎀(204)이 설치된다.
컴퓨터(202)와 제1CDMA 모뎀(204)은 각각의 시리얼 포트(202a 및 204a)를 통하여 시리얼 케이블로 연결된다. 시리얼 포트(202a 및 204a)가 없는 경우에는 USB<--->Serial 변환 케이블을 사용할 수 있다. 제1CDMA 모뎀(204)에는 안테나(206)가 부착되고, 전원으로서 5V가 인가된다.
도 3은 도 1에 도시된 자동 항법 시스템에 있어서 제어대상측의 구성을 상세하게 도시한다. 도 3의 장치는 제어대상에 설치되며, 자동항법장치(108)와 연결된다.
도 3을 참조하면, 제어대상(110)에는 자동항법장치(302), 제2CDMA 모뎀 및 제어부(304)가 설치된다. 제2CDMA 모뎀 및 제어부(304)에는 무인 비행기 및 무인 선박을 제어하기 위한 마이크로 프로세서 보드가 들어있고, 이 보드에 CDMA 모뎀이 연결되어 있다.
자동항법장치(302)와 제2CDMA 모뎀 및 제어부(304)은 각각의 시리얼 포트(302a 및 304a)를 통하여 시리얼 케이블로 연결된다. 시리얼 포트(302a 및 304a)가 없는 경우에는 USB<--->Serial 변환 케이블을 사용할 수 있다. 제2CDMA 모뎀(304)에는 안테나(306)가 부착되고, 전원으로서 5V가 인가된다.
자동항법장치(304)에는 조절판용 서보(throttle servo, 310), 방향타용 서보(rudder servo, 312), 리시버(308), GPS 안테나(310)가 접속된다. 여기서, 리시버(308)는 RC(Remote Control) 신호 수신을 위한 것이다. 리시버(308) 및 자동항법장치(304)에 의해 RC(Remote Control) 신호에 의한 제어가 병행될 수 있다.
자동항법장치(AutoPilot, 302)에서의 단자 접속은 다음과 같다.
수신기(308)의 Auto/Manual Channel을 Auto Pilot(302)의 J1에 연결
수신기(308)의 Rudder Channel을 Auto Pilot(302)의 J2에 연결
수신기(308)의 Throttle Channel을 Auto Pilot(302)의 J3에 연결
Auto Pilot(302)의 J12을 Rudder용 Servo(312)에 연결
Auto Pilot(302)의 J13을 Throttle용 Servo(310)에 연결
Auto Pilot(302)의 CN5을 제2CDMA Modem(304)의 전원과 연결
CDMA Modem(302)에 Antenna(306)를 부착
Auto Pilot(302)의 CN1과 제2CDMA Modem 및 제어부(304)의 D-SUB 9Pin Connector를 Serial Cable로 연결
Auto Pilot(302)에 GPS Antenna(310) 연결
Main Power를 Auto Pilot(302)의 J9에 연결
5V Power용 전원을 Auto Pilot(302)의 J10에 연결
표 1은 본 발명에 따른 자동항법 시스템에서의 하드웨어 특성을 보이는 것이다.
기능 항목 비고
통신 -Bluetooth/RS232 통신 기능
-CDMA/2.4GHz Modem 통신 기능
-Base Station과의 통신 Frame Definition
-환경 정보 취득
-경로 정보 취득
-비행 정보 전송
Sensor I/F -GPS
-Magnetic Compass		 MNEA0183
TWI
Receiver I/F -PWM 신호 주기/진폭 감지
Servo 제어 -Servo 기종 별 특성 감지/제어
비행 제어 -GPS/Compass 입력을 기준으로 방위각/거리
계산하여 Rudder/Throttle 제어 및 Way Point 지향
표 2는 본 발명에 따른 자동 항법 시스템에서의 소프트웨어 특성을 보이는 것이다.
기능 항목 비고
통신 -Bluetooth/RS232 통신 기능
-CDMA/2.4GHz Modem 통신 기능
-이동체와의 통신 Frame Definition
-환경 정보 전송
-경로 정보 전송
-비행 정보 획득
Servo 제어 -PWM 신호 주기/진폭 감지
-Servo 기종 별 특성 감지/제어
경로 편집 -Way Point의 입력/수정/삭제
-Way Point간의 연결/수정/삭제
-Way Point 이동
-Next Way Point 변경
GUI -메뉴/툴바/대화상자/상태 바 표시
-지도(해안선)의 표시
-Bit Map의 표시
-비행 경로 및 비행 궤적의 표시
-화면의 축소/확대/이동
표 3은 도 1에 도시된 자동 항법 시스템에서 주고받는 GPS 메시지를 위한 프레임 정의를 보인다.
ST->AP Msg Direction ST<-AP Msg Remark
<---------- $GPGGA
<---------- $GPGSA 사용 안함
<---------- $GPRMC 사용 안함
<---------- $GPGSV 사용 안함
<---------- $GPVTG
(ST; station, AP; AutoPilot)
표 4는 도 1에 도시된 자동 항법 시스템에서 주고받는 AutoPilot 메시지를 위한 프레임 정의를 보인다.
T->AP Msg DirectionDirection$APCHNCFG ST<-AP Msg Remark
$STCFG ------------->
<------------		 $APCFG
$STRUDCFG ------------->
<------------		 $APRUDCFG
$STTHRCFG ------------->
<------------		 $APTHRCFG
$STCOMCFG ------------->
<------------		 $APCOMCFG
$STMISCFG ------------->
<------------		 $APPMISCFG
$STMOD ------------->
<------------		 $APMOD
$STRUD ------------->
<------------		 $APRUD
$STTRO ------------->
<------------		 $APRTO
$STSWP ------------->
<------------		 $APSWP WayPoint DownLoad
<------------ $APGGA AutoPilot Msg.
<------------ $APVIG AutoPilot Msg
<------------ $APNAV AutoPilot Msg
<------------ $APTCH WayPoint Touch Msg.
<------------ $APBAT Battery Check
<------------ $APDBG Debug
------------->
<------------		 $APERR Debug
------------->
<------------		 $APAZT Debug
------------->
<------------		 $AP WayPoint 이동
$AP Next WayPoint 변경
Frame Definition은 다음과 같다
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
//[0] = '$' //
//[1] = 'G' //Command
//[2] = 'P'; //
//[3] = 'G'; //
//[4] = 'G'; //
//[5] = 'A'; //
//[6] = '.'; //Parameter Separator
//[7] = ? //
//[8] = ? //Parameter
//[9] = ? //
//[10] = ? //
...........,,
//[] = ','; //Parameter Separator
//[] = ? //
//[] = ? //Parameter
//[] = ? //
//[] = ? //
//[N-5] = '*' //
//[N-4] = CheckSum_H //CheckSum_H
//[N-3] = CheckSum_ㅣ //CheckSum_L
//[N-2] = 0x0d //CarrigeRturn
//[N-1] = 0x0a //NewLine
//[N] = 0x00 //NULL
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
상기의 프로그램 리스트에 보이는 바와 같이 Messge는 "$"로 시작하며, 파라메터 수는 제한이 없고, 파라메터 사이는 ','fh 구분하고, "*/cs_h/0x0d/0x0a/NULL로 종료한다.
도 4는 도 2의 컴퓨터 상에서 보여지는 주화면 구성을 도시한다.
도 4를 참조하면, 주화면은 tool bar 영역, 내비게이션 정보 영역, instrument dialog 영역, status bar 영역, path dialog 영역을 포함한다.
도 5는 각종 툴바의 상세한 구성을 도시한다.
도 6은 스테이터스 바의 구성을 도시한다.
도 7은 Dialog 영역에 표시되는 Instrument Dialog 화면의 예를 도시한다.
도 8은 Path Dialog 영역에 표시되는 Path Dialog 화면의 예를 도시한다.
도 9는 GPS Message Dialog 화면의 예를 도시한다.
도 10은 Config sheet 화면중의 Channel Page의 예를 도시한다.
도 11은 Rudder Page 화면의 예를 도시한다.
도 12는 Throttle Page 화면의 예를 도시한다.
도 13은 Compass Page 화면의 예를 도시한다.
도 14는 Miscellaneous Page의 예를 도시한다.
이하 본 발명에 따른 데이터 송수신 장치를 이용한 자동항법 장치의 운용에 대하여 설명하기로 한다.
가. 좌표 입력
- 주화면 에서 입력 버튼을 눌러 연속 입력 모드로 변경 후 주화면 상에서 마우스를 클릭하면 Way Point 추가와 함께 순서대로 연결되고 Path Dialog의 List에 좌표 정보가 표시됨
- 버튼을 눌러 입력 모드로 변경 후 주화면 상에서 마우스를 클릭하면 Way Point 추가된다. Way Point의 연결은 버튼을 선택 후 Way Point를 감싸는 영역을 선택하면 연결
- 버튼을 눌러 삭제 모드로 변경 후 주화면 상에서 Way Point를 감싸는 영역을 선택하면 삭제된다. Way Point의 연결선은 자동으로 삭제
- 버튼을 눌러 이동 모드로 변경 후 주화면 상에서 Way Point를 감싸는 영역을 선택하면 Way Point가 선택되고, 마우스를 이동하여 선택된 Way Point를 원하는 위치에 이동한 후 클릭하면 Way Point가 이동되고 연결선도 자동으로 이동
- 버튼을 눌러 연결 모드로 변경 후 주화면 상에서 Way Point를 감싸는 영역을 선택하면 첫 번째 Way Point가 선택되고, 두 번째 Way Point도 선택하면 연결선이 만들어짐
- 버튼을 눌러 연결삭제 모드로 변경 후 주화면 상에서 두 개의 Way Point를 감싸는 영역을 선택하면 연결이 삭제
- 버튼을 눌러 Next Way Point 변경 모드로 한 뒤 Way Point를 감싸는 영역을 선택하면 Next Way Point가 변경
도 15는 영역을 선택하는 방법을 도시한다.
나. Path Dialog에서 입력/수정
- Load : 기 작성된 .PAT 파일을 읽어서 List에 표시
- Get GPS : 사용 안 함
- Append : Longitude와 Latitude를 입력한 후 Append 버튼을 누르면 List에 추가
- Modify : List상의 좌표를 클릭하면 Longitude, Latitude, Throttle, Hold Time이 Edit Box에 표시되고, 수정 후 Modify Button을 누르면 List가 수정
- Delete : List상의 좌표를 클릭한 후 Delete Button을 누르면 해당 항목이 삭제
- Save : List에 표시된 내용을 PC의 파일(.PAT)로 저장
- DownLoad : List에 표시된 내용을 Auto Pilot으로 전송
- OK : 사용 안 함
- CANCEL : 사용 안 함
☞ 주화면 에서 입력 후 수정하는 용도로 사용
이와 같이 자동항법 장치의 프로토콜을 알 수 있으면 기존의 라디오 콘트롤 송수신 장치 대신에 CDMA 모뎀을 사용하여 거리에 상관없는 송수신 장치가 된다. 본 기술개발로 인해 지금까지 한정된 거리 내에서 자동항법을 수행하던 무인항법의 불편한 점이 크게 개선되어 무인항공기 등이 보다 넓은 분야에 확대 적용될 것으로 판단한다.
100..자동항법시스템
102…스테이션 104…제1트랜시버
106…제2트랜시버 108…자동항법장치
202…컴퓨터 204…제1CDMA 모뎀
302…자동항법장치 304..제2CDMA 모뎀 및 제어부

Claims (3)

  1. 무인항공기 및 무인선박 등이 자동으로 비행 및 운항하기 위한 자동항법 시스템의 데이터 송수신 장치에 있어서,
    통제실의 컴퓨터에 연결되며 각종 명령을 무인항공기 및 선박에 전송해주거나 무인항공기 및 무인 선박에 설치된 자동항법장치에서 제공되는 속도, 고도, 방향, 경위도 등의 값들을 수신하여 상기 컴퓨터에 제공하는 제1CDMA 모뎀; 및
    무인 항공기 및 무인 선박의 운행을 제어하는 제어부 및 자동항법장치에 연결되며, 각종 센서에서 감지하는 속도, 고도, 방향, 경위도 등의 값들을 상기 통제실에 전송하거나 통제실로부터의 각종 명령을 자동항법장치에 제공하는 제2CDMA 모뎀을 포함하며,
    CDMA망을 이용하여 통제실과 자동항법장치 사이에서 데이터 송수신을 수행하는 자동항법 시스템의 데이터 송수신 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 CDMA 모뎀들은 데이터 통신 모드에서 동작하는 것을 특징으로 하는 자동항법 시스템의 데이터 송수신 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 CDMA망은 HSDPA(고속하향다운로드망) 및 일반 이동통신망(EV-DO)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동항법 시스템의 데이터 송수신 장치.
KR1020100117671A 2010-11-24 2010-11-24 자동항법 시스템의 데이터 송수신 장치 KR20100131409A (ko)

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