KR20130051270A

KR20130051270A - 충돌 회피 장치 및 충돌 회피 방법

Info

Publication number: KR20130051270A
Application number: KR1020110116525A
Authority: KR
Inventors: 류광수; 김진복; 양경식
Original assignee: 한국항공우주산업 주식회사
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2013-05-20
Also published as: KR101274172B1

Abstract

본 발명은 항공기가 아래의 지형뿐만 아니라, 항공기의 진행 방향 전방이나 측면을 인지하여 지면과의 충돌을 방지할 수 있는 충돌 회피 장치 및 충돌 회피 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 충돌 회피 장치는, EGI(Embedded GPS/INS)와, 전파 고도계(RALT)와, 지도 데이터베이스로부터 각각 데이터를 받아서 정확한 항법 계산을 보정을 통해 수행한 후, 이 보정된 데이터와, 3차원 지형 데이터베이스와, 장애물 데이터 베이스 이용하여 항공기의 지면 충돌 및 장애물 충돌에 대한 경고를 발생시키는 충돌 회피 모듈을 구비하고, 상기 충돌 회피 모듈은, 비행 제어 모듈에서 출력되는 최대 허용 하중 계수 정보가 입력되는 항공기 예상 궤적 생성 모듈과, DMM(Digital moving Map) 모듈에 저장되어 있는 고해상도 위성 영상 지형 데이터와, 장애물 데이터베이스와, 대공 위협 데이터베이스의 정보가 입력되는 근시 지형 생성 모듈과, 항법 시스템에서 출력되는 항공기의 위도, 경도, 고도, 기체 좌표 속도 및 항공기 자세각 정보가 입력되어 탐색 범위를 설정한 후, 상기 근시 지형 생성 모듈이나, 상기 항공기 예상 궤적 생성 모듈로 상기 정보를 출력하는 탐색 범위 설정 모듈과, 상기 근시 지형 생성 모듈 및 상기 항공기 예상 궤적 생성 모듈에서 출력된 각종 데이터베이스의 내용 및 항공기의 상태를 입력받아 분석하는 지형 및 궤적 비교 모듈과, 분석된 상기 각종 데이터베이스의 내용 및 상기 항공기의 상태에 따라 각종 경고를 출력시키는 상황 인지 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

충돌 회피 장치 및 충돌 회피 방법{COLLISION AVOIDANCE DEVICE AND COLLISION AVOIDANCE METHOD}

본 발명은 충돌 회피 장치 및 충돌 회피 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지형뿐만 아니라 항공기 진행 방향의 전방 및 측면도 이용하여 항공기의 미래 위치를 예측함으로써, 조종사로 하여금 지면과의 충돌을 회피할 수 있도록 경고해주는 충돌 회피 장치 및 충돌 회피 방법에 관한 것이다.

전 세계적으로 항공기 사고의 대부분이 항공 관련 종사자들의 인적 요인에 의해 발생하고 있다. 이 사고 중에서도 조종사의 인적요인에 의해 발생하는 사고가 70% 정도이다. 이 중 반 이상이 CFIT(Controlled Flight Into Terrain)이라는 사고이다.

CFIT란, 조종 상태에서의 지형 충돌로, 항공기가 승무원이 인지하지 못하는 상태에서 지상이나, 장애물 또는 수면으로 비행하여 일어나는 사고로 항공기가 정상적으로 작동되는 상태에서 조종사의 부주의로 지면 또는 해면과 충돌하는 사고로 정의된다.

이러한 지면 충돌을 예방하기 위한 장비의 하나로 사용될 수 있는 대지 접근 경고 장치(GPWS: Ground Proximity Warning System)는 1970년대 초반에 Bateman에 의해 개발되어 1975년부터 미국연방항공국(FAA)에 의하여 미국을 운항하는 모든 여객기에 탑재하도록 의무화되면서 세계적으로 사용이 일반화되었다.

그러나 이러한 종래의 대지 접근 경고 장치는 전파 고도계가 항공기와 지상 간의 거리를 측정하기 때문에 오직 아래의 지형에 대해서만 확인할 수 있어 항공기 진행 방향 전방이나 측면에 어떠한 지형이나 장애물이 있는지는 인식하지 못하는 단점이 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 항공기가 아래의 지형뿐만 아니라, 항공기의 진행 방향 전방이나 측면을 인지하여 지면과의 충돌을 방지할 수 있는 충돌 회피 장치 및 충돌 회피 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 충돌 회피 장치는, EGI(Embedded GPS/INS)와, 전파 고도계(RALT)와, 지도 데이터베이스로부터 각각 데이터를 받아서 정확한 항법 계산을 보정을 통해 수행한 후, 이 보정된 데이터와, 3차원 지형 데이터베이스와, 장애물 데이터 베이스 이용하여 항공기의 지면 충돌 및 장애물 충돌에 대한 경고를 발생시키는 충돌 회피 모듈을 구비하고, 상기 충돌 회피 모듈은, 비행 제어 모듈에서 출력되는 최대 허용 하중 계수 정보가 입력되는 항공기 예상 궤적 생성 모듈과, DMM(Digital moving Map) 모듈에 저장되어 있는 고해상도 위성 영상 지형 데이터와, 장애물 데이터베이스와, 대공 위협 데이터베이스의 정보가 입력되는 근시 지형 생성 모듈과, 항법 시스템에서 출력되는 항공기의 위도, 경도, 고도, 기체 좌표 속도 및 항공기 자세각 정보가 입력되어 탐색 범위를 설정한 후, 상기 근시 지형 생성 모듈이나, 상기 항공기 예상 궤적 생성 모듈로 상기 정보를 출력하는 탐색 범위 설정 모듈과, 상기 근시 지형 생성 모듈 및 상기 항공기 예상 궤적 생성 모듈에서 출력된 각종 데이터베이스의 내용 및 항공기의 상태를 입력받아 분석하는 지형 및 궤적 비교 모듈과, 분석된 상기 각종 데이터베이스의 내용 및 상기 항공기의 상태에 따라 각종 경고를 출력시키는 상황 인지 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 충돌 회피 장치는, 상기 상황 인지 모듈이, 과도한 하강률로 인해 지형과의 충돌이 임박할 경우 출력되는 Sinkrate Pull-Up 경고와, 전방 지형과의 충돌 위협이 존재하는 경우 출력되는 Pull-Up 경고와, 항공기 속도 벡터 방향에 대해 근접 지형이 존재할 경우나 진행 방향 아래에 지형이 존재할 경우 출력되는 Terrain 경고와, 상기 과도한 하강률에 의해 출력되는 Sinkrate 경고와, 전방 탐색 영역에서 항공기와 충돌할 가능성이 있는 장애물이 존재할 경우 출력되는 Obstacle 경고와, 대공 위협 데이터를 판독하여 항공기에 대한 위협을 판별하여 출력되는 대공 위협 경고를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 충돌 회피 장치는, 상기 Pull-Up 경고가 출력될 때, 전방으로 수직 상승 기동하지 않고, 측면으로 선회하는 경우 출력되는 선회 경고를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 충돌 회피 장치는, 상기 대공 위협 경고는 항공기가 위협 영역에 근접할 경우 출력되는 근접 경고와, 상기 항공기가 상기 위협 영역 내에 있을 경우 출력되는 위협 경고인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 충돌 회피 방법은, 항공기의 현재 상태와 기동 능력에 따라 예상 지점의 항공기 고도와 지형 고도를 비교하는 지형 고도를 획득하는 단계와, 각각의 조건에 대한 충돌 기준을 서로 비교함으로써, 지형 충돌에 대해서 조종사에게 경고를 출력하는 지형 충돌을 경고하는 단계와, 상기 항공기의 진행 방향에 위치한 장애물이나 이전 방향에 존재하는 대공 위협에 의한 접근을 경고하는 장애물 충돌 회피를 경고하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 충돌 회피 방법은, 상기 지형 고도를 획득하는 단계는, 항법 데이터를 획득하는 단계(S100)와, NED 속도를 계산하는 단계(S110)와, 룰에 의한 지향각을 계산하는 단계(S120)와, 지연 시간을 계산하는 단계(S130)와, 거리 평면 위치를 획득하는 단계(S140)와, 방위각에 의한 위치를 회전하는 단계(S150)와, 거리를 위도 및 경도로 변환하는 단계(S160)와, 주위 4점의 최대 고도를 획득하는 단계(S170)인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 충돌 회피 방법은, 상기 지형 충돌을 경고하는 단계는, 항공기의 예상 궤적을 생성하는 단계(S200)와, 시간 진행에 따라 상기 항공기의 궤적을 판단하는 단계(S210)와, 근접 판단 시간 이내인지를 판별하는 단계(S220)와, 상기 근접 판단 시간 이내일 경우, 상기 항공기의 예상 궤적 및 지형 고도를 비교하는 단계(S230)와, 상기 근접 판단 시간 이내가 아닐 경우, 상기 항공기의 예상 회피 궤적 및 지형 고도를 비교하는 단계(S240)와, 상기 항공기의 예상 궤적이 상기 지형 고도보다 작은지를 판단하는 단계(S250)와, 상기 항공기의 예상 궤적이 상기 지형 고도보다 작을 경우, Terrain 경고를 출력하는 단계(S260)와, 상기 항공기의 예상 궤적이 상기 지형 고도보다 클 경우, 시간을 증가시킨 후, 시간 진행에 따라 상기 항공기의 궤적을 판단하는 단계(S210)로 되돌아 가는 단계(S270)와, 상기 항공기의 예상 회피 궤적이 상기 지형 고도보다 작을 경우, Pul-up 경고를 출력하는 단계(S280)와, 상기 항공기의 예상 회피 궤적이 상기 지형 고도보다 클 경우, 시간을 증가시킨 후, 시간 진행에 따라 상기 항공기의 궤적을 판단하는 단계(S210)로 되돌아 가는 단계(S290)인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 충돌 회피 방법은, 상기 장애물 충돌 회피를 경고하는 단계는, 해당 지역을 설정하는 단계(S300)와, 주변 지역 장애물의 데이터베이스를 획득하는 단계(S310)와, 항공기와 장애물까지의 거리를 계산하는 단계(S320)와, 상기 항공기와 상기 장애물 사이의 방위각을 계산하는 단계(S330)와, 상기 거리 및 상기 방위각이 전방 탐색 영역보다 작은지를 판별하는 단계(S340)와, 상기 거리 및 상기 방위각이 전방 탐색 영역보다 작을 경우, 충돌 가능성을 판별하는 단계(S350)와, 상기 충돌 가능성이 있을 경우, 장애물 충돌 회피를 출력하는 단계인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 항공기가 아래의 지형뿐만 아니라, 항공기의 진행 방향 전방이나 측면을 인지하여 지면과의 충돌을 방지할 수 있는 충돌 회피 장치 및 충돌 회피 방법을 제공하는 효과가 있었다.

도 1은 충돌 회피 모듈의 개요를 나타내는 도면.
도 2는 충돌 회피 모듈의 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 과도 하강률 경고를 나타내는 도면.
도 4는 EGPWS의 Sinkrate 표를 나타내는 도면.
도 5는 지형에 대한 Terrain 경고를 나타내는 도면.
도 6은 지형에 대한 Pull-Up 경고를 나타내는 도면.
도 7은 Turn Advisory를 나타내는 도면.
도 8은 장애물 충돌 회피 경고를 나타내는 도면.
도 9는 Terprom의 장애물 충돌 회피 경고를 나타내는 도면.
도 10은 지형 고도를 획득하는 단계를 나타내는 순서도.
도 11은 하강률을 경고하는 단계를 나타내는 순서도.
도 12는 지형 충돌을 경고하는 단계를 나타내는 순서도.
도 13은 장애물 충돌 회피를 경고하는 단계를 나타내는 순서도.

이하, 첨부한 도면들 및 후술한 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성 요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 1은 충돌 회피 모듈(120)의 개요를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 충돌 회피 모듈(120)은 항공기가 지형으로 향하고 있으면 지형 데이터를 이용하여 항공기의 미래 위치를 예측한 후, 위험이 존재한다면 적절한 경고를 출력하여 조종사로 하여금 충돌을 회피할 수 있도록 해주는 기능을 수행한다. 이때에는, 지형 데이터와, 지연 시간과, 항공기의 동역학적 특성 등이 고려되어야 한다.

도 2는 충돌 회피 모듈(120)의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 충돌 회피 모듈(120)은, 근시 지형 모듈(121)과, 탐색 범위 설정 모듈(123)과, 항공기 예상 궤적 생성 모듈(122)과, 지형 및 궤적 비교 모듈(124)과, 상황 인지 모듈(125)을 포함한다.

우선, 항법 시스템에서 출력되는 항공기의 위도, 경도, 고도, 기체 좌표 속도 및 항공기 자세각 정보는 탐색 범위 설정 모듈(123)로 입력되어 탐색 범위가 설정된 후, 근시 지형 생성 모듈(121)이나 항공기 예상 궤적 생성 모듈(122)로 각각 입력된다. 또한, 비행 제어 모듈에서 출력되는 최대 허용 하중 계수 정보는 항공기 예상 궤적 생성 모듈(122)로 직접 입력되며, DMM(Digital moving Map) 모듈에 저장되어 있는 고해상도 위성 영상 지형 데이터와, 장애물 데이터베이스와, 대공 위협 데이터베이스는 근시 지형 생성 모듈(121)로 직접 입력된다. 바람직하게는, 선회 기동에 대한 지형 위협의 여부를 판단하기 위한 항공기의 선회율과, 선회 반경 등의 항공기 성능 데이터들이 입력될 수도 있다. 지형 및 궤적 비교 모듈(124)에서는, 근시 지형 생성 모듈(121) 및 항공기 예상 궤적 생성 모듈(122)에서 출력된 각종 데이터베이스의 내용 및 항공기의 상태를 입력받은 후, 분석하여 상황 인지 모듈(125)로 출력시킨다. 상황 인지 모듈(125)에서는 각각의 상황에 따라 각종 경고를 출력시킨다.

출력되는 각종 경고로는, 과도한 하강률로 인해 지형과의 충돌이 임박할 경우에 출력되는 Sinkrate Pull-Up 경고와, 전방 지형과의 충돌 위협이 존재하는 경우의 Pull-Up 경고와, 임의의 시간 동안 항공기 속도 벡터 방향에 대해 근접 지형이 존재할 경우나 진행 방향 아래에 임의의 아래 고도에 지형이 존재할 경우에 발생하는 Terrain 경고가 있다. 또한, 과도한 하강률이 생길 경우 발생하는 Sinkrate 경고도 있다.

여기서, Pull-Up 경고는, 좌우측의 양쪽 측면의 지형으로의 기동에 대해 항공기의 기동에 대한 위협을 판단하게 하며, 안전하게 선회하여 지형을 회피할 수 있는 경로가 있을 경우 측면으로의 추천 경로를 생성한다. 추천 경로 이외에도 한쪽 측면의 지형 고도가 높아서 이 측면으로의 기동이 위험한 경우, 안전한 곳으로 선회하라는 표시를 출력한다.

또한, 항공기 예상 궤적보다 높은 장애물이 존재하는 경우에는 Obstacle 경고가 출력된다. 지형 충돌 경고와 장애물 충돌 경고는 각각의 경고에 예상 충돌 시간 정보가 포함된다. Sinkrate 계열의 경고와, Pull-Up 경고와, Obstacle 경고는 각각 지형 예상 충돌 시간, 장애물 충돌 예상 시간을 출력하며, 장애물의 경우에는 항공기 진행 방향에서의 충돌 위협 존재 장애물의 상대 방위각 정보를 출력할 수 있다. 또한, 대공 위협에 대해서도 항공기의 근접 정도에 따라서 근접 경고와, 위협 경고가 출력되어 조종사의 안정성을 높일 수 있다.

다음, 각각의 출력 경고에 대해 좀더 상세히 설명한다.

1) 과도 하강률 경고(Sink rate Pull up, Sink rate)

과도 하강률 경고는 항공기의 하강률이 임의의 크기보다 커서 바로 아랫 방향의 지형과 충돌할 위협이 존재하는 경우 출력된다. 도 3의 기준은 도 4의 EGPWS의 Sinkrate 경고의 기준을 이용하여 간단하게 Sinkrate 설정 고도, 지면 충돌 시간, 또 다른 지면 충돌 시간을 설정한다. Sinkrate 설정 고도는 항공기와 지형의 고도 차이가 설정 고도 이하여야 하지만, Sinkrate 경고를 출력하기 위한 판단을 하는 최고 고도이다. 지면 충돌 시간은 임의의 크기보다 큰 하강률이 발생하여 지형과 충돌할 위협이 현재 지형 이내에 존재한다는 의미이고, 지면 충돌 시간은 큰 하강률이 발생하거나, 현재의 하강률을 유지하며 지형과 더 근접하여 아래 방향의 지형에 대해 충돌이 임박한 시간을 의미한다. 현재 지형 이내의 시간에서는 Sinkrate 경고를 출력하지만, 하강률이 커지거나 현 상태를 유지하며 지형과 가까워져 시간 이내에 지형 충돌 위협이 존재하는 경우에는 Pull-Up 경고를 출력한다. 또한, 각각의 경고에 대해 지형 예상 충돌 시간을 계산하여 현재 경고에 대해서 위협의 크기를 상대적으로 표현할 수 있도록 한다.

2) Terrain 경고

도 5에서 이점 쇄선이 지형 근접 경고의 판단의 기준이 된다. 지형 근접 경고는 현재 항공기의 예상 궤적에서 임의의 여유 고도를 설정하여 항법 시스템의 오차나 지형 데이터베이스의 오차, 지형 위의 장애물로 표현되지 않는 구조물, 돌풍으로 인한 갑작스런 항공기의 하강 등에 의해 항공기가 충돌할 위협을 줄이기 위한 여유를 설정하였다. 현재의 예상 고도보다 더 낮게 설정된 근접 경고 판단 기준은 현재 예상 고도를 기준으로 할 때보다 자주 경고를 출력하게 된다. 따라서, 근접 경고의 판단은 모든 전방 탐색 영역의 시간을 사용할 수 있지만, 항공기의 기수가 아래 방향을 향하고 있거나, 항공기의 아래 방향 속도가 있을 경우, 근접 경고가 빈번하게 발생할 수 있으므로, 반응 지연 시간의 배수로 설정하여 그 시간 내에서만 항공기의 지형 근접을 판단하도록 한다. 이 지형 근접 기준과 지형과 만나는 경우에는 Terrain이라는 지형 근접 경고가 발생하게 된다. 이는 아래 방향으로 지형과 여유 고도 이하 위에 항공기가 위치하고 있다는 의미일 수 있고, 또한 항공기가 임의의 시간 내에 아무런 조치를 취하지 않으면 지형과 충돌할 가능성이 존재한다는 뜻이다.

3) Pull Up 경고

도 6에서 점선이 Pull-Up 경고의 기준이 된다. 조종사가 경고를 인지하고 조종간을 당겨도 항공기가 실제 조종사의 조종간 입력대로 움직이기까지는 시간이 존재하기 때문에 지연 시간을 고려해야 한다. 그리고, 회피 궤적은 수평 상태에서 조종간을 당겨서 상승하는 원을 그리게 된다. 이때, 사용되는 하중 계수는 비행 제어 모듈에서 출력된 최대 허용 하중 계수의 임의의 비율을 사용한다. 임의의 비율을 사용하여 최대 허용 하중 계수보다 더 작은 하중 계수를 사용하는 이유는 안전을 고려하여 항공기 기동에 있어서 여유를 주기 위함이다. 궤적과 지형이 만나면 조종사에게 Pull-Up 경고를 출력한다. 또한, 조종사에게 예상 지형 충돌 시간을 같이 출력하도록 한다. 비행 중 Pull-Up 경고가 출력되는 경우, 전방으로 수직 상승 기동하는 것보다는 측면으로 선회하는 것이 지형 충돌 회피를 더 간단하게 행할 수도 있다. 따라서, 측면 지형의 고도를 이용하여 선회 기동시 항공기와 지형의 고도 차이가 많이 나는 지형이 있다면 해당 지형으로의 추천 경로를 생성해준다. 또한, 한쪽 측면의 고도가 항공기가 선회 기동시의 고도보다 높은 쪽으로의 선회는 위험할 수 있으므로, 한쪽 방향으로 선회하도록 좌측이나, 우측으로의 선회 경고를 출력한다. 이때, 선회 기동은 정상 선회로 선회시 고도가 변하지 않는 것으로 가정한다.

4) Turn Advisory 경고

도 7에서 비행 중 Pull-Up 경고가 출력되는 경우, 전방으로 수직 상승 기동하는 것보다 측면으로 선회하는 것이 지형 충돌 회피를 더 간단하게 할 수도 있다. 따라서, 측면 지형의 고도를 이용하여 선회 기동시 항공기와 지형의 고도 차이가 많이 나는 지형이 있다면 해당 지형으로의 추천 경로를 생성해준다. 또한, 한쪽 측면의 고도가 항공기가 선회 기동시의 고도보다 높은 쪽으로의 선회는 위험할 수 있으므로, 한쪽 방향으로 선회하도록 좌측이나, 우측으로의 선회 경고를 출력한다. 이때, 선회 기동은 정상 선회로 선회시 고도가 변하지 않는다고 가정한다.

5) 장애물 경고

도 9처럼 HUD에 장애물에 대한 위치를 표현해 줄 수 있도록, 전방 탐색 영역에서 장애물에 해당되는 데이터의 고도를 획득하고, 항공기와 장애물과의 거리와 항공기 진행 방향에 대한 각도를 계산한다. 또한, 항공기의 수직 방향 속도를 이용하여 장애물과의 거리에 대한 예상 고도를 계산하고, 예상 고도와 장애물의 높이를 비교하여 충돌 위협이 존재할 경우, 조종사에게 경고를 출력한다. 도 8과 같이 전방 탐색 영역에서 항공기와 충돌할 가능성이 있는 장애물이 존재하면, Obstacle이라는 경고가 출력된다. 이때, 지형 충돌 경고와 마찬가지로 예상 장애물 충돌 시간이 출력되어 충돌의 위협 정도를 상대적으로 알 수 있도록 한다.

6) Anti-Air Threat

400NM × 400NM 이상의 영역의 대공 위협 데이터를 한 번에 판독하여 항공기에 대한 위협을 판별한다. 이때, 항공기의 위협에 대한 근접 상태에 따라 위협 영역인지, 경고 영역 내부인지를 판단하고 위협과의 상대적인 위치에 따라 경고의 우선 순위를 다르게 한다. 경고 영역에서는 단지 항공기가 위협에 근접했다는 경고를 출력하고, 위협 영역에서는 항공기가 위협 영역 안에 있다는 경고를 출력한다.

다음은 알고리즘에 대해 살펴본다.

본 발명에 따른 충돌 회피 방법은, 항공기의 현재 상태와 기동 능력에 따라 예상 지점의 항공기 고도와 지형 고도를 비교하는 지형 고도를 획득하는 단계와, 각각의 조건에 대한 충돌 기준을 서로 비교함으로써, 지형 충돌에 대해서 조종사에게 경고를 출력하는 지형 충돌을 경고하는 단계와, 상기 항공기의 진행 방향에 위치한 장애물이나 이전 방향에 존재하는 대공 위협에 의한 접근을 경고하는 장애물 충돌 회피를 경고하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 지형 고도를 획득하는 단계는, 항법 데이터를 획득하는 단계(S100)와, NED 속도를 계산하는 단계(S110)와, 룰에 의한 지향각을 계산하는 단계(S120)와, 지연 시간을 계산하는 단계(S130)와, 거리 평면 위치를 획득하는 단계(S140)와, 방위각에 의한 위치를 회전하는 단계(S150)와, 거리를 위도 및 경도로 변환하는 단계(S160)와, 주위 4점의 최대 고도를 획득하는 단계(S170)인 것이 바람직하다.

또한, 상기 지형 충돌을 경고하는 단계는, 항공기의 예상 궤적을 생성하는 단계(S200)와, 시간 진행에 따라 상기 항공기의 궤적을 판단하는 단계(S210)와, 근접 판단 시간 이내인지를 판별하는 단계(S220)와, 상기 근접 판단 시간 이내일 경우, 상기 항공기의 예상 궤적 및 지형 고도를 비교하는 단계(S230)와, 상기 근접 판단 시간 이내가 아닐 경우, 상기 항공기의 예상 회피 궤적 및 지형 고도를 비교하는 단계(S240)와, 상기 항공기의 예상 궤적이 상기 지형 고도보다 작은지를 판단하는 단계(S250)와, 상기 항공기의 예상 궤적이 상기 지형 고도보다 작을 경우, Terrain 경고를 출력하는 단계(S260)와, 상기 항공기의 예상 궤적이 상기 지형 고도보다 클 경우, 시간을 증가시킨 후, 시간 진행에 따라 상기 항공기의 궤적을 판단하는 단계(S210)로 되돌아 가는 단계(S270)와, 상기 항공기의 예상 회피 궤적이 상기 지형 고도보다 작을 경우, Pul-up 경고를 출력하는 단계(S280)와, 상기 항공기의 예상 회피 궤적이 상기 지형 고도보다 클 경우, 시간을 증가시킨 후, 시간 진행에 따라 상기 항공기의 궤적을 판단하는 단계(S210)로 되돌아 가는 단계(S290)인 것이 바람직하다.

한편, 상기 장애물 충돌 회피를 경고하는 단계는, 해당 지역을 설정하는 단계(S300)와, 주변 지역 장애물의 데이터베이스를 획득하는 단계(S310)와, 항공기와 장애물까지의 거리를 계산하는 단계(S320)와, 상기 항공기와 상기 장애물 사이의 방위각을 계산하는 단계(S330)와, 상기 거리 및 상기 방위각이 전방 탐색 영역보다 작은지를 판별하는 단계(S340)와, 상기 거리 및 상기 방위각이 전방 탐색 영역보다 작을 경우, 충돌 가능성을 판별하는 단계(S350)와, 상기 충돌 가능성이 있을 경우, 장애물 충돌 회피를 출력하는 단계인 것이 바람직하다.

충돌 회피 방법에 대해 좀더 상세히 살펴보면, 충돌 회피 경고 모듈 내에서 알고리즘은 지형 고도를 판독하는 부분과 지형 충돌 경고 부분과, 장애물 및 대공 위협 경고 부분의 세 부분으로 나눌 수 있다. 특히, 지형 고도를 판독하는 부분은 항공기의 현재 상태와 기동 능력에 따라 임의의 시간에 도달할 수 있는 위치가 달라지므로 예상 지점의 항공기 고도와 지형 고도의 비교에 있어서 가장 중요한 부분이다. 지형 충돌 경고는 각각의 조건에 대해서 충돌 기준을 서로 비교함으로써, 지형 충돌에 대해서 조종사에게 경고를 출력하는 부분이다. 장애물 및 대공 위협 경고는 항공기의 진행 방향으로 위치한 장애물이나 전 방향에 존재하는 대공 위협에 대해 접근하는 것에 대한 경고를 출력해주는 부분이다. 지형 고도를 판독하는 부분은 상술한 바와 같은 입력 중 TRN(Terrain Referenced Navigation)과 같은 항법 시스템의 출력과 지형 데이터베이스, 항공기 기동 선도 등이 사용된다. TRN 모듈에서의 항공기 위치를 이용하여 항공기 근방의 지형 데이터를 획득하게 된다. 또한, 항공기 속도 벡터를 이용하여 속도와 방향이 고려된 탐색 영역을 설정하게 된다. 탐색 영역이 설정되고 획득한 지형 데이터를 이용하여 지형의 수직 단면 데이터를 획득한다. 지형 고도 획득에 대한 순서도는 도 10과 같다.

지형 충돌 회피 경고 부분에서는 각각의 시점에서의 항공기 고도와 지형 고도를 비교하여 조종사에게 현재 상황에 맞는 적절한 경고를 출력해주는 부분이다. 지형 충돌 회피 경고에는 하강률 경고, 지형 근접 및 충돌 경고, 측면 경고가 있다. 우선 하강률에 관한 경고의 순서도는 도 11과 같다. 지면 고도가 설정 고도 이하일 때 지형 충돌 시간을 계산하고, 지형 충돌 시간에 따라 Sinkrate Pull-Up과, Sinkrate 경고가 나뉘어 출력되게 된다.

지형 근접 및 지형 충돌 경고에 대해서는 도 12와 같은 순서로 알고리즘이 실행된다. 현재, 항공기의 상태를 이용하여 임의의 시간에 대한 예상 고도를 계산한 후, 여유 고도를 설정한 만큼의 아래 방향으로 판단 기준을 낮추게 된다. 지형 근접 경고 기준 선과 지형이 만나지 않으면 지형 근접을 판단하는 시간 이후의 예상 회피 궤적을 계산하여 지형과 항공기와의 충돌을 판별하게 된다. 지형 근접 경고 기준선과 지형이 판단 시간 이내에 만나게 된다면, 현재 판단을 멈추고, 그 시간에서부터의 예상 회피 궤적을 계산하게 된다. 이는 지형 근접 경고 기준과 예상 회피 궤적 판단 따로 판단하기보다는 한 번에 판단하여 판단에 걸리는 시간을 최소화할 수 있도록 하였다.

Pull-Up 경고가 활성화되었을 때, 측면 지형의 고도를 이용하여 측면에 대한 기동 정보를 조종사에게 줄 수 있도록 한다. 항공기 기동 정보를 이용하여 좌우 양방향에 대한 nG 정상 선회 기동에 대한 궤적을 생성하고, 해당 위치에서의 지면 고도를 획득하게 된다. 각각의 nG 기동에 대해서 가장 안전하다고 판단되는 궤적의 정보를 조종사에게 전해주며, 만약 좌, 우측 중 한쪽 지형이 높아서 선회하는데 위험이 되는 경우, 좌측이나 우측으로 선회하라는 명령을 주기도 한다. 양쪽 방향 모두 선회하는데 위험이 있는 경우는 Pull-Up 경고만 출력되게 된다.

전방 탐색 영역 내 있는 장애물에 대해서 장애물 도달 시점에 항공기와 장애물이 충돌할 위험이 있는 경우 조종사에게 장애물 경고를 출력하여야 한다. 장애물에 대해서는 장애물을 위치에 따라 여러 집합으로 나누고, 항공기 근처의 집합만 판독하는 방식을 사용한다. 판독된 장애물 데이터베이스는 전방 탐색 영역 내에 존재하는지 판단하고 위협이 있는 장애물에 대해서는 조종사에게 Obstacle 경고를 출력하게 된다. 장애물 경고에 관한 순서도는 도 13과 같다.

대공 위협에 대해서는 장애물 충돌 회피 경고와 마찬가지로 근접하거나 속해 있는 대공 영역에 대해서 조종사에게 경고를 적절한 경고를 출력해준다. 대공 위협 데이터베이스는 예를 들면, 한반도 전체 영역에 대한 정보를 모두 포함하고 있고, 각각의 위협에 대해서 거리 순으로 위협을 판단한다. 위협에 근접했을 경우에는 근접 경고, 위협 안에 들어왔을 경우에는 위협 경고를 출력하도록 한다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 예로 들어 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 되며, 이하에 기재된 특허청구범위에 의해 해석되어야 함이 자명하다.

120 : 충돌 회피 모듈
121 : 근시 지형 모듈
122 : 항공기 예상 궤적 생성 모듈
123 : 탐색 범위 설정 모듈
124 : 지형 및 궤적 비교 모듈
125 : 상황 인지 모듈

Claims

EGI(Embedded GPS/INS)와, 전파 고도계(RALT)와, 지도 데이터베이스로부터 각각 데이터를 받아서 정확한 항법 계산을 보정을 통해 수행한 후, 이 보정된 데이터와, 3차원 지형 데이터베이스와, 장애물 데이터 베이스 이용하여 항공기의 지면 충돌 및 장애물 충돌에 대한 경고를 발생시키는 충돌 회피 모듈을 구비하고,
상기 충돌 회피 모듈은,
비행 제어 모듈에서 출력되는 최대 허용 하중 계수 정보가 입력되는 항공기 예상 궤적 생성 모듈과,
DMM(Digital moving Map) 모듈에 저장되어 있는 고해상도 위성 영상 지형 데이터와, 장애물 데이터베이스와, 대공 위협 데이터베이스의 정보가 입력되는 근시 지형 생성 모듈과,
항법 시스템에서 출력되는 항공기의 위도, 경도, 고도, 기체 좌표 속도 및 항공기 자세각 정보가 입력되어 탐색 범위를 설정한 후, 상기 근시 지형 생성 모듈이나, 상기 항공기 예상 궤적 생성 모듈로 상기 정보를 출력하는 탐색 범위 설정 모듈과,
상기 근시 지형 생성 모듈 및 상기 항공기 예상 궤적 생성 모듈에서 출력된 각종 데이터베이스의 내용 및 항공기의 상태를 입력받아 분석하는 지형 및 궤적 비교 모듈과,
분석된 상기 각종 데이터베이스의 내용 및 상기 항공기의 상태에 따라 각종 경고를 출력시키는 상황 인지 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 상황 인지 모듈은,
과도한 하강률로 인해 지형과의 충돌이 임박할 경우 출력되는 Sinkrate Pull-Up 경고와,
전방 지형과의 충돌 위협이 존재하는 경우 출력되는 Pull-Up 경고와,
항공기 속도 벡터 방향에 대해 근접 지형이 존재할 경우나 진행 방향 아래에 지형이 존재할 경우 출력되는 Terrain 경고와,
상기 과도한 하강률에 의해 출력되는 Sinkrate 경고와,
전방 탐색 영역에서 항공기와 충돌할 가능성이 있는 장애물이 존재할 경우 출력되는 Obstacle 경고와,
대공 위협 데이터를 판독하여 항공기에 대한 위협을 판별하여 출력되는 대공 위협 경고를 포함하는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 Pull-Up 경고가 출력될 때, 전방으로 수직 상승 기동하지 않고, 측면으로 선회하는 경우 출력되는 선회 경고를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 대공 위협 경고는 항공기가 위협 영역에 근접할 경우 출력되는 근접 경고와, 상기 항공기가 상기 위협 영역 내에 있을 경우 출력되는 위협 경고인 것을 특징으로 하는 충돌 회피 장치.
항공기의 현재 상태와 기동 능력에 따라 예상 지점의 항공기 고도와 지형 고도를 비교하는 지형 고도를 획득하는 단계와,
각각의 조건에 대한 충돌 기준을 서로 비교함으로써, 지형 충돌에 대해서 조종사에게 경고를 출력하는 지형 충돌을 경고하는 단계와,
상기 항공기의 진행 방향에 위치한 장애물이나 이전 방향에 존재하는 대공 위협에 의한 접근을 경고하는 장애물 충돌 회피를 경고하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충돌 회피 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 지형 고도를 획득하는 단계는,
항법 데이터를 획득하는 단계(S100)와,
NED 속도를 계산하는 단계(S110)와,
룰에 의한 지향각을 계산하는 단계(S120)와,
지연 시간을 계산하는 단계(S130)와,
거리 평면 위치를 획득하는 단계(S140)와,
방위각에 의한 위치를 회전하는 단계(S150)와,
거리를 위도 및 경도로 변환하는 단계(S160)와,
주위 4점의 최대 고도를 획득하는 단계(S170)인 것을 특징으로 하는 충돌 회피 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 지형 충돌을 경고하는 단계는,
항공기의 예상 궤적을 생성하는 단계(S200)와,
시간 진행에 따라 상기 항공기의 궤적을 판단하는 단계(S210)와,
근접 판단 시간 이내인지를 판별하는 단계(S220)와,
상기 근접 판단 시간 이내일 경우, 상기 항공기의 예상 궤적 및 지형 고도를 비교하는 단계(S230)와,
상기 근접 판단 시간 이내가 아닐 경우, 상기 항공기의 예상 회피 궤적 및 지형 고도를 비교하는 단계(S240)와,
상기 항공기의 예상 궤적이 상기 지형 고도보다 작은지를 판단하는 단계(S250)와,
상기 항공기의 예상 궤적이 상기 지형 고도보다 작을 경우, Terrain 경고를 출력하는 단계(S260)와,
상기 항공기의 예상 궤적이 상기 지형 고도보다 클 경우, 시간을 증가시킨 후, 시간 진행에 따라 상기 항공기의 궤적을 판단하는 단계(S210)로 되돌아 가는 단계(S270)와,
상기 항공기의 예상 회피 궤적이 상기 지형 고도보다 작을 경우, Pul-up 경고를 출력하는 단계(S280)와,
상기 항공기의 예상 회피 궤적이 상기 지형 고도보다 클 경우, 시간을 증가시킨 후, 시간 진행에 따라 상기 항공기의 궤적을 판단하는 단계(S210)로 되돌아 가는 단계(S290)인 것을 특징으로 하는 충돌 회피 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 장애물 충돌 회피를 경고하는 단계는,
해당 지역을 설정하는 단계(S300)와,
주변 지역 장애물의 데이터베이스를 획득하는 단계(S310)와,
항공기와 장애물까지의 거리를 계산하는 단계(S320)와,
상기 항공기와 상기 장애물 사이의 방위각을 계산하는 단계(S330)와,
상기 거리 및 상기 방위각이 전방 탐색 영역보다 작은지를 판별하는 단계(S340)와,
상기 거리 및 상기 방위각이 전방 탐색 영역보다 작을 경우, 충돌 가능성을 판별하는 단계(S350)와,
상기 충돌 가능성이 있을 경우, 장애물 충돌 회피를 출력하는 단계인 것을 특징으로 하는 충돌 회피 방법.