KR20130120176A - 무인 항공기의 위치 추적 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 GPS 교란 또는 GPS 수신기의 고장에 의해, 무인 항공기의 위치를 파악할 수 없는 경우, 지상 통제 장비가 영상 감지기를 조정하여 사전에 알고 있는 고정 표적(절대 좌표)을 촬영하도록 함으로써, 무인 항공기의 상태 정보(피치, 롤, 헤딩, 고도)와 영상 감지기의 정보(방위각(Azimuth) 및 고각(Elevation))를 이용하여 고정 표적을 기준점으로 역으로 무인 항공기의 위치를 추적하는 무인 항공기의 위치 추적 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 무인 항공기의 위치 추적 방법은, 무인 항공기의 영상 감지기가 고정 표적을 지향하도록, 지상 통제 장비는 상기 무인 항공기에 상기 영상 감지기 제어 명령을 전송하는 단계(S100)와, 상기 무인 항공기는 상기 무인 항공기의 위치 정보를 상기 지상 통제 장비에 전송하는 단계(S200)와, 상기 지상 통제 장비는 전송받은 상기 무인 항공기의 위치 정보를 이용한 위치 계산 방법에 의해 상기 무인 항공기의 위치를 추정하는 단계(S300)와, 상기 위치 계산 방법에 의해 산출된 상기 무인 항공기의 위치를 표시하는 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무인 항공기의 위치 추적 방법{METHOD FOR TRACKING LOCATION OF UNINHABITED AERIAL VEHICLE}
본 발명은 영상 감지기 및 고정 표적의 좌표를 이용한 무인 항공기의 위치 추적 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 GPS의 교란이나 GPS 수신기 고장에 의해 무인 항공기의 위치 파악이 불가능한 경우, 영상 감지기 및 고정 표적의 좌표를 이용하여 무인 항공기의 위치를 추적하는 무인 항공기의 위치 추적 방법에 관한 것이다.
종래의 무인 항공기는 이 무인 항공기에 탑재된 GPS 수신기를 통해 무인 항공기의 위치 정보(예를 들면, Latitude, Longitude 좌표)를 수신받고, 이 위치 정보를 데이터 링크를 통해 지상 통제 장비로 전송하게 된다. 지상 통제 장비는 수신받은 무인 항공기의 위치 정보 및 지상 통제 장비의 위치 정보를 이용하여, 무인 항공기에 조종 명령(예를 들면, 속도, 고도, 롤, 피치, 헤딩 등)을 전송하여 무인 항공기를 제어한다.
그러나, 무인 항공기에 장착된 GPS 수신기가 고장 시, 지상 통제 장비는 무인 항공기의 위치를 알 수 없기 때문에, 조종 명령을 무인 항공기에 전송할 수 없는 경우가 발생한다. 이때, 무인 항공기는 자기의 위치를 알 수 없기 때문에, 자동 비행을 위한 방향 계산이 불가능한 문제점이 있다.
한편, 도 1은 종래 무인 항공기 위치 추적 방법에서, GPS 수신의 중단시 무인 항공기의 위치 추적이 불가능함을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, GPS 재머(GPS Jammer)(110)는 수십 ㎞ 반경에서 GPS의 수신을 교란시킬 수 있는 장비로서, 정찰중인 무인 항공기(200)에 큰 영향을 끼칠 수 있다. 따라서, GPS 수신기(120)의 고장 시와 마찬가지로 GPS 재머(110)에 의해, 무인 항공기(200)는 스스로 자기 위치를 파악할 수 없기 때문에, 잘못된 GPS 위치 지정으로 인해 잘못된 방향으로 비행할 수 있게 된다.
이 경우, 지상 통제 장비(300)는 무인 항공기(200)의 통제가 어려워지며, 무인 항공기(200)를 손실할 수도 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 GPS 교란 또는 GPS 수신기의 고장에 의해, 무인 항공기의 위치를 파악할 수 없는 경우, 지상 통제 장비가 영상 감지기를 조정하여 사전에 알고 있는 고정 표적(절대 좌표)을 촬영하도록 함으로써, 무인 항공기의 상태 정보(피치, 롤, 헤딩, 고도)와 영상 감지기의 정보(방위각(Azimuth) 및 고각(Elevation))를 이용하여 고정 표적을 기준점으로 역으로 무인 항공기의 위치를 추적하는 무인 항공기의 위치 추적 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 무인 항공기의 위치 추적 방법은, 무인 항공기의 영상 감지기가 고정 표적을 지향하도록, 지상 통제 장비는 상기 무인 항공기에 상기 영상 감지기 제어 명령을 전송하는 단계(S100)와, 상기 무인 항공기는 상기 무인 항공기의 위치 정보를 상기 지상 통제 장비에 전송하는 단계(S200)와, 상기 지상 통제 장비는 전송받은 상기 무인 항공기의 위치 정보를 이용한 위치 계산 방법에 의해 상기 무인 항공기의 위치를 추정하는 단계(S300)와, 상기 위치 계산 방법에 의해 산출된 상기 무인 항공기의 위치를 표시하는 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 무인 항공기의 위치 추적 방법은, 상기 단계(S200)에서, 상기 무인 항공기의 위치 정보는 상기 무인 항공기의 고도와, 헤딩과, 롤과, 피치와, 상기 영상 감지기의 방위각(Azimuth)과, 상기 영상 감지기의 고각(Elevation)인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 무인 항공기의 위치 추적 방법은, 상기 단계(S300)에서, 상기 위치 계산 방법이, 상기 무인 항공기의 위치(U)와 표적(T) 사이의 거리가 R이라 하고, 상기 무인 항공기의 위치에서 상기 표적으로의 시선 벡터를 표시할 경우, R = Xr / cosX = Yr / cosY = Zr / cosZ(여기서, Xr과, Yr과, Zr은 R의 X, Y, Z축 성분이며, X축과 Y축은 북쪽 및 동쪽)을 나타내고, 상기 Zr = 상기 무인 항공기의 고도 - 표적 고도(여기서, 상기 무인 항공기의 고도 및 표적 고도는 상수 값임)이며, 상기 Xn과, 상기 Yz과, 상기 Zn은 오일러 각 공식에 의해 각각 구하고, 상기 R은 Zr / Zn에 의해 구하며, 상기 R에 의해 Xr 및 Yr을 각각 구함으로써, 상기 무인 항공기의 위치는 북쪽 = 표적(T)의 북쪽 - Xr이고, 동쪽 = 표적(T)의 동쪽 - Yr인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 무인 항공기의 위치 추적 방법은, 상기 오일러 각 공식이,
Figure pat00001
인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, GPS 교란 또는 GPS 수신기의 고장에 의해, 무인 항공기의 위치를 파악할 수 없는 경우, 지상 통제 장비가 영상 감지기를 조정하여 사전에 알고 있는 고정 표적(절대 좌표)을 촬영하도록 함으로써, 무인 항공기의 상태 정보(피치, 롤, 헤딩, 고도)와 영상 감지기의 정보(방위각 및 고각)를 이용하여 고정 표적을 기준점으로 역으로 무인 항공기의 위치를 추적하는 무인 항공기의 위치 추적 방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 종래 무인 항공기 위치 추적 방법에서, GPS 수신의 중단시 무인 항공기의 위치 추적이 불가능함을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기의 위치 추적 방법을 나타내는 플로어 차트.
도 3은 본 발명의 실시예에서 영상감지기와 무인 항공기의 상태 정보를 이용하여 무인 항공기의 위치 계산을 하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에서 무인 항공기의 위치를 계산하기 위한 원리를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에서 무인 항공기 위치의 계산을 하기 위한 동작 관계를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에서 무인 항공기의 위치를 계산하는 프로그램의 화면을 나타내는 도면.
이하, 첨부한 도면들 및 후술되어 있는 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 2는 본 발명에 따른 무인 항공기의 위치 추적 방법을 나타내는 플로어 차트이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 무인 항공기(200)의 위치(U) 추적 방법은, 무인 항공기(200)의 영상 감지기(EO/IR)가 고정 표적을 지향하도록, 지상 통제 장비(300)는 상기 무인 항공기(200)에 상기 영상 감지기(EO/IR) 제어 명령을 전송하는 단계(S100)와, 상기 무인 항공기(200)는 상기 무인 항공기(200)의 위치(U) 정보를 상기 지상 통제 장비(300)에 전송하는 단계(S200)와, 상기 지상 통제 장비(300)는 전송받은 상기 무인 항공기(200)의 위치(U) 정보를 이용한 위치 계산 방법에 의해 상기 무인 항공기(200)의 위치(U)를 추정하는 단계(S300)와, 상기 위치 계산 방법에 의해 산출된 상기 무인 항공기(200)의 위치(U)를 표시하는 단계(S400)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 영상감지기와 무인 항공기의 상태 정보를 이용하여 무인 항공기의 위치 계산을 하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 무인 항공기(200)의 위치(U) 추적 방법은, GPS 수신기(120)의 고장으로 인한 GPS 수신 불가나 GPS 재머(GPS Jammer)(110)에 의한 GPS의 수신 교란시, 무인 항공기(200)의 위치(U)를 추적하기 위해, 지상 통제 장비(300)는 영상 감지기(E0/IR)를 조종하여 사전에 알고 있는 고정 표적을 촬영하도록 하게 된다. 그러면, 이 지상 통제 장비(300)는 무인 항공기(200)의 상태 정보(예를 들면, 피치, 롤, 헤딩, 고도 등)와, 영상 감지기(EO/IR)의 정보(방위각(a), 고각(b) 등)를 고정 표적의 기준점으로 하여 역으로 무인 항공기(200)의 위치(U)를 계산하게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 무인 항공기의 위치를 계산하기 위한 원리를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 무인 항공기(200)의 위치(U)를 계산하는 원리는 사용자에 의해, 영상 감지기(EO/IR)는 표적(T)을 지향하고 있기 때문에 표적 값(xt, yt, zt)은 사전에 알고 있는 상수 값이다.
Figure pat00002
또한, 표 1은 x축과, y축과 z축 각각의 오일러 각 공식을 나타낸다.
따라서, 방위각(a)과, 고각(b)을 갖는 위치인 무인 항공기(200)의 위치(U) 점에서 표적(T) 점으로의 시선 벡터를 표 1을 참조하여 처리할 수 있다. 즉, 오일러 각 공식을 이용하여 무인 항공기(200)의 피치와, 롤과, 헤딩 값으로 회전 변환을 수행하게 된다.
다음, 무인 항공기(200)의 위치(U)를 계산하려면, 무인 항공기(200)와 표적(T) 간의 거리가 R일 때,
R = Xr / cosX = Yr / cosY = Zr / cosZ 이다.
여기서, Xr과, Yr과, Zr은 R의 X, Y, Z축 성분이며, 좌표축 X 및 Y는 북쪽 및 동쪽을 나타낸다.
여기서, Zr = 무인 항공기(200)의 고도 - 표적(T) 고도(무인 항공기(200)의 고도, 표적(T) 고도는 사전에 알고 있는 값으로 상수 값임)임을 이용하여 구한다.
또한, Xn과, Yz과, Zn은 오일러 각 공식에 의하여 구한 값으로 실수 값이다.
여기서, R은 Zr / Zn에 의해 실수 값을 구할 수 있으며, R에 의해 Xr과, Yr 값을 구할 수 있다. 즉, Xr = Xn × R이고, Yr = Yn × R이다.
따라서, 무인 항공기(200)의 위치(U)는,
North = 고정 표적 North - Xr
East = 고정 표적 East - Yr이다.
다음, 도 5는 본 발명의 실시예에서 무인 항공기의 위치의 계산을 하기 위한 동작 관계를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 지상 통제 장비(300)는 무인 항공기(200)의 영상 감지기(EO/IR)가 고정 표적(T)을 지향하도록 영상 감지기(EO/IR) 제어 명령을 전송한다.
무인 항공기(200)는 무인 항공기(200)의 고도와, 헤딩과, 롤과, 피치와, 영상 감지기(EO/IR)의 방위각(a)과, 영상 감지기(EO/IR)의 고각(b) 값을 지상 통제 장비(300)로 전송한다.
다음, 도 6은 본 발명의 실시예에서 무인 항공기의 위치를 계산하는 프로그램의 화면을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 지상 통제 장비(300)는 문제 해결을 위해 구현 방안을 프로그래밍한 위치 계산 방법에 의해 자동 또는 수동으로 무인 항공기(200)의 위치(U)를 추정한다.
여기서, A는 무인 항공기(200)로부터 수신받은 자세 정보이고, B는 무인 항공기(200)로부터 수신받은 영상 감지기(EO/IR) 센서 값이며, C는 사용자가 입력하는 고정 표적(T)에 대한 좌표값이고, D는 무인 항공기(200)의 위치(U)를 추적한 결과를 도시한다.
위치 계산 방법은 무인 항공기(200)로부터 수신받은 무인 항공기(200)의 헤딩과, 롤과, 피치와, 고도 값과, 영상 감지기(EO/IR)의 방위각(a)과, 영상 감지기(EO/IR)의 고각(b) 값을 이용하여 고정 표적(T) 위치를 기준으로 무인 항공기(200)의 위치(U) 좌표를 자동으로 계산하며, 무인 항공기(200)의 위치(U) 추적 창(D)에 표시해준다.
비행 중이 아닐 경우, 사용자는 A, B, C 정보를 수동으로 입력하고 "계산" 버튼을 누르면, 무인 항공기(200)의 위치(U) 좌표를 자동으로 계산하여 사전에 분석할 수 있다.
예를 들면, 무인 항공기(200)의 정보가 헤딩 0도, 롤 0도, 피치 0도, 고도 1100미터이고, 영상 감지기(EO/IR)가 방위각(a) 45도, 고각(b) 45도에서 고도 100미터인 고정 표적((X,Y)=(10000,10000))을 지향할 경우, 무인 항공기(200)의 추정 위치(U)는 North 10000, East 9000이다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 예로 들어 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안되며, 이하에 기재된 특허청구범위에 의해 해석되어야 함이 자명하다.
100 : 인공 위성
110 : GPS 재머
120 : GPS 수신기
200 : 무인 항공기
300 : 지상 통제 장비
a : 방위각
b : 고각
U : 무인 항공기의 위치
T : 표적
E0/IR : 영상 감지기

Claims (4)

  1. 무인 항공기의 영상 감지기가 고정 표적을 지향하도록, 지상 통제 장비는 상기 무인 항공기에 상기 영상 감지기 제어 명령을 전송하는 단계(S100)와,
    상기 무인 항공기는 상기 무인 항공기의 위치 정보를 상기 지상 통제 장비에 전송하는 단계(S200)와,
    상기 지상 통제 장비는 전송받은 상기 무인 항공기의 위치 정보를 이용한 위치 계산 방법에 의해 상기 무인 항공기의 위치를 추정하는 단계(S300)와,
    상기 위치 계산 방법에 의해 산출된 상기 무인 항공기의 위치를 표시하는 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 위치 추적 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계(S200)에서,
    상기 무인 항공기의 위치 정보는 상기 무인 항공기의 고도와, 헤딩과, 롤과, 피치와, 상기 영상 감지기의 방위각(Azimuth)과, 상기 영상 감지기의 고각(Elevation)인 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 위치 추적 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계(S300)에서,
    상기 위치 계산 방법은,
    상기 무인 항공기의 위치(U)와 표적(T) 사이의 거리가 R이라 하고, 상기 무인 항공기의 위치에서 상기 표적으로의 시선 벡터를 표시할 경우, R = Xr / cosX = Yr / cosY = Zr / cosZ(여기서, Xr과, Yr과, Zr은 R의 X, Y, Z축 성분이며, X축과 Y축은 북쪽 및 동쪽)을 나타내고,
    상기 Zr = 상기 무인 항공기의 고도 - 표적 고도(여기서, 상기 무인 항공기의 고도 및 표적 고도는 상수 값임)이며,
    상기 Xn과, 상기 Yz과, 상기 Zn은 오일러 각 공식에 의해 각각 구하고,
    상기 R은 Zr / Zn에 의해 구하며,
    상기 R에 의해 Xr 및 Yr을 각각 구함으로써,
    상기 무인 항공기의 위치는 북쪽 = 표적(T)의 북쪽 - Xr이고, 동쪽 = 표적(T)의 동쪽 - Yr인 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 위치 추적 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 오일러 각 공식은,
    Figure pat00003

    인 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 위치 추적 방법.
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