KR20150059365A - 무인 항공기의 비행 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무인 항공기의 비행 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 비행 제어 장치는, 주변의 다른 무인 항공기와 수시로 위치 정보를 송수신하는 상기 무인 항공기로부터 상기 무인 항공기의 위치 정보 및 ID 정보를 수신하는 통신부; 상기 복수의 무인 항공기의 위치 정보 및 상기 ID 정보를 저장하는 저장부; 감지된 표적을 향하여 돌진하는 무인 항공기가 송신한 이동 직전의 위치 정보 및 이동 방향 정보를 수신하는 이동 정보 수신부; 및 충돌로 인해 소실된 무인 항공기의 위치에 새로운 무인 항공기를 파견하여 비행 편대를 복구하도록 제어하는 비행 제어부를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 충돌에 참여한 편대 비행중인 복수 개의 무인 항공기 중에서 하나의 항공기와의 통신을 통해 그 나머지 무인 항공기를 예측하는 것이 가능하다.
또한, 충돌에 의하여 소실된 무인 항공기를 복구하는데 있어서, 편대 비행하는 무인 항공기의 비행을 제어함으로써 에너지 효율성이 높은 방법으로 소실된 무인 항공기를 파견하여 관리할 수 있다.

Description

무인 항공기의 비행 제어 장치 및 그 방법{CONTROL APPARATUS FOR UNMANNED AERIAL VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 무인 항공기의 비행 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무인 항공기를 이용한 미사일 방어 장치에서 무인 항공기의 비행을 제어하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
무인 항공기(unmanned aerial vehicle: UAV)는 사람이 탑승하지 않는 비행체를 말한다. 기체에 사람이 타지 않은 것으로 지상에는 원격 조종하는 조종사가 존재하고 있다는 점을 강조해 Uninhabited Aerial Vehicle의 약어로 지칭하는 경우도 있다. 또는, 비행체 스스로 조종되는 경우도 있다.
UAV의 시스템 종류에 따라 어떤 경우에는 사용자가 직접 원격 조종하는 경우도 있고, 또 다른 경우에는 사용자가 항공기가 지나가야 될 지점들을 미리 프로그램하면, 비행체가 그 지점에 도달하기 위해 스스로 비행 궤도를 조절하는 경우도 있다.
무인 항공기체는 카메라, 센서, 통신장비 또는 다른 장비를 탑재하고 있는 경우가 많은데, 무인 항공기 시스템을 이용하는 목적에 따라 무인 항공기의 임무가 달라지게 된다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제1999-013454호(1999.02.25)에 기재되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 무인 항공기를 이용하여 적의 비행물체를 탐지하고, 탐지된 비행물체를 충돌에 의해 격침시킬 수 있는 무인 항공기의 제어 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다. 또한, 적의 비행물체와 충돌하여 소실된 무인 항공기를 효율적으로 대체할 수 있는 비행 제어 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기의 비행 제어 장치는, 인접한 위치에 표적이 감지되면 상기 표적과 충돌하도록 설계된 편대 비행 중인 복수의 무인 항공기(Unmanned aerial vehicle: UAV)를 제어하는 장치에 있어서, 주변의 다른 무인 항공기와 수시로 위치 정보를 송수신하는 상기 무인 항공기로부터 상기 무인 항공기의 위치 정보 및 ID 정보를 수신하는 통신부; 상기 복수의 무인 항공기의 위치 정보 및 상기 ID 정보를 저장하는 저장부; 감지된 표적을 향하여 돌진하는 무인 항공기가 송신한 이동 직전의 위치 정보 및 이동 방향 정보를 수신하는 이동 정보 수신부; 및 충돌로 인해 소실된 무인 항공기의 위치에 새로운 무인 항공기를 파견하여 비행 편대를 복구하도록 제어하는 비행 제어부를 포함한다.
또한, 상기 통신부는, 상기 복수의 무인 항공기 중에서 근접한 하나 이상의 무인 항공기로부터 멀티홉 통신에 의해 상기 복수의 무인 항공기의 위치 정보를 전달받을 수 있다.
또한, 상기 비행 제어부는, 상기 표적을 향하여 이동한 무인 항공기로부터 일정 시간 이내에 응답 신호가 없는 경우 상기 이동한 무인 항공기가 상기 표적에 충돌한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 표적을 향하여 이동한 한 대 이상의 무인 항공기 이동 정보를 이용하여 충돌을 위해 돌진한 나머지 무인 항공기를 예측하는 충돌 블록 예측부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기의 비행 제어 방법은, 인접한 위치에 표적이 감지되면 상기 표적과 충돌하도록 설계된 편대 비행 중인 복수의 무인 항공기(Unmanned aerial vehicle: UAV)를 제어하는 방법에 있어서, 주변의 다른 무인 항공기와 수시로 위치 정보를 송수신하는 상기 무인 항공기로부터 상기 무인 항공기의 위치 정보 및 ID 정보를 수신하는 단계; 상기 복수의 무인 항공기의 위치 정보 및 상기 ID 정보를 저장하는 단계; 감지된 표적을 향하여 돌진하는 무인 항공기가 송신한 이동 직전의 위치 정보 및 이동 방향 정보를 수신하는 단계; 및 충돌로 인해 소실된 무인 항공기의 위치에 새로운 무인 항공기를 파견하여 비행 편대를 복구하도록 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명인 무인 항공기의 비행 제어 장치 및 그 방법에 따르면, 충돌에 참여한 편대 비행중인 복수 개의 무인 항공기 중에서 하나의 항공기와의 통신을 통해 그 나머지 무인 항공기를 예측하는 것이 가능하다.
또한, 충돌에 의하여 소실된 무인 항공기를 복구하는데 있어서, 편대 비행하는 무인 항공기의 비행을 제어함으로써 에너지 효율성이 높은 방법으로 소실된 무인 항공기를 파견하여 관리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기의 비행 제어 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기의 비행 제어 방법의 순서도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기의 비행 제어 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 편대 복구에서 무인 항공기 간의 통신 방법을 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
먼저 본 발명의 무인 항공기의 비행 제어 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기의 비행 제어 장치의 구성도이다.
도 1에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기의 비행 제어 장치(100)는 통신부(110), 저장부(120), 이동 정보 수신부(130), 충돌 블록 예측부(140) 및 비행 제어부(150)를 포함한다.
비행 제어 장치(100)는 편대 비행을 하는 무인 항공기를 감시하기 위한 관리 서버에 장착될 수 있으며, 비행 제어 장치(100)의 제어를 받는 복수의 무인 항공기는 인접한 위치에 표적이 감지되면 표적과 충돌하며 편대 비행을 하도록 설계된다. 여기서, 표적은 적군의 미사일뿐만 아니라, 적군의 비행기 또는 전투기를 모두 포함한다. 그리고, 복수의 무인 항공기는 비행 제어 장치(100)와 함께 무인 항공기의 비행 제어 시스템을 구성할 수 있다.
복수의 무인 항공기는 주변의 다른 무인 항공기들과 수시로 위치 정보를 송수신하고, 수신된 위치 정보와 ID 정보를 멀티홉 통신을 통하여 통신부(110)로 전달한다.
즉, 통신부(110)는 주변의 다른 무인 항공기와 수시로 위치 정보를 송수신하는 무인 항공기로부터 수시로 위치 정보 및 ID 정보를 수신한다.
저장부(120)는 통신부(110)가 수신한 복수의 무인 항공기의 위치 정보 및 ID 정보를 저장한다.
이동 정보 수신부(130)는 감지된 표적을 향하여 돌진하는 무인 항공기가 송신한 이동 직전의 위치 정보 및 이동 방향 정보를 수신한다.
충돌 블록 예측부(140)는 상기 표적을 향하여 이동한 한 대 이상의 무인 항공기 이동 정보를 이용하여 충돌을 위해 돌진한 나머지 무인 항공기를 예측한다.
비행 제어부(150)는 충돌로 소실된 무인 항공기의 위치에 새로운 무인 항공기를 파견하여 비행 편대를 복수하도록 제어한다.
다음으로 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기의 비행 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기의 비행 제어 방법의 순서도이다.
먼저 통신부(110)는 복수의 무인 항공기의 위치 정보 및 ID 정보를 수신한다(S210).
즉, 무인 항공기들은 주변의 다른 무인 항공기와 수시로 위치 정보를 송수신하므로, 수신된 주변의 무인 항공기 및 자신의 위치 정보, 자신의 ID 정보를 멀티 홉 통신을 통하여 통신부(110)로 전달한다.
복수의 무인 항공기는 지정된 공간에 삼차원으로 이동 또는 위치하고 있으므로, 복수의 무인 항공기는 삼차원 공간에서 Wi-fi 또는 Zigbee 와 같은 근거리 무선 통신을 이용하여 서로간의 위치 정보를 교환한다.
여기서 복수의 무인 항공기는 각각 ID 정보를 가지고 있으며, 위치 정보는 (x, y, z) 좌표값 형태로 표시될 수 있다.
복수의 무인 항공기는 감지 장치로 초음파 장치 또는 영상 감지 장치를 탑재하여 운행 중에 표적을 감지 할 수 있다.
여기서 통신부(110)는 복수의 무인 항공기 간에 교환된 위치 정보 및 ID 정보를 멀티홉 통신을 통해서 근접한 하나 이상의 무인 항공기로부터 수신한다. 또한 통신부(110)는 무인 항공기가 감지한 표적 정보를 수신 할 수 있다.
다음으로 저장부(120)는 통신부(110)가 수신한 복수의 무인 항공기의 위치 정보 및 ID 정보를 저장한다(S220). 즉, 저장부(120)는 무인 항공기 편대 비행 제어에 이용될 수 있도록 수신한 위치정보 및 ID 정보를 데이터 베이스로 저장한다.
그리고 이동 정보 수신부(130)는 감지된 표적을 향하여 돌진하는 무인 항공기가 송신한 이동 직전의 위치 정보 및 이동 방향 정보를 수신한다(S230). 여기서, 이동 정보는 이동 직전의 위치 정보 및 이동 방향 정보를 포함한다.
복수의 무인 항공기는 편대 비행을 하면서 탑재된 초음파 장치 또는 영상 감지 장치를 이용하여 적기 또는 적의 미사일을 탐지하게 된다. 여기서, 적기 또는 적의 미사일을 표적이라고 지칭하기로 한다.
편대 비행 중에 표적을 탐지한 복수의 무인 항공기는 표적을 향해 이동하게 되고, 충돌 전에 충돌을 위해 적기에 근접하려는 무인 항공기는 자신의 이동 직전의 위치 정보 및 이동 방향 정보를 주변의 다른 무인 항공기에 전송하고, 멀티홉 통신을 통해 이동 정보 수신부(130)는 상기 이동 정보를 전달받는다.
여기서 적기에 해당하는 표적에 근접하려는 무인 항공기가 표적에서 가까운 수 개, 예를 들면 네 대의 무인 항공기인 경우, 네 대의 무인 항공기는 감지된 표적을 향하여 돌진하게 된다. 돌진함으로써 표적과의 충돌에 의해 적의 미사일 또는 적기를 격추시킴으로써 적을 방어하기 위함이다. 이러한 충돌은 네 대의 무인 항공기 모두가 표적에 충돌할 수도 있으나, 그렇지 않고 그보다 적은 수의 무인 항공기 만이 충돌하고 나머지 무인 항공기는 원래 자신의 위치로 회항할 수 있다.
충돌 블록 예측부(140)는 한 대의 무인 항공기 이동 정보를 이용하여 충돌을 위해 돌진한 나머지 무인 항공기를 예측한다(S240).
충돌에 참여하는 무인 항공기가 4 대라고 가정하면, 이동 정보 수신부(130)가 전달받을 수 있는 이동 정보는 4대의 무인 항공기로부터 전달받은 서로 다른 4개의 정보이어야 하지만, 충돌에 참여하는 무인 항공기의 급박한 사정 또는 통신 장애로 인하여 4개의 정보가 모두 수신부(130)에 전달되지 않는 경우가 발생한다. 이 경우에 있어서, 충돌 블록 예측부(140)는 네 대의 충돌에 참여한 무인 항공기 중에서 어느 한 대의 무인 항공기 이동 정보를 이용하여 충돌을 위해 돌진한 나머지 세 대의 무인 항공기의 위치 정보 및 ID 정보를 예측할 수 있다. 이는 무인 항공기가 편대 비행을 하기 때문에 가능하다.
다음으로 비행 제어부(150)는 충돌로 소실된 무인 항공기의 위치에 새로운 무인 항공기를 파견하여 비행 편대를 복구하도록 제어한다(S250). 여기서, 비행 제어부(150)는 표적에 충돌하여 소실된 무인 항공기를 복구하기 위하여 기본적으로 표적에 충돌하기 전에 수신된 이동 정보를 참고하여 복구될 비행 편대를 제어한다. 또한, 비행 제어부(150)는 표적을 향하여 이동한 무인 항공기로부터 일정 시간 이내에 응답 신호가 없는 경우 이동한 무인 항공기가 충돌한 것으로 판단하여 이를 복구하도록 새로운 무인 항공기를 파견할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기의 비행 제어 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3a에 나타낸 것처럼, 각각의 ID 정보를 갖는 복수의 무인 항공기는 3차원 공간에서 행과 열을 맞추어 편대 비행을 한다. 도 3a에 개략적으로 표시된 무인 항공기는 편대 비행 중인 항공기의 상부에서 바라본 모습을 나타낸다. 도 3a는 비행 편대를 행과 열을 이용하여 표시할 경우, 표적이 1행과 2행 사이 및 1열과 2열 사이에 나타났음을 표시한다.
도 3b에 나타낸 것처럼, 편대 비행 중인 무인 항공기 중에서 표적에서 근접한 4대의 무인 항공기가 충돌에 참여할 수 있다. 여기서, 충돌에 참여하게 될 항공기를 행과 열의 번호를 이용하여 각각 표시하면, (1, 1), (1, 2), (2, 1) 및 (2, 2) 위치의 무인 항공기이다.
도 3b에서는 4 대의 무인 항공기 중에서, 3대의 (1, 2), (2, 1) 및 (2, 2) 위치의 무인 항공기는 멀티홉 통신을 이용하여 충돌 직전의 자신의 위치 및 이동 방향에 관한 이동 정보를 무인 항공기의 비행 제어 장치(100)로 전송하는 것으로 예시하였다.
도 3b에 표시된 화살표는 이동 정보가 전달되는 경로를 나타낸다.
한편, (1, 1) 위치에 있는 무인 항공기는 충돌에 참여함에도 불구하고 편대의 외측에 위치하는 이유로 인하여 멀티홉 통신을 이용한 자신의 이동 정보를 무인 항공기의 비행 제어 장치(100)로 전송할 수 없다. 이 경우, 충돌 블록 예측부(150)는 (1, 2), (2, 1) 또는 (2, 2) 위치의 무인 항공기로부터 전달 받은 이동 정보를 이용하여 (1, 1) 위치의 무인 항공기가 충돌에 참여할 것이라는 것을 예측할 수 있다. 이러한 예측은 상기 위치 정보 중의 이동 방향에 관한 정보에 기반한다. 이는 또한 무인 항공기가 행과 열을 맞추어 편대 비행하고 있기 때문이기도 한다.
도 3c에 나타낸 것처럼, 비행 편대에서 (1, 1), (1, 2), (2, 1) 및 (2, 2) 위치의 무인 항공기는 표적을 향해 충돌하게 된다. 4대의 항공기가 모두 충돌한 경우이다. 여기서, 화살표는 충돌에 참여한 무인 항공기의 이동 방향을 나타낸다. 설명을 위해서 같은 고도 상의 편대 및 표적을 예로써 설명하였지만, 고도가 달라지는 경우에도 삼차원 상의 무인 항공기의 좌표값 및 이동 방향을 이용하여 충돌에 참여하는 무인 항공기를 예측할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 편대 복구에서 무인 항공기 간의 통신 방법을 나타낸 도면이다.
도 4에서, 원래 위치 UAV는 충돌에 참여한 무인 항공기이고, 새로운 무인 항공기(UAV)는 복구에 필요한 새로 출격하는 무인 항공기를 의미한다. 새로운 무인 항공기는 충돌에 참여한 무인 항공기의 존재 여부를 확인하기 위한 정보 요청 패킷을 원래 위치의 무인 항공기에 송신하고, 원래 위치의 무인 항공기의 존재가 확인되는 경우, 이를 수신한 원래 위치의 무인 항공기는 응답 형태로 정보 패킷을 새로운 무인 항공기에 송신한다.
만약, 충돌로 인하여 원래 위치의 무인 항공기가 소실된 경우, 새로운 무인 항공기는 일정 시간(지정된 N 시간) 이내에 정보가 도착하지 않으면(신호가 없으면), 정보 요청 패킷 전송을 재시도 할 수 있으며 이를 M회 반복해도 정보가 도착하지 않으면, 원래 위치의 무인 항공기가 표적에 충돌하여 소실된 것으로 추측하고 해당 위치로 이동한다. 이러한 방식의 편대 복구 방법은 에너지가 소모되어 편대 중의 UAV를 교체하기 위해 새로운 UAV와 기존의 비행 중인 UAV 간의 교대하는 때에도 사용될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기의 비행 제어 장치 및 그 방법에 따르면, 충돌에 참여한 편대 비행중인 복수 개의 무인 항공기 중에서 하나의 항공기와의 통신을 통해 그 나머지 무인 항공기를 예측하는 것이 가능하다.
또한, 충돌에 의하여 소실된 무인 항공기를 복구하는데 있어서, 편대 비행하는 무인 항공기의 비행을 제어함으로써 에너지 효율성이 높은 방법으로 소실된 무인 항공기를 파견하여 관리할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
100: 무인 항공기의 비행 제어 장치, 110: 통신부,
120: 저장부, 130: 이동 정보 수신부,
140: 충돌 블록 예측부, 150: 비행 제어부

Claims (8)

  1. 인접한 위치에 표적이 감지되면 상기 표적과 충돌하도록 설계된 편대 비행 중인 복수의 무인 항공기(Unmanned aerial vehicle: UAV)를 제어하는 장치에 있어서,
    주변의 다른 무인 항공기와 수시로 위치 정보를 송수신하는 상기 무인 항공기로부터 상기 무인 항공기의 위치 정보 및 ID 정보를 수신하는 통신부;
    상기 복수의 무인 항공기의 위치 정보 및 상기 ID 정보를 저장하는 저장부;
    감지된 표적을 향하여 돌진하는 무인 항공기가 송신한 이동 직전의 위치 정보 및 이동 방향 정보를 수신하는 이동 정보 수신부; 및
    충돌로 인해 소실된 무인 항공기의 위치에 새로운 무인 항공기를 파견하여 비행 편대를 복구하도록 제어하는 비행 제어부를 포함하는 무인 항공기의 비행 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 복수의 무인 항공기 중에서 근접한 하나 이상의 무인 항공기로부터 멀티홉 통신에 의해 상기 복수의 무인 항공기의 위치 정보를 전달받는 무인 항공기의 비행 제어 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 비행 제어부는,
    상기 표적을 향하여 이동한 무인 항공기로부터 일정 시간 이내에 응답 신호가 없는 경우 상기 이동한 무인 항공기가 상기 표적에 충돌한 것으로 판단하는 무인항공기의 비행 제어 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 표적을 향하여 이동한 한 대 이상의 무인 항공기 이동 정보를 이용하여 충돌을 위해 이동한 나머지 무인 항공기를 예측하는 충돌 블록 예측부를 더 포함하는 무인항공기의 비행 제어 장치.
  5. 인접한 위치에 표적이 감지되면 상기 표적과 충돌하도록 설계된 편대 비행 중인 복수의 무인 항공기(Unmanned aerial vehicle: UAV)를 제어하는 방법에 있어서,
    주변의 다른 무인 항공기와 수시로 위치 정보를 송수신하는 상기 무인 항공기로부터 상기 무인 항공기의 위치 정보 및 ID 정보를 수신하는 단계;
    상기 복수의 무인 항공기의 위치 정보 및 상기 ID 정보를 저장하는 단계;
    감지된 표적을 향하여 돌진하는 무인 항공기가 송신한 이동 직전의 위치 정보 및 이동 방향 정보를 수신하는 단계; 및
    충돌로 인해 소실된 무인 항공기의 위치에 새로운 무인 항공기를 파견하여 비행 편대를 복구하도록 제어하는 단계를 포함하는 무인 항공기의 비행 제어 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 무인 항공기의 위치 정보 및 ID 정보를 수신하는 단계는,
    상기 복수의 무인 항공기 중에서 근접한 하나 이상의 무인 항공기로부터 멀티홉 통신에 의해 상기 복수의 무인 항공기의 위치 정보를 전달받는 무인 항공기의 비행 제어 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 비행 편대를 복구하도록 제어하는 단계는,
    상기 표적을 향하여 이동한 무인 항공기로부터 일정 시간 이내에 응답 신호가 없는 경우 상기 이동한 무인 항공기가 상기 표적에 충돌한 것으로 판단하는 무인항공기의 비행 제어 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 표적을 향하여 이동한 한 대 이상의 무인 항공기 이동 정보를 이용하여 충돌을 위해 돌진한 나머지 무인 항공기를 예측하는 단계를 더 포함하는 무인항공기의 비행 제어 방법.
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