KR20150137524A - 무인기 이중화 통제시스템 및 이를 이용한 무인기 이중화 통제방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무인기와 연결된 지상통신장비; 비행통제컴퓨터와 상기 비행통제검퓨터와 연결되어 정보를 주고받는 제1실시간제어컴퓨터가 구비되고, 상기 지상통신장비에 연결된 비행통제장치; 및 영상처리컴퓨터와 상기 영상처리컴퓨터와 연결되어 정보를 주고받는 제2실시간제어컴퓨터가 구비되고, 상기 지상통신장비와 상기 비행통제장치에 연결된 영상조종장치;를 포함하는 무인기 이중화 통제시스템 및 이를 이용한 무인기 이중화 통제방법에 관한 것으로, 특히, 비행통제장치에만 부여되던 무인기 통제수단을 영상조종장치에도 부여하고 상호간에 제어권한을 위임할 수 있도록 구성한 무인기 이중화 통제시스템 및 이를 이용한 무인기 이중화 통제방법에 관한 것이다.

Description

무인기 이중화 통제시스템 및 이를 이용한 무인기 이중화 통제방법{DUAL GROUND CONTROL SYSTEM AND DUPLEX CONTROL METHOD FOR DRONE USING THIS SYSTEM}
본 발명은 무인기 이중화 통제시스템 및 이를 이용한 무인기 이중화 통제방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비행통제장치에만 부여되던 무인기 통제수단을 영상조종장치에도 부여하고 상호간에 제어권한을 위임할 수 있도록 구성한 무인기 이중화 통제시스템 및 이를 이용한 무인기 이중화 통제방법에 관한 것이다.
일반적으로, 무인항공기(무인기)의 통제시스템은 무인항공기의 상태 및 센서 데이터를 무인항공기로부터 수신하여 조종사가 볼 수 있도록 도시하며, 조종사의 조종명령을 무인항공기로 전송하는 시스템으로써, 비행통제장치가 무인기를 통제하도록 구성되어 있다.
조종사가 2인 이상인 유인항공기의 경우 비행체를 통제하는 주조종사 조종간과 부조종사 조종간이 일체형으로 되어 있으며, 나머지 통제 관련(예를 들어 엔진 쓰로틀) 하드웨어는 하나를 공통으로 사용하고 있다.
기존 통제기능을 구현한 시스템은 이중화가 아닌 단일 통제 개념의 시스템이었다.
한편, 무인기에 대한 것은 공개번호 10-2014-0039362호에 소개된 바 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 비행통제장치 뿐만이 아닌 영상조종장치에서도 무인기를 제어할 수 있으며, 상호 간에 제어권한을 위임할 수 있도록 구성한 무인기 이중화 통제시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기와 같은 시스템을 이용한 무인기 이중화 통제방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 무인기 이중화 통제시스템은, 무인기와 연결된 지상통신장비; 비행통제컴퓨터와 상기 비행통제컴퓨터와 연결되어 정보를 주고받는 제1실시간제어컴퓨터가 구비되고, 상기 지상통신장비에 연결된 비행통제장치; 및 영상처리컴퓨터와 상기 영상처리컴퓨터와 연결되어 정보를 주고받는 제2실시간제어컴퓨터가 구비되고, 상기 지상통신장비와 상기 비행통제장치에 연결된 영상조종장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명인 무인기 이중화 통제시스템을 이용한 무인기 이중화 통제방법은, 무인기로부터 전송받은 데이터를 비행통제장치 및 영상조종장치로 전송하고, 상기 비행통제장치에서 무인기를 제어하는 제1제어단계; 상기 비행통제장치의 제어데이터를 상기 영상조종장치로 전송하여 동기화시키는 제1동기화단계; 상기 비행통제장치로부터 데이터가 수신되지 않으면 상기 영상조종장치에서 무인기를 제어하는 제2제어단계; 상기 영상조종장치의 제어데이터를 상기 비행통제장치로 전송하여 동기화시키는 제2동기화단계; 및 상기 영상조종장치로부터 제어데이터가 수신되지 않으면 상기 비행통제장치에서 무인기를 제어하는 제3제어단계;를 포함하며, 상기 제1동기화단계, 상기 제2제어단계, 상기 제2동기화단계 및 상기 제3제어단계는 순차적으로 반복되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 상술한 본 발명에 따르면, 무인기의 비행통제 기능을 이중화를 통해 비행통제장치의 고장시에도 영상조종장치가 비행통제 임무를 수행할 수 있도록 함으로써, 무인기의 임무 수행 능력을 극대화함과 동시에 지상관제시스템에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 비행통제 시스템 이중화를 통해 통신장비의 성능제한을 극복할 수 있기 때문에 무인기의 운용 반경을 더욱 넓일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무인기 이중화 통제시스템의 일실시예에 의한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 무인기 이중화 통제시스템의 일실시예에 의한 필요에 따라 비행통제기능 또는 영상조종기능을 활성화하기 위한 화면,
도 3은 본 발명에 따른 무인기 이중화 통제시스템의 일실시예에 의한 영상조종장치 내 비행통제를 위한 각종 하드웨어 스위치를 소프트웨어(SW)로 구현한 화면,
도 4는 본 발명에 따른 무인기 이중화 통제시스템을 이용한 무인기 이중화 통제방법을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 무인기 이중화 통제시스템을 이용한 무인기 이중화 통제방법에 의한 시스템 동작 흐름도를 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 무인기 이중화 통제시스템의 일실시예에 의한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 무인기 이중화 통제시스템의 일실시예에 의한 필요에 따라 비행통제기능 또는 영상조종기능을 활성화하기 위한 화면이며, 도 3은 본 발명에 따른 무인기 이중화 통제시스템의 일실시예에 의한 영상조종장치(200) 내 비행통제를 위한 각종 하드웨어 스위치를 소프트웨어(SW)로 구현한 화면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면 다음과 같다.
본 발명인 무인기 이중화 통제시스템은, 무인기(미도시)와 연결된 지상통신장비(300); 비행통제컴퓨터(110)와 비행통제검퓨터(110)와 연결되어 정보를 주고받는 제1실시간제어컴퓨터(120)가 구비되고, 지상통신장비(300)에 연결된 비행통제장치(100); 및 영상처리컴퓨터(210)와 영상처리컴퓨터(210)와 연결되어 정보를 주고받는 제2실시간제어컴퓨터(220)가 구비되고, 지상통신장비(300)와 비행통제장치(100)에 연결된 영상조종장치(200);를 포함하여 구성된다.
비행통제장치(100), 영상조종장치(200) 및 지상통신장비(300)는 스위칭허브(400)를 통한 네트워크로 구성할 수 있다.
이때, 비행통제컴퓨터(110)에서는 무인기에 대한 임무통제 및 비행통제를 수행하고, 제1실시간제어컴퓨터(120)에서는 무인기로부터 전송된 정보를 비행통제컴퓨터(110)로 전송하며, 비행통제컴퓨터(110)에서 받은 정보를 영상조종장치(200)로 실시간 전송한다.
또한, 영상처리컴퓨터(210)에서는 무인기에 탑재된 영상장비의 통제를 기본적으로 수행하며, 필요시 무인기에 대한 임무통제, 비행통제를 수행하고, 무인기에서 전송된 데이터를 처리하며, 제2실시간제어컴퓨터(220)에서는 무인기로부터 전송된 정보를 영상처리컴퓨터(210)로 전송하고, 영상처리컴퓨터(210)에서 받은 정보를 비행통제장치(100)로 실시간 전송한다.
이에 따른 본 발명의 관제시스템 구현방법은 다음과 같다.
먼저, 실시간 비행 상태를 비행통제장치(100) 및 영상조종장치(200)에 동시에 도시하도록 구성한다.
무인기의 상태 및 무인기의 센서에서 감지한 데이터를 제1실시간제어컴퓨터(120) 및 제2실시간제어컴퓨터(220)로 데이터를 분배한다.
제1, 2실시간제어컴퓨터(120, 220)는 수신 받은 데이터를 운용자가 식별할 수 있는 형태로 변환한다.
제1, 2실시간제어컴퓨터(120, 220) 중 현재 통제권한을 가지고 있는 장비가 비행통제장치(100)와 영상조종장치(200)의 통합소프트웨어로 이더넷을 통하여 브로드캐스팅 방식으로 상호 정의된 데이터를 송신한다.
이때, 현재 통제권한의 상태까지 같이 송신하게 되며, 통합소프트웨어에서 조종권한이 있는 비행통제 소프트웨어를 화면에 도시한다.
비행통제 명령(비행운용 모드, 비행조종 값 등)을 동시에 같은 값을 공유하는 방안은 다음과 같다.
비행통제장치(100)와 영상조종장치(200)의 제1, 2실시간제어컴퓨터(120, 220)는 각자의 상태확인을 통하여 현재 통제권한이 어떤 장비에 있는지 상시 확인하게 된다.
또한, 비행통제장치(100)에 통제권한이 있는 경우 비행통제장치(100)의 제1실시간제어컴퓨터(120) 화면을 통하여 비행모드를 통제할 수 있으며, 비행통제장치(100)의 스위치와 노브(미도시)를 이용하여 무인기를 통제할 수 있다.
비행통제장치(100)의 제1실시간제어컴퓨터(120)와 통합소프트웨어는 영상조종장치(200)의 제2실시간제어컴퓨터(220) 및 통합소프트웨어와 고속 상시 동기화를 통하여 서로의 상태를 확인하게 된다.
한편, 비행통제장치(100)의 엔진이나 착륙장치 등과 같은 하드웨어 시스템 상태값을 영상통제장치(200)에서도 동일한 상태값을 가지도록 하는 방안은 다음과 같다.
즉, 비행통제장치(100)의 비행통제를 위한 하드웨어 시스템(엔진, 착륙장치 등)을 영상조종장치(200)에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 소프트웨어로 구현하는 것이다.
이때도 비행통제장치(100)의 제1실시간제어컴퓨터(120)와 통합소프트웨어는 영상조종장치(200)의 제2실시간제어컴퓨터(220) 및 통합소프트웨어와 고속 상시 동기화를 통하여 서로의 상태를 확인하게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 무인기 이중화 통제시스템을 이용한 무인기 이중화 통제방법을 나타낸 도면이고, 도 51는 본 발명에 따른 무인기 이중화 통제시스템을 이용한 무인기 이중화 통제방법에 의한 시스템 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면 다음과 같다.
본 발명인 무인기 이중화 통제시스템을 이용한 무인기 이중화 통제방법은, 무인기로부터 전송받은 데이터를 비행통제장치(100) 및 영상조종장치(200)로 전송하고, 비행통제장치(100)에서 무인기를 제어하는 제1제어단계(S100); 비행통제장치(100)의 제어데이터를 영상조종장치(200)로 전송하여 동기화시키는 제1동기화단계(S200); 비행통제장치(100)로부터 데이터가 수신되지 않으면 영상조종장치(200)에서 무인기를 제어하는 제2제어단계(S300); 영상조종장치(200)의 제어데이터를 비행통제장치(100)로 전송하여 동기화시키는 제2동기화단계(S400); 및 영상조종장치(200)로부터 제어데이터가 수신되지 않으면 비행통제장치(100)에서 무인기를 제어하는 제3제어단계(S500);를 포함하며, 제1동기화단계(S200), 제2제어단계(S300), 제2동기화단계(S400) 및 제3제어단계(S500)는 순차적으로 반복되도록 설정한다.
이때, 제2제어단계(S300)에는, 비행통제장치(100)의 스위치와 노브를 통해 제어하는 하드웨어 제어수단을 영상조종장치(200)에서 소프트웨어 제어수단으로 변환하는 제어수단변환단계(S310)가 더 포함된다.
또한, 상기 제어데이터에는 현재 통제권한과 관련된 정보가 포함되어 전송된다.
본 발명에 따른 무인기 이중화 통제방법의 작동원리는 다음과 같다.(도 5 참조)
1) 비행통제장치(100)는 부팅(Booting)시에 무인기에 대한 제어권을 가진 상태로 초기값을 세팅한다.
2) 영상조종장치(200)는 부팅시에 무인기에 대한 제어권이 없는 상태로 초기값을 세팅한다.
3) 비행통제장치(100)의 제1실시간제어컴퓨터(120)는 100Hz의 속도로 영상조종장치(200)로 비행통제장치(100)의 조종데이터 값을 전송한다.
4) 또한, 영상조종장치(200)의 제2실시간제어컴퓨터(220)에서도 100Hz의 속도로 비행통제장치(100)로 영상조종장치(200)의 상태값을 전송한다.
5) 영상조종장치(200)는 데이터의 수신이 일정시간(바람직하게는 0.2초) 동안 수신이 되지 않는 경우 비행통제장치(100)의 전원이 꺼졌거나 이상이 있는 것으로 인식한다.
6) 영상조종장치(200)는 상기 5)의 상황에서 자신을 무인기에 대한 제어권을 가진 상태로 세팅함과 동시에 비행통제장치(100)로 무인기에 대한 제어권을 영상조종장치(200)로 전환하여 사용한다는 메시지를 전송한다.
7) 비행통제장치(100) 또는 영상조종장치(200)는 상대 장비가 무인기에 대한 제어권을 가지고 있다는 신호를 받게 되면 자신이 제어권을 상실하도록 설정되며, 상대장비로부터 상대편 장비의 상태값을 수신하지 못하게 되면 무인기에 대한 제어권을 자신에게 두게된다.
100 : 비행통제장치 110 : 비행통제컴퓨터
120 : 제1실시간제어컴퓨터
200 : 영상조종장치 210 : 영상처리컴퓨터
220 : 제2실시간제어컴퓨터
300 : 지상통신장비
400 : 스위칭허브
S100 : 제1제어단계 S200 : 제1동기화단계
S300 : 제2제어단계 S310 : 제어수단변환단계
S400 : 제2동기화단계 S500 : 제3제어단계

Claims (6)

  1. 무인기와 연결된 지상통신장비;
    비행통제컴퓨터와 상기 비행통제검퓨터와 연결되어 정보를 주고받는 제1실시간제어컴퓨터가 구비되고, 상기 지상통신장비에 연결된 비행통제장치; 및
    영상처리컴퓨터와 상기 영상처리컴퓨터와 연결되어 정보를 주고받는 제2실시간제어컴퓨터가 구비되고, 상기 지상통신장비와 상기 비행통제장치에 연결된 영상조종장치;를 포함하는 무인기 이중화 통제시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비행통제컴퓨터에서는 무인기에 대한 임무통제 및 비행통제를 수행하고,
    상기 제1실시간제어컴퓨터에서는 무인기로부터 전송된 정보를 상기 비행통제컴퓨터로 전송하며, 상기 비행통제컴퓨터에서 받은 정보를 상기 영상조종장치로 실시간 전송하는 것을 특징으로 하는 무인기 이중화 통제시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 영상처리컴퓨터에서는 무인기에 탑재된 영상장비통제, 무인기에 대한 임무통제 및 비행통제를 수행하고, 무인기에서 전송된 데이터를 처리하며,
    상기 제2실시간제어컴퓨터에서는 무인기로부터 전송된 정보를 상기 영상처리컴퓨터로 전송하고, 상기 영상처리컴퓨터에서 받은 정보를 상기 비행통제장치로 실시간 전송하는 것을 특징으로 하는 무인기 이중화 통제시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 무인기 이중화 통제시스템을 이용한 무인기 이중화 통제방법에 관한 것으로,
    무인기로부터 전송받은 데이터를 비행통제장치 및 영상조종장치로 전송하고, 상기 비행통제장치에서 무인기를 제어하는 제1제어단계;
    상기 비행통제장치의 제어데이터를 상기 영상조종장치로 전송하여 동기화시키는 제1동기화단계;
    상기 비행통제장치로부터 데이터가 수신되지 않으면 상기 영상조종장치에서 무인기를 제어하는 제2제어단계;
    상기 영상조종장치의 제어데이터를 상기 비행통제장치로 전송하여 동기화시키는 제2동기화단계; 및
    상기 영상조종장치로부터 제어데이터가 수신되지 않으면 상기 비행통제장치에서 무인기를 제어하는 제3제어단계;를 포함하며,
    상기 제1동기화단계, 상기 제2제어단계, 상기 제2동기화단계 및 상기 제3제어단계는 순차적으로 반복되는 것을 특징으로 하는 무인기 이중화 통제방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2제어단계에는,
    상기 비행통제장치의 스위치와 노브를 통해 제어하는 하드웨어 제어수단을 상기 영상조종장치에서 소프트웨어 제어수단으로 변환하는 제어수단변환단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 무인기 이중화 통제방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제어데이터에는,
    현재 통제권한과 관련된 정보가 포함된 것을 특징으로 하는 무인기 이중화 통제방법.
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