KR20160071631A - 제어 정보 검증 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제어 정보 검증 시스템 및 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 제어 정보 검증 시스템은 제어 정보를 생성하고, 제어 정보를 근거로 가상 무인기에 대한 상태 예측값을 산출하는 무인기 지상운용 제어부; 및 제어 정보를 이용하여 가상 무인기의 움직임에 대하여 시뮬레이션 처리를 수행하고, 가상 무인기의 시뮬레이션 처리된 움직임 정보를 근거로 무인기 모의 정보를 생성하는 무인기 시뮬레이터를 포함하고, 무인기 지상운용 제어부는 상태 예측값과 무인기 모의 정보를 비교함으로써 제어 정보를 검증하는 것을 특징으로 한다.

Description

제어 정보 검증 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR VERIFYING CONTROL INFORMATION}
본 발명은 제어 정보 검증 시스템 및 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게 무인기 지상운용 제어 장치(GOCS: Ground Operation Control System)로부터 무인기(UAV: Unmaned Aerial Vehicle)를 제어하기 위해 송신되는 제어 정보를 검증하는 제어 정보 검증 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 무인기는 동떨어져 있는 원격 조종원에 의해서 조종되는 비행기를 말하는데, 종래에는 주로 정찰, 표적용으로만 사용되어 왔으나 근래에는 후방에 있는 조종사의 전파, 광선을 이용한 원격조정으로 정찰, 폭격, 공중전 등 모든 공중활동을 한다. 이러한 무인기는 무인기 지상운용 제어 장치(GOCS)를 통해 제어되는 방식으로 동작될 수 있다.
이에 관련하여, 발명의 명칭이 "구형 탑재부를 구비한 무인항공기 및 무인항공기 탑재를 위한 지상 운용 통제 센터를 포함하는 무인 항공 장치"인 한국등록특허 제 1262968호가 존재한다.
일반적으로 무인기 지상운용 제어 장치(GOCS)는 지상 운용 통제 센터 내에 설치되어 동작될 수 있다. 여기서, 무인기 지상운용 제어 장치(GOCS)는 통신 기능, 맵 렌더링 기능, ICD(Interface Control Document) 데이터 전시 기능, ICD 데이터를 GUI에 연동하는 기능, 임무계획 수립 및 수행하는 기능, 그리고 영상 정보를 전시하는 기능을 포함한다. 다만, 이러한 무인기 지상운용 제어 장치(GOCS)를 개발함에 있어 항시 하드웨어 장비와 연동하여 상기 제어 장치를 검증 하기는 어렵다, 특히 여러 부 체계 업체로 개발 항목이 나누어져 있다면 이러한 검증은 더 어려워지게 된다.
또한, 지상 운용 통제 센터 내에 설치되어 있는 무인기 지상운용 제어 장치를 통하여 무인기 운용하는 경우 예를 들어, 통신 두절, 기타 비상 사항이 발생하면 무인기(UAV)의 불시착을 야기할 수 있는 문제점이 존재한다.
본 발명은 하드웨어인 무인기와의 연동 없이도 무인기 지상운용 제어 장치(GOCS)로부터 생성된 제어 정보를 검증할 수 있는 제어 정보 검증 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 비상 사항(예를 들어, 통신 두절) 등이 발생한 경우, 무인기에 손실이 없도록 이루어지는 운용권을 전환에 대한 검증을 수행할 수 있는 제어 정보 검증 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제어 정보 검증 시스템은 제어 정보를 생성하고, 제어 정보를 근거로 가상 무인기에 대한 상태 예측값을 산출하는 무인기 지상운용 제어부; 제어 정보를 이용하여 가상 무인기의 움직임에 대하여 시뮬레이션 처리를 수행하고, 가상 무인기의 시뮬레이션 처리된 움직임 정보를 근거로 무인기 모의 정보를 생성하는 무인기 시뮬레이터를 포함하고, 무인기 지상운용 제어부는 상태 예측값과 무인기 모의 정보를 비교함으로써 제어 정보를 검증하는 것을 특징으로 한다.
또한, 무인기 시뮬레이터는 가상 무인기에 대한 외부 제어 정보를 생성함으로써 가상 무인기를 제어하는 긴급 조정부로부터 운용권을 요청 받는 경우, 긴급 조정부에 운용권을 할당할 수 있다.
또한, 무인기 시뮬레이터는 무인기 지상운용 제어부로부터 운용권을 요청받는 경우, 무인기 지상운용 제어부에 운용권을 할당하고, 긴급 조정부와 무인기 지상 운용 제어부 중 운용권을 가진 하나와는 제 1 주파수로 통신할 수 있다.
또한, 무인기 시뮬레이터는 긴급 조정부와 무인기 지상 운용 제어부 중 운용권이 없는 다른 하나와는 제 1 주파수로 데이터를 송신하고 제 2 주파수로 데이터를 수신하며, 제 1 주파수는 제 2 주파수보다 높을 수 있다.
또한, 무인기 시뮬레이터는 제 1 주파수 또는 제 2 주파수를 근거로 긴급 조정부 또는 무인기 지상 운용 제어부에 대한 운용권의 전환 여부를 검증하고, 긴급 조정부 또는 무인기 지상 운용 제어부와의 통신에서 발생한 데이터 상태 및 수신율을 근거로 통신 상태를 검증할 수 있다.
또한, 본 발명의 제어 정보 검증 시스템은 무인기 모의 정보를 근거로 가상 무인기의 움직임 및 배경을 영상 처리하는 영상 처리부를 더 포함할 수 있다.
또한, 영상 처리부와 무인기 지상운용 제어부 간의 통신은 UDP(User Datagram Protocol)를 통해 이루어질 수 있다.
또한, 제어 정보 및 무인기 모의 정보는 CRC(Cyclical Redundancy Check) 코드를 포함할 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제어 정보 검증 방법은 무인기 지상운용 제어부에 의해, 제어 정보를 생성하는 단계; 무인기 지상운용 제어부에 의해, 제어 정보를 근거로 가상 무인기에 대한 상태 예측값을 산출하는 단계; 무인기 시뮬레이터에 의해, 제어 정보를 이용하여 가상 무인기의 움직임에 대하여 시뮬레이션 처리를 수행하고, 가상 무인기의 시뮬레이션 처리된 움직임 정보를 근거로 무인기 모의 정보를 생성하는 단계; 및 무인기 지상운용 제어부에 의해, 상태 예측값과 무인기 모의 정보를 비교함으로써 제어 정보를 검증하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제어 정보 검증 방법은 무인기 시뮬레이터에 의해, 가상 무인기에 대한 외부 제어 정보를 생성함으로써 가상 무인기를 제어하는 긴급 조정부로부터 운용권을 요청받는 경우, 긴급 조정부에 운용권을 할당하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제어 정보 검증 방법은 무인기 시뮬레이터에 의해, 무인기 지상운용 제어부로부터 운용권을 요청받는 경우, 무인기 지상운용 제어부에 운용권을 할당하는 단계를 더 포함할 수 있고, 긴급 조정부와 무인기 지상 운용 제어부 중 운용권을 가진 하나와 무인 시뮬레이터는 제 1 주파수로 통신할 수 있다.
또한, 무인기 시뮬레이터는 긴급 조정부 및 무인기 지상 운용 제어부 중 운용권이 없는 다른 하나와 제 1 주파수로 데이터를 송신하고 제 2 주파수로 데이터를 수신하며, 제 1 주파수는 제 2 주파수보다 높을 수 있다.
또한, 본 발명의 제어 정보 검증 방법은 무인기 시뮬레이터에 의해, 제 1 주파수 또는 제 2 주파수를 근거로 긴급 조정부 또는 무인기 지상 운용 제어부에 대한 운용권의 전환 여부를 검증하는 단계를 더 포함할 수 있고, 운용권의 전환 여부를 검증하는 단계는 무인기 시뮬레이터와 긴급 조정부 또는 무인기 지상 운용 제어부 간의 통신에서 발생한 데이터 상태 및 수신율을 근거로 통신 상태를 더 검증할 수 있다.
또한, 본 발명의 제어 정보 검증 방법은 영상 처리부에 의해, 무인기 모의 정보를 근거로 가상 무인기의 움직임 및 배경을 영상 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 영상 처리하는 단계에서 처리된 영상은 UDP를 통해 무인기 지상운용 제어부로 송신될 수 있다.
본 발명의 제어 정보 검증 시스템 및 방법에 따르면 무인기에 직접 연동하지 않고도, 가상 시뮬레이션을 통해 무인기 지상운용 제어 장치(GOCS)에 대한 안전성을 확보할 수 있고, 부 체계 업체간의 업무 효율성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 제어 정보 검증 시스템 및 방법에 따르면 무인기 운용 중 비상 사항 발생 시, 빠른 대응에 의해 무인기를 안전하게 회수할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 정보 검증 시스템에 대한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제어 정보 검증 시스템에 대한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제어 정보 검증 시스템에 대한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 제어 정보 검증 시스템에 대한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인기 지상 운용 제어부에 대한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인기 시뮬레이터에 대한 블록도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 정보 검증 시스템을 통해 디스플레이되는 예시를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 정보 검증 방법에 대한 흐름도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다. 또한, 이하의 설명에서 GOCS는 무인기 지상 운용 제어부를, 그리고 POCS는 긴급 조정부를 나타낸다. 이하, 본 발명의 실시예에 따른 제어 정보 검증 시스템(100)에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 정보 검증 시스템에 대한 개념도이다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제어 정보 검증 시스템(100)에 대한 블록도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 정보 검증 시스템(100)은 무인기 지상 운용 제어 장치(GOCS)로부터 생성된 제어 정보의 검증을 수행하는 기능을 한다. 도 1에 도시된 것처럼, 무인기(10)는 무인 지상 차량(20)에 탑재된 무인기 지상 운용 제어 장치(GOCS, 40)의 제어를 통해 움직임이 제어된다. 여기서, 무인기(10)는 정찰용으로 사용될 뿐만 아니라, 도 1에 도시된 것처럼 제어 센터(30)와 차량(20)의 통신 두절 시, 중계기의 기능도 수행할 수 있다.
위에서 언급한 것처럼 무인기(10)는 불시착될 수 있는 상황이 존재하는데, 이는 무인기 지상 운용 제어 장치(GOCS, 40)로부터 생성된 제어 정보가 올바르지 않아 제어가 올바르게 이루어지지 않거나, 무인기(10)와 무인기 지상 운용 제어 장치(GOCS, 40) 간에 통신 두절 또는 기타 비상 사항이 발생하는 경우, 그러하다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 정보 검증 시스템(100)은 상술한 문제점을 해소하기 위해 무인기 지상 운용 제어 장치(GOCS, 이하 무인기 지상 운용 제어부)로부터 생성된 제어 정보가 올바른지, 그리고 비상 시 운용권의 전환이 올바르게 이루어지는지 검증하는 기능을 한다. 이를 위해, 도 2에 도시된 것처럼, 본 발명의 제어 검증 시스템(100)은 가상 차량 제어부(110), 무인기 지상 운용 제어부(120), 무인기 시뮬레이터(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 이하, 도 2를 참조로, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제어 검증 시스템(100)에 대해 설명된다.
가상 차량 제어부(110)는 무인기 지상운용 제어부(120)가 탑재된 무인 지상 차량의 움직임을 제어하는 기능을 한다. 그리고, 가상 차량 제어부(110)는 TCP/IP(Transfer Control Protocol/Internet Protocol) 통신을 수행할 수 있다. 즉, 가상 차량 제어부(110)는 무인 지상 차량과의 통신에, 그리고 필요에 따라 무인기 지상 운용 제어부(120)와의 통신에 TCP/IP를 이용할 수 있다. 또한, 가상 차량 제어부(110)에서 무인기 지상 운용 제어부(120)로 송신되는 데이터는 아래의 표 1과 같은 항목을 포함할 수 있다.
Figure pat00001
그리고, 무인기 지상운용 제어부(120)에서 가상 차량 제어부(110)로 송신되는 데이터는 아래의 표 2와 같은 항목을 포함할 수 있다.
Figure pat00002
무인기 지상운용 제어부(120)는 제어 정보를 생성하는 기능을 한다. 여기서, 제어 정보는 가상 무인기의 움직임을 제어하기 위한 정보로서, 가상 무인기에 대한 모드 제어 정보, 위치 제어 정보, 움직임 제어 정보 및 CRC(Cyclical Redundancy Check) 코드를 포함할 수 있다. 또한, 여기서 제어 정보는 크게 주기 데이터와 비주기 데이터로 나뉠 수 있다. 제어 정보에 포함될 수 있는 항목에 대한 정보는 다음의 표 3를 참조하자. 그리고, 아래에서 도 4를 참조로 언급되는 긴급 조정부도 아래의 표 3에 도시된 항목을 포함하여 외부 제어 정보를 생성할 수 있다.
Figure pat00003
표 3에 도시된 바와 같이, 주기 데이터는 운전 모드 제어 정보와 수동 모드 시, 조작자에 의해 입력되는 조작 정보가 포함될 수 있다. 또한, 비주기 데이터는 자동 운전 모드일 때의 정보 등이 해당될 수 있고 이에는 위치 제어 정보와 움직임 제어 정보 등이 속할 수 있다. 이렇게 생성된 제어 정보는 아래에서 언급되는 패키징 처리된 후, 무인기 시뮬레이터(130)에 전달되어 가상 무인기에 대한 모의에 이용될 수 있다. 그리고, 앞서 언급된 것처럼, 제어 정보에는 CRC 코드가 포함되기에, 무인기 시뮬레이터(130)에서는 제어 정보의 패킷 손실 여부를 CRC 검증을 통해 확인할 수 있다. 또한, 무인기 지상운용 제어부(120)와 무인기 시뮬레이터(130) 간에는 UDP(User Datagram Protocol)를 통해 통신이 이루어질 수 있다.
또한, 무인기 지상운용 제어부(120)는 제어 정보를 근거로 가상 무인기에 대한 상태 예측값을 산출하는 기능을 할 수 있다. 여기서, 상태 예측값을 산출하는 이유는 앞서 생성된 제어 정보가 올바른지 검증하기 위함이다. 즉, 상태 예측값은 무인기 지상운용 제어부(120)가 제어 정보를 송신하여 무인기를 제어할 때, 해당 제어 정보를 통해 움직인 무인기가 원하는 지점에 원하는 속도 및 방향으로 움직이는지를 확인하기 위해, 산출될 수 있다. 무인기 지상운용 제어부(120)를 통한 제어 정보의 검증 방법은 아래에서 다시 설명된다.
무인기 시뮬레이터(130)는 무인기 지상운용 제어부(120)로부터 송신된 제어 정보를 이용하여 가상 무인기의 움직임에 대하여 시뮬레이션 처리를 수행하는 기능을 한다. 여기서, 제어 정보는 패키징된 정보이므로, 디패키징(de packaging) 처리가 수행될 수 있다. 그리고, 무인기 시뮬레이터(130)는 제어 정보를 통한 가상 무인기의 시뮬레이션 처리된 움직임 정보를 근거로 무인기 모의 정보를 생성하는 기능을 한다. 여기서, 무인기 모의 정보는 가상 무인기에 대한 위치 정보(GPS 위도 및 경도), 방향 정보, 속도 정보, 방향 정보, 요(yaw) 정보, 피치(pitch) 정보, 롤(roll) 정보 등을 포함할 수 있고, 이는 사용자의 입력 또는 아래의 수학식에 따라 생성될 수 있다. 여기서, 가상 무인기에 대한 위치 정보는 아래의 수학식 1 및 2, 방향 정보는 수학식 3, 속도 정보는 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
또한, 가상 무인기에 대한 요 정보는 수학식 5, 피치 정보는 수학식 6, 그리고 롤 정보는 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
수학식 5 내지 7로 표현된 가상 무인기에 대한 요 정보, 피치 정보 및 롤 정보를 회전 행렬의 곱을 이용하여, 도출된 단일 회전 매트릭스(롤, 피치, 요)는 아래의 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00011
그리고, 무인기 시뮬레이터(130)를 통해 생성된 무인기 모의 정보는 아래의 표 4와 같은 항목을 포함할 수 있다.
Figure pat00012
무인기 시뮬레이터(130)를 통해 무인기 모의 정보가 생성되면, 무인기 모의 정보는 무인기 지상운용 제어부(120)로 송신된다.
그 후, 무인기 지상운용 제어부(120)는 앞서 언급한 상태 예측값 즉, 해당 제어 정보를 근거로 무인기의 움직임, 위치 및 속도 등에 대해 산출된 상태 예측값과 무인기 시뮬레이터(130)로부터 송신된 무인기 모의 정보를 비교함으로써 제어 정보를 검증한다. 그 후, 무인기 지상운용 제어부(120)는 비교 결과를 통해 일치하지 않는 항목이 존재하지 않는 경우, 해당 항목에 대한 정보를 저장부(미도시)에 저장하고, 이를 사용자에게 통보할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제어 정보 검증 시스템(200)에 대한 블록도이다. 여기서, 본 발명의 제 2 실시예는 제어 정보 검증 시스템(200)에 영상 처리부(240)가 더 포함된다는 점을 제외하고, 제 1 실시예에 따른 제어 정보 검증 시스템(100)와 동일하다. 이에 따라, 이하에서는 영상 처리부(240)을 중심으로 설명이 이루어진다.
영상 처리부(240)는 무인기 시뮬레이터(230)로부터 생성된 무인기 모의 정보를 근거로 가상 무인기의 움직임 및 배경을 영상 처리하는 기능을 한다. 여기서, 이러한 영상 처리를 통해 사용자는 제어 정보에 따른 모의 결과를 직관적으로 판단할 수 있게 된다. 또한, 무인기 시뮬레이터(230)와 영상 처리부(240) 간에는 RS232 통신이, 그리고 영상 처리부(240)와 무인기 지상 운용 제어부(220) 간에는 UDP 통신이 이루어질 수 있다. 즉, 영상 처리부(240)는 RS232 데이터를 이더넷 데이터로 변경하는데 이용될 수 있다. 또한, 영상 처리부(240)를 통한 영상 처리는 주로, 무인기의 착륙 시, 운용자의 시야 확보를 위한 영상처리에 이용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 제어 정보 검증 시스템에 대한 블록도이다. 여기서, 본 발명의 제 3 실시예는 제어 정보 검증 시스템(300)에서 긴급 조정부(350)와 무인기 지상 운용 제어부(320)의 운용권 전환에 대한 검증이 더 이루어지는 점을 제외하고, 제 2 실시예에 따른 제어 정보 검증 시스템(200)와 동일하다. 이에 따라, 이하에서는 상기 운용권 전환에 대한 검증 방법을 중심으로 설명이 이루어진다. 또한, 도 4에서 긴급 조정부(350)와 무인기 시뮬레이터(330)간의 연결선이 점선으로 되어 있는 이유는, 긴급 조정부(350)와 무인기 시뮬레이터(330)간 통신이 무선으로 이루어질 수 있기 때문이다.
도 4에서 긴급 조정부(350)는 무인기 지상 운용 제어부(320)와 무인기 간의 통신 장애 또는 기타 비상 사항 발생 시 가상 무인기를 제어하는 기능을 한다. 이를 위해서는, 무인기 지상 운용 제어부(320)로부터 긴급 조정부(350)로, 또는 반대로 긴급 조정부(350)로부터 무인기 지상 운용 제어부(320)로의 운용권 전환이 보장되어야 한다.
여기서, 무인기 지상 운용 제어부(320)와 긴급 조정부(350) 간의 운용권 전환 논리표는 다음의 표 5에 도시된다.
업링크 상태 제어링크명령 운용권
GOCS POCS GOCS POCS
Fail Fail X X GOCS(기본)
OK Fail 0 X GOCS
OK Fail 1 X GOCS
Fail OK X 0 POCS
Fail OK X 1 POCS
OK OK 0 0 HOLD
OK OK 0 1 POCS
OK OK 1 0 GOCS
OK OK 1 1 이전 값 변화 없음
위에서 언급한 것처럼, 표 5에서 GOCS는 무인기 지상 운용 제어부(320)를, 그리고 POCS는 긴급 조정부(350)를 나타낸다. 그리고, 긴급 조정부(350)에서 다시 무인기 지상 운용 제어부로 운용권이 전환될 때 필요한 전환 조건은 다음과 같다.
1. 무인기 지상 운용 제어부(320)와 긴급 조정부(350)의 업링크 상태가 둘 다 정상이어야 함.
2. 무인기 시뮬레이터(330)는 다운링크 메시지를 무인기 지상 운용 제어부(320)에 간헐적으로 전송(운용권이 없는 쪽에는 1초에 한번 전송)
3. 무인기 지상 운용 제어부(320)는 무인기 시뮬레이터(330)의 다운링크 메시지를 수신
4. 무인기 지상 운용 제어부(320)는 무인기 시뮬레이터(330)로 다운링크 체크 메시지 정상 플래그를 업링크에 업데이트하여 전송
5. 무인기 시뮬레이터(330)는 무인기 지상 운용 제어부(320)의 업링크 중 다운링크 체크 메시지 정상 플래그 확인.
상술한 전환 조건이 만족될 경우, 긴급 조정부(350)에서 다시 무인기 지상 운용 제어부로 운용권이 전환될 때의 전환 절차는 다음의 표 6에 도시된다.
업링크 상태 제어링크 명령 운용권
GOCS POCS GOCS POCS
1. 무인기 지상 운용 제어부는 무인기 시뮬레이터로 운용권 전환 요청 전송 OK OK 0 1 긴급 조정부
2. 무인기 시뮬레이터는 긴급 조정부로부터 운용권전환요청 수신 후 긴급 조정부에 운용권전환요청 전송 OK OK 0 1 긴급 조정부
3. 긴급 조정부는 무인기 시뮬레이터의 운용권전환요청을 수신 후 무인기 시뮬레이터에 운용권전환요청확인 전송 후 제어 링크 명령을 0으로 전환 OK OK 0 0 HOLD
(긴급 조정부)
4. 무인기 시뮬레이터는 무인기 지상 운용 제어에 운용권전환요청확인 전송 OK OK 0 0 HOLD
(긴급 조정부)
5. 무인기 지상 운용 제어부는 무인기 시뮬레이터로부터 운용권전환요청확인 수신 후 제어 링크 명령을 1로 전환 OK OK 1 0 무인기 지상 운용 제어부
위의 표 6에서 운용권 전환 논리는 다음과 같다.
1. 운용권 전환은 표 5에 도시된 운용권 전환 논리 표에 준거하여 전환된다.
2. X: 링크가 Fail 이므로 제어 링크 명령의 이전 값 및 현재 값이 무효임을 의미한다.
3. HOLD: 긴급 조정부(350)와 무인기 지상 운용 제어부(320) 양쪽 다 제어 링크 명령이 0 인경 우 이전 운용권을 유지한다.
3. 무인기 시뮬레이터(330)의 운용권은 기본 값으로 무인기 지상 운용 제어부(320)가 가지고 있다.
4. 업링크 중 어느 하나가 Fail 경우는 제어 링크 명령과 상관없이 링크가 OK 인 쪽으로 강제 운용권이 전환된다.
5. 무인기 지상 운용 제어부(320)와 긴급 조정부(350) 간 통제 우선권은 긴급 조정부(350)가 가지고 있으므로 제어 링크 명령이 둘 다 1인 경우, 긴급 조정부(350)로 운용권이 전환된다.
6. 긴급 조정부(350)에서 무인기 지상 운용 제어부(320)로 운용권 전 환시에는 운용권 전환 조건하에 운용권 전환 절차를 따른다.
7. 긴급 조정부(350)에서 무인기 지상 운용 제어부(320)로 운용권 전환 완료 후에는 무인기 지상 운용 제어부(320), 긴급 조정부(350), 무인기 시뮬레이터(330) 모두의 운용권 전환 요청과 운용권 전환 확인은 초기화 된다.
8. 긴급 조정부(350)에서 무인기 지상 운용 제어부(320)로 운용권 전환 절차 중 4 번 단계 이전에 무인기 지상 운용 제어부(320)의 제어 링크 명령이 1이 되는 것은 무인기 시뮬레이터(330)에서 무시된다.
9. 긴급 조정부(350)에서 무인기 지상 운용 제어부(320)로 운용권 전환 조건이 만족되지 않은 상태에서 운용권 전환을 시도하면 무인기 시뮬레이터(330)에서 운용권 전환 위반(중단) 플래그를 다운 링크 메시지에 업데이트하여 무인기 지상 운용 제어부(320)에 전송한다.
본 발명의 제 3 실시예는 제어 정보 검증 시스템(300)는 상술한 조건에 따라 운용권 전환이 올바르게 되는지 검증을 수행하는 기능을 한다.
이를 위해, 무인기 시뮬레이터(330)는 무인기 지상 운용 제어부(320) 또는 긴급 조정부(350)에서 전달된 운용권 요청 정보를 통해, 운용권을 요청한 구성에 운용권을 할당할 수 있다. 즉, 긴급 조정부(350)로부터 운용권을 요청 받으면, 무인기 시뮬레이터(330)는 긴급 조정부(350)에 운용권을 할당하고, 무인기 지상 운용 제어부(320)로부터 운용권을 요청 받으면, 무인기 시뮬레이터(330)는 무인기 지상 운용 제어부(320)로 운용권을 할당한다. 여기서, 운용권을 획득한 구성과 무인기 시뮬레이터(330)는 제 1 주파수로 데이터를 송신 및 수신한다. 하지만, 무인기 시뮬레이터(330)는 운용권이 없는 구성과 통신을 할 때, 제 1 주파수로 데이터를 송신하나, 제 2 주파수로 데이터를 수신하게 된다. 여기서 제 1 주파수는 제 2 주파수보다 높고, 예를 들어, 제 1 주파수는 10 Hz(통신 상태 확인 또는 비상사항 대비를 위해), 제 2 주파수는 1 Hz일 수 있다.
무인기 시뮬레이터(330)는 운용권 전환 그리고 운용권이 있는 구성(예를 들어, 무인기 시뮬레이터 또는 긴급 조정부)의 데이터 상태 및 수신율, 그리고 반대로 운용권이 없는 구성(긴급 조정부 또는 무인기 시뮬레이터)의 데이터 상태 및 수신율을 관찰함으로써, 긴급 조정부(350) 또는 무인기 지상 운용 제어부(320)로의 운용권 전환이 올바르게 이루어졌는지, 그리고 통신 상태를 검증할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인기 지상 운용 제어부(120)에 대한 블록도이다. 무인기 지상운용 제어부(120)는 제어 정보를 생성하고, 제어 정보를 근거로 가상 무인기에 대한 상태 예측값을 산출하는 기능을 한다. 상술한 것처럼, 제어 정보는 무인기의 경로 지정, 위치, 속도, 움직임과 같이 무인기의 제어를 위해 사용되는 정보를 나타낸다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인기 지상 운용 제어부(120)는 제어 정보 생성 모듈(121), 제어부 통신 모듈(122), 예측값 산출 모듈(123), 제어 정보 검증 모듈(124) 및 운용권 전환 요청 모듈(125)을 포함하여 구성될 수 있다. 이하에서, 위에서 언급된 부분과 중복되는 사항은 생략되어 설명이 이루어진다.
제어 정보 생성 모듈(121)은 상술한 제어 정보를 생성하는 기능을 한다. 제어 정보는 가상 무인기의 움직임을 제어하기 위한 정보로서, 가상 무인기에 대한 모드 제어 정보, 위치 제어 정보, 움직임 제어 정보 및 CRC 코드를 포함할 수 있다. 이러한 제어 정보는 위에서 언급한 것처럼 주기 데이터와 비주기 데이터로 나뉠 수 있고, 이에 대한 자세한 항목은 위에서 표 3을 참조로 상세히 언급하였으므로, 추가적인 설명은 생략한다. 이렇게 제어 정보 생성 모듈(121)로부터 생성된 제어 정보는 제어부 통신 모듈(122)을 통해 무인기 시뮬레이터(130)로 송신된다.
예측값 산출 모듈(123)은 제어 정보 생성 모듈(121)을 통해 생성된 제어 정보를 근거로 가상 무인기에 대한 상태 예측값을 산출하는 기능을 한다. 위에서 언급한 것처럼, 예측값 산출 모듈(123)을 통해 산출된 상태 예측값은 제어 정보를 통해 무인기가 원하는 대로 움직이고 목적지에 도달하는지를 검증하기 위해 이용된다.
제어 정보 검증 모듈(124)은 예측값 산출 모듈(123)로부터 산출된 상태 예측값과, 무인기 시뮬레이터(130)로부터 제어부 통신 모듈(122)을 통해 송신된 무인기 모의 정보를 비교함으로써 제어 정보를 검증하는 기능을 한다. 앞서 언급한 것처럼, 무인기 모의 정보는 다양한 항목(표 4 참조)을 포함하고 있고, 제어 정보 검증 모듈(124)은 무인기 모의 정보에 속한 항목들과 상태 예측값에 속한 항목들을 비교함으로써, 제어 정보에 대한 검증을 수행한다. 즉, 모든 항목이 일치하면 정상, 그렇지 않다면 일치하지 않는 항목에 대안 데이터를 별도로 저장부에 저장하거나, 또는 이를 사용자에게 통보할 수 있다.
운용권 전환 요청 모듈(125)은 운용권이 위에서 언급된 긴급 조정부에서 무인기 지상 운용 제어부(120)로의 전환이 필요할 때, 무인기 시뮬레이터(130)로 운용권 전환을 요청하는 기능을 한다. 여기서, 전환 조건은 위에 도시된 표 6을 참조하자.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인기 시뮬레이터(130)에 대한 블록도이다. 앞서 언급한 바와 같이, 무인기 시뮬레이터(130)는 무인기 지상운용 제어부(120)로부터 송신된 제어 정보를 이용하여 가상 무인기의 움직임에 대하여 시뮬레이션 처리를 수행하는 기능을 한다. 또한, 무인기 시뮬레이터(130)는 운용권 전환 요청을 수신 받으면, 요청한 구성에 운용권을 할당하는 기능, 그리고 운용권 전환이 올바르게 이루어졌는지 검증하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해, 무인기 시뮬레이터(130)는 항공 데이터 생성 모듈(131), 시뮬레이터 통신 모듈(132) 및 운용권 전환 모듈(133)을 포함하여 구성될 수 있다. 이하, 무인기 시뮬레이터(130)에 포함된 각 구성들에 대한 설명이 이루어진다. 이하에서는, 위에서 설명된 부분과 중복되는 사항은 생략되어 설명이 이루어진다.
항공 데이터 생성 모듈(131)은 무인기 지상 운용 제어부(120)로부터 송신된 제어 정보를 통해 가상 무인기의 움직임에 대하여 시뮬레이션 처리를 수행하고, 가상 무인기의 시뮬레이션 처리된 움직임 정보를 근거로 무인기 모의 정보를 생성하는 기능을 한다. 여기서 무인기 모의 정보는 사용자의 입력을 통해 이루어지거나 또는 자동으로 생성될 수 있다. 여기서, 무인기 모의 정보가 자동으로 생성되는 경우에 대한 설명은 위에서 수학식 1 내지 8을 참조로 상세히 설명하였으므로, 이에 대한 추가적인 설명은 생략한다. 이렇게 생성된 무인기 모의 정보는 시뮬레이터 통신 모듈(132)을 통해 다시 무인기 지상운용 제어부(120)로 송신된다.
운용권 전환 모듈(133)은 긴급 조정부(150)와 무인기 지상운용 제어부(120) 중 운용권 전환을 요청한 하나에 운용권을 할당하는 기능을 한다. 앞서 언급한 것처럼, 무인기는 무인기 지상운용 제어부(120)를 통해 제어가 이루어지나, 무인기 지상운용 제어부(120)와 무인기간 통신 두절 또는 기타 비상 사항이 발생한 경우, 무인기의 제어는 다른 장비에서 이루어져야 한다. 이에 따라, 운용권 전환 모듈(133)은 무인기에 대한 긴급 조정부(150)와 무인기 지상운용 제어부(120)의 운용권을 기설정된 전환 조건에 따라 전환한다. 이러한 전환 조건에 대해서는 위에서 표 5 및 표 6을 참조로 설명하였으므로, 이에 대한 추가적인 설명은 생략한다.
그리고, 운용권 전환 모듈(133)은 운용권 전환 이후, 운용권이 올바르게 전환되었는지에 대한 검증 기능을 더 수행할 수 있다. 앞서 언급한 것처럼, 무인기와 무인기 지상 운용 제어부(120) 또는 긴급 조정부(150) 간의 통신은 운용권 여부에 따라 상이한 주파수로 통신이 이루어진다. 이에 따라, 운용권 전환 모듈(133)은 운용권 여부에 따라 기설정된 주파수로 무인기와 무인기 지상 운용 제어부(120) 또는 긴급 조정부(150) 간의 통신이 올바르게 이루어지는지 검증을 수행한다. 또한, 운용권 전환 모듈(133)은 무인기와 무인기 지상 운용 제어부(120) 또는 긴급 조정부(150) 간의 통신 중 운용권이 있는 구성(예를 들어, 무인기 시뮬레이터 또는 긴급 조정부(POCS))의 데이터 상태 및 수신율, 그리고 반대로 운용권이 없는 구성(긴급 조정부(POCS) 또는 무인기 시뮬레이터)의 데이터 상태 및 수신율을 관찰함으로써, 이들 간의 통신 상태를 추가적으로 검증할 수 있다.
또한, 본 발명은 소프트웨어로 구현되는 것 또한 가능한데, 이에 대한 예시는 도 7 및 도 8에 도시된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 정보 검증 방법에 대한 흐름도이다. 이하의 설명에선 도 2 내지 도 6을 참조로 설명된 부분과 중복된 부분은 생략되어 설명된다. 또한, 이하의 설명에서 가상 무인기에 대한 운용권은 긴급 조정부(150)에 있는 상태로 가정된다.
무인기 지상운용 제어부(120)에 의해, 제어 정보를 생성하는 단계(S101)가 이루어진다. 앞서 언급한 것처럼, 제어 정보는 무인기의 제어를 위해 이용되는 정보로서, 크게 주기 데이터와 비주기 데이터로 구분될 수 있다.
그 후, 무인기 지상 운용 제어부(120)에 의해 무인기 시뮬레이터(130)로, 운용권 전환 요청을 수행하는 단계(S102)가 수행된다. 위의 가정에서 언급한 것처럼, 가상 무인기에 대한 운용권은 현재 긴급 조정부(150)에 있는 상태이므로, 무인기 지상 운용 제어부(120)에서 가상 무인기를 제어하기 위해서는 운용권이 필요하다. 그 후, 무인기 시뮬레이터(130)에서 운용권 전환 요청이 유효한지 즉, 위에서 설명한 운용권 전환 조건에 부합하는 지 확인한 후, 긴급 조정부(150)로 운용권을 요청하는 단계(S103)가 이루어지고, 그 후 운용권 전환이 이루어진다(S104).
그 후, S101 단계를 통해 생성된 제어 정보를 무인기 시뮬레이터(130)로 송신하는 단계(S105)가 수행되어, 무인기 시뮬레이터(130)에서는 제어 정보를 근거로 가상 무인기에 대한 움직임에 대한 시뮬레이션 처리를 수행한다.
그리고, 무인기 지상 운용 제어부(120)에서는 제어 정보를 근거로 상태 예측값을 생성하는 단계(S106)가 이루어지고, 무인기 시뮬레이터(130)에서는 제어 정보를 통해 가상 무인기의 시뮬레이션 처리된 움직임 정보를 근거로 무인기 모의 정보를 생성하는 단계(S107)가 이루어진다. 앞서 언급한 것처럼, S106 단계 및 S107 단계에서 생성되는 상태 예측값과 무인기 모의 정보는 제어 정보를 검증하기 위해 생성된다.
무인기 시뮬레이터(130)에서 S107 단계를 통해 무인기 모의 정보의 생성이 완료되면, 이러한 무인기 모의 정보는 다시 무인기 지상 운용 제어부(120)로 송신되고(S108), 무인기 지상 운용 제어부(120)는 S106 단계에서 산출된 상태 예측값과 S108 단계를 통해 수신한 무인기 모의 정보를 비교함으로써 제어 정보를 검증한다(S109). 앞서 언급한 것처럼, S109 단계는 상태 예측값에 속한 다수의 항목과 무인기 모의 정보에 속한 다수의 항목을 직접적으로 비교함으로써 이루어질 수 있고, 모두가 일치하면 정상 판정을, 그리고 일치하지 않는 항목이 존재하면 비정상 판정을 내릴 수 있다. 여기서, 일치하지 않는 항목에 대해선 저장부에 저장되거나, 또는 사용자에게 통보함으로써, 이에 대한 디버깅을 수행할 수 있다.
아래에서 설명되는 S110 단계 내지 S113 단계는 운용권 전환 검증 방법을 나타낸다. 도 9에서 이러한 운용권 전환 검증 방법이 S109 단계 이후, 순차적으로 수행되는 것으로 도시되었으나, 이는 단지 예시일 뿐이고, 특정 순서로 제한되지 않는다는 점이 이해되어야 한다. 즉, 본 예시에서 S102 단계 내지 S104 단계를 통해 이루어진 운용권 전환 이후에도, 이에 대한 검증 과정이 이루어질 수 있다.
긴급 조정부(150)에 의해 운용권 전환 요청을 하는 단계(S110)가 이루어질 수 있다. 이 경우, 무인기 시뮬레이터(130)는 무인기 지상 운용 제어부(120)를 통한 운용권 요청 확인 절차(S111)를 거쳐, 긴급 조정부(150)에 운용권을 할당할 수 있다(S112). 또한, 앞서 언급한 것처럼 무인기 지상 운용 제어부(120)에 의해 운용권 전환 요청이 이루어지더라도, 무인기 시뮬레이터(130)는 무인기 지상 운용 제어부(120)로 운용권을 할당하게 된다. 운용권 전환 조건에 대해서는 위에서 표 5 및 표 6을 참조로 설명되었으므로 이에 대한 추가적인 설명은 생략된다.
그 후, 운용권 전환 및 통신 상태를 검증하는 단계(S113)가 이루어진다. S113 단계를 통해 이루어지는 검증 방법은 운용권의 여부에 따라 상이한 주파수로 통신을 하는 통신 시뮬레이터의 특징과, 무인기 시뮬레이터와 긴급 조정부 또는 상기 무인기 지상 운용 제어부 간의 통신에서 발생한 데이터 상태 및 수신율을 근거로 이루어질 수 있다. 이러한 검증 방법에 대해선 위에서 설명하였으므로, 이에 대한 추가적인 설명은 생략한다.
또한, 도면에 도시되진 않았으나 영상 처리부를 통해 무인기 모의 정보를 근거로 가상 무인기의 움직임 및 배경을 영상 처리하는 단계가 더 수행될 수 있다. 여기서, 영상 처리하는 단계에서 처리된 영상은 UDP를 통해 상기 무인기 지상운용 제어부로 송신될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 제어 정보 검증 시스템 110 : 가상 차량 제어부
120 : 무인기 지상 운용 제어부 130 : 무인기 시뮬레이터
140 : 영상 처리부 150 : 긴급 조정부

Claims (15)

  1. 제어 정보를 생성하고, 상기 제어 정보를 근거로 가상 무인기에 대한 상태 예측값을 산출하는 무인기 지상운용 제어부; 및
    상기 제어 정보를 이용하여 상기 가상 무인기의 움직임에 대하여 시뮬레이션 처리를 수행하고, 상기 가상 무인기의 시뮬레이션 처리된 움직임 정보를 근거로 무인기 모의 정보를 생성하는 무인기 시뮬레이터를 포함하고,
    상기 무인기 지상운용 제어부는 상기 상태 예측값과 상기 무인기 모의 정보를 비교함으로써 상기 제어 정보를 검증하는 것을 특징으로 하는, 제어 정보 검증 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무인기 시뮬레이터는,
    상기 가상 무인기에 대한 외부 제어 정보를 생성함으로써 상기 가상 무인기를 제어하는 긴급 조정부로부터 운용권을 요청 받는 경우, 상기 긴급 조정부에 운용권을 할당하는 것을 특징으로 하는, 제어 정보 검증 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 무인기 시뮬레이터는 상기 무인기 지상운용 제어부로부터 운용권을 요청받는 경우, 상기 무인기 지상운용 제어부에 운용권을 할당하고, 상기 긴급 조정부와 상기 무인기 지상 운용 제어부 중 운용권을 가진 하나와는 제 1 주파수로 통신하는 것을 특징으로 하는, 제어 정보 검증 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 무인기 시뮬레이터는 상기 긴급 조정부와 상기 무인기 지상 운용 제어부 중 운용권이 없는 다른 하나와는 제 1 주파수로 데이터를 송신하고 제 2 주파수로 데이터를 수신하며, 상기 제 1 주파수는 제 2 주파수보다 높은 것을 특징으로 하는, 제어 정보 검증 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 무인기 시뮬레이터는 제 1 주파수 또는 제 2 주파수를 근거로 상기 긴급 조정부 또는 상기 무인기 지상 운용 제어부에 대한 운용권의 전환 여부를 검증하고, 상기 긴급 조정부 또는 상기 무인기 지상 운용 제어부와의 통신에서 발생한 데이터 상태 및 수신율을 근거로 통신 상태를 검증하는 것을 특징으로 하는, 제어 정보 검증 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무인기 모의 정보를 근거로 가상 무인기의 움직임 및 배경을 영상 처리하는 영상 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 제어 정보 검증 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 영상 처리부와 상기 무인기 지상운용 제어부 간의 통신은 UDP(User Datagram Protocol)를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는, 제어 정보 검증 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어 정보 및 상기 무인기 모의 정보는 CRC(Cyclical Redundancy Check) 코드를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제어 정보 검증 시스템.
  9. 무인기 지상운용 제어부에 의해, 제어 정보를 생성하는 단계;
    상기 무인기 지상운용 제어부에 의해, 상기 제어 정보를 근거로 가상 무인기에 대한 상태 예측값을 산출하는 단계;
    무인기 시뮬레이터에 의해, 상기 제어 정보를 이용하여 가상 무인기의 움직임에 대하여 시뮬레이션 처리를 수행하고, 가상 무인기의 시뮬레이션 처리된 움직임 정보를 근거로 무인기 모의 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 무인기 지상운용 제어부에 의해, 상기 상태 예측값과 상기 무인기 모의 정보를 비교함으로써 상기 제어 정보를 검증하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제어 정보 검증 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 무인기 시뮬레이터에 의해, 상기 가상 무인기에 대한 외부 제어 정보를 생성함으로써 상기 가상 무인기를 제어하는 긴급 조정부로부터 운용권을 요청받는 경우, 상기 긴급 조정부에 운용권을 할당하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 제어 정보 검증 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 무인기 시뮬레이터에 의해, 상기 무인기 지상운용 제어부로부터 운용권을 요청받는 경우, 상기 무인기 지상운용 제어부에 운용권을 할당하는 단계를 더 포함하고, 상기 긴급 조정부와 상기 무인기 지상 운용 제어부 중 운용권을 가진 하나와 상기 무인 시뮬레이터는 제 1 주파수로 통신하는 것을 특징으로 하는, 제어 정보 검증 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 무인기 시뮬레이터는 상기 긴급 조정부 및 상기 무인기 지상 운용 제어부 중 운용권이 없는 다른 하나와 제 1 주파수로 데이터를 송신하고 제 2 주파수로 데이터를 수신하며, 상기 제 1 주파수는 제 2 주파수보다 높은 것을 특징으로 하는, 제어 정보 검증 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 무인기 시뮬레이터에 의해, 제 1 주파수 또는 제 2 주파수를 근거로 상기 긴급 조정부 또는 상기 무인기 지상 운용 제어부에 대한 운용권의 전환 여부를 검증하는 단계를 더 포함하고,
    상기 운용권의 전환 여부를 검증하는 단계는 상기 무인기 시뮬레이터와 상기 긴급 조정부 또는 상기 무인기 지상 운용 제어부 간의 통신에서 발생한 데이터 상태 및 수신율을 근거로 통신 상태를 더 검증하는 것을 특징으로 하는, 제어 정보 검증 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    영상 처리부에 의해, 상기 무인기 모의 정보를 근거로 가상 무인기의 움직임 및 배경을 영상 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 제어 정보 검증 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 영상 처리하는 단계에서 처리된 영상은 UDP를 통해 상기 무인기 지상운용 제어부로 송신되는 것을 특징으로 하는, 제어 정보 검증 방법.
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