KR20160103762A - 무선 네트워크를 위한 무인 비행체 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 더욱 상세하게는 외부 통신 장치와 무선 통신 네트워크를 구성하되, 통신시 측정되는 통신 파라미터에 따라 이용되는 안테나 조합 또는 무인 비행체의 위치를 조정할 수 있는 무인 비행체에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제어부, 통신부 및 동력부를 포함하고, 제어부는 무선 통신 수행시 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 측정하고, 통신 파라미터가 기 설정된 기준값을 만족하지 않는 경우, 새로운 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 개별적으로 측정하고, 새로운 안테나 조합 중 기준값을 만족하는 통신 파라미터 값이 측정된 안테나 조합을 선택하여 무선 통신을 수행하되, 모든 안테나 조합에 따른 통신 파라미터가 기준값을 만족시키지 못하는 경우, 동력부를 통해 무인 비행체를 기 설정된 탐색 경로에 따라 이동시키고, 무인 비행체의 위치 변화에 따른 각 안테나 조합의 통신 파라미터 변화를 측정하고, 통신 파라미터가 기준값을 만족시키는 경우 무인 비행체의 이동을 중지시키는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크를 위한 무인 비행체가 제공될 수 있다.

Description

무선 네트워크를 위한 무인 비행체 및 그 제어 방법{An unmanned airborne vehicle for wireless network and a method for controlling thereof}

본 발명은 무선 네트워크를 위한 무인 비행체 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부 통신 장치와 무선 통신 네트워크를 구성하되, 통신시 측정되는 통신 파라미터에 따라 이용되는 안테나 조합 또는 무인 비행체의 위치를 조정할 수 있는 무인 비행체에 관한 것이다.

최근 수년 사이에 소형 무인 비행체, 즉 드론(drone)이나 멀티콥터(multi-copter) 의 활용 방안을 두고 다양한 연구가 진행되고 있는데, 군사용 정찰 드론부터 무인 촬영기, 무인 택배 배달 서비스 등의 통상적인 분야에 이르기까지 그 활용분야가 무궁 무진하다. 특히, 기술의 발전에 따라 무인 비행체 자체의 무게는 가벼워졌고, 작동 시간이 늘어났으며, 각종 센서를 장착하게 되었는데, 이를 통해 무인 비행체의 역할은 보다 다양화되고 있다. 하지만, 보통의 경우 최근의 무인 비행체는 군사 분야에서의 정찰, 방송국의 촬영 및 개인의 레포츠 용도로 주로 이용되고 있다.

한편, 사물 인터넷(Internet of Things, IoT)이나 유헬스케어(ubiquitous health care) 등의 개념이 사회 전반적으로 확산되면서 무선 네트워크를 사용하는 휴대용 단말기의 수가 날로 증대되고 있다. 기존의 노트북과 스마트폰 뿐만 아니라 다양한 크기의 타블렛, 생체 센서를 내장한 팔찌, 밴드, 스마트 워치(smart watch) 및 스마트 가전에 이르기까지 다양한 제품들이 무선 네트워크에 연결되기 시작하였다. 즉, 과거에 비해 단위 공간당 무선 네트워킹이 가능한 단말기의 수가 폭발적으로 증가되었기 때문에 한정된 자원인 무선 네트워크 망의 관리에 대한 다양한 이슈들이 생겨나고 있다.

무선 단말기를 통해 무선 네트워크에 접속하는 것이 일상적인 일이 되었으며, 다양한 정보들이 무선 네트워크 망을 통해 전송되고 있다. 잠시라도 무선 네트워크가 사용할 수 없게 된 경우 생활 및 업무에 상당한 장애가 발생될 수 있다. 무선 네트워크가 발달한 요즘에도 시간과 장소에 따라 무선 네트워킹이 불가능할 수 있다. 예를 들어, 차량이나 도보로 접근하기 힘든 높고 험한 산이나 정글 등의 오지처럼 네트워크 기반 시설이 아예 존재하지 않는 경우를 생각해볼 수 있다. 다른 예로, 대형 재난 및 재해로 인해 네트워크 시설이 파손되었거나, 특정 지역에 무선 단말기가 과밀 분포되어 해당 지역의 무선 단말기들의 네트워킹 요청에 모두 대응할 수 없는 상황을 생각해볼 수 있다. 전술한 예들 중, 오지 및 재난 지역에서는 현재 위성을 통한 무선 네트워킹이 가능할 수 있다. 하지만, 위성을 통한 무선 통신은 속도 및 데이터 전송량에서 큰 제약이 있으며, 이용 요금도 다른 무선 네트워크 수단에 비해서 매우 높다. 무선 단말기의 과밀 분포의 경우 현재로서는 별 다른 대책이 없으며, 단지 해당 지역을 벗어남으로써 무선 네트워크 접속 불량 문제를 해결할 수 있을 뿐이다.

최근, 전술한 다양한 상황에서의 네트워크 접속을 지원하기 위한 연구가 진행되고 있다. 특히 무인 비행체를 통해 네트워크 망을 형성하는 다양한 방법이 제시되고 있으나, 대부분의 경우 아직은 실험 단계에 불과하다. 즉, 보다 자유롭게, 시간 및 공간의 제약 없이 무선 통신을 수행하길 원하는 사용자들의 요구가 크게 증대되었으나, 상기 사용자들의 요구를 충족시킬 수 있는 무인 비행체를 통한 네트워크 지원 방법 및 네트워크 형성 방법이 아직까지는 존재하지 않는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 무선 네트워크 접속을 지원하거나 무선 네트워크를 형성할 수 있는 무인 비행체 및 그 제어 방법을 제공하고자 하는 목적을 가지고 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 외부 통신 장치 사이에서 무선 네트워크를 형성하는 무인 비행체에 있어서, 상기 무인 비행체의 각 부를 제어하는 제어부; 복수의 안테나를 포함하고, 상기 제어부의 제어에 의해 상기 외부 통신 장치와 무선 통신을 수행하는 통신부; 및 상기 제어부의 제어에 의해 상기 무인 비행체의 이동 및 자세 제어를 수행하는 동력부; 를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 통신부의 안테나 중 일부의 안테나로 구성된 안테나 조합을 이용하여 상기 외부 통신 장치와 무선 통신을 수행하고, 무선 통신 수행시 상기 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 측정하고, 상기 측정된 통신 파라미터가 기 설정된 기준값을 만족하지 않는 경우, 상기 통신부의 안테나 중 적어도 하나의 새로운 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 개별적으로 측정하고, 상기 새로운 안테나 조합 중 상기 기준값을 만족하는 통신 파라미터 값이 측정된 안테나 조합을 선택하여 무선 통신을 수행하고, 상기 모든 안테나 조합에 따른 통신 파라미터가 상기 기준값을 만족시키지 못하는 경우, 상기 동력부를 통해 상기 무인 비행체를 기 설정된 탐색 경로에 따라 이동시키고, 상기 무인 비행체의 위치 변화에 따른 상기 각 안테나 조합의 통신 파라미터 변화를 측정하고, 상기 통신 파라미터가 상기 설정된 기준값을 만족시키는 경우 상기 무인 비행체의 이동을 중지시키는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크를 위한 무인 비행체를 제공할 수 있다.

여기서, 상기 무인 비행체는 상기 무인 비행체의 위치 좌표 및 자세를 감지하는 동체 센서부; 및 상기 제어부의 제어에 의해 정보를 저장하는 저장부; 를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 무인 비행체의 위치 좌표 및 자세에 따른 각 안테나 조합의 통신 파라미터를 측정하고, 상기 저장부에 상기 측정된 통신 파라미터를 저장하되, 상기 기준값을 만족하는 통신 파라미터와 연관된 위치 좌표 및 자세 정보를 우수 통신 좌표로써 별도로 저장한다.

여기서, 상기 제어부는, 상기 모든 안테나 조합에 따른 통신 파라미터가 상기 기준값을 만족시키지 못할 때 상기 저장부에 상기 우수 통신 좌표가 존재하는 경우, 상기 동력부를 통해 상기 무인 비행체를 상기 우수 통신 좌표로 이동시킨다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 외부 통신 장치 사이에서 무선 네트워크를 형성하는 무인 비행체의 제어 방법에 있어서, 무선 통신 수행시 이용중인 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 측정하는 단계; 상기 측정된 통신 파라미터가 기 설정된 기준값을 만족하지 않는 경우, 안테나 중 적어도 하나의 새로운 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 개별적으로 측정하는 단계; 상기 새로운 안테나 조합 중 상기 기준값을 만족하는 통신 파라미터 값이 측정된 안테나 조합을 선택하는 단계; 상기 모든 안테나 조합에 따른 통신 파라미터가 상기 기준값을 만족시키지 못하는 경우, 상기 무인 비행체를 기 설정된 탐색 경로에 따라 이동시키며 통신 파라미터의 변화를 측정하는 단계; 및 상기 통신 파라미터가 상기 설정된 기준값을 만족시키는 경우 상기 무인 비행체의 이동을 중지시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크를 위한 무인 비행체의 제어 방법이 제공될 수 있다.

본 발명에 따르면, 통신 파라미터를 측정하고, 상기 측정된 통신 파라미터에 기초하여 무선 통신시 이용할 안테나 조합을 선택할 수 있는 무인 비행체를 제공할 수 있다.

이에 더하여, 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체는 특정 지역에서의 통신 파라미터가 기준값을 만족시키기 못하는 경우, 기준값을 만족시키는 통신 파라미터가 측정되는 타 지역으로 이동할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체는 상기 기준값을 만족시키는 통신 파라미터가 측정된 지역의 위치 좌표를 우수 통신 좌표로 저장할 수 있으며, 통신 파라미터가 기준값을 만족시키지 못하는 경우 상기 우수 통신 좌표로 이동할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체의 안테나를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탐색 경로를 나타낸 도면이다.
도 4는 무인 비행체의 위치 및 자세에 따른 통신 파라미터를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체의 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 무인 비행체의 제어 방법의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

본 발명은 무선 네트워크를 위한 무인 비행체 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부 통신 장치와 무선 통신 네트워크를 구성하되, 통신시 측정되는 통신 파라미터에 따라 이용되는 안테나 조합 또는 무인 비행체의 위치를 조정할 수 있는 무인 비행체에 관한 것이다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체(100)를 나타낸 도면이다. 도 1에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체(100)는 제어부(110), 통신부(120) 및 동력부(130)를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체(100)는 동체 센서부(140) 및 저장부(150)를 더 포함할 수 있다. 또한, 무인 비행체(100)를 구성하는 각 구성 요소들은 본 발명을 실시하는 방식에 따라서 생략될 수 있으며, 타 구성 요소와 하나의 구성으로 합쳐질 수도 있다.

본 발명에 따른 무인 비행체(100)는 외부 통신 장치 사이에서 무선 네트워크를 형성할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 무인 비행체(100)는 복수의 프로펠러를 포함하는 멀티콥터(multi-copter)일 수 있다. 멀티콥터의 경우, 다른 형태의 무인 비행체에 비해 공중에서의 자세 제어가 유리하고, 특정 고도의 특정 위치에서 지속적인 공중 비행 상태를 유지할 수 있는 호버링(hovering)도 가능하다. 특히, 멀티콥터인 무인 비행체(100)는 무인 비행체(100)에 부력을 제공하는 벌룬을 더 포함할 수 있으며 이에 따라 무인 비행체(100)는 비행 상태를 유지하기 위한 전력 에너지 소모를 줄일 수 있고 무인 비행체(100) 추락에 의해 발생될 수 있는 피해를 예방할 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 무인 비행체(100)는 다양한 형태로 구비될 수 있으며, 전술한 사항에 한정되지 않는다.

한편, 외부 통신 장치는 무선 통신 모듈을 내장하고 있는 모든 휴대용 장치, 타 무인 비행체 및 기지국 등을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 무인 비행체(100)는 상기 외부 통신 장치들 사이에서 이동식 기지국 또는 중계기로 활용될 수 있다. 즉, 공중에서 자유롭게 위치를 이동할 수 있는 무인 비행체의 특성상, 본 발명에 따른 무인 비행체(100)는 인간이 도보로 찾아가기 힘든 오지나 재난 현장에 용이하게 접근할 수 있으며, 공중에 비행한 상태에서 통신 네트워크 형성을 위한 엑세스 포인트(Access Point, AP)로 활용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 무인 비행체(100)는 돌발적인 이벤트 상황이 발생하여 무선 통신에 대한 수요가 예상치 못하게 증가되는 경우에도 공중에서 통신 네트워크 지원을 위한 엑세스 포인트로 활용될 수 있다. 하지만 본 발명의 활용 방안은 이에 한정되지 않는다.

제어부(110)는 무인 비행체(100)의 각 부를 제어할 수 있다. 제어부(110)는 하드웨어 또는 소프트웨어의 형태로 구현될 수 있으며, 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로도 존재할 수 있다. 바람직하게는, 제어부(110)는 마이크로프로세서로 구비될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

통신부(120)는 상기 제어부(110)의 제어에 의해 상기 외부 통신 장치와 무선 통신을 수행할 수 있다. 바람직하게는, 통신부(120)는 복수의 안테나를 포함할 수 있으며, 본 발명을 실시하는 방식에 따라서 무인 비행체(100)의 프레임, 지지대 및 다리에 상기 안테나가 부착되거나 상기 프레임, 지지대 및 다리 자체가 안테나로써 활용될 수 있다.

동력부(130)는 상기 제어부(110)의 제어에 의해 상기 무인 비행체(100)의 이동 및 자세 제어를 수행할 수 있다. 전술한 바에 따르면, 무인 비행체(100)는 멀티콥터일 수 있으며, 이 경우, 동력부(130)는 복수의 프로펠러를 포함할 수 있다. 제어부(130)는 동력부(130)의 각 프로펠러의 출력을 조절함으로써 무인 비행체(100)를 이동시키거나 한쪽 방향으로 기울어지게 하거나 무인 비행체(100)의 몸체를 수평 방향에 대하여 회전시킬 수도 있다. 하지만 무인 비행체(100)는 멀티콥터의 구성에 한정되지 않으며, 이에 따라 동력부(130)도 제트 기류를 방출하는 제트 엔진, 프로펠러와 터보 엔진이 결합된 터보 프롭 등의 다양한 동력기관으로 구비될 수 있다.

동체 센서부(140)는 상기 무인 비행체(100)의 위치 좌표 및 자세를 감지할 수 있다. 동체 센서부(140)는 무인 비행체(100)의 위치 좌표, 고도 및 자세를 감지할 수 있다. 이를 위해, 동체 센서부(140)는 GPS 좌표 수신 장치 및 고도계를 포함할 수 있으며, 이를 통해 무인 비행체(100)의 위치 좌표 및 고도 정보를 취득할 수 있다. 또한, 동체 센서부(140)는 가속도 센서, 자이로 센서 등을 포함할 수 있으며, 이를 통해 무인 비행체(100)의 자세를 감지할 수 있다. 상기 자세는 무인 비행체(100)의 기울어진 방향 및 기울어진 각도 정보를 포함할 수 있다. 제어부(110)는 상기 동체 센서부(140)가 감지한 자세 정보를 참조하여 무인 비행체(100)의 기울어진 정도가 조정되도록 동력부(130)의 출력을 조정할 수도 있다.

저장부(150)는 상기 제어부(110)의 제어에 의해 정보를 저장할 수 있다. 저장부(150)는 SSD(Solid State Disk) 및 하드디스크 등의 형태로 존재할 수 있으며, 기타 정보를 저장하기 위한 반도체 소자 등으로 구비될 수도 있다. 또한, 저장부(150)는 전술한 하드웨어뿐 만 아니라 프로그램 상의 변수 및 메모리 상의 가상의 저장 공간의 형태로 존재할 수도 있다.

제어부(110)는 상기 통신부(120)의 안테나 중 일부의 안테나로 구성된 안테나 조합을 이용하여 상기 외부 통신 장치와 무선 통신을 수행할 수 있다. 이 때, 제어부(110)는 무선 통신 수행시 상기 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 측정할 수 있다. 상기 통신 파라미터는 통신을 수행할 때 측정되거나 통신을 수행하기 위해 참조되는 정보들을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 통신 파라미터는 신호의 세기, 수신 이득, 통신 채널의 상태 정보 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 제어부(110)는 상기 측정된 통신 파라미터가 기 설정된 기준값을 만족하지 않는 경우, 상기 통신부(120)의 안테나 중 적어도 하나의 새로운 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 개별적으로 측정할 수 있다. 즉, 안테나 조합에 따라 통신 파라미터가 상이하게 측정될 수 있는데, 제어부(110)는 이를 통해 최상의 통신 성능을 나타내는 안테나 조합을 선택할 수 있다. 제어부(110)는 상기 새로운 안테나 조합 중 상기 기준값을 만족하는 통신 파라미터 값이 측정된 안테나 조합을 선택하여 무선 통신을 수행할 수 있다. 하지만, 상기 모든 안테나 조합에 따른 통신 파라미터가 상기 기준값을 만족시키지 못하는 경우, 제어부(110)는 상기 동력부(130)를 통해 상기 무인 비행체를 기 설정된 탐색 경로에 따라 이동시키고, 상기 무인 비행체의 위치 변화에 따른 상기 각 안테나 조합의 통신 파라미터 변화를 측정할 수 있다. 여기서, 상기 탐색 경로는 무인 비행체(100)가 무선 신호를 원활하게 송수신할 수 있는 위치 및 자세를 찾기 위한 이동 경로 및 자세 변화 패턴 정보를 의미한다. 두 무선 통신 장치가 서로 가까운 거리만큼 떨어져 있는 경우라도, 두 무선 통신 장치 사이에 존재하는 장애물 또는 안테나의 방향에 따라서 신호의 송수신 여부가 달라질 수 있다. 이 현상은 공중에서 무선 통신을 수행하는 무인 비행체(100)에서도 동일하게 발생될 수 있는데, 제어부(110)는 구조물, 건물 등에 의해 발생될 수 있는 무선 통신의 사각 지대를 없애기 위해 상기 탐색 경로에 따라 이동할 수 있다. 무인 비행체(100)의 위치 및 자세가 달라지면 각 안테나 조합에 따른 통신 파라미터도 변화될 수 있다. 제어부(110)는 무인 비행체(100)의 이동 및 자세 변화에 따라 달라진 통신 파라미터가 상기 설정된 기준값을 만족시키는 경우 상기 무인 비행체의 이동을 중지시킬 수 있다. 즉, 통신이 원활하게 수행될 수 있는 위치 및 자세를 찾은 경우, 제어부(110)는 해당 위치 및 자세 상태에서 무선 통신을 지속할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 통신부(120)는 상기 안테나의 방향, 배열 및 위치 관계를 변화시키는 안테나 구동 모듈을 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부(110)는 상기 안테나 구동 모듈의 작동에 따른 통신 파라미터의 변화를 감지할 수 있다. 즉, 제어부(110)는 측정된 통신 파라미터가 기 설정된 기준값을 만족하지 않는 경우 새로운 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 측정할 뿐만 아니라, 상기 안테나 구동 모듈의 작동에 따른 통신 파라미터의 변화도 함께 감지할 수 있다. 제어부(110)는 기준값을 만족하는 통신 파라미터 값이 측정된 새로운 안테나 조합 및 상기 새로운 안테나 조합에서의 각 안테나의 방향, 배열 및 위치 관계 설정에 기반하여 무선 통신을 수행할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 무인 비행체(100)는 상기 무인 비행체(100)의 형상을 변화시킬 수 있는 형상 변화부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 무인 비행체(100)의 제어부(110)를 수납하고 있는 몸체와 동력부(130)를 연결하는 프레임 등의 구조가 변화될 수 있고, 무인 비행체(100)의 하부를 지지하는 다리가 접히거나 펼쳐질 수도 있다. 이때, 무인 비행체(100)의 상기 프레임 및 상기 다리에 통신부(120)의 안테나가 부착되거나, 상기 프레임 및 상기 다리 자체를 무인 비행체의 안테나로 활용할 수 있다. 이 경우, 상기 형상 변화부의 작동에 따라 안테나의 위치 및 배치 관계가 변화되기 때문에 측정되는 통신 파라미터가 변화될 수 있으며, 상기 안테나 구동 모듈의 경우와 마찬가지로, 제어부(110)는 형상 변화부의 작동에 따른 통신 파라미터를 측정할 수 있다. 즉, 제어부(110)는 측정된 통신 파라미터가 기 설정된 기준값을 만족하지 않는 경우 새로운 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 측정할 뿐만 아니라, 상기 형상 변화부의 작동에 따른 통신 파라미터의 변화도 함께 감지할 수 있다. 제어부(110)는 기준값을 만족하는 통신 파라미터 값이 측정된 새로운 안테나 조합 및 상기 새로운 안테나 조합에서의 형상 변화부의 작동 정도에 기반하여 무선 통신을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명을 실시하는 방식에 따라서, 상기 무인 비행체(100)는 가스가 충전된 벌룬(balloon)을 통해 상기 무인 비행체(100)에 부력을 제공할 수 있는 벌룬부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 무인 비행체(100)는 상기 벌룬부를 더 포함함으로써 무인 비행체(100)를 비행시키기 위해 동력부(130)에서 소모되는 전력 에너지의 소모를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 무인 비행체(100)의 공중에서의 비행 시간 및 운행 거리를 증가시킬 수 있다. 즉, 벌룬부가 포함된 무인 비행체(100)는 탐색 경로를 따라 이동시키면서 통신 파라미터를 측정하는 과정을 보다 오랜 시간 동안 지속할 수 있으며, 외부 무선 통신 장치들에게 장시간의 무선 통신 서비스를 제공할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체(100)의 안테나를 나타낸 도면이다. 도 2에 따르면, 무인 비행체(100)는 동력부로써 복수의 프로펠러를 포함하는 멀티콥터와 상기 멀티콥터에 부력을 제공하는 벌룬(160)이 결합된 형상으로 구비될 수 있다. 또한, 무인 비행체(100)의 몸체와 동력부(130a, 130b, 130c)를 연결하는 프레임(122a, 122b, 122c) 및 무인 비행체(100)의 다리(122d, 122e, 122f, 122g)에 안테나가 부착되거나, 상기 프레임 및 다리 자체가 안테나로 활용될 수 있다. 하지만, 도 2의 무인 비행체(100)의 구성은 본 발명의 일 예에 불과한 것으로 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

전술한 바에 따르면, 무선 통신을 수행할 때 사용되는 안테나 조합에 따라 통신 파라미터가 다르게 측정될 수 있다. 무인 비행체(100)의 제어부는 상기 무인 비행체(100)의 각 부위를 안테나 조합으로 선택할 수 있다.

도 2(a)는 다리 122d 및 다리 122g가 하나의 안테나 조합으로 활용되는 모습을 나타낸 것으로, 해당 다리는 흑색으로 음영처리 되어있다. 이 때, 도 2(a)처럼 각 안테나 사이의 간섭을 방지하기 위해 서로 상이한 방향의 안테나, 즉 다리를 선택할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

도 2(b)는 프레임 122a, 프레임 122b, 다리 122e 및 다리 122f가 하나의 안테나 조합으로 활용되는 모습을 도시하고 있으며, 해당 부분은 흑색으로 음영처리 되었다. 도 2(b)의 경우 무인 비행체(100)의 네 부위가 안테나로 활용되기 때문에 4 by 2 등의 안테나 구성이 가능하다. 도 2(a)의 경우와 마찬가지로, 안테나 사이의 간섭을 상쇄하기 위해 서로 상이한 방향의 안테나가 선택될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

한편, 도 2에 도시된 것처럼 무인 비행체(100)의 프레임 및 다리를 안테나로 활용하는 경우, 무인 비행체(100)가 비행 중일 때 지상과의 전파의 송수신에 유리하다는 장점을 지닌다. 즉, 전파가 무인 비행체(100)의 다른 부분을 통과하지 않고 직접 안테나로 수신되기 때문에 안테나가 무인 비행체(100) 상부에 설치되는 방식에 비해서 신호의 왜곡 및 잡음이 적다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탐색 경로를 나타낸 도면이다. 도 3은 비행 중인 무인 비행체의 이동 경로를 표시한 것으로 무인 비행체는 현재 위치 p0를 기준으로 각 지점 p1, p2, p3 및 p4를 기 설정된 순서에 따라 통과하게 된다. 각 지점 사이의 이동 경로는 점선 화살표로 도시하였으며, 사다리꼴 도형은 지표면을 나타낸다. 흑색 원은 지표면에서의 각 지점의 위치 좌표를 의미하고, 파선은 해당 지점에서의 고도를 나타낸다. wd는 지상의 외부 무선 통신 장치 또는 외부 신호원을 의미한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 무인 비행체의 제어부는, 통신부의 안테나 중 일부의 안테나로 구성된 안테나 조합을 이용하여 상기 외부 통신 장치와 무선 통신을 수행하고, 무선 통신 수행시 상기 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 측정할 수 있다. 이 때, 상기 측정된 통신 파라미터가 기 설정된 기준값을 만족하지 않는 경우, 제어부는 상기 통신부의 안테나 중 적어도 하나의 새로운 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 개별적으로 측정하고, 상기 새로운 안테나 조합 중 상기 기준값을 만족하는 통신 파라미터 값이 측정된 안테나 조합을 선택하여 무선 통신을 수행할 수 있다. 하지만, 상기 모든 안테나 조합에 따른 통신 파라미터가 상기 기준값을 만족시키지 못하는 경우, 제어부는 상기 동력부를 통해 상기 무인 비행체를 기 설정된 탐색 경로에 따라 이동시키고, 상기 무인 비행체의 위치 변화에 따른 상기 각 안테나 조합의 통신 파라미터 변화를 측정하고, 상기 통신 파라미터가 상기 설정된 기준값을 만족시키는 경우 상기 무인 비행체의 이동을 중지시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 무인 비행체는 탐색 경로에 따라 이동하며 무인 비행체의 위치 및 자세를 변화시켜가며 각 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 측정할 수 있다. 즉, 통신 파라미터를 측정하기 위해 효과적인 탐색 경로를 설정할 필요가 있다.

도 3(a)에서 무인 비행체의 현재 위치는 p0이다. 해당 지점에서 무인 비행체의 안테나 조합에 따른 통신 파라미터가 기준값을 만족시키지 못하는 경우, 제어부는 p0, p1, p2, p3 및 p4로 이어지는 탐색 경로에 따라 무인 비행체를 이동시킬 수 있다. 즉, 무인 비행체는 외부 통신 장치(wd)가 존재할 것으로 추정되는 위치를 중심점으로 하고 시계 방향으로 호를 그리며 이동할 수 있다. 이 경우, 무인 비행체와 상기 외부 통신 장치 사이에 존재할 수 있는 건물 등의 장애물 등의 위치를 추정할 수 있다. 도 3(a)에서 굵은 점선으로 도시된 ob는 외부 통신 장치(wd)와 현재 위치(p0)에 존재하는 가상의 건물을 의미한다. 무인 비행체는 도 3(a)에 따른 탐색 경로를 따라 이동하며 통신 파라미터를 측정할 수 있다. 상기 탐색 경로에 따르면, 무인 비행체와 외부 통신 장치 사이에 존재하던 가상의 건물(ob)의 무선 통신 방해로부터 점진적으로 벗어나게 되는데, 이는 통신 파라미터의 변화로부터 측정될 수 있다. 즉, 무인 비행체가 p0에서 p1, p2 로 이동하는 과정에서 통신 파라미터 측정값이 개선되고, p3 지점과 p4 지점에서의 통신 파라미터 값이 유사한 경우, 통신을 방해하는 장애물, 즉 가상의 건물(ob)이 외부 통신 장치(wd)의 위치 좌표와 지점 p0 및 p1 사이에 존재함을 유추할 수 있다.

한편, 도 3(b)에 따르면 탐색 경로는 p0, p4, p1, p3, p2의 순서로 구비될 수 있으며, 무인 비행체는 상기 탐색 경로에 따라 지그재그로 움직이며 통신 파라미터를 측정할 수 있다. 이 경우, 각 지점을 통과함에 따라 무인 비행체의 이동 방향의 변화가 극심하게 이루어지기 때문에 비교적 빠른 시간 내에 기준값을 만족하는 통신 파라미터를 측정하는데 유리하다.

도 4는 무인 비행체의 위치 및 자세에 따른 통신 파라미터를 나타낸 도면이다. 도 4(a)는 도 3의 경우와 유사하게, 무인 비행체가 이동하는 탐색 경로 상의 각 위치 좌표(p0, p1, p2, p3, p4), 지표면(사다리꼴 도형) 및 외부 통신 장치(wd)를 나타내고 있다. 위치 좌표 p0와 p1 사이의 거리는 d1, 위치 좌표 p0와 p2 사이의 거리는 d2로 나타내었다. 도 4(b) 내지 도 4(f)은 각 위치 좌표(p0, p1, p2, p3, p4)에서 무인 비행체의 네 가지 자세 상태에서 각 안테나 조합에 따른 통신 파라미터 측정 값을 그래프로 나타내고 있으며, 각 그래프의 가로 축은 안테나 조합(c01, c02, c03, c04)을 나타내며, 세로 축은 각 안테나 조합 상태에서 측정된 통신 파라미터 값을 의미한다. 각 그래프에서 가로방향으로 표시된 점선은 기준값을 나타낸다. 통신 파라미터 값들 중 기준값을 만족하는 통신 파라미터 값은 흑색으로 음영처리 되었다.

본 발명의 실시예에 따르면, 무인 비행체의 제어부는 측정된 통신 파라미터가 기 설정된 기준값을 만족하지 않는 경우, 제어부는 상기 통신부의 안테나 중 적어도 하나의 새로운 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 개별적으로 측정하고, 상기 새로운 안테나 조합 중 상기 기준값을 만족하는 통신 파라미터 값이 측정된 안테나 조합을 선택하여 무선 통신을 수행할 수 있다. 하지만, 상기 모든 안테나 조합에 따른 통신 파라미터가 상기 기준값을 만족시키지 못하는 경우, 제어부는 상기 동력부를 통해 상기 무인 비행체를 기 설정된 탐색 경로에 따라 이동시키고, 상기 무인 비행체의 위치 변화에 따른 상기 각 안테나 조합의 통신 파라미터 변화를 측정하고, 상기 통신 파라미터가 상기 설정된 기준값을 만족시키는 경우 상기 무인 비행체의 이동을 중지시킬 수 있다. 도 4는 상기의 과정을 통해 측정된 각 위치 좌표에서의 통신 파라미터를 나타내고 있다.

도 4에 따르면, 위치 좌표 p0, p3 및 p4의 경우 기준값을 만족하는 통신 파라미터가 측정되지 않았으며, 위치 좌표 p1 및 p2의 경우 일부 자세 및 안테나 조합에서 기준값을 만족하는 통신 파라미터가 측정된 것으로 도시되어있다. 특히, 위치 좌표 p2의 경우 자세 1, 안테나 조합 c02를 제외한 나머지 모든 조건에서 기준값을 만족하는 통신 파라미터가 측정되었다. 즉, 상기 위치 좌표 p2에서 가장 무선 통신이 원활하게 수행될 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체에 전술한 동체 센서부 및 저장부가 더 포함된 경우, 제어부는 상기 무인 비행체의 위치 좌표 및 자세에 따른 각 안테나 조합의 통신 파라미터를 측정할 수 있다. 즉, 제어부는 무인 비행체의 위치 좌표, 기울어진 정도, 회전 여부 등에 따라서 상이하게 측정되는 통신 파라미터를 측정할 수 있으며, 상기 측정된 통신 파라미터 정보를 저장부에 저장할 수 있다. 제어부는 상기 기준값을 만족하는 통신 파라미터와 연관된 위치 좌표 및 자세 정보를 우수 통신 좌표로써 별도로 저장할 수 있다. 즉, 우수 통신 좌표는 원활한 무선 통신을 수행할 수 있는 위치 좌표, 기울기, 회전 정보를 포함할 수 있다. 도 4에서 위치 좌표 p1 및 p2의 경우 모든 자세가 우수 통신 좌표로써 저장될 수 있다. 이에 더하여 상기 각 우수 통신 좌표와 연관된 안테나 조합 정보도 저장부에 저장될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 통신부에 안테나 구동부가 포함되거나 무인 비행체에 형성 변화부가 포함되는 경우, 상기 안테나 구동부의 작동 상태 및 상기 형상 변화부의 작동 상태도 함께 저장될 수 있다. 무인 비행체는 차후에 해당 위치 좌표로 이동했을 때, 상기 저장부를 참조하여 무선 통신시 사용될 안테나 조합을 선택할 수 있으며, 안테나 구동부 또는 형상 변화부의 작동 상태에 따라 안테나의 배열을 변화시키던가 무인 비행체의 형상을 변화시킬 수 있다.

상기 우수 통신 좌표는 주기적으로 갱신될 수 있으며, 이를 위해, 무인 비행체는 기 설정된 시간 간격을 두고 탐색 경로 상의 각 위치 좌표를 이동하며 통신 파라미터를 측정하여 저장부에 저장할 수 있다. 또한, 제어부는 상기 저장부에 저장된 우수 통신 좌표에 기초하여 우수 통신 좌표 지도를 생성할 수 있으며, 상기 우수 통신 좌표 지도는 타 무인 비행체와 공유될 수 있다.

한편, 무인 비행체의 제어부는, 모든 안테나 조합에 따른 통신 파라미터가 기준값을 만족시키지 못할 때 상기 저장부에 상기 우수 통신 좌표가 존재하는 경우, 동력부를 통해 무인 비행체를 상기 우수 통신 좌표로 이동시킬 수 있다. 즉, 무인 비행체는 우수 통신 좌표를 이미 저장하고 있는 경우, 탐색 경로를 따라 이동하며 통신 파라미터를 측정할 필요 없이 바로 우수 통신 좌표로 이동하여 원활한 무선 통신을 수행할 수도 있다. 이 때, 우수 통신 좌표가 복수로 존재하는 경우, 어떤 우수 통신 좌표로 이동할지에 대한 선택의 문제가 발생될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부는, 상기 우수 통신 좌표가 복수로 존재하는 경우 하나의 우수 통신 좌표를 선택하되, 상기 각 우수 통신 좌표와 연관된 통신 파라미터에 기초하여 우수 통신 좌표가 선택될 수 있다. 도 4에서 우수 통신 좌표는 p1과 p2인데 측정된 통신 파라미터 값을 비교해보았을 때 위치 좌표 p2에서 통신이 보다 원활함을 확인할 수 있다. 이에 따라 무인 비행체는 위치 좌표 p2로 이동할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제어부는, 상기 우수 통신 좌표가 복수로 존재하는 경우 하나의 우수 통신 좌표를 선택하되, 상기 무인 비행체의 현재 위치 좌표와 상기 각 우수 통신 좌표 사이의 거리에 기초하여 우수 통신 좌표가 선택될 수 있다. 도 4에서 우수 통신 좌표 p1 및 p2를 비교했을 때, 측정된 통신 파라미터는 p2가 더 우수하지만, 현재 위치 p0에서 더 가까운 곳은 우수 통신 좌표 p1이다. 이에 따라 무인 비행체는 위치 좌표 p1으로 이동할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체의 제어 방법을 나타낸 도면이다. 도 5에 따르면, 무인 비행체는 무선 통신 수행시 이용중인 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 측정(S110)할 수 있다. 이 때, 상기 측정된 통신 파라미터가 기 설정된 기준값을 만족하지 않는 경우, 무인 비행체는 안테나 중 적어도 하나의 새로운 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 개별적으로 측정(S120)할 수 있다. 그리고, 무인 비행체는 상기 새로운 안테나 조합 중 상기 기준값을 만족하는 통신 파라미터 값이 측정된 안테나 조합을 선택(S130)할 수 있다. 하지만, 상기 모든 안테나 조합에 따른 통신 파라미터가 상기 기준값을 만족시키지 못하는 경우, 상기 무인 비행체를 기 설정된 탐색 경로에 따라 이동시키며 통신 파라미터의 변화를 측정(S140)할 수 있으며, 상기 통신 파라미터가 상기 설정된 기준값을 만족시키는 경우 상기 무인 비행체의 이동을 중지(S150)시킬 수 있다.

한편, 무인 비행체의 제어 방법은 상기 기준값을 만족하는 통신 파라미터와 연관된 위치 좌표 및 자세 정보를 우수 통신 좌표로써 별도로 저장하는 단계 및 상기 모든 안테나 조합에 따른 통신 파라미터가 상기 기준값을 만족시키지 못할 때 상기 저장부에 상기 우수 통신 좌표가 존재하는 경우, 상기 무인 비행체를 상기 우수 통신 좌표로 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 무인 비행체를 우수 통신 좌표로 이동시키는 단계는 우수 통신 좌표와 연관된 통신 파라미터에 기초하여 우수 통신 좌표가 선택되는 단계 및 상기 무인 비행체의 현재 위치 좌표와 상기 각 우수 통신 좌표 사이의 거리에 기초하여 우수 통신 좌표가 선택되는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 각 단계와 관련된 상세한 설명은 전술한 도 1 내지 도 4를 설명할 때 서술된 내용과 동일하므로 생략하도록 한다.

도 6은 무인 비행체의 제어 방법의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

도 6에 따르면, 무인 비행체는 무선 통신을 수행(S210)할 수 있다. 이 때, 무인 비행체는 이용하는 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 측정(S220)할 수 있다. 측정된 통신 파라미터가 기준값을 만족하는지 여부를 판별(S230a)할 수 있으며, 만약 통신 파라미터가 기준값을 만족하는 경우, 무인 비행체의 현재 위치 좌표를 우수 통신 좌표로 등록(S240)할 수 있다. 만약 통신 파라미터가 기준값을 만족시키지 못하는 경우, 무인 비행체는 새로운 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 측정(S250)할 수 있다. 이에 따라 무인 비행체는 상기 새로운 안테나 조합에 따른 통신 파라미터가 기준값을 만족하는지 여부를 판별(S230b)할 수 있으며, 기준값을 만족하는 경우, 무인 비행체의 현재 위치 좌표 및 상기 새로운 안테나 조합 정보를 함께 등록(S240)할 수 있다. 새로운 안테나 조합에 따른 통신 파라미터가 기준값을 만족하지 못하는 경우, 무인 비행체는 우수 통신 좌표가 존재하는지 여부를 판별(S260)할 수 있으며, 우수 통신 좌표가 존재하는 경우 해당 우수 통신 좌표로 이동(S270)할 수 있다. 우수 통신 좌표가 존재하지 않는 경우, 무인 비행체는 탐색 경로를 따라 이동하며 각 안테나 조합별 통신 파라미터를 측정(S280)할 수 있고, 다시 해당 통신 파라미터가 기준값을 만족하는지 여부를 판별(S230c)할 수 있다. 만약 통신 파라미터가 기준값을 만족하는 경우 이동을 중지(S290)하고, 무인 비행체의 현재 위치 좌표를 우수 통신 좌표로 등록(S240)할 수 있으며, 그렇지 않는 경우, 지속적으로 탐색 경로를 따라 이동하며 통신 파라미터를 측정(S280)할 수 있다.

전술한 도 5 및 도 6의 제어 방법에 의해, 무인 비행체는 무선 통신을 원활하게 수행할 수 있는 안테나 조합 및 위치 좌표를 획득할 수 있다.

본 발명에 따르면, 통신 파라미터를 측정하고, 상기 측정된 통신 파라미터에 기초하여 무선 통신시 이용할 안테나 조합을 선택할 수 있는 무인 비행체를 제공할 수 있다.

이에 더하여, 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체는 특정 지역에서의 통신 파라미터가 기준값을 만족시키기 못하는 경우, 기준값을 만족시키는 통신 파라미터가 측정되는 타 지역으로 이동할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체는 상기 기준값을 만족시키는 통신 파라미터가 측정된 지역의 위치 좌표를 우수 통신 좌표로 저장할 수 있으며, 통신 파라미터가 기준값을 만족시키지 못하는 경우 상기 우수 통신 좌표로 이동할 수 있다.

이상에서 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경을 할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명이 속하는 기술분야에 속한 사람이 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 무인 비행체
110 : 제어부
120 : 통신부
130 : 동력부
140 : 동체 센서부
150 : 저장부

Claims (6)

1. 외부 통신 장치 사이에서 무선 네트워크를 형성하는 무인 비행체에 있어서,
   상기 무인 비행체의 각 부를 제어하는 제어부;
   복수의 안테나를 포함하고, 상기 제어부의 제어에 의해 상기 외부 통신 장치와 무선 통신을 수행하는 통신부; 및
   상기 제어부의 제어에 의해 상기 무인 비행체의 이동 및 자세 제어를 수행하는 동력부; 를 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 통신부의 안테나 중 일부의 안테나로 구성된 안테나 조합을 이용하여 상기 외부 통신 장치와 무선 통신을 수행하고, 무선 통신 수행시 상기 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 측정하고,
   상기 측정된 통신 파라미터가 기 설정된 기준값을 만족하지 않는 경우,
   상기 통신부의 안테나 중 적어도 하나의 새로운 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 개별적으로 측정하고, 상기 새로운 안테나 조합 중 상기 기준값을 만족하는 통신 파라미터 값이 측정된 안테나 조합을 선택하여 무선 통신을 수행하고,
   상기 모든 안테나 조합에 따른 통신 파라미터가 상기 기준값을 만족시키지 못하는 경우,
   상기 동력부를 통해 상기 무인 비행체를 기 설정된 탐색 경로에 따라 이동시키고, 상기 무인 비행체의 위치 변화에 따른 상기 각 안테나 조합의 통신 파라미터 변화를 측정하고, 상기 통신 파라미터가 상기 설정된 기준값을 만족시키는 경우 상기 무인 비행체의 이동을 중지시키는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크를 위한 무인 비행체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 무인 비행체는 상기 무인 비행체의 위치 좌표 및 자세를 감지하는 동체 센서부; 및
   상기 제어부의 제어에 의해 정보를 저장하는 저장부; 를 더 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 무인 비행체의 위치 좌표 및 자세에 따른 각 안테나 조합의 통신 파라미터를 측정하고,
   상기 저장부에 상기 측정된 통신 파라미터를 저장하되,
   상기 기준값을 만족하는 통신 파라미터와 연관된 위치 좌표 및 자세 정보를 우수 통신 좌표로써 별도로 저장하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크를 위한 무인 비행체.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 모든 안테나 조합에 따른 통신 파라미터가 상기 기준값을 만족시키지 못할 때 상기 저장부에 상기 우수 통신 좌표가 존재하는 경우,
   상기 동력부를 통해 상기 무인 비행체를 상기 우수 통신 좌표로 이동시키는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크를 위한 무인 비행체.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 우수 통신 좌표가 복수로 존재하는 경우 하나의 우수 통신 좌표를 선택하되,
   상기 각 우수 통신 좌표와 연관된 통신 파라미터에 기초하여 우수 통신 좌표가 선택되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크를 위한 무인 비행체.
5. 제3항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 우수 통신 좌표가 복수로 존재하는 경우 하나의 우수 통신 좌표를 선택하되,
   상기 무인 비행체의 현재 위치 좌표와 상기 각 우수 통신 좌표 사이의 거리에 기초하여 우수 통신 좌표가 선택되는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크를 위한 무인 비행체.
6. 외부 통신 장치 사이에서 무선 네트워크를 형성하는 무인 비행체의 제어 방법에 있어서,
   무선 통신 수행시 이용중인 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 측정하는 단계;
   상기 측정된 통신 파라미터가 기 설정된 기준값을 만족하지 않는 경우, 안테나 중 적어도 하나의 새로운 안테나 조합에 따른 통신 파라미터를 개별적으로 측정하는 단계;
   상기 새로운 안테나 조합 중 상기 기준값을 만족하는 통신 파라미터 값이 측정된 안테나 조합을 선택하는 단계;
   상기 모든 안테나 조합에 따른 통신 파라미터가 상기 기준값을 만족시키지 못하는 경우, 동력부를 통해 상기 무인 비행체를 기 설정된 탐색 경로에 따라 이동시키며 통신 파라미터의 변화를 측정하는 단계; 및
   상기 통신 파라미터가 상기 설정된 기준값을 만족시키는 경우 상기 무인 비행체의 이동을 중지시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 네트워크를 위한 무인 비행체의 제어 방법.

Images