KR20160146062A - 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 장치 및 방법 - Google Patents

인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인공표식 인식 기술을 이용하여 무인비행기의 자기 위치를 인공표식을 근거로 착륙지점의 근접거리까지 이동 후 초음파 거리탐지 기술을 이용하여 초음파센서를 통해 획득한 거리정보를 근거로 무인비행기의 정밀착륙이 가능하도록 하는 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 장치 및 방법을 제공한다.

Description

인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR UNMANNED PLANE PRECISION LANDING USING ARTIFICIAL LANDMARK AND ULTRASONIC SENSOR}
본 발명은 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무인비행기의 자기 위치를 인공표식을 이용하여 착륙지점의 근접거리까지 이동 후 초음파센서를 이용하여 무인비행기의 정밀착륙이 가능하도록 하는 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 장치 및 방법에 관한 것이다.
무인비행기가 자동으로 착륙을 하기 위해서는 무인비행기 및 착륙지점의 위치를 정확히 파악하는 것이 가장 중요하다.
이동체의 위치를 파악하는 방법으로는 GPS와 같은 위치센서를 이용하는 방법, 카메라 영상을 이용하여 주변 환경을 인식하는 방법 등이 있으나, 각각 단점을 가지고 있다.
일반 GPS 센서의 경우 위치정확도가 매우 낮으며(위치오차가 10m 내외) 정확도가 높은 GPS 센서는 매우 고가이다. 그러나, 고가 GPS 제품이라 할지라도 주변에 높은 건물이 많은 경우(GPS 음영지역)에는 위치 정확도가 매우 떨어진다. 또한,
한편, 카메라 영상을 이용한 위치인식 방법은 미리 기억된(즉, 위치를 알고 있는) 영상 정보와 입력 영상을 매칭하여 자신의 위치를 파악하는 방법이다. 그러나, 일반적인 영상 인식은 영상의 특성상 날씨, 시간대, 조명 등에 따라 영상 변화가 심하기 때문에 인식 성공률이 낮고 영상처리에 시간이 많이 걸리는 문제점을 갖는다.
따라서, 실제 응용에 있어서는 식별이 용이하도록 제작된 인공표식을 바닥, 천장, 벽 등에 부착하고 이를 인식하는 방법이 주로 사용되어 왔다.
또한, 일반적인 영상 인식은 지근거리(50Cm 이내)의 영상을 식별하기 어려운 문제점이 있다.
이와 같이 인공표식을 이용한 위치인식 방법에 관련되는 선행기술로는, 대한민국공개특허 제10-2007-0066192호(실내 이동 로봇의 위치 인식 방법 및 장치), 대한민국공개특허 제10-2011-0066714호(이동로봇의 위치인식 장치 및 방법)이 있다.
대한민국공개특허 제10-2007-0066192호의 발명은 도 1과 같이 사각형 패치(5) 내부에 원형의 마크들(1, 2)을 배치한 형태의 표식을 제안하고 있다.
대한민국공개특허 제10-2011-0066714호의 발명은 도 2와 같이 사각형의 패치(7) 내부에 격자 패턴을 이용하여 표식 간의 ID를 식별하는 방식을 제안하고 있다.
한국공개특허 [10-2007-0066192](등록일자: 2007.06.27) 한국공개특허 [10-2011-0066714](공개일자: 2011.06.17)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 인공표식 인식 기술과 초음파 거리탐지 기술을 이용하여 무인비행기의 정밀 착륙을 시킬 수 있는 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실 시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 장치는, 외부 영상을 획득하는 영상획득부(100); 초음파센서(200); 상기 영상획득부(100)를 이용하여 획득된 영상으로부터 인공표식을 검출한 정보를 근거로 정밀고도계산높이까지 비행기를 이동시키고, 상기 영상획득부(100)를 이용하여 획득된 영상으로부터 인공표식을 검출한 정보 및 상기 초음파센서(200)로 측정된 거리정보를 근거로 정밀고도계산높이부터 착륙대기높이까지 비행기를 이동시키며, 상기 초음파센서(200)로 측정된 거리정보를 근거로 착륙대기높이부터 착륙 시 까지 무인비행기를 착륙시키는 정밀착륙제어부(300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 정밀착륙제어부(300)는 외부로부터 중심좌표 정보를 포함한 인공표식 규격정보, 비행임무정보, 및 GPS정보를 입력받아 저장하는 이륙정보저장부(310); 상기 영상획득부(100)로부터 획득된 영상으로부터 인공표식을 검출하는 인공표식검출부(320); 상기 인공표식검출부(320)로부터 검출된 인공표식 영상을 근거로 착륙방향을 결정하는 정보관리부(330); 상기 이륙정보저장부(310)에 저장된 인공표식 규격정보 및 상기 인공표식검출부(320)로부터 검출된 인공표식 영상을 근거로 상기 인공표식의 위치에 비행기가 접근하기 위한 접근정보를 산출하는 접근정보산출부(340); 상기 이륙정보저장부(310)에 저장된 인공표식 규격정보의 중심좌표정보 및 상기 인공표식검출부(320)로부터 검출된 인공표식 영상을 근거로 중심좌표와 비행기의 오차정보를 산출하는 중심좌표산출부(350); 및 상기 초음파센서(200)로부터 획득된 정보를 근거로 비행기의 고도를 산출하는 정밀고도산출부(360);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 정보관리부(330)는 인공표식 규격정보 및 인공표식 영상을 근거로 GPS위치좌표에서 자북을 결정하고, 중심좌표 인식 기준의 자북 결정에 의해 결정된 인공표식 각도를 근거로 착륙방향을 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 방법은 정밀착륙제어부가 외부로부터 중심좌표 정보를 포함한 인공표식 규격정보 및 비행임무정보를 입력받고, 이륙위치의 GPS정보를 획득하는 이륙준비 단계(S10); 무인비행기의 이륙 시 일정 높이까지 상승 후, 영상획득부(100)를 이용하여 이륙위치 영상을 획득하고, 정밀착륙제어부가 상기 이륙위치 영상 및 상기 이륙준비 단계(S10)의 인공표식 규격정보를 바탕으로 착륙방향을 결정하는 자동이륙 단계(S20); 무인비행기가 상기 이륙준비 단계(S10)의 비행임무정보를 바탕으로 비행임무를 수행하는 임무수행 단계(S30); 무인비행기가 비행임무 수행 후, 정밀착륙제어부가 상기 이륙준비 단계(S10)의 GPS정보를 바탕으로 해당 GPS좌표로 무인비행기를 이동시켜, 영상획득부(100)를 이용하여 착륙지점 영상을 획득하며, 획득한 착륙지점 영상 중 인공표식 영상을 검출하는 인공표식추적 단계(S40); 정밀착륙제어부가 상기 인공표식추적 단계(S40)에서 검출된 인공표식 영상을 근거로 미리 결정된 정밀고도계산높이까지 비행기의 위치를 동기화 시키며, 상기 인공표식추적 단계(S40)에서 검출된 인공표식 영상을 근거로 상기 자동이륙 단계(S20)의 착륙방향과 동기화시키는 인공표식기반하강 단계(S50); 정밀착륙제어부가 상기 정밀고도계산높이부터 미리 결정된 착륙대기높이까지 초음파센서(200)를 이용하여 정밀고도를 계산하되, 상기 인공표식 영상 및 정밀고도를 근거로 비행기의 위치 및 착륙방향을 동기화 시키는 듀얼기반하강 단계(S60); 및 정밀착륙제어부가 미리 결정된 착륙대기높이부터 초음파센서(200)를 이용한 정밀고도값을 근거로 무인비행기를 수직 하강시켜 착륙시키는 초음파센서기반착륙 단계(S70);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자동이륙 단계(S20)는 영상획득부(100)를 이용하여 이륙위치의 영상을 획득하는 이륙영상획득 단계(S21); 정밀착륙제어부가 상기 이륙영상획득 단계(S21)에서 획득한 영상 중 인공표식 영상을 검출하는 이륙인공표식검출 단계(S22); 및 정밀착륙제어부가 상기 이륙준비 단계(S10)의 인공표식 규격정보 및 상기 이륙인공표식검출 단계(S20)에서 획득한 인공표식 영상을 근거로 GPS위치좌표에서 자북을 결정하고, 중심좌표 인식 기준의 자북 결정에 의해 결정된 인공표식 각도를 근거로 착륙방향을 결정하는 착륙설정 단계(S23);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 인공표식기반하강 단계(S50)는 정밀착륙제어부가 상기 인공표식추적 단계(S40)에서 검출된 인공표식 영상을 근거로 인공표식 중심좌표 정밀위치를 계산하여, 이를 근거로 상기 비행기의 위치를 동기화 시키는 위치동기화 단계(S51); 및 정밀착륙제어부가 미리 결정된 정밀고도계산높이까지 상기 자동이륙 단계(S20)의 착륙방향과 동기화(각도를 정렬)시키며, 비행기의 위치를 동기화 시키는 각도동기화 단계(S52);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 장치 및 방법에 의하면, 인공표식 인식 기술을 이용하여 GPS정보의 오차를 보정할 수 있으며, 초음파 거리탐지 기술을 이용하여 무인비행기가 지면에 착륙할 때의 충격을 줄여 무인비행기를 정확하고 안전하게 자동 착륙 시킬 수 있는 효과가 있다.
아울러, 무인비행기의 이륙 시 이륙방향과 착륙방향을 일치시킴으로써, 무인비행기를 보다 안전하게 자동 착륙 시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 장치의 블록도.
도 2는 도 1의 세부 예시도.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 6은 무인비행기의 이륙 및 착륙 시 적용된 기술을 설명하기 위한 개념도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
설명에 앞서, 본 명세서( 및 특허청구범위)에서 사용되는 용어에 대해 간단히 설명하도록 한다.
'인공표식 인식 기술'이란 영상으로부터 추출된 인공표식을 기반으로 위치 및 각도 등을 계산하는 기술을 말한다.
'초음파 거리탐지 기술'이란 초음파의 도달시간을 이용하여 목표지점 까지의 거리를 측정하는 기술을 말한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 장치의 블록도이고, 도 2는 도 1의 세부 예시도이며, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 6은 무인비행기의 이륙 및 착륙 시 적용된 기술을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 장치는 영상획득부(100), 초음파센서(200), 정밀착륙제어부(300);
영상획득부(100)는 카메라 등을 이용하여 외부 영상을 획득한다.
초음파센서(200)는 초음파를 발생시키고 반사되어 되돌아온 초음파를 수신한다.
정밀착륙제어부(300)는 상기 영상획득부(100)를 이용하여 획득된 영상으로부터 인공표식을 검출한 정보를 근거로 정밀고도계산높이까지 비행기를 이동시키고, 상기 영상획득부(100)를 이용하여 획득된 영상으로부터 인공표식을 검출한 정보 및 상기 초음파센서(200)로 측정된 거리정보를 근거로 정밀고도계산높이부터 착륙대기높이까지 비행기를 이동시키며, 상기 초음파센서(200)로 측정된 거리정보를 근거로 착륙대기높이부터 착륙 시 까지 무인비행기를 착륙시킨다.
여기서, 정밀고도계산높이는 초음파센서(200)를 가동시키는 높이를 말하는 것으로, 영상획득부(100)로 획득된 영상의 식별 가능 높이에 제약이 있기 때문에 부족한 부분을 초음파센서(200)로 보완하기 위해 설정한 높이를 말한다. 예를 들어 3 m 이내에서 정밀고도계산높이를 설정할 수 있다.
착륙대기높이는 영상획득부(100)로 획득된 영상의 식별 가능 높이에 제약이 있기 때문에, 영상획득부(100)로 획득된 영상 정보를 사용하지 않고 초음파센서(200)로 측정한 거리에 의존하여 착륙하기 위해 설정한 높이를 말한다. 예를 들어 1 m 이내에서 착륙대기높이를 설정(일반적으로 50 Cm 이내에서 획득한 영상은 초점이 안 맞아 사용하기 어려움)할 수 있다.
즉, 정밀고도계산높이에 무인비행기가 다다를 때 까지는 인공표식 인식 기술을 사용하고, 정밀고도계산높이부터 착륙대기높이 까지는 인공표식 인식 기술 및 초음파 거리탐지 기술을 모두 사용하며, 착륙대기높이부터 착륙 시 까지는 초음파 거리탐지 기술을 사용하여 무인비행기를 착륙 시킨다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 정밀착륙제어부(300)는 이륙정보저장부(310), 인공표식검출부(320), 정보관리부(330), 접근정보산출부(340), 중심좌표산출부(350) 및 정밀고도산출부(360)를 포함할 수 있다.
이륙정보저장부(310)는 외부로부터 중심좌표 정보를 포함한 인공표식 규격정보, 비행임무정보, 및 GPS정보를 입력받아 저장한다.
인공표식은 무인비행기의 착륙지점 및 착륙방향을 확인하기 위해 필요한 것으로, 특정 규칙에 해당하는 표시를 말한다. 즉, 영상으로부터 인공표식을 검출하게 되면, GPS 위치좌표에서 자북을 결정할 수 있고, 중심좌표 인식 기준의 자북 결정에 의해 인공표식 각도를 계산할 수 있다.
즉, 중심좌표 결정이후 GPS좌표 및 자북정보에 의한 착륙방향을 결정할 수 있다.
인공표식검출부(320)는 상기 영상획득부(100)로부터 획득된 영상으로부터 인공표식을 검출한다.
이때, 상기 인공표식검출부(320)는 인공표식 규격정보를 근거로 상기 영상획득부(100)로부터 획득된 영상에서 인공표식을 검출한다.
정보관리부(330)는 상기 인공표식검출부(320)로부터 검출된 인공표식 영상을 근거로 착륙방향을 결정한다.
무인비행기의 이륙 시 무인비행기가 향하는 각도를 착륙방향으로 결정할 수 있으며, 무인비행기의 이륙 후 일정 높이에서 획득한 영상으로부터 인공표식을 검출하고, 이를 바탕으로 착륙방향을 결정할 수 있다.
이때, 상기 정보관리부(330)는 인공표식 규격정보 및 인공표식 영상을 근거로 GPS위치좌표에서 자북을 결정하고, 중심좌표 인식 기준의 자북 결정에 의해 결정된 인공표식 각도를 근거로 착륙방향을 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 무인비행기의 이륙 후 일정 높이에서 획득한 영상으로부터 인공표식을 검출하게 되면, 인공표식 규격정보와 비교하여 자북방향이 어느 방향인지 확인이 가능하며, 이를 근거로 무인비행기가 어느 방향을 향하고 있는지 확인할 수 있고, 그 방향을 착륙방향으로 결정할 수 있다.
접근정보산출부(340)는 상기 이륙정보저장부(310)에 저장된 인공표식 규격정보 및 상기 인공표식검출부(320)로부터 검출된 인공표식 영상을 근거로 상기 인공표식의 위치에 비행기가 접근하기 위한 접근정보를 산출한다.
상기 접근정보산출부(340)는 착륙을 하고자 하는 무인비행기를 인공표식의 좌표로 이동시키기 위한 접근정보를 산출한다. 상기 접근정보는 10m이상 고도에서 인공표식으로 접근을 위한 무인비행체와 인공표식 사이 각도 추출을 위한 회전각처리 정보를 산출 할 수 있다. 영상내의 기준 점으로부터 어느 특정 점까지의 방향과 각도를 구하는 공식은 삼각함수(atan)를 이용하여 구할 수 있다. 영상은 픽셀 단위로 처리되므로 픽셀을 기준으로 처리한다. 기준점은 영상의 하단 가운데로 정할 수 있으며, 영상에서 원하는 대상의 중심 좌표를 찾아서 기준 픽셀과의 차이를 구한다.
중심좌표산출부(350)는 상기 이륙정보저장부(310)에 저장된 인공표식 규격정보의 중심좌표정보 및 상기 인공표식검출부(320)로부터 검출된 인공표식 영상을 근거로 중심좌표와 비행기의 오차정보를 산출한다.
무인비행기 기준 인공표식의 중심좌표에서 오차 위치를 계산할 수 있으며, 무인비행기가 어느 방향으로 얼마만큼 벗어난 위치에 있는지 확인 할 수 있다.
즉, 중심좌표와 무인비행기의 위치정보에 따라 무인비행기를 중심좌표로 이동이 가능한 제어정보 출력하여 무인비행기가 중심좌표 지점으로 이동할 수 있도록 유도가 가능 하다.
정밀고도산출부(360)는 상기 초음파센서(200)로부터 획득된 정보를 근거로 비행기의 고도를 산출한다.
즉, 초음파센서가 지상과 수직한 방향으로 초음파를 보내고 반사되어 되돌아온 초음파를 수신하면 지상으로부터의 높이를 산출할 수 있다.
도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 방법은 이륙준비 단계(S10), 자동이륙 단계(S20), 임무수행 단계(S30), 인공표식추적 단계(S40), 인공표식기반하강 단계(S50), 듀얼기반하강 단계(S60) 및 초음파센서기반착륙 단계(S70)를 포함한다.
이륙준비 단계(S10)는 정밀착륙제어부가 외부로부터 중심좌표 정보를 포함한 인공표식 규격정보 및 비행임무정보를 입력받고, 이륙위치의 GPS정보를 획득한다.
즉, 무인비행기의 비행 이전에 무인비행기가 비행해야 할 경로 등을 입력받고, 이착륙장의 인공표식이 어떤 것인지 입력받은 후, 이륙 직전에 이륙위치의 GPS정보를 수신 받는다.
자동이륙 단계(S20)는 무인비행기의 이륙 시 일정 높이까지 상승 후, 영상획득부(100)를 이용하여 이륙위치 영상을 획득하고, 정밀착륙제어부가 상기 이륙위치 영상 및 상기 이륙준비 단계(S10)의 인공표식 규격정보를 바탕으로 착륙방향을 결정한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 자동이륙 단계(S20)는 이륙영상획득 단계(S21), 이륙인공표식검출 단계(S22) 및 착륙설정 단계(S23)를 포함할 수 있다.
이륙영상획득 단계(S21)는 영상획득부(100)를 이용하여 이륙위치의 영상을 획득한다.
상기 이륙영상획득 단계(S21)는 무인비행기기 일정 높이까지 상승 후 영상을 획득하게 되는데, 인공표식을 추출하기 용이한 영상을 획득할 수 있는 높이에서 무인비행기가 영상을 획득하는 것이 바람직하며, 일반적으로 5 m 이내의 영상을 획득하는 것이 바람직하다.
이륙인공표식검출 단계(S22)는 정밀착륙제어부가 상기 이륙영상획득 단계(S21)에서 획득한 영상 중 인공표식 영상을 검출한다.
착륙설정 단계(S23)는 정밀착륙제어부가 상기 이륙준비 단계(S10)의 인공표식 규격정보 및 상기 이륙인공표식검출 단계(S20)에서 획득한 인공표식 영상을 근거로 GPS위치좌표에서 자북을 결정하고, 중심좌표 인식 기준의 자북 결정에 의해 결정된 인공표식 각도를 근거로 착륙방향을 결정한다.
이륙인공표식검출 단계(S20)에서 획득한 인공표식 영상으로부터 인공표식을 검출하게 되면, 인공표식 규격정보와 비교하여 자북방향이 어느 방향인지 확인이 가능하며, 이를 근거로 무인비행기가 어느 방향을 향하고 있는지 확인할 수 있고, 그 방향을 착륙방향으로 결정할 수 있다.
즉, 무인항공기를 안전하게 착륙시키기 위해, 비행임무를 수행하기 전, 착륙에 필요한 정보(착륙방향 등)를 획득해야 한다.
임무수행 단계(S30)는 무인비행기가 상기 이륙준비 단계(S10)의 비행임무정보를 바탕으로 비행임무를 수행한다.
인공표식추적 단계(S40)는 무인비행기가 비행임무 수행 후, 정밀착륙제어부가 상기 이륙준비 단계(S10)의 GPS정보를 바탕으로 해당 GPS좌표로 무인비행기를 이동시켜, 영상획득부(100)를 이용하여 착륙지점 영상을 획득하며, 획득한 착륙지점 영상 중 인공표식 영상을 검출한다.
즉, 무인비행기가 착륙지점의 GPS 좌표로 이동하고, 주변의 영상을 촬영하며, 촬영된 영상 중 인공표식을 검출할 수 있는 영상을 획득할 때 까지 주변의 영상을 촬영한다. GPS 정보에는 오차가 발생되기 때문에, 정확한 착륙지점을 찾아 착륙하기 위해 인공표식을 검출해야 한다.
인공표식기반하강 단계(S50)는 정밀착륙제어부가 상기 인공표식추적 단계(S40)에서 검출된 인공표식 영상을 근거로 미리 결정된 정밀고도계산높이까지 비행기의 위치를 동기화 시키며, 상기 인공표식추적 단계(S40)에서 검출된 인공표식 영상을 근거로 상기 자동이륙 단계(S20)의 착륙방향과 동기화시킨다.
인공표식이 검출되었다는 것은 착륙지점을 확인했다는 것이고, 무인비행기를 착륙지점으로 이동시켜야 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 인공표식기반하강 단계(S50)는 위치동기화 단계(S51) 및 각도동기화 단계(S52)를 포함할 수 있다.
위치동기화 단계(S51)는 정밀착륙제어부가 상기 인공표식추적 단계(S40)에서 검출된 인공표식 영상을 근거로 인공표식 중심좌표 정밀위치를 계산하여, 이를 근거로 상기 비행기의 위치를 동기화 시킨다.
즉, 착륙을 하고자 하는 무인비행기를 인공표식의 좌표로 이동시키기 위한 접근정보를 산출한다. 상기 접근정보는 10m이상 고도에서 인공표식으로 접근을 위한 무인비행체와 인공표식 사이 각도 추출을 위한 회전각처리 정보를 산출 할 수 있다. 영상내의 기준 점으로부터 어느 특정 점까지의 방향과 각도를 구하는 공식은 삼각함수(atan)를 이용하여 구할 수 있다. 영상은 픽셀 단위로 처리되므로 픽셀을 기준으로 처리한다. 기준점은 영상의 하단 가운데로 정할 수 있으며, 영상에서 원하는 대상의 중심 좌표를 찾아서 기준 픽셀과의 차이를 구한다.
각도동기화 단계(S52)는 정밀착륙제어부가 미리 결정된 정밀고도계산높이까지 상기 자동이륙 단계(S20)의 착륙방향과 동기화(각도를 정렬)시키며, 비행기의 위치를 동기화 시킨다.
사각형의 인공표식을 예로 들면, 4 개의 모서리 별 회전각도를 근거로 무인비행체의 착륙방향과 틀어진 각도를 구할 수 있다. 이는, 이륙한 궤적과 착륙하는 궤적이 유사한 것이 무인비행기를 안전하게 착륙 시킬 수 있기 때문이다.
듀얼기반하강 단계(S60)는 정밀착륙제어부가 상기 정밀고도계산높이부터 미리 결정된 착륙대기높이까지 초음파센서(200)를 이용하여 정밀고도를 계산하되, 상기 인공표식 영상 및 정밀고도를 근거로 비행기의 위치 및 착륙방향을 동기화 시킨다.
이때, 인공표식 영상 및 정밀고도를 근거로 무인비행기 기준 인공표식의 중심좌표에서 오차 위치를 계산할 수 있으며, 무인비행기가 어느 방향으로 얼마만큼 벗어난 위치에 있는지 확인 할 수 있다.
즉, 중심좌표와 무인비행기의 위치정보에 따라 무인비행기를 중심좌표로 이동이 가능한 제어정보 출력하여 무인비행기가 중심좌표 지점(착륙지점의 지면으로부터 수직한 위치)으로 이동할 수 있도록 유도가 가능 하다.
초음파센서기반착륙 단계(S70)는 정밀착륙제어부가 미리 결정된 착륙대기높이부터 초음파센서(200)를 이용한 정밀고도값을 근거로 무인비행기를 수직 하강시켜 착륙시킨다.
일반적으로 50 Cm 이내에서 획득한 영상은 초점이 안 맞아 사용하기 어렵기 때문에 이때에는 무인비행기의 좌표가 크게 변동되지 않으며, 지면에 큰 충격을 주지 않고 안전하게 착륙할 수 있도록 초음파센서(200)를 이용한 정밀고도값을 근거로 무인비행기의 속도를 조절할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: 영상획득부
200: 초음파센서
300: 정밀착륙제어부
310: 이륙정보저장부 320: 인공표식검출부
330: 정보관리부 340: 접근정보산출부
350: 중심좌표산출부 360: 정밀고도산출부
S10: 이륙준비 단계
S20: 자동이륙 단계
S21: 이륙영상획득 단계 S22: 이륙인공표식검출 단계
S23: 착륙설정 단계
S30: 임무수행 단계
S40: 인공표식추적 단계
S50: 인공표식기반하강 단계
S51: 위치동기화 단계 S52: 각도동기화 단계
S60: 듀얼기반하강 단계
S70: 초음파센서기반착륙 단계

Claims (6)

  1. 외부 영상을 획득하는 영상획득부(100);
    초음파센서(200);
    상기 영상획득부(100)를 이용하여 획득된 영상으로부터 인공표식을 검출한 정보를 근거로 정밀고도계산높이까지 비행기를 이동시키고, 상기 영상획득부(100)를 이용하여 획득된 영상으로부터 인공표식을 검출한 정보 및 상기 초음파센서(200)로 측정된 거리정보를 근거로 정밀고도계산높이부터 착륙대기높이까지 비행기를 이동시키며, 상기 초음파센서(200)로 측정된 거리정보를 근거로 착륙대기높이부터 착륙 시 까지 무인비행기를 착륙시키는 정밀착륙제어부(300);
    를 포함하는 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정밀착륙제어부(300)는
    외부로부터 중심좌표 정보를 포함한 인공표식 규격정보, 비행임무정보, 및 GPS정보를 입력받아 저장하는 이륙정보저장부(310);
    상기 영상획득부(100)로부터 획득된 영상으로부터 인공표식을 검출하는 인공표식검출부(320);
    상기 인공표식검출부(320)로부터 검출된 인공표식 영상을 근거로 착륙방향을 결정하는 정보관리부(330);
    상기 이륙정보저장부(310)에 저장된 인공표식 규격정보 및 상기 인공표식검출부(320)로부터 검출된 인공표식 영상을 근거로 상기 인공표식의 위치에 비행기가 접근하기 위한 접근정보를 산출하는 접근정보산출부(340);
    상기 이륙정보저장부(310)에 저장된 인공표식 규격정보의 중심좌표정보 및 상기 인공표식검출부(320)로부터 검출된 인공표식 영상을 근거로 중심좌표와 비행기의 오차정보를 산출하는 중심좌표산출부(350); 및
    상기 초음파센서(200)로부터 획득된 정보를 근거로 비행기의 고도를 산출하는 정밀고도산출부(360);
    를 포함하는 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 정보관리부(330)는
    인공표식 규격정보 및 인공표식 영상을 근거로 GPS위치좌표에서 자북을 결정하고, 중심좌표 인식 기준의 자북 결정에 의해 결정된 인공표식 각도를 근거로 착륙방향을 결정하는 것을 특징으로 하는 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 장치.
  4. 정밀착륙제어부가 외부로부터 중심좌표 정보를 포함한 인공표식 규격정보 및 비행임무정보를 입력받고, 이륙위치의 GPS정보를 획득하는 이륙준비 단계(S10);
    무인비행기의 이륙 시 일정 높이까지 상승 후, 영상획득부(100)를 이용하여 이륙위치 영상을 획득하고, 정밀착륙제어부가 상기 이륙위치 영상 및 상기 이륙준비 단계(S10)의 인공표식 규격정보를 바탕으로 착륙방향을 결정하는 자동이륙 단계(S20);
    무인비행기가 상기 이륙준비 단계(S10)의 비행임무정보를 바탕으로 비행임무를 수행하는 임무수행 단계(S30);
    무인비행기가 비행임무 수행 후, 정밀착륙제어부가 상기 이륙준비 단계(S10)의 GPS정보를 바탕으로 해당 GPS좌표로 무인비행기를 이동시켜, 영상획득부(100)를 이용하여 착륙지점 영상을 획득하며, 획득한 착륙지점 영상 중 인공표식 영상을 검출하는 인공표식추적 단계(S40);
    정밀착륙제어부가 상기 인공표식추적 단계(S40)에서 검출된 인공표식 영상을 근거로 미리 결정된 정밀고도계산높이까지 비행기의 위치를 동기화 시키며, 상기 인공표식추적 단계(S40)에서 검출된 인공표식 영상을 근거로 상기 자동이륙 단계(S20)의 착륙방향과 동기화시키는 인공표식기반하강 단계(S50);
    정밀착륙제어부가 상기 정밀고도계산높이부터 미리 결정된 착륙대기높이까지 초음파센서(200)를 이용하여 정밀고도를 계산하되, 상기 인공표식 영상 및 정밀고도를 근거로 비행기의 위치 및 착륙방향을 동기화 시키는 듀얼기반하강 단계(S60); 및
    정밀착륙제어부가 미리 결정된 착륙대기높이부터 초음파센서(200)를 이용한 정밀고도값을 근거로 무인비행기를 수직 하강시켜 착륙시키는 초음파센서기반착륙 단계(S70);
    를 포함하는 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 자동이륙 단계(S20)는
    영상획득부(100)를 이용하여 이륙위치의 영상을 획득하는 이륙영상획득 단계(S21);
    정밀착륙제어부가 상기 이륙영상획득 단계(S21)에서 획득한 영상 중 인공표식 영상을 검출하는 이륙인공표식검출 단계(S22); 및
    정밀착륙제어부가 상기 이륙준비 단계(S10)의 인공표식 규격정보 및 상기 이륙인공표식검출 단계(S20)에서 획득한 인공표식 영상을 근거로 GPS위치좌표에서 자북을 결정하고, 중심좌표 인식 기준의 자북 결정에 의해 결정된 인공표식 각도를 근거로 착륙방향을 결정하는 착륙설정 단계(S23);
    를 포함하는 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 인공표식기반하강 단계(S50)는
    정밀착륙제어부가 상기 인공표식추적 단계(S40)에서 검출된 인공표식 영상을 근거로 인공표식 중심좌표 정밀위치를 계산하여, 이를 근거로 상기 비행기의 위치를 동기화 시키는 위치동기화 단계(S51); 및
    정밀착륙제어부가 미리 결정된 정밀고도계산높이까지 상기 자동이륙 단계(S20)의 착륙방향과 동기화시키며, 비행기의 위치를 동기화 시키는 각도동기화 단계(S52);
    를 포함하는 인공표식 및 초음파센서를 이용한 무인비행기 정밀착륙 방법.
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