KR20180096847A - 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 정밀유도 낙하산(Parafoil) 시스템을 목표지점에 정확하게 착륙시키기 위한 경로를 자동으로 생성해주는 알고리즘이다. 임무 계획이 잘못 되었을 경우 낙하산이 목표지점에 도착하기 전에 고도를 모두 손실하여 지면에 떨어지거나 도착지점에서 고도가 남아 지나쳐버릴 수 있다. 자동 임무계획 알고리즘은 낙하산의 활공성능, 선회 시의 고도하강, 고도별 풍향, 풍속을 고려하여 목표지점에 도착 가능한지 계산한다. 그리고 도착지점에서의 고도 여유를 계산하여 에너지 소모 구간의 선회 횟수 및 선회 반경을 자동으로 조절한다. 또 착륙 지점의 바람 방향을 고려하여 맞바람으로 안전하게 착륙 할 수 있도록 경로 임무를 생성하는 장점을 갖는 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법에 관한 것이다.
본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법은 목표 위치를 입력하는 단계와, 고도별 바람의 풍향, 풍속을 입력하는 단계와, 투하 위치를 계산하는 단계와, 상기 바람의 풍향, 풍속과 낙하산의 활공비를 계산하여 상기 투하 위치로부터 상기 목표 위치에 투하 되기까지의 기본 경로를 생성하는 단계와, 상기 낙하산의 고도 여유를 계산하고, 상기 낙하산의 위치에 따른 에너지 소모구간에서의 선회 횟수를 계산하는 고도 마진 계산 단계 및 상기 낙하산의 선회 횟수에 따른 선회 반경을 계산하여 최적화된 고도 여유값으로 상기 낙하산이 투하되도록 하는 고도 마진 재계산 단계를 포함한다.
본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법은 목표 위치를 입력하는 단계와, 고도별 바람의 풍향, 풍속을 입력하는 단계와, 투하 위치를 계산하는 단계와, 상기 바람의 풍향, 풍속과 낙하산의 활공비를 계산하여 상기 투하 위치로부터 상기 목표 위치에 투하 되기까지의 기본 경로를 생성하는 단계와, 상기 낙하산의 고도 여유를 계산하고, 상기 낙하산의 위치에 따른 에너지 소모구간에서의 선회 횟수를 계산하는 고도 마진 계산 단계 및 상기 낙하산의 선회 횟수에 따른 선회 반경을 계산하여 최적화된 고도 여유값으로 상기 낙하산이 투하되도록 하는 고도 마진 재계산 단계를 포함한다.
Description
본 명세서에 개시된 내용은 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법에 관한 것으로, 특히, 고도별 바람 방향, 낙하산의 활공 성능, 선회시 고도 하강률 등을 고려하여 자동으로 임무경로를 계산하는 임무계획 알고리즘을 적용하여 목표지점에 정확하게 낙하산을 착륙시킬 수 있는 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
화물을 목적지로 보급하는 방법 중 육로 보급 방법은 지진 또는 전쟁 등으로 인해 운송로가 확보되지 않는 경우에는 이용할 수가 없는데, 이런 경우 항공기를 이용하여 공중에서 목적지로 화물을 원형 낙하산에 연결하여 공중 투하하는 공중 보급 방법이 이용되고 있다.
공중 보급 방법은 지리적인 제약은 받지 않지만, 고도, 항공기의 속도 및 바람과 같은 외란 등에 의하여 화물을 목적지에 정확히 전달하기가 어렵다는 단점이 있다.
따라서, 통상적인 원형 낙하산이 아닌 비행제어가 가능한 파라포일 형상의 유도낙하산을 사용하는 방법이 최근 사용되고 있다.
미국 특허등록공보 제 6343244호 및 미국 특허공개공보 제 2004-0084567호에는 이와 같은 유도낙하산 운송시스템이 개시되어 있는데, 상기의 개시는 풍속/풍향 측정 수단, 착륙경로 결정 수단 및 비행제어 수단을 구비하는 구성으로 되어 있으며, 낙하산이 산개된 후 풍향/풍속을 측정하고 순방향 경로로 진행하고 순방향 하강하도록 착륙 비행 경로를 설정하며, 상기 착륙 비행 경로에 근접하게 비행하도록 안내하며, 상기 착륙 비행 경로를 따라 하강시키는 단계를 구비한다.
또한, 미국 특허공개공보 제2004-0084567호에 개시된 발명은 작은 화물을 운송하는 소형이며 저가인 운송시스템에는, 낙하산부, 낙하산 커버방출 검출센서, GPS센서, 수평베어링센서, 유도제어 및 단일 모터를 구비하는 구성이 개시되어 있다.
상기의 시스템은 목적지를 이탈하면 진행방향과 직교하는 수평 방향으로 회전하도록 모터에 의해 안내되며, 목적지로부터 소정 반경지점까지는 직선 코스로 비행한 후 목적지의 위에서는 원형을 그리며 비행하도록 되어 있다.
그러나, 상기 개시된 문헌들은 임무 계획이 잘못 되었을 경우 낙하산이 목표지점에 도착하기 전에 고도를 모두 손실하여 지면에 떨어지거나 도착지점에서 고도가 남아 지나쳐버릴 수 있는 문제에 대한 개시가 없다.
또한, 상기된 문제의 해결방안을 위한 임무계획 알고리즘을 적용하되, 낙하산의 활공성능, 선회 시의 고도하강, 고도별 풍향, 풍속에 전반적인 문제를 고려하여 목표지점에 보다 정확하게 정밀유도 되도록 계산하는 알고리즘에 대한 개시가 없다.
그리고, 도착지점에서의 고도 여유를 계산하여 에너지 소모 구간의 선회 횟수 및 선회 반경을 자동으로 조절하고, 착륙 지점의 바람 방향을 고려하여 맞바람으로 안전하게 착륙 할 수 있도록 경로 임무를 생성하도록 하는 개시가 없다.
1. 한국 특허등록 제10-0673523호(2007.01.17)
2. 한국 특허등록 제10-1235910호(2013.02.15)
임무 계획이 잘못 되었을 경우 낙하산이 목표지점에 도착하기 전에 고도를 모두 손실하여 지면에 떨어지거나 도착지점에서 고도가 남아 지나쳐버릴 수 있는 문제가 해결되는 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법을 제공하고자 한다.
상기된 문제의 해결방안을 위한 임무계획 알고리즘을 적용하되, 낙하산의 활공성능, 선회 시의 고도하강, 고도별 풍향, 풍속에 전반적인 문제를 고려하여 목표지점에 보다 정확하게 정밀유도 되도록 계산하는 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법을 제공하고자 한다.
도착지점에서의 고도 여유를 계산하여 에너지 소모 구간의 선회 횟수 및 선회 반경을 자동으로 조절하고, 착륙 지점의 바람 방향을 고려하여 맞바람으로 안전하게 착륙 할 수 있도록 경로 임무를 생성하도록 하는 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법을 제공하고자 한다.
자동으로 임무경로를 계산하여, 목표지점에 정확하게 낙하산을 착륙시키기 위한 임무계획 알고리즘으로 정밀 공중보급시스템의 정밀도를 향상시킬 수 있는 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법을 제공하고자 한다.
실시예에 의한 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법은, 목표 위치를 입력하는 단계와, 고도별 바람의 풍향, 풍속을 입력하는 단계와, 투하 위치를 계산하는 단계와, 상기 바람의 풍향, 풍속과 낙하산의 활공비를 계산하여 상기 투하 위치로부터 상기 목표 위치에 투하 되기까지의 기본 경로를 생성하는 단계와, 상기 낙하산의 고도 여유를 계산하고, 상기 낙하산의 위치에 따른 에너지 소모구간에서의 선회 횟수를 계산하는 고도 마진 계산 단계 및 상기 낙하산의 선회 횟수에 따른 선회 반경을 계산하여 최적화된 고도 여유값으로 상기 낙하산이 투하되도록 하는 고도 마진 재계산 단계를 포함한다.
실시예에 의하면, 상기 투하 위치 계산 단계는 상기 낙하산 투하 위치의 결정을 수동 또는 자동으로 선택적으로 입력되게 하는 단계를 포함한다.
실시예에 의하면, 상기 낙하산의 고도 여유 계산은, 초기 에너지를 결정하는 런치 단계와, 상기 낙하산이 상기 기본 경로를 생성하는 단계로부터 설정된 사용자 지정 경로점을 비행하도록 결정하는 호밍 단계와, 상기 에너지 소모 구간에서 상기 낙하산이 상기 목표 위치에 투하되기 위한 충분한 고도 확보와 정확한 탄착을 결정하기 위한 에너지 관리 단계와, 상기 낙하산이 상기 바람을 고려한 선회 시작 지점을 결정하는 종말유도 단계를 포함한다.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재되어 있는 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법으로 운용되는 낙하산의 자동 조종장치는, 낙하산에 연결된 낙하산줄을 보관하는 캐노피백에 조절줄로 연결되며, 내부에 지피에스와 에어센서가 구비된 자동유도장치부와, 상기 자동유도장치부의 내부에 설치되며, 상기 지피에스와 상기 에어센서의 신호를 전송받아 상기 낙하산의 비행을 제어하는 비행 제어 컴퓨터와, 상기 비행 제어 컴퓨터와 연동되게 상기 자동유도장치부에 설치되며, 상기 낙하산의 산개를 위해 구동되는 모터부를 제어하는 전면 패널 컨트롤러와, 상기 비행 제어 컴퓨터에 미리 설정된 신호를 송신하여 상기 비행 제어 컴퓨터를 통해 상기 낙하산의 비행을 조절하는 조종장치부를 포함한다.
실시예에 의하면, 상기 모터부는, 모터와, 상기 모터에 연동되어 회전 방향을 제어하는 모터 브라이브와, 상기 조절줄이 풀리를 통해 연결되며, 상기 모터에 연결되어 회전속도를 제어하는 감속기와, 상기 모터에 엔코더를 통해 연동되어 상기 모터를 제어하는 제어보드 및 상기 제어보드에 전원을 제공하는 배터리를 포함한다.
이상에서와 같은 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법은, 임무 계획이 잘못 되었을 경우 낙하산이 목표지점에 도착하기 전에 고도를 모두 손실하여 지면에 떨어지거나 도착지점에서 고도가 남아 지나쳐버릴 수 있는 문제가 해결되는 장점을 갖는다.
상기된 문제의 해결방안을 위한 임무계획 알고리즘을 적용하되, 낙하산의 활공성능, 선회 시의 고도하강, 고도별 풍향, 풍속에 전반적인 문제를 고려하여 목표지점에 보다 정확하게 정밀유도 되도록 계산하는 장점을 갖는다.
도착지점에서의 고도 여유를 계산하여 에너지 소모 구간의 선회 횟수 및 선회 반경을 자동으로 조절하고, 착륙 지점의 바람 방향을 고려하여 맞바람으로 안전하게 착륙 할 수 있도록 경로 임무를 생성하도록 하는 장점을 갖는다.
자동으로 임무경로를 계산하여, 목표지점에 정확하게 낙하산을 착륙시키기 위한 임무계획 알고리즘으로 정밀 공중보급시스템의 정밀도를 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다.
군용 물자 보급, 위험지역 물품 수송 등의 화물 공중보급이 가능하고, 나아가 항공, 임무계획, 유도제어, 정보통신분야에 대한 접목이 용이하며, 군사용 또는 특수한 목적으로 사용되는 정밀유도 낙하산시스템 운용에 필수적인 프로그램으로 군의 수요를 충족가능한 장점을 갖는다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법의 운용 흐름도.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법에 따른 임무 경로를 보여주는 도면.
도 4는 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법의 고도 여유 계산 단계를 설명하기 위한 도면.
도 5a 내지 도 5c는 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법의 고도 계산의 설명을 위한 도면.
도 6은 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법의 임무 계획 프로그램을 보여주는 도면.
도 7은 도 6의 임무 계획 프로그램의 구성을 보여주는 도면.
도 8은 도 6의 임무 계획 프로그램의 임무 가능 여부의 계산을 위한 도면.
도 9는 내지 도 14는 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법의 시물레이션을 보여주는 도면.
도 15는 도 9 내지 도 14의 시물레이션에 사용된 모델을 보여주는 도면.
도 16은 도 15의 모델의 구성을 구체적으로 보여주는 도면.
도 17 내지 도 21은 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법의 시물레이션 결과를 나타낸 도면.
도 22는 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법으로 운용되는 낙하산의 자동 조종장치의 비행제어 컴퓨터를 보여주는 도면.
도 23은 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법으로 운용되는 낙하산의 제품 구성품의 도면.
도 24는 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법으로 운용되는 낙하산의 자동 조종장치의 하드웨어 구성을 보여주는 도면.
도 25는 도 24의 낙하산의 자동 조종장치의 하드웨어 구성을 포함한 시스템 구성을 보여주는 도면.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법의 운용 흐름도.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법에 따른 임무 경로를 보여주는 도면.
도 4는 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법의 고도 여유 계산 단계를 설명하기 위한 도면.
도 5a 내지 도 5c는 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법의 고도 계산의 설명을 위한 도면.
도 6은 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법의 임무 계획 프로그램을 보여주는 도면.
도 7은 도 6의 임무 계획 프로그램의 구성을 보여주는 도면.
도 8은 도 6의 임무 계획 프로그램의 임무 가능 여부의 계산을 위한 도면.
도 9는 내지 도 14는 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법의 시물레이션을 보여주는 도면.
도 15는 도 9 내지 도 14의 시물레이션에 사용된 모델을 보여주는 도면.
도 16은 도 15의 모델의 구성을 구체적으로 보여주는 도면.
도 17 내지 도 21은 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법의 시물레이션 결과를 나타낸 도면.
도 22는 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법으로 운용되는 낙하산의 자동 조종장치의 비행제어 컴퓨터를 보여주는 도면.
도 23은 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법으로 운용되는 낙하산의 제품 구성품의 도면.
도 24는 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법으로 운용되는 낙하산의 자동 조종장치의 하드웨어 구성을 보여주는 도면.
도 25는 도 24의 낙하산의 자동 조종장치의 하드웨어 구성을 포함한 시스템 구성을 보여주는 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
먼저, 본 개시의 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법에서는 낙하산, 파라포일, 고도, 풍향, 풍속, 활공, 선회, 알고리즘, 유도, 캐노피백, 지피에스, 에어센서, 산개, 모터, 모터 드라이브, 감속기, 엔코더 등 본 개시가 속한 관련기술에서 통상적으로 사용되는 구성요소에 대해서는 별도의 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법을 설명하기 위한 도면, 도 2는 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법의 운용 흐름도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법은 낙하산의 최종 착륙 지점의 목표 위치를 입력하는 단계(S10)와, 낙하 산의 비행에 따른 고도별 바람의 풍향, 풍속을 입력하는 단계(S20)와, 낙하산의 활공성능, 선회 시의 고도하강, 고도별 풍향, 풍속을 고려하여 목표지점에 도착 가능한지 투하 위치를 계산하는 단계(S30)와, 상기 바람의 풍향, 풍속과 낙하산의 활공비를 계산하여 상기 투하 위치로부터 상기 목표 위치에 투하 되기까지의 기본 경로를 생성하는 단계(S40)와, 상기 낙하산의 고도 여유를 계산하고, 상기 낙하산의 위치에 따른 에너지 소모구간에서의 선회 횟수를 계산하는 즉, 낙하산의 기본 경로에 최적화된 노선을 따라 비행되도록 선회 횟수를 증가하거나 감소시키는 고도 마진 계산 단계(S50) 및 상기 낙하산의 선회 횟수에 따른 선회 반경을 증가하거나 감소시키도록 계산하여 최적화된 고도 여유값으로 상기 낙하산이 투하되도록 하는 고도 마진 재계산 단계(S60)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 이러한 본 개시의 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법은 입력 단위를 선택하여 목표 위치 입력 단계(S10)를 수행하되, 목표 위치 입력을 간략하거나 상세하도록 선택적으로 고도별 풍향, 풍속 입력 단계(S20)를 수행한 후, 상기 투하 위치 계산 단계(S30)에서, 상기 낙하산 투하 위치의 결정을 수동 또는 자동으로 선택적으로 입력되게 하는 단계(S30')를 포함할 수 있다. 상기된 바에 따른 본 개시의 투하 위치의 수동 또는 자동 선택 단계(S30')에서 수동입력이 선택된 경우에는 수동으로 투하 위치 입력을 직접 입력하고 임무 가능 여부를 계산하여 성공하게 되면 임무 저장 및 업로드하게 되고, 실패를 하게되면 투하 위치 입력을 다시 실행한다. 또한, 자동입력이 선택된 경우에는 투하 위치 결정이 자동으로 이루어지되 고도, 속도 등이 입력이 이루어 진다. 또한, 임무 저장 및 업로드가 함께 이루어진다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법에 따른 임무 경로를 보여주는 도면이고, 도 4는 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법의 고도 여유 계산 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 전술된 바에 따른 본 개시SMS 임무를 수행할 수 있는 충분한 고도가 있는지 판단하는데, 이를 위한 상기 낙하산의 고도 여유 계산(SM)은, 투하 고도에 따른 초기 에너지를 결정하는 런치 단계(SM1)와, 상기 낙하산이 상기 기본 경로를 생성하는 단계로부터 설정된 사용자 지정 경로점을 비행하도록 결정하는 호밍 단계(SM2)와, 상기 에너지 소모 구간에서 상기 낙하산이 상기 목표 위치에 투하되기 위한 충분한 고도 확보와 정확한 탄착을 결정하기 위한 EM1 단계와 EM2 단계로 이루어진 에너지 관리 단계(SM3)와, 바람을 고려한 최적의 경로 생성이 필요한 상기 낙하산이 상기 바람을 고려한 선회 시작 지점을 결정하는 종말유도 단계(SM4)를 포함할 수 있다. 이때, 에너지 관리 단계(SM3)의 EM1 단계에는 임무를 수행할 수 있는 충분한 고도를 확보하고, EM2 단계에는 정확한 탄착을 위해 고도를 손실하면서 본 개시에서의 2회 선회를 위한 고도 확보를 수행한다. 상기된 바에 따른 상기 낙하산의 고도 여유 계산(SM)은 도 3에 도시된 바와 같은 케이스로 표현된다.
도 5a 내지 도 5c는 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법의 고도 계산의 설명을 위한 도면, 도 6은 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법의 임무 계획 프로그램을 보여주는 도면, 도 7은 도 6의 임무 계획 프로그램의 구성을 보여주는 도면, 도 8은 도 6의 임무 계획 프로그램의 임무 가능 여부의 계산을 위한 도면이다.
전술된 바에 따른 본 개시의 실현을 위한 고도 프로파일 계산은 도 5에 도시된 바에 따르는데, 이때 고도 프로파일 계산은 지면궤적을 따라 비행 시 소모되는 고도를 계산하고, 필요한 최소 고도와 고도 여유를 계산하게 된다. 이때, 도 5a와 도 5b는 각각 직선 비행 시 와 선회 비행시에 따른 고도 계산예이다. 이때 직선 비행 시에는 최적 활강각으로 비행한다고 가정한 경우다. 한편, 도 5c는 고도 여유 계산으로서, 계산된 최적(최소) 고도와 실제 투하 고도의 차이 및 고도 여유에 따라 EM1 단계에서의 선회 횟수가 결정된다.
도 6을 참조하면, 상기된 바를 토대로 본 개시의 프로그램을 설계하되, 입력변수와 출력변수를 구성할 때 MATLAB 코드로 구성하게 된다. 이때, 도 7을 참조하면, 설정변수의 구성은 최대 양향비, 단계별 선회반경, 단계별 기준 길이, EM1 단계와 EM2 단계의 선회 방향 및 선회 횟수가 고려된다. 그리고, 도 8을 참조하면, 임무계획 단계 임무 가능 여부 계산을 통해 자동 임무계획 알고리즘을 설계하면 도 8에 도시된 바와 같다.
도 9는 내지 도 14는 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법의 시물레이션을 보여주는 도면이다.
전술된 바에 따른 프로그램을 설계를 통해 시물레이션을 수행하면 다음과 같이 도 9 내지 14의 각각의 도면으로서 표현된다.
도 9는 고도 1000m, 목표지점 1.5km 밖에서 투하, 사용자 경유 지점 설정하고, EM1, EM2, TG 위치 자동 생성하되, EM1 2회 → 1회 선회 변경하고 EM2 선회반경 2.3m 증가한 경우다.
도 10은 도 9와 다른점이, EM1, EM2, TG 위치 자동 생성하고, EM1 선회 횟수 자동 계산하며, EM2 선회 반경 자동 수정된 경우다.
도 11은 고도 1000m 투하하고, 목표지점 반경6m 착륙된 경우고, 도 12는 바람이 있을 경우 바람 2m/s, 280도로 하거나, 바람이 없는 상태에서 임무계획 된 경로로 비행했을 경우다. 도 13은 바람이 있을 경우 임무계획에서 바람 방향 및 크기를 입력하여 바람을 고려한 임무계획 경로를 생성하고, 바람 2m/s, 280도인 경우다. 도 14는 바람이 있을 경우 고도 1300m 투하, 바람 2m/s, 280도 및 목표지점 반경11m 착륙한 경우다.
한편, 도 15는 도 9 내지 도 14의 시물레이션에 사용된 모델을 보여주는 도면, 도 16은 도 15의 모델의 구성을 구체적으로 보여주는 도면으로서 상기된 바에 따른 본 개시는 시물레이션 모델은 6자유도 모델(Chiara Toglia, Marilena Vendittelli, Modeling and motion analysis of autonomous paragliders, DIS Technical Reports, 2010 참조)로 하고, 시뮬레이션 모델 구성으로 구형지구좌표계로서 수동비행(수동조종장치 입력) 및 경로비행으로 구성된다.
한편, 도 17 내지 도 21은 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법의 시물레이션 결과를 나타낸 도면이다.
전술된 바에 따른 본 개시의 시물레이션 결과를 도면과 함께 설명하면, 도 17은 경로비행 결과를 x,y 평면으로, 도 18은 경로비행 결과를 3차원으로, 도 19는 경로비행 결과를 수동 입력 웨이포인트 지점으로, 도 20은 경로비행 결과를 착륙지점으로, 도 21은 경로비행 결과를 x,z 평면으로 나타낼 수 있다.
한편, 도 22는 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법으로 운용되는 낙하산의 자동 조종장치의 비행제어 컴퓨터를 보여주는 도면으로서, 전술된 바에 따른 본 개시의 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법을 도면에 도시된 바와 같은 제원을 갖는 비행제어 컴퓨터(20)를 사용함으로써 조종이 가능해지는 데 이를 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 23은 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법으로 운용되는 낙하산의 제품 구성품의 도면, 도 24는 본 개시의 실시예에 따른 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법으로 운용되는 낙하산의 자동 조종장치의 하드웨어 구성을 보여주는 도면, 도 25는 도 24의 낙하산의 자동 조종장치의 하드웨어 구성을 포함한 시스템 구성을 보여주는 도면이다.
도 23 내지 도 25를 참조하면, 본 개시의 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법으로 운용되는 낙하산의 자동 조종장치에 있어서, 낙하산에 연결된 낙하산줄을 보관하는 캐노피백에 조절줄로 연결되며, 내부에 지피에스와 에어센서가 구비된 자동유도장치부(10)와, 상기 자동유도장치부(10)의 내부에 설치되며, 상기 지피에스와 상기 에어센서의 신호를 전송받아 상기 낙하산의 비행을 제어하는 비행 제어 컴퓨터(20)와, 상기 비행 제어 컴퓨터(20)와 연동되게 상기 자동유도장치부(10)에 설치되며, 상기 낙하산의 산개를 위해 구동되는 모터부(50)를 제어하는 전면 패널 컨트롤러(30)와, 상기 비행 제어 컴퓨터(20)에 미리 설정된 신호를 송신하여 상기 비행 제어 컴퓨터(20)를 통해 상기 낙하산의 비행을 조절하는 조종장치부(40)를 포함하게 된다. 물론, 전술된 바의 구성이외에 본 개시가 실현될 수 있는 다양한 구성이 접목될 수 있음은 물론이다.
이때, 전술된 바에 따른 상기 모터부(50)는, 모터(51)와, 상기 모터(51)에 연동되어 회전 방향을 제어하는 모터 브라이브(52)와, 상기 조절줄이 풀리(53a)를 통해 연결되며, 상기 모터(51)에 연결되어 회전속도를 제어하는 감속기(53)와, 상기 모터(51)에 엔코더(54a)를 통해 연동되어 상기 모터(51)를 제어하는 제어보드(54) 및, 상기 제어보드(54)에 전원을 제공하는 배터리(55)를 포함하여 이루어지나 이에 국한되는 것은 아니다.
개시된 내용은 예시에 불과하며, 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 개시된 내용의 보호범위는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다.
S10 : 목표 위치 입력 단계
S20 : 고도별 풍향, 풍속 입력 단계
S30 : 투하위치 계산 단계 S30' : 수동 및 자동 선택 단계
S40 : 기본 경로 생성 단계 S50 : 고도 마진 계산 단계
S60 : 고도 마진 재계산 단계
SM : 고도 여유 계산 단계 SM1 : 런치 단계
SM2 : 호밍 단계 SM3 : 에너지 관리 단계
SM4 : 종말 유도 단계
10 : 자동유도장치부 20 : 비행제어 컴퓨터
30 : 전면 패널 컨트롤러 40 : 조종장치부
50 : 모터부 51 : 모터
52 : 모터드라이버 53 : 감속기
53a : 풀리 54 : 제어보드
54a : 엔코더 55 : 배터리
S30 : 투하위치 계산 단계 S30' : 수동 및 자동 선택 단계
S40 : 기본 경로 생성 단계 S50 : 고도 마진 계산 단계
S60 : 고도 마진 재계산 단계
SM : 고도 여유 계산 단계 SM1 : 런치 단계
SM2 : 호밍 단계 SM3 : 에너지 관리 단계
SM4 : 종말 유도 단계
10 : 자동유도장치부 20 : 비행제어 컴퓨터
30 : 전면 패널 컨트롤러 40 : 조종장치부
50 : 모터부 51 : 모터
52 : 모터드라이버 53 : 감속기
53a : 풀리 54 : 제어보드
54a : 엔코더 55 : 배터리
Claims (5)
- 목표 위치를 입력하는 단계;
고도별 바람의 풍향, 풍속을 입력하는 단계;
투하 위치를 계산하는 단계;
상기 바람의 풍향, 풍속과 낙하산의 활공비를 계산하여 상기 투하 위치로부터 상기 목표 위치에 투하 되기까지의 기본 경로를 생성하는 단계;
상기 낙하산의 고도 여유를 계산하고, 상기 낙하산의 위치에 따른 에너지 소모구간에서의 선회 횟수를 계산하는 고도 마진 계산 단계; 및
상기 낙하산의 선회 횟수에 따른 선회 반경을 계산하여 최적화된 고도 여유값으로 상기 낙하산이 투하되도록 하는 고도 마진 재계산 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 투하 위치 계산 단계는 상기 낙하산 투하 위치의 결정을 수동 또는 자동으로 선택적으로 입력되게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행제어방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 낙하산의 고도 여유 계산은,
초기 에너지를 결정하는 런치 단계와,
상기 낙하산이 상기 기본 경로를 생성하는 단계로부터 설정된 사용자 지정 경로점을 비행하도록 결정하는 호밍 단계와,
상기 에너지 소모 구간에서 상기 낙하산이 상기 목표 위치에 투하되기 위한 충분한 고도 확보와 정확한 탄착을 결정하기 위한 에너지 관리 단계와,
상기 낙하산이 상기 바람을 고려한 선회 시작 지점을 결정하는 종말유도 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행제어방법.
- 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재되어 있는 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법으로 운용되는 낙하산의 자동 조종장치에 있어서,
낙하산에 연결된 낙하산줄을 보관하는 캐노피백에 조절줄로 연결되며, 내부에 지피에스와 에어센서가 구비된 자동유도장치부;
상기 자동유도장치부의 내부에 설치되며, 상기 지피에스와 상기 에어센서의 신호를 전송받아 상기 낙하산의 비행을 제어하는 비행 제어 컴퓨터;
상기 비행 제어 컴퓨터와 연동되게 상기 자동유도장치부에 설치되며, 상기 낙하산의 산개를 위해 구동되는 모터부를 제어하는 전면 패널 컨트롤러;
상기 비행 제어 컴퓨터에 미리 설정된 신호를 송신하여 상기 비행 제어 컴퓨터를 통해 상기 낙하산의 비행을 조절하는 조종장치부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 낙하산의 자동 조종장치.
- 청구항 4에 있어서, 상기 모터부는,
모터와,
상기 모터에 연동되어 회전 방향을 제어하는 모터 브라이브와,
상기 조절줄이 풀리를 통해 연결되며, 상기 모터에 연결되어 회전속도를 제어하는 감속기와,
상기 모터에 엔코더를 통해 연동되어 상기 모터를 제어하는 제어보드 및
상기 제어보드에 전원을 제공하는 배터리를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 낙하산의 자동 조종장치.
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| KR1020170022296A KR101912641B1 (ko) | 2017-02-20 | 2017-02-20 | 자동 임무계획 알고리즘이 적용된 정밀 유도낙하산 시스템용 비행 제어방법 |
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| CN109460057A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-03-12 | 航宇救生装备有限公司 | 一种面向多目标的网格化翼伞归航方法 |
| CN115291618A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-11-04 | 北京大学 | 一种数据处理方法及装置 |
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| KR100673523B1 (ko) | 2006-04-20 | 2007-01-24 | 주식회사 코아블 | 파라포일 유도낙하산 운송시스템 |
| KR101235910B1 (ko) | 2011-10-31 | 2013-02-21 | 한국항공우주연구원 | 싸이클로이달 터빈과 모터 겸용 발전기를 장착한 고공 풍력 발전 시스템 및 그 시스템의 운용 방법. |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN109460057A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-03-12 | 航宇救生装备有限公司 | 一种面向多目标的网格化翼伞归航方法 |
| CN109460057B (zh) * | 2018-11-16 | 2021-10-15 | 航宇救生装备有限公司 | 一种面向多目标的网格化翼伞归航方法 |
| CN115291618A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-11-04 | 北京大学 | 一种数据处理方法及装置 |
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