KR20190023633A - 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법 및 시스템 - Google Patents

다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법 및 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20190023633A
KR20190023633A KR1020170109669A KR20170109669A KR20190023633A KR 20190023633 A KR20190023633 A KR 20190023633A KR 1020170109669 A KR1020170109669 A KR 1020170109669A KR 20170109669 A KR20170109669 A KR 20170109669A KR 20190023633 A KR20190023633 A KR 20190023633A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unmanned aerial
search
area
vehicles
unmanned
Prior art date
Application number
KR1020170109669A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101993603B1 (ko
Inventor
유창경
박국권
권호준
최은주
Original Assignee
인하대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인하대학교 산학협력단 filed Critical 인하대학교 산학협력단
Priority to KR1020170109669A priority Critical patent/KR101993603B1/ko
Publication of KR20190023633A publication Critical patent/KR20190023633A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101993603B1 publication Critical patent/KR101993603B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/10—Services
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
    • B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
    • B64C39/024—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use of the remote controlled vehicle type, i.e. RPV
    • B64C2201/12—
    • B64C2201/141—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2201/00—UAVs characterised by their flight controls
    • B64U2201/10—UAVs characterised by their flight controls autonomous, i.e. by navigating independently from ground or air stations, e.g. by using inertial navigation systems [INS]

Landscapes

  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Economics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

본 발명은 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저가의 센서를 탑재한 소형 무인 비행체들의 군집지능을 이용하여 지리적으로 광범위하고 환경적으로 위험성이 큰 탐색 임무를 보다 신속하고 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법 및 시스템에 관한 것이다.

Description

다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법 및 시스템{Wide area autonomus search method and system using multi UAVs}
본 발명은 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저가의 센서를 탑재한 소형 무인 비행체들의 군집지능을 이용하여 지리적으로 광범위하고 환경적으로 위험성이 큰 탐색 임무를 보다 신속하고 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법 및 시스템에 관한 것이다.
자연계의 몇몇 곤충이나 동물들은 개별 지적 능력은 떨어지나 군집을 이루어 행동함으로서 매우 효율적으로 먹이를 찾거나 천적에게 대항하면서 생존하는데, 군집을 이루어 행동하는 이러한 양식을 군집 지능(swarm intelligence)이라 부른다.
즉, 군집 지능은 자연계에 존재하는 개미, 벌 등과 같이 집단을 이루는 개체의 집단 행동으로부터 표출되는 지능을 뜻하는 것으로, 개개의 지능 수준은 낮지만 다른 객체와의 국지 정보를 공유함으로써 집단으로는 월등한 수준의 지능을 나타내는 특징이 있다.
한편, 최근 들어 무인 비행체의 개발은 괄목할 만한 성장을 이루고 있으며, 군용무인기는 정찰임무 등에 이미 폭넓게 활용되고 있다.
하지만, 조난자나 산불원점 탐색과 같은 미지의 스팟(spot)을 찾기 위해 무인 비행체를 사용하는 것은 많은 위험성이 존재하므로 유실 등이 발생할 수 있는 지역에 고가의 군용무인기를 사용하는 것은 비효율적이라는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 종래기술로 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0060401호에는 조난자 탐색용 무인 비행체가 게재되어 있는데, 그 주요 기술적 구성은 비교적 운용비가 저렴하고 인력의 사용이 거의 필요 없는 무인 비행체인 다수의 쿼드롭터를 활용하여 조난자를 탐색할 수 있도록 구성된 것에 그 특징이 있으나, 단순히 다수의 쿼드롭터를 활용하여 조난자를 탐색한다는 내용만 기재되어 있을 뿐 다수의 쿼드롭터를 운용하기 위한 구체적인 시스템이나 방법 등이 명확히 언급되어 있지 않은 문제점이 있다.
또한, 대한민국 등록특허공보 제10-1636486호에는 사용자 위치에 따른 드론 네트워크의 토폴로지 구성 방법이 게재되어 있는데, 그 주요 기술적 구성은 편대를 구성하는 다수의 드론들의 위치, 구성 및 이동성 정보를 관리하는 지상제어장치(GCS)가 드론 네트워크 서비스 지역에 포함된 사용자들 및 사용자들의 위치를 검출하는 단계와, 사용자들의 군집 정도에 따라 사용자들을 몇 개의 클러스터로 분할하는 단계와, 지상제어장치가 클러스터별로 클러스터에 포함된 사용자들의 거리 정보에 기초하여 드론들의 배치 형태를 결정하는 토폴로지 구성 단계를 포함하여 구성된 것에 그 특징이 있다.
즉, 상기 종래기술 또한 다수의 드론들을 이용하여 재난 발생지역에서 사용자를 구조할 수 있도록 구성된 것에 그 특징이 있으나, 지상제어장치에 등록된 사용자 단말기를 소지한 사용자들이 구조 신호를 발생시킨 경우, 그리고 사용자와 연결된 드론이 지상제어장치에 등록되어 있는 경우에만 적용이 가능하므로, 그 사용이 제한적이라는 문제점이 있다.
또한, 상기 종래기술에는 구조 신호의 분석을 통해 드론들의 배치 형태를 결정하는 과정만이 기재되어 있을 뿐, 구조 임무 중 발생되는 임의의 상황에 대처하는 방법이나 임무 완료 후 복귀하는 과정 등에 대한 내용이 포함되어 있지 않다는 단점도 있다.
1. 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0060401호(2012. 06. 12. 공개) 2. 대한민국 등록특허공보 제10-1636486호(2016. 07. 06. 공고)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 저가의 센서들을 탑재한 소형 무인 비행체들의 군집 지능을 이용하여 지리적으로 광범위하여 환경적으로 위험성이 큰 탐색 임무를 보다 신속하고 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 임무 도중 무인 비행체들의 충돌 사고 및 배터리 잔량 부족에 따른 사고의 발생을 미연에 방지할 수 있도록 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법 및 시스템을 제공함에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 임무 도중 탐색이 이루어진 지역과 미탐색 지역을 구분하고 무인 비행체들 사이의 무선 통신을 통해 비행 정보 및 탐색 정보를 공유할 수 있도록 함으로써 탐색 임무에 대한 효율성을 극대화시킬 수 있도록 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법 및 시스템을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,
다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법에 있어서, 임무 중인 무인 비행체들이 서로 통신하면서 목표물을 탐색하는 통신 및 탐색단계와, 각 무인 비행체들이 할당된 임무 지역에 대한 탐색을 완료하였는지 여부를 파악하는 탐색 여부 파악단계와, 할당된 임무 지역에 대한 탐색을 완료한 무인 비행체들을 다른 임무 지역으로 이동시키는 탐색지 선택 단계 및 무인 비행체들의 임무 도중 발생된 특이사항을 지상관제시스템으로 보고하고, 탐색 임무를 종료하여 지상관제시스템으로 복귀하는 보고 및 복귀단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 임무 중인 무인 비행체들이 일정 간격 이내로 접근한 경우 자율적으로 방향을 전환하는 충돌회피단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 충돌회피단계는 무선통신을 통해 인접한 무인 비행체들의 위치와 이동속도를 파악하는 위치 및 속도 파악단계와, 상기 위치 및 속도 파악단계로부터 얻어진 두 무인 비행체의 위치와 이동속도를 이용하여 충돌시간을 연산하는 충돌시간 연산단계 및 상기 충돌시간 연산단계에서 연산된 충돌시간을 기설정된 충돌회피를 위해 필요한 기준시간과 비교하여 무인 비행체들의 방향을 변경시키는 방향전환단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 방향전환단계에서는 무인 비행체의 방향을 미탐색 지역을 향하도록 변경시키는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 탐색 여부 파악단계는 무인 비행체의 할당된 임무 지역을 다수 개의 영역으로 분할하는 임무 지역 분할단계와, 무인 비행체의 탐색 반경과 분할된 각 영역의 중심 및 무인 비행체의 위치 사이의 기하학적 관계를 이용한 연산을 통해 무인 비행체의 탐색 여부를 파악하는 연산단계와, 각 분할된 영역을 탐색 여부 및 탐색 필요 유무를 기준으로 구분하는 영역 구분단계 및 상기 영역 구분단계에서 구분된 내용을 기초로 하여 무인 비행체의 임무 지역 내에서의 비행경로를 설정하는 비행경로 설정단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 비행경로 설정단계에서는 탐색이 불필요한 영역을 제외한 동일한 영역을 3회 이상 탐색할 수 있도록 비행경로를 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탐색지 선택단계는 다수 개로 구분된 임무 지역 중 미탐색 지역 또는 가장 적게 탐색된 지역을 선택하는 지역 선택단계와, 선택된 지역으로부터의 임무 지역에 대한 탐색을 완료한 무인 비행체 사이의 거리를 연산하는 거리 연산단계와, 임무 지역에 대한 탐색을 완료한 무인 비행체들의 배터리 잔량을 비교하는 배터리 잔량 비교단계 및 상기 거리 연산단계에서 연산된 선택 지역까지의 거리와 배터리 잔량 비교단계에서 비교된 배터리 잔량을 고려하여 무인 비행체를 선택 지역으로 이동시키는 무인 비행체 이동단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 보고 및 복귀단계는, 임무 중인 무인 비행체들의 배터리 잔량을 파악하는 배터리 잔량 파악단계와, 임무 중인 무인 비행체와 지상관제시스템 사이의 상대거리를 이용하여 무인비행체가 지상관제시스템으로 복귀하는데 소요되는 시간을 연산하는 복귀시간 연산단계 및 상기 배터리 잔량 파악단계에서 파악된 무인 비행체의 잔여 운용가능시간과 복귀시간 연산단계에서 연산된 복귀시간을 비교하여 무인 비행체를 선택적으로 복귀시키는 강제복귀단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 시스템은,
다수의 무인 비행체와, 상기 무인 비행체들의 비행을 관제하는 지상관제시스템(GCS)을 포함하여 구성되는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 시스템에 있어서, 상기 무인 비행체는 다른 무인 비행체 및 지상관제시스템과의 무선통신을 위한 통신모듈과, 탐색 임무 수행을 위해 필요한 센서들을 포함하는 센서모듈 및 상기 무인 비행체들이 서로 일정 거리 이내로 인접한 경우 방향을 전환하도록 하는 충돌회피모듈을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 통신모듈은 인접한 무인 비행체들이 서로 통신할 수 있도록 하는 제1통신모듈과, 무인 비행체들이 지상관제시스템과 통신할 수 있도록 하는 제2통신모듈을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서모듈은 탐색 지역의 촬영을 위한 전자광학센서(Electro Optical Sensor) 및 적외선센서(Infrared Ray Sensor)와, 무인 비행체의 실시간 위치 확인을 위한 GPS 센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무인 비행체는 통신모듈과 센서모듈을 통해 수신한 정보들을 저장하는 정보저장모듈을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 무인 비행체는 제1통신모듈을 통해 수신한 무인 비행체들로부터의 정보를 토대로 하여 무인 비행체들의 비행에 필요한 연산을 수행하는 연산부와, 임무 중인 무인 비행체들의 비행경로를 설정하는 경로설정부 및 임무 중인 무인 비행체들의 비행을 제어하는 제1비행제어부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 연산부는 무인 비행체들 사이의 상대거리와 상대접근속도를 이용하여 무인 비행체들 사이의 충돌시간을 연산하는 충돌시간 연산모듈과, 각 무인 비행체들의 임무 지역을 다수 개의 영역으로 분할하고, 무인 비행체의 탐색 반경과 분할된 각 영역의 중심 및 무인 비행체의 위치 사이의 기하학적 관계를 이용한 연산을 통해 무인 비행체의 탐색 여부를 파악하는 탐색 여부 파악모듈과, 임무 중인 무인 비행체들의 배터리 잔량을 이용하여 각 무인 비행체들의 이동 가능 거리를 연산하는 이동거리 연산모듈을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 경로설정부는 충돌시간 연산모듈의 연산 결과에 따라 충돌의 위험이 있는 무인 비행체들의 방향을 전환시키는 방향전환모듈과, 상기 탐색 여부 파악모듈의 연산 결과에 따라 무인 비행체들의 탐색 경로를 결정하는 경로결정모듈 및 상기 이동거리 연산모듈의 연산 결과에 따라 무인 비행체들의 복귀 여부를 결정하는 복귀결정모듈을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 경로결정모듈에서는 연산부에서의 연산결과를 이용하여 무인 비행체들이 미탐색 지역을 향하도록 경로를 결정하고, 무인 비행체들의 배터리 잔량을 고려하여 배터리 잔량이 보다 많은 무인 비행체가 지상관제시스템으로부터 상대적으로 거리가 먼 미탐색 지역 방향으로 이동할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1비행제어부에서는 경로설정부에서 무인 비행체의 복귀가 결정된 경우 해당 무인 비행체가 다른 무인 비행체들과의 통신을 끊고 최단거리에 해당되는 이동경로를 통해 지상관제시스템으로 복귀하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 지상관제시스템은 무인 비행체들과의 통신을 위한 통신부와, 상기 무인 비행체들의 비행을 제어하는 제2비행제어부 및 상기 통신부에 연결 설치되어 무인 비행체로부터 전송된 정보들 및 무인 비행체의 비행 제어에 필요한 정보들이 저장되는 데이터베이스를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 저가의 센서를 탑재한 소형 무인 비행체들의 군집지능을 이용하여 지리적으로 광범위하고 환경적으로 위험성이 큰 탐색 임무를 보다 신속하고 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 뛰어난 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면 무인 비행체들 사이의 무선 통신에 의한 정보 공유를 통해 자율적인 임무 수행이 가능하도록 하면서도 임무 도중 무인 비행체들의 충돌 사고 및 배터리 잔량 부족에 따른 사고의 발생을 미연에 방지할 수 있는 효과를 추가로 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법을 나타낸 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도.
도 3은 도 1에 나타낸 본 발명 중 무인 비행체와 지상관제시스템의 세부적인 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 4의 (a),(b)는 임무 중인 무인 비행체들 사이의 위치관계를 비교하여 나타낸 도면.
도 5는 본 발명 중 무인 비행체들의 충돌시간 연산에 사용되는 기하학적 관계를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명 중 무인 비행체들의 할당된 임무 지역을 격자 형태의 다수 개의 영역으로 구획한 것을 나타낸 도면.
도 7의 (a),(b)는 본 발명 중 무인 비행체의 최소탐색반경과 그를 이용한 특정 영역에 대한 탐색 여부를 파악하기 위한 연산에 필요한 기하학적 관계를 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법 및 시스템의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 따른 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이며, 도 3은 도 1에 나타낸 본 발명 중 무인 비행체와 지상관제시스템의 세부적인 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4의 (a),(b)는 임무 중인 무인 비행체들 사이의 위치관계를 비교하여 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명 중 무인 비행체들의 충돌시간 연산에 사용되는 기하학적 관계를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명 중 무인 비행체들의 할당된 임무 지역을 격자 형태의 다수 개의 영역으로 구획한 것을 나타낸 도면이며, 도 7의 (a),(b)는 본 발명 중 무인 비행체의 최소탐색반경과 그를 이용한 특정 영역에 대한 탐색 여부를 파악하기 위한 연산에 필요한 기하학적 관계를 나타낸 도면이다.
본 발명은 저가의 센서를 탑재한 소형 무인 비행체들의 군집지능을 이용하여 지리적으로 광범위하고 환경적으로 위험성이 큰 탐색 임무를 보다 신속하고 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법 및 시스템에 관한 것으로, 먼저 본 발명에 따른 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법(이하, '자율탐색 방법'이라 한다)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 통신 및 탐색단계(S10), 탐색 여부 파악단계(S20), 탐색지 선택단계(S30), 보고 및 복귀단계(S40)를 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 통신 및 탐색단계(S10)는 지상관제시스템(200)으로부터 출발하여 각각의 할당된 임무 지역에서 임무 중인 다수의 무인 비행체(100)들이 서로 통신하면서 자율적으로 목표물을 탐색하는 단계에 관한 것으로, 후술하겠지만 무인 비행체(100)에는 인접한 위치의 무인 비행체들 사이의 무선통신이 가능하도록 하는 제1통신모듈(112)과, 탐색 임무에 필요한 센서들로 이루어지는 센서모듈(120)이 구비되는데, 상기 통신 및 탐색단계(S10)에서는 각각의 무인 비행체(100)에 구비된 제1통신모듈(112)을 통해 서로 간의 위치 및 속도 정보와 센서모듈(120)을 통해 획득한 탐색 정보 등을 공유하면서 탐색 임무를 수행하게 된다.
다음, 상기 탐색 여부 파악단계(S20)는 임무 중인 무인 비행체(100)들이 할당된 임무 지역에 대한 탐색을 완료하였는지 여부를 파악하는 단계에 관한 것으로, 탐색 여부의 파악을 통해 임무 지역에 대한 탐색을 완료한 무인 비행체(100)를 다른 임무 지역으로 보낼 수 있도록 함으로써 보다 신속하고 효율적인 탐색이 가능하도록 하기 위한 것이다.
즉, 본 발명은 넓은 탐색 지역을 다수 개의 소형 무인 비행체(100)를 이용하여 신속하고 효율적으로 탐색할 수 있도록 구성된 것에 특징이 있는 것이므로, 탐색 지역을 다수 개의 임무 지역으로 구획하여 각 임무 지역에 무인 비행체(100)를 투입하게 되는데, 임무 지역이 너무 넓을 경우에는 탐색에 대한 정확성이 떨어질 우려가 있고, 탐색 지역에 투입할 수 있는 소형 무인 비행체(100)의 대수는 한정되어 있으므로 일반적으로 구획된 임무 지역의 수보다 무인 비행체(100)의 수가 적게 된다.
또한, 본 발명에 사용되는 무인 비행체(100)는 저가의 센서모듈(120)을 탑재하고 있어 탐색에 대한 정확성 및 신뢰성이 떨어질 수 있고, 임무 지역이 산 또는 시가지인 경우 지형 또는 건물에 의한 센서 사각이 존재할 수 있으므로 동일 지역에 대한 반복적인 탐색에 의해 상기와 같은 단점들을 극복할 수 있게 되는데, 이를 위해서 무인 비행체(100)가 할당된 임무 지역에 대한 탐색을 완료하였는지 여부를 신속하게 파악하는 것이 반드시 필요하다.
보다 상세히 설명하면, 상기 탐색 여부 파악단계(S20)는 임무 지역 분할단계(S22), 연산단계(S24), 영역 구분단계(S26) 및 비행경로 설정단계(S28)를 포함하여 이루어지는데, 먼저 임무 지역 분할단계(S22)는 각 무인 비행체(100)에 할당된 임무 지역을 격자 형태의 다수 개의 영역으로 분할하는 단계에 관한 것이다.
즉, 무인 비행체(100)가 할당된 임무 지역을 탐색하였는지 여부를 파악하기 위해서는 무인 비행체(100)의 탐색 반경, 즉 무인 비행체(100)가 한 번에 탐색할 수 있는 범위의 자취가 할당된 임무 지역 전부를 커버하였는지를 확인하여야 하는데, 일반적으로 무인 비행체(100)의 탐색 반경에 비해 할당된 임무 지역의 넓이가 훨씬 넓으므로 도 6에 나타낸 바와 같이, 할당된 임무 지역을 다시 격자 형태의 다수 개의 영역으로 분할하여 분할된 영역에 대한 탐색 여부의 파악을 통해 전체적인 임무 지역에 대한 탐색이 완료되었는지를 파악하는 것이다.
이때, 상기 격자 형태의 분할된 영역은 후술한 연산단계(S24)에서의 편의를 위해 무인 비행체(100)의 탐색 보다 작은 넓이를 갖는 정사각형을 이루도록 하는 것이 바람직하다.
다음, 상기 연산단계(S24)는 연산을 통해 무인 비행체(100)가 분할된 영역에 대한 탐색을 완료하였는지 여부를 파악하는 단계에 관한 것으로, 무인 비행체(100)의 탐색 반경과 분할된 각 영역의 중심 및 무인 비행체(100)의 위치 사이의 기하학적 관계를 이용한 연산을 통해 무인 비행체(100)가 해당 영역을 탐색하였는지의 여부를 파악하게 된다.
보다 상세히 설명하면, 상기 연산단계(S24)에서는 먼저 무인 비행체(100)의 탐색 반경을 구하게 되는데, 탐색 반경은 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이, 무인 비행체(100)의 현재 위치에서의 기하학적 관계를 통해 얻을 수 있게 된다.
즉, 무인 비행체(100)의 현재 고도를 h라 하고, 무인 비행체(100)에 탑재된 탐색 센서 즉, 후술할 전자광학센서(122)와 적외선센서(124)의 시야각(FOV)을 λ라 할 경우, 무인 비행체(100)의 탐색반경 R은 다음 (1)식에 의해 얻어질 수 있다.
R = hcosλ ... (1)
이때, 후술할 저가의 GPS 센서(126)를 이용하는데 따른 오차가 클 수 있으므로, GPS 센서(126) 오차 εGPS 에 의한 영역 변화의 허용오차를 고려하여야 하는데, 해당 영역에 대한 탐색 여부를 파악하기 위해서는 탐색반경(R)이 최소일 경우로 가정해야 하므로, 이를 고려한 최소 탐색반경 Rmin 은 다음 (2)식에 의해 얻어질 수 있다.
Rmin = hcosλ - εGPS ... (2)
여기서, 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이, 격자 형태의 분할된 영역이 한 변의 길이가 d인 정사각형 형상이고, 최소 탐색반경 Rmin 은 분할된 영역의 길이 d보다 크다고 한다면, 최소 탐색반경과 분할된 영역의 대각선 길이의 1/2 사이의 차이를 나타내는 ε은 다음 (3)식에 의해 표현될 수 있다.
Figure pat00001
... (3)
또한, 무인 비행체(100)의 현재 위치를 U라 하고, 분할된 영역의 중심을 cij라 하면, 아래의 (4)식에 의해 표현되는 바와 같이, 무인 비행체(100)의 현재 위치와 분할된 영역의 중심 사이의 거리가 (3)식에 의해 표현된 ε 보다 같거나 작을 경우 무인 비행체(100)가 분할된 영역을 탐색한 것으로 간주할 수 있게 된다.
Figure pat00002
... (4)
다음, 상기 영역 구분단계(S26)는 임무 지역 분할단계(S22)에서 분할된 영역을 탐색 여부 및 탐색 필요 유무 등을 기초로 하여 구분하는 단계에 관한 것으로, 보다 신속하고 정확한 탐색을 위해 이와 같은 과정을 실시하게 된다.
보다 상세히 설명하면, 상기 영역 구분단계(S26)에서는 분할된 영역들을 탐색이 완료된 영역, 미탐색 영역 및 탐색이 불필요한 영역으로 구분하는데, 탐색이 완료된 영역은 양수로 정의하고, 미탐색 영역은 0으로 정의하며, 탐색이 불필요한 영역은 음수로 정의하여 무인 비행체(100)들이 서로 간의 통신을 통해 분할된 영역들에 대한 정보를 쉽게 획득할 수 있도록 구성되어 있다.
이때, 탐색이 불필요한 지역 중 임무 외 지역은 -1로 표시하고, 장애물 지역은 -2로 표시하여 무인 비행체(100)들이 식별할 수 있도록 할 수 있고, 탐색이 완료된 영역은 무인 비행체(100)들이 동일 영역을 방문할 때마다 카운트를 증가시킴으로써 해당 영역에 대한 탐색 수행 정도를 확인할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 연산단계(S24)는 후술할 무인 비행체(100)의 연산부(150)에 구비된 탐색 여부 파악모듈(154)에서 실시될 수 있으며, 연산결과는 즉시 후술할 제1비행제어부(140) 및 제1통신모듈(112)를 통해 인접한 무인 비행체(100)로 전송되어 무인 비행체(100)들이 서로 간의 통신을 통해 해당 영역에 대한 탐색 여부를 파악할 수 있도록 이루어져 있다.
다음, 상기 비행경로 설정단계(S28)는 영역 구분단계(S26)에서 구분된 내용을 기초로 하여 무인 비행체(100)의 비행경로를 설정하는 단계에 관한 것으로, 무인 비행체(100)가 할당된 임무 지역을 신속하게 탐색할 수 있도록 하는 단계이다.
즉, 분할된 영역 중 탐색이 불필요한 음수로 표시된 지역은 경로에서 제외하고 0으로 표시된 미탐색 지역이나 탐색 회수가 상대적으로 낮은 지역을 향하도록 하여 비행경로를 설정함으로써 할당된 임무 지역에 대한 탐색이 신속하게 이루어질 수 있도록 하는 것이다.
또한, 상기 비행경로 설정단계(S28)에서는 탐색이 불필요한 영역을 제외한 나머지 영역들을 3번 이상씩 탐색할 수 있도록 비행경로를 설정하는 것이 바람직한데, 이는 센서 사각에 의한 불완전한 탐색을 보완할 수 있도록 하기 위함이다.
즉, 탐색 지역이 시가지 또는 산림에 위치되는 경우 건물 또는 지형에 의한 센서 사각, 즉 후술할 센서 모듈(120)에 구비되는 전자광학센서(122) 및 적외선센서(124)에 의해 탐색이 이루어지지 않는 영역이 존재하게 되는데, 이와 같은 센서 사각을 보완하기 위해서는 해당 영역에 대한 360도 탐색을 수행하거나 최소 4방향에서의 탐색을 수행하여야 한다. 하지만, 이러한 탐색에는 복잡한 절차 및 알고리즘이 수반되어야 하므로 해당 영역을 3회 이상에 걸쳐 탐색하는 것에 의하여 센서 사각에 의한 제한을 최소화시킬 수 있도록 구성한 것이다.
이때, 상기와 같은 동일 영역에 대해 3회 이상 탐색을 수행하는 것은 1대의 무인 비행체(100)에 의해 수행될 수도 있지만, 2대 또는 3대 이상의 무인 비행체(100)가 동일 영역을 탐색하도록 구성할 수도 있다.
이와 같은 비행경로 설정단계(S28)는 후술할 무인 비행체(100)의 경로설정부(160)에 구비된 경로결정모듈(164)을 통해 이루어질 수 있으나, 무인 비행체(100)들이 서로 간의 통신을 통해 획득한 분할된 영역에 대한 탐색 여부 정보를 이용하여 자율적으로 탐색 경로를 설정할 수 있도록 구성할 수도 있음은 물론이다.
다음, 상기 탐색지 선택단계(S30)는 할당된 임무 지역에 대한 탐색을 완료한 무인 비행체(100)들을 다른 미탐색 지역으로 이동시키는 단계에 관한 것으로, 무인 비행체(100)들은 할당된 임무 지역에 대한 탐색을 완료한 경우 서로 간의 통신에 의해 획득된 탐색 정보를 바탕으로 하여 자율적으로 미탐색 지역을 향해 방향을 전환하도록 구성할 수 있다.
또한, 후술할 경로설정부(160)에 구비된 방향전환모듈(162)에서 무인 비행체(100)들이 미탐색 지역을 향해 방향을 전환하도록 할 수도 있는데, 이러한 경우 상기 탐색지 선택단계(S30)는 지역 선택단계(S32), 거리 연산단계(S34), 배터리 잔량 비교단계(S36) 및 무인 비행체 이동단계(S38)를 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 지역 선택단계(S32)는 다수 개로 구분된 임무 지역 중 미탐색 지역 또는 가장 적게 탐색된 지역, 즉 3회 미만으로 탐색된 지역을 선택하는 단계에 관한 것이고, 상기 거리 연산단계(S34)는 지역 선택단계(S32)에서 선택된 지역으로부터 무인 비행체(100) 즉, 할당된 임무 지역에 대한 탐색을 완료한 무인 비행체(100)까지의 거리를 연산하는 단계에 관한 것이다.
이때, 상기 지역 선택단계(S32)에서는 미탐색 지역을 우선적으로 선택하게 되고, 탐색이 진행되어 미탐색 지역의 수보다 임무 중인 무인 비행체(100)의 수가 많아지는 경우에는 추가적으로 가장 적게 탐색된 지역을 선택 지역에 포함시키게 되고, 상기 거리 연산단계(S34)에서는 무인 비행체(100)에 구비되는 GPS 센서(126)에 의해 파악되는 해당 무인 비행체(100)의 현재 위치와 선택된 지역의 중심사이의 거리를 연산하게 된다.
다음, 상기 배터리 잔량 비교단계(S36)는 임무 지역에 대한 탐색을 완료한 무인 비행체(100)의 배터리(180) 잔량을 확인하는 단계에 관한 것으로, 동시에 다수 대의 무인 비행체(100)가 할당된 임무 지역에 대한 탐색을 완료한 경우 해당 무인 비행체(100)들의 배터리(180) 잔량을 비교하게 된다.
또한, 상기 무인 비행체 이동단계(S38)는 거리 연산단계(S34)에서 연산된 선택된 지역까지의 거리와 배터리 잔량 비교단계(S36)에서 비교된 배터리(180) 잔량을 고려하여 무인 비행체(100)를 선택된 지역으로 이동시키는 단계에 관한 것으로, 배터리(180) 잔량이 상대적으로 많은 무인 비행체(100)는 지상관제시스템(200)으로부터 상대적으로 멀리 떨어진 선택 지역으로 이동시키고, 배터리(180) 잔량이 상대적으로 적은 무인 비행체(100)는 지상관제시스템(200)으로부터 상대적으로 가까운 거리에 위치된 선택 지역으로 이동시킨다.
따라서, 상기 탐색지 선택단계(S30)에서는 배터리(180) 잔량을 고려하여 탐색지역을 선택할 수 있게 됨으로써 탐색 임무를 보다 안전하고 효율적으로 수행할 수 있게 된다.
다음, 상기 보고 및 복귀단계(S40)는 무인 비행체(100)들의 임무 도중 탐색된 특이사항을 제2통신모듈(114)을 통해 지상관제시스템(200)으로 보고하고, 지상관제시스템(200)에서 목표물 탐색이 완료된 것으로 판단할 경우 임무를 종료하고 지상관제시스템(200)으로 복귀하는 단계에 관한 것으로, 무인 비행체(100)가 지상관제시스템(200)으로 복귀하는 경우는 배터리(180) 잔량이 부족하게 되어 더 이상의 임무가 불가능하게 된 경우도 포함하게 된다.
보다 상세히 설명하면, 상기 무인 비행체(100)들이 임무 도중 특이사항을 발견한 경우에는 제2통신모듈(114)을 통해 지상관제시스템(200)으로 보고하여야 하는데, 본 발명에서는 저가의 소형 무인 비행체(100)가 사용되어 제2통신모듈(114)의 통신거리가 무인 비행체(100)와 지상관제시스템(200) 사이의 거리에 비해 상대적으로 짧을 수 있으므로 보고를 위해서는 지상관제시스템(200)으로 접근할 필요가 있다.
또한, 무인 비행체(100)로부터의 보고는 후술할 지상관제시스템(200)의 통신부(210)를 통해 수신되어 분석을 하게 되는데, 분석 결과 목표물이 탐색된 것으로 확인되면 후술할 제2비행제어부(220)는 임무완료를 통보하여 모든 무인 비행체(100)들이 일괄적으로 지상관제시스템(200)으로 복귀하도록 한다. 이때, 복귀명령을 수신한 상대적으로 지상관제시스템(200)으로부터 인접한 거리에 위치된 무인 비행체(100)는 제1통신모듈(112)을 통해 인접한 무인 비행체(100)에 복귀신호를 전송하고 이러한 과정의 반복에 의해 모든 무인 비행체(100)들이 지상관제시스템(200)으로 복귀할 수 있게 된다.
한편, 전술한 바와 같이 임무 중인 무인 비행체(100)들은 배터리(180) 잔량을 실시간으로 파악하여 배터리(180) 잔량이 부족한 경우 임무를 중단하고 지상관제시스템(200)으로 복귀하게 되는데, 이러한 경우 상기 보고 및 복귀단계(S40)는 배터리 잔량 파악단계(S42), 복귀시간 연산단계(S44) 및 강제복귀단계(S46)를 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 배터리 잔량 파악단계(S42)는 임무 중인 무인 비행체(100)들의 배터리 잔량을 실시간으로 파악하는 단계에 관한 것으로, 무인 비행체(100)에 구비되는 제1비행제어부(140)에서 배터리(180)의 잔량을 파악하게 된다.
이때, 상기 지상관제시스템(200)에서 무인 비행체(100)들의 비행을 제어하는 경우를 대비하여, 상기 배터리 잔량은 제2통신모듈(114)을 통해 지상관제시스템(200)으로 전송되도록 구성할 수도 있는데, 지상관제시스템(200)으로부터 제2통신모듈(114)의 통신 가능 범위를 벗어난 지역에 위치된 무인 비행체(100)들은 상대적으로 지상관제시스템(200)으로부터 가까운 거리에 위치된 무인 비행체(100)에 제1통신모듈(112)을 통하여 배터리(180) 잔량을 통보하는 과정을 거쳐서 지상관제시스템(200)에 배터리(180) 잔량을 보고하게 된다.
다음, 상기 복귀시간 연산단계(S44)는 임무 중인 무인 비행체(100)와 지상관제시스템(200) 사이의 상대거리를 이용하여 각 무인 비행체(100)가 지상관제시스템(200)으로 복귀하는데 소요되는 시간을 연산하는 단계에 관한 것으로, 각 무인 비행체(100)에 구비된 GPS 센서(126)를 통해 확인되는 무인 비행체(100)의 실시간 위치를 이용하여 각 무인 비행체(100)와 지상관제시스템(200) 사이의 거리를 연산하고, 무인 비행체(100)의 성능 즉, 이동가능 속도를 고려하여 무인 비행체(100)가 지상관제시스템(200)으로 복귀하는데 소요되는 시간을 연산할 수 있게 된다.
다음, 상기 강제복귀단계(S46)는 배터리(180) 잔량이 부족한 무인 비행체(100)를 지상관제시스템(200)으로 강제 복귀시키는 단계에 관한 것으로, 배터리 잔량 파악단계(S42)에서 파악된 배터리(180) 잔량에 따른 무인 비행체(100)의 잔여 운용가능시간과, 복귀시간 연산단계(S44)에서 연산된 복귀시간, 즉 지상관제시스템(200)으로의 복귀에 소요되는 시간을 비교하여 복귀시간이 잔여운용가능시간에 인접한 경우 무인 비행체(100)에 구비된 제1비행제어부(140) 또는 지상관제시스템(200)에 구비된 제2비행제어부(220)는 해당 무인 비행체(100)를 강제복귀시키도록 구성되어 있다.
이때, 후술하겠지만, 무인 비행체(100)의 연산부(150)에 구비된 이동거리 연산모듈(156)을 통해 연산된 배터리(180) 잔량에 따른 각 무인 비행체(100)들의 이동 가능 거리와, 각 무인 비행체(100)와 지상관제시스템(200) 사이의 상대거리의 비교를 통해 무인 비행체(100)의 경로설정부(160)에 구비된 복귀결정모듈(166)에서 이동 가능 거리가 지상관제시스템(200)으로부터의 상대거리에 인접한 무인 비행체(100)를 복귀시키도록 결정할 수도 있다.
또한, 도시하지는 않았지만, 각 무인 비행체(100)에 강제복귀모듈을 구비하여 배터리(180) 잔량이 일정 기준 이하가 되면 지상관제시스템(200)으로 복귀하도록 설정할 수도 있음은 물론이다.
상기와 같은 무인 비행체(100)의 배터리(180) 잔량 부족에 의한 강제복귀시, 무인 비행체(100)의 제1비행제어부(140) 또는 지상관제시스템(200)의 제2비행제어부(220)는 해당 무인 비행체(100)가 다른 무인 비행체(100)들과의 통신을 끊고 최단거리에 해당되는 이동경로를 통해 지상관제시스템(200)으로 복귀하도록 제어하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법은 충돌회피단계(S50)를 더 포함하여 이루어지는데, 상기 충돌회피단계(S50)는 임무 중인 무인 비행체(100)들이 일정 간격 이내로 접근하는 경우 자율적으로 방향을 전환하여 충돌을 회피하는 단계에 관한 것이다.
즉, 제1통신모듈(112)을 통한 서로 간의 위치 정보와 속도 정보의 공유를 통해 후술할 무인 비행체(100)에 구비된 충돌회피모듈(130)에서 무인 비행체(100)들이 일정 간격 이내로 접근한 것으로 판단하게 되면 자율적으로 방향을 전환시킬 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 상기 충돌회피단계(S50)에서는 후술할 연산부(150)의 충돌시간 연산모듈(152)에서 연산된 충돌시간을 추가적으로 고려하여 무인 비행체(100)들이 충돌을 회피하도록 구성할 수도 있는데, 이러한 경우 상기 충돌회피단계(S50)는 위치 및 속도 파악단계(S52)와, 충돌시간 연산단계(S54) 및 방향전환단계(S56)를 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 위치 및 속도 파악단계(S52)는 인접한 두 무인 비행체(100)들의 위치와 이동속도를 파악하는 단계에 관한 것으로, 각 무인 비행체(100)에 구비된 GPS 센서(126)로부터 확인되는 위치와, 속도 센서 또는 가속도 센서로부터 확인되는 이동속도를 제1통신모듈(112)을 통해 공유하여 파악한다.
이때, 상기 무인 비행체(100)에 속도 센서 또는 가속도 센서가 구비되어 있지 않더라도 GPS 센서(126)로부터 확인되는 시간별 위치 정보를 이용하여 속도를 연산할 수도 있음은 물론이다.
또한, 상기 제1통신모듈(112)을 통해 공유되는 인접한 두 무인 비행체(100)의 위치와 이동속도에 대한 정보는 제1비행제어부(140) 및 연산부(150)로 전송되는데, 필요에 따라서는 제2통신모듈(114)을 통해 지상관제시스템(200)으로 전송될 수도 있다.
다음, 상기 충돌시간 연산단계(S54)는 위치 및 속도 파악단계(S52)로부터 얻어진 인접한 두 무인 비행체(100)의 위치 및 속도 정보를 이용하여 충돌시간을 연산하는 단계에 관한 것으로, 도 5에 나타낸 바와 같이, 인접한 두 무인 비행체(100) 사이의 위치 및 이동속도를 이용한 기하학적 관계로부터 충돌시간을 연산하게 된다.
보다 상세히 설명하면, 인접한 두 무인 비행체(100)의 위치를 각각 P1, P2라 하고, 이동속도를 V1, V2라 할 때, 두 무인 비행체(100) 사이의 상대거리 Pr과 상대속도 Vr 은 다음 (5)식에 의해 얻을 수 있다.
Figure pat00003
... (5)
또한, 두 무인 비행체(100) 사이의 상대접근속도 V* r은, 도 5에 나타낸 기하학적 관계로부터 다음 (6)식에 의해 얻을 수 있다.
Figure pat00004
... (6)
따라서, 두 무인 비행체(100) 사이의 충돌시간 tc는 시간, 속도 및 거리사이의 관계를 나타내는 다음 (7)식에 의해 연산될 수 있다.
Figure pat00005
... (7)
상기와 같은 충돌시간의 연산은 무인 비행체(100)에 구비된 충돌회피모듈(130)과, 연산부(150)에 구비된 충돌시간 연산모듈(152)에서 수행될 수 있다.
다음, 상기 방향전환단계(S56)는 충돌 위험이 있는 무인 비행체(100)들의 방향을 전환시키는 단계에 관한 것으로, 충돌시간 연산단계(S54)에서 연산된 충돌시간이 기설정된 충돌회피를 위해 필요한 기준시간 이하가 될 경우 두 무인 비행체(100)의 방향을 전환시키도록 구성되어 있다.
이때, 상기 충돌회피를 위해 필요한 기준시간은 무인 비행체(100)의 기동성, 선회율 등을 기준으로 하여 설정될 수 있으며, 무인 비행체(100)의 정보 업데이트 빈도와 관련된 파라미터이므로 임무 환경, 무인 비행체(100)의 성능 등을 고려한 시뮬레이션을 통해 적절한 값을 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 방향전환단계(S56)는 무인 비행체(100)에 구비된 충돌회피모듈(130)을 통해 이루어져 무인 비행체(100)들이 자율적으로 충돌 회피를 위한 방향전환을 할 수 있도록 구성할 수 있으며, 후술하겠지만, 무인 비행체(100)의 경로설정부(160)에 구비된 방향전환모듈(162)을 통해 방향전환이 이루어지도록 할 수도 있다.
그리고, 상기 방향전환단계(S56)에서는 무인 비행체(100)들의 방향을 미탐색지역을 향하도록 하여 탐색을 고려한 회피를 수행하도록 함으로써 탐색 능력을 제고할 수도 있는데, 이와 같은 방향전환은 후술할 경로설정부(160)의 탐색 여부 파악모듈(164)을 통해 파악된 내용을 토대로 하여 제1비행제어부(220)에서 결정하게 된다.
본 발명에 사용되는 소형 무인 비행체(100)의 경우 즉각적인 방향 전환이 용이하므로 상기와 같은 방향전환방식이 적합하며, 임무 경계지역의 경우 위험 지역으로 분류되지 않아 즉각적인 회피를 필요로하지 않으므로 무인 비행체(100)가 보유하고 있는 탐색 영역 정보를 바탕으로 하여 미탐색 지역으로 방향을 선정하도록 구성할 수도 있다.
상기와 같은 충돌회피단계(S50)에서의 과정은 무인 비행체(100)가 배터리(180) 잔량 부족에 의해 지상관제시스템(200)으로 강제복귀하는 경우를 제외하고는 무인 비행체(100)가 임무 완료 후 지상관제시스템(200)으로 복귀할 때까지 지속적으로 이루어진다.
한편, 본 발명에 따른 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 시스템(이하, '자율탐색 시스템'이라 한다)은 도 2에 나타낸 바와 같이, 크게 다수의 무인 비행체(100)와, 지상에 설치되어 상기 무인 비행체(100)들의 비행을 관제하는 지상관제시스템(GCS; Ground Control System)(200)을 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 무인 비행체(100)는 조난자나 산불원점의 탐색 또는 기타 군사적인 목적 등으로 미지의 지점(spot)을 탐색하는 역할을 하는 것으로, 산악, 해양 등의 많은 위험이 내포된 임무 지역에서의 유실에 의한 손실을 최소화하고 유지 및 보수 비용을 저감시킬 수 있도록 하기 위하여 서로 간의 근접 무선통신이 가능하면서도 저가의 센서들을 탑재한 소형 무인 비행체(100)를 사용한다.
즉, 임무 중 유실에 의한 손실을 최소화시킬 수 있도록 하는 저가의 소형 무인 비행체(100)를 다수로 운영하여 지리적으로 광범위하고 환경적으로 위험성이 큰 탐색 임무를 보다 효율적이면서도 안정적으로 수행할 수 있도록 구성된 것이다.
이때, 상기 무인 비행체(100)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 통신모듈(110), 센서모듈(120), 충돌회피모듈(130), 제1비행제어부(140), 연산부(150) 및 경로설정부(160)를 포함하여 이루어지는데, 상기 통신모듈(110)은 임무 중인 무인 비행체(100)들의 무선통신에 사용되는 것으로 무인 비행체(100)들 서로 간의 통신을 위한 제1통신모듈(112)과, 무인 비행체(100)와 지상관제시스템(200) 사이의 통신에 사용되는 제2통신모듈(114)로 분리 구성될 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 상기 제1통신모듈(112)은 임무 중 서로 인접하게 되는 무인 비행체(100)들 사이에 무선 통신이 가능하도록 하는 역할을 하는 것으로, 제1통신모듈(112)을 통한 무선통신 내용에는 비행상태정보 및 탐색진행정보 등이 포함될 수 있다.
즉, 임무 중인 무인 비행체(100)들이 서로 인접하게 되는 경우, 제1통신모듈(112)을 통해 서로 간의 위치, 비행속도 등을 포함하는 비행상태정보와, 임무 지역에 대한 탐색 진행 여부, 목표물 탐색 여부 등을 포함하는 탐색진행정보를 공유할 수 있도록 함으로써 보다 효율적인 자율 탐색이 가능하도록 할 뿐만 아니라, 후술할 충돌회피모듈(130)을 이용한 충돌 회피가 가능하도록 구성되어 있다.
또한, 상기 제2통신모듈(114)은 임무 도중 무인 비행체(100)에서 발생된 정보, 즉 특정 물체 탐지에 관한 정보나 특정 기능 이상 또는 배터리(180) 잔량과 같은 무인 비행체(100)의 정보들을 지상관제시스템(200)에 보고하고, 지상관제시스템(200)으로부터의 지령을 무인 비행체(100)에서 수신할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.
이 경우, 상기 제2통신모듈(114)은 제1통신모듈(112)에 비해 통신가능 범위가 넓게 설정되며, 제2통신모듈(114)의 통신가능 범위보다 지상관제시스템(200)으로부터 멀리 떨어진 무인 비행체(100)의 경우, 제1통신모듈(112)을 이용하여 지상관제시스템(200)에 보다 가까이 위치한 인접 무인 비행체(100)에 보고사항을 전달하는 과정을 반복하여 지상관제시스템(200)으로부터 제2통신모듈(114)의 통신가능 범위 내에 위치한 무인 비행체(100)에서 최종적으로 제2통신모듈(114)을 통해 지상관제시스템(200)에 정보들을 보고할 수 있도록 구성할 수도 있음은 물론이다.
다음, 상기 센서모듈(120)은 무인 비행체(100)의 탐색 임무에 필요한 센서들로 이루어진 것으로, 전자광학센서(122), 적외선센서(124) 및 GPS 센서(126)를 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 전자광학센서(Electro Opticla Sensor)(122)는 허공에 전자기파 즉, 근적외선 및 가시광선을 쏘아서 돌아오는 반사파를 측정하여 탐지하는 센서이고, 상기 적외선센서(Infrared Ray Sensor)(124)는 적외선을 이용하여 온도, 압력, 방사선 세기 등의 물리량이나 화학량을 검지하여 신호처리가 가능한 전기량으로 변환시키는 센서로, 종래부터 무인 비행체(100)에 탑재되어 사용되는 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이때, 본 발명은 저가의 소형 무인 비행체(100)를 사용하는 것에 특징이 있으므로 상기 전자광학센서(122)와 적외선센서(124)를 선택적으로 사용할 수도 있음은 물론이다.
또한, 상기 GPS 센서(126)는 임무 중인 무인 비행체(100)의 실시간 위치를 다른 무인 비행체(100)나 지상관제시스템(200)에서 확인할 수 있도록 함으로써 후술할 충돌회피나 탐색지 선택시 활용할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.
한편, 도시하지는 않았지만, 임무 중인 무인 비행체(100)들의 실시간 속도를 측정할 수 있도록 하는 속도센서 또는 가속도센서를 센서모듈(120)에 포함시킬 수도 있다.
다음, 상기 충돌회피모듈(130)은 무인 비행체(100)들이 서로 일정 거리 이내로 인접한 경우 방향을 전환하도록 함으로써 임무 도중 무인 비행체(100)들이 서로 충돌하는 것을 방지하는 역할을 하는 것이다.
즉, 상기 충돌회피모듈(130)은 제1통신모듈(112)을 통해 공유되는 인접한 무인 비행체(100)들 서로 간의 위치 및 속도 정보를 이용하여 인접한 무인 비행체(100)의 위치가 기설정된 거리, 즉 최소안전거리 이내로 접근한 경우 비행 방향을 전환시킴으로써 다른 무인 비행체(100)와의 충돌을 자율적으로 회피할 수 있도록 구성된 것이다.
이때, 상기 충돌회피모듈(130)은 전술한 바와 같이, 제1통신모듈(112)을 통해 공유되는 인접한 무인 비행체(100)와의 위치 및 속도 정보를 이용하여 상대거리와 상대접근속도를 연산하고 이를 통해 충돌시간을 산출하여 기설정된 충돌 회피가 가능한 기준시간과의 비교를 통해 무인 비행체(100)의 방향을 전환시킬 수 있도록 구성되어 있다.
다음, 상기 제1비행제어부(140)는 무인 비행체(100)들의 비행을 전반적으로 제어하는 역할을 하는 것으로, 무인 비행체(100)들의 충돌회피 및 탐색지 변경을 위한 방향 전환이나 임무 완료 또는 배터리(180) 잔량 부족에 의한 무인 비행체(100)들의 지상관제시스템(200)으로의 복귀 등을 제어할 수 있도록 구성되어 있다.
다음, 상기 연산부(150)는 제1통신모듈(112)을 통해 수신한 무인 비행체(100)들의 비행 정보를 토대로 하여 무인 비행체(100)들의 비행에 필요한 연산을 수행하는 역할을 하는 것으로, 충돌시간 연산모듈(152), 탐색 여부 파악모듈(154) 및 이동거리 연산모듈(156)을 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 충돌시간 연산모듈(152)은 제1통신모듈(112)을 통해 수신되는 무인 비행체(100)들 사이의 위치 정보와 속도 정보를 이용하여 무인 비행체(100)들 사이의 충돌시간을 연산하는 역할을 하는 것으로, 인접한 두 무인 비행체(100) 사이의 상대거리와 상대접근속도를 이용하여 충돌시간을 연산하게 된다.
즉, 전술한 바와 같이, 상기 무인 비행체(100)들은 제1통신모듈(112)을 통해 공유되는 서로 간의 위치 정보와 속도정보를 이용하여 자율적으로 충돌을 회피할 수 있도록 구성되어 있으나, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 인접한 두 무인 비행체(100)가 서로 마주보며 다가가는 방향으로 비행하는 경우에는 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 인접한 두 무인 비행체(100)가 서로 교차 비행하는 경우에 비해 상대적으로 충돌시간이 매우 짧아지게 되어 정상적인 회피가 어려울 수 있으므로 충돌시간의 연산을 통해 두 무인 비행체(100) 사이의 충돌 회피가 보다 안전하고 정확하게 이루어질 수 있도록 구성된 것이다.
이때, 상기와 같은 충돌시간의 연산은 무인 비행체(100)에 구비된 충돌회피모듈(130)에서 이루어질 수 있도록 구성할 수도 있으며, 상기 충돌시간 연산모듈(152)을 이용한 충돌시간의 연산 방법은 전술한 충돌시간 연산단계(S54)에서 설명한 바와 같으므로 생략하기로 한다.
다음, 상기 탐색 여부 파악모듈(154)은 임무 중인 무인 비행체(100)가 부여된 임무 지역에 대한 탐색을 완료하였는지 여부를 파악하는 역할을 하는 것으로, 이와 같은 탐색 여부 파악을 통해 임무 지역에 대한 탐색을 완료한 무인 비행체(100)를 신속하게 다른 임무 지역으로 보내도록 함으로써 전체적인 탐색시간을 단축시킬 수 있도록 함은 물론 탐색 효율을 향상시킬 수 있도록 구성되어 있다.
이때, 상기 무인 비행체(100)가 임무 지역에 대한 탐색을 완료하였는지 파악하기 위해서는 우선 무인 비행체(100)의 임무 지역을 격자 형상을 이루는 다수 개의 영역으로 분할하는데, 분할된 영역 각각의 크기는 무인 비행체(100)에 탑재되는 센서모듈(120)의 성능에 의존하여 결정된다.
즉, 상기 탐색 여부 파악모듈(154)에서는 무인 비행체(100)가 분할된 영역의 중심으로부터 일정 거리 이내의 위치에 도달한 경우 해당 영역을 탐색한 것으로 간주하게 되는데, 이를 위해서는 무인 비행체(100)의 탐색 반경을 알아야 하고, 무인 비행체(100)의 탐색 반경은 무인 비행체(100)에 탑재되는 전자광학센서(122) 및 적외선센서(124)의 시야각(FOV; Field of View)과, GPS 센서(126)의 오차에 의해 결정되므로, 무인 비행체(100)에 탑재되는 센서모듈(120)의 성능을 고려하여 분할하는 영역의 크기를 결정하게 되는 것이다.
상기와 같이 무인 비행체(100)의 탐색반경과, 분할된 영역의 크기가 결정되면 상기 탐색 여부 파악모듈(154)에서는 무인 비행체(100)의 탐색반경과, 분할된 각 영역의 중심 및 무인 비행체(100)의 현재위치 사이의 기하학적 관계를 이용한 연산을 통해 무인 비행체(100)가 분할된 영역의 중심으로부터 일정 거리 이내의 위치에 도달한 것으로 판단되면, 해당 영역을 탐색한 것으로 간주한다.
다음, 상기 이동거리 연산모듈(156)은 무인 비행체(100)들의 이동 가능한 거리를 실시간으로 연산하는 역할을 하는 것으로, 연산된 결과는 무인 비행체(100)의 새로운 탐색지 선택 및 복귀여부 결정시 사용된다.
즉, 상기 이동거리 연산모듈(156)은 임무 중인 무인 비행체(100)들의 배터리(180) 잔량을 이용하여 무인 비행체(100)들의 운용가능시간을 예측하고, 이를 통해 무인 비행체(100)들의 이동가능거리를 연산함으로써 임무 지역에 대한 탐색을 완료한 무인 비행체(100)를 다른 임무 지역으로 이동시키거나 임무 중인 무인 비행체(100)를 지상관제시스템(200)으로 복귀시킴으로써 보다 효율적인 무인 비행체(100)의 운용이 가능하도록 함과 동시에 무인 비행체(100)들이 임무 도중 배터리(180) 잔량 부족으로 인하여 유실되는 것을 방지할 수 있도록 구성된 것이다.
다음, 상기 경로설정부(160)는 임무 중인 무인 비행체(100)들의 비행경로를 설정하는 역할을 하는 것으로, 방향전환모듈(162), 경로결정모듈(164) 및 복귀결정모듈(166)을 포함하여 이루어진다.
먼저, 상기 방향전환모듈(162)은 임무 중인 무인 비행체(100)들의 방향을 전환시킬 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 충돌 위험이 있는 무인 비행체(100) 및 임무 지역에 대한 탐색을 완료한 무인 비행체(100)의 방향을 전환시키도록 하는 지령을 생성시킨다.
보다 상세히 설명하면, 상기 방향전환모듈(162)에서는 연산부(150)의 충돌시간 연산모듈(152)에서 연산된 충돌시간이 기설정된 충돌 회피가 가능한 기준시간 보다 짧아지게 되면 해당 무인 비행체(100)들의 방향 전환을 결정하게 되고, 이와 같은 결정은 제1비행제어부(140)로 전달되어 무인 비행체(100)의 방향을 전환시킬 수 있게 된다.
다음, 상기 경로결정모듈(164)은 탐색 여부 파악모듈(154)에서의 연산 결과에 따라 무인 비행체(100)들의 탐색 경로를 결정하는 역할을 하는 것으로, 연산부(150)의 탐색 여부 파악모듈(154)에서 무인 비행체(100)가 할당된 임무 지역에 대한 탐색을 완료한 것으로 판단한 경우, 해당 무인 비행체(100)가 다른 임무 지역을 향해 이동하도록 경로를 결정하게 된다.
이때, 상기 경로결정모듈(164)에 의한 탐색 경로 결정은 미탐색 지역을 우선적으로 고려하게 되며, 이와 같이 결정된 경로 또한 제1비행제어부(140)로 전달되어 무인 비행체(100)가 결정된 경로로 비행할 수 있도록 한다.
또한, 상기 경로결정모듈(164)에서는 무인 비행체(100)들의 배터리(180) 잔량을 고려하여 배터리(180) 잔량이 여유 있는 무인 비행체(100)는 지상관제시스템(200)으로부터 상대적으로 먼 거리에 위치된 임무 지역을 향하도록 경로를 결정하고, 배터리(180) 잔량이 상대적으로 적은 무인 비행체(100)는 지상관제시스템(200)으로부터 가까운 거리에 위치된 새로운 임무 지역을 향하도록 경로를 결정함으로써 무인 비행체(100)의 임무 도중 배터리(180) 잔량 부족으로 인한 문제가 발생되는 것을 최소화시킬 수 있도록 구성된다.
다음, 상기 복귀결정모듈(166)은 임무 중인 무인 비행체(100)가 지상관제시스템(200)으로 복귀하는 것을 결정하는 역할을 하는 것으로, 무인 비행체(100)의 지상관제시스템(200)으로의 복귀는 탐색 임무가 완료된 경우와 배터리(180) 잔량이 부족한 경우에 이루어질 수 있지만, 탐색 임무가 완료되는 경우는 제2통신모듈(114)을 이용한 무인 비행체(100)와 지상관제시스템(200) 사이의 통신 및 제1통신모듈(112)을 이용한 무인 비행체(100)들 사이의 통신에 의해 자율적으로 이루어질 수 있으므로 상기 복귀결정모듈(166)은 임무 중인 무인 비행체(100)의 배터리(180) 잔량이 부족한 경우 지상관제시스템(200)으로 강제로 복귀시키는 결정을 하는 역할을 주로 하게 된다.
즉, 상기 복귀결정모듈(166)은 연산부(150)의 이동거리 연산모듈(156)에서 연산된 무인 비행체(100)들의 이동 가능 거리가 무인 비행체(100)와 지상관제시스템(200) 사이의 거리에 근접하게 되면 무인 비행체(100)의 복귀를 결정하여 제1비행제어부(140)로 전송하고, 상기 제1비행제어부(140)에서는 무인 비행체(100)가 지상관제시스템(200)으로 강제적으로 복귀하도록 하는 것이다.
이때, 상기 제1비행제어부(140)에서는 복귀결정모듈(166)의 결정에 의해 무인 비행체(100)에 강제 복귀 명령을 내리는 경우 해당 무인 비행체(100)가 제1통신모듈(112)을 통한 다른 무인 비행체(100)들과의 통신을 끊고 최단거리에 해당되는 이동경로를 통해 지상관제시스템(200)으로 복귀하도록 제어하여 배터리(180) 잔량 부족에 의한 사고가 발생되는 것을 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 사용되는 무인 비행체(100)들은 제1통신모듈(112)을 이용한 서로 간의 무선통신에 의해 임무 지역 내에서의 방향 전환 등의 자율적인 비행이 가능하지만, 제1통신모듈(112)에 이상이 발생된 경우 무인 비행체(100)들의 자율비행이 현실적으로 불가능하게 되므로 지상관제시스템(200)에도 비행제어부와 연산부 및 경로설정부가 구비되어 후술할 통신부(210)를 이용한 통신에 의해 무인 비행체(100)들의 비행을 제어할 수 있도록 구성할 수도 있음은 물론이다.
다음, 상기 무인 비행체(100)는 정보저장모듈(170)을 더 포함하여 구성될 수도 있는데, 상기 정보저장모듈(170)은 통신모듈(110)과 센서모듈(120)을 통해 수신한 정보들을 저장하는 역할을 하는 것이다.
즉, 상기 정보저장모듈(170)을 이용하여 제1통신모듈(112)을 통해 수신한 근접한 무인 비행체(100)의 비행정보와, 임무지역에 대한 탐색 여부에 관한 정보, 제2통신모듈(114)을 통해 수신한 지상관제시스템(200)으로부터의 지령정보 및 전자광학센서(122)와 적외선센서(124)를 통해 획득한 탐색 정보 등을 저장할 수 있도록 구성된 것이다.
상기와 같이 정보저장모듈(170)에 저장된 정보들은 임무 종료 후 지상관제시스템(200)에서의 분석 등에 활용될 수 있으며, 임무 도중 상기 정보저장모듈(170)에 저장되는 비행정보와 탐색정보들은 지속적으로 업데이트 된다.
한편, 상기 지상관제시스템(200)은 무인 비행체(100)들의 비행을 관제함과 동시에 무인 비행체(100)들로부터 획득한 정보들을 분석하는 역할을 하는 것으로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 통신부(210), 제2비행제어부(220) 및 데이터베이스(230)를 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 통신부(210)는 임무 중인 무인 비행체(100)들과의 통신을 수행하는 역할을 하는 것으로, 무인 비행체(100) 들에 구비된 제2통신모듈(114)과의 통신을 통해 무인 비행체(100)들에 탐색 임무와 관련된 지령을 전달함과 동시에 무인 비행체(100)들로부터 전송되는 비행 정보 및 탐색 정보들을 수신할 수 있도록 구성되어 있다.
다음, 상기 제2비행제어부(220)는 무인 비행체(100)들의 비행을 전반적으로 제어하는 역할을 하는 것으로, 기본적으로는 무인 비행체(100)들의 충돌회피 및 탐색지 변경을 위한 방향 전환이나 임무 완료 또는 배터리(180) 잔량 부족에 의한 무인 비행체(100)들의 지상관제시스템(200)으로의 복귀 등 무인 비행체(100)에 구비된 제1비행제어부(140)와 동일한 기능을 수행할 수 있도록 구성되며, 무인 비행체(100)에 구비된 제1통신모듈(112)의 이상 발생 등 예기치 않은 상황으로 인해 무인 비행체(100)의 자율 비행이 불가능하게 된 경우 무인 비행체(100)의 비행을 제어할 수 있도록 구성되어 있다.
다음, 상기 데이터베이스(230)는 통신부(210)에 연결 설치되어 제2통신모듈(114)로부터 전송된 정보들을 저장할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.
또한, 상기 데이터베이스(230)에는 무인 비행체(100)의 비행 제어에 필요한 충돌회피를 위한 최소안전거리, 기준시간, 후술할 임무 지역의 분할 영역에 관한 정보 및 무인 비행체(100)들의 배터리(180) 잔량에 따른 잔여운용시간 등이 저장될 수도 있는데, 이러한 정보들은 통신부(210)를 통해 각 무인 비행체(100)들로 전송되어 정보저장모듈(170)에 저장됨으로써 무인 비행체(100)들이 자율 비행에 활용할 수 있도록 구성되어 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법 및 시스템에 의하면, 저가의 센서를 탑재한 소형 무인 비행체(100)들의 군집지능을 이용하여 지리적으로 광범위하고 환경적으로 위험성이 큰 탐색 임무를 보다 신속하고 효율적으로 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 무인 비행체(100)들 사이의 무선 통신에 의한 정보 공유를 통해 자율적인 임무 수행이 가능하도록 하면서도 임무 도중 무인 비행체(100)들의 충돌 사고 및 배터리(180) 잔량 부족에 따른 사고의 발생을 미연에 방지할 수 있는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.
전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
본 발명은 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저가의 센서를 탑재한 소형 무인 비행체들의 군집지능을 이용하여 지리적으로 광범위하고 환경적으로 위험성이 큰 탐색 임무를 보다 신속하고 효율적으로 수행할 수 있도록 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법 및 시스템에 관한 것이다.
100 : 무인 비행체 110 : 통신모듈
112 : 제1통신모듈 114 : 제2통신모듈
120 : 센서모듈 122 : 전자광학센서
124 : 적외선센서 126 : GPS 센서
130 : 충돌회피모듈 140 : 제1비행제어부
150 : 연산부 152 : 충돌시간 연산모듈
154 : 탐색 여부 파악모듈 156 : 이동거리 연산모듈
160 : 경로설정부 162 : 방향전환모듈
164 : 경로결정모듈 166 : 복귀결정모듈
170 : 정보저장모듈 180 : 배터리
200 : 지상관제시스템 210 : 통신부
220 : 제2비행제어부 230 : 데이터베이스
S10 : 통신 및 탐색단계 S20 : 탐색 여부 파악단계
S22 : 임무지역 분할단계 S24 : 연산단계
S26 : 영역구분단계 S28 : 비행경로 설정단계
S30 : 탐색지 선택단계 S32 : 지역선택단계
S34 : 거리 연산단계 S36 : 배터리 잔량 비교단계
S38 : 무인 비행체 이동단계 S40 : 보고 및 복귀단계
S42 : 배터리 잔량 파악단계 S44 : 복귀시간 연산단계
S46 : 강제복귀단계 S50 : 충돌회피단계
S52 : 위치 및 속도 파악단계 S54 : 충돌시간 연산단계
S56 : 방향전환단계

Claims (18)

  1. 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법에 있어서,
    임무 중인 무인 비행체들이 서로 통신하면서 목표물을 탐색하는 통신 및 탐색단계와,
    각 무인 비행체들이 할당된 임무 지역에 대한 탐색을 완료하였는지 여부를 파악하는 탐색 여부 파악단계와,
    할당된 임무 지역에 대한 탐색을 완료한 무인 비행체들을 다른 임무 지역으로 이동시키는 탐색지 선택 단계 및
    무인 비행체들의 임무 도중 발생된 특이사항을 지상관제시스템으로 보고하고, 탐색 임무를 종료하여 지상관제시스템으로 복귀하는 보고 및 복귀단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    임무 중인 무인 비행체들이 일정 간격 이내로 접근한 경우 자율적으로 방향을 전환하는 충돌회피단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 충돌회피단계는 무선통신을 통해 인접한 무인 비행체들의 위치와 이동속도를 파악하는 위치 및 속도 파악단계와,
    상기 위치 및 속도 파악단계로부터 얻어진 두 무인 비행체의 위치와 이동속도를 이용하여 충돌시간을 연산하는 충돌시간 연산단계 및
    상기 충돌시간 연산단계에서 연산된 충돌시간을 기설정된 충돌회피를 위해 필요한 기준시간과 비교하여 무인 비행체들의 방향을 변경시키는 방향전환단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 방향전환단계에서는 무인 비행체의 방향을 미탐색 지역을 향하도록 변경시키는 것을 특징으로 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 탐색 여부 파악단계는 무인 비행체의 할당된 임무 지역을 다수 개의 영역으로 분할하는 임무 지역 분할단계와,
    무인 비행체의 탐색 반경과 분할된 각 영역의 중심 및 무인 비행체의 위치 사이의 기하학적 관계를 이용한 연산을 통해 무인 비행체의 탐색 여부를 파악하는 연산단계와,
    각 분할된 영역을 탐색 여부 및 탐색 필요 유무를 기준으로 구분하는 영역 구분단계 및
    상기 영역 구분단계에서 구분된 내용을 기초로 하여 무인 비행체의 임무 지역 내에서의 비행경로를 설정하는 비행경로 설정단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 비행경로 설정단계에서는 탐색이 불필요한 영역을 제외한 동일한 영역을 3회 이상 탐색할 수 있도록 비행경로를 설정하는 것을 특징으로 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 탐색지 선택단계는 다수 개로 구분된 임무 지역 중 미탐색 지역 또는 가장 적게 탐색된 지역을 선택하는 지역 선택단계와,
    선택된 지역으로부터의 임무 지역에 대한 탐색을 완료한 무인 비행체 사이의 거리를 연산하는 거리 연산단계와,
    임무 지역에 대한 탐색을 완료한 무인 비행체들의 배터리 잔량을 비교하는 배터리 잔량 비교단계 및
    상기 거리 연산단계에서 연산된 선택 지역까지의 거리와 배터리 잔량 비교단계에서 비교된 배터리 잔량을 고려하여 무인 비행체를 선택 지역으로 이동시키는 무인 비행체 이동단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 보고 및 복귀단계는, 임무 중인 무인 비행체들의 배터리 잔량을 파악하는 배터리 잔량 파악단계와,
    임무 중인 무인 비행체와 지상관제시스템 사이의 상대거리를 이용하여 무인비행체가 지상관제시스템으로 복귀하는데 소요되는 시간을 연산하는 복귀시간 연산단계 및
    상기 배터리 잔량 파악단계에서 파악된 무인 비행체의 잔여 운용가능시간과 복귀시간 연산단계에서 연산된 복귀시간을 비교하여 무인 비행체를 선택적으로 복귀시키는 강제복귀단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법.
  9. 다수의 무인 비행체와, 상기 무인 비행체들의 비행을 관제하는 지상관제시스템(GCS)을 포함하여 구성되는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 시스템에 있어서,
    상기 무인 비행체는 다른 무인 비행체 및 지상관제시스템과의 무선통신을 위한 통신모듈과,
    탐색 임무 수행을 위해 필요한 센서들을 포함하는 센서모듈 및
    상기 무인 비행체들이 서로 일정 거리 이내로 인접한 경우 방향을 전환하도록 하는 충돌회피모듈을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 통신모듈은 인접한 무인 비행체들이 서로 통신할 수 있도록 하는 제1통신모듈과, 무인 비행체들이 지상관제시스템과 통신할 수 있도록 하는 제2통신모듈을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 시스템.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 센서모듈은 탐색 지역의 촬영을 위한 전자광학센서(Electro Optical Sensor) 및 적외선센서(Infrared Ray Sensor)와,
    무인 비행체의 실시간 위치 확인을 위한 GPS 센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 시스템.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 무인 비행체는 통신모듈과 센서모듈을 통해 수신한 정보들을 저장하는 정보저장모듈을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 시스템.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 무인 비행체는 제1통신모듈을 통해 수신한 무인 비행체들로부터의 정보를 토대로 하여 무인 비행체들의 비행에 필요한 연산을 수행하는 연산부와,
    임무 중인 무인 비행체들의 비행경로를 설정하는 경로설정부 및
    임무 중인 무인 비행체들의 비행을 제어하는 제1비행제어부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 연산부는 무인 비행체들 사이의 상대거리와 상대접근속도를 이용하여 무인 비행체들 사이의 충돌시간을 연산하는 충돌시간 연산모듈과,
    각 무인 비행체들의 임무 지역을 다수 개의 영역으로 분할하고, 무인 비행체의 탐색 반경과 분할된 각 영역의 중심 및 무인 비행체의 위치 사이의 기하학적 관계를 이용한 연산을 통해 무인 비행체의 탐색 여부를 파악하는 탐색 여부 파악모듈과,
    임무 중인 무인 비행체들의 배터리 잔량을 이용하여 각 무인 비행체들의 이동 가능 거리를 연산하는 이동거리 연산모듈을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 시스템.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 경로설정부는 충돌시간 연산모듈의 연산 결과에 따라 충돌의 위험이 있는 무인 비행체들의 방향을 전환시키는 방향전환모듈과,
    상기 탐색 여부 파악모듈의 연산 결과에 따라 무인 비행체들의 탐색 경로를 결정하는 경로결정모듈 및
    상기 이동거리 연산모듈의 연산 결과에 따라 무인 비행체들의 복귀 여부를 결정하는 복귀결정모듈을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 경로결정모듈에서는 연산부에서의 연산결과를 이용하여 무인 비행체들이 미탐색 지역을 향하도록 경로를 결정하고, 무인 비행체들의 배터리 잔량을 고려하여 배터리 잔량이 보다 많은 무인 비행체가 지상관제시스템으로부터 상대적으로 거리가 먼 미탐색 지역 방향으로 이동할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 시스템.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 제1비행제어부에서는 경로설정부에서 무인 비행체의 복귀가 결정된 경우 해당 무인 비행체가 다른 무인 비행체들과의 통신을 끊고 최단거리에 해당되는 이동경로를 통해 지상관제시스템으로 복귀하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 시스템.
  18. 제 9항에 있어서,
    상기 지상관제시스템은 무인 비행체들과의 통신을 위한 통신부와,
    상기 무인 비행체들의 비행을 제어하는 제2비행제어부 및
    상기 통신부에 연결 설치되어 무인 비행체로부터 전송된 정보들 및 무인 비행체의 비행 제어에 필요한 정보들이 저장되는 데이터베이스를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 시스템.


KR1020170109669A 2017-08-29 2017-08-29 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법 및 시스템 KR101993603B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170109669A KR101993603B1 (ko) 2017-08-29 2017-08-29 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법 및 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170109669A KR101993603B1 (ko) 2017-08-29 2017-08-29 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법 및 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190023633A true KR20190023633A (ko) 2019-03-08
KR101993603B1 KR101993603B1 (ko) 2019-06-27

Family

ID=65801450

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170109669A KR101993603B1 (ko) 2017-08-29 2017-08-29 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법 및 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101993603B1 (ko)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110941283A (zh) * 2019-11-20 2020-03-31 西北工业大学 一种基于任务需求的异构无人机集群协同最优配置方法
KR20200116560A (ko) * 2019-04-01 2020-10-13 주식회사 온품 무인 비행체를 이용한 산악지역의 재난 대응 시스템 및 방법
KR20210010166A (ko) * 2019-07-19 2021-01-27 배재대학교 산학협력단 군집 비행 시 포메이션 이탈 무인 비행체의 처리 시스템 및 방법
KR102209503B1 (ko) * 2020-08-24 2021-02-01 코아글림 주식회사 지능형 무인 비행체의 무선통신 시스템
KR20210033808A (ko) * 2019-09-19 2021-03-29 엘지전자 주식회사 아웃도어 영역에서 이종의 위치정보 획득 메커니즘을 적용하는 방법 및 이를 구현하는 로봇과 클라우드 서버
KR102258505B1 (ko) * 2019-12-09 2021-05-28 금오공과대학교 산학협력단 무인항공기의 군집 내비게이션 방법
KR20210082576A (ko) * 2019-12-26 2021-07-06 금오공과대학교 산학협력단 Gsa에 기반하는 군집 무인항공기의 정찰 방법
KR102322360B1 (ko) * 2020-11-02 2021-11-04 서울대학교 산학협력단 무인 비행체 운용 시스템 및 방법
KR102389315B1 (ko) * 2020-10-16 2022-04-22 이지스로직 주식회사 Ｙｏｌｏ를 이용한 태양광 패널 결함 검출용 드론 시스템
KR20220114348A (ko) * 2021-02-08 2022-08-17 경상국립대학교산학협력단 드론의 등산로 탐색 장치 및 방법
CN116880434A (zh) * 2023-06-20 2023-10-13 辽宁工业大学 网络攻击下基于云雾计算的无人机-无人车集群协同控制方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102251282B1 (ko) * 2019-11-21 2021-05-12 국방과학연구소 위험 지점 결정 및 자원할당 제어 방법
KR102547315B1 (ko) * 2021-06-29 2023-06-23 엘아이지넥스원 주식회사 무인기의 임무 수준 자율화 시스템 및 그 방법

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120060401A (ko) 2010-12-02 2012-06-12 조창호 조난자 탐색용 무인 비행체
KR20150059365A (ko) * 2013-11-22 2015-06-01 인하공업전문대학산학협력단 무인 항공기의 비행 제어 장치 및 그 방법
KR20160077697A (ko) * 2014-12-24 2016-07-04 한국전자통신연구원 감시 및 정찰용 무인 하이브리드 이동체 및 상기 무인 하이브리드 이동체를 제어하기 위한 제어 방법 및 제어 시스템
KR101636486B1 (ko) 2014-05-12 2016-07-06 고려대학교 산학협력단 사용자 위치에 따른 드론 네트워크의 토폴로지 구성 방법
KR20170002191A (ko) * 2015-06-29 2017-01-06 인하공업전문대학산학협력단 무인비행체의 충돌회피 제어방법
KR20170045071A (ko) * 2015-10-16 2017-04-26 조승철 복수의 드론을 이용한 교대형 감시 시스템 및 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120060401A (ko) 2010-12-02 2012-06-12 조창호 조난자 탐색용 무인 비행체
KR20150059365A (ko) * 2013-11-22 2015-06-01 인하공업전문대학산학협력단 무인 항공기의 비행 제어 장치 및 그 방법
KR101636486B1 (ko) 2014-05-12 2016-07-06 고려대학교 산학협력단 사용자 위치에 따른 드론 네트워크의 토폴로지 구성 방법
KR20160077697A (ko) * 2014-12-24 2016-07-04 한국전자통신연구원 감시 및 정찰용 무인 하이브리드 이동체 및 상기 무인 하이브리드 이동체를 제어하기 위한 제어 방법 및 제어 시스템
KR20170002191A (ko) * 2015-06-29 2017-01-06 인하공업전문대학산학협력단 무인비행체의 충돌회피 제어방법
KR20170045071A (ko) * 2015-10-16 2017-04-26 조승철 복수의 드론을 이용한 교대형 감시 시스템 및 방법

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200116560A (ko) * 2019-04-01 2020-10-13 주식회사 온품 무인 비행체를 이용한 산악지역의 재난 대응 시스템 및 방법
KR20210010166A (ko) * 2019-07-19 2021-01-27 배재대학교 산학협력단 군집 비행 시 포메이션 이탈 무인 비행체의 처리 시스템 및 방법
KR20210033808A (ko) * 2019-09-19 2021-03-29 엘지전자 주식회사 아웃도어 영역에서 이종의 위치정보 획득 메커니즘을 적용하는 방법 및 이를 구현하는 로봇과 클라우드 서버
CN110941283A (zh) * 2019-11-20 2020-03-31 西北工业大学 一种基于任务需求的异构无人机集群协同最优配置方法
CN110941283B (zh) * 2019-11-20 2022-07-05 西北工业大学 一种基于任务需求的异构无人机集群协同最优配置方法
KR102258505B1 (ko) * 2019-12-09 2021-05-28 금오공과대학교 산학협력단 무인항공기의 군집 내비게이션 방법
KR20210082576A (ko) * 2019-12-26 2021-07-06 금오공과대학교 산학협력단 Gsa에 기반하는 군집 무인항공기의 정찰 방법
WO2022045512A1 (ko) * 2020-08-24 2022-03-03 코아글림 주식회사 지능형 무인 비행체의 무선통신 시스템
KR102209503B1 (ko) * 2020-08-24 2021-02-01 코아글림 주식회사 지능형 무인 비행체의 무선통신 시스템
JP2022549750A (ja) * 2020-08-24 2022-11-29 コアグリーム カンパニー リミテッド 知能型無人飛行体の無線通信システム
KR102389315B1 (ko) * 2020-10-16 2022-04-22 이지스로직 주식회사 Ｙｏｌｏ를 이용한 태양광 패널 결함 검출용 드론 시스템
KR102322360B1 (ko) * 2020-11-02 2021-11-04 서울대학교 산학협력단 무인 비행체 운용 시스템 및 방법
WO2022092543A1 (ko) * 2020-11-02 2022-05-05 서울대학교 산학협력단 무인 비행체 운용 시스템 및 방법
KR20220114348A (ko) * 2021-02-08 2022-08-17 경상국립대학교산학협력단 드론의 등산로 탐색 장치 및 방법
CN116880434A (zh) * 2023-06-20 2023-10-13 辽宁工业大学 网络攻击下基于云雾计算的无人机-无人车集群协同控制方法
CN116880434B (zh) * 2023-06-20 2024-01-23 辽宁工业大学 网络攻击下基于云雾计算的无人机-无人车集群协同控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101993603B1 (ko) 2019-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101993603B1 (ko) 다수의 무인 비행체를 이용한 광역 자율탐색 방법 및 시스템
KR102089067B1 (ko) 다중 드론 시스템 및 그것의 동작 방법
EP3391166B1 (en) Autonomous visual navigation
CN109923492B (zh) 飞行路径确定
EP3619591B1 (en) Leading drone
EP3619584B1 (en) Underwater leading drone system
Recchiuto et al. Post‐disaster assessment with unmanned aerial vehicles: A survey on practical implementations and research approaches
JP2020098567A (ja) 適応検知・回避システム
WO2017198696A2 (en) Intelligent autonomous drone fleet management
CN110226143B (zh) 前导无人机的方法
CA3093522A1 (en) Swarm path planner system for vehicles
US20190066522A1 (en) Controlling Landings of an Aerial Robotic Vehicle Using Three-Dimensional Terrain Maps Generated Using Visual-Inertial Odometry
WO2017168423A1 (en) System and method for autonomous guidance of vehicles
US11380103B2 (en) Coverage device, moving body, control device, and moving body distributed control program
JP2019537140A (ja) ビークル衝突回避
Chand et al. Sense and avoid technology in unmanned aerial vehicles: A review
Petrlík et al. Coverage optimization in the cooperative surveillance task using multiple micro aerial vehicles
CN110515390A (zh) 飞行器自主降落方法及装置、电子设备、存储介质
CN112639735A (zh) 计算量分配
JP2023000132A (ja) 運行管制システムの経路計画装置
Andert et al. Mapping and path planning in complex environments: An obstacle avoidance approach for an unmanned helicopter
US11927972B2 (en) Collision avoidance based on traffic management data
Mughal et al. UAVs path planning by particle swarm optimization based on visual-SLAM algorithm
US20220366794A1 (en) Systems and methods for ground-based automated flight management of urban air mobility vehicles
US20230341859A1 (en) Autonomous vehicle for airports

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right