KR20230023369A

KR20230023369A - 중계 드론 제어 시스템 및 이를 이용한 중계 드론 제어 방법

Info

Publication number: KR20230023369A
Application number: KR1020210105430A
Authority: KR
Inventors: 여상준
Original assignee: (주)미래시그널
Priority date: 2021-08-10
Filing date: 2021-08-10
Publication date: 2023-02-17
Also published as: KR102532592B1

Abstract

본 발명의 일실시예는 메인 드론; 상기 메인 드론과 통신하며 상기 메인 드론을 제어하는 제어 장치; 및 상기 메인 드론과 상기 제어 장치 간의 통신을 중계하는 중계 드론을 포함하고, 상기 제어 장치는 상기 메인 드론, 상기 중계 드론 및 상기 제어 장치 각각의 신호 출력 성능 데이터, 상기 메인 드론, 상기 중계 드론 및 상기 제어 장치 각각의 안테나 빔 패턴 데이터, 상기 제어 장치의 좌표, 상기 메인 드론의 이동 목표 좌표 및 상기 메인 드론과 상기 제어 장치 간의 3D 공간정보 데이터를 인공 신경망 모델의 입력으로 하여 상기 메인 드론과 상기 제어 장치 간의 통신 중계가 가능한 중계 드론 좌표를 적어도 하나 이상 추정하는 중계 드론 좌표 결정부를 포함하는 것인 중계 드론 제어 시스템을 제공한다.

Description

중계 드론 제어 시스템 및 이를 이용한 중계 드론 제어 방법{RELAY DRONE CONTROL SYSTEM AND RELAY DRONE CONTROL METHOD USING THE SAME}

본 발명은 중계 드론 제어 시스템 및 이를 이용한 중계 드론 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지상의 제어 장치와 메인 드론 사이에 장애물이 있는 상황에서 제어 장치와 메인 드론 간의 통신을 중계하는 중계 드론의 위치를 자동으로 선정할 수 있는 중계 드론 제어 시스템 및 이를 이용한 중계 드론 제어 방법에 관한 것이다.

드론(Drone)은 조종사 없이 무선전파의 유도에 의해 비행과 조종이 가능한 무인 항공기로, 정찰 또는 사격과 같은 다양한 군사 작전에서 활용되고 있다.

일 예로 사용자는 지상의 제어 장치(2)를 이용해 드론(1) 주변의 영상을 실시간으로 전달받고, 전달받은 영상을 확인하며 임무를 수행하게 되는데, 도 1과 같은 산악 지형에서는 장애물(M)로 인해 실시간 영상 전송이 어려운 문제점이 있다. 구체적으로 실시간 영상을 지상의 제어 장치로 전송하기 위해서는 1~4Mbps의 속도로 통신이 이루어져야 하는데 이를 위해서는 통신 시 GHz대역의 주파수를 사용하여야 한다. 그러나 GHz 대역 주파수는 직진성이 강하고 회절성이 약해 통신구간 내 지형지물이 있을 경우 드론(1)과 제어 장치(2) 간의 통신이 끊어지는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위해 지상의 제어 장치(2)와 드론(1) 간의 통신을 중계하는 중계 드론을 활용하기도 하나, 중계 드론의 운영에는 별도의 인력이 필요한 단점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 지상의 제어 장치와 메인 드론 사이에 장애물이 있는 상황에서 제어 장치와 메인 드론 간의 통신을 중계하는 중계 드론의 위치를 자동으로 선정할 수 있는 중계 드론 제어 시스템 및 이를 이용한 중계 드론 제어 방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 제어 장치, 메인 드론 및 중계 드론 간에 실시간 영상 및 제어 신호를 전송하는 과정에서 전송 속도 저하 또는 신호 끊김이 발생하지 않는 중계 드론 제어 시스템 및 이를 이용한 중계 드론 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예는 메인 드론; 상기 메인 드론과 통신하며 상기 메인 드론을 제어하는 제어 장치; 및 상기 메인 드론과 상기 제어 장치 간의 통신을 중계하는 중계 드론을 포함하고, 상기 제어 장치는 상기 메인 드론, 상기 중계 드론 및 상기 제어 장치 각각의 신호 출력 성능 데이터, 상기 메인 드론, 상기 중계 드론 및 상기 제어 장치 각각의 안테나 빔 패턴 데이터, 상기 제어 장치의 좌표, 상기 메인 드론의 이동 목표 좌표 및 상기 메인 드론과 상기 제어 장치 간의 3D 공간정보 데이터 중 적어도 하나를 인공 신경망 모델의 입력으로 하여 상기 메인 드론과 상기 제어 장치 간의 통신 중계가 가능한 중계 드론 좌표를 적어도 하나 이상 추정하는 중계 드론 좌표 결정부를 포함하는 것인 중계 드론 제어 시스템을 제공한다.

상기 제어 장치는 장애물 탐지부를 더 포함하고, 상기 장애물 탐지부는 상기 제어 장치의 좌표, 상기 메인 드론의 이동 목표 좌표 및 상기 3D 공간정보 데이터에 기초하여 상기 메인 드론과 상기 제어 장치 간의 장애물 존재 여부를 판단하고, 상기 중계 드론 좌표 결정부는 상기 메인 드론과 상기 제어 장치 간 장애물이 존재하는 것으로 판단될 시 상기 중계 드론 좌표를 추정할 수 있다.

상기 안테나 빔 패턴 데이터는 반치전력 빔폭, 대역폭 및 지향성 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 3D 공간정보 데이터는 미리 설정된 해상도에 따라 구획된 각 지면의 높이 값 또는 상기 지면의 고도에 따라 결정된 등고선 데이터를 포함할 수 있다.

상기 중계 드론 좌표 결정부는 상기 3D 공간정보 데이터에 기초하여 지면으로부터의 거리가 기 설정된 거리 이상인 좌표를 상기 중계 드론 좌표로 결정할 수 있다.

상기 인공 신경망 모델은 상기 입력을 기초로 상기 중계 드론 좌표를 추정하기 위한 복수의 가중치를 포함하고, 상기 복수의 가중치는 상기 입력을 통해 추정된 상기 중계 드론 좌표에 상기 중계 드론이 위치한 상태에서 상기 메인 드론, 상기 중계 드론, 상기 제어 장치 각각의 신호 수신 감도 실측값과 기 설정된 신호 수신 감도 임계치 간의 차이에 기초하여 상기 인공 신경망 모델의 학습을 통해 결정될 수 있다.

상기 중계 드론 좌표 결정부는 상기 중계 드론 좌표의 결정 후 상기 메인 드론의 위치가 기 설정된 거리 이상 변경되면 상기 중계 드론 좌표를 다시 추정할 수 있다.

상기 중계 드론 좌표 결정부는 상기 메인 드론의 이동 목표 좌표로부터 기 설정된 반경 내의 각 좌표에 메인 드론이 위치할 시의 중계 드론 좌표를 상기 기 설정된 반경 내 각 좌표마다 미리 추정하고, 상기 제어 장치는 상기 메인 드론의 이동 시, 상기 메인 드론이 이동한 좌표에 대응하는 미리 추정된 상기 중계 드론 좌표로 상기 중계 드론을 이동시킬 수 있다.

상기 메인 드론, 상기 제어 장치 및 상기 중계 드론 각각에 구간 암호화 모듈이 구비되고, 상기 구간 암호화 모듈은 상기 메인 드론이 촬영한 영상 정보를 암복호화하는 제1 구간 암호화부 및 상기 메인 드론 또는 상기 중계 드론의 제어를 위한 드론 제어 데이터를 암복호화하는 제2 구간 암호화부를 포함하고, 암복호화된 상기 영상 정보와 암복호화된 상기 드론 제어 데이터는 서로 다른 주파수 대역으로 상기 메인 드론, 상기 제어 장치 및 상기 중계 드론 사이에서 송수신 될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예는 메인 드론과 제어 장치 간의 통신을 중계하는 중계 드론을 제어하는 방법으로서, a) 상기 메인 드론의 이동 목표 좌표를 설정하는 단계; b)신호 출력 성능 데이터, 안테나 빔 패턴 데이터 및 3D 공간정보 데이터를 로드하는 단계; c) 상기 메인 드론의 이동 목표 좌표, 상기 제어 장치의 좌표 및 상기 b) 단계에서 로드한 상기 데이터들 중 적어도 하나를 인공 신경망 모델에 입력하여 메인 드론과 제어 장치 간 통신의 중계가 가능한 중계 드론 좌표를 추정하는 단계; d) 상기 메인 드론과 상기 제어 장치 간의 장애물 존재 여부를 판단하는 단계; 및 e) 상기 장애물이 존재하는 것으로 판단될 경우 상기 메인 드론을 상기 메인 드론 이동 목표 좌표로 이동시키고 상기 중계 드론을 상기 중계 드론 좌표로 이동시키고, 상기 장애물이 존재하지 않는 것으로 판단될 경우 상기 메인 드론을 상기 메인 드론 이동 목표 좌표로 이동시키는 단계;를 포함하는 중계 드론 제어 방법을 제공한다.

상기 신호 출력 성능 데이터와 상기 안테나 빔 패턴 데이터는 상기 메인 드론, 상기 중계 드론 및 상기 제어 장치별로 구비된 데이터일 수 있다.

상기 c) 단계에서, 상기 중계 드론 좌표는 복수개로 추정되고, 상기 복수개의 중계 드론 좌표들 중 지면으로부터의 거리가 기 설정된 거리 이상인 좌표를 상기 중계 드론 좌표로 결정할 수 있다.

상기 e) 단계 이후, 상기 메인 드론의 위치가 기 설정된 거리 이상 변경되었는지 판단하는 단계; 상기 판단 결과에 기초하여 상기 메인 드론의 위치에 대응하는 상기 중계 드론 좌표를 다시 추정하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.

상기 c) 단계에서, 상기 중계 드론 좌표는 상기 메인 드론 이동 목표 좌표로부터 기 설정된 반경 내의 각 좌표에 메인 드론이 위치하는 경우를 가정하여 상기 기 설정된 반경 내의 각 좌표 별로 미리 더 추정되고, 상기 e) 단계 이후, 상기 메인 드론의 이동 시, 상기 메인 드론이 이동한 좌표에 대응하는 미리 추정된 상기 중계 드론 좌표로 상기 중계 드론을 이동시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 인공 신경망 모델을 이용해 메인 드론과 제어 장치 간의 통신을 중계할 수 있는 중계 드론 좌표를 추정하고 추정한 중계 드론 좌표로 중계 드론을 이동시키므로, 중계 드론 제어를 위한 별도의 인력 없이도 중계 드론의 운영이 가능하다. 또한, 인공 신경망 모델이 통신 중계를 위한 최적의 중계 드론 좌표를 자동으로 추정하므로, 중계 드론 운영에 소요되는 시간이 단축되고, 임무 또는 작전이 신속히 수행될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 영상 데이터와 드론 제어 데이터가 제1 구간 암호화부 및 제2 구간 암호화부에서 각각 암복호화되고, 영상 데이터와 드론 제어 데이터 또한 서로 다른 주파수에서 분리되어 송수신되므로 영상 데이터의 송수신시에도 드론 제어 데이터의 통신은 속도 저하 또는 끊김 없이 이루어질 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 중계 드론 좌표 결정부는 복수의 중계 드론 좌표를 추정하고 추정한 좌표들 중 지면으로부터 일정 높이 이상인 좌표를 중계 드론 좌표로 선정하므로, 중계 드론의 이동 시 나무나 전봇대와 같은 주변 장애물의 영향이 최소화될 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 장애물로 인한 메인 드론과 제어 장치 간의 통신 장애를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 중계 드론 제어 시스템을 통해 중계 드론이 메인 드론과 제어 장치 간의 통신을 중계하는 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 중계 드론 제어 시스템을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 중계 드론 좌표 결정부가 중계 드론 좌표를 추정하는 과정과, 추정이 완료된 후 메인 드론과 중계 드론의 임무 수행 프로세스를 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 중계 드론 좌표 결정부에 구비된 인공 신경망 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 중계 드론 좌표 결정부가 중계 드론 좌표를 선정하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 3D 공간정보 데이터 및 중계 드론 좌표의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 구간 암호화 모듈을 도시한 블록도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 중계 드론(300) 제어 시스템을 통해 중계 드론(300)이 메인 드론(100)과 제어 장치(200) 간의 통신을 중계하는 예를 도시한 도면이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 중계 드론 제어 시스템을 도시한 블록도이다.

도 2 내지 3에 도시된 바와 중계 드론(300) 제어 시스템은 메인 드론(100), 제어 장치(200) 및 중계 드론(300)을 포함할 수 있다.

메인 드론(100)은 임무가 필요한 장소로 이동하여 정찰이나 사격 등의 임무를 수행하는 무인 비행체로 구간 암호화 통신 모듈(110), GPS 모듈(120), 촬영 모듈(130) 및 구동 모듈(140)을 포함할 수 있다.

구간 암호화 통신 모듈(110)은 촬영 모듈(130)이 촬영한 영상 및 드론 제어 데이터를 송신 또는 수신할 수 있으며, 송신 또는 수신하는 데이터를 암호화 또는 복호화할 수 있다. 구간 암호화 통신 모듈(110)은 촬영 영상을 암호화하는 제1 구간 암호화부(114a)와 드론 제어 데이터를 암호화하는 제2 구간 암호화부(114b)를 포함할 수 있다. 즉, 구간 암호화 통신 모듈(110)은 둘 이상의 구간 암호화부를 구비할 수 있다. 암호화된 촬영 영상과 암호화된 드론 제어 데이터는 서로 다른 무선 주파수로 송수신될 수 있다. 구간 암호화 통신 모듈(110)의 구체적인 구성은 도 8을 통해 설명하기로 한다.

GPS(Global Positioning System) 모듈은 GPS 위성과 통신하여 메인 드론(100)의 좌표를 확인할 수 있다. 일 예로 메인 드론(100)의 좌표는 3차원 좌표(x1, y1, z1)일 수 있다.

촬영 모듈(130)은 메인 드론(100)의 주변 환경을 촬영하여 촬영 영상을 획득할 수 있다.

구동 모듈(140)은 드론 제어 데이터에 기초하여 메인 드론(100)에 구비된 안테나의 방향 및 비행 수단 등의 구성을 제어할 수 있다. 일 예로 메인 드론(100)이 사격용 드론인 경우 구동 모듈(140)은 사격 수단을 포함할 수도 있다.

한편 제어 장치(200)는 메인 드론(100) 및 중계 드론(300)을 제어하는 장치로, 구간 암호화 통신 모듈(210), GPS 모듈(220), 장애물 탐지부(230), 중계 드론 좌표 결정부(240), 모니터링부(250), 메모리부(260), 컨트롤 보드(270)를 포함할 수 있다.

제어 장치(200)에 구비된 구간 암호화 통신 모듈(210)은 메인 드론(100)이 촬영한 영상을 수신할 수 있으며 드론 제어 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 즉, 제어 장치(200)에 구비된 구간 암호화 통신 모듈(210)은 메인 드론(100)에 구비된 구간 암호화 통신 모듈(110)과 같이 송수신하는 영상 데이터 또는 드론 제어 데이터를 암호화 또는 복호화할 수 있다.

GPS모듈은 GPS 위성과 통신하여 제어 장치(200)의 좌표 정보를 확인할 수 있다. 일 예로 제어 장치(200)의 좌표는 3차원 좌표(x2, y2, z2)일 수 있다.

장애물 탐지부(230)는 제어 장치(200)와 메인 드론(100) 간의 장애물 존재 여부를 판단할 수 있다. 일 예로 장애물 탐지부(230)는 메모리부(260)에 저장된 3D 공간정보 데이터, 메인 드론 좌표 및 제어 장치 좌표에 기초하여 장애물 존재 여부를 판단할 수 있다.

중계 드론 좌표 결정부(240)는 인공 신경망 모델을 이용해 제어 장치(200)와 메인 드론(100) 간의 통신 중계가 가능한 중계 드론 좌표를 추정할 수 있다. 일 예로 중계 드론 좌표 결정부(240)는 장애물 탐지부(230)가 제어 장치(200)와 메인 드론(100) 간에 장애물이 있는 것으로 판단하였을 시 구동하여 중계 드론 좌표를 추정할 수 있다. 중계 드론 좌표 결정부(240)의 구체적인 구성은 도 4 내지 도 5를 통해 상세히 설명하기로 한다.

모니터링부(250)는 메인 드론(100)의 위치, 메인 드론(100)이 촬영한 영상 등의 정보 등을 사용자에게 디스플레이할 수 있다.

메모리부(260)는 중계 드론 좌표의 추정에 필요한 데이터를 저장할 수 있다. 일 예로 메모리부(260)는 신호 출력 성능 데이터, 안테나 빔 패턴 데이터 및 3D 공간정보 데이터를 저장할 수 있다.

이때 신호 출력 성능 데이터는 메인 드론(100), 제어 장치(200) 및 중계 드론(300) 각각에 대해 구분되어 저장된 안테나 출력 성능 데이터일 수 있다. 일 예로 안테나 출력 성능 데이터는 안테나가 출력하는 신호의 세기를 dBm 단위로 나타낸 데이터일 수 있다.

그리고 안테나 빔 패턴 데이터는 메인 드론(100), 제어 장치(200), 중계 드론(300) 각각에 구비된 안테나별로 구분되어 저장된 데이터일 수 있다. 일 예로 안테나 빔 패턴 데이터는 안테나의 반치전력 빔폭, 대역폭 및 지향성 중 적어도 하나를 포함하는 데이터일 수 있다.

그리고 3D 공간정보 데이터는 미리 설정된 해상도에 따라 구획된 각 구역의 지표면의 높이 값을 나타내는 데이터일 수 있다. 일 예로 3D 공간정보 데이터는 메모리부(260)에 미리 저장된 데이터일 수 있다. 일 예로 3D 공간정보 데이터는 제어 장치(200)가 외부의 공간정보 데이터베이스로부터 실시간으로 수신하여 메모리부(260)에 저장하는 데이터일 수 있다.

그리고 컨트롤 보드(270)는 사용자로부터 제어 명령을 입력받아 메인 드론(100) 또는 중계 드론(300)의 제어에 필요한 드론 제어 데이터를 생성할 수 있다.

한편 중계 드론(300)은 제어 장치(200)와 메인 드론(100)간의 통신을 중계하기 위한 무인 비행체로서, 중계 드론 좌표 결정부(240)가 추정한 중계 드론 좌표에 대한 정보를 수신하고 중계 드론 좌표로 이동할 수 있다.

중계 드론(300)은 구간 암호화 통신 모듈(310), GPS 모듈(320) 및 구동 모듈(330)을 포함할 수 있다.

GPS모듈(320)은 GPS 위성과 통신하여 중계 드론(300)의 좌표 정보를 확인할 수 있다. 일 예로 중계 드론 좌표는 3차원 좌표(x3, y3, z3)일 수 있다. 중계 드론(300)에 구비된 구간 암호화 통신 모듈(310), GPS 모듈(320) 및 구동 모듈(330)은 메인 드론(100)에 구비된 구성과 기능이 유사하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 중계 드론 좌표 결정부(240)가 중계 드론 좌표를 추정하는 과정과, 추정이 완료된 후 메인 드론(100)과 중계 드론(300)의 임무 수행 프로세스를 도시한 순서도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 메인 드론(100)의 이동 목표 좌표가 설정될 수 있다. (S100)

일 예로 제어 장치(200)는 사용자의 입력에 기초하여 메인 드론(100)의 이동 목표 좌표를 설정할 수 있다.

그리고 제어 장치(200)는 메모리부(260)로부터 신호 출력 성능 데이터, 안테나 빔 패턴 데이터 및 3D 공간정보 데이터를 로드할 수 있다. (S200(S210, S220, S230))

이때 신호 출력 성능 데이터는 메인 드론(100), 제어 장치(200) 및 중계 드론(300)에 구비된 각 안테나들의 출력 성능 데이터를 포함할 수 있다. 또한 안테나 빔 패턴 데이터는 메인 드론(100), 제어 장치(200) 및 중계 드론(300)에 구비된 각 안테나들의 빔 패턴 데이터를 포함할 수 있다.

그리고 제어 장치(200)는 메인 드론(100)의 이동 목표 좌표, 제어 장치(200)의 좌표 및 로드한 데이터들을 인공 신경망 모델에 입력하여 메인 드론(100)과 제어 장치(200) 간 통신의 중계가 가능한 중계 드론 좌표를 추정할 수 있다. (S300)

그리고 제어 장치(200)는 장애물 탐지부(230)를 통해 메인 드론(100)과 제어 장치(200) 간의 장애물 존재 여부를 판단할 수 있다. (S400)

그리고 단계 S400에서 장애물이 존재하는 것으로 판단될 경우, 제어 장치(200)는 메인 드론(100)과 중계 드론(300)에 이동 경로를 전달할 수 있다. (S510) 일 예로 제어 장치(200)는 메인 드론(100)에 메인 드론 이동 목표 좌표를 전달하고, 중계 드론(300)에 중계 드론 좌표를 전달할 수 있다. 그리고 메인 드론(100)과 중계 드론(300)은 목적지에 도달할 수 있다 (S520) 그리고 메인 드론(100)은 중계 드론(300)을 통해 전달받은 드론 제어 데이터에 따라 정찰, 사격 등의 임무를 수행할 수 있다. (S530)

한편 단계 S400에서 장애물이 존재하지 않는 것으로 판단될 경우, 제어 장치(200)는 메인 드론(100)에 이동 경로를 전달할 수 있다. (S610) 일 예로 제어 장치(200)는 메인 드론(100)에 메인 드론 이동 목표 좌표를 전달할 수 있다. 그리고 메인 드론(100)은 목적지에 도달할 수 있다 (S620) 그리고 메인 드론(100)은 제어 장치(200)로부터 전달받은 드론 제어 데이터에 따라 정찰, 사격 등의 임무를 수행할 수 있다. (S630)

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 중계 드론 좌표 결정부(240)에 구비된 인공 신경망 모델을 설명하기 위한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이 중계 드론 좌표 결정부(240)는 입력 레이어(L1), 히든 레이어(L2) 및 출력 레이어(L3)를 포함하는 인공 신경망 모델을 이용해 중계 드론 좌표를 추정할 수 있다. 인공 신경망 모델은 한 개의 입력 레이어(L1)와 출력 레이어(L3) 사이에 적어도 하나의 히든 레이어(L2)가 존재하는 다층 퍼셉트론(perceptron)으로 구현될 수 있다.

중계 드론 좌표 결정부(240)는 신호 출력 성능 데이터, 안테나 빔 패턴 데이터, 제어 장치 좌표, 메인 드론 이동 목표 좌표 및 3D 공간정보 데이터를 인공 신경망 모델에 입력할 수 있다. 이때 신호 출력 성능 데이터는 메인 드론(100), 중계 드론(300) 및 제어 장치(200) 각각에 구비된 안테나의 신호 출력 성능 데이터일 수 있다. 즉, 신호 출력 성능 데이터는 3개의 데이터일 수 있다.

안테나 빔 패턴 데이터는 메인 드론(100), 중계 드론(300) 및 제어 장치(200) 각각에 구비된 안테나의 빔 패턴 데이터일 수 있다. 즉, 안테나 빔 패턴 데이터는 3개의 데이터일 수 있다.

그리고 중계 드론 좌표 결정부(240)는 입력값들에 기초하여 추정된 중계 드론 좌표를 획득할 수 있다.

한편, 입력 레이어(L1), 히든 레이어(L2) 및 출력 레이어(L3)의 사이는 복수의 가중 링크로 연결되며, 가중 링크의 가중치는 학습을 통해서 조정될 수 있다. 즉, 인공 신경망 모델은 복수의 가중치를 포함할 수 있다.

일 예로 초기 인공 신경망 모델이 설정될 수 있다. 그리고 초기 인공 신경망 모델은 신호 출력 성능 데이터, 안테나 빔 패턴 데이터, 제어 장치 좌표, 메인 드론 이동 목표 좌표 및 3D 공간정보 데이터를 입력받아 중계 드론 좌표를 추정할 수 있다. 그리고 복수의 가중치는 추정된 중계 드론 좌표에 중계 드론(300)이 위치한 상태에서 측정한 메인 드론(100), 중계 드론(300), 제어 장치(200) 각각의 신호 수신 감도 실측값과 기 설정된 신호 수신 감도 임계치 간의 차이에 기초하여 조정될 수 있다. 이 때 복수의 가중치의 조정은 신호 수신 감도 실측값과 기 설정된 신호 수신 감도 임계치 간의 차이가 기 설정된 기준 이하일 때까지 반복하여 이루어질 수 있다. 그리고 중계 드론 좌표 결정부(240)는 학습이 완료된 인공 신경망 모델을 이용하여 중계 드론 좌표를 추정 및 획득할 수 있다. 이때 중계 드론 좌표는 적어도 하나 이상 획득될 수 있다.

한편, 제어 장치(200)는 상기 중계 드론 좌표 결정부(240)가 중계 드론 좌표를 결정한 후 메인 드론(100)의 위치가 기 설정된 거리 이상 변경되는 경우, 중계 드론 좌표를 다시 추정할 수 있다. 즉, 중계 드론 좌표의 추정은 메인 드론(100)의 이동에 대응하여 실시간으로 이루어질 수 있다.

또한, 제어장치는 메인 드론(100)의 이동 목표 좌표에 대응하는 중계 드론 좌표 추정뿐만 아니라 메인 드론(100)의 이동 목표 좌표로부터 기 설정된 반경 내의 각 좌표에 메인 드론(100)이 위치하는 경우의 중계 드론 좌표를 각 좌표 별로 미리 추정할 수 있다. 이에 따르면 메인 드론(100)의 이동을 고려하여 중계 드론(300)의 좌표가 사전에 추정되므로, 중계 드론(300)은 메인 드론(100)이 이동하는 경우에도 최적의 중계가 가능한 좌표로 신속히 이동할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 중계 드론 좌표 결정부(240)가 중계 드론 좌표를 선정하는 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이 중계 드론 좌표 결정부(240)는 3D 공간정보 데이터에 기초하여 지면(M)으로부터의 거리가 일정 높이(H) 이상인 좌표를 상기 중계 드론 좌표로 결정할 수 있다. 즉, 중계 드론 좌표 결정부(240)는 복수의 중계 드론 좌표를 추정하고 지면(M)으로부터의 거리가 일정 높이(H) 이상인 좌표를 상기 중계 드론 좌표로 결정할 수 있다. 이에 따르면 중계 드론(300)의 이동 시 나무, 전봇대 등으로 인한 영향이 최소화될 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 3D 공간정보 데이터 및 중계 드론 좌표의 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이 3D 공간정보 데이터는 미리 설정된 해상도에 따라 구획된 각 구역의 지면(M)의 높이 값을 나타내는 데이터일 수 있다. 일 예로 3D 공간정보 데이터는 단위 크기의 지역마다 설정된 좌표 데이터일 수 있다. 일 예로 3D 공간정보 데이터는 지면(M)의 고도에 따라 결정된 등고선 데이터일 수 있다. 이에 따르면 3D 공간정보 데이터를 통해 장애물의 위치 및 높이를 확인할 수 있다.

그리고 중계 드론 좌표는 메인 드론(100)과 제어 장치(200) 간의 통신 중계가 가능한 복수의 좌표일 수 있다. 일 예로, 중계 드론 좌표는 제1 좌표(300a) x31, y31, z31, 제2 좌표(300b) x32, y32, z32, 제3 좌표(300c) x33, y33, z33 및 제4 좌표(300d) x34, y34, z34를 포함할 수 있다. 일 예로 복수의 좌표는 모니터링부(250)에 디스플레이 될 수 있다. 그리고 사용자는 복수의 좌표 중 어느 하나의 좌표를 선택하여 중계 드론(300)을 해당 좌표로 이동시킬 수 있다. 또는 중계 드론 좌표 결정부(240)는 도 6에서 설명한 방법으로 중계 드론 좌표를 결정할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 구간 암호화 통신 모듈(110)을 도시한 블록도이다.

도 8에 도시된 바와 같이 구간 암호화 통신 모듈(110)은 이더넷 유닛(111), PHY 유닛(112), UART 유닛(113), 구간 암호화부(114), 무선 통신부(115), 파워부(116), 및 USIM(117)을 포함할 수 있다.

이더넷 유닛(111)은 LAN(Local Area Network) 또는 WAN(Wide Area Network) 통신을 위한 유닛으로 복수가 구비될 수 있다. 일 예로 이더넷 유닛(111)은 LAN 용도의 제1 이더넷 유닛(111a) 및 제2 이더넷 유닛(111b)을 포함할 수 있다. 그리고 제1 이더넷 유닛(111a) 및 제2 이더넷 유닛(111b)을 통해 메인 드론(100)에서 촬영된 영상의 입출력이 이루어질 수 있다. 그리고 이더넷 유닛(111)은 WAN 용도의 제3 이더넷 유닛(111c)을 포함할 수 있다. 그리고 제3 이더넷 유닛(111c)을 통해 영상의 암호화 출력이 이루어질 수 있다.

그리고 PHY(physical interface transceiver) 유닛(112)은 이더넷 유닛(111)의 데이터를 MII(Media Independent Interface) 방식으로 구간 암호화부(114)로 전달하기 위해 필요한 데이터 처리를 수행할 수 있다. 그리고 PHY 유닛(112)은 처리한 데이터를 구간 암호화부(114)로 전달할 수 있다.

UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) 유닛(113)은 비동기통신 방식으로 드론 제어 데이터를 송수신할 수 있다. 일 예로 UART 유닛(113)은 짐벌 카메라에 대한 제어 데이터를 송수신하는 제1 UART 유닛(113a)을 포함할 수 있다. 일 예로 UART 유닛(113)은 텔레메트리에 대한 제어 데이터를 송수신하는 제2 UART 유닛(113b)을 포함할 수 있다. 일 예로 UART 유닛(113)은 기체조종에 대한 제어 데이터를 송수신하는 제3 UART 유닛(113c)을 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 UART 유닛(113a) 및 제2 UART 유닛(113b)은 RS-232시리얼이고 제3 UART 유닛(113c)은 SBUS 시리얼일 수 있다.

한편 구간 암호화부(114)는 제1 구간 암호화부(114a) 및 제2 구간 암호화부(114b)를 포함할 수 있다. 이때 제1 구간 암호화부(114a)는 PHY 유닛(112)을 통해 이더넷 유닛(111)과 통신하며 영상의 암복호화를 수행할 수 있다. 그리고 제2 구간 암호화부(114b)는 UART 유닛(113)과 통신하며 드론 제어 데이터의 암복호화를 수행할 수 있다.

그리고 무선 통신부(115)는 제1 무선 통신부(115a) 및 제2 무선 통신부(115b)를 포함할 수 있다. 일 예로 제1 무선 통신부(115a) 및 제2 무선 통신부(115b)는 KCMVP(Korea Cryptographic Module. Validation Program) 암호칩일 수 있다. 제1 무선 통신부(115a)는 촬영 모듈(130)이 촬영한 영상 데이터를 송신 또는 수신할 수 있고, 제2 무선 통신부(115b)는 드론 제어 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 또한, 제1 무선 통신부(115a)와 제2 무선 통신부(115b)는 서로 다른 주파수에서 통신할 수 있다. 이때 송신 또는 수신하는 데이터는 암호화된 데이터일 수 있다. 이와 같이 영상 데이터와 드론 제어 데이터를 분리하여 통신함에 따라 중계 시 속도 저하가 최소화될 수 있다. 또한 영상 데이터의 송수신시에도 드론 제어 데이터의 통신은 끊기지 않고 이루어질 수 있다.

그리고 파워부(116)는 구간 암호화 통신 모듈(110)에 전원을 공급하고, USIM(117)은 인증에 필요한 정보를 저장할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 메인 드론 110, 210, 310: 구간 암호화 통신 모듈
120, 220, 320: GPS 모듈 200: 제어 장치
230: 장애물 탐지부 240: 중계 드론 좌표 결정부
250: 모니터링부 260: 메모리부
270: 컨트롤 보드 300: 중계 드론

Claims

메인 드론;
상기 메인 드론과 통신하며 상기 메인 드론을 제어하는 제어 장치; 및
상기 메인 드론과 상기 제어 장치 간의 통신을 중계하는 중계 드론을 포함하고,
상기 제어 장치는 상기 메인 드론, 상기 중계 드론 및 상기 제어 장치 각각의 신호 출력 성능 데이터, 상기 메인 드론, 상기 중계 드론 및 상기 제어 장치 각각의 안테나 빔 패턴 데이터, 상기 제어 장치의 좌표, 상기 메인 드론의 이동 목표 좌표 및 상기 메인 드론과 상기 제어 장치 간의 3D 공간정보 데이터 중 적어도 하나를 인공 신경망 모델의 입력으로 하여 상기 메인 드론과 상기 제어 장치 간의 통신 중계가 가능한 중계 드론 좌표를 적어도 하나 이상 추정하는 중계 드론 좌표 결정부를 포함하는 것인 중계 드론 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어 장치는 장애물 탐지부를 더 포함하고,
상기 장애물 탐지부는 상기 제어 장치의 좌표, 상기 메인 드론의 이동 목표 좌표 및 상기 3D 공간정보 데이터에 기초하여 상기 메인 드론과 상기 제어 장치 간의 장애물 존재 여부를 판단하고,
상기 중계 드론 좌표 결정부는 상기 메인 드론과 상기 제어 장치 간 장애물이 존재하는 것으로 판단될 시 상기 중계 드론 좌표를 추정하는 것인 중계 드론 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 안테나 빔 패턴 데이터는 반치전력 빔폭, 대역폭 및 지향성 중 적어도 하나를 포함하는 것인 중계 드론 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 3D 공간정보 데이터는 미리 설정된 해상도에 따라 구획된 각 지면의 높이 값 또는 상기 지면의 고도에 따라 결정된 등고선 데이터를 포함하는 것인 중계 드론 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 중계 드론 좌표 결정부는 상기 3D 공간정보 데이터에 기초하여 지면으로부터의 거리가 기 설정된 거리 이상인 좌표를 상기 중계 드론 좌표로 결정하는 것인 중계 드론 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 인공 신경망 모델은 상기 입력을 기초로 상기 중계 드론 좌표를 추정하기 위한 복수의 가중치를 포함하고, 상기 복수의 가중치는 상기 입력을 통해 추정된 상기 중계 드론 좌표에 상기 중계 드론이 위치한 상태에서 상기 메인 드론, 상기 중계 드론, 상기 제어 장치 각각의 신호 수신 감도 실측값과 기 설정된 신호 수신 감도 임계치 간의 차이에 기초하여 상기 인공 신경망 모델의 학습을 통해 결정된 것인 중계 드론 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 중계 드론 좌표 결정부는 상기 중계 드론 좌표의 결정 후 상기 메인 드론의 위치가 기 설정된 거리 이상 변경되면 상기 중계 드론 좌표를 다시 추정하는 것인 중계 드론 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 중계 드론 좌표 결정부는 상기 메인 드론의 이동 목표 좌표로부터 기 설정된 반경 내의 각 좌표에 메인 드론이 위치할 시의 중계 드론 좌표를 상기 기 설정된 반경 내 각 좌표마다 미리 추정하고,
상기 제어 장치는 상기 메인 드론의 이동 시, 상기 메인 드론이 이동한 좌표에 대응하는 미리 추정된 상기 중계 드론 좌표로 상기 중계 드론을 이동시키는 것인 중계 드론 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 메인 드론, 상기 제어 장치 및 상기 중계 드론 각각에 구간 암호화 모듈이 구비되고,
상기 구간 암호화 모듈은 상기 메인 드론이 촬영한 영상 정보를 암복호화하는 제1 구간 암호화부 및 상기 메인 드론 또는 상기 중계 드론의 제어를 위한 드론 제어 데이터를 암복호화하는 제2 구간 암호화부를 포함하고,
암복호화된 상기 영상 정보와 암복호화된 상기 드론 제어 데이터는 서로 다른 주파수 대역으로 상기 메인 드론, 상기 제어 장치 및 상기 중계 드론 사이에서 송수신 되는 것인 중계 드론 제어 시스템.
메인 드론과 제어 장치 간의 통신을 중계하는 중계 드론을 제어하는 방법으로서,
a) 상기 메인 드론의 이동 목표 좌표를 설정하는 단계;
b) 신호 출력 성능 데이터, 안테나 빔 패턴 데이터 및 3D 공간정보 데이터를 로드하는 단계;
c) 상기 메인 드론의 이동 목표 좌표, 상기 제어 장치의 좌표 및 상기 b) 단계에서 로드한 상기 데이터들 중 적어도 하나를 인공 신경망 모델에 입력하여 메인 드론과 제어 장치 간 통신의 중계가 가능한 중계 드론 좌표를 추정하는 단계;
d) 상기 메인 드론과 상기 제어 장치 간의 장애물 존재 여부를 판단하는 단계; 및
e) 상기 장애물이 존재하는 것으로 판단될 경우 상기 메인 드론을 상기 메인 드론 이동 목표 좌표로 이동시키고 상기 중계 드론을 상기 중계 드론 좌표로 이동시키고, 상기 장애물이 존재하지 않는 것으로 판단될 경우 상기 메인 드론을 상기 메인 드론 이동 목표 좌표로 이동시키는 단계;
를 포함하는 중계 드론 제어 방법.
제10항에 있어서,
상기 안테나 빔 패턴 데이터는 반치전력 빔폭, 대역폭 및 지향성 중 적어도 하나를 포함하는 것인 중계 드론 제어 방법.
제10항에 있어서,
상기 3D 공간정보 데이터는 미리 설정된 해상도에 따라 구획된 각 지면의 높이 값 또는 상기 지면의 고도에 따라 결정된 등고선 데이터를 포함하는 것인 중계 드론 제어 방법.
제10항에 있어서,
상기 신호 출력 성능 데이터와 상기 안테나 빔 패턴 데이터는 상기 메인 드론, 상기 중계 드론 및 상기 제어 장치별로 구비된 데이터인 것인 중계 드론 제어 방법.
제10항에 있어서,
상기 c) 단계에서,
상기 중계 드론 좌표는 복수개로 추정되고, 상기 복수개의 중계 드론 좌표들 중 지면으로부터의 거리가 기 설정된 거리 이상인 좌표를 상기 중계 드론 좌표로 결정하는 것인 중계 드론 제어 방법.
제10항에 있어서,
상기 인공 신경망 모델은 상기 입력을 기초로 상기 중계 드론 좌표를 추정하기 위한 복수의 가중치를 포함하고, 상기 복수의 가중치는 상기 입력을 통해 추정된 상기 중계 드론 좌표에 상기 중계 드론이 위치한 상태에서 상기 메인 드론, 상기 중계 드론, 상기 제어 장치 각각의 신호 수신 감도 실측값과 기 설정된 신호 수신 감도 임계치 간의 차이에 기초하여 상기 인공 신경망 모델의 학습을 통해 결정된 것인 중계 드론 제어 방법.
제10항에 있어서,
상기 e) 단계 이후,
상기 메인 드론의 위치가 기 설정된 거리 이상 변경되었는지 판단하는 단계;
상기 판단 결과에 기초하여 상기 메인 드론의 위치에 대응하는 상기 중계 드론 좌표를 다시 추정하는 단계;
를 더 포함하는 것인 중계 드론 제어 방법.
제10항에 있어서,
상기 c) 단계에서, 상기 중계 드론 좌표는 상기 메인 드론 이동 목표 좌표로부터 기 설정된 반경 내의 각 좌표에 메인 드론이 위치하는 경우를 가정하여 상기 기 설정된 반경 내의 각 좌표 별로 미리 더 추정되고,
상기 e) 단계 이후, 상기 메인 드론의 이동 시, 상기 메인 드론이 이동한 좌표에 대응하는 미리 추정된 상기 중계 드론 좌표로 상기 중계 드론을 이동시키는 것인 중계 드론 제어 방법.