WO2020101426A1 - 군집 비행 제어 방법 및 군집 비행 제어 시스템 - Google Patents

군집 비행 제어 방법 및 군집 비행 제어 시스템 Download PDF

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WO2020101426A1
WO2020101426A1 PCT/KR2019/015648 KR2019015648W WO2020101426A1 WO 2020101426 A1 WO2020101426 A1 WO 2020101426A1 KR 2019015648 W KR2019015648 W KR 2019015648W WO 2020101426 A1 WO2020101426 A1 WO 2020101426A1
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WO
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aircraft
cluster flight
correction signal
signal
vehicles
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/015648
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English (en)
French (fr)
Inventor
문성태
김도윤
최준민
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한국항공우주연구원
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Publication date
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    • 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
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • 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]
    • B64U2201/102—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] adapted for flying in formations

Definitions

  • the present invention relates to a communication control technology for a cluster flight of a large number of unmanned small-sized vehicles, and more particularly, to improve stability of a cluster flight control through Wi-Fi communication.
  • Wi-Fi Wi-Fi
  • Wi-Fi communication is a CDMA / CA method, and when a plurality of objects are connected, collision may occur, and confusion may occur in communication. The communication confusion may become larger as the number of objects increases.
  • FIG. 1 is a view showing a cluster flight control system according to an embodiment of the prior art.
  • each drone 130 sets its own precise position based on a correction signal transmitted individually from the RTK base station 110. Can be measured.
  • the RTK base station 110 individually transmits a correction signal to each drone 130, and the ground station 120 individually transmits scenario information for cluster flight to each drone 130, so that the drone 130 As the number increases, the information to be transmitted from the ground for controlling the flight of the crowd increases, and there is a fear that communication may occur.
  • Equation 1 the total number of packets transmitted and received for the cluster flight control of the multiple drones 130 in the conventional cluster flight control system 100 ( ) May be calculated as in Equation 1 below.
  • Is a correction signal transmitted from the RTK base station 110 to each drone 130 Is scenario information transmitted from the ground station 120 to each drone 130, Is a navigation signal transmitted from each drone 130 to the ground station 120, Can mean the number of drones 130.
  • Equation 1 the number of drones 130 ( ), The total number of packets ( Since the number of) is increased, when using Wi-Fi communication, it is easy to collide with data, and real-time property is not guaranteed, making it difficult to control the multi-drone 130's cluster flight.
  • a TDMA scheme has been proposed to divide the time and send data to only one drone 130 at a specific time period.
  • a TDMA scheme requires development of a separate communication system, system construction and It is expensive to operate and may not be suitable for crowded flights.
  • An embodiment of the present invention is to provide a real-time property while avoiding a collision occurring during Wi-Fi communication between multiple air vehicles through a data distribution technology for Wi-Fi communication, and to effectively control cluster flight of multiple air vehicles.
  • the method for controlling a cluster flight includes: transmitting a correction signal necessary for precise location measurement to a plurality of vehicles connected by short-range wireless communication, and in accordance with broadcast transmission of the correction signal, the Receiving a navigation signal relating to the state of the vehicle transmitted from a plurality of aircraft, and determining whether or not to receive the correction signal from the navigation signal, and determining the communication state, and according to the determination result of the communication state, the The method may include controlling a cluster flight between the plurality of vehicles by adjusting a period in which a correction signal is broadcast and transmitted.
  • the cluster flight control system may include a ground control unit for controlling a cluster flight between the plurality of aircraft by adjusting the period for transmitting the correction signal broadcast.
  • the transmission period of signals transmitted and received between a plurality of aircraft and a ground station is adaptively adjusted according to a communication state, thereby increasing the amount of signal transmission as a whole. By reducing, it is possible to prevent communication congestion due to data collision and effectively control cluster flight of multiple aircraft.
  • FIG. 1 is a view showing a cluster flight control system according to an embodiment of the prior art.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of a cluster flight control system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a cluster flight control system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a process of controlling a cluster flight of a plurality of vehicles through a start time designation in a cluster flight control system according to an embodiment of the present invention.
  • 5A and 5B are diagrams illustrating an example of adjusting a transmission period of a correction signal in a cluster flight control system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a sequence of a method for controlling a cluster flight according to an embodiment of the present invention.
  • the cluster flight control system may be implemented by being included in a ground control system (hereinafter, a ground station).
  • the cluster flight control system can be controlled according to the input of the ground station manager.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of a cluster flight control system according to an embodiment of the present invention.
  • the cluster flight control system 200 includes a transmitter 210, a receiver 220, a determiner 230, and a ground controller 240. Can be.
  • the transmission unit 210 broadcasts a correction signal necessary for precise location measurement to a plurality of air vehicles 250 connected by short-range wireless communication.
  • the RTK base station (Real Time Kinematic) 201 generates a correction value for the carrier phase based on the precise position held, and the transmitter 210 receives the correction signal including the correction value, and the RTK base station ( 201), and in synchronization with the transmission of the correction signal, the correction signal may be simultaneously transmitted to the plurality of aircraft 250 at one time through Wi-Fi communication.
  • the RTK base station 201 may generate a correction value for a carrier phase of a reference station having precise location information, so that the positioning result of accuracy in cm can be obtained in real time from the vehicle 250.
  • the vehicle 250 may refer to an unmanned small-sized vehicle such as a drone or a flying robot.
  • the vehicle 250 may be configured to include a communication unit 251, a positioning unit 252, a memory unit 253 and a control unit 254.
  • the communication unit 251 in the vehicle 250 receives a correction signal broadcasted from the transmission unit 210 through short-range wireless communication, and collects a navigation signal including whether or not the correction signal is received. ).
  • Wi-Fi communication may be exemplified as an example of short-range wireless communication.
  • the positioning unit 252 in the vehicle 250 corrects a satellite signal (eg, a 'GPS signal') received from the navigation satellite 202 according to the correction signal, thereby real-time accurate positioning of the vehicle 250. It functions to measure.
  • a satellite signal eg, a 'GPS signal'
  • the memory unit 253 in the vehicle 250 functions to store scenario information for cluster flight of the plurality of vehicles 250.
  • the control unit 254 in the vehicle 250 functions to drive the vehicle 250 using the precise location and the scenario information mounted in the memory unit 253.
  • the controller 254 may drive the vehicle 250 so that the precise position moves to a position indicated by the scenario information.
  • the receiver 220 receives a navigation signal regarding a state of the vehicle transmitted from the plurality of vehicles 250 according to the broadcast transmission of the correction signal.
  • the receiver 220 may receive the navigation signal in a TDMA manner (time division method) through Wi-Fi communication in the order of the vehicle numbers assigned to each of the plurality of aircraft 250.
  • TDMA manner time division method
  • Each of the plurality of air vehicles 250 may generate a navigation signal including at least one of a battery level, an error and a dangerous situation of the mounted scenario information, and inform the ground station of the status of the air vehicle 250, and the navigation signal at regular intervals
  • a navigation signal including at least one of a battery level, an error and a dangerous situation of the mounted scenario information, and inform the ground station of the status of the air vehicle 250, and the navigation signal at regular intervals
  • the receiver 220 may sequentially receive the navigation signals transmitted from each of the plurality of air vehicles 250, including whether or not the correction signal is received.
  • the determination unit 230 determines whether the correction signal is received from the navigation signal, and determines a communication state.
  • the determination unit 230 may determine that the current communication state is good if the number of vehicles identified as having received the correction signal from the navigation signal is greater than or equal to a threshold.
  • the determination unit 230 may determine that the communication state is bad when the number of vehicles identified as having received the correction signal from the navigation signal is less than a threshold.
  • the determination unit 230 calculates a communication success rate according to the number of vehicles confirmed to have received the correction signal from the navigation signal, with respect to the total number of aircraft, and if the communication success rate is less than a specified ratio, the The communication status can be judged as bad.
  • the ground control unit 240 controls a cluster flight between the plurality of air vehicles by adjusting a period of broadcast transmission of the correction signal according to the determination result of the communication state.
  • the ground control unit 240 may shorten the period of broadcast transmission of the correction signal, thereby increasing the number of times the correction signal is transmitted.
  • the ground control unit 240 transmits a correction signal per unit time ('1 second') once from FIG. 5A, and the unit time ('1 second) As shown in FIG. 5B in which the correction signal per ') is transmitted twice, adjustment to shorten the transmission period of the correction signal to 1/2 can be performed.
  • the ground control unit 240 transmits the correction signal more frequently, doubling the correction signal transmitted per unit time, so that more vehicles 250 can receive the correction signal, and their precise position. Measurements can be used to participate in cluster flights.
  • the transmitting unit 210 broadcasts the correction signal to each vehicle 250, it is possible to reduce the number of packets transmitting the correction signal, and also, each of the plurality of aircraft 250 In the scenario information, the process of individually transmitting the signal related to the scenario information to each vehicle 250 is omitted, so that the number of transmitted packets is significantly reduced, thereby reducing the possibility of data collision.
  • the ground control unit 240 may adjust the transmission period of the navigation signal according to the communication state, thereby minimizing the problem of data collision and communication congestion.
  • the ground control unit 240 may already control sufficiently the collective flight control of the multiple vehicles 250, and thus, the transmission of the navigation signal for notifying whether or not a correction signal is received by each vehicle 250 is transmitted. You can now decide that it is unnecessary.
  • the ground control unit 240 may, through the transmission unit 210, notify each of the plurality of air vehicles 250 that the transmission of the navigation signal including whether or not the correction signal is received is suspended. That is, the transmission unit 210 may notify the plurality of aircraft so that the navigation signal for notifying the normal reception of the correction signal is no longer transmitted.
  • each of the plurality of air vehicles may correct the satellite signal from the navigation satellite 202 according to the correction signal according to the notification of the suspension of transmission, thereby measuring a precise location, and the ground control unit 240 A can control the cluster flight using the precise location and scenario information for the cluster flight.
  • the ground control unit 240 may adjust the transmission period of the navigation signal to reduce the transmission amount of the navigation signal transmitted by the number of aircraft 250.
  • the ground control unit 240 extends the transmission period of the navigation signal in each of the plurality of air vehicles 250, thereby transmitting the navigation signal. The number of times can be reduced.
  • the ground control unit 240 adjusts the transmission period of the navigation signal according to the communication state, and includes the adjusted transmission period of the navigation signal in the correction signal to transmit to the plurality of vehicles 250, thereby, While reducing the number of transmissions of the navigation signal in each of the plurality of aircraft 250, it is possible to increase the reception time of the correction signal.
  • the ground control unit 240 delays a transmission cycle for transmitting a navigation signal from each of the plurality of air vehicles 250, thereby reducing the number of possible transmissions of the navigation signal, thereby reducing data collisions caused by the navigation signal. Can be reduced.
  • Equation 2 the total traffic can be reduced as shown in Equation 2 below.
  • the scenario signal is not transmitted, and the correction signal ( ) Is broadcast, so it is transmitted at once, and the navigation signal ( )
  • the number of transmissions is the number of aircraft 250 ( ), But the transmission period (number of transmissions) can be adjusted according to the communication status, so the total number of packets ( ) Can be significantly reduced than Equation (1).
  • data transmission is reduced by adaptively adjusting the transmission period of the correction signal to be broadcast and adjusting the transmission period of the navigation signal, thereby reducing data packets transmitted as a whole regardless of the number of vehicles. Can be minimized, and it is possible to effectively control the multi-vehicle cluster flight by transmitting and receiving less data.
  • the plurality of aircraft 250 may be designed to mount scenario information for the cluster flight in the memory unit 253. In this case, the process of transmitting scenario information to each vehicle in the ground control system is omitted, thereby reducing the overall data transmission amount.
  • the ground control unit 240 may transmit the 210 Through, the scenario information may be transmitted to the arbitrary vehicle.
  • scenario information can be transmitted to a corresponding vehicle only in an emergency, thereby reducing the overall data transmission amount.
  • scenario information is embedded in each of the plurality of vehicles 250, it is necessary to synchronize each scenario information before starting the cluster flight control of the plurality of vehicles 250.
  • the ground control unit 240 synchronizes the scenario information to each of the plurality of aircraft 250 based on time information in the satellite signal (GPS signal) received by each of the plurality of aircraft 250, and the synchronized scenario According to the information, the cluster flight can be controlled.
  • GPS signal satellite signal
  • the ground control unit 240 through the transmission unit 210, if the number of vehicles identified as having received the correction signal from the navigation signal is greater than or equal to a threshold, the start time information for starting the cluster flight Broadcast transmission to a plurality of aircraft (250).
  • the ground control unit 240 may separately designate the start time information (reservation time) of the cluster flight and notify each of the plurality of air vehicles 250.
  • a certain interval eg, '30 seconds'
  • the air vehicle 250 can also wait to receive a correction signal.
  • the transmitter 210 does not broadcast the start time information as a separate signal to a plurality of air vehicles 250, but instead broadcasts the correction signal to the correction signal to the cluster.
  • the start time information for starting the flight may be further included and transmitted.
  • the reception unit 220 waits for reception of the navigation signal transmitted in a time-division manner from each of the plurality of air vehicles for a remaining time from the broadcast transmission of the correction signal until the start time information arrives. Can be.
  • the ground control unit 240 counts down the remaining time until the start time information arrives, and broadcasts the remaining time to the plurality of air vehicles 250 through the transmission unit 210 every time the countdown occurs. You can notify by sending.
  • the ground control unit 240 may centrally control the starting point of the cluster flight and all processes up to the actual starting point.
  • the ground control unit 240 when the start time information arrives, the number of vehicles that are confirmed to have received the correction signal from the navigation signal is less than a threshold, or the navigation signal is not transmitted If the number of vehicles is greater than or equal to a threshold, the cluster flight may be cancelled.
  • the transmission cycle of signals transmitted and received between a plurality of air vehicles and a ground station is adaptively adjusted according to a communication state, and thus, By reducing the amount of transmission, it is possible to prevent communication congestion due to data collision and to effectively control cluster flights of multiple vehicles.
  • FIG. 3 is a view showing a cluster flight control system according to an embodiment of the present invention.
  • a cluster flight control system 300 may include an RTK base station 310, a ground station 320, and a plurality of aircraft 330.
  • the RTK base station 310 may generate a correction value for the carrier phase based on the precise location held and transmit the correction value to the ground station 320.
  • the ground station 320 may broadcast a correction signal including the correction value to a plurality of air vehicles 330 connected through Wi-Fi communication.
  • Each of the plurality of aircraft 330 may correct a GPS signal received from a navigation satellite using the correction signal to measure its own precise position.
  • each of the plurality of aircraft 330 and generates a navigation signal regarding the state of the vehicle is periodically transmitted to the ground station 320, and when the correction signal is received from the ground station 320, the correction signal in the navigation signal Whether to receive or not can be included as 'receive'.
  • the ground station 320 may check whether the corrected signal transmitted through broadcasting is normally received by each vehicle 330 through the navigation signal.
  • the ground station 320 may broadcast the start time information to start the cluster flight to a plurality of aircraft 330.
  • Each of the plurality of aircraft 330 may load scenario information for a cluster flight mounted in the memory unit and synchronize the scenario information according to time information in the GPS signal.
  • each of the plurality of aircraft 330 may start a cluster flight using the synchronized scenario information and the precise location.
  • the ground station 320 may broadcast the remaining time until the start time (reservation time) in the start time information every time countdown, by broadcasting a plurality of aircraft 330 to inform.
  • the ground station 320 may determine whether the navigation signal is received above a threshold, and when the navigation signal is received above the threshold, determine a communication state as a good state in which no data collision occurs. In this case, the ground station 320 may notify the suspension of transmission of the navigation signal to the vehicle 330 that has not yet transmitted the navigation signal, thereby reducing unnecessary transmission of the navigation signal.
  • the ground station 320 may determine the communication status as bad. In this case, the ground station 320 may shorten the transmission period of the correction signal to increase the number of transmissions of the correction signal, so that more vehicles 330 can receive the correction signal.
  • the ground station 320 when it is determined that the communication state is poor, by extending the transmission period of the navigation signal to reduce the number of transmission of the navigation signal, data collision due to the navigation signal transmitted from a plurality of aircraft 330 and It can alleviate the problem of communication confusion.
  • the ground station 320 may include an extended transmission period of the navigation signal as a correction signal and transmit it to a plurality of air vehicles 330, and each of the plurality of air vehicles 330 may transmit a transmission period in the correction signal. Accordingly, it is possible to delay the transmission time of the navigation signal as much as possible.
  • the ground station 320 may cancel the cluster flight without waiting further if the navigation signal is not received above a threshold.
  • data collision can be minimized by reducing the total amount of packet transmission and reception that increases according to the number of existing vehicles, and multiple aircraft Cluster flight can be effectively controlled with high accuracy.
  • FIG. 4 is a view for explaining a process of controlling a cluster flight of a plurality of vehicles through a start time designation in a cluster flight control system according to an embodiment of the present invention.
  • a cluster flight control system (hereinafter, a ground station) according to an embodiment of the present invention, a plurality of air vehicles (hereinafter, 'drones # 1 to # 3') perform cluster flight built in a memory unit.
  • Each scenario information for loading may be loaded, and synchronization of each scenario information may be synchronized according to time information in a GPS signal received from a navigation satellite.
  • 'Drones # 1 to # 3' upon receiving a correction signal broadcast from a ground station, transmits a navigation signal indicating normal reception of the correction signal to the ground station, and corrects the GPS signal according to the correction signal Precise position can be measured.
  • the ground station may broadcast the start time information of starting the cluster flight to 'drones # 1 to # 3'.
  • the start time information may be further included in the correction signal and transmitted by broadcast.
  • the ground station counts down the remaining time from the start time information to the start time (reservation time) until the start time arrives, and broadcasts the remaining time to 'drones # 1 to # 3' every countdown. Can be informed.
  • 'Drones # 1 to # 3' when the remaining time becomes '0', that is, when the start time arrives, can use the synchronized scenario information and the precise location to start a cluster flight.
  • 5A and 5B are diagrams illustrating an example of adjusting a transmission period of a correction signal in a cluster flight control system according to an embodiment of the present invention.
  • the cluster flight control system through the navigation signal received from a plurality of aircraft, counts the number of aircraft that received the correction signal, and counts of the aircraft If the number is less than a certain percentage of the total number of aircraft, the communication status can be determined as defective.
  • the cluster flight control system from the transmission period for transmitting a correction signal per unit time ('1 second'), as shown in Figure 5b, the correction signal per unit time ('1 second') As a transmission period for transmitting 2 times, a transmission period of the correction signal can be adjusted.
  • the cluster flight control system may double the amount of the correction signal transmitted per unit time by shortening the transmission period of the correction signal to 1/2.
  • the cluster flight control system can effectively control the cluster flight by allowing the more vehicles to receive the correction signal.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a sequence of a method for controlling a cluster flight according to an embodiment of the present invention.
  • step 610 the ground station broadcasts a correction signal to a plurality of vehicles through Wi-Fi communication.
  • each of the plurality of air vehicles measures a precise position using the correction signal.
  • each of the plurality of aircraft synchronizes scenario information mounted in the memory unit according to time information in a GPS signal.
  • step 640 the ground station checks whether the start time has arrived.
  • step 650 the ground station waits for reception of a navigation signal from a plurality of vehicles while counting down the remaining time until the start time, when the start time has not arrived.
  • step 660 the ground station checks whether the navigation signal is received above a threshold.
  • step 660 when the navigation signal is received above the threshold, the ground station moves to step 640 and checks again whether the start time has arrived.
  • step 660 if the navigation signal is not received above the threshold, in step 670, the ground station cancels the cluster flight.
  • step 680 each of the plurality of aircraft starts a cluster flight using the scenario information and the precise location as the start time arrives.
  • the cluster flight control system 200 broadcasts a correction signal necessary for precise location measurement to a plurality of vehicles connected by short-range wireless communication, and according to the broadcast transmission of the correction signal, the plurality of Receives a navigation signal regarding the state of the vehicle transmitted from the vehicle, checks whether the correction signal is received from the navigation signal, determines a communication state, and broadcasts the correction signal according to the determination result of the communication state By adjusting the period, the cluster flight between a plurality of vehicles can be controlled.
  • the method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium.
  • the computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, or the like alone or in combination.
  • the program instructions recorded in the medium may be specially designed and configured for the embodiments or may be known and usable by those skilled in computer software.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic media such as floptical disks.
  • -Hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, etc., as well as machine language codes produced by a compiler.
  • the hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
  • the software may include a computer program, code, instruction, or a combination of one or more of these, and configure the processing device to operate as desired, or process independently or collectively You can command the device.
  • Software and / or data may be interpreted by a processing device, or to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. , Or may be permanently or temporarily embodied in the transmitted signal wave.
  • the software may be distributed over networked computer systems, and stored or executed in a distributed manner.
  • Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

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Abstract

군집 비행 제어 방법 및 군집 비행 제어 시스템이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 군집 비행 제어 방법은, 정밀 위치 측정 시 필요한 보정 신호를, 근거리 무선 통신으로 연결된 복수의 비행체에 브로드캐스트 전송하는 단계와, 상기 보정 신호의 브로드캐스트 전송에 따라, 상기 복수의 비행체로부터 전송되는 비행체 상태에 관한 내비게이션 신호를 수신하는 단계와, 상기 내비게이션 신호로부터 상기 보정 신호의 수신 여부를 확인하여, 통신 상태를 판단하는 단계, 및 상기 통신 상태의 판단 결과에 따라, 상기 보정 신호를 브로드캐스트 전송하는 주기를 조정하여, 상기 복수의 비행체 사이의 군집 비행을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

군집 비행 제어 방법 및 군집 비행 제어 시스템
본 발명은 다수의 무인 소형 비행체의 군집 비행을 위한 통신 제어 기술에 연관되며, 보다 특정하게는 와이파이(WiFi) 통신을 통한 군집 비행 제어의 안정성 향상에 연관된다.
1) 공개번호: 10-2018-0106608 (2018.10.01), "군집 비행용 무인비행선 및 이의 제어방법"
2) 공개번호: 10-2018-0054009 (2018.05.24), "군집비행의 포메이션을 유지하기 위한 드론 및 그 방법"
3) 등록번호: 10-1765250 (2017.07.31), "다수의 무인 비행체의 비행 스케줄 정보 생성 장치, 다수의 무인 비행체의 비행 제어 방법 및 무인 비행체"
다수의 드론이나 로봇의 통신을 위해 일반적으로 널리 보급된 와이파이(WiFi) 통신이 사용되고 있다.
하지만, 와이파이 통신은 CDMA/CA 방식으로서, 다수의 객체와 연결되면 충돌(Collision)이 발생할 수 있고, 이로 인해 통신에 혼선이 생길 수 있다. 이러한 통신 혼선은 객체의 수가 늘어날수록 더 커질 수 있다.
이에 따라 충돌 회피(Collision Avoidence)를 수행하게 되면, 통신 지연이 급격하게 늘어나게 되므로, 실시간성이 보장되지 않아서 실시간 측위가 어려워지며, 여러 비행체 혹은 로봇을 동시에 컨트롤하는데 한계를 가질 수 있다.
도 1은 종래의 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템(100)에서, 각각의 드론(130)은, RTK 기지국(110)으로부터 개별적으로 전송되는 보정 신호를 바탕으로 자신의 정밀 위치를 측정할 수 있다.
즉, RTK 기지국(110)에서는 각 드론(130)으로 보정 신호를 개별 송신하고, 지상국(120)에서는, 각 드론(130)으로 군집 비행을 위한 시나리오 정보를 개별 송신하게 되므로, 드론(130)의 수가 늘어날수록, 군집 비행 제어를 위해 지상 측에서 송신해야 하는 정보가 늘어나게 되어, 통신에 혼선이 발생할 우려가 있다.
이처럼, 종래의 군집 비행 제어 시스템(100)에서 다수 드론(130)의 군집 비행 제어를 위해 송수신하게 되는 전체 패킷 수(
Figure PCTKR2019015648-appb-img-000001
)는, 아래의 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.
Figure PCTKR2019015648-appb-img-000002
여기서,
Figure PCTKR2019015648-appb-img-000003
는 RTK 기지국(110)에서 각 드론(130)으로 송신하는 보정 신호이고,
Figure PCTKR2019015648-appb-img-000004
은 지상국(120)에서 각 드론(130)으로 송신하는 시나리오 정보이고,
Figure PCTKR2019015648-appb-img-000005
는 각 드론(130)에서 지상국(120)으로 송신하는 내비게이션 신호이며,
Figure PCTKR2019015648-appb-img-000006
은 드론(130)의 수를 의미할 수 있다.
즉, 수학식 1에 따르면, 드론(130)의 수(
Figure PCTKR2019015648-appb-img-000007
)가 늘어날수록, 전체 패킷 수(
Figure PCTKR2019015648-appb-img-000008
)의 수가 늘어나게 되므로, 와이파이 통신을 이용 시 데이터에 충돌이 발생하기 쉽고, 실시간성이 보장되지 않아, 다수 드론(130)의 군집 비행을 제어하기 어렵게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 시간을 분할해서, 특정 시간대에는 하나의 드론(130)으로만 데이터를 보내도록 하는 TDMA 방식이 제안되었으나, 이러한 TDMA 방식은 별도의 통신 시스템을 개발해야 하므로, 시스템 구축 및 운영을 위한 비용이 많이 들어서, 군집 비행에 적합하지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예는 와이파이 통신을 위한 데이터 분배 기술을 통해, 다수의 비행체 간 와이파이 통신 시 발생하는 충돌을 회피하면서도 실시간성을 보장하여, 다수의 비행체의 군집 비행을 효과적으로 제어하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 군집 비행 제어 방법은, 정밀 위치 측정 시 필요한 보정 신호를, 근거리 무선 통신으로 연결된 복수의 비행체에 브로드캐스트 전송하는 단계와, 상기 보정 신호의 브로드캐스트 전송에 따라, 상기 복수의 비행체로부터 전송되는 비행체 상태에 관한 내비게이션 신호를 수신하는 단계와, 상기 내비게이션 신호로부터 상기 보정 신호의 수신 여부를 확인하여, 통신 상태를 판단하는 단계, 및 상기 통신 상태의 판단 결과에 따라, 상기 보정 신호를 브로드캐스트 전송하는 주기를 조정하여, 상기 복수의 비행체 사이의 군집 비행을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템은, 정밀 위치 측정 시 필요한 보정 신호를, 근거리 무선 통신으로 연결된 복수의 비행체에 브로드캐스트 전송하는 전송부와, 상기 보정 신호의 브로드캐스트 전송에 따라, 상기 복수의 비행체로부터 전송되는 비행체 상태에 관한 내비게이션 신호를 수신하는 수신부와, 상기 내비게이션 신호로부터 상기 보정 신호의 수신 여부를 확인하여, 통신 상태를 판단하는 판단부, 및 상기 통신 상태의 판단 결과에 따라, 상기 보정 신호를 브로드캐스트 전송하는 주기를 조정하여, 상기 복수의 비행체 사이의 군집 비행을 제어하는 지상 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 와이파이 통신을 이용하여 군집 비행을 구현 함에 있어서, 다수의 비행체와 지상국 간에 송수신되는 신호의 전송 주기를, 통신 상태에 따라 적응적으로 조정하여 전체적으로 신호의 전송 양을 줄임으로써, 데이터 충돌로 인한 통신 혼선을 방지하고, 다수 비행체의 군집 비행을 효과적으로 제어할 수 있다.
도 1은 종래의 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템에서, 시작 시간 지정을 통해, 복수 비행체의 군집 비행을 제어하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a, 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템에서, 보정 신호의 전송 주기를 조정하는 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 군집 비행 제어 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템은, 지상의 컨트롤 시스템(이하, 지상국)에 포함되어 구현될 수 있다. 군집 비행 제어 시스템은 지상국 관리자의 입력에 따라 제어될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템(200)은, 전송부(210), 수신부(220), 판단부(230) 및 지상 제어부(240)를 포함하여 구성할 수 있다.
전송부(210)는 정밀 위치 측정 시 필요한 보정 신호를, 근거리 무선 통신으로 연결된 복수의 비행체(250)에 브로드캐스트 전송한다.
일례로, RTK 기지국(Real Time Kinematic)(201)은, 보유한 정밀 위치에 기초하여 반송파 위상에 대한 보정치를 생성하고, 전송부(210)는 상기 보정치가 포함된 상기 보정 신호를, 상기 RTK 기지국(201)으로부터 전달받고, 상기 보정 신호의 전달에 연동하여, 상기 보정 신호를, 와이파이(WiFi) 통신을 통해 상기 복수의 비행체(250)로 1회에 동시 전송할 수 있다.
RTK 기지국(201)은, 정밀한 위치정보를 가지고 있는 기준국의 반송파 위상에 대한 보정치를 생성하여, 비행체(250)에서 실시간으로 cm 단위의 정확도의 측위 결과를 얻을 수 있도록 할 수 있다.
비행체(250)는 드론, 비행형 로봇과 같은 무인 소형 비행체를 지칭할 수 있다.
일례로, 비행체(250)는 통신부(251), 측위부(252), 메모리부(253) 및 제어부(254)를 포함하여 구성할 수 있다.
비행체(250) 내 통신부(251)는, 근거리 무선 통신을 통해, 전송부(210)로부터 브로드캐스트 전송되는 보정 신호를 수신하고, 상기 보정 신호의 수신 여부를 포함한 내비게이션 신호를 군집 비행 제어 시스템(200)으로 전송하는 기능을 한다. 여기서, 근거리 무선 통신의 일례로 와이파이 통신을 예시할 수 있다.
비행체(250) 내 측위부(252)는, 항법 위성(202)으로부터 수신되는 위성 신호(예, 'GPS 신호')를, 상기 보정 신호에 따라 보정하여, 비행체(250)의 정밀 위치를 실시간으로 측정하는 기능을 한다.
비행체(250) 내 메모리부(253)는, 다수 비행체(250)의 군집 비행을 위한 시나리오 정보를 저장하는 기능을 한다.
비행체(250) 내 제어부(254)는 상기 정밀 위치와, 메모리부(253)에 탑재되어 있는 상기 시나리오 정보를 이용하여, 비행체(250)를 구동하는 기능을 한다.
예를 들면, 제어부(254)는 상기 정밀 위치가, 상기 시나리오 정보에서 지시하는 위치로 이동하도록, 비행체(250)를 구동할 수 있다.
수신부(220)는 상기 보정 신호의 브로드캐스트 전송에 따라, 복수의 비행체(250)로부터 전송되는 비행체 상태에 관한 내비게이션 신호를 수신한다.
일례로, 수신부(220)는 복수의 비행체(250) 각각에 부여된 비행체 번호의 순으로, 와이파이 통신을 통해 TDMA 방식(시분할 방식)으로 상기 내비게이션 신호를 수신할 수 있다.
종래의 와이파이 통신을 이용한 군집 비행 제어 시, 복수의 비행체(250) 각각에 보정 신호를 일일이 개별 전송하는 것과 달리, 본 명세서에서는, 복수의 비행체(250)에 보정 신호를 일괄 전송하게 되므로, 복수의 비행체(250) 각각에서 상기 보정 신호를 정상 수신하였는지를 확인할 필요가 있다.
복수의 비행체(250) 각각은, 배터리 잔량, 탑재된 시나리오 정보의 오류 및 위험 상황 및 중 적어도 하나를 포함한 내비게이션 신호를 생성하여, 지상국으로 비행체(250)의 상태를 알릴 수 있으며, 일정 주기로 내비게이션 신호를 생성 시, 상기 보정 신호의 수신 여부를 더 포함함으로써, 비행체(250)의 보정 신호 수신 여부도 함께 알릴 수 있다.
이처럼, 수신부(220)는 상기 보정 신호의 수신 여부를 포함하여 복수의 비행체(250) 각각으로부터 전송되는 내비게이션 신호를, 차례대로 수신할 수 있다.
판단부(230)는 상기 내비게이션 신호로부터 상기 보정 신호의 수신 여부를 확인하여, 통신 상태를 판단한다.
일례로, 판단부(230)는 상기 내비게이션 신호로부터 상기 보정 신호를 수신한 것으로 확인되는 비행체의 수가, 임계치 이상이면, 현재의 통신 상태를 양호로 판단할 수 있다.
다른 일례로, 판단부(230)는 상기 내비게이션 신호로부터 상기 보정 신호를 수신한 것으로 확인되는 비행체의 수가, 임계치 미만이면, 상기 통신 상태가 불량으로 판단할 수 있다.
또한, 판단부(230)는 전체 비행체의 수에 대한, 상기 내비게이션 신호로부터 상기 보정 신호를 수신한 것으로 확인되는 비행체의 수에 따라, 통신 성공률을 산출하고, 상기 통신 성공률이 지정된 비율 미만이면, 상기 통신 상태를 불량으로 판단할 수 있다.
지상 제어부(240)는 상기 통신 상태의 판단 결과에 따라, 상기 보정 신호를 브로드캐스트 전송하는 주기를 조정하여, 상기 복수의 비행체 사이의 군집 비행을 제어한다.
일례로, 지상 제어부(240)는, 판단부(230)에 의해 통신 상태가 불량으로 판단될 경우, 상기 보정 신호를 브로드캐스트 전송하는 주기를 단축시켜, 상기 보정 신호의 전송 횟수를 늘릴 수 있다.
예를 들어, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 지상 제어부(240)는 통신 상태가 나쁘면, 단위 시간('1초')당 보정 신호를 1회 전송하는 도 5a로부터, 단위 시간('1초')당 보정 신호를 2회 전송하는 도 5b와 같이, 보정 신호의 전송 주기를 1/2로 단축시키는 조정을 할 수 있다.
이를 통해, 지상 제어부(240)는 보정 신호를 더 빈번하게 전송하여 단위 시간당 전송되는 보정 신호를 2배로 늘림으로써, 보다 많은 비행체(250)에서 상기 보정 신호를 수신할 수 있도록 하고, 자신의 정밀 위치 측정을 통해 군집 비행에 참여하도록 할 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따르면, 전송부(210)에서 상기 보정 신호를 각 비행체(250)로 브로드캐스트 전송함에 따라, 보정 신호를 전송하는 패킷 수를 줄일 수 있고, 또한, 복수의 비행체(250) 각각에 시나리오 정보를 내장시켜, 시나리오 정보에 관한 신호를 각 비행체(250)로 개별 전송하는 과정을 생략하게 되어, 전체적인 전송 패킷 수를 큰 폭으로 줄여 데이터 충돌 가능성을 낮출 수 있게 된다.
하지만 여전히, 각 비행체(250)에서 전송하는 내비게이션 신호로 인해, 비행체(250)의 수가 늘어날수록 데이터 충돌 및 통신 혼선이 발생할 우려가 높아질 수 있다.
이에 따라, 지상 제어부(240)는 통신 상태에 따라, 내비게이션 신호의 전송 주기를 조정하여, 데이터 충돌 및 통신 혼선의 문제를 최소화 할 수 있다.
일례로, 지상 제어부(240)는 통신 상태가 양호하다면, 다수 비행체(250)의 군집 비행 제어가 이미 충분히 가능하므로, 각 비행체(250)에서 보정 신호의 수신 여부를 알리기 위한 내비게이션 신호의 전송은, 이제 불필요하다고 판단할 수 있다.
지상 제어부(240)는 전송부(210)를 통해, 복수의 비행체(250) 각각으로, 상기 보정 신호의 수신 여부를 포함한 상기 내비게이션 신호의 전송 보류를 알림할 수 있다. 즉, 전송부(210)는 상기 복수의 비행체 각각으로, 상기 보정 신호의 정상 수신을 통지하기 위한 상기 내비게이션 신호를 더 이상 전송하지 않도록, 알림할 수 있다.
이 경우, 상기 복수의 비행체 각각은, 상기 전송 보류의 알림에 따라, 항법 위성(202)으로부터의 위성 신호를 상기 보정 신호에 따라 보정하여, 정밀 위치를 측정할 수 있게 되며, 지상 제어부(240)는, 상기 정밀 위치와, 상기 군집 비행을 위한 시나리오 정보를 이용하여 상기 군집 비행을 제어할 수 있다.
다른 일례로, 지상 제어부(240)는 통신 상태가 불량하다면, 비행체(250)의 수만큼 전송되는 내비게이션 신호의 전송 양을 줄이기 위해, 내비게이션 신호의 전송 주기를 조정할 수 있다.
구체적으로, 지상 제어부(240)는, 판단부(230)에 의해 상기 통신 상태가 불량으로 판단될 경우, 복수의 비행체(250) 각각에서의 내비게이션 신호의 전송 주기를 연장시켜, 상기 내비게이션 신호의 전송 횟수를 줄일 수 있다.
이를 위해, 지상 제어부(240)는, 통신 상태에 따라 내비게이션 신호의 전송 주기를 조정하고, 조정한 내비게이션 신호의 전송 주기를 상기 보정 신호에 포함시켜 복수의 비행체(250)로 전송 함으로써, 이를 통해, 복수의 비행체(250) 각각에서 내비게이션 신호의 전송 횟수를 줄이는 한편, 상기 보정 신호의 수신 가능 시간이 늘어나도록 할 수 있다.
예를 들어, 지상 제어부(240)는 통신 상태가 나쁘면, 복수의 비행체(250) 각각에서 내비게이션 신호를 전송하는 전송 주기를 늦춰서, 가능한 내비게이션 신호의 전송 횟수를 줄임으로써, 내비게이션 신호로 인한 데이터 충돌을 줄일 수 있다.
결과적으로, 전체 통신량은 아래의 수학식 2와 같이 줄어들 수 있다. 시나리오 신호는 전송되지 않고, 보정 신호(
Figure PCTKR2019015648-appb-img-000009
)는 브로드캐스트 전송되므로 1회에 전송되고, 내비게이션 신호(
Figure PCTKR2019015648-appb-img-000010
)의 전송 횟수는 비행체(250)의 수(
Figure PCTKR2019015648-appb-img-000011
)에 비례하지만, 통신 상태에 따라 전송 주기(전송 횟수)가 조정 가능하므로, 전체 패킷 수(
Figure PCTKR2019015648-appb-img-000012
)는, 수학식 1 보다 현저히 줄어들 수 있다.
Figure PCTKR2019015648-appb-img-000013
이처럼, 본 발명에 따르면, 브로드캐스트 전송하는 보정 신호의 전송 주기를 적응적으로 조정하고, 아울러, 내비게이션 신호의 전송 주기를 조정하여, 비행체의 수에 관계 없이, 전체적으로 전송되는 데이터 패킷을 줄여 데이터 충돌을 최소화 할 수 있고, 적은 데이터 송수신을 통해 다수 비행체의 군집 비행을 효과적으로 제어할 수 있다.
본 명세서에서, 복수의 비행체(250)는 상기 군집 비행을 위한 시나리오 정보를 메모리부(253)에 탑재하도록 설계될 수 있다. 이 경우, 지상의 제어 시스템에서, 각 비행체로 시나리오 정보를 전송하는 과정이 생략되어, 전체적인 데이터 전송량을 줄일 수 있다.
이때, 상기 시나리오 정보가 메모리부(253)로부터 로딩되지 않거나 혹은 손상되어, 상기 시나리오 정보의 오류를 나타내는 내비게이션 신호가, 임의의 비행체로부터 수신될 경우, 지상 제어부(240)는, 전송부(210)를 통해, 상기 시나리오 정보를 상기 임의의 비행체로 전송할 수 있다. 이처럼, 본 발명에 따르면, 긴급 상황인 경우에만 시나리오 정보를 해당 비행체로 전송하게 되어 전체적인 데이터 전송량을 낮출 수 있다.
또한, 복수의 비행체(250) 각각에 시나리오 정보가 내장되므로, 복수의 비행체(250)의 군집 비행 제어를 개시하기 전에, 각각의 시나리오 정보를 동기화할 필요가 있다.
지상 제어부(240)는 복수의 비행체(250) 각각에 모두 수신되는 상기 위성 신호(GPS 신호) 내 시간 정보에 기초해, 상기 시나리오 정보를 복수의 비행체(250) 각각으로 동기화하고, 동기화된 상기 시나리오 정보에 따라, 상기 군집 비행을 제어할 수 있다.
실시예에 따라, 지상 제어부(240)는, 상기 내비게이션 신호로부터 상기 보정 신호를 수신한 것으로 확인되는 비행체의 수가 임계치 이상이면, 전송부(210)를 통해, 상기 군집 비행을 개시하는 시작 시간 정보를 복수의 비행체(250)에 브로드캐스트 전송할 수 있다.
즉, 지상 제어부(240)는 통신 상태가 양호하다고 판단되면, 군집 비행의 시작 시간 정보(예약 시간)를 별도로 지정해서 복수의 비행체(250) 각각에 알릴 수 있다. 이를 통해, 복수의 비행체(250) 각각에서 보정 신호를 수신 함에 따라, 바로 군집 비행을 개시하도록 하는 것이 아니라, 군집 비행의 실제 개시까지 일정 간격(예, '30초')을 가지도록 하여, 다른 비행체(250)에서도 보정 신호를 수신할 수 있게 기다려줄 수 있다.
다른 실시예로, 전송부(210)는 상기 시작 시간 정보를 별도의 신호로서 복수의 비행체(250)에 브로드캐스팅 전송하는 것이 아니라, 상기 보정 신호를 브로드캐스트 전송 시, 상기 보정 신호에, 상기 군집 비행을 개시하는 시작 시간 정보를 더 포함시켜 전송할 수도 있다.
이 경우, 수신부(220)는 상기 보정 신호의 브로드캐스트 전송으로부터, 상기 시작 시간 정보가 도래할 때까지의 잔여 시간 동안, 상기 복수의 비행체 각각으로부터 시분할 방식으로 전송되는 상기 내비게이션 신호의 수신을 대기할 수 있다.
지상 제어부(240)는, 상기 시작 시간 정보가 도래할 때까지의 잔여 시간을 카운트다운하고, 상기 카운트다운 시마다, 전송부(210)를 통해, 상기 잔여 시간을 복수의 비행체(250)에 브로드캐스트 전송하여 알릴 수 있다.
다시 말해, 지상 제어부(240)는, 군집 비행의 개시 시점과, 실제 개시까지의 모든 과정을 중앙에서 통제할 수 있다.
한편, 실시예에 따라, 지상 제어부(240)는, 상기 시작 시간 정보가 도래했을 때, 상기 내비게이션 신호로부터 상기 보정 신호를 수신한 것으로 확인되는 비행체의 수가 임계치 미만이거나, 상기 내비게이션 신호를 전송하지 않은 비행체의 수가 임계치 이상이면, 상기 군집 비행을 캔슬할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 와이파이 통신을 이용하여 군집 비행을 구현 함에 있어서, 다수의 비행체와 지상국 간에 송수신되는 신호의 전송 주기를, 통신 상태에 따라 적응적으로 조정하여 전체적으로 신호의 전송 양을 줄임으로써, 데이터 충돌로 인한 통신 혼선을 방지하고, 다수 비행체의 군집 비행을 효과적으로 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템(300)은, RTK기지국(310), 지상국(320) 및 복수의 비행체(330)를 포함하여 구성될 수 있다.
RTK 기지국(310)은, 보유한 정밀 위치에 기초하여 반송파 위상에 대한 보정치를 생성하고, 상기 보정치를 지상국(320)으로 전달할 수 있다.
지상국(320)은, 상기 보정치를 RTK 기지국(310)으로부터 전달받으면, 상기 보정치를 포함한 보정 신호를, 와이파이 통신으로 연결된 복수의 비행체(330)에 브로드캐스팅 전송할 수 있다.
복수의 비행체(330) 각각은, 항법 위성으로부터 수신되는 GPS 신호를, 상기 보정 신호를 이용해 보정하여, 자신의 정밀 위치를 측정할 수 있다.
이때, 복수의 비행체(330) 각각은, 비행체 상태에 관한 내비게이션 신호를 생성해 주기적으로 지상국(320)으로 전송하게 되며, 지상국(320)으로부터 상기 보정 신호가 수신되면, 상기 내비게이션 신호 내 보정 신호의 수신 여부를, '수신'으로서 포함시킬 수 있다.
지상국(320)은, 상기 내비게이션 신호를 통해, 브로드캐스팅을 통해 전송한 상기 보정 신호가, 각 비행체(330)에 정상 수신되었는지 확인할 수 있다.
또한, 지상국(320)은, 상기 내비게이션 신호의 수신에 따라, 군집 비행을 개시할 시작 시간 정보를 복수의 비행체(330)에 브로드캐스트 전송할 수 있다.
복수의 비행체(330) 각각은, 메모리부에 탑재되어 있는 군집 비행을 위한 시나리오 정보를 로딩하고, 상기 GPS 신호 내 시간 정보에 맞춰, 상기 시나리오 정보를 동기화 할 수 있다.
상기 시작 시간이 도래하면, 복수의 비행체(330) 각각은, 동기화된 상기 시나리오 정보 및 상기 정밀 위치를 이용하여, 군집 비행을 개시할 수 있다.
상기 시작 시간이 도래하지 않으면, 지상국(320)은, 상기 시작 시간 정보 내 시작 시간(예약시간)까지의 잔여 시간을 카운트다운 시마다, 복수의 비행체(330)에 브로드캐스트 전송하여 알릴 수 있다.
실시예에 따라, 지상국(320)은, 상기 내비게이션 신호가 임계치 이상 수신되는지 확인하고, 내비게이션 신호가 임계치 이상 수신되는 경우, 통신 상태를, 데이터 충돌이 발생되지 않는 양호한 상태로 판단할 수 있다. 이 경우, 지상국(320)은, 아직 내비게이션 신호를 전송하지 않은 비행체(330)로, 내비게이션 신호의 전송 보류를 알림하여, 불필요한 내비게이션 신호의 전송을 줄일 수 있다.
또한, 지상국(320)은, 내비게이션 신호가 임계치 미만으로 수신되는 경우, 통신 상태를 불량으로 판단할 수 있다. 이 경우, 지상국(320)은, 상기 보정 신호의 전송 주기를 단축시켜 보정 신호의 전송 횟수를 늘림으로써, 더 많은 비행체(330)에서 보정 신호를 수신할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 지상국(320)은, 통신 상태를 불량으로 판단될 경우, 내비게이션 신호의 전송 주기를 연장시켜 내비게이션 신호의 전송 횟수를 줄임으로써, 다수의 비행체(330)에서 전송되는 내비게이션 신호로 인한 데이터 충돌 및 통신 혼선의 문제를 완화할 수 있다.
이를 위해, 지상국(320)은, 상기 내비게이션 신호의 연장된 전송 주기를 보정 신호에 포함하여, 복수의 비행체(330)로 전송할 수 있으며, 복수의 비행체(330) 각각에서는 상기 보정 신호 내 전송 주기에 따라 내비게이션 신호의 전송 시기를 가능한 늦출 수 있다.
한편, 지상국(320)은 상기 시작 시간이 도래했음에도, 상기 내비게이션 신호가 임계치 이상 수신되지 않으면, 더 대기하지 않고 상기 군집 비행을 캔슬할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 와이파이 통신을 이용하여 군집 비행을 구현 함에 있어서, 기존에 비행체의 수에 따라 늘어나게 되는 전체 패킷 송수신양을 줄여 데이터 충돌을 최소화 할 수 있고, 다수 비행체의 군집 비행을 고정확도로 효과적으로 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템에서, 시작 시간 지정을 통해, 복수 비행체의 군집 비행을 제어하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템(이하, 지상국)에서, 복수의 비행체(이하, '드론 #1~#3')는, 메모리부에 내장된 군집 비행을 위한 시나리오 정보를 각각 로딩하고, 항법 위성으로부터 수신되는 GPS 신호 내 시간 정보에 따라, 각 시나리오 정보의 동기를 맞출 수 있다.
'드론 #1~#3'은, 지상국으로부터 브로드캐스트 전송되는 보정 신호를 수신 함에 따라, 상기 보정 신호의 정상 수신을 알리는 내비게이션 신호를 지상국으로 전송하고, 상기 GPS 신호를 상기 보정 신호에 따라 보정하여 정밀 위치를 측정할 수 있다.
지상국은, '드론 #1~#3'에서 상기 보정 신호를 수신한 것으로 확인되면, 군집 비행을 개시하는 시작 시간 정보를 '드론 #1~#3'으로 브로드캐스트 전송할 수 있다. 혹은, 상기 시작 시간 정보는, 상기 보정 신호에 더 포함되어 브로드캐스트 전송될 수도 있다.
지상국은, 상기 시작 시간이 도래할 때까지, 시작 시간 정보 내 시작 시간(예약시간)까지의 잔여 시간을 카운트다운 하고, 카운트다운 시마다, '드론 #1~#3'에 잔여 시간을 브로드캐스트 전송하여 알릴 수 있다.
'드론 #1~#3'은, 상기 잔여 시간이 '0'이 되면, 즉 상기 시작 시간이 도래하면, 동기화된 상기 시나리오 정보 및 상기 정밀 위치를 이용하여, 군집 비행을 개시할 수 있다.
도 5a, 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템에서, 보정 신호의 전송 주기를 조정하는 일례를 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 군집 비행 제어 시스템은, 복수의 비행체로부터 수신되는 내비게이션 신호를 통해, 보정 신호를 수신한 비행체의 수를 카운트하고, 카운트한 비행체의 수가, 전체 비행체 수의 일정 비율 미만이면 통신 상태를 불량으로 판단할 수 있다.
이 경우, 군집 비행 제어 시스템은, 도 5a와 같이, 단위 시간('1초') 당 보정 신호를 1회 전송하는 전송 주기로부터, 도 5b와 같이, 단위 시간('1초') 당 보정 신호를 2회 전송하는 전송 주기로, 보정 신호의 전송 주기를 조정할 수 있다.
다시 말해, 군집 비행 제어 시스템은, 보정 신호의 전송 주기를 1/2로 단축시킴으로써, 단위 시간 당 전송되는 보정 신호의 양을 2배로 증가시킬 수 있다.
이를 통해, 군집 비행 제어 시스템은, 보다 많은 비행체에서 상기 보정 신호를 수신할 수 있게 하여, 군집 비행을 효과적으로 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 군집 비행 제어 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 단계(610)에서, 지상국은, 복수의 비행체로 보정 신호를 와이파이 통신을 통해 브로드캐스팅 전송한다.
단계(620)에서, 복수의 비행체 각각은, 상기 보정 신호를 이용해 정밀 위치를 측정한다.
단계(630)에서, 복수의 비행체 각각은, 메모리부에 탑재되어 있는 시나리오 정보를 GPS 신호 내 시간 정보에 맞춰 동기화 한다.
단계(640)에서, 지상국은, 시작 시간이 도래하는지 확인한다.
단계(650)에서, 지상국은, 시작 시간이 도래하지 않은 경우, 상기 시작 시간까지의 잔여 시간을 카운트다운 하면서, 복수의 비행체로부터의 내비게이션 신호의 수신을 대기한다.
단계(660)에서, 지상국은, 내비게이션 신호가 임계치 이상 수신되는지 확인한다.
단계(660)에서의 확인 결과, 내비게이션 신호가 임계치 이상 수신되는 경우, 지상국은, 단계(640)로 이동하여 시작 시간이 도래하는지 재차 확인한다.
또는, 단계(660)에서의 확인 결과, 내비게이션 신호가 임계치 이상 수신되지 않으면, 단계(670)에서, 지상국은, 군집 비행을 캔슬한다.
단계(680)에서, 복수의 비행체 각각은, 시작 시간이 도래 함에 따라, 상기 시나리오 정보와 상기 정밀 위치를 이용해 군집 비행을 개시한다.
다른 실시예로, 군집 비행 제어 시스템(200)은, 정밀 위치 측정 시 필요한 보정 신호를, 근거리 무선 통신으로 연결된 복수의 비행체에 브로드캐스트 전송하고, 상기 보정 신호의 브로드캐스트 전송에 따라, 상기 복수의 비행체로부터 전송되는 비행체 상태에 관한 내비게이션 신호를 수신하고, 상기 내비게이션 신호로부터 상기 보정 신호의 수신 여부를 확인하여, 통신 상태를 판단하고, 상기 통신 상태의 판단 결과에 따라, 상기 보정 신호를 브로드캐스트 전송하는 주기를 조정하여, 복수의 비행체 사이의 군집 비행을 제어할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 와이파이 통신을 위한 데이터 분배 기술을 통해, 다수의 비행체 간 와이파이 통신 시 발생하는 충돌을 회피하면서도 실시간성을 보장하여, 다수의 비행체의 군집 비행을 효과적으로 제어할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (16)

  1. 정밀 위치 측정 시 필요한 보정 신호를, 근거리 무선 통신으로 연결된 복수의 비행체에 브로드캐스트 전송하는 단계;
    상기 보정 신호의 브로드캐스트 전송에 따라, 상기 복수의 비행체로부터 전송되는 비행체 상태에 관한 내비게이션 신호를 수신하는 단계;
    상기 내비게이션 신호로부터 상기 보정 신호의 수신 여부를 확인하여, 통신 상태를 판단하는 단계; 및
    상기 통신 상태의 판단 결과에 따라, 상기 보정 신호를 브로드캐스트 전송하는 주기를 조정하여, 상기 복수의 비행체 사이의 군집 비행을 제어하는 단계
    를 포함하는 군집 비행 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    RTK 기지국은, 보유한 정밀 위치에 기초하여 반송파 위상에 대한 보정치를 생성하고,
    상기 브로드캐스트 전송하는 단계는,
    상기 보정치가 포함된 상기 보정 신호를, 상기 RTK 기지국으로부터 전달받는 단계; 및
    상기 보정 신호의 전달에 연동하여, 상기 보정 신호를, 와이파이 통신을 통해 상기 복수의 비행체로 1회에 전송하는 단계
    를 포함하는 군집 비행 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 비행체 각각은,
    배터리 잔량, 탑재된 시나리오 정보의 오류 및 위험 상황 및 중 적어도 하나의 비행체 상태를 나타내는 상기 내비게이션 신호를, 상기 보정 신호의 수신 여부를 포함해서 생성하고,
    상기 내비게이션 신호를 수신하는 단계는,
    상기 복수의 비행체 각각에 부여된 비행체 번호의 순으로, 와이파이 통신을 통해 TDMA 방식으로 상기 내비게이션 신호를 수신하는 단계
    를 포함하는 군집 비행 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 내비게이션 신호로부터 상기 보정 신호를 수신한 것으로 확인되는 비행체의 수가 임계치 이상이면,
    상기 군집 비행을 개시하는 시작 시간 정보를 상기 복수의 비행체에 브로드캐스트 전송하는 단계; 및
    상기 시작 시간 정보가 도래할 때까지의 잔여 시간을 카운트다운하고, 상기 카운트다운 시마다, 상기 잔여 시간을 상기 복수의 비행체에 브로드캐스트 전송하여 알리는 단계
    를 더 포함하는 군집 비행 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보정 신호를 브로드캐스트 전송 시, 상기 보정 신호에, 상기 군집 비행을 개시하는 시작 시간 정보를 더 포함시켜 전송하는 단계; 및
    상기 보정 신호의 브로드캐스트 전송으로부터, 상기 시작 시간 정보가 도래할 때까지의 잔여 시간 동안, 상기 복수의 비행체 각각으로부터 시분할 방식으로 전송되는 상기 내비게이션 신호의 수신을 대기하는 단계
    를 더 포함하는 군집 비행 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 시작 시간 정보가 도래했을 때,
    상기 내비게이션 신호로부터 상기 보정 신호를 수신한 것으로 확인되는 비행체의 수가 임계치 미만이거나, 상기 내비게이션 신호를 전송하지 않은 비행체의 수가 임계치 이상이면,
    상기 군집 비행을 캔슬하는 단계
    를 더 포함하는 군집 비행 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 통신 상태가 양호로 판단될 경우,
    상기 복수의 비행체 각각으로, 상기 내비게이션 신호의 전송 보류를 알림하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 전송 보류의 알림 후, 상기 복수의 비행체 각각에서, 항법 위성으로부터의 위성 신호를 상기 보정 신호에 따라 보정하여, 정밀 위치를 측정함에 따라,
    상기 복수의 비행체 사이의 군집 비행을 제어하는 단계는,
    상기 정밀 위치와, 상기 군집 비행을 위한 시나리오 정보를 이용하여 상기 군집 비행을 제어하는 단계
    를 포함하는 군집 비행 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 시나리오 정보는, 상기 복수의 비행체 내 메모리부에 탑재되고,
    상기 복수의 비행체 사이의 군집 비행을 제어하는 단계는,
    상기 시나리오 정보가 상기 메모리부로부터 로딩되지 않거나 혹은 손상되어, 상기 시나리오 정보의 오류를 나타내는 내비게이션 신호가, 임의의 비행체로부터 수신될 경우,
    상기 시나리오 정보를 상기 임의의 비행체로 전송하는 단계
    를 더 포함하는 군집 비행 제어 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 비행체 사이의 군집 비행을 제어하는 단계는,
    상기 복수의 비행체 각각에 수신되는 상기 위성 신호 내 시간 정보에 기초해, 상기 시나리오 정보를 상기 복수의 비행체 각각으로 동기화하고, 동기화된 상기 시나리오 정보에 따라, 상기 군집 비행을 제어하는 단계
    를 더 포함하는 군집 비행 제어 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 통신 상태를 판단하는 단계는,
    상기 복수의 비행체의 수에 대한, 상기 내비게이션 신호로부터 상기 보정 신호를 수신한 것으로 확인되는 비행체의 수에 따라, 통신 성공률을 산출하고, 상기 통신 성공률이 지정된 비율 미만이면, 상기 통신 상태를 불량으로 판단하는 단계
    를 포함하고,
    상기 통신 상태가 불량으로 판단될 경우,
    상기 복수의 비행체 사이의 군집 비행을 제어하는 단계는,
    상기 보정 신호를 브로드캐스트 전송하는 주기를 단축시켜, 상기 보정 신호의 전송 횟수를 늘리는 단계; 또는
    상기 복수의 비행체 각각에서의 상기 내비게이션 신호의 전송 주기를 연장시켜, 상기 내비게이션 신호의 전송 횟수를 줄이는 단계
    를 포함하는 군집 비행 제어 방법.
  11. 정밀 위치 측정 시 필요한 보정 신호를, 근거리 무선 통신으로 연결된 복수의 비행체에 브로드캐스트 전송하는 전송부;
    상기 보정 신호의 브로드캐스트 전송에 따라, 상기 복수의 비행체로부터 전송되는 비행체 상태에 관한 내비게이션 신호를 수신하는 수신부;
    상기 내비게이션 신호로부터 상기 보정 신호의 수신 여부를 확인하여, 통신 상태를 판단하는 판단부; 및
    상기 통신 상태의 판단 결과에 따라, 상기 보정 신호를 브로드캐스트 전송하는 주기를 조정하여, 상기 복수의 비행체 사이의 군집 비행을 제어하는 지상 제어부
    를 포함하는 군집 비행 제어 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 비행체 각각은,
    배터리 잔량, 탑재된 시나리오 정보의 오류 및 위험 상황 및 중 적어도 하나의 비행체 상태를 나타내는 상기 내비게이션 신호를, 상기 보정 신호의 수신 여부를 포함해서 생성하고,
    상기 수신부는,
    상기 복수의 비행체 각각에 부여된 비행체 번호의 순으로, 와이파이 통신을 통해 TDMA 방식으로 상기 내비게이션 신호를 수신하는
    군집 비행 제어 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 내비게이션 신호로부터 상기 보정 신호를 수신한 것으로 확인되는 비행체의 수가 임계치 이상이면,
    상기 지상 제어부는,
    상기 전송부를 통해, 상기 군집 비행을 개시하는 시작 시간 정보를 상기 복수의 비행체에 브로드캐스트 전송하고,
    상기 시작 시간 정보가 도래할 때까지의 잔여 시간을 카운트다운하고,
    상기 카운트다운 시마다, 상기 전송부를 통해, 상기 잔여 시간을 상기 복수의 비행체에 브로드캐스트 전송하여 알리는
    군집 비행 제어 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 비행체 내 메모리부에는, 상기 군집 비행을 위한 시나리오 정보가 탑재되고,
    상기 시나리오 정보가 상기 메모리부로부터 로딩되지 않거나 혹은 손상되어, 상기 시나리오 정보의 오류를 나타내는 내비게이션 신호가, 임의의 비행체로부터 수신될 경우,
    상기 지상 제어부는,
    상기 전송부를 통해, 상기 시나리오 정보를 상기 임의의 비행체로 전송하는
    군집 비행 제어 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 지상 제어부는,
    상기 복수의 비행체 각각에 수신되는 상기 위성 신호 내 시간 정보에 기초해, 상기 시나리오 정보를 상기 복수의 비행체 각각으로 동기화하고, 동기화된 상기 시나리오 정보에 따라, 상기 군집 비행을 제어하는
    군집 비행 제어 시스템.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 복수의 비행체의 수에 대한, 상기 내비게이션 신호로부터 상기 보정 신호를 수신한 것으로 확인되는 비행체의 수에 따라, 통신 성공률을 산출하고, 상기 통신 성공률이 지정된 비율 미만이면, 상기 통신 상태를 불량으로 판단하고,
    상기 통신 상태가 불량으로 판단될 경우,
    상기 지상 제어부는,
    상기 보정 신호를 브로드캐스트 전송하는 주기를 단축시켜, 상기 보정 신호의 전송 횟수를 늘리거나, 또는
    상기 복수의 비행체 각각에서의 상기 내비게이션 신호의 전송 주기를 연장시켜, 상기 내비게이션 신호의 전송 횟수를 늘리는
    군집 비행 제어 시스템.
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