WO2022019432A1 - Uam 전용 항법 시스템 및 항법 시스템의 운용 방법 - Google Patents

Uam 전용 항법 시스템 및 항법 시스템의 운용 방법 Download PDF

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WO2022019432A1
WO2022019432A1 PCT/KR2021/003210 KR2021003210W WO2022019432A1 WO 2022019432 A1 WO2022019432 A1 WO 2022019432A1 KR 2021003210 W KR2021003210 W KR 2021003210W WO 2022019432 A1 WO2022019432 A1 WO 2022019432A1
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WO
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uam
signal
navigation
navigation device
navigation system
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PCT/KR2021/003210
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홍진영
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한국공항공사
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/24—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for cosmonautical navigation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D45/00—Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for

Definitions

  • the present invention relates to a UAM-only navigation system for securing flight safety and precision among UAM (Urban Air Mobility) fields that have been recently researched and developed for operation in urban areas and low altitudes, and to a method of operating the navigation system.
  • UAM Ultra Air Mobility
  • the concepts of the Instrument Landing System (ILS) and Distance Measuring Equipment (DME), which are navigation devices installed in existing airports and verified for reliability and precision, are utilized and expanded, and UAM-only It provides the technology to develop the navigation system of
  • UAM is an urban air mobility that can be combined with a personal air vehicle (PAV) capable of vertical take-off and landing (VTOL) to utilize the sky as a movement path.
  • PAV personal air vehicle
  • VTOL vertical take-off and landing
  • UAM can be a next-generation mobility solution that maximizes mobility in the city center.
  • UAM emerged to solve problems such as a decrease in mobility due to congestion in the city center and a surge in social costs such as logistics and transportation costs. Now that long-distance travel times are increasing and traffic congestion is getting worse, UAM is considered as a future innovation project while solving these problems.
  • the navigation devices currently used in UAM are representative GPS-based GBAS (Ground-Based Augmentation System) and SBAS (Satellite Based Augmentation System), and related technologies include communication networks. Positioning technology using , and location information extraction technology using topographical images are being studied.
  • the UAM navigation device which mainly uses such GPS-based technology, has a weak problem in safety (frequency disturbance, etc.).
  • GPS technology is used as a major navigation device in the existing aviation field, several types of navigation devices must be used simultaneously to ensure high precision and safety.
  • An embodiment of the present invention aims to provide a UAM-only navigation system and a method of operating the UAM-only navigation system, including implementation techniques for a UAM-only navigation system aiming for high precision and safety.
  • an embodiment of the present invention aims to provide accurate skyway and distance information to the UAM by transmitting a specific signal installed on the ground.
  • an embodiment of the present invention aims to develop a UAM-only navigation system by utilizing and expanding the concepts of an instrument landing device and a distance measuring device, which are navigation devices installed in existing airports and verified with reliability and precision.
  • a dedicated UAM navigation system transmits an RF signal, and a difference in magnitude (DDM, Difference in Depth of Modulation) between a first AM modulated signal and a second AM modulated signal of the transmitted RF signal. It may include a UAM navigation device that generates an area in which '0' is a sky path.
  • DDM Difference in Depth of Modulation
  • the UAM dedicated navigation system transmits an RF signal, and determines a region in which a difference in depth of modulation (DDM) between the first AM modulated signal and the second AM modulated signal of the transmitted RF signal is '0'. It may include a UAM navigation system that generates a skyway.
  • DDM depth of modulation
  • the UAM navigation device of the UAM-only navigation system is installed in the range of 0 to 180 degrees in the UAM traveling direction and -35 degrees to +35 degrees in the vertical direction of the traveling direction based on the virtual vertical line at the installed position. It can transmit RF signal.
  • the UAM navigation device of the UAM-only navigation system may adjust the skyway in a specific direction by adjusting the phase and size of each antenna.
  • the UAM-only navigation system further includes a UAM-mounted device that is mounted on the UAM and sends an interrogation to the generated skyway, wherein the UAM navigation device is configured for n ⁇ s after receiving the interrogation signal (where n is It is possible to reply a response signal by delaying a natural number greater than or equal to 50).
  • the UAM-equipped device of the UAM-only navigation system may receive the response signal, calculate and extract distance information between the UAM navigation device from the time difference between the question signal and the response signal.
  • the transmission signal of the UAM navigation device uses a pulse AM (Pulse Amplitude Modulation) modulation method
  • the reception signal of the UAM navigation device uses a pulse modulation method
  • the transmission signal of the UAM mounted device uses a pulse modulation method
  • the reception signal of the UAM-equipped device uses a pulse AM modulation scheme
  • the operating frequency of the UAM navigation device may use a frequency band for ground control of a drone.
  • the UAM-loaded device of the UAM-only navigation system includes a receiving unit having a redundant structure to simultaneously receive a currently connected navigation device signal and a navigation device signal to be connected in the future, thereby allowing the UAM to fly in a handover section.
  • a method of operating a UAM-only navigation system comprising: transmitting an RF signal; and generating, in the UAM navigation device, an area in which a difference in magnitude (DDM) between the first AM modulated signal and the second AM modulated signal of the transmitted RF signal is '0' as the sky path.
  • DDM difference in magnitude
  • the UAM traveling direction is 0 to 180 degrees and the vertical direction of the traveling direction is -35 degrees to +35 degrees based on the virtual vertical line. It may include transmitting the RF signal.
  • the method of operating a UAM-only navigation system may further include, in the UAM navigation device, adjusting the skyway in a specific direction by adjusting a phase and a size for each antenna.
  • a method of operating a UAM-only navigation system includes: sending, in a UAM-mounted device mounted on a UAM, a question signal to the generated skyway; and delaying n ⁇ s (where n is a natural number greater than or equal to 50) after receiving the question signal in the UAM navigation device to respond to the response signal.
  • a method of operating a UAM-only navigation system comprising: receiving, in the UAM-equipped device, the response signal; and calculating and extracting distance information between the UAM navigation device from the time difference between the question signal and the response signal in the UAM-equipped device.
  • the transmission signal of the UAM navigation device uses a pulse AM (Pulse Amplitude Modulation) modulation method
  • the reception signal of the UAM navigation device uses a pulse modulation method
  • the transmission signal of the UAM mounted device uses a pulse modulation method
  • the reception signal of the UAM-equipped device uses a pulse AM modulation scheme
  • the operating frequency of the UAM navigation device may use a frequency band for ground control of a drone.
  • a method of operating a UAM-only navigation system includes the steps of, in the UAM-loaded device, having a receiving unit having a redundant structure to simultaneously receive a currently connected navigation device signal and a navigation device signal to be connected in the future, thereby allowing the UAM to fly in a handover section may further include.
  • a UAM-only navigation system and a method of operating the UAM-only navigation system, including a technology for implementing a UAM-only navigation system targeting high precision and safety.
  • Localizer and Glide Path are general aircraft instrument landing systems (ILS).
  • FIG. 4 is a diagram for explaining providing distance information according to a UAM navigation device.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an RF signal transmitted from a UAM navigation device.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining how UAM defines handover between a currently connected navigation device and a navigation device to be connected in the future.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of a UAM-only navigation system according to an embodiment of the present invention.
  • the UAM navigation device 110 converts each RF signal into an AM modulated signal through a plurality of antennas and can radiate it into the air, and the size of each of the radiated AM modulated signals coincides with an area in which the difference value becomes 0. , can be created as the sky path of the UAM's flight path.
  • the AM modulated signal F am1 transmitted from the left transmitting antenna of the UAM navigation device 110 and the AM modulated signal F am2 transmitted from the right transmitting antenna of the UAM navigation device 110 are in contact with each other. ') can be created as the sky path.
  • the UAM navigation device 110 In the creation of the skyway, the UAM navigation device 110, at the location where it is installed, is in the range of 0 to 180 degrees in the direction of travel of the UAM and -35 degrees to +35 degrees in the vertical direction of the traveling direction based on the virtual vertical line. to transmit the RF signal.
  • the UAM navigation device 110 makes the area in which the DDM calculated by the plurality of AM modulated signals F am1 , F am2 radiated from individual antennas is '0' to be the point where the AM modulated signals are in contact with each other.
  • the UAM navigation device 110 may adjust or change the pre-generated sky path according to the surrounding environment.
  • the AM modulated signal (F am1 ) is radiated within the traveling direction of the UAM 0 to 180 degrees, the vertical direction -35 degrees to 0 degrees, and another AM modulated signal (F am2 ) is applied to the UAM traveling direction 0 to 180 degrees, vertical
  • the UAM navigation device 110 appropriately adjusts the phase and size of each antenna so as to avoid obstacles in front
  • the AM modulated signal (F am1 ) is radiated within 0 ⁇ 180 degrees in the direction of UAM travel and -15 ⁇ +20 degrees in the vertical direction
  • another AM modulated signal (F am2 ) is emitted in the UAM travel direction 0 ⁇ 180 degrees, the vertical direction + By radiating within 20 ⁇ +55 degrees, the sky length can be adjusted to be bent to the left.
  • the UAM loading device 120 is mounted on the UAM and transmits an interrogation signal to the generated sky road. That is, the UAM loading device 120 transmits a question signal to the skyway, and serves to enable the UAM navigation device 110 that generates the skyway to receive the question signal.
  • the UAM loading device 120 By sending the question signal, the UAM loading device 120 creates an environment in which distance information between the UAM and the UAM navigation device 110 can be extracted by utilizing and expanding the concept of a distance measuring device whose reliability and precision have been verified. .
  • the question signal may include query information for querying the current location coordinates of the UAM, the distance between the UAM and the UAM navigation device 110 , and the like.
  • the UAM navigation device 110 may respond to the response signal by delaying n ⁇ s (where n is a natural number greater than or equal to 50) after receiving the question signal. That is, the UAM navigation device 110 sets a difference between the reception timing of the question signal sent from the UAM loading device 120 and the transmission timing of the response signal in response thereto, thereby causing a time delay in the UAM loading device 120 . It is possible to enable calculation of distance information based on delay).
  • the UAM mounting device 120 may receive the response signal, calculate and extract distance information between the UAM navigation device 110 from the time difference between the question signal and the response signal.
  • the UAM mounted device 120 provides distance information R can be extracted by calculating '(3*10 8 (speed of light)) * (50 - (t1+t2))/2'.
  • the transmission signal of the UAM navigation device 110 uses a pulse AM (Pulse Amplitude Modulation) modulation scheme
  • the reception signal of the UAM navigation device 110 uses a pulse modulation scheme
  • the transmission of the UAM mounting device 120 uses a pulse modulation scheme.
  • a signal may use a pulse modulation method
  • the received signal of the UAM mounting device 120 may use a pulse AM modulation method.
  • the UAM-equipped device 120 includes a receiving unit having a redundant structure to simultaneously receive a currently connected navigation device signal and a navigation device signal to be connected in the future, so that the UAM performs a handover section. can make it fly.
  • the UAM-equipped device 120 has a plurality of Receiver Units RXU#1 and RXU#2 in duplicate, so that the navigation device signal of the current navigation route and the navigation device signal of the route to be operated in the future are simultaneously transmitted. can receive
  • the UAM-equipped device 120 Due to such simultaneous reception, the UAM-equipped device 120 enables smooth flight (curve flight) in the handover section.
  • a UAM-only navigation system and a method of operating the UAM-only navigation system, including a technology for implementing a UAM-only navigation system targeting high precision and safety.
  • Localizer and Glide Path are general aircraft instrument landing systems (ILS).
  • Localizer in Figure 2 (a) provides a horizontal angle for the landing of the aircraft.
  • the Glide Path of Figure 2 (b) provides vertical information for the landing of the aircraft.
  • the Instrument Landing System can transmit 90Hz and 150Hz AM modulation signals to the RF signal in the up, down, left and right directions on the flight path, respectively.
  • the instrument landing system designates the area where the difference in depth of modulation (DDM) of 90Hz and 150Hz AM is '0' as the aircraft landing course (vertical, horizontal). In general, it may be formed at an inclination angle of 3 degrees.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of a UAM navigation device according to the present invention.
  • Figure 3 (a) is a side view showing the setting of the sky way from the side, and setting the sky way by connecting a plurality of points where the DDM is '0' along a plurality of navigation devices installed on the street lamps arranged in a row.
  • 3(b) is a front view of the navigation device.
  • the center line in contact with each zone formed by a pair of AM modulated signals F am1 and F am2 is calculated as DDM '0' to calculate the sky route. Example of setting it to .
  • 3(c) is a plan view of the navigation device, illustrating that a straight line in contact with each zone formed by a pair of AM modulated signals F am1 and F am2 is set as the sky path.
  • FIG. 3 shows the extension of the concept of an aircraft instrument landing system (ILS) (inclination angle of 3 degrees direction) in a straight direction of 0 to 180 degrees.
  • ILS aircraft instrument landing system
  • the UAM navigation device may set an area where the difference (DDM) of the AM modulation signal magnitudes of F am1 and F am2 of the transmitted RF signal is '0' as the sky path.
  • DDM difference of the AM modulation signal magnitudes of F am1 and F am2 of the transmitted RF signal
  • the UAM can fly along the area (skyway) where the DDM of the signal transmitted from the UAM navigation device is ‘0’.
  • the UAM-only navigation system according to the present invention may be operated as a single facility.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining providing distance information according to a UAM navigation device.
  • the UAM navigation device applies a PAM (Pulse Amplitude Modulation) method that transmits AM modulation signals (F am1 , F am2 ) on a basic pulse wave to generate an AM modulation signal.
  • PAM Pulse Amplitude Modulation
  • the UAM payload in the UAM transmits a query to the created skyway during t1.
  • the UAM navigation device transmits a response for t2 after delaying 50 ⁇ s after receiving the interrogation.
  • the UAM loading device calculates the distance information R according to '(3*10 8 (speed of light)) * (50 - (t1+t2))/2' by substituting the question time t1 and the response time t2 into the distance calculation formula. can be extracted.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an RF signal transmitted from a UAM navigation device.
  • the UAM navigation device may load the AM modulated signals (F am1 , F am2 ) on the PAM and transmit the RF signal of the signal waveform as shown in FIG. 5 .
  • FIG. 6 is a system block diagram of a UAM navigation system.
  • the transmitter of the UAM navigation device may be configured to include AGU, PGU, and TXU.
  • the modulation method of the transmission signal of the UAM navigation device may use PAM.
  • the receiver of the UAM navigation device may be configured to include an RXU, an SPU, and a CSP.
  • the modulation method of the received signal of the UAM navigation device may use PM.
  • AGU AM Generation Unit
  • PGU Pulse Generation Unit
  • TXU Transmitter Unit
  • the generated RF signal may be transmitted to an antenna distribution unit (ADU) through a filter.
  • the ADU can transmit RF signals of different phases and sizes to each element of the Array Antenna (array antenna, consisting of 16 to 48 antennas) to be transmitted to the UAM-equipped device.
  • a Receiver Unit may amplify the received RF signal to generate an IF modulated signal.
  • the SPU (Signal Processing Unit) determines whether the RF signal received through the IF modulated signal is an interrogation signal, and if it is an interrogation signal, it can command the PGU to generate a pulse after a 50us delay.
  • a Control Status Processor may be in charge of controlling the entire system, monitoring status, and synchronizing time.
  • FIG. 7 is a system block diagram of a UAM-equipped device.
  • the transmitter of the UAM-loaded device can be configured including PGU and TXU.
  • the modulation method of the transmission signal of the UAM-equipped device may use PM.
  • the receiving unit of the UAM-equipped device can be configured in a structure in which the RXU and the SPU are duplicated.
  • the modulation method of the received signal of the UAM-equipped device may use PAM.
  • the PGU generates a pulse modulated signal
  • the TXU can generate the pulse modulated signal by synthesizing it with an RF signal.
  • the generated RF signal may be transmitted to the antenna through the filter to be transmitted to the UAM navigation device.
  • the RXU Receiveiver Unit
  • the SPU extracts the location and distance information, and controls the entire system, monitors the status, and performs time synchronization tasks. can be performed.
  • RXU and SPU may be configured in a redundant structure.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining how UAM defines handover between a currently connected navigation device and a navigation device to be connected in the future.
  • the inter-handover distance for UAM may be about 10 km.
  • the receiver of the UAM-equipped device can simultaneously receive the navigation device signal of the current navigation route and the navigation device signal of the route to be operated in the future by dualizing (RXU#1&SPU#1, RXU#2&SPU#2).
  • the UAM payload enables smooth flight (curve flight) in the handover section.
  • the receiver of the UAM-equipped device supports the curved flight of the UAM by performing a handover every 1 to 20 km.
  • the receiver of the UAM-equipped device simultaneously receives the signal Fc1 associated with the currently connected navigation device and the signal Fc2 associated with the navigation device to be connected in the future, and performs smooth curved flight through continuous signal reception during handover.
  • the redundancy of the receiver supports a replacement task by the other receiver in the event that any one receiver fails.
  • FIG. 9 is a view showing an installation position of the UAM navigation device according to the present invention.
  • the UAM navigation system can be installed on the left and right side of the road in the city center above the streetlight, above the traffic light, or in a separate dedicated facility.
  • the UAM navigation system uses the drone control frequency band (5030 ⁇ 5091MHz), so that the maximum antenna length is within 1.5m (based on 48 array antennas), and the main equipment is also miniaturized and lightweight.
  • FIG. 10 is a view showing an example of adjusting the area of the sky path generated by the UAM navigation system.
  • the UAM navigation device may create a sky road in the installed vertical direction.
  • the UAM navigation device adjusts the phase and size of each antenna when necessary, so as to move the sky in a specific direction tilted to the right from the existing vertical direction as shown in FIG. 10(b). It can be created by adjusting the path.
  • the present invention relates to a precision navigation device in the field of UAM (Urban Air Mobility), which has been actively researched recently.
  • UAM Ultra Air Mobility
  • the present invention combines the technologies of the instrument landing system (ILS) and the distance measuring system (DEM), which have been verified for high precision and safety in the existing aviation field, to operate the UAM navigation system and the UAM navigation system.
  • ILS instrument landing system
  • DEM distance measuring system
  • the UAM navigation device can contribute to the commercialization of UAM services by enabling highly precise and safe signal transmission.
  • 11 is a view for explaining an example of extracting distance information according to the present invention.
  • the UAM navigation device may transmit an RF signal.
  • step 1120 after the RF signal is transmitted, it may be determined whether an interrogation signal is received from the UAM-equipped device.
  • step 1130 If the question signal is received and it is determined whether the question signal exists, the process may proceed to step 1130 . On the other hand, if it is determined that there is no question signal because the question signal is not received, the process may proceed to step 1140 .
  • the UAM navigation device may generate a response signal after a time delay of n ⁇ s.
  • step 1140 in the UAM navigation device, an area in which the RF-related DDM is '0' may be generated as an airway. Also, in step 1140, when there is a question signal after the creation of the skyway, the UAM navigation device may transmit a response signal.
  • the UAM payload may fly along an area where DDM is '0'.
  • the UAM-equipped device may extract distance information from the time difference between the question signal and the response signal. Also, in step 1160, the UAM-equipped device may transmit a question signal to the UAM navigation device.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a method of operating a UAM-only navigation system according to an embodiment of the present invention.
  • the operating method of the UAM-only navigation system according to the present embodiment may be performed by the above-described UAM-only navigation system 100 .
  • the UAM navigation device of the UAM dedicated navigation system 100 transmits an RF signal ( 1210 ).
  • a difference in depth of modulation (DDM) between the first AM modulated signal and the second AM modulated signal of the transmitted RF signal is '0'.
  • a region is created as a sky road (1220).
  • Steps 1210 and 1220 may be a process of setting up a skyway as a path through which the UAM flies by using the technology of an instrument landing system (ILS) whose precision and safety have been verified.
  • ILS instrument landing system
  • the UAM navigation device converts RF signals into AM modulated signals and radiates them into the air through a plurality of antennas. It can be created as a skyway in the flight path of
  • the AM modulated signal F am1 transmitted from the left transmit antenna of the UAM navigation device and the AM modulated signal F am2 transmitted from the right transmit antenna of the UAM navigation device are in contact with each other. ) can be created as the sky path.
  • the UAM navigation device In the creation of the skyway, the UAM navigation device, at the location where it is installed, has the RF in the range of 0 to 180 degrees in the traveling direction of the UAM and -35 degrees to +35 degrees in the vertical direction of the traveling direction based on the virtual vertical line. signal can be sent.
  • the UAM navigation device radiates the AM modulated signal (F am1 ) from one array antenna to an aerial area within 0 to 180 degrees in the traveling direction of the UAM and -35 degrees to 0 degrees in the vertical direction, thereby forming a pair of other array antennas.
  • the RF signal may be transmitted in a range of 0 to 180 degrees in the longitudinal direction.
  • the UAM navigation device can make the area where the DDM calculated by the plurality of AM modulated signals F am1 , F am2 emitted from individual antennas is '0' to be a point where the AM modulated signals are in contact with each other.
  • the UAM-only navigation system 100 transmits RF signals from individual UAM navigation devices in the range of 0 to 180 degrees in the traveling direction of the UAM based on the electric pole (virtual vertical line) where the UAM navigation device is installed, and the traveling direction.
  • the electric pole virtual vertical line
  • the traveling direction By setting it to be in the range of -35 degrees to +35 degrees in the vertical direction, it is possible to continuously create the sky path of the UAM along the arrangement direction of the electric poles in which a plurality of UAM navigation devices are continuously installed.
  • the UAM navigation device may adjust or change the pre-generated sky path according to the surrounding environment.
  • the UAM navigation device may adjust the skyway in a specific direction by adjusting the phase and size of each antenna.
  • the AM modulated signal (F am1 ) is radiated within the traveling direction of the UAM 0 to 180 degrees, the vertical direction -35 degrees to 0 degrees, and another AM modulated signal (F am2 ) is applied to the UAM traveling direction 0 to 180 degrees, vertical
  • the UAM navigation system adjusts the phase and size of each antenna appropriately to avoid obstacles in front, and adjusts the AM modulated signal (F am1 ) radiates within 0 ⁇ 180 degrees in the UAM's advancing direction and -15 ⁇ +20 degrees in the vertical direction, and another AM modulated signal (F am2 ) in the UAM's advancing direction 0 ⁇ 180 degrees, vertical +20 ⁇ +
  • the sky length can be adjusted to be bent to the left.
  • Step 1230 may be a process of transmitting a question signal to the skyway so that the UAM navigation device that generates the corresponding skyway can receive the question signal.
  • the UAM-loaded device By sending the question signal, the UAM-loaded device creates an environment in which distance information between the UAM and the UAM navigation device can be extracted by utilizing and expanding the concept of a distance measuring device whose reliability and precision have been verified.
  • the question signal may include query information for querying the current location coordinates of the UAM, the distance between the UAM and the UAM navigation device, and the like.
  • the UAM navigation device of the UAM dedicated navigation system 100 may respond to the response signal by delaying n ⁇ s (where n is a natural number greater than or equal to 50) after receiving the question signal ( 1240 ).
  • the distance information can be calculated based on the time delay in the UAM mounted device by setting the difference between the reception time of the question signal sent from the UAM mounted device and the transmission time of the response signal in response thereto. It could be a process to make it happen.
  • the UAM loading device of the UAM dedicated navigation system 100 receives the response signal, and calculates and extracts distance information between the UAM navigation device from the time difference between the question signal and the response signal ( 1250 ).
  • the UAM mounted device sets the distance information R as '(3*10 8 ( It can be extracted by calculating using luminous flux)) * (50 - (t1+t2))/2'.
  • the transmission signal of the UAM navigation device uses a pulse AM (Pulse Amplitude Modulation) modulation method
  • the reception signal of the UAM navigation device uses a pulse modulation method
  • the transmission signal of the UAM mounted device uses a pulse modulation method
  • the received signal of the UAM-equipped device can use the pulse AM modulation method.
  • the modulation method of the UAM navigation device uses a PAM (Pulse Amplitude Modulation) method
  • the operating frequency of the UAM navigation device may use a drone ground control frequency band (eg, (5030 ⁇ 5091 MHz)).
  • the operating frequency can be changed according to the UAM standardization work.
  • the UAM-equipped device includes a receiving unit having a redundant structure to simultaneously receive a currently connected navigation device signal and a navigation device signal to be connected in the future, so that the UAM can fly in a handover section.
  • the UAM-loaded device can receive the navigation device signal of the current navigation route and the navigation device signal of the future navigation route at the same time by having a plurality of dual receiver units, RXU#1 and RXU#2.
  • the UAM payload enables smooth flight (curve flight) in the handover section.
  • the UAM-equipped device enables continuous signal reception processing by allowing a replacement task to be performed in the other receiving unit even if an error occurs in one of the receiving units through the receiving unit having a redundant structure.
  • a UAM-only navigation system and a method of operating the UAM-only navigation system, including a technology for implementing a UAM-only navigation system targeting high precision and safety.
  • the operating method of the UAM dedicated navigation system may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer readable medium.
  • the computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • the program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and available to those skilled in the art of computer software.
  • Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks.
  • - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
  • the hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
  • Software may comprise a computer program, code, instructions, or a combination of one or more thereof, which configures a processing device to operate as desired or is independently or collectively processed You can command the device.
  • the software and/or data may be any kind of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or apparatus, to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. , or may be permanently or temporarily embody in a transmitted signal wave.
  • the software may be distributed on a networked computer system, and may be stored or executed as an operating method of a distributed UAM dedicated navigation system.
  • Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

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Abstract

UAM 전용 항법 시스템, 및 UAM 전용 항법 시스템의 운용 방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른, UAM 전용 항법 시스템은, RF신호를 송출하고, 송출된 상기 RF신호의 제1 AM 변조신호와 제2 AM 변조신호와의 크기 차이(DDM, Difference in Depth of Modulation)가 '0'인 영역을 하늘길로 생성하는 UAM 항법장치를 포함할 수 있다.

Description

UAM 전용 항법 시스템 및 항법 시스템의 운용 방법
본 발명은, 최근 도심지, 저고도에서의 운용을 목표로 연구 개발되고 있는 UAM(Urban Air Mobility) 분야 중, 비행의 안전성과 정밀성의 확보를 위한 UAM 전용 항법 시스템 및 항법 시스템의 운용 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명에서는, 기존 공항에 설치되어 신뢰성과 정밀성이 검증된 항법장치인 계기착륙장치(ILS, Instrument Landing System)와 거리측정장치(DME, Distance Measuring Equipment)의 개념을 활용 확대하여, UAM 전용의 항법 시스템을 개발하는 기술을 제공한다.
UAM은 도심 항공 모빌리티로서, 수직이착륙(VTOL, Vertical Take Off and Landing)이 가능한 개인 항공기(PAV, Personal Air Vehicle)와 결합해 하늘을 이동 통로로 활용할 수 있다. UAM은 도심에서의 이동효율성을 극대화한 차세대 모빌리티 솔루션일 수 있다.
UAM은 도심의 혼잡한 교통 정체로 인한 이동 효율성 저하, 물류 운송비용 등 사회적 비용 급증 등을 해결하기 위해 등장하였다. 장거리 이동 시간이 늘고 교통 체증이 심해진 지금, UAM은 이러한 문제를 해결하는 동시에 미래 혁신 사업으로 꼽힌다.
현재 UAM에서 사용하고 있는 항법장치는, GPS 기반의 GBAS(지상 기반 보정 시스템, Ground-Based Augmentation System), SBAS(초정밀 GPS 보정시스템, Satellite Based Augmentation System) 등이 대표적이며, 관련되는 기술로는 통신망을 이용한 측위기술, 지형의 이미지를 이용한 위치정보 추출 기술 등이 연구되고 있다.
이러한 GPS 기반 기술을 주로 사용하는 UAM의 항법장치는, 안전성(주파수 교란 등)에 취약한 문제점을 가지고 있다.
또한, UAM에, 통신망을 이용한 측위기술과 지형이미지를 이용한 영상처리기법 등을 적용하는 것은, 정밀성이 부족하다고 알려져 있다.
기존 항공분야에서도 GPS 기술을 주요 항법장치로 활용하고 있으나, 고도의 정밀성과 안전성을 확보하기 위해서는, 여러 종류의 항법장치들을 동시에 사용해야 한다.
UAM은 도심지, 저고도 내 운항을 목표로 하고 있으므로, 기존 항공분야 보다 더욱 엄격한 정밀성과 안전성을 요구하고 있다.
따라서, UAM 전용 항법 시스템 및 항법장치의 운영 방법에 대한 설계개념 및 구현 기술이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 실시예는, 고도의 정밀성과 안전성을 목표로 한 UAM 전용 항법 시스템에 대한 구현 기술을 포함하는, UAM 전용 항법 시스템, 및 UAM 전용 항법 시스템의 운용 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는, 지상에 설치되어 특정 신호를 송출 함으로써 UAM에게 정확한 하늘길과 거리정보를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는, 기존 공항에 설치되어 신뢰성과 정밀성이 검증된 항법장치인 계기착륙장치와 거리측정장치의 개념을 활용 확대하여, UAM 전용의 항법 시스템을 개발하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른, UAM 전용 항법 시스템은 RF신호를 송출하고, 송출된 상기 RF신호의 제1 AM 변조신호와 제2 AM 변조신호와의 크기 차이(DDM, Difference in Depth of Modulation)가 ‘0’인 영역을 하늘길로 생성하는 UAM 항법장치를 포함할 수 있다.
또한, UAM 전용 항법 시스템은 RF신호를 송출하고, 송출된 상기 RF신호의 제1 AM 변조신호와 제2 AM 변조신호와의 크기 차이(DDM, Difference in Depth of Modulation)가 ‘0’인 영역을 하늘길로 생성하는 UAM 항법장치를 포함할 수 있다.
또한, UAM 전용 항법 시스템의 상기 UAM 항법장치는, 설치되는 위치에서의, 가상의 수직선을 기준으로 UAM의 진행방향 0~180도 및 상기 진행방향의 수직방향 -35도~+35도 범위로 상기 RF신호를 송출할 수 있다.
또한, UAM 전용 항법 시스템의 상기 UAM 항법장치는, 각 안테나별 위상과 크기를 조절함으로써 상기 하늘길을 특정방향으로 조정할 수 있다.
또한, UAM 전용 항법 시스템은 UAM에 탑재되어, 상기 생성된 하늘길로 질문신호(Interrogation)를 보내는 UAM 탑재장치를 더 포함하고, 상기 UAM 항법장치는 상기 질문신호의 수신 후 n μs(상기 n은 50 이상의 자연수)을 지연시켜 응답신호를 응답(Reply)할 수 있다.
또한, UAM 전용 항법 시스템의 상기 UAM 탑재장치는, 상기 응답신호를 수신하고, 상기 질문신호와 상기 응답신호와의 시간차로부터, 상기 UAM 항법장치 사이의 거리정보를 계산하여 추출할 수 있다.
상기 UAM 항법장치의 송신신호는 펄스 AM(Pulse Amplitude Modulation) 변조방식을 사용하고, 상기 UAM 항법장치의 수신신호는 펄스 변조방식을 사용하며, 상기 UAM 탑재장치의 송신신호는 펄스 변조방식을 사용하고, 상기 UAM 탑재장치의 수신신호는 펄스 AM변조방식을 사용하며, 상기 UAM 항법장치의 운용주파수는 드론 지상제어용 주파수대역을 사용할 수 있다.
또한, UAM 전용 항법 시스템의 상기 UAM 탑재장치는, 이중화 구조의 수신부를 구비하여 현재 연결된 항법장치 신호와 미래에 연결될 항법장치 신호를 동시에 수신 함으로써, 상기 UAM이 핸드오버(Handover) 구간을 비행하도록 할 수 있다.
UAM 전용 항법 시스템의 운용 방법은, UAM 항법장치에서, RF신호를 송출하는 단계; 및 상기 UAM 항법장치에서, 송출된 상기 RF신호의 제1 AM 변조신호와 제2 AM 변조신호와의 크기 차이(DDM)가 ‘0’인 영역을 하늘길로 생성하는 단계를 포함하여 구성할 수 있다.
상기 RF신호를 송출하는 단계는, 상기 UAM 항법장치가 설치되는 위치에서의, 가상의 수직선을 기준으로 UAM의 진행방향 0~180도 및 상기 진행방향의 수직방향 -35도~+35도 범위로 상기 RF신호를 송출하는 단계를 포함할 수 있다.
UAM 전용 항법 시스템의 운용 방법은, 상기 UAM 항법장치에서, 각 안테나별 위상과 크기를 조절함으로써 상기 하늘길을 특정방향으로 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
UAM 전용 항법 시스템의 운용 방법은, UAM에 탑재되는 UAM 탑재장치에서, 상기 생성된 하늘길로 질문신호를 보내는 단계; 및 상기 UAM 항법장치에서, 상기 질문신호의 수신 후 n μs(상기 n은 50 이상의 자연수)을 지연시켜 응답신호를 응답하는 단계를 더 포함할 수 있다.
UAM 전용 항법 시스템의 운용 방법은, 상기 UAM 탑재장치에서, 상기 응답신호를 수신하는 단계; 및 상기 UAM 탑재장치에서, 상기 질문신호와 상기 응답신호와의 시간차로부터, 상기 UAM 항법장치 사이의 거리정보를 계산하여 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 UAM 항법장치의 송신신호는 펄스 AM(Pulse Amplitude Modulation) 변조방식을 사용하고, 상기 UAM 항법장치의 수신신호는 펄스 변조방식을 사용하며, 상기 UAM 탑재장치의 송신신호는 펄스 변조방식을 사용하고, 상기 UAM 탑재장치의 수신신호는 펄스 AM변조방식을 사용하며, 상기 UAM 항법장치의 운용주파수는 드론 지상제어용 주파수대역을 사용할 수 있다.
UAM 전용 항법 시스템의 운용 방법은, 상기 UAM 탑재장치에서, 이중화 구조의 수신부를 구비하여 현재 연결된 항법장치 신호와 미래에 연결될 항법장치 신호를 동시에 수신 함으로써, 상기 UAM이 핸드오버 구간을 비행하도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 고도의 정밀성과 안전성을 목표로 한 UAM 전용 항법 시스템에 대한 구현 기술을 포함하는, UAM 전용 항법 시스템, 및 UAM 전용 항법 시스템의 운용 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의해서는, 지상에 설치되어 특정 신호를 송출 함으로써 UAM에게 정확한 하늘길과 거리정보를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의해서는, 기존 공항에 설치되어 신뢰성과 정밀성이 검증된 항법장치인 계기착륙장치와 거리측정장치의 개념을 활용 확대하여, UAM 전용의 항법 시스템을 개발할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 UAM 전용 항법 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 일반적인 항공기 계기착륙장치(ILS)인 Localizer와 Glide Path가 제공하는 수평정보와 수직정보를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 UAM 항법장치의 개념도이다.
도 4는 UAM 항법장치에 따라 거리정보를 제공하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 UAM 항법장치에서 송출되는 RF 신호에 대한 일례를 보여주는 도면이다.
도 6는 UAM 항법장치의 시스템 블록도이다.
도 7은 UAM 탑재장치의 시스템 블록도이다.
도 8은 UAM이 현재 연결된 항법장치와 미래에 연결될 항법장치 간 Handover를 정의하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 UAM 항법장치의 설치 위치를 나타내는 도면이다.
도 10은 UAM 항법장치에서 생성되는 하늘길의 영역을 조정하는 일례를 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 거리정보를 추출하는 일례를 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른, UAM 전용 항법 시스템의 운용 방법을 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.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 UAM 전용 항법 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른, UAM 전용 항법 시스템(100)은, UAM 항법장치(110) 및 UAM 탑재장치(120)를 포함하여 구성할 수 있다.
우선, UAM 항법장치(110)는 RF신호를 송출하고, 송출된 상기 RF신호의 제1 AM 변조신호와 제2 AM 변조신호와의 크기 차이(DDM, Difference in Depth of Modulation)가 ‘0’인 영역을 하늘길로 생성한다. 즉, UAM 항법장치(110)는 정밀성과 안전성이 검증된 계기착륙장치(ILS)의 기술을 활용하여, UAM이 비행하는 경로로서의 하늘길을 설정하는 역할을 할 수 있다.
UAM 항법장치(110)는 복수의 안테나를 통해, RF 신호를 각각 AM 변조신호로 전환하여 공중으로 방사할 수 있고, 방사된 각각의 AM 변조신호의 크기가 일치하여 그 차이값이 0이 되는 영역을, UAM의 비행 경로의 하늘길로 생성할 수 있다.
예컨대, UAM 항법장치(110)는 UAM 항법장치(110)의 좌측 송신 안테나에서 송출된 AM 변조신호 F am1과, 우측 송신 안테나에서 송출된 AM 변조신호 F am2이, 서로 접하는 경계선(DDM이 '0'이 되는 선)을 상기 하늘길로 생성할 수 있다.
하늘길의 생성에 있어, UAM 항법장치(110)는, 설치되는 위치에서의, 가상의 수직선을 기준으로 UAM의 진행방향 0~180도 및 상기 진행방향의 수직방향 -35도~+35도 범위로 상기 RF신호를 송출할 수 있다.
즉, UAM 항법장치(110)는 하나의 배열 안테나에서 UAM의 진행방향 0~180도, 수직방향 -35도~0도 이내의 공중 영역으로 AM 변조신호(F am1)를 방사 함으로써, 쌍을 이루는 다른 배열 안테나에서 방사된 AM 변조신호(F am2)와 연관되는 UAM의 진행방향 0~180도, 수직방향 0~+35도 이내의 다른 공중 영역과 합쳐, 전체 UAM 하늘길 수직방향으로 폭 70도 이내, 하늘길 방향으로 0~180도 범위로 상기 RF신호를 송출되도록 할 수 있다.
이를 통해, UAM 항법장치(110)는 개별 안테나에서 방사된 복수의 AM 변조신호(F am1, F am2)에 의해 산출되는 DDM이 ‘0’인 영역이, AM 변조신호들이 서로 접하는 지점이 되도록 할 수 있다.
예컨대, UAM 항법장치(110)는 개별 UAM 항법장치(110)에서의 RF 신호의 송출을, UAM 항법장치(110)가 설치되는 전봇대(가상의 수직선)를 기준으로 UAM의 진행방향 0~180도 범위, 진행방향과 수직방향 -35도~+35도 범위로 이루어지게 함으로써, 다수의 UAM 항법장치(110)가 연속하여 설치되는 전봇대들의 배열 방향을 따라, UAM의 하늘길을 연속적으로 생성하는 것이 예시된다.
후술하는 도 10에서와 같이, UAM 항법장치(110)는 주변 환경에 따라 기생성된 하늘길을 조정, 변경할 수 있다.
UAM 항법장치(110)는, 각 안테나별 위상과 크기를 조절함으로써 상기 하늘길을 특정방향으로 조정할 수 있다.
예컨대, AM 변조신호(F am1)를 UAM의 진행방향 0~180도, 수직방향 -35도~0도 이내로 방사하고, 다른 AM 변조신호(F am2)를 UAM의 진행방향 0~180도, 수직방향 0도~+35도 이내로 방사하여, 하늘길을 직선 방향으로 생성하였다고 가정하는 경우, UAM 항법장치(110)는, 전방의 장애물을 피할 수 있도록, 각 안테나별 위상과 크기를 적절히 조절하여, AM 변조신호(F am1)를 UAM의 진행방향 0~180도, 수직방향 -15~+20도 이내로 방사하고, 다른 AM 변조신호(F am2)를 UAM의 진행방향 0~180도, 수직방향 +20~+55도 이내로 방사하여, 상기 하늘길이 좌측으로 꺾여 조정되도록 할 수 있다.
또한, 후술하는 도 4에서와 같이UAM 탑재장치(120)는 UAM에 탑재되어, 상기 생성된 하늘길로 질문신호(Interrogation)를 보낸다. 즉, UAM 탑재장치(120)는 하늘길로 질문신호를 송신하여, 해당 하늘길을 생성하는 UAM 항법장치(110)에서 질문신호를 수신할 수 있게 하는 역할을 한다.
UAM 탑재장치(120)는 상기 질문신호를 보냄으로써, 신뢰성과 정밀성이 검증된 거리측정장치의 개념을 활용 확대하여 UAM과 UAM 항법장치(110) 사이의 거리정보를 추출할 수 있는 환경을 조성한다.
상기 질문신호는, UAM의 현 위치 좌표, UAM과 UAM 항법장치(110) 사이의 거리 등을 질의하는 질의 정보를 포함할 수 있다.
이후, UAM 항법장치(110)는 상기 질문신호의 수신 후 n μs(상기 n은 50 이상의 자연수)을 지연시켜 응답신호를 응답(Reply)할 수 있다. 즉, UAM 항법장치(110)는 UAM 탑재장치(120)에서 보내온 질문신호의 수신 시점과, 이에 응답하는 응답신호의 송신 시점과의 차이를 둠으로써, UAM 탑재장치(120)에서 시간 지연(time delay)에 기초한 거리정보의 계산이 가능하도록 할 수 있다.
다시 말해, UAM 탑재장치(120)는, 상기 응답신호를 수신하고, 상기 질문신호와 상기 응답신호와의 시간차로부터, UAM 항법장치(110) 사이의 거리정보를 계산하여 추출할 수 있다.
거리정보의 계산은, 거리 계산식 'R = V * t'를 이용할 수 있다.
UAM 탑재장치(120)에서 송신되는 질문신호의 시간 t1과, 50 us의 지연시간을 갖고 UAM 항법장치(110)에서 송신되는 응답신호의 시간 t2에 대해, UAM 탑재장치(120)는, 거리정보 R을 '(3*10 8(광속)) * (50 - (t1+t2))/2' 를 이용하여 계산하여 추출할 수 있다.
여기서, UAM 항법장치(110)의 송신신호는 펄스 AM(Pulse Amplitude Modulation) 변조방식을 사용하고, UAM 항법장치(110)의 수신신호는 펄스 변조방식을 사용하며, UAM 탑재장치(120)의 송신신호는 펄스 변조방식을 사용하고, UAM 탑재장치(120)의 수신신호는 펄스 AM변조방식을 사용할 수 있다.
또한, UAM 항법장치(110)의 운용주파수는 드론 지상제어용 주파수대역(예, (5030 ~ 5091MHz)을 사용할 수 있다. 또한, 상기 운용주파수는 UAM 표준화 작업에 따라 변경 가능하다.
후술하는 도 8에서와 같이, UAM 탑재장치(120)는, 이중화 구조의 수신부를 구비하여 현재 연결된 항법장치 신호와 미래에 연결될 항법장치 신호를 동시에 수신 함으로써, 상기 UAM이 핸드오버(Handover) 구간을 비행하도록 할 수 있다.
후술하는 도 7에서와 같이, UAM 탑재장치(120)는 Receiver Unit을 RXU#1와 RXU#2로 복수 개로 이중화 구비 함으로써, 현재 운항경로의 항법장치 신호와 미래 운항할 경로의 항법장치 신호를 동시에 수신할 수 있다.
이러한 동시 수신으로 인하여, UAM 탑재장치(120)는, 핸드오버 구간의 부드러운 비행(곡선 비행)을 가능하게 한다.
또한, UAM 탑재장치(120)는 이중화 구조의 수신부를 통해, 어느 하나의 수신부에 이상이 발생하는 경우라도, 다른 수신부에서 대체 임무가 수행되도록 함으로써, 연속적인 신호의 수신 처리를 할 수 있게 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 고도의 정밀성과 안전성을 목표로 한 UAM 전용 항법 시스템에 대한 구현 기술을 포함하는, UAM 전용 항법 시스템, 및 UAM 전용 항법 시스템의 운용 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의해서는, 지상에 설치되어 특정 신호를 송출 함으로써 UAM에게 정확한 하늘길과 거리정보를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의해서는, 기존 공항에 설치되어 신뢰성과 정밀성이 검증된 항법장치인 계기착륙장치와 거리측정장치의 개념을 활용 확대하여, UAM 전용의 항법 시스템을 개발할 수 있다.
본 발명은 항공분야에서 고도의 정밀성과 안전성이 검증된 계기착륙장치(ILS)와 거리측정장치(DME)의 기술을 융합하여, 항법장치를 개선시킴으로써, UAM 전용의 항법장치를 구현하는 구성을 포함한다.
도 2는 일반적인 항공기 계기착륙장치(ILS)인 Localizer와 Glide Path가 제공하는 수평정보와 수직정보를 설명하는 도면이다.
도 2(a)에서의 Localizer는 항공기의 착륙을 위한 수평각도를 제공한다.
또한, 도 2(b)의 Glide Path는 항공기의 착륙을 위한 수직정보를 제공한다.
계기착륙장치(ILS)는 RF신호에 90Hz, 150Hz의 AM변조 신호를 비행경로 상의 상, 하, 좌, 우 방향으로 각각 송출할 수 있다.
계기착륙장치(ILS)는 90Hz와 150Hz의 AM 변조신호의 크기 차이(DDM, Difference in Depth of Modulation)가 ‘0’인 영역을 항공기 착륙코스(수직, 수평)로 지정하며, 항공기 착륙코스는, 일반적으로 경사각도 3도에서 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 UAM 항법장치의 개념도이다.
도 3(a)는 하늘길의 설정을 측면에서 보여주는 측면도로서, 일렬로 배열되는 가로등 위에 설치되는 복수의 항법장치를 따라, DDM이 '0'인 복수의 지점을 연결하여 하늘길을 설정하는 것을 예시한다.
도 3(b)는 항법장치의 정면도로서, 한 쌍의 AM 변조신호(F am1과 F am2)에 의해 형성되는 각 영역(Zone)이 접하는 중앙의 선을, DDM '0'으로 산출하여 하늘길로 설정하는 것을 예시한다.
도 3(c)는 항법장치의 평면도로서, 한 쌍의 AM 변조신호(F am1과 F am2)에 의해 형성되는 각 영역(Zone)이 접하는 일직선을 하늘길로 설정하는 것을 예시한다.
도 3은 항공기용 계기착륙장치(ILS)의 개념(경사각도 3도 방향)을 0~180도 직선방향으로 확장한 것을 보여준다.
UAM 항법장치는 송출하는 RF신호의 F am1과 F am2의 AM 변조신호 크기의 차이(DDM)가 ‘0’인 영역을 하늘길로 설정할 수 있다.
UAM은 UAM 항법장치에서 송출되는 신호의 DDM이 ‘0’인 영역(하늘길)을 따라 비행할 수 있다.
본 발명에 따른 UAM 전용 항법 시스템은 단일 시설로 운용될 수 있다.
도 4는 UAM 항법장치에 따라 거리정보를 제공하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
UAM 항법장치는 AM 변조신호를 생성하기 위해 기본 펄스파에 AM 변조신호(F am1, F am2)를 실어서 보내는 PAM(Pulse Amplitude Modulation) 방식을 적용한다.
도 4에 도시한 바와 같이, UAM 내의 UAM 탑재장치는 생성된 하늘길로 t1 동안 질문을 송신한다.
UAM 항법장치는 질문의 수신 후 50 μs 을 지연시킨 후, t2 동안 응답을 송신한다.
UAM 탑재장치는 질문의 시간 t1과 응답의 시간 t2를, 거리 계산식에 대입하여 '(3*10 8(광속)) * (50 - (t1+t2))/2' 에 따른 거리정보 R을 계산하여 추출할 수 있다.
도 5는 UAM 항법장치에서 송출되는 RF 신호에 대한 일례를 보여주는 도면이다.
UAM 항법장치는 PAM에, AM 변조신호(F am1, F am2)를 싣어, 도 5에서와 같은 신호파형의 RF 신호를 송출할 수 있다.
도 6는 UAM 항법장치의 시스템 블록도이다.
UAM 항법장치의 송신부는 AGU, PGU, TXU를 포함하여 구성할 수 있다. UAM 항법장치의 송신신호의 변조방식은 PAM을 사용할 수 있다.
또한, UAM 항법장치의 수신부는 RXU, SPU, CSP를 포함하여 구성할 수 있다. UAM 항법장치의 수신신호의 변조방식은 PM을 사용할 수 있다.
AGU(AM Generation Unit)는 AM 변조신호를 발생시키고, PGU(Pulse Generation Unit)는 펄스 변조신호를 생성하며, TXU(Transmitter Unit)는 AM 변조신호와 펄스 변조신호를 합성 및 증폭하여 RF 신호를 생성할 수 있다.
생성된 RF 신호는 Filter를 통해ADU(Antenna Distribution Unit)로 전달될 수 있다. ADU는 위상과 크기가 다른 RF신호를 Array Antenna(배열안테나, 16~48개의 안테나로 구성)의 각 소자로 전송되어 UAM 탑재장치로 송신되도록 할 수 있다.
UAM 탑재장치로부터 RF 신호가 수신되면, RXU(Receiver Unit)는 수신된 RF신호를 증폭하여IF변조 신호를 발생시킬 수 있다.
SPU(Signal Processing Unit)는 IF변조 신호를 통해 수신된 RF 신호가 질문신호(Interrogation signal)인지 여부 판별하고, 질문신호이면 PGU에 50us 지연 후 펄스 발생을 명령할 수 있다.
CSP(Control Status Processor)는 전체 시스템의 제어, 상태 모니터링, 시간동기 기능 등을 담당할 수 있다.
도 7은 UAM 탑재장치의 시스템 블록도이다.
UAM 탑재장치의 송신부는 PGU, TXU를 포함하여 구성할 수 있다. UAM 탑재장치의 송신신호의 변조방식은 PM을 사용할 수 있다.
또한, UAM 탑재장치의 수신부는 RXU와 SPU가 이중화 된 구조로 구성할 수 있다. UAM 탑재장치의 수신신호의 변조방식은 PAM을 사용할 수 있다.
PGU는 펄스 변조신호를 생성하고, TXU는 펄스 변조신호를 RF신호와 합성하여 생성할 수 있다.
생성된 RF 신호는 Filter를 통해 Antenna로 전송되어 UAM 항법장치로 송신되도록 할 수 있다.
UAM 항법장치로부터 RF 신호가 수신되면, RXU(Receiver Unit)는 수신된 RF 신호를 증폭하여 IF변조 신호를 발생시키고, SPU는 위치와 거리정보를 추출하고 전체 시스템의 제어, 상태 감시 및 시간동기 임무를 수행할 수 있다.
RXU와 SPU는 이중화 구조로 구성될 수 있다.
도 8은 UAM이 현재 연결된 항법장치와 미래에 연결될 항법장치 간 Handover를 정의하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
UAM에 관한 핸드오버간 거리는 약 10km일 수 있다.
UAM 탑재장치의 수신부는, 이중화(RXU#1&SPU#1, RXU#2&SPU#2) 함으로써, 현재 운항경로의 항법장치 신호와 미래 운항할 경로의 항법장치 신호를 동시 수신할 수 있게 한다.
이러한 동시 수신으로 인하여, UAM 탑재장치는, 핸드오버 구간의 부드러운 비행(곡선 비행)을 가능하게 한다.
도 8에는 UAM 탑재장치의 수신부가 1~20km 마다 Handover를 수행하여, UAM의 곡선 비행을 지원하는 것이 예시되어 있다. 이때, UAM 탑재장치의 수신부는 현재 연결된 항법장치와 연관되는 신호(Fc1)과 미래에 연결될 항법장치와 연관되는 신호(Fc2)를 동시에 수신하여, 핸드오버시에 연속적인 신호 수신을 통해 부드러운 곡선 비행을 가능하게 한다.
또한, 수신부의 이중화는 임의 하나의 수신부가 고장 났을 경우, 다른 하나의 수신부에 의해 대체임무도 병행할 수 있게 지원한다.
도 9는 본 발명에 따른 UAM 항법장치의 설치 위치를 나타내는 도면이다.
UAM 항법장치는 도심지 내 도로 좌우의 가로등 위, 신호등 위 또는 별도의 전용 시설에 설치할 수 있다.
UAM 항법장치는 드론 제어용 주파수대역(5030~5091MHz)을 사용함으로써 안테나 최대 길이를 1.5m 이내(48개 배열 안테나 기준)로 하고, 주장비 또한 소형화, 경량화를 가능하게 한다.
도 10은 UAM 항법장치에서 생성되는 하늘길의 영역을 조정하는 일례를 보여주는 도면이다.
도 10(a)에서 UAM 항법장치는 설치된 수직방향에 하늘길을 생성할 수 있다.
만약, 장애물 등으로 인하여, 하늘길을 수정할 필요가 있으면, UAM 항법장치는 필요시 각 안테나별 위상과 크기를 조절함으로써, 도 10(b)와 같이 기존 수직방향에서 우측으로 기울어진 특정 방향으로 하늘길을 조정하여 생성할 수 있다.
본 발명은 최근 활발히 연구되고 있는 UAM(Urban Air Mobility) 분야 중 정밀 항법장치에 관한 것이다.
현재 이 분야는 연구초기 단계이며 본 발명은 기존 항공분야에서 고도의 정밀성과 안전성이 검증된 계기착륙장치(ILS)과 거리측정장치(DEM)의 기술을 융합하여 UAM 항법장치 및 UAM 항법장치의 운영 방법을 고안한 것으로, 국제기술 선도 및 UAM 항법장치 국제표준화가 가능하다. 또한, UAM 항법장치는 고도로 정밀하고 안전한 신호 송출을 가능하게 함으로써 UAM 서비스의 상용화에 기여할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 거리정보를 추출하는 일례를 설명하는 도면이다.
단계 1110에서는 UAM 항법장치에서, RF 신호를 송출할 수 있다.
단계 1120에서는 RF 신호의 송출 후, UAM 탑재장치로부터 질문신호가 수신되었는지를 판단할 수 있다.
만약 질문신호가 수신되어 질문신호 유를 판단하면, 단계 1130으로 진행할 수 있다. 반면, 질문신호가 수신되지 않아 질문신호 무를 판단하면, 단계 1140으로 진행할 수 있다.
단계 1130에서는, UAM 항법장치에서, n μs 시간지연 후 응답신호를 생성할 수 있다.
단계 1140에서는, UAM 항법장치에서, RF관련 DDM이 ‘0’인 영역을 하늘길로 생성할 수 있다. 또한, 단계 1140에서는 하늘길의 생성 후 질문신호가 있을 시 UAM 항법장치에서 응답신호를 송출할 수 있다.
단계 1150에서는, UAM 탑재장치에서 DDM이 ‘0’인 영역을 따라 비행할 수 있다.
단계 1160에서는 UAM 탑재장치에서 질문신호와 응답신호와의 시간차로부터 거리정보 추출할 수 있다. 또한, 단계 1160에서는 UAM 탑재장치에서, UAM 항법장치로 질문신호를 송출할 수 있다.
이하, 도 12에서는 본 발명의 실시예들에 따른 UAM 전용 항법 시스템(100)의 설계를 위한 작업 흐름을 상세히 설명한다.
도 12은 본 발명의 일실시예에 따른, UAM 전용 항법 시스템의 운용 방법을 도시한 흐름도이다.
본 실시예에 따른 UAM 전용 항법 시스템의 운용 방법은 상술한 UAM 전용 항법 시스템(100)에 의해 수행될 수 있다.
우선, UAM 전용 항법 시스템(100)의 UAM 항법장치는, RF신호를 송출한다(1210).
또한, UAM 전용 항법 시스템(100)의 UAM 항법장치는, 송출된 상기 RF신호의 제1 AM 변조신호와 제2 AM 변조신호와의 크기 차이(DDM, Difference in Depth of Modulation)가 ‘0’인 영역을 하늘길로 생성한다(1220).
단계(1210, 1220)는 정밀성과 안전성이 검증된 계기착륙장치(ILS)의 기술을 활용하여, UAM이 비행하는 경로로서의 하늘길을 설정하는 과정일 수 있다.
UAM 항법장치는 복수의 안테나를 통해, RF 신호를 각각 AM 변조신호로 전환하여 공중으로 방사할 수 있고, 방사된 각각의 AM 변조신호의 크기가 일치하여 그 차이값이 0이 되는 영역을, UAM의 비행 경로의 하늘길로 생성할 수 있다.
예컨대, UAM 전용 항법 시스템(100)는, UAM 항법장치의 좌측 송신 안테나에서 송출된 AM 변조신호 F am1과, 우측 송신 안테나에서 송출된 AM 변조신호 F am2이, 서로 접하는 경계선(DDM이 '0'이 되는 선)을 상기 하늘길로 생성할 수 있다.
하늘길의 생성에 있어, UAM 항법장치는, 설치되는 위치에서의, 가상의 수직선을 기준으로 UAM의 진행방향 0~180도 및 상기 진행방향의 수직방향 -35도~+35도 범위로 상기 RF신호를 송출할 수 있다.
즉, UAM 항법장치는 하나의 배열 안테나에서 UAM의 진행방향 0~180도, 수직방향 -35도~0도 이내의 공중 영역으로 AM 변조신호(F am1)를 방사 함으로써, 쌍을 이루는 다른 배열 안테나에서 방사된 AM 변조신호(F am2)와 연관되는 UAM의 진행방향 0~180도, 수직방향 0~+35도 이내의 다른 공중 영역과 합쳐, 전체 UAM 하늘길 수직방향으로 폭 70도 이내, 하늘길 방향으로 0~180도 범위로 상기 RF신호를 송출되도록 할 수 있다.
이를 통해, UAM 항법장치는 개별 안테나에서 방사된 복수의 AM 변조신호(F am1, F am2)에 의해 산출되는 DDM이 ‘0’인 영역이, AM 변조신호들이 서로 접하는 지점이 되도록 할 수 있다.
예컨대, UAM 전용 항법 시스템(100)는, 개별 UAM 항법장치에서의 RF 신호의 송출을, UAM 항법장치가 설치되는 전봇대(가상의 수직선)를 기준으로 UAM의 진행방향 0~180도 범위, 진행방향과 수직방향 -35도~+35도 범위로 이루어지게 함으로써, 다수의 UAM 항법장치가 연속하여 설치되는 전봇대들의 배열 방향을 따라, UAM의 하늘길을 연속적으로 생성할 수 있다.
실시예에 따라, UAM 항법장치는 주변 환경에 따라 기생성된 하늘길을 조정, 변경할 수 있다.
UAM 항법장치는, 각 안테나별 위상과 크기를 조절함으로써 상기 하늘길을 특정방향으로 조정할 수 있다.
예컨대, AM 변조신호(F am1)를 UAM의 진행방향 0~180도, 수직방향 -35도~0도 이내로 방사하고, 다른 AM 변조신호(F am2)를 UAM의 진행방향 0~180도, 수직방향 0도~+35도 이내로 방사하여, 하늘길을 직선 방향으로 생성하였다고 가정하는 경우, UAM 항법장치는, 전방의 장애물을 피할 수 있도록, 각 안테나별 위상과 크기를 적절히 조절하여, AM 변조신호(F am1)를 UAM의 진행방향 0~180도, 수직방향 -15~+20도 이내로 방사하고, 다른 AM 변조신호(F am2)를 UAM의 진행방향 0~180도, 수직방향 +20~+55도 이내로 방사하여, 상기 하늘길이 좌측으로 꺾여 조정되도록 할 수 있다.
또한, UAM 전용 항법 시스템(100)의 UAM 탑재장치는 상기 생성된 하늘길로 질문신호(Interrogation)를 보낸다(1230). 단계(1230)는 하늘길로 질문신호를 송신하여, 해당 하늘길을 생성하는 UAM 항법장치에서 질문신호를 수신할 수 있게 하는 과정일 수 있다.
UAM 탑재장치는 상기 질문신호를 보냄으로써, 신뢰성과 정밀성이 검증된 거리측정장치의 개념을 활용 확대하여 UAM과 UAM 항법장치 사이의 거리정보를 추출할 수 있는 환경을 조성한다.
상기 질문신호는, UAM의 현 위치 좌표, UAM과 UAM 항법장치 사이의 거리 등을 질의하는 질의 정보를 포함할 수 있다.
계속해서, UAM 전용 항법 시스템(100)의 UAM 항법장치는 상기 질문신호의 수신 후 n μs(상기 n은 50 이상의 자연수)을 지연시켜 응답신호를 응답(Reply)할 수 있다(1240). 단계(1240)는 UAM 탑재장치에서 보내온 질문신호의 수신 시점과, 이에 응답하는 응답신호의 송신 시점과의 차이를 둠으로써, UAM 탑재장치에서 시간 지연(time delay)에 기초한 거리정보의 계산이 가능하도록 하는 과정일 수 있다.
또한, UAM 전용 항법 시스템(100)의 UAM 탑재장치는, 상기 응답신호를 수신하고, 상기 질문신호와 상기 응답신호와의 시간차로부터, UAM 항법장치 사이의 거리정보를 계산하여 추출한다(1250).
거리정보의 계산은, 거리 계산식 'R = V * t'를 이용할 수 있다.
UAM 탑재장치에서 송신되는 질문신호의 시간 t1과, 50 us의 지연시간을 갖고 UAM 항법장치에서 송신되는 응답신호의 시간 t2에 대해, UAM 탑재장치는, 거리정보 R을 '(3*10 8(광속)) * (50 - (t1+t2))/2' 를 이용하여 계산하여 추출할 수 있다.
여기서, UAM 항법장치의 송신신호는 펄스 AM(Pulse Amplitude Modulation) 변조방식을 사용하고, UAM 항법장치의 수신신호는 펄스 변조방식을 사용하며, UAM 탑재장치의 송신신호는 펄스 변조방식을 사용하고, UAM 탑재장치의 수신신호는 펄스 AM변조방식을 사용할 수 있다.
또한, UAM 항법장치의 변조방식은 PAM(Pulse Amplitude Modulation)방식을 사용하고, UAM 항법장치의 운용주파수는 드론 지상제어용 주파수대역(예, (5030 ~ 5091MHz)을 사용할 수 있다. 또한, 상기 운용주파수는 UAM 표준화 작업에 따라 변경 가능하다.
또한, UAM 탑재장치는, 이중화 구조의 수신부를 구비하여 현재 연결된 항법장치 신호와 미래에 연결될 항법장치 신호를 동시에 수신 함으로써, 상기 UAM이 핸드오버(Handover) 구간을 비행하도록 할 수 있다.
즉, UAM 탑재장치는 Receiver Unit을 RXU#1와 RXU#2로 복수 개로 이중화 구비 함으로써, 현재 운항경로의 항법장치 신호와 미래 운항할 경로의 항법장치 신호를 동시에 수신할 수 있다.
이러한 동시 수신으로 인하여, UAM 탑재장치는, 핸드오버 구간의 부드러운 비행(곡선 비행)을 가능하게 한다.
또한, UAM 탑재장치는 이중화 구조의 수신부를 통해, 어느 하나의 수신부에 이상이 발생하는 경우라도, 다른 수신부에서 대체 임무가 수행되도록 함으로써, 연속적인 신호의 수신 처리를 할 수 있게 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 고도의 정밀성과 안전성을 목표로 한 UAM 전용 항법 시스템에 대한 구현 기술을 포함하는, UAM 전용 항법 시스템, 및 UAM 전용 항법 시스템의 운용 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의해서는, 지상에 설치되어 특정 신호를 송출 함으로써 UAM에게 정확한 하늘길과 거리정보를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의해서는, 기존 공항에 설치되어 신뢰성과 정밀성이 검증된 항법장치인 계기착륙장치와 거리측정장치의 개념을 활용 확대하여, UAM 전용의 항법 시스템을 개발할 수 있다.
실시예에 따른 UAM 전용 항법 시스템의 운용 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 UAM 전용 항법 시스템의 운용 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 UAM 전용 항법 시스템의 운용 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 UAM 전용 항법 시스템의 운용 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 (15)

  1. RF신호를 송출하고, 송출된 상기 RF신호의 제1 AM 변조신호와 제2 AM 변조신호와의 크기 차이(DDM, Difference in Depth of Modulation)가 ‘0’인 영역을 하늘길로 생성하는 UAM 항법장치
    를 포함하는 UAM 전용 항법 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 UAM 항법장치는,
    설치되는 위치에서의, 가상의 수직선을 기준으로 UAM의 진행방향 0~180도 및 상기 진행방향의 수직방향 -35도~+35도 범위로 상기 RF신호를 송출하는
    UAM 전용 항법 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 UAM 항법장치는,
    각 안테나별 위상과 크기를 조절함으로써 상기 하늘길을 특정방향으로 조정하는
    UAM 전용 항법 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    UAM에 탑재되어, 상기 생성된 하늘길로 질문신호(Interrogation)를 보내는 UAM 탑재장치
    를 더 포함하고,
    상기 UAM 항법장치는
    상기 질문신호의 수신 후 n μs(상기 n은 50 이상의 자연수)을 지연시켜 응답신호를 응답(Reply)하는
    UAM 전용 항법 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 UAM 탑재장치는,
    상기 응답신호를 수신하고, 상기 질문신호와 상기 응답신호와의 시간차로부터, 상기 UAM 항법장치 사이의 거리정보를 계산하여 추출하는
    UAM 전용 항법 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 UAM 항법장치의 송신신호는 펄스 AM(Pulse Amplitude Modulation) 변조방식을 사용하고,
    상기 UAM 항법장치의 수신신호는 펄스 변조방식을 사용하며,
    상기 UAM 탑재장치의 송신신호는 펄스 변조방식을 사용하고,
    상기 UAM 탑재장치의 수신신호는 펄스 AM변조방식을 사용하며,
    상기 UAM 항법장치의 운용주파수는 드론 지상제어용 주파수대역을 사용하는
    UAM 전용 항법 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 UAM 탑재장치는,
    이중화 구조의 수신부를 구비하여 현재 연결된 항법장치 신호와 미래에 연결될 항법장치 신호를 동시에 수신 함으로써, 상기 UAM이 핸드오버(Handover) 구간을 비행하도록 하는
    UAM 전용 항법 시스템.
  8. UAM 항법장치에서, RF신호를 송출하는 단계; 및
    상기 UAM 항법장치에서, 송출된 상기 RF신호의 제1 AM 변조신호와 제2 AM 변조신호와의 크기 차이(DDM)가 ‘0’인 영역을 하늘길로 생성하는 단계
    를 포함하는 UAM 전용 항법 시스템의 운용 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 RF신호를 송출하는 단계는,
    상기 UAM 항법장치가 설치되는 위치에서의, 가상의 수직선을 기준으로 UAM의 진행방향 0~180도 및 상기 진행방향의 수직방향 -35도~+35도 범위로 상기 RF신호를 송출하는 단계
    를 포함하는 UAM 전용 항법 시스템의 운용 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 UAM 항법장치에서, 각 안테나별 위상과 크기를 조절함으로써 상기 하늘길을 특정방향으로 조정하는 단계
    를 더 포함하는 UAM 전용 항법 시스템의 운용 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    UAM에 탑재되는 UAM 탑재장치에서, 상기 생성된 하늘길로 질문신호를 보내는 단계; 및
    상기 UAM 항법장치에서, 상기 질문신호의 수신 후 n μs(상기 n은 50 이상의 자연수)을 지연시켜 응답신호를 응답하는 단계
    를 더 포함하는 UAM 전용 항법 시스템의 운용 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 UAM 탑재장치에서, 상기 응답신호를 수신하는 단계; 및
    상기 UAM 탑재장치에서, 상기 질문신호와 상기 응답신호와의 시간차로부터, 상기 UAM 항법장치 사이의 거리정보를 계산하여 추출하는 단계
    를 더 포함하는 UAM 전용 항법 시스템의 운용 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 UAM 항법장치의 송신신호는 펄스 AM(Pulse Amplitude Modulation) 변조방식을 사용하고,
    상기 UAM 항법장치의 수신신호는 펄스 변조방식을 사용하며,
    상기 UAM 탑재장치의 송신신호는 펄스 변조방식을 사용하고,
    상기 UAM 탑재장치의 수신신호는 펄스 AM변조방식을 사용하며,
    상기 UAM 항법장치의 운용주파수는 드론 지상제어용 주파수대역을 사용하는
    UAM 전용 항법 시스템의 운용 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 UAM 탑재장치에서, 이중화 구조의 수신부를 구비하여 현재 연결된 항법장치 신호와 미래에 연결될 항법장치 신호를 동시에 수신 함으로써, 상기 UAM이 핸드오버 구간을 비행하도록 하는 단계
    를 더 포함하는 UAM 전용 항법 시스템의 운용 방법.
  15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
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