KR100995362B1 - 무인 비행체의 비행고도 제어장치 - Google Patents

무인 비행체의 비행고도 제어장치 Download PDF

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Abstract

저용량의 비행정보 및 간편한 처리시스템으로 비행고도를 제어하는 것이 가능하므로 제조비용이 절감되고 중량이 감소하도록, 무인 비행체의 현재위치 및 비행고도를 측정하는 지피에스모듈과, 출발점의 위치, 비행항로에 따른 출발점과의 거리를 측정주기의 시간 단위로 나열한 거리 인덱스 및 각 거리 인덱스에 매칭되는 비행고도가 미리 저장되는 메모리와, 출발점의 위치와 무인 비행체의 현재위치 간의 거리를 산출하는 거리측정부와, 산출된 거리에 상응하는 거리 인덱스의 비행고도를 상기 메모리에서 검색하고 검색된 비행고도로 이동하도록 무인 비행체를 제어하는 비행고도제어부를 포함하여 이루어지는 무인 비행체의 비행고도 제어장치를 제공한다.

Description

무인 비행체의 비행고도 제어장치 {Flight Altitude Control System of Pilotless Aircraft}
본 발명은 무인 비행체의 비행고도 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저용량의 비행정보 및 간편한 처리시스템으로 비행고도를 제어하는 것이 가능하므로 비용이 절감되고 중량이 감소하며 저공비행이 용이하도록 구성한 무인 비행체의 비행고도 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 무인 항공기는 인간이 직접 탑승을 행하지 않고 무인으로 비행이 행해지게 되므로 인명피해의 우려가 없고 탐사나 정찰 등을 행할 때 매우 유용하게 사용된다.
종래 무인 항공기는 자체 고도 및 속도 등의 파악을 위해 탑재되는 지피에스(GPS:Global Positioning System)와 지상국과 통신을 행하는 데이터 통신기 및 무인 비행에 필요한 지형정보 및 비행경로 등의 데이터, 제어장치, 카메라와 같은 영상처리장치 등을 갖추게 된다.
상기 무인 항공기에 설치되는 지피에스는 인공위성네트워크를 이용해 지상에 있는 목표물의 위치를 정확히 추적해내는 위성항법시스템(GNSS:Global Navigation Satellite System)의 일종으로서, 인공위성에서 오는 전파 신호를 받아 현재 자기의 위치를 알아내고 무인 항공기의 속도 및 고도에 대한 정보를 얻을 수 있다.
상기 무인 항공기는 약제, 광고물, 인쇄물 등을 지상에 살포하거나 지상에 대한 공격 등을 행하는 경우 지상과 어느 정도 근접하도록 저공비행하는 경우도 종종 있으며, 이 경우 비행고도제어가 매우 중요하다.
종래 저공비행용 무인 항공기는 메모리에 지형정보 등의 데이터를 입력하고 카메라에 의해 현재위치의 영상을 취득한 후 지형정보와 맵핑하여 현재위치의 지형과 고도 등을 계산하면서 저공비행을 행하게 된다.
그런데 상기와 같은 종래 무인 항공기는 지형정보, 비행항로, 각종 데이터 등을 입력할 수 있는 대용량의 메모리 및 이를 처리할 수 있는 고속 프로세서, 영상처리장치 등이 탑재되므로 제작비용 및 중량이 증가한다.
따라서 메모리에 입력되는 데이터용량을 최대한 낮추고 이러한 데이터를 간편하게 처리하는 것에 의하여 제작비용 및 탑재시의 중량을 감소시킴과 더불어 저가용이나 소형의 저공비행 무인 항공기에 적용 가능한 기술에 대한 연구개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 점에 착안하여 이루어진 것으로서, 저용량의 데이터가 메모리에 입력되고 이러한 데이터의 처리를 간편하고 신속하며 저용량으로 처리가 가능하므로 용이한 비행고도 제어가 가능하고 제작비용 및 중량을 감소시키는 것이 가능하며 저공비행이 유리한 무인 비행체의 비행고도 제어장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.
본 발명이 제안하는 무인 비행체의 비행고도 제어장치는 무인 비행체의 현재위치 및 비행고도를 측정하는 지피에스모듈과, 출발점의 위치, 비행항로에 따른 출발점과의 거리를 측정주기의 시간 단위로 나열한 거리 인덱스 및 각 거리 인덱스에 매칭되는 비행고도가 미리 저장되는 메모리와, 상기 출발점의 위치와 무인 비행체의 현재위치 간의 거리를 산출하는 거리측정부와, 상기 산출된 거리에 상응하는 거리 인덱스의 비행고도를 상기 메모리에서 검색하고 상기 검색된 비행고도로 이동하도록 상기 무인 비행체를 제어하는 비행고도제어부를 포함하여 이루어진다.
상기 비행고도제어부는 상기 거리측정부가 산출한 거리와 소정의 오차범위 내에서 일치하는 거리 인덱스를 상기 메모리에서 검색하는 고도검색부와, 상기 검색된 거리 인덱스에 매칭되는 비행고도와 상기 지피에스모듈이 측정한 현재의 비행고도가 서로 상이하면 상기 검색된 비행고도로 이동하도록 상기 무인 비행체를 제어하는 비행제어부를 포함하여 이루어진다.
상기 고도검색부는 상기 거리측정부가 산출한 거리값에서 미리 설정된 자리수를 반올림한 값에 해당하는 거리 인덱스의 비행고도를 메모리에서 검색하는 것이 가능하다.
상기에서 메모리는 각 거리 인덱스에 매칭되는 위치를 더 포함하여 이루어지고, 비행고도제어부는 상기 지피에스모듈이 측정한 현재위치가 상기 검색된 거리 인덱스에 매칭되는 위치와 소정의 오차범위 내에 있는지 판별하는 위치판별부를 더 포함하여 이루어지는 것도 가능하다.
상기 위치판별부는 상기 지피에스모듈이 측정한 현재위치의 위도 값 및/또는 경도 값에서 미리 설정된 자리수를 반올림한 값이 상기 검색된 거리 인덱스에 매칭되는 위치의 위도 값 및/또는 경도 값과 일치하는지를 판별하는 것도 가능하다.
그리고 본 발명이 제안하는 무인 비행체의 비행고도 제어장치는 무인 비행체의 현재위치 및 비행고도를 측정하는 지피에스모듈과, 비행항로에 따른 위치를 측정주기의 시간 단위로 나열한 위치 인덱스 및 각 위치 인덱스에 매칭되는 비행고도가 미리 저장되는 메모리와, 상기 지피에스모듈에 의해 측정된 현재위치에 상응하는 위치 인덱스의 비행고도를 상기 메모리에서 검색하고, 상기 검색된 비행고도로 이동하도록 상기 무인 비행체를 제어하는 비행고도제어부를 포함하여 이루어지는 것도 가능하다.
상기 비행고도제어부는 상기 지피에스모듈이 측정한 현재위치와 소정의 오차범위 내에서 일치하는 위치 인덱스를 상기 메모리에서 검색하는 고도검색부와, 상기 검색된 위치 인덱스에 매칭되는 비행고도와 상기 지피에스모듈이 측정한 현재의 비행고도가 서로 상이하면 상기 검색된 비행고도로 이동하도록 상기 무인 비행체를 제어하는 비행제어부를 포함하여 이루어진다.
상기 고도검색부는 상기 지피에스모듈이 측정한 현재위치의 위도 값 및 경도 값에서 미리 설정된 자리수를 반올림한 값에 해당하는 위치 인덱스의 비행고도를 메모리에서 검색하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 무인 비행체의 비행고도 제어장치에 의하면, 저용량의 비행정보 및 간편한 처리시스템을 사용하여 비행고도를 제어하는 것이 가능하므로 카메라 등의 영상처리장치 및 지형정보와의 맵핑과정 등이 필요없고 비교적 저용량의 메모리, 프로세서 등으로 저공비행 등의 고도제어가 가능하다.
따라서 제작비용의 절감 및 중량을 감소시키는 것이 가능하고 적 레이더 탐지를 피하기 위해 지표면을 저공을 행하는 순항미사일 등에 용이하게 적용이 가능하다.
그리고 본 발명에 따른 무인 비행체의 비행고도 제어장치에 의하면, 거리 인덱스 및 비행고도를 메모리에 입력하여 위치를 파악하므로 위도 값과 경도 값 및 비행고조를 입력하여 위치를 파악하는 경우에 비해 저장용량을 감소시키는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 무인 비행체의 비행고도 제어장치에 의하면, 측정부가 매회 출발점을 기준으로 거리를 산출하므로 오차가 누적되는 문제점을 방지하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 무인 비행체의 비행고도 제어장치의 일실시예를 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 무인 비행체의 비행고도 제어장치의 일실시예를 나타내는 무인 비행체의 비행항로이다.
도 3은 본 발명에 따른 무인 비행체의 비행고도 제어장치의 일실시예를 나타내는 메모리에 입력되는 데이터이다.
도 4는 본 발명에 따른 무인 비행체의 비행고도 제어장치의 일실시예에 있어서 무인 비행체와 출발점 간의 거리가 동일한 경우를 나타내는 좌표이다.
도 5는 본 발명에 따른 무인 비행체의 비행고도 제어장치의 일실시예에 있어서 비행고도제어부를 나타내는 블럭도이다.
도 6은 본 발명에 따른 무인 비행체의 비행고도 제어장치의 일실시예에 있어서 메모리에 거리 인덱스에 매칭되는 위치가 추가로 입력되는 데이터이다.
도 7은 본 발명에 따른 무인 비행체의 비행고도 제어장치의 일실시예를 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명에 따른 무인 비행체의 비행고도 제어장치의 다른 실시예를 나타내는 블럭도이다.
도 9는 본 발명에 따른 무인 비행체의 비행고도 제어장치의 다른 실시예를 나타내는 메모리에 입력되는 데이터이다.
도 10은 본 발명에 따른 무인 비행체의 비행고도 제어장치의 다른 실시예를 나타내는 순서도이다.
다음으로 본 발명에 따른 무인 비행체의 비행고도 제어장치의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저 본 발명에 따른 무인 비행체의 비행고도 제어장치의 일실시예는 도 1~도 3에 나타낸 바와 같이, 지피에스모듈(10)과, 비행고도가 미리 저장되는 메모리(20)와, 거리를 산출하는 거리측정부(30)와, 상기 무인 비행체를 제어하는 비행고도제어부(40)를 포함하여 이루어진다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 무인 비행체의 비행고도 제어장치는 상기 무인 비행체와 함께 비행이 이루어지도록 설치된다.
상기 지피에스모듈(10)은 상기 무인 비행체의 현재위치 및 비행고도 등을 측정하게 된다.
상기 지피에스모듈(10)은 일반적으로 널리 지피에스(GPS:Global Positioning System)와 마찬가지의 구성으로 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 메모리(20)에는 비행항로(도 2 참조)의 출발점의 위치, 비행항로에 따른 출발점과의 거리를 측정주기의 시간 단위로 나열한 거리 인덱스 및 각 거리 인덱스에 매칭되는 비행고도에 대한 데이터가 미리 저장된다.
상기 거리 인덱스는 수미터 내지 수킬로미터 단위로 저장하는 것이 가능하다.
상기와 같은 거리 인덱스를 메모리(20)에 입력하는 경우 위도 값과 경도 값으로 위치를 입력하는 경우에 비해 자리수의 감소 등으로 인해 저장용량을 감소시키는 것이 가능하다.
상기에서 측정주기는 대략 1~30초 정도로 설정되는 것이 가능하다.
그리고 상기에서 출발점과 무인 비행체 간의 거리 인덱스는 직선거리로 설정되는 것이 가능하다.
상기 거리측정부(30)는 상기 출발점의 위치와 무인 비행체의 현재위치 간의 거리를 산출한다.
상기 거리측정부(30)는 상기 메모리(20)의 측정주기와 동일한 측정주기로 측정하는 것도 가능하고 다르거나 늦은 측정주기를 갖는 것도 가능하다.
상기 거리측정부(30)의 측정주기는 도면에는 나타내지 않았지만, 타이머 등을 이용하는 것이 가능하다.
상기에서 거리측정부(30)의 측정주기는 대략 1~30초 정도로 설정되는 것이 가능하다.
그리고 상기에서 거리측정부(30)는 상기 출발점의 위치와 무인 비행체의 현재위치 간의 거리 산출시 직선거리를 산출하는 것이 가능하다.
상기 거리측정부(30)에서 출발점의 위치와 무인 비행체의 현재위치 간의 직선거리 산출은 피타고라스의 정리(Pythagorean theorem)를 이용하는 것이 가능하다.
즉 출발점과 무인 비행체의 현재위치를 잇는 직선을 c로 하고 c를 빗변으로 하는 직각삼각형을 그리면 직각을 이루는 두 변 a,b의 길이가 나오므로 다음의 수학식 1을 통하여 빗변 c의 길이를 구할 수 있다.
Figure 112010039173918-pat00001
상기 출발점의 위치와 무인비행체의 위치 간의 거리가 산출됨에 따라 상기 비행고도제어부(40)에서 무인 비행체를 제어한다.
상기 비행고도제어부(40)는 상기 거리측정부(30)에서 산출된 거리에 상응하는 거리 인덱스의 비행고도를 상기 메모리에서 검색하고, 상기 검색된 비행고도로 이동하도록 상기 무인 비행체를 제어한다.
상기 비행고도제어부(40)는 고도검색부(42)와, 비행제어부(44)를 포함하여 이루어진다.
상기 고도검색부(42)는 상기 거리측정부(30)가 산출한 거리와 소정의 오차범위 내에서 일치하는 거리 인덱스를 상기 메모리(20)에서 검색하게 된다.
예를 들면, 고도검색부(42)는 상기 거리측정부(30)가 산출한 거리값에서 미리 설정된 자리수를 반올림한 값에 해당하는 거리 인덱스의 비행고도를 메모리(20)에서 검색하는 것이 가능하다.
상기 비행제어부(44)는 상기 고도검색부(42)에서 검색된 거리 인덱스에 매칭되는 비행고도와 상기 지피에스모듈(10)이 측정한 현재의 비행고도가 서로 상이하면 상기 검색된 비행고도로 이동하도록 상기 무인 비행체를 제어하게 된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체용 비행고도 제어장치에 있어서는 도 4에 나타낸 바와 같이, 각각 측정된 무인 비행체의 현재위치 및 비행고도가 서로 다름에도 불구하고 상기 거리측정부(30)에서 동일 또는 유사한 거리값이 산출되는 경우가 발생됨으로 인해 상기 고도검색부(42)가 상기 메모리(20)로부터 동일한 거리 인덱스를 검색하는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서 본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체용 비행도고 제어장치에 있어서는 상기 메모리(20)가 각 거리 인덱스에 매칭되는 위치를 더 포함하여 이루어지고, 상기 비행고도제어부(40)가 상기 지피에스모듈(10)이 측정한 무인 비행체의 현재위치가 상기 검색된 거리 인덱스에 매칭되는 위치와 소정의 오차범위 내에 있는지 판별하는 위치판별부(43)를 더 포함하여 이루어지는 것도 가능하다.
상기 메모리(20)의 각 거리 인덱스에 매칭되는 위치는 위도나 경도를 입력한다.
상기에서 각 거리 인덱스에 매칭되는 위치는 위도나 경도를 입력하는 경우 같은 값이 나올 수도 있으므로 위도와 경도를 모두 입력하는 것도 가능하다.
상기 위치판별부(43)는 상기 지피에스모듈(10)이 측정한 현재위치의 위도 값 및/또는 경도 값에서 미리 설정된 자리수를 반올림한 값이 상기 검색된 거리 인덱스에 매칭되는 위치의 위도 값과 경도 값 중 적어도 어느 하나와 일치하는지를 판별하게 된다.
다음으로 본 발명의 일실시예에 따른 무인 비행체의 비행고도 제어장치의 작동과정을 도 7의 순서도를 중심으로 하여 상세히 설명한다.
먼저 무인 비행체가 출발점 위치에서 비행을 시작하면 일정 시간 경과 후 상기 지피에스모듈(10)를 통해 무인 비행체의 현재위치를 파악한다.(S10)
상기 무인 비행체의 현재위치가 파악되면 상기 거리측정부(30)가 상기 출발점의 위치와 무인 비행체의 현재위치 간의 거리를 측정하게 된다.(S20)
상기 거리가 측정되면 상기 고도검색부(42)가 측정된 거리에 상응하는 거리 인덱스를 검색한 후 상기 비행제어부(44)가 상기 거리 인덱스에 매칭되는 비행고도와 지피에스모듈(10)에서 측정한 현재의 무인 비행체의 비행고도를 비교한다.(S30)
상기에서 비행고도가 동일하면 일정 시간 경과 후 다시 상기 위치파악(S10)부터 시작하게 된다. 그러나 상기 검색된 거리 인덱스에 매칭되는 비행고도와 상기 지피에스모듈(10)이 측정한 현재의 비행고도가 서로 상이하면 상기 검색된 비행고도로 이동하여 비행고도가 수정되도록 상기 비행제어부(44)에서 상기 무인 비행체를 제어한다.(S40)
그리고 본 발명에 따른 무인 비행체의 비행고도 제어장치의 다른 실시예는 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 무인 비행체의 현재위치 및 비행고도를 측정하는 지피에스모듈(100)과, 위치 인덱스 및 각 위치 인덱스에 매칭되는 비행고도가 미리 저장되는 메모리(120)와, 상기 무인 비행체를 제어하는 비행고도제어부(140)를 포함하여 이루어진다.
상기 지피에스모듈(100)은 상기한 일실시예와 마찬가지의 구성으로 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 메모리(120)에는 비행항로에 따른 위치를 측정주기의 시간 단위로 나열한 위치 인덱스 및 각 위치 인덱스에 매칭되는 비행고도가 미리 저장된다.
상기 비행고도제어부(140)는 상기 지피에스모듈(100)에 의해 측정된 현재위치에 상응하는 위치 인덱스의 비행고도를 상기 메모리(120)에서 검색하고, 상기 검색된 비행고도로 이동하도록 상기 무인 비행체를 제어하게 된다.
상기 비행고도제어부(140)는 상기 지피에스모듈(100)이 측정한 현재위치와 소정의 오차범위 내에서 일치하는 위치 인덱스를 상기 메모리에서 검색하는 고도검색부(142)와, 상기 검색된 위치 인덱스에 매칭되는 비행고도와 상기 지피에스모듈(10)이 측정한 현재의 비행고도가 서로 상이하면 상기 검색된 비행고도로 이동하도록 상기 무인 비행체를 제어하는 비행제어부(144)를 포함하여 이루어진다.
상기 고도검색부(140)는 상기 지피에스모듈(10)이 측정한 현재위치의 위도 값 및 경도 값에서 미리 설정된 자리수를 반올림한 값에 해당하는 위치 인덱스의 비행고도를 메모리에서 검색하는 것이 가능하다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인 비행체의 비행고도 제어장치는 종래 카메라를 탑재하여 현재위치의 영상을 취득하여 지형정보와 맵핑하는 구조를 취하지 않고도 비행고도 제어가 가능하고 저공비행이 용이하며 메모리 용량 및 프로세서 성능을 감소시켜 비용 및 중량을 감소시키는 것이 가능하다.
다음으로 본 발명의 다른 실시예에 따른 무인 비행체의 비행고도 제어장치의 작동과정을 도 10의 순서도를 중심으로 하여 상세히 설명한다.
먼저 무인 비행체가 출발점 위치에서 비행을 시작하면 일정 시간 경과 후 상기 지피에스모듈(10)를 통해 무인 비행체의 현재위치를 파악한다.(S101)
상기 무인 비행체의 현재위치가 파악되면 상기 고도검색부(142)가 파악된 현재위치에 상응하는 위치 인덱스를 검색한 후 상기 비행제어부(144)가 상기 위치 인덱스에 매칭되는 비행고도와 지피에스모듈(10)에서 측정한 현재의 무인 비행체의 비행고도를 비교한다.(S102)
상기에서 비행고도가 동일하면 일정 시간 경과 후 다시 상기 위치파악(S101)부터 시작하게 된다. 그러나 상기 검색된 거리 인덱스에 매칭되는 비행고도와 상기 지피에스모듈(100)이 측정한 현재의 비행고도가 서로 상이하면 상기 검색된 비행고도로 비행고도가 수정되게 이동하도록 상기 비행제어부(144)에서 상기 무인 비행체를 제어한다.(S103)
상기에서는 본 발명에 따른 무인 비행체의 비행고도 제어장치의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명, 첨부한 도면의 범위내에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위내에 속한다.
10, 100 : 지피에스모듈 20, 120 : 메모리
30 : 거리측정부 40, 140 : 비행고도제어부
42, 142 : 고도검색부 43 : 위치판별부
44, 144 : 비행제어부

Claims (8)

  1. 무인 비행체의 현재위치 및 비행고도를 측정하는 지피에스모듈과,
    출발점의 위치, 비행항로에 따른 출발점과의 거리를 측정주기의 시간 단위로 나열한 거리 인덱스 및 각 거리 인덱스에 매칭되는 비행고도가 미리 저장되는 메모리와,
    상기 출발점의 위치와 무인 비행체의 현재위치 간의 거리를 산출하는 거리측정부와,
    상기 산출된 거리에 상응하는 거리 인덱스의 비행고도를 상기 메모리에서 검색하고, 상기 검색된 비행고도로 이동하도록 상기 무인 비행체를 제어하는 비행고도제어부
    를 포함하는 무인 비행체의 비행고도 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비행고도제어부는,
    상기 거리측정부가 산출한 거리와 소정의 오차범위 내에서 일치하는 거리 인덱스를 상기 메모리에서 검색하는 고도검색부와,
    상기 검색된 거리 인덱스에 매칭되는 비행고도와 상기 지피에스모듈이 측정한 현재의 비행고도가 서로 상이하면 상기 검색된 비행고도로 이동하도록 상기 무인 비행체를 제어하는 비행제어부
    를 포함하는 무인 비행체의 비행고도 제어장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 고도검색부는,
    상기 거리측정부가 산출한 거리값에서 미리 설정된 자리수를 반올림한 값에 해당하는 거리 인덱스의 비행고도를 메모리에서 검색하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 비행고도 제어장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 메모리는 각 거리 인덱스에 매칭되는 위치를 더 포함하며,
    상기 비행고도제어부는 상기 지피에스모듈이 측정한 현재위치가 상기 검색된 거리 인덱스에 매칭되는 위치와 소정의 오차범위 내에 있는지 판별하는 위치판별부를 더 포함하는 무인 비행체의 비행고도 제어장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 위치판별부는,
    상기 지피에스모듈이 측정한 현재위치의 위도 값과 경도 값 중 적어도 어느 하나에서 미리 설정된 자리수를 반올림한 값이 상기 검색된 거리 인덱스에 매칭되는 위치의 위도 값과 경도 값 중 적어도 어느 하나와 일치하는지를 판별하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 비행고도 제어장치.
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