KR101007396B1 - 기지국 항공기의 상황 인식 장치 및 방법 - Google Patents

기지국 항공기의 상황 인식 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 항공기의 상황 인식 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 GPS 기반 위치 정보 신호가 약하거나 또는 부재 시 항공기의 위치 정보와 주변 충돌 가능한 위험성이 있는 상황을 인식하는 항공기의 상황 인식 장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 기지국 항공기의 상황인식 방법에 있어서, 기지국으로부터 전송되는 데이터가 수신되면, 상기 수신된 데이터를 통해 상기 기지국 항공기 자신의 위치를 계산하는 과정과, 상기 계산된 위치를 디스플레이하는 과정과, 상기 수신된 데이터에 대한 응답을 상기 기지국으로 전송하는 과정을 포함한다.
기지국 항공기, 상대항법, 열상 검출기, 적외선, 다이나믹 레인지

Description

기지국 항공기의 상황 인식 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SENSEING SITUATIONAL OF BASE STATION AIRPLANE}
본 발명은 항공기의 상황 인식 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 GPS 기반 위치 정보 신호가 약하거나 또는 부재 시 항공기의 위치 정보와 주변 충돌 가능한 위험성이 있는 상황을 인식하는 항공기의 상황 인식 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 항공기의 상대항법은 GPS(Grobal Positioning System)를 이용한 3변 측량(Trilateration), 지상의 고정된 수신 Station을 사용하는 멀티레터레이션(Multilateration) 기법 등이 있다.
GPS 기반 방식에서는 움직이는 위성들이 주기적으로 발생시키는 신호를 항공기가 수신하고 ToA(Time of Arrival) 기법을 사용하여 위성들과의 거리를 측정한다. 측정된 거리는 다시 Trilateration을 기법을 사용하여 자신의 위치를 파악한다. 이 때 항공기는 최소 3개 이상의 위성을 감지할 수 있어야 한다.
반면에 멀티레터레이션은 지상의 고정된 수신 기지국들(stations)이 움직이는 Transmitter(항공기의 SSR(Secondary Surveillance Radar) Transponder)의 신호(Squitter 또는 응답신호) 등을 받아서 TDoA(Time Difference of Arrival) 기법 을 사용하여 거리를 측정하고 멀티레터레이션을 사용하여 위치를 파악한다.
도 1은 종래 GPS를 이용한 3변 측량을 나타낸 예시도이다.
도시된 바와 같이, 종래 위성 기반 3변 측량의 상대 항법은 항공기가 3개의 위성(101, 102, 103)으로부터 주기적으로 발생되는 신호를 수신함으로써, 항공기는 위성들과의 거리 및 항공기 자신의 현재 위치를 파악할 수 있다. 즉, 항공기가 현재 자신의 정확한 위치를 파악하려면 적어도 3개의 위성으로부터 신호를 수신하여야 한다.
도 2는 종래 멀티레터레이션을 이용한 상대항법을 나타낸 예시도이다.
도시된 바와 같이, 종래 멀티레터레이션을 이용한 상대항법은 항공기(204)가 지상에 위치한 기지국들(201, 202, 203)으로부터 수신되는 신호를 통해서 현재 위치를 파악하는 것이다. 도 2 에 도시된 종래 멀티레터레이션을 이용한 상대항법 역시 도 1의 GPS를 이용한 3변 측량과 같이, 적어도 3개의 기지국으로부터 신호를 수신하여 기지국들과의 거리 및 항공기 자신의 현재 위치를 파악할 수 있다.
이와 같이, 도 1 및 도 2와 같은 방식으로 얻어진 위치정보를 다양한 좌표계(Geodetic, Cartesian, Spherical)로 변형하여 상대항법에 사용된다.
이러한 GPS는 네비게이션(Navigation)등과 같은 다양한 어플리케이션(Application)을 위하여 위치정보를 제공하는 핵심적인 역할을 수행한다. 그러나 산악 및 고층 빌딩 지역 및 숲과 같은 특수 지형이나 안개, 폭우 및 폭설 등 악천후 환경에서는 GPS 위성과의 가시선(LOS: Line of Sight) 상의 신호가 확보되지 못하거나 GPS 신호 수신이 원활하지 않아 위치정보를 수신하지 못하게 되는 문제점이 있다. 또한, 위성과 통신시, GPS 신호가 지구의 전리층과 대류권을 통과하면서 신호속도가 느려지고 신호가 굴절되어 거리계산에 ±15 m 정도의 오차가 발생되는 문제점이 있다. 이 외에 위성과의 동기시간 오차 및 계산에 의한 오차도 발생될 수 있다.
또한 전쟁 및 테러 공격 상황에서는 의도적인 신호의 재밍(Jamming)으로 인한 GPS 신호의 교란이나 의도적으로 GPS 신호 정보에 오차가 생기도록 하는 기술을 많이 이용한다. 이로 인해 GPS 위치정보에 의존하던 다양한 어플리케이션들은 일시적으로 기능을 수행할 수 없게 되며, 이로 인해 사용자가 불편을 겪거나 각종 사고가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래 문제점을 해결하기 위해서 착안된 것으로서, GPS 기반 위치 정보 신호가 약하거나 또는 부재 시 기지국으로부터 수신된 데이터를 통해서 기지국과의 거리를 계산하고, 기지국 항공기의 위치 정보와 주변 충돌 가능한 위험성이 있는 상황을 인식하는 기지국 항공기의 상황 인식 장치 및 방법을 제공한다.
상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 기지국 항공기의 상황인식 방법에 있어서, 기지국으로부터 전송되는 데이터가 수신되면, 상기 수신된 데이터를 통해 상기 기지국 항공기 자신의 위치를 계산하는 과정과, 상기 계산된 위치를 디스플레이하는 과정과, 상기 수신된 데이터에 대한 응답을 상기 기지국으로 전송하는 과정을 포함한다.
또한, 상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 기지국 항공기의 상황인식 장치에 있어서, 기지국으로부터 전송되는 데이터가 수신되면, 상기 수신된 데이터를 통해 상기 기지국 항공기 자신의 위치를 계산하는 위치 계산부와, 상기 계산된 위치를 디스플레이하는 표시부와, 상기 수신된 데이터에 대한 응답을 상기 기지국으로 전송하는 통신 제어부를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 기지국 항공기의 상황 인식 장치 및 방법은 GPS로부터 신호를 수신하지 못하는 신뢰성이 떨어지는 상황에서도 기지국 항공기의 주변 상황을 인식함으로써, 충돌을 미연에 방지할 수 있고, 전술 및 작전에 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되 는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에 따른 기지국은 다른 기지국 또는 항공기와 무선 신호를 이용하여 양방향 통신을 수행할 수 있다. 또한, 기지국은 항공기와 통신 시 빔 포커싱(Beam Focusing)을 사용하여 정확하게 특정 지역으로 통신영역을 제한할 수 있으며, 기지국이 다수의 안테나를 사용할 수 있는 경우 여러 위치에 빔 포커싱을 동시에 할 수 있다. 고정된 위치에 있는 기지국은 자신이 빔 포커싱한 지역에 대한 위치정보를 미리 계산하여 이 정보를 포함하여 전송한다. 또는 주변의 타 항공 물체 또는 위험성이 있는 물체에 대한 정보(예: 위치 및 위험성의 종류)를 주변 항공기들에게 제공한다. 이와 같이, 기지국과 송수신할 수 있는 송수신기는 항공기에 내장되어 있다. 이하, 편의상 항공기에 내장되어 있으며, 기지국과 송수신하는 장치 즉, 송수신기를 항공기에 내장되어 있기 때문에, 편의상 기지국 항공기라 칭한다. 또한, 상기 기지국 항공기와 데이터 송수신이 가능하고, 상기 기지국 항공기의 제어를 받는 항공기를 일반적으로 항공기라 칭한다. 기지국과 정보를 송수신할 수 있는 기지국 항공기는 빔 포커싱된 지역을 지날 때, 기지국 항공기는 해당 위치정보와 기타 정보를 수신하게 된다. 위치정보와 기타정보를 수신한 기지국 항공기는 기지국에게 자신의 정보(즉, 시스템 ID(Identification), 진행방향, 속도 등)를 전송한다. 상기 정보를 수신한 기지국은 기지국 항공기 정보를 주변 기지국들과 주변 항공기들 에게 전달한다. 이러한 기능을 갖는 기지국은 지면 위에 설치되거나 또는 상기 기지국의 기능을 항공기에 탑재될 수 있다.
이하의 설명에서는 상술한 특징을 보다 상세하게 설명하기 위해 기지국이 기지국 항공기로 정보를 송신하는 경우(제1 실시예), 기지국 항공기가 기지국으로 정보를 송신하는 경우(제2 실시예), 기지국이 다른 기지국으로 정보를 송신하는 경우(제3 실시예)를 설명하면 다음과 같다.
1. 제1 실시예(기지국이 기지국 항공기로 정보를 송신하는 경우)
본 발명에 따른 기지국은 방향성 안테나가 구비되어 있으며, 구비된 방향성 안테나를 통해서 각 섹터로 송신할 메시지를 설정한 후, 주기적으로 소정의 정보를 전송하거나, 기지국 항공기가 정보를 요청할 경우 기지국 자신의 판단 하에 메시지 전송이 가능하다. 이와 같이, 기지국이 기지국 항공기 또는 다른 기지국으로 송신하는 메시지의 포맷은 아래 <표 1>과 같다. 기지국은 먼저 자기 자신의 ID와 함께 보낼 섹터 번호와 메시지의 종류 및 정보를 정한다.
<표 1>
Syntax Size Notes


Message ID		 BS Address
Sector Number 4 bit 36 sectors with each 100
Message Sequence 4 bit
Word Count




BS Information(1)





 Information Type 1 bit
Latitude 4byte
Longitude 4byte
Altitude 2byte
Rel X 2byte
Rel Y 2byte
Rel Z 2byte
Transmit Time
Transmit Power 1byte
Range Attenuation coefficient 1byte
Antenna Azimuth Angle 2byte
Antenna Elevation Angle 2byte





BS Information(2)





 Information Type 1 bit
Requesting Aircraft’s Latitude 4 byte
Requesting Aircraft’s Longitude 4 byte
Requesting Aircraft’s Altitude 2byte
Requesting Aircraft’s Rel X 2byte
Requesting Aircraft’s Rel Y 2byte
Requesting Aircraft’s Rel Z 2byte
Transmit Time
Transmit Power
Initial Receiving Power 1byte
Increment value 1byte
Number of increment 1byte
Slant Range[1]~[n] 2byte Number of increment


Terrain Information[i]


 Bearing[i] 2byte [1~18]
Bearing[i] Distance from BS[1] 2byte
Bearing[i] Distance from BS[2] 2byte
Bearing[i] Distance from BS[3] 2byte
Distance from BS[1] Min Altitude at D1[1] 2byte
Distance from BS[2] Min Altitude at D2[2] 2byte
Distance from BS[3] Min Altitude at D3[3] 2byte


Aircraft Information[j]





 Number of Aircraft
Latitude[j] 4 byte
Longitude[j] 4 byte
Altitude[j] 2byte
Rel X[j] 2byte
Rel Y[j] 2byte
Rel Z[j] 2byte
Aircraft velocity X[j] 2byte
Aircraft velocity Y[j] 2byte
Aircraft velocity Z[j] 2byte
True Heading[j] 2byte
상기 <표 1>의 파라미터의 정의는 다음과 같다.
-BS Address : 송신하는 기지국 주소
-Sector Number : 전방위를 다수로 분한 각 섹터의 번호
-Message Sequence
0000 : No info
0010 : 항공기 정보
0100 : 지형 정보
1110 : 기지국 정보, 지형 정보, 항공기 정보
0001 : 기지국 항공기 자신(Ownship)의 정보, 다른 시퀀스 번호들은 추가적인 기능을 위해 사용 가능
-Word Count : 송신하는 Data Word 수
-BS Information
기지국의 ID
기지국의 측지선 좌표(Geodetic Coordinate), 상대적 좌표(Relative Coordinate)
Information Type
0 : 안테나 정보만 제공하는 신호(수신하는 기지국 항공기가 직접 이 신호로부터 기지국과의 거리(Slant Range)를 계산하여 자신의 위치를 알아낼 수 있음)
1 : 기지국이 미리 계산하여 알려 주는 방식에서 수신 출력에 따른 경사 범위에 따른 위치 및 상황 정보 제공. 본 정보는 수신 전력에 따른 위치 정보를 표(Range Table)의 형태로 보내는 메시지.
-Transmit Power : 안테나가 송신하는 출력
-Range Attenuation Coefficient : 거리 계산을 위한 거리에 따른 출력 감쇄 상수
-Antenna Azimuth Angle: 기지국 안테나의 위치를 좌표의 원점으로 했을 때 방향성 전송 신호 방향의 지향성 앵글(Directivity Angle)수평 각의 값
-Antenna Elevation Angle: 기지국 안테나의 위치를 좌표의 원점으로 했을 때 방향성 전송 신호 방향의 지향성 앵글의 수직 각의 값
-Requesting Aircraft’s Coordinate: Range Table Request 신호를 요청한 항공기의 좌표
-Initial Receiving Power: 수신 파워 레벨 초기값
-Increment Value: 파워 레벨 값 인터벌(Power Level value interval)
-Number of increment: 기지국과의 거리 데이터(Slant Range Data) 개수 측정을 위한 참조 정보
-Slant Range: 기지국과 기지국 항공기간의 거리 정보
-Bearing: 기지국 항공기를 향하는 방향의 섹터들의 각 절대 방위
-Distance from BS: 기지국으로부터의 거리
-Min Altitude at D1,2,3: 기지국으로부터 각 거리마다 유지해야 하는 최소 고도
-Number of Aircraft: 주변 항공기 수
-Speed: 기지국 항공기 속력
-True Heading: 기지국 항공기 진행 방향
상기 <표 1>과 같이, 기지국이 기지국 항공기 또는 다른 기지국으로 송신하는 메시지의 BS Information 영역에서는 자신의 측지선 좌표(Geodetic Coordinate), 상대적 좌표(Relative Coordinate)를 포함시킨다. 만약 자신이 상대적 좌표의 기준축(Origin)일 경우 안테나의 위치 좌표 값을 쓰면 된다. 안테나의 송신 전력(Transmit Power), 레인지 감쇄 팩터(Range Attenuation Factor)와 안테나의 송신 방향을 나타내는 방위(Azimuth, θ) 및 고각(Elevation Angle, φ) 값을 써서 기지국 항공기가 기지국으로부터 메시지를 수신하는 순간 (T)에서 후 기지국과의 거리(R)를(즉, Slant Range) 및 자신의 위치(좌표)를 알 수 있다.
또한, 상기 메시지의 지역 정보(Terrain Information) 영역에서는 기지국 항공기에서 기지국까지 연결하는 선에 수직이 되는 선을 설정하고 기지국에서 기지국 항공기 방향으로 해당되는 방위의 섹터들에 대한 정보를 송신하게 된다. 각 섹터의 절대방위(Bearing)와 그 섹터에서 기지국으로부터의 거리와 그 거리에 해당되는 최소 고도 값이 설정된다. 이때 기지국으로부터의 지상 거리는 기지국에서 기지국 항공기까지의 거리 정보 벡터(Slant Range Vector)의 수평성분에 해당한다.
또한, 상기 메시지의 항공기 정보(Aircraft Information) 영역에서는 주변에 비행하고 있는 항공기들에 대한 항적 정보로서 총 비행하는 항공기 수와 각 항공기의 측지선 좌표, 상대적 좌표가 포함되고 또한 속도와 기지국 항공기의 진행 방향 값을 포함 시킨다. 이러한 데이터를 통해 주변 항공기에 대한 상황 인식이 파악되도록 도와준다.
기지국은 기지국 항공기로부터 수신하는 정보를 통해 주변의 항공기들의 상대적 좌표를 계산 하고 이를 항공기 정보(Aircraft Information) 부분에 기록하게 된다.
2. 제2 실시예(기지국 항공기가 기지국으로 정보를 송신하는 경우)
기지국 항공기가 기지국으로부터 정보 메시지를 수신하게 되면 기지국 항공기는 기지국이 자신의 위치를 파악할 수 있도록 응답 메시지를 기지국으로 보낸다. 이러한 응답 메시지를 송신하기 위해 기지국 항공기는 기지국 신호의 전력 및 이득 등을 통해 자신과 기지국 사이의 거리를 계산하고 지역 정보(Terrain Information)과 기지국 항공기 정보(Aircraft Information)를 이용하여 자신이 유지해야 할 최소 고도와 주변 충돌 가능한 물체들의 상황을 인식한다.
기지국 항공기와 기지국간의 거리계산은 송신출력과 수신출력 및 레인지 감쇄 팩터등을 이용하여 아래 <수학식 1>을 통해 산출된다.
Figure 112009062232222-pat00001
상기 <수학식 1>에서
Figure 112009062232222-pat00002
이며, Pt는 기지국의 송신 출력을 나타내며, Pr은 기지국 항공기의 수신 신호 전력을 나타내며, R은 기지국과 기지국 항공기간의 거리를 나타내며, α는 감쇄 팩터(Attenuation factor)를 나타낸다. 그리고, 상기 α는 송신 안테나의 설계 및 고도 및 환경에 의존적이다. 또한, β는 안테나 물리적 팩터(Antenna Physical factor)를 나타내며, 이는 안테나의 설계상의 특징 값, 주파수, 파장(wave length), 효율적 영역(effective area), 고도 및 환경을 고려한 환경 팩터(environment factor) 등을 고려하는 값이다. 송신 및 수신하는 두 안테나 간의 극성 팩터(Polarization Factor)가 존재하지만 상기 <수학식 1>에서는 서로 매칭 되는 상황을 가정하여 극성 손실 팩터 값이 1 임을 기반으로 표현된 공식이다. 따라서, 실제 극성 팩터 값을 <수학식 1>에 포함시켜 거리 값(R)을 계산 할 수도 있다
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기지국 항공기의 전파 송수신 영역과 구형 좌표계로 나타낸 예시도이다.
도시된 바와 같이, 도 3을 통해서 방향성 안테나를 탑재한 기지국 항공기(301)의 전파 송신 및 수신 영역과 위치 및 거리 계산을 위한 좌표체계를 알 수 있다. 즉, 기지국 항공기(301)의 방향성 안테나는 전방위를 다수의 수평 섹터로 나누고, 각 수평 섹터마다 다수의 수직 섹터로 나누어 순차적으로 펜슬 빔(pencil beam)의 형태로 폭이 좁은 방향성 신호를 송신한다. 좌표체계는 기지국 항공기(301)의 안테나를 원점으로 한 상대좌표 이면서 거리 계산을 위한 구형좌표 및 직각좌표의 원점이기도 하다. 방향성 안테나의 방위(azimuth) 및 앙각(elevation angle) 값을 통하여 각각의 항공기(302)는 기지국 항공기(301)로부터 자신까지의 거리를 알 수 있고 이는 직각좌표로 변환할 수 있으며 이는 곧 기지국에 대한 자신의 상대좌표가 된다. 위에서 설명한 것과 같이 수신 항공기가 거리 계산 능력이 없을 경우 측정된 기지국 신호의 수신 출력에 따른 거리 및 위치 정보를 송신 요청 할 수 있고 이는 구형좌표 및 직각좌표로 표현되며 이 메시지를 받은 이동체는 자신의 위치를 파악할 수 있다.
결국, 상기 <수학식 1>에서 계산된 R값은 기지국의 안테나를 상대적 좌표의 원점으로 한 구형 좌표계(Spherical Coordinate)의 원점으로부터의 거리가 된다. 그리고, 송수신 시간(T)과 안테나의 방향성 전송신호의 방위(Azimuth,θ) 및 고각(Elevation, φ) 값들은 기지국의 안테나의 설정으로부터 미리 알고 있는 값들이기 때문에 이로부터 (R, θ, φ) 좌표를 구할 수 있다. 또한, 필요에 따라서 언제든지 이를 직각 좌표계(Cartesian Coordinate)의 좌표(X, Y, Z) 또는 지구 좌표계의 (고도, 위도, 경도)로 변환하여 기지국 항공기의 정확한 위치를 알 수 있다. 만약 기지국 항공기가 거리 계산을 지원하지 않는다면 기지국 안테나 신호의 수신 출력값(Pr)에 따른 거리(R) 및 위치(R, θ, φ)를 나타내는 좌표 값들에 대한 정보를 기지국 항공기가 기지국으로부터 송신을 요청할 수 있다. 그리고, 이러한 신호를 수신한 기지국 항공기는 자신의 위치를 파악 할 수 있다.
이러한 기지국 항공기가 기지국으로 전송하는 응답 메시지 포맷은 하기 <표 2>와 같다.
Syntax Size Notes


Message ID

 BS Address
Destination BS Address
Message Sequence 4 bit
Transmit Time
Word Count





Aircraft Information[k]



 Number of Aircraft
Latitude[k] 4byte
Longitude[k] 4byte
Altitude[k] 2byte
Rel X[k] 2byte
Rel Y[k] 2byte
Rel Z[k] 2byte
Aircraft velocity X[k] 2byte
Aircraft velocity Y[k] 2byte
Aircraft velocity Z[k] 2byte
True Heading[k] 2byte
상기 <표 2>와 같이, 응답 메시지의 Message ID 영역에서 기지국 항공기는 자신에게 메시지를 전송한 기지국의 ID와 속해있는 Sector Number를 설정하고, 자신의 ID 그리고 기지국으로부터 메시지를 정상적으로 받았다는 Acknowledgement Bit를 “1”로 설정한다. 만약, 기지국 항공기가 자신의 섹터와 바로 옆 섹터의 경계부분에 있는 경우, 옆 섹터의 신호를 먼저 받아서 응답 메시지를 전송했다면 새로운 응답 메시지와 정정 요청 Bit를 “1”로 설정하여 전송한다.
또한 기지국으로부터 받은 정보로 거리 계산을 할 수 있는 능력이 안 되는 기지국 항공기는 Range Table Request Bit를 “1”로 설정하여 기지국으로 보낸다. 그러면 기지국은 수신하는 항공기의 신호의 전력(Watt)에 따른 위치를 계산 없이 쉽게 알 수 있는 수신전력 대비 해당 좌표 값들에 대한 정보를 기지국이 기지국 항공기에게 보내게 된다. 기지국의 메시지를 수신한 단말기는 수신 전력을 기반으로 자신의 위치를 및 주변 상황 정보를 알 수 있다.
기지국 항공기 자신의 정보에는 현재 속도, 항공기 진행 방향(True Heading) 그리고 상대적 좌표 계산을 위한 전송시각을 설정하게 된다.
3. 제3 실시예(기지국에서 기지국으로 정보를 전송하는 경우)
기지국들은 다른 기지국들과 주변의 상황인식 정보를 교환하여 보다 넓은 지역의 상황인식 정보를 얻게 되며 이 정보를 항공기들에게 전달하는데 이용한다. 기지국 항공기가 기지국으로 전송하는 응답 메시지의 Message ID 영역에서 자신의 ID와 송신할 기지국의 ID, Message 종류, 전송 시각, 정보의 종류 및 수를 설정한다.
기지국 항공기가 기지국으로 전송하는 응답 메시지의 Aircraft Information 영역에서는 자기 자신을 중심으로 한 일정한 반경 내 비행 중인 항공기 수, 위치정보 및 속도, 항공기 진행 방향을 나타내는 값을 포함한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전체적인 항공기 상대항법 상황도이다.
도시된 바와 같이, 기지국의 역할을 하는 기지국 항공기(401)에는 전방위로 전파를 송수신할 수 있는 방향성 안테나가 탑재되어 있다. 그리고, 이와 같이 탑재된 방향성 안테나를 통해 지상, 해상, 공중에 있는 이동 단말들(403~411)에게 위치 및 주변상황 정보를 송신한다. 상기 이동 단말들은 무선 송수신이 가능한 모듈이 내장되어 있으며, 차량, 항공기, 선박등을 포함한다. 이러한 이동 단말들은 기지국 항공기(401)를 통하여 수신 받은 데이터를 처리 하는 한편 자신의 정보를 기지국 항공기(401)에게 송신한다. 이와 같이, 기지국 항공기(401)이 정보를 송신하면, 이를 수신한 지상에 설치된 기지국(403)은 인접 기지국(402)로 다시 포워딩 한다. 그리고, 상기 정보를 수신한 인접 기지국(402)은 상기 기지국 항공기(401) 또는 주변상황 정보를 무선 또는 유선 통신을 통해 자신의 서비스 영역에 위치한 이동 단말들에게 송신하고, 또한 수신한다. 이와 같이, 산악지형의 고정된 위치에 설치된 기지국들은 주변 상황 정보 또는 기지국 항공기로부터 수신된 정보를 주고 받으며 자신의 전파 송신영역에 들어온 이동 단말들에게 이를 전달한다. 즉, 각 기지국 별로 자신의 통신영역에 있는 이동 단말들의 위치를 파악하는 한편 인근 기지국으로 이동 단말들의 정보를 송신하여 모든 이동 단말들이 상황을 인식할 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 항공기로부터 수신한 데이터와 항공기로 송신할 데이터를 처리하는 기지국 통신 장치의 도면이다.
도시된 바와 같이, 기지국은 기지국 항공기로부터 수신되는 지형 및 항적 정보 등을 종합하여 송신 버퍼(516)에 저장한다. 그리고, 저장된 정보를 통신 인터페이스(517)과 듀플렉서(518)를 거쳐 적어도 하나 이상의 안테나(519)를 통해 송신한다. 이처럼 송신되는 정보는 섹터 선택부(514)에서 정해진 섹터에 맞는 방향성 안테나를 통해서 송신된다. 그리고, 만일 기지국 항공기로부터 데이터를 수신 받으면 기지국의 수신 장치(510)는 수신된 데이터를 수신 버퍼(511)에 저장한다. 또한, 여러 송신기(즉, 다른 기지국, 항공기 등등)들로부터 받은 데이터들에 대한 상관(Correlation) 및 등록(Registration) 작업을 수행하고, 저장한다. 또한 모든 항 적들에 대한 위치를 상대적 그리드 기준 축(Relative Grid Origin)을 중심으로 한 상대적 좌표로 변환하여 메모리(515)에 저장한다. 수신 장치(510)는 주기적으로 정해진 타이밍에 맞추어 순차적으로 데이터를 송신할 안테나를 선택하고 모든 데이터를 전송한다.
도 6은 발명의 바람직한 실시 예에 따라 기지국으로부터 수신한 데이터와 기지국으로 송신할 데이터를 처리하는 기지국 항공기의 통신 장치의 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기지국 항공기의 통신 장치는 기지국 또는 다른 항공기로부터 데이터가 수신되면 이를 처리하는 수신 장치(610)와 , 처리된 데이터를 저장 및/또는 업데이트하고, 저장된 데이터를 자신의 플래폼 좌표(platform coordinate)로 변경하여 기지국 항공기 관리자 또는 운행자에게 디스플레이하여 상황인식 정보를 시현시키는 호스트 컴퓨터(620)로 구성된다. 기지국 항공기라 함은 이러한 수신 장치(610) 및 호스트 컴퓨터(620) 장치가 내장된 항공기를 말한다. 이러한 기지국 항공기가 안테나(625)을 통해 기지국으로부터 데이터가 수신되면 통신 인터페이스(627)를 통해 수신 장치(610)내의 수신 버퍼(611)에 저장한다. 그리고, 기지국에서의 처리 과정과 동일하게 데이터 등록부(612)는 수신된 데이터를 등록하고 위치 계산부(613)는 등록된 데이터를 통해 위치를 계산한다. 그리고, 통신 제어부(614)는 상기 수신 장치(610)를 전반적으로 제어하고, 상기 위치 계산부(613)로부터 계산된 위치 값을 송신 버퍼(615)를 통해 외부로 송신을 제어한다. 또한, 상기 통신 제어부(614)는 위치 계산부(613)에서 계산된 위치 값을 호스트 컴퓨터(620)의 인터페이스(621)를 통해 처리부(622)로 전송한다.
상기 처리부(622)는 메모리(623)과 시스템 제어부(624)로 구성되며, 상기 메모리(623)는 상기 인터페이스(621)를 통해 상기 수신 장치(610)로부터 전송된 위치 값을 저장한다. 그리고, 표시부(625)는 저장된 위치 값 또는 일련의 데이터를 디스플레이하고, 제어기(626)는 항공기 관리자 또는 운행자로부터 입력된 명령을 제어한다. 즉, 상기 표시부(625)에 디스플레이된 위치 값을 통해 항공기 관리자 또는 운행자는 조이스틱, 키포드와 같은 입력장치를 통해서 디스플레이된 위치 값을 제어하거나 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 소정의 정보를 입력한다.
도 1은 종래 GPS를 이용한 3변 측량을 나타낸 예시도.
도 2는 종래 멀티레터레이션을 이용한 상대항법을 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기지국 항공기의 전파 송수신 영역과 구형 좌표계로 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전체적인 항공기 상대항법 상황도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 항공기로부터 수신한 데이터와 항공기로 송신할 데이터를 처리하는 기지국 통신 장치의 도면.
도 6은 발명의 바람직한 실시 예에 따라 기지국으로부터 수신한 데이터와 기지국으로 송신할 데이터를 처리하는 기지국 항공기의 통신 장치의 도면.

Claims (7)

  1. 기지국 항공기의 상황인식 장치에 있어서,
    기지국으로부터 전송되는 데이터가 수신되면, 상기 수신된 데이터를 통해 상기 기지국 항공기 자신의 위치를 계산하는 위치 계산부와,
    상기 계산된 위치를 디스플레이하는 표시부와,
    상기 수신된 데이터에 대한 응답을 상기 기지국으로 전송하는 통신 제어부를 포함하며,
    상기 위치 계산부는
    상기 기지국이 전송하는 데이터의 송신 전력, 레인지 감쇄팩터, 상기 기지국의 안테나의 송신 방향을 나타내는 방위(Azimuth), 및 고각(Elevation Angle)을 이용하여 상기 기지국과의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 기지국 항공기의 상황인식 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 거리는 하기 <수학식 2>로 계산되며,
    <수학식 2>
    Figure 112010064477328-pat00003
    상기 <수학식 2>에서 Pr은 기지국 항공기의 수신 신호 전력을 나타내고
    Figure 112010064477328-pat00004
    으로 표현되며, Pt는 기지국의 송신 출력을 나타내며, R은 기지국과 기지국 항공기간의 거리를 나타내며, α는 감쇄 팩터(Attenuation factor)를 나타내며, β는 안테나 물리적 팩터(Antenna Physical factor)를 나타내는 것을 특징으로 하는 기지국 항공기의 상황인식 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 수신된 데이터는
    상기 기지국 자신의 측지선 좌표, 상대적 좌표를 포함하는 기지국 정보 영역과, 상기 기지국 항공기의 주변에 비행하고 있는 항공기들에 대한 항적 정보를 포함하는 항공기 정보 영역과, 상기 기지국과 상기 기지국 항공기간의 거리 정보 벡터의 수평성분을 포함하는 지역 정보 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 항공기의 상황인식 장치.
  5. 기지국 항공기의 상황인식 방법에 있어서,
    기지국으로부터 전송되는 데이터가 수신되면, 상기 수신된 데이터를 통해 상기 기지국 항공기 자신의 위치를 계산하는 과정과,
    상기 계산된 위치를 디스플레이하는 과정과,
    상기 수신된 데이터에 대한 응답을 상기 기지국으로 전송하는 과정을 포함하며,
    상기 계산 과정은
    상기 기지국이 전송하는 데이터의 송신 전력, 레인지 감쇄팩터, 상기 기지국의 안테나의 송신 방향을 나타내는 방위(Azimuth), 및 고각(Elevation Angle)을 이용하여 상기 기지국과의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 기지국 항공기의 상황인식 방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서, 상기 수신된 데이터는
    상기 기지국 자신의 측지선 좌표, 상대적 좌표를 포함하는 기지국 정보 영역과, 상기 기지국 항공기의 주변에 비행하고 있는 항공기들에 대한 항적 정보를 포함하는 항공기 정보 영역과, 상기 기지국과 상기 기지국 항공기간의 거리 정보 벡터의 수평성분을 포함하는 지역 정보 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 항공기의 상황인식 방법.
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