KR101263441B1 - 무인 비행체의 비행제어 시스템 - Google Patents

무인 비행체의 비행제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무인 비행체의 비행제어 방법에 관한 것으로, 원격제어기의 제어신호를 수신하는 무선통신부 및 상기 원격제어기의 제어신호에 따라 세부 비행 동작을 수행하는 수동모드, 미리 프로그램된 설정대로 상기 세부 비행 동작을 수행하는 자동모드, 상기 세부 비행 동작 중 일부는 프로그램된 설정대로 수행하고 나머지 동작은 상기 원격제어기의 제어신호에 따라 수행하는 반자동모드를 지원하는 제어부를 포함하는 무인 비행체의 비행 제어 시스템을 구현함으로써, 무인 비행체의 정밀한 위치 및 이동 제어가 가능하며, 무인 비행체 내부 및 외부에서 긴급/돌발 상황 발생시 효율적으로 비행제어를 수행할 수 있다.

Description

무인 비행체의 비행제어 시스템{Method and system of flight control for unmanned aerial vehicle}
본 발명의 실시예들은 무인 비행체의 비행제어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무인비행체의 근거리 이동 제어시 효율성을 높이는 비행제어 시스템에 관한 것이다.
종래의 무인 비행체는 자동 제어가 어려운 이륙 및 착륙이나 근거리 이동 제어시에 조종사가 조종기를 조작하여 무인 비행체를 제어하는 수동 모드와 정상적인 비행이나 원거리 이동 제어 및 임무장비 제어시에는 지상통제부에서 전송되는 비행제어 프로그램 등으로 제어하는 자동 모드로 제어된다.
무인 비행체를 수동 모드로 제어할 경우에는 조종사에 의해 무인 비행체의 위치를 정밀하게 제어함으로써 목표물로 접근시 또는 혹시 모르는 긴급 상황 및 돌발 상황에 유연하게 대처할 수 있으나, 무인 비행체가 조종사의 시야 내에 존재하거나 무인 비행체 내의 카메라를 통해 획득한 영상에 의존하여 비행을 제어해야 하기 때문에 원거리 비행 제어는 어렵다.
반면에 무인 비행체를 자동 모드로 제어할 경우에는 무인 비행체의 목적지와 항로가 미리 입력된 프로그램이나 지상통제부에서 송신되는 좌표 및 고도데이터에 의해 무인 비행체의 비행을 제어하기 때문에 원거리 제어가 가능하나, 미세한 이동 제어가 어렵다는 단점이 있다.
예를 들어, 자동모드로 특정 목표물에 무인 비행체를 접근시켜 정찰하는 임무를 수행할 때 무인 비행체를 목표물 근처에 접근시키는 것은 가능하나 자동모드에서는 조종사의 조종기 제어 신호 즉, 수동모드로 입력되는 제어신호는 차단하기 때문에 목표물 주변을 근접 순회하며 목표물을 정찰하는 미세한 이동 제어가 어렵고 정찰 임무 수행시 긴급 상황이나 돌발 상황 발생시 신속히 대응하기 어려운 문제점이 있다.
따라서 무인 비행체의 비행 제어시 소정의 이동제어 프로그램에 따라 무인 비행체를 자동 제어함과 동시에 목표물에 근접하도록 미세한 이동 제어를 수행할 수 있는 기술이 필요하다.
본 발명의 실시예들이 해결하려는 과제는 비행체의 반자동 모드의 제어를 수행함으로써 목표물로의 접근 또는 기타 임무 수행에 있어서 정밀한 이동 제어가 가능한 비행제어 시스템을 제공하는 것이다.
위의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 원격제어기의 제어신호를 수신하는 무선통신부 및 상기 원격제어기의 제어신호에 따라 세부 비행 동작을 수행하는 수동모드, 미리 프로그램된 설정대로 상기 세부 비행 동작을 수행하는 자동모드, 상기 세부 비행 동작 중 일부는 프로그램된 설정대로 수행하고 나머지 동작은 상기 원격제어기의 제어신호에 따라 수행하는 반자동모드를 지원하는 제어부를 포함하는 무인 비행체의 비행 제어 시스템을 일 실시예로 제안한다.
여기서, 상기 제어부는, 반자동모드로 전환되면, 반자동모드로 전환되기 직전의 동작을 멈추고 제자리 비행을 자동으로 수행하면서 상기 원격제어기의 제어신호를 기다리도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 반자동모드에서 제자리 비행을 자동으로 수행하며 대기하다가 상기 원격제어기의 제어신호가 수신되면 해당 세부 비행 동작을 추가로 수행하고, 상기 원격제어신호가 더 이상 수신되지 않으면 다시 제자리 비행을 수행하며 대기하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 무인 비행체는 장애물과의 거리를 감지하는 센서부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 센서부로부터 장애물이 미리 설정된 거리 이내로 접근한 것이 감지되면 자동으로 상기 무인 비행체를 반자동모드로 전환하고, 상기 무선통신부를 통해 상기 원격제어기에 반자동모드의 전환을 통지할 수 있다.
위의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시예는, 비행제어 프로그램 및 좌표데이터의 정보를 가지는 제1 비행제어신호를 출력하는 지상통제부와 조종사의 조종신호에 따라 제2 비행제어신호를 출력하는 원격조종부 및 상기 제1 비행제어신호와 제2 비행제어신호에 따라 무인 비행체의 비행과 임무 장비 제어를 수행하는 비행체제어부를 포함하는 무인 비행체의 비행 제어 시스템을 일 실시예로 제안한다.
여기서, 상기 비행체제어부는 상기 원격조종부의 비행제어모드가 반자동으로 전환되면 제1 비행제어신호에 따라 무인 비행체의 비행을 제어하고 제2 비행제어신호에 따라 무인 비행체의 비행을 미세하게 제어하도록 비행제어모드를 전환하는 제어모드 변환부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면 무인 비행체의 정밀한 위치 및 자세 제어가 가능하며, 임무 장비 활용의 정확도를 높일 수 있다.
또한, 무인 비행체 내부 및 외부에서 긴급/돌발 상황 발생시 효율적으로 비행제어를 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행체의 비행 제어 개념을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행체의 구성을 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무인 비행체의 구성을 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무인 비행체의 제어 시스템을 도시한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행체의 비행 제어 개념을 도시한다.
도 1에 따르면 무인 비행체의 비행 제어는 지상에서 무인 비행체를 조종하는 제어 신호를 출력하는 원격제어기(10)와 상기 원격제어기(10)의 제어 신호에 따라 조정되는 무인 비행체(20) 및 상기 무인 비행체(20)가 접근하고자 하는 목표물(30)을 포함하여 이루어지며, 비행 제어를 위한 무인 비행체(20)의 구성은 아래에서 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 비행체의 구성을 도시한다.
도 2의 무인 비행체(20)는, 원격제어기의 제어신호를 수신하는 무선통신부(21)와 상기 원격제어기의 제어신호에 따라 무인 비행체의 구동을 위한 제어신호를 지원하는 제어부(22) 및 상기 제어신호를 통해 무인 비행체를 구동하는 구동부(23)를 포함한다.
무선통신부(21)는 무인 비행체의 제어를 위한 원격제어기의 제어신호를 수신하고, 구동부(23)는 서보모터를 이용하여 제어부(22)의 제어신호에 따라 무인 비행체의 이동을 제어한다.
제어부(22)는 원격제어기의 제어신호에 따라 세부 비행 동작을 수행하는 수동모드, 미리 프로그램된 설정대로 상기 세부 비행 동작을 수행하는 자동모드, 상기 세부 비행 동작 중 일부는 미리 프로그램된 설정대로 수행하고 나머지 동작은 원격제어기의 제어신호에 따라 수행하는 반자동모드를 지원한다.
예를 들어, 제어부(22)는 원격제어기를 통해 무인 비행체의 비행제어모드가 반자동모드로 전환되면, 반자동모드로 전환되기 직전의 동작을 멈추고 제자리 비행을 자동으로 수행하면서 원격제어기의 제어신호를 기다리도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(22)는 반자동모드에서 제자리 비행을 자동으로 수행하던 무인 비행체에 원격제어기의 비행제어신호가 수신되면 해당 세부 비행 동작을 추가로 수행하고, 상기 비행제어신호가 더 이상 수신되지 않으면 다시 제자리 비행을 수행하며 대기하도록 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무인 비행체의 구성을 도시한다.
도 3의 실시예에 따른 무인 비행체(40)는, 원격제어기의 제어신호를 수신하는 무선통신부(41)와 상기 원격제어기의 제어신호에 따라 무인 비행체를 구동을 위한 제어신호를 지원하는 제어부(42)와 상기 제어신호를 통해 무인 비행체를 구동하는 구동부(43) 및 무인 비행체와 장애물과의 거리를 감지하는 센서부(44)를 포함한다.
제어부(42)는 센서부(44)로부터 장애물이 미리 설정된 거리 이내로 접근한 것이 감지되면 자동으로 무인 비행체를 반자동모드로 전환하고, 무선통신부(41)를 통해 원격제어기에 반자동모드로의 전환을 통지한다.
제어부(42)와 센서부(44) 외에 무선통신부(41)와 구동부(43)는 도 2의 무인 비행체 구성과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무인 비행체의 제어 시스템을 도시한다.
도 4의 비행 제어 시스템은 무인 비행체의 항로안내 및/또는 임무 수행 관련 프로그램 및 좌표데이터 등의 비행제어신호를 출력하는 지상통제부(110)와 조종사의 조작에 의해 비행제어신호를 출력하는 원격조종부(120) 및 상기 비행제어신호에 따라 비행 제어모드를 변환하여 무인 비행체를 제어하는 비행체제어부(130)를 포함한다.
지상통제부(110)는 무인 비행체의 자세, 위치, 고도, 연료, 방향 등과 같은 상태를 지속적으로 모니터링하며, 무인 비행체에서 전송되는 영상이나 온도, 습도, 풍속 등과 같은 무인 비행체의 주변 상황을 관찰함과 동시에 무인 비행체에 새로운 임무를 부여하거나 무인 비행체의 자세 및 위치를 조정할 수 있는 좌표데이터 및 무인 비행체 예상 항로 프로그램 등의 정보를 가지는 제1 비행제어신호를 출력한다.
이때 시스템 지연으로 인해 지상통제부(110)에서 데이터 수집과 출력 계산이 늦어지게 되면 무인 비행체에 비행제어신호가 제때 전달되지 못하고, 무인 비행체가 적절한 움직임을 수행하지 못할 뿐만 아니라 심지어 추락하여 파괴될 수도 있다.
따라서, 지상통제부(110)는 위와 같은 긴급 상황시 효율적으로 무인 비행체를 제어할 수 있도록 비행제어모드를 수동모드로 비상 전환할 수 있는 비상 전환부 등을 더 구비할 수 있다.
원격조종부(120)는 조종사가 무인 비행체의 비행 제어모드를 자동과 수동 그리고 반자동 중에서 선택할 수 있으며, 수동모드 또는 반자동모드 선택시 조종사가 원격조종부를 조종함에 따라 무인 비행체를 제어할 수 있고, 자동모드 선택시 지상통제부의 비행제어신호 통해 무인 비행체를 제어할 수 있다.
원격조종부(120)는 수동모드 또는 반자동모드 선택시 조종사가 실제 무인 비행체 및 무인 비행체 내의 카메라를 통해 획득하는 영상을 보고 조종부를 조종하여 무인 비행체의 자세 및 위치를 제어하기 위한 제2 비행제어신호를 출력한다.
비행체 제어부(130)는 지상통제부(110)의 비행제어신호를 수신하는 지상통제신호 수신부(131)와, 원격조종부(120)의 비행제어신호를 수신하는 원격조종신호 수신부(132)와, 무인 비행체의 비행 제어모드를 변환하는 제어모드 변환부(133)와, 상기 비행제어신호에 따라 무인 비행체를 제어하는 비행 제어부(134) 및 무인 비행체에 탑재된 다양한 임무 장비들을 제어하는 임무장비 제어부(135)를 포함한다.
또한, 비행체 제어부(130)는 무인 비행체에 탑재된 각종 센서들로부터 수신되는 자세 정보 및 위치 정보들을 무선랜 또는 RF모듈을 사용하여 지상통제부(110)로 실시간 전송하며, 상기 자세 정보 및 위치 정보에 따라 지상통제부(110)에서 수신되는 비행제어신호에 따라 무인 비행체의 위치, 자세 및 임무 수행을 제어할 수 있다.
지상통제신호 수신부(131)는 조종자가 비행제어 모드를 자동으로 설정하였을 경우에 지상 통제부(110)에서 전송되는 제1 비행제어신호를 수신하고, 원격조종신호 수신부(132)는 조종자가 비행제어 모드를 수동으로 설정하였을 경우 조종기의 조종신호에 따른 제2 비행제어신호를 수신한다.
제어모드 변환부(133)는 원격조종부(120)에서 선택된 자동/수동/반자동 모드에 따라 제1 비행제어신호와 제2 비행제어신호 중 어느 하나를 선택적으로 출력하고 출력된 값으로 서보모터를 구동시킨다.
비행 제어부(134)는 상기 제1 비행제어신호와 제2 비행제어신호 중 어느 하나에 따라 특정 서보모터를 구동시켜 무인 비행체의 자세 및 위치를 제어하며, 임무 장비 제어부(135)는 상기 제1 비행제어신호와 제2 비행제어신호 중 어느 하나에 따라 특수임무에 따른 무인 비행체 내의 임무 장비 구동을 제어한다.
상기 임무 장비들은 지상통제부(110) 및 원격조종부(120)로부터 전달되는 소정의 임무를 수행하기 위한 장비로 탐지장비, 관측장비 및 미사일 장비 등을 의미한다.
만약 조종사에 의해 원격조종부(120)에서 반자동 모드가 선택되면, 지상통제부(110)의 제어신호 즉, 지정된 항로의 프로그램 또는 좌표 및 고도데이터 정보가 담긴 제1 비행제어신호로 서보모터를 구동하여 무인 비행체의 위치 및 자세를 1차 제어한다.
상기 1차 제어가 완료되면, 원격조종부(120)의 조종신호 즉, 조종사의 미세한 조종값에 의해 생성된 제2 비행제어신호로 서보모터를 구동하도록 비행제어모드를 변환하고 무인 비행체의 위치 및 자세를 2차 제어함으로써 무인 비행체의 목표물을 향한 접근도를 향상시키며, 무인 비행체의 정확한 위치 및 자세 제어를 수행할 수 있다.
또한, 무인 비행체의 비행제어모드가 반자동 모드인 상태에서 예를 들어, 지상통제부(110)를 통해 적진에 미사일을 투하하는 비행제어신호가 수신되었을 경우에 무인 비행체는 지상통제부(110)로부터 전달되는 적진의 위치데이터와 적진까지의 항로 데이터를 통해 적진의 주변까지 이동하며 무인 비행체의 1차 제어를 수행하고, 1차 제어 완료 후 원격조종부(120)의 조종신호를 수신하도록 비행제어모드를 변환하여 무인 비행체 내의 무인 카메라를 통해 적진의 상황을 감시하다가 적당한 시기가 포착되면 실시간으로 원격조종부(120) 조종 신호에 따라 미사일을 투하하는 2차 제어를 수행함으로써 임무 수행의 정확도를 높일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10 : 원격제어기 20 : 무인 비행체 30 : 목표물
21 : 무선통신부 22 : 제어부 23 : 구동부
110 : 지상통제부 120 : 원격조종부 130 : 비행체 제어부
131 : 지상통제신호 수신부 132 : 원격조종신호 수신부
133 : 제어모드 전환부 134 : 비행 제어부
135 : 임무 장비 제어부

Claims (6)

  1. 원격제어기의 제어신호를 수신하는 무선통신부;
    상기 원격제어기의 제어신호에 따라 비행 동작을 수행하는 수동모드, 미리 프로그램된 설정대로 비행 동작을 수행하는 자동모드, 상기 수동모드의 비행 동작과 상기 자동모드의 비행 동작을 번갈아가며 수행하는 반자동모드를 지원하는 제어부; 및
    장애물과의 거리를 감지하는 센서부
    를 포함하는 무인 비행체의 비행 제어 시스템으로서,
    상기 제어부는 상기 센서부로부터 장애물이 미리 설정된 거리 이내로 접근한 것이 감지되면 자동으로 상기 무인 비행체를 반자동모드로 전환하고, 상기 무선통신부를 통해 상기 원격제어기에 반자동모드의 전환을 통지하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 비행 제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    반자동모드로 전환되면, 반자동모드로 전환되기 직전의 동작을 멈추고 제자리 비행을 자동으로 수행하면서 상기 원격제어기의 제어신호를 기다리도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 비행 제어 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    반자동모드에서 제자리 비행을 자동으로 수행하며 대기하다가 상기 원격제어기의 제어신호가 수신되면 해당 세부 비행 동작을 추가로 수행하고, 상기 원격제어기의 제어신호가 더 이상 수신되지 않으면 다시 제자리 비행을 수행하며 대기하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 비행 제어 시스템.
  4. 삭제
  5. 비행제어 프로그램 및 좌표데이터의 정보를 가지는 제1 비행제어신호를 출력하는 지상통제부;
    조종사의 조종신호에 따라 제2 비행제어신호를 출력하는 원격조종부; 및
    상기 제1 비행제어신호와 제2 비행제어신호에 따라 무인 비행체의 비행과 임무 장비 제어를 수행하는 비행체제어부를 포함하며,
    상기 비행체제어부는 상기 원격조종부의 비행제어모드가 반자동으로 전환되면 제1 비행제어신호에 따라 무인 비행체의 비행을 제어하고 제2 비행제어신호에 따라 무인 비행체의 비행을 제어하도록 비행제어모드를 전환하는 제어모드 변환부를 더 포함하는 무인 비행체의 비행 제어 시스템.
  6. 삭제
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