KR101684364B1 - 무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 방법 - Google Patents

무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 방법은 (a) 상기 임무장비 안정화 시스템의 입력부가 롤 또는 피치 자세 명령신호를 수신하여 상기 임무장비 안정화 시스템의 오토 파일럿 제어루프와 자세 예측부로 전달하는 단계; (b) 상기 오토 파일럿 제어루프가 명령신호를 조종면에 전달하여 비행체가 명령신호를 추종하게 하는 단계; (c) 상기 자세 예측부가 상기 자세 명령신호를 수신하여 각속도 제한과 시간지연 필터링을 통해 자세 예측을 필터링하여, 상기 오토파일럿 제어루프 응답을 모의 예측하고 자세예측 신호를 출력하는 단계; (d) 오일러 좌표 변화부가 상기 자세 예측부에서 예측된 자세예측 신호를 임부장비의 각도 명령신호로 변경하는 단계; (e) 미분필터가 상기 각도 명령신호를 미분하여 각속도 명령신호로 변화하는 단계; (f) 상기 미분필터가 미분된 각속도 명령신호에 포함된 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 방법.및 (g) 상기 임무장비가 상기 각속도 명령신호를 수신하여 안정화된 임무수행을 하는 단계;를 포함하여, 항공기의 자세 정보를 파악함으로써 특히 고기동시 안정화에 효과가 있다.

Description

무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 방법{METHOD FOR STABILIZING OF MISSOION PAYLOAD USING UNMANNED AIR VEHICLE INSTRUCTION AND POSITION INFORMAION}
본 발명은 무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무인항공기의 자세 명령과 정보를 임무장비에 입력해 줌으로써 안정화 성능을 개선시키는 무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 방법에 관한 것이다.
종래의 무인항공기는 임무장비와 비행체가 독립된 시스템으로 동작하며, 임무장비 내부에 안정화를 위한 각속도 센서를 탑재하며 각속도 센서값을 피드백하여 비행체가 기동시 카메라가 불안정한 기동을 하지 않도록 안정화 제어를 수행한다.
하지만 이러한 임무장비는 고가이며 또한 비행체의 급기동에 대한 반응이 느리며 비행 특성에 따라 안정화 성능이 차이가 날 수 있다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1160454호(2012.06.21)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 자세 명령을 기준으로 오토파일럿 제어 루프의 특성을 고려한 자세 예측 필터, 예측된 자세를 임무장비의 각도(Azimuth, Elevation)명령으로 변경하는 오일러 좌표 변환 부분, 자세를 미분하여 각속도값으로 변환하는 미분필터, 계산된 명령 정보를 임무장비 프로세서로 연결하는 부분을 구성으로한 무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 방법의 제공을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 방법은 (a) 상기 임무장비 안정화 시스템의 입력부가 롤 또는 피치 자세 명령신호를 수신하여 상기 임무장비 안정화 시스템의 오토 파일럿 제어루프와 자세 예측부로 전달하는 단계; (b) 상기 오토 파일럿 제어루프가 명령신호를 조종면에 전달하여 비행체가 명령신호를 추종하게 하는 단계; (c) 상기 자세 예측부가 상기 자세 명령신호를 수신하여 각속도 제한과 시간지연 필터링을 통해 자세 예측을 필터링하여, 상기 오토파일럿 제어루프 응답을 모의 예측하고 자세예측 신호를 출력하는 단계; (d) 오일러 좌표 변화부가 상기 자세 예측부에서 예측된 자세예측 신호를 임부장비의 각도 명령신호로 변경하는 단계; (e) 미분필터가 상기 각도 명령신호를 미분하여 각속도 명령신호로 변화하는 단계; (f) 상기 미분필터가 미분된 각속도 명령신호에 포함된 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 방법.및 (g) 상기 임무장비가 상기 각속도 명령신호를 수신하여 안정화된 임무수행을 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 방법은 항공기의 자세 정보를 파악함으로써 특히 고기동시 안정화에 효과가 있고, 특별한 하드웨어의 추가장착없이 기존의 비행제어소프트웨어를 수정하여 적용이 가능한 효과가 있으며, 상대적으로 고성능의 자이로를 사용하는 GPS/INS를 임무장비 안정화 루프에 연동해줌으로써 안정화 기능이 없는 임무장비도 안정화 기능을 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 시스템의 구성도, 및
도 2는 본 발명에 따른 무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 시스템에서의 롤응답 추정그래프를 도시한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 방법을 설명하기 위한 구성도 이다.
도 1 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 방법을 구현하기 위해 입력부(100), 오토파일럿 제어루프(200), 자세 예측부(300), 오일러 좌표 변화부(400), 미분필터(500) 및 임무장비(600)를 포함한다.
상술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 시스템에 의한 안정화 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 상기 입력부(100)는 지상에서 전송되는 자세 명령신호 즉 실제 무인기의 롤 또는 피치 자세 명령신호를 수신하여 상기 오토파일럿 제어루프(200)와 상기 자세 예측부(300)로 전송하는 단계를 수행한다(S100).
상기 파일럿 제어루프(300)는 자세 제어기, 조종면 작동기, 비행체, 및 GPS/INS로 구성되되, 상기 자세 제어기가 상기 명령신호를 조종면 작동기에 전달하여 비행체가 명령신호의 명령을 추종하게 하는 단계를 수행한다(S200).
그리고, 상기 파일럿 제어루프 내의 GPS/INS는 상기 S200단계에서 수신하는 각속도와 자세 정보를 자세 제어기로 피드백해줌으로써 자세의 안정화 기능 구현하는 단계를 더 수행한다.
상기 자세 예측부(300)는 상기 자세 명령신호를 수신하여 각속도 제한과 시간지연 필터링을 통해 자세 예측을 필터링 함으로써 상기 오토파일럿 제어루프(200) 응답을 간단히 모의예측하고 자세예측 신호를 출력하는 단계를 수행한다(S300).
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 입력부(100)를 통해 입력받은 롤 명령은 상기 자세 예측부(200)를 통과하면서 실제 비행체의 롤응답과 유사한 롤응답을 예측하여 출력하게 된다.
참고로, 도 2는 본 발명에 따른 무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 시스템에서의 롤응답 추정그래프를 도시한 도면이다.
상기 오일러 좌표 변환부(400)는 자세 예측부(200)에서 예측된 자세예측 신호를 임무장비의 각도(Azimuth, Elevation) 명령신호로 변경하는 단계를 수행한다(S400).
상기 오일러 좌표 변환부(400)와 상기 임무장비(600) 사이에 배치되는 상기 미분필터(500)는 자세를 미분하여 각속도 명령신호 값으로 변환하는 단계를 수행한다(S500).
이때, 상기 미분필터(500)는 미분한 각속도 값에 포함된 노이즈를 제거하는 단계를 더 수행하는 것이 바람직하다(S600).
보다 구체적으로, 상기 미분필터(500)에 대하여 설명하면, 일반적으로 무인기 카메라 즉 본 발명에서의 상기 임무장비(600)는 각속도 명령을 주로 사용하고, 카메라 각도는 필요시에 사용한다.
따라서, 상기 오일러 좌표 변환부(400)에서 오일러 변환한 자세 값을 미분해서 각속도로 상기 임무장비(600)에 전송해 줘야한다.
이때, 저주파 필터로 구성된 상기 미분필터(500)는 상기 오일러 변환한 자세 값의 미분에 따라 노이즈가 추가되므로 안정적인 구동을 위해 상기 노이즈를 제거한다.
상기 임무장비(600)는 상기 미분필터(500)에서 노이즈가 제거된 자세 값을 전달받아 제어됨으로써 안정화된 임무수행하는 단계를 수행한다(S700).
한편, 항공기에 장착된 상기 GPS/INS(700)는 저가의 무인항공기의 경우 안정화 기능이 없는 상기 임무장비(600)를 사용할 경우 각속도와 자세정보를 상기 임무장비로 피드백해 줌으로써 임누장비 안정화 기능을 구현할 수 있도록 한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 하기에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 입력부
200 : 오토파일럿 제어루프
300 : 자세 예측부
400 : 오일러 좌표 변화부
500 : 미분필터
600 : 임무장비

Claims (3)

  1. 무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 시스템에 의한 임무장비 안정화 방법에 있어서,
    (a) 상기 임무장비 안정화 시스템의 입력부(100)가 롤 또는 피치 자세 명령신호를 수신하여 상기 임무장비 안정화 시스템의 오토 파일럿 제어루프(200)와 자세 예측부(300)로 전달하는 단계;
    (b) 상기 오토 파일럿 제어루프(200)가 명령신호를 조종면에 전달하여 비행체가 명령신호를 추종하게 하는 단계;
    (c) 상기 자세 예측부(300)가 상기 자세 명령신호를 수신하여 각속도 제한과 시간지연 필터링을 통해 자세 예측을 필터링하여, 상기 오토파일럿 제어루프(200) 응답을 모의 예측하고 자세예측 신호를 출력하는 단계;
    (d) 오일러 좌표 변화부(400)가 상기 자세 예측부(300)에서 예측된 자세예측 신호를 임부장비의 각도 명령신호로 변경하는 단계;
    (e) 미분필터(500)가 상기 각도 명령신호를 미분하여 각속도 명령신호로 변화하는 단계; 및
    (g) 상기 임무장비(600)가 상기 각속도 명령신호를 수신하여 안정화된 임무수행을 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (e) 단계 이후에,
    (f) 상기 미분필터(500)가 미분된 각속도 명령신호에 포함된 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 (b)단계에서 상기 오토 파일럿 제어루프(300)가 내부의 GPS/INS 장비로부터 수신한 각속도와 자세 정보를 자세 제어기로 피드백해줌으로써 자세의 안정화 기능을 구현하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인항공기 명령과 자세정보를 이용한 임무장비 안정화 방법.
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