KR20080014104A

KR20080014104A - 해양환경 관측 시스템 및 무인비행체 및 그 운용방법

Info

Publication number: KR20080014104A
Application number: KR1020080005438A
Authority: KR
Inventors: 배헌민; 김용환
Original assignee: 대한민국(관리부서:국립수산과학원); 김용환
Priority date: 2008-01-17
Filing date: 2008-01-17
Publication date: 2008-02-13
Also published as: KR100962615B1

Abstract

본 발명은 해양환경 관측 시스템 및 무인비행체 및 그 운용방법에 관한 것으로, 특히 지정된 항로를 무인으로 자동 비행하고 해상을 관측한 정보와 검출된 비행항로의 정보를 실시간 전송하는 무인비행체; 무인비행체와 셀룰러 방식으로 무선접속하여 제어신호와 정보를 실시간 통신하는 무선망; 무선망에 접속하여 상기 무인비행체가 관측한 정보를 실시간 제공받고 관리하며 비행항로와 정보의 수집을 실시간으로 원격제어하는 관제국; 관제국에 접속하여 상기 무인비행체가 관측하고 측정한 정보를 기록하는 데이터베이스; 관제국의 제어에 의하여 상기 데이터베이스에 기록된 정보를 인터넷에 실시간 제공하는 웹서버; 및 관제국과 접속하는 통신경로를 제공하는 공중망; 무인비행체와 직접 무선접속하여 비행과 이착륙을 제어하는 무선조정기; 를 포함하는 구성을 특징으로 하여, 넓은 해상을 전문 기술인력의 안전을 도모하면서 관측하고, 악천후 속에서도 해상의 환경 변화를 실시간 관측하며, 적은 비용으로 보다 넓은 해역을 보다 오래 동안 관측하고, 전국 어디에서나 무인 비행체를 원격 제어하고 관측된 정보를 신속하게 수신하는 효과가 있다.

무인비행체, 해상, 항로, 실시간, 방위, 고도, 이동통신

Description

해양환경 관측 시스템 및 무인비행체 및 그 운용방법{OBSERVATION SYSTEM OF MEASUREMENT THE SEA CIRCUMSTANCES AND AERIAL VEHICLE WITH UNMANNED AND METHODS THEREOF}

본 발명은 무인비행체를 이용하여 넓은 면적의 해양환경을 신속하게 자동 관측하는 것으로, 특히, 해상을 관측하는 무인비행체를 육상의 이동통신망을 통하여 무선접속하므로 활동반경을 넓히고 원격제어에 의하여 조정하며 다양한 광학 카메라를 이용하여 넓은 해상 영역을 실시간으로 관측하는 해양환경 관측 시스템 및 무인비행체 및 그 운용방법에 관한 것이다.

우리나라는 지형상 삼(3)면을 바다와 접하고 있어 인근 해양으로부터 많은 경제적인 효과를 거두고 있다. 특히, 이러한 해양자원이 오염되거나 온도 변화 등이 발생하는 경우, 주변의 기후 및 생활환경 등에 직간접적으로 영향을 끼치는 것이 현실이다.

또한, 국토개발과 공업화 등에 의하여 육지의 토양이 인근 해양에 흘러들어가거나 각종 환경오염 물질이 유입 또는 투기 되어 해양오염의 원인이 되고 있다.

이와 같이 삼면이 바다와 접해 있는 우리나라의 지형적 여건상 바다 특히, 주변 해양환경은 실생활과 직간접적으로 밀접해 있고, 오염되는 경우 국민 건강과 국가 경제적으로도 많은 영향을 미치게 된다.

이러한 주변 해양환경을 청정하게 관리하는 것은 근본적으로 육지로부터 토양이 유입되거나, 각종 환경오염 물집이 유입되거나 투기되지 못하도록 방지하는 것도 중요하지만, 지구 온난화 및 이상기온에 의한 해상온도의 급속한 변화 등에 의한 자연적인 영향 및 불가피한 상황 등에 의하여 해양환경이 심각하게 변화되는 경우도 있다.

삼면이 바다로 둘러싸인 우리나라의 경우 감시 또는 관측할 해양의 면적이 넓어 신속하고 정확한 감시 관측이 어려웠고, 특히, 비행체를 이용하여 해양을 감시 관측하기 위하여서는 전문인력과 비용이 많이 소요되었었다.

그러므로 우리나라 주변의 넓은 해양환경을 신속하고 정확하게 관측 및 조사하는 기술을 개발할 필요가 있다.

종래 기술에 의한 우리나라의 해양환경 조사는 전문 지식을 갖춘 인력이 비행체에 탑승하고 하늘에서 넓은 해상을 관측하여 색상변화 등과 같이 이상한 징후가 보이는 해상을 영상신호로 촬영하고 분석하는 등의 방식이다.

그러나 전문지식을 갖춘 기술인력은 비교적 그 숫자가 많지 않고 업무에 숙련되기까지 많은 시간이 소요되는 동시에 조사할 해역이 매우 넓고 해상은 기후변화가 심하여 안전 비행을 확보할 수 있는 날짜도 매우 제한적이므로 정작 필요한 시기에 필요한 조사 및 관측을 하기 어려운 경우가 많다. 또한, 해상의 급속한 기후 변화 등에 의하여 실시간으로 연속적인 관측이 매우 어려운 현실이다.

상기와 같은 종래 기술의 문제를 일부 개선한 것으로, 첨부된 도 1 을 참조하여 종래 기술에 의한 것으로 무인 비행체를 이용한 해양 환경 측정 시스템을 설명하면, 무인비행체(UAV: UNMANNED AERIAL VEHICLE)(10)는 지상 관제국(20)과 자체 무선망(30)을 통하여 무선으로 접속하고 해당 제어신호와 관측된 정보를 송수신한다.

또한, 상기 무인비행체(10)가 인공위성(50)과 무선접속하여 제어신호와 관측된 정보를 무선송수신하고, 상기 인공위성(50)은 지상의 위성기지국(40)과 무선접속하여 해당 신호를 무선 송수신하며, 상기 위성기지국(40)은 지상 관제국(20)과 접속하여 해당 신호를 송수신한다.

즉, 지상의 관제국(20)은 위성기지국(40)과 인공위성(50)을 경유하여 무인 비행체(10)와 무선접속하고 제어하는 동시에 관측된 정보를 수신하여 확인한다.

그러나 상기 자체 무선망을 이용하는 경우는, 일반적으로 상기 무선망(30)을 중심으로 반경 약 10 킬로미터(Km) 정도의 범위에서 제어를 하는 동시에 관측된 정보를 수신할 수 있다.

상기 무선망(30)의 출력을 높이거나 중계기(REPEATER) 또는 무선망(30)을 다수 설치하여 무인 비행체(10)와 무선 접속할 수 있는 반경 또는 서비스 영역(SERVICE AREA)을 넓힐 수 있으나, 상기 무선망(30)의 초기 설치와 유지관리의 비용이 매우 많이 소요되고 활용도가 떨어지는 등의 문제가 있다.

또한, 상기 위성기지국(40)과 인공위성(50)을 이용하여 무인 비행체(10)와 통신하는 경우는, 이용료가 비싸며 제한된 인공위성(50)의 채널을 별도로 할당받아야 되고, 인공위성(50)의 특성상 이용시간이 제한된다.

상기 인공위성(50)은 KU 밴드 C 밴드 등의 매우 높은 주파수를 이용하여 통신하므로, 인공위성(50)과 무인 비행체(10)의 원활한 통신을 위하여 전문 인력이 별도로 필요하고, 전체적으로 운용을 위한 비용이 많이 소요되는 등의 문제가 있다.

따라서 상기와 같은 종래 기술의 비행체를 이용하는 해상 관측 방식은 경제적으로 큰 부담이 되고, 연구원 또는 전문 기술인력이 많이 필요하며 안전을 확보하기 어렵고, 상기 연구원 또는 전문인력의 체력과 해상의 기후 조건 등에 의하여 관측할 수 있는 날짜 또는 시간이 제한되는 동시에 필요한 시기에 실시간으로 조사를 할 수 없는 문제가 있었다.

또한, 개선된 종래 기술에 의한 것으로 자체 무선망을 이용하는 방식은 시설비 및 유지보수 비용이 많이 소요되는 동시에 활용도가 떨어지는 문제가 있고, 인공위성을 이용하는 방식은 별도의 통신 전문 인력이 필요하고, 이용시간이 제한되는 동시에 비용이 많이 소요되는 등의 문제가 있다.

그러므로 넓은 해상을 전문 기술 인력의 안전이 확보되는 상태에서 적정한 비용으로 무인 관측하여 해상환경 정보를 정밀하게 측정하고 실시간으로 제공하는 기술을 개발할 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점과 필요성을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 특히 넓은 해상을 무인비행체를 이용하여 실시간으로 관측하고 해상의 해수 색상 변화 및 지정된 현장 등을 촬영하고 분석하여 해양환경의 변화를 감시하는 해양환경 관측 시스템 및 무인비행체 및 그 운용방법을 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 본 발명은 해양환경 관측용 무인비행체를 육상의 이동통신 기지국 망을 통하여 무선접속하고 원격제어하므로 무인비행체의 제어 반경을 넓히고 유지 관리비용을 낮추는 해양환경 관측 시스템 및 무인비행체 및 그 운용방법을 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 본 발명은 무인 비행체를 이용하여 넓은 해상의 환경변화를 일반 유인 비행기나 헬기로 운항할 수 없는 악천후 속에서도 정해진 항로를 정확하게 비행하여 촬영된 해상의 환경정보를 실시간 관측하는 해양환경 관측 시스템 및 무인비행체 및 그 운용방법을 제공하는 것이 그 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은, 지정된 항로를 무인으로 자동 비행하고 해상을 관측한 정보와 검출된 비행항로의 정보를 실시간 전송하는 무인비행체; 무인비행체와 셀룰러 방식으로 무선접속하여 제어신호와 정보를 실시간 통신하는 무선망; 무선망에 접속하여 상기 무인비행체가 관측한 정보를 실시간 제공받고 관리하며 비행항로와 정보의 수집을 실시간으로 원격제어하는 관제국; 관제국에 접속하여 상기 무인비행체가 관측하고 측정한 정보를 기록하는 데이터베이스; 관제국의 제어에 의하여 상기 데이터베이스에 기록된 정보를 인터넷에 실시간 제공하는 웹서버; 및 관제국과 접속하는 통신경로를 제공하는 공중망; 을 포함하는 구성을 제시한다.

바람직하게, 상기 무인비행체와 직접 무선접속하여 비행과 이착륙을 제어하는 무선조정기; 를 더 포함하는 구성을 제시한다.

또한, 상기 무선망은 공중통신용 이동통신 시스템의 무선망으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공중망은 인터넷과 유선통신 시스템과 무선통신 시스템과 데이터 통신 시스템이 포함되는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은, 해양환경 관측 무인비행체에 있어서, 관제국과 무선망을 통하여 무선접속하고 제어신호와 관측하여 검출된 신호를 송수신하는 통신부; 통신부와 접속하고 지정된 항로의 자동과 수동 비행을 제어하며 해양환경 관측과 비행정보 검출을 제어하고 감시하는 제어부; 제어부의 제어에 의하여 지정된 해상의 영상과 분광 신호를 관측하는 관측부; 제어부의 제어에 의하여 항로를 운항하면서 비행정보를 검출하는 비행정보부; 및 제어부의 제어에 의하여 무인비행체의 비행동력을 출력하는 비행추진부; 를 포함하는 구성을 제시한다.

바람직하게, 상기 제어부의 제어에 의하여 자동 비행항로 정보, 관측된 정보, 검출된 정보를 기록 관리하는 메모리부; 를 더 포함하는 구성을 제시한다.

또한, 상기 관측부는 제어부의 제어에 의하여 선택된 빛을 통과시키는 필터장치부; 제어부의 제어에 의하여 지정된 해상의 빛 스펙트럼을 분석하고 파장을 촬영하는 분광카메라부; 제어부의 제어에 의하여 지정된 해상의 동영상을 촬영하는 동영상 카메라부; 및 제어부의 제어에 의하여 지정된 해상의 정지영상을 촬영하는 정지영상 카메라부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비행정보부는 제어부의 제어에 의하여 무인비행체의 위치를 지피에스 정보에 의하여 검출하는 지피에스부; 제어부의 제어에 의하여 무인비행체가 비행하는 방위를 검출하는 방위센서부; 제어부의 제어에 의하여 무인비행체가 비행하는 고도를 검출하는 고도센서부; 제어부의 제어에 의하여 무인비행체가 비행하는 방향을 검출하는 자이로센서부; 및 제어부의 제어에 의하여 무인비행체가 비행하는 속도를 검출하는 속도 센서부; 를 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 한다.

또한, 상기 고도센서부는 초음파를 이용하여 비행 고도를 검출하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 자이로센서부와 속도센서부는 각각 3 축으로 이루어지고 방향을 검출하며 속도를 검출하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 통신부는 제어부의 제어에 의하여 셀룰러 방식 이동통신망과 무선접속하는 이동통신부; 제어부의 제어에 의하여 이동통신부가 송수신하는 신호를 증폭하여 송수신하는 증폭부; 및 제어부의 제어에 의하여 지정된 전용 주파수로 통신하는 무선부; 를 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 한다.

또한, 상기 통신부는 제어부의 제어에 의하여 와이브로 방식으로 멀티미디어 신호를 전송하는 와이브로 기능부를 더 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은, 해양환경 관측 무인비행체의 운용에 있어서, 무인비행체의 제어부에 의하여 비행하고 관측할 항로의 정보를 입력하여 기록하고 비행 명령이 입력되는지 확인하는 준비과정; 비행 명령이 입력되면 항로 정보를 로드하여 비행하며 항로 정보가 수정되는 경우 수정 항로정보를 수신하여 기록 및 로드하는 비행과정; 제어부에 의하여 무인비행체의 비행항로를 따라 비행항로정보와 관측정보를 검출하는 검출과정; 및 검출된 정보를 기록하고 무선망을 통하여 관제국에 무선송신하며 자동과 수동의 선택된 방식에 의하여 귀항하는 귀항과정; 을 포함하여 이루어지는 구성을 제시한다.

바람직하게, 상기 선택된 방식의 귀항은, 자동귀항이 선택되면 로드된 항로정보에 의하여 지정된 비행항로를 따라 귀항하고, 수동귀항이 선택되면 무선조정기로부터 무선부를 통하여 수신된 수동제어 비행항로를 따라 귀항하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 무선송신은 제어부에 의하여 무선망과 정상적인 레벨의 신호로 무선접속하지 못하는 경우, 증폭기를 구동하여 증폭된 레벨로 무선송신하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비행항로 정보는 무인비행체가 비행하는 이동항로를 지피에스에 의한 위치정보로 측정하는 지피에스 정보와 비행하여 진행하는 방위를 측정하는 방위 정보와 비행하는 고도를 초음파로 측정하는 고도 정보와 비행 방향의 변화를 3 축 자이로센서에 의하여 검출하는 방향 정보와 비행 속도를 3 축 속도 센서에 의하여 검출하는 속도 정보가 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 관측정보는 무인비행체가 설정된 항로를 따라 비행하면서 관측하여 검출한 지정 해상에서의 동영상과 정지영상과 분광 정보가 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 동영상과 정지영상과 분광 정보는 필터장치의 선택적 구동에 의하여 필터 처리하여 촬영되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수정 항로 정보는 실시간 수신되는 수동의 수정항로 정보와 정해진 항로에 의한 수정항로 정보 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은, 해양환경 관측 시스템의 운용방법에 있어서, 관제국에 의하여 무인비행체를 운항하는 경우, 비행하고 관측할 항로 정보를 선택하여 무인비행체에 입력하는 항로과정; 무인비행체를 비행시키고 항로를 따라 관측 검출된 정보를 무선망을 통하여 실시간 수신하고 저장하며 모니터링하여 실시간 제공하는 실시간과정; 및 항로를 수정하는 경우 항로정보를 수정하고 귀항을 수동제어하는 경우는 무선조정기로 착륙을 수동제어하는 귀항과정; 을 포함하여 이루어지는 구성을 제시한다.

바람직하게, 상기 항로정보의 수정은 무인비행체 항로정보의 실시간 수동제어와 새로운 항로정보로의 변경 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 귀항의 수동제어는 무인비행체의 이륙과 착륙을 무선조정기를 이용하여 수동으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명은 전문 기술인력이 탑승하지 않은 무인 비행체를 이용하여 넓은 해상을 언제 어느 때나 즉시 관측하므로 전문 기술인력의 안전을 도모하는 산업적 이용효과가 있다.

또한, 상기와 같은 구성의 본 발명은 무인 비행체를 이용하므로 악천후 속에서도 해상의 환경 변화를 실시간으로 신속하고 정확하게 관측하는 사용상 편리한 효과가 있다.

또한, 상기와 같은 구성의 본 발명은 무인 비행체에 해상의 환경변화를 관측하는 장비를 탑재하고 무인 자동으로 또는 원격 수동 조작에 의하여 정해진 항로를 비행하여 해상의 환경변화를 관측하므로 적은 유지 및 보수 비용으로 보다 넓은 해역을 보다 오래 동안 관측하는 사용상 편리한 효과가 있다.

또한, 상기와 같은 구성의 본 발명은 무인 비행체를 육상의 이동통신 무선망을 통하여 접속하고 해당 신호를 무선 송수신하므로 적은 비용으로 전국 어디에서나 무인 비행체를 원격 제어하고 관측된 정보를 수신하는 사용상 편리한 효과가 있다.

또한, 상기와 같은 구성의 본 발명은 무인비행체와 와이브로 방식으로 접속하여 멀티미디어 신호를 전송하도록 하므로 기존 이동통신망을 이용하여 지정 영역의 멀티미디어 관측 신호를 실시간으로 제공받는 사용상 편리한 효과가 있다.

이하, 상기와 같은 구성의 본 발명에 의한 것으로, 해양환경 관측 시스템 및 무인비행체 및 그 운용방법의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

실시 예

본 발명을 설명하기 위하여 첨부된 것으로, 도 2 는 본 발명의 일례에 의한 것으로 해양환경 관측 시스템의 기능 구성도 이며, 도 3 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 해양환경 관측을 위한 무인비행체의 기능 구성도 이고, 도 4 는 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인비행체 관측부의 상세 기능 구성도 이며, 도 5 는 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인비행체 비행정보부의 상세 기능 구성도 이고, 도 6 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인비행체 통신부의 상세 기능 구성도 이며, 도 7 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 해양환경 관측 무인비행체의 운용방법 순서도 이고, 도 8 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 해양환경 관측 시스템의 운용방법 순서도 이다.

본 발명의 일례를 설명함에 있어서, 본 발명과 직접적으로 관련 없고, 잘 알려져 있는 기술 내용에 대하여서는 도면 도시 및 설명을 생략하므로, 본 발명의 요지를 흐리지 않고 명확하게 전달한다.

우리나라는 3 면을 바다에 접하고 있으며, 바다의 환경변화는 실생활에 매우 밀접한 영향을 미친다. 일례로 특정 해역에 적조현상, 해파리, 갯녹음, 기름유출 등이 발생하면 어업 및 양식업 등에 많은 피해를 입힌다. 특히, 해파리의 발생은 발전소 등에 공급되는 냉각수의 유입을 차단한다.

또한, 어족자원의 보호를 위하여 고래의 분포 및 이동경로 확인, 불법 어업의 단속 등이 필요하며, 인도적인 차원에서 조난사고 확인, 외국선박의 유입 등을 감시할 필요가 있다.

상기와 같이 해양에서 발생하는 다양한 현상 및 환경을 감시하기 위하여서는 많은 전문 기술인력이 필요하며, 고가의 항공장비를 이용하므로 비용이 매우 많이 소요되고, 악천후가 발행하는 경우는 감시인원의 안전 위협 등에 의하여 그나마도 감시 또는 관측이 어려운 문제가 있다.

본 발명은 전문 기술인력의 안전을 확보하면서 적은 비용으로 언제 어디서나 해상환경을 즉시 실시간으로 감시하고 관측하는 기술에 관한 것이다.

도 2 를 참조하여, 본 발명의 일례에 의한 것으로 해양환경 관측 시스템을 설명하면, 무인비행체(100)와 무선망(110)과 관제국(120)과 데이터베이스(130)와 웹서버(140)와 공중망(150)과 무선조정기(160)를 포함하는 구성이다.

상기 무인비행체(100)는 무선망(110)을 통하여 관제국(120)과 무선접속하고, 자동 또는 수동으로 입력되며 로드된 지정 항로를 따라 비행하며, 비행하는 항로의 지피에스(GPS: GLOBAL POSITIONING SYSTEM) 위치정보와, 비행하는 방위 정보와, 고도 정보와 3축 자이로에 의한 방향 정보와, 3 축 센서에 의한 속도 정보가 포함되는 비행정보 및 선택적으로 필터 처리되어 관측된 분광, 동영상, 정지영상 신호를 실시간으로 제공한다.

상기 무선망(110)은 셀룰러(CELLULAR) 방식의 이동통신망이며, 셀룰러 방식은 일정한 반경의 서비스 영역 또는 셀(CELL)을 갖는 기지국 또는 안테나 시설을 소정 간격 단위로 반복 시설하여 운용하므로 전체 서비스 영역을 넓히는 방식으로 섬과 일부 해상이 포함되는 전국을 서비스 영역으로 형성한다.

또한, 상기 무선망(110)은 와이브로(WiBro) 방식 통신기능이 포함된다.

상기 와이브로 통신방식은 옥내외에서 고속으로 다양한 콘텐츠를 전송하는 통신을 할 수 있고, 이동성이 매우 높으며, 통신비용이 비교적 저렴하며, 사용되는 단말기의 종류로는 일례로, 스마트폰, PDA, 노트북 등이 있다.

상기 관제국(120)은 상기 무인비행체(100)의 자동 및 수동 비행을 원격 제어하고 측정된 비행정보와 관측정보를 실시간으로 수신하여 모니터하는 동시에 설정된 소정 시간 주기로 데이터베이스에 기록하고 갱신하며, 유선 및 무선 통신수단과 웹서버를 통하여 접속된 모든 이용자에게 실시간으로 제공한다.

상기 데이터베이스(130)는 상기 관제국(120)의 제어에 의하여 상기 무인비행체(100)가 검출하고 관측한 정보를 기록하여 관리하며, 설정된 소정 시간 단위로 갱신하고, 검색에 의하여 선택된 정보를 제공한다.

상기 웹서버(140)는 상기 데이터베이스(130)에서 관리하는 정보를 패킷(PACKET)의 포맷(FORMAT)으로 변환하고 인터넷을 통하여 검색하도록 하며, 선택된 정보를 다운로드(DOWNLOAD) 또는 스트림(STREAM) 방식으로 제공한다.

상기 공중망(150)은 유선통신망 또는 무선통신망 또는 인터넷 또는 데이터통신망이 포함되는 공중통신망을 통하여 접속된 유선단말기 또는 무선단말기 또는 데이터 단말기 또는 컴퓨터를 이용하여 상기 관제국(120)에 접속하고 상기 데이터베이스(130)에 기록된 정보를 웹서버(140)를 통하여 검색하며 선택된 정보를 전송하는 통신경로를 설정한다.

상기 무선조정기(160)는 상기 무인비행체(100)의 이륙, 비행, 착륙을 소정의 가시거리에서 시각으로 직접 관찰하면서 무선으로 조정한다.

이하, 상기와 같은 구성의 작용을 상세히 설명하면, 상기 무인비행체(100)는 전문 기술인력이 타지 않는 것으로 지정된 해상으로부터 분광신호, 동영상 신호, 정지영상의 신호를 선택적 필터 처리에 의하여 촬영하는 관측부와 비행하는 항로의 방위, 지피에스 위치정보, 고도, 방향, 속도 등의 정보를 측정하는 비행정보부를 구비한다.

상기 관제국(120)은 상기 이동통신의 무선망(110)을 통하여 무인비행체(100)와 무선 접속하고, 자동 비행을 위한 항로 정보를 입력하거나 또는 수동으로 항로 를 직접 제어한다. 상기 무선접속하는 방식은 이동통신 또는 와이브로 방식 등이 포함되며 양방향 통신한다.

상기 무인비행체(100)의 항로정보에는 관측하고자하는 해상의 지정된 지역을 출발하는 위치에서부터 관측하고자 하는 지정된 해상 및 회항할 때까지의 비행을 위한 모든 항로 정보가 포함된다. 또한, 지정된 해상에서 관측하여야 되는 환경정보의 내용이 포함된다.

상기 무인비행체(100)는 지정된 항로를 비행하면서, 지피에스에 의한 위치정보, 방위, 고도, 방향, 속도와 분광, 동영상, 정지영상 등에 의한 신호를 측정 및 관측하고, 무선망(110)을 통하여 관제국에 실시간으로 송신한다.

또한, 상기 무인비행체(100)는 무선망(110)과 무선으로 접속할 수 있는 서비스 영역을 벗어나거나 또는 육지로부터 너무 먼 거리의 항로로 비행하는 등의 경우를 위하여 증폭기를 구비하고, 상기 증폭기는 이동통신 방식의 무선으로 송수신 되는 신호를 증폭하여 송수신하므로 서비스 영역을 벗어나는 경우에도 어느 정도까지는 통신이 가능하도록 한다.

상기 관제국(120)은 무인비행체가 관측한 정보를 실시간 모니터링하면서 필요한 경우 특정 지역을 반복하여 관측하도록 수동으로 비행경로를 제어하고, 또는 새로운 항로 정보를 입력한다.

상기 무인비행체(100)가 관측한 모든 정보는 상기 관제국(120)의 제어에 의하여 데이터베이스(130)의 할당된 영역에 기록되어 관리되고, 설정된 소정 시간단위마다, 일례로, 5 분 단위 또는 10 분 단위마다 갱신되어 기록된다.

상기와 같이 데이터베이스(130)에 기록된 정보는 공중망(150)을 통하여 접속된 일반 유선전화기, 무선전화기, 데이터 단말기, 컴퓨터 등이 검색하고, 상기와 같이 검색된 정보는 웹서버에 의하여 다운로드 또는 스트림 방식으로 제공된다.

상기 무선조정기(160)는 무인비행체(100)가 소정의 가시거리에 위치한 상태에서 직접 수동 제어하는 것으로, 이륙 또는 착륙할 때 주로 사용된다. 일반적으로 모든 비행체의 이륙과 착륙은 주변환경의 바람, 비 및 장애물 등에 의하여 항상 일정할 수 없으므로, 신속하게 판단하고 조치를 취할 수 있는 숙련자에 의하여 수동으로 조작하는 것이 바람직하다.

도 8 을 참조하여, 본 발명에 의한 것으로 해양환경 관측 시스템의 운용방법을 설명하면, 관제국에 의하여 무인비행체를 지정된 항로로 운항하도록 하는 경우(S210), 비행하여 관측할 항로정보를 선택하고, 상기 선택된 항로정보를 상기 무인비행체에 입력한다(S220). 상기 관제국이 선택한 항로정보를 무인비행체에 입력하는 방식은, 유선으로 접속하여 입력하거나 또는 무선망을 통하여 무선으로 접속하고 입력하는 방식이 있으며, 선택된 어느 하나의 방식으로 입력한다.

상기 관제국은 무인비행체를 자동 또는 수동으로 제어하여 지정된 항로를 따라 비행하도록 제어하고(S230), 상기 비행과정에서 무인비행체가 관측하고 검출한 모든 정보는 실시간(REALTIME)으로 수신하여 데이터베이스에 기록 또는 저장하여 갱신 관리하는 동시에 실시간으로 모니터링한다(S240).

상기와 같이 베이터베이스에 기록 저장되어 갱신 관리되는 정보는 공중망을 통하여 접속된 모든 이용자에게 웹서버를 통하여 실시간으로 제공된다(S250).

상기 관제국은 실시간 모니터링을 통하여 상기 무인비행체가 비행하는 항로를 수정할 필요가 있는 것으로 판단하면(S260), 수정된 항로 정보를 원격으로 입력하는 제어를 한다(S270).

또한, 상기 관제국에 의하여 무인비행체의 귀항을 수동으로 제어하고자 하는 경우(S280), 무선조정기를 이용하여 무인비행체의 귀항 및 착륙을 원격의 수동으로 제어한다(S290).

상기와 같은 구성의 해양환경 관측 시스템은, 숙력된 기술 인력의 안전을 도모하는 동시에 악천후 속에서도 선택된 해상 등의 환경정보를 신속하게 관측하는 장점이 있다.

도 3 을 참조하여, 본 발명의 일례에 의한 것으로 해양환경 관측을 위한 무인비행체를 설명하면, 통신부(200), 제어부(210), 관측부(220), 비행정보부(230), 비행추진부(240), 메모리부(250)를 포함하는 구성이다.

상기 통신부(200)는, 첨부된 도 6 을 참조하여 상세히 설명하면, 셀룰러 방식의 무선망과 접속하여 제어신호와 관측된 신호를 무선으로 송수신하는 이동통신부(202)와, 상기 이동통신부가 송수신하는 신호를 증폭하여 송수신하도록 하는 증폭부(204)와, 무선조정기와 해당 전용 주파수로 무선접속하여 통신하는 무선부(206)가 포함되는 구성이다. 또한, 와이브로(WiBro) 방식으로 멀티미디어 신호를 송수신하는 기능부가 더 포함된다.

상기 통신부(200)는 무인비행체(100)와 관제국(120) 사이에 송수신 되는 신호를 무선으로 전송한다. 또한, 상기 이동통신부(202)는 핸디폰 단말기 또는 호출 단말기(PAGER) 중에서 선택된 어느 하나를 이용한다. 상기 무선전송 방식은 이동통신 또는 와이브로(WiBro) 통신방식이 포함된다.

상기 제어부(210)는 메모리부(250)에 기록된 항로정보를 분석하여 비행추진부(240)를 제어하므로 정해진 항로를 따라 비행하도록 하는 동시에, 관측부(220), 비행정보부(230)를 제어하여 지정된 해상에서의 필요한 정보를 관측하고 검출하도록 한다.

상기 관측부(220)는, 첨부된 도 4 를 참조하여 상세히 설명하면, 상기 제어부(210)의 제어에 의하여 선택적으로 입사되는 빛을 차단하는 필터장치부(222), 지정된 해상으로부터 입사되는 빛의 스펙트럼을 촬영하는 분광카메라부(224), 지정된 해상의 동영상을 촬영하는 동영상 카메라부(226), 지정된 해상의 정지영상을 촬영하는 정지영상 카메라부(228)를 포함하는 구성이다.

상기 관측부(220)는 지정된 해상의 동영상, 정지영상, 분광 등에 의한 신호를 실시간으로 촬영하고, 선택적으로 필터 처리하여 촬영하며, 상기와 같이 실시간 촬영된 모든 영상신호를 제어부(210)에 인가하고, 제어부(210)는 메모리부(250)의 할당된 영역에 기록하는 동시에 통신부(200)를 제어하여 관제국(120)에 실시간 송신한다.

상기 비행정보부(230)는, 첨부된 도 5 를 참조하여 상세히 설명하면, 상기 제어부(210)의 제어에 의하여 무인비행체(100)가 위치한 현재 지점의 위도(LATITUDE)와 경도(LONGITUDE)와 해발(SEALEVEL)과 시간(TIME) 정보를 제공하는 지피에스(GPS)부(231), 동서남북에 의하여 무인비행체가 비행하여 진행하는 방위를 검출하는 방위 센서부(233), 현재의 고도를 초음파를 이용하여 검출하는 초음파 고도 센서부(235), 무인비행체가 진행하는 방향을 3 축 센서에 의하여 검출하는 3 축 자이로 센서부(237), 무인비행체가 비행하는 속도를 3 축 센서에 의하여 검출하는 3 축 속도 센서부(239)가 포함되는 구성이다.

즉, 상기 비행정보부(230)는, 무인비행체(100)가 비행하는 항로의 정보를 검출하여 제어부(210)에 인가하고, 제어부(210)는 메모리부(250)의 할당된 영역에 기록하는 동시에 통신부(200)를 제어하여 관제국(120)에 실시간으로 송신한다.

상기 비행추진부(240)는 상기 무인비행체(100)가 지정된 항로로 비행하도록 추진력을 발생하고 해당 제어에 의하여 비행 방향 등을 조정한다.

상기 메모리부(250)는 상기 제어부(210)의 제어에 의하여 무인비행체(100)가 비행할 항로정보, 상기 관측부(220)에서 관측한 영상정보, 상기 비행정보부(230)에서 측정한 비행정보를 각각 할당된 해당 영역에 기록하고 갱신 관리한다.

따라서 상기와 같은 구성의 무인비행체는, 지정된 항로를 따라서 자동 또는 수동 제어에 의하여 비행하면서 각종 분광 및 영상 신호를 관측하고 비행정보를 측정하여 기록하며, 실시간으로 관제국에 송신하므로, 고급 기술인력의 안전을 도모 하면서 적은 유지비용으로 넓은 해상의 환경정보를 언제 어느 때고 즉시 정확하게 취득하는 장점이 있다.

도 7 을 참조하여 본 발명의 일례에 의한 것으로 해양환경 관측 무인비행체의 운용방법을 설명하면, 무인비행체의 제어부에 의하여 비행할 항로정보와 관측하는 지점 등의 정보를 입력하여 메모리부의 할당된 영역에 기록한다(S100).

상기 제어부는 관제국으로부터 무선으로 입력되는 명령신호를 분석하므로 비행을 시작하는지 확인하고(S110), 비행의 시작으로 확인되면 항로정보를 로드하고 비행추진부를 제어하여 지정된 항로로 비행한다(S120).

상기와 같이 지정된 항로의 비행을 제어하는 제어부는, 관제국으로부터 무선수신되는 명령신호를 분석하여 항로를 수정하는 것으로 확인되면(S130), 항로 수정 정보를 무선으로 수신하여 메모리부의 할당된 영역에 기록하는 동시에 로드하며 상기 로드된 항로 정보에 의하여 비행추진부를 제어하므로 항로를 수정하여 비행을 계속한다(S140).

상기 제어부는 항로를 따라 비행하면서 비행정보부를 제어하여, 지피에스 정보, 방위, 고도, 방향, 속도 등의 정보를 검출하고(S150), 관측부를 제어하여 지정된 위치에서의 해상의 동영상, 정지영상, 선택적으로 필터 처리된 분광 정보 등을 관측 및 검출한다(S160).

상기와 같이 검출되고 관측된 정보는 제어부의 제어에 의하여 메모리부의 할당된 영역에 기록되고, 통신부에 인가되어 관제국에 실시간으로 무선송신된 다(S170).

상기 제어부는 상기 항로를 따라 비행하면서 해상환경의 관측이 완료되면 귀항하면서, 수동으로 귀항하는지 또는 항로정보에 의하여 자동으로 귀항하는지를 판단한다. 즉, 관제국으로부터 수동으로 귀항하도록 제어하는 명령신호가 수신되지 않으면 자동으로 귀항한다.

상기 제어부에 의하여 자동 귀항으로 판단하면, 로드된 항로정보에 의하여 지정된 지점으로 자동 귀항하고(S190), 수동 귀항으로 판단하면, 수동으로 직접 무선수신되는 항로 제어정보에 의하여 수동 귀항한다(S200).

즉, 상기와 같은 구성의 본 발명은, 숙력된 기술인력이 승선하지 않고서도 지정된 해역의 환경정보를 관측하므로 인력의 안전을 도모하고, 언제 어디서나 지정된 해상으로부터 신속하고 정확하게 관측된 환경정보를 실시간으로 수신하여 확인하므로 유지 및 보수비용이 적게 소요되는 등의 장점이 있다.

본 발명을 일례로 설명하였으나, 반드시 이러한 일례에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 일례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 일례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1 은 종래 기술의 일례에 의한 것으로 무인비행체를 이용한 해양관측 시스템 기능 구성도,

도 2 는 본 발명의 일례에 의한 것으로 해양환경 관측 시스템의 기능 구성도,

도 3 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 해양환경 관측을 위한 무인비행체의 기능 구성도,

도 4 는 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인비행체 관측부의 상세 기능 구성도,

도 5 는 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인비행체 비행정보부의 상세 기능 구성도,

도 6 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 무인비행체 통신부의 상세 기능 구성도,

도 7 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 해양환경 관측 무인비행체의 운용방법 순서도,

도 8 은 본 발명의 일례에 의한 것으로 해양환경 관측 시스템의 운용방법 순서도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 **

100 : 무인비행체 110 : 무선망

120 : 관제국 130 : 데이터베이스

140 : 웹서버 150 : 공중망

160 : 무선조정기 200 : 통신부

202 : 이동통신부 204 : 증폭부

206 : 무선부 210 : 제어부

220 : 관측부 222 : 필터장치부

224 : 분광 카메라부 226 : 동영상 카메라부

228 : 정지영상 카메라부 300 : 비행정보부

231 : 지피에스부 233 : 방위센서부

235 : 초음파 고도 센서부 237 : 3 축 자이로센서부

239 : 3 축 속도 센서부 240 : 비행추진부

250 : 메모리부

Claims

지정된 항로를 무인으로 자동 비행하고 해상을 관측한 정보와 검출된 비행항로의 정보를 실시간 전송하는 무인비행체;

상기 무인비행체와 셀룰러 방식으로 무선접속하여 제어신호와 정보를 실시간 통신하는 무선망;

상기 무선망에 접속하여 상기 무인비행체가 관측한 정보를 실시간 제공받고 관리하며 비행항로와 정보의 수집을 실시간으로 원격제어하는 관제국;

상기 관제국에 접속하여 상기 무인비행체가 관측하고 측정한 정보를 기록하는 데이터베이스;

상기 관제국의 제어에 의하여 상기 데이터베이스에 기록된 정보를 인터넷에 실시간 제공하는 웹서버; 및

상기 관제국과 접속하는 통신경로를 제공하는 공중망; 을 포함하여 구성되는 해양환경 관측 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 무인비행체와 직접 무선접속하여 비행과 이착륙을 제어하는 무선조정기; 를 더 포함하여 구성되는 해양환경 관측 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 무선망은,

공중통신용 이동통신 시스템의 무선망으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 해양환경 관측 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 공중망은,

인터넷과 유선통신 시스템과 무선통신 시스템과 데이터 통신 시스템이 포함되는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 해양환경 관측 시스템.
해양환경 관측 무인비행체에 있어서,

관제국과 무선망을 통하여 무선접속하고 제어신호와 관측하여 검출된 신호를 송수신하는 통신부;

상기 통신부와 접속하고 지정된 항로의 자동과 수동 비행을 제어하며 해양환경 관측과 비행정보 검출을 제어하고 감시하는 제어부;

상기 제어부의 제어에 의하여 지정된 해상의 영상과 분광 신호를 관측하는 관측부;

상기 제어부의 제어에 의하여 항로를 운항하면서 비행정보를 검출하는 비행정보부; 및

상기 제어부의 제어에 의하여 무인비행체의 비행동력을 출력하는 비행추진부; 를 포함하는 해양환경 관측 시스템.
제 5 항에 있어서,

상기 제어부의 제어에 의하여 자동 비행항로 정보와 관측된 정보와 검출된 정보를 기록 관리하는 메모리부; 를 더 포함하는 해양환경 관측 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 관측부는,

상기 제어부의 제어에 의하여 선택된 빛을 통과시키는 필터장치부;

상기 제어부의 제어에 의하여 지정된 해상의 빛 스펙트럼을 분석하고 파장을 촬영하는 분광카메라부;

상기 제어부의 제어에 의하여 지정된 해상의 동영상을 촬영하는 동영상 카메라부; 및

상기 제어부의 제어에 의하여 지정된 해상의 정지영상을 촬영하는 정지영상 카메라부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해양환경 관측 무인비행체.
제 5 항에 있어서, 상기 비행정보부는,

상기 제어부의 제어에 의하여 상기 무인비행체의 위치를 지피에스 정보에 의하여 검출하는 지피에스부;

상기 제어부의 제어에 의하여 상기 무인비행체가 비행하는 방위를 검출하는 방위센서부;

상기 제어부의 제어에 의하여 상기 무인비행체가 비행하는 고도를 검출하는 고도센서부;

상기 제어부의 제어에 의하여 상기 무인비행체가 비행하는 방향을 검출하는 자이로센서부; 및

상기 제어부의 제어에 의하여 상기 무인비행체가 비행하는 속도를 검출하는 속도 센서부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해양환경 관측 무인비행체.
제 8 항에 있어서, 상기 고도센서부는,

초음파를 이용하여 비행 고도를 검출하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 해양환경 관측 무인비행체.
제 8 항에 있어서, 상기 자이로센서부와 속도센서부는,

3 축으로 이루어지고 방향을 검출하며 속도를 검출하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 해양환경 관측 무인비행체.
제 5 항에 있어서, 상기 통신부는,

상기 제어부의 제어에 의하여 셀룰러 방식 이동통신망과 무선접속하는 이동통신부;

상기 제어부의 제어에 의하여 상기 이동통신부가 송수신하는 신호를 증폭하여 송수신하는 증폭부; 및

상기 제어부의 제어에 의하여 지정된 전용 주파수로 통신하는 무선부; 를 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 해양환경 관측 무인비행체.
제 5 항 또는 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통신부는,

상기 제어부의 제어에 의하여 와이브로 방식으로 멀티미디어 신호를 전송하는 와이브로 기능부를 더 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 해양환경 관측 무인비행체.
해양환경 관측 무인비행체의 운용에 있어서,

상기 무인비행체의 제어부에 의하여 비행하고 관측할 항로의 정보를 입력하 여 기록하고 비행 명령이 입력되는지 확인하는 준비과정;

상기 비행 명령이 입력되면 항로 정보를 로드하여 비행하며 항로 정보가 수정되는 경우 수정 항로정보를 수신하여 기록 및 로드하는 비행과정;

상기 제어부에 의하여 상기 무인비행체의 비행항로를 따라 비행정보와 관측정보를 검출하는 검출과정; 및

상기 검출된 정보를 기록하고 무선망을 통하여 관제국에 무선송신하며 자동과 수동의 선택된 방식에 의하여 귀항하는 귀항과정; 을 포함하여 이루어지는 해양환경 관측 무인비행체의 운용방법.
제 13 항에 있어서, 상기 선택된 방식에 의한 귀항은,

자동귀항이 선택되면 상기 로드된 항로정보에 의하여 지정된 비행항로를 따라 귀항하고 수동귀항이 선택되면 무선조정기로부터 무선부를 통하여 수신된 수동제어 비행항로를 따라 귀항하는 것을 특징으로 하는 해양환경 관측 무인비행체의 운용방법.
제 13 항에 있어서, 상기 무선송신은,

상기 제어부에 의하여 상기 무선망과 정상적인 레벨의 신호로 무선접속하지 못하는 경우에 증폭기를 구동하여 증폭된 레벨로 무선송신하는 것을 특징으로 하는 해양환경 관측 무인비행체의 운용방법.
제 13 항에 있어서, 상기 비행정보는,

상기 무인비행체가 비행하는 이동항로를 지피에스에 의한 위치정보로 측정하는 지피에스 정보와 비행하여 진행하는 방위를 측정하는 방위 정보와 비행하는 고도를 초음파로 측정하는 고도 정보와 비행 방향의 변화를 3 축 자이로센서에 의하여 검출하는 방향 정보와 비행 속도를 3 축 속도 센서에 의하여 검출하는 속도 정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 해양환경 관측 무인비행체의 운용방법.
제 13 항에 있어서, 상기 관측정보는,

상기 무인비행체가 설정된 항로를 따라 비행하면서 관측하여 검출한 지정 해상에서의 동영상과 정지영상과 분광 정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 해양환경 관측 무인비행체의 운용방법.
제 17 항에 있어서, 상기 동영상과 정지영상과 분광 정보는,

필터장치의 선택적 구동에 의하여 필터 처리하여 촬영되는 것을 특징으로 하는 해양환경 관측 무인비행체의 운용방법.
제 13 항에 있어서, 상기 수정항로 정보는,

실시간 수신되는 수동의 수정항로 정보와 정해진 항로에 의한 수정항로 정보 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 해양환경 관측 무인비행체의 운용방법.
해양환경 관측 시스템의 운용방법에 있어서,

관제국에 의하여 무인비행체를 운항하는 경우, 비행하고 관측할 항로 정보를 선택하여 무인비행체에 입력하는 항로과정;

상기 무인비행체를 비행시키고 항로를 따라 관측 검출된 정보를 무선망을 통하여 실시간 수신하고 저장하며 모니터링하여 실시간 제공하는 실시간과정; 및

상기 항로를 수정하는 경우 항로정보를 수정하고 귀항을 수동제어하는 경우는 무선조정기로 착륙을 수동제어하는 귀항과정; 을 포함하여 이루어지는 해양환경 관측 시스템의 운용방법.
제 20 항에 있어서, 상기 항로정보의 수정은,

상기 무인비행체 항로정보의 실시간 수동제어와 새로운 항로정보로의 변경 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 해양환경 관측 시스템의 운용방법.
제 20 항에 있어서, 상기 귀항의 수동제어는,

상기 무인비행체의 이륙과 착륙을 무선조정기를 이용하여 수동으로 제어하는 것을 특징으로 하는 해양환경 관측 시스템의 운용방법.