KR20140123835A - 무인 항공기 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

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KR20140123835A
KR20140123835A KR1020130041193A KR20130041193A KR20140123835A KR 20140123835 A KR20140123835 A KR 20140123835A KR 1020130041193 A KR1020130041193 A KR 1020130041193A KR 20130041193 A KR20130041193 A KR 20130041193A KR 20140123835 A KR20140123835 A KR 20140123835A
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박지호
김남혁
이충희
임영철
김동영
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Abstract

본 발명은 무인 항공기 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명의 무공 항공기 제어 장치는 무인 항공기의 고도를 측정하고, 랜드 마크와의 상대 측위를 측정한 상대 측위 정보, 무인 항공기의 실시간 측위를 측정한 실시간 측위 정보, 랜드 마크와의 거리를 측정한 초음파 측정 정보, 랜드 마크에 대한 영상을 촬영한 영상 정보를 각각 생성한다. 그리고, 기 설정된 적어도 하나의 기준 높이와 상기 무인 항공기의 고도의 비교 결과에 대응하여 상대 측위 정보, 실시간 측위 정보, 영상 정보 및 초음파 측정 정보 중 적어도 두 개의 정보들로부터 측정된 랜드 마크의 위치 또는 랜드 마크와의 거리를 이용하여 무인 항공기의 랜드 마크 착륙을 제어한다.
이러한, 본 발명에 따르면, 높이에 따라 서로 다른 센싱 정보를 이용하여 계산된 위치값과 거리값을 기초로 무인 항공기 착륙을 제어함으로써, 높은 안정성과 정확도를 갖고 랜드 마크로의 무인 항공기 하강 비행을 제어할 수 있는 큰 효과를 기대할 수 있다.

Description

무인 항공기 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING UNMANNED AERIAL VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 무인 항공기 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무인 항공기의 높이에 따라 서로 다른 센싱 정보를 이용하여 계산된 위치값과 거리값을 기초로 높은 안정성과 정확도를 갖고 랜드 마크로의 무인 항공기 하강 비행을 제어할 수 있는 무인 항공기 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
무인 항공기(UAV: Unmanned Aerial Vehicle or Uninhabited Aerial Vehicle)란 일반적으로 조종사 없이 사전에 입력된 프로그램에 따라 또는 비행체 스스로 주위환경(장애물, 항로)을 인식하고 판단하여 자율비행(Autonomous Flying)하는 비행체를 말한다. 무인 항공기는 여러 분야에 활용되고 있지만 크게 군사용 목적인 무인 정찰기용으로 사용되거나 재난 사고 및 방재의 목적, 지형 및 환경 변화에 따른 항공 촬영 그리고 방송 촬영 등에 사용되며, 최근에는 우주 개발 분야에서도 무인 항공기의 활용이 두드러지게 나타나고 있다.
도 1은 종래의 무인 항공기 제어 장치를 도시한 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 무인 항공기(10)는 기본적으로 전원모듈(11), 비행 제어 컴퓨터(12), 센서모듈(13), 항공기 상태 감시 모듈(14), 기상 센서 모듈(15), 스위칭 모듈(16) 및 무선 조종 수신모듈(17)로 구성된다.
비행 제어 컴퓨터(12)는 무인 항공기의 중앙 처리 장치로 비행기의 상태를 파악하고 외부 탑재 장비들과 통신을 하며 비행체를 무인 조종하는 역할을 한다. 센서부(13)는 비행체의 자세정보와 기상 정보 등을 수집하기 위한 센서들을 구비, 수집된 센서를 비행 제어 컴퓨터(12)로 제공하는 기능을 한다.
항공기 상태 감시 모듈(14)은 자동 비행 제어에 필요한 정보 내부 온도, RPM(Revolutions Per Minute) 정보 등을 비행 제어 컴퓨터(12)로 제공하는 기능을 한다. 기상 센서 모듈(15)은 기상 관련 정보를 수집하여 비행 제어 컴퓨터(12)로 제공한다. 스위칭 모듈(16)은 비행 제어 컴퓨터(12)나 무선 조종 수신모듈(17)의 PWM(Pulse Width modulation)신호 출력 중 1개를 선택하여 항공기 서보 모터로 연결하는 역할을 한다.
무선 조종 수신모듈(17)은 지상의 원격 조종기로부터 사용자의 조종신호를 입력받아 서보 모터 제어용 PWM신호를 출력하는 장치로, 비행체의 에일러론과 엘리베이터 서보 제어 신호, 낙하산 및 적외선 발광체 제어 신호를 전달한다.
이러한, 종래의 무인 항공기는 자동 착륙을 하는 경우에, DGPS(Differential GPS)와 GPS(Global Positioning System)만을 이용하여 랜드 마크와의 거리를 감지하고, 그에 따른 착륙을 제어하기 때문에, DGPS나 GPS의 신호를 감지하지 못하거나, 오동작 혹은 범위 오차가 발생하면 랜드 마크와의 정확한 거리를 확인하지 못한 채 착륙을 시도하여 큰 사고와 고장의 원인이 되는 문제점이 있었다. 더욱이, 무인 항공기의 비용이 상당히 고가이므로, 한번 사고 혹은 고장난 무인 항공기를 복구하기 위하여 많은 시간과 비용이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1008259호(2011. 01. 07 공고)에 개시되어 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무인 항공기의 높이에 따라 서로 다른 센싱 정보를 융합하여 무인 항공기와 랜드 마크간의 거리 및 위치를 정확도 높게 파악함으로써, 안정적인 자동 착륙을 제공하는 무인 항공기 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 무인 항공기의 자동 착륙을 제어하는 무인 항공기 제어 장치는,
상기 무인 항공기의 고도를 측정하는 센서부; 랜드 마크와의 상대 측위를 측정한 상대 측위 정보, 무인 항공기의 실시간 측위를 측정한 실시간 측위 정보, 랜드 마크와의 거리를 측정한 초음파 측정 정보, 랜드 마크에 대한 영상을 촬영한 영상 정보를 각각 생성하는 위치 정보 생성부; 및 기 설정된 적어도 하나의 기준 높이와 상기 무인 항공기의 고도의 비교 결과에 대응하여 상기 상대 측위 정보, 상기 실시간 측위 정보, 상기 영상 정보 및 상기 초음파 측정 정보 중 적어도 두 개의 정보들로부터 측정된 상기 랜드 마크의 위치 또는 상기 랜드 마크와의 거리를 이용하여 상기 무인 항공기의 랜드 마크 착륙을 제어하는 비행 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 비행 제어부는 제1 기준 높이와 제1 기준 높이보다 작은 제2 기준 높이를 설정하고, 상기 측정된 무인 항공기의 고도가 상기 제1 기준 높이 이상인 경우, 상기 제1 기준 높이보다 낮고 상기 제2 기준 높이보다 높은 경우, 제2 기준 높이 이하인 경우 중 해당되는 고도에 대응하여, 상기 상대 측위 정보, 상기 실시간 측위 정보, 상기 영상 정보, 상기 초음파 측정 정보 중 적어도 두 개의 정보들로부터 상기 랜드 마크의 위치 또는 상기 랜드 마크와의 거리를 측정할 수 있다.
여기서, 상기 비행 제어부는, 상기 측정된 고도가 상기 제1 기준 높이 이상인 경우에, 상기 상대 측위 정보와 상기 실시간 측위 정보를 이용하여 상기 무인 항공기의 제1 위치값을 결정할 수 있다.
여기서, 상기 비행 제어부는, 상기 무인 항공기가 상기 제1 기준 높이가 되면, 상기 실시간 측위 정보와 상기 영상 정보를 이용하여 산출한 상기 무인 항공기의 제2 위치값을 획득하고, 상기 무인 항공기의 제1 위치값과 상기 제2 위치값의 차이가 오차 범위 이내이면 상기 무인 항공기의 하강을 진행하고, 오차 범위를 벗어나면 상기 제2 위치값을 다시 연산할 수 있다.
여기서, 상기 비행 제어부는, 상기 무인 항공기의 고도가 제1 기준 높이보다 낮고 상기 제2 기준 높이보다 높은 경우, 상기 실시간 측위 정보와 상기 영상 정보를 이용하여 상기 무인 항공기의 제2 위치값을 결정하고, 상기 무인 항공기가 상기 제2 기준 높이로 하강하면, 상기 영상 정보와 상기 초음파 측정 정보를 이용하여 상기 랜드 마크와의 제1 거리값을 획득할 수 있다.
여기서, 상기 비행 제어부는, 상기 제2 위치값을 통하여 산출된 상기 랜드 마크와의 제2 거리값과 상기 제1 거리값을 비교하여, 상기 제1 거리값과 상기 제2 거리값과의 차이가 오차 범위 이내이면 상기 제1 거리값을 측정하면서 상기 무인 항공기의 하강을 진행하고, 오차 범위를 벗어나면 상기 제1 거리값을 다시 연산할 수 있다.
여기서, 상기 무인 비행기 제어 장치는, 기상 상태를 센싱하는 센서부를 더 포함하며, 상기 비행 제어부는 상기 센싱된 기상 상태를 기초로 착륙 여부를 판단하고, 상기 기상 상태가 설정된 범위에 포함되는 경우에, 상기 무인 항공기의 착륙을 진행할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 무인 항공기 제어 장치의 무인 항공기 제어 방법은, 상기 무인 항공기의 고도를 측정하는 단계; 랜드 마크와의 상대 측위를 측정한 상대 측위 정보, 무인 항공기의 실시간 측위를 측정한 실시간 측위 정보, 랜드 마크와의 거리를 측정한 초음파 측정 정보, 랜드 마크에 대한 영상을 촬영한 영상 정보를 각각 생성하는 단계; 및 기 설정된 적어도 하나의 기준 높이와 상기 무인 항공기의 고도의 비교 결과에 대응하여 상기 상대 측위 정보, 상기 실시간 측위 정보, 상기 영상 정보 및 상기 초음파 측정 정보 중 적어도 두 개의 정보들로부터 측정된 상기 랜드 마크의 위치 또는 상기 랜드 마크와의 거리를 이용하여 상기 무인 항공기의 랜드 마크 착륙을 제어하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 무인 항공기의 높이에 따라 융합된 서로 다른 센싱 정보를 활용하여 무인 항공기의 위치를 정확하게 파악하고 무인 항공기와 랜드 마크까지의 거리를 정확도 높게 계산함으로써, 무인 항공기의 자동 착륙을 보다 안정적으로 제어할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 종래의 무인 항공기 제어 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기 제어 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기 제어 장치가 높이에 따라 이용하는 융합 센싱 정보를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기 제어 장치의 착륙 제어 방법을 도시한 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
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 있는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기 제어 장치의 구성에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기 제어 장치를 도시한 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기 제어 장치(100)는 전원부(110), 위치 정보 생성부(120), 감시부(130), 센서부(140), 무선 조종 수신부(150), 스위칭부(160), 및 비행 제어부(170)를 포함한다.
전원부(110)는 직류 12V 또는 5V의 전원을 각 부(120, 130, 140, 150, 160, 170)에 공급한다.
위치 정보 생성부(120)는 DGPS(Differential Global Positioning System; 이하, "DGPS"라고 함) 모듈(121), GPS(Global Positional System; 이하, "GPS"라고 함) 모듈(122), 카메라(123), 초음파 모듈(124) 및 자이로 센서 모듈(125)를 포함하여, 랜드 마크와의 상대 측위 정보, 현 무인 항공기의 실시간 측위 정보, 랜드 마크에 대한 영상 정보 및 랜드 마크와의 초음파 거리를 측정한 초음파 측정 정보 등의 위치와 거리에 관한 정보를 생성하여 비행 제어부(170)로 제공한다.
DGPS 모듈(121)은 미리 저장된 착륙 지점의 GPS 정보를 기초로 착륙지점과의 거리에 대한 상대 측위를 계산하고, GPS 모듈(122)은 다수의 위성으로부터 실시간 측위(X, Y, Z) 정보를 수신한다. 카메라(123)는 항공기 정면, 후면, 측면 등의 주변 영상을 촬영하여 영상 정보를 생성한다. 초음파 모듈(124)은 랜드 마크와의 거리를 초음파로 측정하여 초음파 측정 정보를 생성한다. 자이로 센서 모듈(125)은 자이로 센서를 이용하여 무인 항공기의 자세 정보를 생성한다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 위치 정보 생성부(120)가 DGPS 및 GPS모듈을 구비하여 상대 측위 정보나 실시간 측위 정보를 수집하는 것으로 설명하였으나, 이동 통신망과 같이 상대 측위나 실시간 측위를 측정할 수 있는 다른 형태의 장치를 이용하여 상대 측위 정보나 실시간 측위 정보를 수집할 수도 있다.
감시부(130)는 내부 감지 센서(131), RPM(Revolutions Per Minute; 이하, "RPM" 이라고 함) 센서(132)등을 포함하며, 자동 비행을 위한 비행 정보를 비행 제어부(170)로 제공한다. 특히, 감시부(130)는 무인 항공기 제어 장치(100) 내부의 축전지 전압, 내부온도, RPM 센서 정보 등의 비행 정보를 측정하고, 측정된 비행 정보를 비행 제어부(170)로 제공한다.
센서부(140)는 복수의 고도계(141, 142), 온도 센서(143), 대기 속력계(144) 및 가속도계(145)를 포함하여 외부의 압력 고도 정보, 대기 속력 정보, 가속도 정보 및 온도 정보 등이 포함된 기상 정보를 생성하고, 생성한 기상 정보와 복수의 고도계로부터 수신하는 고도 정보를 비행 제어부(170)로 제공한다.
무선 조종 수신부(150)는 지상의 무선 원격 조종기로부터 사용자의 제어 신호를 수신하고, 수신한 제어 신호를 스위칭부(160)를 통해 비행 제어부(170)에 제공한다. 여기서, 제어 신호는 비행체의 에일러론(aileron)과 엘리베이터 서보 제어 신호, 낙하산 및 적외선 발광체 제어 신호 등을 포함한다. 이때, 무선 조종 수신부(150)는 무선 조종을 이용한 수동 조종의 신뢰성을 향상시키기 위해 외부 축전지로부터 직접 전원을 공급받을 수도 있다.
스위칭부(160)는 비행 제어부(170)로부터 수신하는 제어 신호나 사용자의 무선 조종 수신부(150)로부터 수신하는 제어 신호 중 하나의 신호를 선택하여 항공기 서보 모터로 전달하는 역할을 한다. 이때, 스위칭부(160)는 릴레이를 사용하며 전원이 차단되었을 경우, 무선 조종 수신부(150)의 신호를 비행 제어부(170)로 전달할 수 있도록 설계된다. 이와 같이 전원이 차단되면, 지상의 조종사가 무선 원격 조정기를 통해 수동으로 비행체를 안전하게 착륙 시킬 수도 있다. 이때, 스위칭부(160)가 무선 조종 수신부(150)로부터 수신하는 제어 신호는 일반적으로 PWM(Pulse-Width Modulation)신호를 사용하지만, 제어 신호로 사용할 수 있는 다른 형태의 신호를 이용할 수도 있다.
비행 제어부(170)는 기상 상태 확인 모듈(171), 위치 확인 모듈(172), 통신 모듈(173), 제어 모듈(174)을 포함하며, 각 모듈(171, 172, 173, 174)로부터 수신하는 정보들을 기초로 자동 비행 및 자동 착륙 기능을 수행한다. 여기서, 비행 제어부(170)는 지상 제어 시스템으로부터 수신하는 조종명령 및 임무정보와 탑재센서로부터의 여러 센싱 정보를 기초로 항법, 유도, 제어 알고리즘을 수행한다. 또한, 무인 항공기(100)의 조종면 서보모터 제어신호를 출력하고, 지상 제어 시스템으로 비행체의 상태를 전송하는 기능을 수행한다.
기상 상태 확인 모듈(171)은 센서부(140)로부터 기상 정보와 고도 정보를 수신하고, 각각 수신된 기상 정보를 기초로 기상 상태를 파악하여 기상 상태 정보를 생성하고, 고도 정보를 기초로 현재 높이를 예측한 높이 정보를 생성한다. 그리고, 생성한 기상 상태 정보와 높이 정보를 제어 모듈(174)로 제공한다. 이때, 기상 상태 확인 모듈(171)은 기상 정보에 포함된 압력 고도 정보, 대기 속력 정보, 가속도 정보 및 온도 정보를 기초로 바람 세기 및 날씨에 대한 기상 상태 정보를 생성한다.
위치 확인 모듈(172)은 위치 정보 생성부(120)로부터 수신하는 센싱 정보에 포함된 상대 측위 정보와 실시간 측위 정보, 영상 정보 및 초음파 측정 정보 등을 비행 제어 모듈(170)로 제공한다.
통신 모듈(173)은 다양한 통신 규격(RS232C, PWM, ADC, DIO 등)의 입출력 장치들을 포함하여, 무인 항공기 제어 장치(100)에 포함된 각 부(110, 120, 130, 140, 150, 160, 170)와 데이터 송수신을 한다.
제어 모듈(174)은 기상 상태 확인 모듈(171), 위치 확인 모듈(172) 및 통신 모듈(173)을 제어하고, 각 모듈(171, 172, 173)로부터 수신한 정보들을 기초로 무인 항공기를 자동 조정하여 착륙을 제어한다.
구체적으로, 제어 모듈(174)은 자동 착륙을 위해 기상 상태 확인 모듈(171)로부터 수신한 높이 정보와 위치 확인 모듈(172)로부터 수신한 상대 측위 정보와 실시간 측위 정보, 영상 정보 및 초음파 측정 정보를 기초로 높이에 따른 무인 항공기의 착륙을 제어한다.
이때, 제어 모듈(174)은 상대 측위 정보와 실시간 측위 정보 혹은 실시간 측위 정보와 영상 정보를 이용하여 랜드 마크의 위치를 결정하고, 영상 정보 및 초음파 측정 정보 혹은 실시간 측위 정보와 영상 정보를 이용하여 랜드 마크와의 거리값을 계산한다. 여기서, 제어 모듈(174)은 사용자로부터 착륙을 위한 적어도 하나의 기준 높이를 입력받아 저장한다.
또한, 제어 모듈(174)은 무인 항공기의 위치값 또는 랜드 마크와의 거리값이 설정된 범위 내에 일치하는지 여부를 판단하는 기능을 수행한다.
또한, 제어 모듈(174)은 착륙 제어 전에, 기상 상태 확인 모듈(171)로부터 수신한 기상 상태 정보를 기초로 착륙 진행 여부를 판단하는 기능을 수행한다
한편, 본 발명의 실시 예에서는, 비행 제어부(170)가 두 개의 기준 높이를 갖고 무인 항공기의 자동 착륙 제어를 수행하지만, 셋 혹은 그 이상의 기준 높이를 저장하고, 복수의 기준 높이에 대응하여 서로 다른 센싱 정보를 융합함으로써, 더욱 세밀한 착륙 제어를 수행할 수도 있다.
이러한, 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기 제어 장치(100)는 자동 착륙 시에 무인 항공기의 높이에 따라 서로 다른 센싱 정보를 융합하고, 융합된 서로 다른 결과치를 비교하여 무인 항공기의 착륙을 제어함으로써, 높은 안정성과 정확도를 갖고 무인 항공기를 랜드 마크로 착륙시킬 수 있는 큰 효과를 기대할 수 있다.
다음은 도 3의 그래프를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기 제어 장치의 비행 제어부(170)가 안정적인 자동 착륙을 위해 이용하는 높이에 따른 센싱 정보를 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기 제어 장치가 높이에 따라 이용하는 융합 센싱 정보를 나타낸 그래프이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기 제어 장치(100)의 비행 제어부(170)는 높이에 따라 서로 다른 센싱 정보를 융합하고, 융합된 센싱 정보에 의한 서로 다른 위치값과 거리값을 비교하여 무인 항공기 제어 장치(100)의 자동 착륙을 제어한다.
구체적으로, 비행 제어부(170)는 사용자에 의해 설정된 20M, 5M의 기준 높이를 미리 저장하고, 무인 항공기의 높이가 지면에서 20M 이상인 경우에는 DGPS와 GPS에 기초한 위치 정보를 이용하여 하강을 제어하고, 5M이상 20M 이하인 경우에는 GPS와 영상(Vision) 정보에 기초한 위치 정보를 하강을 제어한다.
또한, 무인 항공기의 고도가 지면에서 5M 이하인 경우에는 영상 정보와 초음파 정보를 융합한 정보를 이용하여 보다 정확도 있는 랜드 마크와의 거리를 측정하고, 측정한 랜드 마크와의 거리를 기초로 랜드 마크로의 안정적인 하강 및 착륙을 제어한다.
이와 같이, 비행 제어부(170)는 설정된 범위의 기준 높이에 따라 서로 다른 센싱 정보를 이용하여 무인 항공기의 랜드 마크 착륙을 제어함으로써, 종래의 단일 센싱 정보에 의존하여 발생하였던 불안정한 랜드 마크 착륙을 크게 개선할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는, 비행 제어부(170)가 무인 비행기 시스템을 제어하는 무인 항공기 제어 장치 제어 방법에 대하여 다음의 도 4를 통해 더욱 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기 제어 장치의 착륙 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무인 항공기 제어 장치(100)의 안정적인 착륙 제어 방법은 착륙을 위한 준비 단계를 시작으로 이루어진다.
먼저, 무인 항공기 제어 장치(100)의 비행 제어부(170)는 무인 항공기의 비행 중에 사용자로부터 착륙을 위한 명령을 수신하거나 기 설정된 시간이 되어 착륙을 하여야 하는 경우, 자동 착륙을 위한 준비를 한다(S100).
비행 제어부(170)는 자동 착륙 준비를 시작하게 되면, 비행 중에 DGPS 모듈(121)과 GPS 모듈(122)에 의해 각각 측정된 상대 측위 정보와 실시간 측위 정보를 기초로 현재 위치와 랜드 마크의 위치를 결정한다(S102, S104).
그리고 나서, 센서부(140)에 의해 측정된 기상 정보에 포함된 바람 세기와 날씨(온도, 습도)가 미리 저장된 착륙 기상 정보의 한계치를 벗어나는지 여부를 확인하여 착륙에 적합한지 여부를 판단한다(S106).
상기 S106 단계의 판단 결과, 현재 바람과 날씨가 미리 저장된 한계치를 벗어나는 경우에, 비행 제어부(170)는 상기 S102 내지 S104 단계를 수행하여 무인 항공기의 비행을 유지한다.
상기 S106 단계의 판단 결과, 현재 바람과 날씨가 미리 저장된 한계치를 벗어나지 않는 경우에, 비행 제어부(170)는 센서부(140)로부터 수신한 고도 정보를 기초로 현재 항공기의 높이를 확인하고, 항공기의 높이가 20M 이상인지 여부를 판단한다(S108).
상기 S108 단계의 판단 결과, 항공기의 높이가 20M 이상인 경우에, 비행 제어부(170)는 상기 S102 내지 S106 단계를 수행하여 상대 측위 정보와 실시간 측위 정보를 이용한 무인 항공기의 하강 비행을 제어한다.
상기 S108 단계의 판단 결과, 항공기의 높이가 20M 미만인 경우에, 비행 제어부(170)는 상대 측위 정보와 실시간 측위 정보를 이용하여 측정한 랜드 마크의 위치값을 저장하고(S110), 위치 정보 생성부(120)로부터 수신하는 카메라(123)의 영상 정보를 분석하여 랜드 마크를 탐색 및 인식한다(S112).
비행 제어부(170)는 랜드 마크를 인식하면, 영상 정보를 분석하여 영상 정보 내에 포함된 랜드 마크와의 거리에 대한 거리값을 계산하고, 계산된 거리값과 GPS 모듈로부터 수신하는 실시간 측위 정보를 기초로 랜드 마크의 위치를 결정한다(S114). 이때, 결정한 랜드 마크의 위치값은 X, Y, Z의 공간 좌표 값이다.
비행 제어부(170)는 저장되어 있는 상대 측위 정보와 실시간 측위 정보를 기초로 측정한 랜드 마크의 위치값과 실시간 측위 정보와 영상 정보를 기초로 결정한 랜드 마크의 위치값을 비교하여 두 위치값이 미리 설정된 오차 범위(예를 들어, 오차범위 각 10% 내외)내에서 일치하는지 여부를 판단한다(S116). 이때, 제어부(170)는 두 위치 정보의 차가 설정된 범위내의 값을 가지면, 두 위치 정보가 설정된 범위 내에 일치한다고 판단한다.
상기 S116 단계의 판단 결과, 두 위치 정보가 미리 설정된 범위 내에서 일치하지 않는 경우에, 비행 제어부(170)는 상기 S114 단계를 수행하여 실시간 측위 정보와 영상 정보를 이용하여 하강 비행을 유지한다.
상기 S116 단계의 판단 결과, 두 위치 정보가 미리 설정된 범위 내에서 일치하는 경우에, 비행 제어부(170)는 실시간 측위 정보와 영상 정보를 기초로 무인 항공기가 랜드 마크까지 가까워지도록 하강 비행을 진행한다(S118). 이때, 비행 제어부(170)는 상대 측위 정보와 실시간 측위 정보를 이용하지 않고, 실시간 측위 정보와 영상 정보만을 이용하여 인식한 랜드 마크와의 위치를 기초로, 랜드 마크와의 거리가 작아지도록 무인 항공기의 하강 비행을 제어한다.
그리고 나서, 제어부(170)는 랜드 마크로의 하강 비행을 진행하면서 무인 항공기의 높이가 5M이하 인지 여부를 판단한다(S120).
상기 S120 단계의 판단 결과, 무인 항공기의 높이가 5M 보다 높은 경우에, 비행 제어부(170)는 상기 S106 내지 S118 단계를 다시 수행한다. 즉, 비행 제어부(170)는 상대 측위 정보와 실시간 측위 정보를 기초로 랜드 마크의 위치를 갱신한다.
상기 S120 단계의 판단 결과, 무인 항공기의 높이가 5M 이하인 경우에, 비행 제어부(170)는 실시간 측위 정보와 영상 정보를 통해 측정한 랜드 마크의 위치값을 저장하고, 초음파와 영상 정보를 기초로 위치를 결정한다(S124). 이때, 비행 제어부(170)는 초음파를 이용하여 계산한 랜드 마크까지의 거리값과 영상 정보를 기초로 계산한 랜드 마크까지의 거리값의 평균을 계산하여 거리값을 산출하거나 두 합에 의한 거리값 혹은 거리값을 산출할 수 있는 다양한 함수들을 이용하여 계산할 수도 있다.
또한, 비행 제어부(170)는 저장되어 있는 실시간 측위 정보와 영상 정보에 의한 위치값을 기초로 랜드 마크와의 거리값을 산출한다.
그리고 나서, 비행 제어부(170)는 실시간 측위 정보와 영상 정보를 이용하여 산출한 랜드 마크와의 거리값과 초음파와 영상 정보를 이용하여 산출한 거리값이 미리 설정된 오차 범위 내(예를 들어, 거리 오차 1M 내)에서 일치하는지 여부를 판단한다(S126). 이때, 제어부(170)는 2개의 산출된 거리값의 차가 설정된 범위내의 값을 가지면, 두 거리값이 설정된 범위 내에 일치한다고 판단한다.
상기 S126 단계의 판단 결과, 2개의 산출된 거리값의 차이가 설정된 범위를 벗어나는 경우에, 비행 제어부(170)는 상기 S124 단계를 다시 수행한다.
상기 S126 단계의 판단 결과, 미리 설정된 범위 내에서 두 거리값이 일치하는 경우에, 비행 제어부(170)는 초음파 정보와 영상 정보를 이용하여 랜드 마크의 거리를 실시간 측정하고, 측정된 정보를 기초로 랜드 마크에 착륙하기 위한 하강 비행을 제어한다(S128).
이와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 무인 항공기 제어 장치(100)는 높이에 따라 서로 다른 센싱 정보를 이용하여 계산된 위치값과 거리값을 기초로 무인 항공기 착륙을 위한 하강 비행을 제어함으로써, 높은 안정성과 정확도를 갖고 랜드 마크로의 무인 항공기 하강 비행을 제어할 수 있는 큰 효과를 기대할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 무인 항공기 제어 장치 110: 전원부
120: 위치 정보 생성부 121: DGPS 모듈
122: GPS 모듈 123: 카메라
124: 초음파 모듈 125: 자이로 센서 모듈
130: 감시부 131: 내부 온도 감지 센서
131: RPM 센서 140: 센서부
141: 고도계1 142: 고도계2
143: 온도 센서 144: 대기 속력계
145: 가속도계 150: 무선 조종 수신부
160: 스위칭부 170: 비행 제어부
171: 가상 상태 확인 모듈 172: 위치 확인 모듈
173: 통신 모듈 174: 제어 모듈

Claims (10)

  1. 무인 항공기의 자동 착륙을 제어하는 무인 항공기 제어 장치에 있어서,
    상기 무인 항공기의 고도를 측정하는 센서부;
    랜드 마크와의 상대 측위를 측정한 상대 측위 정보, 무인 항공기의 실시간 측위를 측정한 실시간 측위 정보, 랜드 마크와의 거리를 측정한 초음파 측정 정보, 랜드 마크에 대한 영상을 촬영한 영상 정보를 각각 생성하는 위치 정보 생성부; 및
    기 설정된 적어도 하나의 기준 높이와 상기 무인 항공기의 고도의 비교 결과에 대응하여 상기 상대 측위 정보, 상기 실시간 측위 정보, 상기 영상 정보 및 상기 초음파 측정 정보 중 적어도 두 개의 정보들로부터 측정된 상기 랜드 마크의 위치 또는 상기 랜드 마크와의 거리를 이용하여 상기 무인 항공기의 랜드 마크 착륙을 제어하는 비행 제어부를 포함하는 무인 항공기 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비행 제어부는,
    제1 기준 높이와 제1 기준 높이보다 작은 제2 기준 높이를 설정하고,
    상기 측정된 무인 항공기의 고도가 상기 제1 기준 높이 이상인 경우, 상기 제1 기준 높이보다 낮고 상기 제2 기준 높이보다 높은 경우, 제2 기준 높이 이하인 경우 중 해당되는 고도에 대응하여, 상기 상대 측위 정보, 상기 실시간 측위 정보, 상기 영상 정보, 상기 초음파 측정 정보 중 적어도 두 개의 정보들로부터 상기 랜드 마크의 위치 또는 상기 랜드 마크와의 거리를 측정하는 무인 항공기 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 비행 제어부는,
    상기 측정된 고도가 상기 제1 기준 높이 이상인 경우에, 상기 상대 측위 정보와 상기 실시간 측위 정보를 이용하여 상기 무인 항공기의 제1 위치값을 결정하는 무인 항공기 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 무인 항공기가 상기 제1 기준 높이가 되면, 상기 실시간 측위 정보와 상기 영상 정보를 이용하여 산출한 상기 무인 항공기의 제2 위치값을 획득하고, 상기 무인 항공기의 제1 위치값과 상기 제2 위치값의 차이가 오차 범위 이내이면 상기 무인 항공기의 하강을 진행하고, 오차 범위를 벗어나면 상기 제2 위치값을 다시 연산하는 무인 항공기 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 무인 항공기의 고도가 제1 기준 높이보다 낮고 상기 제2 기준 높이보다 높은 경우, 상기 실시간 측위 정보와 상기 영상 정보를 이용하여 상기 무인 항공기의 제2 위치값을 결정하고,
    상기 무인 항공기가 상기 제2 기준 높이로 하강하면, 상기 영상 정보와 상기 초음파 측정 정보를 이용하여 상기 랜드 마크와의 제1 거리값을 획득하는 무인 항공기 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 위치값을 통하여 산출된 상기 랜드 마크와의 제2 거리값과 상기 제1 거리값을 비교하여, 상기 제1 거리값과 상기 제2 거리값과의 차이가 오차 범위 이내이면 상기 제1 거리값을 측정하면서 상기 무인 항공기의 하강을 진행하고, 오차 범위를 벗어나면 상기 제1 거리값을 다시 연산하는 무인 항공기 제어 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    기상 상태를 센싱하는 센서부를 더 포함하며,
    상기 센싱된 기상 상태를 기초로 착륙 여부를 판단하고, 상기 기상 상태가 설정된 범위에 포함되는 경우에, 상기 무인 항공기의 착륙을 진행하는 무인 항공기 제어 장치.
  8. 무인 항공기 제어 장치의 무인 항공기 제어 방법에 있어서,
    상기 무인 항공기의 고도를 측정하는 단계;
    랜드 마크와의 상대 측위를 측정한 상대 측위 정보, 무인 항공기의 실시간 측위를 측정한 실시간 측위 정보, 랜드 마크와의 거리를 측정한 초음파 측정 정보, 랜드 마크에 대한 영상을 촬영한 영상 정보를 각각 생성하는 단계; 및
    기 설정된 적어도 하나의 기준 높이와 상기 무인 항공기의 고도의 비교 결과에 대응하여 상기 상대 측위 정보, 상기 실시간 측위 정보, 상기 영상 정보 및 상기 초음파 측정 정보 중 적어도 두 개의 정보들로부터 측정된 상기 랜드 마크의 위치 또는 상기 랜드 마크와의 거리를 이용하여 상기 무인 항공기의 랜드 마크 착륙을 제어하는 단계
    를 포함하는 무인 항공기 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 무인 항공기의 랜드 마크 착륙을 제어하는 단계는,
    상기 측정된 무인 항공기의 고도가 제1 기준 높이 이상인 경우, 제1 기준 높이보다 낮고 제2 기준 높이보다 높은 경우, 제2 기준 높이 이하인 경우 중 해당되는 고도에 대응하여, 상기 상대 측위 정보, 상기 실시간 측위 정보, 상기 영상 정보, 상기 초음파 측정 정보 중 적어도 두 개의 정보들로부터 상기 랜드 마크의 위치 또는 상기 랜드 마크와의 거리를 측정하는 무인 항공기 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 무인 항공기의 랜드 마크 착륙을 제어하는 단계는,
    상기 측정된 고도가 상기 제1 기준 높이 이상인 경우에, 상기 상대 측위 정보와 상기 실시간 측위 정보를 이용하여 상기 무인 항공기의 제1 위치값을 결정하는 단계;
    상기 무인 항공기가 상기 제1 기준 높이가 되면, 상기 실시간 측위 정보와 상기 영상 정보를 이용하여 산출한 상기 무인 항공기의 제2 위치값을 획득하는 단계;
    상기 제1 위치값과 상기 획득한 제2 위치값의 차이가 오차 범위 이내이면 상기 무인 항공기의 하강을 진행하고, 오차 범위를 벗어나면 상기 제2 위치값을 다시 연산하는 단계;
    상기 무인 항공기의 고도가 제1 기준 높이보다 낮고 상기 제2 기준 높이보다 높은 경우, 상기 실시간 측위 정보와 상기 영상 정보를 이용하여 상기 무인 항공기의 제2 위치값을 결정하는 단계;
    상기 무인 항공기가 상기 제2 기준 높이로 하강하면, 상기 영상 정보와 상기 초음파 측정 정보를 이용하여 상기 랜드 마크와의 제1 거리값을 획득하는 단계; 및
    상기 결정된 제2 위치값을 통하여 산출된 상기 랜드 마크와의 제2 거리값과 상기 제1 거리값을 비교하여, 상기 제1 거리값과 상기 제2 거리값과의 차이가 오차 범위 이내이면 상기 제1 거리값을 측정하면서 상기 무인 항공기의 하강을 진행하고, 오차 범위를 벗어나면 상기 제1 거리값을 다시 연산하는 단계
    를 포함하는 무인 항공기 제어 방법.
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