KR100971963B1

KR100971963B1 - 무인 헬기 착륙 위치 추적 시스템

Info

Publication number: KR100971963B1
Application number: KR1020070118991A
Authority: KR
Inventors: 추영열
Original assignee: 동명대학교산학협력단
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2010-07-23
Anticipated expiration: 2027-11-21
Also published as: KR20090052474A

Abstract

본 발명은 무인 헬기 착륙 위치 추적 시스템에 대한 것으로, 무인 헬기에 초음파 발신기를 설치하고 착륙지점에 하나 이상의 초음파 수신기를 구비하여 발신기와 수신기간의 거리를 사용하여 무인 헬기의 위치를 확인할 수 있는 착륙 위치 추적 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 무인 헬기 착륙 위치 추적 시스템은 특정 신호를 발신하는 발신 장치를 구비한 무인 헬기와, 상기 발신 장치에서 발신한 신호를 수신하는 하나 이상의 수신 장치와, 상기 수신 장치에서 신호를 수신한 시간과 상기 발신 장치에서 특정 신호를 발신한 시간의 차이에 따라 무인 헬기와 수신 장치간의 거리를 계산하는 하나 이상의 거리 계산 장치 및; 상기 거리 계산 장치에서 전송된 무인 헬기와 수신 장치간의 거리를 사용하여 상기 무인 헬기의 위치를 계산하고 표시하는 위치 계산 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

무인 헬기, 발신 장치, 수신 장치, 좌표.

Description

무인 헬기 착륙 위치 추적 시스템{Unmanned helicopter landing point tracking system}

무인 헬기는 무선으로 외부에서 조작하여 비행하는 헬기로써 소형의 놀이용 헬기와 유인 헬기의 성능 향상에 필요한 실험을 위한 테스트용 헬기가 있다.

테스트용 헬기는 소형의 놀이용 헬기와는 달리 테스트 내용에 따라 일정 경로에 따라 이동하거나 특정 지점에 착륙을 해야 하는 경우가 있는데 사람이 직접 조종하는 유인 헬기와 달리 다른 곳에서 조종을 하는 무인 헬기라 대략적인 위치만 파악할 뿐 헬기의 정확한 3차원 위치를 실시간으로 파악하는 것과 정확한 지점에 착륙하는 것이 어렵다는 문제점이 있었다.

따라서, 헬기의 정확한 3차원 위치를 실시간으로 파악하기위하여 위치 추적 시스템이 개발되었는데 종래에 사용하던 위치 추적 시스템은 패시브(Passive) 방식 으로 무인 헬기에 수신기를 설치하고 이동 예상 경로의 주위에 다수의 발신기를 설치한 후 발신기들이 발신한 발신기 위치 정보를 수신한 무인 헬기가 무선으로 조종기에 전송하면 조종기쪽에서 수신한 발신기 위치정보들을 취합하여 무인 헬기의 위치를 추정하는 시스템이였다.

상기 위치 추적 시스템은 다수의 발신기에서 전송한 위치 정보를 헬기가 취합하여 전송함으로써 넓은 범위에서의 위치추적에는 용이하나, 헬기가 착륙하려는 위치를 파악하고자 할 경우에는 헬기가 하강하면서 헬기의 로터에서 발생하는 바람이 지면에 반사되며 일어나는 대기의 강하고 복잡한 기류로 인하여 지상에서 헬기로의 위치 정보 전송이 윈활하지 못하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 불편함을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,

본 발명의 목적은 발신기를 구비한 무인 헬기에서 발신되는 신호를 착륙 지점에 설치된 하나 이상의 수신기가 수신하고 각각의 수신기가 신호를 수신한 시간을 비교하여 헬기의 위치를 추정하도록 함으로써 헬기의 착륙시 발생하는 기류에 영향받지 않고 헬기의 정확한 위치 측정이 가능한 무인 헬기 착륙 위치 추적 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 무인 헬기 착륙 위치 추적 시 스템은 특정 신호를 발신하는 발신 장치를 구비한 무인 헬기와, 상기 발신 장치에서 발신한 신호를 수신하는 하나 이상의 수신 장치와, 상기 수신 장치에서 신호를 수신한 시간과 상기 발신 장치에서 특정 신호를 발신한 시간의 차이에 따라 무인 헬기와 수신 장치간의 거리를 계산하는 하나 이상의 거리 계산 장치 및; 상기 거리 계산 장치에서 전송된 무인 헬기와 수신 장치간의 거리를 사용하여 상기 무인 헬기의 위치를 계산하고 표시하는 위치 계산 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 무인 헬기 착륙 위치 추적 시스템은 발신기를 구비한 무인 헬기에서 발신되는 신호를 착륙 지점에 설치된 하나 이상의 수신기가 수신하고 각각의 수신기가 신호를 수신한 시간을 비교하여 헬기의 위치를 추정하도록 함으로써 헬기의 착륙시 발생하는 기류에 영향받지 않고 헬기의 정확한 위치 측정이 가능하여 저렴한 비용을 통한 시스템의 구현을 가능하게 하면서 단점인 낮은 정확도를 보정하는 효과가 있다.

이하, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 따른 무인 헬기 착륙 위치 추적 시스템을 보다 구체적으로 살펴본다.

도1은 본 발명에 따른 무인 헬기 착륙 위치 추적 시스템의 사시도이다.

본 발명에 따른 무인 헬기 착륙 위치 추적 시스템은 도1에 도시된바와 같이 특정 신호를 발신하는 발신 장치를 구비한 무인 헬기(100)와, 상기 발신 장치에서 발신한 신호를 수신하는 하나 이상의 수신 장치(200)와, 상기 수신 장치(200)에서 수신한 신호에 따라 무인 헬기(100)와 수신 장치(200)간의 거리를 계산하는 하나 이상의 거리 계산 장치(300) 및 상기 거리 계산 장치(300)에서 전송된 무인 헬기(100)와 수신 장치(200)간의 거리를 사용하여 상기 무인 헬기(100)의 위치를 계산하고 표시하는 위치 계산 장치(400)를 포함하여 구성된다.

상기 무인 헬기(100)에 구비된 발신 장치는 신호를 발신할 때 신호 전송 시간(Beacon Counter)을 포함한 초음파 신호를 전송하는 비콘(Beacon)이다.

상기 수신 장치(Listener)(200)는 상기 무인 헬기(100)에 구비된 발신 장치에서 발신한 신호를 수신하며, 신호를 수신한 시간에 대한 정보와 수신한 신호를 상기 거리 계산 장치(300)로 전송하는 구성으로 착륙 지점에 3개에서 7개가 설치된다.

상기 거리 계산 장치(300)는 상기 수신 장치(200)에서 수신한 신호에 따라 무인 헬기(100)와 수신 장치(200)간의 거리를 계산하며, 계산된 무인 헬기(100)와 수신 장치(200)간의 거리 정보와 해당 신호를 전송한 시간(Beacon Counter)을 위치 계산 장치(400)로 전송하는 구성이다.

상기 거리 계산 장치(300)는 상기 수신 장치(200)와 하드웨어적으로 같은 장치로 구성할 수도 있다.

상기 거리 계산 장치(300)는 상기 수신 장치(200)에서 전송된 수신한 신호에서 해당 신호를 전송한 시간(Beacon Counter)을 추출하고, 추출된 전송 시간과 신호를 수신한 시간의 차이에 초음파의 진행 속도를 곱하여 무인 헬기(100)와 수신 장치(200)간의 거리를 계산한다.

상기 위치 계산 장치(400)는 상기 거리 계산 장치(300)에서 전송된 해당 신호를 전송한 시간(Beacon Counter)을 판별하여 전송한 시간(Beacon Counter)이 같은 3개 이상의 상기 거리 계산 장치(300)들을 동기화하고, 동기화된 상기 거리 계산 장치(300)에서 전송된 무인 헬기(100)와 수신 장치(200)간의 거리 정보 중에서 3개를 선택하며, 선택된 거리 정보를 전송한 수신장치들(210,220,230)의 좌표와 선택된 거리 정보들(거리1, 거리2, 거리3)을 사용하여 도2에 도시된바와 같이 상기 무인 헬기(100)의 위치를 계산한다.

상기 위치 계산 장치(400)는 피타고라스의 정리를 응용한 3차 연립방정식인 수학식1,2,3을 이용하여 상기 무인 헬기(100)의 위치인 (x, y, z)를 계산한다.

상기 수학식 1,2,3에서 거리 1,2,3은 각각 상기 거리 계산 장치(300)에서 전송된 수신장치 1(210), 수신장치 2(220), 수신장치 3(230)과 무인헬기(100)간의 거 리이고,

,

는 각각 수신장치 1(210), 수신장치 2(220), 수신장치 3(230)의 좌표이다.

일단 수신장치1 (210)의 좌표를 기준점으로 설정하여

= (0,0,0)이라고 하면 도2에 도시된바와 같이

과

는 같은 X 축상에 있으므로

의 값도 0이 된다. 또한, 상기 수신장치 1(210), 수신장치 2(220), 수신장치 3(230)은 같은 높이인 지표면에 설치되어 있으므로 각 장치의 Z축 값(높이 값)인

=

= 0이 된다.

이러한 설정을 기본으로 상기 수학식 1,2,3을 변환하면 하기된 수학식 4,5,6이 나오고, 수학식 4,5,6을 연산하면 상기 무인 헬기(100)의 위치인 (x, y, z)의 값이 나오게 된다.

상기 위치 계산 장치(400)에는 상기 거리 계산 장치(300)에서 전송된 무인 헬기(100)와 수신 장치(200)간의 거리 정보를 수신하기 위한 불루투스(Bluetooth) 장치를 구비하며, 이 때, 상기 위치 계산 장치(400)는 Master가 되고 상기 거리 계산 장치(300)는 Slaver가 되어 정보를 송수신하게 된다.

상기 위치 계산 장치(400)에는 상기 거리 계산 장치(300)와의 정보 송수신에 블루투스(Bluetooth) 통신을 사용함으로서 데이터 수집과 처리를 위한 Basestation의 속도와 거리의 한계를 극복할 수 있었다. 확장 안테나를 장착해서 Indoor 환경에서는 100M이상 Outdoor 환경에서는 200M 이상 떨어진 거리에서도 자체전력으로 데이터를 처리 할 수 있다.

이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.

도1은 본 발명에 따른 무인 헬기 착륙 위치 추적 시스템의 구성도이다.

도2는 상기 위치 계산 장치가 무인 헬기의 위치를 계산하기 위해 사용하는 좌표의 실시 예이다.

Claims

신호 전송 시간(Beacon Counter)를 포함한 초음파 신호를 발신하는 발신 장치를 구비한 무인 헬기와,

상기 발신 장치에서 발신한 신호를 수신하기 위한 상기 무인 헬기의 착륙 지점에 설치되는 하나 이상의 수신 장치와,

상기 하나 이상의 수신 장치에서 신호를 수신한 시간과 상기 발신 장치에서 상기 초음파 신호를 발신한 시간의 차이에 따라 무인 헬기와 각각의 수신장치 간의 거리를 계산하는 하나 이상의 거리 계산 장치 및;

상기 하나 이상의 거리 계산 장치에서 전송된 무인 헬기와 수신장치 간의 거리를 사용하여 상기 무인 헬기의 위치를 계산하고 표시하는 위치 계산 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 헬기 착륙 위치 추적 시스템.
삭제
청구항 1항에 있어서,

상기 수신 장치는 상기 무인 헬기에 구비된 발신 장치에서 발신한 신호를 수신하며, 신호를 수신한 시간에 대한 정보와 수신한 거리 신호를 상기 거리 계산 장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 무인 헬기 착륙 위치 추적 시스템.
청구항 1항에 있어서,

상기 거리 계산 장치는 상기 수신 장치에서 전송된 수신한 신호에서 해당 신호를 전송한 시간(Beacon Counter)을 추출하고, 추출된 전송 시간과 신호를 수신한 시간의 차이에 초음파의 진행 속도를 곱하여 무인 헬기와 수신 장치간의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 무인 헬기 착륙 위치 추적 시스템.
청구항 4항에 있어서,

상기 거리 계산 장치는 상기 전송한 시간(Beacon Counter)과 계산된 무인 헬기와 수신 장치간의 거리 정보를 상기 위치 계산 장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 무인 헬기 착륙 위치 추적 시스템.
청구항 1항에 있어서,

상기 위치 계산 장치는 상기 거리 계산 장치에서 전송된 무인 헬기와 수신 장치간의 거리 정보 중 3개를 선택하고 선택된 거리 정보를 전송한 수신장치들의 좌표와 선택된 거리 정보들을 사용하여 상기 무인 헬기의 위치를 계산하는 것을 특징으로 하는 무인 헬기 착륙 위치 추적 시스템.
청구항 5항 또는 6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 위치 계산 장치는 상기 거리 계산 장치에서 전송된 해당 신호를 전송한 시간(Beacon Counter)을 판별하여 전송한 시간(Beacon Counter)이 같은 3개 이상의 상기 거리 계산 장치들을 동기화하는 것을 특징으로 하는 무인 헬기 착륙 위치 추적 시스템.
청구항 6항에 있어서,

상기 위치 계산 장치는 하기된 수학식4,5,6을 이용하여 상기 무인 헬기의 위치인 (x, y, z)를 계산하는 것을 특징으로 하는 무인 헬기 착륙 위치 추적 시스템.

[수학식4]

[수학식5]

[수학식6]

(상기 거리 1,2,3은 각각 상기 거리 계산 장치에서 전송된 수신장치 1, 수신장치 2, 수신장치 3과 무인헬기간의 거리이고,
,
,
는 각각 수신장치 1, 수신장치 2, 수신장치 3의 좌표이다.)
청구항 1항에 있어서,

상기 위치 계산 장치는 상기 거리 계산 장치에서 전송된 무인 헬기와 수신 장치간의 거리 정보를 수신하기 위한 불루투스(Bluetooth) 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 무인 헬기 착륙 위치 추적 시스템.