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KR101897238B1 - A device for positioning and tracking control based RF of multi unnamed aerial vehicle - Google Patents

A device for positioning and tracking control based RF of multi unnamed aerial vehicle Download PDF

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KR101897238B1
KR101897238B1 KR1020170042258A KR20170042258A KR101897238B1 KR 101897238 B1 KR101897238 B1 KR 101897238B1 KR 1020170042258 A KR1020170042258 A KR 1020170042258A KR 20170042258 A KR20170042258 A KR 20170042258A KR 101897238 B1 KR101897238 B1 KR 101897238B1
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KR
South Korea
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unmanned aerial
aerial vehicle
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anchor
positioning
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KR1020170042258A
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Korean (ko)
Inventor
오국환
안효성
Original Assignee
광주과학기술원
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Abstract

본 발명은 RF 기반 다중 무인 비행체의 측위 및 궤적 제어 장치 및 그 시스템에 관한 것으로, 복수의 프로펠러를 포함하는 구동부, RF 신호를 방출하는 복수의 앵커 노드로부터 거리 정보를 수신하고 현재 위치 측위하는 수신 및 위치추정기, 상기 앵커 노드의 위치, 목표 위치 및 궤적 중 적어도 하나를 저장하는 저장소, 수신된 정보를 기반으로 위치를 결정하는 위치 제어기, 미리 결정된 상기 목표 위치 및 상기 궤적을 기반으로 상기 구동부를 제어하여 속도를 제어하는 속도 제어기를 포함하고, 상기 위치 제어기는 복수의 앵커 노드와의 거리에 기반하여 측위방법을 이용하여 상기 위치를 결정하는 무인 비행체를 제공하여, 지상 및 공중으로 이동할 수 있도록 하는 RF기반 다중 무인 비행체 및 그 시스템을 제공한다는 장점이 있다.The present invention relates to an apparatus and a system for positioning and trajectory control of an RF-based multiple unmanned aerial vehicle, and more particularly, to an apparatus and system for positioning and trajectory control of an RF-based multiuniverse vehicle including a driving unit including a plurality of propellers, a receiving unit receiving distance information from a plurality of anchor nodes emitting RF signals, A controller for controlling the driving unit based on the predetermined target position and the predetermined trajectory, a controller for controlling the driving unit based on the predetermined target position and the trajectory, Wherein the position controller includes a velocity controller for controlling a velocity of the anchor node, and the position controller provides an unmanned aerial vehicle that determines the position using the positioning method based on the distance from the plurality of anchor nodes, It has the advantage of providing multiple unmanned aerial vehicles and their systems.

Figure R1020170042258
Figure R1020170042258

Description

RF 기반 다중 무인 비행체의 측위 및 궤적 제어 장치 및 그 시스템{A device for positioning and tracking control based RF of multi unnamed aerial vehicle}[0001] The present invention relates to an apparatus and a system for positioning and trajectory control of an RF-based multiple unmanned aerial vehicle,

본 발명은 RF 기반 다중 무인 비행체의 측위 및 궤적 제어 장치 및 그 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a system for positioning and trajectory control of an RF-based multiple unmanned aerial vehicle.

IT기술과 비행체의 동체에 대한 경량화 기술이 발전하면서 인간의 제어가 필요하지 않은 소형 무인 비행체(Unmanned Aerial Vehicle: UAV)인 드론(Drone)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.As the IT technology and the light weight technology for the body of the aviation have developed, the research on Drone which is a small unmanned aerial vehicle (UAV) which does not need human control is actively being studied.

20세기 초반에 등장한 소형 무인 비행체는 최초에는 군사용 무인항공기로 개발되었다. 지금도 소형 무인 비행체는 군사용으로 주로 사용되고 있다. 하지만 최근 소형 무인 비행체가 산업용, 레저용, 방송용, 배송용 등과 같이 다양한 분야에서 사용되고 있다.The small unmanned aerial vehicle that appeared in the early 20th century was originally developed as a military unmanned aerial vehicle. Even today, small unmanned aerial vehicles are mainly used for military purposes. Recently, small unmanned aerial vehicles have been used in various fields such as industrial, leisure, broadcasting, and delivery.

또한 소형 무인 비행체는 작은 크기로 인해 자유롭게 이동할 수 있는 특징이 있으며, 그 용도에 대한 다양한 연구가 진행 중이다.In addition, small unmanned aerial vehicles are characterized by their ability to move freely due to their small size, and various studies are underway for their use.

하지만 기존의 무인 비행체의 측위는 위성항법장치 (Global Positioning System: GPS)와 그것을 보정하는 관성측정장치 (Inertia Measurement Unit: IMU)를 통합하는 방식으로 사용되고 있다. 그러나 GPS는 비교적 오차가 크기 때문에 정밀한 측위가 필요한 좁은 공간에서의 다중 UAV의 측위 및 위치제어에는 사용이 적절치 않다. 또한 위성신호를 수신할 수 없는 환경인 실내에서는 사용이 불가능하다.However, the positioning of conventional unmanned aerial vehicles is being used in a way that integrates Global Positioning System (GPS) and Inertia Measurement Unit (IMU) to correct it. However, since GPS is relatively error-prone, it is not suitable for positioning and positioning of multiple UAVs in a narrow space requiring precise positioning. Also, it is impossible to use it in an indoor environment where satellite signals can not be received.

위와 같은 GPS를 사용한 측위의 단점들을 극복하기 위해 카메라 영상처리를 사용한 측위 방법이 사용되기도 하지만 이는 2대 이상의 다중 UAV를 위해서 사용하기에는 영상처리를 하는 연산비용이 크며, 특히 UAV의 수가 늘어날수록 영상처리의 연산 비용이 매우 커지게 된다. 그리고 실내외 환경(특히 조도)에 따라서 카메라 세팅 및 영상처리 알고리즘의 변경 등이 필요하다는 단점들을 가지고 있다. In order to overcome the disadvantages of positioning using GPS as above, a positioning method using camera image processing is used. However, the operation cost for image processing is large for use for two or more multiple UAVs. In particular, The computation cost of the system becomes very large. In addition, there are disadvantages that it is necessary to change the camera setting and image processing algorithm according to the indoor / outdoor environment (especially illumination).

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 RF 기반 다중 무인 비행체의 측위 및 궤적 제어 장치 및 그 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is directed to solving the above-mentioned problems and other problems. Another object of the present invention is to provide an apparatus and a system for positioning and trajectory control of an RF-based multiple unmanned aerial vehicle.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 프로펠러를 포함하는 구동부, RF 신호를 방출하는 복수의 앵커 노드로부터 거리 정보를 수신하고 그 정보를 이용하여 현재위치를 측위하는 수신 및 위치추정기, 상기 앵커 노드의 위치, 목표 위치 및 궤적 중 적어도 하나를 저장하는 저장소, 수신 및 위치추정기의 현재위치정보를 기반으로 목표 위치를 결정하는 위치 제어기, 미리 결정된 상기 목표 위치 및 상기 궤적을 기반으로 상기 구동부를 제어하여 속도를 제어하는 속도 제어기를 포함하고, 상기 위치 제어기는 4개 이상의 앵커 노드와의 거리로부터 측위방법을 이용하여 상기 위치를 결정하는 무인 비행체를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an information processing apparatus including a driver including a plurality of propellers, a receiver receiving distance information from a plurality of anchor nodes emitting an RF signal, And a position controller for determining a target position based on the current position information of the position and the receiver and a position controller for determining at least one of the predetermined position and the locus, And a speed controller for controlling the driving unit based on the position of the anchor node, and the position controller provides an unmanned aerial vehicle that determines the position using a positioning method from a distance between four or more anchor nodes.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, RF 통신이 가능한 복수의 앵커 노드, 복수의 프로펠러를 포함하고 상기 프로펠러를 제어하는 속도 제어부를 포함하는 복수의 무인 비행체, 상기 복수의 앵커 노드 및 상기 복수의 무인 비행체를 제어하는 지상 통제소를 포함하고, 상기 지상 통제소는 4개 이상의 상기 앵커 노드 각각과 상기 무인 비행체 각각의 거리를 기반으로 측위방법을 이용하여 상기 무인 비행체 각각의 위치를 결정하는 RF 기반 다중 무인 비행체의 측위 및 궤적 제어 시스템을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an anchor node including a plurality of anchor nodes capable of RF communication, a plurality of unmanned aerial vehicles including a plurality of propellers and a speed control section for controlling the propeller, Wherein the ground control station comprises an RF-based multiuniverse vehicle which determines the position of each of the unmanned aerial vehicles using the positioning method based on the distance between each of the four or more anchor nodes and each of the unmanned aerial vehicles, And a locus control system.

본 발명에 따른 다중 무인 비행체 및 그 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effects of the multiple unmanned aerial vehicle and the control method thereof according to the present invention are as follows.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 지상 및 공중으로 이동할 수 있도록 하는 RF기반 다중 무인 비행체 및 그 시스템을 제공한다는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, there is an advantage of providing an RF-based multiple unmanned aerial vehicle and system thereof that enables movement to the ground and air.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.Further scope of applicability of the present invention will become apparent from the following detailed description. It should be understood, however, that the detailed description and specific examples, such as the preferred embodiments of the invention, are given by way of illustration only, since various changes and modifications within the spirit and scope of the invention will become apparent to those skilled in the art.

도 1은 본 발명과 관련된 무인 비행체를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 무인 비행체와 앵커노드의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 양방향 거리 측정 기반의 중앙집권 방식의 무인 비행체의 제어를 설명하기 위한 블록도 이다.
도 4는 본 발명과 관련된 양방향 거리 측정 기반의 중앙집권 방식의 무인 비행체의 제어를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무인 비행체의 제어를 설명하기 위한 순서도 이다.
1 is a block diagram illustrating an unmanned aerial vehicle related to the present invention.
2 is a conceptual diagram for explaining the relationship between an unmanned aerial vehicle and an anchor node.
3 is a block diagram illustrating control of a centralized, unmanned aerial vehicle based on bidirectional distance measurement according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram for explaining a control of a centralized, unmanned aerial vehicle based on a bidirectional distance measurement related to the present invention.
5 is a flowchart illustrating a control of an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals are used to designate identical or similar elements, and redundant description thereof will be omitted. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

도 1은 본 발명과 관련된 무인 비행체를 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an unmanned aerial vehicle related to the present invention.

무인 비행체(100)은 수신 및 위치추정기(110), 위치 제어기(120), 속도 제어기(130) 및 저장소(140) 등을 포함할 수 있다.The UAV 100 may include a receiver and position estimator 110, a position controller 120, a speed controller 130, and a storage 140.

도 1에 도시된 구성요소들은 무인 비행체를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 무인 비행체는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.The components shown in FIG. 1 are not essential for realizing an unmanned aerial vehicle, and the unmanned aerial vehicle described in this specification may have more or less components than those listed above.

수신 및 위치추정기(110)는, 무인 비행체(100)과 앵커 노드(210, 220, 230) 사이, 무인 비행체(100)과 다른 무인 비행체(100) 사이, 또는 무인 비행체(100)과 외부서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 상기 수신부(110)는, 무인 비행체(100)을 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.The receiver and position estimator 110 may be used to determine the distance between the unmanned air vehicle 100 and the anchor nodes 210, 220 and 230, between the unmanned air vehicle 100 and another unmanned air vehicle 100, Lt; RTI ID = 0.0 > wireless < / RTI > In addition, the receiving unit 110 may include one or more modules for connecting the UAV 100 to one or more networks.

위치 제어기(120)는 추정된 위치 정보 기반으로 무인 비행체(100)의 목표 위치를 결정하고 위치를 제어할 수 있다. 위치 제어기(120)는 무인 비행체(100)는 수신 및 위치추정기(110)로부터 무인 비행체의 현재 위치를 수신할 수 있다. 따라서, 위치 제어기(120)는 후술할 측위 방법에 따라 3개 혹은 4개 이상의 앵커노드들로 거리 정보를 얻어서 무인 비행체(100)의 현재위치를 측위할 수 있다.The position controller 120 can determine the target position of the UAV 100 and control the position of the UAV 100 based on the estimated position information. The position controller 120 may receive the current location of the unmanned aerial vehicle from the receiving and location estimator 110. [ Accordingly, the position controller 120 can obtain the distance information with three or four or more anchor nodes according to a positioning method to be described later, and can determine the current position of the unmanned air vehicle 100. [

속도 제어기(130)는 무인 비행체(100)가 이동할 수 있기 무인 비행체(100)의 구동부(미도시)를 제어할 수 있다. 속도 제어기(130)는 미리 저장된 목표궤적과 현재 위치 정보로부터 위치 제어기(120)와 속도제어기(130)를 통해서 무인 비행체(100)의 위치 및 속도를 제어할 수 있다.The speed controller 130 can control a driving unit (not shown) of the unmanned air vehicle 100 in which the unmanned air vehicle 100 can move. The speed controller 130 can control the position and speed of the unmanned air vehicle 100 through the position controller 120 and the speed controller 130 based on the previously stored target trajectory and the current position information.

저장소(140)는 복수의 앵커 노드 각각의 위치, 무인 비행체(100)의 위치 정보 및 목표 지점의 위치 정보 등을 저장 할 수 있다. 또한, 무인 비행체(100)의 구동을 위한 정보를 저장할 수 있다.The storage unit 140 may store the location of each of the plurality of anchor nodes, the location information of the UAV 100, and the location information of the target point. In addition, information for driving the unmanned air vehicle 100 can be stored.

앵커노드(210, 220, 230)는 무인 비행체(100)의 수신 및 위치추정기(110)와 통신을 수행할 수 있다. 앵커노드(210, 220, 230)는 무인 비행체(100)의 외부의 고정된 지점에 설치된 통신장치일 수 있다.The anchor nodes 210, 220, and 230 may communicate with the receiver and position estimator 110 of the unmanned aerial vehicle 100. The anchor nodes 210, 220 and 230 may be communication devices installed at fixed points outside the UAV 100. [

앵커노드(210, 220, 230)는 복수로 배치될 수 있으며, 적어도 3개의 앵커노드와 무인 비행체(100)가 통신을 수행하여야 한다.The plurality of anchor nodes 210, 220, and 230 may be disposed, and at least three anchor nodes and the unmanned aerial vehicle 100 must communicate with each other.

본 발명의 일 실시 예에서, 무인 비행체(100)가 측위를 하기 위해서, 수신 및 위치추정기(110)를 탑재하고 있는 무인 비행체(100)와 위치를 알고 있는 4개 이상의 앵커노드와의 거리로부터 삼변측량 방법 등을 이용하여 무인 비행체(100)의 위치를 측정할 수 있다. 하지만, 경우에 따라서, 위치를 알고 있는 3개의 앵커노드와의 거리로부터 삼변측량 방법 등을 이용하여 측정할 수 있다. 3개의 앵커노드를 이용하여 측위를 하는 경우 2가지 위치가 측위될 수 있는 문제가 있으나 무인 비행체(100)가 실제 위치할 수 없는 경우를 제거하면 3개의 앵커노드와의 거리로부터 삼변측량 방법 등을 이용하여 무인 비행체(100)의 위치를 측정할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in order for the unmanned air vehicle 100 to perform positioning, the distance between the unmanned air vehicle 100 on which the receiving and position estimator 110 is mounted and the four or more anchor nodes, The position of the unmanned aerial vehicle 100 can be measured using a surveying method or the like. However, in some cases, it is possible to measure the distance from three anchor nodes that know the position using a trilateration method or the like. In case of positioning by using three anchor nodes, there is a problem that two positions can be located, but when the case where the unmanned vehicle 100 can not be located is removed, The position of the unmanned air vehicle 100 can be measured.

또한, 본 발명의 일 실시 예에서, 무인 비행체(100) RF 거리 기반 측위 이외에 무인 비행체(100)에 설치된 레이저 고도 센서(미도시)의 결합을 통한 정밀 위치 추정 방법을 포함한다.In addition, in one embodiment of the present invention, it includes a precise position estimation method by combining a laser altitude sensor (not shown) installed on the UAV 100 in addition to the RF distance-based positioning.

구체적으로, 4개 이상의 앵커 노드들과 무인 비행체(100)에 탑재된 수신 및 위치추정기(110) 간의 거리들로부터 구해진 무인 비행체(100)의 위치정보와 상대적으로 정밀한 레이저 고도 센서의 고도 정보를 Kalman filter, H_infinity filter 등의 융합 방법 등을 이용하여 정밀한 위치를 추정할 수도 있다. Specifically, the position information of the UAV 100 obtained from the distances between the four or more anchor nodes and the reception and position estimator 110 mounted on the UAV 100 and the altitude information of the laser altitude sensor, which is relatively accurate, It is also possible to estimate the precise position using a fusion method such as filter and H_infinity filter.

또한, 본 발명의 다른 일 실시 예에서, 종래의 GPS / IMU 통합 항법과 RF 거리 기반 측위, 무인 비행체(100)에 설치된 레이저 고도 센서의 결합을 통한 정밀 위치 추정 방법을 포함할 수 있다.Further, in another embodiment of the present invention, it is possible to include a precise position estimation method by combining a conventional GPS / IMU integrated navigation, an RF distance-based positioning, and a laser altitude sensor installed in the UAV 100.

구체적으로, RF 거리 기반 측위, 레이저 고도 센서의 결합으로 얻어지는 위치 정보와 종래의 GPS / IMU 통합 항법의 위치 정보를 Kalman filter, H_infinity filter 등의 융합 방법 등을 이용하여 보다 정밀한 위치를 추정할 수 있다.Specifically, the position information obtained by combining the RF distance-based positioning and the laser altitude sensor and the position information of the conventional GPS / IMU integrated navigation method can be estimated more precisely by using a fusion method such as Kalman filter or H_infinity filter .

도 2는 무인 비행체와 앵커노드의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.2 is a conceptual diagram for explaining the relationship between an unmanned aerial vehicle and an anchor node.

본 발명은 일 실시예에서, RF(Radio Frequency)를 이용하여 RF 모바일(Mobile) 노드인 수신 및 위치추정기(110)를 탑재하고 있는 무인 비행체(100)와 위치를 알고 있는 앵커 노드와의 거리를 측정에 기반하여 다중 무인 비행체(100)의 위치를 측정할 수 있다.In an embodiment of the present invention, a distance between an unmanned air vehicle 100 and an anchor node 100, which is an RF mobile node using a receiver and a position estimator 110, The position of the multiple unmanned aerial vehicle 100 can be measured based on the measurement.

도 2를 참조하여 무인 비행체(100)의 측위 방법을 설명한다.A positioning method of the UAV 100 will be described with reference to FIG.

본 발명의 일 실시 예에서, 무인 비행체(100)의 비행범위의 경계에 앵커 노드(210, 220, 230, 240, 250, 260)들을 RF 통신 범위를 고려하여 배치할 수 있다. 다만, 비행범위의 경계의 배치된 앵커 노드들만으로 비행범위를 커버하지 못 할 경우 경계가 아닌 곳에도 비행범위 전체를 커버할 수 있도록 앵커 노드를 추가적으로 배치할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the anchor nodes 210, 220, 230, 240, 250 and 260 may be arranged in the boundary of the flying range of the UAV 100 in consideration of the RF communication range. However, anchor nodes can be additionally arranged to cover the entire flight range, if the anchor nodes of the boundary of the flight range can not cover the flight range only.

구체적으로, 위치 제어기(120)는 비행범위의 경계에 배치된 3개의 앵커 노드의 통신범위 안에 무인 비행체(100)가 위치할 경우, 3개의 앵커 노드와의 거리를 이용하여 무인 비행체(100)를 측위할 수 있다.Specifically, when the unmanned air vehicle 100 is located within the communication range of the three anchor nodes disposed at the boundary of the flight range, the position controller 120 calculates the distance between the anchor vehicle 100 and the three anchor nodes, Can be positioned.

물리적으로, 위치 제어기(120)가 3차원 공간에서의 측위를 위하여 최소 4개의 앵커 노드와 무인 비행체(100)와의 거리가 필요하다. 따라서, 3개의 앵커 노드와 모바일 노드와의 거리들만으로 측위를 하게 된다면 2개의 해(측위의 결과)를 가지게 되므로 측위 할 수 없다.Physically, the position controller 120 needs a distance between the at least four anchor nodes and the unmanned air vehicle 100 for positioning in the three-dimensional space. Therefore, if positioning is performed only by the distances between the three anchor nodes and the mobile node, it can not be positioned because it has two solutions (the result of positioning).

하지만, 본 발명의 일 실시 예에서, 위치 제어기(120)는 3개의 앵커 노드와의 거리를 이용하여 무인 비행체(100)를 측위할 수 있다. 구체적으로, 3개의 앵커 노드로부터 측위 시 발생하는 2개의 해 중 하나는 비행가능 범위를 벗어나게 되므로 위치 제어기(120)는 비행가능 범위를 벗어난 해를 제거하여 유일한 해를 얻을 수 있게 된다. 따라서, 무인 비행체(100) 측위가 가능할 수 있다.However, in an embodiment of the present invention, the position controller 120 can position the UAV 100 using the distance from the three anchor nodes. Specifically, since one of the two solutions occurring at the time of positioning from the three anchor nodes is out of the flightable range, the position controller 120 can obtain a unique solution by eliminating the solution out of the flightable range. Therefore, the positioning of the unmanned air vehicle 100 can be possible.

본 발명의 일 실시예에 따른 이러한 측위 방식은 4개의 앵커 노드들로부터 측위를 할 때보다 RF 통신비용과 측위를 위한 연산비용이 줄일 수 있는 장점이 있다.This positioning method according to an embodiment of the present invention is advantageous in that the RF communication cost and the calculation cost for positioning can be reduced as compared with positioning from four anchor nodes.

다만, 필요에 따라서, 위치 제어기(120)는 4개 이상의 앵커 노드와의 거리를 이용하여 무인 비행체(100)를 측위할 수 있다.However, if necessary, the position controller 120 can position the UAV 100 using the distance to four or more anchor nodes.

본 발명의 일 실시 예에서, 무인 비행체(100)는 위치 제어기(120) 및 속도 제어기(130)를 이용하여 무인 비행체(100)의 이동 궤적을 제어할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the UAV 100 may control the movement trajectory of the UAV 100 using the position controller 120 and the speed controller 130.

RF 기반의 거리 측정은 통신 방식의 따라서 각 연결에 대해서 모바일 노드 혹은 앵커 노드 하나만 거리 정보를 얻을 수 있는 단방향 거리 측정과 모바일 노드와 앵커 노드 동시에 거리 정보를 얻을 수 있는 양방향 거리 측정이 가능한다.RF-based distance measurement can be used for unidirectional distance measurement, where only one mobile node or anchor node can obtain distance information, and bidirectional distance measurement, at which mobile node and anchor node can simultaneously obtain distance information for each connection of communication method.

본 발명은 위의 단방향 거리 측정과 양방향 거리 측정 기반의 무인 비행체(100)의 궤적 설계 및 위치 제어 방법을 포함한다.The present invention includes a method of locating and controlling the position of the UAV 100 based on the unidirectional distance measurement and the bidirectional distance measurement.

다시 도 1을 참조한다.Referring again to FIG.

도 1을 참조하여 단방향 거리 측정을 이용한 거리측정을 이용한 무인 비행체(100)의 이동 궤적을 제어를 설명한다.Referring to FIG. 1, the control of the movement trajectory of the UAV 100 using the distance measurement using the unidirectional distance measurement will be described.

본 발명의 일 실시예에서 단방향 거리 측정은 무인 비행체(100)가 수신 및 위치추정기에서 측위된 현재위치 정보를 이용하는 것을 의미한다. 구체적으로 단방향 거리측정에 기반한 것을 본 발명에서 분산적(Decentralized) 방식이라고 칭하며 분산적 방식에서의 무인 비행체(100)의 목표 궤적에 따른 위치 제어는 도 1과 같을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the unidirectional distance measurement means that the unmanned aerial vehicle 100 uses the current position information measured in the receiver and the position estimator. Specifically, the one based on the unidirectional distance measurement is referred to as a decentralized method in the present invention, and the position control according to the target trajectory of the unmanned aerial vehicle 100 in the distributed manner can be as shown in FIG.

무인 비행체(100)는 수신부(110)를 탑재하고 있고 상술한 측위방법에 따라 3개 혹은 4개 이상의 앵커노드들로 거리 정보를 얻어서 현재위치를 측위할 수 있다. 그리고 미리 저장된 목표궤적과 현재 위치 정보로부터 무인 비행체(100)의 위치 제어기(120)와 속도 제어기(130)를 통해서 무인 비행체(100)의 위치 및 속도를 제어할 수 있다.The unmanned aerial vehicle 100 is equipped with the receiving unit 110 and can acquire the distance information with three or four or more anchor nodes according to the above-described positioning method, thereby positioning the current position. The position and speed of the unmanned air vehicle 100 can be controlled through the position controller 120 and the speed controller 130 of the unmanned aerial vehicle 100 from the previously stored target trajectory and the current position information.

또한, 다중 무인 비행체 시스템에서 각각의 무인 비행체는 상술한 방식으로 저장된 목표 궤적을 따라서 자율비행 할 수 있다.Also, in the multi-manned vehicle system, each unmanned vehicle can autonomously fly along the stored target trajectory in the manner described above.

따라서 본 발명에 따르면 복수의 무인 비행체 각각이 무인 비행체 각각의 위치 제어기(120)와 속도 제어기(130)를 통해 원하는 위치로 이동할 수 있다.Therefore, according to the present invention, each of the plurality of unmanned aerial vehicles can be moved to a desired position through the position controller 120 and the speed controller 130 of each unmanned aerial vehicle.

또한, 무인 비행체(100)의 수신 및 위치추정기(110)는 앵커 노드들의 RF 수신신호강도(RSSI)들을 비교하여 RSSI가 높은 순으로 무인 비행체(100)의 수신 및 위치추정기(110)에 상응하는 앵커 노드들의 집합을 결정할 수 있다. 따라서, 신호의 세기가 강한 앵커 노드들로부터 거리 정보를 측정하므로 상대적으로 신호의 세기가 약한 앵커 노드들로부터의 거리 정보보다 오차가 적다는 장점을 지닌다.The receiver and position estimator 110 of the UAV 100 compares the RF received signal strengths (RSSIs) of the anchor nodes to determine the RSSI of the anchor nodes, Anchor nodes can be determined. Therefore, since the distance information is measured from the anchor nodes having strong signal strength, there is an advantage that the error is less than the distance information from the anchor nodes having relatively weak signal strength.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 양방향 거리 측정 기반의 중앙집권 방식의 무인 비행체의 제어를 설명하기 위한 블록도 이다.3 is a block diagram illustrating control of a centralized, unmanned aerial vehicle based on bidirectional distance measurement according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명과 관련된 양방향 거리 측정 기반의 중앙집권 방식의 무인 비행체의 제어를 설명하기 위한 블록도이다.FIG. 4 is a block diagram for explaining a control of a centralized, unmanned aerial vehicle based on a bidirectional distance measurement related to the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하여, 양방향 거리 측정 기반의 중앙집권 방식의 무인 비행체(100)의 궤적 제어 방법을 설명한다.Referring to FIG. 3 and FIG. 4, a method of controlling the trajectory of the UAV 100 based on the bi-directional distance measurement will be described.

RF 기반의 거리 측정 방법은 앵커 노드와 수신 및 위치추정기 모두에서 양방향으로 거리 정보를 얻을 수 있다. 본 발명은 양방향 거리 측정 기반 무인 비행체(100)의 궤적 설계 및 위치 제어를 포함한다. 이것은 본 발명에서 중앙집권(Centralized) 방식이라고 칭하며 이것의 모식도는 도 3 및 도4와 같다.The RF-based distance measurement method can obtain distance information in both directions from both the anchor node and the receiver and the position estimator. The present invention includes locus design and position control of the bidirectional distance measurement based unmanned aerial vehicle (100). This is referred to as a centralized method in the present invention, and a schematic diagram thereof is shown in FIG. 3 and FIG.

지상 통제소(Ground Control Station: GCS, 300)는 앵커 노드들로부터 앵커 노드들과 복수의 무인 비행체(100) 각각의 모든 거리 정보를 취합하여 각 무인 비행체(100)의 위치를 측위를 하고 이를 기반으로 다중 무인 비행체 시스템의 목적에 맞는 궤적을 설계한다. 그리고 설계된 무인 비행체 각각의 궤적을 무인 비행체 각각으로 전송할 수 있다.The ground control station (GCS) 300 collects all the distance information of the anchor nodes and the plurality of the unmanned air vehicles 100 from the anchor nodes, determines the positions of the unmanned air vehicles 100, We design the trajectory that is suitable for the purpose of multiple unmanned aerial vehicle system. And the trajectory of each designed unmanned aerial vehicle can be transmitted to each unmanned aerial vehicle.

마찬가지로 무인 비행체(100) 각각은 앵커 노드들과의 거리정보들로부터 실시간으로 자신의 위치를 측정할 수 있으며 GCS(300)로부터 전송된 궤적에 맞게 자율비행 할 수 있다. 또한 수신 및 위치추정기(110)가 아닌 앵커 노드들로 측위 된 무인 비행체의 현재위치정보를 직접 수신 받아서 자율비행 할 수도 있다. Similarly, each of the unmanned aerial vehicles 100 can measure its position in real time from the distance information with the anchor nodes, and can autonomously fly according to the trajectory transmitted from the GCS 300. In addition, it may receive the current location information of the unmanned aerial vehicle positioned as the anchor nodes rather than the reception and position estimator 110, and may autonomously fly.

즉 본 발명의 일 실시 예에서 무인 비행체(100)는 GCS(300)로부터 수신된 궤적에 따라서 이동 할 수 있으며, GCS(300)는 복수의 무인 비행체의 위치에 관한 정보를 수신할 수 있어, 복수의 무인 비행체가 서로 충돌하지 않고 이동 하도록 무인 비행체를 제어할 수 있다.That is, in one embodiment of the present invention, the UAV 100 can move according to the trajectory received from the GCS 300, and the GCS 300 can receive information about the positions of a plurality of unmanned aerial vehicles, The unmanned aerial vehicle can be controlled so that the unmanned aerial vehicles move without colliding with each other.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무인 비행체의 제어를 설명하기 위한 순서도 이다.5 is a flowchart illustrating a control of an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention.

무인 비행체의 제어하는 단계는 앵커노드를로부터 거리 정보를 취합하는 단계(S120), 다중 무인 비행체의 현재 위치를 측위하는 단계(S130), 무인 비행체 각각의 궤적에서 다른 무인 비행체와의 충돌 가능성을 판단하는 단계(S140), 충돌 가능한 무인 비행체의 궤적을 재설계하는 단계(S150) 및 충동 가능한 무인 비행체에 재설계된 궤적을 전송하는 단계(S160)을 포함할 수 있다.The step of controlling the unmanned aerial vehicle includes a step S120 of collecting distance information from the anchor node, a step of determining the current position of the multiple unmanned aerial vehicle (S130), the determination of the possibility of collision with another unmanned aerial vehicle A step S140 of redesigning the trajectory of the collision-capable unmanned aerial vehicle, and a step S160 of transmitting the redesigned trajectory to the impulse-capable unmanned aerial vehicle.

앵커노드를로부터 거리 정보를 취합하는 단계(S120) 및 다중 무인 비행체의 현재 위치를 측위하는 단계(S130)에서 GCS(300)는 무인 비행체과 앵커노드들 간의 거리 정보들을 취합하여 다중 무인 비행체들의 현재 위치를 측위 할 수 있다. GCS(300)가 무인 비행체 각각의 위치를 측위하는 방법은 상술한 방법과 같을 수 있다.In step S120 of collecting the distance information from the anchor node and in step S130 of determining the current position of the multiple unmanned aerial vehicle, the GCS 300 collects the distance information between the unmanned aerial vehicle and the anchor nodes, . The method in which the GCS 300 locates the position of each unmanned air vehicle may be the same as the method described above.

무인 비행체 각각의 궤적에서 다른 무인 비행체와의 충돌 가능성을 판단하는 단계(S140)에서 GCS(300)는 무인 비행체 각각의 궤적에 대한 정보를 이용하여 무인 비행체 각각의 충돌 여부를 판단할 수 있다.In step S140 of determining the possibility of collision with another unmanned aerial vehicle in the trajectory of each unmanned aerial vehicle, the GCS 300 can determine whether each unmanned air vehicle collides with the unmanned aerial vehicle using information on the trajectory of each unmanned aerial vehicle.

충돌 가능한 무인 비행체의 궤적을 재설계하는 단계(S150) 및 충동 가능한 무인 비행체에 재설계된 궤적을 전송하는 단계(S160)에서 GCS(300)는 복수의 무인 비행체의 궤적으로 재설계하고 재설계된 궤적을 무인 비행체 각각으로 전송할 수 있다.In the step of redesigning the trajectory of the collision-capable unmanned aerial vehicle (S150) and the step of transmitting the redesigned trajectory to the impulseable unmanned aerial vehicle (S160), the GCS 300 redesigns the trajectory of a plurality of unmanned aerial vehicles, It can be transmitted to each unmanned aerial vehicle.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 복수의 무인 비행체가 존재하여도 GCS(300)가 무인 비행체 각각의 궤적을 결정하여 무인 비행체가 서로 충돌하는 것을 방지하는 효과가 있다.Therefore, according to the embodiment of the present invention, even if there are a plurality of unmanned aerial vehicles, the GCS 300 determines trajectories of the unmanned aerial vehicles, thereby preventing the unmanned aerial vehicles from colliding with each other.

즉, GCS(300)를 가지는 중앙집권(Centralized) 방식의 측위에서, GCS(300)는 RSSI를 지표로 앵커 노드의 집합을 결정짓는 방법 말고도 GCS(300)가 설계한 궤적을 바탕으로 실시간으로 무인 비행체 각각의 고려하여 앵커 노드의 집합을 결정할 수 있으며, 이를 바탕으로 무인 비행기 각각의 위치를 결정하고, 궤도를 설정하여 충돌을 방지할 수 있다.In other words, in the case of the centralized positioning with the GCS 300, the GCS 300 not only determines the set of anchor nodes by using the RSSI as an index, It is possible to determine the set of anchor nodes by considering each of the flying objects, and based on this, it is possible to determine the position of each of the unmanned airplanes and to prevent the collision by setting the orbit.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, LED, 스피커 등의 시각적, 청각적 효과를 줄 수 있는 장비를 탑재한 다중 무인 비행체 공연 플랫폼에 GCS(300)를 가지는 중앙집권(Centralized) 방식의 측위를 적용하여 다중 무인 비행체 공연을 수행할 수 있는 장점이 있다.Accordingly, according to an embodiment of the present invention, a centralized positioning system having a GCS 300 in a multiple unmanned aerial vehicle performance platform equipped with equipment capable of providing visual and auditory effects of an LED, a speaker, It is advantageous to perform multi-flight unmanned aerial vehicle performance.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The present invention described above can be embodied as computer-readable codes on a medium on which a program is recorded. The computer readable medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the computer readable medium include a hard disk drive (HDD), a solid state disk (SSD), a silicon disk drive (SDD), a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, . Accordingly, the above description should not be construed in a limiting sense in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.

100: 무인 비행체
110: 수신부
120: 위치 제어기
130: 속도 제어기
100: unmanned vehicle
110:
120: Position controller
130: Speed controller

Claims (10)

복수의 프로펠러를 포함하는 구동부,
RF 신호를 방출하는 복수의 앵커 노드로부터 거리 정보를 수신하고 현재 위치 측위하는 수신 및 위치추정기,
상기 앵커 노드의 위치, 목표 위치 및 궤적 중 적어도 하나를 저장하는 저장소,
수신된 정보를 기반으로 위치를 결정하는 위치 제어기,
미리 결정된 상기 목표 위치 및 상기 궤적을 기반으로 상기 구동부를 제어하여 속도를 제어하는 속도 제어기를 포함하고,
상기 위치 제어기는 3개의 앵커노드와 RF 신호를 이용하여 3개의 앵커노드 각각에 대한 거리를 결정하고, 결정된 3개 앵커 노드와의 거리에 삼변측량 방법을 적용하여 무인 비행체가 위치할 수 있는 2개의 위치를 예측하고, 상기 2개의 예측 위치 중 무인 비행체의 비행가능 범위를 벗어난 위치를 제거하여 상기 위치를 결정하는 무인 비행체.
A driving unit including a plurality of propellers,
A receiver and position estimator for receiving distance information from a plurality of anchor nodes emitting RF signals and for presently positioning the same,
A storage for storing at least one of the position, the target position and the locus of the anchor node;
A position controller for determining a position based on the received information,
And a speed controller for controlling the speed by controlling the driving unit on the basis of the predetermined target position and the locus,
The position controller determines the distance to each of the three anchor nodes using the three anchor nodes and the RF signal, and applies a trilateration method to the determined distances to the three anchor nodes to determine two positions And determines a position of the unmanned aerial vehicle by eliminating a position out of the available range of the unmanned aerial vehicle among the two predicted positions.
삭제delete 제1 항에 있어서,
지상 통제소(Ground Control Station: GCS)로부터 상기 앵커 노드의 위치, 상기 목표 위치 및 상기 궤적에 관한 정보를 수신하여 상기 저장소에 저장하고,
상기 위치 제어기는 상기 지상 통제소에서 수신된 정보를 이용하여 목표 위치를 결정하며 위치를 제어하고,
상기 속도 제어기는 상기 지상 통제소에서 수신된 정보를 이용하여 상기 구동부를 제어하는 무인 비행체.
The method according to claim 1,
Receiving information on the position of the anchor node, the target position, and the locus from a Ground Control Station (GCS) and storing the received information in the storage,
The position controller determines the target position and controls the position using the information received from the ground control center,
Wherein the speed controller controls the driving unit using information received from the ground control station.
제1 항에 있어서,
상기 수신 및 위치추정기는 앵커 노드 각각의 RF 수신신호강도들을 비교하여 RSSI가 높은 순으로 위치를 결정하기 위한 앵커 노드를 결정하는 무인 비행체.
The method according to claim 1,
Wherein the receiver and the position estimator determine an anchor node for determining a position in descending order of RSSI by comparing RF received signal strengths of the anchor nodes.
제1 항에 있어서,
상기 수신 및 위치추정기는 상기 앵커 노드로부터 상기 무인 비행체의 측위된 현재위치 정보를 직접 수신하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체.
The method according to claim 1,
Wherein the receiver and the position estimator directly receive the current position information of the unmanned aerial vehicle from the anchor node.
삭제delete RF 신호를 방출하는 복수의 앵커 노드,
복수의 프로펠러를 포함하고 상기 프로펠러를 제어하는 속도 제어부를 포함하는 복수의 무인 비행체,
상기 복수의 앵커 노드 및 상기 복수의 무인 비행체를 제어하는 지상 통제소를 포함하고,
상기 지상 통제소는 복수의 상기 앵커 노드 각각과 상기 무인 비행체 각각의 거리를 기반으로 측위방법을 이용하여 상기 무인 비행체 각각의 위치를 결정하고,
상기 지상 통제소는 3개의 앵커노드와 RF 신호를 이용하여 3개의 앵커노드 각각에 대한 거리를 결정하고, 결정된 3개 앵커 노드와의 거리에 삼변측량 방법을 적용하여 무인 비행체가 위치할 수 있는 2개의 위치를 예측하고, 상기 2개의 예측 위치 중 무인 비행체의 비행가능 범위를 벗어난 위치를 제거하여 상기 무인 비행체 각각의 위치를 결정하는 RF 기반 다중 무인 비행체의 측위 및 궤적 제어 시스템.
A plurality of anchor nodes emitting RF signals,
A plurality of unmanned aerial vehicles including a plurality of propellers and a speed control unit for controlling the propeller,
And a ground control station for controlling the plurality of anchor nodes and the plurality of unmanned aerial vehicles,
The ground control station determines the position of each of the unmanned aerial vehicles using the positioning method based on the distance between each of the plurality of anchor nodes and each of the unmanned aerial vehicles,
The ground control station determines the distance to each of the three anchor nodes by using three anchor nodes and RF signals and applies trilateration method to the distance between the three anchor nodes to determine two And determining a position of each of the unmanned aerial vehicles by removing positions out of the allowable range of the unmanned aerial vehicle among the two predicted positions based on the position and the trajectory of the unmanned aerial vehicle.
삭제delete 제7 항에 있어서,
상기 지상 통제소는 상기 지상 통제소가 무인 비행체간의 충돌을 고려하여 설계한 궤적을 바탕으로 실시간으로 상기 무인 비행체 각각의 위치를 고려하여 위치를 결정하기 위한 앵커 노드를 결정하는 RF 기반 다중 무인 비행체의 측위 및 궤적 제어 시스템.
8. The method of claim 7,
The above-mentioned ground control station determines the anchor node for determining the position in consideration of the position of each of the unmanned aerial vehicles on the basis of the trajectory designed by considering the collision between the unmanned aerial vehicle and the ground control station. Trajectory control system.
삭제delete
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