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KR20090014612A - Tracking antenna system for uav and method for controlling the same - Google Patents

Tracking antenna system for uav and method for controlling the same Download PDF

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KR20090014612A
KR20090014612A KR1020070078684A KR20070078684A KR20090014612A KR 20090014612 A KR20090014612 A KR 20090014612A KR 1020070078684 A KR1020070078684 A KR 1020070078684A KR 20070078684 A KR20070078684 A KR 20070078684A KR 20090014612 A KR20090014612 A KR 20090014612A
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driving
image
gps
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노민식
김종훈
이대우
조겸래
백조하
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

A tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle and a controlling method thereof are provided to improve tracking performance of the tracking antenna by using an image sensor and estimating location of a target on a screen within a tracked range through GPS(Global Positioning System). A GPS processing module(22) receives GPS information related to a mover(20) and an antenna(21) and outputs information required for calculation of a directivity angle of the antenna. A PCU(Pedestal Control Unit)(23) calculates a directivity angle by using an image from an image sensor installed at the antenna and a GPS coordinate information relates to the mover and the antenna from the GPS processing module, and produces an antenna driving instruction. An antenna driving unit drives the antenna in accordance with the driving instruction from the PCU.

Description

무인 항공기용 추적 안테나 시스템 및 그의 제어 방법{Tracking Antenna System for UAV and Method for controlling the same}Tracking antenna system for unmanned aerial vehicle and its control method {Tracking Antenna System for radio and method for controlling the same}

본 발명은 추적 안테나 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 GPS(Global Positioning System)를 통하여 추적된 범위 내에서, 영상 센서를 이용하여 화면에 들어온 목표물의 위치를 추정하는 것에 의해 안테나의 추적 성능을 높일 수 있도록 한 무인 항공기용 추적 안테나 시스템 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a tracking antenna system. Specifically, within a range tracked through a GPS (Global Positioning System), the tracking performance of the antenna can be improved by estimating the position of a target that has entered a screen using an image sensor. A tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle and a control method thereof.

무인 항공기 시스템에 대한 진일보된 기술의 지속적인 요구와 더불어 무인 항공기 시스템의 통신체계에 대한 관심 또한 증대되고 있다.In addition to the continuing demand for advanced technologies for unmanned aerial vehicle systems, the interest in communication systems of unmanned aerial vehicle systems is also increasing.

이에 보다 안정적이고 정확한 임무 데이터를 확보하기 위한 통신체계시스템에 대한 관심은 통신체계에서 중추적인 역할을 맡고 있는 안테나에 대한 관심으로 옮겨가고 있다. 또한 안정적인 데이터 수집을 위한 추적 안테나의 필요성이 증대되고 있으며, 그에 따른 고성능의 추적 안테나를 요구하게 되었다.Accordingly, the interest in communication system systems to secure more stable and accurate mission data has shifted to the interest in antennas, which play a pivotal role in communication systems. In addition, the need for a tracking antenna for stable data collection is increasing, and accordingly, a high performance tracking antenna is required.

특히 원거리 안테나의 경우 지향성 안테나의 방향의 변화가 크지 않지만 근거리로 바뀌면 안테나의 지향방향의 변화가 커지게 된다. 즉 근거리 추적 안테나는 기존의 특성과 확연히 구분되기 때문에 그에 맞는 안테나 시스템의 구성이 요구된 다.In particular, in the case of a far-field antenna, the direction of the directional antenna is not large, but when the distance is changed to a short distance, the direction of the antenna is increased. That is, since the near field tracking antenna is clearly distinguished from the existing characteristics, the configuration of the antenna system is required.

이하에서 무인 항공기 시스템 및 추적 안테나 시스템 그리고 무인 항공기 추적 안테나에 관하여 설명한다.Hereinafter, an unmanned aerial vehicle system, a tracking antenna system, and an unmanned aerial vehicle tracking antenna will be described.

무인 항공기 시스템은 크게 무인 항공기 기체, GCS(Ground Control System), 통신 체계로 구분할 수 있다. 이 중에서도 통신 체계는 데이터 수집과 직결된다. The unmanned aerial vehicle system can be roughly classified into an unmanned aerial vehicle, a ground control system (GCS), and a communication system. Among them, the communication system is directly related to data collection.

데이터 수집은 안테나를 중심으로 하고 있으며, 안테나의 성능은 곧 임무 수행을 결정짓게 된다. 무인 항공기의 임무장비가 늘어남에 따라 정보 획득량 또한 증가하므로 데이터 수집은 무엇보다 우선시 되어야 한다.Data collection is centered around the antenna, and its performance will soon determine its mission. As the mission equipment of the drone increases, so does the amount of information gained.

그리고 이동 무선 통신은 항공기나 선박 자동차와 같이 움직이고 있는 이동체와 정보를 주고받는 무선 통신을 뜻하는 것으로, 이전의 고정좌표에서의 양방향 통신과는 달리 이동체 움직임에 대한 안테나 위치 안정화 장치, 이동체간 신호 적합 추적, 이동체에 적합한 조건, 전파 전달의 조건, 통신시스템에 요구되는 조건, 환경조건 등, 서로 관련되는 사항을 총체적으로 고려하여 설계된다.In addition, mobile wireless communication refers to wireless communication for transmitting and receiving information to and from a moving vehicle such as an aircraft or a ship vehicle. Unlike the two-way communication in the fixed coordinates, the antenna position stabilization device for the movement of the mobile device and the signal fit between the mobile devices are suitable. It is designed by considering all related matters such as tracking, conditions suitable for moving objects, conditions of radio wave transmission, conditions required for communication system, and environmental conditions.

미국, 일본, 유럽 등의 선진 각국 연구소는 1980년부터 위성 이동통신, 디지털 위성방송 서비스, 위성 통신 및 기타 위성 이동 서비스 분야의 핵심요소 기술로서 능동 안테나 시스템 개발에 집중 투자하여 기술을 선점하고자 하고 있다.Since 1980, research institutes in advanced countries such as the US, Japan, and Europe have been investing in the development of active antenna systems as the core technology in satellite mobile communication, digital satellite broadcasting service, satellite communication and other satellite mobile services. .

이들 연구에서 상용화를 위한 연구의 경우, 정지위성 수신전용 서비스를 위한 상용화 시스템 또는 실험용 이동체 위성 통신 서비스의 능동 안테나 개발이 일반적이며, 특히 경제성 및 시장성을 고려하는 경우 위성방송 수신용 능동 안테나 기술이 연구되고 있다.In the research for commercialization in these studies, the development of an active antenna for a commercial satellite system or a mobile satellite communication service for a stationary satellite reception-only service is common, and in particular, in consideration of economics and marketability, an active antenna technology for satellite broadcasting reception is studied. It is becoming.

그리고 무인 항공기 시스템의 영역은 광범위 해지고 전문화 되어가고 있는데, 이러한 무인 항공기 시스템에서 무엇보다 중요한 사항은 정보 획득이다. 무인 항공기의 목표가 주로 정찰 및 감시이므로 그에 따른 데이터를 지상관제 시스템으로 전송해야 한다. 그러한 통신체계의 핵심은 정보를 전달받는 안테나에 달려 있다고 할 수 있기 때문에 안테나의 성능이 정보 획득과 직접적인 관계를 가진다고 할 수 있다.And the area of unmanned aerial vehicle systems is becoming widespread and specialized, and the most important aspect of such unmanned aerial vehicle systems is information acquisition. Since drones primarily aim for reconnaissance and surveillance, data must be transferred to ground control systems. Since the core of such a communication system depends on the antenna receiving the information, the performance of the antenna is directly related to the information acquisition.

그러나 근거리에서 운용되는 무인 항공기 시스템에서는 무지향성 안테나, 또는 신호강도(AGC)를 이용하는 지향성 추적 안테나를 사용하는데, 무지향성 안테나의 경우 신호가 약하게 들어오고, 신호강도를 이용한 추적 안테나의 경우는 근거리 비행에서 좋은 추적 성능을 가지지 못한다. However, in unmanned aerial vehicle systems operating at close range, omni-directional antennas or directional tracking antennas using signal strength (AGC) are used. In the case of non-directional antennas, signals are weakly received, and in the case of tracking antennas using signal strength, short-range flight is performed. Does not have good tracking performance.

그리고 실제 사용되는 안테나의 대부분이 위성방송을 위한 인공위성 추적 안테나인데, 이와 같은 원거리 안테나인 인공위성 추적 안테나는 적은 움직임으로 인공위성을 지향할 수 있으며, 지향하기 위한 구동 속도 또한 빠르지 않다. 그렇기 때문에 인공 위성 추적 안테나는 인공위성으로부터 나오는 전파수신강도를 이용하여 안테나를 지향한다.In addition, most of the antennas actually used are satellite tracking antennas for satellite broadcasting. The satellite tracking antennas, such as long-range antennas, can direct satellites with little movement, and the driving speed for directing them is not fast. Therefore, satellite tracking antennas aim at the antennas using the radio wave strength from satellites.

그러나 이러한 추적 안테나는 추적 환경 조건이 다른 무인 항공기용으로 사용되기에는 무리가 있다.However, such tracking antennas cannot be used for unmanned aerial vehicles with different tracking environmental conditions.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 GPS를 이용한 이동체의 안테나 추적 방식이 사용되고 있다.Therefore, in order to solve this problem, an antenna tracking method of a moving object using GPS has been used.

이와 같이 GPS를 이용하는 경우에는 다른 환경적 요소에 의한 오류를 최소화 시킬 수 있으며, 안테나와 이동체 사이의 정확한 좌표를 알고 있다면 안테나의 지향의 정밀성을 높일 수 있었다.In the case of using GPS as described above, errors due to other environmental factors can be minimized. If the exact coordinates between the antenna and the moving object are known, the accuracy of the antenna orientation can be improved.

하지만 GPS를 이용하는 방법은 고도에 대한 오차 값과 제한적인 GPS의 자료 갱신 속도의 문제점을 가진다.However, the method using GPS has problems of altitude error and limited GPS data update rate.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 위치 정보를 이용한 추적 안테나를 무인 항공기용으로 사용하기 어려운 문제를 해결하기 위한 것으로, GPS를 통하여 추적된 범위내에서, 영상 센서를 이용하여 화면에 들어온 목표물의 위치를 추정하는 것에 의해 안테나의 추적 성능을 높일 수 있도록 한 무인 항공기용 추적 안테나 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problem that it is difficult to use the tracking antenna using the position information of the prior art for the unmanned aerial vehicle, within the range tracked through the GPS, using the image sensor to position the target on the screen An object of the present invention is to provide a tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle and a control method thereof, which can increase tracking performance of the antenna by estimating.

본 발명은 GPS를 이용한 방식으로 무지향성 안테나와 종래 기술의 지향성 추적 안테나의 문제를 해결하고, GPS가 갖는 고도에 대한 오차 값과 제한적인 GPS의 자료 갱신 속도의 문제점을 영상 센서를 사용하여 영상처리와 칼만 필터를 이용하여 해결하여 안테나의 추적 성능을 높일 수 있도록 한 무인 항공기용 추적 안테나 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention solves the problems of the omnidirectional antenna and the directional tracking antenna of the prior art by using the GPS method, and image processing using the image sensor to solve the problem of the error value of the altitude of GPS and the limited data update rate of GPS It is an object of the present invention to provide a tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle and a method of controlling the same, which are solved by using a Kalman filter.

본 발명은 GPS와 영상센서를 이용한 데이타 링크(Data Link) 추적 안테나 시스템을 개발하여 종래 기술의 추적 안테나가 가지는 문제를 해결하는 동시에 저가의 GPS 장비를 사용하고, 영상센서를 이용하여 고성능의 추적 안테나를 설계/제작 할 수 있도록 한 무인 항공기용 추적 안테나 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention solves the problems of the conventional tracking antenna by developing a data link tracking antenna system using a GPS and an image sensor, and uses a low-cost GPS device and a high performance tracking antenna using an image sensor. The present invention aims to provide a tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle and a method of controlling the same.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인 항공기용 추적 안테나 시스템은 무인 항공기 추적 안테나 시스템에 있어서,이동체와 안테나의 GPS 정보를 전달받아 안테나의 지향각의 계산에 필요한 정보를 전달하는 GPS 처리 모듈(GPS Process Module);안테나에 설치되는 영상 센서로부터의 영상 및 상기 GPS 처리 모듈로부터 받은 이동체와 안테나의 GPS 좌표를 이용하여 지향각을 계산하여 안테나 구동 명령을 만들어내는 PCU(Pedestal control Unit);PCU로부터 받은 구동 명령에 의해 안테나를 구동시키는 안테나 구동부;를 포함하고,GPS를 통하여 추적된 범위 내에서 영상 센서를 이용하여 화면에 들어온 목표물의 위치를 칼만 필터를 이용하여 산출하여 목표물을 추적하는 것을 특징으로 한다.In the unmanned aerial tracking antenna system according to the present invention for achieving the above object, in the unmanned aerial tracking antenna system, the GPS processing module for receiving the GPS information of the moving body and the antenna to transfer the information required for the calculation of the orientation angle of the antenna (GPS Process Module); Pedestal control unit (PCU) for generating an antenna driving command by calculating the direction angle using the image from the image sensor installed in the antenna and the GPS coordinates of the moving object and the antenna received from the GPS processing module; And an antenna driver for driving the antenna by a driving command received from the target device, and using the Kalman filter to calculate the position of the target on the screen using the image sensor within the range tracked through the GPS. It is done.

다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인 항공기용 추적 안테나 시스템은 무인 항공기 추적 안테나 시스템에 있어서,이동체와 안테나의 GPS 정보를 전달받아 안테나의 지향각의 계산에 필요한 정보를 전달하는 GPS 처리 모듈(GPS Process Module);안테나에 설치되는 영상 센서로부터의 영상 및 상기 GPS 처리 모듈로부터 받은 이동체와 안테나의 GPS 좌표를 이용하여 지향각을 계산하여 안테나 구동 명령을 만들어내는 PCU(Pedestal control Unit);입력되는 구동 명령값과 피드백되는 구동각 값을 연산하는 덧셈기를 거쳐 입력되는 신호에 의해 안테나 구동 모터의 제어를 위한 PID 제어기와, PID 제어기의 제어에 의해 안테나를 구동하는 스텝 모터와, 스텝 모터의 구동에 의해 구동 각도가 제어되는 추적 안테나와, 피드백되는 구동 각도 출력값의 회전 스텝을 측정하는 스텝 카운트부와, 스텝 카운트부의 출력을 받아 안테나 구동각을 측정하여 구동각 값을 출력하는 구동각 측정부를 포함하고, PCU로부터 받은 구동 명령에 의해 안테나를 구동시키는 안테나 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the unmanned aerial tracking antenna system according to the present invention for achieving another object, the GPS processing module for receiving the GPS information of the moving body and the antenna receives the GPS processing module for transmitting the information necessary for calculating the orientation angle of the antenna ( GPS Process Module); PCU (Pedestal control unit) for generating an antenna drive command by calculating the direction angle using the image from the image sensor installed in the antenna and the GPS coordinates of the moving object and the antenna received from the GPS processing module; PID controller for controlling the antenna drive motor by a signal input through an adder for calculating a drive command value and a drive angle value fed back, a stepper motor for driving the antenna under control of the PID controller, and a stepper motor for driving the stepper motor. Measures the rotation step of the tracking antenna whose drive angle is controlled and the drive angle output value fed back It includes a step count unit, a drive angle measuring unit for receiving the output of the step count unit to measure the antenna drive angle and outputs a drive angle value, the antenna driver for driving the antenna by a drive command received from the PCU; It is done.

다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인 항공기용 추적 안테나 시스템은 무인 항공기 추적 안테나 시스템에 있어서,이동체와 안테나의 GPS 정보를 전달받아 안테나의 지향각의 계산에 필요한 정보를 전달하는 GPS 처리 모듈(GPS Process Module);안테나에 설치되는 영상 센서로부터의 영상 및 상기 GPS 처리 모듈로부터 받은 이동체와 안테나의 GPS 좌표를 이용하여 지향각을 계산하여 안테나 구동 명령을 만들어내는 PCU(Pedestal control Unit);입력되는 구동 명령값과 피드백되는 구동각 값을 연산하는 덧셈기를 거쳐 입력되는 신호에 의해 안테나 구동 모터의 제어를 위한 PID 제어기와, PID 제어기의 제어에 의해 안테나를 구동하는 DC 모터와,DC 모터의 구동에 의해 구동 각도가 제어되는 추적 안테나와,전체 영상으로부터 광류를 계산하는 광류 측정부와,광류 측정부의 출력을 받아 안테나 구동각을 측정하여 구동각 값을 출력하는 구동각 측정부를 포함하고, PCU로부터 받은 구동 명령에 의해 안테나를 구동시키는 안테나 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the unmanned aerial tracking antenna system according to the present invention for achieving another object, the GPS processing module for receiving the GPS information of the moving body and the antenna receives the GPS processing module for transmitting the information necessary for calculating the orientation angle of the antenna ( GPS Process Module); PCU (Pedestal control unit) for generating an antenna drive command by calculating the direction angle using the image from the image sensor installed in the antenna and the GPS coordinates of the moving object and the antenna received from the GPS processing module; PID controller for controlling the antenna drive motor by a signal input through an adder for calculating a drive command value and a drive angle value fed back, a DC motor for driving the antenna under control of the PID controller, and a drive for the DC motor. A tracking antenna whose driving angle is controlled by the driving antenna, an optical flow measuring unit for calculating the optical flow from the entire image, and an optical flow To receive the output of the state measuring the antenna driving each comprising a drive to each measurement output of each drive value, and the antenna driving section for driving the antenna by the driving command received from the PCU; characterized in that it comprises a.

또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인 항공기용 추적 안테나 시스템의 제어 방법은 무인 항공기 추적 안테나 시스템의 제어에 있어서,GPS 위치정보를 수신하고 영상을 획득하고 GPS 신호가 수신되었는지를 판단하는 단계;GPS 신호의 수신 여부에 따라 획득된 영상내에 관심 영역을 설정하는 단계;획득된 영상에서 이동체 추적이 가능한지 여부를 판단하는 단계;GPS의 수신 여부 및 영상 추적 가능 여부에 따라 지향각을 계산하여 안테나 구동 명령을 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling an unmanned aerial vehicle tracking antenna system, the method comprising: receiving GPS location information, obtaining an image, and determining whether a GPS signal has been received. Setting a region of interest in an acquired image according to whether a GPS signal is received; determining whether moving object tracking is possible in the acquired image; calculating a direction angle according to whether GPS is received and whether the image can be traced Outputting a driving command;

또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무인 항공기용 추적 안테나 시스템의 제어 방법은 무인 항공기 추적 안테나 시스템의 제어에 있어서, GPS 위치정보를 수신하고 영상을 획득하고 획득된 영상에 추적 물체가 있는지를 판단하는 단계;획득된 영상에 추적 물체가 없는 경우에는 전체 화면의 광류를 측정하여 안테나 회전각을 추정하여 안테나 구동 명령을 보상하는 단계;를 포함하고,획득된 영상에 추적 물체가 있다면, GPS 신호의 수신 여부에 따라 획득된 영상내에 관심 영역을 설정하는 단계;획득된 영상에서 이동체 추적이 가능한지 여부를 판단하는 단계;GPS의 수신 여부 및 영상 추적 가능 여부에 따라 지향각을 계산하여 안테나 구동 명령을 출력하는 단계;를 수행하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a control method of a tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle, in the control of an unmanned aerial tracking antenna system, receiving GPS position information, obtaining an image, and checking whether there is a tracking object in the acquired image. Compensating an antenna driving command by measuring the optical flow of the entire screen, if there is no tracking object in the acquired image, estimating the antenna rotation angle; If there is a tracking object in the acquired image, GPS signal Setting a region of interest in the acquired image according to whether or not to receive; determining whether moving object tracking is possible in the acquired image; calculating an orientation angle according to whether GPS is received and whether the image can be tracked, and performing an antenna driving command. Outputting; characterized in that to perform.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 무인 항공기용 추적 안테나 시스템 및 그의 제어 방법은 다음과 같은 효과가 있다.The tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle and its control method according to the present invention as described above has the following effects.

첫째, GPS를 통하여 추적된 범위내에서, 영상 센서를 이용하여 화면에 들어온 목표물의 위치를 추정하는 것에 의해 안테나의 추적 성능을 높일 수 있다.First, within the range tracked through the GPS, the tracking performance of the antenna can be improved by estimating the position of the target on the screen using the image sensor.

둘째, GPS가 갖는 고도에 대한 오차 값과 제한적인 GPS의 자료 갱신 속도의 문제점을 영상 센서를 사용하여 영상처리와 칼만 필터를 이용하여 해결하여 안테나의 추적 성능을 높일 수 있다.Second, the tracking performance of the antenna can be improved by solving the problem of the error value of GPS altitude and the limited data update speed of GPS using image processing and Kalman filter using image sensor.

셋째, GPS와 영상센서를 이용한 데이타 링크(Data Link) 추적 안테나 시스템을 개발하여 이전 기술의 추적 안테나가 갖는 문제를 해결하는 동시에 저가의 GPS 장비를 사용하고, 영상센서를 이용하여 고성능의 추적 안테나를 설계/제작 할 수 있도록 하는 효과가 있다.Third, the data link tracking antenna system using GPS and image sensor is developed to solve the problems of the tracking antenna of the previous technology, using low-cost GPS equipment, and using a high-performance tracking antenna using image sensor. It has the effect of being able to design / manufacture.

이하, 본 발명에 따른 무인 항공기용 추적 안테나 시스템 및 그의 제어 방법의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the unmanned aerial tracking antenna system and its control method according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 무인 항공기용 추적 안테나 시스템 및 그의 제어 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Features and advantages of the tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle and its control method according to the present invention will become apparent from the detailed description of each embodiment below.

도 1은 본 발명에 따른 GPS와 영상 센서를 이용한 안테나 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 추적 안테나 시스템의 상세 구성도이다.1 is a configuration diagram of an antenna system using a GPS and an image sensor according to the present invention, Figure 2 is a detailed configuration diagram of a tracking antenna system according to the present invention.

본 발명에 따른 무인 항공기용 추적 안테나 시스템 및 그의 제어 방법은 GPS가 갖는 고도에 대한 오차 값과 제한적인 GPS의 자료 갱신 속도의 문제점을 영상 센서를 사용하여 영상처리와 칼만 필터를 이용하여 해결하여 안테나의 추적 성능을 높일 수 있도록 한 것이다.The tracking antenna system for the unmanned aerial vehicle and its control method according to the present invention solve the problem of the error value of the altitude of GPS and the limited data update rate of GPS by using image sensor and image processing and Kalman filter. To increase the tracking performance.

본 발명에 따른 근접 무인 항공기용 추적 안테나 시스템은 도 1에서와 같이, 첫째, 안테나 시스템에서 GPS를 이용하여 목표물과 안테나의 위치를 파악하고, 목표물을 향해 지향할 수 있도록 안테나의 구동과 설계를 하고, 두 번째로 GPS를 통하여 추적된 범위 내에서, 영상 센서를 이용하여 화면에 들어온 목표물의 위치를 칼만 필터를 이용하여 추정하고, 카메라가 정확히 구동될 수 있도록 설치/제어하게 된다.In the tracking antenna system for a near unmanned aerial vehicle according to the present invention, as shown in FIG. 1, first, by using the GPS in the antenna system to determine the position of the target and the antenna, and to drive and design the antenna to be directed toward the target Secondly, within the range tracked through GPS, the position of the target object entered on the screen using the image sensor is estimated using the Kalman filter, and installed / controlled so that the camera can be driven correctly.

선박과 같은 이동체에 설치되는 안테나 시스템은 일반적으로 ACU(Antenna Control Unit), PCU(Pedestal Control Unit), SAP(Stabilized Antenna Pedastal)의 3부분으로 구성되는데, ACU는 대상 이동체의 위치를 계산하여 SAP의 방위각(Azimuth)과 고도각(Elevation) 제어 명령을 PCU에 전달하여 SAP를 제어한다. An antenna system installed on a moving object, such as a ship, is generally composed of three parts: an antenna control unit (ACU), a pedestal control unit (PCU), and a stabilized antenna pedastal (SAP). SAP is controlled by sending azimuth and elevation control commands to the PCU.

SAP는 안테나의 방위각과 고도각을 직접 제어하여 이동체를 지향하는 기계적인 부분이고, PCU는 ACU로부터 받은 방위각과 고도각 값을 이용하여 SAP를 제어한다. The SAP is a mechanical part that directs the moving object by directly controlling the azimuth and the altitude angle of the antenna, and the PCU controls the SAP using the azimuth and altitude values received from the ACU.

본 발명에서는 ACU와 PCU를 구분하여 사용하지 않으며 안테나가 지상에 설치되므로 SAP를 필요로 하지 않는다.In the present invention, ACU and PCU are not used separately and do not require SAP because the antenna is installed on the ground.

그 구성은 도 2에서와 같이, 무인 항공기(20)와 안테나(21)의 좌표를 수신하여 처리하는 GPS 처리모듈(22)과 안테나(21)의 지향각을 계산하고 안테나 구동계를 제어하는 PCU(23) 및 모니터링을 위한 PC(24)로 구성된다.As shown in FIG. 2, the GPSU module 22 for receiving and processing the coordinates of the unmanned aerial vehicle 20 and the antenna 21 and the PCU for calculating the direction angles of the antenna 21 and controlling the antenna drive system ( 23) and a PC 24 for monitoring.

GPS에서 출력하는 위치정보는 WGS84 경위도 좌표계로서 영국의 동쪽과 서쪽으로 180° 적도에서 남북으로 90°로 나누어져 있고 도, 분(degree, minute:°, ')을 사용하여 표현된다. 그러나 지구의 구면에 의한 왜곡을 무시할 수 있을 정도의 범위에서 사용할 경우 직교좌표계로 변환하여 사용하는 것이 일반적이다.The location information output from the GPS is WGS84 longitude latitude coordinate system divided into 180 ° equator and 90 ° north-south to the east and west of England and is expressed using degree, minute: °, '. However, when used in the extent that the distortion of the earth's sphere can be ignored, it is common to convert it to a rectangular coordinate system.

도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 추적 안테나 시스템의 위치 계산에 사용된 좌표계 및 안테나의 지향각 설명을 위한 도면이다.3A and 3B are diagrams for explaining a coordinate system and an orientation angle of an antenna used for calculating a position of a tracking antenna system according to the present invention.

경위도 좌표계를 직교좌표계로 변환하기 위해서는 지구투영식을 사용하지만, 본 발명에서는 안테나 컨트롤러의 부하를 줄이기 위해 복잡한 지구의 타원체에 대한 투영식을 사용하지 않고 도 3a에서와 같이 안테나가 설치된 지점을 중심으로 동 쪽을 X, 북쪽을 Y로 놓고, 도 3b에서와 같이 안테나와 이동체 사이의 기하학적 위치관계로부터 수학식 1을 유도하여 지향각을 결정한다.In order to convert the longitude and latitude coordinate system into a Cartesian coordinate system, the earth projection type is used. However, in the present invention, in order to reduce the load of the antenna controller, the center of the antenna is installed around the point where the antenna is installed as shown in FIG. The direction angle is determined by deriving Equation 1 from the geometric positional relationship between the antenna and the moving object as shown in FIG.

Figure 112007057055711-PAT00001
Figure 112007057055711-PAT00001

안테나의 컨트롤러는 3개의 파트로 구성된다. 이동체(목표물)와 안테나의 GPS 정보를 전달받아 안테나의 지향각의 계산에 필요한 정보를 PCU로 전달하는 GPS 처리 모듈(GPS Process Module)과, GPS 처리 모듈로부터 받은 이동체와 안테나의 GPS좌표를 이용하여 지향각을 계산하고 모터 구동 명령을 만들어내는 PCU와, 그리고 PCU로부터 받은 명령으로부터 안테나의 모터를 구동시키는 모터 구동부(Motor driver) 즉, 안테나 구동부로 이루어진다.The controller of the antenna consists of three parts. The GPS process module receives the GPS information of the moving object and the antenna and transmits the information necessary for calculating the antenna's directing angle to the PCU, and the GPS coordinates of the moving object and the antenna received from the GPS processing module. The PCU calculates a direction angle and generates a motor drive command, and a motor driver, that is, an antenna driver, which drives the motor of the antenna from the command received from the PCU.

그리고 안테나 제어를 위한 모터의 제어기로 PID 제어기를 사용하고, 모터의 속도의 변화량을 제어입력으로 사용하여 모터를 구동한다.And the PID controller is used as a controller of the motor for antenna control, and the motor is driven using the change amount of the speed of the motor as a control input.

Figure 112007057055711-PAT00002
Figure 112007057055711-PAT00002

여기서, e는 오차, Ψcal은 계산된 안테나의 지향각, Ψant는 안테나의 지향각 n은 양의 정수를 나타내며 T는 샘플링 시간이다.Here, e is an error, Ψ cal is the calculated direction of the antenna, Ψ ant is the direction of the antenna, n is a positive integer, and T is the sampling time.

PID 제어기의 이득은 시스템 모델링을 구하여 해석적으로 얻을 수도 있지만 시스템의 모델링이 이루어지지 않은 경우 여러 차례의 시험을 통해 이득을 정할 수 있다.The gain of the PID controller can be obtained analytically by obtaining system modeling, but if the system is not modeled, the gain can be determined through several tests.

그리고 영상 기반 추적 안테나 시스템에 관하여 설명한다.And an image based tracking antenna system will be described.

도 3c는 영상 기반 추출을 위한 특징점 추출을 위한 영상 히스토그램이다.3C is an image histogram for extracting feature points for image-based extraction.

영상을 이용하여 물체를 추적하기 위해서는 특징점 추출이 필수적이다. 일반적으로 특징점을 찾기 위하여 관심 영역의 밝기 특징을 이용하여 영상을 이진 상태의 공간으로 변환한다. 특히 경계값을 이용하는 영상의 이진화 방법은 직관적인 속성과 구현의 단순함 때문에 영상분할 및 객체 인식에서 중심적인 위치를 점유하고 있다.Feature point extraction is essential for tracking objects using images. In general, in order to find a feature point, an image is converted into a binary space using the brightness feature of the ROI. In particular, the binarization method using boundary values occupies a central position in image segmentation and object recognition because of its intuitive properties and simplicity of implementation.

도 3c에서와 같은 영상 히스토그램은 객체와 배경의 화소들이 두 개의 지배적인 모드로 군집화된 밝기 레벨을 갖는 형태로, 어두운 배경에 밝은 객체로 구성된 영상f(x,y)에 해당하는 경우에 배경으로부터 객체를 추출하는 한 가지 분명한 방법은 이들 두 모드를 분리하는 문턱치 T를 선택하는 것이다.The image histogram as shown in FIG. 3C has a brightness level in which the pixels of the object and the background are clustered in two dominant modes, from the background when the image corresponds to an image f (x, y) composed of bright objects on a dark background. One obvious way to extract an object is to choose a threshold T that separates these two modes.

여기서, f(x,y)≥T인 모든 점 (x,y)를 객체점(Object Point)이라 하고, 그렇지 않으면 배경점(Background Point)이라 한다. 그리고 문턱치 처리된 영상 g(x,y)는 다음과 같이 정의된다.Here, all points (x, y) in which f (x, y) ≥T are referred to as object points, otherwise referred to as background points. The threshold image g (x, y) is defined as follows.

1로 레이블링된 화소들은 객체에 해당하고, 0으로 레이블링된 화소들은 배경에 해당한다. T를 상수로 정하면, 이 방법을 전역적 경계 처리 (Global Thresholding)라고 부른다.Pixels labeled 1 correspond to an object and pixels labeled 0 correspond to a background. If T is set to a constant, this method is called global thresholding.

그리고 경계값을 선정하는 한 방법은 영상 히스토그램을 시각적으로 관찰하는 것이다. 도 3c의 영상 히스토그램은 분명히 두 개의 구분되는 모드를 가지므로, 그들을 분리하는 경계값 T를 쉽게 선정할 수 있다.One way to select the threshold is to visually observe the image histogram. Since the image histogram of FIG. 3C clearly has two distinct modes, it is easy to select the boundary value T separating them.

T를 선정하는 또 다른 방법은 관찰자의 판단으로 좋은 결과를 낼 때까지 경계값을 변화시켜가는 시행 착오법에 의한 것이다. 이것은 사용자가 슬라이더와 같은 그래픽 컨트롤을 이용하여 경계값을 변화시키고 결과를 바로 볼 수 있는 대화형 환경에서 특히 효과적이다.Another way to select T is by trial and error, which changes the threshold until the observer's judgment yields good results. This is particularly effective in an interactive environment where the user can change the thresholds and see the results immediately using graphical controls such as sliders.

경계값을 자동으로 선택하기 위해서 다음과 같은 반복적인 과정을 수행하여 간단하게 구현이 가능하다.In order to select the boundary automatically, the following iterative process can be performed simply.

① T의 초기값을 추정한다.① Estimate the initial value of T.

② T로 영상을 분할한다. 그 결과는 밝기값 ≥T인 화소들로 구성된 G1과 밝기값 ≤T인 화소들로 구성된 G2의 두 그룹의 화소들로 나누어진다.② Split the image by T. The result is divided into two groups of pixels of the G 2 made up of the brightness value of the pixels ≥T G 1 and the brightness value of a pixel consisting of ≤T.

③영역 G1과 G2에 대하여 화소들의 밝기의 평균값 μ1과μ2를 계산한다.Calculate the mean values μ 1 and μ 2 of the brightness of the pixels for the regions G 1 and G 2 .

④새로운 경계값을 계산한다.④ Calculate the new boundary value.

Figure 112007057055711-PAT00004
Figure 112007057055711-PAT00004

⑤연속적인 반복에서 T의 변화가 미리 정의된 매개변수 T0보다 작을 때까지 단계 2에서 4까지 반복한다.⑤ Repeat steps 2 to 4 until the change in T is less than the predefined parameter T 0 in successive iterations.

이와 같은 방법에 의해 선택되는 경계값의 강인성을 높이기 위하여 영상을 이진화하는 방법을 적용한다.In order to increase the robustness of the boundary value selected by the above method, a method of binarizing an image is applied.

전체 영상을 이진화할 경우 연산량이 많아져 처리 속도가 느려지는 문제점이 발생한다. 실제 영상에서 추적해야할 대상인 무인 항공기의 크기는 아주 작으므로 주변의 잡음이 특징점 추출과 무인 항공기의 추적에 큰 영향을 준다.When binarizing the entire image, a large amount of calculation occurs, which causes a problem of slowing down the processing speed. Since the size of the drone, which is to be tracked in the actual image, is very small, the ambient noise has a great influence on the feature extraction and the tracking of the drone.

따라서, 본 발명에서는 무인 항공기의 예상 지점에 일정 영역만을 이진화하여 특징점을 추출한다.Therefore, in the present invention, the feature point is extracted by binarizing only a predetermined area at an expected point of the drone.

이와 같이 무인 항공기의 특징을 추출하고 이를 이용하여 영상 추적을 위해서는 영상 좌표를 얻어야 하며, 관심 영역 안에서 0이 되는 픽셀의 좌표를 합하여 평균을 내면 된다.In this way, the characteristics of the unmanned aerial vehicle are extracted and image coordinates are obtained for image tracking. The coordinates of the pixels that are zero in the ROI are summed and averaged.

Figure 112007057055711-PAT00005
Figure 112007057055711-PAT00005

이하에서 칼만 필터(Kalman Filter)를 이용한 영상 추적에 관하여 설명한다.Hereinafter, image tracking using a Kalman filter will be described.

도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 추적 안테나 시스템의 좌표계 및 영상 좌표계의 상세 설명을 위한 도면이다.4A and 4B are diagrams for explaining in detail the coordinate system and the image coordinate system of the tracking antenna system according to the present invention.

본 발명은 GPS 기반의 무인 항공기용 추적 안테나 시스템을 기본으로 하고, 무인 항공기가 근접하게 다가왔을 때와 GPS의 자료 갱신 속도에 따른 제어 주기의 문제를 해결하기 위하여 영상 센서를 사용한 것이다.The present invention is based on a tracking antenna system for a GPS-based unmanned aerial vehicle, and uses an image sensor to solve the problem of the control cycle according to the data update speed of the GPS when the unmanned aerial vehicle is approaching close.

제어 주기의 문제점에서 영상 센서는 일반적으로 30Hz의 자료 갱신 속도를 가지고 있기 때문에 영상 센서를 같이 사용했을 때 큰 이점을 가지게 된다.In the control cycle problem, the image sensor generally has a data update rate of 30 Hz, which is a great advantage when used together.

그리고 영상처리의 특성상 주변의 잡음에 의하여 정확한 추적이 어렵고 빠른 안테나 제어를 위하여 칼만 필터를 이용하여 영상 내에서 무인 항공기의 위치를 추정할 수 있다. 이를 위해서는 안테나와 무인 항공기의 좌표 정보와 더불어 영상 정보가 필요하며, 영상 정보를 얻기 위하여 카메라와 영상 획득 보드가 필요하다.In addition, due to the nature of the image processing, it is difficult to accurately track the noise due to the surrounding noise and the Kalman filter can be used to estimate the position of the drone in the image for fast antenna control. To do this, image information is required along with the coordinate information of the antenna and the drone, and a camera and an image acquisition board are required to obtain the image information.

또한 영상의 정보와 GPS 데이터 사이의 시각 동기와 연산을 위하여 관련 프로그램이 필요하며, 이를 이용하여 구동하는 안테나 시스템의 구성은 도 1에서와 같다.In addition, a related program is required for visual synchronization and calculation between image information and GPS data, and the configuration of an antenna system driven by using the same is shown in FIG. 1.

이와 같은 본 발명에 따른 추적 안테나 시스템을 이용한 무인 항공기 추적 과정을 설명한다.Such an unmanned aerial vehicle tracking process using the tracking antenna system according to the present invention will be described.

추적 안테나의 무인 항공기 추적 방법에서 먼저 GPS 기반으로 무인 항공기를 추적하고, 이때 방위각과 고도각을 이용하여 영상 내에서 무인 항공기가 존재할 위치를 추정하게 된다.In the unmanned aerial vehicle tracking method of the tracking antenna, the unmanned aerial vehicle is first tracked based on GPS, and the position of the unmanned aerial vehicle in the image is estimated using the azimuth and the altitude angle.

무인 항공기가 존재할 위치에서 특징점 추출 알고리즘을 통하여 무인 항공기의 위치를 얻게 된다.The location of the unmanned aerial vehicle is obtained through a feature extraction algorithm at the position where the unmanned aerial vehicle exists.

만약 무인 항공기의 위치가 영상 안에 있을 수 없는 좌표가 생성되게 되면 안테나는 GPS 기반으로 무인 항공기를 추적하게 된다.If the position of the drone is generated so that the coordinates cannot be in the image, the antenna tracks the drone based on GPS.

무인 항공기가 존재하는 위치에서 무인 항공기의 특징점이 추출되면 칼만 필터를 통하여 영상 좌표를 추정하고 추정값을 통하여 안테나의 방위각과 고도각의 제어값을 계산하게 된다.When the feature points of the drone are extracted from the location of the unmanned aerial vehicle, the image coordinates are estimated through the Kalman filter, and the control values of the azimuth and elevation angles of the antenna are calculated using the estimated values.

영상 내에서의 무인 항공기 추적을 위하여 좌표계 정의가 필요하며, 전체적인 시스템 좌표계는 도 4a에서와 같다.  Coordinate system definition is required for tracking an unmanned aerial vehicle in an image, and the overall system coordinate system is as shown in FIG. 4A.

여기서 첨자 i는 기준 좌표계를 뜻하며, 첨자 a는 안테나 좌표계를 뜻한다. Where the subscript i denotes the reference coordinate system and the subscript a denotes the antenna coordinate system.

추적 안테나의 구동은 안테나의 실제 거리를 이용하는 것보다 GPS의 위도, 경도, 그리고 고도를 이용하여 만들어진 각도를 이용하여 제어하는 것이 편리하다. It is more convenient to control the tracking antenna by using the latitude, longitude, and altitude of the GPS than using the actual distance of the antenna.

방위각은 Ψ로 표시하고, Ψv/a는 안테나 좌표에 관한 무인 항공기의 방위각,The azimuth is expressed as Ψ, Ψ v / a is the azimuth of the unmanned aerial vehicle with respect to the antenna coordinates,

Ψv/i는 기준 좌표계에 관한 무인 항공기의 방위각, 그리고 Ψa/i는 기준 좌표 계에 관한 추적 안테나의 방위각을 나타낸다. V / i represents the azimuth of the unmanned aerial vehicle with respect to the reference coordinate system, and Ψ a / i represents the azimuth of the tracking antenna with respect to the reference coordinate system.

또한, θ는 고도각을 뜻하며, θv/a는 안테나 좌표에 관한 무인 항공기의 고도각, θv/i는 기준 좌표계에 관한 무인 항공기의 방위각, 그리고 θa/i는 기준 좌표계에 관한 추적 안테나의 고도각을 나타낸다. 이를 이용하여 방위각과 고도각의 식은 다음과 같다.Also, θ means elevation angle, θ v / a is the altitude angle of the unmanned aerial vehicle with respect to the antenna coordinates, θ v / i is the azimuth angle of the unmanned aerial vehicle with respect to the reference coordinate system, and θ a / i is the tracking antenna relative to the reference coordinate system Indicates an elevation angle of. Using this, the equations for azimuth and elevation are as follows:

Figure 112007057055711-PAT00006
Figure 112007057055711-PAT00006

Figure 112007057055711-PAT00007
Figure 112007057055711-PAT00007

그리고 기준 좌표계에 관한 무인 항공기의 방위각과 고도각을 이용하여 영상 좌표에서 특징점을 추출하기 위하여 영상 좌표계가 정의되어야 하며, 이는 도 4b에서와 같다.In addition, an image coordinate system should be defined in order to extract feature points from the image coordinates using the azimuth and elevation angles of the unmanned aerial vehicle with respect to the reference coordinate system, as shown in FIG. 4B.

f는 초점 거리로, 본 발명에서 사용된 카메라는 CCD카메라로 카메라 렌즈와 카메라의 센서까지의 거리를 초점거리라 둔다. 초점거리는 카메라의 줌 기능에 의하여 달라지며 영상 평면이 멀어지면 영상 내에서 무인 항공기의 영상 크기가 늘어나며, 그와 함께 초점 거리도 증가하게 된다. 영상 좌표축은 도 4b에서 보는 것과 같이 렌즈의 방향을 축으로 정하였고, 축은 카메라의 윗 방향으로 두었다. 영상안의 좌표계는 영상의 왼쪽 위를 원점으로 한다. f is the focal length, and the camera used in the present invention is a CCD camera, and the distance between the camera lens and the sensor of the camera is defined as the focal length. The focal length depends on the zooming function of the camera, and if the image plane is farther away, the image size of the drone in the image increases, and the focal length also increases. As shown in FIG. 4B, the image coordinate axis was determined by the direction of the lens, and the axis was placed upward of the camera. The coordinate system in the image is the origin of the upper left corner of the image.

도 4b의 영상 좌표와 카메라 좌표계의 관계를 통하여 추적 물체의 중심점 p와 카메라 사이의 3차원 좌표

Figure 112007057055711-PAT00008
를 구할 수 있다.3D coordinates between the center point p of the tracking object and the camera through the relationship between the image coordinates and the camera coordinate system of FIG. 4B
Figure 112007057055711-PAT00008
Can be obtained.

이를 이용하여 식을 구하면,Using this to find the equation,

Figure 112007057055711-PAT00009
Figure 112007057055711-PAT00009

Figure 112007057055711-PAT00010
Figure 112007057055711-PAT00010

여기서, (up,vp )는 영상 안의 좌표이며, (uc,vc )는 영상의 중심 좌표이다. Here, (u p , v p ) is the coordinate in the image, and (u c , v c ) is the center coordinate of the image.

도 4b에서 보이는 것과 같이 안테나 좌표계에 관한 무인 항공기의 각도가 카메라 중심에 관한 무인 항공기 영상의 각도와 동일한 것을 알 수 있다. 이를 이용하여 영상 좌표를 각도로 변환할 필요가 있으며 변환 식은 다음과 같다.As shown in FIG. 4B, it can be seen that the angle of the drone with respect to the antenna coordinate system is the same as the angle of the drone image with respect to the camera center. Using this, the image coordinates need to be converted to an angle, and the conversion equation is as follows.

Figure 112007057055711-PAT00011
Figure 112007057055711-PAT00011

Figure 112007057055711-PAT00012
Figure 112007057055711-PAT00012

수학식 7을 이용하면 GPS 정보로부터 영상 내에서의 무인 항공기 정보를 얻을 수 있으며, 초점거리 f를 구하여 영상 자료를 얻을 수 있는 범위를 판별할 수 있다.Using Equation 7, it is possible to obtain the drone information in the image from the GPS information, and to determine the range to obtain the image data by obtaining the focal length f.

칼만필터를 구성하기 위하여 영상 내에서의 무인 항공기 동역학 모델과 실제 측정한 정보가 필요한데, 특징점 추출로 현재의 무인 항공기 위치를 계산할 수 있고, 동역학 모델을 통해 다음 프레임의 무인 항공기 위치를 추정할 수 있다.  In order to construct a Kalman filter, an unmanned aerial vehicle model and actual measured information are required in the image, and the position of the unmanned aerial vehicle can be estimated by extracting the feature points, and the position of the unmanned aerial vehicle of the next frame can be estimated through the dynamic model. .

무인 항공기의 동역학 모델을 만드는데 있어서, 무인 항공기는 실제 3차원 좌표를 움직이고 있지만, 영상 안에서는 2차원 평면을 움직이고 있다. 그러므로 영상에서 무인 항공기의 위치와 속도만을 고려한 위치-속도 선형모델을 이용한다.In creating a dynamic model of the drone, the drone is actually moving in three-dimensional coordinates, but in the image it is moving in a two-dimensional plane. Therefore, we use the position-velocity linear model that considers only the position and velocity of the drone in the image.

이하에서 본 발명에 따른 무인 항공기용 추적 안테나 시스템 및 그의 제어 방법의 구체적인 실시예를 설명한다.Hereinafter, a specific embodiment of a tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle and a control method thereof according to the present invention will be described.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 무인 항공기용 추적 안테나 시스템의 안테나 구동부의 구성도이고, 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 무인 항공기용 추적 안테나 시스템의 제어를 위한 플로우 차트이다.5 is a configuration diagram of an antenna driving unit of the tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle according to the first embodiment of the present invention, Figure 6 is a flow chart for the control of the tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle according to the first embodiment of the present invention to be.

먼저, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 무인 항공기용 추적 안테나 시스템 및 그의 제어 방법을 구체적으로 설명한다.First, the tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle and its control method according to the first embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 무인 항공기용 추적 안테나 시스템의 전체 구 성은 이동체(무인 항공기,목표물)와 안테나의 GPS 정보를 전달받아 안테나의 지향각의 계산에 필요한 정보를 PCU로 전달하는 GPS 처리 모듈(GPS Process Module)과, 안테나에 설치되는 영상 센서로부터의 영상 및 GPS 처리 모듈로부터 받은 이동체와 안테나의 GPS좌표를 이용하여 지향각을 계산하고 안테나 구동 명령을 만들어내는 PCU와, 그리고 PCU로부터 받은 명령으로부터 안테나의 모터를 구동시키는 안테나 구동부로 이루어진다.The overall configuration of the tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle according to the first embodiment of the present invention receives GPS information of a moving object (unmanned aerial vehicle and a target) and an antenna, and performs GPS processing for transmitting the information required for calculating the antenna's direction angle to the PCU. A PCU which calculates the direction angle and generates the antenna drive command using the GPS Process Module, the image from the image sensor installed in the antenna and the GPS coordinates of the moving object and the antenna received from the GPS processing module, and the PCU received from the PCU. It consists of an antenna driver for driving the motor of the antenna from the command.

그리고 도 5는 추적 안테나 시스템의 안테나 구동부의 상세 구성을 나타낸 것으로, 입력되는 구동 명령값과 피드백되는 구동각 값을 연산하는 덧셈기를 거쳐 입력되는 신호에 의해 안테나 구동 모터의 제어를 위한 PID 제어기(50)와, PID 제어기(50)의 제어에 의해 안테나를 구동하는 스텝 모터(51)와, 스텝 모터(51)의 구동에 의해 구동 각도가 제어되는 추적 안테나(52)와, 피드백되는 구동 각도 출력값의 회전 스텝을 측정하는 스텝 카운트부(53)와, 스텝 카운트부(53)의 출력을 받아 안테나 구동각을 측정하여 구동각 값을 출력하는 구동각 측정부(54)를 포함하고 구성된다.5 illustrates a detailed configuration of the antenna driver of the tracking antenna system, and includes a PID controller 50 for controlling the antenna driving motor by a signal input through an adder for calculating a driving command value and a driving angle value fed back. ), The step motor 51 driving the antenna under the control of the PID controller 50, the tracking antenna 52 whose drive angle is controlled by the driving of the step motor 51, and the drive angle output value fed back. And a driving angle measuring unit 54 which receives the output of the step counting unit 53 and measures the antenna driving angle to output the driving angle value.

그리고 본 발명의 제 1 실시예에 따른 무인 항공기용 추적 안테나 시스템을 이용한 제어는 다음과 같이 이루어진다.And the control using the tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle according to the first embodiment of the present invention is performed as follows.

먼저 무인 항공기의 위치 정보를 GPS로부터 수신 받고, 안테나에 장착된 카메라로 안테나가 지향하고 있는 방향의 영상을 획득한다.First, the position information of the unmanned aerial vehicle is received from the GPS, and an image of the direction the antenna is directed to is obtained by a camera mounted on the antenna.

그리고 GPS의 자료 갱신 속도는 5Hz이고 영상의 자료 갱신 속도는 30Hz이므로, GPS 자료 수신 여부에 따라 지향각 계산 방법을 다르게 한다.And since the data update rate of GPS is 5Hz and the data update rate of the image is 30Hz, the direction angle calculation method is different depending on the reception of GPS data.

먼저, GPS 자료 수신이 이루어지는 경우에는 첫째, 영상 추적이 불가능할 경우 GPS 위치 정보로부터 기하학적 관계식을 적용한다.First, when GPS data is received, first, geometrical expressions are applied from GPS location information when image tracking is impossible.

둘째, 영상 추적이 가능하게 되는 경우, GPS 위치 정보로 계산된 기하학적 관계에 의하여 정해지는 지향각과 영상 좌표 관계로 구해지는 지향각을 합하여 최종 제어 명령을 출력한다.Second, when the image tracking is enabled, the final control command is output by adding the direction angle determined by the geometric relationship calculated by the GPS position information and the direction angle obtained by the image coordinate relationship.

그리고 GPS 자료 수신이 불가능한 경우에는 첫째, 영상 추적이 가능할 경우 영상 좌표 관계만을 이용하여 지향각을 결정한다.In the case where GPS data reception is impossible, first, when the image tracking is possible, the orientation angle is determined using only the image coordinate relationship.

둘째, 영상 추적이 불가능할 경우 칼만 필터를 통하여 UAV의 위치를 예측하는데 UAV의 위치를 예측하기 위하여 최근에 수신된 GPS의 좌표를 이용한다.Second, when image tracking is not possible, the position of the UAV is predicted by using the Kalman filter to estimate the position of the UAV.

구체적으로 도 6에서와 같이 먼저, GPS 위치정보를 수신하고 영상을 획득하고(S601), GPS 신호가 수신되었는지를 판단한다.(S602)Specifically, as shown in FIG. 6, first, GPS location information is received and an image is obtained (S601), and it is determined whether a GPS signal is received (S602).

만약, GPS 신호의 수신이 이루어진 경우에는 다음과 같이 안테나 구동 명령을 입력한다.If the GPS signal is received, the antenna driving command is input as follows.

영상 좌표를 예측하고(S603), 영상내에 관심 영역을 설정한다.(S604)Image coordinates are predicted (S603), and a region of interest is set in the image (S604).

그리고 영상 추적이 가능한지를 판단하여(S605), 영상 추적이 가능하다면 GPS 정보, 영상 정보를 합하여 지향각을 계산한다.(S606)Then, it is determined whether the image tracking is possible (S605), and if the image tracking is possible, the orientation angle is calculated by adding the GPS information and the image information (S606).

그리고 영상 추적이 불가능하다면 GPS 정보를 이용하여 지향각을 계산한다.(S607)If image tracking is impossible, the orientation angle is calculated using the GPS information (S607).

이와 같이 지향각의 계산이 끝나면, 안테나 구동을 위한 명령을 안테나 구동부로 입력한다.(S608)After the calculation of the orientation angles as described above, a command for driving the antenna is input to the antenna driver (S608).

그리고 GPS 신호의 수신이 이루어지지 않은 경우에는 다음과 같이 안테나 구동 명령을 입력한다.If the GPS signal is not received, the antenna driving command is input as follows.

영상내에 관심 영역을 설정하고(S609), 영상 추적이 가능한지를 판단한다.(S610)A region of interest is set in the image (S609), and it is determined whether image tracking is possible (S610).

만약, 영상 추적이 불가능하다면 GPS 정보를 기반으로 UAV의 위치를 예측하고 (S611), 안테나 구동을 위한 지향각을 계산한다.(S613)If image tracking is impossible, the position of the UAV is predicted based on the GPS information (S611), and a direction angle for driving the antenna is calculated (S613).

그리고 영상 추적이 가능하다면 영상 추적 및 좌표를 계산하고(S612), 안테나 구동을 위한 지향각을 계산한다.(S613)If image tracking is possible, image tracking and coordinates are calculated (S612), and an orientation angle for driving an antenna is calculated (S613).

이와 같이 지향각의 계산이 끝나면, 안테나 구동을 위한 명령을 안테나 구동부로 입력한다.(S608)After the calculation of the orientation angles as described above, a command for driving the antenna is input to the antenna driver (S608).

그리고 본 발명의 제 2 실시예에 따른 무인 항공기용 추적 안테나 시스템 및 그의 제어 방법을 구체적으로 설명한다.And a tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle and a control method thereof according to a second embodiment of the present invention will be described in detail.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 무인 항공기용 추적 안테나 시스템의 안테나 구동부의 구성도이고, 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 무인 항공기용 추적 안테나 시스템의 제어를 위한 플로우 차트이다.7 is a configuration diagram of an antenna driving unit of the tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle according to the second embodiment of the present invention, Figure 8 is a flow chart for the control of the tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle according to a second embodiment of the present invention to be.

마찬가지로, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 무인 항공기용 추적 안테나 시스템의 전체 구성은 이동체(무인 항공기,목표물)와 안테나의 GPS 정보를 전달받아 안테나의 지향각의 계산에 필요한 정보를 PCU로 전달하는 GPS 처리 모듈(GPS Process Module)과, 안테나에 설치되는 영상 센서로부터의 영상 및 GPS 처리 모듈로부터 받은 이동체와 안테나의 GPS좌표를 이용하여 지향각을 계산하고 안테나 구동 명령을 만들어내는 PCU와, 그리고 PCU로부터 받은 명령으로부터 안테나의 모터를 구동시키는 안테나 구동부로 이루어진다.Similarly, the entire configuration of the tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle according to the second embodiment of the present invention receives GPS information of a moving object (unmanned aerial vehicle and a target) and an antenna and transmits information necessary for calculating the antenna's directivity angle to the PCU. A PCU that calculates the direction angle and generates the antenna drive command by using the GPS process module, the image from the image sensor installed in the antenna, and the GPS coordinates of the moving object and the antenna received from the GPS processing module, and the PCU. It consists of an antenna driver for driving the motor of the antenna from the command received from.

그리고 도 7은 추적 안테나 시스템의 안테나 구동부의 상세 구성을 나타낸 것으로, 입력되는 구동 명령값과 피드백되는 구동각 값을 연산하는 덧셈기를 거쳐 입력되는 신호에 의해 안테나 구동 모터의 제어를 위한 PID 제어기(70)와, PID 제어기(70)의 제어에 의해 안테나를 구동하는 DC 모터(51)와, DC 모터(51)의 구동에 의해 구동 각도가 제어되는 추적 안테나(72)와, 전체 영상으로부터 광류를 계산하는 광류 측정부(73)와, 광류 측정부(73)의 출력을 받아 안테나 구동각을 측정하여 구동각 값을 출력하는 구동각 측정부(74)를 포함하고 구성된다.7 illustrates a detailed configuration of the antenna driver of the tracking antenna system, and includes a PID controller 70 for controlling the antenna driving motor by a signal input through an adder for calculating a driving command value and a driving angle value fed back. ), A DC motor 51 driving the antenna under the control of the PID controller 70, a tracking antenna 72 whose driving angle is controlled by the driving of the DC motor 51, and an optical flow from the entire image. And a driving angle measuring unit 74 which receives the output of the optical flow measuring unit 73 and measures an antenna driving angle to output a driving angle value.

그리고 본 발명의 제 2 실시예에 따른 무인 항공기용 추적 안테나 시스템을 이용한 제어는 다음과 같이 이루어진다.And the control using the tracking antenna system for unmanned aerial vehicle according to the second embodiment of the present invention is performed as follows.

먼저 무인 항공기의 위치 정보를 GPS로부터 수신 받고, 안테나에 장착된 카메라로 안테나가 지향하고 있는 방향의 영상을 획득한다.First, the position information of the unmanned aerial vehicle is received from the GPS, and an image of the direction the antenna is directed to is obtained by a camera mounted on the antenna.

그리고 GPS의 자료 갱신 속도는 5Hz이고 영상의 자료 갱신 속도는 30Hz이므로, GPS 자료 수신 여부에 따라 지향각 계산 방법을 다르게 한다.And since the data update rate of GPS is 5Hz and the data update rate of the image is 30Hz, the direction angle calculation method is different depending on the reception of GPS data.

여기서, GPS 위치 정보를 수신하고 영상을 획득하는 단계에서 영상에 추적 물체가 없는 경우에는 전체 화면 광류를 측정하여 구동 명령을 보상한다.Here, when there is no tracking object in the image receiving GPS position information and acquiring the image, the driving command is compensated by measuring the full screen optical flow.

즉, GPS 자료 수신이 이루어지는 경우에는 첫째, 영상 추적이 불가능할 경우 GPS 위치 정보로부터 기하학적 관계식을 적용한다.In other words, when GPS data is received, first, geometrical expressions are applied from GPS location information when image tracking is impossible.

둘째, 영상 추적이 가능하게 되는 경우, GPS 위치 정보로 계산된 기하학적 관계에 의하여 정해지는 지향각과 영상 좌표 관계로 구해지는 지향각을 합하여 최종 제어 명령을 출력한다.Second, when the image tracking is enabled, the final control command is output by adding the direction angle determined by the geometric relationship calculated by the GPS position information and the direction angle obtained by the image coordinate relationship.

그리고 GPS 자료 수신이 불가능한 경우에는 첫째, 영상 추적이 가능할 경우 영상 좌표 관계만을 이용하여 지향각을 결정한다.In the case where GPS data reception is impossible, first, when the image tracking is possible, the orientation angle is determined using only the image coordinate relationship.

둘째, 영상 추적이 불가능할 경우 칼만 필터를 통하여 UAV의 위치를 예측하는데 UAV의 위치를 예측하기 위하여 최근에 수신된 GPS의 좌표를 이용한다.Second, when image tracking is not possible, the position of the UAV is predicted by using the Kalman filter to estimate the position of the UAV.

그리고 GPS 위치 정보를 수신하고 영상을 획득하는 단계에서 영상에 추적 물체가 없는 경우에는 전체 화면 광류를 측정하여 구동 명령을 보상하는 것이다.In the step of receiving the GPS position information and acquiring the image, if there is no tracking object in the image, the driving command is compensated by measuring the full screen optical flow.

구체적으로 도 8에서와 같이 먼저, GPS 위치정보를 수신하고 영상을 획득하고(S801), GPS 신호가 수신되었는지를 판단한다.(S802)Specifically, as shown in FIG. 8, first, GPS location information is received and an image is obtained (S801), and it is determined whether a GPS signal is received (S802).

만약, GPS 신호의 수신이 이루어진 경우에는 다음과 같이 안테나 구동 명령을 입력한다.If the GPS signal is received, the antenna driving command is input as follows.

영상 좌표를 예측하고(S803), 영상내에 관심 영역을 설정한다.(S804)Image coordinates are predicted (S803), and a region of interest is set in the image (S804).

그리고 영상 추적이 가능한지를 판단하여(S805), 영상 추적이 가능하다면 GPS 정보, 영상 정보를 합하여 지향각을 계산한다.(S806)Then, it is determined whether the image tracking is possible (S805), and if the image tracking is possible, the orientation angle is calculated by adding the GPS information and the image information (S806).

그리고 영상 추적이 불가능하다면 GPS 정보를 이용하여 지향각을 계산한다.(S807)If image tracking is not possible, the orientation angle is calculated using GPS information (S807).

이와 같이 지향각의 계산이 끝나면, 안테나 구동을 위한 명령을 안테나 구동부로 입력한다.(S808)After the calculation of the orientation angle is completed, a command for driving the antenna is input to the antenna driver (S808).

그리고 GPS 신호의 수신이 이루어지지 않은 경우에는 다음과 같이 안테나 구 동 명령을 입력한다.If the GPS signal is not received, enter the antenna driving command as follows.

영상내에 관심 영역을 설정하고(S809), 영상 추적이 가능한지를 판단한다.(S810)A region of interest is set in the image (S809), and it is determined whether image tracking is possible (S810).

만약, 영상 추적이 불가능하다면 GPS 정보를 기반으로 UAV의 위치를 예측하고 (S811), 안테나 구동을 위한 지향각을 계산한다.(S813)If image tracking is impossible, the position of the UAV is predicted based on the GPS information (S811), and a direction angle for driving the antenna is calculated (S813).

그리고 영상 추적이 가능하다면 영상 추적 및 좌표를 계산하고(S812), 안테나 구동을 위한 지향각을 계산한다.(S813)If image tracking is possible, image tracking and coordinates are calculated (S812), and an orientation angle for driving an antenna is calculated (S813).

이와 같이 지향각의 계산이 끝나면, 안테나 구동을 위한 명령을 안테나 구동부로 입력한다.(S808)After the calculation of the orientation angle is completed, a command for driving the antenna is input to the antenna driver (S808).

그리고 GPS 위치정보를 수신하고 영상을 획득하는 단계(S801)에서 안테나에 부착된 카메라로부터 수신된 영상에서 추적 물체가 없는 경우에는 전체 화면의 전체 광류를 측정한다.(S814)In operation S801, when receiving the GPS location information and acquiring the image, when there is no tracking object in the image received from the camera attached to the antenna, the entire light flow of the entire screen is measured.

이어, 평균 광류를 추정하고(S815), 이를 이용하여 안테나 회전각을 추정한다.(S816)Subsequently, the average optical flow is estimated (S815), and the antenna rotation angle is estimated using this (S816).

그리고 추정된 안테나 회전각을 이용하여 안테나 구동 명령을 보상한다.(S817)The antenna driving command is compensated using the estimated antenna rotation angle (S817).

이와 같이 안테나 구동을 위한 모터로 스텝 모터를 사용하지 않고 DC 모터를 사용하는 것은 시스템 구성시의 장비 무게 감소 및 구동속도를 빠르게 하기 위한 것이다.As such, the use of a DC motor instead of a step motor as a motor for driving an antenna is intended to reduce the weight of equipment in the system configuration and to increase the driving speed.

도 7의 구성은 DC 모터를 사용하면서 부가적인 장비의 사용을 줄일 수 있는 구조의 제어 루프이다.The configuration of Figure 7 is a control loop of the structure that can reduce the use of additional equipment while using a DC motor.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 무인 항공기용 추적 안테나 시스템 및 그의 제어 방법은 영상의 가시 범위 밖에서는 GPS 기반으로 추적 안테나를 사용하고, 시야가 확보되는 근거리 지역에서는 영상의 도움을 받아 추적 안테나의 성능을 높일 수 있다.The tracking antenna system for the unmanned aerial vehicle and the control method thereof according to the present invention described above use the tracking antenna based on GPS outside the visible range of the image, and improve the performance of the tracking antenna with the help of the image in the near area where the field of view is secured. It can increase.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.

도 1은 본 발명에 따른 GPS와 영상 센서를 이용한 안테나 시스템의 구성도1 is a block diagram of an antenna system using a GPS and an image sensor according to the present invention

도 2는 본 발명에 따른 추적 안테나 시스템의 상세 구성도2 is a detailed configuration diagram of the tracking antenna system according to the present invention

도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 추적 안테나 시스템의 위치 계산에 사용된 좌표계 및 안테나의 지향각 설명을 위한 도면3a and 3b are views for explaining the coordinate system and the orientation angle of the antenna used in the position calculation of the tracking antenna system according to the present invention

도 3c는 영상 기반 추출을 위한 특징점 추출을 위한 영상 히스토그램3C is an image histogram for extracting feature points for image-based extraction

도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 추적 안테나 시스템의 좌표계 및 영상 좌표계의 상세 설명을 위한 도면4a and 4b are views for explaining the coordinate system and the image coordinate system of the tracking antenna system according to the present invention

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 무인 항공기용 추적 안테나 시스템의 안테나 구동부의 구성도5 is a configuration diagram of an antenna driving unit of the tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle according to the first embodiment of the present invention

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 무인 항공기용 추적 안테나 시스템의 제어를 위한 플로우 차트6 is a flow chart for controlling the tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle according to the first embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 무인 항공기용 추적 안테나 시스템의 안테나 구동부의 구성도7 is a configuration diagram of an antenna driver of the tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle according to the second embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 무인 항공기용 추적 안테나 시스템의 제어를 위한 플로우 차트8 is a flowchart for controlling a tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle according to a second embodiment of the present invention.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

50.70. PID 제어기 51.스텝 모터50.70. PID controller 51.step motor

52.72. 추적 안테나 53. 스텝 카운트부52.72. Tracking Antenna 53. Step Counting Section

54.74. 구동각 측정부 71. DC 모터54.74. Drive Angle Measuring Unit 71.DC Motor

73. 광류 측정부73. Optical flow measurement unit

Claims (14)

무인 항공기 추적 안테나 시스템에 있어서,In an unmanned aerial tracking antenna system, 이동체와 안테나의 GPS 정보를 전달받아 안테나의 지향각의 계산에 필요한 정보를 전달하는 GPS 처리 모듈(GPS Process Module);A GPS process module for receiving the GPS information of the moving object and the antenna and transmitting information necessary for calculating the direction angle of the antenna; 안테나에 설치되는 영상 센서로부터의 영상 및 상기 GPS 처리 모듈로부터 받은 이동체와 안테나의 GPS 좌표를 이용하여 지향각을 계산하여 안테나 구동 명령을 만들어내는 PCU(Pedestal control Unit);A PCU (Pedestal control Unit) for generating an antenna driving command by calculating a direction angle by using the image from an image sensor installed in the antenna and the GPS coordinates of the moving object and the antenna received from the GPS processing module; PCU로부터 받은 구동 명령에 의해 안테나를 구동시키는 안테나 구동부;를 포함하고,And an antenna driver for driving the antenna by a driving command received from the PCU. GPS를 통하여 추적된 범위 내에서 영상 센서를 이용하여 화면에 들어온 목표물의 위치를 칼만 필터를 이용하여 산출하여 목표물을 추적하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기용 추적 안테나 시스템.A tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle, characterized in that tracking the target by calculating the position of the target on the screen using a Kalman filter within the range tracked through the GPS. 제 1 항에 있어서, PCU(Pedestal control Unit)는,The method of claim 1, wherein the PEDestal control unit (PCU), GPS 자료 수신 여부와 획득된 영상에 추적하는 물체가 없는 경우를 기준으로 안테나 구동 명령을 만들어내는 것을 특징으로 하는 무인 항공기용 추적 안테나 시스템.12. A tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle, the antenna driving command being generated based on the reception of GPS data and the absence of a tracking object in the acquired image. 제 1 항에 있어서, PCU(Pedestal control Unit)는,The method of claim 1, wherein the PEDestal control unit (PCU), 획득된 영상의 가시 범위 밖에서는 GPS를 기반으로 안테나 구동 명령을 만들고, 시야가 확보되는 근거리 지역에서는 획득된 영상을 기준으로 안테나 구동 명령을 만드는 것을 특징으로 하는 무인 항공기용 추적 안테나 시스템.An antenna driving command is generated based on GPS outside the visible range of an acquired image, and an antenna driving command is generated based on the acquired image in a near area where a field of view is secured. 제 1 항에 있어서, 안테나 구동부는,The antenna driver of claim 1, 입력되는 구동 명령값과 피드백되는 구동각 값을 연산하는 덧셈기를 거쳐 입력되는 신호에 의해 안테나 구동 모터의 제어를 위한 PID 제어기와,A PID controller for controlling the antenna drive motor by a signal input through an adder for calculating a driving command value inputted and a driving angle value fed back; PID 제어기의 제어에 의해 안테나를 구동하는 스텝 모터와,A step motor for driving the antenna by control of the PID controller, 스텝 모터의 구동에 의해 구동 각도가 제어되는 추적 안테나와,A tracking antenna whose drive angle is controlled by the drive of the stepper motor, 피드백되는 구동 각도 출력값의 회전 스텝을 측정하는 스텝 카운트부와,A step counting unit for measuring a rotation step of the drive angle output value fed back; 스텝 카운트부의 출력을 받아 안테나 구동각을 측정하여 구동각 값을 출력하는 구동각 측정부를 포함하고 구성되는 것을 특징으로 하는 무인 항공기용 추적 안테나 시스템.And a driving angle measuring unit configured to receive an output of the step count unit and measure an antenna driving angle to output a driving angle value. 제 1 항에 있어서, 안테나 구동부는,The antenna driver of claim 1, 입력되는 구동 명령값과 피드백되는 구동각 값을 연산하는 덧셈기를 거쳐 입력되는 신호에 의해 안테나 구동 모터의 제어를 위한 PID 제어기와,A PID controller for controlling the antenna drive motor by a signal input through an adder for calculating a driving command value inputted and a driving angle value fed back; PID 제어기의 제어에 의해 안테나를 구동하는 DC 모터와,A DC motor for driving the antenna by control of the PID controller, DC 모터의 구동에 의해 구동 각도가 제어되는 추적 안테나와,A tracking antenna whose drive angle is controlled by the drive of a DC motor; 전체 영상으로부터 광류를 계산하는 광류 측정부와,An optical flow measurement unit for calculating an optical flow from an entire image, 광류 측정부의 출력을 받아 안테나 구동각을 측정하여 구동각 값을 출력하는 구동각 측정부를 포함하고 구성되는 것을 특징으로 하는 무인 항공기용 추적 안테나 시스템.And a driving angle measuring unit configured to receive an output of the optical flow measuring unit and measure an antenna driving angle to output a driving angle value. 무인 항공기 추적 안테나 시스템에 있어서,In an unmanned aerial tracking antenna system, 이동체와 안테나의 GPS 정보를 전달받아 안테나의 지향각의 계산에 필요한 정보를 전달하는 GPS 처리 모듈(GPS Process Module);A GPS process module for receiving the GPS information of the moving object and the antenna and transmitting information necessary for calculating the direction angle of the antenna; 안테나에 설치되는 영상 센서로부터의 영상 및 상기 GPS 처리 모듈로부터 받은 이동체와 안테나의 GPS 좌표를 이용하여 지향각을 계산하여 안테나 구동 명령을 만들어내는 PCU(Pedestal control Unit);A PCU (Pedestal control Unit) for generating an antenna driving command by calculating a direction angle by using the image from an image sensor installed in the antenna and the GPS coordinates of the moving object and the antenna received from the GPS processing module; 입력되는 구동 명령값과 피드백되는 구동각 값을 연산하는 덧셈기를 거쳐 입력되는 신호에 의해 안테나 구동 모터의 제어를 위한 PID 제어기와, PID 제어기의 제어에 의해 안테나를 구동하는 스텝 모터와, 스텝 모터의 구동에 의해 구동 각도가 제어되는 추적 안테나와, 피드백되는 구동 각도 출력값의 회전 스텝을 측정하는 스텝 카운트부와, 스텝 카운트부의 출력을 받아 안테나 구동각을 측정하여 구동각 값을 출력하는 구동각 측정부를 포함하고, PCU로부터 받은 구동 명령에 의해 안테나를 구동시키는 안테나 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기용 추적 안테나 시스템.A PID controller for controlling the antenna drive motor by a signal input through an adder for calculating an input driving command value and a driving angle value fed back, a stepper motor for driving the antenna under control of the PID controller, and a step motor A tracking antenna whose driving angle is controlled by driving, a step counting unit measuring a rotational step of the feedback driving angle output value, and a driving angle measuring unit receiving the output of the step counting unit to measure the antenna driving angle and outputting a driving angle value. And an antenna driver for driving the antenna by a driving command received from the PCU. 무인 항공기 추적 안테나 시스템에 있어서,In an unmanned aerial tracking antenna system, 이동체와 안테나의 GPS 정보를 전달받아 안테나의 지향각의 계산에 필요한 정보를 전달하는 GPS 처리 모듈(GPS Process Module);A GPS process module for receiving the GPS information of the moving object and the antenna and transmitting information necessary for calculating the direction angle of the antenna; 안테나에 설치되는 영상 센서로부터의 영상 및 상기 GPS 처리 모듈로부터 받은 이동체와 안테나의 GPS 좌표를 이용하여 지향각을 계산하여 안테나 구동 명령을 만들어내는 PCU(Pedestal control Unit);A PCU (Pedestal control Unit) for generating an antenna driving command by calculating a direction angle by using the image from an image sensor installed in the antenna and the GPS coordinates of the moving object and the antenna received from the GPS processing module; 입력되는 구동 명령값과 피드백되는 구동각 값을 연산하는 덧셈기를 거쳐 입력되는 신호에 의해 안테나 구동 모터의 제어를 위한 PID 제어기와, PID 제어기의 제어에 의해 안테나를 구동하는 DC 모터와,DC 모터의 구동에 의해 구동 각도가 제어되는 추적 안테나와,전체 영상으로부터 광류를 계산하는 광류 측정부와,광류 측정부의 출력을 받아 안테나 구동각을 측정하여 구동각 값을 출력하는 구동각 측정부를 포함하고, PCU로부터 받은 구동 명령에 의해 안테나를 구동시키는 안테나 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기용 추적 안테나 시스템.PID controller for controlling the antenna driving motor by a signal input through an adder that calculates an input driving command value and a driving angle value fed back, a DC motor for driving an antenna under control of a PID controller, and a DC motor A tracking antenna for controlling the driving angle by driving, an optical flow measuring unit for calculating an optical flow from the entire image, and a driving angle measuring unit for receiving an output of the optical flow measuring unit to measure an antenna driving angle and outputting a driving angle value; And an antenna driver for driving the antenna by a driving command received from the tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle. 무인 항공기 추적 안테나 시스템의 제어에 있어서,In the control of an unmanned aerial tracking antenna system, GPS 위치정보를 수신하고 영상을 획득하고 GPS 신호가 수신되었는지를 판단하는 단계;Receiving GPS location information, acquiring an image, and determining whether a GPS signal has been received; GPS 신호의 수신 여부에 따라 획득된 영상내에 관심 영역을 설정하는 단계;Setting a region of interest in the acquired image according to whether a GPS signal is received; 획득된 영상에서 이동체 추적이 가능한지 여부를 판단하는 단계;Determining whether moving object tracking is possible in the acquired image; GPS의 수신 여부 및 영상 추적 가능 여부에 따라 지향각을 계산하여 안테나 구동 명령을 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기용 추적 안테나 시스템의 제어 방법.And calculating an orientation angle according to whether GPS is received and whether image tracking is possible, and outputting an antenna driving command. 무인 항공기 추적 안테나 시스템의 제어에 있어서,In the control of an unmanned aerial tracking antenna system, GPS 위치정보를 수신하고 영상을 획득하고 획득된 영상에 추적 물체가 있는지를 판단하는 단계;Receiving GPS location information, acquiring an image, and determining whether there is a tracking object in the acquired image; 획득된 영상에 추적 물체가 없는 경우에는 전체 화면의 광류를 측정하여 안테나 회전각을 추정하여 안테나 구동 명령을 보상하는 단계;를 포함하고,Compensating an antenna driving command by estimating the antenna rotation angle by measuring the optical flow of the entire screen when there is no tracking object in the acquired image. 획득된 영상에 추적 물체가 있다면, GPS 신호의 수신 여부에 따라 획득된 영상내에 관심 영역을 설정하는 단계;If there is a tracking object in the acquired image, setting a region of interest in the acquired image according to whether a GPS signal is received; 획득된 영상에서 이동체 추적이 가능한지 여부를 판단하는 단계;Determining whether moving object tracking is possible in the acquired image; GPS의 수신 여부 및 영상 추적 가능 여부에 따라 지향각을 계산하여 안테나 구동 명령을 출력하는 단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기용 추적 안테나 시스템의 제어 방법.And calculating an orientation angle according to whether GPS is received and whether image tracking is possible, and outputting an antenna driving command. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, GPS 신호의 수신이 이루어진 경우에는 영상 좌표를 예측한 후에 영상내에 관심 영역을 설정하고, The method according to claim 8 or 9, wherein when the GPS signal is received, the region of interest is set in the image after predicting the image coordinates. GPS 신호의 수신이 이루어지지 않은 경우에는 영상 좌표를 예측하는 단계 없이 영상내에 관심 영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기용 추적 안테나 시스템의 제어 방법.If the GPS signal is not received, the method of controlling a tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle, characterized in that the region of interest is set in the image without estimating the image coordinates. 제 10 항에 있어서, GPS 신호의 수신이 이루어진 상태에서,The method of claim 10, wherein in the state where a GPS signal is received, 영상 추적이 가능하다면 GPS 정보, 영상 정보를 합하여 지향각을 계산하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기용 추적 안테나 시스템의 제어 방법.The control method of the tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle, characterized in that if the image tracking is possible to calculate the direction angle by combining the GPS information and the image information. 제 10 항에 있어서, GPS 신호의 수신이 이루어진 상태에서,The method of claim 10, wherein in the state where a GPS signal is received, 영상 추적이 불가능하다면 GPS 정보를 이용하여 지향각을 계산하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기용 추적 안테나 시스템의 제어 방법.If the image tracking is impossible, the control method of the tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle, characterized in that for calculating the direction angle using GPS information. 제 10 항에 있어서, GPS 신호의 수신이 이루어지지 않은 상태에서,The method of claim 10, wherein in a state in which a GPS signal is not received, 영상 추적이 가능하다면, 영상 정보를 기반으로 UAV의 위치를 예측하여 안테나 구동을 위한 지향각을 계산하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기용 추적 안테나 시스템의 제어 방법.If the image tracking is possible, the control method of the tracking antenna system for an unmanned aerial vehicle, characterized in that for calculating the direction angle for driving the antenna by predicting the position of the UAV based on the image information. 제 9 항에 있어서, 획득된 영상에서 추적 물체가 없는 경우에서의 안테나 구동 명령의 보상은,10. The method of claim 9, wherein the compensation of the antenna driving command in the absence of the tracking object in the acquired image, 획득된 영상의 전체 화면의 광류를 측정하는 단계와,Measuring the optical flow of the entire screen of the acquired image; 측정된 광류의 평균 광류를 추정하는 단계와,Estimating the average light flow of the measured light flows, 추정된 평균 광류를 이용하여 안테나 회전각을 추정하는 단계를 포함하고 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인 항공기용 추적 안테나 시스템의 제어 방법.And estimating the antenna rotation angle using the estimated average optical flow.
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