KR101986357B1 - 해상 수신용 원격측정 수신시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해상 수신용 원격측정 수신시스템에 관한 것으로, 해상의 무인 부표에 탑재되어 비행체의 원격측정장치가 송신한 데이터를 수신하는 수신기(10)와 상기 수신기가 수신한 데이터를 저장하는 저장장치(20)와 상기 저장장치에 배터리의 전원을 공급하는 전원 제어부(60)를 포함하며, 저장장치(20)는 상기 수신기가 수신한 데이터로부터 분산되어있는 프레임 동기패턴을 검출한 후, 상기 동기패턴을 기준으로 원격측정 프레임을 추출하고 동기패턴이 연속되도록 상기 원격측정 프레임을 재정렬하여 저장한다.
본 발명은 무선 채널 환경에서 발생되는 다양한 문제들과 가시거리 확보 문제를 해결할 수 있는 이점이 있다.

Description

해상 수신용 원격측정 수신시스템{TELEMETRY RECEIVING SYSTEM FOR SEA}

본 발명은 해상 수신용 원격측정 수신시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해상에서 원격측정장치의 전송 데이터를 수신하기 위한 해상 수신용 원격측정 수신시스템에 관한 것이다.

새로 개발되는 비행체는 비행시험을 통해 안정성 및 설계 파라미터의 적합성을 입증해야 한다.

비행시험을 위한 원격측정 시스템은 비행체 내에 원격측정장치가 탑재되어 비행체에 부착된 센서들로부터 획득되는 다양한 계측 정보와 비행체를 구성하는 서브시스템의 상태 정보 등을 지상의 원격측정 수신소로 송신하는 시스템이다.

이러한 원격측정 시스템은 무선 통신을 이용하여 데이터를 송수신하기 때문에 비행체 내의 송신기와 지상의 원격측정 수신소 사이의 무선 채널 환경에 따라 그 성능이 좌우된다.

그런데 송신기가 탑재된 비행체와 지상의 원격측정 수신소 사이의 거리, 지형 특성, 비행체의 속도 등 다양한 요인으로 인해 비행시험 과정 중 확인하고자 하는 정보를 얻지 못할 수 있다.

비행시험은 안전 문제 때문에 대부분 해상에서 수행하는데 비행거리가 길어질수록 전체 비행시험 구간에 대해서 가시거리를 확보하기 어렵고, 특히 저공비행하는 비행체의 경우에는 더욱 문제가 된다.

무선 채널 환경에서 야기될 수 있는 다양한 문제를 해결하기 위한 가장 쉬운 방법은 원격측정 수신소를 다수 개 운영하는 것이다. 그런데 기존의 지상 원격측정 수신소는 육지에 있어 해상을 비행하는 비행체와 거리가 멀기 때문에 직경이 큰 안테나를 운영해야 하므로 운영비용이 매우 높을 뿐만 아니라 저공비행을 하는 비행체의 경우에는 여전히 가시거리 문제를 해결하는데 한계가 있다.

특허문헌 1: 한국공개특허 제2016-0020776호(2016.02.24 공개)

본 발명의 목적은 해상에서 수행하는 비행시험시 지상의 원격측정 수신소를 운영하면서 발생할 수 있는 가시거리 확보 및 다양한 무선 채널 환경 문제를 해결하기 위하여 무인 부표에 탑재되어 해상에서 원격측정장치의 전송 데이터를 수신하는 해상 수신용 원격측정 수신시스템을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 해상의 무인 부표에 탑재되어 비행체의 원격측정장치가 송신한 데이터를 수신하는 수신기; 상기 수신기가 수신한 데이터를 저장하는 저장장치; 및 상기 저장장치에 배터리의 전원을 공급하는 전원 제어부; 를 포함하며, 상기 저장장치는 상기 수신기가 수신한 데이터로부터 분산되어있는 프레임 동기패턴을 검출한 후, 상기 동기패턴을 기준으로 원격측정 프레임을 추출하고 동기패턴이 연속되도록 상기 원격측정 프레임을 재정렬하여 저장한다.

상기 수신기 및 상기 저장장치는 수신 신호 세기가 X 이하이면 대기 모드로 유지되고, X 초과이면 정상작동 모드로 전환된다.

상기 저장장치는 상기 프레임의 동기신호가 Y 회 이상 연속으로 수신된 이후부터 데이터를 저장한다.

상기 저장장치는 상기 프레임 동기가 정상인 프레임만 저장하는 모드와 상기 프레임 동기를 모두 저장하는 모드를 포함한다.

상기 저장장치는 내부 타이머의 시간을 읽어온 후 파일명을 생성하고, Z분 단위로 분할 저장하는 기능을 포함한다.

상기 내부 타이머는 GPS 시각 동기이다.

상기 전원 제어부는 원거리에서 리모컨으로 ON/OFF 제어 가능하다.

상기 수신기, 상기 저장장치 및 상기 전원 제어부는 방수케이스에 구비된 후 상기 해상의 무인 부표에 탑재된다.

해상의 무인 부표에 탑재되어 비행체의 원격측정장치가 송신하는 RF 신호를 수신하는 원격측정 수신 안테나와 지상의 원격측정 수신소에서 송신하는 제어 RF 신호를 수신하는 제어신호 수신 안테나와 상기 원격측정 수신 안테나로 수신된 RF 신호를 입력받아 PCM 신호로 변환하는 데이터 수신부와 상기 PCM 신호를 저장하는 데이터 저장부와 상기 제어신호 수신 안테나로 수신된 제어 RF 신호를 해독하는 제어신호 수신부와 배터리로부터 전원을 인가받아 상기 데이터 수신부, 상기 데이터 저장부에 전원을 공급하고 상기 제어신호 수신부로 입력된 제어신호에 따라 상기 전원을 제어하는 전원 제어부를 포함한다.

상기 데이터 수신부는 상기 RF 신호를 입력받은 RF 커플러와 상기 RF 신호를 복조하여 PCM 신호를 생성하는 복조기와 상기 RF 신호의 신호 수신 세기를 측정하여 상기 데이터 저장부로 전송하는 RF 파워 측정기를 포함한다.

상기 데이터 저장부는 상기 PCM 신호로부터 원격측정 프레임을 추출하고, 상기 RF 신호의 신호 수신 세기에 근거하여 상기 원격측정 프레임의 저장 여부를 판단하여 상기 원격측정 프레임을 저장하는 프레임 추출 제어부와 상기 원격측정 프레임을 외부로 송출하는 네트워크 인터페이스를 포함한다.

상기 데이터 저장부는 상기 PCM 신호로부터 원격측정 프레임을 추출하고, 상기 원격측정 프레임 동기가 Y 회 이상 연속으로 수신된 이후에만 상기 원격측정 프레임을 저장하는 프레임 추출 제어부와 상기 원격측정 프레임을 외부로 송출하는 네트워크 인터페이스를 포함한다.

상기 무인부표의 위치정보 및 시간정보를 수신하는 GPS 안테나를 포함하며, 상기 데이터 저장부는 GPS로부터 수신한 시간을 기준으로 파일을 생성하고 일정 크기 이하로 분할하여 저장한다.

상기 비행체의 원격측정장치가 송신하는 RF 신호는 동기가 분산된 프레임으로 송신되고, 상기 데이터 수신부에서 동기가 분산된 프레임을 프레임 동기 패턴으로 검출한 후 동기신호가 연속되도록 상기 프레임을 재정렬한다.

본 발명은 해상에서 원격측정장치의 전송 데이터를 수신할 수 있도록 구성함에 의해, 무선 채널 환경에서 발생되는 다양한 문제들과 가시거리 확보 문제를 해결할 수 있다. 또한, 본 발명은 적은 비용으로도 다수의 수신시스템을 운용할 수 있으므로 공간 다이버시티(space diversity) 기술로 신호품질을 개선할 수 있다.

따라서, 본 발명은 항공기 등 비행체의 계측이 필요한 원격측정 시스템 및 관련 개발 사업에 적용 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 원격측정 수신시스템의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 원격측정 수신시스템 중 데이터 수신부의 개략적인 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 원격측정 수신시스템 중 데이터 저장부의 개략적인 구성도.
도 4는 본 발명의 데이터 수신부의 프레임 재정렬 방법에 대한 개념도.
도 5는 본 발명의 데이터 수신부의 프레임 동기검출 로직에 대한 구성도.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 해상 수신용 원격측정 수신시스템은, 해상의 무인 부표에 탑재되어 원격측정장치가 송신한 데이터를 수신하는 수신기와 수신기가 수신한 데이터를 저장하는 저장장치와 저장장치에 전원을 공급하는 전원 제어부를 포함한다.

원격측정장치는 비행체 내에 탑재되어 비행체에 부착된 센서들로부터 획득되는 다양한 계측 정보와 비행체를 구성하는 서브시스템의 상태 정보 등의 데이터를 송신한다.

저장장치는 데이터를 분산되어 있는 프레임 동기 패턴으로 검출한 후, 동기신호가 연속되도록 프레임을 재정렬하여 저장한다.

비행체 내에 탑재됨으로 인해 고속으로 이동하게 되는 원격측정장치는 연속된 동기신호가 아닌 분산된 동기신호를 포함하는 프레임 데이터를 전송함으로써 계측시각부터 송신시각까지의 지연을 최소화할 수 있다. 본 발명의 수신시스템은 프레임 동기를 추출한 후 프레임을 재정렬하여 동기 정렬 프레임 형태로 저장함으로써, 분산된 동기신호를 포함하는 프레임 데이터를 송신하는 원격측정장치와 호환성을 갖고, 일반적인 원격측정 수신데이터 분석 프로그램을 사용하여 저장 데이터를 분석할 수 있다.

수신기 및 저장장치는 수신 신호 세기가 X 이하이면 대기 모드로 유지되고, X 초과이면 정상작동 모드로 전환되게 할 수 있다. 또는 저장장치는 프레임의 동기신호가 Y 회 이상 연속으로 수신된 이후부터 데이터를 저장할 수 있다. 이는 유효한 데이터만 저장하도록 하여 수신시스템의 배터리 및 메모리를 효율적으로 사용하기 위함이다.

저장장치는 프레임 동기가 정상인 프레임만 저장하는 모드와 프레임 동기를 모두 저장하는 모드를 포함할 수 있다.

저장장치는 내부 타이머의 시간을 읽어온 후 파일명을 생성하고, Z 분 단위로 분할 저장하는 기능을 포함한다. 내부 타이머는 GPS 시각 동기이다. GPS 시각 동기는 위성 GPS 시각에 맞추는 것으로 GPS 안테나를 연결하여 사용 가능하다.

전원 제어부는 원거리에서 리모컨으로 ON/OFF 제어 가능하다. 해상에서는 전원장치로 배터리를 사용할 수밖에 없으므로, 배터리의 사용 시간을 연장하기 위해 전원 제어부의 동작 여부를 제어한다.

수신기, 저장장치 및 전원 제어부는 수신 신뢰성 및 내구성 향상을 위해 방수케이스에 구비되고, 무인 부표에 탑재된다.

해상에서 원격측정장치의 전송 데이터를 수신하는 해상 수신용 원격측정 수신시스템을 실시예를 통해 구체적으로 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 수신기(10)는 원격측정 수신 안테나(11), GPS 수신 안테나(13), 제어신호 수신 안테나(15)를 포함한다.

원격측정장치가 송신하는 데이터는 RF 신호로 송신된다. RF 신호는 무선 등에 사용하는 고주파 신호(아날로그 신호)이다.

원격측정 수신 안테나(11)가 원격측정장치가 송신한 RF 신호를 수신한다. GPS 수신 안테나(13)는 무인 부표의 위치정보 및 시간정보를 GPS로부터 수신한다. 제어신호 수신 안테나(15)는 외부에서 송신되는 제어 RF 신호를 수신한다. 제어 RF 신호는 전원 제어부(60) 동작 여부를 제어하는 신호이다.

저장장치(20)는 데이터 수신부(30), 데이터 저장부(40), 제어신호 수신부(50), 전원 제어부(60)를 포함한다.

데이터 수신부(30)는 원격측정 수신 안테나(11)가 수신한 RF 신호를 입력받아 PCM 신호(디지털 신호)로 변환한다.

원격측정 수신 안테나(11)로 수신된 RF 신호는 데이터 수신부(30)의 입력으로 인가된다. 데이터 수신부(30)는 입력받은 RF 신호를 복조하여 PCM 비트스트림으로 변환하고 후술할 데이터 저장부(40)는 입력받은 PCM 신호를 메모리 카드(43)에 저장하는 역할을 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 데이터 수신부(30)는 RF 신호를 입력받은 RF 커플러(31), 수신된 RF 신호를 복조하여 원격측정 PCM 신호를 생성하는 복조기(33) 및 RF 신호의 수신 신호 세기를 측정하여 데이터 저장부(40)에 전송하는 RF 파워 측정기(35)를 포함한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 데이터 저장부(40)는 프레임 추출 제어부(41), 메모리 카드(43), 네트워크 인터페이스(45)를 포함한다. 프레임 추출 제어부(41)에서는 프레임 동기 패턴을 이용하여 PCM 비트스트림으로부터 원격측정 프레임을 추출하고 이를 메모리 카드(43)에 저장한다.

비행체의 원격측정장치의 송신 신호가 수신되지 않을 때에는 수신기에서 불필요한 신호가 출력된다. 이 불필요한 신호들을 모두 저장할 경우에는 메모리 카드(43)의 용량이 매우 커져야 하는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 데이터 수신부(30)에서는 수신된 RF 신호의 수신 신호 세기를 데이터 저장부(40)로 전송해주고 프레임 추출 제어부(41)에서는 이 수신 신호 세기 값을 가지고 데이터 저장 여부를 판단할 수 있다.

이를 위해 프레임 추출 제어부(41)는 PCM 신호로부터 원격측정 프레임을 추출하고 RF 신호의 수신 신호 세기에 근거하여 원격측정 프레임의 저장 여부를 판단하여 원격측정 프레임을 저장할 수 있다.

예를 들어, 프레임 추출 제어부(41)는 RF 신호의 수신 신호 세기 값이 X 이하이면 대기 모드를 유지하고, X 초과이면 정상동작 모드로 전환되어 원격측정 프레임을 저장할 수 있다.

또는, 프레임 추출 제어부는 PCM 신호로부터 원격측정 프레임을 추출하고 원격측정 프레임 동기가 Y 회 이상 연속으로 수신된 이후에만 원격측정 프레임을 저장할 수 있다.

프레임 추출 제어부(41)가 메모리 카드(43)에 파일을 저장할 때 파일 이름은 GPS로부터 수신한 시간을 기준으로 파일을 생성하고 일정 크기 이하로 분할하여 저장할 수 있다.

예를 들어, 프레임 추출 제어부는 GPS로부터 수신한 시간을 기준으로 파일명을 생성하고 PCM 신호를 Z 분 단위로 분할 저장할 수 있다.

프레임 추출 제어부는 프레임 동기가 정상인 원격측정 프레임만 저장하는 모드 및 원격측정 프레임 동기를 모두 저장하는 모드를 포함할 수 있다.

네트워크 인터페이스(45)는 원격측정 프레임을 외부로 송출한다. 원격측정 수신시스템의 상태를 모니터링하기 위하여 네트워크 인터페이스(45)를 통하여 추출한 원격측정 프레임을 외부로 송출할 수 있다. 여기서, 외부는 지상의 원격측정 수신소가 해당할 수 있다. 네트워크 인터페이스(45)는 이더넷 출력(네트워크 통신망 이용)을 통해 원격측정 프레임을 외부로 송출할 수 있다.

한편, 데이터 수신부(30)는 동기 분산 프레임 형태로 수신된 RF 신호를 PCM 신호로 변환한 후, PCM 신호의 동기 분산 프레임을 동기신호가 연속되도록 동기 정렬 프레임으로 재정렬한다.

고속 원격측정장치의 경우, 계측시각부터 송신시각까지 지연을 최소화하기 우하여 동기가 분산된 프레임으로 전송한다. 일반적인 원격측정 수신데이터 분석 프로그램을 사용하기 위하여 프레임 동기를 추출한 후, 프레임을 재정렬하여 동기 정렬 프레임 형태로 저장한다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, RF 신호로 수신된 동기 분산 프레임을 PCM 신호로 된 동기 분산 프레임으로 변환한 후, PCM 신호의 동기 정렬 프레임로 재정렬한다.

동기 분산 프레임은 분산된 복수의 동기 필드(FS1...F8), 분산된 복수의 데이터 필드(Discrete1...Discrete16), 분산된 복수의 카운트 필드(FC1...FC8)를 포함하여 구성되며, 재정렬된 동기 정렬 프레임은 복수의 동기 필드, 카운트 필드, 데이터 필드가 비트수를 맞추어 정렬된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 프레임 재정렬은 프레임 2개 길이의 쉬프트 레지스터에 PCM 비트스트림을 인가하고 1비트씩 쉬프트하면서 분산되어 있는 위치의 비트 값들을 모아서 약속된 프레임 동기 패턴과 비교한다. 프레임 동기 패턴이 검출된 경우에 동기 검출 신호가 발생되고, 이때 버퍼2에 저장되어 있는 데이터를 이용하여 프레임 재정렬한 후 저장한다.

전원 제어부(60)는 배터리(70)로부터 전원을 인가받아 데이터 수신부(30), 데이터 저장부(40)에 전원을 공급하고 제어신호 수신부(50)로 입력된 제어신호에 따라 전원을 제어한다.

비행시험의 특성상 해상의 원격측정 시스템은 해상에 설치되어 오랜 시간 대기해야 하는 상황이 발생할 수 있다. 이 경우 배터리의 용량 때문에 사용 시간의 제한이 발생할 수 있으므로 이를 해결하기 위해 전원 제어부(60)는 외부에서 송신되는 제어신호를 수신하여 데이터 수신부(30) 및 데이터 저장부(40)의 동작 여부를 제어할 수 있다.

본 발명은 도면과 명세서에 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명은 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 권리범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10: 수신기 11: 원격측정 수신 안테나
13: GPS 수신 안테나 15: 제어신호 수신 안테나
20: 저장장치 30: 데이터 수신부
31: RF 커플러 33: 복조기
35: RF 파워 측정기 40: 데이터 저장부
41: 프레임 추출 제어부 43: 메모리 카드
45: 네트워크 인터페이스 50: 제어신호 수신부
60: 전원 제어부 70: 배터리

Claims (14)

1. 해상의 무인 부표에 탑재되어 비행체의 원격측정장치가 송신한 데이터를 수신하는 수신기;
   상기 수신기가 수신한 데이터를 저장하는 저장장치; 및
   상기 저장장치에 배터리의 전원을 공급하는 전원 제어부; 를 포함하며,
   상기 저장장치는 상기 수신기가 수신한 데이터로부터 분산되어있는 프레임 동기패턴을 검출한 후, 상기 동기패턴을 기준으로 원격측정 프레임을 추출하고 동기패턴이 연속되도록 상기 원격측정 프레임을 재정렬하여 저장하는 것을 특징으로 하는 원격측정 수신시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 수신기 및 상기 저장장치는 수신 신호 세기가 X 이하이면 대기 모드로 유지되고, X 초과이면 정상작동 모드로 전환되는 것을 특징으로 하는 원격측정 수신시스템.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 저장장치는
   상기 프레임의 동기신호가 Y 회 이상 연속으로 수신된 이후부터 데이터를 저장하는 것을 특징으로 하는 원격측정 수신시스템.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 저장장치는
   상기 프레임 동기가 정상인 프레임만 저장하는 모드; 및
   상기 프레임 동기를 모두 저장하는 모드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격측정 수신시스템.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 저장장치는
   내부 타이머의 시간을 읽어온 후 파일명을 생성하고, Z분 단위로 분할 저장하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 원격측정 수신시스템.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 내부 타이머는 GPS 시각 동기인 것을 특징으로 하는 원격측정 수신시스템.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 전원 제어부는 원거리에서 리모컨으로 ON/OFF 제어 가능한 것을 특징으로 하는 원격측정 수신시스템.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 수신기, 상기 저장장치 및 상기 전원 제어부는 방수케이스에 구비된 후 상기 해상의 무인 부표에 탑재되는 것을 특징으로 하는 원격측정 수신시스템.
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