초록 ▼

연구의 목적 및 내용
국지적인 기상감시, 기상예보, 기상연구 등을 위하여 고도별 실시간 관측이 필요하다. 기존 일회성 라디오존데에서 발행하는 바람에 따라 상승이동하는 문제점을 해결하는 멀티콥터형 소형무인기 형태로 시스템 복합센서를 이용한 기압, 온도, 습도, 풍향, 풍속 등 기상요소 및 영상을 고도별로 실시간 관측한다. 또한 이러한 정보를 모두 기상청에서 확인 할 수있다.

○ 고도 2.5km 까지 운용하며 500m당 30초간 기상데이터를 획득하는 드론 개발
- 전체적인 임무를 수행하였을 떄 필요한 운용시간을

연구의 목적 및 내용
국지적인 기상감시, 기상예보, 기상연구 등을 위하여 고도별 실시간 관측이 필요하다. 기존 일회성 라디오존데에서 발행하는 바람에 따라 상승이동하는 문제점을 해결하는 멀티콥터형 소형무인기 형태로 시스템 복합센서를 이용한 기압, 온도, 습도, 풍향, 풍속 등 기상요소 및 영상을 고도별로 실시간 관측한다. 또한 이러한 정보를 모두 기상청에서 확인 할 수있다.

○ 고도 2.5km 까지 운용하며 500m당 30초간 기상데이터를 획득하는 드론 개발
- 전체적인 임무를 수행하였을 떄 필요한 운용시간을 확인.
- 기상 복합센서 및 임무장비의 총 예상 무게 산정

○ 기상 복합 센서 통합 보드 개발
- 요구조건에 맞는 기상센서를 선정함.
- 500g 이내로 개발해야 하기 때문에 소형화 및 경량화 필요
- 드론의 영향을 받지 않는 풍속/풍향 센서의 위치 선정
- 백엽상의 장점인 직사광선을 피하고 바람이 통하는 디자인컨셉으로 설계
- 기상복합센서의 환경실험
- 황사를 수치적으로 확인할 수 있는 먼지센서를 장착하고 이 외에도 ,메탄, 산소, 이산화탄소 정보도 획득함.

○ 복합센서 데이터 및 영상데이터 실시간 전송 (1Hz 이상)
- 드론에서 측정하는 기상데이터 및 영상 데이터를 실시간으로 지상통제소에서 획득할수 있도록 개발

○ 저온온도 운용기술
- 지상 –20도 조건에서 2.5km 상승하였을 때 저온운용 기술 개발
- 특히 리튬폴리머 배터리의 효율은 기체의 성능을 좌우함.
- 따라서 배터리 보온 방안을 확인하고 저온챔버의 환경실험을 통해 최적의 방안 획득.

○ 무인기 이동속도를 고려한 풍향.풍속 데이터 보정 기술
- 풍향, 풍속데이터는 무인기의 이동속도 및 위치값을 보정한 데이터를 활용해야 하며, 정확안 무인기의 이동속도 및 위치 값을 얻기 위하여 RTK를 이용하여 GPS 값을 보정하여 사용함.

○ 강우 3mm/hr 이하 환경에서 운용가능 하도록 임무장비 전체를 커버를 활용하여 상단 및 측면에서 들어오는 비의 방수 설계

○ 일시적 Non-GPS 조건에서 비행 통제 가능하도록 GPS와 IMU를 결합한 INS 시스템으로 추측항법이 가능하도록 함.

○ 자동 이.착륙 및 지정경로 자율비행

○ 실시간 배터리 정보들 통한 임무가능 시간 및 운용 가능 범위 확인 및 자동 복귀

○ 4가지의 비행모드 개발 하여 사용자가 편리하게 운용할 수 있도록 함.

연구개발성과
○ 지상 2km의 기상 데이터 획득
○ 자동 이.착륙 및 지정경로 자율비행
○ 무인기 개발 인재양성.

연구개발성과의 활용계획(기대효과)
○ 기존 일회성 장비(라이도존데)의 관측지역 제한 해소, 시스템 운용.구축 비용 절감

○ 특정지역지점(대기경계층)에서 지속적인 목적 관측 가능 및 고품질 고층관측망 확대

○ 이동성이 편리하여 다양한 지점의 기상데이터를 획득가능

○ 기체 데이터 (황사, 산소, 이산화탄소, 메탄)를 활용하여 고도별 환경 변화 감시 가능.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose & Contents
A real-time observation for each of altitudes is needed for local weather surveillance, weather forecast, weather research. Using system complex sensors, it observes weather elements, such as air pressure, temperature, humidity, wind direction, wind speed, and etc., and images

Purpose & Contents
A real-time observation for each of altitudes is needed for local weather surveillance, weather forecast, weather research. Using system complex sensors, it observes weather elements, such as air pressure, temperature, humidity, wind direction, wind speed, and etc., and images for different altitudes in real-time in a form of a multicopter-typed small unmanned aerial vehicle that solves the problem of upward movement along the wind occurred by an existing one-time radiosonde. Also, all of these data can be checked at the Meteorological Administration.

○ Development of a drone that can operate up to an altitude of 2.5km and acquire weather data for 30 seconds per 500m
- Identify an operation period for the entire tasks
- Compute the expected total weight of a weather complex sensor and mission device

○ Development of a weather complex sensors integrated board
- Select weather sensors that meet the requirements
- Need to miniaturize and reduce the weight, which should be developed less than 500g
- Select the position of wind speed/wind direction sensor that is not affected by the drone
- Architect a design that can air-flow and avoid direct sunlight, which is an advantage of instrument shelter
- Environmental tests of weather complex sensors
- Install a dust sensor that can check yellow-dust in numerically and, in addition, acquire data of methane, oxygen, carbon dioxide

○ Real-time transmission of complex sensor data and image data (Greater than or equal to 1Hz)
- Develop to make the command ground station able to acquire weather data and image data that are measured at the drone in real-time

○ Low temperature operating technology
- Develop low temperature operation technology when the drone is elevated to an altitude of 2.5km in the (temperature) condition of –20 degrees on the ground
- Especially, the drone’s performance is depended on the lithium-polymer battery
- Consequently, identify methods of keeping the battery warm and obtain the best one through environmental tests in a low temperature chamber

○ Wind direction and wind speed data correction technology that takes account of the moving speed of the unmanned aerial vehicle.
- Wind direction and wind speed data should utilize the data, which the drone’s moving speed and position are corrected. Also, in order to have accurate moving speed and position of the unmanned aerial vehicle, it uses by correcting GPS data using RTK

○ Water resistant design from the side and top by using a cover in order to make it able to operate in the condition of below 3 mm/hr of rain

○ In order to flight-control in the condition of temporary non-gps, dead reckoning can be used using a INS system that combines GPS and IMU

○ automatic take-off and landing and appointed path autonomous flight

○ Through real-time battery information, confirmation of the operable period and operable range, and autonomous return.

○ By developing four flight modes, it enables users to operate conveniently.

Results
○ Development of a drone that can operate up to an altitude of 2.0km
○ automatic take-off and landing and appointed path autonomous flight
○ Unmanned aerial vehicle development talent training

Expected Contribution
○ Solution to the observation area limit of the existing one-time device(radiosonde) and reduction of system operation and establishment cost

○ Continuous purpose observation possibility at the special area spot (air boundary layer) and expansion of high quality high-layer observation network

○ Acquirability of weather data in various spots due to the convenient movement

○ Ability to observe the change of the environment for each of altitudes by using gas data(yellow-dust, oxygen, carbon dioxide, methane)

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국문 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• Contents ... 6
• 목차 ... 6
• 제1장. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 1. 연구개발 목적 ... 7
• 2. 연구개발의 필요성 ... 7
• 3. 연구개발 범위 ... 7
• 제2장. 국내외 기술 개발 현황 ... 7
• 1. 기술현황 ... 7
• 제3장. 연구 수행 내용 및 성과 ... 8
• 1. 통합 복합센서 모듈 개발 ... 8
• 2. FCC 이원화 ... 8
• 3. GCG 개발 ... 9
• 4. 내풍성 테스트 ... 9
• 5. 임무 테스트 ... 10
• 제4장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 11
• 1. 목표 달성도 ... 11
• 2. 관련 분야 기여도 ... 11
• 제5장. 연구개발성과의 활용계획 ... 11
• 제6장. 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 11
• 제7장. 연구개발성과의 보안등급 ... 11
• 제8장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 11
• 제9장. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 11
• 제10장. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 ... 12
• 제11장. 기타 사항 ... 12
• 제12장. 참고 문헌 ... 12
• 끝페이지 ... 12