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무인항공기 운항의 배속 시뮬레이션을 위한 조종사 의사결정 모델 연구

Research on Pilot Decision Model for the Fast-Time Simulation of UAS Operation

박승현 ( Seung-hyun Park ) , 이현웅 ( Hyeonwoong Lee ) , 이학태 ( Hak-tae Lee )
  • : 한국항행학회
  • : 한국항행학회논문지 25권1호
  • : 연속간행물
  • : 2021년 02월
  • : 1-7(7pages)
한국항행학회논문지

DOI


목차

Ⅰ. 서 론
Ⅱ. 조종사 의사결정 모델
Ⅳ. 결 론
Acknowledgement
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무인항공기의 운항에 필수적인 탐지 회피 시스템은 침입기를 감지하여 위험을 벗어나는 데에 필요한 선회 또는 상승/하강 기동의 범위를 제시하여 준다. 본 연구에서는 탐지 회피 알고리즘으로 NASA에서 개발한 DAIDALUS (detect and avoid alerting logic for unmanned systems)를 활용하였다. DAIDALUS는 회피 기동의 범위만을 보여주기 때문에, 실제로 기동의 정도와 방향, 그리고 회피 후 원래 경로나 임무로 복귀하는 시점은 무인항공기 조종사의 결정 사항이다. 이는 실제로 조종사가 개입하는 실시간 HiTL (human-in-the loop) 시뮬레이션에서는 유용하나, 조종사의 개입 없이 시뮬레이션을 진행해야 하는 배속 시뮬레이션에서는 조종사의 의사결정 모델이 필요하다. 본 연구에서는 DAIDALUS 결과를 바탕으로 기동하는 조종사의 의사결정 모델을 제시하고 이를 RTCA (radio technical commission for aeronautics) MOPS (minimum operational performance standards)에서 제시하는 표준 조우 벡터를 이용하여 검증하였다. 조우 형상에 따라 최대 위험도가 달라지지만, loss of well clear 상황은 발생하지 않았다. 이러한 모델은 무인항공기가 포함된 대규모 교통량에 대한 배속 시뮬레이션에서 유용하게 활용될 수 있을 것이다.
Detect and avoid (DAA) system, which is essential for the operation of UAS, detects intruding aircraft and offers the ranges of turn and climb/descent maneuver that are required to avoid the intruder. This paper uses detect and avoid alerting logic for unmanned systems (DAIDALUS) developed at NASA as a DAA algorithm. Since DAIDALUS offers ranges of avoidance maneuvers, the actual avoidance maneuver must be decided by the UAS pilot as well as the timing and method of returning to the original route. It can be readily used in real-time human-in-the-loop (HiTL) simulations where a human pilot is making the decision, but a pilot decision model is required in fast-time simulations that proceed without human pilot intervention. This paper proposes a pilot decision model that maneuvers the aircraft based on the DAIDALUS avoidance maneuver range. A series of tests were conducted using test vectors from radio technical commission for aeronautics (RTCA) minimum operational performance standards (MOPS). The alert levels differed by the types of encounters, but loss of well clear (LoWC) was avoided. This model will be useful in fast-time simulation of high-volume traffic involving UAS.

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  • : 공학분야  > 항공공학
  • : KCI등재
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  • : 2288-842X
  • : 학술지
  • : 연속간행물
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25권6호(2021년 12월) 수록논문
최근 권호 논문
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1어선의 안전조업을 위한 항해통신 및 어탐기의 통합시스템 구현

저자 : 강인숙 ( In-suk Kang ) , 주인웅 ( In-ung Ju ) , 김정연 ( Jeong-yeon Kim ) , 최조천 ( Jo-cheon Choi )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 433-440 (8 pages)

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어선의 경계소홀에 의한 해난사고는 어선 운용자의 고령화에 따른 문제와 어선에서 협소한 조타실 내부에 설치되는 항해, 통신 및 어로장비 등 여러 개의 단말기와 모니터는 조타실의 해상시야를 방해하는 상태로 설치된다. 또한 복수의 장비에 표시되는 각각의 디스플레이 정보를 확인해야 하는 혼란으로 운용자의 정보인식 능력을 저하시키는 요인으로 작용한다. 따라서 장비들을 간결하게 통합해야 한다는 요구가 제기되어 왔으며, 통합시스템은 전자해도, 통신 및 어군탐지 등으로 다양하게 어선에서 구비해야 하는 장비와 모니터를 하나로 통합하는 것이다. 본 연구는 어선의 협소한 조타실에 설치되는 GPS 플로터, AIS, VHF- DSC, V-pass, 어군탐지기를 하나의 함체에 구성하고, 하나의 MFD (multi function display)에 의하여 운용을 간편화하는 과제이며, 항해중에 데이터통신을 자동운용하는 AIS 와 V-pass 모듈은 실증실험을 통하여 그 성능을 확인하였다. 어선에서 여러 개의 단말기를 통합하여 하나의 화면으로 모든 정보를 제공하고 운용하는 시스템은 해상안전과 어업환경을 크게 개선시킬 수 있다.


The problem of maritime accidents due to the carelessness of fishing vessels, which is affected by the aging of fishing vessel operators. And there is navigation, communication and fish finder that is installed inside the narrow bridge of a fishing vessel.
Therefore these system are monitors as many as of each terminal, which is bad influence on obscuring view of front sea from a fishing vessel bridge. In addition a large problem, it is occurs to reduce of the information recognition ability due to the confusion, which is can not check the display information each of screen equipments. Therefore, there has been demand to simply integrated the equipment, and it has wanted the integrated support system of these equipment. The display must be provided on a fishing vessels such as electronic charts, communications equipments and fish detection into one case. In this paper, the integrated system will be installed the GPS plotter, AIS, VHF-DSC, V-pass, fish finder and power supply in the narrow wheelhouse on a fishing vessel, which is configured in one case and operated by multi function display (MFD). The MFD is integrated to simplify for several multi terminals and provided necessary information on a single screen. This integration fishery support system will has improved in sea safety operation and fishery environment of fishing vessels by this implementation.

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2실내 측위 추정을 위한 센서 융합과 결합된 칼만 필터

저자 : 양장훈 ( Janghoon Yang )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 441-449 (9 pages)

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지능형 이동체 시스템 발달에 따라서, 보다 정확한 위치 정보 추정 기술에 대한 요구가 증가하고 있다. 특히, 실내에서 사용되는 이동 로봇에게 주어진 일을 정해진 위치에서 수행할 때에는 보다 정확한 위치 추정에 대한 성능을 필요로 한다. 따라서, 이 논문에서는 고정형 또는 이동형 사물에 적용 가능한 진보된 위치 추정 방법을 제안한다. 제안 방법은 미리 설치된 블루투스 비콘 신호로부터 위치 추정 결과를 칼만 필터의 관찰 신호로 사용한다. 또한, 센서의 위치와 각도에 따라서 결정되는 각 방향의 중력 가속도를 추정하기 위해서, 롤(roll)과 피치(pitch) 각도를 먼저 계산하고, 이 결과를 자기장 센서 출력과 결합하여 요(Yaw) 각도를 추정함으로써, 이동체의 진행 방향을 정확히 추정한다. 이를 기반으로 이동체의 제어 입력이 되는 가속도 신호를 정확히 계산함으로써, 칼만 필터의 성능을 향상시키는 방법을 제안한다. 제안 방법의 성능은 고정 상태와 이동 상태로 나누어 평균 위치 오차를 계산하여 기존의 칼만 필터와 비교시 위치 오차를 크게 향상시킴을 확인하였다.


With advances in autonomous vehicles, there is a growing demand for more accurate position estimation. Especially, this is a case for a moving robot for the indoor operation which necessitates the higher accuracy in position estimation when the robot is required to execute the task at a predestined location. Thus, a method for improving the position estimation which is applicable to both the fixed and the moving object is proposed. The proposed method exploits the initial position estimation from Bluetooth beacon signals as observation signals. Then, it estimates the gravitational acceleration applied to each axis in an inertial frame coordinate through computing roll and pitch angles and combining them with magnetometer measurements to compute yaw angle. Finally, it refines the control inputs for an object with motion dynamics by computing acceleration on each axis, which is used for improving the performance of Kalman filter. The experimental assessment of the proposed algorithm shows that it improves the position estimation accuracy in comparison to a conventional Kalman filter in terms of average error distance at both the fixed and moving states.

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3상용차 자율협력주행 플랫폼 평가를 위한 V2X 기반 평가환경 개발

저자 : 정한균 ( Han-gyun Jung ) , 진성근 ( Seong-keun Jin ) , 곽재민 ( Jae-min Kwak )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 450-455 (6 pages)

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본 논문에서는 V2X 통신 기반의 상용차 자율협력주행 플랫폼 평가환경 구축 연구의 내용을 소개한다. V2X 통신 기반의 자율협력주행 플랫폼 평가를 위해서는 다양한 주행 시나리오를 적용할 수 있는 도로 및 V2X 인프라 등의 테스트베드 구축과 함께 시험평가를 위한 각종 제반 규격 및 표준, 지침 등이 개발되어 피시험자에게 제공되어야 한다. 또한, 이를 기반으로 실제 시험평가를 진행할 수 있는 각종 레퍼런스 장비와 시험장비 등이 개발되어야 한다. 본 논문에서는 V2X 통신 기반 상용차 자율협력주행 플랫폼 평가환경을 구성하기 위해 개발된 다양한 기술과 규격, 장비 그리고 구축 인프라를 소개한다.


In this paper, we introduce the contents of research on the establishment of an evaluation environment for autonomous cooperative driving platform for commercial vehicles based on V2X communication. For the evaluation of the autonomous cooperative driving platform based on V2X communication, various standards, standards, and guidelines for test evaluation should be developed and provided to the test subject, along with the establishment of test beds such as roads and V2X infrastructure that can apply various driving scenarios. do. In addition, based on this, various reference equipment and test equipment for actual test and evaluation should be developed. In this paper, various technologies, standards, equipment, and construction infrastructure developed to construct the evaluation environment for autonomous cooperative driving platform for commercial vehicles based on V2X communication are introduced.

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4항공분야 예방안전지표 표준분류체계 수립에 관한 연구

저자 : 김준환 ( Jun-hwan Kim ) , 백현진 ( Hyun-jin Paek ) , 이종원 ( Jong-won Lee ) , 안주현 ( Joo-hyun Ahn )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 456-465 (10 pages)

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항공안전관리를 위해서는 서비스제공자들의 안전성과를 측정하고 관리하기 위한 안전성과지표의 수립이 반드시 선행되어야 한다. 특히, 예방안전지표는 사고 및 준사고의 발생원인을 사전에 식별하고 이를 관리할 수 있게 하는 중요한 역할을 한다는 점에서 그 의미가 크다고 할 수 있다. 하지만 현재 국내 항공산업의 안전성과지표는 이미 발생한 사건에 기반한 후행지표에 초점을 맞추고 있다는 한계를 가지고 있다. 따라서 본 연구는 예측적 항공안전관리를 위한 예방안전지표를 구성하는 것을 목적으로 하였다. 또한, 전문가의 검토와 AHP 분석을 통해 지표의 타당성과 중요성을 검증하였다. 본 연구는 상대적으로 연구가 부족했던 예방안전지표의 개발을 통해 국내 항공산업의 선제적인 안전관리를 지원할 수 있다는 점에서 의의가 있다.


For predictive aviation safety management, the establishment of safety performance indicators to measure and manage the safety performance of service providers must be preceded. In particular, leading indicators are significant in that they play an important role in identifying and managing the causes of accident/incident in advance. However, the current safety performance indicators of the domestic aviation industry have limitations in that they focus on lagging indicators based on events that have already occurred. Therefore, the purpose of this study is to construct Korean leading indicators for preventive safety management. In addition, we verify the validity and importance of the indicators based on review of the experts and AHP analysis. This study is meaningful in that it can support the proactive safety management of the domestic aviation industry through the development of leading safety indicators, which have been relatively lacking in research.

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5야간운항 중 공항 주변 대형 조명시설에 의한 조종사와 관제사의 시각장애현상에 대한 연구

저자 : 전종진 ( Jong-jin Jeon ) , 이현승 ( Hyun-seung Lee )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 466-475 (10 pages)

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공항 관련 법률에서는 공항 주변에 항공등화의 식별을 방해하거나 조종사와 관제사에게 눈부심을 일으키는 조명의 설치를 제한하도록 하고 있다. 그러나 조명이 조종사 또는 관제사에게 주는 눈부심에 대해서는 정성적인 판단에 기초하여 제한여부를 판단할 뿐, 정량적인 검토는 이루어지지 않고 있다. 이에 이 연구에서는 야간운항 중 공항 주변 대형 조명시설에 의해 조종사와 관제사에게 발생될 수 있는 시각장애현상을 불능글레어와 사물인지도 및 식별방해도를 통해 정량적으로 계산하고 확인하였다. 그리고 이를 바탕으로 조명시설에 의한 조종사와 관제사의 시각장애현상을 방지하기 위해 관련 제도의 보완 등을 제언하였다.


Airport-related laws restrict the installation of lights that obstruct the identification of airport lights or cause glare to pilots and controllers around the airport. However, with regard to the glare that lights give to the pilot or controller, it is only judged whether there is a limit based on a qualitative judgment, and a quantitative review has not been made. Therefore, in this study, visual disturbances that may occur to pilots and controllers due to large lighting facilities around airports during nighttime flight operation were quantitatively calculated and confirmed through disability glare, object recognition, and identification obstruction. And based on this study, it was suggested to supplement the related system to prevent the visual impairment of pilots and controllers caused by lighting facilities.

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62019년도 인천 FIR 공중 충돌 위험도 분석

저자 : 류재영 ( Jae-young Ryu ) , 이현웅 ( Hyeonwoong Lee ) , 박배선 ( Bae-seon Park ) , 이학태 ( Hak-tae Lee )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 476-483 (8 pages)

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항공 교통량이 증가하는 상황에서 공역의 안전도를 유지하기 위해서는 현재의 공중 충돌 위험도에 대한 면밀한 분석이 선행되어야 한다. 본 논문에서는 무인기의 탐지 회피 시스템을 위해 개발된 위험도 지표인 DWC (detect and avoid well-clear)를 이용해서 2019년에 인천 비행정보구역을 통과한 모든 항공기에 대한 분석을 수행하였다. 항적은 ADS-B (automatic dependent surveillance-broadcast) 데이터를 이용하였으며, 위험도가 높게 나타나는 위치를 파악하고, 공항별, 시기별 국내 공역의 위험도를 분석하였다. 위험도는 교통량이 많은 인천공항과 김포공항 주변, 그리고 8월에 높게 나타났다. 분석 결과는 항로와 절차의 개정, 종사자 교육 훈련 등 각종 항공 안전 증진 활동의 바탕이 될 것으로 기대된다.


In order to maintain the safety of the airspace with ever increasing traffic volume, it is necessary to thoroughly analyze the collision risk with the current data. In this study, collision risk analysis was conducted using Detect and Avoid (DAA) Well-Clear (DWC) metrics, risk induces developed for the DAA systems of unmanned aerial vehicles. All flights in year 2019 that flew within the Incheon Flight Information Region (FIR) boundary were analyzed using the recorded Automatic Dependent Surveillance-Broadcast(ADS-B) data. High risk regions as well as trends by airports and seasons were identified. The results indicate that the risk is higher around the congested area near Incheon International Airport and Gimpo International Airport. Seasonally, the risk was highest in August that coincides with the Summer vacation period. The result will be useful for the baseline data for various aviation safety enhancement activities such as revision of routes and procedures and training of the field specialists.

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7무인항공기의 자동 착륙을 위한 LSM 및 CPA를 활용한 영상 기반 장애물 상태 추정 및 충돌 예측

저자 : 이성봉 ( Seongbong Lee ) , 박천만 ( Cheonman Park ) , 김혜지 ( Hyeji Kim ) , 이동진 ( Dongjin Lee )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 485-492 (8 pages)

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무인항공기의 영상 기반 자동 정밀 착륙 기술은 착륙 지점에 대한 정밀한 위치 추정 기술과 착륙 유도 기술이 요구된다. 또한, 안전한 착륙을 위하여 지상 장애물에 대한 착륙 지점의 안전성을 판단하고, 안전성이 확보된 경우에만 착륙을 유도하도록 설계되어야 한다. 본 논문은 자동 정밀 착륙을 수행하기 위하여 영상 기반의 항법과 착륙 지점의 안전성을 판단하기 위한 알고리즘을 제안한다. 영상 기반 항법을 수행하기 위해 CNN 기법을 활용하여 착륙 패드를 탐지하고, 탐지 정보를 활용하여 통합 항법 해를 도출한다. 또한, 위치 추정 성능을 향상시키기 위한 칼만필터를 설계 및 적용한다. 착륙 지점의 안전성을 판단하기 위하여 동일한 방식으로 장애물 탐지 및 위치 추정을 수행하고, LSM을 활용하여 장애물의 속도를 추정한다. 추정한 장애물의 상태를 활용하여 계산한 CPA를 기반으로 장애물과의 충돌 여부를 판단한다. 최종적으로 본 논문에서 제안된 알고리즘을 비행 실험을 통해 검증한다.


Vision-based autonomous precision landing technology for UAVs requires precise position estimation and landing guidance technology. Also, for safe landing, it must be designed to determine the safety of the landing point against ground obstacles and to guide the landing only when the safety is ensured. In this paper, we proposes vision-based navigation, and algorithms for determining the safety of landing point to perform autonomous precision landings. To perform vision-based navigation, CNN technology is used to detect landing pad and the detection information is used to derive an integrated navigation solution. In addition, design and apply Kalman filters to improve position estimation performance. In order to determine the safety of the landing point, we perform the obstacle detection and position estimation in the same manner, and estimate the speed of the obstacle using LSM. The collision or not with the obstacle is determined based on the CPA calculated by using the estimated state of the obstacle. Finally, we perform flight test to verify the proposed algorithm.

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8Smart Security 추진을 통한 인천국제공항의 미래 항공보안 구현

저자 : 임상훈 ( Sang-hoon Lim ) , 허백용 ( Baek-yong Heo ) , 황호원 ( Ho-won Hwang )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 492-497 (6 pages)

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Smart Security는 국제공항협의회가 전 세계 공항, 항공사, 정부 기관과 협력하여 시작한 글로벌 이니셔티브이다. 이 계획의 주요 목적은 승객과 휴대수하물의 검색에 있어 큰 변화(step change), 증가하는 보안 비용, 지속적으로 진화하는 위협 등에 대응하기 위한 것이다. 인천공항은 미래형 보안검색 구현을 위해 스마트 보안검색장비 도입을 추진하여 보안성 강화, 승객편의 및 운영효율성 향상 도모함으로 최고의 보안환경을 구축하여 테러 및 불법방해행위 방지를 위해 최선을 다 하여야 한다.


Smart Security is the global initiative of Airports Council International in collaboration with airports, airlines and governmental agencies. Its main objective is to create a step change in passenger and cabin baggage screening, escalating security costs and constantly evolving threats. Incheon International Airport should adopt and deploy smart security systems not only to strengthen aviation security but also increase passenger's experiences and operational efficiency by way of seamless security screening that it will lead to establish the best security environment to prevent terrorism and acts of unlawful interference.

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9Wake Turbulence RECAT을 적용한 활주로 절대 수용량 비교 분석

저자 : 박정우 ( Jeongwoo Park ) , 김휘양 ( Huiyang Kim ) , 구성관 ( Sungkwan Ku )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 498-509 (12 pages)

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선행 항공기의 날개 끝단에서 발생하는 후류 요란으로 인해 후행 항공기는 정상적인 운항에 영향을 받을 수 있다. 현재는 항공기 최대이륙중량에 따라 4개의 카테고리로 분류하여, 기준 거리별 항공기 수평 분리를 적용하고 있다. FAA 및 EUROCONTROL을 중심으로 항공기 후류 요란의 크기와 영향이 기존의 거리 분리치보다 더 작다는 것이 연구되었고, 이것을 바탕으로 분리 기준을 7개의 카테고리로 세분화한 규정(RECAT)이 제시되었다. 본 연구에서는 ICAO Doc. 10122의 초안을 이용하여 국내 공항의 RECAT 도입 필요 여부를 확인하고, 활주로 절대 수용량 계산 방법의 하나인 Harris 모델을 이용하여 인천국제공항의 절대 수용량을 산출하였다. 분석 결과 RECAT 도입에 따라 활주로 절대 수용량의 증가가 가능할 것으로 확인되었으며, 계산된 결과 및 계산에 활용한 방법은 국내 공항의 RECAT 도입 검토에 기본 자료로 활용될 수 있을 것이다.


The wake turbulence at the wingtip of preceding aircraft may affect the normal operation of following aircraft. Aircraft are classified into four categories according to their maximum take-off weight, and horizontal separation is applied with this category matrix. The FAA and EUROCONTROL revealed that the magnitude and effect of preceding aircraft wake turbulence were smaller than the current distance separation minima suggest. This new information presents the opportunity for revising wake turbulence minima into seven categories (RECAT). This paper confirms the feasibility of implementing RECAT at major airports in South Korea using the draft of ICAO Doc. 10122. The paper also calculates the ultimate runway capacity of Incheon International Airport in South Korea using the Harris Model and comparatively analyzes the amount of runway capacity. As a result of the analysis, it was confirmed that the implementation of RECAT could increase the ultimate runway capacity of Incheon International Airport. This paper's calculation methods and results can be used as primary data for implementing RECAT in other airports.

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10소형무인항공기 항법시스템오차 시험평가 방법

저자 : 구성관 ( Sungkwan Ku ) , 안효정 ( Hyojung Ahn ) , 주요한 ( Yo-han Ju ) , 홍석민 ( Seokmin Hong )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 6호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 510-516 (7 pages)

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최근 무인항공기의 활용 범위와 수요가 지속적으로 증가하고 있으며, 저고도 무인항공기의 경우 유인항공기와 별개의 관리 체계 개발을 통해 별도의 운영 시스템 구축에 관한 연구가 진행되고 있다. 저고도 무인항공기의 경우도 공역을 비행하는 비행체 이므로 비행체의 운영에 필요한 기술 기준 및 인증 제도의 수립이 필수적이며, 이에 대한 연구도 함께 진행되고 있다. 비행체의 운영기준 및 인증 요건이 제시되는 경우, 이를 확인할 수 있는 시험방법도 함께 제시되어야 한다. 특히, 소형무인항공기의 경우는 비행 중 요구되는 항법의 정확도 수준이 유인항공기 또는 대형 무인항공기 보다 정밀한 비행을 요구하므로, 기존의 비행체 비행에서만 확인할 수 있는 비행 결과 정확도 산출이 아닌 별도의 항법오차의 산출이 필요할 것으로 판단하였다. 본 연구에서는 기존 유인항공기와 다른 장시간의 운영 데이터 획득이 어려운 무인항공기에 적용이 가능한 항법 오차 도출에 관한 시험 방법에 대하여 제시하였고, 실증 시험을 수행하였다.


Recently, the range of utilization and demand for unmanned aerial vehicle (UAV) has been continuously increasing, and research on the construction of a separate operating system for low-altitude UAV is underway through the development of a management system separate from manned aircraft. Since low-altitude UAVs also fly in the airspace, it is essential to establish technical standards and certification systems necessary for the operation of the aircraft, and research on this is also in progress. If the operating standards and certification requirements of the aircraft are presented, a test method to confirm this should also be presented. In particular, the accuracy of small UAV's navigation required during flight is required to be more precise than that of a manned aircraft or a large UAV. It was necessary to calculate a separate navigation error. In this study, we presented a test method for deriving navigation errors that can be applied to UAVs that have difficulty in acquiring long-term operational data, which is different from existing manned aircraft, and conducted verification tests.

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1무인항공기 운항의 배속 시뮬레이션을 위한 조종사 의사결정 모델 연구

저자 : 박승현 ( Seung-hyun Park ) , 이현웅 ( Hyeonwoong Lee ) , 이학태 ( Hak-tae Lee )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-7 (7 pages)

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무인항공기의 운항에 필수적인 탐지 회피 시스템은 침입기를 감지하여 위험을 벗어나는 데에 필요한 선회 또는 상승/하강 기동의 범위를 제시하여 준다. 본 연구에서는 탐지 회피 알고리즘으로 NASA에서 개발한 DAIDALUS (detect and avoid alerting logic for unmanned systems)를 활용하였다. DAIDALUS는 회피 기동의 범위만을 보여주기 때문에, 실제로 기동의 정도와 방향, 그리고 회피 후 원래 경로나 임무로 복귀하는 시점은 무인항공기 조종사의 결정 사항이다. 이는 실제로 조종사가 개입하는 실시간 HiTL (human-in-the loop) 시뮬레이션에서는 유용하나, 조종사의 개입 없이 시뮬레이션을 진행해야 하는 배속 시뮬레이션에서는 조종사의 의사결정 모델이 필요하다. 본 연구에서는 DAIDALUS 결과를 바탕으로 기동하는 조종사의 의사결정 모델을 제시하고 이를 RTCA (radio technical commission for aeronautics) MOPS (minimum operational performance standards)에서 제시하는 표준 조우 벡터를 이용하여 검증하였다. 조우 형상에 따라 최대 위험도가 달라지지만, loss of well clear 상황은 발생하지 않았다. 이러한 모델은 무인항공기가 포함된 대규모 교통량에 대한 배속 시뮬레이션에서 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

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2K-means 알고리즘을 활용한 수도권 도심항공 모빌리티(UAM) 수직이착륙장 위치 선정 및 평가

저자 : 정준영 ( Jun-young Jeong ) , 황호연 ( Ho-yon Hwang )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 8-16 (9 pages)

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본 논문에서는 도심항공 모빌리티(UAM)를 우리나라 수도권에서 운용하기 위해 필요한 수직이착륙장의 위치를 선정하고 평가하였다. 통근통학 인구수 조사 데이터를 이용해 수요 데이터를 분석하였으며, MATLAB을 이용해 지도상에 표현하였다. 또한 데이터들을 군집화하기 위해 MATLAB에 내장되어있는 K 평균 알고리즘 함수를 이용해 수직이착륙장의 위치로 선정할 군집의 중심을 파악하였으며, 실루엣 기법을 이용해 군집화의 정확도와 신뢰도를 평가하였다. 또한 선정된 수직이착륙장의 위치가 실제 수직이착륙장 설치에 적합한지 위성 지도를 이용해 확인하였으며, 그 위치가 설치 불가능한 위치에 있는 경우 위치 조정 과정을 통해 최종 수직이착륙장의 위치를 선정하였다.

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3역설계 기법을 사용한 도심항공 모빌리티용 복합형(틸트로터 + 양력 + 순항) eVTOL의 공력 해석, 요구 동력 및 중량 예측

저자 : 김동희 ( Dong-hee Kim ) , 이준희 ( Joon-hee Lee ) , 황호연 ( Ho-yon Hwang )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 17-28 (12 pages)

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최근 많은 나라 대도시의 교통체증과 더불어 지구온난화로 인해 차세대 친환경 교통수단인 eVTOL이 각광받고 있다. 본 연구에서는 많은 유형의 eVTOL 중 고정로터와 틸트로터가 결합된 복합형 eVTOL인 현대자동차 S-A1의 외부형상을 벤치마킹하여 역설계 기법을 활용하여 기본 형상을 구현하였다. CATIA를 사용하여 기본 형상을 구현한 후 항공기 설계 및 공력해석 프로그램인 OpenVSP, XFLR5를 사용하여 공력해석을 수행하였고 비교분석을 통해 익형과 붙임각, 상/하반각을 선택한 후 항공기 표면적 및 항력, 양력을 계산하였다. 또한 주어진 임무형상을 수행하기 위한 필요 동력을 산정하고 추정식과 자료조사를 통하여 구성품과 전체 무게를 추정하였다.

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4도심항공 모빌리티(UAM)를 위한 역설계 기법을 사용한 멀티콥터형 eVTOL의 기본 개념설계

저자 : 최원석 ( Won-seok Choi ) , 이동규 ( Dong-kyu Yi ) , 황호연 ( Ho-yon Hwang )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 29-39 (11 pages)

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대도시 도심의 교통 정체를 해결하기 위한 방법의 하나로 전기수직이착륙 개인항공기(eVTOL PAV)를 활용한 도심항공 모빌리티(UAM)의 관심이 증가하고 있다. 도심항공 모빌리티에 사용할 비행체인 eVTOL은 추진방식에 따라 복합형, 틸트 로터형, 틸트 날개형, 틸트 덕티드 팬형, 멀티콥터형으로 분류된다. 본 연구에서는 멀티콥터형인 에어버스사의 시티에어버스를 기본 모델로 주어진 임무 형상에 맞게 역설계 기법을 사용하여 기본 개념설계를 수행하였다. 공력해석 프로그램인 OpenVSP를 사용하여 표면적과 양항비, 항력계수를 계산하였다. 각 임무 구간별 소요되는 동력을 계산하였고, 그에 맞는 배터리와 모터를 비교하여 선정하였다. 또한 eVTOL 구성품별 중량을 추정하여 전체 총 중량을 예측하였다.

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5도심항공 모빌리티(UAM)의 국내 적용을 위한 수직이착륙장 설계 요구조건 분석 및 형상 제안

저자 : 안병선 ( Byeong-seon Ahn ) , 황호연 ( Ho-yon Hwang )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 40-51 (12 pages)

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본 논문에서는 도심항공 모빌리티(UAM) 시스템을 국내에서 운용하기 위해 필요한 국내외 규정을 분석하여 수직이착륙장의 설계 요구 조건을 도출하고 이착륙 패드의 크기를 규정하였으며, 이를 바탕으로 수직이착륙장 형상을 제안하였다. 먼저, 인구 밀집도가 높은 수도권에 대해 국토교통부에서 제시한 실증노선을 기준으로 수직이착륙장의 시범 위치를 선정하고 각 위치의 특징을 분석하였으며 크기를 측정하여 수직이착륙장의 설치 가능 수를 파악하였다. 이후 수직이착륙장 운영에 필요한 변수들을 설정하여 동시운용과 주기장 수에 따른 시간당, 하루, 한 달 동안의 항공기 운용 가능 대수, 수용 가능 인원, 효율성 등을 계산하였다. 마지막으로, CATIA를 사용하여 가상의 수직이착륙장 형상을 설계요구조건을 적용하여 구현하였다.

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6비행 데이터 분석 기반의 불안정 접근 경감방안

저자 : 김현덕 ( Kim Hyeon Deok )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 52-59 (8 pages)

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IATA (International Air Transport Assosiation)의 운송용 항공기 사고 집계에 의하면, 사고 건의 61%가 비행의 접근 및 착륙단계에서 발생 되었으며, 이중 항공기의 불안정한 접근으로 인한 사고가 16%인 것으로 파악되었다. 이는 조종사의 불안정한 접근 및 수정 조작 미흡에 따른 복행을 시행하지 않고, 무리하게 접근을 지속하여 사고로 이어진 것으로 식별되었다. 불안정 접근의 원인으로는 공항의 접근 절차, 조종사의 실수, 잘못된 계획, 업무 부하 (workload), ATC (Air Traffic Control) 혼잡 등 다양하게 있을 수 있다. 본 연구에서는 비행 데이터 분석 시스템을 활용하여, 불안정 접근 이벤트가 반복해서 발생하는 국내의 사례 공항과 기종을 선정하여, 주요 발생 이벤트, 공항 접근 절차, 조종사의 조작 뿐만이 아니라 공항의 기상, 지리적 여건 등 다양한 환경적 요인을 포함한 비행 데이터 분석을 통해 불안정 접근 이벤트의 경향성과 발생 원인 및 위험 요소를 식별하고 제거하여 불안정 접근 이벤트의 경감조치 및 항행 안전 증진 방안 마련의 시사점을 도출하고자 한다.

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7도심에서의 드론 Last-mile 배송 기술의 정밀 측위 기법

저자 : 김규석 ( Kyuseok Kim )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 60-67 (8 pages)

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미국을 비롯한 전 세계 국가는 드론을 이용한 물류 서비스의 상용화를 위해 활발한 연구를 진행하고 있다. 국내에서도 물류 배송 기업을 비롯하여 이동통신사에서도 드론 물류 배송 서비스의 연구, 개발을 진행 중이다. 그러나 우리나라와 미국은 last-mile 물류 배송 환경이 다르다. 우리나라는 인구의 77% 이상이 아파트 등의 공동주택에 살고 있으며 인구 밀도가 전 세계 4위에 달하는 나라이다. 이에 따라 드론 물류 배송에 있어 우리나라 환경에 맞는 연구가 필요하다. 본 연구에서는 도시 지역에서의 근거리 무선통신과 기압계를 활용한 드론 물류 배송의 정밀 위치 판단의 방법을 제안한다. 실험 결과 제안하는 방법을 통해 2.5m 이내의 창문도 탐지할 수 있음을 확인하였다. 본 연구에서 제안하는 방법을 통해 도심에서의 드론 물류 배송 기술의 향상에 도움이 되길 기대한다.

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8고기동 환경에 적용 가능한 소형 GPS/MEMS IMU 통합항법 수신모듈 설계

저자 : 정구용 ( Koo-yong Jeong ) , 박대영 ( Dae-young Park ) , 김성민 ( Seong-min Kim ) , 이종혁 ( Jong-hyuk Lee )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 68-77 (10 pages)

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본 논문에서는 높은 동특성 환경에서 동작이 가능한 GPS/MEMS IMU 통합항법 수신모듈을 설계 및 제작하고, 그 결과를 확인하였다. 설계한 모듈은 RF 수신부, 관성측정부, 신호처리부, 상관기, 항법 S/W로 구성된다. RF 수신부는 저잡음증폭, 주파수 변환, 필터링, 자동이득조절 기능을 수행하고, 관성측정부는 3축 자이로스코프, 가속도계, 지자기센서가 적용된 MEMS급 IMU로부터 측정 데이터를 수집하여 항법S/W로 전달하는 인터페이스를 제공한다. 신호처리부 및 상관기는 FPGA 로직으로 구현하여 필터링 및 상관 값 계산을 수행하고, FPGA 내부 CPU를 사용하여 위성항법, 통합항법 S/W를 구현하였다. 제작된 모듈의 크기는 95.0ⅹ85.0ⅹ12.5 mm 이고, 무게는 110g을 확인하였으며, 동적성능 1200m/s, 가속도 10g의 환경에서 규격 이내의 항법정확도 성능을 확인하였다.

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9한국형 SBAS의 평가항목 및 필수 구성요소 분석을 통한 비행검사 평가항목 수립 및 SBAS 성능 시험 측정 장비 최적 설계 방안

저자 : 김영빈 ( Young-bin Kim ) , 홍교영 ( Gyo-young Hong )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 78-83 (6 pages)

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급속도로 증가하는 항공 교통량으로 인한 공역 과밀화와 공역제한으로 인해 국제민간항공기구(ICAO) 에서는 공역 수용 증대를 위한 performance-based navigation 을 실시하기 위해 2025년 까지 모든 항공기들을 대상으로 하여 SBAS 사용을 촉구하고 있는 실정이다. 이에 맞춰 국내 역시 한국의 공역환경 특성을 반영한 한국형 SBAS의 연구 개발을 지속중이다. 국내에서는 아직 SBAS의 성능 시험 및 검증을 위한 비행검사 절차 및 이에 필요한 탑재장비 구성방안이 수립되어 있지 않으므로 본 논문에서는 FAA, ICAO 규정집, 그리고 국토교통부가 제정한 법령을 분석하여 향후 수립될 한국형 SBAS의 필수 평가 사항들과 파라미터들을 도출하고, RTCA 규정집을 참고하여 RTK-DGPS 위치고정 시스템을 이용한 비행검사 최적 장비 구성방안에 대해 제시하였다.

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10광 위상 공액이 적용된 비대칭 구조의 분산 제어 링크

저자 : 이성렬 ( Seong-real Lee )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 84-89 (6 pages)

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표준 단일 모드 광섬유가 가지는 색 분산과 비선형 현상에 의한 광 신호 왜곡을 보상할 수 있는 분산 제어와 광 위상 공액이 결합된 링크의 한계인 대칭적 구조를 해결할 수 있는 방법을 제안하였다. 대칭적 구조는 전반 전송 구간과 후반 전송 구간의 중계 구간수, 분산 분포 등등이 광 위상 공액기를 중심으로 대칭되어야 한다는 것을 의미한다. 본 연구에서 제안하는 분산 제어 링크는 광 위상 공액기가 전반의 6개 중계 구간과 후반의 14개 사이에 존재하고, 각 전송 반 구간에서의 평균 중계 구간 당 잉여 분산 (RDPS; residual dispersion per span)이 서로 동일한 구조이다. 제안된 분산 제어 링크에서의 광 신호 왜곡 보상 효과의 분석은 평균 RDPS가 각 전송 반 구간에서 서로 다르게 설정된 링크에서의 결과와의 비교를 통해 이루어졌다. 시뮬레이션 결과 전송 반 구간 사이의 RDPS 평균값의 동일 여부보다 인접한 중계 구간 간 RDPS 편차가 보상에 더 큰 영향을 미치는 것은 확인하였다.

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자료제공: 네이버학술정보
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