[논문]저가형 무인항공기 DATA BUS 운용기술 방안 연구

길현철; 안동만; 홍교영

doi:10.12673/jkoni.2012.16.6.1024

초록
AI-Helper

과거 주로 군사용 항공표적 및 정찰용으로 사용되어 왔던 무인항공기 개발 분야에도 최신 IT기술의 도입과 기술이 진화함에 따라 군사정찰 뿐만 아니라 민간 분야에까지 그 활용범위를 넓혀가고 있다. 향후 세계적으로 무인항공기 시장에서 주도적인 성장이 예상되는 민수 저가형 무인항공기는 최근 다양한 분야로 확대적용이 가속화 되고 있다. 그러나 현행 무인기 연구는 LINK 및 데이터 버스의 경우 군사용, 고가 위주의 연구가 주로 진행 되고 있어 가격이 주요 결정요인으로 작용하는 민수용 무인기 시스템으로는 구성하기에는 적합하지 않다. 본 논문에서는 무인항공기에 있어 정보전송체계에서 중요한 부분인 데이터 버스를 중심으로, 자동차 분야에서 안정성이 입증된 산업용 버스인 CAN 버스와 항공분야에서 사용되는 MIL-STD-1553B를 동일조건의 Simulation을 통해서 비교 분석을 하였다. 분석 결과 CAN 버스는 별도의 커플러 장비가 필요 없이, 통상적인 CAN 구성 체계만으로도 MIL-STD-1553B와 동일한 정보 전송율이 가능함이 확인 되었다. 이에 1553B 보다 비용면에서도 저렴하며 구성 체계 및 무게를 최적화 시킬 수 있어 저가형 무인기 내부 데이터 버스로 적합함을 확인 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In the past, the part of development of that is used for the military aviation target or reconnaissance is being extended to the range of application not only reconnaissance but also civilian industry as the introduction of the newest IT technology and the technical evolution. The Civilian low-cost ...

In the past, the part of development of that is used for the military aviation target or reconnaissance is being extended to the range of application not only reconnaissance but also civilian industry as the introduction of the newest IT technology and the technical evolution. The Civilian low-cost UAV that is expected growth at the market of UAV in the world is accelerated to the extended applicability in the fields. However, The UAV study is recently focused on the Link and The Data bus because the main decision of the civilian UAV system configuration is not suitable to determinate the factory of price. In this paper is analysed the UAV data bus through the simulation in same condition both the CAN Bus which used the automobile industry and the MIL-STD-1553B which is used the aviation industry. As a comparison result, we identified that the CAN Bus of conventional configuration is possible to transmit the data without the need for a separate coupler equipment against the MIL-STD-1553B data. Thus, we identified that the CAN bus is capable to apply as a low-cost UAV internal data bus to optimize configuration and weight than 1553B.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 저가형 무인기 데이터 버스로서 구성 체계 및 무게를 최적화 시킬 수 있는 저가형 CAN 버스를 선정을 하여 알고리즘을 검증하기 위해 항공기 비행 데이터를 소프트웨어 기반인 다기능 시현장비(MFD: Multi Function Display)에 전송하는 것을 목적으로 하며, CAN 통신 프로토콜을 활용한 가상의 시뮬레이션 환경을 구축을 하여 수행이 되었다.
중량의 최소화와 사용상의 융통성 확보를 위하여 양방향 버스인 MIL-STD-1553B와 산업용 버스인 CAN 버스는 전자기기의 수가 증가함에 따라 배선 수의 증가, 무게, 비용, 차지하는 공간이 증가하는 문제가 발생을 막기 위한 목적으로 개발이 되었다. 공용으로 사용하는 데이터 버스에 각각의 기기가 접속을 하여 기기를 공용 데이터 버스에 접속하는 것으로 기존의 네트워크에서 사용하는 것이 가능하며, 새로운 장비를 연결하고자 할 때 추가적인 배선이나 기기의 변경 없이 현재의 네트워크에 동일하게 연결만 하면 된다.
본 논문은 저가형 데이터 버스로서 별도의 Interface Card가 없이 저가형 CAN Receiver만 이용하여 항공기의 비행 데이터를 MIL-STD-1553B와 동일하게 MFD 상에 디스플레이함으로서 CAN 버스의 이점을 확인하고자 진행이 되었으며, 표 5와 같이 전송 속도 및 정보전달 구성 체계에 문제가 없음이 확인 되었다.

제안 방법

저가형 무인항공기 데이터 버스를 구성하기 위해서는 구성이 저렴하면서 성능은 신뢰성과 안정성을 그대로 유지할 수 있는 데이터 버스가 고려되어야 한다. 본 논문은 저가형 무인항공기의 정보전송 체계에서 중요한 부분을 차지하고 있는 항공기용 데이터 버스를 중심으로 차량용으로 개발이 되어 안정성이 입증된 저가형 CAN 버스를 선정하여 1553B와 비교 분석 하였다.
이에, 본 논문에서는 2장 데이터 버스 시스템인 MIL-STD-1553B, CAN 버스 시스템에 대해 살펴보고, 3장에서는 수행된 시뮬레이션 구성 체계 및 1553B와 CAN 버스와의 비교분석을 기술하였으며 마지막으로 결론 순으로 구성하였다.
이에 본 논문에서는 관련연구로 데이터 버스 환경 분석, CAN Bus, MIL-STD-1553B 분석 하였으며, 산업용 버스인 CAN Bus를 선정하여 시뮬레이션 환경 (Test-bed) 구축 및 MIL-STD-1553B와의 비교분석을 하였다.

대상 데이터

알고리즘 검증용 시스템은 크게 데이터 생성부, CAN 버스를 이용한 데이터 전송부, 그리고 최종적으로 MFD를 포함하는 디스플레이부로 구성되어 있다.
MFD에 필요로 하는 많은 정보들을 생성해야 하지만 생성해야 하는 정보가 방대하고 실제 항공기의 비행데이터를 활용하기에는 많은 어려움이 있기에 상용화 되어있는 에뮬레이터(Flight Simulation X)를 사용하여 비행데이터를 확보하였다. F.

성능/효과

이에 반해 1553B와 동일한 전송속도를 보이는 CAN 버스는 다른 버스체계에 비해 상호통신에 있어 데이터 전송이 충돌방지 기능을 스스로 해결 할 수 있고 기본적인 통신 프로토콜이 존재하기 때문에 다양한 모듈의 정보를 선택적으로 선택할 수 있다는 장점을 가지고 있으며, 그림 7처럼 통신 선로에 여러 장치를 데이지 체이닝(daisy-chaining) 또는 번들 스플라이스(bundle-splice)로 연결 가능하며, 별도의 커플 러 장비가 없어도 차등신호(differential)을 이용한 2개의 전선을 사용하여 Receiver가 있으면 공용데이터 버스에 접속이 가능하다. 이는 CAN을 적용함으로서 하나의 데이터 버스로 통합을 하여 각 서브시스템의 연결이 쉬워지고 단순해져 내부 공간을 효율적으로 사용 할 수 있음이 확인 되었다.
분석 결과를 바탕으로 우수한 신뢰성으로 인해 군용 쪽으로 많이 사용되는 MIL-STD-1553B는 높은 가격의 장비 구성 및 기술 의존도로 인하여 저가형 무인기 데이터 버스로 이용하기에는 많은 제약이 따른다. 이에 반해 1553B 와 동일한 속도를 보이는 CAN 버스는 비용면에서도 저렴하며, 오류처리에 있어 탁월한 성능 및 장비 구성 체계에 있어 추가적인 커플러 장비가 없어 무게 감소뿐만 아니라 내부 인터페이스가 간편해질 수 있음을 확인하였다. 본 연구의 결과를 통해 실제 저가형 무인항공기에 CAN Bus를 적용하여 신뢰성이 있는 개발 연구가 필요할 것으로 판단된다.

후속연구

과거 주로 군사용 항공표적 및 정찰용으로 사용되어 왔던 무인기 개발의 최신기술이 진화함에 따라 군사정찰뿐만 아니라 기상관측, 농업, 통신, 해안경비 등 민간 부분에 까지 그 활용범위를 넓혀가고 있다. 향후 무인항공기 시장에서 주도적인 성장이 예상되는 저가형 무인항공기는 세계적으로 다양한 분야로의 확대적용이 가속화 되고 있다. 저가형 무인항공기 통합설계 및 운용기술이 개발이 진행이 되어 지고 있는 가운데 무인기 탑재요소 장비들은 점차 소형화되어지고 있으며, 탑재 시스템은 대부분이 전자 장치로 이루어져 있다.
이에 반해 1553B 와 동일한 속도를 보이는 CAN 버스는 비용면에서도 저렴하며, 오류처리에 있어 탁월한 성능 및 장비 구성 체계에 있어 추가적인 커플러 장비가 없어 무게 감소뿐만 아니라 내부 인터페이스가 간편해질 수 있음을 확인하였다. 본 연구의 결과를 통해 실제 저가형 무인항공기에 CAN Bus를 적용하여 신뢰성이 있는 개발 연구가 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	저가형 무인항공기의 탑재 시스템은 대부분 무엇으로 이루어지는가?	향후 무인항공기 시장에서 주도적인 성장이 예상되 는 저가형 무인항공기는 세계적으로 다양한 분야로의 확대적용이 가속화 되고 있다. 저가형 무인항공기 통합설계 및 운용기술이 개발이 진행이 되어 지고 있 는 가운데 무인기 탑재요소 장비들은 점차 소형화되 어지고 있으며, 탑재 시스템은 대부분이 전자 장치로 이루어져 있다. 이러한 전자장치는 탑재 시스템의 무게와 크기를 줄이고, 데이터 버스(Data Bus)를 통해 복잡한 기능의 구현이 용이하다는 장점이 있다.
	무인기 개발의 최신기술의 활용 범위는 어느 분야까지 넓혀지고 있는가?	과거 주로 군사용 항공표적 및 정찰용으로 사용되어 왔던 무인기 개발의 최신기술이 진화함에 따라 군 사정찰뿐만 아니라 기상관측, 농업, 통신, 해안경비 등 민간 부분에 까지 그 활용범위를 넓혀가고 있다. 향후 무인항공기 시장에서 주도적인 성장이 예상되 는 저가형 무인항공기는 세계적으로 다양한 분야로의 확대적용이 가속화 되고 있다.
	항공기 데이터 버스로 독점적으로 운영되던 MIL-STD-1553B의 장단점은 무엇인가?	무인항공기 운용에 있어 데이터 버스는 주요한 부분이며, 항공기 데이터 버스로 독점적으로 운영되던 MIL-STD-1553B나 ARINC 버스 시스템은 높은 가격과 기술의존도로 인하여 개발에 많은 제약이 따르고 있다. 특히 MIL-STD-1533B는 높은 신뢰성으로 국내 무인항공기에 많이 적용되고 있지만 과거의 기술을 사용하고 있으며, 고가의 시스템이어서 저가형 무인 항공기 시스템으로 구성하기에는 하드웨어 자원이 너무 방대하다는 단점이 있다. 이에 차량용 외에도 광범위한 어플리케이션에서 사용되고 있는 산업용 데이터 버스인 CAN(Controller Area Network)버스를 적용하거나 필수적인 장비만 탑재하여 다양한 목적에 맞는 저가형 무인항공기를 연구할 필요성이 대두 되고 있다.

참고문헌 (13)

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Gap-Dong Kim, Jin-Pyeong Jeong ,Seong-Tae Mum ,Seung-Yeol Yang(ADD) "A Study on Design Method of the Avionics Data bus System", KSAS, 2009
R.P.G Collinson,"Introdution to Avionics Systems", 2nd Edition, Kluwer Academic publishers, 2003
FAA,"Guidance for Integrated Modular Avionics(IMA) & Aviation Databus, July 26, 2005
Janusz Zalewski, Dawid Trawczynski, Janusz Sosnowski, Andrew Kornecki, Marek Sniezek,"SAFETY ISSUES IN AVIONICS AND AUTOMOTIVE DATABUSES", 2005
Dong-Mhan Ahn, Seung-Beom Hong, Min-Seok Jie, Young-In Kim, Gyo-Young Hong,"Avionics Integrated Architecture Using High-Speed Fiber Optical Bus" LIGNex1, pp.8-12, 2009.3
CONDOR Engineering,"MIL-STD-1553B", Turitor, pp.6, June 5, 2000
Michael Hegarty Principal Marketing Engineer DDC, "MIL-STD-1553B",White paper, pp.1-3, June,2010
Standardization of CAN Networks for airborne use through ARINC 825, Ralph Knueppel, Airbus operations gmbH, Germany, icc 2012
Texas Instruments,"Controller Area Network Physical Layer Requirements", pp.8-9, Application Report 2008
Robert BOSCH GmbH,"CAN Specification", Version 2.0, 1991
IXXAT,"VCI -Virtual CAN Interface", pp.5-10, C-API Programmers Manual
Rio Rancho,"MIL-STD-1553 Tutorial and Reference", Alta Data Technologies LLC, pp.5, 2007

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