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[국내논문] 소형 무인기들의 군집비행을 위한 운영 네트워크 시스템과 PILS 개발
Development of Operation Network System and Processor in the Loop Simulation for Swarm Flight of Small UAVs 원문보기 논문타임라인

제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, v.18 no.5, 2012년, pp.433 - 438  

김성환 (인하대학교 항공우주공학과) ,  조상욱 (인하대학교 항공우주공학과) ,  조성범 (인하대학교 항공우주공학과) ,  박춘배 (인하대학교 항공우주공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, a operation network system equipped with onboard wireless communication systems and ground-based mission control systems is proposed for swarm flight of small UAVs. This operating system can be divided into two networks, UAV communication network and ground control system. The UAV com...

주제어

#swarm flight   #mission control system   #ground control system   #UAV communication network   #process in the loop simulation   #UAV  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 무인기의 군집비행을 위한 네트워크 운영 시스템과 이를 기반으로 사전에 발표된 논문[1]의 알고리즘 검증을 위한 PILS 시스템을 개발하고 시스템의 안정성을 확인하는데 초점을 맞추고 있다. 또한 전체 운영 시스템의 하위 구성 요소인 MCS, Communication Host, IP Knob, EPRS422 Module에 대한 각각의 개발 내용을 기술하였다.
  • 본 논문에서는 소형 무인기들의 군집비행을 통해 복잡한 임무를 분산 수행하기 위한 전체 운영시스템 구성을 제안하였다. 또한 이를 기반으로 PILS 시스템을 구현하고 사전에 발표된 논문의 알고리즘을 탑재하여 운영 시스템의 안정성을 확인하였다.
  • 4Ghz의 Zigbee Pro 무선 모뎀을 선정하였다. 여기서 무인기간 무선 주파수를 2.4 Ghz로 선정한 이유는 지상관제국과 무인기간의 무선통신에 900 Mhz 대역이 사용되기 때문에 이와는 별개의 상용 주파수 대역을 사용하고자 함이다. 또한 이 무선장비의 경우 각각의 단말들과의 통신 방법이 편대기 수의 변화에 따라 구성이 용이하고 데이터 송 · 수신에 방송(broadcasting) 모드를 지원한다는 장점이 있다.
  • 소형 무인기들의 군집비행을 구현하기 위해 본 논문에서 제안하는 무인기 운영 네트워크 시스템은 두 개의 네트워크로 구성된다. 첫 번째는 무인기간의 직접 통신을 위한 네트워크로, 기본적으로 군집을 형성하는 무인기간의 충돌 방지를 위한 개별 무인기들의 항법, 임무 및 상태 정보를 최소한의 시간지연을 갖고 교환하기 위한 기능을 우선적으로 수행하기 위한 것이다. 두 번째는 개별 무인기들을 통제하는 임무 통제 시스템(MCS: Mission Control System)들 간의 정보를 교류하기 위한 네트워크이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
최근 무인기의 임무 범위는 어떻게 확대되고 있는가? 최근 무인기의 임무 범위가 기본적인 정찰 임무에서 무인기간 또는 유무인기의 공중전 및 공대지 폭격 등의 다양하고 복합적인 임무로 그 영역이 확대되고 있다. 이러한 복합적인 임무로 인해 무인기는 다양한 형태의 임무지원 장비를 탑재하고 운영하는 것이 요구된다.
소형 무인기의 단점은 무엇인가? 이러한 복합적인 임무로 인해 무인기는 다양한 형태의 임무지원 장비를 탑재하고 운영하는 것이 요구된다. 그러나 소형 무인기의 경우 유상하중의 제한으로 이렇게 복합적인 임무수행에 요구되는 여러 임무장비들을 탑재하기 어렵다. 반면에 이미 개발되어 운영되고 있는 많은 소형 무인기들을 군집 비행 형태로 운영하면 이러한 복합적인 임무에 대해서도 대처하는 것이 가능하기 때문에 최근 군집비행과 관련된 많은 연구가 수행되고 있다[1-3].
다수의 무인기를 활용한 군집비행 운영의 장점은 무엇인가? 다수의 소형 무인기들을 네트워크를 통해 유기적으로 연동하여 군집비행 형태로 운영하면, 복합적인 임무를 세부분할해 할당하는 것이 가능하기 때문에 여러 임무장비를 무인기들에 분산해 탑재하고 협업을 통해 임무를 수행하도록 운영하는 것이 가능하다. 또한 이렇게 여러 대의 소형무인기의 군집비행을 이용하여 임무를 분산 수행할 경우, 한 대의 대형 무인기를 이용할 때보다 고장에 대해 신뢰성이 높아지게 된다. 다시 말해 군집을 형성하는 일부 무인기가 손실되어도 전체 임무가 실패하지 않고, 일부의 임무는 수행 가능하다는 장점이 있다. 이와 같이 다수의 무인기를 활용한 군집비행 운영과 관련된 최근 연구 동향을 살펴보면, 개별 무인기의 정밀제어와 충돌회피기동 및 비행시험과 같이 무인기의 직접적인 운영 측면에 관해 초점이 맞춰져 있다[4,5].
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참고문헌 (7)
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  1. S. H. Kim, S. B. Jo, S. H. Park, D. W. Kim, and C. K. Ryoo, "A formation guidance law design Based on relative-Range information for swarm flight," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems (in Korean), vol. 18, no. 2, pp. 87-93, Jan. 2012. 

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    반면에 이미 개발되어 운영되고 있는 많은 소형 무인기들을 군집 비행 형태로 운영하면 이러한 복합적인 임무에 대해서도 대처하는 것이 가능하기 때문에 최근 군집비행과 관련된 많은 연구가 수행되고 있다[1-3].

    본 논문에서는 무인기의 군집비행을 위한 네트워크 운영 시스템과 이를 기반으로 사전에 발표된 논문[1]의 알고리즘 검증을 위한 PILS 시스템을 개발하고 시스템의 안정성을 확인하는데 초점을 맞추고 있다.

    본 논문에서 구현하는 PILS 시스템은 군집비행 운영을 검증하기 위한 것이기 때문에 앞서 발표한 논문[1]의 알고리즘을 적용하여 운영 시스템의 안정성을 확인하였기 때문에 기본적으로 FCC, 운동모델 그리고 MCS는 각각 3대씩 연결하여 구성하였다.

    PILS 시험은 참고논문[1]의 알고리즘을 개별 FCC에 탑재하고 사전에 정의된 Way-point Navigation을 수행하는 1번기에 대해 나머지 2대가 편대를 형성해 운영되는 것을 시뮬레이션하였다.

  2. Y. K. Song, C. H. Heo, S. G. Lee, and J. H. Kim, "Autonomous formation flight tests of multiple UAVs," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences (in Korean), vol. 38, no. 3, pp. 264-273, Mar. 2010. 

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    반면에 이미 개발되어 운영되고 있는 많은 소형 무인기들을 군집 비행 형태로 운영하면 이러한 복합적인 임무에 대해서도 대처하는 것이 가능하기 때문에 최근 군집비행과 관련된 많은 연구가 수행되고 있다[1-3].

  3. D. M. Kim, S. H. Park, S. H. Nam, and J. Y. Suk, "A modified nonlinear guidance logic for a leader-follower formation flight of two UAVs," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems (in Korean), vol. 15, no. 1, pp. 8-14, Jan. 2009. 

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    반면에 이미 개발되어 운영되고 있는 많은 소형 무인기들을 군집 비행 형태로 운영하면 이러한 복합적인 임무에 대해서도 대처하는 것이 가능하기 때문에 최근 군집비행과 관련된 많은 연구가 수행되고 있다[1-3].

  4. D. I. You and H. C. Shim, "Autonomous formation flight test of multi-micro aerial vehicles," Journal of Intelligent and Robotic Systems, vol. 61, pp. 321-337, Nov. 2011. 

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    이와 같이 다수의 무인기를 활용한 군집비행 운영과 관련된 최근 연구 동향을 살펴보면, 개별 무인기의 정밀제어와 충돌회피기동 및 비행시험과 같이 무인기의 직접적인 운영 측면에 관해 초점이 맞춰져 있다[4,5].

  5. S. H. Kim, C. K. Ryoo, and C. B. Park, "Multi-UAV formation based on feedback linearization technique using range-only measurement," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems (in Korean), vol. 15, no. 1, pp. 23-30, Jan. 2009. 

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    이와 같이 다수의 무인기를 활용한 군집비행 운영과 관련된 최근 연구 동향을 살펴보면, 개별 무인기의 정밀제어와 충돌회피기동 및 비행시험과 같이 무인기의 직접적인 운영 측면에 관해 초점이 맞춰져 있다[4,5].

  6. E. W. Frew and T. X. Brown, "Networking issues for small unmanned aircraft systems," Journal of Intelligent and Robotics Systems, vol. 54, pp. 21-37, 2008. 

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    이에 반해 무인기의 군집비행에 있어 중요한 요인인 무인기간 데이터 통신과 개별 또는 복수 무인기의 관제를 위한 시스템 개발에 대한 연구는 극히 드물다[6].

  7. S. H. Kim, S. O. Cho, S. S. Kim, C. K. Ryoo, and K. Y. Choi, "Development of embedded program for UAV flight control system using RTOS and model-based auto code generation," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences (in Korean), vol. 39, no. 10, pp. 979-986, Oct. 2010. 

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    탑재 제어 시스템 개발과 관련된 보다 상세한 내용은 사전에 발표된 논문[7]을 참고하기 바란다.

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