현재까지 대부분의 지상통제 소프트웨어는 단일 무인 항공기에 대한 자세, 위치, 상태의 수신 및 가시화와 항공기의 운용을 위한 조종 명령 및 임무 전송의 기능만 갖추고 있었다. 하지만 단일 무인기의 운용에서 다중 무인기의 운용으로 사용자의 요구가 확장됨에 따라 지상통제 소프트웨어도 다중 무인기의 운용을 위한 기능의 확장이 요구되고 있다. 본 연구에서는 다중 무인항공기의 운용을 위한 요구사항을 제시하고 이를 만족시키기 위한 지상통제 소프트웨어의 구조를 제안하였다. 우선, 제시된 상위 요구 성능을 분석하여 그에 따른 전체 구조를 정의하고, 이를 다시 세부 요구사항으로 설정하여 세부구조를 설계하였다. 마지막으로 PILS 환경에서 구성된 지상통제 소프트웨어의 기능을 검증하였다.
현재까지 대부분의 지상통제 소프트웨어는 단일 무인 항공기에 대한 자세, 위치, 상태의 수신 및 가시화와 항공기의 운용을 위한 조종 명령 및 임무 전송의 기능만 갖추고 있었다. 하지만 단일 무인기의 운용에서 다중 무인기의 운용으로 사용자의 요구가 확장됨에 따라 지상통제 소프트웨어도 다중 무인기의 운용을 위한 기능의 확장이 요구되고 있다. 본 연구에서는 다중 무인항공기의 운용을 위한 요구사항을 제시하고 이를 만족시키기 위한 지상통제 소프트웨어의 구조를 제안하였다. 우선, 제시된 상위 요구 성능을 분석하여 그에 따른 전체 구조를 정의하고, 이를 다시 세부 요구사항으로 설정하여 세부구조를 설계하였다. 마지막으로 PILS 환경에서 구성된 지상통제 소프트웨어의 기능을 검증하였다.
Until recently, most of GCS(Ground Control Software) has been required to visualize attitude, position, status of vehicle and to transmit control and mission commands for a single UAV(Unmanned Aerial Vehicle). However, the GCS needs to expand its functions to handle more complex situations. Simultan...
Until recently, most of GCS(Ground Control Software) has been required to visualize attitude, position, status of vehicle and to transmit control and mission commands for a single UAV(Unmanned Aerial Vehicle). However, the GCS needs to expand its functions to handle more complex situations. Simultaneous operation of multiple UAVs is emerging as a new practice. Hence, we set up requirements for operation of multiple UAVs and suggest the architecture of GCS that satisfy the requirements. In this study, we analyze the upper requirements and define the total structure of GCS at first. Then we design the inner structure for requirements in detail. Finally, we verify the functions of GCS on PILS(Processor In the Loop Simulation) System.
Until recently, most of GCS(Ground Control Software) has been required to visualize attitude, position, status of vehicle and to transmit control and mission commands for a single UAV(Unmanned Aerial Vehicle). However, the GCS needs to expand its functions to handle more complex situations. Simultaneous operation of multiple UAVs is emerging as a new practice. Hence, we set up requirements for operation of multiple UAVs and suggest the architecture of GCS that satisfy the requirements. In this study, we analyze the upper requirements and define the total structure of GCS at first. Then we design the inner structure for requirements in detail. Finally, we verify the functions of GCS on PILS(Processor In the Loop Simulation) System.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 Fig. 3과 같이 호스트 장비를 이용하여 보완된 일대일 대응 시스템 구조를 설정하여, 각각의 지상통제 소프트웨어에서 모든 항공기의 정보를 수신할 수 있고 고장발생에 대해서도 대처가 가능하도록 하였다.
본 연구에서는 운용하고자하는 모든 항공기의 안정성과 시스템의 효율성을 만족시킬 수 있도록 호스트 장비를 이용한 다대다 통신 시스템 구조를 설계하고, 이를 운용할 수 있는 지상통제 소프트웨어의 구조를 설계하였다.
제안 방법
가장 먼저 요구조건을 확립하였고, 그에 따른 지상통제 소프트웨어의 전체적인 구조를 정의하였다. 다음으로 전체적인 구조에 대해 세부 구조를 설계하고, 보완된 일대일 대응 시스템의 운용 개념에 대해 설명하였다.
가장 먼저 요구조건을 확립하였고, 그에 따른 지상통제 소프트웨어의 전체적인 구조를 정의하였다. 다음으로 전체적인 구조에 대해 세부 구조를 설계하고, 보완된 일대일 대응 시스템의 운용 개념에 대해 설명하였다. 마지막으로 이렇게 설계된 지상통제 소프트웨어를 PILS환경에서 검증하였다.
다음으로 지상 통제 소프트웨어에서 저장된 데이터와 PILS 환경에서 6DOF 시뮬레이션 컴퓨터에서 저장되는 데이터를 비교하였다. 앞서 소프트웨어의 구조에서도 살펴볼 수 있듯이, 구현된 소프트웨어의 수신 모듈, 데이터 저장 모듈, 가시화 모듈은 모두 수신 버퍼를 공용으로 사용하는 구조이다.
이를 단순히 지상제어 소프트웨어와 연결을 하는 것은 다수의 지상제어 소프트웨어를 운용하는데 있어 시스템의 관리 및 운용적 측면에서 비효율적이다. 따라서 본 연구에서는 Fig. 4와 같이 모든 무인항공기의 정보를 수집 및 전달해 주는 호스트 장비를 구성하였다. 이와 같이 호스트 장비를 포함한 구성은 LAN선을 허브에 연결하는 것만으로 모든 무인항공기의 정보를 수신할 수 있으므로, 다수의 지상제어 소프트웨어를 운용하는데 효율적이다.
호스트 장비의 도입을 통해 각각의 소프트웨어에서 모든 항공기의 데이터를 수신할 수 있도록 하고, 시스템의 실시간성 또한 확보하였다. 또한 소프트웨어의 가시화 모듈에서 모든 항공기의 상태 정보를 세세하게 나누어 표현함으로써 사용자가 자신의 상황에 맞게 임무를 계획할 수 있도록 하였다. 마지막으로 이렇게 완성된 소프트웨어를 PILS환경에서 검증함으로써 본 연구에서 설계한 시스템과 소프트웨어가 요구조건으로 설정한 안정성과 효율성을 모두 만족한다는 것을 알 수 있다.
다음으로 전체적인 구조에 대해 세부 구조를 설계하고, 보완된 일대일 대응 시스템의 운용 개념에 대해 설명하였다. 마지막으로 이렇게 설계된 지상통제 소프트웨어를 PILS환경에서 검증하였다.
따라서 이론적으로 약 70Hz의 성능을 낼 수 있다. 여기에 시스템의 안정적 동작 등을 고려한 마진을 적용하여 50Hz의 주기를 설정하였다.
이번 절에서는 앞서 설정한 소프트웨어의 구조를 기반으로 소프트웨어를 구현하고, 이를 Fig. 9와 같은 PILS 환경에서 검증하였다. 호스트는 세대 분량의 데이터를 취합하여 데이터를 브로드캐스팅하고, 각각의 GCS로부터 전달받은 조종명령을 각각의 FCS로 전달한다.
호스트 장비의 도입을 통해 각각의 소프트웨어에서 모든 항공기의 데이터를 수신할 수 있도록 하고, 시스템의 실시간성 또한 확보하였다. 또한 소프트웨어의 가시화 모듈에서 모든 항공기의 상태 정보를 세세하게 나누어 표현함으로써 사용자가 자신의 상황에 맞게 임무를 계획할 수 있도록 하였다.
성능/효과
마지막으로 PILS 시뮬레이션에서 EP(External Pilot), IP(Internal Pilot), Auto mode 비행을 통해 외부 입력 모듈, 임무 계획 모듈의 검증과 더불어 실제로 운용하는데 있어서의 기능과 성능을 검증하였다.
또한 소프트웨어의 가시화 모듈에서 모든 항공기의 상태 정보를 세세하게 나누어 표현함으로써 사용자가 자신의 상황에 맞게 임무를 계획할 수 있도록 하였다. 마지막으로 이렇게 완성된 소프트웨어를 PILS환경에서 검증함으로써 본 연구에서 설계한 시스템과 소프트웨어가 요구조건으로 설정한 안정성과 효율성을 모두 만족한다는 것을 알 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지상통제 소프트웨어의 전체적인 구조는 어떤 단위로 구성되었는가?
소프트웨어의 전체적인 구조는 모듈 단위로 구성하였다. 이러한 모듈 단위의 소프트웨어 구조는 상호 독립적으로 동작을 하기 때문에 소프트웨어의 수정이나 새로운 모듈의 추가가 용이하고 효율성을 높일 수 있다[6].
명령 전송의 주기에 고려해야 하는 것은?
두 번째는 50Hz의 주기를 갖는 명령 전송 기능이다. 명령 전송의 주기는 운용하고 있는 모뎀의 성능과 무선 통신의 제약, 사람의 반응속도 등을 고려해야 한다. 사람의 시각 반응속도는 30Hz정도[5]이므로 무인항공기로 조종 명령을 전송하는 주기는 최소 30Hz이상이 되어야 한다.
지상통제 소프트웨어 동작의 큰 흐름은 어떻게 되는가?
5와 같이 수신 모듈, 가시화 모듈, 데이터 저장 모듈, 송신 모듈, 임무계획 모듈, 외부 입력 모듈 이렇게 총 6개 모듈로 구성었으며 소프트웨어 동작의 큰 흐름은 다음과 같다. 수신 모듈에서 TM(Telemetry Message)데이터가 수신되면 이를 모두 수신 버퍼에 저장을하고, 데이터 저장 모듈에서는 수신 버퍼에 접근 하여 데이터를 저장한다. 가시화 모듈에서는 수신 버퍼에 접근하여 화면을 업데이트하고, 화면상의 버튼으로 사용자로부터 운용할 비행모드 정보를 입력받는다. 외부 조이스틱이나 노브로부터 입력되는 조종 명령은 외부 입력 모듈을 통해 송신 버퍼에 저장이 되며, 임무계획 또한 임무계획 모듈을 통해 송신 버퍼에 저장이 된다. 송신 모듈에서는 50Hz의 주기 마다 송신 버퍼에 접근하여 가장 최신의 조종 명령이나 임무정보를 무인항공기로 전송한다.
참고문헌 (6)
Thomas J. Batkiewicz, K.C. Dohse, Vijay Kalivarapu, Thomas Dohse, Bryan Walter, Jared Knutzon, Derrick Parkhurst, Eliot Winer, James Oliver, 2006, "Multimodal UAV Ground Control System", 11th AIAA/SSMO Multidisciplinary Analysys and Optimization Conference, Portsmouth, Virginia.
Huh S. S., Yoo D. I., Moon S. W., Yoon S. H., Jung Y. D., Lee W. H., Sim H. C., 2009, "Development of an Autopilot system and a Ground Monitoring Station for Multiple UAVs", Proceeding of the 2009 KSAS Fall Conference, Gyeongju.
Francesca De Crescenzio, Giovanni Miranda, Franco Persiani, Tiziano Bombardi, 2007, "Advanced interface for UAV(Unmanned Aerial Vehicle) Ground Control Station", AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference and Exhibit, Hilton Head, South Carolina.
Lee J. H., Ryu H., Kim J. E., Ahn L. K., 2004, "Development of Portable Ground Control System for Operation of Unmanned Aerial Vehicle", Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 32, No. 10, pp. 127-133.
Hong D.P., Woo W.T., 2008, "Recent Research Trend of Gesture-based User Interfaces", Telecommunication Review, Vol. 18, No. 3, pp. 403-413.
Ye Hong, Jiancheng Fang, Ye Tao, 2008, "Ground Control Station Development for Autonomous UAV", Lecture Notes in Computer Science, Vol. 5315/2008, pp. 36-44.
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