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제안 방법
- IM-150의 성능 및 특성을 파악하기 위하여 지상에서 계단 등의 지형물에 대해 데이터 획득실험을 수행하였다. Fig.
- 또한 선정한 레이저 고도계의 운용범위(0~150m) 이상에서는 출력되는 값을 신뢰할 수 없다. 그러므로 GPS 고도를 기준으로 70m 이상에서는 측정치 z(1)을 레이저 고도계에서 GPS 고도로 전환하여 사용하도록 알고리듬을 구현하였다.
- 비행데이터에서 보듯이 GPS에서 측정되는 고도에는 오차가 많은 반면, 속도는 측정하는 방식으로 인하여 정확한 값을 출력한다. 그러므로 순간적으로 불안정하지만 정확하고 빠른 갱신률을 가진 레이저 고도계의 출력과 느린 갱신률을 가지지만 안정적이면서 높은 정확도를 가지는 GPS의 수직방향 속도성분을 사용하여 시스템 방정식을 구성하였다.
- GPS 수직방향 속도의 공분산은 GPS가 정상적으로 동작하는 구간의 비행데이터를 바탕으로 설정할 수 있으나, 레이저 고도계의 공분산은 운용 범위인 0~150m 내에서도 난반사 등의 이유로 인해 비정상적인 값이 출력되는 경우가 발생하기 때문에 센서의 정확도만을 고려해서는 결정할 수없다. 그러므로 이는 다수의 비행시험 과정에서 획득한 비행데이터를 바탕으로 요구되는 고도의 정확도를 만족시킬 수 있도록 시뮬레이션을 통해 결정하였다. Table 4는 최종적으로 선정한 레이저 고도계 및 GPS 수직속도의 공분산과 데이터의 갱신률을 정리한 것이다.
- 99m가 필터로 입력되는 것을 방지하기 위하여 출력되는 고도가 90m를 초과할 경우, 이는 비정상적인 값으로 판단하여 필터에 이전 시간에서 연산한 결과를 입력하였다. 기준고도 90m는 레이저 고도계의 운용범위(150m)와 비행데이터를 분석 및 필터 시뮬레이션을 통해 결정하였다
- 본 연구에서는 무인기의 자동이착륙 시, 정밀한 고도계산을 위해 레이저 고도계에서 출력되는 고도와 GPS에서 출력되는 속도를 이용한 알고리듬을 구성하였다. 레이저 고도계에서 출력되는 고도의 경우 빠른 갱신률과 높은 정확도를 가지고 있으나, 난반사 등의 이유로 비정상적인 값이 출력될 수 있다.
- 본 연구에서는 자동이착륙용 고도계산을 위해 시간지연 및 항공기 운용성을 고려하여 내부 측정방식을 사용했으며, 앞에서 언급한 GPS 방식의 단점을 보완하기 위해 DGPS와 항공기 탑재용 레이저 고도계를 이용해 정밀한 고도계산을 위한 알고리듬을 구현 및 검증하였다.
- 비행 전, 탑재된 필터 알고리듬을 검증하기 위해 높이 약 10m의 건물 옥상에서 지상시험을 수행하였다. 시험방법은 레이저 고도계 성능분석 과정과 동일하게 옆 건물에 대해 상승 및 하강을 수행하였다.
- 안정적인 이착륙용 항공기 고도를 구하기 위해 레이저 고도계의 출력에 저역통과 필터를 적용하였다. 이때, 난반사로 인해 출력되는 99999.
- 앞에서 시뮬레이션을 통해 검증한 고도계산 알고리듬은 항법 프로세서(TMS320C6713)에 탑재하기 위해 MATLAB의 자동 코드생성기능을 이용하여 대상 프로세서에 적합한 c 언어로 변환하였다.
- 앞에서 언급한 바와 같이 레이저 고도계의 성능을 고려해 고도 70m를 기준으로 그 이상에서는 GPS 고도를 사용하며, 미만에서는 레이저 고도계의 출력을 사용하도록 알고리듬을 구성하였다. Fig.
- 위의 데이터는 자동 코드생성을 수행한 원본 Simulink 블록에 입력으로 가해 동일한 시뮬레이션 결과가 출력됨을 확인한 후, 비행시험을 수행 하였다.
- Figure 6은 고도계산 시스템 구성이며, 각기 다른 갱신률을 가지고 있는 센서의 특성을 고려해 알고리듬의 연산주기는 50Hz로 정의하였다. 이때 시스템의 연산주기와 센서의 갱신주기가 동기화되어 있지 않기 때문에 현재 저장되어 있는 최신의 센서 데이터를 이용해 고도를 계산하도록 알고리듬을 구성하였다. 또한 선정한 레이저 고도계의 운용범위(0~150m) 이상에서는 출력되는 값을 신뢰할 수 없다.
대상 데이터
- 비행 전, 탑재된 필터 알고리듬을 검증하기 위해 높이 약 10m의 건물 옥상에서 지상시험을 수행하였다. 시험방법은 레이저 고도계 성능분석 과정과 동일하게 옆 건물에 대해 상승 및 하강을 수행하였다.
- 운용 항공기의 임무장비 탑재능력 및 정확도를 고려해 IM-150 제품을 선정하였으며, 다음 표와 그림은 대상 모델에 대한 제원 및 형상이다.
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