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무인항공기 비행제어 HILS 시험환경 연구
A Study on UAV Flight Control System HILS Test Environment 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.44 no.4, 2016년, pp.316 - 323  

변진구 (Agency for Defense Development) ,  허기봉 (Agency for Defense Development) ,  이광현 (Agency for Defense Development) ,  석진영 (Department of Aerospace Engineering, Chungnam National University)

초록
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무인항공기는 자동모드에서는 사전에 계획된 항로점(비행이거나 이/착륙)들을 입력받아 자동으로 비행한다. 무인항공기는 수동모드에서도 유인항공기와 달리 조종사가 비행체에 탑승하지 않고 지상 통제실에서 조종입력을 인가하면 무선 데이터링크를 통하여 조종입력을 전달 받아 비행하게 된다. 데이터 링크는 여러 가지 이유로 통신두절이 될 수 있으며, 이때 무인항공기는 자동으로 비행모드를 수동에서 자동으로 전환하여 비행해야 한다. 그러므로 무인항공기에서 비행조종컴퓨터는 비행안전을 담당하는 매우 중요한 장비로 철저한 검증이 요구된다. 본 논문은 무인항공기의 비행제어컴퓨터가 비행성 요구조건을 만족하고, 다양한 고장이나 비상상황에서도 강건함을 입증할 수 있도록 비행제어 알고리즘의 검증환경인 HILS(Hardware In the Loop Simulation) 시험환경을 개발할 때 고려해야 할 사항들을 연구한 것으로 비행제어 HILS 시험환경의 구성장비들과 기타 고려사항 들을 제시한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A UAV(Unmanned Aerial Vehicle) flies along pre-programed navigation points(in-flight, take-off, or landing) automatically without pilot input. Even though UAVs fly differently from general piloted aircraft as the pilot controls the aircraft from a ground station through means of a data-link system. ...

주제어

#무인항공기   #비행제어   #모의시험환경   #검증  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, HILS 는 시험대상체와 특정 환경을 모의하는 루프형태의 모의시험환경으로 구성되어 있으며, 복잡한 실시간 시스템의 개발 및 시험에 사용되는 기술이며, 실제 하드웨어를 모의환경에서 작동시켜 기능을 검증 할 수 있도록 하는 기술로 시험환경과 시험환경을 활용하여 시험/분석하는 것을 모두 포함한다. 본 논문에서는 광범위한 HILS 중 무인항공기 비행제어에 적용하는 HILS 시험환경에 국한하여, HILS 시험환경을 구성요소별로 어떻게 연구 개발하는지와 고려사항 및 이를 활용한 HILS 시험은 어떤 것들이 있는지를 간략히 제시하고자 한다.
  • 본 논문에서는 무인항공기의 비행안전(flightcritical)에 핵심이 되는 비행제어컴퓨터나 비행제어 시스템의 검증을 위하여 꼭 필요한 HILS(Hardware In the Loop Simulation) 시험환경에 대하여 기술하고자 한다. HILS 라는 용어는 항공뿐만 아니라, 육상, 해상, 우주 분야에서도 사용하며, 시험대상체의 규모와 분야에 관계없이 광범위하게 사용되는 용어이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
HILS란? 하드웨어(Hardware)의 사전적 의미는 컴퓨터의 기계 장치를 뜻하는 것으로 본체나 주변장치 등으로 HILS 에서는 시험대상체(UUT : Unit Under Test)에 해당한다. 따라서, HILS 는 시험대상체와 특정 환경을 모의하는 루프형태의 모의시험환경으로 구성되어 있으며, 복잡한 실시간 시스템의 개발 및 시험에 사용되는 기술이며, 실제 하드웨어를 모의환경에서 작동시켜 기능을 검증 할 수 있도록 하는 기술로 시험환경과 시험 환경을 활용하여 시험/분석하는 것을 모두 포함한다. 본 논문에서는 광범위한 HILS 중 무인항공기 비행제어에 적용하는 HILS 시험환경에 국한하여, HILS 시험환경을 구성요소별로 어떻게 연구 개발하는지와 고려사항 및 이를 활용한 HILS 시험은 어떤 것들이 있는지를 간략히 제시하고자 한다.
무인항공기의 특징은? 무인항공기는 사람이 항공기에 탑승하지 않으므로 지저분하거나 유해한 환경, 극한환경이나 장시간 임무에 적합하여 민수용이나 국방분야에서 다양한 형상으로 많이 사용된다. 특히, 국방분야에서 미국은 걸프전(1991년), 코소보전(1999년), 아프간전(2001년), 이라크전(2003년), 대 테러전(2001~) 등에 주로 정찰 및 근접지원으로 프레 데터(Predator), 리퍼(Reaper), 글로벌 호크 (Global Hawk) 무인기를 개발하여 사용하였다.
통합시험을 3가지로 세분화하면? 통합시험을 다시 세분화하면 3가지로 구분할 수 있다. 독립객체시험(Stand Alone Verification and Validation)은 개루프(Open loop) 환경에서 비행운용프로그램(Operation Flight Program)의 요구도를 검증하기 위한 단위 명령당 응답(Command and Response)시험이다. 통합소프트웨어 및 시스템시험(Integrated System V&V)은 폐루프(Closed loop)환경에서 비행성(Flying Quality)을 평가하는 시험이며, 동일한 환경에서 임의로 고장을 주입하여 비행제어법칙/비행제어시스템의 강건성(Robustness)을 확인하는 고장주입후영향성 평가시험(Failure modes and Effect Test)이 있다[3].
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참고문헌 (9)

  1. Taekyu Reu, etc, "Roadmap of Defense Unmanned Robot Technology" 2007, Vol. 3, The Trend of Aerial Robot Development, Agency for Defense Development. 

  2. Kwang Joon Yoon, etc, "The Way to the Creative Economy, Technology of Defense Unmanned Robot Technology," 2013, Defense Acquisition Program Administration, Agency for Defense Development. 

  3. Jinku Byun, Gi-Bong Hur, Jaegeun Lim. "The Study on FMET of UAV FCS System" 2012, 2012 Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology, vol.4 no.1, pp.177-177 

  4. Jaegeun Lim, Jinku Byun, Gi-Bong Hur, "Flight Simulation with wind condition based on experimental data", The Korea Institute of Military Science and Technology, Control Session vol. 2013, No. 1, pp.1501-1502 . 

  5. Jinku Byun, Jaegeun Lim, Gi-Bong Hur, "The Study on FMET of muti control surface UAV", The Korea Institute of Military Science and Technology, vol. 2013 no. Control Session No. 1, pp.1503-1504. 

  6. Jinku Byun, Kwanghyun Lee, Gi-Bong Hur, etc "Development of UAV Flight Control System Test Environment", proceeding of the 2014 KASA Fall Conference, pp.1647-1650 

  7. Jongmin Ahn, Jinku Byun, Kwanghyun Lee, Gi-Bong Hur, etc,."Study on the Reconfigurable Control Allocation Design for the V-Tail UAV Having Multiply Divided Control Surfaces", proceeding of the 2013 KASA Fall Conference, Vol. 2013. pp.474-477. 

  8. Keehoon Lee, Jinku Byun, Jonpyu Han, Hyungshin Kim "A Study of Engineering Test Station for FLCC V&V based on VxWorks", 2013. 6., Communications of the Korean Institute of Information Scientists and Engineer, pp.148-150. 

  9. Mathworks, Using Matlab Simulink User Guide 

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