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문제 정의
- 본 논문에서는 소형무인기 공역 관련 기술과 무인기교통관리, GBAS와 유사한 무인기용 위성항법보강기술 선행연구 동향에 대해 살펴보고 항법 시스템의 성능지표와 오차 모델에 대해 설명한다. 아마존사에서 제안한 고속 수송 공역 모델과 유사한 소형무인기 순항로를 제안하고, 해당 공역내에서 지상기반 위성항법보강시스템 기술을 적용할 경우를 가정하여 실현 가능한 안전 분리 간격에 대한 선행 연구 분석과 고찰 결과를 제시한다.
- 본 논문에서는 택배, 수송 등의 목적으로 고속 비행이 요구되는 소형무인기(드론)의 순항을 가정하여 안전 분리 간격을 고려한 전용의 고속 비행 공역을 제안하고 관련 선행 연구 분석 결과를 소개하였다. NASA와 아마존사에서는 무인기 공역에 대한 연구와 무인기교통관리시스템에 대한 연구를 추진하고 있으며, 고도 150m(500ft)이하의 영역을 무인기 공역으로 활용하기 위한 개념과 기술 대안을 제시하고 있다.
- 이러한 저고도 영역에서 다수 무인기의 안전한 운용을 위해서는 이동하는 무인기가 안전 분리(separation) 간격을 유지할 수 있도록 하는 항법·항공교통관리 수단이 필요하다. 본 절에서는 아마존사가 최근 NASA UTM 2015 convention 에서 제안한 공역 모델과 NASA의 무인기교통관리시스템(UTM) 개념을 간략히 소개하고, 스탠포드 대학의 S. Pullen이 제시한 GBAS(Ground Based Augmentation System) 기술에 기반한 지상기반 무인기용 지역위성항법보강기술(LADGNSS)과 개념을 설명한다.
- 이러한 이동 공역에서 지상기반 위성항법보강 기술을 통해 2~3m 이하 수준의 정확성(95%)과 수직 방향 10m 이하 수준의 경보 한계(alert limit) 수치를 보장하고, 무인기가 안전 분리 거리를 위배하여 무인기간 충돌 발생으로 인해 사람이 피해를 입을 확률은 10- 9이하가 되도록 보장하는 것을 목표로 한다. 제안된 항로 모델에서 무결성 한계 10m 수준이 보장되면 상·하부 항로 간 최소 10m 정도의 분리 간격이 보장될 수 있다.
- 현재 UTM 설계는 클라우드 기반 구조로 되어있으며 디지털, 가상 및 유연성 있는 위험 기반 접근 방식과 서비스 인프라 제공을 목적으로 하고 있다. 또한 Fig 3과 같이 이동형 시스템과 고정형 시스템을 함께 고려하고 있으며, 기상/바람에 대한 영향, 지형 및 장애물에 대한 데이터베이스 및 충돌회피, 안전 분리 유지를 달성하기 위한 기술 연구를 진행하는 것으로 알려져 있다.
가설 설정
- 고도 150미터 이하를 비행하는 소형무인기의 고속(전용) 이동을 위한 순항 경로(en-route)를 Fig 10과 같이 가정한다. 해당 공역의 수직방향의 크기는 200ft(61m)로 설정하고, 무인기 지상통제시스템이나 교통관리시스템(UAM)을 통해 위성항법 차분보정 정보와 무결성 정보를 제공받는 환경을 생각한다.
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