초록 ▼

본 보고서에서는 무인기용 충돌회피 방법으로서 TCAS-II 알고리즘 및 Rules of the Air에 기초한 CARA 알고리즘을 설명하고, 시뮬레이션 수행을 통해 프로그램을 검증하였다. TCAS-II와 관련된 프로그램은 TCAS-II의 본래의 설계 목적에 맞게 무인기의 수직 회피 역할을 수행하였다. 'TCAS-II 공중 장치를 위한 최소 운용 성능 표준'인 DO-185A가 제공하는 의사코드를 프로그램으로 구현하였고, 주어진 305개의 시나리오에 대한 결과를 검증하였다. Rules of the Air와 조종사의 경

본 보고서에서는 무인기용 충돌회피 방법으로서 TCAS-II 알고리즘 및 Rules of the Air에 기초한 CARA 알고리즘을 설명하고, 시뮬레이션 수행을 통해 프로그램을 검증하였다. TCAS-II와 관련된 프로그램은 TCAS-II의 본래의 설계 목적에 맞게 무인기의 수직 회피 역할을 수행하였다. 'TCAS-II 공중 장치를 위한 최소 운용 성능 표준'인 DO-185A가 제공하는 의사코드를 프로그램으로 구현하였고, 주어진 305개의 시나리오에 대한 결과를 검증하였다. Rules of the Air와 조종사의 경험을 퍼지 이론에 접목시킨 CARA 프로그램은 TCAS-II가 인식하지 못하는 상대를 레이더로 탐지하고, 상대 방위 및 거리를 이용하여 무인기의 횡적회피 역할을 수행하였다.

Abstract ▼

In this document we explain the TCAS-II algorithm as well as CARA algorithm based on Rules of the Air as a method of collision avoidance for Unmanned Aerial Vehicles and verify the computer program by simulation. The program related with TCAS-II, according to its original objective, roles as vertica

In this document we explain the TCAS-II algorithm as well as CARA algorithm based on Rules of the Air as a method of collision avoidance for Unmanned Aerial Vehicles and verify the computer program by simulation. The program related with TCAS-II, according to its original objective, roles as vertical collision avoidance system. Pseudocode provided by DO-l85A, MOPS for TCAS Airborne Equipment, is implemented and it is verified all of 305 scenarios with given results. The computer program for CARA integrated Rules of the Air with the fuzzy system detects targets TCAS-II cannot find by radar. It also roles as the lateral collision avoidance system.

목차 Contents

• I. 서론...12
• 1. 작성 목적...12
• 2. 주요 내용...13
• 가. TCAS-II에 관련된 내용...13
• 나. CARA에 관련된 내용...14
• 3. 약어 및 용어...15
• 4. 기호...21
• II. TCAS-II에 의한 충돌회피...25
• 1. TCAS-II 알고리즘...25
• 가. 주요 루프 및 태스크...25
• 1) 함수 MODE_S_MESSAGE_PROCESSING...26
• 2) 태스크 TRACK_OWN...27
• 3) 태스크 TRACK_INTRUDERS...28
• 4) 태스크 DETECT_CONFLICTS...29
• 5) 태스크 SEND_INITIAL_INTENT...29
• 6) 기타 태스크...30
• 나. Mode A를 장착한 상대 항공기와의 조우...31
• 1) Mode A를 장착한 상대 항공기를 포함하는 시나리오...31
• 2) Mode A를 장착한 상대 항공기와의 충돌회피...31
• 3) 고도 정보를 제공하지 않는 Mode C 또는 TCAS-II를 장착한 침입기와의 조우...32
• 다. 필터...33
• 1) 방위 필터 (bearing filter)...33
• 2) Alpha-Beta 필터...35
• 3) 이격거리 필터 (MDF, Miss Distance filter)...35
• 4) Alpha-Beta-Gamma 필터...36
• 라. CPA에 관련된 알고리즘...38
• 1) TAU...38
• 2) CPA에서의 수직 이격거리 dvm...39
• 3) CPA에서 상대 항공기의 투영된 고도 hproj...39
• 4) CPA에서의 고도 분리 예측...39
• 마. 태스크 RESOLUTION에 관련된 알고리즘...41
• 1) 함수 Select_sense...42
• 2) 함수 Process_new_or_continuing_threat...45
• 바. 다대일 조우환경에서의 충돌회피...51
• 1) 함수 Multiaircraft_modeling_and_evaluation...52
• 2) 함수 Multiaircraft_resolution_optimization...56
• 사. 시나리오 EN06TS01을 통한 충돌회피 예제...61
• 1) 태스크 RESOLUTION에서의 수행 과정...62
• 2) 태스크 MULTIAIRAFT_PROCESSING에서의 수행 과정...67
• 아. 화면 전시...80
• 1) 항적 전시(traffic display)의 일반적 특징...80
• 2) 항적 전시의 종류...84
• 3) RA 전시...89
• 4) 시각적 경보...92
• 2. TCAS-II 프로그램 검증...93
• 가. TCAS-II 프로그램 검증 과정...93
• 나. TCAS-II 프로그램 검증 조건...95
• 1) 일치해야 하는 출력의 종류...95
• 2) 허용 오차...110
• 다. TCAS-II 프로그램 검증 결과...112
• 1) DO-185A의 입출력 파일에서 누락된 사항...112
• 2) 운동가시화 프로그램을 통한 검증...113
• 3. TCAS-II 프로그램의 모듈화...114
• 가. 함수 TCASII_by_KAIST_FDCL의 입력...114
• 1) 시뮬레이션 시간...115
• 2) 상대 항공기의 수...115
• 3) 기준 항공기의 정보...115
• 4) 상대 항공기의 북쪽 방향의 좌표...116
• 5) 상대 항공기의 동쪽 방향의 좌표...116
• 6) 상대 항공기의 수직 방향의 좌표...116
• 7) 상대 항공기의 북쪽 방향의 좌표 변화율...116
• 8) 상대 항공기의 동쪽 방향의 좌표 변화율...116
• 9) 상대 항공기의 수직 방향의 좌표) TCAS-II를 장착한 상대 항공기의 해결 메시지 VRC...117
• 12) TCAS-II를 장착한 상대 항공기의 해결 메시지 CVC...118
• 13) TCAS-II를 장착한 상대 항공기의 Mode S ID...118
• 14) 상대 항공기의 Mode S ID...118
• 나. 함수 TCASII_by_KAIST_FDCL의 출력...119
• 1) RA에 관한 출력...120
• 2) 해결 메시지(resolution message)에 관한 출력...124
• 3) 화면 전시에 관한 출력...124
• 다. TCAS-II 프로그램의 모듈화에 대한 검증...125
• 1) 임의의 입력파일을 이용한 검증...125
• 2) 자동조종장치 (autopilot)를 이용한 검증...127
• II. CARA에 의한 충돌회피...128
• 1. CARA(Collision Avoidance based on Rules of the Air) 개요...128
• 2. CARA 알고리즘...129
• 가. CARA 퍼지 추론 시스템...129
• 나. Input Membership Function...130
• 1) Input 1...130
• 2) Input 2...130
• 3) Fuzzifier...130
• 다. Output Membership Function...132
• 1) Left...132
• 2) P.Left...132
• 3) S.Left...132
• 4) None...132
• 5) S.Right...133
• 6) P.Right...133
• 7) Right...133
• 라. Fuzzy Inference Unit...134
• 1) Fuzzy set의 기본 연산법...134
• 마. Fuzzy Rule Base...135
• 1) Rules of the Air...135
• 2) Fuzzy Rule's Relation...137
• 바. Defuzzifier...156
• 1) Defuzzifier Method...156
• 2) 최대치법(Max criterion method)...156
• 사. CARA Fuzzy Inference System 세부 체계도...157
• 3. CARA 프로그램 검증...158
• 가. 검증 방법...158
• 나. 검증 시나리오...159
• 1) Intruder가 1기일 경우...159
• 2) Intruder가 2기일 경우...161
• 3) Intruder가 3기일 경우...163
• III. 결론...165
• IV. 참고문헌...166
• 부록...168
• 보고서 서지사항 ...169
• Report Documentation Page ...170