초록 ▼

□ 연구개요
UAM은 근미래 차세대 핵심 운송수단으로 세계 각국의 유수 기업/기관에서 주목받고 있다. 제한된 도심 공역 내에서 안전하고 효율적인 UAM 운용을 위해 고신뢰성 보장 항법 시스템이 필수적이다. 본 연구 과제는 안전한 UAM 운용을 위한 무결성 보장 융복합 항법 시스템 기술 개발을 목표로 한다. 목표 달성을 위해 Fault Tree 기반 UAM 융복합 항법 무결성 아키텍처를 설계하고, 무결성 핵심 알고리즘을 개발한다. 핵심 알고리즘은 고장 검출 기능과 보호 수준 산출 기능을 포함한다. 개발된 알고리즘과 안전성 평가

□ 연구개요
UAM은 근미래 차세대 핵심 운송수단으로 세계 각국의 유수 기업/기관에서 주목받고 있다. 제한된 도심 공역 내에서 안전하고 효율적인 UAM 운용을 위해 고신뢰성 보장 항법 시스템이 필수적이다. 본 연구 과제는 안전한 UAM 운용을 위한 무결성 보장 융복합 항법 시스템 기술 개발을 목표로 한다. 목표 달성을 위해 Fault Tree 기반 UAM 융복합 항법 무결성 아키텍처를 설계하고, 무결성 핵심 알고리즘을 개발한다. 핵심 알고리즘은 고장 검출 기능과 보호 수준 산출 기능을 포함한다. 개발된 알고리즘과 안전성 평가 방법을 기반으로 안전한 UAM 운용을 위한 항법 요구도를 도출한다. 또한, 드론을 활용한 비행실험을 통해 개발한 알고리즘의 효용성을 검증한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
UAM의 안전한 운용을 위한 무결성 보장 항법시스템 기술 개발을 위해 첫 번째로, Fault Tree를 설계하고, 무결성 아키텍처를 설계하였다. UAM용 칼만 필터 기반 융복합 항법 시스템의 Fault Tree를 설계하기 위해, 측정치 업데이트 센서 고장과 예측치 업데이트 센서 고장 상황으로 고장을 상위 분류하고, 각 상위 분류 고장에서 발생할 수 있는 세부 하위 고장을 분류하였다. 두 번째로, 설계된 Fault Tree를 기반으로 무결성 보장을 위해 검출되어야 하는 센서 고장을 정의하고, 각 고장을 모니터링하기 위한 기법을 개발하였다. 특히, 칼만 필터 예측 단계에서 발생할 수 있는 고장을 검출하기 위해 다중 센서를 활용한 이노베이션 기반 고장 검출 모니터를 제안하였다. 미검출 고장에 의한 위치 오차의 영향을 최소화할 수 있도록 최적화 기법을 적용하여 모니터 설계 문제를 정의하고, 실시간으로 최적화 문제를 풀 수 있는 방법을 제안하였다. 설계한 고장 모니터를 다양한 센서 조합 상황에 대해 시뮬레이션하여 실시간 고장 검출이 가능함을 확인하였다. 하지만, 제안한 고장 모니터링 기법에서 검출하지 못하는 고장이 발생할 수 있다. 따라서, 미검출 고장에 의한 무결성 위협을 완화하기 위해, 세 번째로 다중 IMU 사용 상황에서의 항법해 보호 수준 산출 기법을 개발하였다. 보호 수준 산출을 위해 Fault Tree를 기반으로 무결성 위협 확률 요구 조건을 할당하고, 오버바운딩 기법을 적용하여 각 센서의 잡음을 모델링하였다. 또한, 칼만필터의 재귀적 특성을 고려하여 모니터 미검출 고장이 항법해에 미치는 영향을 분석하였으며, 최종적으로 미검출 고장에 의한 위치 오차를 바운드하는 보호 수준 산출식을 제안하였다. 마지막으로, 제안한 보호 수준 산출 기법과 기존 민간항공기 충돌 모델인 Reich 모델을 기반으로 안전성 평가 기반 UAM 용 항법 요구도 도출 프레임워크를 제안하였다. 이를 위해 X-Plane 시뮬레이터를 활용하여 UAM 기체의 비행 기술 오차를 모델링하였으며, 제안하는 보호 수준 산출 기법을 적용하여 항행 및 착륙 단계에서의 항법 요구도를 도출할 수 있도록 하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
UAM 상용화에 있어 큰 걸림돌 중 하나는 안전성에 대한 대중의 수요도이다. 본 연구과제는 안전성을 확률적, 분석적 접근 방식을 통해 정량적 지표로 제공함으로써 사회구성원들의 인식 개선 및 신뢰 확보에 기여할 수 있다. 또한, 제안하는 융복합 항법 시스템 무결성 보장 기술은 전반적인 모든 안전 필수 시스템 분야에 응용 및 적용할 수 있는 교통 분야 원천 핵심 기술이다. 특히, 교통관제 시스템과 같은 UAM 운용 인프라 구축에 필수적인 제반 기술로, 차세대 교통관제 시스템에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 나아가, 산학 협력 및 기술이전을 통한 무결성 보장 융복합 항법 시스템 상용화에 기여할 계획이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1 연구의 목적 ... 4
• 1.2 연구의 필요성 ... 4
• 1.3 연구의 범위 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 2.1. UAM용 융복합 항법시스템 무결성 아키텍처 설계 및 운용 개념 ... 4
• 2.2. 고장 검출 기법 개발 ... 7
• 2.3. 융복합 항법 시스템 보호 수준 산출 알고리즘 ... 10
• 2.4. 안전성 성능 평가 기반 UAM 항법 무결성 요구도 도출 및 비행 실험 ... 13
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 16
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 16
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 19
• 끝페이지 ... 38