무인항공기 간 안전거리 산출을 위한 비행기술오차 모델링

Abstract

세계적으로 무인항공기의 활용이 군용에서 민수용으로 확대될 것으로 기대되면서 세계 각국은 민수용 무인항공기의 운용을 위한 법규와 인증 체계를 마련하고 있다. 이와 함께 민수용 무인항공기의 항법 정확도와 항법 무결성의 보장에 대한 문제가 어느 때보다 중요해지고 있다. 최근까지 다양한 필터 이론이나 센서 융합 등을 통해 무인항공기의 항법 정확도를 높이기 위한 연구는 활발하게 진행되어 왔다. 하지만 무인항공기의 안전성과 직결되는 항법 무결성에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 기존 민간 유인항공기에 대해서는 항법 무결성에 대한 성능 요구조건이 잘 정립되어 있으며, 해당 요구조건을 만족시키기 위한 RAIM(Receiver Autonomous Integrity Monitoring), SBAS(Space-based Augmentation System), GBAS(Ground-based Augmentation System) 등과 같은 GPS 기반 시스템에서의 각종 무결성 감시 알고리즘에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 마찬가지로 무인항공기가 민수용으로 보급되어 안전하게 운용되기 위해서는 무인항공기의 항법 정확도뿐만 아니라 항법 무결성에 대한 보장이 가능해야 한다. 최근에는 보강항법시스템의 일종으로 민수용 무인항공기를 대상으로 항법 정확도와 항법 무결성을 향상시켜줄 수 있는 지역보강항법시스템(Local-Area Differential Global Navigation Satellite System, LADGNSS)의 개념이 제시된 바 있다. LADGNSS는 항법보정정보, 무결성 정보를 생성하고 방송함으로써 무인항공기의 항법 정확도와 안전을 보장해주고, 무인항공기 간의 충돌을 방지하기 위한 최소분리거리 정보를 제공하여 효율적인 경로 설정 또한 가능하게 하는 시스템이다. LADGNSS에서 무인항공기의 항법 무결성을 보장하기 위해서는 무인항공기 항법과 관련한 전체 오차, 즉 총 시스템 오차(Total System Error, TSE)에 대한 정보가 필요하다. TSE는 지상국에서 제공하는 유도 정보의 정확도, 항공기에 탑재된 제어기의 성능, 항공기의 항법시스템 성능 등과 같은 여러 요소들로부터 영향을 받아 발생한다. 기존 유인항공기의 경우에는 각종 탑재장비에 대한 엄격한 표준화와 제한된 비행경로로 인해항공기의 TSE에 대해서 오차가 영 평균 정규분포를 따른다는 가정을 일괄적으로 적용할 수 있었다. 반면 무인항공기의 경우에는 그 용도에 따라 기체 및 탑재체의 다변화가 예상된다. 실제로 무인항공기에서 다양한 항법센서가 결합된 복합항법시스템이 사용되기도 하며, 비행경로도 필요에 따라 다양한 형태로 사용되고 있다. 따라서 무인항공기의 항법 오차에 대해서는 기존의 방식보다 유연한 형태의 오차분포를 고려해야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 소형 무인항공기의 비행기술오차 특성을 파악히기 위해서 비행실험을 수행하였다. 또한 본 연구는 비행기술오차의 특성을 반영하기위한 오차모델로써 가우시안 혼합모델을 제안한다. 나아가 가우시안 혼합 모델에 기반한 소형무인항공기간 분리거리 산출 시뮬레이션을 수행함으로써 비행기술오차모델의 성능을 평가하였다.