트랙정보 불확실성을 고려한 무인기 충돌 탐지 및 회피 기법

Abstract

UAV는 농업, 산림정찰, 재난지역 피해파악 등의 민간분야에서부터 무장투하, 정찰감시 등의 군사분야까지 그 활용이 급격히 증가하고 있다. 특히 우리 군은 기존의 군단급 UAV 외에 사단급, 대대급 UAV를 추가도입할 예정이며 이에 따라 앞으로 군작전환경에서 UAV의 개체 수는 급격히 늘어날 것으로 예상된다. 미국의 방산업체 틸그룹의 조사에 따르면 UAV의 생산규모가 2025년까지 910억달러 규모로 성작할 것으로 예상된다. 이처럼 급격하게 증가하고 있는 UAV의 숫자로 인해 기존 유인항공기가 UAV 간의 안전을 확보하기 위하여 UAV 충돌탐지 및 회피체계에 대한 요구가 확대되고 있다. 이러한 요구를 수용하고자 UAV 주변의 장애물을 포착하여 충돌을 예상하고 그에 대한 회피솔루션을 제공하는 SAA(Sense and Avoid)체계에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 주변 장애물 정보의 확대방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데 Non-cooperative 체계와 Cooperative 체계가 있다. Non-cooperative 체계는 RADAR, RIDAR, IR센서, 카메라 등과 같이 UAV에 센서를 탑재하여 스스로 주변탐색을 실시하는 방법이다. 이러한 체계는 다른 항공기나 관제센터로부터의 정보를 수신하지 않아도 되기 때문에 가시선(LOS : Line of sight)의 영향을 받지 않으며 보안성이 뛰어나다. 하지만 UAV는 크기, 무게, 전력 등의 요소에 영향을 많이 받기 때문에 탑재할 수 있는 센서가 한정적이며 이는 탑재센서의 능력에 제한이 있음을 의미한다. Cooperative 체계는 대표적으로 ADS-B가 있으며 ADS-B는 주변 항공기와 지상국으로부터 위치정보를 수신한다. Cooperative는 정밀한 위치정보를 수신할 수 있으며 UAV에 별도의 센서를 탑재하지 않아도 되기 때문에 형상변경에 대한 문제에서 자유롭다. 하지만 가시선의 영향을 많이 받으며 ADS-B 단말기를 장착하지 않은 항공기나 물체에 대한 정보는 수신할 수 없다. 또한 위의 체계 모두 GPS에 기반한 위치정보를 활용하기 때문에 GPS가 가지는 위치오차와 군사작전환경에서 일어나는 전자전공격에 의한 위치오차 등에 영향을 받는다는 단점이 있다. 본 논문에서는 SAA체계에서 UAV가 획득하는 트랙정보의 불확실성을 고려한 충돌탐지 및 회피기법을 제안한다. 트랙정보에는 GPS의 위치오차, 센서의 위치오차, 센서의 탐지오차, 정보전송의 지연시간 등 다양한 요소들이 영향을 미치는데 이러한 불확실성은 충돌을 탐지하고 회피하는데 중요한 요소이다. 이를 통해 UAV가 획득하는 정보의 불확실성이 큰 환경에서 충돌탐지 및 회피기법을 적용할 수 있으며 위치오차가 커지는 환경에서 충돌확률을 낮출 수 있다.