A Design of Collision Avoidance System of an Underwater Vehicle

수중운동체의 충돌회피시스템에 대한 연구

An Obstacle Avoidance System(OAS) of Underwater Vehicle(UV) in diving and steering plane is investigated. The concept of Imaginary Reference Line(IRL), which acts as the seabed in the diving plane, is introduced to apply the diving plane avoidance algorithm to the steering plane algorithm. Furthermore, the distance to the obstacle and the slope information of the obstacle are used for more efficient and safer avoidance. As for the control algorithm, the sliding mode controller is adopted to consider the nonlinearity of the equations of motion and to get the robustness of the designed system. To verify the obstacle avoidance ability of the designed system, numerical simulations are carried out on the cases of some presumed three-dimensional obstacles. The effects of the sonar and the clearance factor used in avoidance algorithm are also investigated. Through these, it is found that the designed avoidance system can successfully cope with various obstacles and the detection range of sonar is proven to bea significant parameter to the performance of the avoidance.

본 연구에서는 수직 수평면 회피를 분리한 수중운동체의 충돌회피시스템을 구성하였다. 가상지시선(Imaginary Reference Line) 개념을 고안하여 기존의 수직면 충돌회피알고리즘을 수평면에 확장, 적용하였으며 회피각 결정에 장애물의 경사각뿐만 아니라 경사 변화율도 고려하여 보다 원활한 회피가 이루어질 수 있도록 하였다. 제어기의 경우 운동방정식의 비선형성을 고려하고 회피시스템의 강인성을 확보하기 위해 슬라이딩모드 제어를 적용하였다. 수중운동체의 임무 수행중 임의의 3차원 장애물에 대한 회피상황을 가정하고 수치모사를 통해 구성된 충돌회피시스템의 성능을 검증하였다. 또한, 충돌회피알고리즘의 구성 인자인 소나 성능변수들과 보정 계수의 변화에 따른 충돌회피시스템의 성능변화를 살펴보았다.