Flexible Formation Algorithm for Multiple UAV Using the Packing

패킹을 이용한 다수 무인기의 유동적 대형 형성 알고리즘

Multiple UAV System has been used for various purposes such as reconnaissance, networking and aerial photography. In such systems, it is essential to form and maintain the formation of multiple UAVs. This paper proposes the algorithm that produces an autonomous distributed control for each vehicle for a flexible formation. This command is a repulsive force in the form of the second-order system by the nearest UAV or mission area. The algorithm uses the relative position/speed through sensing and communication for calculating the command without external intervention. The command allows each UAV to follow the reference distance and fill the mission area as densely as possible without overlapping. We determine the reference distance via optimization technique solving the packing problem. The mission area comprises the desired formation outline and can be set flexibly depending on the mission. Numerical simulation is carried out to verify the performance of the proposed algorithm under a complex and flexible environment. The formation is formed in 26.94 seconds and has a packing density of 71.91%.

다수 무인기를 이용한 시스템은 정찰, 네트워킹, 항공 촬영 등 다양한 목적으로 활용되고 있다. 이러한 시스템에서 다수 무인기로 구성된 대형을 형성하고 유지하는 것은 필수적이다. 본 논문에서는 다수 무인기의 대형을 형성하기 위한 자율화된 분산형 제어를 수행하는 알고리즘을 제안하였다. 제어명령은 근접 무인기 또는 임무 영역으로부터 서로 밀어내는 방향으로 작용하는 2차 시스템 형태의 힘을 고려하였다. 제어명령은 외부의 개입 없이 계측과 통신으로부터 획득되는 상대위치/속도를 통해 계산된다. 이는 개별 무인기들이 기준거리를 추종하도록 하며 임무영역 안에 겹치지 않고 최대한 조밀하게 배치되도록 한다. 기준거리 결정에는 채우기 문제를 풀기 위한 최적화 기법과 유사한 방식을 적용하였다. 임무영역은 형성하고자 하는 대형의 외곽선으로 정의되며 임무에 따라 유동적으로 설정될 수 있다. 제안한 알고리즘의 성능을 확인하기 위하여 수치 시뮬레이션을 수행하였다. 복잡성과 확장성을 고려한 영역에서 약 26.94초에 대형이 형성되며 약 71.91%의 채우기 밀도를 가지는 것을 확인하였다.