무인항공기 또는 드론(UAV or Drone)을 활용한 공중 통신중계기는 재난피해 지역, 군 작전 지역, 응급상황 발생 시 등의 임시 통신 서비스 지원에 활용되고 있다. 무인항공기를 활용한 공중 통신중계기는 원격 사용자 또는 임무 수행자에게 안정적인 통신 서비스를 제공하는 것을 목표로 하므로 최소 성능 요구사항을 보장하는 빠른 무인항공기의 배치가 중요하다. 무인항공기를 통신 시스템에서 활용하는 연구에서는 통신 성능을 극대화하는 무인항공기의 최적위치를 찾는 연구가 대부분이나, 위급상황 시에는 최적 위치보다는 무인항공기 배치 가능 영역을 빠르게 도출하고 통신 지원을 위한 빠른 배치가 더 중요하다. 본 논문에서는 무인항공기를 공중 통신중계기로 활용 시 각 상황에 따라 요구되는 통신 성능을 보장하는 무인항공기 배치 가능 영역을 도출하고, 이론적 분석을 통해 얻은 결과를 시뮬레이션 완전 탐색을 통해 검증하고자 한다.
무인항공기의 활용도가 다양해지고 그 활동영역도 넓어지는 지금, 준비해야 하는 당면과제는 어떻게 유인항공기 공역에서 무인항공기를 안전하고 원활하게 통합 운영할 것인가 이다. 따라서 현재 무인항공 기의 연구개발 및 수요가 가장 많은 미국을 중심으로 무인항공기 통합운영에 관한 연구동향을 살펴보고 그 시사점 및 향후 공역 통합운영에 대한 방향 및 고려사항을 제시하고자 한다.
최근 재해 예방 및 공간정보 구축 분야에 경제적이고, 효율이 높은 무인항공기에 대한 관심이 증가하고 있다. 그러나 무인항공기에 대한 높은 관심에도 불구하고 이에 대한 정확도 검증이나 활용성 평가에 대한 연구는 충분히 이루어지지 못하고 있다. 이에 본 연구에서는 고정익 무인항공기를 이용하여 DSM과 정사영상을 생성하고, GNSS 측량과 비교하여 정확도를 평가하였다. 연구를 통해 무인항공기에 의한 정사영상은 축척 1:1,000 수치지도 갱신에 활용이 가능함을 제시하였다. 또한 지상라이다를 이용하는 방법과 인력 및 시간의 비교를 통해 고정익 무인항공기의 활용성을 평가하였다.
무인항공기에 의한 사생활 침해는 신고를 필요로 하지 않는 소형 무인항공기에 장착된 영상정보처리기기로 인해 발생할 가능성이 크다. 본 논문에서는 무인항공기로부터의 사생활 보호를 위해 사생활 보호 관련 법령 - 개인정보보호법, 정보통신망법 - 등이 무인항공기에 장착된 영상정보처리기기의 이동성을 반영할 수 있도록 보완될 것을 제안한다. 이와 함께, 사생활 침해의 우려가 가장 큰 미신고 소형 무인항공기에 대한 규정을 항공관련 법령에 포함할 것을 제안한다. 또한 피촬영자의 무인항공기 인지 및 촬영된 영상정보에 대한 비식별화 조치 등의 기술적 대응 방안을 제안한다.
GPS를 기반으로 하는 무인항공기 추적 안테나 시스템은 일정한 주기를 가지고 위치정보를 갱신하는 특성이 있으며 이로 인하여 갱신 주기에 따른 위치 오차가 발생한다. 위치오차를 줄이기 위해 GPS의 갱신 주기를 시분할 하여 분할된 시점의 위치를 예측 하고 이를 이용하여 무인항공기를 추적할 수 있도록 하였다. 무인항공기의 위치를 예측하기 위해서 속도와 가속도 기반의 선형 칼만 필터를 사용하였으며 이를 이용하여 무인항공기의 속도와 가속도를 측정하였고 시간의 변화에 따른 위치변화를 예측한다.
현재 무인항공기(UAV)는 유인 항공기가 수행하기 어려운 장시간 정찰, 위험지역의 자원탐지, 재난 재해, 방송 통신, 신속한 변화탐지 및 공간정보 구축 등이 가능해짐에 따라 과거 단순한 군작전용에서 벗어나지 못했던 국제적 인식이 변화되고 그 수요가 군수용 및 민간용에서 모두 증가되고 있다. 뿐만 아니라 최근 우리나라에서도 공간정보 분야에서 활용도가 다양해지고 그 활동영역도 넓어지는 시점에서 기존의 항공사진측량을 보완하는 목적으로 유인항공기와 무인항공기의 통합적인 역할을 조심스럽게 거론되고 있다. 특히 재난 재해, 소규모 지역의 공간정보 자료취득 등의 신속한 공간정보의 자료구축으로 빠른 의사결정이 필요한 분야에 적용이 절실한 상황이다. 하지만 무인항공기에 대한 기술적 안정성과 공간정보 관련 기술적, 법 제도적 규정이 검토되지 않고 항공사진측량과 통합운영 되지 못하고 있어 무인항공기의 한계성이 절실히 나타나고 있다. 따라서 본 연구에서는 기존항공사진측량의 단점을 보완하는 목적으로 무인항공기를 이용한 공간정보 자료구축에 통합 운영을 위하여 무인항공기를 이용한 공간정보자료구축에 대한 기술적, 법 제도적 규정 및 동향을 분석하여 통합운영에 대한 가능성을 제시하고자 한다.
무인항공기 기술이 급속히 발전하고 시장이 확대되고 있으나 아직 국내 산업과 기술 수준은 선진국보다는 뒤처지는 상황이며 관련 법제도의 정비도 미흡한 실정에 놓여 있다. 그러나 무인항공기 기술이 출현한 지 오래되지 않아 격차가 크지 않고 특히 우리나라가 강한 면모를 보이는 ICT 분야와 연관성이 크다는 측면에서 무인항공기 분야는 전략적으로 육성할만하다고 판단된다. 따라서 이 논문에서는 무인항공기 관련 기술, 시장, 법제도 등의 현황 및 실태를 전반적으로 살펴보고 정책적으로 어떤 대응을 해야 하는지에 대한 방안을 제시해 보고자 하였다. 무인항공기 기술이 발달하고 그 활용이 증가함에 따라 이와 관련한 법체계의 조화와 정책적 대응이 매우 중요한 과제로 등장하였다. 무인항공기가 가져올 수 있는 위험성을 규제하는 법규의 중요성이 매우 큰 것이 사실이지만 한편으로 지나친 규제가 기술의 발달을 저해하고 결과적으로 시장과 사회의 정체를 가져올 수 있다는 것을 분명히 인식해야 한다. 특히 무인항공기와 같은 새롭고 유용한 기술 분야의 경우 관련 법과 제도를 신속하게 정립하고 정책적으로도 필요한 조치를 취하는 것은 새로운 기술의 발전과 그 활용도를 획기적으로 높이기 위해서도 필수적인 요소라 할 수 있다. 요컨대 무인항공기 산업 육성과 국민안전 및 사생활 보호를 동시에 도모하기 위해 규제 완화와 강화 사이의 적절한 수준의 제도 개선 및 정책적 지원이 중요하다고 하겠다.
본 연구에서는 소형 태양광 무인항공기를 개발하여 비행시험을 수행하였다. 태양광 무인기는 날개에 설치된 태양전지로부터 전력을 생산하고, 생산된 전력의 일부를 비행동력으로 사용하며, 나머지를 일몰 후 비행을 위해 배터리에 저장을 한다. 태양광 무인항공기는 공기역학적으로 매우 효율이 높아야 하며, 구조적으로 경량이면서 고강도를 가져야 한다. 또한, 태양광 무인기의 전기추진시스템과 태양광 발전시스템도 높은 효율을 가져야 한다. 본 연구에서는 12시간 이상의 연속 비행을 위한 태양광 무인항공기 및 태양광 시스템을 개발하고, 그 성능을 파악하기 위해 비행시험을 수행하였다. 가을과 겨울철의 비행시험 결과 본 연구에서 개발한 태양광 무인항공기의 사계절 모두 12시간 이상의 연속비행이 가능함을 알 수 있었다.
무인항공기는 사람이 탑승하지 않고 미리 설계된 프로그램에 따라 동작하기 때문에 전자기 간섭 등의 외부 영향에 대해 높은 신뢰성을 요구한다. 하지만 소형 무인항공기는 무게 및 공간의 제약으로 인해 외부 영향에 대해 물리적으로 완벽한 저항성을 가지도록 만들기가 어렵다. 이러한 여건으로 인해 기존에 운용 중인 소형 무인항공기는 외부 영향으로 비행제어 컴퓨터가 재시작 될 경우 비행체가 추락하는 상황이 발생하기도 하였다. 따라서 본 논문에서는 소형 무인항공기 비행안전성 향상을 위한 비행제어컴퓨터 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 3개의 단계로 이루어져 있다. 첫 번째 단계는 항법장비를 교정하고 유효성을 검증하는 것이다. 두 번째 단계는 이륙단계에 교정데이터를 저장하는 것이다. 세 번째 단계는 비행제어컴퓨터 재시작 발생 시 현재 비행 상태를 판단하고, 비행 중일 경우에 교정데이터를 복구하는 것이다. 제안하는 알고리즘을 실제 소형 무인기에 적용하여 시험한 결과 비행제어컴퓨터가 재시작 되는 상황에도 안전하게 비행 유지가 가능함을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 무인항공기의 자율 비행을 위한 전역 및 지역 경로 비행 시스템을 제안한다. 전체적인 시스템은 ROS 로봇 운영체제를 기반으로 구축하였다. 무인항공기에 탑재된 임베디드 컴퓨터는 2-D Lidar를 이용하여 장애물을 검출하고, 실시간으로 VFH 기반의 지역 경로와 제안하는 Modified $RRT^*$-Smart 기반의 전역 경로를 생성한다. 또한, 무인항공기의 비행컨트롤러에 Mavros 통신 프로토콜을 이용하여 생성된 경로에 따른 이동 명령을 내린다. 지상국 컴퓨터는 장애물 정보를 수신하여 2-D SLAM 지도를 생성하고, 목적 지점을 임베디드 컴퓨터에 전달하며 무인항공기의 상태를 관장한다. 제안하는 무인항공기의 자율 비행 시스템을 3-D 공간 상의 시뮬레이터 및 실제 비행을 통해 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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