본 논문에서는 무인항공기의 보조통신링크에 적용하는 시분할 통신방식을 분석하고, 제시된 통신 방식의 알고리즘을 개발하였다. 무인항공기의 데이터링크의 중요한 특성은 지연시간 및 데이터 전송량, 주파수 가용성, 중량이다. 무인항공기에 운용에 필요한 데이터에는 비행체제어데이터, 상태데이터, 획득 데이터가 존재한다. 제어데이터와 획득 데이터는 실시간 통신을 요구한다. 요구사항을 기반으로 보조통신링크에 적용되고 있는 통신방식을 비교 분석하였다. 분석을 한 결과 지상 기반의 시분할 통신방식이 적합하다.
본 논문은 레이더와 같은 지상의 다수위협이 존재하는 상황에서 무인항공기의 비행경로 최적화에 관한 것이다. 레이더에 의한 피탐성, 즉 비행체에 의해 반사되는 레이더 신호강도를 최소화하면서 목적지까지의 비행시간을 최소화하는 관점에서 성능지수를 제안하였다. 1차의 시간지연 시스템으로 가정된 비행체의 경사각을 제어입력으로 고려하였으며, Sequential Quadratic Programming기법에 기반한 입력 파라미터 최적화 기법을 사용하여 궤적최적화를 수행하였다. 제안된 무인 항공기 경로계획 기법은 Voronoi 선도기법과 비교하였을 때, 생존성을 증대시키면서도 항공기의 역학적 특성을 고려한 비행경로를 제공한다.
위성항법보강시스템은 위성항법시스템 (GNSS : Global Navigation Satellite System)의 측정값에 오차 성분을 제거하여 정밀한 항법 정보를 제공한다. 하지만 기준국과 이동국 사이의 공통오차(전리층 지연, 대류층지연, 위성 시계오차, 궤도력 오차)는 제거할 수 있지만 전리층, 대류층, 신호잡음 등에 의해 발생하는 노이즈 성분의 비공통 오차는 제거 할 수 없다. 비공통오차는 항법정보의 오차를 발생하여, 항공기가 잘못된 위치 정보를 사용할 수 있으며, 특히 이 착륙시에 잘못된 항법정보는 항공기 안전에 심각한 영향을 미치게 된다. 본 논문에서는 다중 기준국을 사용하여 유동적인 전리층 및 대류층 습윤 증기량에 따라 비공통오차의 증가를 위치 오차 분산 변화를 통해 확인하였다.
무인 항공기에 탑재된 EOIR 장비가 데이터 링크를 통해 영상과 데이터를 송수신할 경우 데이터의 전송 경로와 지상 장비 및 무선 네트워크 상태에 따라 데이터 전송이 지연될 수 있다. 이로 인해 수신한 영상을 보는 시간과 촬영하는 시간이 다르기 때문에 초기 표적의 LOCK-ON 실패 가능성이 높아진다. 따라서 본 논문은 영상과 동기화된 프레임 인덱스를 도입하고, 지상에서 명령에 프레임 인덱스를 추가하여 전송함으로써 영상추적의 성공률을 높이는 방법을 제안하였다.
공항 내에서의 효율적인 지상 교통 관리를 위하여 선입-선처리 (FCFS; first-come first-served) 알고리즘을 적용한 항공기 지상 이동 스케줄러를 개발하였다. 본 스케줄러는 이전에 개발한 공역 내 교통 흐름 관리 스케줄러를 기반으로 하며, 지상 이동에 있어 추가적으로 요구되는 제약 조건인 링크의 방향성과 교차로 처리 등을 추가하였다. 추가된 각각의 제약 조건을 만족하는지 검증하기 위해 단순한 시나리오를 제작하여 시뮬레이션을 수행하였으며, 시뮬레이션 결과가 주어진 제약 조건을 만족하는 것을 확인하였다. 또한 제주 공항의 실제 항공기 출 도착 데이터인 FOIS (flight operation information system) 데이터를 기반으로 시나리오를 제작하여 시뮬레이션을 진행하였다. 개발한 스케줄러의 실효용성을 판단하기 위해, 실제 평균 지연시간과 스케줄러를 통해 산출한 평균 지연 시간을 비교하였다.
최신의 항공기는 상대 항공기의 레이더에 검출되지 않기 위해 다양한 방법을 적용하고 있다. 레이더를 통해 감지가 어려운 적기의 존재 유무를 파악하고 적기와의 상대적인 거리 차이와 방위를 추정하기 위해 레이더 경보 수신기(RWR, Radar Warning Receiver)가 이용될 수 있다. 기존의 레이더 경보 수신기는 도달 각(AOA, Angle Of Arrival)을 구하고, 도달 각의 방향성으로 레이더 펄스가 발산된 위치를 추정하였다. 따라서 보다 정확한 위치를 추정하기 위해서 보다 정확한 도달 각을 구하는데 초점을 두었다. 반면 도달 각을 정확하게 구하더라도 레이더 펄스를 발산한 상대 항공기가 빠른 속도로 이동하는 경우 정확한 위치 추정은 어렵다. 본 논문에서는 레이더 펄스가 발산된 정확한 위치를 추정하기 위하여, 초고주파의 레이더 펄스 신호에서 저주파수 신호의 위상지연차를 이용하여, 관심 영역에 대한 스캐닝 기법으로 레이더 펄스가 발산된 위치를 추정하였다.
항공기는 대표적인 인간-기계시스템이다. 인간의 조작과 기계의 작동 완료 시점 사이에는 기계가 작동되기 시작하는 시간과 기계에 힘이 전달되기 시작하여 완료되는 시간 등의 지연이 발생하며 항공기 조종은 시스템의 지연을 예측한 타이밍 작업을 통해 이루어진다. 시간지각은 타이밍 작업의 중요한 요소이며, 높은 각성작용과 관련된 불안에 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 가상현실 환경에서 현직 조종사를 대상으로 기상, 비행 및 시간 조건이 조종사에게 발생하는 불안과 시간지각에 미치는 영향을 검증하였다. 기상조건은 시계비행 기상 상황과 악기상 상황으로 구분하였고 비행 및 시간 조건을 달리하여 실험 1, 2를 실시하였다. 실험 1은 비교적 운동량의 변화가 적고 지연이 적은 제자리비행과 수평비행 상황에서 조종간에 추가된 버튼을 사용하여 시간지각을 측정하였다. 실험 2는 운동량의 변화가 많고 지연이 많이 발생하는 이륙상황에서 조종간만을 사용하게 하여 자연스럽게 헬리콥터를 이륙시키는 과정에서 시간지각을 측정하였다. 실험결과 악기상 상황에서 불안과 심박수가 증가하는 것으로 나타났으며, 특히 실험 1, 2의 모든 비행조건 중 불안이 증가한 상황에서 시간을 과대 추정하는 것으로 나타났다. 이 결과는 불안의 영향으로 시간을 과대 추정하여 타이밍 작업을 실패할 수 있으며, 이로 인해 조종에 어려움을 겪고 사고로 연결될 가능성이 있음을 시사한다.
두꺼운 에어포일은 받음각이 클 때 역압력 구배가 일어날 수 있기 때문에 날개의 중앙부 후방에서 유동박리(Flow separation)와 와류 진동(Vortex shedding)이 쉽게 발생할 수 있다고 알려져 있다. 항공기가 이 착륙할 때 받음각이 커짐에 따라 유동박리에 의한 실속이 발생할 수 있는데 이를 지연 시켜 실속각을 크게 하면 안전성이나 효율 면에서 유리하다. 이를 위해 날개에 Hole을 만들어 와류를 잡아 유동의 박리를 지연시키고자 하였다. 본 연구에서는 EDISON_CFD 시스템의 2D_Incomp_P 솔버를 사용하여 NACA0018 에어포일의 윗면에 다른 위치의 Hole이 있을 때와 크기가 다른 Hole이 있을 때의 실속각이 가장 커지는 경우를 찾아보았다. Hole의 위치와 반지름 크기를 변화시켰을 때 각각의 최대 양력 계수를 비교하여 실속각의 증가와 Streamline을 그려 유동박리가 지연됨을 확인하였다.
본 논문에서는 2018년의 EU사법재판소의 Wegener 판결을 검토해 보았다. 본 판결은 운항지연의 경우에도 보상청구권의 성립을 인정하였다는 점에서, 기존의 Sturgeon 판결, Nelson 판결, Folkerts 판결의 법리를 유지·재확인하였다는 취지가 있다. 그러나 Wegener 판결은 다음과 같은 해석상 문제가 있다. 바로 EC 261/2004 규칙의 역외적용을 명시적으로 인정했다는 점이다. 역외적용은 주로 경쟁제한과 관련한 경제법에서 예외적으로 이루어지고 있었다. 그러나 그마저도 사법권 내지는 영토주권의 침해라는 문제를 야기하므로 상당한 비판을 받고 있는 것이 현실이다. EU사법재판소가 EC 261/2004 규칙의 역외적용을 적극적으로 인정하기 위해서는 EU 역외의 제3국에서 발생한 행위가 반경쟁적 행위가 되어 EU 운송법 체제와 EU 운송업계에 심각한 영향을 미쳐야 하며, 이것은 구체적인 입증을 전제로 하고 있어야 한다. Wegener 판결에서 모로코 카사블랑카에서 환승노선에 탑승하지 못한 여객은 피고항공사의 다른 항공기에 의해 4시간 연착하여 아디가르에 도착하였다. 이 상황이 EU의 항공여객운송법 체제와 운송업계에 반경쟁적 영향을 미칠 수 있을지가 의문이다. Wegener 판결에서 EU사법재판소는 Folkerts 판결을 인용하며, 그 취지를 존중하고 있는데, Folkerts 판결과 Wegener 판결은 사실관계가 본질적으로 다르다. Folkerts 판결에서는 환승지가 프랑스 파리의 EU 역내 지역이었고, Wegener 판결은 환승지가 모로코 카사블랑카로서 EU 역외 지역이었다. 또한 Folkerts 판결에서는 여객이 탑승한 항공사가 EU에 등록된 'EU적 항공기'였고, Wegener 판결에서는 EU 역외 지역에서 등록된 '제3국적 항공기'였다. EC 261/2004 규칙 제3조 제1항의 적용범위를 최대한 넓게 해석한다 하더라도, 카사블랑카에서 아디가르까지의 항공편이 EU 역외 출발에서 EU 역외 도착이라는 사실은 극복하기 힘들다. EU사법재판소는 이를 극복하기 위해 연결운항은 환승노선을 모두 포함하여 전체적인 하나의 운항으로 보아야 한다고 설명하고 있으나, 그것은 Folkerts 사안에서나 적용되는 것일 것이다. 국제항공운송에서는 전통적으로 '항공기는 원칙적으로 등록국의 배타적 관할권에 복종한다'라는 점이 중시된다. 동일한 공항을 출발한다고 하더라도, 등록국이 다른 항공기들이라면, 예컨대 A국적의 항공기와 B국적의 항공기는 각각의 보상규정과 책임유무가 개별적으로 형성되어 있다고 보는 것이 일반적인 시각일 것이다. EU 체제가 항공기의 '국적주의'가 아닌 '발지주의'를 채택하고, 나아가 역외적용마저 인정해 버린다면, 항공기의 국적주의를 채택한 EU 역외의 다른 국가들의 법률은 어떻게 되는 것인가? 제3국이 항공기 발지주의를 채택한다고 보증할 수 있는가? 이는 법제간의 충돌을 넘어 외교 분쟁의 씨앗이 될 수 있다. 이러한 점에서 Wegener 판결은 다소 아쉬움이 남는 판결이라고 생각한다.
무인항공기가 복잡한 지형이나 위험 지역에서 안전한 비행을 하기 위해서는 요구되는 경로를 정밀하게 추종할 수 있는 제어기법이 필요하다. 경로추종을 위해 사용되는 PID 제어기에서는 경로의 곡률을 앞먹임하여 추종성능을 개선할 수 있다. 한편 경로를 정밀 추종하기 위해서는 제어기의 이득을 크게 하는 것이 필요하나 비행체의 응답속도가 느린 경우 큰 경로 추종 이득을 사용할 경우 성능 저하 또는 불안정성이 발생할 수 있다. 여기서는 응답지연을 고려하여 앞먹임을 갖는 PID제어기의 설계방법을 고려하였다. 앞먹임에 필요한 경로정보를 간단히 얻기 위해 주어진 경로를 3차 스플라인 방법을 적용하여 3차 다항식으로 나타내었다. 설계한 제어기의 추종성능을 평가하기 위해 높은 고도에서 운용되는 느린 횡방향 동특성을 갖는 무인항공기에 대해 비선형 시뮬레이션을 수행하였다. 제어기에서는 횡방향 동특성을 1차 모델로 가정하여 반영하였다. 시뮬레이션을 통하여 동특성을 고려한 경우는 비행체가 주어진 경로를 매우 정밀하게 추종함을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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