R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201616CTAP-C097385-02 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 유인기 공역내 드론의 통합 운용을 위한 저가형 GPS 수신기 무결성 정보생성 연구 | |||||
| 총 연구기간 | 2015-06-18 ~ 2017-06-17 | |||||
| 연구책임자 | 박병운 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
6명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
11명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 50,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 50,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 100,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 100,000,000 원 |
|||
| 연구기관명 | 세종대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
○ 산업 분야에서 드론의 활용 가능성이 높아지고 다양화됨에 따라 기존 유인기 공역에서 드론을 비롯한 무인기 혼용을 위한 법 개정 요구 역시 커지고 있음 ○ 그러나 지난 2월 15일 미국 FAA(Federal Aviation Administration)가 발표한 소형 무인항공기와 관련된 새로운 규정은 유인기 영역에서 혼용이 가능한 무인기의 조건을 엄격하게 규제하였는데, 특히 조종사의 가시성(VLOS, Visual Line-Of-Sight) 조건을 만족하는 드론은 그 운용 범위가 매우 제한적이므로 택배 등 다양한 산업 활용이 사실상 불가능함. ○ 산업계가 요구하는 수준의 드론 운용을 위해서는 현재 유인기와 같이 엄격한 수준의 항공기간 분리(Separation) 거리, 감지 및 회피(Sense & Avoidance) 등이 적용되어야 하는데, 이를 위해서는 정확도 향상과 무결성 정보 획득이 필수적임. ○ 현재 상용화된 드론에 사용되는 GPS 수신기들은 대부분 SBAS(Satellite-Based Augmentation System)에 의해서 위치 정확도 향상은 가능하나 무결성 정보 생성 기능은 생략되는 저가형 수신기이므로 항공용으로 적합하지 않음. ○ 뿐만 아니라, SBAS 보강 정보를 전송하는 위성은 대부분 정지궤도 위성이고 고도각이 약 40도 수준에 불과하므로, 도심이나 산악지역에서는 수신이 불가하여 정확도 향상과 무결성 정보 생성이 불가능함. ○ 따라서 본 연구에서는 SBAS 보강 정보를 별도의 채널로 전송하고 이를 저가형 GPS 수신기에 적용할 수 있는 기술을 연구함으로써, 드론의 운용 시간과 위치, 용도에 관계없이 높은 정확도의 위치 정보와 무결성 정보를 획득할 수 있는 기초 기술을 제시하도록 함. ○ 이를 통해 비가시 조건에서도 드론의 위치 정보를 신뢰하고 유인기와 동등한 수준의 안전한 환경을 제공함으로써, 모든 무인기가 모든 공역에서 유인기와 통합 운용되기 위한 기반 기술 확보에 핵심적인 역할을 할 수 있음 [최종목표] ○ SBAS 보강신호를 이용하여 드론에 장착된 저가형 GPS 수신기의 위치 정확도를 향상시키고, 보호수준 등 무결성 정보를 생성할 수 있는 알고리즘을 제시함. ○ SBAS 보강 신호 재송출 서버 및 적용 모듈을 구성함으로써 음영 지역을 해소하고 이를 시험 평가히여 도심 또는 산악 지역 등 현 SBAS 보강 정보 미수신 환경에서도 정상적인 서비스 제공을 목표로 함 ○ GPS 수신기의 기능 및 가시 환경과 무관하게 균질하고 안정적인 항법 성능을 드론에 제공함으로써 공역 내에서의 유무인기 통합 운용 시스템 가능성 제시를 목표로 함. [연구내용 및 범위] ○ SBAS 보강 정보 및 사용자 적용 알고리즘 연구 - RTCA (Radio Technical Commission for Aeronautics) DO-229 문서를 바탕으로 현 SBAS 표준 메시지 포맷 분석 - SBAS 보강 메시지의 기능별 분류 (정확성, 무결성) - SBAS 메시지를 이용한 사용자 위치 보정정보 생성 알고리즘 연구 - SBAS 메시지를 이용한 사용자 무결성 정보 생성 알고리즘 연구 ○ SBAS 보정정보 송출 서버 개발 - 국내에서 수신 가능한 현 SBAS 위성(MSAS, KASS)의 방위각 및 고도각 계산 - 국내 주요 지역에서의 SBAS 보강 정보 수신 한계 확인 - 인터넷 통신망을 이용한 SBAS 보강 정보 재송출 방안 제시 - SBAS 보강 정보 재송출 서버 개발 ○ SBAS 보강 정보의 RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Service) 보정정보 변환 알고리즘 연구 및 개발 - 상용 드론에 포함된 GPS 수신기의 보정정보 적용 한계 확인 - RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Service) 보정정보 포맷 분석 - 재송출된 SBAS 메시지 파싱 및 보정정보(PRC, Pseudo Range Correction) 생성 - 생성된 PRC를 이용하여 RTCM 포맷으로 변환 및 수신기 적용 - 변환된 RTCM 보정정보와 SBAS 보강정보 적용 결과 비교를 통한 성능 검증 ○ 보정정보 위치영역 맵핑 기술 개발 및 적용 가능성 타진 - RTCM 보정정보 적용 불가한 보급형 GPS 수신기 탑재 드론 적용 방안 모색 - 보정정보 위치영역 맵핑 기술의 적용 가능성 타진 - 보정정보 위치영역 맵핑과 SBAS 보정정보 적용 결과 비교를 통한 성능 검증 ○ 저가형 수신기 노이즈 및 다중경로 오차량 모델링 - RTCA에서 제시하는 수신기 노이즈 및 다중경로 오차 모델 분석 - 저가형 GPS 수신기 원시측정치 분석을 통한 오차량과 위성 앙각과의 상관관계 추정 - 추정된 상관관계를 바탕으로 RTCA 모델 적용 가능성 타진 ○ 저가형 GPS 수신기 무결성 정보 생성 알고리즘 연구 및 적용 - 추정된 저가형 수신기의 오차 모델링 수식 적용을 통한 저가형 GPS 수신기 무결성 정보 생성 알고리즘 제시 - 제시한 무결성 알고리즘을 이용한 Protection Level 산출 - 고가의 항공용 수신기와의 성능 비교를 통한 무결성 알고리즘의 적절성 판정 ○ 상용 드론 장착을 통한 성능 테스트 - GPS 수신기와 보정정보 수신 및 적용 모듈 장착을 통한 실험용 드론 구성 - Open Sky 성능 테스트를 통한 정확성 및 무결성 성능 테스트 수행 - SBAS 보정정보 차폐 지역 실험을 통한 적용 가능성 도출 |
|||||
| 색인어 | 한글 | 드론 | 위성항법 | 무결성 | 보호수준 | 저가형 GPS 수신기 |
| 영문 | Drone | GPS | Integrity | Protection Level | Low-cost GPS Receiver | |
| 최종보고서 | 유인기 공역내 드론의 통합운용을 위한 저가형 GPS 수신기 무결성 정보생성 연구 최종보고서.pdf | |||||