안전한 달 자동 정밀 착륙을 위한 달 착륙선의 센서 통합 시스템 설계

나윤주,정유연,방효충 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

달 탐사 임무가 세분화되고 구체화되면서 계획한 위치에 정확하게 착륙하기 위해서 무인 달 착륙선의 자동 정밀 항법 시스템 연구가 큰 부분을 차지하고 있다. 본 연구에서는 국외 사례 분석을 통한 선행연구를 기반으로 한국형 달 착륙 임무 시나리오를 구성하고, 달 착륙선의 자동 정밀 항법을 위한 센서 통합 시스템을 설계한다. 달 착륙의 동력 하강 단계 진입부터 착륙까지의 과정에서 고도 및 환경에 따라 사용 가능한 센서와 알고리즘이 달라진다. 이를 고려하여 착륙 과정을 제동단계, 접근단계, 최종하강단계로 나누고, 각 단계에서 적용되는 센서 통합 시스템을 설계한다. 본 연구의 시스템을 활용하여 달 착륙에서 사용되는 알고리즘을 검증하고, 향후 개발되는 한국형 달 착륙선의 기초시스템으로 사용할 수 있을 것으로 기대한다. Autonomous precise navigation and hazard detection and avoidance system has important role in unmanned lunar landing mission. This system allows the lander can land safely according to the plan in which is designed for the specific lunar exploration mission. In this study, a landing scenario for Korean Lunar Lander is suggested based on preceding research from overseas cases. Additionally, sensor integration system is designed for autonomous precise navigation of the lunar lander. Since the sensor suite and algorithms are shifted according as the altitude of the lander and the lunar surface environment during landing procedure, several combinations of different kind of sensors and algorithms are required for braking, approach, and terminal descent phase. This basic research and the results are expected to be utilized for the lunar landing system.

위험 감지 및 회피 기술을 적용한 달 착륙 기술 사례 연구

나윤주,정유연,방효충 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.11

달이 가지는 과학적 의미와 미래적 가치로 인해 최근 전세계적으로 달 탐사에 대한 관심이 높아졌다. 우리나라도 2020 년 달 착륙을 목표로 본격적인 우주기술 연구를 수행하고 있다. 과거의 달 탐사의 목적이 단지 달에 착륙하는 것이었다면, 최근의 기술은 달 표면의 장애물을 감지하고 회피하여 안전하고 정밀하게 착륙하는 것을 목표로 한다. 미국과 유럽을 비롯하여 중국, 인도, 일본 등 여러나라에서 이와 관련된 연구가 진행되고 있으며, 특히 미국과 유럽에서 기술 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 논문에서는 미 항공우주국 NASA 의 ALHAT 프로젝트와 유럽우주국 ESA 의 ESA Lunar Lander 연구에서 장애물 감지 및 회피 기술을 적용한 달 착륙 기술 연구 사례를 조사 및 분석한다. 기술 사례 연구의 결과는 향후 한국형 달 탐사의 참고 자료로 활용될 수 있다. In recent, interest in lunar landing is increased since the scientific significance and the future value of the moon. Korea began space technology study in earnest aimed at the lunar landing in 2020. The purpose of lunar landing in the past is the only landing on the moon, but in these days the lunar landing aims safe and precise landing by detecting and avoidance hazard. Related research has been conducted in various countries as the United States and Europe including China, India, and Japan. And particularly the United States and Europe has been active in hazard detecting and avoidance technology research. In this paper, we investigate and analyze the cases of the NASA’s ALHAT Project and ESA’s ESA Lunar Lander which are applied hazard detecting and avoidance technology in lunar landing mission. The results of case study could be used for future Korean lunar exploration research.

앞먹임 Image-Based Visual Servoing을 이용한 함상 자동 착륙

조강익(Gangik Cho),최준원(Joonwon Choi),배근식(Geunsik Bae),오현동(Hyondong Oh) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.6

무인비행이동체 (UAVs)의 자율 임무 수행에 있어 자동 착륙은 필수적이다. 특히 함상과 같이 좁고 빠르게 이동하는 목표물에 착륙하기 위해서는 일반적으로 UAV에 사용되는 Global positioning system (GPS)와 같은 정밀도가 낮은 센서를 이용하는 것은 불가능하다. 본 연구에서는 GPS의 낮은 정밀도를 보완하기 위해 영상을 이용한 방법 중 하나인 Image-based visual servoing (IBVS)를 이용한 자동 착륙 방법을 소개한다. 또, 빠르게 전진하는 배의 속도를 보정하기 위해 배에 부착된 GPS를 이용하여 배의 속도를 추정하고 이를 더해주는 앞먹임 IBVS를 소개한다. Autonomous landing are essential for autonomous missions of unmanned aerial vehicles (UAVs). In particular, in order to land on a small and moving fast target such as a ship, it is impossible to use a low-precision sensor such as Global Positioning System (GPS), which is generally used in UAVs. In this study, an autonomous landing method using Image-based visual servoing (IBVS), which is one of the visual control methods to replace GPS with low precision, is introduced. In addition, in order to compensate the velocity of a fast moving forward ship, feed-forward IBVS, which estimates the velocity of the ship using GPS attached on the ship and adds the its velocity as feed-forward term to control scheme is introduced.

스테레오 비전 기반 무인기 자동착륙 유도제어 알고리즘 지상검증 실험연구

박종호,박철우,김병훈,김유단 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.4

본 연구에서는 스테레오 비전을 이용하여 미지 지형에 착륙하는 유도제어 알고리즘을 검증하기 위해 지상실험을 수행하였다. 스테레오 비전의 깊이지도를 이용하여 적절한 착륙위치를 계산하였다. 지상실험을 위하여 기존 착륙 알고리즘을 단순화하였고, 지상 관제 시스템과 지상 로봇을 구축하였다. 지상 실험을 통해 구축한 하드웨어 시스템과 알고리즘 성능을 검증하였다. 실험 결과, 데이터 전송이 안정적이었고, 유도제어 알고리즘을 실시간으로 계산할 수 있었으며, 착륙 알고리즘이 팝업 장애물에 대해서도 강건하였다. Ground experiment to verify a landing guidance algorithm on unknown terrain using stereo vision is performed. Depth map of the stereo vision is used to determine an appropriate landing spot. Landing guidance algorithm is simplified for the ground experiment. A ground robot system is constructed, which is connected to a ground control system by communication. Ground experiments are conducted to verify the proposed guidance algorithm as well as the hardware system. Experimental result shows that data transmission is stable, computation of guidance algorithm can be done in real time, and proposed landing guidance algorithm is robust with respect to a pop-up obstacle.

템플릿 정합을 이용한 소형 무인비행체의 자동 착륙 기법

김종우,천승현,하석운,문용호 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

최초 군사용으로 이용되어 온 무인비행체는 촬영, 배송, 통신, 환경 등의 다양한 산업 분야에 응용되고 있으며, 사람이 직접 조종하는 비행형태에서 자동항법기술을 이용한 자동 비행의 형태로 발전해오고 있다. 대체적으로 GPS 수신기를 이용하여 무인기 비행경로 및 착륙지점을 비행하게 되는데, 지형이나 건물, 날씨 등 환경적인 요인으로 GPS 위치오차가 발생하는 단점이 있다. 이러한 자동 비행의 한계점을 보완하기 위해 비행환경에 따라 능동적으로 비행계획 수립 및 변경, 충돌회피, 자동이착륙과 같은 자율비행 기술 연구가 요구된다. 본 논문에서는 카메라가 장착된 소형무인기를 자동 비행한 후에 영상처리기법인 템플릿 정합 기법을 이용하여 자동적으로 정확히 착륙위치에 착지할 수 있는 방법을 구현하였다. Unmanned Aerial Vehicles that have been used for military use are utilized in various industrial fields such as photography, shipping, communications and environment and they have been developed in the form of automatic flight using the autopilot technology. In general, when they are flighted along their flight path or are landed in the touchdown area using their equipped GPS receivers, they have disadvantages that occurs GPS position errors and landing failure by environmental factors such as terrain, buildings and weather. In order to improve these disadvantages, it is necessary to develop an autonomous flight technology that use object recognition method. In this paper, we propose an automatic landing scheme that be able to land in the landing area exactly after a free flight by applying the template matching technique.

무인기 자동 착륙을 위한 영상 센서 기반의 착륙 지점 인식 알고리즘 개발 및 검증

정종민,김재승,이근욱,황남웅,윤태성,박진배 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

본 논문에서는 무인 항공기의 자동 착륙 제어를 위한 카메라 기반의 착륙 지점 인식 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 무인 항공기에 탑재된 카메라를 이용하여 착륙 지점을 검출하는 것을 목표로 하기 때문에 적은 계산량이 보장되어야 한다. 제안하는 알고리즘은 마커를 이용하며, 마커 인식을 위하여 이진화 기법, 레이블링 기법, 검증 과정으로 이루어져 있다. 마커를 검출한 후, 안전한 착륙을 위하여 카메라 내부 파라미터를 이용하여 마커 중심과 카메라 간의 실제 거리를 추정하며, 마커와 카메라간의 기울어진 각도를 추정한다. 실제 무인 항공기에 카메라를 탑재하여 제안한 알고리즘의 성능을 확인하였으며, Vicon 센서와 비교를 통하여 제안한 알고리즘의 우수성을 검증하였다. In this paper, the camera based landing site recognition algorithm is proposed for UAV to land autonomously onto landing position. Since this paper focuses on detecting landing site using the camera mounted on the UAV, the proposed algorithm has to guarantee the realtime. The proposed algorithm uses an predefined marker and consists of binarization, labeling and qualification process. After detecting the marker, both the 3-axis distances and slant angle between camera and the marker are estimated using the camera intrinsic parameter for autonomous landing of the UAV. The performance of the proposed algorithm is confirmed through several experiments and the experimental results through comparison of the Vicon sensor demonstrate that the proposed algorithm has superiority.

무인 항공기의 자동 착륙 접근 알고리즘 설계 및 비행시험

정민정(Minjeong Jeong),류한석(Han-seok Ryu),박상혁(Sanghyuk Park) 한국항공우주학회 2013 韓國航空宇宙學會誌 Vol.41 No.6

본 논문에서는 무인 항공기의 활주로 자동 접근 알고리즘에 대해 기술하였다. 본 연구에서 자동 접근의 주요 목적은 야간에 항공기의 안전한 착륙을 돕기 위함이다. 자동 접근 기능을 사용하게 되면 항공기가 어느 위치에 있던 초기 위치를 기준으로 경로 명령이 생성된다. 경로 명령은 최단거리를 가지는 원호-직선-원호로 구성되어있다. 경로 명령을 통해 생성된 경로를 따라 이동한 다음 활주로에 접근하도록 알고리즘을 설계하였다. 항공기의 다양한 초기 위치에 대한 경로 생성 알고리즘의 시뮬레이션을 통해 1차 검증을 하였으며 이를 기반으로 실제 비행시험을 수행하여 본 연구에서 제안한 알고리즘의 타당성을 실증적으로 검증하였다. This paper presents an algorithm for autonomous landing approach of a unmanned aerial vehicle. The main purpose of the autonomous landing approach in this study is to help a safe landing at night. From any initial position of the aircraft when this function is engaged, a flight path command is generated from the initial position. The shortest combination of an initial circular arc, a straight line segment, and a final circular arc is chosen for the flight path that will lead the aircraft to one end of runway for a landing. The algorithm is initially validated through numerous simulations with various initial conditions of aircraft. Then it is successfully validated through a number of flight tests.

고정익 무인항공기 자동 착륙 알고리즘 설계 및 비행시험

김수현(Suhyeon Kim),강동민(Dongmin Kang),정동원(Dongwon Jung) 항공우주시스템공학회 2019 항공우주시스템공학회 학술대회 발표집 Vol.2019 No.11

본 논문에서는 최소한의 운용자로 다수 무인기를 동시에 운용하기 위해 필수적으로 요구되는 기능으로 고정익 무인기 자동 착륙 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 자동 착륙 과정을 접근단계와 착륙단계의 두 단계로 이루어져 있다. 첫째, 접근단계에서는 지상 운용자의 착륙 명령에 따라 현재 무인기 위치, 고도, 방위각 정보와 접근점 위치 및 활주로 방위 정보를 사용하여 Dubins Path 형태의 접근 경로를 생성하고, 다음의 착륙단계에서의 종방향 유도를 위하여 접근점 위치와 착륙지점의 수평거리 및 고도 차이를 고려한 고도 프로파일을 계산하도록 한다. 또한 유도된 경로를 안정적으로 추종하기 위해 무인기의 종/횡방향 유도제어법칙을 도출하고, 실시간 Hardware-in-the-loop 시뮬레이션 환경을 통해 자동 착륙 알고리즘을 성능을 확인하였다. 최종적으로 제안된 알고리즘은 고정익 무인기 시스템에 적용되어 실제 비행시험을 통해 다양한 비행조건에서 알고리즘의 타당성 및 강건성을 검증하였다.

색 및 원 검출 기법을 이용한 영상기반 이동표적 자동 착륙 연구

장동진,박진용,이동진 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

본 논문에서는 멀티콥터를 움직이는 표적에 성공적으로 자동 착륙하기 위해 영상처리기반 제어시스템을 제안하고자 한다. 이 시스템은 고정된 카메라로부터 표적에 부착된 색상과 원을 인식하고 인식된 물체로부터 좌표를 얻어낸다. 얻어낸 좌표는 중심좌표와의 차를 통해 나온 값을 사용하여 멀티콥터의 움직임을 결정하고 표적에 유도되도록 할 것이다. 멀티콥터에 사용되는 Flight Control Computer(FCC)는 상용판매되는 물품을 사용하고, 이미 명시된 명령을 통해 기체의 기본비행성능을 유지하고 실험을 진행하였다. In this paper, we propose control system based on image processing to archive autonomous landing on moving target for a multicopter. this system recognizes color and circle attached to the target and acquires the coordinates from accepted image using fixed camera. The multicopter are controlled to determine motion and guide onto pad through the coordinates of image used as input of the controller. the multicopter uses commercial items as Flight Control Computer(FCC) and minimizes error for flight through prescribed code.

오픈 소스 시스템을 이용한 무인 헬리콥터 함상 자동착륙 알고리즘 시험 검증

김기준(Kijoon Kim),구성모(Sungmo Ku),권형준(Hyoungjun Kwon),김봉주(Bongju Kim) 한국항공우주학회 2021 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2021 No.7