고정익 무인항공기의 Bidirectional Spline-RRT 기반 경로계획

Abstract

본 논문에서는 고정익 무인항공기에 적용 가능한 경로계획법에 대하여 서술한다. 본 연구에서는 Bidirectional Spline-RRT* 알고리즘을 활용하여 경로계획을 수행하였다. 이 알 고리즘은 샘플링 기반 경로계획 알고리즘 중에서 널리 활용되는 RRT* 알고리즘에 기반 하였으며, 고정익 무인항공기의 경로에 적합하도록 스플라인 기법을 도입하여 부드러운 경로를 생성할 수 있고 또한 시작점과 목표점 두 점의 접근방향에 대한 제약조건을 모두 만족시킬 수 있는 경로를 생성할 수 있다. 이렇게 접근방향에 대한 제약조건을 만족시킬 수 있는 점은 다른 경로계획 알고리즘과의 주요한 차이가 되며, 이를 활용하여 좀 더 다 양한 경로계획을 수행할 수 있다. 또한, 본 알고리즘은 트리구조의 노드의 수가 증가할 수록 경로에 대한 비용이 감소하면서 최적경로에 수렴하는 특성을 지니고 있다. 본 알고 리즘은 항공기의 비행역학적 특성을 반영하도록 설계를 하였고, 그 결과 생성된 경로가 대상 항공기의 최대 하중계수 및 최대 추력대중량비 안에 존재하게끔 경로를 생성시킬 수 있는 장점을 지니고 있다. 앞서 말한 부드러운 경로, 시작점과 목표점의 접근방향에 대한 제약조건, 경로의 최적성, 그리고 비행역학적 특성의 반영은 알고리즘의 시뮬레이션 을 통하여 모두 만족됨을 확인하였고, 특별히 비선형 시뮬레이션을 통하여 경로계획 단 계에서 추정한 비행역학적 특성이 얼마나 잘 추정되었는지를 추가적으로 확인하여 알고 리즘의 신뢰성을 검증하였다. 본 논문에서는 제안하는 알고리즘을 활용하여 다양한 시나 리오에서 경로계획을 수행하였으며, 그 성능을 검증하였다.