무인항공기의 실내비행을 위한 2.5차원 자기위치추정기반 항법연구 및 비행실험

Abstract

무인항공기의 실외비행은 GPS와 관성항법센서를 융합한 항법필터를 이용한다. 이는 관성항법센서의 오차누적현상을 GPS를 이용하여 보정하므로 오차누적 없이 일정 수준의 오차범위를 유지해준다. 본 논문에서는 무인항공기의 실내비행을 위해 2차원 LiDAR로부터 수평 방향의 상대거리 정보를 획득하고 1차원 LiDAR로부터 수직방향의 상대거리 정보를 획득하는 방식으로 2.5차원 자기위치추정 (Simultaneous Localization and Mapping, SLAM)기반 항법필터를 개발하였다. 또한 비행실험을 통해 알고리듬 동작확인 및 성능검증을 수행하였다. SLAM 방식은 Robot Operating System (ROS)에 공개된 2차원 LiDAR를 이용한 스캔매칭 기반의 Hector SLAM을 활용하였고 이를 고도방향으로 확장하여 2.5차원 지도작성 (mapping)이 가능하도록 코드를 추가하였다. 또한 기존에 보유한 GPS기반 항법필터의 오차보정 시 필요한 GPS 위치정보를 2.5차원 SLAM에서 제공하는 수평, 수직방향 위치로 교체하여 보다 정밀한 실내비행이 가능하도록 하였다. 개발한 소프트웨어는 무인항공기에 탑재된 소형 임베디드 시스템을 통해 구현하였고 실내 정지비행, 경로점 비행실험을 통해 비행성능을 검증하였다.