공중 위협 방어를 위한 회전익 드론 유도제어기법 연구 (Research on Guidance and Control for Multirotor UAVs for Airborne Threat Defense)

서지정보

· 발행기관 : 한국항공우주학회
· 수록지 정보 : 한국항공우주학회지 / 52권 / 6호 / 463 ~ 472페이지
· 저자명 : 남다현, 김형근

초록

최근 드론을 이용한 공격 사례가 증가함에 따라 관련 위협에 대응할 수 있는 방어 수단의 필요성이 증가하고 있다. 본 연구는 이러한 필요성에 착안하여 드론을 역으로 요격하기 위한 회전익 드론의 운용을 가정하며 이를 위한 유도조종 알고리즘을 제안한다. 기존의 회전익 드론 유도조종 및 경로계획 관련 연구들은 요구 경로 추종 및 목적지 도달을 위한 알고리즘 개발이 다수이며, 이는 기동 표적 요격을 위한 본 교전 상황에 적용하기 부적합하다. 본 연구에서는 대공 유도탄과 드론의 동역학적 유사성과 차이점을 분석하여 기존의 유도탄 유도기법을 회전익 드론에 적합하도록 수정하여 적용한다. 적응 슬라이딩 모드 제어기법을 이용하여 표적에 대한 충돌 삼각형을 달성하도록 유도 명령을 도출하며, 드론의 동역학적 특성을 고려하여 제한된 속력 범위 안에서 최대한의 추력을 산출하도록 설계한다. 수치 시뮬레이션을 통하여 3차원 공간에서 기동하는 표적에 대한 교전 상황을 구현하며, 제안 기법을 탑재한 회전익 드론이 공중에서 표적 요격에 성공함을 확인한다.

영어초록

In the light of the increasing occurrences of drone-based aerial attacks, it is crucial to implement effective defense mechanisms to counteract these threats. This study proposes a guidance and control method for multirotor UAVs designed to intercept aerial targets. Existing studies on control and path planning for multirotor UAVs primarily focus on tracking of given trajectories or waypoints, making them unsuitable for agile target interception in egagement scenarios. In this study, the dynamic similarities and differences between missiles and multirotor UAVs, particularly quadrotor dynamics, are investigated to develop guidance and control methods suitable for multirotor dynamics. The proposed guidance and control method, utilizing adaptive sliding mode control technique, generates a commanded angular velocity that satisfies the collision triangle for the designated aerial target. Additionally, the velocity-associated command produces the maximum thrust acceleration within a constrained area. Numerical simulations are conducted implement engagement scenarios in three-dimensional space, testing the proposed algorithm across various scenarios and confirming its success. Specifically, the numerical simulations validate the proposed algorithm by successfully intercepting the target in mid-air.

참고자료

· 없음