DOI QR코드

DOI QR Code

Aircraft Path Planning Considering Pop-up Threats Using Framed-Quadtree Wavefront Propagation and Navigation Function

Framed-Quadtree 파면전파 기법과 항법함수 기법을 이용한 항공기 위협회피 궤적 설계

  • 김필준 (서울대학교 기계항공공학부) ;
  • 최종욱 (서울대학교 기계항공공학부) ;
  • 김유단 (서울대학교 기계항공공학부)
  • Published : 2007.10.31

Abstract

Military aircrafts usually operate at the area with lots of threats such as radars and surface-to-air missiles. Aircraft also faces with the unexpected or pop-up threats. Under this environment, a safe flight path should be generated to lead a mission successful. In this paper, a new path planning algorithm is proposed to provide less dangerous flight path efficiently. Of many path planning algorithms, a potential method is considered, because it has advantages of computation efficiency and smooth path generation. Trajectory generation under the condition of maximum range is studied so that the aircraft may reach the target area without refueling. The algorithm to cope with an unexpected situation is also proposed by adopting the concept of initial direction vector, additional force, and a new mapping function. The performance of the proposed algorithms is demonstrated for SEAD (Suppression of Enemy Air Defences) mission by numerical simulation.

군용 항공기는 임무수행 지역의 방어 시스템을 효과적으로 우회하여 비행해야 성공적으로 임무를 수행할 수 있다. 이를 위해 항공기가 위협을 회피하며 비행하는 경로를 생성하는 알고리듬이 요구된다. 본 논문에서는 포텐셜 기법을 이용하여 다수의 위협과 예상하지 못한 위협을 고려하여 비행경로를 생성하는 경로생성 기법을 제안하였다. 파면전파 기법과 항법함수를 함께 사용하여 포텐셜 기법에서 발생하는 국부최적해 문제를 해결하였다. 비행거리가 제한된 무인항공기에 적용이 가능한 비행경로를 생성하기 위해 최대이동거리를 고려한 경로생성 기법과 예상하지 못한 위협이 발생한 상황에 부드러운 경로를 생성하는 효율적인 경로전환 기법을 제안하였다. 제안한 기법의 성능을 검증하기 위해 중첩된 위협이 존재하는 상황에 대해 수치 시뮬레이션을 수행하였다.

Keywords

References

  1. 김필준, 최종욱, 김유단, 'Pop-up 위협회피를 고려한 Potential Field 방식의 무인항공기 궤적 설계', 한국항공우주학회 추계학술발표회, 파라다이스 호텔, 부산, 2006년 11월, pp. 367-370
  2. J. Barraquand, B. Langlois, and J-C. Latombe, 'Numerical Potential Field Techniques for Robot Path Planning', IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Vol. 22, No. 2, 1992, pp. 224-241 https://doi.org/10.1109/21.148426
  3. 최종욱, 김필준, 김유단, '위협지역 회피를 고려한 Potential Field 방식의 무인항공기 궤적 설계', 제어자동화시스템공학회 심포지엄(CASS 2006), KINTEX, 일산, 경기도, 2006년 6월, pp. 218-223
  4. E. Rimon, and D. E. Koditschek, 'Exact Robot Navigation Using Artificial Potential Functions', IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol. 8, No. 5, 1992, pp. 501-518 https://doi.org/10.1109/70.163777
  5. D. E. Koditschek, and E. Rimon, 'Robot Navigation Functions on Manifolds with Boundary', Advances in Applied Mathematics, Vol. 11, No. 4, 1990, pp. 412-442 https://doi.org/10.1016/0196-8858(90)90017-S
  6. Y. Eun, Cooperative Control of Multiple UCAVs for SEAD, MS Thesis, Department of Aerospace Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology, February, 2004
  7. 유창경, 탁민제, 김종한, '종말 속도벡터 구속조건을 갖는 유도탄의 궤적최적화 및 유도', 한국항공우주학회지, 제32권 제6호, 2004년 8월. pp. 72-80
  8. 김부성, 유창경, 방효충, 정을호, '다수 위협에 대한 무인항공기 최적 경로 계획', 한국항공우주학회지, 제34권 제1호, 2006년 1월, pp.74-80
  9. P. Ogren, and M. Winstrand, 'Combining Path Planning and Target Assignment to Minimize Risk in a SEAD Mission', AIAA 2005 Guidance, Navigation, and Control Conference, San Francisco, CA, USA, August 2005
  10. MATLAB Document, 'Quadtree Decomposition', Image Processing Toolbox, The Mathworks Inc., Natick, MA, Version 5, 2006
  11. A. Yahja, A Stentz, S. S. Singh, and B. L. Brumitt, 'Framed-Quad tree Path Planning for Mobile Robots Operating in Sparse Environments', IEEE Conference on Robotics and Automation, (ICRA), Leuven, Belgium, 1998, pp. 650-655
  12. D. Z. Chen, R. J. Szczerba, and J. J. Uhran, 'A Framed-Quadtree Approach for Determining Euclidean Shortest Paths in a 2-D Environment', IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol. 3, No. 5, 1997, pp. 668-681
  13. E. P. Anderson, R. W. Beard, and T. W. McLain,b 'Real-Time Dynamic TraJectory Smoothing for Unmanned Air Vehicles', IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol. 13, No. 3, 2005, pp. 471-477 https://doi.org/10.1109/TCST.2004.839555
  14. A. Al-Jumaily, and C. Leung, 'Wavefront Propagation and Fuzzy Based Autonomous Navigation', International Journal of Advanced Robotics Systems, Vol. 2, No. 2, 2005, pp. 93-102