Journal of Advanced Navigation Technology (한국항행학회논문지)

The Korean Navigation Institute (한국항행학회)
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3-Dimensional Path Planning and Guidance for High Altitude Long Endurance UAV Including a Solar Power Model

태양광 전력모델을 포함한 장기체공 무인기의 3차원 경로계획 및 유도

  • 오수헌 (LIG넥스원 항공연구센터) ;
  • 김갑동 (LIG넥스원 항공연구센터) ;
  • 박준현 (LIG넥스원 항공연구센터)
  • Received : 2016.09.19
  • Accepted : 2016.10.12
  • Published : 2016.10.30
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Abstract

This paper introduces 3-dimensional path planning and guidance including power model for high altitude long endurance (HALE) UAV using solar energy. Dubins curve used in this paper has advantage of being directly available to apply path planning. However, most of the path planning problems using Dubins curve are defined in a two-dimensional plan. So, we used 3-dimensional Dubins path generation algorithm which was studied by Randal W. Beard. The aircraft model which used in this paper does not have an aileron. So we designed lateral controller by using a rudder. And then, we were conducted path tracking simulations by using a nonlinear path tracking algorithm. We generate examples according to altitude conditions. From the path tracking simulation results, we confirm that the path tracking is well on the flight path. Finally, we were modeling the power system of HALE UAVs and conducting path tracking simulation during 48hours. Modeling the amount of power generated by the solar cell through the calculation of the solar energy yield. And, we show the 48hours path tracking simulation results.

본 논문에서는 태양광 장기체공 무인기의 전력모델을 포함한 3차원 경로계획과 유도에 대하여 기술한다. 본 논문에서 사용한 Dubins curve는 계산속도가 빨라 경로계획에 곧바로 적용이 가능하다는 장점이 있다. 하지만 Dubins curve의 경로생성 문제는 2차원 평면에서 정의되기 때문에 실제 항공기의 경로계획을 위해 Randal W. Beard에 의해 수행된 비행 경로각의 한계를 고려하여, 고도 차이에 따라 선회경로를 추가하는 방식의 3차원 Dubins 경로생성 알고리즘을 활용하였다. 본 논문에서 사용한 항공기 모델은 Aileron이 없기 때문에 Rudder를 사용하여 횡축 방향 제어기를 설계하였으며, 비선형 경로추종 유도기법을 사용하여 경로추종 시뮬레이션을 수행하였다. 고도조건에 따른 예제를 생성하였으며, 시뮬레이션 결과 생성된 경로를 잘 추종하는 것을 확인하였다. 마지막으로 태양에너지 수율에 대한 계산식을 통해 태양광 장기체공 무인기의 전력 시스템을 모델링하여 48시간 연속비행 시뮬레이션을 실시하였고, 이에 대한 시뮬레이션 결과를 제시하였다.

Keywords

References

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