본 논문에서는 포텐셜 함수와 슬라이딩 모드 제어기법을 이용한 행동양식 기반의 분산형 군집비행 제어구조를 제안하였다. 군집비행 행동양식을 위해 각 개체의 상호작용을 포텐셜 함수로 표현하였으며, 군집형태를 유지하며 기준궤적을 추종하기 위해 군집중심점 제어기법을 제안하였다. 시스템의 불확실성과 임무환경에 의한 포텐셜 함수 변화에 대해 강건한 성능을 유지하기 위해 슬라이딩 모드 제어기법을 적용하여 제어기를 구성하고 안정성을 평가하였다. 또한 예상하지 못한 장애물에 대한 군집 회피기동을 위해 비행경로 수정기법을 제시하였다. 수치 시뮬레이션을 통해 제안한 군집비행 제어기법의 성능을 평가하였다.
블라인드 등화기법은 무선 통신 시스템에 널리 쓰이고 있는 기술이다. 이 논문에서는, 블라인드 등화를 위한 기준으로서, 두 확률밀도함수의 유클리드 거리를 최소화하는 기준에서 나타나는 정보 포텐셜에 대해 연구하였고 두 정보 포텐셜 사이의 적절한 균형을 활용한 방법의 BER 성능을 평가하였다. 정보 포텐셜에는 두 가지가 있는데 송신 심볼의 확률밀도함수와 맞도록 수신단에서 무작위로 발생시킨 심볼과 등화기 출력 샘플 사이에서 두 입자간 위치에너지처럼 나타나는 정보 포텐셜과 출력 샘플간에 나타나는 정보 포텐셜로 표현된다. 이 두 포텐셜을 적절히 균형 잡아 줄 때, 큰 성능향상을 보이는데 그 성능지표로 BER 성능 평가가 가장 신뢰성이 있으므로 BER 성능 평가를 시행하였다. 그 시뮬레이션 결과에서 정보 포텐셜 균형 방식은 블라인드 등화 환경에서 탁월한 BER 성능을 나타내었다.
비행중인 다른 항공기를 회피하며 항공기를 목표점까지 유도하는 문제를 2차원 평면에서 고려하였다. 항공기는 속도의 크기가 일정한 질점이며, 제어입력으로 측가속도를 사용하는 것으로 가정하였다. 이동장애물에는 척력 포텐셜함수를 목적점에는 인력 포텐셜함수를 인공적으로 부여하여 항공기에 척력과 인력이 작용하도록 하였다. 유도/회피명령은 이들 포텐셜력과 상대속도를 사용하여 실시간으로 구현 가능한 유도/회피법칙을 구현하였다. Log 형태의 포텐셜함수를 사용하면 구현된 유도법칙은 잘 알려진 비례항법유도법칙이 되며, 회피법칙은 장애물까지 도달시간에 반비례하고 시선각 변화의 반대 방향으로 항공기를 회전시킨다. 제안된 유도/회피법칙은 시뮬레이션을 통하여 타당성을 검증하였다.
본 논문은 보조 포텐셜 함수를 이용하여 선형 안테나를 해석하였다. 다이폴 혹은 모노폴의 구조를 갖는 선형 안테나의 방사특성을 분석하기 위해 보조 포텐셜 함수 개념을 도입하였고 맥스웰 방정식으로부터 헬름홀츠 방정식을 유도하였다. 이에 그린함수 및 원거리 근사를 적용하여 다이폴 및 모노폴 안테나의 radiation field를 구하였고 안테나 길이에 따른 방사패턴 분포차이를 확인하였다. 또한 계산된 방사패턴을 안테나 시뮬레이션 결과와 비교분석하였다. 도출된 radiation field를 기반으로 Poynting vector, radiation power, radiation intensity, directivity, gain 등 안테나 성능 지표를 유도하였다.
본 논문은 3D 환경에서의 스웜시스템을 위한 자기조직화 방법을 제시한다. 스웜 시스템의 자기조직화를 위하여 인력과 척력을 이용하는 인공 포텐셜 함수(Artificial Potential Function, 이하 APF)를 사용하였다. 제안된 연구에서는 2D 환경에서 자기조직화를 위해 사용되어왔던 다양한 포텐셜들을 3D 환경에 맞게 확장 설계한다. 지면이나 수면 등의 경계면을 가지는 3D 환경의 특성을 고려하여 지면 포텐셜(Ground Potential)을 제안한다. 지면 포텐셜을 고려하지 않았을 때와 고려할 때의 비교 결과를 통해 지면 포텐셜의 필요성과 효과를 보여준다. 마지막으로, 다양한 시뮬레이션 결과를 통해 3D 환경에서 확장된 인공포텐셜과 그 성질의 효율성을 보여준다.
중력 포텐셜의 해석에 웨이브렛 변환 방법을 적용하였다. 웨이브렛을 만드는 단계 함수가 제안되었다. 단계 함수는 중력 포텐셜에서의 그린 함수로 대치될 수 있음이 보여졌다. 상향연속은 단계함수와의 컨볼루션 곧 웨이브렛 변환으로 표현될 수 있다. 단계인자는 높이 변화를 나타낸다. 다중경계는 각 단계에서의 웨이브렛 변환치의 국부 최대값을 연결하여 구해지며 이는 지층의 불연속면을 나타낸다. 다중경계 방법을 마산 창원지역의 중력자료에 적용하였다.
본 논문은 이동로봇의 동적 장애물 회피를 위해 퍼지 포텐셜 필드 알고리즘을 제안하였다. 기존의 포텐셜 필드 알고리즘은 장애물의 위치와 속도에 따라 장애물과의 충돌 문제, 회피 경로 문제 및 목표지점으로의 도착시간 문제가 발생한다. 이를 보완하기 위해 퍼지시스템을 이용하여 포텐셜 필드 척력함수의 가중치를 장애물의 위치와 속도에 따라 변경함으로써 제안된 알고리즘의 효율성을 시뮬레이션을 통해 확인하였다.
불규칙 분포의 관측자료를 격자점자료로 내삽하는 방법의 하나인 통계내삽방법(Statistical interpolation)과 이 방법이 필요로 하는 통계적 상관함수(Correlation function)를 구하는 방법을 소개하고, 극동 아시아 지역의 기상변수들의 상관관계를 계산한다. 극동 아시아 지역 34개의 관측점에서 1977년 12월부터 1980년 2월까지 겨울철 12, 1, 2월의 9개월에 걸쳐 관측된 500mb면 지오포텐셜고도 및 바람, 850mb면 온도 및 혼합비에 대하여 (34*33)/2개의 상관함수가 계산되었다. 관측점 사이의 거리가 증가함에 따라 지오포텐셜고도와 온도의 자기상관함수는 천천히 감소하는 상관관계를, 바람과 혼합비의 자기상관함수는 비교적 빨리 감소하는 상관관계를 나타내었다. 지오포텐셜고도와 바람에 대하여 계산된 자기 및 교차상관함수들의 수평분포는 겨울철 종관특징을 잘 표현하였다.
본 논문은 국소 경로 계획법을 위한 2차원 센서 환경에서 무정형의 장애물의 회피에 대한 연구를 다루었다. 본 연구는 인공 포텐셜 함수(Artificial Potential Function, APF)를 사용하는 기존의 연구에서 점 형태의 장애물을 다루는 방법을 응용 및 확장한 것으로, 다양한 형태의 크기와 모양을 지니는 장애물에 대해서 두 가지 새로운 형태의 반발 포텐셜 함수를 제안한다. 제안된 방법에 의한 곡률 판단법은 장애물을 단순하게 파악하여, 경로계획에 효율적으로 사용되었다. 실제적인 국소경로 계획법에 맞게 직선 시야(Line of Sight, LOS)와 로봇의 인지범위(Range)등을 고려하는 알고리즘을 사용하였다. 여러장애물 세트(Set)에 대하여 시뮬레이션 결과를 통하여 제안한 방법과 기존 연구의 차이점을 알아보았으며, 제안한 방법의 장점에 대하여 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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