본 논문에서는 비행 운용 프로그램(Operational Flight Program, OFP)의 성능 향상을 위하여 멀티코어 기법을 적용한 임무 컴퓨터(Mission Computer, MC)와 OFP의 디자인에 대해 기술하였다. 우선 멀티 코어 환경에서 태스크로 지정된 영역의 프로그램을 병렬 프로그램의 표준인 오픈엠피(OpenMp)를 사용하여 지정된 코어에서 제어하는 기법을 설계하여, 이를 적용한 멀티 코어 프로그램(Mulit-Core Program, MCP)과 싱글 코어 프로그램(Single-Core Program, SCP)의 성능의 차이점에 대해 기술하였다. 항공기의 임무 컴퓨터 내에 멀티 코어를 지원하는 프로세서(General Processor Module, GPM)에 탑재되는 OFP중, 항법, 통신, 피아식별등의 비행 정보를 조종사에게 제공 및 제어하도록 설계된 전방 상향 제어 비행운용 프로그램(Integrated Up-Front Control OFP, IUFC OFP)의 성능 향상을 위한 멀티 코어 설계 기법을 제시 하였다.
본 논문은 항공전자시스템 통제와 항법 및 사격통제를 통합하고 비행, 항법 및 무장조준 임무를 위한 정보를 제공하는 항공전자시스템컴퓨터(ASC)의 탑재소프트웨어(OFP) 개발 기법을 제안한다. OFP 개발을 위해 중앙처리장치 보드로는 2개의 i960 칩이 사용되었고 자체 개발된 표준 컴퓨터 인터페이스 라이브러리(SCIL) 프로그램이 사용되었다. Irvine 컴파일러 회사의 개발환경과 Ada95 프로그래밍 언어가 OFP 개발에 사용되었다. OFP는 소프트웨어 모듈의 독립성을 위하여 3부분으로 구성된 1개의 컴퓨터소프트웨어형상품목으로 설계되었다. 일련의 비행시험을 통해 개발된 OFP를 검증하였으며, 소프트웨어 통합시험과 지상기능시험 등 관련 시험 또한 수행하였다.
스마트무인기의 비행제어컴퓨터는 탑재장비와의 입/출력 신호처리, 비행제어법칙 연산 그리고 고장진단 및 이중화 기능 등이 구현된 비행운용프로그램이 탑재되어 있다. 비행운용프로그램은 PowerPC 755 프로세서와 VxWorks 5.5 실시간운영체제 환경에서 개발되었다. 비행운용프로그램은 메모리 참조 모듈, 탑재장비 입/출력 신호처리 모듈 그리고 비행제어법칙 모듈로 구성되었고 각각의 모듈은 계층 구조로 설계되었다. 메모리 참조 모듈과 신호처리 모듈은 벤치 테스트를 통해 검증되었고, 비행제어법칙 모듈은 시뮬레이션 시험, 지상통합시험, 안전줄 시험 그리고 비행시험을 통해 검증되었다. 본 논문에서는 비행운용프로그램의 개발환경, 소프트웨어 구조 그리고 검증 및 관리방법에 대해서 기술하였다.
무인기 항법 시스템의 개발 및 실험에는 위험 요소가 많아 가벼운 하중을 유지하면서도 고장 감내를 지원하는 시스템이 요구된다. 본 논문에서는 CPU 시간과 메모리를 독립적으로 사용하는 파티션을 기반으로, 단일 및 복수 개의 FCC(Flight Control Computer)에서 항법용 주 및 보조 OFP(Operational Flight Program) 파티션들을 독립적으로 수행하는 고장 감내 무인기 항법 시스템에 대해 기술한다. 개발된 시스템은 이중화된 두 개의 FCC를 사용하고, 각 보드에서는 OFP 파티션을 이중화하여 개발 중인 OFP 및 검증된 OFP 시스템을 독립적으로 수행한다. 이러한 고장 감내 시스템은 감내 하중이 작은 무인기의 경우에 하나의 FCC만 사용하여도 S/W 이중화에 따른 고장 감내가 가능하며, H/W 고장 감내도 필요한 중대형 무인기의 경우, 이중화 파티션을 수행하는 보조 FCC까지 사용한다. 이와 같은 파티션 기반 고장 감내 항법 시스템은 그 개발 단계에서 실험의 많은 위험 요소를 제거할 것이다.
본 논문에서는 실시간 운영체제(Real Time Operating System, RTOS)기반의 실시간 임베디드 시스템용 자바 가상 머신(Jamaica Virtual Machine, JVM)을 이용한 비행운용 프로그램(Operational Flight Program, OFP)의 객체 지향적 개발사례에 대해 기술하였다. 국산화 임무 컴퓨터(Mission Computer, MC)에는 다기능 시현(Multi Functional Display, MFD), 통합 전방 상향 제어(Integrated Up-Front Control, IUFC), 전방 시현(Head-Up Display, HUD) 및 화력 제어(Fire Control, FC)를 지원하는 OFP가 각각의 프로세스에 탑재되어 구동되는데, 본 논문에서는 자바(Java) 기반의 MFD OFP(다기능 시현기에 조종사 참고 정보를 제공하는 비행운용 프로그램)와 미들웨어의 설계 및 구현에 대하여 기술하였다.
To have the competitiveness in the future worldwide small aircraft market, we should be able to develop the aircraft which is highly safe, easy to fly, and having excellent flight characteristics. FBW(Fly-By Wire) system is essential for the enhancement of flight safety and control easiness. FBW system that has been applied only to the modern fighter and transport aircraft is recently applied to smaller aircraft such as regional aircraft, business aircraft and even small aircraft. The purpose of this research includes the development of flight control computer, the definition of FBW system component, the design concept of each component for redundant management, OFP(Operational Flight Program) development, FBW system integration and HILS(Hardware In-the Loop Simulation) verification environment to test this FBW system.
본 논문에서는 무인항공기 비행제어 소프트웨어 개발에 있어 개발위험 감소 및 개발기간 단축을 위해 최근 다양한 분야에서 사용중인 모델기반 개발기법을 이용하여 OFP를 설계하였다. 또한 Simulink 내부의 Model Advisor기능을 활용하여 DO-178C 지침항목에 대한 검사를 수행하였다. 설계된 Simulink 비행제어 로직을 자동코드생성 기법을 이용하여 32비트 DSP 기반의 비행제어 시스템에 적용하였으며, 비행시험에 앞서 X-Plane 시뮬레이터를 이용하여 HILS 환경을 구축하고 다양한 기상 환경속에서 모의 비행시험을 수행함으로써 그 성능을 검증하였다.
공중급유 능력은 항공기의 임무시간 증대와 운용영역 확장을 제공함에 따라 많은 군용기에 적용 및 운영되어왔다. 피급유기가 지정된 급유기로부터 공중급유를 받기 위해서는 기술 및 운용호환성평가를 통해 공중급유허용을 확보해야 한다. 적합성 평가에는 공중급유 조종성, 기능성, 연료, 조명시스템 평가를 포함하고 있으며 비행시험을 통해 최종 검증된다. 그러나 한국에서는 신규개발항공기에 대한 공중급유 적합성 평가를 수행한 사례가 없기 때문에 시험 요구도, 범위 및 프로그램 규모를 결정하기 위한 경험이 없는 상황이다. 본 논문에서는 공중급유 유형 소개와 한국 공군에 도입된 Boom & Receptacle 시스템에 대한 고정익 항공기 공중급유 FCS (Flight Control System) OFP (operational flight program) 검증, 시스템 검증 및 영역 허용 관련 공중급유 비행시험 방법을 연구하였다.
본 논문은 항공기 무장의 목록관리, 무장의 활성화, 그리고 무장의 발사 및 투하를 제어하고 관리하는 무장관리컴퓨터 탑재소프트웨어 개발 시 객체지향 설계기법을 적용하는 방법을 제안한다. 무장관리컴퓨터 개발을 위해 중앙처리장치 보드는 상용화된 PowerPC 603e의 군용모델을 사용하였으며 실시간 운용체계인 VxWorks와 Tornado개발환경을 이용하여 소프트웨어를 개발하였다. 소프트웨어 개발 시 객체지향 언어인 Ada95를 사용하였으며 소프트웨어 모듈간의 독립성을 위해 세 개의 층(Layer)으로 분리하여 설계하였다. 항송전자시스템컴퓨터 시뮬레이터와 테스트 벤치를 개발하여 무장관리시스템 하드웨어/소프트웨어 통합검증테스트를 수행하였다.
본 논문은 비행제어 비행체 관리 시스템 대신 한국형 기동헬기 임무컴퓨터의 비행운용 프로그램에서 구현한 측면 항법 알고리즘 설계 및 검증에 대하여 기술하였다. 구현된 측면항법 기능은 비행제어 시스템으로 롤 명령을 보내고 롤 명령 값은 임무컴퓨터의 제어 알고리즘에서 계산한다. 임무컴퓨터에서 제어 알고리즘 계산 시 항공기의 자세 및 위치에 대한 측정값을 이용한다. 이 입력 값들을 이용하여 임무컴퓨터에 탑재된 비행운용 프로그램은(선택한 비행계획 등)항법 요구를 롤 명령으로 자동조종으로 보낸다. 체계통합리그에서의 통합시험, 지상 및 비행시험을 통해 측면 항법 알고리즘을 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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