• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제14권1호
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• pp.75-84
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• 2013

In this paper, the guidance law for formation flight and collision avoidance of multiple Unmanned Aerial Vehicle (UAV)s is proposed. To construct the physically comprehensible guidance law for formation flight, the virtual structure approach is used. To develop a guidance law for collision avoidance considering both other UAVs and unknown static obstacles, a geometric approach using information such as a relative position vector is utilized. Through the Lyapunov theorem, the stability of the proposed guidance law is proved. To combine guidance commands, the concept of the elastic weighting factor inspired by the elastic behavior of shape memory polymer, which tends to regain its original shape after deformation, is introduced. By using the concept of elastic weighting factor, multiple UAVs are able to cope actively with the situation of a collision between both UAVs and static obstacles during the formation flight. To verify the performance of the proposed method, numerical simulations are performed.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권6호
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• pp.488-496
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• 2015

본 연구에서는 각각 다른 목적지에서 다수의 임무를 수행해야하는 복수 무인항공기(Unmanned Aerial Vehicle, UAVs)의 경로를 결정할 때, 무인항공기의 생존가능성을 고려하여 경로를 결정하는 프레임워크를 제안하였다. 본 라우팅 문제는 무인항공기 안전과 임무 완료시간 간의 trade-off 를 나타내는 비용 매트릭스를 이용한 차량경로문제(Vehicle Routing Problem, VRP)로 정의할 수 있다. 특정위치에서 무인항공기의 위험 레벨은 감지될 확률과 격추될 확률을 고려하여 모델링 하였고, 위협 레벨과 비행거리를 고려한 두 지역간의 최소비용경로는 육각형격자(Hexagonal cells)에서 Dijkstra 알고리듬을 사용하여 결정하였다. 또한, 지속적으로 다수의 적을 감시 정찰하는 임무를 수행하는 복수 무인항공기의 최적경로를 결정하는 case study를 수행하였으며, 그 결과를 논의하였다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제18권2호
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• pp.315-326
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• 2017

Four quadrotor UAVs are maneuvered to guide four animals into their pen within the minimum time by creating noises of predators modeled with an exponential function. The quadrotor UAVs are controlled via PID controllers, follow time optimal trajectories, and avoid collisions through altitude separations. The stability of the proposed PID controller is analyzed and verified using MATLAB/Simulink based simulations. Proposed step by step strategies would be practical solutions of actual cattle roundup problems.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제16권4호
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• pp.1351-1372
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• 2022

A self-organizing multiple unmanned aerial vehicles (multi-UAVs) deployment based on virtual forces has a difficulty in ensuring the quality-of-experience (QoE) of users because of the difference between the assumed center for users in a hotspot and an actual center for users in the hotspot. This discrepancy is aggravated in a non-uniform and mobile user distribution. To address this problem, we propose a new density based virtual force (D-VF) multi-UAVs deployment algorithm which employs a mean opinion score (MOS) as a metric of QoE. Because MOS is based on signal-to-noise ratio (SNR), a sum of users' MOS is a good metric not only to secure a wide service area but to enhance the link quality between multi-UAVs and users. The proposed algorithm improves users' QoE by combining virtual forces with a random search force for the exploration of finding multi-UAVs' positions which maximize the sum of users' MOS. In simulation results, the proposed deployment algorithm shows the convergence of the multi-UAVs into the position of maximizing MOS. Therefore, the proposed algorithm outperforms the conventional virtual force-based deployment scheme in terms of QoE for non-uniform user distribution scenarios.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권10호
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• pp.859-867
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• 2015

본 논문은 행위 기반 분산 기법(behavior-based decentralized method)을 활용하여 복수 무인기의 군집 비행을 위한 강인 제어기를 제안한다. 행위 기반 분산 기법을 활용한 복수 무인기의 군집 비행은 주변 무인기들의 정보만을 활용하여 편대를 이루게 되므로 많은 장점을 갖는다. 본 논문에서는 무인기 시스템에 크기가 제한된 시변 외란(time varying bounded disturbance)이 존재하는 상황에서, 주변 무인기들의 위치와 속도를 모두 활용하는 경우와 위치만을 활용하는 경우로 나뉘어 제어기를 설계하며, 위치만을 활용하는 경우 passivity 기법을 적용하여 제어기를 설계한다. 제안된 제어기는 시간에 의존하는 제한된 외란이 존재하는 상황에서 전체 폐루프 시스템의 uniformly ultimate boundedness 특성을 보장한다. 수치 시뮬레이션을 통해 제안된 제어기법의 타당성을 검증한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권11호
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• pp.1042-1051
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• 2011

본 논문에서는 복수 무인기의 편대 비행을 위한 탑재 무선 통신 및 임무통제 네트워크 (지상관제시스템)를 포함하는 통합 운영 시스템의 구성 방안을 제시한다. 이를 위해 편대비행을 위한 무인기에 탑재되는 시스템들의 구성 형태에 따라 다양한 운영 시스템들을 분류하였다. 또한 각각의 운영 시스템에 대한 장단점 및 고장에 대한 신뢰성을 파악하였다. 이 결과를 바탕으로 편대기의 임무비행을 수행하는데 있어 적절한 운영 시스템의 형태를 결정하고 구성 요소들을 개발하였다. 제안된 운영 시스템을 이용하면, 이종의 비행체로 편대를 구성할 수 있으며, 복잡한 임무를 여러 무인기에 나누어 수행 가능하고, 단일 임무의 협업 또는 다양한 임무의 동시 수행이 가능하다.

• 전기학회논문지
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• 제67권2호
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• pp.314-324
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• 2018

This paper proposes a linear distributed target tracking filter for multiple unmanned aerial vehicles(UAVs) sharing their passive sensor measurements through communication channels. Different from the conventional nonlinear filtering schemes, the distributed passive target tracking problem is newly formulated within the framework of a linear robust state estimation theory incorporated with a linear uncertain measurement equation including the coordinate transform uncertainty. To effectively cope with the performance degradation due to the coordinate transform uncertainty, a linear consistent robust Kalman filter(CRKF) theory is devised and applied for designing a distributed passive target tracking filter. Through the simulations for typical UAV surveillance mission, the superior performance of the proposed method over the existing schemes of distributed passive target tracking are demonstrated.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제15권1호
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• pp.8-14
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• 2009

A formation flight guidance logic that enables the leader-follower station keeping between two UAVs is presented in this paper. The logic is motivated by the investigation of the relation between the proportional navigation and the nonlinear trajectory tracking guidance law, The simplicity of the presented method provides computational efficiency and allows easy implementation. An excellent performance of the proposed logic is demonstrated via various numerical simulations for multiple UAVs environment.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권5호
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• pp.427-436
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• 2010

본 논문은 다수의 목표물과 다수의 임무가 존재하는 상황에서의 다수 무인항공기의 임무할당 문제를 다룬다. 다수 무인항공기의 임무할당 문제는 순회 세일즈맨 문제, 차량 라우팅 문제와 같은 조합최적화 문제의 일종으로 NP-hard의 계산 복잡도를 가지고 있다. 이런 성격의 문제는 문제의 크기가 커질수록 계산시간이 급격히 증가하는 특징을 지니기 때문에 문제를 효율적으로 풀기 위해서 근사화 방법 또는 발견적인 방법을 사용한다. 본 연구에서는 임무할당 문제를 혼합정수 선형계획 문제로 정식화하고, 혼합정수 선형계획법과 유전 알고리듬으로 해를 구하였다. 다수의 목표물, 다수의 임무, 장애물이 존재하는 환경에 대한 수치 시뮬레이션을 수행하여 각 방법의 최적성과 효율성에 대해 검토하였다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제16권4호
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• pp.97-108
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• 2016

본 논문에서는 넓은 개활지역에서의 신속한 재난 감시 및 탐지를 위하여 대규모 공중무인기로 구성된 협업 감시 네트워크를 고려한다. 관제센터의 한정된 자원은 다수의 공중무인기의 개별 제어에 제한이 있으며 이는 감시네트워크의 성능 저하를 가져온다. 따라서 공중무인기 기반 감시네트워크는 자율적 이동센서네트워크 구축, 재난지역 감시 범위 최대화, 재난발생 특성에 따른 효과적인 대형 변화 방안이 요구된다. 본 논문에서는 가상력을 이용한 대규모 공중무인기의 네트워크 구축 및 효율적 제어 알고리즘을 제안한다. 공중무인기의 회전 움직임을 바탕으로 감시범위의 확장과 네트워크의 분할과 합병을 통해 재난 지역의 효과적인 감시가 가능하다. 시뮬레이션을 이용하여 대규모 공중무인기 기반 협업 감시네트워크는 공중무인기 간 자율적 감시네트워크 구축, 네트워크의 신속한 지역 이동 그리고 넓은 지역의 효율적 감시가 가능하고 높은 이벤트 탐지율(Event Detection Ratio) 획득이 가능함을 보인다.