목차

표제지=0,1,1

제출문=i,2,1

보고서초록/안이기=ii,3,1

요약문=iii,4,3

SUMMARY=vi,7,4

Table of Contents=x,11,3

목차=xiii,14,3

표 목차=xvi,17,1

그림 목차=xvii,18,4

제1장 연구개발의 개요=1,22,1

제1절 연구개발의 목적=1,22,1

제2절 연구개발의 필요성=2,23,1

1. 기술적 측면=2,23,1

2. 경제ㆍ산업적 측면=3,24,2

3. 사회ㆍ문화적 측면=4,25,1

제3절 1단계 연구개발의 범위=4,25,1

1. 연구개발의 최종목표=5,26,1

2. 단계별／연차별 연구개발 목표 및 내용=5,26,3

제2장 국내외 기술개발 현황=8,29,1

제1절 무인기 기술개발 현황=8,29,4

제2절 무인기 항법 및 제어 기술=11,32,1

1. 무인기 항법 기술=11,32,1

2. 무인기 제어기술=12,33,1

가. 무인기 제어시스템의 개념=12,33,3

나. 국내외 무인기 제어 기술 동향=15,36,3

제3절 현 기술상태의 취약성=18,39,1

제3장 연구개발 수행 내용 및 결과=19,40,1

제1절 무인항공기 탑재센서 조사=19,40,1

1. 자이로스코프=19,40,2

가. 자이로스코프의 종류=20,41,5

2. 가속도계=25,46,2

가. 가속도계의 종류=26,47,5

3. 관성항법시스템 (INterial Navigation System)=31,52,1

가. INterial Measurement Unit (IMU)=31,52,2

나. Attitude and Heading Reference System (AHRS)=32,53,1

다. INterial Navigation System (INS)=32,53,2

제2절 스트랩다운 관성항법시스템의 자세계산 알고리즘=34,55,1

1. 스트랩다운 관성항법시스템=34,55,1

가. 자세계산 알고리즘=34,55,2

나. 자세계산 적분 방법=35,56,3

다. 속도 및 위치계산 알고리즘=37,58,5

2. 위성항법 알고리즘=41,62,2

3. GPS／SDINS 복합항법 시스템=42,63,3

가. GPS／SDINS 복합항법 알고리즘=44,65,4

나. GPS／SDINS 보정 오차 방정식=47,68,3

다. 퍼지 제어 알고리즘=49,70,4

4. 시뮬레이션을 통한 알고리즘 성능 평가=52,73,9

제3절 무인항공기용 센서 퓨젼시스템 개발=61,82,1

1. 1차 센서퓨전시스템 개발=61,82,1

가. 관성센서=61,82,2

나. GPS 수신기=62,83,2

다. 데이터 처리장치=63,84,1

2. 1차 센서퓨전시스템 실험=63,84,1

가. 지상실험=63,84,4

나. 비행시험=66,87,7

3. 2차 센서퓨전시스템 개발=72,93,2

가. 2차 센서퓨전시스템 개발범위=73,94,3

나. 2차 센서퓨전시스템 구성=75,96,5

4. 2차 센서퓨전시스템 실험=79,100,1

가. 지상실험=79,100,5

제4절 GPS 안테나 통합시스템 평가=84,105,1

1. 서론=84,105,1

2. 결합기를 사용한 안테나 통합=84,105,1

가. 결합기를 사용한 GPS 안테나 결합방법=84,105,3

3. 시스템 성능평가 방법=86,107,1

가. GPS 수신기=86,107,4

나. DOP=90,111,4

다. 위성 배열=93,114,1

4. 지상시험=93,114,6

5. 비행시험=98,119,8

6. 결론=105,126,1

제5절 대기압차를 이용한 항공기 자세 측정 및 자동 조종 시스템의 개념 설계=106,127,1

1. 개요=106,127,1

2. 시스템의 기본 원리=106,127,3

3. 기압계를 이용한 압력측정의 정밀도와 응답특성=108,129,1

가. 압력측정의 정밀도=108,129,3

나. 응답특성=110,131,1

4. 시스템의 구성=111,132,4

제6절 위성항법시스템의 고장진단=115,136,1

1. 의사거리와 페러티공간에서 고장진단=115,136,1

가. 의사거리 공간에서 고장진단=115,136,3

나. 페러티 공간에서 고장진단=117,138,4

다. 의사거리 비교기법과 페러티공간 기법의 비교=120,141,5

2. 고장진단 실험=124,145,2

가. 단일고장의 경우=125,146,2

나. 다중고장의 경우=126,147,3

3. 결론=128,149,2

제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도=130,151,1

제1절 목표달성도=130,151,4

제2절 관련분야에의 기여도=134,155,1

제5장 참고 문헌=135,156,4

부록=139,160,7

특정연구개발사업 연구결과 활용계획서=146,167,11

영문목차

[title page etc.]=0,1,6

SUMMARY=0,7,4

Table of Contents=0,11,11

Chapter1. Research Overview=1,22,1

Section1. Research Objectives=1,22,1

Section2. Research Necessity=2,23,1

1. Technical Aspect=2,23,1

2. Economical／Industrial Aspect=3,24,2

3. Social／Cultural Aspect=4,25,1

Section3. Research Scopes in the 1st Phase=4,25,1

1. Research Goal=5,26,1

2. Research Strategy=5,26,3

Chapter2. Nationwide／Worldwide Technology Trends=8,29,1

Section1. Trends in UAV Development=8,29,4

Section2. Trends in UAV Navigation and Control=11,32,1

1. UAV Navigation Technology=11,32,1

2. UAV Flight Control Technology=12,33,1

A. Concept of UAV Flight Control System=12,33,3

B. Nationwide／Worldwide Trends in UAV Technology=15,36,3

Section3. Weak Points in Domestic Technology=18,39,1

Chapter3. Research Contents and Outcome=19,40,1

Section1. Invetigation of UAV Navigation Sensors=19,40,1

1. Gyroscopes=19,40,2

A. Classification of Gyros=20,41,5

2. Accelerometers=25,46,2

A. Classification of Accelerometers=26,47,5

3. Inertial Navigation System=31,52,1

A. Inertial Measurement Unit (IMU)=31,52,2

B. Attitude and Heading Reference System (AHRS)=32,53,1

C. Inertial Navigation System (INS)=32,53,2

Section2. Attitude Determination Algorithm in Strapdown INS=34,55,1

1. Strapdown INS=34,55,1

A. Attitude Determination Algorithm=34,55,2

B. Integration Method in Attitude Determination=35,56,3

C. Position & Velocity Calculation Algorithm=37,58,5

2. Satelite Navigation Algorithm=41,62,2

3. GPS／SDINS Hybrid Navigation System=42,63,3

A. GPS／SDINS Hybrid Navigation Algorithm=44,65,4

B. GPS／SDINS Error Compensation=47,68,3

C. Fusion Algorithm Using Fuzzy Logic=49,70,4

4. Simulation=52,73,9

Section3. Sensor Fusion System for UAV=61,82,1

1. The 1st Prototype=61,82,1

A. Inertiak Sensors=61,82,2

B. GPS Receiver=62,83,2

C. Data Processing Unit=63,84,1

2. Performance Test for the 1st Prototype=63,84,1

A. Ground Test=63,84,4

B. Flight Test=66,87,7

3. The 2nd Prototype=72,93,2

A. Design Scope of the 2nd Prototype=73,94,3

B. The 2nd Prototype Design=75,96,5

4. Performance Test for the 2nd Prototype=79,100,1

A. Ground Test=79,100,5

section4. Performance Test of GPS Antenna Integration=84,105,1

1. Outline=84,105,1

2. Antenna Integration Using Integrator=84,105,1

A. Antenna Integration Approach Using Integrator=84,105,3

3. System Performance Evaluation=86,107,1

A. GPS Receiver=86,107,4

B. DOP=90,111,4

C. Satelite Layout=93,114,1

4. Ground Test=93,114,6

5. Flight Test=98,119,8

6. Summary=105,126,1

section5. 대기압차를 이용한 항공기 자세 측정 및 자동 조종 시스템의 개념 설계=106,127,1

1. Outline=106,127,1

2. Basic Principles=106,127,3

3. System Characteristics of Measurement with Barometer=108,129,1

가. Pressure Measurement Accuracy=108,129,3

나. Response=110,131,1

4. System Design=111,132,4

section6. Fault Diagnosis for Satellite Navigation System=115,136,1

1. Fault Diagnosis in Pseudo Range and Parity Space=115,136,1

가. Fault Diagnosis in Pseudo Range=115,136,3

나. Fault Diagnosis in Parity Space=117,138,4

다. Conparitive Study=120,141,5

2. Fault Diagnosis Experiment=124,145,2

가. Single Fault Case=125,146,2

나. Multiple Fault Case=126,147,3

3. Summary=128,149,2

Chapter4. Achievements and Contributions=130,151,1

제1절 Achievements=130,151,4

제2절 Contributions to Relating Fields=134,155,1

Chapter5. References=135,156,4

Appendix=139,160,18

표 2.2.1 주요 해외 자동조종장치의 사양=15,36,1

표 2.2.2 선진국과의 기술수준 비교=17,38,1

표 3.1.1 Rate Gyroscope 분류표=20,41,1

표 3.1.2 기계식 자이로의 종류=21,42,1

표 3.1.3 진동형 자이로의 종류=22,43,1

표 3.1.4 MEMS Market and Industry=24,45,1

표 3.1.5 해외 자이로스코프 제작 회사들=24,45,1

표 3.1.6 실리콘 가속도계=28,49,1

표 3.1.7 국내 가속도계 판매회사=29,50,1

표 3.1.8 Analog Device사의 가속도계들=29,50,1

표 3.1.9 해외 가속도계 판매회사=30,51,1

표 3.1.10 해외 중소형급 관성항법시스템 판매회사=33,54,1

표 3.3.1 가속도계 성능사양=62,83,1

표 3.3.2 각속도계 성능사양=62,83,1

표 3.3.3 GPS수신기 사양=63,84,1

표 3.3.4 GPS신호단절에 따른 GPS／INS오차 정도=65,86,1

표 3.3.5 GPS신호단절에 따른 GPS／INS오차 정도=70,91,1

표 3.3.6 GPS／INS 센서퓨전시스템 구성=74,95,1

표 3.3.7 센서 퓨전시스템의 성능요구 사양=76,97,1

표 3.3.8 GPS수신기 사양=79,100,1

표 3.3.9 센서 퓨전시스템의 성능추정=83,104,1

표 3.4.1 GPS 출력 메세지=87,108,1

표 3.4.2 단일 안테나와 통합 안테나의 범위=98,119,1

표 3.4.3 비행시험 장비=99,120,1

표 3.4.4 통합 안테나 가시위성수 vs 단일 안테나 가시위성수=102,123,1

표 3.5.1 표준 대기에서 고도에 따른 대기압 값=109,130,1

표 3.6.1 GPS 원시측정데이터=126,147,1

표 3.6.2 고장진단기법의 수치연산 소요시간의 비교=128,149,1

그림 2.2.1 원격조정방식 자동제어 시스템=13,34,1

그림 2.2.2 자율비행 방식 자동제어 시스템=14,35,1

그림 2.2.3 다중화 방식의 자동제어 시스템=14,35,1

그림 3.1.1 Rate Gyro 기본 원리=21,42,1

그림 3.1.2 진동형 자이로=22,43,1

그림 3.1.3 유체형 자이로=23,44,1

그림 3.1.4 광섬유 자이로스코프의 원리=23,44,1

그림 3.1.5 가속도의 사용분야=25,46,1

그림 3.1.6 가속도계의 압전 효과=26,47,1

그림 3.2.1 항법식 유도를 위한 좌표계의 정의=37,58,1

그림 3.2.2 GPS 항법 원리=41,62,1

그림 3.2.3 GPS／SDINS 복합 항법시스템의 구조=44,65,1

그림 3.2.4 퍼지로직을 이용한 GPS／INS 통합 시스템 개념도=50,71,1

그림 3.2.5 퍼지추론시스템=51,72,1

그림 3.2.6 잔여오차의 공분산과 평균값에 대한 멤버쉽 함수=52,73,1

그림 3.2.7 퍼지추론시스템=52,73,1

그림 3.2.8 속도오차 시뮬레이션 결과 (잡음＝0)=54,75,1

그림 3.2.9 위치오차 시뮬레이션 결과 (잡음＝0)=54,75,1

그림 3.2.10 자세오차 시뮬레이션 결과 (잡음＝0)=55,76,1

그림 3.2.11 자세오차 시뮬레이션 결과 (잡음＝0)=55,76,1

그림 3.2.12 속도오차 시뮬레이션 결과 (잡음포함)=56,77,1

그림 3.2.13 위치오차 시뮬레이션 결과 (잡음포함)=57,78,1

그림 3.2.14 속도오차 시뮬레이션 결과 (잡음포함)=57,78,1

그림 3.2.15 위치오차 시뮬레이션 결과 (잡음포함)=58,79,1

그림 3.2.16 퍼지 로직을 이용한 속도 및 위치 오차 시뮬레이션 결과 (잡음포함)=58,79,1

그림 3.2.17 잔여오차의 공분산=59,80,1

그림 3.2.18 자세오차 시뮬레이션(잡음포함)=59,80,1

그림 3.2.19 퍼지로직을 이용한 자세오차 시뮬레이션(잡음포함)=60,81,1

그림 3.3.1 개발된 GPS／INS 복합항법시스템=61,82,1

그림 3.3.2 센서 퓨전시스템 구성도=62,83,1

그림 3.3.3 Novatel GPS 수신기=62,83,1

그림 3.3.4 GPS／INS시스템 구성=63,84,1

그림 3.3.5 GPS데이터 이용가능시 KARI GPS／INS 자세각 및 궤적=64,85,1

그림 3.3.6 GPS 신호단절시 KARI GPS／INS 자세각 및 궤적=65,86,1

그림 3.3.7 Crossbow사이 VG300CB-100=66,87,1

그림 3.3.8 Crossbow AHRS 자세각=66,87,1

그림 3.3.9 실험용항공기=67,88,1

그림 3.3.10 비행시험 절차=68,89,1

그림 3.3.11 장착된 GPS／INS=68,89,1

그림 3.3.12 비행시험 결과에 따른 3차원 궤적=69,90,1

그림 3.3.13 비행시험 결과에 따른 자세 및 궤적=69,90,1

그림 3.3.14 비행시험 결과에 따른 비행속도=70,91,1

그림 3.3.15 비행시험 결과 - 롤각 측정치 비교=71,92,1

그림 3.3.16 비행시험 결과 - 피치각 측정치 비교=71,92,1

그림 3.3.17 비행시험 결과 - 요각 측정치 비교=72,93,1

그림 3.3.18 GPS／INS 센서 퓨전시스템=73,94,1

그림 3.3.19 GPS／INS 센서 퓨전시스템 구성도=73,94,1

그림 3.3.20 센서퓨전시스템의 구성=76,97,1

그림 3.3.21 자이로스코프 (CRS 03)=77,98,1

그림 3.3.22／그림 3.3.23 자이로스코프 (QRS 11)=77,98,1

그림 3.3.23 가속도계 (LF시리즈)=78,99,1

그림 3.3.24 가속도계 (TZ시리즈)=78,99,1

그림 3.3.25 Swift B2 GPS수신기=79,100,1

그림 3.3.26 측정된 가속도=80,101,1

그림 3.3.27 측정된 각속도=80,101,1

그림 3.3.28 GPS／INS에서 계산된 이동궤적=81,102,1

그림 3.3.29 GPS／INS에서의 자세변화=81,102,1

그림 3.3.30 Honeywell H-764G의 자세변화=82,103,1

그림 3.3.31 Honeywell H-764G의 궤적변화=82,103,1

그림 3.4.1 Good DOP & Poor DOP=91,112,1

그림 3.4.2 지상시험 실험순서=94,115,1

그림 3.4.3 단일안테나 실험결과=95,116,1

그림 3.4.4 통합안테나 실험결과=95,116,1

그림 3.4.5 PDOP 결과 분석=96,117,1

그림 3.4.6 가시위성수 결과 분석=96,117,1

그림 3.4.7 실험 초기 위성배열=97,118,1

그림 3.4.8 실험 시작 20분 후 위성배열=97,118,1

그림 3.4.9 통합 안테나 비행시험 장비 구성=100,121,1

그림 3.4.10 비행궤적=101,122,1

그림 3.4.11 단일 안테나 비행시험 결과=101,122,1

그림 3.4.12 통합 안테나 비행시험 결과=102,123,1

그림 3.4.13 단일 안테나의 가시위성수 변화=103,124,1

그림 3.4.14 통합 안테나의 가시위성수 변화=103,124,1

그림 3.4.15 PDOP 성능 비교=103,124,1

그림 3.4.16 비행시험 결과 문제점=104,125,1

그림 3.5.1 고정밀 절대 대기압계를 이용한 항공기 날개 좌우의 고도 측정 및 자세결정 개념도=111,132,1

그림 3.5.2 고정밀 차압계 2개를 이용한 하옹기 날개 좌우의 압력차 측정 및 자세 결정=113,134,1

그림 3.5.3 고정밀 차압계 4개를 이용한 항공기 날개 좌우의 압력차 측정 및 자세 결정 개념도=114,135,1

그림 3.6.1 의사거리 공간에서 다중고장진단 흐름도=117,138,1

그림 3.6.2 페러티 공간에서 고장진단 흐름도=119,140,1

그림 3.6.3 최소자승 기법에서 고장진단=121,142,1

그림 3.6.4 의사거리 공간에서 고장진단 흐름도=123,144,1

그림 3.6.5 페러티 공간에서 고장진단 흐름도=123,144,1

그림 3.6.6 실험용 항공기=124,145,1

그림 3.6.7 비행궤적=125,146,1

그림 3.6.8 고장식별 전의 고장감지결과=125,146,1

그림 3.6.9 고장식별 후의 고장감지결과=126,147,1

그림 3.6.10 FDI에 의한 민감도 해석결과=127,148,1

그림 3.6.11 가시위성 수와 HDOP=127,148,1

그림 3.6.12 패러티 벡터의 단순합성 결과=127,148,1

그림 3.6.13 확장된 패러티 벡터의 결과=128,149,1