4차 산업혁명 이후 무인 이동체에 대한 수요가 증가함에 따라 관련 연구 및 개발이 활발히 이루어지고 있다. 대표적인 무인 이동체인 드론의 경우, 목표물과의 기선거리 유지 및 자동 착륙 시 보편적으로 카메 라 정보를 활용한다. 하지만 카메라 정보는 날씨 및 주변 환경의 영향을 많이 받으며, 목표물과 가까워질수록 시야각이 좁아져 정보 확보가 힘들다는 단점이 있다. 특히 실시간 이동체에 착륙을 시도하는 경우 카메라의 시야각에서 타겟이 사라지면 목표물 재설정을 위하여 드론이 고도를 높이는 일이 빈번히 발생하고 이는 제한된 드론의 운영 시간 동안 미션을 완수하는데 치명적인 영향을 끼칠 수 있다. 따라서 본 연구에서는 드론의 주 항법원인 위성항법 신호만을 사용하는 정밀 상대항법인 Moving baseline RTK를 기반으로 실시간 이동체 간 기선거리 유지를 위한 환경을 구축하고, 실험을 통해 드론의 실시간 이동체 착륙 가능성을 제시하였다. Moving baseline RTK는 선행연구인 ‘RTK 기법을 이용한 무기준국 이동체 간 정밀 상대항법 측위해 도출 방안’에서 cm-level의 정확도를 제공한 바 있으며, 본 연구에서는 이를 실시 간으로 수행하는 실험 환경을 구축하였다. 실험 환경은 Robot Operating System (ROS) 차량과 드론, 지상 제어국으로 구성되며, 지상의 ROS 차량은 leader, 상공의 드론은 follower의 역할을 수행한다. 사용자 는 leader인 ROS 차량만을 제어, follower인 드론은 이륙 후 자동으로 ROS 차량과의 기선거리 유지 동작을 수행함으로써 추후 군집 비행으로의 확장성을 확보하였고, 이를 위해 드론에는 Pixhawk 4와 companion computer (Raspberry pi)를 탑재하였다. 각 이동체에는 서로 다른 제조사 (NovAtel, u-blox)의 수신기를 설치하고 표준 메시지 형식인 Radio Technical Commission for Maritime Services (RTCM)와 National Marine Electronics Association (NMEA)을 활용함으로써 특정 수신기만이 아닌 다양한 수신기에서도 적용이 가능하도록 구성하여 활용도를 향상시켰다.

GNSS Relative Precise Positioning for Drone Landing System on Real-time Moving Vehicle

Gyeongmin Kim, Eunyeong Lee, Wonwoo Park, Byungwoon Park*

As the demand for unmanned mobile vehicles increases after the fourth industrial revolution, related research and development are being actively conducted. In the case of a drone, a typical unmanned vehicle, camera information is universally used for maintaining the baseline and for automatic landing. However, camera information is affected by the weather and the surrounding environment, and as it approaches the target, the camera’s field of view becomes narrower, making it difficult to secure information. In particular, the drone frequently increases its altitude to reset the target if the target disappears from the camera's field of view when attempting to land on a real-time moving object, and such a drone’s reaction can have a fatal impact on the mission completion during the limited operating time of the drone. Therefore, this study established an environment for maintaining the baseline between real-time moving vehicles based on Moving baseline RTK, which uses only satellite navigation signals, the main navigation source of drones, and presented the possibility of landing real-time moving vehicles through experiments. Moving baseline RTK has provided cm-level accuracy in the previous study, ‘Reference Station-free Relative Precise Positioning Solution Between Moving Vehicles Based on Conventional RTK Technique’, and this study established an experimental environment to perform it in real-time. The experimental environment consists of a Robot Operating System (ROS) vehicle, a drone, and a ground control station, and the ROS vehicle on the ground acts as a leader, and the drone in the sky acts as a follower. The user controls only the ROS vehicle, and the drone automatically maintains the baseline with the ROS vehicle after takeoff. For this purpose, the drone was equipped with a Pixhawk 4 and a companion computer (Raspberry pi), thereby extendibility of swarm flights was secured. By installing receivers from different manufacturers (NovAtel, u-blox) in each vehicle and utilizing standard message formats, Radio Technical Commission for Maritime Services (RTCM) and National Marine Electronics Association (NMEA), utilization is improved by configuring so that it can be applied not only to a specific receiver but also to a variety of receivers.

Keywords: RTK, moving baseline RTK, relative precise positioning, drone landing system

Speaker 김경민 세종대학교