최근 기술 발달에 힘입어 극지 임무에서의 무인항공기의 활용도가 높아지고 있다. 극지 생태계 연구, 빙하 모니터링 등의 극지 무인탐사 임무 수행을 위해서는 정밀하고 강건한 항법시스템이 수반되어야 한다. 그러나 극지역은 지리적 특성으로 인해 다음과 같은 제한적인 항법 환경을 갖는다. 위성항법시스템의 경우, 중위도 지역 활용에 맞춰 설계된 위성 궤도로 인 해 극지역에서는 위성 가시성 및 수직 위치 정확도가 저하된다. 기체의 헤딩 추정에 활용되는 자력계의 경우, 헤딩 계산에 요구되는 지자기력의 수평 방향 성분이 약화되어 헤딩 추정 정확성이 저하된다. 본 연구에서는 이러한 제한적인 극지 항법 환경 극복을 위해 다중 위성군 기반의 차분 보정 시스템 및 위성항법시스템 헤딩 결정 방법론을 활용하는 항법 시스템 프 로토타입을 개발하였다. 첫번째로 무인이동체의 고정밀 항법해 획득을 위해, 고위도 지역에서의 위성 관측에 유리한 GLONASS 위성군을 추가로 활용한 차분 보정 항법 시스템의 지상 장치를 구현하였다. 두번째로 극지역에서 부정확해지는 자력계의 대안으로, 극지자기 환경에 강건한 GNSS 정밀 헤딩 측정치를 활용해 방향을 결정하는 탑재 항법 장치를 구현하 였다. 개발된 항법 시스템의 검증을 위해 극지 항법 환경을 모사한 상황에서의 비행 테스트를 수행하였다. 비행 테스트 결 과, 제한적인 위성 사용 및 자력계 비사용 상황에서 원활한 비행이 가능함을 확인하였다. 마지막으로 비행 중 기록된 항법 데이터를 바탕으로 개발된 시스템의 정확성 성능 평가를 수행하였다.

Prototype Development of Multi GNSS-based Polar Navigation System

Dongwoo Kim, Jiyun Lee*

Due to recent technological advances, the utilization of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) in polar missions is increasing. A precise and robust navigation system must be accompanied to perform unmanned polar exploration missions such as polar ecosystem research and glacier monitoring. However, the polar region has the following limited navigation environment due to its geographic characteristics. In the case of Global Navigation Satellite System (GNSS), satellite visibility and vertical position accuracy are degraded due to satellite orbits designed for use in mid-latitude regions. For a magnetometer used for estimating the heading of the aircraft, the horizontal component of the geomagnetic force required for the heading calculation is weakened, which results in degraded heading accuracy. In this study, a navigation system prototype particular to polar navigation was developed that utilizes a differential correction system and a GNSS-based heading determination methods. First, in order to obtain high-precision navigation solutions for UAV, a ground device of the differential-corrected navigation system was implemented by additionally utilizing the GLONASS satellite group, which is advantageous for satellite observation at high latitudes. Second, as an alternative to the magnetometer, we implemented an on-board navigation device that determines the direction using GNSS-based heading measurements that are robust to the polar magnetic environment. To verify the developed prototype, a flight test was performed in a situation simulating the polar navigation environment. As a result, the accuracy evaluation was performed based on the navigation data recorded during the flight test.

Speaker 김동우 한국과학기술원