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한국항행학회> 한국항행학회논문지> K-means 알고리즘을 활용한 수도권 도심항공 모빌리티(UAM) 수직이착륙장 위치 선정 및 평가

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K-means 알고리즘을 활용한 수도권 도심항공 모빌리티(UAM) 수직이착륙장 위치 선정 및 평가

Selection and Evaluation of Vertiports of Urban Air Mobility (UAM) in the Seoul Metropolitan Area using the K-means Algorithm

정준영 ( Jun-young Jeong ) , 황호연 ( Ho-yon Hwang )
  • : 한국항행학회
  • : 한국항행학회논문지 25권1호
  • : 연속간행물
  • : 2021년 02월
  • : 8-16(9pages)
한국항행학회논문지

DOI


목차

Ⅰ. 서 론
Ⅱ. 도심항공 모빌리티(UAM) 국내외 현황
Ⅲ. 데이터 수집 및 군집화
Ⅳ. 수직이착륙장 위치 조정
Ⅴ. 결 론
Acknowledgments
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본 논문에서는 도심항공 모빌리티(UAM)를 우리나라 수도권에서 운용하기 위해 필요한 수직이착륙장의 위치를 선정하고 평가하였다. 통근통학 인구수 조사 데이터를 이용해 수요 데이터를 분석하였으며, MATLAB을 이용해 지도상에 표현하였다. 또한 데이터들을 군집화하기 위해 MATLAB에 내장되어있는 K 평균 알고리즘 함수를 이용해 수직이착륙장의 위치로 선정할 군집의 중심을 파악하였으며, 실루엣 기법을 이용해 군집화의 정확도와 신뢰도를 평가하였다. 또한 선정된 수직이착륙장의 위치가 실제 수직이착륙장 설치에 적합한지 위성 지도를 이용해 확인하였으며, 그 위치가 설치 불가능한 위치에 있는 경우 위치 조정 과정을 통해 최종 수직이착륙장의 위치를 선정하였다.
In this paper, locations of vertiports were selected and evaluated to operate urban air mobility (UAM) in the Seoul metropolitan area. Demand data were analyzed using the data from the survey of commuting population and were marked on a map using MATLAB. To cluster the data, the K-means algorithm function built in MATLAB was used to identify the center of the cluster to as the location of vertiports, and using the silhouette technique, the accuracy and reliability of the clustering were evaluated. The locations of the selected vertiports were also identified using satellite maps to ensure that the locations of the selected vertiports were suitable for the actual vertiport location, and, if the location was not appropriate, final vertiports were selected through the repositioning process.

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  • : 공학분야  > 항공공학
  • : KCI등재
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  • : 연속간행물
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  • : 1742


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25권5호(2021년 10월) 수록논문
최근 권호 논문
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1MIL-HDBK-344A 기반의 유도탄 내부 케이블 ESS 시험 방안

저자 : 이대현 ( Dae-hyun Lee ) , 이정민 ( Jung-min Lee ) , 오택근 ( Taeckkeun Oh ) , 이홍범 ( Hong-beom Lee ) , 정준영 ( Junyoung Jung )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 313-319 (7 pages)

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본 논문에서는 MIL-HDBK-344A 기반의 ESS(environmental stress screening) 시험 에 대해 소개하고, 유도탄 내부 케이블의 ESS 시험에 대한 목적과 규격 설정 및 시험 방안에 대하여 확인하였다. ESS 시험구성은 온도 순환과 랜덤 진동의 환경 자극으로 이루어져 있으며, 핸드북의 절차를 기반으로 유도탄 내부 케이블의 ESS 시험 규격 설정과 시험 구성을 제시하고, 진동 시험을 위한 유도탄 내부 케이블의 ESS 시험을 위한 치구를 제작하였다. 스크린 강도(SS; screening strength)를 통해 결정되는 결함 감지 확률은 일회성으로 사용되는 유도탄의 신뢰성에 부합되도록 선정하였고, 또한 ESS 시험 중 유도탄 내부 케이블의 검사방법과 고려해야 할 점에 대하여 소개하였다.


In this paper, the ESS test based on the MIL-HDBK-344A is introduced, and the purpose of the ESS test of the guided missile internal cable, and the specification and test method are confirmed. The ESS test configuration consists of environmental stimulation of temperature circulation and random vibration. Based on the procedure in the handbook, the ESS test specification setting and test configuration of the guided missile internal cable are presented, and the jig for the ESS test of the guided missile internal cable for the vibration test was produced. The probability of detecting a defect determined through the screening strength(SS) was set to match the reliability of a one-time guided missile, and also introduced the inspection method and considerations for the cable inside the guided missile during the ESS test.

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2항공사 정시성에 영향을 주는 요인에 관한 연구

저자 : 권보헌 ( Kwon Bo-hun ) , 정진용 ( Jung Jin-young ) , 김현덕 ( Kim Hyeon-deok )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 320-326 (7 pages)

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항공사에서 정시성(on-time performance, OTP)이란, 항공사의 신뢰성의 척도이며, 타 항공사와 비교할 때 중요한 지표로 활용된다. 본 연구는 코로나로 인해 항공 편수가 급격히 줄어든 2020년 3월을 기준으로 전후 1년간의 국내 K항공사 자료를 분석하여 지연 요인들이 항공사의 정시성에 미치는 영향 및 강도를 분석하였다. 또한, 계절에 따른 기상 영향으로 발생되는 지연을 분석하였으며, 코로나 상황으로 급감한 승객이 지연요인에 어떠한 영향을 주는지 연구하였다. 지연 요인(delay factor)은 IATA의 지연 코드(delay code)에 자체 코드를 추가한 K 항공사의 지연 코드를 적용하였다. 본 연구의 분석을 바탕으로 항공사의 정시성에 영향을 주는 지연 요인을 최소화하는 방안을 제안하고자 한다.


In airlines, on-time performance (OTP) is a measure of an airline's reliability and can be used as an important indicator when compared to other airlines. This study analyzed the effects and strength of delay factors on airline punctuality by analyzing the data of domestic K airlines for one year before and after March 2020, when the number of flights drastically decreased due to the corona virus. In addition, delays caused by seasonal weather effects were analyzed, and how the number of passengers who plummeted due to the corona situation had an effect on delay factors was studied. As for the delay factors, the delay codes of K airline which added its own codes to the delay codes of IATA, were applied. Based on the results of the analysis, we would like to suggest a method to minimize the delay.

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3항공용 시뮬레이션 모델 프레임워크 성능 분석을 통한 적용성 평가

저자 : 서민기 ( Min-gi Seo ) , 조연제 ( Yeon-je Cho ) , 신주철 ( Ju-chul Shin ) , 백경훈 ( Gyong-hoon Baek ) , 김성우 ( Seong-woo Kim )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 326-333 (8 pages)

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항공전자시스템은 항공기의 뇌와 신경, 오감에 해당하는 것으로 비행 및 임무를 수행하기 위해 통신/식별/항법/무장/시현 계통의 항공기 탑재 전자장비로 구성된다. 비행체 체계에서의 비중이 50%에 육박하며, 4차 산업혁명 기반 기술이 발전됨에 따라 중요도 및 비중이 증가되는 추세이다. 항공기의 개발 소요시기에 따라 개발 기간은 점점 단축되고 있으며 항공전자시스템 통합 및 검증을 위한 안정적인 항공용 SIL의 적기 개발이 반드시 필요하다. 본 논문에서는 기존 항공용 SIL을 프레임워크 기반의 항공용 SIL로 대체하기 위한 방안을 제안한다. 그리고 대체 적용한 결과를 바탕으로 항공용 시뮬레이션 모델 프레임워크의 성능을 평가한다.


Avionics corresponds to the brain, nerves and five senses of an aircraft, and consists of aircraft mounted electronic equipment of communication, identification, navigation, weapon, and display systems to perform flight and missions. It occupies about 50% of the aircraft system, and its importance is increasing as the technology based on the 4th industrial revolution is developed. As the development period of the aircraft is getting shorter, it is definitely necessary to develop a stable avionics SIL in a timely manner for the integration and verification of the avionics system. In this paper, we propose a method to replace the legacy SIL with the avionics simulation model framework based one and evaluate the framework based on the result of alternative application.

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4항행안전시설 안전문화에 대한 안전성숙도가 운영성과에 미치는 영향에 관한 연구

저자 : 이영길 ( Young-gil Lee ) , 김기웅 ( Kee-woong Kim ) , 박성식 ( Sung-sik Park )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 327-335 (9 pages)

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항행안전시설은 유선통신, 무선통신, 인공위성, 불빛, 색채 또는 전파를 이용하여 항공기의 항행을 돕기 위한 시설로 악기상 상태에서도 항공기가 안전하게 운항할 수 있도록 각종 정보를 제공하는 시설이다. 항행안전시설은 항공기 운항의 모든 과정에서 이용되는 시설이며, 동 시설에 문제가 발생하는 경우 항공기 운항의 지연, 결항 발생 및 대형 항공사고로 이어져 막대한 인명과 재산피해를 불러올 수 있다. 항행안전시설 관리운영에 있어 안전문화에 대한 안전성숙도에 따라 여러 가지 성과를 가져오게 될 것이다. 본 연구의 목적은 항행안전시설의 관리 운영에 있어 안전문화에 대한 안전성숙도가 조직원 성과, 고객 성과 및 사회적 성과 등의 운영성과에 미치는 영향을 조사하는 것이다. 구조 방정식 모델을 이용하여 분석 결과를 제시하였으며, 그 의미는 결론에 제시하였다.


Navigational Aids Facilities help aircraft navigate by using wired communication, wireless communication, satellite, light, color and radio waves. Navigational Aids Facilities are used in all processes of aircraft operation, and if there is a problem with the facility, it may lead to delays in flight operation, cancellation of flights, and major airline accidents, resulting in enormous loss of life and property. In the management and operation of Navigational Aids Facilities, various outcomes will be brought about according to the advancement with the safety culture. The purpose of this study is to investigate the effect of advancement on safety culture in the operation of Navigational Aids facilities not only on members and customers, but also on benefits to bring to whole society. In this paper, the analysis results are presented using the structural equation model, and the meaning is presented in the conclusion.

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5리더십이 민간항공 조종실 문화에 미치는 영향

저자 : 김영길 ( Young-kil Kim ) , 변순철 ( Soon-cheol Byeon )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 344-356 (13 pages)

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현재 국내 민간항공에서는 비행 중 기장과 부기장간에 부적절한 승무원자원관리(CRM; crew resources management)로 인한 문제가 꾸준히 발생하고 있다. 따라서 조종사 교육 시 승무원자원관리(CRM), 위협요소관리(TEM; threat & error management), 안전관리(SMS; safety management system) 및 피로위험관리(FRMS; fatigue risk management system)와 모의조종(SIM; simulator) 훈련 등을 통하여 부기장의 적극적인 역할을 강조하고 있다. 그러므로 이제는 기장의 변혁적 리더십보다는 감성적 리더십의 장점인 수평적 관계유지와 오픈 마인드(open mind), 그리고 솔선수범과 배려심 및 상호존중에 의한 반말 지양 등의 변화가 절실히 요구되고 있다. 따라서 본 논문은 민간항공의 조종실 문화 개선 방안에 대하여 기장의 변혁적 및 감성적 리더십이 부기장의 정서에 미치는 영향으로 논지를 정하고, 그에 따라 세부내용을 구성하였다.


In the field of civil aviation in Korea, inappropriate crew resources management(CRM) constantly occurs between captains and first officers during flight. Therefore, the active role of first officers is emphasized in pilot training for CRM, threat & error management(TEM), safety management system(SMS), fatigue risk management system(FRMS), and training in simulators. Thus, it is urgent for captains to change their transformational leadership to emotional leadership, advantages of which include horizontal interpersonal relationship, open-mindedness, leading by example, considerateness, mutual respect, and using informal language. For the direction to improve 'the cockpit culture' in civil aviation, the key idea of the current thesis paper is the influence of captains' transformational and emotional leadership on the emotions of first officers.

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6광대역 실내 환경에서 UWB 위치 추정 시스템의 성능 평가

저자 : 노재성 ( Jae-sung Roh )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 357-362 (6 pages)

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UWB(ultra wide band) 통신 시스템은 신호 에너지를 매우 넓은 주파수 스펙트럼에 정보를 전송하기 위해 펄스를 사용한다. UWB 신호의 수신 신호 대 잡음 전력비는 위치 추정 시스템의 정확도를 결정하는 중요한 요소이다. 신호 대 잡음 전력비가 높을수록 잡음의 영향이 낮아 위치 추정 오류는 감소한다. 통신 거리에 따른 신호 대 잡음 전력비의 계산은 시스템 설계에 중요한 지침을 제공하며 위치 추정 시스템의 성능은 채널 모델에 크게 의존한다. 분석 결과, 통신 거리에 따른 수신 신호 대 잡음 전력비의 성능은 Non LOS (line of sight)채널 환경보다 LOS 채널 환경에서 더 좋은 것으로 나타났다. 그리고 특정 통신 거리에서 프리앰블 신호의 심볼 간격이 증가하면 UWB 시스템의 채널 용량은 증가하였다.


UWB(ultra wide band) communication systems employ short pulses to transmit information which spreads the signal energy over a very wide frequency spectrum. Received signal-to-noise power ratio of UWB signals is an important factor in determining the accuracy of a positioning system. As the signal to noise power ratio gets higher, positioning errors decrease since noise becomes less effective. Calculation of signal to noise power ratio as a function of communication distance provides important guidelines for the system design. And the performance of a positioning system also depends heavily on the channel model. As a result of the analysis, it was found that the performance of the received signal to noise power ratio according to the communication distance was better in the LOS channel environment than in the Non LOS(line of sight) channel environment. And as the symbol interval of the preamble signal increases at a specific communication distance, the channel capacity of the UWB system increases.

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7텔레메트리 시스템을 위한 가변 컷 오프 주파수 및 가변 샘플 레이트 저면적 다채널 디지털 필터 설계

저자 : 김호근 ( Ho-keun Kim ) , 김종국 ( Jong-guk Kim ) , 김복기 ( Bok-ki Kim ) , 이남식 ( Nam-sik Lee )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 363-369 (7 pages)

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본 논문에서는 텔레메트리 시스템을 위한 가변 컷 오프 주파수 및 가변 샘플레이트 특성을 지니는 저면적 다채널 디지털 필터 구조를 제안한다. 제안하는 디지털 필터는 임의의 컷 비율에 대해 필터 뱅크의 추가적인 설계 없이 컷 오프 주파수와 샘플레이트를 가변적으로 사용할 수 있는 필터 뱅크를 구현함으로써 하드웨어 면적을 줄일 수 있었다. 또한, 멀티플렉서 (MUX; Multiplexer) 컨트롤을 통해 통과하는 필터의 개수에 따라 샘플레이트를 가변적으로 선택할 수 있는 구조를 제안한다. 제안하는 디지털 필터는 Quartus의 FIR (finite impulse response) IP (intellectual property)의 TDM (time division multiplexing)을 이용함으로써, TDM을 사용하지 않았을 때보다 면적이 큰 DSP (digital signal processing) 블록을 80개에서 1개로 줄일 수 있었다. Kaiser 창 함수를 이용하여 Matlab을 통해 필터의 차수와 계수를 계산하였으며, VHDL (very high speed integrated circuits hardware description language)을 통해 하드웨어로 구현하였다. 텔레메트리 시스템에 적용 후, 실험 결과를 통해 제안하는 디지털 필터가 정상적으로 동작하고 있음을 확인하였다.


In this paper, We propose variable cut-off frequency and variable sample rate small-area multi-channel digital filter for telemetry system. Proposed digital filter reduced hardware area by implementing filter banks that can variably use cut-off frequency and sample rate without additional filter banks for an arbitrary cut ratio. In addition, We propose the architecture in which sample rate can variably be selected according to the number of filters that pass through the multiplexer control. By using time division multiplexing (TDM) supported by the finite impulse response (FIR) intellectual property (IP) of Quartus, the proposed digital filter can greatly reduce digital signal processing (DSP) blocks from 80 to 1 compared without TDM. Proposed digital filter calculated order and coefficients using Kaiser window function in Matlab, and implemented using very high speed integrated circuits hardware descryption language (VHDL). After applying to the telemetry system, we confirmed that the proposed digital filter was operating through the experimental results in the test environment.

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8Z-Segmentation 알고리즘을 이용한 발사체의 배선 점검 방법

저자 : 오세권 ( Se-kwon Oh ) , 이대현 ( Dae-hyun Lee ) , 김영성 ( Yung-sung Kim ) , 안종흠 ( Jong-heum An )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 370-376 (7 pages)

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항공 우주 산업의 발전으로 발사체의 연구가 많아지고 있다. 더불어 많은 시험이 진행하고 있고 그에 따라 많은 실패도 발생한다. 발사체는 다른 전자장비보다 위험성이 높기 때문에 실패를 최소화할 수 있어야 한다. 따라서 발사체에 전원을 공급하기 전에 배선을 검증할 필요가 있다. 이에 따라 저항 측정을 통해 배선 상태를 검증하였다. 하지만 이전의 저항측정 방식의 배선 점검은 발사체 회로의 커패시터, 인덕터등의 소자들 때문에 정확한 측정을 할 수 없다. 본 논문에서는 TDR 미터를 이용하여 케이블 및 발사체의 연결 상태에서 임피던스를 측정한다. 측정한 정상상태의 임피던스의 기준 값을 설정하기 위해 Z-Segmentation 알고리즘을 사용한다. Z-Segmentation 알고리즘은 우선 임피던스 파형의 피크 값들을 칼만 필터를 이용하여 찾고 찾은 피크 값을 Segmentation을 통해 최종 impedance peak segment를 얻는다. 이런 방법으로 배선의 정상 상태에 대한 기준 값으로 설정하고 이를 기준으로 배선 상태를 판정한다.


development of the aerospace industry is increasing the research of projectiles. In addition, many tests are under way and many failures occur accordingly. Projectiles should be able to minimize failures because they are more dangerous than other electronic equipment. Therefore, it is necessary to verify wiring before powering the projectile. Accordingly, the wiring status was verified by resistance measurements. However, the wiring test of the previous resistance measurement method cannot be accurately measured due to devices such as capacitors and inductors in the projectile circuit. In this paper, impedance is measured in the connection state of cables and projectiles using a TDR meter. The Z-Segmentation algorithm is used to set the reference value for the measured steady state impedance. The Z-Segmentation algorithm first finds the peak values of the impedance waveform using a Kalman filter and obtains the final impedance peak segment through segmentation. In this way, the wiring status is determined based on the reference value for the normal state of the wiring.

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9항공기용 무장관리컴퓨터 하드웨어 검증을 위한 자동시험 장비 개발

저자 : 오수헌 ( Soo-heon Oh ) , 전은선 ( Eun-seon Jeon ) , 김갑동 ( Kap-dong Kim ) , 박준현 ( Jun-hyun Park )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 377-383 (7 pages)

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본 논문에서는 항공기에 탑재되는 무장관리컴퓨터의 하드웨어 검증을 위한 자동시험 장비 개발 사례를 기술한다. 최근 항공기에 요구되는 기능이 다양해지고, 항공전자 장비의 관련 기술이 발전함에 따라 항공전자 장비에 필요한 인터페이스의 종류와 수량이 증가하였다. 무장관리컴퓨터 또한 기존 구형 무장 이외에도 신형 무장에 대한 요구사항이 추가됨에 따라 다량은 인터페이스 제어가 필요하다. 이와 같은 이유로 항공전자 장비의 점검에 투입되는 시간과 인력 소요 또한 증가하고 있으며, 항공전자 장비의 시험 과정을 자동화 및 무인화 할 수 있다면, 더 효율적인 점검 시스템 운용이 가능해질 것이다. 따라서 본 논문에서는 무장관리컴퓨터 하드웨어 기능 검증에 필요한 시험장비의 구조설계 내용과 검증 과정을 자동화하기 위한 시험 소프트웨어 및 시험 시나리오 설계 사례를 소개한다.


In this paper, we describe the case of automatic test equipment development for hardware verification of stores management computer mounted on aircraft. Recently, the required functions of aircraft have been diversified and the related technologies of avionics equipment have developed, and the types and quantity of interfaces required for avionics equipment have increased. In addition to the existing old stores, the stores management computer also needs to control the interface in large quantities as the requirements for the new stores are added. For this reason, the time and manpower required for the inspection of avionic equipment are also increasing, and if the test process of avionic equipment can be automated and unmanned, more efficient inspection system operation will be possible. Therefore, this paper introduces the case of designing test software and test scenario to automate the structural design contents and verification process of test equipment required for the verification of hardware function of stores management computer.

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10네트워크 기반 무인기 제어 통신시스템을 위한 지상국 안테나 패턴 설계

저자 : 김경호 ( Kyung-ho Kim ) , 김희욱 ( Hee Wook Kim ) , 정영호 ( Young-ho Jung )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 5호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 384-389 (6 pages)

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네트워크 기반 무인기 제어통신 시스템을 위한 복잡도와 성능을 고려한 지상국 최적 안테나 패턴 설계 방식을 제시하였다. 다수개의 측면 섹터와 한 개의 상향 섹터로 구성되는 지상국 안테나의 섹터 수, 수평/수직 빔폭, 틸팅각도 등 안테나 설계 파라미터의 변화에 따른 수직/수평 각도 별 안테나 이득을 모델링하고, 가상의 3차원 공간 내에서 각 파라미터의 변화가 신호 대 잡음 비 (SNR : signal to noise ratio) 분포에 미치는 영향을 분석하였다. 다양한 파라미터 중 측면 섹터의 틸팅 각도가 성능에 가장 큰 영향을 미치는데, 지상국 간 거리가 길수록, 최고 고도가 높을수록, 측면 섹터 수가 작을수록 틸팅 각도를 낮춰야 함을 확인할 수 있었다. 또한 최저 SNR 최대화 측면에서는 측면 섹터 수직 빔폭을 늘리는 것이 유리하지만 평균 SNR 측면에서는 수직 빔폭을 줄이는 것이 유리함을 확인하였다.


An optimal ground station (GS) antenna pattern design method for network-based UAV command and control communication systems considering complexity and performance is presented. The GS antenna consists of multiple side sectors and one upward sector. The antenna gain for each vertical/horizontal angle of the GS antenna according to the change of antenna design parameters such as the number of sectors, horizontal and vertical beam-width, and tilt-angle is modeled, and the effect of the parameter changes on the signal-to-noise ratio (SNR) distribution in the virtual three-dimensional space is analyzed. It is observed that the tilt-angle of the side sectors has the greatest effect on the performance, and the longer the distance between GSs, the higher the maximum altitude and the smaller the number of side sectors, the tilt-angle should be lower. In addition, it is observed that the wider vertical beam-width of the side sector is advantageous in maximizing the lowest SNR, but narrow vertical beam-width is advantageous in maximizing the average SNR.

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1무인항공기 운항의 배속 시뮬레이션을 위한 조종사 의사결정 모델 연구

저자 : 박승현 ( Seung-hyun Park ) , 이현웅 ( Hyeonwoong Lee ) , 이학태 ( Hak-tae Lee )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-7 (7 pages)

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무인항공기의 운항에 필수적인 탐지 회피 시스템은 침입기를 감지하여 위험을 벗어나는 데에 필요한 선회 또는 상승/하강 기동의 범위를 제시하여 준다. 본 연구에서는 탐지 회피 알고리즘으로 NASA에서 개발한 DAIDALUS (detect and avoid alerting logic for unmanned systems)를 활용하였다. DAIDALUS는 회피 기동의 범위만을 보여주기 때문에, 실제로 기동의 정도와 방향, 그리고 회피 후 원래 경로나 임무로 복귀하는 시점은 무인항공기 조종사의 결정 사항이다. 이는 실제로 조종사가 개입하는 실시간 HiTL (human-in-the loop) 시뮬레이션에서는 유용하나, 조종사의 개입 없이 시뮬레이션을 진행해야 하는 배속 시뮬레이션에서는 조종사의 의사결정 모델이 필요하다. 본 연구에서는 DAIDALUS 결과를 바탕으로 기동하는 조종사의 의사결정 모델을 제시하고 이를 RTCA (radio technical commission for aeronautics) MOPS (minimum operational performance standards)에서 제시하는 표준 조우 벡터를 이용하여 검증하였다. 조우 형상에 따라 최대 위험도가 달라지지만, loss of well clear 상황은 발생하지 않았다. 이러한 모델은 무인항공기가 포함된 대규모 교통량에 대한 배속 시뮬레이션에서 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

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2K-means 알고리즘을 활용한 수도권 도심항공 모빌리티(UAM) 수직이착륙장 위치 선정 및 평가

저자 : 정준영 ( Jun-young Jeong ) , 황호연 ( Ho-yon Hwang )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 8-16 (9 pages)

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본 논문에서는 도심항공 모빌리티(UAM)를 우리나라 수도권에서 운용하기 위해 필요한 수직이착륙장의 위치를 선정하고 평가하였다. 통근통학 인구수 조사 데이터를 이용해 수요 데이터를 분석하였으며, MATLAB을 이용해 지도상에 표현하였다. 또한 데이터들을 군집화하기 위해 MATLAB에 내장되어있는 K 평균 알고리즘 함수를 이용해 수직이착륙장의 위치로 선정할 군집의 중심을 파악하였으며, 실루엣 기법을 이용해 군집화의 정확도와 신뢰도를 평가하였다. 또한 선정된 수직이착륙장의 위치가 실제 수직이착륙장 설치에 적합한지 위성 지도를 이용해 확인하였으며, 그 위치가 설치 불가능한 위치에 있는 경우 위치 조정 과정을 통해 최종 수직이착륙장의 위치를 선정하였다.

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3역설계 기법을 사용한 도심항공 모빌리티용 복합형(틸트로터 + 양력 + 순항) eVTOL의 공력 해석, 요구 동력 및 중량 예측

저자 : 김동희 ( Dong-hee Kim ) , 이준희 ( Joon-hee Lee ) , 황호연 ( Ho-yon Hwang )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 17-28 (12 pages)

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최근 많은 나라 대도시의 교통체증과 더불어 지구온난화로 인해 차세대 친환경 교통수단인 eVTOL이 각광받고 있다. 본 연구에서는 많은 유형의 eVTOL 중 고정로터와 틸트로터가 결합된 복합형 eVTOL인 현대자동차 S-A1의 외부형상을 벤치마킹하여 역설계 기법을 활용하여 기본 형상을 구현하였다. CATIA를 사용하여 기본 형상을 구현한 후 항공기 설계 및 공력해석 프로그램인 OpenVSP, XFLR5를 사용하여 공력해석을 수행하였고 비교분석을 통해 익형과 붙임각, 상/하반각을 선택한 후 항공기 표면적 및 항력, 양력을 계산하였다. 또한 주어진 임무형상을 수행하기 위한 필요 동력을 산정하고 추정식과 자료조사를 통하여 구성품과 전체 무게를 추정하였다.

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4도심항공 모빌리티(UAM)를 위한 역설계 기법을 사용한 멀티콥터형 eVTOL의 기본 개념설계

저자 : 최원석 ( Won-seok Choi ) , 이동규 ( Dong-kyu Yi ) , 황호연 ( Ho-yon Hwang )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 29-39 (11 pages)

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대도시 도심의 교통 정체를 해결하기 위한 방법의 하나로 전기수직이착륙 개인항공기(eVTOL PAV)를 활용한 도심항공 모빌리티(UAM)의 관심이 증가하고 있다. 도심항공 모빌리티에 사용할 비행체인 eVTOL은 추진방식에 따라 복합형, 틸트 로터형, 틸트 날개형, 틸트 덕티드 팬형, 멀티콥터형으로 분류된다. 본 연구에서는 멀티콥터형인 에어버스사의 시티에어버스를 기본 모델로 주어진 임무 형상에 맞게 역설계 기법을 사용하여 기본 개념설계를 수행하였다. 공력해석 프로그램인 OpenVSP를 사용하여 표면적과 양항비, 항력계수를 계산하였다. 각 임무 구간별 소요되는 동력을 계산하였고, 그에 맞는 배터리와 모터를 비교하여 선정하였다. 또한 eVTOL 구성품별 중량을 추정하여 전체 총 중량을 예측하였다.

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5도심항공 모빌리티(UAM)의 국내 적용을 위한 수직이착륙장 설계 요구조건 분석 및 형상 제안

저자 : 안병선 ( Byeong-seon Ahn ) , 황호연 ( Ho-yon Hwang )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 40-51 (12 pages)

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본 논문에서는 도심항공 모빌리티(UAM) 시스템을 국내에서 운용하기 위해 필요한 국내외 규정을 분석하여 수직이착륙장의 설계 요구 조건을 도출하고 이착륙 패드의 크기를 규정하였으며, 이를 바탕으로 수직이착륙장 형상을 제안하였다. 먼저, 인구 밀집도가 높은 수도권에 대해 국토교통부에서 제시한 실증노선을 기준으로 수직이착륙장의 시범 위치를 선정하고 각 위치의 특징을 분석하였으며 크기를 측정하여 수직이착륙장의 설치 가능 수를 파악하였다. 이후 수직이착륙장 운영에 필요한 변수들을 설정하여 동시운용과 주기장 수에 따른 시간당, 하루, 한 달 동안의 항공기 운용 가능 대수, 수용 가능 인원, 효율성 등을 계산하였다. 마지막으로, CATIA를 사용하여 가상의 수직이착륙장 형상을 설계요구조건을 적용하여 구현하였다.

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6비행 데이터 분석 기반의 불안정 접근 경감방안

저자 : 김현덕 ( Kim Hyeon Deok )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 52-59 (8 pages)

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IATA (International Air Transport Assosiation)의 운송용 항공기 사고 집계에 의하면, 사고 건의 61%가 비행의 접근 및 착륙단계에서 발생 되었으며, 이중 항공기의 불안정한 접근으로 인한 사고가 16%인 것으로 파악되었다. 이는 조종사의 불안정한 접근 및 수정 조작 미흡에 따른 복행을 시행하지 않고, 무리하게 접근을 지속하여 사고로 이어진 것으로 식별되었다. 불안정 접근의 원인으로는 공항의 접근 절차, 조종사의 실수, 잘못된 계획, 업무 부하 (workload), ATC (Air Traffic Control) 혼잡 등 다양하게 있을 수 있다. 본 연구에서는 비행 데이터 분석 시스템을 활용하여, 불안정 접근 이벤트가 반복해서 발생하는 국내의 사례 공항과 기종을 선정하여, 주요 발생 이벤트, 공항 접근 절차, 조종사의 조작 뿐만이 아니라 공항의 기상, 지리적 여건 등 다양한 환경적 요인을 포함한 비행 데이터 분석을 통해 불안정 접근 이벤트의 경향성과 발생 원인 및 위험 요소를 식별하고 제거하여 불안정 접근 이벤트의 경감조치 및 항행 안전 증진 방안 마련의 시사점을 도출하고자 한다.

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7도심에서의 드론 Last-mile 배송 기술의 정밀 측위 기법

저자 : 김규석 ( Kyuseok Kim )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 60-67 (8 pages)

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미국을 비롯한 전 세계 국가는 드론을 이용한 물류 서비스의 상용화를 위해 활발한 연구를 진행하고 있다. 국내에서도 물류 배송 기업을 비롯하여 이동통신사에서도 드론 물류 배송 서비스의 연구, 개발을 진행 중이다. 그러나 우리나라와 미국은 last-mile 물류 배송 환경이 다르다. 우리나라는 인구의 77% 이상이 아파트 등의 공동주택에 살고 있으며 인구 밀도가 전 세계 4위에 달하는 나라이다. 이에 따라 드론 물류 배송에 있어 우리나라 환경에 맞는 연구가 필요하다. 본 연구에서는 도시 지역에서의 근거리 무선통신과 기압계를 활용한 드론 물류 배송의 정밀 위치 판단의 방법을 제안한다. 실험 결과 제안하는 방법을 통해 2.5m 이내의 창문도 탐지할 수 있음을 확인하였다. 본 연구에서 제안하는 방법을 통해 도심에서의 드론 물류 배송 기술의 향상에 도움이 되길 기대한다.

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8고기동 환경에 적용 가능한 소형 GPS/MEMS IMU 통합항법 수신모듈 설계

저자 : 정구용 ( Koo-yong Jeong ) , 박대영 ( Dae-young Park ) , 김성민 ( Seong-min Kim ) , 이종혁 ( Jong-hyuk Lee )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 68-77 (10 pages)

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본 논문에서는 높은 동특성 환경에서 동작이 가능한 GPS/MEMS IMU 통합항법 수신모듈을 설계 및 제작하고, 그 결과를 확인하였다. 설계한 모듈은 RF 수신부, 관성측정부, 신호처리부, 상관기, 항법 S/W로 구성된다. RF 수신부는 저잡음증폭, 주파수 변환, 필터링, 자동이득조절 기능을 수행하고, 관성측정부는 3축 자이로스코프, 가속도계, 지자기센서가 적용된 MEMS급 IMU로부터 측정 데이터를 수집하여 항법S/W로 전달하는 인터페이스를 제공한다. 신호처리부 및 상관기는 FPGA 로직으로 구현하여 필터링 및 상관 값 계산을 수행하고, FPGA 내부 CPU를 사용하여 위성항법, 통합항법 S/W를 구현하였다. 제작된 모듈의 크기는 95.0ⅹ85.0ⅹ12.5 mm 이고, 무게는 110g을 확인하였으며, 동적성능 1200m/s, 가속도 10g의 환경에서 규격 이내의 항법정확도 성능을 확인하였다.

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9한국형 SBAS의 평가항목 및 필수 구성요소 분석을 통한 비행검사 평가항목 수립 및 SBAS 성능 시험 측정 장비 최적 설계 방안

저자 : 김영빈 ( Young-bin Kim ) , 홍교영 ( Gyo-young Hong )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 78-83 (6 pages)

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급속도로 증가하는 항공 교통량으로 인한 공역 과밀화와 공역제한으로 인해 국제민간항공기구(ICAO) 에서는 공역 수용 증대를 위한 performance-based navigation 을 실시하기 위해 2025년 까지 모든 항공기들을 대상으로 하여 SBAS 사용을 촉구하고 있는 실정이다. 이에 맞춰 국내 역시 한국의 공역환경 특성을 반영한 한국형 SBAS의 연구 개발을 지속중이다. 국내에서는 아직 SBAS의 성능 시험 및 검증을 위한 비행검사 절차 및 이에 필요한 탑재장비 구성방안이 수립되어 있지 않으므로 본 논문에서는 FAA, ICAO 규정집, 그리고 국토교통부가 제정한 법령을 분석하여 향후 수립될 한국형 SBAS의 필수 평가 사항들과 파라미터들을 도출하고, RTCA 규정집을 참고하여 RTK-DGPS 위치고정 시스템을 이용한 비행검사 최적 장비 구성방안에 대해 제시하였다.

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10광 위상 공액이 적용된 비대칭 구조의 분산 제어 링크

저자 : 이성렬 ( Seong-real Lee )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 25권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 84-89 (6 pages)

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표준 단일 모드 광섬유가 가지는 색 분산과 비선형 현상에 의한 광 신호 왜곡을 보상할 수 있는 분산 제어와 광 위상 공액이 결합된 링크의 한계인 대칭적 구조를 해결할 수 있는 방법을 제안하였다. 대칭적 구조는 전반 전송 구간과 후반 전송 구간의 중계 구간수, 분산 분포 등등이 광 위상 공액기를 중심으로 대칭되어야 한다는 것을 의미한다. 본 연구에서 제안하는 분산 제어 링크는 광 위상 공액기가 전반의 6개 중계 구간과 후반의 14개 사이에 존재하고, 각 전송 반 구간에서의 평균 중계 구간 당 잉여 분산 (RDPS; residual dispersion per span)이 서로 동일한 구조이다. 제안된 분산 제어 링크에서의 광 신호 왜곡 보상 효과의 분석은 평균 RDPS가 각 전송 반 구간에서 서로 다르게 설정된 링크에서의 결과와의 비교를 통해 이루어졌다. 시뮬레이션 결과 전송 반 구간 사이의 RDPS 평균값의 동일 여부보다 인접한 중계 구간 간 RDPS 편차가 보상에 더 큰 영향을 미치는 것은 확인하였다.

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