항공소프트웨어의 제조물책임에 관한 연구

백경원 한국항공대학교 일반대학원 2023 국내박사

제4차 산업혁명은 항공기 기술에도 영향을 미치고 있다. 이러한 기술의 핵심에는 소프트웨어가 존재한다. 또한 향후 도심항공교통에 자율비행시스템을 적용한 항공기가 등장하게 될 것이다. 그런데, 2018년 10월과 2019년 3월, 불과 5개월 사이에, 보잉의 737Max가 MCAS 소프트웨어의 결함으로 인해 비행기가 추락 사고가 두 건이나 발생했다. 이에 ‘곧 상용화가 될 항공기의 새로운 기술인 자율비행 소프트웨어 뿐만 아니라 현재의 항공소프트웨어가 현행 한국의 「제조물책임법」에서 다루어 질 수 있는가’로부터 본 연구를 시작하였다. 제2장에서는 항공기의 고급자동화 기술을 넘어 최근 항공기에 있어서 자율비행 항공기의 개발에 대한 논의를 위하여 공학적인 측면에서 항공기의 자동화와 자율화 및 이를 실행시키는 소프트웨어의 기능 등에 대하여 항공기 기술과 관련하여 고찰하였다. 또한 항공소프트웨어의 책임과 관련하여, 현행 한국의 「제조물책임법」상 몇 가지 문제점을 제기하였다. 먼저 소프트웨어의 제조물인가, 소프트웨어 개발업체의 제조물책임의 주체가 될 수 있는가, 나아가 항공안전을 위하여 감항성 인증을 위한 규제기준의 준수(법령준수)가 제조물책임에 대한 면책 항변으로의 타당한가 하는 점이다. 그리고 무과실책임 법리에 따른 제조물책임이라 하더라도 제조물의 결함과 손해, 그리고 손해와 결함 사이의 인과관계를 피해자가 증명해야 하는데, 고도의 기술적이고 과학적인 영역에 대하여 일반인인 피해자는 그 결함을 증명하기 힘들다는 점 때문에 증명책임의 완화가 필요하다는 문제점을 제기했다. 이러한 한국 「제조물책임법」상 소프트웨어에 대한 제조물책임에 있어 제기된 쟁점들에 대하여, 제3장에서 판례법 국가로서 미국의 오랫동안 축적된 제조물책임 법리와 판례를 연구하였다. Restatement of Torts(Product Liability)를 중심으로 항공소프트웨어에 대한 감항성 인증을 위한 연방규정(FAR) 법령준수와 제조물책임에 있어 Preemption의 문제를 최근의 판례를 중심으로 고찰하였다. 또한 소프트웨어를 상품으로 볼 것인가로부터 파생되어 논의되고 있는 제조물 판단여부, 제조물 책임의 주체, 결함에 대한 판단, 증명책임등을 연구하여, 한국의 문제점을 보완할 수 있는 부분을 도출하였다. 이어 제4장에서는 성문법 국가인 EU의 「제조물책임지침」 및 「제조물책임지침 제안서(2022)」를 중심으로 연구하였다. 한국과 같은 대륙법계 국가들로 구성된 EU에서 항공소프트웨어등에 대한 감항성 인증에 대해 살펴보고, 현행 [제조물책임지침]상 자율비행 소프트웨어에 대한 제조물성과 책임주체, 결함판단, 증명책임을 어떻게 판단할 수 있는지 고찰하였다. 나아가 소프트웨어 및 디지털요소등을 포함한 제조물 등 최근 기술발달에 따른 제조물의 개념변화를 명시적으로 반영한 2022년 9월28일 유럽집행위원회에 의해 제안된 「제조물책임 지침제안서(2022)」를 검토하여 한국의 제조물책임법 개선에 반영할 수 있는 사항을 연구하였다. 제5장에서는 제3장과 제4장에서 검토한 미국과 EU의 자율비행시스템을 포함하여 모든 항공소프트웨어의 결함에 대한 제조물책임의 내용을 제2장에서 제기한 한국의 「제조물책임법」상의 문제점에 대하여 현재 논의되고 있는 쟁점과 함께 비교분석하였다. 이를 통해 한국의 「제조물책임법」을 개선하기 위한 방향으로 소프트웨어의 제조물성 및 제조물책임 주체의 확대에 대하여는 EU의 「제조물책임지침 제안서(2022)」를 토대로 개선사항을 도출하였고, 항공소프트웨어에 대한 감항성 인증과 관련한 법령준수의 면책항변에 대하여는 미국 제3차 Restatement 및 EU 「제조물책임 지침 제안서(2022)」의 내용을 조화롭게 수정하여 개선사항을 도출했다. 나아가 소프트웨어의 결함에 대한 판단과 그것의 피해자의 증명책임이 최대한 완화될 수 있도록 하는 방안은 EU의 「제조물책임지침 제안서(2022)」를 통해 개선방향을 제시하였다. (자율비행)항공소프트웨어의 결함에 대한 제조물책임을 실질적으로 논할 수 있기 위해서는 「제조물책임법」의 개정이 필요하다. 한국은 대륙법계로서 성문법 국가이기 때문에, 제6장 결론에서는 상기에서 제기되었던 한국의 소프트웨어에 대한 「제조물책임법」상 문제점 - 항공소프트웨어의 제조물성, 책임의 주체, 결함의 판단, 증명책임, 법령준수의 항변 등 - 은 입법화를 통해서만 해소될 수 있음을 주지하고, 「제조물책임법」의 제정목적에 상응하고 변화하는 시대에 부응할 수 있도록 「제조물책임법」에 대한 개정의견을 입법제안 하였다. The Fourth Industrial Revolution is also affecting aircraft technology. At the heart of these technologies is software. In addition, aircraft with autonomous flight systems will appear in urban air mobility shortly. However, between October 2018 and March 2019, just five months apart, two Boeing 737Max crashes occurred due to defective in the MCAS software. Accordingly, this study began with whether current aviation software, besides autonomous flight software, a new technology for commercially available aircraft, could be covered by the current Korean 「Product Liability Act」. Chapter 2 discusses the development of autonomous flying aircraft in recent aircraft beyond the advanced automation technology of aircraft, the automation and autonomy of aircraft from the engineering point of view, and the function of the software that executes it. In addition, concerning the liability of aviation software, problems occurred under the current Korean 「Product Liability Act」. They are whether the software is a product, whether the software developer can be the subject of product liability, and whether compliance with regulatory standards (compliance with laws) for certification of airworthiness for aviation safety is appropriate as an exemption defense against product liability. Although product liability follows the principle of strict liability, the victim must prove the damage and defect of the product and the causation for damage and defect. Because of this, it raised the issue of easing the burden of proof. Regarding the issues raised in product liability for software under the Korean 「Product Liability Act」, Chapter 3 studied the long-accumulated product liability legal principles and judicial precedents of the United States as a Common law system. This thesis reviewed compliance with the Federal Regulation for Airworthiness Certification for Aviation Software and preemption issues in product liability focused on recent precedent and the Restatement of Torts. In addition, by studying whether to judge software as a product, subject of product liability, judgment on defects, burden of proof, etc., the parts that can supplement problems of the Korean Product Liability Act proposed. Subsequently, in Chapter 4, the study focused on the 「Product Liability Directive」 and 「Proposal for Revised Product Liability Directive (2022)」 of the EU, which is a statutory country. Examine the airworthiness certification for aviation software in the EU, which is composed of civil law system, and how the current [Product Liability Directive] applies the definition of products, subject of liability, judgment of defect, and burden of proof for autonomous flight software Considered. Furthermore, this study reviewed the 「Revised Product Liability Directive (2022)」 proposed by the European Commission on September 28, 2022. The proposal explicitly reflects changes in the concept of products due to recent technological developments, such as products including software and digital elements. Then this thesis studied these that can apply to Korean Product Liability Act. Chapter 5, the contents of Korean product liability issues mooted in Chapter 2 for defects of aviation software of the US and EU reviewed in Chapters 3 and 4, including the autonomous flight systems studied comparatively. Through this, in the direction of improving the Korean 「Product Liability Act」, improvements presented based on the EU 「Proposal for Revised Product Liability Directive (2022)」 regarding the product property of software and the expansion of product liability subjects, regarding the exemption from legal compliance related to airworthiness certificate for aviation software, improvements proposed by revising the contents of the 3rd Restatement of the US and the EU 「Product Liability Directive Proposal (2022)」 in harmony. Furthermore, this thesis suggested through the EU's 「Product Liability Directive Proposal (2022)」 to ensure that the judgment on software defects and the burden of proof of its victims are alleviated as much as possible. Because Korea is one of the countries with civil law systems, to practically discuss product liability for defects in (Autonomous Flight) aviation software, the 「Product Liability Act」 needs to be revised. Therefore, the conclusion of Chapter 6 emphasized that the above problems - whether aviation software is a product, whether it is a subject of liability, determination of defectiveness, the burden of proof, and legal compliance defense could resolve through legislation. Recognizing that this could be the case, this thesis proposed a legislative proposal to amend the 「Product Liability Act」 to correspond to the purpose of enactment of the 「Product Liability Act」 and to respond to the changing times.

PNUAV 자율 비행 컴퓨터와 알고리즘 개발

한동인 부산대학교 2012 국내석사

This paper describes the development of a flight control system for an unmanned aerial vehicle for PNUAV. It highlights the autonomous navigation system based on micro-controllers and wireless communication as the most important system of an unmanned aerial vehicle. Then, this paper describes the result of guidance using the heading angle from a magnetic vector and a velocity vector when autonomous flight is performed by point navigation guidance. The guidance logic is that the difference between the line of sight angle, which is measured from the reference axis to the waypoint, and a UAV's heading angle is set as an error, and this error is made to be zero with the PD controller. In fixed-wing plane, the accuracy of convergence to waypoint is influenced by perturbations like the crosswind, and the flight path to the next waypoint is also influenced by the states of this approach. Therefore, robust guidance is needed. In a real flight using the magnetic heading vector, the UAV does not follow the expected path even though the heading vector of the UAV is pointing to the waypoint. Moreover, the vehicle does not pass the waypoint but sometimes, follows a circular flight path. In a flight using the velocity vector, it very well passes the waypoint, which has a shorter radius by control with real flight path, even when side slip occurs. Considering the UAV's usage and ability, the flight pass is significantly influenced by perturbations in windy areas or when the vehicle is close to each waypoints. It causes a lot of losses in UAV's mission performance or operation, so the UAV must perform autonomous flights when guidance using the velocity vector based on a real flight path is applied.

항공기의 자율적 임무 수행을 위한 경로 계획, 비행 궤적 생성 및 궤적 추종 제어기의 통합 설계 연구

우지원 건국대학교 대학원 2022 국내석사

항공기의 자율적 임무 수행을 위한 다수의 기능들을 통합하는 연구는 광범위한 연구 범위와 경험을 요구한다. 이러한 어려움에 기여하기 위해, 본 논문에서는 현실적인 적용 관점에서 경로 계획 궤적 생성 및 궤적 추종 제어기의 통합 설계 방법을 다룬다. 먼저, 자율 비행 제어기에 대한 소개와 경로 계획, 궤적 생성 및 궤적 추종제어기의 기능을 소개한다. 또한, 경로 계획 기법을 소개하기 앞서 이를 검증하기 위한 탐색 환경을 구축하는 방법에 대해 제시한다. 장애물을 고려하여 주어진 초기 지점에서 목표지점까지의 경로를 계획하기 위한 기법으로 RRT 기반의 기법들을 사용한다. 또한, 계획된 경로를 7차 Spline 궤적 생성기를 통해 비행 궤적으로 변환하는 기법에 대해 다룬다. 추가적으로 생성된 비행 궤적의 비행가능성을 검토하기 위한 방법에 대해서 제시한다. 다음으로, 궤적 추종 제어기는 Incremental Backstepping 기법을 기반으로 설계된다. 본 논문에서는 이와 같이 연구된 경로 계획, 궤적 생성 및 궤적 추종 제어 기법을 통해 2가지 통합 설계 접근 방안을 제시한다. 최종적으로 두 가지 접근 방안에 대하여, 한가지 시나리오를 부여해 성능을 확인하고, 제시된 설계 방안의 적용 가능성을 현실적 관점에서 검토한다. This paper deals with integration methods of path planning trajectory generation and trajectory tracking controllers. First, an introduction to autonomous flight system and features of path planning, trajectory generation, and trajectory following controllers are introduced. The RRT-based algorithms are used to plan the collision-free path. Next, a reference trajectory generator is proposed using the 7th order spline interpolation. Additionally, a method is proposed for checking the flyability of the trajectories. In addition, the trajectory tracking controller based on Incremental Backstepping control is treated. In this paper, two integrated design approaches are proposed. Finally, the performance and applicability of the proposed integration methods are validated by giving one scenario.

근거리용 자율비행 무인항공기 시스템 개념설계에 관한 연구

권태희 全北大學校 大學院 2004 국내석사

In this thesis, Ground-in-the-Loop Controlled, Low Cost Autonomous UAV System is proposed. The system doesn't use any expensive sensors such as Air Data System(ADS) and Inertial Measurement Unit(IMU). And it also doesn't use the Flight Control Computer. But Navigation, Guidance, and Control are accomplished in its Ground Control System(GCS). And attitude and position are calculated in GCS using measured data by 4 GPS receivers in the UAV. The UAV is resonable in not only military use but also civil purpose. To verify the possibility of the UAV's Operation, The Hardware-In-the-Loop-Simulation(HILS) System was built up. The system is separated into GCS and UAV system. There are Guidance and Controller in GCS. Lyapunov theorem for local Stability is adopt to guidance law for the system. This theorem make it possible for the UAV to integrate whole reference flight trajectory without modifying any part of the system. The UAV system is just made up aircraft dynamics and aerodynamic data. Communication Experiment was conducted for link between GCS and UAV. Attractive ways to connect between GCS and UAV are RS-232 based RF Modem and Wireless LAN of UDP protocol. The experiment has shown that Wireless LAN of UDP protocol is more reasonable than RF Modem to the HILS system. In this stage, Wired LAN is used to the HILS system. The flight simulations using the HILS system were conducted for validation of the system's possibility. The scenario of the simulation is landing process of a general aircraft. The simulation results show that Ground-in-the-Loop Controlled, Low Cost Autonomous UAV System is available. And the system has robust characteristic about variable communication environment such as delay and communication speed variation. Lastly, a simple Attitude Determination Algorithm(ADA) using a GPS receiver was developed for the UAV. And the experiments of the ADA adopted UAV was conducted. The experiment result shows that The ADA is reasonable to represent the states of the UAV.

(A) Study on Spiking Neural Network for Landing System of Autonomous Flying Drone

최찬욱 세종대학교 대학원 2021 국내석사

본 논문은 자율비행 드론의 안전한 착륙을 위해 드론 하부에 부착된 카메라 이미지를 입력으로 받아 위치를 보정하는 Convolutional Spiking Neural Network 제안한다. 카메라를 통해 들어오는 이미지에서 착륙 지점을 뜻하는 특정 마커를 인식하여 상,하,좌,우 4가지 방향의 출력값을 생성한다. downscaling을 통해 입력 영상의 크기를 줄이고, RGB 데이터를 gray scale로 변환함으로써 영상의 데이터량을 줄이고, DoG 필터를 통해 영상의 유효한 엣지 데이터만 얻음으로써 연산량을 축소시켰다. 마커 인식을 위한 학습 데이터는 8가지 class를 가지는 dataset을 이용하고, 하나의 class 당 240개씩 총 1920개의 training set을 사용했다. 모든 가중치는 Simplified STDP(Spiking Timing Dependent Plasticity)로 학습되어 중간값을 가질 때 변화량이 가장 크고 0과 1로 수렴할수록 변화량이 작아져 안정화하였다. Convolution layer와 Max-pooling layer 마다 Lateral Inhibition을 적용하여 동일한 위치에서 가장 큰 막전위를 갖는 뉴런을 가진 feature map만 학습하여 독립적인 feature map을 가질 수 있도록 하였다. 그래서 중복되지 않고 효율적인 feature map을 생성했다. 그리고 Fully connected layer를 통해 위,아래,왼쪽,오른쪽 4가지 출력 뉴런의 출력을 만듬으로써 드론의 방향을 직접적으로 보정하여 낮은 연산량으로 마커에 정확한 착륙을 하게 한다. 기존 방법에 비해 합성곱에서 곱셈기의 역할이 사라지기 때문에 더 많은 뉴런을 사용할수록 하드웨어 부담을 최소화할 수 있다. 결과적으로 class 당 48개씩 총 384개의 test set을 통해 약 97.4%의 높은 정확도를 얻었다. In this thesis the Convolutional Spiking Neural Network that corrects the receiving position by inputting the image of the camera attached to the bottom of the unmanned aerial vehicle for the safe landing of the autonomous flying drone is proposed. Received through the camera, it recognizes a specific marker that means the landing point of the image, and generates output values ​​in four directions: up, down, left, and right. By reducing the size of the input video via downscaling and converting the RGB data to grayscale, the amount of video data is reduced, and by obtaining only the effective edge data of the video via the DoG filter, the amount of calculation is reduced. For the training data for marker recognition, a dataset with eight classes is used, and 240 training sets are used for each class, for a total of 1920 training sets. All weights are learned by Simplified STDP (Spiking Timing Dependent Plasticity), and the amount of change is the largest when it had an intermediate value, and the amount of change become smaller and stabilize as it converged to 0 and 1. Lateral Inhibition is applied to each Convolution layer and Max-pooling layer to learn only the feature map of the neuron with the maximum membrane potential at the same location so that it had an independent feature map. So an efficient feature map without duplication is created. It then creates the outputs of the four output neurons, up, down, left, and right, via the Fully connected layer, which directly corrects the direction of the drone and enables accurate landing on the marker with low computation. Since the role of the multiplier disappears in convolution compared to the conventional method, the more neurons are used, the less the hardware burden can be minimized. As a result, a high accuracy of about 97.4% is obtained using a total of 384 test sets, 48 ​​per class.

마이크 센서 시스템을 통한 쿼드로터 무인항공기의 자율주행

윤태영 국민대학교 일반대학원 2022 국내석사

현재 많은 분야에서 쿼드로터 드론은 군사적, 상업적, 오락적 목적과 같이 다양한 목적으로 사용되고 있다. 또한 쿼드로터 드론은 무인 비행체(UAV)로써 많은 연구자들이 제어, 자율 비행 등 다양한 분야에서 관심을 가지고 연구하고 있다. 대부분의 쿼드로터 드론의 자율주행 연구는 카메라를 사용한 비전기반의 방식으로 연구되고 있다. 그러나, 이 방법은 어두운 환경과 같이 카메라를 활용하기 어려운 환경에서는 사용하기 어렵다는 한계점을 가지고 있다. 본 논문에서는 카메라 대신에 마이크센서를 활용한 저비용의 자율 비행 시스템을 고안하였다. 마이크 센서는 DAQ(Data Acquisition System)과 연결되어 드론의 소리 정보를 읽고 노트북으로 전달하며, 노트북에서는 MATLAB을 사용한 신호처리를 통해 소리의 크기를 추출하고, 이를 기반으로 드론의 움직임 명령을 실시간으로 드론에 전송한다. 제안하는 자율 비행 시스템은 마이크 센서를 사용하여 드론의 호버링할 때의 소리 크기를 측정하고 이를 통해 쿼드로터 드론의 위치를 추정한다. 마이크 센서를 사용한 드론의 위치정보를 사용하여 몇가지의 경로를 설정된 경로를 자율 비행한다. 또한 마이크 센서를 사용한 드론의 위치정보를 피드백해서 드론의 직선 위치에 대한 PD제어를 수행했다. Currently, interest in autonomous driving of small sized quadrotors in various ways is increasing. In most cases, quad-rotor autonomous driving is mainly performed with vision data acquired using cameras. However, this method is challenging to implement in an environment where using a camera is difficult, such as in a space with insufficient light. In this work, I designed a low-cost autonomous-driving system for a drone using a microphone sensor instead of vision data using a camera. The microphones are connected to a data acquisition system (DAQ) to read data, and the laptop connected to the DAQ controls the operation of the drone using the data values in real time. I used a microphone sensor to measure the sound of the quadrotor to estimate its position and set up several flight paths to test the autonomous flight of quadrotor. Unlike drones that use vision data, this research has presented a new method in the field of quadrotor autonomous driving by implementing autonomous driving of drones using a microphone sensor.