기하적 방법 및 상대 속도 벡터를 이용한 3차원 상의 UAV 편대 충돌 회피 기법 = Collision Avoidance of UAV Formation Using Geometric Approach and Relative Velocity Vector in Three-dimensional Space

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 기하적 접근법을 기반으로 상대 속도 벡터와 시선 벡터를 사용하는 3차원 충돌 회피 알고리즘을 제안한다. UAV가 최근접점 기법을 기반으로 장애물과의 충돌 가능성을 판단한 후, 로드리게스 회전 공식을 사용하여 상대 속도 벡터를 회전한 회피 경로를 계산한다. 본 연구에서 제안하는 회피 경로는 각도 변화의 관점에서 효율적이다. 제안한 회피 알고리즘을 기반으로 UAV 편대 비행의 충돌 회피 시스템을 제안한다. UAV 편대가 장애물을 탐지하면, 각 UAV는 제안한 회피 알고리즘을 사용하여 개별적으로 회피 경로를 설정한다. 각 UAV가 개별적인 경로로 장애물을 회피할 때, 편대 내의 UAV 간의 충돌을 방지하기 위하여 각 UAV가 인식하는 장애물의 충돌 반경을 상이하게 설정한다. 제안한 충돌 회피 알고리즘과 UAV 편대 비행을 위한 충돌 회피 시스템을 검증하기 위해 수치 시뮬레이션을 수행한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, a three-dimensional collision avoidance algorithm which uses relative velocity vectors and line-of-sight vectors based on geometric approach is proposed. After detecting collision condition of an obstacle by Closest Point of Approach (CPA), an avoidance maneuver is calculated by rotating the relative velocity vector using Rodrigues rotation formula. This avoidance maneuver considers efficiency in terms of angle change. Based on the proposed algorithm, collision avoidance framework for Unmanned Aerial Vehicle (UAV) formation flight is presented. When a UAV formation detects an obstacle, each UAV uses the proposed avoidance algorithm. To avoid collision against each other in the formation, obstacle’s collision radius is varied for each UAV. Numerical simulations are performed to validate the proposed collision avoidance algorithm and UAV formation flight.