KR102096376B1 - Closest Point of Approach Based Aircraft Collision Avoidance Method with Minimum Time of Closest Approach and Converging Approach Geometry Conditions - Google Patents

Closest Point of Approach Based Aircraft Collision Avoidance Method with Minimum Time of Closest Approach and Converging Approach Geometry Conditions Download PDF

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KR102096376B1
KR102096376B1 KR1020180145432A KR20180145432A KR102096376B1 KR 102096376 B1 KR102096376 B1 KR 102096376B1 KR 1020180145432 A KR1020180145432 A KR 1020180145432A KR 20180145432 A KR20180145432 A KR 20180145432A KR 102096376 B1 KR102096376 B1 KR 102096376B1
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collision avoidance
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최현진
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한국항공우주연구원
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    • G08G5/04Anti-collision systems
    • G08G5/045Navigation or guidance aids, e.g. determination of anti-collision manoeuvers

Abstract

The present invention relates to a collision avoidance method based on a closest point of approach (CPA). More particularly, the present invention relates to a CPA-based aircraft collision avoidance technique to which a minimum closest approach time and converging approach geometry conditions are applied. The present invention includes: a state acquisition step of acquiring the respective locations and speed values of an aircraft and an intruder; a closest approach value calculation step of predicting and calculating a closest approach time and the respective CPAs of the intruder and the aircraft based on the locations and the speeds of the intruder and the aircraft and calculating a predicted inter-CPA distance as the distance between the CPAs of the intruder and the aircraft; a collision risk condition determination step of determining the collision risk conditions of the intruder and the aircraft based on the closest approach time, the predicted inter-CPA distance, and a safety distance of the intruder; and a collision avoidance solution calculation step of calculating a collision avoidance solution speed of the aircraft for avoiding a collision of the aircraft with the intruder and a closest approach solution time corresponding to the collision avoidance solution speed.

Description

최소 최근접시간 및 수렴접근기하 조건을 적용한 최근접점 기반 항공기 충돌회피 방법{Closest Point of Approach Based Aircraft Collision Avoidance Method with Minimum Time of Closest Approach and Converging Approach Geometry Conditions}Closest Point of Approach Based Aircraft Collision Avoidance Method with Minimum Time of Closest Approach and Converging Approach Geometry Conditions}

본 발명은 최근접점 기반의 항공기 충돌회피 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an aircraft collision avoidance method based on a recent contact point.

항공기의 충돌회피 기술은 다양한 방법이 존재하는데, 이동하는 물체에 대해서는 위치와 속도 등의 상태값을 기하적/수식적으로 해석하여 계산하는 최근접점(Closest Point of Approach, CPA) 기반의 충돌회피 방법이 주로 사용되고 있다.There are various methods of collision avoidance technology for aircraft, and the collision avoidance method based on the Closest Point of Approach (CPA) is calculated by geometrically and mathematically analyzing the state values such as position and speed for moving objects. This is mainly used.

종래 기술의 경우 현재 상태를 바탕으로 항공기의 충돌위험 조건을 판단하고 회피방향을 설정하여 회피를 수행하게 되는데 다른 목적에 의해 기존 경로를 유지하면서 회피를 지연시키다가 최후에 회피를 수행해야하는 경우 시간조건 상한값을 적절히 설정하지 않으면 안전거리를 충분히 회피하지 못하는 문제가 발생한다. 그래서 일반적으로 항공기의 기동에 필요한 시간을 고려하여 시간조건 상한값을 설정하지만 접근 형상에 따라 예외적인 케이스가 발생할 수 있고, 회피 방향이 충돌위험 시간을 앞당기는 방향으로 설정될 수 있다. 이 경우 항공기를 시간조건 상한값에 도달하기 이전에 회피하지 않으면 안전한 회피가 보장되지 않을 위험이 존재한다. In the case of the prior art, the collision risk condition of the aircraft is determined based on the current state, and evasion is performed by setting the evasion direction. When the evasion is delayed while maintaining the existing route for another purpose, the evasion time is required. If the upper limit value is not properly set, a problem that the safety distance cannot be sufficiently avoided occurs. Therefore, in general, the upper limit of the time condition is set in consideration of the time required for the maneuvering of the aircraft, but an exceptional case may occur depending on the approach shape, and the avoidance direction may be set in a direction to advance the collision risk time. In this case, there is a risk that safe evasion cannot be guaranteed if the aircraft is not evaded before reaching the upper limit of time conditions.

대한민국등록특허공보 제10-1307179호 “선박 충돌 예측 장치 및 그의 동작 방법”Republic of Korea Registered Patent Publication No. 10-1307179 "ship collision prediction device and its operation method"

Hyunjin Choi, Youdan Kim, Inseok Hwang, “Reactive Collision Avoidance of Unmanned Aerial Vehicles Using a Single Vision Sensor”, JOURNAL OF GUIDANCE,CONTROL, AND DYNAMICS Vol. 36, No. 4, July-August 2013Hyunjin Choi, Youdan Kim, Inseok Hwang, “Reactive Collision Avoidance of Unmanned Aerial Vehicles Using a Single Vision Sensor”, JOURNAL OF GUIDANCE, CONTROL, AND DYNAMICS Vol. 36, No. 4, July-August 2013

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 항공기와 침입기의 현재상태의 최근접 시간뿐만 아니라 항공기가 침입기와 충돌회피를 수행할 때의 최근접시간도 고려하여 그 중 최소인 값을 기준으로 충돌회피 조건을 제안한다.The present invention has been devised in order to solve the above problems, and considers not only the closest time of the current state of the aircraft and the intruder, but also the closest time when the aircraft performs collision avoidance with the intruder, and selects the minimum value. Criteria for avoiding collision is proposed.

또한, 침입기가 항공기의 방향이 예각을 이루면서 수렴하듯이 접근하는 경우 최근접점까지의 거리보다 침입기와의 직접적인 거리가 더 가깝거나 회피방향에 따라 선회를 하기 위한 거리가 충분히 확보되지 않는 경우가 존재한다. 이에 대해 본 발명은 수렴접근기하를 추가로 고려하여 충돌회피 조건을 추가로 제공한다.In addition, when the intruder approaches with the acute angle of the aircraft converging, there is a case where the direct distance from the intruder is closer than the distance to the nearest point or the distance for turning is not sufficiently secured according to the evasion direction. . In contrast, the present invention further provides a collision avoidance condition by further considering the convergent approach geometry.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 최근접점(Closest Point of Approach, CPA) 기반의 충돌회피 방법에 있어서, 항공기와 침입기 각각의 위치벡터(

Figure 112018116715879-pat00001
,
Figure 112018116715879-pat00002
) 와 각각의 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00003
,
Figure 112018116715879-pat00004
)를 획득하는 상태획득단계(S100), 상기 항공기와 상기 침입기 각각의 상기 위치벡터(
Figure 112018116715879-pat00005
,
Figure 112018116715879-pat00006
)와 각각의 상기 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00007
,
Figure 112018116715879-pat00008
)를 기초로 최근접 시간(tCPA) 및 상기 침입기와 상기 항공기 각각의 최근접점 위치벡터(
Figure 112018116715879-pat00009
,
Figure 112018116715879-pat00010
)를 예측하여 계산하고, 상기 침입기 최근접점 위치벡터(
Figure 112018116715879-pat00011
)와 상기 항공기 최근접점 위치벡터(
Figure 112018116715879-pat00012
) 사이의 거리인 최근접점 사이 예측거리(dCPA)를 계산하는 최근접 값 계산단계(S200), 상기 최근접 시간(tCPA)과 상기 최근접점 사이 예측거리(dCPA) 및 상기 침입기의 안전거리(dsafe)를 기초로 상기 침입기와 상기 항공기의 충돌위험 조건을 판단하는 충돌위험 조건 판단단계(S300) 및 상기 항공기가 상기 침입기와의 충돌을 회피하기 위해 상기 항공기와 상기 침입기 각각의 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00013
,
Figure 112018116715879-pat00014
)와 상기 침입기의 안전거리(dsafe)를 기초로 상기 항공기의 충돌회피 솔루션 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00015
)를 계산하고 상기 충돌회피 솔루션 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00016
)에 상응하는 최근접 솔루션 시간(tCPA,s)을 계산하는 충돌회피 솔루션 계산단계(S400)를 포함하는 최소 최근접 시간 및 수렴접근기하 조건을 적용한 최근접점 기반 항공기 충돌회피 방법이 개시된다.In order to achieve the above object, the present invention is a closest point of approach (CPA) based collision avoidance method, the position vector of each aircraft and intruder (
Figure 112018116715879-pat00001
,
Figure 112018116715879-pat00002
) And their respective velocity vectors (
Figure 112018116715879-pat00003
,
Figure 112018116715879-pat00004
) Obtaining the state (S100), the position vector of each of the aircraft and the intruder (
Figure 112018116715879-pat00005
,
Figure 112018116715879-pat00006
) And each of the velocity vectors (
Figure 112018116715879-pat00007
,
Figure 112018116715879-pat00008
Based on), the closest time (t CPA ) and the closest position vector of each of the intruder and the aircraft (
Figure 112018116715879-pat00009
,
Figure 112018116715879-pat00010
), And calculates the location vector of the nearest point of the intruder (
Figure 112018116715879-pat00011
) And the aircraft's closest position vector (
Figure 112018116715879-pat00012
) Estimated distance between the closest point distance between (d CPA) between the closest point and to calculate the closest value calculation step (S200), the closest time (t CPA) estimated distance (d CPA) and of the intrusion group Collision risk condition determination step (S300) of determining the collision risk condition of the intruder and the aircraft based on a safe distance (d safe ) and each of the aircraft and the intruder to avoid collision of the aircraft with the intruder Velocity vector (
Figure 112018116715879-pat00013
,
Figure 112018116715879-pat00014
) And the speed vector of the collision avoidance solution of the aircraft based on the safe distance of the intruder (d safe )
Figure 112018116715879-pat00015
) And calculate the collision avoidance solution velocity vector (
Figure 112018116715879-pat00016
Disclosed is an approach method for collision avoidance based on a closest approach based on a convergence approach geometry and a minimum nearest time, which includes a collision avoidance solution calculation step (S400) for calculating the nearest solution time (t CPA, s ) corresponding to).

또한, 상기 최근접 시간(tCPA)과 상기 최근접 솔루션 시간(tCPA,s)을 기초로 제1 최소 최근접 시간(tCPA,min1)을 계산하는 제1 보조조건 파라미터 계산단계(S510)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a first auxiliary condition parameter calculation step of calculating a first minimum nearest time (t CPA, min1 ) based on the nearest time (t CPA ) and the nearest solution time (t CPA, s ) (S510) Characterized in that it further comprises.

또한, 상기 항공기 속도벡터(

Figure 112018116715879-pat00017
)와 상기 충돌회피 솔루션 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00018
) 사이 속도벡터들을 샘플링한 속도벡터들을 기초로 제2 최소 최근접 시간(tCPA,min2)을 계산하는 제2 보조조건 파라미터 계산단계(S511)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the aircraft speed vector (
Figure 112018116715879-pat00017
) And the collision avoidance solution velocity vector (
Figure 112018116715879-pat00018
It is characterized in that it further comprises a second auxiliary condition parameter calculation step (S511) for calculating the second minimum nearest time (t CPA, min2 ) based on the velocity vectors sampling the velocity vectors between).

또한, 상기 항공기와 상기 침입기가 이루는 방향각(χ), 상기 항공기와 상기 침입기 사이의 수렴거리(dconv), 상기 항공기가 선회에 필요한 반경(ρ)에 상응하는 선회필요거리(dρ)를 계산하는 제3 보조조건 파라미터 계산단계(S520)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the direction angle (χ) formed by the aircraft and the intruder, the convergence distance (d conv ) between the aircraft and the intruder, and the required turning distance (d ρ ) corresponding to the radius (ρ) required for the aircraft to turn It characterized in that it further comprises a third auxiliary condition parameter calculating step (S520) for calculating.

또한, 상기 항공기의 회피기동 상한 시간(tU)과 상기 제1 최소 최근접 시간(tCPA,min1)을 기초로 충돌회피 조건을 판단하는 제1 충돌회피 조건 판단단계(S610)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, further comprising a first collision avoidance condition determination step (S610) for determining a collision avoidance condition on the basis of the upper limit time t U of the avoidance start of the aircraft and the first minimum nearest time (t CPA, min1 ). It is characterized by.

또한, 상기 항공기의 회피기동 상한 시간(tU)과 상기 제2 최소 최근접 시간(tCPA,min2)을 기초로 충돌회피 조건을 판단하는 제2 충돌회피 조건 판단단계(S611)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a second collision avoidance condition determination step (S611) for determining a collision avoidance condition based on the upper limit time t U of the avoidance start of the aircraft and the second minimum closest time t CPA, min2 is further included. It is characterized by.

또한, 상기 방향각(χ), 상기 수렴거리(dconv), 상기 선회필요거리(dρ) 및 상기 최근접 시간(tCPA)을 기초로 충돌회피 조건을 판단하는 제3 충돌회피 조건 판단단계(S620)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a third collision avoidance condition determination step of determining a collision avoidance condition based on the direction angle (χ), the convergence distance (d conv ), the required turning distance (d ρ ) and the nearest time (t CPA ) It characterized in that it further comprises (S620).

또한, 상기 방향각(χ), 상기 수렴거리(dconv), 상기 선회필요거리(dρ) 및 상기 제1 최소 최근접 시간(tCPA,min1)을 기초로 충돌회피 조건을 판단하는 제4 충돌회피 조건 판단단계(S621)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a fourth to determine a collision avoidance condition based on the direction angle (χ), the convergence distance (d conv ), the required turning distance (d ρ ) and the first minimum closest time (t CPA, min1 ) It characterized in that it further comprises a collision avoidance condition determination step (S621).

또한, 상기 방향각(χ), 상기 수렴거리(dconv), 상기 선회필요거리(dρ) 및 상기 제1 최소 최근접 시간(tCPA,min2)을 기초로 충돌회피 조건을 판단하는 제5 충돌회피 조건 판단단계(S622)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the fifth to determine the collision avoidance condition based on the direction angle (χ), the convergence distance (d conv ), the required turning distance (d ρ ) and the first minimum closest time (t CPA, min2 ) It characterized in that it further comprises a collision avoidance condition determination step (S622).

또한, 상기 항공기가 상기 침입기와의 충돌회피를 수행하는 충돌회피 수행단계(S700)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the aircraft is characterized in that it further comprises a collision avoidance performing step (S700) to perform a collision avoidance with the intruder.

상기와 같은 구성에 따른 본 발명은, 최소 최근접 시간 조건을 이용한 충돌회피를 판단하여, 침입기에 대한 항공기의 충돌회피 방향과 침입기의 접근 상태에 따라 항공기의 회피기동 상한 시간에 가변적인 마진을 추가하는 효과를 얻을 수 있다.The present invention according to the configuration as described above, by determining the collision avoidance using the minimum closest time condition, the variable margin at the upper limit of the evasion start time of the aircraft according to the collision avoidance direction of the aircraft and the approach state of the intruder You can get the added effect.

또한, 수렴접근기하 조건을 적용하여, 침입기가 항공기의 방향이 예각을 이루면서 수렴하듯이 접근하는 경우, 항공기와 침입기 사이의 수렴거리와 항공기의 선회에 필요한 거리를 비교하는 조건을 추가하여 항공기 선회를 하기 위한 거리를 확보하는 효과를 얻을 수 있다.In addition, by applying the convergence approach geometry condition, when the intruder approaches as if the direction of the aircraft converges at an acute angle, the aircraft turns by adding a condition that compares the convergence distance between the aircraft and the intruder and the distance required for turning the aircraft. It is possible to obtain the effect of securing the distance for the.

또한, 최소 최근접 시간 및 수렴접근기하 조건을 함께 적용하여, 항공기 선회를 하기 위한 거리를 더 확보하는 효과를 얻을 수 있다.In addition, by applying the minimum closest time and converging approach geometry conditions together, it is possible to obtain an effect of further securing a distance for turning the aircraft.

도 1은 최근접점 기반 충돌회피 방법에 따른 개념을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 최소 최근접시간 조건을 적용한 최근접점 기반 항공기 충돌회피 개념을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 수렴접근기하 조건을 적용한 최근접점 기반 항공기 충돌회피 개념을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 최소 최근접시간 및 수렴접근기하 조건을 적용한 최근접점 기반 항공기 충돌회피 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 제 1실시예에 따른 최소 최근접시간 조건을 적용한 최근접점 기반 항공기 충돌회피 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 수렴접근기하 조건을 적용한 최근접점 기반 항공기 충돌회피 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제 3실시예의 한 실시예에 따른 최소 최근접시간 및 수렴접근기하 조건을 적용한 최근접점 기반 항공기 충돌회피 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 제 3실시예의 다른 실시예에 따른 최소 최근접시간 및 수렴접근기하 조건을 적용한 최근접점 기반 항공기 충돌회피 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9a는 일반 최근접시간 조건 사용일 때, 도 9b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 최소 최근접시간 조건 사용일 때의 한 실험결과 그래프이다.
도 10a는 일반 최근접시간 조건 사용일 때, 도 10b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 최소 최근접시간 조건 사용일 때의 다른 한 실험결과 그래프이다.
도 11a는 일반 충돌회피 조건 사용일 때, 도 11b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 수렴접근기하 조건 사용일 때의 한 실험결과 그래프이다.
1 is a view schematically showing a concept according to a collision avoidance method based on a recent contact.
2 is a view showing the concept of collision avoidance based on the nearest contact based on the minimum close-time condition of the present invention.
3 is a view showing the concept of a collision avoidance based on a recent contact based on the convergence approach geometry condition according to the present invention.
4 is a flowchart schematically showing a method for avoiding collisions based on a closest approach based on the closest approach and convergence approach geometry of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method for avoiding collision of an aircraft based on the closest point to which the minimum closest time condition according to the first embodiment of the present invention is applied.
6 is a flow chart showing a method for avoiding collisions based on a recent approach based on a convergent approach geometry condition according to a second embodiment of the present invention.
7 is a flow chart showing a method for avoiding collisions based on a closest approach based on the closest approach time and the converged approach geometry condition according to an embodiment of the third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart illustrating a method for avoiding collisions based on a closest approach based on the closest time and converged approach geometry according to another embodiment of the third embodiment of the present invention.
9A is a graph showing an experiment result when using the general closest time condition, and FIG. 9B is using the minimum closest time condition according to the first embodiment of the present invention.
10A is a graph showing another experimental result when using the general closest time condition, and FIG. 10B is using the minimum closest time condition according to the first embodiment of the present invention.
11A is a graph of an experimental result when using a general collision avoidance condition, and FIG. 11B is using a converging approach geometry condition according to a second embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명을 하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention can be applied to various changes and can have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the technical spirit of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.The accompanying drawings are only examples shown in order to explain the technical spirit of the present invention in more detail, so the technical spirit of the present invention is not limited to the form of the accompanying drawings.

최근접점(Closest Point of Approach, CPA) 기반 충돌회피 방법의 경우 도 1과 같이 접근 기하를 고려한다. 침입기의 속력과 방향(속도벡터,

Figure 112018116715879-pat00019
)은 일정하다고 가정하고, 상기 침입기의 현재 속력과 방향(속도벡터,
Figure 112018116715879-pat00020
)을 기준으로 항공기와 상기 침입기 각각의 위치벡터(
Figure 112018116715879-pat00021
,
Figure 112018116715879-pat00022
)와 각각의 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00023
,
Figure 112018116715879-pat00024
)를 획득하는 상태획득단계(S100)를 수행한다. 이후 상기 항공기와 상기 침입기 각각의 상기 위치벡터(
Figure 112018116715879-pat00025
,
Figure 112018116715879-pat00026
)를 외삽(extrapolation)하여 서로 가장 가까워졌을 때의 상기 항공기와 상기 침입기 각각의 최근접점 위치벡터(
Figure 112018116715879-pat00027
,
Figure 112018116715879-pat00028
)와 최근접시간(tCPA) 등의 정보를 계산하는 최근접 값 계산단계(S200)를 수행한다.In the case of a collision avoidance method based on a closest point of approach (CPA), the access geometry is considered as shown in FIG. 1. The speed and direction of the intruder (velocity vector,
Figure 112018116715879-pat00019
) Is constant, and the current speed and direction of the intruder (velocity vector,
Figure 112018116715879-pat00020
Position vector of each of the aircraft and the intruder based on)
Figure 112018116715879-pat00021
,
Figure 112018116715879-pat00022
) And their respective velocity vectors (
Figure 112018116715879-pat00023
,
Figure 112018116715879-pat00024
) Is performed (S100). Then, the position vector of each of the aircraft and the intruder (
Figure 112018116715879-pat00025
,
Figure 112018116715879-pat00026
) Is extrapolated to the nearest vector of each position of the aircraft and the intruder when they are closest to each other (
Figure 112018116715879-pat00027
,
Figure 112018116715879-pat00028
) And the nearest value calculation step (S200) for calculating information such as the nearest time (t CPA ).

상기 최근접 값 계산단계(S200)를 수식적으로 예를 들어 정리하면 상기 항공기 위치벡터(

Figure 112018116715879-pat00029
)와 상기 침입기 위치벡터(
Figure 112018116715879-pat00030
)의 상대위치벡터(
Figure 112018116715879-pat00031
)는 아래 수학식 1If the closest value calculation step (S200) is mathematically arranged as an example, the aircraft position vector (
Figure 112018116715879-pat00029
) And the position vector of the intruder (
Figure 112018116715879-pat00030
) Relative position vector (
Figure 112018116715879-pat00031
) Is the following equation 1

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112018116715879-pat00032
Figure 112018116715879-pat00032

로 정의하고, 상기 항공기 속도벡터(

Figure 112018116715879-pat00033
)와 상기 침입기 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00034
)의 상대속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00035
)는 아래 수학식 2Defined as, and the aircraft velocity vector (
Figure 112018116715879-pat00033
) And the velocity vector of the intruder (
Figure 112018116715879-pat00034
) 'S relative velocity vector (
Figure 112018116715879-pat00035
) Is Equation 2 below

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112018116715879-pat00036
Figure 112018116715879-pat00036

로 정의한다. 상기 최근접시간(tCPA) 및 상기 침입기와 상기 항공기 각각의 상기 최근접점 위치벡터(

Figure 112018116715879-pat00037
,
Figure 112018116715879-pat00038
)는 아래 수학식 3Is defined as The closest time (t CPA ) and the closest position vector of each of the intruder and the aircraft (
Figure 112018116715879-pat00037
,
Figure 112018116715879-pat00038
) Is Equation 3 below

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112018116715879-pat00039
Figure 112018116715879-pat00039

을 통해 구하면, 수학식 4If you obtain through, Equation 4

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112018116715879-pat00040
Figure 112018116715879-pat00040

로 상기 최근접시간(tCPA)을 구할 수 있다.The closest time (t CPA ) can be obtained.

그리고 현재 위치에서 상기 최근접시간(tCPA)만큼 이동한 위치를 예측하여 상기 항공기 최근접점 위치벡터(

Figure 112018116715879-pat00041
)와 상기 침입기 최근접점 위치벡터(
Figure 112018116715879-pat00042
)는 수학식 5In addition, the position vector of the aircraft's closest point is predicted by predicting the position moved by the closest time (t CPA ) from the current position.
Figure 112018116715879-pat00041
) And the position vector of the nearest point of the intruder (
Figure 112018116715879-pat00042
) Is Equation 5

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112018116715879-pat00043
Figure 112018116715879-pat00043

를 통해 구할 수 있다.Can be obtained through

이 때, 상기 항공기 최근접점 위치벡터(

Figure 112018116715879-pat00044
)와 상기 침입기 최근접점 위치벡터(
Figure 112018116715879-pat00045
) 사이의 예측거리(dCPA)는 아래 수학식 6At this time, the aircraft's closest position vector (
Figure 112018116715879-pat00044
) And the position vector of the nearest point of the intruder (
Figure 112018116715879-pat00045
), The predicted distance (d CPA ) is

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112018116715879-pat00046
Figure 112018116715879-pat00046

과 같이 구할 수 있다. 여기서 상기 dsafe는 상기 침입기의 소정의 안전거리이다. 수학식 6에 대한 상황이 도 1의 상기 상대속도벡터(

Figure 112018116715879-pat00047
)가 상기 침입기 주변으로 상기 안전거리(dsafe) 만큼의 원을 향하는 방향을 나타낸다.Can be obtained as Here, the d safe is a predetermined safety distance of the intruder. The situation for equation (6) is the relative velocity vector of FIG. 1 (
Figure 112018116715879-pat00047
) Indicates a direction toward the circle of the safe distance (d safe ) around the intruder.

이 때, 상기 항공기와 상기 침입기 각각의 최근접점 위치벡터(

Figure 112018116715879-pat00048
,
Figure 112018116715879-pat00049
) 사이의 상기 예측거리(dCPA)가 상기 침입기 안전거리(dsafe) 보다 작은 경우 충돌위험이 있다고 판단하는 충돌위험 조건 판단단계(S300)를 수행한다. 상기 충돌위험 조건 판단단계(S300)에서, 예를 들어서, 도 1과 같이 상기 침입기 주변으로 상기 안전거리(dsafe) 만큼의 원이 있다고 가정할 때, 상기 항공기와 상기 침입기 사이의 상기 상대속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00050
)가 상기 원 안을 향하고 있으면 충돌위험이 존재한다고 해석할 수도 있다.At this time, the position vector of the closest point of each of the aircraft and the intruder (
Figure 112018116715879-pat00048
,
Figure 112018116715879-pat00049
), If the predicted distance d CPA is smaller than the intruder safety distance d safe , a collision risk condition determination step S300 is performed. In the collision risk condition determination step (S300), for example, assuming that there is a circle of the safe distance (d safe ) around the intruder as shown in Figure 1, the opponent between the aircraft and the intruder Velocity vector (
Figure 112018116715879-pat00050
) Can be interpreted as the presence of a collision hazard if it is directed inside the circle.

상기 충돌위험 조건 판단단계(S300)를 수식적으로 예를들어 정리하면 수학식 4를 기준으로 고려했을 때, 일반적으로 충돌위험이 있다고 판단하는 기본조건은 상기 최근접시간(tCPA) > 0 와 상기 예측거리(dCPA) < 상기 안전거리(dsafe)를 동시에 만족하면 충돌위험 조건이라고 판단할 수 있다.When the collision risk condition determination step (S300) is mathematically summarized as an example, when considering Equation 4 as a reference, the basic condition for determining that there is a collision risk in general is the closest time (t CPA ). If> 0 and the predicted distance (d CPA ) <the safe distance (d safe ) are satisfied at the same time, it can be determined as a collision risk condition.

그런 다음, 충돌회피 솔루션 계산단계(S400)를 수행한다. 상기 충돌회피 솔루션 계산단계(S400)에서는 충돌위험이 판단되었을 때, 도 2와 같이 상기 항공기 속도벡터(

Figure 112018116715879-pat00051
)의 크기(속력) 또는 상기 항공기 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00052
)의 방향(헤딩각)을 조정하여 도 2의 상기 항공기 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00053
)의 방향이 상기 침입기 주변의 원 밖으로 향하도록 상기 항공기의 충돌회피 솔루션 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00054
)와 상기 충돌회피 솔루션 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00055
)에 상응하는 최근접 솔루션 시간(tCPA,s)을 계산하게 된다.Then, a collision avoidance solution calculation step (S400) is performed. In the collision avoidance solution calculation step (S400), when the collision risk is determined, the aircraft speed vector (
Figure 112018116715879-pat00051
) Size (speed) or the aircraft speed vector (
Figure 112018116715879-pat00052
) Direction (heading angle) to adjust the aircraft speed vector (
Figure 112018116715879-pat00053
) The direction of the collision avoidance solution velocity vector of the aircraft so that the direction is out of the circle around the intruder (
Figure 112018116715879-pat00054
) And the collision avoidance solution velocity vector (
Figure 112018116715879-pat00055
) Corresponds to the nearest solution time (t CPA, s ).

상기 충돌회피 솔루션 계산단계(S400)에서 상기 충돌회피 솔루션 속도벡터(

Figure 112018116715879-pat00056
)로 충돌회피명령을 생성하면 상기 항공기의 충돌회피를 수행할 수 있다. 하지만 운용개념 상 상기 항공기가 상기 침입기와 충돌위험이 임박하기 전까지는 기존 경로로 비행하고자 할 수 있기 때문에 다음 단계를 수행한다.In the collision avoidance solution calculation step (S400), the collision avoidance solution velocity vector (
Figure 112018116715879-pat00056
) To generate a collision avoidance command to perform collision avoidance of the aircraft. However, because of the operational concept, the aircraft performs the next step because it may wish to fly in an existing route until the intruder and collision risk are imminent.

정리하면, 도 4와 같이, 우선 일정한 주기로 프로세싱되는 연산컴퓨터에서 상기 상태획득단계(S100)에서 상기 항공기와 상기 침입기의 각각의 상태값들(

Figure 112018116715879-pat00057
,
Figure 112018116715879-pat00058
,
Figure 112018116715879-pat00059
,
Figure 112018116715879-pat00060
)을 획득하고, 이를 바탕으로 상기 최근접 값 계산단계(S200)에서 상기 최근접점 위치벡터(
Figure 112018116715879-pat00061
,
Figure 112018116715879-pat00062
) 및 상기 최근접 시간(tCPA)을 계산한다. 그리고 상기 충돌위험 조건 판단단계(S300)에서 최근접 조건을 바탕으로 충돌위험을 판단한다. 그리고 상기 충돌회피 솔루션 계산단계(S400)에서 충돌회피를 위한 상기 항공기의 속력 및 방향의 해인 상기 충돌회피 솔루션 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00063
)를 도출한다.In summary, as shown in FIG. 4, first, the state values of the aircraft and the intruder in the state acquisition step (S100) in the computing computer that is processed at regular intervals (
Figure 112018116715879-pat00057
,
Figure 112018116715879-pat00058
,
Figure 112018116715879-pat00059
,
Figure 112018116715879-pat00060
), And based on this, the closest position vector (S200)
Figure 112018116715879-pat00061
,
Figure 112018116715879-pat00062
) And the nearest time (t CPA ) are calculated. Then, in the collision risk condition determination step (S300), the collision risk is determined based on the nearest condition. And in the collision avoidance solution calculation step (S400), the speed vector of the collision avoidance solution which is the solution of the speed and direction of the aircraft for collision avoidance (
Figure 112018116715879-pat00063
).

그리고 항공기 운용 개념 상 상기 항공기의 회피기동 상한 시간(tU)을 설정하는 경우 제1 보조조건 파라미터 계산단계(S510)에서 제1 최소 최근접 시간(tCPA,min1)을 계산하고, 제2 보조조건 파라미터 계산단계(S511)에서 제2 최소 최근접 시간(tCPA,min2)을 계산하고, 제3 보조조건 파라미터 계산단계(S520)에서 방향각(χ), 상기 항공기와 상기 침입기 사이의 수렴거리(dconv), 상기 항공기가 선회에 필요한 반경(ρ)에 상응하는 선회필요거리(dρ)를 계산한다.And, in the case of setting the upper limit time t U of the avoidance operation of the aircraft according to the concept of aircraft operation, the first minimum closest time t CPA, min1 is calculated in the first auxiliary condition parameter calculation step S510, and the second auxiliary In the condition parameter calculation step (S511), the second minimum closest time (t CPA, min2 ) is calculated, and in the third auxiliary condition parameter calculation step (S520), the direction angle (χ), convergence between the aircraft and the intruder The distance d conv is calculated, and the turning distance d ρ corresponding to the radius ρ required for the aircraft to turn is calculated.

그리고 충돌회피 조건 판단단계(S600)에서 충돌회피 조건을 추가로 판단하여 회피를 수행하게 된다. 그리고 충돌회피 수행하는 단계(S700)에서 충돌회피 솔루션 계산단계(S400)에서 도출된 상기 항공기의 속력 및 방향의 해인 상기 충돌회피 솔루션 속도벡터(

Figure 112018116715879-pat00064
)를 상기 연산컴퓨터에 출력하게 된다. 이런 방식으로 일정한 주기로 프로세스가 실행되면서 상기 항공기가 제어된다.In addition, in the collision avoidance condition determination step S600, the collision avoidance condition is additionally determined and evasion is performed. And the collision avoidance solution velocity vector (the solution of the speed and direction of the aircraft derived from the collision avoidance solution calculation step (S400) in the collision avoidance step (S700))
Figure 112018116715879-pat00064
) To the computer. In this way, the aircraft is controlled while the process is executed at regular intervals.

상기 충돌회피 솔루션 계산단계(S400) 이 후 상기 제1, 2, 3 보조조건 파라미터 계산단계(S510, S511, S520), 상기 충돌회피 조건 판단단계(S600)에 있어서 [실시예 1], [실시예 2], [실시예 3]에서 상세하게 설명하면 다음과 같다.After the collision avoidance solution calculation step (S400), the first, second and third auxiliary condition parameter calculation steps (S510, S511, S520), and the collision avoidance condition determination step (S600) are implemented in [Example 1], [Execution] Examples 2] and [Example 3] will be described in detail as follows.

[실시예 1] 최소 최근접 시간 조건을 이용한 충돌회피 조건 판단[Example 1] Collision avoidance condition determination using minimum closest time condition

도 2와 같이, 상기 항공기 속도벡터(

Figure 112018116715879-pat00065
)를 움직여서, 예를 들어, 상기 침입기 주변 원에 접하는 방향으로 상기 항공기와 상기 침입기의 상대속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00066
-
Figure 112018116715879-pat00067
)를 만드는 경우를 생각하면, 상기 항공기 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00068
)를 오른쪽으로 회전시켜 상기 항공기의 충돌회피 솔루션 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00069
)를 생성하는 경우의 상기 솔루션 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00070
)와 상기 침입기 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00071
)의 상대속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00072
-
Figure 112018116715879-pat00073
)크기가 현재 상기 항공기 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00074
)와 상기 침입기 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00075
)의 상대속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00076
-
Figure 112018116715879-pat00077
) 크기보다 큰 상황이 발생한다.2, the aircraft speed vector (
Figure 112018116715879-pat00065
), For example, the relative velocity vector of the aircraft and the intruder in a direction in contact with a circle around the intruder (
Figure 112018116715879-pat00066
-
Figure 112018116715879-pat00067
Considering the case of making), the aircraft velocity vector (
Figure 112018116715879-pat00068
) To the right to speed the collision avoidance solution of the aircraft.
Figure 112018116715879-pat00069
The solution velocity vector (
Figure 112018116715879-pat00070
) And the velocity vector of the intruder (
Figure 112018116715879-pat00071
) 'S relative velocity vector (
Figure 112018116715879-pat00072
-
Figure 112018116715879-pat00073
) The size of the aircraft speed vector above
Figure 112018116715879-pat00074
) And the velocity vector of the intruder (
Figure 112018116715879-pat00075
) 'S relative velocity vector (
Figure 112018116715879-pat00076
-
Figure 112018116715879-pat00077
) A situation that is larger than the size occurs.

한편, 설정된 상기 충돌회피 솔루션 속도벡터(

Figure 112018116715879-pat00078
)와 상기 최근접 솔루션 시간(tCPA,s)에 대해, 상기 최근접 솔루션 시간(tCPA,s) < 상기 최근접 시간(tCPA) 인 상황이 발생한다. 이 경우 상기 항공기의 회피방향이 상기 침입기와의 충돌상황을 앞당겨서 회피를 위한 시간을 줄이는 상황을 발생시킨다. 만약에 상기 항공기의 회피기동 상한 시간(tU)에 대한 마진이 적은 경우 상기 침입기 안전거리(dsafe)를 침범하는 상황이 발생할 수 있다.Meanwhile, the set speed vector of the collision avoidance solution (
Figure 112018116715879-pat00078
) And the nearest solution time (t CPA, s ), a situation in which the nearest solution time (t CPA, s ) <the nearest time (t CPA ) occurs. In this case, a situation in which the evasion direction of the aircraft shortens the time for evasion by accelerating the collision situation with the intruder. If the margin for the upper limit avoidance time t U of the aircraft is small, a situation may occur in which the intruder safety distance (d safe ) is violated.

이를 위해 다음과 같이 현재상태의 최근접시간 뿐만 아니라 충돌회피를 수행할 때의 최근접시간도 고려하여 그 중 최소인 값을 기준으로 충돌회피 조건을 제안하였다.To this end, a collision avoidance condition is proposed based on the minimum value, considering not only the closest time in the current state, but also the closest time when performing collision avoidance.

도 5의 상기 제1 보조조건 파라미터 계산단계(S510)에서 제1 최소 최근접 시간(tCPA,min1)을 계산하는 방법은 현재 상기 항공기 속도벡터(

Figure 112018116715879-pat00079
)와 상기 충돌회피 솔루션 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00080
)로 구할 수 있는 최근접시간을 각각 구하여 둘 중 하나를 비교하여 최소값을 구할 수 있다.The method of calculating the first minimum nearest time (t CPA, min1 ) in the first auxiliary condition parameter calculation step (S510) of FIG. 5 is the current aircraft speed vector (
Figure 112018116715879-pat00079
) And the collision avoidance solution velocity vector (
Figure 112018116715879-pat00080
) To find the closest time, respectively, and compare one of the two to obtain the minimum value.

또한, 도 5의 상기 제2 보조조건 파라미터 계산단계(S511)에서 제2 최소 최근접 시간(tCPA,min2)을 계산하는 방법은 현재 상기 항공기 속도벡터(

Figure 112018116715879-pat00081
)와 상기 충돌회피 솔루션 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00082
) 사이 속도벡터들을 샘플링하여, 상기 샘플링한 속도벡터들에 상응하는 최근접시간들 중에서 최소값을 구할 수 있다.In addition, the method for calculating the second minimum nearest time (t CPA, min2 ) in the second auxiliary condition parameter calculation step (S511) of FIG. 5 is the current aircraft speed vector (
Figure 112018116715879-pat00081
) And the collision avoidance solution velocity vector (
Figure 112018116715879-pat00082
), The minimum value among the closest times corresponding to the sampled velocity vectors can be obtained.

도 5와 같이, 상기 제1 보조조건 파라미터 계산단계(S510) 이후에 제1 충돌회피 조건 판단단계(S610)를 수행, 또는 상기 제2 보조조건 파라미터 계산단계(S511) 이후에 제2 충돌회피 조건 판단단계(S611)을 수행한다. 상기 제1 또는 제2 충돌회피 조건 판단단계(S610, S611)의 충돌회피 조건은 최근접시간(tCPA) > 0 와 예측거리(dCPA) < 안전거리(dsafe)를 동시에 만족하고, 제1 최소 최근접 시간(tCPA,min1) < 회피기동 상한 시간(tU) (또는 제2 최소 최근접 시간(tCPA,min2) < 회피기동 상한 시간(tU))도 동시에 만족하는 조건이다.As shown in FIG. 5, a first collision avoidance condition determination step (S610) is performed after the first auxiliary condition parameter calculation step (S510), or a second collision avoidance condition is calculated after the second auxiliary condition parameter calculation step (S511). The determination step S611 is performed. The collision avoidance condition of the first or second collision avoidance condition determination steps (S610, S611) is the closest time (t CPA ). > 0 and the predicted distance (d CPA ) <satisfies the safe distance (d safe ) at the same time, and the first minimum closest time (t CPA, min1 ) <upper limit avoidance start time (t U ) (or the second minimum closest time) (t CPA, min2 ) <upper limit of avoidance start time (t U )) is also a condition that satisfies at the same time.

따라서 최소 최근접 시간 조건을 이용한 충돌회피 조건을 통해 충돌회피 방향과 접근 상태에 따라 상기 회피기동 상한 시간(tU)에 가변적인 마진을 추가하는 효과를 얻을 수 있다.Therefore, it is possible to obtain an effect of adding a variable margin to the upper limit time t U of the avoidance start according to the collision avoidance direction and the approach state through the collision avoidance condition using the minimum nearest time condition.

[실시예 2] 수렴접근기하 조건을 이용한 충돌회피 조건 판단[Example 2] Determination of collision avoidance conditions using convergent approach geometry conditions

상기 침입기가 상기 항공기의 진행 방향과 예각을 이루면서 수렴하듯이 접근하는 경우, 상기 항공기 최근접점 위치벡터(

Figure 112018116715879-pat00083
)와 상기 침입기 최근접점 위치벡터(
Figure 112018116715879-pat00084
) 사이의 상기 예측거리(dCPA)거리보다 상기 항공기와 상기 침입기와의 직접적인 거리가 더 가깝거나 회피방향에 따라 선회를 하기 위한 거리가 충분히 확보되지 않는 경우가 존재한다. 이에 대해 도 3과 같은 기하를 추가로 고려하여 충돌회피 조건을 추가할 수 있다.When the intruder approaches as if converging while making an acute angle with the traveling direction of the aircraft, the position vector of the aircraft's closest contact point (
Figure 112018116715879-pat00083
) And the position vector of the nearest point of the intruder (
Figure 112018116715879-pat00084
) There is a case where a direct distance between the aircraft and the intruder is closer than the predicted distance (d CPA ) distance between, or the distance for turning according to the avoiding direction is not sufficiently secured. In this regard, a collision avoidance condition may be added by additionally considering the geometry shown in FIG. 3.

도 3에서 현재 상기 항공기 위치벡터(

Figure 112018116715879-pat00085
)를 알고 있고 상기 침입기 위치벡터(
Figure 112018116715879-pat00086
)와 상기 침입기 진행방향(
Figure 112018116715879-pat00087
의 방향)을 알고 있으므로 상기 침입기의 진행방향에 대한 직선의 방정식을 세울 수 있고, 상기 직선의 방정식의 직선과 상기 항공기 위치벡터(
Figure 112018116715879-pat00088
) 사이의 최소거리를 구할 수 있다. 여기에 회피를 위한 상기 침입기 안전거리(dsafe)를 빼면 아래 수학식 7과 같이 상기 수렴거리(dconv)를 구할 수 있다. 따라서 도 6의 제3 보조조건 파라미터 계산단계(S520)를 수식적으로 예를들어 정리하면 In FIG. 3, the current aircraft position vector (
Figure 112018116715879-pat00085
) And the intruder position vector (
Figure 112018116715879-pat00086
) And the direction of the intruder (
Figure 112018116715879-pat00087
Since the direction of the intruder is known, it is possible to set up the equation of the straight line with respect to the traveling direction of the intruder, the straight line of the equation of the straight line and the aircraft position vector (
Figure 112018116715879-pat00088
) To find the minimum distance. Subtracting the intruder safety distance (d safe ) for avoidance, the convergence distance (d conv ) can be obtained as shown in Equation 7 below. Therefore, the third auxiliary condition parameter calculation step (S520) of FIG.

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112018116715879-pat00089
Figure 112018116715879-pat00089

여기에서 1은 상기 항공기, 2는 상기 침입기, χ2는 침입기의 방향각, x, y는 x, y축 위치이다.Where 1 is the aircraft, 2 is the intruder, χ 2 is the direction angle of the intruder, x, y is the x, y axis position.

그리고 상기 항공기가 선회에 필요한 거리(dρ)는 도 3처럼 상기 침입기와 상기 항공기 진행방향에 따라 생성되는 각으로 도 3의 α를 구하여 다음 수학식 8, 수학식 9와 같이 구할 수 있다.And the distance (d ρ ) required for the aircraft to turn can be obtained by obtaining α in FIG. 3 at an angle generated according to the intruder and the direction of the aircraft as shown in FIG. 3, and then obtaining the following equations (8) and (9).

[수학식 8][Equation 8]

선회필요거리(dρ) = ρ+ρsinα+(마진) Required turning distance (d ρ ) = ρ + ρsinα + (margin)

또는 최대 sinα를 고려하여 수학식 9와 같이 설정할 수도 있다.Alternatively, it may be set as Equation 9 in consideration of the maximum sinα.

[수학식 9][Equation 9]

선회필요거리(dρ) = 2ρ+(마진)Required turning distance (d ρ ) = 2ρ + (margin)

그런 다음, 도 6과 같이 제3 충돌회피 조건 판단단계(S620)을 수행한다. 상기 수렴거리(dconv)가 상기 선회필요거리(dρ)보다 작아지게 되면 상기 항공기가 상기 침입기를 회피하도록 조건을 다음과 같이 설정할 수 있다.Then, a third collision avoidance condition determination step S620 is performed as shown in FIG. 6. When the convergence distance d conv becomes smaller than the required turn distance d ρ , conditions may be set as follows so that the aircraft avoids the intruder.

상기 제3 충돌회피 조건 판단단계(S620)의 충돌회피 조건은 만약 상기 항공기와 상기 침입기 방향각 차이가 ±90도 이내면 상기 최근접시간(tCPA) < 상기 회피기동 상한 시간(tU)과 상기 수렴거리(dconv) < 상기 선회필요거리(dρ)를 하나 이상 만족하지를 판단하고, 상기 항공기와 상기 침입기 방향각 차이가 ±90도 이내가 아니면 상기 최근접시간(tCPA) < 상기 회피기동 상한 시간(tU)을 만족하는지를 판단한다.The collision avoidance condition of the third collision avoidance condition determination step (S620) is the closest time (t CPA ) <the upper limit avoidance start time (t U ) if the difference between the aircraft and the intruder direction angle is within ± 90 degrees. And the convergence distance (d conv ) <the turning required distance (d ρ ) is determined to satisfy one or more, and if the difference between the aircraft and the intruder direction angle is not within ± 90 degrees, the closest time (t CPA ) <It is determined whether the upper limit time t U of the avoidance start is satisfied.

[실시예 3] 최소 최근접시간 및 수렴접근기하 조건을 이용한 충돌회피 조건 판단[Example 3] Collision avoidance condition determination using minimum closest time and convergent approach geometry

실시예 3은 실시예 1과 실시예 2의 조합으로 이루어진다.Example 3 consists of a combination of Example 1 and Example 2.

도 7과 같이 상기 제1 보조조건 파라미터 계산단계(S510) 또는 상기 제2 보조조건 파라미터 계산단계(S511)에서 상기 제1 최소 최근접 시간(tCPA,min1) 또는 상기 제2 최소 최근접 시간(tCPA,min2)을 계산하고, 상기 제3 보조조건 파라미터 계산단계(S520)에서 상기 항공기와 상기 침입기가 이루는 상기 방향각(χ), 상기 항공기와 상기 침입기 사이의 상기 수렴거리(dconv), 상기 항공기가 선회에 필요한 반경(ρ)에 상응하는 상기 선회필요거리(dρ)를 계산한다.7, the first minimum nearest time (t CPA, min1 ) or the second minimum nearest time (at the first auxiliary condition parameter calculating step S510 or the second auxiliary condition parameter calculating step S511) t CPA, min2 ), and in the third auxiliary condition parameter calculation step (S520), the direction angle (χ) between the aircraft and the intruder, and the convergence distance (d conv ) between the aircraft and the intruder , Calculate the required turning distance (d ρ ) corresponding to the radius (ρ) required for the aircraft to turn.

한편, 도 8과 같이 상기 제3 보조조건 파라미터 계산단계(S520) 이 후에 상기 제1 보조조건 파라미터 계산단계(S510) 또는 상기 제2 보조조건 파라미터 계산단계(S511)을 수행할 수도 있다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 8, after the third auxiliary condition parameter calculating step (S520), the first auxiliary condition parameter calculating step (S510) or the second auxiliary condition parameter calculating step (S511) may be performed.

그런 다음, 도 7 내지 8과 같이 제4 또는 제5 충돌회피 조건 판단단계(S621, S622)를 수행한다. 상기 제3 충돌회피 조건 판단단계(S620)에서는 상기 최근접시간(tCPA)을 사용하여 충돌회피 조건을 판단하였지만, 상기 제4 또는 제5 충돌회피 조건 판단단계(S621, S622)에서는 상기 제1 또는 제2 최소 최근접 시간(tCPA,min1, tCPA,min2)을 사용하여 충돌회피 조건을 판단하도록 다음과 같이 설정할 수 있다.Then, the fourth or fifth collision avoidance condition determination steps S621 and S622 are performed as shown in FIGS. 7 to 8. In the third collision avoidance condition determination step (S620), the collision avoidance condition is determined using the closest time (t CPA ), but in the fourth or fifth collision avoidance condition determination steps (S621, S622), the first Alternatively, the second minimum nearest time (t CPA, min1, t CPA, min2 ) may be used to determine the collision avoidance condition as follows.

상기 제4 또는 제5 충돌회피 조건 판단단계(S621, S622)의 충돌회피 조건은 만약 상기 항공기와 상기 침입기 방향각 차이가 ±90도 이내면 상기 제1 또는 상기 제2 최소 최근접 시간(tCPA,min1, tCPA,min2) < 상기 회피기동 상한 시간(tU)과 상기 수렴거리(dconv) < 상기 선회필요거리(dρ)를 하나 이상 만족하지를 판단하고, 상기 항공기와 상기 침입기 방향각 차이가 ±90도 이내가 아니면 상기 제1 또는 상기 제2 최소 최근접 시간(tCPA,min1, tCPA,min2) < 상기 회피기동 상한 시간(tU)을 만족하는지를 판단한다.The collision avoidance condition of the fourth or fifth collision avoidance condition determination steps (S621, S622) is the first or second minimum nearest time (t) if the difference between the aircraft and the intruder direction angle is within ± 90 degrees. CPA, min1, t CPA, min2 ) <The evasion start upper limit time (t U ) and the convergence distance (d conv ) <The turning required distance (d ρ ) is determined to satisfy one or more, and the aircraft and the intrusion If the difference in the forward direction angle is not within ± 90 degrees, it is determined whether the first or the second minimum nearest time (t CPA, min1, t CPA, min2 ) <the avoided start upper limit time (t U ) is satisfied.

본 발명의 여러 실시예에 따른 실험결과들을 보면, 도 9는 [실시예 1] 에 따른 실험 결과로, 본 발명의 기법을 사용하지 않았을 때(도 9a)와 사용했을 때(도 9b)에 대한 시뮬레이션을 수행하였고, 수정된 최근접시간 조건을 적용했을 때의 차이점은 도 9 결과와 같다. 도 9의 I init 는 현재 상태의 침입기이고, 상기 침입기는 I init에서 I end 방향으로 움직인다. U init는 현재 상태의 항공기이고, 상기 항공기는 U init에서 U end 방향으로 충돌회피를 수행하였다. Looking at the experimental results according to various embodiments of the present invention, FIG. 9 shows the experimental results according to [Example 1], when the technique of the present invention was not used (FIG. 9A) and used (FIG. 9B). The simulation is performed, and the difference between applying the modified closest time condition is shown in FIG. 9. I init of FIG. 9 is an intruder in the current state, and the intruder moves from I init to I end. U init is an aircraft in the current state, and the aircraft performs collision avoidance from U init to U end.

도 9의 실험에서, 상기 침입기의 안전거리(dsafe)는 170m로 설정을 하였고, 좌측(도 9a) 회피 결과를 보면 상기 침입기의 안전거리(dsafe)로 구성된 원을 상기 항공기가 약간 침범한 것을 볼 수 있다. 이에 반해 우측(도 9b)은 상기 침입기 안전거리(dsafe)로 구성된 원을 침범하지 않았다.In the experiment of FIG. 9, the safety distance (d safe ) of the intruder was set to 170 m, and when the left (FIG. 9A) avoidance result was seen, the aircraft was slightly rounded with a circle consisting of the safety distance (d safe ) of the intruder. You can see the invasion. On the other hand, the right side (FIG. 9B) did not invade the circle composed of the intruder safety distance (d safe ).

시뮬레이션 수치적으로 상기 항공기와 상기 침입기의 실제 최근접거리가 좌측(도 9a)은 157.2662m, 우측(도 9b)은 176.8695m의 결과가 나왔고, 이는 본 발명의 수정된 최근접 시간 조건을 적용한 결과의 상기 항공기와 상기 침입기의 실제 최근접거리가 일반 최근접 시간 조건을 사용한 결과의 상기 항공기와 상기 침입기의 실제 최근접거리 보다 약 1.12배 멀어진 것을 알 수 있다.The simulation results show that the actual closest distance between the aircraft and the intruder was 157.2662m on the left (FIG. 9A) and 176.8695m on the right (FIG. 9B), which applied the modified closest time condition of the present invention. It can be seen that the actual closest distance between the resultant aircraft and the intruder is about 1.12 times farther than the actual closest distance between the resultant aircraft and the intruder using the general closest time condition.

도 10의 시뮬레이션 결과는 [실시예 1]에 따른 실험 결과로써, 도 10의 I init 는 현재 상태의 침입기이고, 상기 침입기는 I init에서 I end 방향으로 움직인다. U init는 현재 상태의 항공기이고, 상기 항공기는 U init에서 U end 방향으로 충돌회피를 수행하였다.The simulation result of FIG. 10 is an experimental result according to [Example 1], and I init of FIG. 10 is an intruder in the current state, and the intruder moves in the direction of I end from I init. U init is an aircraft in the current state, and the aircraft performs collision avoidance from U init to U end.

도 10의 실험은 상기 항공기와 상기 침입기가 서로 수렴하는 형태로 접근하는 경우인데, 이 경우 충돌회피를 위한 충돌회피 솔루션 속도벡터(

Figure 112018116715879-pat00090
)의 크기가 현재 상기 항공기 속도벡터(
Figure 112018116715879-pat00091
)의 크기보다 더 크기 때문에 최소 최근접시간 조건을 사용했을 때의 결과가 더 좋음을 쉽게 확인할 수 있다.The experiment of FIG. 10 is a case where the aircraft and the intruder approach each other in a converging form, in which case a collision avoidance solution velocity vector for collision avoidance (
Figure 112018116715879-pat00090
) Is currently the aircraft velocity vector (
Figure 112018116715879-pat00091
Since it is larger than), it is easy to confirm that the result is better when the minimum closest time condition is used.

시뮬레이션 수치적으로 상기 항공기와 상기 침입기의 실제 최근접거리가 좌측(도 10a) 105.5603m, 우측(도 10b) 176.5112m의 결과가 나왔고, 이는 본 발명의 수정된 최근접 시간 조건을 적용한 결과의 상기 항공기와 상기 침입기의 실제 최근접거리가 일반 최근접 시간 조건을 사용한 결과의 상기 항공기와 상기 침입기의 실제 최근접거리 보다 약 1.67배 멀어진 것을 알 수 있다.The simulation results show that the actual closest distance between the aircraft and the intruder is 105.5603m on the left (FIG. 10A) and 176.5112m on the right (FIG. 10B), which is the result of applying the modified closest time condition of the present invention. It can be seen that the actual closest distance between the aircraft and the intruder is about 1.67 times greater than the actual closest distance between the aircraft and the intruder as a result of using the general closest time condition.

도 11은 [실시예 2]에 따른 실험 결과로써, 도 11의 I init 는 현재 상태의 침입기이고, 상기 침입기는 I init에서 I end 방향으로 움직인다. U init는 현재 상태의 항공기이고, 상기 항공기는 U init에서 U end 방향으로 충돌회피를 수행하였다.11 shows the results of the experiment according to [Example 2], wherein I init in FIG. 11 is an intruder in the current state, and the intruder moves from I init to I end. U init is an aircraft in the current state, and the aircraft performs collision avoidance from U init to U end.

수렴접근기하 조건을 사용하는 경우는 도 11의 시뮬레이션 결과와 같이 아주 좁은 각도로 수렴해오는 상기 침입기를 상기 항공기가 선회하여 회피할 수 있게 됨을 확인할 수 있다. 시뮬레이션 수치적으로 실제 상기 항공기와 상기 침입기의 실제 최근접거리가 좌측(도 11a) 75.8203m, 우측(도 11b) 170.6068m의 결과가 나왔고, 이는 본 발명의 수렴접근기하 조건을 적용한 결과의 상기 항공기와 상기 침입기의 실제 최근접거리가 일반 충돌회피 조건을 사용한 결과의 상기 항공기와 상기 침입기의 실제 최근접거리 보다 약 2.25배 멀어진 것을 알 수 있다.When the converging approach geometry condition is used, it can be seen that the aircraft can avoid the invader, which converges at a very narrow angle, as shown in the simulation result of FIG. 11. The simulation results show that the actual closest distance between the aircraft and the intruder is 75.8203m on the left (FIG. 11A) and 170.6068m on the right (FIG. 11B), which is the result of applying the converging approach condition of the present invention. It can be seen that the actual closest distance between the aircraft and the intruder is about 2.25 times farther than the actual closest distance between the aircraft and the intruder as a result of using a general collision avoidance condition.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.The present invention is not limited to the above-described embodiment, the scope of application is, of course, various modifications are possible without departing from the gist of the invention as claimed in the claims.

S100 : 상태획득단계 S200 : 최근접 값 계산단계
S300 : 충돌위험 조건 판단단계 S400 : 충돌회피 솔루션 계산단계
S500 : 보조조건 파라미터 계산단계
S510 : 제1 보조조건 파라미터 계산단계
S511 : 제2 보조조건 파라미터 계산단계
S520 : 제3 보조조건 파라미터 계산단계
S600 : 충돌회피 조건 판단단계
S610 : 제1 충돌회피 조건 판단단계
S611 : 제2 충돌회피 조건 판단단계
S620 : 제3 충돌회피 조건 판단단계
S621 : 제4 충돌회피 조건 판단단계
S622 : 제5 충돌회피 조건 판단단계 S700 : 충돌회피 수행단계
S100: State acquisition step S200: Nearest value calculation step
S300: collision risk condition determination step S400: collision avoidance solution calculation step
S500: Auxiliary condition parameter calculation step
S510: First auxiliary condition parameter calculation step
S511: Second auxiliary condition parameter calculation step
S520: Third auxiliary condition parameter calculation step
S600: collision avoidance condition determination step
S610: First collision avoidance condition determination step
S611: Second collision avoidance condition determination step
S620: third collision avoidance condition determination step
S621: Fourth collision avoidance condition determination step
S622: fifth collision avoidance condition determination step S700: collision avoidance execution step

Claims (6)

삭제delete 항공기와 침입기 각각의 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00123
,
Figure 112020501320614-pat00124
)와 각각의 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00125
,
Figure 112020501320614-pat00126
)를 획득하는 상태획득단계(S100);
상기 항공기와 상기 침입기 각각의 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00127
,
Figure 112020501320614-pat00128
)와 각각의 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00129
,
Figure 112020501320614-pat00130
)를 기초로 최근접 시간(tCPA) 및 상기 항공기와 상기 침입기 각각의 최근접점 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00131
,
Figure 112020501320614-pat00132
)를 예측하여 계산하고, 상기 침입기 최근접점 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00133
)와 상기 항공기 최근접점 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00134
) 사이의 거리인 최근접점 사이 예측거리(dCPA)를 계산하는 최근접 값 계산단계(S200);
상기 최근접 시간(tCPA)과 상기 최근접점 사이 예측거리(dCPA) 및 상기 침입기의 안전거리(dsafe)를 기초로 상기 침입기와 상기 항공기의 충돌위험 조건을 판단하는 충돌위험 조건 판단단계(S300); 및
상기 항공기가 상기 침입기와의 충돌을 회피하기 위해 상기 항공기와 상기 침입기 각각의 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00135
,
Figure 112020501320614-pat00136
)와 상기 침입기의 안전거리(dsafe)를 기초로 상기 항공기의 충돌회피 솔루션 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00137
)를 계산하고 상기 충돌회피 솔루션 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00138
)에 상응하는 최근접 솔루션 시간(tCPA,s)을 계산하는 충돌회피 솔루션 계산단계(S400);
를 포함하며,
상기 충돌회피 솔루션 계산단계(S400); 이후에,
상기 최근접 시간(tCPA)과 상기 최근접 솔루션 시간(tCPA,s)을 기초로 제1 최소 최근접 시간(tCPA,min1)을 계산하는 제1 보조조건 파라미터 계산단계(S510);
상기 항공기의 회피기동 상한 시간(tU)과 상기 제1 최소 최근접 시간(tCPA,min1)을 기초로 충돌회피 조건을 판단하는 제1 충돌회피 조건 판단단계(S610); 및
상기 항공기가 상기 침입기와의 충돌회피를 수행하는 충돌회피 수행단계(S700);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최소 최근접 시간 및 수렴접근기하 조건을 적용한 최근접점 기반 항공기 충돌회피 방법.
Position vector of aircraft and intruder (
Figure 112020501320614-pat00123
,
Figure 112020501320614-pat00124
) And their respective velocity vectors (
Figure 112020501320614-pat00125
,
Figure 112020501320614-pat00126
) Obtaining a state (S100);
Position vector of each of the aircraft and the intruder (
Figure 112020501320614-pat00127
,
Figure 112020501320614-pat00128
) And their respective velocity vectors (
Figure 112020501320614-pat00129
,
Figure 112020501320614-pat00130
Based on), the closest time (t CPA ) and the closest position vector of each of the aircraft and the intruder (
Figure 112020501320614-pat00131
,
Figure 112020501320614-pat00132
), And calculates the location vector of the nearest point of the intruder (
Figure 112020501320614-pat00133
) And the aircraft's closest position vector (
Figure 112020501320614-pat00134
), A closest value calculation step of calculating a predicted distance (d CPA ) between closest contacts, which is a distance between (S200);
A collision risk condition determination step of determining a collision risk condition between the intruder and the aircraft based on the predicted distance (d CPA ) between the closest time (t CPA ) and the closest point (d safe ) (S300); And
The velocity vector of each of the aircraft and the intruder in order for the aircraft to avoid collision with the intruder (
Figure 112020501320614-pat00135
,
Figure 112020501320614-pat00136
) And the speed vector of the collision avoidance solution of the aircraft based on the safe distance of the intruder (d safe )
Figure 112020501320614-pat00137
) And calculate the collision avoidance solution velocity vector (
Figure 112020501320614-pat00138
Collision avoidance solution calculation step of calculating the nearest solution time (t CPA, s ) corresponding to) (S400);
It includes,
The collision avoidance solution calculation step (S400); Since the,
A first auxiliary condition parameter calculation step of calculating a first minimum nearest time (t CPA, min1 ) based on the nearest time (t CPA ) and the nearest solution time (t CPA, s ) (S510);
A first collision avoidance condition determination step (S610) for determining a collision avoidance condition based on the upper limit time t U of the avoidance start of the aircraft and the first minimum closest time t CPA, min1 ; And
A collision avoidance performing step in which the aircraft performs collision avoidance with the intruder (S700);
Aircraft collision avoidance method based on the closest time based on the closest time and convergence approach geometry.
항공기와 침입기 각각의 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00139
,
Figure 112020501320614-pat00140
)와 각각의 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00141
,
Figure 112020501320614-pat00142
)를 획득하는 상태획득단계(S100);
상기 항공기와 상기 침입기 각각의 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00143
,
Figure 112020501320614-pat00144
)와 각각의 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00145
,
Figure 112020501320614-pat00146
)를 기초로 최근접 시간(tCPA) 및 상기 항공기와 상기 침입기 각각의 최근접점 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00147
,
Figure 112020501320614-pat00148
)를 예측하여 계산하고, 상기 침입기 최근접점 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00149
)와 상기 항공기 최근접점 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00150
) 사이의 거리인 최근접점 사이 예측거리(dCPA)를 계산하는 최근접 값 계산단계(S200);
상기 최근접 시간(tCPA)과 상기 최근접점 사이 예측거리(dCPA) 및 상기 침입기의 안전거리(dsafe)를 기초로 상기 침입기와 상기 항공기의 충돌위험 조건을 판단하는 충돌위험 조건 판단단계(S300); 및
상기 항공기가 상기 침입기와의 충돌을 회피하기 위해 상기 항공기와 상기 침입기 각각의 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00151
,
Figure 112020501320614-pat00152
)와 상기 침입기의 안전거리(dsafe)를 기초로 상기 항공기의 충돌회피 솔루션 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00153
)를 계산하고 상기 충돌회피 솔루션 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00154
)에 상응하는 최근접 솔루션 시간(tCPA,s)을 계산하는 충돌회피 솔루션 계산단계(S400);
를 포함하며,
상기 충돌회피 솔루션 계산단계(S400); 이후에,
상기 항공기 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00108
)와 상기충돌회피 솔루션 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00109
) 사이 속도벡터들을 샘플링한 속도벡터들을 기초로 제2 최소 최근접 시간(tCPA,min2)을 계산하는 제2 보조조건 파라미터 계산단계(S511);
상기 항공기의 회피기동 상한 시간(tU)과 상기 제2 최소 최근접 시간(tCPA,min2)을 기초로 충돌회피 조건을 판단하는 제2 충돌회피 조건 판단단계(S611); 및
상기 항공기가 상기 침입기와의 충돌회피를 수행하는 충돌회피 수행단계(S700);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최소 최근접 시간 및 수렴접근기하 조건을 적용한 최근접점 기반 항공기 충돌회피 방법.
Position vector of aircraft and intruder (
Figure 112020501320614-pat00139
,
Figure 112020501320614-pat00140
) And their respective velocity vectors (
Figure 112020501320614-pat00141
,
Figure 112020501320614-pat00142
) Obtaining a state (S100);
Position vector of each of the aircraft and the intruder (
Figure 112020501320614-pat00143
,
Figure 112020501320614-pat00144
) And their respective velocity vectors (
Figure 112020501320614-pat00145
,
Figure 112020501320614-pat00146
Based on), the closest time (t CPA ) and the closest position vector of each of the aircraft and the intruder (
Figure 112020501320614-pat00147
,
Figure 112020501320614-pat00148
), And calculates the location vector of the nearest point of the intruder (
Figure 112020501320614-pat00149
) And the aircraft's closest position vector (
Figure 112020501320614-pat00150
), A closest value calculation step of calculating a predicted distance (d CPA ) between closest contacts, which is a distance between (S200);
A collision risk condition determination step of determining a collision risk condition between the intruder and the aircraft based on the predicted distance (d CPA ) between the closest time (t CPA ) and the closest point (d safe ) (S300); And
The velocity vector of each of the aircraft and the intruder in order for the aircraft to avoid collision with the intruder (
Figure 112020501320614-pat00151
,
Figure 112020501320614-pat00152
) And the speed vector of the collision avoidance solution of the aircraft based on the safe distance of the intruder (d safe )
Figure 112020501320614-pat00153
) And calculate the collision avoidance solution velocity vector (
Figure 112020501320614-pat00154
Collision avoidance solution calculation step of calculating the nearest solution time (t CPA, s ) corresponding to) (S400);
It includes,
The collision avoidance solution calculation step (S400); Since the,
The aircraft speed vector (
Figure 112020501320614-pat00108
) And the collision avoidance solution velocity vector (
Figure 112020501320614-pat00109
A second auxiliary condition parameter calculating step (S511) of calculating the second minimum nearest time (t CPA, min2 ) based on the velocity vectors sampled between the velocity vectors;
A second collision avoidance condition determination step (S611) for determining a collision avoidance condition based on the upper limit time t U of avoidance of the aircraft and the second minimum nearest time t CPA, min2 ; And
A collision avoidance performing step in which the aircraft performs collision avoidance with the intruder (S700);
Aircraft collision avoidance method based on the closest time based on the closest time and convergence approach geometry.
항공기와 침입기 각각의 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00155
,
Figure 112020501320614-pat00156
)와 각각의 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00157
,
Figure 112020501320614-pat00158
)를 획득하는 상태획득단계(S100);
상기 항공기와 상기 침입기 각각의 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00159
,
Figure 112020501320614-pat00160
)와 각각의 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00161
,
Figure 112020501320614-pat00162
)를 기초로 최근접 시간(tCPA) 및 상기 항공기와 상기 침입기 각각의 최근접점 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00163
,
Figure 112020501320614-pat00164
)를 예측하여 계산하고, 상기 침입기 최근접점 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00165
)와 상기 항공기 최근접점 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00166
) 사이의 거리인 최근접점 사이 예측거리(dCPA)를 계산하는 최근접 값 계산단계(S200);
상기 최근접 시간(tCPA)과 상기 최근접점 사이 예측거리(dCPA) 및 상기 침입기의 안전거리(dsafe)를 기초로 상기 침입기와 상기 항공기의 충돌위험 조건을 판단하는 충돌위험 조건 판단단계(S300); 및
상기 항공기가 상기 침입기와의 충돌을 회피하기 위해 상기 항공기와 상기 침입기 각각의 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00167
,
Figure 112020501320614-pat00168
)와 상기 침입기의 안전거리(dsafe)를 기초로 상기 항공기의 충돌회피 솔루션 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00169
)를 계산하고 상기 충돌회피 솔루션 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00170
)에 상응하는 최근접 솔루션 시간(tCPA,s)을 계산하는 충돌회피 솔루션 계산단계(S400);
를 포함하며,
상기 충돌회피 솔루션 계산단계(S400); 이후에,
상기 항공기와 상기 침입기가 이루는 방향각(χ), 상기 항공기와 상기 침입기 사이의 수렴거리(dconv), 상기 항공기가 선회에 필요한 반경(ρ)에 상응하는 선회필요거리(dρ)를 계산하는 제3 보조조건 파라미터 계산단계(S520);
상기 방향각(χ), 상기 수렴거리(dconv), 상기 선회필요거리(dρ) 및 상기 최근접 시간(tCPA)을 기초로 충돌회피 조건을 판단하는 제3 충돌회피 조건 판단단계(S620); 및
상기 항공기가 상기 침입기와의 충돌회피를 수행하는 충돌회피 수행단계(S700);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최소 최근접 시간 및 수렴접근기하 조건을 적용한 최근접점 기반 항공기 충돌회피 방법.
Position vector of aircraft and intruder (
Figure 112020501320614-pat00155
,
Figure 112020501320614-pat00156
) And their respective velocity vectors (
Figure 112020501320614-pat00157
,
Figure 112020501320614-pat00158
) Obtaining a state (S100);
Position vector of each of the aircraft and the intruder (
Figure 112020501320614-pat00159
,
Figure 112020501320614-pat00160
) And their respective velocity vectors (
Figure 112020501320614-pat00161
,
Figure 112020501320614-pat00162
Based on), the closest time (t CPA ) and the closest position vector of each of the aircraft and the intruder (
Figure 112020501320614-pat00163
,
Figure 112020501320614-pat00164
), And calculates the location vector of the nearest point of the intruder (
Figure 112020501320614-pat00165
) And the aircraft's closest position vector (
Figure 112020501320614-pat00166
), A closest value calculation step of calculating a predicted distance (d CPA ) between closest contacts, which is a distance between (S200);
A collision risk condition determination step of determining a collision risk condition between the intruder and the aircraft based on the predicted distance (d CPA ) between the closest time (t CPA ) and the closest point (d safe ) (S300); And
The velocity vector of each of the aircraft and the intruder in order for the aircraft to avoid collision with the intruder (
Figure 112020501320614-pat00167
,
Figure 112020501320614-pat00168
) And the speed vector of the collision avoidance solution of the aircraft based on the safe distance of the intruder (d safe )
Figure 112020501320614-pat00169
) And calculate the collision avoidance solution velocity vector (
Figure 112020501320614-pat00170
Collision avoidance solution calculation step of calculating the nearest solution time (t CPA, s ) corresponding to) (S400);
It includes,
The collision avoidance solution calculation step (S400); Since the,
Calculate the direction angle (χ) formed by the aircraft and the intruder, the convergence distance (d conv ) between the aircraft and the intruder, and the required turning distance (d ρ ) corresponding to the radius (ρ) required for the aircraft to turn A third auxiliary condition parameter calculation step (S520);
A third collision avoidance condition determination step (S620) for determining a collision avoidance condition based on the direction angle (χ), the convergence distance (d conv ), the required turning distance (d ρ ), and the nearest time (t CPA ) ); And
A collision avoidance performing step in which the aircraft performs collision avoidance with the intruder (S700);
Aircraft collision avoidance method based on the closest time based on the closest time and convergence approach geometry.
항공기와 침입기 각각의 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00171
,
Figure 112020501320614-pat00172
)와 각각의 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00173
,
Figure 112020501320614-pat00174
)를 획득하는 상태획득단계(S100);
상기 항공기와 상기 침입기 각각의 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00175
,
Figure 112020501320614-pat00176
)와 각각의 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00177
,
Figure 112020501320614-pat00178
)를 기초로 최근접 시간(tCPA) 및 상기 항공기와 상기 침입기 각각의 최근접점 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00179
,
Figure 112020501320614-pat00180
)를 예측하여 계산하고, 상기 침입기 최근접점 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00181
)와 상기 항공기 최근접점 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00182
) 사이의 거리인 최근접점 사이 예측거리(dCPA)를 계산하는 최근접 값 계산단계(S200);
상기 최근접 시간(tCPA)과 상기 최근접점 사이 예측거리(dCPA) 및 상기 침입기의 안전거리(dsafe)를 기초로 상기 침입기와 상기 항공기의 충돌위험 조건을 판단하는 충돌위험 조건 판단단계(S300); 및
상기 항공기가 상기 침입기와의 충돌을 회피하기 위해 상기 항공기와 상기 침입기 각각의 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00183
,
Figure 112020501320614-pat00184
)와 상기 침입기의 안전거리(dsafe)를 기초로 상기 항공기의 충돌회피 솔루션 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00185
)를 계산하고 상기 충돌회피 솔루션 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00186
)에 상응하는 최근접 솔루션 시간(tCPA,s)을 계산하는 충돌회피 솔루션 계산단계(S400);
를 포함하며,
상기 충돌회피 솔루션 계산단계(S400); 이후에,
상기 최근접 시간(tCPA)과 상기 최근접 솔루션 시간(tCPA,s)을 기초로 제1 최소 최근접 시간(tCPA,min1)을 계산하는 제1 보조조건 파라미터 계산단계(S510);
상기 항공기와 상기 침입기가 이루는 방향각(χ), 상기 항공기와 상기 침입기 사이의 수렴거리(dconv), 상기 항공기가 선회에 필요한 반경(ρ)에 상응하는 선회필요거리(dρ)를 계산하는 제3 보조조건 파라미터 계산단계(S520);
상기 방향각(χ), 상기 수렴거리(dconv), 상기 선회필요거리(dρ) 및 상기 제1 최소 최근접 시간(tCPA,min1)을 기초로 충돌회피 조건을 판단하는 제4 충돌회피 조건 판단단계(S621); 및
상기 항공기가 상기 침입기와의 충돌회피를 수행하는 충돌회피 수행단계(S700);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최소 최근접 시간 및 수렴접근기하 조건을 적용한 최근접점 기반 항공기 충돌회피 방법.
Position vector of aircraft and intruder (
Figure 112020501320614-pat00171
,
Figure 112020501320614-pat00172
) And their respective velocity vectors (
Figure 112020501320614-pat00173
,
Figure 112020501320614-pat00174
) Obtaining a state (S100);
Position vector of each of the aircraft and the intruder (
Figure 112020501320614-pat00175
,
Figure 112020501320614-pat00176
) And their respective velocity vectors (
Figure 112020501320614-pat00177
,
Figure 112020501320614-pat00178
Based on), the closest time (t CPA ) and the closest position vector of each of the aircraft and the intruder (
Figure 112020501320614-pat00179
,
Figure 112020501320614-pat00180
), And calculates the location vector of the nearest point of the intruder (
Figure 112020501320614-pat00181
) And the aircraft's closest position vector (
Figure 112020501320614-pat00182
), A closest value calculation step of calculating a predicted distance (d CPA ) between closest contacts, which is a distance between (S200);
A collision risk condition determination step of determining a collision risk condition between the intruder and the aircraft based on the closest time (t CPA ) and the predicted distance (d CPA ) between the closest point and the safe distance (d safe ) of the intruder (S300); And
The velocity vector of each of the aircraft and the intruder in order for the aircraft to avoid collision with the intruder (
Figure 112020501320614-pat00183
,
Figure 112020501320614-pat00184
) And the speed vector of the collision avoidance solution of the aircraft based on the safe distance of the intruder (d safe )
Figure 112020501320614-pat00185
) And calculate the collision avoidance solution velocity vector (
Figure 112020501320614-pat00186
Collision avoidance solution calculation step of calculating the nearest solution time (t CPA, s ) corresponding to) (S400);
It includes,
The collision avoidance solution calculation step (S400); Since the,
A first auxiliary condition parameter calculation step of calculating a first minimum nearest time (t CPA, min1 ) based on the nearest time (t CPA ) and the nearest solution time (t CPA, s ) (S510);
Calculate the direction angle (χ) formed by the aircraft and the intruder, the convergence distance (d conv ) between the aircraft and the intruder, and the required turning distance (d ρ ) corresponding to the radius (ρ) required for the aircraft to turn. A third auxiliary condition parameter calculation step (S520);
A fourth collision avoidance determining a collision avoidance condition based on the direction angle (χ), the convergence distance (d conv ), the required turn distance (d ρ ), and the first minimum nearest time (t CPA, min1 ) Condition determination step (S621); And
A collision avoidance performing step in which the aircraft performs collision avoidance with the intruder (S700);
Aircraft collision avoidance method based on the closest time based on the closest time and convergence approach geometry.
항공기와 침입기 각각의 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00187
,
Figure 112020501320614-pat00188
)와 각각의 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00189
,
Figure 112020501320614-pat00190
)를 획득하는 상태획득단계(S100);
상기 항공기와 상기 침입기 각각의 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00191
,
Figure 112020501320614-pat00192
)와 각각의 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00193
,
Figure 112020501320614-pat00194
)를 기초로 최근접 시간(tCPA) 및 상기 항공기와 상기 침입기 각각의 최근접점 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00195
,
Figure 112020501320614-pat00196
)를 예측하여 계산하고, 상기 침입기 최근접점 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00197
)와 상기 항공기 최근접점 위치벡터(
Figure 112020501320614-pat00198
) 사이의 거리인 최근접점 사이 예측거리(dCPA)를 계산하는 최근접 값 계산단계(S200);
상기 최근접 시간(tCPA)과 상기 최근접점 사이 예측거리(dCPA) 및 상기 침입기의 안전거리(dsafe)를 기초로 상기 침입기와 상기 항공기의 충돌위험 조건을 판단하는 충돌위험 조건 판단단계(S300); 및
상기 항공기가 상기 침입기와의 충돌을 회피하기 위해 상기 항공기와 상기 침입기 각각의 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00199
,
Figure 112020501320614-pat00200
)와 상기 침입기의 안전거리(dsafe)를 기초로 상기 항공기의 충돌회피 솔루션 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00201
)를 계산하고 상기 충돌회피 솔루션 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00202
)에 상응하는 최근접 솔루션 시간(tCPA,s)을 계산하는 충돌회피 솔루션 계산단계(S400);
를 포함하며,
상기 충돌회피 솔루션 계산단계(S400); 이후에,
상기 항공기 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00110
)와 상기충돌회피 솔루션 속도벡터(
Figure 112020501320614-pat00111
) 사이 속도벡터들을 샘플링한 속도벡터들을 기초로 제2 최소 최근접 시간(tCPA,min2)을 계산하는 제2 보조조건 파라미터 계산단계(S511);
상기 항공기와 상기 침입기가 이루는 방향각(χ), 상기 항공기와 상기 침입기 사이의 수렴거리(dconv), 상기 항공기가 선회에 필요한 반경(ρ)에 상응하는 선회필요거리(dρ)를 계산하는 제3 보조조건 파라미터 계산단계(S520);
상기 방향각(χ), 상기 수렴거리(dconv), 상기 선회필요거리(dρ) 및 상기 제2 최소 최근접 시간(tCPA,min2)을 기초로 충돌회피 조건을 판단하는 제5 충돌회피 조건 판단단계(S622); 및
상기 항공기가 상기 침입기와의 충돌회피를 수행하는 충돌회피 수행단계(S700);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최소 최근접 시간 및 수렴접근기하 조건을 적용한 최근접점 기반 항공기 충돌회피 방법.
Position vector of aircraft and intruder (
Figure 112020501320614-pat00187
,
Figure 112020501320614-pat00188
) And their respective velocity vectors (
Figure 112020501320614-pat00189
,
Figure 112020501320614-pat00190
) Obtaining a state (S100);
Position vector of each of the aircraft and the intruder (
Figure 112020501320614-pat00191
,
Figure 112020501320614-pat00192
) And their respective velocity vectors (
Figure 112020501320614-pat00193
,
Figure 112020501320614-pat00194
Based on), the closest time (t CPA ) and the closest position vector of each of the aircraft and the intruder (
Figure 112020501320614-pat00195
,
Figure 112020501320614-pat00196
), And calculates the location vector of the nearest point of the intruder (
Figure 112020501320614-pat00197
) And the aircraft's closest position vector (
Figure 112020501320614-pat00198
), A closest value calculation step of calculating a predicted distance (d CPA ) between closest contacts, which is a distance between (S200);
A collision risk condition determination step of determining a collision risk condition between the intruder and the aircraft based on the predicted distance (d CPA ) between the closest time (t CPA ) and the closest point (d safe ) (S300); And
The velocity vector of each of the aircraft and the intruder in order for the aircraft to avoid collision with the intruder (
Figure 112020501320614-pat00199
,
Figure 112020501320614-pat00200
) And the speed vector of the collision avoidance solution of the aircraft based on the safe distance of the intruder (d safe )
Figure 112020501320614-pat00201
) And calculate the collision avoidance solution velocity vector (
Figure 112020501320614-pat00202
Collision avoidance solution calculation step of calculating the nearest solution time (t CPA, s ) corresponding to) (S400);
It includes,
The collision avoidance solution calculation step (S400); Since the,
The aircraft speed vector (
Figure 112020501320614-pat00110
) And the collision avoidance solution velocity vector (
Figure 112020501320614-pat00111
A second auxiliary condition parameter calculating step (S511) of calculating the second minimum nearest time (t CPA, min2 ) based on the velocity vectors sampled between the velocity vectors;
Calculate the direction angle (χ) formed by the aircraft and the intruder, the convergence distance (d conv ) between the aircraft and the intruder, and the required turning distance (d ρ ) corresponding to the radius (ρ) required for the aircraft to turn A third auxiliary condition parameter calculation step (S520);
Fifth collision avoidance for determining a collision avoidance condition based on the direction angle (χ), the convergence distance (d conv ), the required turning distance (d ρ ), and the second minimum nearest time (t CPA, min2 ) Condition determination step (S622); And
A collision avoidance performing step in which the aircraft performs collision avoidance with the intruder (S700);
Aircraft collision avoidance method based on the closest time based on the closest time and convergence approach geometry.
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Title
Hyunjin Choi, Youdan Kim, Inseok Hwang, "Reactive Collision Avoidance of Unmanned Aerial Vehicles Using a Single Vision Sensor", JOURNAL OF GUIDANCE,CONTROL, AND DYNAMICS Vol. 36, No. 4, July-August 2013

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