탐지 및 회피(DAA) 시스템 작동 방식(완벽 가이드)

끊임없이 진화하는 드론 운용 분야에서 가장 중요한 과제 중 하나는 가시선 밖 비행(BVLOS)을 안전하게 수행하는 것입니다. BVLOS 운용은 다양한 산업 분야에 무궁무진한 가능성을 열어주지만, 동시에 여러 가지 중요한 고려 사항을 제기합니다. 그중에서도 비행 안전과 위험 완화는 가장 중요한 요소이며, 사람, 재산, 그리고 무인 항공기 자체의 안전이 최우선 과제입니다.

현재 대부분의 BVLOS 작전 잠재적인 장애물과 위험 요소를 부지런히 감시하는 경계심 강한 시각 관찰자(VO)가 반드시 필요합니다. 만약 장애물이나 위험 요소를 발견하면 즉시 원격 조종사에게 알려 드론의 현재 임무를 중단하도록 해야 합니다. 따라서 어떠한 형태의 통신 오류라도 얼마나 위험할 수 있는지는 두말할 필요가 없습니다.

그 중 한 번에 NestGen'23 세션저희는 항공기 간 충돌 없는 항공 환경 조성에 전념하는 기업인 아이리스 오토메이션(Iris Automation)의 글로벌 영업 및 고객 성공 담당 이사인 다니엘 오셰아(Daniel O'Shea)와 인터뷰를 진행했습니다. 아이리스 오토메이션은 최첨단 AI 기반 비전 기술을 활용하여 항공기 충돌 위험을 줄이고 있으며, 이는 다양한 산업 분야에서 안전하고 확장 가능하며 효율적인 운영에 매우 중요합니다.

목차:

BVLOS 비행에서 시각 관측자의 역할

다양한 유형의 탐지 및 회피(DAA) 기술의 구체적인 내용을 살펴보기 전에 먼저 시각 관찰자의 역할과 그들이 필요한 이유를 이해해야 합니다.

예를 들어, 연방항공국(FAA) 미국에서는 무인 항공 시스템을 비행하기 전에 충족해야 하는 운영 요건을 명시하고 있습니다. 파트 107.33 면제 조항이 없는 모든 드론 운영에는 시각 관찰자가 다음 역할을 수행해야 합니다.

원천: https://www.govinfo.gov/content/pkg/CFR-2022-title14-vol2/pdf/CFR-2022-title14-vol2-sec107-31.pdf

댄은 이러한 인간 중심적 접근 방식이 자원 집약적일 뿐만 아니라 지속적인 모니터링 측면에서 한계가 있을 수 있음을 설명합니다. 그는 다음 이미지를 통해 이를 보여줍니다.

Detecting an object in the sky with the help of detect and avoid technology

드론 작동 영역 주변에는 엔진 소음이 없는 소형 패러글라이더와 같이 협조적이지 않은 물체가 있을 수 있습니다. 사람이 이러한 물체를 정확하게 식별하고 원격 조종 장치에 알리는 것은 어려울 수 있습니다. 기장(PIC).

댄은 또한 엠브리-리들 항공대학교의 '시각 관찰자를 통한 항공기 및 소형 무인 항공 시스템(sUAS)의 충돌 가능성 감지 및 평가'라는 제목의 연구를 인용하며 다음과 같이 언급합니다.

"총 26건의 요격 시도에서 참가자들은 항공기-소형 무인 항공기 요격에 사용할 수 있는 시간을 과대평가했습니다..." 이는 다소 우려스러운 결과였는데, 시각적 관찰자가 반응 시간을 과대평가하는 경향이 회피 기동을 지연시킬 수 있기 때문입니다. 충돌 방지.

[2009년 연구]는 시각 관찰자가 거리와 고도를 정확하게 추정하는 데 상대적으로 서툴다는 결론을 내렸습니다. 본 연구는 [해당 연구]의 결론을 더욱 뒷받침합니다. 소형 무인 항공기(UAS) 운용자는 거리 판단을 위해 시각 관찰자에게만 의존해서는 안 됩니다. 시각 관찰자의 거리 추정 능력이 매우 떨어진다는 데이터가 있기 때문입니다."

원천: https://commons.erau.edu/ijaaa/vol4/iss4/4/

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더욱이 드론 운용이 확대됨에 따라, 하늘을 지속적으로 감시하는 데 필요한 자원과 인력의 규모를 상상해 보십시오. 따라서 인간의 시각에 의존하지 않고 안전하고 효율적인 가시선 밖 비행(BVLOS) 작전을 수행하기 위해서는 새로운 기술과 혁신을 활용하는 것이 매우 중요합니다.

그렇다면 이 문제를 어떻게 해결해야 할까요?

댄에 따르면 해결책은 AI 기반 감지 및 회피 기술에 있다.

Difference between human vs AI based DAA technology

그렇다면 탐지 및 회피(DAA) 시스템이란 무엇일까요?

탐지 및 회피(DAA) 시스템은 조종사가 다른 항공기 및 장애물을 자율적으로 감지하고 회피할 수 있도록 합니다. 이러한 시스템은 레이더, 음향 및 시각 센서와 같은 센서를 사용하여 공역 내 장애물을 탐지하고 회피합니다.

DAA 기술을 통해 드론은 가시선 범위를 넘어 안전하게 운용할 수 있어 기능과 활용 범위가 확장됩니다.

협력 항공기 및 비협력 항공기

시중에 나와 있는 여러 DAA 시스템은 협력 항공기만 지원합니다. 협력 시스템에는 실시간 위치 및 궤적 정보를 확인할 수 있고 표시할 수 있는 항공기가 포함됩니다. 협력 시스템을 작전 개념(Conop)에 통합하면 여러 이점이 있으며 전반적인 안전성을 강화할 수 있습니다.

가지고 A-DSB 협력 통신 정보를 표시하는 수신기는 안전을 저해하지 않는 긍정적인 조치입니다. 그러나 고고도 및 장거리에서 작전을 수행할 때는 협력 탐지에만 의존하는 것은 포괄적인 탐지 범위를 제공하지 못할 수 있습니다.

그러한 시스템이 없는 비협조적인 항공편은 어려움을 야기합니다.

댄은 "각기 다른 공역에서 비협조적인 항공편의 정확한 비율은 국가 및 지역마다 다르기 때문에 파악하기 어렵습니다. 일부 추정치는 다음과 같습니다."라고 지적합니다. 약 15% 미국 영공 내 비협조적인 비행의 경우, 이 수치는 위치에 따라 크게 변동될 수 있으며, 특정 시골 지역에서는 비협조적인 항공기가 더 많이 발생할 수 있습니다. 이는 비협조적인 항공기 탐지에 특화된 효과적인 감지 및 회피 기술의 필요성을 강조합니다.

DAA 시스템의 종류

The three types of detect and avoid systems

레이더: 탐지 및 회피 기술 중 가장 잘 알려진 유형 중 하나는 레이더입니다. 레이더 시스템은 주변 환경의 물체에 반사되어 레이더 수신기로 돌아오는 전파를 방출합니다. 레이더 탐지 및 회피 시스템은 모든 기상 조건에서 작동할 수 있습니다. 그러나 고가의 장비, 미세 입자 및 저고도 잡음에 대한 취약성, 높은 전력 요구량, 추가적인 규제 승인 등의 어려움이 있습니다.

장점

단점

기내 또는 지상 기반
야간에도, 모든 날씨에 사용 가능
탐지 범위는 3~3.5km입니다.
패널당 방위각 120도, 고도각 45도
규제 당국에 잘 알려져 있음
비싼
공기 중 미세먼지와 저고도 잡음으로 어려움을 겪고 있습니다.
지구의 곡률과 지형 장애물로 인해 저고도 항공기는 장거리에서 시야를 가립니다.
높은 SWaP
대중 수용 문제
미국 연방항공청(FAA)과 같은 규제 기관의 추가 승인이 필요합니다.

음향학이 시스템은 마이크를 사용하여 다른 항공기의 소리를 감지합니다. 이러한 유형의 시스템은 다음과 같은 기능을 수행할 수 있습니다. 최대 10km 떨어진 곳에서 항공기를 탐지합니다.음향 시스템은 장거리 탐지에 효과적인 옵션입니다. 또한 모든 기상 조건에서 사용 가능하며 전력 소모도 적습니다. 그러나 위치 정확도가 떨어지고 접근하는 항공기와 이륙하는 항공기를 구분하지 못할 수도 있습니다.

장점

단점

기내 또는 지상 기반
수동형 시스템으로 FCC 승인이 필요하지 않습니다.
2~10km의 가변적인 탐지 범위
360도 FOR
모든 날씨에 사용 가능
저전력 및 경량화
대중의 수용도가 더 높아졌습니다.
더 저렴한 가격
위치 정확도
소음이 심한 환경은 성능에 영향을 미칩니다.
인구 밀도와 항공 교통량이 적은 환경에 가장 적합합니다.
풍선, 글라이더, 스카이다이버는 감지할 수 없습니다.

광학적: 이러한 시스템은 카메라와 기타 센서를 사용하여 다른 항공기를 육안으로 탐지합니다. 이러한 시스템은 수동형으로, 다른 장비에 간섭을 일으킬 수 있는 신호를 방출하지 않습니다. 광학 시스템은 높은 정밀도를 제공하며 다양한 종류의 항공기를 쉽게 구분할 수 있습니다. 그러나 기상 조건의 영향을 많이 받고 효과적인 작동을 위해서는 일정 수준의 광량이 필요합니다. 또한 광학 시스템은 레이더에 비해 탐지 거리가 제한적입니다.

장점

단점

기내 또는 지상 기반
수동형 시스템으로 FCC 승인이 필요하지 않습니다.
다수의 목표물을 동시에 추적할 수 있는 높은 탐지율
저고도 탐지에 능숙함
레이더보다 전력 소모가 적고 무게도 가볍습니다.
수평 시야각 80도, 수직 시야각 40도
탑재 거리 2.1km, 지상 거리 2.8km
대중의 수용도가 더 높아졌습니다.
정확한 분류
(현재로서는) 낮 시간 동안에만!
악천후로 어려움을 겪었습니다.
탑승 시 SWaP 관련 문제가 여전히 남아 있습니다.

Casia G를 소개합니다: Iris Automation의 지상 기반 감지 및 경보 시스템

광학적 시각을 기반으로, 카시아 G 이 시스템은 아이리스 오토메이션(Iris Automation)에서 개발한 지상 기반 감시 시스템으로, 공역을 지속적으로 감시하고 침입 항공기로부터 무인 항공기(UAS) 운용의 안전을 보장합니다. 센서는 아이리스의 특허받은 인공지능(AI) 및 컴퓨터 비전 기술을 활용하여 다음과 같은 정보를 제공합니다. 완전 광학식, 360° 시야각 관할 구역 내 협력 또는 비협력 항공기를 탐지하고 경고하기 위한 것입니다. 센서 위치를 중심으로 반경 2km그들의 시스템은 다음과 같습니다:

무인항공기(UAS) 운용 환경을 위한 공역을 정화합니다.
여러 노드를 사용하여 무제한 범위로 확장할 수 있는 기능을 갖추고 있습니다.
인간 시각 관찰자(VO)처럼 지루해하거나 피곤해하거나 주의가 산만해지지 않습니다.
무인항공기(UAS) 전력 및 탑재량 예비량

이 시스템은 자율 BVLOS 드론 박스 운용에 어떤 이점을 제공합니까?‍

카시아 G와 같은 지상 기반 드론 탐지 및 회피(DAA) 시스템은 단순성과 항공기의 크기, 무게, 전력(SWAP)을 유지할 수 있는 능력 덕분에 상당한 관심을 받고 있습니다. 이러한 시스템은 비행 제어 시스템과의 복잡한 통합이 필요하지 않으며 필요한 공역 시각화를 제공합니다. 또한 카시아 G는 추가 장치를 연결하여 탐지 노드 네트워크와 메시를 구성함으로써 모니터링 범위를 확장할 수 있습니다.

이러한 시스템들은 쉽게 나란히 배치될 수 있습니다. 드론 박스 (DIAB) 솔루션은 가장 외딴 지역에서도 작동 가능하며, 충돌을 방지하면서 통제된 공역 내에서 자율적인 반복 작업을 수행할 수 있도록 합니다.

FlytBase 와의 통합을 통해 안전한 원격 드론 운용이 가능합니다.

FlytBase 가시선 밖 비행(BVLOS) 작전을 완전 자동화하는 데 도움이 되는 기업용 소프트웨어 플랫폼입니다. 드론 박스 시스템 원격 지휘 센터에서.

FlytBase 대시보드는 Casia G 시스템과 통합되어 침입 항공기에 대한 실시간 데이터(기종, 실시간 원격 측정 데이터, 지도상 위치 등)를 제공합니다. 원격 드론 조종사는 Casia G 센서의 상태와 감지 반경을 모니터링하고, 허가받지 않은 항공기가 운영 영역 내에서 감지될 경우 즉시 알림을 받을 수 있습니다.

FlytBase 안전한 BVLOS(가시권 밖 비행)를 보장하기 위해 RC 링크 손실, 배터리 부족 또는 인터넷 연결 문제와 같은 비상 상황에 대비한 페일세이프 설정을 포함한 다양한 안전 기능을 제공합니다. 이러한 상황이 발생하면 드론은 자동으로 도킹 스테이션으로 복귀합니다. 또한 운영자는 다음과 같은 설정을 생성할 수 있습니다. 비행금지구역 드론이 제한 공역에 진입하는 것을 방지하기 위해 (비무장지대)를 설정하여 전반적인 비행 안전 및 규정 준수를 강화합니다.

더 읽어보기: https://dronedj.com/2022/11/14/flytbase-bvlos-drone-iris-automation/

탐지 및 회피 시스템을 이용한 BVLOS 승인

FAA는 지면이나 구조물로부터 50피트 이내로 비행하는 것이 다른 항공기에 더 안전할 가능성이 높다는 점을 인정하여, 면제 조건에 "차폐"를 포함시키는 현명한 접근 방식을 도입했습니다. 진정한 BVLOS(가시광선 밖 비행)를 달성하려면, FAA는 일종의 탐지 및 회피 시스템을 요구합니다.협력적이든 비협력적이든 관계없이 운영에 통합됩니다.

일부 회사는 지상 1,000피트까지 비행할 수 있도록 허가를 받았지만, 50피트라는 고도 제한은 특정 작업에 제약이 되고 잠재적으로 위험할 수 있습니다. DAA 시스템을 도입하는 핵심 목표는 이러한 50피트 제한을 넘어서는 것이며, 이미 일부 고객은 당사의 기술과 같은 솔루션을 통해 이를 달성했습니다.

이 개념은 FAA뿐만 아니라 캐나다 교통부(Transport Canada) 및 유럽항공안전청(EASA)과 같은 다른 규제 기관에도 적용됩니다. 현재 FAA 규정 107.31에 따라 탐지 및 회피 시스템과 전략 사용에 대한 새로운 기준을 설정하는 여러 면제 조치가 시행되고 있습니다.

탐지 및 회피 기능 상실 시 사용될 완화 조치에 대한 설명도 필요합니다. 여기에는 예비 시스템 구축이나 탐지 및 회피 기능 상실 시 무인 항공기가 장애물 및 다른 항공기를 회피하는 방법에 대한 명확한 계획 수립 등이 포함될 수 있습니다. 제안된 완화 조치가 규제 기관의 승인을 받을 수 있고 충분한 안전 수준을 제공하는지 확인하기 위해 규제 기관과 협력하는 것이 중요합니다.

최근 드론 기업 솔루션 분야의 선두 기업인 에어로다인(Aerodyne)은 Casia G 탐지 및 회피 시스템과 FlytBase 플랫폼의 도움으로 FAA Part 107.31에 따른 면제를 성공적으로 획득했습니다. 시각 관찰자 없이 오하이오주 리마에 있는 P&G 제조 공장에서 드론 운영을 수행하기 위해서입니다.

전정

인간의 시각적 관찰이 여전히 중요하지만, 기술 솔루션은 확장성과 상당한 이점을 제공합니다. 이러한 솔루션은 다른 안전 프로토콜을 보완하는 전술적 위험 완화 조치로 간주되어야 합니다. 카메라, 센서 및 첨단 안전 기술은 더 높은 정확도, 지속적인 모니터링 및 실시간 대응을 제공하여 드론 운영의 안전성을 향상시키고 미래에 더욱 발전된 응용 분야를 가능하게 합니다.

드론 방어(DAA) 기술의 지속적인 혁신과 발전은 복잡한 상황을 효과적으로 처리하고 위험을 완화하며 드론을 안전하게 제3차원 세계에 통합하는 데 필수적입니다.

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