지상 타겟 추적을 위한 CRLB 기반의 UAV 네트워크 최적화

Abstract

UAV(Unmanned Aerial Vehicle)는 높은 기동성, 적으로부터의 탐지 회피, 무인체계로써의 높은 활용성, 저렴한 생산가격 등의 이유로 새로운 군사전력 요소로 각광받고있다. 불확실성이 높은 전장환경에서의 UAV의 활용도를 높이기 위하여 다양한 센서를 이용한 UAV 제어 연구가 진행되고 있으며, 지상 단말 추적 기술에는 카메라를 이용한 비전 기반의 추적 방법이 대표적으로 연구되고 있다. 그러나 비전 정보 기반 지상 단말 추적은 안개, 비 등 기상적인 요인과 연기, 위장, 연막차장과 같은 전장의 특수한 환경적인 요인에 의해 정확도가 크게 영향을 받는다는 단점이 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 UAV를 활용하는 무선 네트워크에서 UAV의 무선 신호를 이용한 거리 기반의 타겟 측위 및 크래머-라오 하한(Cramer-Rao Lower Bound, CRLB)기반 추적 시스템을 제안한다. 무선 신호를 환경적 변수를 고려하여 LoS(Line of Sight), NLoS(Non Line of Sight) 각 상황에 맞추어 모델링하고 UAV와 타겟까지의 거리를 측정한다. 거리정보를 바탕으로 UAV 네트워크는 지상 타겟의 정확한 측위 및 추적이 가능하도록 타겟 추정 정확도를 향상시키는 UAV들의 최적화된 위치 조합을 구한다. 이 때 크래머-라오 하한을 기반으로 추정오차를 최소화하는 위치에 군집 UAV 네트워크를 포지셔닝함으로써 타겟과 UAV의 LoS 확률을 향상시키고 타겟 추정 오차를 감소시킨다. 이 과정에서 타겟이 이동하는 방향으로 UAV 네트워크의 포지셔닝이 지속적으로 반복되며 타겟을 추적한다. 나아가 높은 대역폭의 통신과 거리측정이 동시에 가능한 UWB(Ultra-wide Band)와 GPS(Global Positioning System)를 이용하여 타겟이 UAV로부터 통신을 지원받고 UAV는 실시간 타겟을 추적하는 실제 테스트베드를 구축한다. 이를 통해 실제 환경에서 제안한 시스템의 성능을 평가하고 실제 구현 가능성 여부를 확인한다. 실험을 통해 제안한 시스템의 크래머-라오 하한과 측위 오차가 감소하는 것을 확인한다.