Urban Air Mobility (UAM) is a promising next-generation mobility solution, leveraging airspace and state-of-the-art technologies for efficient and prompt transportation in urban areas. In UAM operations, constrained urban airspace and a high safety requirement level have presented new challenges in determining the separation distance between aircraft; increasing airspace efficiency while maintaining safety is crucial. In general aviation and Unmanned Aerial Systems (UAS), separation boundaries are set to large values to readily meet a target level of safety (TLS). These large boundaries, however, can severely lower the traffic capacity of UAM airspace if applied directly. To address this issue, in this thesis, we propose a methodology for determining the safety-assured minimum separation distance for UAM operations allowing for the use of smaller separation distances to enhance airspace efficiency. Our methodology identifies system safety requirements, conducts safety risk assessments (SRA), and analyzes system integrity for a comprehensive systemic approach, which reduces the reliance on extensive flight data without compromising conservatism. We applied the proposed methodology to a Global Navigation Satellite System (GNSS)/Inertial Navigation System (INS) integrated navigation system as a case study for analysis. Through a case study, we assessed the minimum separation distance of the navigation system and analyzed its ability to meet safety requirements with a separation distances of 200, 150, and 100 meters. We also performed a sensitivity analysis on key variables, proposing an optimal navigation system for reducing the minimum separation distance. Additionally, we summarized considerations for designing the corridor requirement.
도심 항공 모빌리티(Urban Air Mobility, UAM)는 도심 내 빈 공역을 활용하고 최신 기술을 집약하여 안전하고 효율적인 차세대 이동 수단으로 각광받고 있다. 하지만, UAM은 운영 성숙도가 오를수록 제한된 공역 내에서 운영 빈도와 밀도가 늘어나게 되며, 이는 기체 간 충돌 확률이 증가시켜 시스템의 안전성을 위협한다. 이에 안전하고 효율적인 UAM 운영을 위한 기체 간 분리거리 결정 문제가 대두되고 있다. 기존 상용 항공기와 무인 항공기에서는 큰 공역 내에서 큰 분리거리를 활용하여 목표 안전 수준을 만족하고 있으나, UAM 운영에서 이러한 큰 분리거리를 바로 적용할 경우 공역 효율을 저해할 수 있다. 본 연구에서는 공역 효율을 높이기 위해 작은 분리거리를 두고 운영하는 UAM의 안전성을 평가하는 방법론을 정립하였으며, 새로운 안전성 평가 지표로 최소 분리거리를 제안하였다. 최소 분리거리는 안전성 요구조건에 해당하는 분리거리로, 기체가 안전을 위해 최소한 유지해야 하는 분리거리이다. 특히 실제 운영 데이터의 의존성을 낮추면서 보수적으로 최소 분리거리 결정 절차를 정립하였으며, 이를 위해 목표 안전 수준 분배 아키텍처, 안전성 위협 평가와 시스템 무결성 위협 분석을 활용하였다. 또한 제안된 방법론을 위성 항법 시스템과 관성 항법 시스템이 결합된 항법 시스템에 적용하는 사례 연구를 수행하였다. 사례 연구를 통해 해당 항법시스템의 최소 분리거리를 산출해보고 안전성 요구조건을 만족하면서 200, 150, 100 m 분리거리를 사용할 수 있는지 분석하였다. 또한 주요 변수인 항법시스템 성능과 회랑 요구조건에 대한 최소 분리거리 민감도 분석을 수행하였다. 민감도 분석 결과 최소 분리거리를 줄일 수 있는 최적의 항법시스템을 제안하였고, 회랑 요구조건 설계 시 고려되어야 할 사안을 정리하였다.
