Urban Air Mobility (UAM) is being developed as a new means of air transportation for the purpose of solving the problem of ground traffic congestion and improving mobility between cities. Due to the characteristics of low-altitude flight in densely populated cities and human boarding, safety as high as conventional civil aircraft must be ensured for the actual operation of UAM. Accordingly, we propose the use of multi-constellation Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RAIM) to ensure navigational safety of UAM. Multi-constellation RAIM can monitor navigation integrity within a receiver without the aid of a ground augmentation system or other navigation equipment, and through the application of multi-satellite constellations, it can achieve improved performance compared to the existing RAIM using only Global Positioning System (GPS). The use of multi-constellation increases the number of visible satellites, which provides an advantage in terms of navigation accuracy, but considering the system continuity requirements, all received satellites cannot be used due to an increase in continuity risk due to satellite failure. Therefore, in this study, the navigation performance-based satellite selection technique was applied for the multi-constellation RAIM. As the proposed methodology, the number of satellites that satisfy the continuity requirement is determined by performing the continuity risk assessment according to the satellites and constellation. Then, a combination of satellites which increases the availability by minimizing the protection level is selected. For satellite selection, the greedy method is applied to approximate the final optimal solution by making the optimal selection at each selection step. Multi-constellation RAIM using GPS and Galileo supports the safe operation of UAM by selectively using satellites to satisfy the continuity requirement while calculating the low protection level. Simulation results show that the multi-constellation RAIM with satellite selection can be used for the safe operation of UAM. In addition, the practical use of the case where GLONASS is included in the proposed algorithm using GPS and Galileo was analyzed according to the change of GLONASS performance.
증가하는 도시인구에 따른 지상교통의 혼잡 문제 해결과 도시간 이동성 향상의 목적을 위한 새로운 항공교통수단으로 도심 항공 모빌리티(Urban Air Mobility, UAM)의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 인구밀도가 높은 도시에서의 저고도 비행 및 사람이 탑승하는 운용 특성으로 인해 도심 항공 모빌리티의 실제 운용을 위해서는 기존의 민간 항공기만큼 높은 안전성이 보장되어야 한다. 이에, 도심 항공 모빌리티의 항법안전성 보장을 위하여 지상국 시스템이나 타 항법장비의 도움없이 수신기 단독으로 무결성 감시를 가능하게 하고, 다중위성군 적용을 통해 기존의 GPS만을 사용하는 수신기 자체 무결성 감시(Receiver Autonomous Integrity Monitoring, RAIM) 보다 향상된 성능을 낼 수 있는 다중위성군 수신기 자체 무결성 감시의 활용을 제안한다. 다중위성군 사용으로 가용위성이 많아져 더 정확한 항법해를 얻을 수 있는 항법 정확성 측면의 이점이 있지만, 시스템 연속성 요구조건을 고려할 때 위성고장으로 인한 연속성 위협의 증가로 모든 수신되는 위성을 사용할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 이를 해결하기 위해 위성 선택 기법을 적용하였다. 제시하는 방법론으로는 먼저 사용하는 위성과 위성군에 따른 연속성 위협 평가를 수행하여 연속성 요구조건을 만족시키는 위성의 개수를 결정하였다. 그 다음 정해진 위성 개수를 만족하며, 산출되는 보호수준을 최소화하여 가용성을 높일 수 있는 위성 조합을 선택하였다. 위성 선택을 위해 매 선택 단계마다 최적의 선택을 하여 최종적인 최적해를 근사하는 그리디(Greedy) 기법을 적용하였다. GPS와 Galileo를 사용하는 다중위성군 수신기 자체 무결성 감시에서 위성을 선택적으로 사용함으로써 연속성 요구조건을 만족시키는 동시에 낮은 보호수준을 산출함을 시뮬레이션을 통해 확인하였다. 산출된 결과는 다중위성군 수신기 자체 무결성 감시가 도심 항공 모빌리티의 안전한 운용을 위해 활용 가능함을 보였다. 또한 추가적으로 GPS와 Galileo를 사용하는 제안 알고리즘에서 GLONASS가 포함되었을 경우에 대한 활용성을 GLONASS 성능 변화에 따라 분석해보았다.
