Earticle

초록

영어

This study proposes a real-time, dynamically feasible trajectory generation method for complex 3D terrains. Unlike monolithic end-to-end approaches, it adopts a modular architecture decoupling terrain perception from trajectory control. First, the perception module utilizes a U-Net-based neural network to process a Digital Elevation Model(DEM) into a terrain cost map, leveraging its Fully Convolutional Network(FCN) structure to handle terrains larger than the training environment. Second, the control module employs a Physics-Guided Reinforcement Learning(PGRL) policy, trained in a physics-based simulation environment, which takes this cost map and current flight states as inputs to generate continuous, flyable 3D trajectories reflecting the inertial and aerodynamic constraints of a rotary-wing aircraft. Simulations confirm that the computational speed of the proposed framework is shorter than the agent's decision cycle, enabling real-time deployment. These results suggest that the modular separation of global terrain interpretation and continuous trajectory generation is a viable architecture for real-time 3D trajectory generation in complex terrain environments.

한국어

본 연구는 복잡한 3차원 지형 환경에서 실시간 적용성과 비행 궤적의 동역학적 실현 가능성을 함께 고려한 궤적 생성 방안을 제안한다. 기존 end-to-end 방식과 달리, 제안 방법은 지형 인식과 궤적 생성을 분리한 모듈형 인공신경망 구조를 채택하였다. 인지 모듈에서는 U-Net 기반 신경망이 디지털고도모델(DEM)로부터 지형 특성을 반영한 비용맵을 생성하며 완전합성곱신경망(FCN) 구조를 활용하여 학습 환경보다 큰 지형에서도 유연하게 비용맵을 생성할 수 있음을 확인하였다. 제어모듈에서는 물리 시뮬레이션 환경에서 학습된 PGRL(Physics-Guided Reinforcement Learning) 기반 정책이 비용맵 기반유도 정보와 비행 상태를 입력으로 받아 비행할 수 있는 연속적인 3차원 궤적을 생성한다. 시뮬레이션을 통해 제안 방법의 연산속도가 에이전트의 행동 주기보다 짧아 실시간 활용이 가능함을 확인하였다. 이러한 결과는 전역 지형 정보 해석과 연속궤적 생성을 분리한 모듈형 접근이 복잡한 환경에서의 실시간 3차원 궤적 생성을 위한 유효한 구조임을 시사한다.

목차

ABSTRACT
초록
Ⅰ. 서론
1.1 연구배경
1.2 선행연구 고찰
1.3 연구목표 및 방향
Ⅱ. U-Net (Module 1)
2.1 U-Net 구조
2.2 학습 방법
Ⅲ. PGRL (Module 2)
3.1 PGRL 구조
3.2 학습 방법
Ⅳ. 학습 결과
4.1 U-Net
4.2 PGRL
Ⅴ. 결론
참고문헌

키워드

저자

• 지정훈 [ Junghoon Ji | 육군 교육사령부 ]
• 황승현 [ Seunghyeon Hwang | 한국과학기술원 연구교수 ] 교신저자

참고문헌

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• 간행물명

  한국방위산업학회지 [Journal of the Korean Association of Defense Industry Studies]

• 간기

  연3회

• pISSN

  1738-6144

• 수록기간

  2000~2026

• 등재여부

  KCI 등재

• 십진분류

  KDC 390 DDC 355