Earticle

Reliable channel estimation is critical for achieving high-speed and energy-efficient communication in Unmanned Aerial Vehicle-Free Space Optical (UAV-FSO) systems, particularly under dynamic impairments such as atmospheric turbulence (AT) and pointing errors (PEs). This paper proposes a pilot-free channel estimation framework based on a Variational Autoencoder (VAE). The system employs Intensity Modulation/Direct Detection (IM/DD) with?-ary one-hot encoded symbols (). The VAE encodes noisy received signals into a 128-dimensional latent space and reconstructs the transmitted data, effectively learning the joint effects of AT, PEs, and AWGN. Unlike prior works that primarily consider boresight or Gaussian-jitter PEs, this study explicitly incorporates a Nakagami-modeled PE distribution, capturing UAV-induced beam misalignment under mobility, vibration, and turbulence coupling. Simulation results show that the proposed VAE significantly outperforms conventional estimators (LS, MMSE, LMMSE) and deep learning baselines (AE, DNN, CNN) across various turbulence strengths. Under strong turbulence and PEs, the VAE attains nearly two-fold lower MSE compared to CNN and DNN. In addition, evaluation on real turbulence-impaired datasets further validates robustness and generalization. The proposed pilot-free scheme delivers accurate channel estimation, reduced BER, and improved spectral efficiency, making it suitable for real-time adaptive UAV-FSO communication.

In this paper we have discussed the development of a new approach for small low cost helicopter based UAV in which independency of control system is achieved and other features like power enhancement, development, flight of helicopter at fix altitude of highly cost effective, autonomous reconnaissance UAV, suitable for safe flights in close environments . Our approach is focused on development of reliable flight control system in which constituent subsystem are independent of each other. The constituent subsystems being,  Altitude Control Subsystem  Spin Lock Subsystem  Horizontal Drift Control Subsystem Auto Pilot, Helicopter, UAV, Independent Control Systems, Fix Altitude, Cost Effective UAV

Auto Pilot은 전자해도나 플로터를 이용하여 항행하고자 하는 코스를 입력 시킨 후 운행모드를 자동운항에 위치시키면 자동으로 경로를 따라 선박을 이동시키는 시스템이다. Water Jet 추진장치는 엔진과 연결된 펌프를 가동해 배 밑바닥에 있는 흡입구로부터 물을 빨아들인 후에 배 내부에 설치된 유도관을 거쳐 노즐을 통해 가속된 물을 배 뒤쪽으로 분사하면서 배를 앞으로 밀어주는 힘을 발생시키는 추진 장치다. Water Jet 추진장치는 수심의 영향이 적고, 고속영역 일수록 추진 효율이 높고 진동과 유동소음 측면에서도 매우 유리한 장점을 갖고 있어 새로운 추진시스템으로 국내외 적으로 수요가 확대되고 있다. 하지만 Auto Pilot 와 Water Jet 추진시스템의 신호 체계가 달라 상호간 효과적으로 신호를 전달할 수 있는 장치가 필요하다. 본 논문은 기존의 Auto Pilot 와 Water Jet 추진시스템의 신뢰성 있는 통신을 할 수 있도록 상호 연동하는 Interface 장치를 설계하였다.

Auto Pilot is the system which move automatically the vessel through locating operation mode to automatic after entering operating course using a electronic chart or plotter. And water jet is the a propulsion system that make a power to push the vessel through spouting the accelerated water which is absolbed by the hole in the bottom of vessel. The water jet receive the effect of the depth of water lowly, it's acceletion efficiency is higher under high speed and have an advantage on vibrating and floating sound, so it's demand is increasing as new propulsion system. However, the signal systems of auto Pilot and water jet are defferant, we need the system to communicate between each system. We propose the interface system which communicate between Auto pilot and water jet efficiently in this journal.

1960년대 Auto-Pilot 시스템이 대양을 항해하는 선박에 장착되면서 운항경제성 및 선원 승선감의 견지에서 Auto-Pilot시스템의 제어 알고리듬이 연구되기 시작하였다. 초기에는 PD제어로 시작하였으나 잦은 타동작으로 인한 기구 마모를 줄이기 위해 실제 선수각과 설정선수방위 차가 어느 상한치 이상에서만 타각을 조작하는 on-off 제어를 도입하였다. 본 논문에서는 Auto-Pilot 시스템의 제어 알고리듬에 optimal제어, adaptive제어 등을 적용하여 제어기법간의 비교를 cost function을 통하여 수행함으로써 Auto-Pilot 시스템에 대한 최적의 제어기법을 조사하였다. Adaptive 제어를 위한 선박 조종운동방정식의 parameterization 과정을 검토하였고 adaptive 알고리듬의 장점이 파라미터 추정이 잘못된 경우의 수치시뮬레이션 결과로부터 분명히 알 수 있었다.

Control Algorithms of the Auto-Pilot system have been studied for the navigational economics and crew's comfortability since 1960's, when Auto-Pilot system was installed on the trans-ocean ships. At the beginning the PD control algorithm was used with the weather adjust function introduced to reduce the response of the auto-pilot system to the high frequency wave excitation in rough sea. In this study, the optimal and adaptive control theories are applied for the auto-pilot control algorithm. And those two algorithms are compared through the pre-defined cost function to obtain the most effective control technique for the Auto-Pilot system. The parameterization of the ship meneuvering equation for the adaptive control algorithm design procedure was examined and the advantage of the adaptive control was found through the simulation result with the wrong initial parameter value.

자동항법장치(Auto-Pilot System)에 의한 방향제어는 방위계측센서에 의해 계측된 위치 정보와 선미조타장치를 바탕으로 이루어진다. 대부분의 제어시스템들은 센서 잡음을 제외하고는 고장이 없는 계측장비와 고장없는 actuator를 가정하여 상태추정 빛 제어알고리듬을 구현하고 있다. 그러나 실제 상황에서는 이러한 가정이 위험한 경우가 많다. 즉, 방위 계측장비가 고장인 난 경우, 이 잘못된 위치 정보에 기초한 제어기능은 심각한 안전상의 문제까지도 야기시킬 수 있는 것이다. 본 연구에서는 개선된 위치정보처리 방법을 포함시킨 제어시스템을 Auto-Pilot 시스템에 적용하여 보았다. 그 방법으로 센서 고장 진단 및 actuator 고장 진단용 BJDF(Beard-Jones Detection Filter)를 설계하여 그 기능을 파악하였고 일반적인 상태변수추정기와의 차이점을 보였다. 특히 센서의 Bias Error의 경우 상태변수 확장기법을 이용하여 actuator 고장진단의 모형으로 모형화 할 수 있음을 보였다. 이로 인하여 센서 고장의 경우 2차원 평면에 국한된 residual이 일정 방향의 residual로 되므로 고장진단이 용이함을 알 수 있었다.

Auto-Pilot System uses heading angle information via the position sensor and the rudder device to control the ship direction. Most of the control logics are composed of the state estimation and control algorithms assuming that the measurement device and the actuator have no fault except the measurement noise. But such asumptions could bring the danger in real situation. For example, if the heading angle measuring device is out of order the control action based on those false position information could bring serious safety problem. In this study, the control system including improved method for processing the position information is applied to the Auto-Pilot System. To show the difference between general state estimator and F.D.F., BJDFs for the sensor and the actuator failure detection are designed and the performance are tested. And it is shown that bias error in sensor could be detected by state-augmented estimator. So the residual confined in the 2-dim in the presence of the sensor failure could be unidirectional in output space and bias sensor error is much easier to be detected.

Auto-Pilot System uses heading angle information via the position sensor and the rudder device to control the ship's direction. Most of the control logics are composed of the state estimation and control algorithms assuming that the measurement device and the actuator have no fault except the measurement noise. But such asumptions could bring the danger in real situation. For example, if the heading angle measuring device is out of order the control action based on those false position information could bring serious safety problem. In this study, the control system including improved method for processing the position information is applied to the Auto-Pilot System. To show the difference between general state estimator and F.D.F., BJDFs for the sensor and the actuator failure detection are designed and the performance are tested. And it is shown that bias error in sensor could be detected by state-augmented estimator. So the residual confined in the 2-dimension in the presence of the sensor failure could be unidirectional in output space and bias sensor error is much easier to be detected.

해저에 설치된 파이프에서 분출되는 기포에 의해 형성된 강한 수평압력분포를 이용하여 선박을 신속 하고 정밀하게 유도, 정박시키는 도선시스템으로 항구, 협수로, 해협 등과 같이 복잡한 수상, 수중 장애물 지역에서 선박을 신속하고 정밀하게 유도함과 동시에 협소한 부두에 안전하게 선박을 정박시키기 위하여 본 도선 시스템을 고안하였다.

Generally a ship in a port or canal is guided by tugboat(s), while the ship engine(s) and steering mechanism idle. The shortcomings of this method are insufficient in course keeping ability, danger of collision with waterside structures, time-consuming preparation for tugging, as well as the need to maintain tugboats. A new technology for ship guiding, based on the physical principle of interaction of a solid body with aerated liquids has been developed [1]. Model tests were carried out for the verification of system at slow speed by engine operating conditions and with an idle steering. The developed device has been proved to keep the ship on course safely.

디지털 오토파일럿은 전자해도상에서 선박의 운항예정 코스를 설정하여 입력시킨 후, 자동운항 모드로 세트하면 선박이 운항코스의 경로를 따라 자동으로 항행하는 시스템이다. 워터젯시스템은 엔진과 연결된 임펠러(회전익)를 구동하여 선저에 선수방향으로 설치된 흡입구를 통하여 해수를 흡입하여 압력을 높인 후, 노즐을 통하여 가속된 해수를 선저의 선미방향으로 분사시키므로써 선체를 조향하고 추진시키는 장치이다. 그러므로 워터젯시스템은 수심이 낮은 해역에서도 운항이 가능하며, 고효율의 고속추진, 상대적으로 낮은 진동과 유동소음 등의 환경에서 매우 효과적이므로 새로운 추진시스템으로 수요가 확대되고 있다. 그러나 워터젯시스템의 전기적인 제어신호는 표준화되어있지 않으므로 디지털 오토파일럿의 표준화된 인터페이스를 제공하지 않는다. 본 논문은 표준화된 오토파일럿과 워터젯시스템 사이에서 연동하므로써 고속선박을 신뢰성 있게 조향할 수 있는 피드백 제어인터페이스 모듈을 설계하였다.

Auto Pilot is the system which move automatically the vessel through locating operation mode to automatic after entering operating course using a electronic chart or plotter. And water jet is the a propulsion system that make a power to push the vessel through spouting the accelerated water which is absorbed by the hole in the bottom of vessel. The water jet receive the effect of the depth of water lowly, it's acceleration efficiency is higher under high speed and have an advantage on vibrating and floating sound, so it's demand is increasing as new propulsion system. However, the signal systems of auto pilot and water jet are different, we need the system to interface between each system. We designed the interface that efficiently digital feed back control embedded module between auto pilot and water jet system in this paper.

농업 노동력의 절감과 농작업 안정성의 향상을 위해 무인 농용 헬리콥터를 이용한 농작물 병해충 방제작업에 대한 관심이 증대되고 있다. 우리나라에 많은 소규모 필지에서는 자세 유지를 위한 미세조종의 애로를 해소함으로써 조종자의 편의성을 개선 할 필요가 있는 것으로 조사되었다. 최근 센서 및 비행항법 기술의 발달로 저가 제어시스템이 상용화되고 있어, 본 연구에서는 상용 헬리콥터 제어기의 적용성을 평가하기 위하여 테스트베드와 자세를 측정할 수 있는 장치를 구성하여 수동 및 제어비행에서의상태변수를 비교하였다. 안정성과 조종 편이성은 수동 및 자동비행의 직선 비행구간에서의 변이계수로비교 평가하였다. 자동 제어 비행에서 기체 고정좌표 속도는 수동에 비하여 수월하게 속도를 유지하였고, 지면 좌표계에서 평가한 오일러 자세각의 유지와 지면 합속도(살포속도)의 안정성은 상용제어 시스템을 적용함으로써 농용헬리콥터의 안정성과 조종자에게 수월성을 제공할 수 있을 것으로 판단되었다.

Aerial application using unmanned agricultural helicopters became an increasing interest toreduce labor force and to improve the stability of farm operation. Some survey indicated thatthe pilot friendliness should be improved by releasing the difficulty of sensitive attitude controlfor the most small-scaled farms in Korea. Recently commercial controllers are available in themarket due to the developed technologies of inertial sensors and flight navigation. Thus, theadaptability of a commercially available controller to an unmanned agricultural helicopter wasevaluated by an attitude measurement system mounted on a test-bed helicopter in this study. Stability and pilot friendliness were compared with the CV’s of state variables during thestraight flights using manual and auto pilots. Convenient attitude control was demonstratedduring an auto pilot flight compared with manual pilot. Euler attitude angles and resultantground velocity, estimated in the earth coordinate were stable enough to provide the friendlinessto pilots by applying the commercial controller.