드론의 활용도가 확장되면서 다수의 드론을 효율적으로 운용하는 방법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 다수의 드론이 운용되는 복잡한 환경에서는 경로가 겹칠 때 충돌이 발생할 수 있으며, 임무 실패로 이어진다. 따라서, 드론의 성공적인 임무 수행을 위해선 충돌 회피는 필수적이다. 본 논문에서는 다수 드론의 성공적인 임무 수행을 위해 고정 경로에서 속도 프로파일 최적화를 이용한 충돌 회피 방법을 제안한다.
본 연구의 충돌 회피 문제에서는 다수 드론의 경로 충돌점에서 드론 간의 안전거리를 고려하였고, 경로 구간에 속도 프로파일을 할당하도록 설계하였다. 최적화 문제는 드론 간 거리에 대한 식을 비행시간을 변수로 두어 정의하였다. 기존에 수행되어왔던 비선형 최적화 기법은 초기 조건에 민감하고, 문제가 복잡해지면 연산시간이 증가한다는 한계가 있다. 하지만 비선형 최적 제어 문제를 이산화 후 컨벡스 형태로 변환을 하여 컨벡스 최적화를 통해 최적화를 수행한다면, 동일한 문제에서 상대적으로 빠른 시간 내에 풀 수 있다는 장점이 있다.
본 연구에서는 선형 컨벡스화(Convexification)를 통해 목적 함수와 구속 조건을 구성하고, 다수 드론 운용 환경에서 SQP(Sequential Quadratic Programming)와 컨벡스 최적화 기법의 연산 시간을 비교하고 검증하였다. 마지막으로, 20대 드론 운용 환경에서 컨벡스 최적화를 수행한 결과가 본 연구에서 제시한 실시간성을 만족하는지를 검증하였다.