나원상 연구실의 핵심 축 가운데 하나는 불확실성이 존재하는 동적 시스템에서 신뢰도 높은 추정과 제어를 구현하는 확률제어 및 강인 상태추정 연구이다. 실제 제어 대상은 센서 잡음, 모델링 오차, 외란, 시간 변화 파라미터와 같은 다양한 불확실성을 포함하므로, 단순한 이상 모델 기반 제어만으로는 안정적인 성능을 보장하기 어렵다. 이 연구실은 이러한 문제를 해결하기 위해 확률론적 시스템 모델링과 추정 이론을 결합하여 현실 환경에서 작동 가능한 제어·추정 구조를 설계하는 데 집중하고 있다. 연구 방법론 측면에서는 칼만 필터, 강인 최소자승, 가중 최소자승, 다중가설 기반 추정, 선형 시변 시스템 필터링 등 다양한 추정 기법이 활용된다. 특히 측정 잡음 통계가 불완전하거나 파라미터 불확실성이 클 때도 성능 저하를 줄일 수 있도록 강인성을 고려한 필터 설계가 두드러진다. 이는 논문과 학술발표에서 나타난 강인 칼만 필터링, 확률적 불확실성을 고려한 추정기 설계, 실시간 재귀 필터 구조 개발 등으로 구체화되며, 계산 효율성과 현장 적용성을 동시에 추구한다. 이 연구는 단순한 이론 검증에 그치지 않고 산업 전자 시스템, 차량 제어, 유도 시스템, 항공·방산 플랫폼과 같은 응용 분야에 연결된다는 점에서 의미가 크다. 불확실한 환경에서도 안정적인 상태 추정이 가능해지면 제어 성능, 안전성, 고장 대응 능력이 함께 향상된다. 앞으로도 이 연구 축은 자율 시스템, 복합 센서 융합, 비정상 잡음 환경, 고기동 표적 추적 등 보다 난도가 높은 문제로 확장되며 연구실의 기반 기술 역할을 지속할 것으로 보인다.

연구실의 또 다른 대표 주제는 유도탄, 무인기, 고속 비행체와 같은 항공우주 시스템을 대상으로 한 유도조종기법과 표적 추적 연구이다. 이 분야에서는 비행체의 운동 특성, 센서 측정 제약, 기동 목표의 불확실성을 동시에 고려해야 하므로 고도의 동역학 이해와 정교한 추정 알고리즘이 요구된다. 연구실은 시간-도달 예측, 시선각 추정, 기동 표적 추적, 회피 기동 분석 등 실제 유도·항법 상황에 밀접한 문제들을 지속적으로 다루고 있다. 구체적으로는 대함유도탄, 지대공 유도탄, 극초음속 활공체, 공중 플랫폼 탑재 레이더 등과 관련된 연구 성과가 확인된다. 고기동 표적의 궤적 예측, 레이돔 기울기 추정, 표적 의도 추론, 다중가설 추적, 비선형 필터링 등은 빠르게 변하는 전장 환경과 항공우주 임무에서 매우 중요한 요소이다. 특히 최근에는 단순한 운동 방정식만으로 설명하기 어려운 표적 행동을 보완하기 위해 의사결정 모델과 베이지안 추론을 결합하는 등, 동역학과 인지적 추론을 통합하는 방향으로 연구가 확장되고 있다. 이러한 연구는 방위 시스템의 탐지·추적·요격 성능을 높이고, 복잡한 기동을 수행하는 비행체의 임무 성공 가능성을 향상시키는 데 기여한다. 또한 군사적 응용뿐 아니라 민간 항공, 고신뢰 자율비행, 고속 이동체 제어 분야에도 파급효과가 크다. 연구실은 향후에도 센서 정보가 제한적이거나 교란이 심한 환경에서 정밀 유도와 안정적 추적을 가능하게 하는 알고리즘 개발을 통해 항공우주 제어 분야의 실용적 기술 발전을 이끌 것으로 기대된다.

나원상 연구실은 GPS 신호가 차단되거나 신뢰하기 어려운 환경에서의 위치추정 문제를 중요한 응용 연구 주제로 다루고 있다. 변전소 점검 드론, 이동 로봇, 실내 또는 전파 간섭 지역의 무인 시스템은 위성항법에만 의존할 수 없기 때문에 대체 센서 기반의 정밀 측위 기술이 필수적이다. 연구실은 초음파 수신기 배열, IR-UWB 장치, 레이더, 카메라, 라이다 등 다양한 센서를 활용하여 수동형 또는 보조형 위치추정 체계를 설계하고 있다. 대표적으로 초음파 수신기 배열을 이용한 수동 표적 위치추정, GPS 음영지역에서 변전설비 점검 UAV를 위한 IR-UWB 기반 위치추정 시스템, 관측각 및 거리차 정보를 이용한 선형 추정 구조 등이 연구 성과로 나타난다. 이때 핵심은 비선형 위치추정 문제를 실시간 처리가 가능한 선형 또는 준선형 구조로 변환하고, 측정 잡음과 불완전한 사전정보에 강인한 추정기를 설계하는 것이다. 또한 기하학적 제약조건과 센서 배치 구조를 함께 고려하여 실제 현장에서 안정적으로 동작하는 알고리즘을 구현한다는 점이 특징이다. 이 연구는 전력설비 점검, 자율비행, 모바일 로봇, 스마트 인프라 유지관리와 같은 산업 현장에서 직접적인 활용 가능성이 높다. 특히 센서 융합 기반의 위치추정은 단순한 좌표 계산을 넘어 임무 수행 경로 계획, 장애물 회피, 협업 드론 운용의 기반 기술이 된다. 앞으로는 다중 드론 협업, 비가우시안 환경, 실시간 지도 작성, 이상 설비 자동 탐지와 결합되며 더욱 고도화된 자율 측위 기술로 발전할 가능성이 크다.