KR102334679B1 - 무인항공기를 이용한 안티드론 대응시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공중으로 침투하는 드론에 대하여 효율적인 대응과 방어가 가능한 안티드론 대응시스템에 관한 것으로서, 하나 이상의 타겟드론을 식별하고 주파수를 탐지하여 침입을 무력화하기 위한 교란 주파수신호를 생성하는 제어부와, 타겟드론에 대해 교란 주파수신호를 발신하는 안테나부를 포함하는 무인항공기를 이용한 안티드론 대응시스템을 제공한다.
Description
본 발명은 무선통신의 차단 및 보호와 관련된 것으로, 보다 상세하게는 공중으로 침투하는 드론에 대하여 효율적인 대응과 방어가 가능한 안티드론 대응시스템에 관한 것이다.
재머(jammer)란 방해 전파 발신기의 일종으로서 위협이 감지되면 방향탐지를 한 후 표적의 방향에 대해서 일정한 주파수를 발진하여 무력화하는 장치를 의미한다.
최근 드론에 관한 기술의 발달로 다양한 형태의 드론이 개발되어 대중에 공급되고 있다. 국제적인 기업인 아마존과 구글의 경우 상품의 배달에서 고속 인터넷 제공에 이르기까지 다양한 임무를 수행할 수 있는 드론이 상용화되는 과정에 있다. 이러한 드론은 무인항공기의 일종으로 볼 수 있는데 군사용의 무인항공기보다 더 작고 가벼우며 이는 탐지가 상대적으로 어려움을 의미한다. 이러한 드론의 보급에 따라 저가형의 무인항공기인 드론이 상업용 항공시설, 필수인프라 및 기밀시설이나 군대에까지 잠재적인 위협요소가 되고 있는 실정이다. 즉, 드론의 사진이나 영상 촬영장비와의 결합에 따라 오용의 가능성이 상존하고 때문에 다양한 보안시설이나 사회기반시설에 위협이 될 가능성이 있는 것이다. 실제 워싱턴에서는 취미로 드론을 즐기는 사람의 실수로 백악관 내에 추락하여 보안경보가 발령된 사례가 있으며, 프랑스에서는 원자력 발전소에 드론들이 나타난 사건에 대비하기 위하여 경찰과 공군이 새 크기의 드론을 격추시킬 수 있는 무기를 개발해달라고 요청한 사례도 있다. 또한, 국내에서는 북한의 무인 항공기가 청와대 및 서울 시내를 촬영하다 추락한 사건 이후 항공기의 비행금지구역 내 침입을 막을 수 있는 소위 안티드론 방어시설의 필요성이 대두되고 있다.
그러나, 국내는 물론 전세계적으로 아직 드론과 같이 공중에서 주파수를 받아 활동하는 무인항공기 등의 침입에 효과적으로 대응할 수 있는 장비의 개발이 상당히 미미한 실정이다.
한편, 드론 등에 사용되는 무선 통신망은 공중에 전파를 송출하여 일대일, 다대일, 일대다 등의 여러 가지 형태로서 정보의 교환이 이루어질 수 있도록 하는데, 이러한 무선 통신망을 이용하여 정보를 수신하는 수신기를 교란하는 것을 무선통신 재밍(Jamming)이라고 칭한다.
한국공개특허공보 특1999-0083728호는 종래기술의 전파교란기를 개시하고 있으며, 도 1은 이에 대한 블록도이다.
*이를 살펴보면, 발진부(10)로부터의 발진신호는 버퍼(30)를 거쳐서 업컨버터(40)로 전달된다. 업컨버터(40)에서는 이 발진신호를 주파수 체배하여 방해하고자 하는 무선통신기기의 주파수 대역으로 업컨버젼(up-conversion)한다. 파워온 리셋부(20)는 본 기기에 전원이 인가될 때 업컨버터(40)가 프리런(free run)하는 것을 방지하기 위하여, 전원이 인가된 후 일정 시간이 지나고 나서 업컨버터(40)를 리셋시키는 역할을 한다.
그러나 종래기술의 전파교란기는 고정된 위치의 지상에서 고정된 주파수 대역에 대해 작동하기 때문에 다양한 조종이나 방해 주파수를 사용하는 장비들에 적응하지 못하는 문제가 있으며, 특히 원거리에서 접근하며 소형인 드론과 같은 공중 침투가 가능한 무인항공기에 적용하기는 한계가 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 공중으로 침투하여 주요 시설물에 위협이 될 수 있는 드론에 대해 적극적이고 능동적인 대응이 가능한 무인항공기를 이용한 안티드론 대응시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은,운항 동력을 제공하도록 본체에 구비되는 하나 이상의 동력유닛(2010), 교란 주파수신호를 발신하는 안테나부(1500), 원격의 컨트롤러로부터 제어입력을 수신하여 상기 동력유닛을 제어할 수 있도록 하는 통신모듈(1100)과, 타겟드론(t)의 주파수를 탐지하고 교란 주파수신호를 생성하여 상기 안테나부로 발신하도록 하는 주파수제어부(1700)와, 상기 동력유닛의 운항제어모듈(1010)을 통하여 추적 또는 회피 기동을 수행하도록 하는 기동부(1200)와, 재밍 또는 항재밍의 운용 기록을 시간 순으로 저장하여 관리하는 로그모듈(1030)을 구비하는 제어부(1000)를 포함하여 구성된다.
상기 안테나부는, GPS와 2.4GHz 조종주파수 대역에 대한 교란주파수를 발신할 수 있는 제1안테나와 5.8GHz 조종주파수에 대한 교란주파수를 발신할 수 있는 제2안테나를 포함하되 빔포밍이 가능한 지향성 안테나로 이루어지며, 상기 통신모듈은, 주파수 호핑 방식으로 컨트롤러와 통신을 수행하고, 상기 주파수제어부는, 타겟드론(t)의 조종 주파수, 드론 자체의 소음으로 발생하는 주파수, 열, 영상주파수 또는 재밍주파수 중의 어느 하나 이상을 탐지하는 탐지부(1720)와, 타겟드론에서 사용하는 주파수의 전력레벨보다 큰 전력레벨을 가지는 교란 주파수신호를 생성하는 주파수발진부(1710)와, 타겟드론의 피아를 식별하는 식별부(1730)와, 상기 식별된 타겟드론을 격추할 것인지 또는 상기 본체에 대한 교란 주파수신호의 탐지가 있는 경우 기동부를 제어하여 회피기동할 것인지를 즉시 판단하는 대응판단부(1750)를 구비할 수 있다.
또한, 상기 본체에 장착되는 GPS모듈, 가속도센서, 지자기센서 또는 기압센서 중의 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 기동부는, 설정된 조건의 충족시 원격의 컨트롤러로부터 제어주체를 이관받아 능동적으로 운항에 대한 판단을 수행한다.
또한, 영상 이미지를 생성하는 카메라를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기동부는, 주파수의 제어로 타겟드론의 방어가 어려운 것으로 판단된 경우 접근 및 자폭을 수행하도록 하는 자폭부를 더 구비할 수 있다.
또한, 영상 이미지를 생성하는 카메라를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기동부는, 주파수의 제어로 타겟드론의 방어가 어려운 것으로 판단된 경우 접근 및 자폭을 수행하도록 하는 자폭부를 더 구비할 수 있다.
삭제
본 발명에 따라, 상용화된 원격조종주파수와 영상전송주파수 대역 등을 효과적으로 차단하여 지상 또는 공중으로 침투하는 드론에 대한 무력화를 수행함으로써 효과적으로 대응할 수 있다. 이에 따라 핵발전소 및 공항 등 국가 주요 시설물들에 대한 폭탄 테러위협, 국가 주요 시설물의 불법 촬영, VIP인사의 테러 위협, 경기장이나 인구밀집지역의 테러위협에 대처할 수 있으며, 마약 등과 물질의 반입의 차단은 물론, 비행금지구역에서의 무분별한 사용에의 대처가 가능하고, 사람이나 시설물과의 충돌을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 사용자에 의한 제어는 물론 능동적으로 기체의 운항과 주파수의 생성과 발신이 가능하여 공중에서 다양한 상황에 대처가 가능하고 종래의 지상에서 대응하는 방식에 비하여 그 안전성과 효율성이 극대화될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술의 전파교란기를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 무인항공기를 이용한 안티드론 대응시스템을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 무인항공기를 이용한 안티드론 대응시스템에서 제어부의 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 무인항공기를 이용한 안티드론 대응시스템에서 주파수제어부의 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 5는 주파수제어부에서 주파수발진부의 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 무인항공기를 이용한 안티드론 대응시스템의 기동부의 작동을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 무인항공기를 이용한 안티드론 대응시스템을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 무인항공기를 이용한 안티드론 대응시스템에서 제어부의 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 무인항공기를 이용한 안티드론 대응시스템에서 주파수제어부의 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 5는 주파수제어부에서 주파수발진부의 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 무인항공기를 이용한 안티드론 대응시스템의 기동부의 작동을 설명하기 위한 블록도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 무인항공기를 이용한 안티드론 대응시스템을 상세히 설명한다.
다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
이하 설명에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자나 장치를 사이에 두고 연결되어 있는 경우를 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 기본적으로, 비행을 위한 동력유닛을 구비하는 무인항공기로서, 하나 이상의 타겟드론을 식별하고 주파수를 탐지하여 침입을 무력화하기 위한 교란 주파수신호를 생성하는 제어부와, 타겟드론에 대해 교란 주파수신호를 발신하는 안테나부를 포함하는 무인항공기를 이용한 안티드론 대응시스템을 제공한다.
본 발명에서는 공중을 통하여 접근하는 드론을 기본적인 표적드론으로서 설명하는데, 이러한 표적드론은 공중 또는 지상으로 접근 가능한 다양한 유형의 무인 이동장치를 포함한다. 또한, 상시 표적드론을 방어하기 위한 무인항공기는 회전 블레이드 및/또는 고정익(翼)을 포함하는 다양한 형태의 항공기를 의미하며 이는 원격으로 컨트롤하는 경우는 물론 자율적으로 비행하는 경우도 포함한다.
이러한 무인항공기의 경우 도면을 참고하면 고전압장치와 발신안테나 및 후술될 제어부를 장착하고 운항하기 위하여 일반적인 소형 드론보다는 큰 부력이 요구될 것이나 그 크기나 형상은 제한되지 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 무인항공기를 이용한 안티드론 대응시스템을 설명하기 위한 개념도이다.
소정의 시설물이나 위치에 대해 접근하는 드론은 표적드론(t)으로 정의하도록 하며, 본 발명의 무인항공기 본체(2000)는 이에 대응하여 운항하고 적절한 주파수를 탐지 및 교란신호를 발신하는 기능을 수행한다.
이를 위하여 무인항공기 본체(2000)는 복수의 동력유닛(2010)을 포함할 수 있으며, 상기 동력유닛(2010)은 블레이드와 모터를 포함할 수 있다. 상기 블레이드와 모터의 조합은 공지의 다양한 요소들이 적용될 수 있을 것이다. 경우에 따라 상기 무인항공기 본체(2000)는 운항 성능을 향상하기 위하여 고정익을 구비하는 경우도 고려될 수 있다.
무인항공기 본체(2000)에 구비되는 안테나부(1500)는 기본적인 기능으로서 제어부(1000)에서 발진된 교란주파수신호를 발신하는 기능을 수행하며, 정확한 방향성을 가질 수 있도록 지향성 안테나로서 이루어지는 것이 바람직하나 무지향성 안테나인 경우도 본 발명에 포함될 수 있다. 또한, 상기 안테나부(1500)는 광대역 안테나를 포함할 수 있는데 특히 복수의 비행체의 군집에 대한 방어가 필요한 경우 또는 아군의 드론에 대한 피해를 방지하기 위하여 빔폭(α)의 제한이 필요할 수 있다. 이를 위하여 상기 안테나부(1500)는 빔포밍(Beamforming)이 가능할 수 있다. 이와 관련하여 구체적인 설명은 후술한다.
상기 안테나부(1500)의 교란주파수신호의 발신과, 동력유닛(2010)을 통한 비행제어를 위하여 제어부(1000)가 구비될 수 있다.
상기 제어부(1000)에서 생성된 교란 주파수신호는 안테나부(1500)를 통하여 송신되며, 상기 안테나부(1500)는 일실시예로서 마이크로웨이브(Microwave) 통신용 신호의 수신을 차단하기 위한 교란목적으로 소정의 주파수를 송출하는 기능을 수행할 수 있는데 드론의 운용주파수, GPS신호 또는 항재밍 신호 등 본 발명의 개념이 적용된다면 교란의 대상이 되는 주파수대역은 다양하게 설정될 수 있음은 물론이다.
드론의 무력화를 위하여 탐지된 주파수와 동일 또는 대응되는 교란 주파수 신호를 발신하는 경우 예를 들어, 원격 조종기 송수신 모듈을 무력화하기 위하여 Frequency Hopping 방식을 적용하거나 원격조종기 송수신을 무력화하기 위하여 Spread Spectrum 방식을 적용할 수 있을 것이다.
이때, 공중의 무인항공기를 무력화하기 위하여 적용할 수 있는 주파수 대역은 선택적이나, 바람직하게는 GPS(L2: 1,150MHz ~ 1,300MHz, L1: 1,550MHz ~ 1,650MHz), 2.4GHz 조종주파수 대역(2,400MHz ~ 2,484MHz), 드론조종주파수 대역(5,030MHz ~ 5,150MHz), 5.8GHz 조종주파수 대역(5,150MHz ~ 5,850MHz)이 적용될 수 있을 것이다.
바람직하게는 상기 안테나부(1500)는 광대역 고이득 안테나로서 수직과 수평편파를 동시 송출하는 이중편파 안테나가 적용되는 경우를 고려해볼 수 있다. 또한, 안테나부(1500)는 지향성 및/또는 무지향성의 안테나가 적용될 수 있을 것이며, 지향성의 경우 7dBi 이상, 무지향성의 경우 2dBi 이상인 것이 바람직하다.
전파 교란을 위한 거리는 100 ~ 1,000m 정도로 설계될 수 있을 것이다. 본 발명의 경우 지상 고정형 방식에 비하여 추적이 가능하기 때문에 지상의 경우보다 고이득일 필요성이 없으며, 이는 고전압장비의 부하를 줄일 수 있어 무게와 비용 면에서 이점을 제공할 것이다.
경우에 따라 안테나부(1500)는 GPS와 2.4GHz 조종주파수 대역에 대한 교란주파수를 발신할 수 있는 제1안테나와, 5.8GHz 조종주파수에 대한 교란주파수를 발신할 수 있는 제2안테나가 결합되어 이루어질 수 있을 것이다.
한편, 상기 안테나부(1500)는 GPS안테나를 포함하여 이루어질 수 있으며, 이 경우 비행 중 타겟드론 등으로부터의 전파교란에서도 항행 안정성을 확보할 수 있도록 항재밍 GPS 기능을 가질 수 있다. 이러한 항재밍 GPS안테나의 경우 GPS모듈(1020)과 연동되어 작동될 수 있을 것이다.
추가적으로, 본 발명에서는 무인항공기 본체(2000)에 가시광 또는 적외선 영상 이미지의 생성과 저장을 위한 카메라가 더 배치될 수 있다.
이러한 본 발명의 기본 개념에 따르는 경우 종래에 지상의 고정된 위치에서 드론에 대응하여야 하기 때문에 드론이 회피기동할 때 이에 대한 실질적인 대응이 불가능한 경우가 발생하였으나 드론 대 드론의 방어가 이루어질 수 있기 때문에 지속적인 추적 및 유연한 대응이 가능한 장점이 있음에 유의하여야 한다.
도 4는 본 발명의 무인항공기를 이용한 안티드론 대응시스템에서 제어부를 설명하기 위한 블록도이다.
본 발명에서는 무인항공기 본체(2000)가 운항과 동시에 주파수의 탐색 및/또는 발신을 수행하므로 각각의 동작을 제어할 필요성이 존재한다.
기본적인 드론과 마찬가지로 원격의 컨트롤러(3000)로부터 제어입력을 수신하느 동력유닛(2010)을 제어하는 운항제어모듈(1010)이 구비되며, 통신모듈(1100)은 컨트롤러(3000)와 운항제어모듈(1010)을 연결하는 기능을 수행한다.
이러한 통신모듈(1100)는 다양한 주파수를 포함하는 공지의 원격 통신 방식이 적용될 수 있으므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다. 본 발명에서는 타겟드론(t)에 대한 주파수의 교란을 목적으로 하는 교란주파수 발신과 무력화를 목적으로 하기 때문에 통신모듈(1100)에서 주파수에 대한 대응이 필요하다. 이를 위하여 전파의 간섭을 피하여 신호를 수신할 수 있도록 주파수 호핑(Frequency Hopping) 방식으로 컨트롤러(3000)와 통신이 수행되는 것이 바람직하다. 상기 주파수 호핑 방식의 경우 소정의 시간 간격으로 소정 범위의 랜덤 주파수 범위를 할당하고 그 주파수 대역에 데이터를 합성하여 전송할 수 있는 다양한 공지의 방식이 적용될 수 있을 것이다.
본 발명에서 설명되는 컨트롤러(3000)는 사용자의 조작기기는 물론, 원격지의 운영 또는 관리서버 등을 의미할 수 있다.
또한, 주파수제어부(1700)는 안테나부(1500)를 통하여 발진된 주파수신호를 타겟드론(t)으로 발신할 수 있도록 교란 주파수신호를 생성하는 기능을 수행하는데, 이를 위하여 주파수제어부(1700)는 기본적으로 신호생성부, 상향변환부, 증폭부, 필터부 등의 교란 주파수 신호 생성을 위한 주파수발진부를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 능동적으로 타겟드론(t)의 운용 주파수 등을 추적하는 탐지 기능과, 피아를 식별하는 기능을 구비할 수 있는데 이와 관련된 구체적인 실시예는 후술한다.
한편, 본 발명에서는 종래의 컨트롤러(3000)에 의한 동력유닛(2010)의 단순 제어와는 달리 능동적으로 타겟드론(t)을 발견하고 추적 또는 회피 또는 회항 또는 자동착륙 동작 등을 수행할 수 있으며 이를 위하여 컨트롤러(3000)가 개재되지 않고도 상황에 따라 자율적인 운항이 가능하도록 기동부(1200)를 구비할 수 있으며 이와 관련한 실시예는 후술한다.
상기 기동부(1200)의 운영과 컨트롤러(3000)에서의 적절한 제어를 위하여 위치의 확인이 가능한 GPS모듈(1020)이 더 포함되는 것이 바람직하며, 재밍 또는 항재밍의 운용시 그 기록을 시간 순서대로 저장하여 관리할 수 있도록 로그모듈(1030)이 더 구비될 수 있다.
상기 주파수제어부(1700)에서 타겟드론(t)을 식별하거나 운용주파수나 GPS주파수를 탐지한 경우 주파수제어부(1700)에서는 이에 재밍을 수행할 수 있는 교란 주파수신호를 생성하고 타겟드론(t)을 지향하여 안테나부(1500)를 작동하여 타겟드론(t)의 운항 또는 신호의 전송을 무력화하는 것이다. 이를 위한 작동의 실시예는 아래에서 설명한다.
도 4는 상기 제어부에서 주파수제어부에 대한 실시예의 블록도이다.
주파수제어부(1700)는 교란 주파수신호를 생성하는 주파수발진부(1710)를 포함하며, 이러한 주파수발진부(1710)의 동작을 위하여 무인항공기 본체(2000)에는 배터리가 구비되는 것이 바람직하다. 기본적으로 공중에서 원격의 동작을 고려하면 연속 방사 시간은 30분 이상, 소모전력은 300W 이하의 조건을 충족하도록 하는 것이 바람직하다. 무인항공기 본체(2000)의 총 무게는 15kg 이하로 설정할 수 있다. 상기 주파수발진부(1710)의 실시예는 후술하도록 한다.
상기 주파수발진부(1710)로부터 발진된 교란 주파수신호는 안테나부(1500)로부터 발신되며, 이러한 교란 주파수신호를 결정하고 생성하기 위하여 탐지부(1720)가 구비될 수 있다. 이러한 탐지부(1720)는 주파수추적수단으로서 기능하며, 탐지와 식별의 대상이 되는 타겟드론(t)에 대해 교란 대상 주파수에 대한 추적이 이루어지고 주파수발진부(1710)는 이에 대응되는 교란주파수를 생성할 수 있다. 상기 탐지부(1720)는 10도부터 120도의 위상배열안테나를 360도로 배열구성하여 사방 및/또는 상하에서 접근하는 무인기(드론, UVA)에서 발생하는 무선주파수를 전방향으로 방향탐지하여 탐지된 방향으로 능동적인 재밍을 수행할 수 있다. 상기 탐지되는 주파수는 예를 들어, 타겟드론(t)의 조종 주파수, 드론 자체의 소음으로 발생하는 주파수, 영상주파수, 재밍주파수 등일 수 있다.
일실시예로서 이러한 탐지부(1720)는 패시브레이더(Passive-Radar)를 포함할 수 있으며, 특정한 송신기로부터 표적으로 수신되는 수신신호에 대하여 소정의 수신레벨에 해당되는 신호를 추적하며 이를 주파수발진부(1710)에 전송하여 적절한 대응 교란주파수를 생성하도록 기능할 수 있다. 상기 탐지부(1720)는 타겟드론(t)에서 발생하는 통신신호 등의 전자파를 수집하는 기능 전파탐지수신부로서 기능을 수행할 수 있으며 이에 대하여 공지의 구성들이 적용될 수 있을 것이다.
또한, 주파수제어부(1700), 더욱 구체적으로 탐지부(1720)는 수신 및 탐지된 전파에 대하여 스펙트럼 분석을 하는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 식별부(1730)를 더 구비하여 피아를 식별하는 기능을 수행할 수 있으며, 상기 식별은 탐지부(1720)에서 탐지된 주파수를 기초로 할 수 있으나 효율적인 운용을 위하여 아군의 무인기의 RFID 신호와 같은 특정 주파수를 인식할 수 있다. 이를 통하여 공중에 복수의 드론이 존재하는 경우 각 위치별 또는 군집별로 피아를 식별하여 안테나부(1500)에서 적절한 방향성과 주파수의 교란 주파수신호를 발신하여 선택적으로 무력화할 수 있는 것이다.
경우에 따라 상기 주파수발진부(1710)는 타겟드론(t)의 GPS유도신호를 송출할 수 있으며, 이러한 GPS유도신호를 통해 격추하는 것이 아닌 지정된 지점에 착륙하도록 하는 경우도 고려할 수 있을 것이다.
한편, 상기한 바와 같이 안테나부(1500)가 지향성 안테나로 이루어질 수 있으며 빔포밍(Beam - forming) 방식이 적용될 수 있다. 경우에 따라 물리적으로 안테나부(1500)에 구비되는 안테나의 수직 및/또는 수평 빔폭 또는 빔틸트의 특성을 가변하도록 할 수 있으며, 예를 들어 유전체와 안테나 급전선의 중첩면적을 증감하는 방식이 고려될 수 있을 것이나 빔폭 또는 빔틸트 특성의 가변을 위한 공지의 방식이 적용될 수 있다. 이러한 빔폭의 제어를 위하여 빔폭제어부(1740)가 구비된다.
도 2를 참조하면 도면의 상측의 세 개의 타겟드론(t)을 무력화 대상으로 식별한 경우 빔폭제어부(1740)는 상기 범위에 대하여 지향성을 가지는 빔폭(α)의 교란 주파수신호는 발신하여 무력화의 수행이 가능하며, 이 경우 하부에 도시된 아군의 드론에 대해서는 영향이 미치지 않는다.
상기와 같인 탐지 - 식별 - 주파수생성 - 주파수발진의 과정에서 상황에 따라 적절한 대응을 수행할 수 있도록 대응판단부(1750)를 포함하는 것이 바람직하며, 이는 탐지되고 식별된 타겟드론(t)에 대하여 격추할 것인지, 신호의 송출을 무력화할 것인지, 유도신호를 통하여 운항을 제어할 것인지, 추적 또는 회피기동할 것인지, 회항할 것인지, 자폭할 것인지 등의 대응을 즉시적으로 판단할 수 있다. 이는 컨트롤러(3000)의 제어범위를 벗어나거나 재밍신호로 인하여 무인항공기 본체(2000)가 무력화가 진행되거나 명령을 입력받기까지 시간이 지나치게 지연되는 등의 조건을 만족하는 경우 능동적인 판단과 기능의 수행이 가능한 이점이 있다.
도 5은 본 발명의 무인항공기를 이용한 안티드론 대응시스템에서 주파수발진부의 실시예를 나타내는 블록도이다.
주파수발진부(1710)는 안테나부(1500)와 연결되며, 신호생성부(1711), 상향변환부(1712), 증폭부(1713) 및 필터부(1714)를 포함하고, 컨트롤러(3000) 또는 대응판단부(1750)에 의하여 제어될 수 있다. 상기의 신호의 흐름은 관리부(1701)에 의하여 제어될 수 있다.
상기 신호생성부(1711)는 전파차단 신호를 생성할 수 있는데, 후술될 바와 같이 2개 이상의 신호를 IF(Intermediate Frequency) 대역에 스윕(sweep)하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 주파수 대역은 이용자에 의하여 선택되어 컨트롤러(3000)를 통하여 입력될 수 있으며, 탐지부(1720)를 통하여 감지된 주파수 대역일 수 있다.
이때, 2개 이상의 신호 생성이 이루어지는 경우 하나 이상의 DDS(Direct Digital Synthesizer) 및/또는 FPGA(Field Programmable Gate Array)가 선택되고 조합될 수 있다. 상기 신호생성부(1711)는 백색잡음을 이용하여 재밍신호를 생성할 수 있는데, 후술될 바와 같이 채널별로 서로 독립적인 신호의 생성을 위하여 개별 신호생성부로 구성될 수 있고, 경우에 따라 채널의 수에 해당되는 개별 신호생성부로 이루어질 수도 있다. 여기서 적용되는 대역은 GPS 및/또는 ISM 2.4GHz대역 및/또는 드론조종주파수 대역 및/또는 ISM 5.8GHz대역일 수 있음은 상기한 바와 같다.
제어부(1000)에서 제어되는 제어전력은 배터리(참조번호 미표시)로부터 공급될 수 있음은 상기한 바와 같다.
상향변환부(1712)는 배터리로부터 소정 DC 전원을 수신하여, 신호생성부(1711)가 생성하는 IF 대역의 신호를 보호주파수 대역인 RF 대역으로 상향 변환한다. 이러한 상향변환부(1712)는 신호생성부(1711)에서 생성된 IF주파수를 상용주파수 대역으로 업컨버젼(Upconversion)시키도록 기능한다.
상향변환부(1712)는 신호생성부(1711)에서 생성하는 각 채널의 캐리어 신호에 대하여, 각각 소정 대역의 RF 주파수 대역으로 변환한다.
증폭부(1713)는 배터리로부터 소정 DC 전원을 수신하여, 상향변환부(1712)에서 출력하는 신호를 증폭한다. 증폭부(1713)에서 출력하는 신호의 전력레벨은, 교란 대상의 대역의 신호에 대한 전력레벨보다 더 큰 전력레벨을 가질 수 있다.
필터부(1714)는 증폭부(1713)로부터 출력되는 신호 중, 원하지 않는 대역의 불요파 신호를 억제하여, 지정된 대역내 신호만을 선택하고 재밍신호로써 컴바이닝(Combining)하여 발신부(1500)로 출력하도록 기능한다. 이러한 필터부(1714)에서는 증폭부(1713)의 출력주파수로 인한 인접주파수에 대한 간섭에 따른 영향을 줄이도록 기능할 수 있다.
상기 증폭부(1713)에서 출력하는 신호의 전력레벨은, 타겟드론(t)에서 사용하는 신호에 대한 전력레벨보다 더 큰 전력레벨을 가지는 것이 바람직하며, 실험 결과 원신호의 수신 레벨보다 18dB이 높아야 효과적으로 전파를 차단할 수 있음을 확인하였다. 상기 출력레벨의 결정을 위하여 증폭부는 복수의 증폭모듈들이 상호 병렬로 연결되어 선택된 조합으로서 발신부(1500)에서 소정의 출력을 가지도록 할 수 있으며, 예를 들어 각각의 증폭모듈이 20W로 설정될 수 있다. 이러한 증폭모듈들의 조합 및 선택은 소정의 스위칭을 통하여 이루어질 수 있을 것이다. 종래기술의 증폭기의 경우 인접주파수 내에서 간섭증폭이 일어나기 때문에 그 출력을 제한하게 되는데, 본 발명과 같이 병렬로 연결하고 조합할 때 실질적인 증폭기능을 보장하면서 신호 간섭의 방지 기능이 동시에 달성될 수 있는 것임에 유의하여야 한다.
도 6은 본 발명의 무인항공기를 이용한 안티드론 대응시스템에서 기동부의 실시예를 나타내는 블록도이다.
본 발명에서 대응판단부(1750)가 능동적인 판단을 통해 상황에 따라 적절한 대응을 수행할 수 있으며, 운항과 관련된 판단은 추적, 회피, 회항 등일 수 있다.
따라서, 기동부(1200)는 주파수제어부(1700)에서 판단된 대응방식을 기초로 운항제어모듈(1010)을 통하여 동력유닛(2010)들을 적절한 운용방식에 맞게 제어하도록 한다.
기본적으로 추적부(1210)는 탐지 및 식별된 타겟드론(t)의 집합 또는 개별 타겟드론(t)에 대한 접근과 추적을 수행하도록 할 수 있으며, 이는 기본적으로 안테나부(1500)의 가동거리 이내의 범위와 방향성을 가지도록 할 수 있다.
또한, 회피기동부(1220)를 더 포함하여 직접적으로 무인항공기 본체(2000)에 대한 공격인 재밍신호가 탐지된 경우 탐지된 주파수를 기초로 이를 벗어나도록 할 수 있으며, 회항제어부(1230)는 자동적으로 설정된 위치나 컨트롤러(3000)로부터 입력받은 위치로 회항하도록 하는 기능을 수행한다.
이러한 기동부(1200)의 작동은 소정의 긴급상황 등의 조건 충족시 컨트롤러(3000)로부터 자동적으로 제어주체를 이관하는 기능을 수행하며, 판단된 대응상황에 따라 능동적으로 작동할 수 있다. 이를 위하여 기동부(1200)는 GPS모듈(1020)로부터 위치를 입력받고 위치보정을 수행한다.
상기 기동부(1200)의 작동을 위하여 무인항공기 본체(2000)는 추가적으로 가속도센서, 지자기센서, 기압센서 등을 구비할 수 있을 것이다.
한편, 무력화가 불가능하거나 시간적으로 어려운 조건 또는 타겟드론(t)이 폭발물을 적재하여 접근하는 등의 상황에서는 주파수의 제어만으로 방어가 어려운 경우가 존재하고 이때에는 대응판단부(1750)에서 자폭의 판단을 하여 자폭부(1240)가 타겟드론(t)으로 접근 및 자폭을 수행할 수 있다. 이러한 자폭부(1240)의 작동은 타겟드론(t)으로의 충돌 및/또는 폭발물의 폭발과 같은 방식으로 수행될 수 있을 것이다.
상기된 실시예들의 구성의 적용예들은 상호 간에 치환되거나, 추가 또는 교차적으로 사용될 수 있다.
상술된 본 발명의 무인항공기를 이용한 안티드론 대응시스템은 상용화된 원격조종주파수와 영상전송주파수 대역 등을 효과적으로 차단하여 지상 또는 공중으로 침투하는 드론에 대한 무력화를 수행함으로써 효과적으로 대응할 수 있다. 이에 따라 핵발전소 및 공항 등 국가 주요 시설물들에 대한 폭탄 테러위협, 국가 주요 시설물의 불법 촬영, VIP인사의 테러 위협, 경기장이나 인구밀집지역의 테러위협에 대처할 수 있으며, 마약 등과 물질의 반입의 차단은 물론, 비행금지구역에서의 무분별한 사용에의 대처가 가능하고, 사람이나 시설물과의 충돌을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 사용자에 의한 제어는 물론 능동적으로 기체의 운항과 주파수의 생성과 발신이 가능하여 공중에서 다양한 상황에 대처가 가능하고 종래의 지상에서 대응하는 방식에 비하여 그 안전성과 효율성이 극대화될 수 있다.
이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
1000...제어부 1010...운항제어모듈
1020...GPS모듈 1030...로그모듈
1100...통신모듈 1200...기동부
1210...추적부 1220...회피기동부
1230...회항제어부 1240...자폭부
1500...안테나부 1700...주파수제어부
1710...주파수발진부 1720...탐지부
1730...식별부 1740...빔폭제어부
1750...대응판단부 2000...무인항공기 본체
2010...동력유닛 3000...컨트롤러
1020...GPS모듈 1030...로그모듈
1100...통신모듈 1200...기동부
1210...추적부 1220...회피기동부
1230...회항제어부 1240...자폭부
1500...안테나부 1700...주파수제어부
1710...주파수발진부 1720...탐지부
1730...식별부 1740...빔폭제어부
1750...대응판단부 2000...무인항공기 본체
2010...동력유닛 3000...컨트롤러
Claims (3)
- 운항 동력을 제공하도록 본체에 구비되는 하나 이상의 동력유닛(2010);
교란 주파수신호를 발신하는 안테나부(1500);
원격의 컨트롤러로부터 제어입력을 수신하여 상기 동력유닛을 제어할 수 있도록 하는 통신모듈(1100)과, 타겟드론(t)의 주파수를 탐지하고 교란 주파수신호를 생성하여 상기 안테나부로 발신하도록 하는 주파수제어부(1700)와, 상기 동력유닛의 운항제어모듈(1010)을 통하여 추적 또는 회피 기동을 수행하도록 하는 기동부(1200)와, 재밍 또는 항재밍의 운용 기록을 시간 순으로 저장하여 관리하는 로그모듈(1030)을 구비하는 제어부(1000);를 포함하고,
상기 안테나부는,
GPS와 2.4GHz 조종주파수 대역에 대한 교란주파수를 발신할 수 있는 제1안테나와 5.8GHz 조종주파수에 대한 교란주파수를 발신할 수 있는 제2안테나를 포함하되 빔포밍이 가능한 지향성 안테나로 이루어지고,
상기 통신모듈은,
주파수 호핑 방식으로 컨트롤러와 통신을 수행하며,
상기 주파수제어부는,
타겟드론(t)의 조종 주파수, 드론 자체의 소음으로 발생하는 주파수, 열, 영상주파수 또는 재밍주파수 중의 어느 하나 이상을 탐지하는 탐지부(1720)와, 타겟드론에서 사용하는 주파수의 전력레벨보다 큰 전력레벨을 가지는 교란 주파수신호를 생성하는 주파수발진부(1710)와, 타겟드론의 피아를 식별하는 식별부(1730)와, 상기 식별된 타겟드론을 격추할 것인지 또는 상기 본체에 대한 교란 주파수신호의 탐지가 있는 경우 기동부를 제어하여 회피기동할 것인지를 즉시 판단하는 대응판단부(1750)를 구비하는 무인항공기를 이용한 안티드론 대응시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 본체에 장착되는 GPS모듈, 가속도센서, 지자기센서 또는 기압센서 중의 어느 하나 이상을 포함하며,
상기 기동부는,
설정된 조건의 충족시 원격의 컨트롤러로부터 제어주체를 이관받아 능동적으로 운항에 대한 판단을 수행하는 무인항공기를 이용한 안티드론 대응시스템.
- 제2항에 있어서,
영상 이미지를 생성하는 카메라;를 더 포함하고,
상기 기동부는,
주파수의 제어로 타겟드론의 방어가 어려운 것으로 판단된 경우 접근 및 자폭을 수행하도록 하는 자폭부를 구비하는 무인항공기를 이용한 안티드론 대응시스템.
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