KR102627763B1 - 무선전파 방향탐지와 위치추적 및 위성항법 기만 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템 - Google Patents
무선전파 방향탐지와 위치추적 및 위성항법 기만 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 단일의 장비를 이용하여, 스파이 드론이나 공격 드론 등을 포함한 적대 드론 또는 방어 대상 드론의 무선통신 신호를 스캔하여 드론과 조종자의 방향탐지 및 위치추적을 행하고, 360도 전방위로 드론의 위성항법을 기만하여 드론을 방어할 수 있는 위성항법 기만과 무선전파 방향탐지 및 위치추적 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 방어 대상 드론을 방어하기 위한 드론 방어 시스템으로서, 시스템 본체; 상기 시스템 본체에 구비되고, 방어 대상 드론을 탐지 식별하고, 방어 대상 드론의 무선통신신호를 분석하여 드론의 위치를 추적하도록 구성되는 드론신호 분석 모듈부; 상기 드론신호 분석 모듈부에서 분석된 신호에 근거하여 방어 대상 드론에 대하여 재밍신호를 발생하도록 구성되는 재밍신호 발생 모듈부; 및 상기 드론신호 분석 모듈부에서 분석된 위치에 근거하고, 드론의 위성항법을 기만하여 방어 대상 드론을 보호지역 밖으로 추방시키도록 구성되는 드론 추방 모듈부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 드론 방어 시스템이 제공된다.
Description
본 발명은 대 드론 방법 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일의 장비를 이용하여, 스파이 드론이나 공격 드론 등을 포함한 적대 드론 또는 방어 대상 드론의 무선통신 신호를 스캔하여 드론과 조종자의 방향탐지 및 위치추적을 행하고, 360도 전방위로 드론의 위성항법을 기만하여 드론을 방어할 수 있는 위성항법 기만과 무선전파 방향탐지 및 위치추적 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템에 관한 것이다.
최근 들어 국내 및 해외의 드론 이용자 수가 크게 증가하고 활용되는 분야가 다양해짐에 따라 드론 비행의 안전 수칙 및 관리의 중요성이 부각되고 있다[0003] 드론은 조종사 없이 무선 전파의 유도에 의해 비행 및 조종이 가능한 비행기나 헬리콥터 모양의 군사용 무인항공기(UAV: Unmanned Aerial Vehicle 또는 Uninhabited Aerial Vehicle)를 총칭하는 것으로, 2010년대를 전후로 군사적 용도 외에 다양한 민간 분야에도 활용되고 있다. 한편, 항공법상 드론의 정의는 초경량 비행장치에 해당하며, 국내 항공법 시행규칙 제14조는 자체 중량 150kg 이하의 드론을 초경량비행장치 중 무인비행장치로 분류하고 있다.
이러한 드론과 관련된 최근 현황을 살펴보면, 국내에 신고된 드론의 수는 2010년에는 144대에 불과하였으나 2015년 3월에는 423대로 증가하였다. 또 드론 조종 자격 취득자의 수도 2014년 64명에서 2015년 726명으로 급증하였고, 무인비행장치 관련 법규 위반 건수도 2010년 6건에서 2014년 49건으로 증가하였다.
이러한 드론은 원거리 조종 기능이 점차 탁월해 질 뿐 아니라 고성능 카메라까지 장착되어 불법적인 촬영 행위가 이루어지는 등 사생활이나 시설보안의 침해의 가능성이 있으며, 특히 보호시설의 정찰, 감시, 공격, 테러 및 무단 침입도 가능하다는 점에서, 그 문제성이 지속적으로 제기되고 있다.
특히 군사시설 등은 말할 것도 없고, 공항이나 주요 기간시설 등에서는 불법 비행체로 인한 피해가 커질 우려가 높아 이에 대한 방어대책이 요구된다.
특히, 국내에서는 북한의 무인 항공기가 청와대 및 서울 시내를 촬영하다 추락한 사건 이후 항공기의 비행금지 구역 내 침입을 막을 수 있는 소위 안티드론 방어시설의 필요성이 대두되고 있다.
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.
대한민국 등록특허공보 제10-0357375호는 종래기술의 전파교란기를 개시하고 있다. 도 1은 종래 기술의 전파교란기를 나타내는 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(upconversion)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 이러한 종래기술의 전파교란기는 소정의 고정된 주파수대역에 작동하며, 제어전력의 입력을 위하여 고정되어 있고, 고정된 안테나를 구비하기 때문에 장비의 부피가 크고 이동성이 현저히 떨어질 뿐만 아니라 다양한 대역의 주파수에 대응하기가 어렵기 때문에 특히 드론과 같은 공중 침투가 가능한 무인항공기에 적용하기는 무리가 있는 문제점이 있다.
이에 따라 방어 대상 드론을 정확히 탐지 식별하고, 이의 결과에 기초하여 방어 대상 드론에 대한 재밍신호 출력을 모두 행할 수 있는 드론 방어 시스템에 대한 연구와 개발이 필요한 실정이다.
따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 단일의 장비를 이용하여, 스파이 드론이나 공격 드론 등을 포함한 적대 드론 또는 방어 대상 드론의 무선통신 신호를 스캔하여 드론과 조종자의 방향탐지 및 위치추적을 행하고, 360도 전방위로 드론의 위성항법을 기만하여 드론을 방어할 수 있는 위성항법 기만과 무선전파 방향탐지 및 위치추적 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 방어 대상 드론을 방어하기 위한 드론 방어 시스템으로서, 시스템 본체; 상기 시스템 본체에 구비되고, 방어 대상 드론을 탐지 식별하고, 방어 대상 드론의 무선통신신호를 분석하여 드론의 위치를 추적하도록 구성되는 드론신호 분석 모듈부; 상기 드론신호 분석 모듈부에서 분석된 신호에 근거하여 방어 대상 드론에 대하여 재밍신호를 발생하도록 구성되는 재밍신호 발생 모듈부; 및 상기 드론신호 분석 모듈부에서 분석된 위치에 근거하고, 드론의 위성항법을 기만하여 방어 대상 드론을 보호지역 밖으로 추방시키도록 구성되는 드론 추방 모듈부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 드론 방어 시스템이 제공된다.
본 발명에 있어서, 상기 드론신호 분석 모듈부는 복수의 안테나부; 상기 안테나부에 연결되는 아날로그 수신부; 상기 아날로그 수신부에서 수신된 무선통신신호의 주파수를 변환하도록 이루어지는 주파수 변환부; 상기 주파수 변환부의 변환 주파수에 기초하여 도래각을 추정하도록 이루어지는 도래각 처리부; 상기 주파수 변환부의 변환 주파수에 기초하여 방어 대상 드론의 위치와 조종자의 위치를 추적하도록 이루어지는 위치추적 처리부; 및 상기 주파수 변환부의 변환 주파수에 기초하여 드론의 기종을 식별하도록 이루어지는 기종식별 처리부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 도래각 처리부는 탐지할 주파수를 대상으로 위상값을 계산하는 위상 추출부, 및 상기 위상 추출부에서 계산된 위상값을 통해 도래각 추정알고리즘을 수행하는 도래각 추정부를 포함하며, 상기 위상 추출부는 두 개의 안테나부에 도달한 신호의 위상차 Φ를 아래 식과 같이 구할 수 있다.
(여기서 λ는 입사신호의 파장이고 d는 안테나 사이의 거리이다)
본 발명에 있어서, 상기 기종식별 처리부는 변환 주파를 시간 대 스펙트럼 전시화면인 스펙트로그램을 생성하도록 이루어지는 스펙트로그램 생성부, 및 상기 스펙트로그램 생성부에서 생성된 스펙트로그램에 기초하여 드론 기종을 판별하는 기종 추정부를 포함하며, 상기 기종 추정부는 미리 저장된 기종 데이터와 비교하여 기종을 판별하도록 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 재밍신호 발생 모듈부는 RF 핑거프린팅(Fingerprinting) 방식과 딥러닝 기법으로 구축된 라이브러리 기반으로 사용 주파수 대역 내에서 사용 채널만 전파차단하여 협대역 저출력으로 방어 대상 드론의 통신신호를 차단하도록 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 드론 추방 모듈부는 방어 대상 드론의 GPS 신호를 수집하는 GPS신호 수집부; 상기 GPS신호 수집부에서 수집된 GPS 신호를 분석하고 처리하는 신호 분석 처리부; 및 상기 신호 분석 처리부에서 처리된 결과를 제공받아 위성의 L1대역에 대한 기만 신호를 생성하여 방사하는 GPS 기만신호 생성 방사부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 드론신호 분석 모듈부에서 탐지된 방어 대상 드론의 방향과 위치 정보에 기반하여 상기 드론 추방 모듈부를 통해 무력화 할 시, 상기 GPS 기만신호 생성 방사부에서 방사되는 GPS 기만신호가 소정의 추방 패턴을 형성하여 방사되도록 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 GPS 기만신호 생성 방사부는 GPS 기만신호의 위성신호 기만좌표가 돔 형태 또는 써클(circle) 형태를 갖도록 방사할 수 있다.
본 발명에 따른 위성항법 기만과 무선전파 방향탐지 및 위치추적 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템에 의하면 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명은 단일의 장비를 이용하여 방어 대상 드론에 대한 방향탐지와 위치추적 및 무력화를 행할 수 있어 효과적이고 신뢰성 있는 대드론 방어 시스템을 구축할 수 있으며, 방어 시스템의 경쟁력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 위성신호 기만좌표를 써클 형태로 360도 전방위로 방사하여 다수의 드론이 복수의 방향에서 침입하는 경우에도 보호지역 밖으로 확실하게 추방할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술의 전파교란기를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 위성항법 기만과 무선전파 방향탐지 및 위치추적 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템에 포함되는 구성부들을 블록화하여 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 위성항법 기만과 무선전파 방향탐지 및 위치추적 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템에 포함되는 드론신호 분석 모듈부의 구성을 블록화하여 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 위성항법 기만과 무선전파 방향탐지 및 위치추적 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템에 포함되는 위치추적 처리부의 구성을 블록화하여 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 위성항법 기만과 무선전파 방향탐지 및 위치추적 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템에 포함되는 도래각 처리부에서 도래각(위상차)를 구하는 구조식의 개념도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 휴대용 하이브리드 드론방어 장비에 포함되는 기종식별 처리부에서 드론식별에 이용되는 처리 방식의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 휴대용 하이브리드 드론방어 장비에 포함되는 드론 추방 모듈부의 위성신호 스푸핑 생성 구조도이다.
도 10은 본 발명에 따른 하이브리드 드론 방어 시스템에 포함되는 GPS 기만신호 생성 방사부의 제1 실시 예의 안테나부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10의 안테나부의 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 하이브리드 드론 방어 시스템에 포함되는 GPS 기만신호 생성 방사부의 제2 실시 예의 안테나부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 휴대용 하이브리드 드론방어 장비에 포함되는 드론 추방패턴 형성 수단에 의해 방사되는 GPS 기만신호에 의한 추방 패턴의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 위성항법 기만과 무선전파 방향탐지 및 위치추적 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템에 포함되는 구성부들을 블록화하여 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 위성항법 기만과 무선전파 방향탐지 및 위치추적 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템에 포함되는 드론신호 분석 모듈부의 구성을 블록화하여 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 위성항법 기만과 무선전파 방향탐지 및 위치추적 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템에 포함되는 위치추적 처리부의 구성을 블록화하여 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 위성항법 기만과 무선전파 방향탐지 및 위치추적 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템에 포함되는 도래각 처리부에서 도래각(위상차)를 구하는 구조식의 개념도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 휴대용 하이브리드 드론방어 장비에 포함되는 기종식별 처리부에서 드론식별에 이용되는 처리 방식의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 휴대용 하이브리드 드론방어 장비에 포함되는 드론 추방 모듈부의 위성신호 스푸핑 생성 구조도이다.
도 10은 본 발명에 따른 하이브리드 드론 방어 시스템에 포함되는 GPS 기만신호 생성 방사부의 제1 실시 예의 안테나부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10의 안테나부의 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 하이브리드 드론 방어 시스템에 포함되는 GPS 기만신호 생성 방사부의 제2 실시 예의 안테나부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 휴대용 하이브리드 드론방어 장비에 포함되는 드론 추방패턴 형성 수단에 의해 방사되는 GPS 기만신호에 의한 추방 패턴의 개념도이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 본 발명에 따른 위성항법 기만과 무선전파 방향탐지 및 위치추적 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 위성항법 기만과 무선전파 방향탐지 및 위치추적 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템에 포함되는 구성부들을 블록화하여 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 위성항법 기만과 무선전파 방향탐지 및 위치추적 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템에 포함되는 드론신호 분석 모듈부의 구성을 블록화하여 나타내는 블록도이며, 도 4는 본 발명에 따른 위성항법 기만과 무선전파 방향탐지 및 위치추적 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템에 포함되는 위치추적 처리부의 구성을 블록화하여 나타내는 블록도이다. 도 5는 본 발명에 따른 위성항법 기만과 무선전파 방향탐지 및 위치추적 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템에 포함되는 도래각 처리부에서 도래각(위상차)를 구하는 구조식의 개념도이고, 도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 휴대용 하이브리드 드론방어 장비에 포함되는 기종식별 처리부에서 드론식별에 이용되는 처리 방식의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명에 따른 휴대용 하이브리드 드론방어 장비에 포함되는 드론 추방 모듈부의 위성신호 스푸핑 생성 구조도이다. 도 10은 본 발명에 따른 하이브리드 드론 방어 시스템에 포함되는 GPS 기만신호 생성 방사부의 제1 실시 예의 안테나부를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 11은 도 10의 안테나부의 방사 패턴을 나타내는 도면이고, 도 12는 본 발명에 따른 하이브리드 드론 방어 시스템에 포함되는 GPS 기만신호 생성 방사부의 제2 실시 예의 안테나부를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 13은 본 발명에 따른 휴대용 하이브리드 드론방어 장비에 포함되는 드론 추방패턴 형성 수단에 의해 방사되는 GPS 기만신호에 의한 추방 패턴의 개념도이다.
본 발명에 따른 위성항법 기만과 무선전파 방향탐지 및 위치추적 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템은, 스파이 드론이나 공격 드론 등을 포함한 적대 드론 또는 방어 대상 드론을 방어하기 위한 드론 방어 시스템으로서, 도 2 내지 도 13에 나타낸 바와 같이, 크게 시스템 본체(100)와, 드론신호 분석 모듈부(200) 및 재밍신호 발생 모듈부(300)를 포함하며, 드론 추방 모듈부(400)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 하이브리드 드론 방어 시스템은, 스파이 드론이나 공격 드론 등을 포함한 적대 드론 또는 방어 대상 드론을 방어하기 위한 드론 방어 시스템으로서, 도 2 내지 도 13에 나타낸 바와 같이, 하기 구성부들이 구비되는 시스템 본체(100); 상기 시스템 본체(100)에 구비되고, 방어 대상 드론의 무선통신신호의 방향을 탐지하고 드론을 식별하며, 방어 대상 드론이 사용하는 무선통신신호를 분석하여 드론 및 조종자의 위치를 추적하도록 구성되는 드론신호 분석 모듈부(200); 및 상기 시스템 본체(100)에 구비되고, 상기 드론신호 분석 모듈부(200)에서 분석된 신호에 기초하여 방어 대상 드론의 무력화를 위한 재밍신호(방어신호)를 발생하도록 구성되는 재밍신호 발생 모듈부(300);를 포함한다.
이에 더하여, 본 발명에 따른 하이브리드 드론 방어 시스템은 드론의 위성항법을 기만하여 드론 방어 시스템이 구축된 보호지역으로 침입하는 드론을 보호지역 밖으로 추방시킬 수 있도록 하는 드론 추방 모듈부(400);를 더 포함할 수 있다.
상기 시스템 본체(100)는 드론신호 분석 모듈부(200)와 재밍신호 발생 모듈부(300) 및/또는 드론 추방 모듈부(400)이 구비되는 구성부이다.
여기에서, 상기 시스템 본체(100)는 드론 추방 모듈부(400)를 더 포함하는 경우, 상기 드론 추방 모듈부(400)는 드론의 위성항법을 기만하는 기만신호를 동서남북 방향 중 하나의 방향으로 추방할 수 있도록 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 드론 추방 모듈부(400)는 위성신호 기만좌표가 돔 형태 또는 써클 형태를 갖게 방사(시계방향, 반시계 방향)하도록 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 드론신호 분석 모듈부(200)는 상기 시스템 본체(100)에 구비되고, 방어 대상 드론의 무선통신신호의 방향을 탐지하고 드론을 식별하며, 방어 대상 드론이 사용하는 무선통신신호를 분석하여 드론 및 조종자의 위치를 추적하도록 구성되는 구성부이다.
구체적으로, 상기 드론신호 분석 모듈부(200)는 복수 배열되어 구비되는 안테나부(210)와, 상기 안테나부(210)에 연결되어 무선통신신호를 수신하는 아날로그 수신부(220)와, 상기 아날로그 수신부(220)에서 수신된 무선통신신호에 대하여 주파수를 변환하도록 이루어지는 주파수 변환부(230)와, 상기 주파수 변환부(230)에서 변환된 주파수에 기초하여 도래각을 추정하도록 이루어지는 도래각 처리부(240)와, 상기 주파수 변환부(230)에서 변환된 주파수에 기초하여 방어 대상 드론의 위치와 조종자의 위치를 추적하도록 이루어지는 위치추적 처리부(250), 및 상기 주파수 변환부(230)에서 변환된 주파수에 기초하여 드론의 기종을 식별하도록 이루어지는 기종식별 처리부(260)를 포함한다.
상기 안테나부(210)는 예를 들면 상기 시스템 본체(100)의 상단부에 복수 구비되는 RF 스캐너형 안테나로 구성될 수 있다.
상기 아날로그 수신부(220)는 안테나부(210)로부터의 무선통신신호를 수신하고, 적절한 수신레벨로 증폭하도록 구성된다.
상기 주파수 변환부(230)는 아날로그 디지털(Analog Digital) 소자를 통해 디지털화 할 수 있는 최적의 주파수로 변경하도록 이루어진다. 이러한 주파수 변환부(230)에서 변경된 주파수 신호는 도래각 처리부(240)와, 위치추적 처리부(250) 및 기종식별 처리부(260) 각각에서 분석을 위한 신호로 이용된다. 여기에서, 예를 들면 디지털화된 데이타는 FPGA부에서 FFT연산을 통해 주파수 변환하도록 이루어질 수 있다.
상기 도래각 처리부(240)는 상기 주파수 변환부(230)에서 변환된 주파수에 기초하여 도래각을 추정하도록 처리하는 구성부로서, 상기 도래각 처리부(240)는 탐지하려는 주파수를 대상으로 위상값을 계산하는 위상 추출부(241), 및 상기 위상 추출부(241)에서 계산된 위상값을 통해 도래각 추정알고리즘을 수행하는 도래각 추정부(242)를 포함한다.
상기 도래각 처리부(240)의 위상 추출부(241)에서, 두 안테나에 도달한 신호의 위상차 Φ는 아래 식과 같이 구할 수 있다.
여기서 λ는 입사신호의 파장이고 d는 안테나 사이의 거리이다.
그리고 상기 도래각 추정부(242)는 위상 추출부(241)에서 추출된 위상값에 대하여 미리 프로그래밍된 도래각 추정 알고리즘을 통해 도래각을 추정하게 된다.
계속해서, 상기 위치추적 처리부(250)는 상기 주파수 변환부(230)에서 변환된 주파수에 기초하여 방어 대상 드론의 위치와 조종자의 위치를 추적하도록 이루어지는 구성부이다.
구체적으로, 상기 위치추적 처리부(250)는 상기 아날로그 수신부(220)에서 수신되어 증폭된 무선통신신호를 다운컨버터부(251)를 거쳐서 디지털이 해석 가능한 상태로 변환한 후, 신호 검출부(252)에서 드론마다 보내는 신호를 검출한다. 상기 신호 검출부(252)는 드론이 보내는 기본정보 신호는 주기적이지 않고 특정 주파수에 한정되어 있지 않아서 드론이 보내는 특정 신호를 확인하여 드론 정보 신호를 검출해 낸다.
계속해서, 상기 위치추적 처리부(250)는 상기 신호 검출부(252)에서 검출된 일정의 신호를 미리 설정된 주파수 보정알고리즘 및/또는 신호의 일부 주파수 구성 요소를 제거하는 선형 필터를 갖는 주파수 보정부(253)를 통해 주파수 보정을 수행하고, 고속푸리에변환부(254)에서 OFDM(직교주파수분할)의 원리를 적용한 FFT(고속푸리에변환)를 사용하여 직열데이터로 검출해 낸다. 그리고 복호화부(255)는 수신된 직열데이터를 복호화하고, 오류 보정부(256)를 통해 데이터 오류 보정을 수행하면 목적했던 데이터를 얻게 된다.
그리고 상기 기종식별 처리부(260)는 상기 주파수 변환부(230)에서 변환된 주파수에 기초하여 드론의 기종을 식별하도록 이루어지는 구성부로서, 드론 통신프로토콜을 분석하여 이에 기초하여 기종을 추정하도록 이루어진다.
구체적으로, 상기 기종식별 처리부(260)는 주파수 변환부(230)에서 변환된 주파수를 시간 대 스펙트럼 전시화면인 스펙트로그램을 생성하도록 이루어지는 스펙트로그램 생성부(261), 및 상기 스펙트로그램 생성부(261)에서 생성된 스펙트로그램에 기초하여 드론 기종을 판별하는 기종 추정부(262)를 포함한다.
상기 스펙트로그램 생성부(261)는 생성된 스펙트로그램이 도 6과 같은 형태의 결과값으로 표현이 되며, 기종 추정부 알고리즘의 입력 데이터 형태는 예를 들면, 265*265의 데이터를 사용할 수 있으며, 이러한 기종 추정부 알고리즘의 입력 데이터 형태는 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 상기 스펙트로그램 생성부(261)는 도 7에 나타낸 바와 같이 예를 들면 2차원 convolution연산과 Leaky ReLU활성화 함수, 2*2 Max Pooling을 거치면서 국소 부위의 최대 특징을 추출 해 내고, grid size(8*8)의 특징맵을 얻을 때까지 반복한다. 이러한 스펙트로그램 생성부(261)는 상기한 예시에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 얻어진 grid size의 특징맵은 각각의 셀(Cell)에는 바운딩박스의 위치와 크기, 해당 그리드에 대한 class의 예측값 정보, 예측에 대한 정확도를 포함하고 있다.
그리고 각 셀에서 얻어진 바운딩박스(노란색박스)들 중 정확도가 높은 값을 원본이미지에 표시하게 되면 도 8과 같은 도면의 사진을 얻을 수 있으며, 상기 기종 추정부(262)에서는 이를 기존의 데이터와 비교하여 기종을 판별하게 된다.
다음으로, 상기 재밍신호 발생 모듈부(300)는 상기 드론신호 분석 모듈부(200)에서 분석된 신호에 기초하여 방어 대상 드론의 무력화를 위한 재밍신호(방어신호)를 발생하도록 구성되는 구성부로서, 스마트 재밍 방식을 이용한다.
구체적으로, 상기 재밍신호 발생 모듈부(300)는 RF 핑거프린팅(Fingerprinting) 방식과 딥러닝 기법으로 구축된 라이브러리 기반으로 탐지된 드론을 사용 주파수 대역 내에서 사용 채널만 전파차단하여 협대역 저출력으로 드론의 통신신호를 차단하여 방어하도록 이루어진다.
다음으로, 상기 드론 추방 모듈부(400)는 드론의 위성항법을 기만하여 드론 방어 시스템이 구축된 보호지역으로 침입하는 드론을 보호지역 밖으로 추방시킬 수 있도록 하는 구성부로서, 위성신호 스푸핑 기술이 적용된 무력화 기법으로 드론의 위성항법을 기만하여 드론의 위치를 이동시키도록 이루어진다.
구체적으로, 상기 드론 추방 모듈부(400)는 GPS 신호를 수집하는 GPS신호 수집부(410)와, 상기 GPS신호 수집부(410)에서 수집된 GPS 신호를 분석하고 처리하는 신호 분석 처리부(420) 및 상기 신호 분석 처리부(420)에서 처리된 결과를 제공받아 GPS(GNSS), GLONASS, GALILEO, BEIDOU 위성의 L1대역뿐만 아니라, L2, L5를 비롯하여 다양한 대역에 대한 기만 신호를 생성하여 방사하는 GPS 기만신호 생성 방사부(430)를 포함한다.
상기 GPS 기만신호 생성 방사부(430)는 상기 드론신호 분석 모듈부(200)에서 탐지된 방어 대상 드론의 방향, 위치 정보를 수신하여 무력화 할 시, 방사되는 GPS 기만신호가 소정의 추방 패턴을 형성하여 방사되도록 이루어질 수 있다. 바람직하게, 상기 GPS 기만신호 생성 방사부(430)는 기만신호인 위성신호 기만좌표가 돔 형태 또는 써클 형태를 갖게 방사(시계방향, 반시계 방향)하도록 이루어질 수 있다.
이에 따라 본 발명은 GPS 기만신호 생성 방사부(430)에서 돔 형태 또는 써클 형태의 기만신호를 방사함으로써 다수의 드론이 복수의 방향에서 침입 시, 동시에 전방위로 침입하는 드론을 보호지역 밖으로 추방할 수 있다.
한편, 도 10은 본 발명에 따른 하이브리드 드론 방어 시스템에 포함되는 GPS 기만신호 생성 방사부의 제1 실시 예의 안테나부를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 11은 도 10의 안테나부의 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
상기 GPS 기만신호 생성 방사부(430)에서 기만신호를 방사하도록 구성되는 안테나는, 제1 실시 형태로서, 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 하드웨어 구조를 여러개의 섹터형 안테나로 병렬배치하여 알에프 스위치(RF Switch)를 이용하여 선택 방사하도록 구성되어, 알에프 스위치를 통해 특정 방향 및 전방향 방사가 가능하게 된다.
또한, 도 12는 본 발명에 따른 하이브리드 드론 방어 시스템에 포함되는 GPS 기만신호 생성 방사부의 제2 실시 예의 안테나부를 개략적으로 나타내는 도면으로, 상기 GPS 기만신호 생성 방사부(430)에서 기만신호를 방사하도록 구성되는 안테나는, 제2 실시 형태로서, 도 12에 나타낸 바와 같이, 방사 안테나를 섹터형으로 구성하고 로테이터로 회전할 수 있게 구성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 위성항법 기만과 무선전파 방향탐지 및 위치추적 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템에 의하면, 단일의 장비를 이용하여 방어 대상 드론에 대한 방향탐지와 위치추적 및 무력화를 행할 수 있어 효과적이고 신뢰성 있는 대드론 방어 시스템을 구축할 수 있고, 방어 시스템의 경쟁력을 확보할 수 있으며, 위성신호 기만좌표를 써클 형태로 360도 전방위로 방사하여 다수의 드론이 복수의 방향에서 침입하는 경우에도 보호지역 밖으로 확실하게 추방할 수 있는 이점이 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 시스템 본체
200: 드론신호 분석 모듈부
210: 안테나부
220: 아날로그 수신부
230: 주파수 변환부
240: 도래각 처리부
241: 위상 추출부
242: 도래각 추정부
250: 위치추적 처리부
251: 다운 컨버터부
252: 신호 검출부
253: 주파수 보정부
254: 고속푸리에변환부
255: 복호화부
256: 오류 보정부
260: 기종식별 처리부
261: 스펙트로그램 생성부
262: 기종 추정부
300: 재밍신호 발생 모듈부
400: 드론 추방 모듈부
410: GPS신호 수집부
420: 신호 분석 처리부
430: GPS 기만신호 생성 방사부
500: 드론 추방패턴 형성 수단
200: 드론신호 분석 모듈부
210: 안테나부
220: 아날로그 수신부
230: 주파수 변환부
240: 도래각 처리부
241: 위상 추출부
242: 도래각 추정부
250: 위치추적 처리부
251: 다운 컨버터부
252: 신호 검출부
253: 주파수 보정부
254: 고속푸리에변환부
255: 복호화부
256: 오류 보정부
260: 기종식별 처리부
261: 스펙트로그램 생성부
262: 기종 추정부
300: 재밍신호 발생 모듈부
400: 드론 추방 모듈부
410: GPS신호 수집부
420: 신호 분석 처리부
430: GPS 기만신호 생성 방사부
500: 드론 추방패턴 형성 수단
Claims (8)
- 방어 대상 드론을 방어하기 위한 드론 방어 시스템으로서,
시스템 본체; 상기 시스템 본체에 구비되고, 방어 대상 드론을 탐지 식별하고, 방어 대상 드론의 무선통신신호를 분석하여 드론의 위치를 추적하도록 구성되는 드론신호 분석 모듈부; 상기 드론신호 분석 모듈부에서 분석된 신호에 근거하여 방어 대상 드론에 대하여 재밍신호를 발생하도록 구성되는 재밍신호 발생 모듈부; 및 상기 드론신호 분석 모듈부에서 분석된 위치에 근거하고, 드론의 위성항법을 기만하여 방어 대상 드론을 보호지역 밖으로 추방시키도록 구성되는 드론 추방 모듈부;를 포함하고,
상기 드론신호 분석 모듈부는, 복수의 안테나부; 상기 안테나부에 연결되는 아날로그 수신부; 상기 아날로그 수신부에서 수신된 무선통신신호의 주파수를 변환하도록 이루어지는 주파수 변환부; 상기 주파수 변환부의 변환 주파수에 기초하여 도래각을 추정하도록 이루어지는 도래각 처리부; 상기 주파수 변환부의 변환 주파수에 기초하여 방어 대상 드론의 위치와 조종자의 위치를 추적하도록 이루어지는 위치추적 처리부; 및 상기 주파수 변환부의 변환 주파수에 기초하여 드론의 기종을 식별하도록 이루어지는 기종식별 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
하이브리드 드론 방어 시스템.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 도래각 처리부는 탐지할 주파수를 대상으로 위상값을 계산하는 위상 추출부, 및 상기 위상 추출부에서 계산된 위상값을 통해 도래각 추정알고리즘을 수행하는 도래각 추정부를 포함하며,
상기 위상 추출부는 두 개의 안테나부에 도달한 신호의 위상차 Φ를 아래 식과 같이 구하는 것을 특징으로 하는
(여기서 λ는 입사신호의 파장이고 d는 안테나 사이의 거리이다)
하이브리드 드론 방어 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 기종식별 처리부는 변환 주파를 시간 대 스펙트럼 전시화면인 스펙트로그램을 생성하도록 이루어지는 스펙트로그램 생성부, 및 상기 스펙트로그램 생성부에서 생성된 스펙트로그램에 기초하여 드론 기종을 판별하는 기종 추정부를 포함하며,
상기 기종 추정부는 미리 저장된 기종 데이터와 비교하여 기종을 판별하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는
하이브리드 드론 방어 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 재밍신호 발생 모듈부는
RF 핑거프린팅(Fingerprinting) 방식과 딥러닝 기법으로 구축된 라이브러리 기반으로 사용 주파수 대역 내에서 사용 채널만 전파차단하여 협대역 저출력으로 방어 대상 드론의 통신신호를 차단하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는
하이브리드 드론 방어 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 드론 추방 모듈부는
방어 대상 드론의 GPS 신호를 수집하는 GPS신호 수집부;
상기 GPS신호 수집부에서 수집된 GPS 신호를 분석하고 처리하는 신호 분석 처리부; 및
상기 신호 분석 처리부에서 처리된 결과를 제공받아 위성의 L1대역에 대한 기만 신호를 생성하여 방사하는 GPS 기만신호 생성 방사부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
하이브리드 드론 방어 시스템.
- 제6항에 있어서,
상기 드론신호 분석 모듈부에서 탐지된 방어 대상 드론의 방향과 위치 정보에 기반하여 상기 드론 추방 모듈부를 통해 무력화 할 시, 상기 GPS 기만신호 생성 방사부는 GPS 기만신호의 위성신호 기만좌표가 써클(circle) 형태를 갖도록 방사하는 것을 특징으로 하는
하이브리드 드론 방어 시스템. - 삭제
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| KR1020230133305A KR102627763B1 (ko) | 2023-10-06 | 2023-10-06 | 무선전파 방향탐지와 위치추적 및 위성항법 기만 기반의 하이브리드 드론 방어 시스템 |
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- 2023-10-06 KR KR1020230133305A patent/KR102627763B1/ko active IP Right Grant
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