KR102670206B1

KR102670206B1 - 하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머

Info

Publication number: KR102670206B1
Application number: KR1020210081176A
Authority: KR
Inventors: 최춘화
Original assignee: 주식회사 삼정솔루션
Priority date: 2021-06-22
Filing date: 2021-06-22
Publication date: 2024-05-29
Also published as: KR20220170309A

Abstract

본 발명은, 파괴형 하드킬 수단과 연동하여 작동되고 소형 무인기의 공중 침입을 탐지하고 무력화할 수 있는 재밍 시스템에 관한 것으로, 교란전파를 발신하는 안테나부(1500), 스푸핑 신호를 생성하여 안테나부로 전송하는 스푸퍼유닛(1200)과 재밍 신호를 생성하여 안테나부로 전송하는 재머유닛(1100)을 포함하는 발진부(1010), 상기 스푸퍼유닛 및 재머유닛의 작동을 선택하는 선택부(1001), 영상장비부로부터의 이미지신호를 영상장치에 표현하는 영상관리부(1800), 하드킬통제장치와 연결되고 하드킬장비부 및 영상장비부와 연동하여 발진부를 제어하는 메인컨트롤러부(1700)를 포함하는 하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머를 제공한다.

Description

하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머{JAMMER FOR SMALL UAV INTERLOCKED WITH HARD-KILL}

본 발명은 무선통신의 차단 및 보호와 관련된 것으로, 보다 상세하게는 소정의 파괴형 하드킬 수단과 연동하여 작동되며 소형 무인기의 공중 침입을 탐지하고 효과적으로 무력화할 수 있는 재밍 시스템에 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.

그런데, 근래의 국방 내지 보안시설에 대한 공격이 다각화됨에 따라 다양한 유형의 드론에 다양한 공격방식이 융합되고 있어 종래의 대공사격체계나 독립적인 재머만으로는 방어에 한계를 나타내고 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 공중으로의 침투에 대한 탐지와 추적이 가능하면서도 하드킬 및 소프트킬이 연동되어 작동될 수 있어 효율적인 대응이 가능한 하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 물리적으로 타겟을 파괴할 수 있는 하드킬장비에 결합되는 재머로서, 교란전파를 발신하며 하드킬장비와 팬틸트부에서 연동하여 움직이는 안테나부(1500); 스푸핑 신호를 생성하여 안테나부로 전송하는 스푸퍼유닛(1200)과 재밍 신호를 생성하여 안테나부로 전송하는 재머유닛(1100)을 포함하는 발진부(1010); 상기 스푸퍼유닛 및 재머유닛의 작동을 선택하는 선택부(1001); 영상장비부로부터의 이미지신호를 영상장치에 표현하는 영상관리부(1800); 하드킬통제장치와 연결되고 하드킬장비부 및 영상장비부와 연동하여 발진부를 제어하는 메인컨트롤러부(1700);를 포함하는 하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머를 제공한다.

상기 영상관리부는, 하드킬통제장치의 작동 개시시 탐지영역에 대한 탐지표시부(1810)를 표시하고, 메인컨트롤러부에서 타겟을 식별하여 사격준비단계에서 타겟이미지(1811)와 안테나부에 의하여 방사되는 영역에 설정된 각도를 가지는 부채꼴 형상의 방사표시부(1820)를 표시하며, 격추단계에서 방사표시부의 거리에 따른 출력별로 서로 다른 색상으로 표시하되, 하드킬장비부의 조준라인은 방사표시부의 중심각 위치에 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 영상관리부는 격추단계에서 탐지표시부의 영역을 지도와 연동하여 타겟이미지 및 방사표시부를 표시하는 것이 바람직하다.

상기 메인컨트롤러부는, 타겟이미지가 방사표시부의 영역 내에서 이동하는 경우 하드킬통제장치에서 팬틸트부의 작동을 제한할 수 있다.

또한, 상기 안테나부는 ISM 2.4GHz에 대응되는 제1안테나(1510)와, ISM 5.8GHz에 대응되는 제2안테나(1520)와, GNSS에 대응되는 제3안테나(1530)로 이루어져 스위칭부(1300)에서 선택 가능하다.

상기 메인컨트롤러부는, 하드킬장비부 이동중인 경우 사격준비단계에서 근접되는 거리 및 출력을 미리 설정하여 발진부를 작동할 수 있다.

본 발명에 의하여 종래에 단순 독립되어 운영되던 하드킬 장비와, 소프트킬 장비를 통합하여 운영하도록 함으로써 상황별로 유연한 대응이 가능하면서도 대공 무인기 방어의 효율성과 신뢰성이 비약적으로 향상될 수 있는 효과가 있다.

이에 따라, 조직적인 대공 방어망에 대한 계획의 수립이 가능하여, 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.

도 1은 종래기술의 전파교란기를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머의 개념에 따라 영상장치에 구현되는 이미지를 나타내는 도면들이다.
도 4는 본 발명의 하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머에서 제어부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머에 대한 주파수 관리계통을 설명하기 위한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의하여 각 단계별 사용자화되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 교란주파수 신호 실시예를 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머를 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, 하드킬 통제체계에 연동하여 작동되며 교란전파를 발신하는 안테나부와, 원격에서 접근하는 타겟에 대한 탐지 이미지를 생성 및 표시하도록 하는 영상장비부와, 상기 안테나부 및 영상장비부를 표적에 지향하도록 하는 팬틸트부와, 상기 안테나부에 재밍신호 또는 스푸핑신호의 교란전파를 전송하며 영상장비부에서 생성된 타겟을 지향하도록 팬틸트부를 제어하며 타겟의 거리별 출력을 표시하도록 하는 제어부를 포함하는 하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머를 제공한다.

본 발명에서는 공중을 통하여 접근하는 드론과 같은 무인항공기를 타겟의 예로써 설명하나, 상기 타겟은 공중은 물론 지상을 통하여 보호 대상 시설에 접근하며 주파수를 통하여 통제되거나 운용되어 교란이 가능한 다양한 유형의 장치들이 포함되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 발명의 개념에서는 주파수로 적을 무력화하는 재밍을 위한 소프트킬 체계와 물리적 파괴를 위한 하드킬 통제체계를 융합하여 운용하도록 함으로써 드론 방어의 효율을 비약적으로 향상하도록 하는데, 여기서 하드킬 통제체계란 감시유닛, 격발유닛, 이송유닛을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.

예를 들어, 상기 하드킬 통제체계는 RCWS(Remote Controlled Weapon Station)와 발칸의 결합, 차륜형 대공포, 탑재형 발칸, 레이저 대공무기 등을 의미할 수 있으며, C2A(Command Control and Alert) 또는 독립적인 방어체계에 소프트킬 기술을 융합하게 된다.

도 2는 본 발명의 하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머를 설명하기 위한 구성도이다.

안테나부(1500)는 교란전파를 소정의 조준된 영역 내지 위치로 송출하는 기능을 수행한다. 상기 안테나부(1500)는 지향성 또는 무지향성의 안테나가 선택적, 추가적으로 배치될 수 있을 것이며 소정의 주파수영역에 따라서 밴드의 선택이 가능하도록 복수의 안테나로 구성되는 것이 바람직하다. 이와 관련한 실시예는 후술하도록 한다.

본 발명에서 교란전파란 재밍(Jamming)신호와 스푸핑(spoofing)신호를 포함하는 것으로 이해할 수 있다.

재밍이란 적의 전자장비의 사용을 방해할 목적으로 잡음이나 잡음과 유사한 전파신호를 계획적으로 방사, 재방사 또는 반사해 적의 전파 수신을 교란하는 방법을 의미하며, 드론에 적용시 운용주파수에 대한 교란 또는 GPS신호에 대한 교란을 고려해볼 수 있다. 스푸핑이란 드론에 가공된 가짜 정보를 송출하여 원래 의도치 않은 위치로 이동하거나 착륙을 강제하도록 만드는 방식을 의미하며, 운용주파수를 탈취하거나 GPS조작을 하는 것을 의미할 수 있다. 추가적으로 상기 교란전파는 조종기능 자체를 탈취하는 하이재킹(Hijacking) 방식도 포함할 수 있을 것이다.

드론의 무력화를 위하여 교란전파를 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(1,550MHz ~ 1,650MHz), 2.4GHz 조종주파수 대역(2,400MHz ~ 2,484MHz), 5.8GHz 조종주파수 대역(5,150MHz ~ 5,850MHz)의 세 가지 밴드로 설정할 수 있을 것이다. 보다 폭넓게는 상기 재밍 주파수는 20MHz에서 30GHz범위에서 설정 가능하다.

상기 안테나부(1500)는 바람직하게는 상기 광대역 고이득 안테나로서 수직과 수평편파를 동시 송출하는 이중편파 안테나가 적용되는 경우를 고려해볼 수 있다. 또한, 이득 및 구조는 10dBi 이상이고 공중에의 방사 및 원격 전파송신의 정확성을 고려하여 안테나의 빔폭은 수직 30도, 수평 40도 이내로 제한되는 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 개념에서는 안테나부(1500)가 하드킬통제장치와 연동하여 작동될 수 있는데, 상기 하드킬통제장치는 외부 지향의 장비로서 하드킬장비부(3100)와 영상장비부(2100)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 영상장비부(2100)는 타겟 및 위치에 대한 영상 이미지를 생성하여 제어부(1000)로 송출하고 영상장치에서 이미지화하도록 하는 기능을 수행할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 상기 영상장비부(2100)가 레이더(Radar) 장치를 예로 설명하고 있다. 상기 레이더 장치는 전파의 직진성을 이용 반사파를 수신한 시각까지의 시간을 측정하여 소형 무인기의 방향과 거리를 측정하는 장비로서 공지의 레이더 장치가 적용될 수 있을 것이므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다. 또한, 상기 영상장비부(2100)는 가시광 또는 적외선 등 다양한 파장을 이미지신호로 생성하는 CCTV등의 장치를 포함하여 구성될 수도 있을 것이다.

본 발명의 설명에서 하드킬이란 물리적이며 기계적인 파괴를 할 수 있는 공격을 의미하며, 기관총이나 대공포 등은 물론 레이저와 같이 운동량이나 에너지로 타겟인 드론을 파괴할 수 있는 다양한 공격수단을 포함할 수 있다.

기본적으로 상기 영상장비부(2100)의 이미지신호 생성과 제어부(1000)에 의한 타겟의 탐지 및 추적에 따라 하드킬장비부(3100) 및 안테나부(1500)를 타겟에 지향하도록 할 수 있으며, 이를 위하여 팬틸트부(2200)가 영상장비부(2100) 및/또는 안테나부(1500) 및/또는 하드킬장비부(3100)를 연동하여 움직이도록 결합될 수 있을 것이다.

상기 팬틸트부(2200)는 팬(Pan) 기능과 틸트(Tilt) 기능을 가지며 이에 따라 2개 이상의 축을 통해 회동이 가능하다. 바람직한 가동범위로서 팬 기능은 360도에서 제한이 없으며, 틸트 기능은 +90°에서 -10° 범위에서 설정될 수 있다. 또한, 회전속도는 팬 기능에서 0.01 ~ 60°/s, 틸트 기능에서 0.01 ~ 30°/s로 가동이 이루어질 수 있을 것이다.

이러한 안테나부(1500)와 영상장비부(2100)와 하드킬장비부(3100)는 바닥면, 지반 또는 구조물에 결합될 수 있으며, 반드시 도시된 형태에 한정되는 것은 아니다. 기본적으로 상기 하드킬장비부(3100)와 안테나부(1500)는 같은 타겟 드론을 향해 지향하는 것이 바람직하기 때문에 함께 팬틸트부(2200)에 의하여 이동되는 것이 바람직할 것이다.

상기 안테나부(1500), 하드킬장비부(3100), 영상장비부(2100) 및 팬틸트부(2200)는 제어부(1000)와 소정의 감지신호 및 제어신호를 송수신할 수 있으며 도시된 예와 같이 별도의 구성으로, 예를 들어 차량의 내부에 탑재되는 등의 방식으로 배치될 수 있을 것이며 경우에 따라 안테나부(1500)와 제어부(1000)가 일체로서 구성되는 경우도 고려될 수 있다.

또한, 상기 안테나부(1500)와 하드킬장비부(3100)는 반드시 함께 배치되어 있어야 하는 것은 아니며, 별도의 구성으로서 하드킬장비부(3100)의 팬틸트부(2200)에 의한 작동 및 지향과 연동하여 작동될 수 있다.

이러한 제어부(1000)는 영상장비부(2100)로부터 소정의 이미지신호를 수신하고 표적을 식별하고 팬틸트부(2200)를 제어하여 이를 추적하며 소정의 거리에 따라 차단을 위한 교란 주파수를 생성하여 안테나부(1500)에서 발신하도록 할 수 있을 것이며 이와 관련하여 구체적인 실시예는 후술한다. 다만, 후술될 바와 같이 기성의 하드킬통제장치에 이미지의 추적시스템이 구축되어 있는 경우 제어부(1000)는 이와 연동하여 작동하면 족하며 소정의 통합 관제신호에 따라 교란전파를 생성하여 적절한 출력으로 전송시킬 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머의 개념에 따라 영상장치에 구현되는 이미지를 나타내는 도면들이다.

통상적으로 안테나부(1500)에서 발신되는 주파수를 생성하고 발진하기 위한 전력과 장비의 중량 등의 문제로 인하여 교란전파의 유효범위는 영상장비부(2100)의 탐지 및 추적이 가능한 영역보다는 좁거나 짧을 것으로 이해할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 안테나부(1500)에서의 교란전파의 유효 사거리는 4km 이내로 이해해볼 수 있다. 다만, 상기 거리는 장비의 종류나 환경에 따라 선택적일 것이다.

본 발명의 하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머는 하드킬통제장치와 연동 작동될 수 있음은 상기와 같으며, 영상장치에 시각화된 아래의 이미지를 순서로 작동 순서를 설명하도록 한다.

도시된 예에서는 탐지레이더에 의하여 시각적으로 구현된 것이며 공지의 레이더의 영상 구현에 대한 설명은 생략하도록 한다.

도 3의 (a)는 탐지레이더가 작동하기 시작하여 드론이 탐지되기 시작하는 시점을 나타내고 있다. 예를 들어, 독립방어체계에서 사격통지장치의 전시 화면일 수 있으며, C2A체계에서 전시된 화면일 수 있다. 이 경우 사용자의 선택은 탐지레이더를 온오프하는 것일 수 있으며 이와 관련된 제어의 실시예는 후술한다. 도면세서는 북북동 방향으로 두 개의 타겟이미지(1811)가 생성되어 있으며 가탐 거리 중에서 비교적 원거리에 있다.

도 3의 (b)는 사격통제가 개시된 시점에서 추적이 이루어지는 상황을 나타내고 있다. 타겟이미지(1811)의 방향으로 소정의 영역이 방사표시부(1820)로 설정되며, 상기 방사표시부(1820)는 소정의 각도를 가지는 부채꼴 형상으로서 이는 안테나부(1500)에 의하여 교란전파가 도달되어 재밍이 가능한 영역일 수 있다. 예를 들어, 하드 또는 소프트킬 동작 개시시점에서 스위치를 온 하면 테럿이 전방의 방사 방향 10°에서 30°도 방향을 전시하며 마찬가지로 하드킬장비부(3100)와 안테나부(1500)가 이를 함께 지향한다. 여기서 하드킬장비부(3100)는 선으로 조준이 이루어지기 때문에 하드킬장비부(3100)의 조준라인은 방사표시부(1820)의 범위의 중심각을 따를 것이다. 이러한 추적 과정에서 타겟이미지(1811)가 이동되면 상기 방사표시부(1820)가 함께 이동할 수 있을 것이나, 이 경우는 하드킬 작동모드와 소프트킬 작동모드에 따라 팬틸트부(2200)의 작동을 달리할 수 있다.

상기 방사표시부(1820)의 범위 이내에 타겟 즉, 타겟이미지(1811)가 현출되는 경우 전파에 의한 무력화가 가능하기 때문에 하드킬통제장치로 팬틸트부의 작동을 제어하도록 할 필요가 없을 것이다. 이 경우에는 상기 방사표시부(1820)의 설정된 영역 또는 보더라인에 타겟이미지(1811)가 근접하는 경우 하드킬통제장치로 하여금 팬틸트부(2200)를 동작하도록 할 수 있을 것이다.

도 3의 (c)는 소프트킬의 작동이 이루어지는 상태를 나타내며, 조작자가 소정의 방사버튼을 누르면 영상장치에서 상기 방사표시부(1820)는 각 거리단위로 출력의 크기를 이미지화하여 나타낼 수 있다. 도면에서는 거리별로 네 개의 영역이 출력별로 서로 다른 색상(Pa, Pb, Pc, Pd)으로 표현되는 예이다. 여기서 거리가 멀수록 전파의 신호는 약해진다.

상기 영상장치에 현출되는 타겟이미지(1811)와 방사범위 및 출력의 표시는 단순 레이더 이미지만이 아닌 맵(map)과 연동하여 이루어지는 것이 직관적인 대응을 위하여 바람직하다.

도 4는 본 발명의 하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머에서 제어부를 설명하기 위한 블록도이다.

제어부(1000)는 교란전파 신호를 생성하여 안테나부(1500)로 전송하는 발진부(1010)를 포함하여 구성될 수 있으며, 영상장비부(2100)로부터의 이미지 신호를 수신하여 영상장비에서 시각화 처리하도록 하는 영상장비부(2100)와, 표적의 탐지, 식별, 추적 및 차단에 대한 정보처리를 수행하며 하드킬통제장치(3000)와의 연동작동을 제어하는 메인컨트롤러부(1700)를 포함하여 구성될 수 있다.

발진부(1010)는 신호생성부, 상향변환부, 증폭부, 필터부 등을 구비하여 교란전파를 생성할 수 있는데, 2개 이상의 신호를 생성하여 증폭하는 기능을 수행할 수 있고 이와 관련된 구체적인 실시예는 후술한다.

영상관리부(1800)는 레이더 등의 영상장비부(2100)로부터 생성된 이미지신호를 수신하여 데이터화 및 시각화하는 기능을 수행하며, 도 3에 도시된 바와 같은 탐지표시부(1810)와, 타겟이미지(1811)와, 방사표시부(1820) 및 출력에 대한 시각화 표현을 수행할 수 있다.

본 발명에서는 기성의 독립된 하드킬통제 체계 내지는 C2A와 연동하여 작동될 수 있기에, 팬틸트부(2200)의 작동과 연동하여 발진부(1010)의 작동이 이루어질 수 있다.

이러한 메인컨트롤러부(1700)는 독립적인 전력의 공급과 제어를 통하여 작동이 이루어지도록 할 수 있으나, 본 발명에서는 하드킬통제장치(3000)와 연동하여 작동이 이루어지기 때문에 통신부(1900)를 구비하고 상기 통신부(1900)는 유선 또는 무선의 방식으로 하드킬통제장치(3000)에 의한 하드킬 모드의 작동과, 팬틸트에 의한 움직임에 연동하여 추적 및 관리가 수행될 수 있을 것이다.

한편, 도 3을 참고하면, 메인컨트롤러부(1700)는 영상장비부(2100)의 이미지신호를 기초로 탐지부(1710)에서 소정의 탐지영역에 진입하는 타겟 드론을 식별하는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 소정의 반사된 이미지의 크기나 주파수 등의 인자를 통하여 무력화가 필요한 타겟과 타겟이 아닌 것을 식별할 수 있다.

상기 탐지부(1710)는 이미지에 대한 다양한 알고리즘을 통하여 움직이는 물체들 중에서 타겟을 식별할 수 있을 것이다. 예를 들어, 상기 타겟의 크기에 대한 기준은 300mm × 300mm의 크기 이상인 경우를 들 수 있다. 300mm 이하의 소형 드론과 같은 경우는 옥외 장거리 및 고고도에 대한 원격제어가 사실상 어렵기 때문에 이러한 경우 소정의 시설물에 대한 촬영이나 위협을 배제할 수 있는 것이다. 다만, 상기 크기에 대한 규격은 다양하게 설정될 수 있다. 또한, 상기 탐지부(1710)는 크기에 대한 기준에 추가적으로 형상에 대한 기준을 마련하여 기설정된 형상들에 대비하여 표적을 식별할 수 있을 것이다.

추적부(1720)는 탐지된 물체들 중에서 타겟을 식별하여 팬틸트부(2200)에서 추적을 개시하도록 할 수 있다. 본 발명에서는 방사범위가 소정의 영역을 가지기 때문에 이 범위 안에서 타겟이미지(1811)가 이동하는 경우에는 팬틸트부(2200)의 움직임을 제한하도록 하드킬통제장치(3000)에 요청신호를 전송할 수 있다. 상기 타겟이미지(1811)가 방사표시부(1820)의 설정된 바운더리 라인 또는 영역에 인접된 경우에는 타겟이미지(1811)가 방사각의 중심선에 위치하도록 팬틸트부(2200)를 작동하도록 할 수 있다. 이 경우의 제어는 하드킬의 조준에 대응될 것이다.

또한, 출력부(1730)는 거리에 따른 출력을 설정하여 영상장비로 시각화하여 표시할 수 있고, 탐지 및 추적되는 타겟과의 거리를 대비하여 소정의 앰프의 출력을 제어할 수 있을 것이다.

한편, 연동화부(1740)는 하드킬통제장치(3000)와의 연동작동을 위하여 하드킬통제장치(3000)의 격발이나 장전과 같은 하드킬 동작 또는 팬틸트부(2200)의 움직임의 제어에 대한 변형의 요청을 수행할 수 있고, 상기 동작에 연동하여 안테나부(1500)가 작동하도록 할 수 있다. 예를 들어, 차륜형의 발칸 장치가 하드킬장비부(3100)로 설정된 경우에는 이동 과정에서 변화되는 타겟이미지(1811)의 위치에 대한 민감도를 낮출 필요가 있기 때문에 최소한 소프트킬 작동 우선인 경우에는 방사표시부(1820)에 의한 방사각 범위 내에서는 팬틸트부(2200)의 작동을 억제하도록 할 수 있을 것이다. 또한, 추가적으로 차륜형의 하드킬 장비가 타겟과의 근접을 위하여 이동되는 경우 요구되는 거리 및 출력에 대한 설정을 미리 수행하여 놓고, 발진부(1010)에서 준비를 하도록 할 수 있을 것이다. 이 경우 물리적인 추적과 교란전파를 통한 방어를 동시에 수행할 수 있으므로 대응의 효율성과 신속성이 향상될 수 있다.

도 5는 본 발명의 하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머에 대한 주파수 관리계통을 설명하기 위한 구성도이다.

발진부(1010)는 안테나부(1500)와 연결되며, 소정의 신호생성부, 상향변환부, 증폭부 및 필터부를 포함하고, 메인컨트롤러부(1700)에 의하여 제어될 수 있음은 상기와 같다. 이러한 재머의 신호 생성을 위한 소자 및 요소들에 대하여 출원인이 보유한 등록특허 제10-1969431호 등의 공지의 구성들이 적용될 수 있을 것이므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

다만, 상기 제어부(1000)를 참고하면 본 발명에서는 소정의 모드 선택을 위하여 선택부(1001)가 더 구성될 수 있고, 상기 선택부(1001)는 스푸핑과 재밍 작동을 위한 조작자의 선택을 입력받을 수 있을 것이다.

이에, 스푸퍼유닛(1200)과 재머유닛(1100)이 결합되어 구성될 수 있고, 상기 스푸퍼유닛(1200)은 GNSS안테나로부터 소정의 주파수 입력을 수신한다.

각 신호생성부(참조번호미표시)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 메인컨트롤러부(1700)를 통하여 입력될 수 있으며, 상기 GNSS안테나 등과 같이 감지된 주파수 대역일 수 있다.

이때, 상술한 바와 같이 2개 이상의 신호 생성을 위하여 하나 이상의 DDS(Direct Digital Synthesizer) 및/또는 FPGA(Field Programmable Gate Array)가 선택되고 조합될 수 있다. 상기 신호생성부는 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 5.8GHz대역인 것이 바람직함은 상기한 바와 같다.

이에 안테나부(1500)는 ISM 2.4GHz에 대응되는 제1안테나(1510)와, ISM 5.8GHz에 대응되는 제2안테나(1520)와, GNSS에 대응되는 제3안테나(1530)의 결합으로 이루어질 수 있고, 스위칭부(1300)는 상기 통신대역과 GPS대역에 각 발진을 선택할 수 있을 것이다.

또한, 메인컨트롤러부(1700)에서 제어되는 제어전력은 전원공급부(1600)로부터 공급될 수 있는데, 상기 전원공급부(1600)는 파워서플라이유닛(PSU; Power Supply Unit)으로 구성될 수 있으며 이 경우에는 전력의 안정적인 공급을 위하여 배터리부 또는 차륜형 장치의 메인배터리와 연결되는 경우도 고려될 수 있다.

상향변환부는 전원공급부(1600)로부터 소정 DC 전원을 수신하여, 신호생성부가 생성하는 IF 대역의 신호를 보호주파수 대역인 RF 대역으로 상향 변환한다. 이러한 상향변환부(1200)는 신호생성부(1100)에서 생성된 IF주파수를 상용주파수 대역으로 업컨버젼(Upconversion)시키도록 기능한다.

상향변환부는 신호생성부에서 생성하는 각 채널의 캐리어 신호에 대하여, 각각 소정 대역의 RF 주파수 대역으로 변환한다.

증폭부는 전원공급부(1600)로부터 소정 DC 전원을 수신하여, 상향변환부에서 출력하는 신호를 증폭한다. 증폭부에서 출력하는 신호의 전력레벨은, 교란 대상의 대역의 신호에 대한 전력레벨보다 더 큰 전력레벨을 가질 수 있다. 이러한 출력은 상기 출력부(1730)의 제어에 의존할 수 있다.

또한, 필터부는 증폭부로부터 출력되는 신호 중, 원하지 않는 대역의 불요파 신호를 억제하여, 지정된 대역내 신호만을 선택하고 재밍신호로써 컴바이닝(Combining)하여 안테나부(1500)의 각 안테나로 출력하도록 기능한다. 이러한 필터부에서는 증폭부의 출력주파수로 인한 인접주파수에 대한 간섭에 따른 영향을 줄이도록 기능할 수 있다.

메인컨트롤러부(1700)는 상기와 같이 교란을 원하는 주파수 밴드를 선택한 경우, 해당 선택에 대한 입력을 선택하도록 할 수 있다. 다만, 본 발명에서 무인항공기를 대상으로 무력화를 수행하는 경우 메인컨트롤러부(1700)가 Input Frequency Range로서 GPS 및 ISM의 주파수대역을 미리 설정하고 광대역으로 결합하여 단일 출력으로서 안테나로 송출하도록 하는 것도 고려해볼 수 있다.

상술한 바와 같이 증폭부에서 출력하는 신호의 전력레벨은, 교란 대상인 표적에서 사용하는 신호에 대한 전력레벨보다 더 큰 전력레벨을 가지는 것이 바람직하며, 실험 결과 원신호의 수신 레벨보다 18dB이 높아야 효과적으로 전파를 차단할 수 있음을 확인하였다.

한편, 상기 메인컨트롤러부(1700)는 콘솔방식 등의 조작부 등과 유선 또는 무선으로 연결되어 소정의 상태를 모니터링하고 기능을 제어할 수 있을 것이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 의하여 각 단계별 사용자화되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도시된 사항은 기본적으로 사용자화되는 영상장비의 이미지 또는 선택스위치 등으로 이해될 수 있다.

통제개시부(1910)는 상기 탐지 단계에 대응되며, 기본적으로 영상장비부(2100)의 작동은 ON/OFF하는 것을 선택할 수 있다. 영상장비부(2100)가 레이더로 이루어지는 경우 전방위에 대한 레이더의 탐지의 개시에 대응되며 이는 기본적으로 하드킬통제장치(3000)의 작동을 모니터링하여 수행된다.

상기 도 4의 (c)에서와 같이 타겟이 탐지되어 소정의 방사표시부(1820)의 영역이 표시되고 사격통제 및 준비가 된 경우에는 조작자에 의하여 두 가지의 선택이 가능하다. 상기 선택은 선택부(1001)에 입력되며, 기본적으로 모드선택부(1921)과 밴드선택부(1922)로 구분될 수 있다. 상기 모드선택부(1921)는 재밍모드와, 스푸핑모드 중에서의 선택이 이루어지며, 경우에 따라 하이재킹 모드가 추가될 수도 있을 것이다.

또한, 상기 밴드선택부는, GNSS신호, ISM 2.4GHz신호, ISM 5.8GHz신호 중에서 밴드의 선택 및 안테나의 선택이 이루어지도록 한다. 도시사항에서는 GNSS신호 및 ISM 5.8GHz신호가 ON인 상태이며 ISM 2.4GHz신호가 OFF된 상태이다. 이는 전체적인 출력과 전력의 관리에 관련될 수 있을 것이다.

도 7 및 도 8은 교란주파수 신호 실시예를 나타내는 그래프이다.

드론의 무력화를 위하여 교란전파를 발신하는 경우 Frequency Hopping 방식을 적용하여 스윕(Sweep)하거나 원격조종기 송수신을 무력화하기 위하여 Spread Spectrum 방식을 적용할 수 있을 것음은 상기와 같다.

도 7의 경우 대역확산하여 교란전파가 생성되는 경우를 나타내며, Spread Spectrum Generator를 이용하여 AWGN 노이즈를 생성하고 공간을 최소화하였다. 이에, 환경의 영향이 최소화될 수 있을 것이다.

도 8에서는 선택부에서 선택 가능한 출력특성을 나타내는 그래프이다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 설정된 대역을 스윕하는 복수의 CW신로를 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어 5G 신호에 대해 재밍을 수행하는 경우 소정 대역에 대한 1톤 제1CW신호를 생성하고, 해당 밴드 내에 복수의 동기신호블록에 대응되는 연속파 채널의 복수 제2CW스윕신호를 조합한다. 상기 제2CW스윕신호는 개별적으로 온오프(On/Off)되어 동기신호블록 주파수 변경시 쉽게 변경이 가능할 수 있으며, 원서비스 신호의 재밍을 목적으로 제1CW신호와 제2CW스윕신호는 강도의 차를 크게 두는 것이 바람직할 것이다.

이상과 같이 본 발명에서는 통신 가능한 전 대역(20 - fe n)의 교란전파를 발생할 수 있으며, 대역 별 주파수를 밴드로서 구분하고 선택 및 교란 방식의 제어가 가능하다.

도 8의 (c)를 참조하면, 주파수생성부는 선택부(1001)의 선택에 따라 제1모드로서 스팟재머 모드(Spot Jammer Mode), 제2모드로서 스윕재머 모드(Sweep Jammer Mode), 제3모드로서 광대역 전파방해(Barrage Jamming Mode)가 선택될 수 있다.

주파수의 스윕과 관련하여서는 상기와 중복되는 설명은 생략하도록 한다.

따라서, 주파수 대역 별 편집이 가능하게 되고, 단일톤은 물론 멀티 캐리어에 의한 다중 톤의 재밍 지원이 가능하다. 상기한 바와 같이 채널 별 온오프가 가능하기 때문에 SSB 주파수 변동에 대하여 즉시 적응 가능한 이점이 있음에 유의한다. 상기된 소정의 다중 톤 재밍의 개념의 경우 기본적으로 컴바이닝 제너레이터(Combining Generator)인 신호생성부를 통하여 외부 생성되고 Baseband에서 생성된 다중 톤 신호를 IF 대역으로 출력하고 RF부(1200)에서 상용주파수대역으로 업컨버팅하여 송신이 이루어지도록 작동될 수 있는데, 다른 실시예로서 Baseband에서 재밍신호가 생성되지 않고 IF 대역에서 직접 생성하여 구조적인 단순성을 달성할 수도 있다.

이때, 재밍신호의 스윕간격과 스윕 시간의 제어가 가능하고, 재밍 신호 별 출력의 세기 제어가 가능하다.

한편, 증폭부에서 출력하는 신호의 전력레벨은, 타겟에서 사용하는 신호에 대한 전력레벨보다 더 큰 전력레벨을 가지는 것이 바람직하며, 실험 결과 원신호의 수신 레벨보다 최소 15dB이 높아야 효과적으로 전파를 차단할 수 있음을 확인하였다. 이러한 증폭기들의 배열 입력단과 출력단에는 커플러 및 서큘레이터를 구비하여 소정의 검출부를 통하여 모니터링이 가능하도록 기능할 수 있는데, 바람직하게는 입력측에 구비되는 입력측커플러는 상향변환부로부터의 신호를 분기하여 라우팅하고 입력검출부에서 입력 전력을 검출할 수 있도록 기능할 수 있으며, 출력측에 구비되는 출력측커플러는 증폭된 신호를 출력검출부에서 검출할 수 있도록 기능할 수 있다. 또한, 서큘레이터는 말단측에 구비되어 RF 출력 경로에서 추가적인 손실을 제거하는 기능을 수행할 수 있으며, 반사신호검출부에서 반사신호(VSWR)를 검출하도록 할 수 있다. 각각의 증폭모듈들은 상호 병렬로 연결되어 선택된 조합으로서 안테나부(1500)에서 소정의 출력을 가지도록 할 수 있으며, 이러한 증폭모듈들의 조합 및 선택은 추가적인 스위칭부에서의 작동을 통하여 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머는, 종래에 단순 독립되어 운영되던 하드킬 장비와, 소프트킬 장비를 통합하여 운영하도록 함으로써 상황별로 유연한 대응이 가능하면서도 대공 무인기 방어의 효율성과 신뢰성이 비약적으로 향상될 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 1001...선택부
1010...발진부 1100...재머유닛
1200...스푸퍼유닛 1300...스위칭부
1500...안테나부 1510...제1안테나
1520...제2안테나 1530...제3안테나
1600...전원공급부 1700...메인컨트롤러부
1710...탐지부 1720...추적부
1730...출력부 1740...연동화부
1800...영상관리부 1810...탐지표시부
1811...타겟이미지 1820...방사표시부
1821...출력표시부 1900...통신부
1910...통제개시부 1921...모드선택부
1922...밴드선택부 2100...영상장비부
2200...팬틸트부 3000...하드킬통제장치
3100...하드킬장비부

Claims

물리적으로 타겟을 파괴할 수 있는 하드킬장비에 결합되는 재머로서,
교란전파를 발신하며 하드킬장비와 팬틸트부에서 연동하여 움직이는 안테나부(1500);
스푸핑 신호를 생성하여 안테나부로 전송하는 스푸퍼유닛(1200)과 재밍 신호를 생성하여 안테나부로 전송하는 재머유닛(1100)을 포함하는 발진부(1010);
상기 스푸퍼유닛 및 재머유닛의 작동을 선택하는 선택부(1001);
영상장비부로부터의 이미지신호를 영상장치에 표현하는 영상관리부(1800);
하드킬통제장치와 연결되고 하드킬장비부 및 영상장비부와 연동하여 발진부를 제어하는 메인컨트롤러부(1700);를 포함하고,
상기 영상관리부는,
하드킬통제장치의 작동 개시시 탐지영역에 대한 탐지표시부(1810)를 표시하고, 메인컨트롤러부에서 타겟을 식별하여 사격준비단계에서 타겟이미지(1811)와 안테나부에 의하여 방사되는 영역에 설정된 각도를 가지는 부채꼴 형상의 방사표시부(1820)를 표시하며, 격추단계에서 방사표시부의 거리에 따른 출력별로 서로 다른 색상으로 표시하되, 하드킬장비부의 조준라인은 방사표시부의 중심각 위치에 배치되는 하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머.
제1항에 있어서,
상기 영상관리부는,
격추단계에서 탐지표시부의 영역을 지도와 연동하여타겟이미지 및 방사표시부를 표시하는 하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머.
제1항에 있어서,
상기 메인컨트롤러부는,
타겟이미지가 방사표시부의 영역 내에서 이동하는 경우 하드킬통제장치에서 팬틸트부의 작동을 제한하는 하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머.
제1항에 있어서,
상기 안테나부는,
ISM 2.4GHz에 대응되는 제1안테나(1510)와, ISM 5.8GHz에 대응되는 제2안테나(1520)와, GNSS에 대응되는 제3안테나(1530)로 이루어져 스위칭부(1300)에서 선택 가능한 하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머.
제3항에 있어서,
상기 메인컨트롤러부는,
하드킬장비부 이동중인 경우 사격준비단계에서 근접되는 거리 및 출력을 미리 설정하여 발진부를 작동시키는 하드킬 연동형 소형무인기 대응 재머.