KR20200006955A

KR20200006955A - 스마트 재밍 시스템

Info

Publication number: KR20200006955A
Application number: KR1020190152160A
Authority: KR
Inventors: 최춘화
Original assignee: 주식회사 삼정솔루션
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2020-01-21
Also published as: KR102219450B1

Abstract

본 발명은 표적의 탐지가 가능하고 다양한 환경에서 적응 가능한 재밍 시스템에 관한 것으로서, 교란전파를 발신하는 지향성의 발신안테나부와, 원격에서 접근하는 표적에 대한 영상 이미지를 생성하는 카메라부와, 상기 발신안테나부와 카메라부를 표적에 지향하도록 하는 팬틸트부와, 상기 발신안테나부에 교란전파신호를 전송하며 카메라부에서 생성된 표적의 영상 이미지를 통하여 표적을 추적하고 팬틸트부를 제어하는 제어부를 포함하는 스마트 재밍 시스템을 제공한다.

Description

스마트 재밍 시스템{SMART JAMMING SYSTEM}

본 발명은 무선통신의 차단 및 보호와 관련된 것으로, 보다 상세하게는 정확한 표적의 탐지가 가능하고 다양한 환경에서 적응 가능한 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 수 있는 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 주파수대역에 대해 작동하여 다양한 주파수를 가지는 표적 장비들에 적응하지 못하는 문제가 있고, 특히 원거리에서 접근하며 소형인 드론과 같은 공중 침투가 가능한 무인항공기에 적용하기는 한계가 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 정확한 표적의 원격 침투에 대한 탐지와 추적이 가능하면서도 효율적인 대응이 가능한 스마트 재밍 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 교란전파를 발신하는 지향성의 발신안테나부(1500); 원격에서 접근하는 표적에 대한 영상 이미지를 생성하는 카메라부(2100); 상기 발신안테나부와 카메라부를 표적에 지향하도록 하는 팬틸트부(2200); 카메라부의 영상 이미지를 통하여 표적을 탐지하고 식별하며 교란신호의 발신 여부를 판단하는 컨트롤러부(1700)와, 교란신호를 생성하여 발신안테나부로 전송하는 주파수발진부(1010)와, 컨트롤러부에 추적제어에 따라 팬틸트부(2200)를 제어하는 팬틸트제어부(1900)를 구비하는 제어부(1000); 및 추적되는 표적에 대한 주파수를 탐지하여 이에 대응한 교란신호를 주파수발진부에서 발생하도록 하는 전파탐지수신부(3000);를 포함하여 구성된다.

상기 카메라부의 유효 인식거리는, 발신안테나부의 교란전파 유효 사거리보다 길게 설정될 수 있다.

상기 컨트롤러부는, 카메라부를 중심으로 동심원상에 형성되고 원거리로부터 움직이는 대상물에 대한 탐지가 개시되는 탐지영역(a)과 상기 대상물이 차단 대상이 되는 표적인지 식별하는 식별추적영역(b)과 추적이 이루어지는 상태에서 전파교란신호를 전송하는 차단영역(c)을 설정하고, 카메라부의 영상 이미지를 기초로 탐지영역(a)에 대한 대상물를 감지하여 표적의 진입을 인식하는 탐지부(1701)와, 식별추적영역(b)에 대상물 중에서 설정된 크기를 기준으로 표적을 식별하고 팬틸트제어부를 통하여 추적하도록 하는 동시에 발신안테나부가 지향하도록 하는 식별부(1702)와, 차단영역(c)에 진입한 표적에 대해 발신안테나부를 통해 교란신호를 발신하도록 하는 차단부(1703)를 구비하되, 상기 탐지부는 표적의 추락 또는 작동중지를 인식하고 카메라부를 통하여 추적하여 추락지점을 판단하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전파탐지수신부는 등각도 범위의 위상배열안테나들이 360도로 배열되어 수평의 전방향에 대한 주파수 탐지가 가능하도록 하다.

발신안테나부, 카메라부, 팬틸트부 및 제어부가 구비되는 복수의 스마트 재밍 장치들이 원격으로 제어되는 중앙관제서버를 포함하며, 각각의 발신안테나부는 차단영역에서 교차되는 범위를 가질 수 있다.

본 발명에 따라, 상용화된 원격조종주파수와 영상전송주파수 대역 등을 효과적으로 차단하여 지상 또는 공중의 운항 및 영상을 통한 원격조정이 불가능하도록 기능하여 효과적으로 무인항공기의 침투 등의 사태에 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, 중앙 제어식으로 작동하면서 영상을 통하여 표적을 식별 및 추적할 수 있고 적절한 거리관계의 설정을 통하여 효과적인 대응이 가능하다.

도 1은 종래기술의 전파교란기를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스마트 재밍 시스템의 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 스마트 재밍 시스템의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 스마트 재밍 시스템에서 제어부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 도 4의 컨트롤러부에 대한 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 스마트 재밍 시스템에의 추가적인 실시예의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 스마트 재밍 시스템에서 주파수발진부에 대한 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 스마트 재밍 시스템에서 증폭부의 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 스마트 재밍 시스템에서 신호생성부를 나타내는 블록도이다.
도 10은 본 발명의 스마트 재밍 시스템에서 상향변환부를 나타내는 블록도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 스마트 재밍 시스템을 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, 교란전파를 발신하는 지향성의 발신안테나부와, 원격에서 접근하는 표적에 대한 영상 이미지를 생성하는 카메라부와, 상기 발신안테나부와 카메라부를 표적에 지향하도록 하는 팬틸트부와, 상기 발신안테나부에 교란전파신호를 전송하며 카메라부에서 생성된 표적의 영상 이미지를 통하여 표적을 추적하고 팬틸트부를 제어하는 제어부를 포함하는 스마트 재밍 시스템을 제공한다.

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

본 발명의 개념은 영상 이미지를 통하여 표적을 추적으로 지향성의 발신안테나부를 자동적으로 표적을 지향하여 교란 주파수를 발신할 수 있도록 하는데 이와 관련되어 구체적인 실시예를 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 스마트 재밍 시스템의 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.

발신안테나부(1500)는 교란전파 내지는 재밍시그널(Jamming Signal)을 소정의 조준된 영역 내지는 위치로 송출할 수 있다.

상기 발신부(1500)는 마이크로웨이브(Microwave) 통신용 신호의 수신을 차단하기 위한 교란목적으로 소정의 주파수를 송출하는 기능을 수행하는데, 다만 본 발명의 개념이 적용된다면 교란의 대상이 되는 주파수대역은 다양하게 설정될 수 있음은 물론이다.

본 발명에 적용되는 재밍시그널은 소정의 차단 주파수 대역을 가지는 것으로 이해될 수 있는데, 상기한 바와 같이 드론과 같은 공중의 무인항공기를 대상으로 하여 교란 신호를 생성 및 송출하고 이를 통하여 무력화하는 것을 예로써 든다. 다만, 본 발명의 설명에서 차단대상이 되는 표적은 다양한 유형을 포함하며 무인항공기의 제어신호송수신장치나 휴대용 통신장비 등의 다양한 전파 송신 및/또는 수신장비를 배제하는 것으로 이해되어서는 안 될 것이다.

드론의 무력화를 위하여 재밍시그널을 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), 드론조종주파수 대역(5,030MHz ~ 5,150MHz)을 대상으로 할 수 있으며, 5.8GHz 조종주파수 대역(5,150MHz ~ 5,850MHz)

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

전파 발신 영역의 분리를 통한 다양한 주파수에 대응하기 위하여, 상기 발신안테나부(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.(참조번호 미표시)

본 발명의 개념에 따라 발신안테나부(1500)에 인접 배치되는 카메라부(2100)는 표적 및 배경에 대한 영상 이미지를 생성하여 제어부(1000)로 송출하는 기능을 수행하는데, CCTV를 적용할 수 있으나 가시광 또는 적외선 등 다양한 파장에 대한 신호를 이미지화하는 영상 이미지 생성장치를 포함한다.

기본적으로 카메라부(2100)의 영상 이미지의 생성과, 제어부(1000)에 의한 표적의 탐지 및 추적에 따라 발신안테나부(1500)를 표적의 위치에 지향하도록 할 수 있으며, 이를 위하여 팬틸트부(2200)가 카메라부(2100)와 발신안테나부(1500)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 발신안테나부(1500)와 카메라부(2100)는 지반 또는 구조물에 결합되는 지주부(2010)에 의하여 회동 가능하게 지지될 수 있을 것이며, 반드시 도시된 형태에 한정되는 것은 아니다. 기본적으로 발신안테나부(1500)와 카메라부(2100)는 대략 같은 범위의 방향을 지향하는 것이 바람직하다.

상기 발신안테나부(1500), 카메라부(2100) 및 팬틸트부(2200)는 제어부(1000)와 소정의 감지신호 및 제어신호를 송수신할 수 있으며, 도시된 예와 같이 지주부(2010)에 함께 결합되어 있는 것이 바람직하나 경우에 따라서는 유무선으로 연결되어 원격지에서 신호의 송수신이 이루어지는 것도 고려할 수 있을 것이다.

이러한 제어부(1000)는 카메라부(2100)로부터 표적에 대한 영상 이미지 신호를 수신하여 표적을 식별하고, 팬틸트부(2200)를 제어하여 이를 추적하며, 소정의 거리에 따라 차단을 위한 교란 주파수를 생성하여 발신안테나부(1500)에서 발신하도록 할 수 있도록 기능하는데 이와 관련하여 구체적인 실시예는 후술한다.

도 3은 본 발명의 스마트 재밍 시스템의 작동을 설명하기 위한 도면이다.

통상적으로 발신안테나부(1500)에서 발신되는 주파수를 생성하고 발진하기 위한 전력과 장비의 중량 등의 문제로 인하여 교란전파의 유효범위는 카메라부(2100)의 영상 처리가 가능한 영역보다 좁을 것이며, 본 발명의 실시예에서는 발신안테나부(1500)에서의 교란전파의 유효 사거리는 500m 이상, 카메라부(2100)의 유효 인식 거리는 주간을 기준으로 2km 이상으로 설정한다. 다만, 상기 거리는 장비의 종류나 환경에 따라 선택적일 것이다.

도시된 바와 같이 스마트 재밍 장치가 배치되는 위치를 기준으로 제어부(1000)가 각 장치 및 알고리즘을 가동하기 위한 거리별로 탐지영역(a), 식별추적영역(b) 및 차단영역(c)으로 구분할 수 있다. 상기 영역들은 기본적으로 카메라부(2100)에 의하여 인식될 수 있는 원형 또는 호형의 영역을 의미하며, 스마트 재밍 장치를 기준으로 동심원 상에 배치될 수 있을 것이다.

탐지영역(a)은 지상 또는 공중에서 움직이는 대상물에 대한 탐지가 개시되는 시점을 의미하며, 상기 탐지영역(a) 이내에 표적이 진입한 경우는 카메라부(2100)에서 촬영한 이미지를 통해 제어부(1000)에서 침입에 대한 탐지를 개시하도록 한다.

식별추적영역(b)은 침입이 감지되어 소정 거리 이내로 접근한 다음, 물체가 드론과 같은 차단 대상이 되는 표적인지를 식별하고 카메라부(2100) 및 발신안테나부(1500)를 지향하도록 하여 추적을 개시하는 시점을 의미하며, 제어부(1000)에서는 소정의 알고리즘을 통하여 이미지를 추출하고 표적여부를 식별 및 추적하게 된다. 이와 관련된 구체적인 설명은 후술한다.

차단영역(c)은 추적이 이루어지는 상태에서 제어부(1000)에서 전파교란신호를 전송하고 발신안테나부(1500)를 통하여 발신하여 통제불능 상태로 만드는 시점을 의미한다. 여기서 표적(t)에 대해 발신안테나부(1500)는 소정의 방사각(α) 범위에 포함될 수 있도록 지향한다.

상기와 같은 탐지영역(a), 식별추적영역(b), 차단영역(c)의 구분을 통하여 거리별로 제어부(1000)에서 효율적인 제어를 수행할 수 있으며, 추가적으로 차단영역(c)에서 발신안테나부(1500)를 통한 교란전파 발신 및 재밍이 완료된 경우 표적(t)의 추락을 카메라부(2100)를 통해 추적하고 추락지점을 판단할 수 있을 것이다.

기본적으로 상기 탐지영역(a)은 2km로, 식별추적영역(b)은 1.8km로, 차단영역(c)은 500m로 설정될 수 있을 것이다. 다만, 야간에는 가시성능이 떨어짐에 따라 상기 탐지영역(a)과 식별추적영역(b)은 주야간에 거리를 조정할 필요성이 있으며, 예를 들어 야간에는 탐지영역(a)을 1km로, 식별추적영역(b)은 800m로 설정할 수 있다. 한편, 상기 카메라부(2100)는 야간의 감시성능의 극대화를 위하여 적외선 카메라를 결합할 수 있다.

도 4는 본 발명의 스마트 재밍 시스템에서 제어부를 설명하기 위한 블록도이다.

제어부(1000)는 전파 차단 신호를 생성하여 발신안테나부(1500)로 전송하는 주파수발진부(1010)와, 카메라부(2100)로부터의 영상 이미지 신호를 수신하여 처리하는 영상관리부(1800)와, 팬틸트부(2200)에 대한 동작 제어신호를 처리하는 팬틸트제어부(1900)와, 표적의 탐지, 식별, 추적 및 차단에 대한 정보처리를 수행하며 주파수발진부(1010), 영상관리부(1800) 및 팬틸트부(2200)에 대한 작동을 제어하는 컨트롤러부(1700)와, 중앙관제서버 등과 유선 또는 무선 방식으로 통신하는 통신부(1910)를 포함하여 구성될 수 있다.

주파수발진부(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 카메라부(2100)로부터 촬영되어 영상 이미지로서 생성된 영상신호를 수신하여 데이터화하는 기능을 수행하며, 경우에 따라 줌인과 줌아웃되는 이미지에 대해 추가적인 데이터화가 가능할 수 있다. 이렇게 처리된 영상신호는 후술될 컨트롤러부(1700)에 의하여 관리된다. 이러한 영상관리부(1800)는 컨트롤러부(1700)에 통합될 수도 있으며, 후술될 콘솔 방식의 모니터링및조작부에서 표적에 대한 영상을 시각적으로 구현할 수 있다.

팬틸트제어부(1900)는 카메라부(2100)에 의하여 촬영된 영상 이미지를 통하여 표적이 탐지되면 식별추적영역(b)에서 추적을 하기 위하여 팬틸트부(2200)의 팬 및 틸트 동작을 제어하며 자동적으로 발신안테나부(1500)가 표적을 지향하여 차단을 위한 준비를 할 수 있도록 한다.

상기 주파수발진부(1010), 영상관리부(1800), 팬틸트제어부(1900)는 컨트롤러부(1700)에 의하여 제어될 수 있으며, 영상관리부(1800)로부터 영상신호를 수신하여 표적을 식별하고, 이에 대한 추적이 이루어지도록 하면서 팬틸트부(2200)를 제어하여 표적을 지향하도록 하며 차단영역(c)에서 발신안테나부(1500)를 작동하여 표적을 차단하도록 하는 것이다.

이러한 컨트롤러부(1700)는 독립적인 전력의 공급과 제어를 통하여 작동이 이루어지도록 할 수 있으나, 경우에 따라 복수의 스마트 재밍 장치들이 적용되어 소정의 영역을 보호하도록 할 수 있고 이러한 경우 콘솔 연동 방식을 통하여 중앙제어 및 모니터링이 수행되도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 통신부(1910)를 구비하고 상기 통신부(1910)는 유선 또는 무선의 방식으로 중앙관제서버 등과 데이터를 교환할 수 있을 것이다. 이러한 통신부(1910)의 통신 수행방식은 공지의 다양한 방식이 적용될 수 있을 것이므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

도 5는 도 4의 컨트롤러부에 대한 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.

도 3을 참고하여 설명하면, 컨트롤러부(1700)는 카메라부(2100)의 영상신호를 기초로 탐지영역(a)에의 진입을 판단하고 이를 인식하는 탐지부(1701)와, 식별추적영역(b)에의 진입을 판단하고 표적과 표적이 아닌 물체를 식별하는 식별부(1702)와, 차단영역(c)에의 진입을 판단하여 발신안테나부(1500)를 통하여 표적에 대한 무력화를 진행하도록 하는 차단부(1703)를 포함할 수 있다.

상기 탐지부(1701)는 탐지영역(a)을 기준으로 동적인 물체를 감지하여 이에 대한 탐지를 개시하도록 하며, 이러한 과정에서는 비교적 광범위한 범위에 대한 물체의 인식이 가능할 수 있다.

식별부(1702)는 탐지된 물체들 중에서 표적을 식별하여 팬틸트제어부(1900)에서 팬틸트부(2200)에 제어신호를 송신하도록 하여 추적을 개시하도록 한다. 이때, 사용자가 시각적으로 확인 가능한 모니터링 및 조작부(미도시)에 시각적으로 추적되는 표적에 대한 표시가 가능할 것이다.

상기 식별부(1702)는 영상신호에 대한 다양한 알고리즘을 통하여 움직이는 물체들 중에서 표적을 식별할 수 있을 것이다. 예를 들어, 상기 표적의 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 식별부(1702)는 크기에 대한 기준에 추가적으로 형상에 대한 기준을 마련하여 기설정된 형상들에 대비하여 표적을 식별할 수 있을 것이다.

상기 차단부(1703)는 차단영역(c)에 식별 및 추적된 표적이 진입하는 것을 판단하고, 주파수발진부(1010)를 가동하여 발신안테나부(1500)에서 소정의 표적에 대한 교란주파수에 해당되는 교란신호를 발신하도록 할 수 있는데, 재밍이 이루어진 이후에 표적의 추락 또는 작동중지를 영상신호를 통하여 탐지할 수 있으며 이러한 과정은 탐지부(1701)를 통하여 인식하도록 할 수 있을 것이다. 이러한 경우 추락 지점에 대한 추적이 가능하다.

한편, 상기 차단부(1703)의 작동시 표적에 대한 적절한 주파수 대역에 대해 사용자가 직접 소정 범위의 교란신호를 발신하는 것을 반복하거나 2 이상의 교란신호를 발송하는 것을 고려할 수 있을 것이다. 다만, 이러한 과정의 비경제성과 위협에 대한 즉각적인 대응이 실패하는 것을 방지하기 위하여 표적의 주파수를 추적하는 주파수추적부(1720)를 더 포함할 수 있다. 이러한 주파수추적부(1720)는 소정의 주파수 추적 레이더를 통하여 작동될 수 있을 것이며, 이와 관련된 구체적인 설명은 후술한다.

또한, 상기한 바와 같이 주간 및 야간과 같이 영상의 식별 능력의 제한요소 등을 고려하여 탐지부(1701) 및 식별부(1702)의 작동영역을 변경할 필요성이 있으며, 이를 위하여 주야전환부(1704)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

따라서, 탐지부(1701)의 탐지범위는 1~2km로, 식별부(1702)의 식별 및 추적 범위는 0.5~2km로 설정될 수 있을 것이며, 예를 들어 주간의 탐지부(1701)에 의한 탐지영역(a)은 2km로 설정하고 야간의 탐지영역(a)은 1km로 설정할 수 있고, 또한 주간의 식별부(1702)에 의한 식별추적영역(b)은 1.8km로 설정하고 야간의 식별추적영역(b)은 0.8km로 설정할 수 있을 것이다.

도 6은 본 발명의 스마트 재밍 시스템에의 추가적인 실시예의 구성도이다.

제어부(1000)를 통하여 카메라부(2100), 팬틸트부(2200) 및 발신안테나부(1500)의 제어가 이루어질 수 있음은 상기한 바와 같으며 구체적인 설명은 생략한다.

상기와 같이 컨트롤러부(1700)에 주파수추적부(1720)가 구비되는 경우 소정의 식별 및 추적이 이루어지는 표적의 교란 대상 주파수에 대한 추적이 이루어지고 주파수발진부(1010)는 이에 대응되는 교란주파수를 생성할 수 있다.

이를 위하여 전파탐지수신부(3000)가 제어부(1000)와 연결될 수 있고, 상기 전파탐지수신부(3000)는 최소한 스마트 재밍 장치의 배열에 대해 식별추적영역(b)에 대응되는 범위에서 주파수의 추적이 가능할 수 있다.

상기 전파탐지수신부(3000)는 위상배열안테나 10도부터 120도의　위상배열안테나를　360도로 배열구성하여 공중에서 날아오는　무인기(드론, UVA)에서 발생하는　무선주파수(영상주파수, 송,수신 주파수 외)를 전방향으로 방향탐지하여 탐지된 방향으로 능동적인 재밍을 수행할 수 있다.

일실시예로서 이러한 전파탐지수신부(3000)는 패시브레이더(Passive-Radar)로 구성될 수 있으며, 특정한 송신기로부터 표적으로 수신되는 수신신호에 대하여 소정의 수신레벨에 해당되는 신호를 추적하며 이를 차단부(1703)에 전송하여 적절한 대응 교란주파수를 생성하도록 기능할 수 있다. 상기 전파탐지수신부(3000)는 표적에서 나오는 통신신호 등의 전자파를 수집하는 기능을 수행할 수 있는데 이러한 전파탐지수신부(3000)의 종류는 공지의 구성들이 적용될 수 있을 것이다.

본 발명의 스마트 재밍 시스템에서는 소정의 시설물이나 장비에 대하여 위협 가능한 환경에서 이들을 전파로서 보호호기 위한 것으로서, 소정의 영역을 커버할 필요성이 있고 복수의 스마트 재밍 장치들이 콘솔 방식으로 제어될 수 있을 것이다. 상기 복수의 스마트 재밍 장치들은 각각 카메라부(2100)와 발신안테나부(1500)와 제어부(1000)를 구비할 수 있고 각각 소정의 영역을 커버하게 된다.

예를 들어, 발신안테나부(1500)의 가동 범위는 상하로 -10°에서 90°의 범위일 수 있고 전파차단거리는 500m를 기준으로 하므로 팬틸트부(2200)에 의하여 상방 각도가 30°로 설정되는 경우 차단영역(c)에서 고도는 350m이며 직선 거리는 610m일 수 있다. 이때, 차단영역(c)에 대해 두 개 이상의 발신안테나부(1500)가 소정의 영역을 중첩하여 가동될 수 있을 것이다.

상기 전파탐지수신부(3000)는 복수의 스마트 재밍 장치들에 대해 가동 가능한 전영역을 커버할 수 있으며, 이를 위하여 레이더 유닛들이 평면상 전방향을 커버하도록 하는 것이 바람직하다. 도시된 예에서는 각각의 레이더 유닛이 120도의 각도를 커버하고 있는 경우를 나타내고 있다.

도 7은 본 발명의 스마트 재밍 시스템에서 주파수발진부에 대한 실시예를 나타내는 블록도이다.

주파수발진부(1010)는 발신안테나부(1500)와 연결되며, 신호생성부(1100), 상향변환부(1200), 증폭부(1300) 및 필터부(1400)를 포함하고, 컨트롤러부(1700)에 의하여 제어될 수 있다.

상기 신호생성부(1100)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 컨트롤러부(1700)를 통하여 입력될 수 있으며, 전파탐지수신부(3000)를 통하여 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 신호생성부(1100)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 5.8GHz대역인 것이 바람직함은 상기한 바와 같다.

컨트롤러부(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(1610)와 조합될 수 있다.

*

*다른 실시예로서 상기 전원공급부(1600)는 외부로부터 소정 전압, 일실시예로서 단상 교류(AC) 220V, 의 전원을 공급받아 신호생성부(1100), 상향변환부(1200), 증폭부(1300) 등에 소정의 직류(DC) 전원을 공급할 수 있다. 이렇게 전원공급부가 전원과 연결되는 경우 무정전전원장치(UPS; Uninterruptible Power Supply)와 조합될 수 있다.

상향변환부(1200)는 전원공급부(1600)로부터 소정 DC 전원을 수신하여, 신호생성부(1100)가 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.

상향변환부(1200)는 신호생성부(1100)에서 생성하는 각 채널의 캐리어 신호에 대하여, 각각 소정 대역의 RF 주파수 대역으로 변환한다.

증폭부(1300)는 전원공급부(1600)로부터 소정 DC 전원을 수신하여, 상향변환부(1200)에서 출력하는 신호를 증폭한다. 증폭부(1300)에서 출력하는 신호의 전력레벨은, 교란 대상의 대역의 신호에 대한 전력레벨보다 더 큰 전력레벨을 가질 수 있다.

필터부(1400)는 증폭부(300)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(1400)에서는 증폭부(1300)의 출력주파수로 인한 인접주파수에 대한 간섭에 따른 영향을 줄이도록 기능할 수 있다.

컨트롤러부(1700)는, 교란을 원하는 주파수 대역을 선택한 경우, 해당 선택에 대한 입력을 선택하도록 할 수 있다. 다만, 본 발명에서 무인항공기를 대상으로 무력화를 수행하는 경우 상기 컨트롤러부(1700)가 Input Frequency Range로서 GPS 및 ISM의 주파수대역을 미리 설정하고 광대역으로 결합하여 단일 출력으로서 안테나로 송출하도록 할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 증폭부(1300)에서 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 컨트롤러부(1700)는 콘솔방식 등의 모니터링및조작부(1710)와 유선 또는 무선으로 연결되어 소정의 상태를 모니터링하고 기능을 제어할 수 있을 것이다.

도 8은 본 발명의 스마트 재밍 시스템에서 증폭부의 실시예를 나타내는 블록도이다.

스마트 재밍 시스템에서 출력의 거리에 따른 제어를 위하여 증폭부(1300)가 복수의 증폭모듈(300a, 300b,...)이 병렬로 연결되어 구성될 수 있다.

각각의 증폭모듈(300a)을 살펴보면, 상향변환부(1200)로부터 입력되는 입력신호를 증폭하는 구동증폭부(1320)와, 왜곡신호를 제거하고 증폭하는 주증폭부(1330)를 포함하여 구성될 수 있으며 이러한 증폭기의 구성은 공지의 다양한 증폭소자들의 조합으로 이루어질 수 있다.

이러한 증폭기들의 배열 입력단과 출력단에는 커플러 및 서큘레이터를 구비하여 소정의 검출부를 통하여 모니터링이 가능하도록 기능할 수 있는데, 바람직하게는 입력측에 구비되는 입력측커플러(1310)는 상향변환부(1200)로부터의 신호를 분기하여 라우팅하고 입력검출부(1311)에서 입력 전력을 검출할 수 있도록 기능할 수 있으며, 출력측에 구비되는 출력측커플러(1340)는 증폭된 신호를 출력검출부(1341)에서 검출할 수 있도록 기능할 수 있다. 또한, 서큘레이터(1350)는 말단측에 구비되어 RF 출력 경로에서 추가적인 손실을 제거하는 기능을 수행할 수 있으며, 반사신호검출부(1351)에서 반사신호(VSWR)를 검출하도록 할 수 있다.

각각의 증폭모듈(300a...)들은 상호 병렬로 연결되어 선택된 조합으로서 발신부(1500)에서 소정의 출력을 가지도록 할 수 있으며, 예를 들어 각각의 증폭모듈(300a)이 20W로 설정될 수 있다.

이러한 증폭모듈들의 조합 및 선택은 소정의 스위칭을 통하여 이루어질 수 있는데 이와 관련하여서는 후술한다.

본 발명에서는 증폭모듈들이 병렬로 누적되어 구성되며 이러한 배치의 개수는 선택적이다. 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 9는 본 발명의 스마트 재밍 시스템에서 신호생성부를 나타내는 블록도이며, 도 10은 상향변환부를 나타내는 블록도이다.

신호생성부(1100)는 전파차단 신호를 생성하는 디지털신호 발생장치로 이해될 수 있고, 전원공급부(1600)로부터 제어전력을 입력받아 기능하는 CPU(1110), FPGA(1120), DDS(1130)를 포함하여 구성될 수 있다. 이와 관련하여 공지의 다양한 구성들이 적용될 수 있으므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

이때, 신호생성부(1100)에서 스윕 스피드(Sweep Speed) 조절 기능(6.67ns~1us 조절 가능), 스윕 스텝(Sweep Step) 조절 기능(5KHz~1MHz), 대역폭(Bandwidth) 설정 기능, FPGA 알람(Alarm) 기능, FPGA 리셋(Reset) 기능 등을 구비할 수 있다.

상향변환부(1200)는 신호생성부(1100)에서 생성되는 IF신호를 전파 차단 주파수로 변환하도록 기능하는데, 이를 위하여 복수의 BPF와 IF 믹서(Mixer) 및 RF 믹서를 구비하여 구성될 수 있다.

이러한 상향변환부(1200)는 광대역 믹서를 이용한 주파수 변환 기능, 근거리 표적에 대한 출력제어 기능, 필터를 이용한 간섭 최소화 특성을 갖는다.

상기한 바와 같이 발신안테나부(1500) 빔폭은 30도 이내로 형성되어 효과적으로 원거리에 있는 표적을 지향하여 교란전파를 발신할 수 있을 것이다. 상기 발신안테나부(1500)는 소정의 지향성을 가지도록 길이방향으로 긴 외형을 가질 수 있는데, 내부에는 지향성의 야기안테나를 포함할 수 있고 상기 야기안테나는 수직 및 수평의 지향성을 동시에 가지도록 정면상 십자 형태로 이루어질 수 있다.

상기된 실시예들의 구성의 적용예들은 상호 간에 치환되거나, 추가 또는 교차적으로 사용될 수 있다.

본 발명의 스마트 재밍 시스템은 상용화된 원격조종주파수와 영상전송주파수 대역 등을 효과적으로 차단하여 지상 또는 공중의 운항 및 영상을 통한 원격조정이 불가능하도록 기능하여 효과적으로 무인항공기의 침투 등의 사태에 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.

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...주파수발진부
1100...신호생성부 1110...CPU
1120...FPGA 1130...DDS
1200...상향변환부 1300...증폭부
1301...스위칭부 1310...입력측커플러
1311...입력검출부 1320...구동증폭부
1330...주증폭부 1340...출력측커플러
1341...출력검출부 1350...서큘레이터
1351...반사신호검출부 1400...필터부
1500...발신부 1600...전원공급부
1610...배터리부 1500...발신안테나부
1700...컨트롤러부 1701...탐지부
1702...식별부 1703...차단부
1704...주야전환부 1710...모니터링및조작부
1720...주파수추적부 1800...영상관리부
1900...팬틸트제어부 1910...통신부
2100...카메라부 2200...팬틸트부
3000...전파탐지수신부

Claims

교란전파를 발신하는 지향성의 발신안테나부(1500);
원격에서 접근하는 표적에 대한 영상 이미지를 생성하는 카메라부(2100);
상기 발신안테나부와 카메라부를 표적에 지향하도록 하는 팬틸트부(2200);
카메라부의 영상 이미지를 통하여 표적을 탐지하고 식별하며 교란신호의 발신 여부를 판단하는 컨트롤러부(1700)와, 교란신호를 생성하여 발신안테나부로 전송하는 주파수발진부(1010)와, 컨트롤러부에 추적제어에 따라 팬틸트부(2200)를 제어하는 팬틸트제어부(1900)를 구비하는 제어부(1000); 및
추적되는 표적에 대한 주파수를 탐지하여 이에 대응한 교란신호를 주파수발진부에서 발생하도록 하는 전파탐지수신부(3000);를 포함하며,
상기 카메라부의 유효 인식거리는, 발신안테나부의 교란전파 유효 사거리보다 길게 설정되고,
상기 컨트롤러부는, 카메라부를 중심으로 동심원상에 형성되고 원거리로부터 움직이는 대상물에 대한 탐지가 개시되는 탐지영역(a)과 상기 대상물이 차단 대상이 되는 표적인지 식별하는 식별추적영역(b)과 추적이 이루어지는 상태에서 전파교란신호를 전송하는 차단영역(c)을 설정하고, 카메라부의 영상 이미지를 기초로 탐지영역(a)에 대한 대상물를 감지하여 표적의 진입을 인식하는 탐지부(1701)와, 식별추적영역(b)에 대상물 중에서 설정된 크기를 기준으로 표적을 식별하고 팬틸트제어부를 통하여 추적하도록 하는 동시에 발신안테나부가 지향하도록 하는 식별부(1702)와, 차단영역(c)에 진입한 표적에 대해 발신안테나부를 통해 교란신호를 발신하도록 하는 차단부(1703)를 구비하되, 상기 탐지부는 표적의 추락 또는 작동중지를 인식하고 카메라부를 통하여 추적하여 추락지점을 판단하도록 하는 스마트 재밍 시스템.