KR20240035110A

KR20240035110A - 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템

Info

Publication number: KR20240035110A
Application number: KR1020220114158A
Authority: KR
Inventors: 최춘화
Original assignee: 주식회사 삼정솔루션
Priority date: 2022-09-08
Filing date: 2022-09-08
Publication date: 2024-03-15

Abstract

본 발명은 다양한 무인비행체가 입출하는 고도에서 위협이 되는 요소와 허가된 요소를 구분하고 능동적인 대응이 가능한 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템에 관한 것으로, 설정된 범위 이내에서 비행하는 저고도 무인비행체를 탐지 및 식별하되 UTM통제센터서버와 연동하여 위협요소 무인비행체에 대한 통제를 수행할 수 있는 통합관제시스템을 제공한다.

Description

저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템{INTEGRATED MANAGEMENT SYSTEM FOR UNMANNED AERIAL SYSTEM TRAFFIC MANAGEMENT}

본 발명은 무인비행장치 교통시스템을 지원하기 위한 통합관제시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다양한 무인비행체가 입출하는 고도에서 위협이 되는 요소와 인가된 무인비행체를 구분하고 능동적인 대응이 가능한 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템에 관한 것이다.

드론과 같은 무인 비행체(Unmanned Aerial Vehicle)는 조종사가 비행체에 직접 탑승하지 않고 지상에서 원격조종 혹은 사전 프로그램된 경로에 따라 자동 또는 반자동 형식으로 자율 비행하거나 인공지능을 탑재하여 자체 환경판단에 따라 임무를 수행하는 비행체와 지상통제장비 및 통신장비 등을 포함하는 전체 시스템을 통칭한다.

이러한 무인 비행체는 일반적으로 저고도의 공역에서 비행할 수 있으며 근래 드론의 대중화에 따라 무인 비행체의 수는 기하급수적으로 늘어날 것으로 예상되고 있다. 이에 따라, 저고도 공역에 대한 관리가 필요한 상황이다.

또한, 저고도 공역에서의 무인 비행체의 효율적이고 안전한 활용을 위한 교통 관리 체계 구축 및 무인화/자동화 플랫폼 구축에 대한 요청이 증가되고 있다.

이러한 요청에 따라 근래에는 UTM(Unmanned aerial system Traffic Management)이라고 불리는 드론교통관리체계 내지 UAM(Urban Air Mobility)으로 통칭되는 도심항공교통에 대한 기술개발들이 이루어지고 있다.

UAM은 도심의 혼잡한 교통 정체로 인한 이동 효율성 저하, 물류 운송비용 등 사회적 비용 급증 등을 해결하기 위해 등장하였다. 장거리 이동 시간이 늘고 교통 체증이 심해진 지금, UAM은 이러한 문제를 해결하는 동시에 미래 혁신 사업으로 꼽히고 있다.

현재 UAM에서 사용하고 있는 항법장치는, GPS 기반의 GBAS(지상 기반 보정 시스템, Ground-Based Augmentation System), SBAS(초정밀 GPS 보정시스템, Satellite Based Augmentation System) 등이 대표적이며, 관련되는 기술로는 통신망을 이용한 측위기술, 지형의 이미지를 이용한 위치정보 추출 기술 등이 연구되고 있다.

통상 150m 이하의 저고도에서 운용되는 다수의 드론에 의한 교통관리시스템을 UTM 시스템이라고 부르며, 미국에서는 NASA를 중심으로 하여 개발이 이루어지고 있고, 유럽의 경우에는 U-Space라는 이름으로 드론 교통관리 시스템을 개발 중인 것으로 알려진다.

드론교통관리 시스템은 드론 비행계획 승인, 드론 비행경로 관리, 위험지역 제한, 비행상황 모니터링 등의 기능을 수행하는 다수의 기능을 포함하는 시스템으로, 각 국가의 공역관리를 담당하는 정부기관의 시스템과도 연동된다. 현재 개발되고 있는 드론 교통관리 시스템들은 150m 이하의 저고도에서 운용되는 드론들만을 고려하고 있으나, 장기적으로 UAM(Urban Air Mobility)와 같은 승객 탑승 드론들에 대한 교통관리와 유인항공기의 교통관리를 하는 ATM(Air Traffic Management) 등과 합쳐져서 하나의 공역 관리 시스템으로 진화할 것으로 예상된다.

한국 공개특허 제10-2022-0071593호는 근래 등장한 드론 교통관리 시스템을 공개하고 있으며, 도 1은 이에 대한 개념도이다.

드론 운영자는 비행 전에 드론 교통관리시스템을 통해 비행허가를 획득해야 하며 드론 비행상황 모니터링이 가능하도록 지원해야 한다. 따라서 드론(100)과 교통관리 시스템(300) 사이의 직접 통신이 가능하지 않은 경우에는 드론 운영자(200)와 드론 교통관리 시스템(300)과의 연결이 지원되어야 한다.

드론 또는 드론 운영자를 통해 수신하는 드론 비행상황 정보와 별도로 드론 교통관리 시스템이 드론 비행상황 모니터링을 위한 감시 인프라를 보유하고 있을 수도 있다. 감시 인프라 장비로는 레이더, EO(Electric Optical)/IR(Infra-Red) 영상센서, 라이다, 전파 수신기 등이 활용될 수 있다. 이와 같은 감시 인프라 장비를 통해 드론으로부터 수신해야 할 모니터링 데이터 손실이나 해킹 또는 장치 오류로 인한 드론에 대한 부정확한 정보를 획득하는 경우에도, 정확한 드론 비행상황 모니터링을 수행할 수 있다.

최근에 드론이 대중에 보급되어 있고 산업적인 활용도 급증하고 있어, 공역에서 비행하는 드론들을 빠르게 식별하여 통제할 필요성이 있고, 특히 인가된 것과 비인가된 것, 위협이 되는 것과 위협이 되는 것을 빠르게 구분하여 위협이 되는 것들에 대해서는 신속하게 조치를 하여야할 필요성이 있다.

그러나, 아직은 무인 비행체에 대한 통합관리 체계가 정립되지 않았으며 더욱이 이러한 통합관리 체계에 위협관리를 수행하는 주파수관리 시스템이 융합되어 있지 않아 시급한 대비가 요구된다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 저고도 무인 비행체 교통관리 시스템의 구축에 융합되어 무선신호를 탐지, 수집 및 분석하고 주파수 대응을 할 수 있는 능동적 체계를 가지는 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 복수의 복합안테나(1211)를 구비하는 일체형 탐지 및 기만/지오펜싱/재밍부(2110) 및 상기 일체형 탐지 및 기만/지오펜싱/재밍부에서 수집된 정보를 기초로 UTM통제센터서버와 연동하여 무인비행체를 탐지 및 식별하고 대응하는 신호처리부(1000)를 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 처리부는 상기 일체형 탐지 및 기만/지오펜싱/재밍부로부터의 주파수와 EO/IR 영상센서부터의 영상정보를 수집하는 통합 관제부(2210)와, 수집된 주파수에 대해 UTM통제센터서버로부터의 식별 정보 및 영상정보를 통하여 무인비행체의 인가여부를 판단하는 탐지 및 분석부(2220)와, 상기 탐지 및 분석부에서 비인가 판단된 무인비행체 중 위협요소를 판단하여 기만신호를 생성 및 전송하는 대응부(2230)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 통합 관제부는 설정고도(h) 이하에서 비행하는 저고도 무인비행체에 대해, 탐지거리(ℓ3)이 진입한 이후 주파수를 수집하고, 추적거리(ℓ2)에 진입한 이후 무인비행체를 식별하여 인가여부를 판단하고, 스푸핑거리(ℓ1)에 진입한 이후 위협요소를 판단하여 대응부(2230)에서 물리적 파괴 및 GNSS 기만신호의 발진 여부를 판단할 수 있다.

한편, 상기 탐지 및 분석부는 수집된 주파수 및 UTM통제센터서버의 정보를 기초로 드론의 유형 및 항적을 식별하고 상기 식별된 무인비행체의 정보와 영상정보를 지형 맵에 매칭하여 디스플레이에 확인할 수 있도록 기능할 수 있다.

상기 처리부는, 상기 복합안테나로부터 수집된 주파수를 수집하여 분석하도록 하는 RF스캐너부(1220)와 기만신호를 생성하여 복합안테나로 발신하도록 하는 스푸퍼부(1210)를 포함하는 것이 바람직하다.

일실시예에 따라, 상기 RF스캐너부 및 스푸퍼부는 일체형 유닛(1200)으로 구성되고, 상기 일체형 유닛은 복수의 복합안테나에 스위칭을 통하여 RF 스캐너 및 스푸퍼부, 재밍, 지오펜싱 등의 기능과 선택적으로 연동하도록 할 수 있다.

또한, 상기 스푸퍼부는 복수의 DDS로 구성되는 DDS/FPGA (1130)와, 상기 DDS/FPGA 로에서 생성된 신호를 RF 대역으로 업컨버징하는 RF변환부(1140)와, 상기 RF변환된 신호를 증폭하는 HPA부(1150)와, 상기 증폭된 신호를 감시하는 커플러부(1160)와, 각각의 안테나와 연결되는 BPF를 구비하는 BPF부(1170)를 포함할 수 있다.

상기 DDS/FPGA 에서의 출력은, AWGNM, CW, 화이트노이즈, 또는 잡음신호 중의 어느 하나 이상이 스윕되어 생성될 수 있다.

또한, 상기 통합 관제부가 추적거리에 진입한 무인비행체에 대해 비인가로 판단된 경우 디스플레이에 EO/IR 영상센서부터의 영상정보를 표시하는 것이 바람직하다.

상기 일체형 유닛은, RF스캐너부와 복합안테나 사이에 전단필터를 개재할 수 있다.

상술한 본 발명의 구성에 의하여, UTM통제를 위하여 구비되는 시스템에 능동적으로 무인비행체를 탐지 및 식별하고 이에 대한 대응전략을 마련할 수 있어 통합적인 공중 교통에 대한 통제가 명확하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.

또한, 비인가 드론과 위협요소 드론을 판별하는 시스템을 구축하고 물리적 또는 전파적인 차단과정을 통하여 위협요소를 제거할 수 있어 특히 저고도 비행 교통의 혼잡 및 피해를 방지할 수 있게 되므로 저고도 교통에 대한 원활한 흐름과 안정성이 보장될 수 있는 효과가 있다.

또한, 일체형 탐지 및 기만/지오펜싱/재밍부의 구성을 통하여 컴팩트한 장비의 구성이 가능하기 때문에 경제성이 높고 각 지형 및 인구 밀도 등의 환경을 고려하여 유연하게 배치할 수 있기 때문에 환경 적응성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 드론 교통관리 시스템에 대한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 개념에 따른 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템의 운용을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템에서 주파수 수신 및 관리계통을 설명하기 위한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템에서 일체형 유닛에 대한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 신호발생부의 작동에 대한 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템의 거리에 따른 관리의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템을 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, 설정된 범위 이내에서 비행하는 저고도 무인비행체를 탐지 및 식별하되 UTM통제센터서버와 연동하여 위협요소 무인비행체에 대한 통제를 수행할 수 있는 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템을 제공한다.

본 발명의 설명에서 무인비행체란 블레이드 및/또는 고정익(翼)을 포함하는 다양한 형태의 장치를 의미하며 이는 원격으로 컨트롤하는 경우는 물론 자율적으로 비행하는 방식도 포함한다.

도 2는 본 발명의 개념에 따른 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템의 운용을 나타내는 개념도이다.

본 발명의 통합관리부(2000)은 소정의 거리에 접근하는 무인비행체를 탐지, 추적 및 통제하는 기능을 수행하는데 이러한 무인비행체에 대한 인식처리에 관한 실시예는 후술하도록 한다.

본 발명에서는 주로 설정고도(h) 이하에서 운용되는 저고도 무인비행체를 인식의 대상으로 하며, 상기 저고도란 통상적인 저고도 무인비행체의 한도인 150m를 기준으로 할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 설정고도(h)를 기준으로 그 이하에서 운용되는 드론 등의 무인비행체에 대한 교통통제체계를 UTM으로 정의함은 상기와 같다. 분류 방식에 따라 상기 설정고도(h) 이상의 고도에서 운용되는 무인비행체의 경우 통상의 정의에 따라 UAM으로 분류할 수 있는데 본 발명의 개념이 상기 UAM을 통제하는 것을 배제하는 것은 아니다.

본 발명의 통합관리부(2000)은 상기 설정고도(h) 이내의 높이에서 각 거리별로 서로 다른 대응을 수행할 수 있다. 거리가 먼 순으로 탐지거리에 접근하는 드론(d1), 추적거리에 접근하는 드론(d2) 및 스푸핑거리에 접근하는 드론(d3)으로 구분해볼 수 있다.

상기 탐지거리로 접근한 무인비행체(d1)에 대해 통합관리부(2000)은 소정의 수신안테나를 통하여 주파수를 수집하고 식별을 위한 준비를 수행할 수 있다.

상기 추적거리로 접근한 무인비행체(d2)에 대해서는 식별 ID 및 항적과 인가 여부를 판단하여 소정의 조치를 위한 준비를 수행할 수 있으며, 이를 위하여 UTM통제센터서버(3010)와 정보를 교환한다.

상기 스푸핑거리 이내로 접근한 무인비행체(d3)에 대해서는 위협요소를 판단하고 주파수 분석을 통하여 대응되는 주파수를 전송하여 교란 내지 무력화하는 기능을 수행할 수 있을 것이다. 이러한 GNSS교란 내지 ISM 신호의 전파차단과 관련되어서 공지된 재밍 기술이 적용될 수 있을 것인데 이와 관련된 구체적인 실시예는 후술하기로 한다.

상기 UTM통제센터서버(3010)는 UTM을 운용하는 공공 또는 민간의 관리체계와 데이터베이스를 가지는 서버를 의미하고, 그 관할 지역과 영역의 크기는 본 발명을 제한하지 않는다.

도 3은 본 발명의 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템의 기본적인 작동을 설명하기 위한 구성도이다.

본 발명의 통합관리부(2000)은 UTM통제센터서버(3010)와 연결되어 탐지된 주파수를 분석하고, 식별하여 대응신호를 생성 및 전송하는 기능을 수행하는 소정의 처리부를 포함하며 상기 처리부는 탐지를 위하여 일체형 탐지 및 기만/지오펜싱/재밍부(2110)와 연결될 수 있다.

상기 일체형 탐지 및 기만/지오펜싱/재밍부(2110)는 소정이 탐지기능을 수행하기 위하여 일족의 복합센서로 기능할 수 있으며, 기만 신호의 전송을 위한 전송장치로서도 기능할 수 있는데, 이를 위한 복수의 복합 안테나들을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 안테나들을 통한 스푸퍼(Spoofer) 및 RF스캐너(Scanner)로의 기능에 대한 실시예는 후술하기로 한다.

도시된 바와 같이 상기 일체형 탐지 및 기만/지오펜싱/재밍부(2110)는 스캐너와 기만을 위한 장치를 일체화하여 구성할 수 있으며, 상측의 통합 안테나와 신호처리부(1000)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 신호처리부(1000)가 일종의 함체에 수납된 통합관리부(2000)의 일부를 구성할 수 있다.

또한, 상기 일체형 탐지 및 기만/지오펜싱/재밍부(2110)와 일체로 또는 통합관리부(2000)와 연결된 별체식으로 영상처리장치를 포함할 수 있으며, EO(Electric Optical)/IR(Infra-Red) 영상센서가 구성될 수 있다. 상기 영상처리와 관련된 실시예는 후술한다.

또한, 상기 일체형 탐지 및 기만/지오펜싱/재밍부(2110)는 RF 전파 수신안테나 및 레이더 또는 라이다 장비 등이 융합될 수도 있다. 이와 같은 감시 인프라 장비를 통해 드론으로부터 수신해야 할 모니터링 데이터 손실이나 해킹 또는 장치 오류로 인한 드론에 대한 부정확한 정보를 획득하는 경우에도, 정확한 무인비행체에 대한 상활별 모니터링을 수행할 수 있을 것이다.

본 발명의 통합관리부(2000)에서 탐지거리(d1)에 접근된 무인비행체에 대해 전파정보를 수집한다. 상기 RF 수신 안테나의 경우 측정 목적에 따라 광대역 무지향성 안테나 및/또는 광대역 지향성 안테나를 구성할 수 있으며, 상기 통합관리부(2000)에서는 다양한 전파측정 환경에서 발생할 수 있는 전파간섭을 최소화하기 위한 신호억압용 전단필터가 구성될 수 있을 것이다.

이러한 통합관리부(2000)은 소프트웨어적 또는 하드웨어적 구성요소로 통합 관제부(2210)를 포함할 수 있고, 상기 통합관리부(2000)는 일체형 탐지 및 기만/지오펜싱/재밍부(2110)로부터의 탐지된 정보를 기초로 탐지거리, 추적거리, 스푸핑거리에서 드론에 대한 대응을 위한 제어명령을 생성한다.

또한, 통합 관제부(2210)는 통신부(2300)를 구비하여 UTM통제센터서버(3010)와 연결되고 기타 원격의 각종 센서장비 및 안테나 등과 정보를 교환할 수 있다. 상기 통신부(2300)는 경우에 따라 공용의 통신망 및 중계장치를 통하여 통신을 수행할 수도 있을 것이다.

이러한 통합 관제부(2210)는 소정의 지형 맵을 기초로 탐지된 무인비행체에 대한 위치 및 항로 등을 분석하고 매칭할 수 있을 것이며, 이를 위하여 소정의 지형정보서버(미도시)에 연결되는 것도 고려될 수 있다.

또한, 탐지 및 분석부(2220)를 더 포함하고 탐지된 영상정보와 주파수를 기초로 무인비행체의 유형, 항적, 인가 여부, 표적 확인 여부, 위협 여부, 대응 여부 등의 판단을 수행할 수 있다. 이를 위하여 UTM통제센터서버(3010)와 연결될 수 있음은 상기한 바와 같다.

또한, 본 발명에서 탐지 및 분석부(2220)는 EO/IR 영상정보를 통하여 영상 화면을 전시하고 드론에 대한 영상 분석을 수행할 수 있다.

또한, 대응부(2230)를 더 포함하여, 일체형 탐지 및 기만/지오펜싱/재밍부(2110)에서 예를 들어 GNSS 기만과 같은 스푸핑 동작을 수행하도록 할 수 있다. 이러한 대응부2230)는 일종의 전파교란을 위한 신호생성 및 발신장치로 이해될 수 있을 것이며, 상기 신호처리부(1000)의 기능의 일부를 구성할 수 있다.

일실시예로, 상기 대응부(2230)에서 대응여부 및 주파수와 강도를 설정하고, 이와 연결된 신호처리부(1000)에서 신호를 생성하여 발신하는 기능을 수행할 수 있다.

다른 실시예로, 상기 대응부(2230)가 교란 신호 생성을 위한 기능의 신호처리부를 포함하여 원격에 배치되는 복합안테나에서 신호를 전송하도록 기능하는 것도 고려될 수 있다.

또한, 후처리부(2240)를 더 포함하고, 예를 들어 통합 관제부(2210)에서 비인가 드론으로 인식하고 난 이후에 경보를 생성하도록 하면 경보를 해제하거나 해당 무인비행체에 대한 추적을 중단 또는 위협 대상을 제거확인하는 사후 처리 관리 기능을 수행하도록 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템에서의 일실시예에 따라 주파수 관리계통을 설명하기 위한 구성도이다.

상기 대응부(2230)에 연결되거나 일체형으로 구성될 수 있는 신호처리부(1000)는 안테나들과 연결되며 소정의 신호생성부, 상향변환부, 증폭부 및 필터부를 포함할 수 있다. 이러한 교란의 신호 생성을 위한 소자 및 요소들에 대하여 출원인이 공지의 구성들이 적용될 수 있을 것이므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

본 발명의 일실시예에서 상기 신호처리부(1000)는 스푸퍼유닛(1200)과 재머유닛(1100)이 결합되어 구성될 수 있고, 상기 스푸퍼유닛(1200)은 GNSS안테나로 소정의 주파수를 전송한다.

각 신호생성부(참조번호미표시)는 전파차단 신호를 생성할 수 있는데, 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.

상기 주파수 합성과 관련하여, AWGNM, CW, 화이트노이즈, 또는 잡음신호 중의 어느 하나 이상이 스윕되는 것이 바람직하다.

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, 채널별로 서로 독립적인 신호의 생성을 위하여 개별 신호생성부로 구성될 수 있고, 경우에 따라 채널의 수에 해당되는 개별 신호생성부로 이루어질 수도 있다. 여기서 적용되는 대역은 GNSS 및/또는 ISM 2.4GHz대역 및/또는 드론조종주파수 대역 및/또는 ISM 5.8GHz대역인 것이 바람직할 수 있다.

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

또한, 메인컨트롤러부(1700)에서 제어되는 제어전력은 전원공급부(미도시)로부터 공급될 수 있는데, 상기 전원공급부(1600)는 파워서플라이유닛(PSU; Power Supply Unit)으로 구성될 수 있으며 이 경우에는 전력의 안정적인 공급을 위하여 외부의 전력보조장치(3000)와 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.

또한, 필터는 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 GNSS 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 바람직하다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의하여 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템에서 일체형 유닛에 대한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참고하면, 일체형 탐지 및 기만/지오펜싱/재밍부(2110)의 복합안테나(1211)와 연결되는 신호처리부(1000)의 신호발생 및 처리계통을 설명하는 것이며 본 발명의 개념에 따라 RF 스캐너와 스푸퍼가 통합으로 구성된다.

본 실시예에서는 이러한 실시예의 신호처리부(1000)의 기능이 일체형 유닛(1200)에 구성되어 있다.

이러한 일체형 유닛(1200)은 스푸퍼부(1210)와 RF스캐너부(1220)를 포함하며, 복합안테나(1211)로 연결될 수 있다. 상기 RF스캐너부(1220)는 복합안테나(1211)에서 수신된 주파수들을 수신하여 탐지 및 분석부(2220)에서 분석할 수 있도록 기능한다.

상기 스푸퍼부(1210)에 관하여서는 상기의 실시예가 적용될 수 있을 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다. 이때, 상기 스푸퍼부(1210)는 스푸퍼유닛(1200) 및 재머유닛(110)을 모두 포함하여 구성될 수도 있을 것이다.

또한, 상기 지오펜싱부와, 재밍부를 더 포함하여 일체형 유닛(1200)을 구성할 수 있다. 여기서 지오펜싱(Geofencing)은 사용자가 특정 위치에 도착하거나 벗어나는 것을 알릴 때 사용되며, 점으로 표시하는 GPS와 달리 면으로 이를 구현한다. 본 발명은 상기 지오펜싱 신호에 대한 작동을 할 수 있다.

상기 재밍부에 대한 실시예에 대하서는 후술하기로 한다.

한편, 본 발명에서는 일체형 탐지 및 기만/지오펜싱/재밍부(2110)의 안테나가 복합안테나로 기능하기 때문에 각 복합안테나(1211)의 연결단에 스위치(참조번호 미표시)를 구비하여 스푸퍼부(1210), RF스캐너부(1220), 지오펜싱부 그리고 재밍부와 선택적 또는 추가적으로 연결될 수 있도록 기능할 수 있다.

도 6은 본 발명의 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템에서 신호발생부의 작동에 대한 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.

이러한 신호발생부는 도 4의 실시예의 재머유닛(1100)을 기본으로 하되, 도 5의 실시예에서는 스푸퍼부(1210)의 변형된 실시예일 수 있다.

신호발생부는 상기와 같이 메인컨트롤러부(1700)에 의한 제어입력을 수신여 작동을 개시하며, 전원공급부(1600)의 전력을 통하여 가동됨은 상기한 바와 같다.

신호의 발생을 위하여 크게 DDS/FPGA (1130), RF변환부(1140), HPA(1150), 커플러부(1160) 및 BPF(1170)를 구성할 수 있으며, 상기 BPF(1170)의 출력은 안테나유닛(1500)에 연결되어 주파수를 방사한다. 상기 안테나유닛(1500)은 제1안테나(1520), 제2안테나(1530), 제3안테나(1510)로 구성될 수 있음은 상기와 같다.

상기 신호발생부(1000)에서 예를 들어 복수의 CW신호를 생성하기 위하여 복수의 DDS(Direct Digital Synthesizer)가 DDS/FPGA (1130)에 구성되어 있다. 상기 DDS(1130)는 기본 발진기를 이용하여 원하는 신호를 생성하는 목적을 하기 때문에 DDS 및/또는 FPGA(Field Programmable Gate Array)가 선택되고 조합될 수 있다.

이러한 신호생성부(1100)는 백색잡음을 이용하여 재밍신호를 생성할 수 있는데, 채널별로 서로 독립적인 신호의 생성하는 개념을 제시한다.

상기 DDS/FPGA (1130)에 의하여 생성된 신호는 RF변환부(1140)에 전송되고, 상기 RF변환부(1140)는 전원공급부(1600)로부터 소정 DC 전원을 수신하여, 신호생성부(1100)가 생성하는 IF 대역의 신호를 서비스주파수 대역인 RF 대역으로 변환한다. 상기 DDS/FPGA (1130)가 3개의 DDS로 구성된 경우 RF변환부(1140)에서도 각 세 개의 세트가 구성될 수 있는데, 각각의 발진기에 대응하여 공지의 VCO(Voltage Controlled Oscillator)/PLL(Phase Locked Loop)과, 필터와, 디지털 감쇄기(Digital Attenuator)의 조합으로 구성될 수 있다.

상기 VCO/PLL은 주지와 같이 베이스밴드 신호를 송신주파수로 변환하는 기능을 수행한다. 상기 필터는 일로 BPF로 구성될 수 있고, 송신시호대역 외의 불요파를 억제하는 기능을 수행한다. 상기 디지털 감쇄기는 HPAM 출력단에서 송신출력을 감시하고 감쇄(Attenuation)값을 가변할 수 있다.

상기 RF변환부(1140)의 후단에 배치되는 HPA부(1150)는 RF출력을 증폭하는 기능을 수행하며, 예를 들어 드라이브 앰프(Drive Amp)와 메인 앰프(Main Amp)로 구성될 수 있다. 상기 드라이브 앰프는 출력 획득을 위한 메인 앰프의 입력 레벨 조정 기능을 수행할 수 있다. 상기 메인 앰프는 최종 출력 레벨을 맞추기 위한 증폭기능을 수행할 수 있다.

상기 증폭 기능의 후단에는 커플러부(1160)를 구비하고, 상기 커플러(Coupler)는 출력 레벨을 감시할 수 있다. 또한, 상기 커플러부(1160)는 아이졸레이터(Isolator)를 구비하고 반송파가 HPA에 유입되어 발생하는 손상을 방지하며 안테나의 이상 유무를 판단할 수 있다.

상기 RF신호에 대한 감시 및 검증이 완료된 이후 BPF부(1170)를 구성하여 최종 송출대역 외에 잡음을 감쇠할 수 있으며, 각각의 BPF부(1170)에는 제1안테나(1520), 제2안테나(1530) 및 제3안테나(1510)가 연결된다.

도 7은 본 발명의 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템의 디스플레이에 구현되는 지형정보에 따라 거리별 대응의 구분을 나타내는 도면이다.

도 2를 참고하면, 상기 설정고도(h) 이내에서 운용 및 접근되는 거리별 무인비행체(d1, d2, d3)에 대한 탐지, 식별, 스푸핑을 위한 거리의 개념이다.

지형정보서버로부터 수집된 통제영역의 맵에 매칭되어 소정의 디스플레이장치에 구현된 것일 수 있다. 도시된 바와 같이 맵에 2차원적인 원 또는 3차원적인 반구 형태로 거리가 구분될 수 있을 것이다.

통합관리부(2000)과의 거리가 먼 순으로 탐지거리(ℓ3), 추적거리(ℓ2) 및 스푸핑거리(ℓ1)의 순으로 배열되어 있으며 거리별 단위는 색상 또는 채도로 구분될 수 있을 것이다.

예를 들어 상기 탐지거리(ℓ3)는 3km이고, 추적거리(ℓ2)는 2km이며, 스푸핑거리(ℓ1)는 1km로 설정될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 8은 본 발명의 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템에 의한 통합관제운용방법을 설명하기 위한 순서도이다.

UTM 운용을 기초로, 설정고도(h) 이내에 운용되는 저고도 무인비행체에 대해 탐색(S100) 단계에서 통합관리부(2000)의 기능이 제공된다. 이러한 탐색은 탐지거리(ℓ3)에 진입하는 경우에 개시될수 있을 것이다.

이러한 탐지는 일체형 탐지 및 기만/지오펜싱/재밍부(2110)에 구성되는 복합 안테나에 의하여 수신된 RF 신호를 기초로 수행될 수 있을 것이다. 이때, RF 탐지후 상기 일체형 탐지 및 기만/지오펜싱/재밍부(2110)에서 유효 주파수 필터링을 위한 필터링 장치가 구성될 수 있다.

이렇게 탐지 및 수집된 주파수에 대한 정보를 기초로 식별을 위하여 탐지 및 분석부(2220)가 가능하며, 신호분석(S200) 단계가 수행된다.

상기 신호분석(S200) 단계에서는 UTM통제센터서버(3010)와 정보 연계(S210)를 통하여 이루어지며, 드론을 선정 및 분석하고, 드론 항적을 생성할 수 있다. 저고도에 출현하는 드론의 수가 많아져서 소정의 디스플레이 기기에 표시되는 정보가 많아지는 경우 이를 조절할 수 있도록 통합 관제부(2210)가 이를 필터링할 수 있으며 드론의 표출 여부를 결정할 수 있다.

상기 탐지거리(ℓ3)에 진입한 드론(d3)에 대해 상기 신호 분석 및 필터링이 이루어진 이후에 신호를 식별하고 인가 여부를 판단(S300)하는 단계가 수행된다.

이때, 인가드론 여부를 판별하기 위하여 일체형 탐지 및 기만/지오펜싱/재밍부(2110)에서 EO/IR 영상정보를 연계하여 탐지 및 분석부(2220)가 분석을 수행할 수 있다.

인가드론인 경우 통합관리부(2000)에서 후처리를 수행할 필요가 없으므로 UTM통제센터서버(3010)에 인가된 것임을 통보하고, 식별 ID 및 경로를 표시하는 식별표시(S310)이후에 탐색 및 그 후단계의 처리를 위하여 환원될 수 있다.

상기 인가여부 판단(S300)에서 비인가로 판단된 경우 통합 관제부(2210)에서 경보를 수행하는 동시에 디스플레이에 전송하여 표시하도록 할 수 있을 것이다. 이 단계에서는 추적거리(ℓ2)에 진입한 경우를 대상으로 할 수 있다.

이렇게 비인가 판단된 무인비행체에 대해서는 표적 여부를 확인(S420)하는 단계를 수행하여 후조치에 대한 판단을 수행할 수 있으며, 디스플레이에 추적 상태를 표시하기 위하여 카메라 VMS 제어가 수행될 수 있다. 이렇게 추적 과정에서의 영상정보 확인은 운용자가 목표물을 직관적으로 인식하고 새 등을 구분하기 위하여 필수적으로 수반되는 것이 권장된다.

상기 표적으로 확인된 드론에 대해서는 대응부(2230)에서 위협요소에 대한 대응 여부를 판단(S500)할 수 있다. 비인가드론인 경우에도 불구하고 민간 또는 군용의 명확한 목적이 확인되고 비위협으로 판명될 수 있으며 이 경우에는 기만처리가 불필요할 수 있다. 이렇게 비위협요소로 판단한 경우 경보해제(S510)하고 상기 과정이 반복 수행될 수 있을 것이다.

상기 위협요소에 대한 대응이 필요한 것으로 판단된 경우 신호처리부(1000)를 통하여 스푸핑, 지오펜싱, 재밍 등의 신호발신 기능이 수행될 수 있는데, 예를 들어 스푸퍼 유닛(1200) 또는 재머 유닛(1100)을 가동하여 안테나를 통한 기만 신호를 생성할 수 있다.

이때, 제거 판단(S710)단계를 추가할 수 있고 이 경우 물리적인 파괴를 통한 하드킬 또는 주파수 제어를 통한 교란 및 기만의 소프트킬 방식을 선택할 수 있을 것이다.

상기 대응부(2230)의 처리를 통하여 위협대상이 제거되면 최종 제거판단(S710)이 수행되고 경보해제(S720) 및 상기 탐지 과정부터 반복 수행이 이루어질 수 있다. 상기 제거판단(S710)의 경우 추락, 경로회피, 파괴 등을 영상정보로 판별할 수 있을 것이다.

상술한 본 발명의 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템에 의하여, UTM통제를 위하여 구비되는 시스템에 능동적으로 무인비행체를 탐지 및 식별하고 이에 대한 대응전략을 마련할 수 있어 통합적인 공중 교통에 대한 통제가 명확하게 이루어질 수 있다.

비인가 드론과 위협요소 드론을 판별하는 시스템을 구축하고 물리적 또는 전파적인 차단과정을 통하여 위협요소를 제거할 수 있어 특히 저고도 비행 교통의 혼잡 및 피해를 방지할 수 있게 되므로 저고도 교통에 대한 원활한 흐름과 안정성이 보장될 수 있다.

또한, 일체형 탐지 및 기만/지오펜싱/재밍부의 구성을 통하여 컴팩트한 장비의 구성이 가능하기 때문에 경제성이 높고 각 지형 및 인구 밀도 등의 환경을 고려하여 유연하게 배치할 수 있기 때문에 환경 적응성이 향상된다.

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...신호처리부 1100...재머유닛
1130...DDS/FPGA 1140...RF변환부
1150...HPA부 1160...커플러부
1170...BPF부 1200...일체형 유닛
1210...스푸퍼부 1211...복합안테나
1220...RF스캐너부 1510...제3안테나
1520...제1안테나 1530...제2안테나
1700...메인컨트롤러부 2000...통합관제시스템
2110...일체형 탐지 및 기만/지오펜싱/재밍부 2210...통합관제부
2220...탐지 및 분석부 2230...대응부
2240...후처리부 2300...통신부
3010...UTM통제센터서버

Claims

복수의 복합안테나(1211)를 구비하는 일체형 탐지 및 기만/지오펜싱/재밍부(2110);
상기 일체형 탐지 및 기만/지오펜싱/재밍부에서 수집된 정보를 기초로 UTM통제센터서버와 연동하여 무인비행체를 탐지 및 식별하고 대응하는 신호처리부(1000);
상기 일체형 탐지 및 기만/지오펜싱/재밍부로부터의 주파수와 EO/IR 영상센서부터의 영상정보를 수집하는 통합 관제부(2210)와, 수집된 주파수에 대해 UTM통제센터서버로부터의 식별 정보 및 영상정보를 통하여 무인비행체의 인가여부를 판단하는 탐지 및 분석부(2220)와, 상기 탐지 및 분석부에서 비인가 판단된 무인비행체 중 위협요소를 판단하여 기만신호를 생성 및 전송하는 대응부(2230)를 구비하는 통합관리부(2000);를 포함하되,
상기 통합 관제부는,
설정고도(h) 이하에서 비행하는 저고도 무인비행체에 대해, 탐지거리(ℓ3)이 진입한 이후 주파수를 수집하고, 추적거리(ℓ2)에 진입한 이후 무인비행체를 식별하여 인가여부를 판단하고, 스푸핑거리(ℓ1)에 진입한 이후 위협요소를 판단하여 대응부(2230)에서 물리적 파괴 및 GNSS 기만신호의 발진 여부를 판단하는 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템.
제1항에 있어서,
상기 탐지 및 분석부는,
수집된 주파수 및 UTM통제센터서버의 정보를 기초로 드론의 유형 및 항적을 식별하고 상기 식별된 무인비행체의 정보와 영상정보를 지형 맵에 매칭하여 디스플레이에 확인할 수 있도록 하는 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템.
제1항에 있어서,
상기 처리부는,
상기 복합안테나로부터 수집된 주파수를 수집하여 분석하도록 하는 RF스캐너부(1220)와 기만신호를 생성하여 복합안테나로 발신하도록 하는 스푸퍼부(1210)를 포함하는 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템.
제3항에 있어서,
상기 RF스캐너부 및 스푸퍼부는 일체형 유닛(1200)으로 구성되고,
상기 일체형 유닛은,
복수의 복합안테나에 스위칭을 통하여 RF 스캐너 및 스푸퍼부의 기능과 선택적으로 연동하도록 하는 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템.
제4항에 있어서,
상기 스푸퍼부는,
복수의 DDS로 구성되는 DDS/FPGA (1130)와, 상기 DDS/FPGA 로에서 생성된 신호를 RF 대역으로 업컨버징하는 RF변환부(1140)와, 상기 RF변환된 신호를 증폭하는 HPA부(1150)와, 상기 증폭된 신호를 감시하는 커플러부(1160)와, 각각의 안테나와 연결되는 BPF를 구비하는 BPF부(1170)를 포함하는 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템.
제5항에 있어서,
상기 DDS/FPGA에서의 출력은,
AWGNM, CW, 화이트노이즈, 또는 잡음신호 중의 어느 하나 이상이 스윕되어 생성되는 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템.
제1항에 있어서,
상기 통합 관제부는,
추적거리에 진입한 무인비행체에 대해 비인가로 판단된 경우 디스플레이에 EO/IR 영상센서부터의 영상정보를 표시하는 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템.
제4항에 있어서,
상기 일체형 유닛은,
RF스캐너부와 복합안테나 사이에 전단필터를 개재하는 저고도 무인비행체 교통관리 대응형 통합관제시스템.