KR102663240B1 - 드론 탐지 및 추적 시스템 - Google Patents

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Abstract

드론 탐지 및 추적 시스템은 서로 다른 위치에서 외측을 둘러싸는 복수의 설치단을 갖는 안테나지지부, 복수의 설치단 각각에 서로 다른 주파수 대역을 갖고 설치되어 전방위에 대하여 탐지하는 복수의 지향성안테나를 포함하는 탐지부, 복수의 설치단 각각에 설치된 복수의 지향성안테나를 순차적으로 활성화하는 복수의 스위치 및 복수의 설치단 각각에서 복수의 지향성안테나와 연결되어 설치되며, 복수의 지향성안테나가 순차적으로 고속 스위칭되어 활성화되도록 하는 복수의 단스위칭부와 복수의 단스위칭부와 연결되며, 복수의 단스위칭부 중 어느 하나를 선택하기 위한 대역스위칭부를 포함하는 스위칭부 및 복수의 설치단 각각에 서로 다른 주파수 대역을 갖고 설치된 복수의 지향성안테나가 동일한 방향에 대하여 순차적으로 활성화되도록 스위칭부를 제어하며, 탐지부로부터 수신된 드론 탐지신호에 기초하여 드론의 위치를 탐지하여 추적하도록 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

드론 탐지 및 추적 시스템{Drone detection and tracking system}
본 발명은 드론 탐지 및 추적 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전방위에 대하여 드론을 감지하고 추적할 수 있는 드론 탐지 및 추적 시스템에 관한 것이다.
안티드론 분야의 탐지 및 식별 기술은 능동 탐지(Radar) 기술과 수동 탐지(RF detection) 기술로 분류될 수 있다. 수동 탐지 및 식별 기술은 전파 방사가 없어 별도의 전파사용 승인이 필요 없고, 경제적인 장점이 있어 최근 수요가 증가하고 있는 기술이다. 드론의 신호탐지 기술에서 크게 신호 방향탐지 방법과 신호 복조 기반 위치 탐지 방법이 있다. 도래각 신호방향탐지 AOA(Angle OF Arrival)은 CI(Correlated Interferometer), MUSIC(MUltiple SIgnal Classification) 알고리즘 등을 주로 사용하고 있으며, 신호의 복조방법은 드론 신호의 패턴 또는 신호 복호 기술 등을 사용하여 드론 탐지 및 식별 등을 수행하고 있다.
그러나 신호 방향탐지 방법은 무지향성인 다이폴 안테나 구성으로 낮은 이득에 따른 감도가 낮아 중장거리 및 방사 출력이 낮은 드론 신호탐지 및 추적에는 적합하지 않고, 드론 종류에 대한 식별도 할 수 없다. 또한, 신호의 위상 비교 분석을 통한 방식으로 디지털 변조 신호와 높은 마이크로웨이브 주파수 대역에 한계가 있다. 또한, 드론 신호 복조 방법은 상용 드론에 국한되어 있어 드론 데이터베이스 리스트에 없는 드론은 탐지를 할 수 없으며, 신호 복조 처리의 시간이 길어 비실용적이다. 이에 따라 중장거리에 있는 드론신호를 탐지하기 어려우며, 드론의 종류와 상관없이 모든 무인비행체를 위한 탐지, 식별 및 추적이 어려운 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 원거리에 위치한 드론 및 다양한 주파수 대역을 갖는 드론을 신속하게 탐지, 식별 및 추적할 수 있는 드론 탐지 및 추적 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 드론 탐지 및 추적 시스템은, 서로 다른 위치에서 외측을 둘러싸는 복수의 설치단을 갖는 안테나지지부; 상기 복수의 설치단 각각에 서로 다른 주파수 대역을 갖고 설치되어 전방위에 대하여 탐지하는 복수의 지향성안테나를 포함하는 탐지부; 상기 복수의 설치단 각각에 설치된 상기 복수의 지향성안테나를 순차적으로 활성화하는 복수의 스위치 및 상기 복수의 설치단 각각에서 상기 복수의 지향성안테나와 연결되어 설치되며, 상기 복수의 지향성안테나가 순차적으로 고속 스위칭되어 활성화되도록 하는 복수의 단스위칭부와 상기 복수의 단스위칭부와 연결되며, 상기 복수의 단스위칭부 중 어느 하나를 선택하기 위한 대역스위칭부를 포함하는 스위칭부; 및 상기 복수의 설치단 각각에 서로 다른 주파수 대역을 갖고 설치된 상기 복수의 지향성안테나가 동일한 방향에 대하여 순차적으로 활성화되도록 상기 스위칭부를 제어하며, 상기 탐지부로부터 수신된 드론 탐지신호에 기초하여 상기 드론의 위치를 탐지하여 추적하도록 제어하는 제어부를 포함한다. 복수의 설치단 각각에 동일한 주파수 대역을 갖는 복수의 지향성안테나가 설치되며, 복수의 설치단 각각은 서로 다른 주파수 대역을 갖고 전방위를 탐지할 수 있어 드론의 탐지거리를 향상시킬 수 있고, 멀티 주파수 대역 방향탐지를 위한 복수의 지향성안테나를 고속 스위칭함으로써 신호처리속도를 향상하여 드론의 신속한 탐지, 식별 및 추적을 할 수 있다.
여기서, 상기 스위칭부는, 상기 복수의 설치단 각각에서 상기 복수의 지향성안테나와 연결되어 설치되며, 상기 복수의 지향성안테나가 순차적으로 고속 스위칭되어 활성화되도록 하는 복수의 단스위칭부를 포함하면 순차적으로 복수의 지향성안테나가 스위칭될 수 있어 바람직하다.
그리고 상기 스위칭부는, 상기 복수의 단스위칭부와 연결되며, 상기 복수의 단스위칭부 중 어느 하나를 선택하기 위한 대역스위칭부를 더 포함하면 복수의 단스위칭부가 순차적으로 스위칭될 수 있어 바람직하다.
여기서, 상기 스위칭부는, 상기 복수의 단스위칭부와 연결되며, 상기 복수의 설치단 각각에 설치된 상기 복수의 지향성안테나가 순차적으로 스위칭되도록 하는 제어신호를 상기 복수의 단스위칭부로 출력할 수 있는 스위칭제어부를 더 포함하면 복수의 설치단의 복수의 지향성안테나가 순차적 고속으로 스위칭될 수 있도록 할 수 있어 바람직하다.
그리고 상기 스위칭부는, 상기 복수의 단스위칭부와 연결되며, 상기 복수의 설치단 각각에 설치된 상기 복수의 지향성안테나가 순차적으로 스위칭되도록 하는 스위칭제어신호를 상기 복수의 단스위칭부로 출력할 수 있는 스위칭제어부를 더 포함하며, 상기 스위칭제어신호에 동기되어 상기 복수의 설치단 각각에 설치된 상기 복수의 지향성안테나로부터 수신되는 상기 드론 탐지신호를 스펙트럼으로 산출하는 신호수신부를 더 포함하면 복수의 설치단의 복수의 지향성안테나로부터 신호를 수신하여 처리할 수 있으므로 바람직하다.
여기서, 상기 복수의 지향성안테나는 상기 안테나지지부의 외측 둘레를 따라 방사형으로 배치되며 전방위에 대하여 복수의 지향성안테나가 탐지할 수 있어 바람직하다.
그리고 상기 복수의 지향성안테나는 상기 복수의 설치단 각각에 소정 수평방위각의 탐지영역을 갖고 설치되면 복수의 지향성안테나 각각의 탐지영역에 대하여 정확히 탐지할 수 있어 바람직하다.
여기서, 상기 복수의 지향성안테나 중 인접한 2개의 지향성안테나는 상호 중첩된 탐지영역을 가지면 전방위에서 탐지되지 않는 방위가 발생하지 않으므로 바람직하다.
본 발명에 따르면 복수의 설치단 각각에 동일한 주파수 대역을 갖는 복수의 지향성안테나가 설치되며, 복수의 설치단 각각은 서로 다른 주파수 대역을 갖고 전방위를 탐지할 수 있어 드론의 탐지거리를 향상시킬 수 있고, 멀티 주파수 대역 방향탐지를 위한 복수의 지향성안테나를 고속 스위칭함으로써 신호처리속도를 향상하여 드론의 신속한 탐지, 식별 및 추적을 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 드론 탐지 및 추적 시스템의 예시도이다.
도 2는 탐지부와 스위칭부의 연결회선 예시도이다.
도 3은 안테나의 설치 예시도이다.
도 4는 드론 탐지 및 추적 기술의 기능 설명 블록도이다.
도 5는 안테나의 방향탐지의 예시도이다.
도 6은 신호분석부의 상세도이다.
도 7은 도 7은 드론 탐지 및 추적 시스템의 드론탐지 흐름도이다.
도 8은 제어블록도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 드론 탐지 및 추적 시스템(1)을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 드론 탐지 및 추적 시스템(1)의 예시도이고, 도 2는 탐지부(20)와 스위칭부(30)의 연결회선 예시도이며, 도 3은 안테나(21 내지 24)의 설치 예시도이고, 도 4는 드론 탐지 및 추적 기술의 기능 설명 블록도이며, 도 5는 안테나(21 내지 24)의 방향탐지의 예시도이고, 도 6은 신호분석부(60)의 상세도이며, 도 7은 제어블록도이다.
드론 탐지 및 추적 시스템(1)은 안테나지지부(10), 탐지부(20), 스위칭부(30), 신호수신부(40), 신호처리부(50), 신호분석부(60), 통신부(70), 디스플레이부(72), 사용자입력부(74) 및 제어부(80)를 포함한다.
안테나지지부(10)는 원통형으로 마련될 수 있고, 서로 다른 위치에서 외측을 둘러싸는 복수의 설치단(11 내지 14)을 갖는다. 안테나지지부(10)가 원기둥 형상으로 마련되는 경우 복수의 설치단(11 내지 14)은 수평방향에 대한 동일한 영역, 수직방향에 대한 서로 다른 영역에 마련될 수도 있고 안테나지지부(10)가 경사를 갖는 원뿔형으로 형성되는 경우 수평방향 및 수직방향에 대하여 서로 다른 영역에 마련될 수 있다. 바람직하게 안테나지지부(10)는 수직방향에 대하여 소정의 각도로 경사진 원기둥 형상으로 마련되는 것이 바람직하다.
탐지부(20)는 복수의 설치단(11 내지 14) 각각에 서로 다른 주파수 대역을 갖고 설치되어 전방위에 대하여 탐지할 수 있다. 탐지부(20)는 복수의 단안테나(21 내지 24)로 이루어질 수 있으며, 각각의 단안테나(21 내지 24)는 제1단안테나(21), 제2단안테나(22), 제2단안테나(23) 및 제4단안테나(24)를 포함할 수 있다.
제1단안테나(21), 제2단안테나(22), 제2단안테나(23) 및 제4단안테나(24)는 서로 다른 주파수 대역을 갖는다.
제1단안테나(21)는 제1-1지향성안테나(211), 제1-2지향성안테나(212), 제1-3지향성안테나(213), 제1-4지향성안테나(214), 제1-5지향성안테나(215) 및 제1-6지향성안테나(216)를 포함할 수 있다.
제1-1지향성안테나(211), 제1-2지향성안테나(212), 제1-3지향성안테나(213), 제1-4지향성안테나(214), 제1-5지향성안테나(215) 및 제1-6지향성안테나(216)는 안테나지지부(10)의 외측 둘레를 따라 방사형으로 배치될 수 있고, 복수의 설치단(11 내지 14) 각각에 소정 수평방위각의 탐지영역을 갖고 설치될 수 있으며, 인접한 2개의 지향성안테나는 상호 중첩된 탐지영역을 가질 수 있다.
제2단안테나(22)는 제2-1지향성안테나(221), 제2-2지향성안테나(222), 제2-3지향성안테나(223), 제214지향성안테나(224), 제2-5지향성안테나(225) 및 제2-6지향성안테나(226)를 포함할 수 있다.
제2-1지향성안테나(221), 제2-2지향성안테나(222), 제2-3지향성안테나(223), 제2-4지향성안테나(224), 제2-5지향성안테나(225) 및 제2-6지향성안테나(226)는 안테나지지부(10)의 외측 둘레를 따라 방사형으로 배치될 수 있고, 복수의 설치단(11 내지 14) 각각에 소정 수평방위각의 탐지영역을 갖고 설치될 수 있으며, 인접한 2개의 지향성안테나는 상호 중첩된 탐지영역을 가질 수 있다.
제3단안테나(23)는 제3-1지향성안테나(231), 제3-2지향성안테나(232), 제3-3지향성안테나(233), 제3-4지향성안테나(234), 제3-5지향성안테나(235) 및 제3-6지향성안테나(236)를 포함할 수 있다.
제3-1지향성안테나(231), 제3-2지향성안테나(232), 제3-3지향성안테나(233), 제3-4지향성안테나(234), 제3-5지향성안테나(235) 및 제3-6지향성안테나(236)는 안테나지지부(10)의 외측 둘레를 따라 방사형으로 배치될 수 있고, 복수의 설치단(11 내지 14) 각각에 소정 수평방위각의 탐지영역을 갖고 설치될 수 있으며, 인접한 2개의 지향성안테나는 상호 중첩된 탐지영역을 가질 수 있다.
제4단안테나(24)는 제4-1지향성안테나(241), 제4-2지향성안테나(242), 제4-3지향성안테나(243), 제4-4지향성안테나(244), 제4-5지향성안테나(245) 및 제4-6지향성안테나(246)를 포함할 수 있다.
제4-1지향성안테나(241), 제4-2지향성안테나(242), 제4-3지향성안테나(243), 제4-4지향성안테나(244), 제4-5지향성안테나(245) 및 제4-6지향성안테나(246)는 안테나지지부(10)의 외측 둘레를 따라 방사형으로 배치될 수 있고, 복수의 설치단(11 내지 14) 각각에 소정 수평방위각의 탐지영역을 갖고 설치될 수 있으며, 인접한 2개의 지향성안테나는 상호 중첩된 탐지영역을 가질 수 있다.
여기서, 복수의 단안테나(21 내지 24)가 4개의 단으로 마련되는 것으로 표현했으나 이에 한정되지 않으며 서로 다른 주파수 대역으로 6개의 단, 8개의 단 및 16개의 단으로 그 개수를 증가시킬 수 있다.
또한, 복수의 단안테나(21 내지 24)는 6개의 지향성안테나가 동일한 60도 이상의 수평방위각의 탐지영역을 갖고 설치되는 것으로 되어 있으나, 9개의 지향성안테나, 12개의 지향성안테나, 24개의 지향성안테나로 그 개수가 증가시켜 설치될 수도 있다.
지향성안테나의 개수가 증가되면 각각의 지향성안테나의 탐지거리가 증가할 수 있으므로 탐지영역이 넓어질 수 있고 탐지정확성이 크게 증가될 수 있다.
스위칭부(30)는 복수의 설치단(11 내지 14) 각각에 설치된 복수의 지향성안테나를 순차적으로 활성화할 수 있다. 스위칭부(30)는 복수의 스위치를 포함할 수 있으며, 단스위칭부(31), 대역스위칭부(32) 및 스위칭제어부(33)을 포함할 수 있다.
단스위칭부(31)는 복수의 설치단(11 내지 14) 각각에서 복수의 지향성안테나(211 내지 216, 221 내지 226, 231 내지 236, 241 내지 246)와 연결되어 설치되며, 복수의 지향성안테나(211 내지 216, 221 내지 226, 231 내지 236, 241 내지 246)가 순차적으로 고속 스위칭되어 활성화되도록 할 수 있다. 단스위칭부(31)는 스위칭제어부(33)에 의해 제어되어 복수의 지향성안테나(211 내지 216, 221 내지 226, 231 내지 236, 241 내지 246)가 순차적으로 스위칭이 시작될 수도 있다. 단스위칭부(31)는 제1단스위칭부(311), 제2단스위칭부(312), 제3단스위칭부(313) 및 제4단스위칭부(314)를 포함할 수 있다.
제1단스위칭부(311)는 제1설치단(11)에 설치된 제1단안테나(21)의 제1-1지향성안테나(211), 제1-2지향성안테나(212), 제1-3지향성안테나(213), 제1-4지향성안테나(214), 제1-5지향성안테나(215) 및 제1-6지향성안테나(216)를 스위칭할 수 있다.
제2단스위칭부(312)는 제2설치단(12)에 설치된 제2단안테나(22)의 제2-1지향성안테나(221), 제2-2지향성안테나(222), 제2-3지향성안테나(223), 제2-4지향성안테나(224), 제2-5지향성안테나(225) 및 제2-6지향성안테나(226)를 스위칭할 수 있다.
제3단스위칭부(331)는 제3설치단(13)에 설치된 제3단안테나(23)의 제3-1지향성안테나(231), 제3-2지향성안테나(232), 제3-3지향성안테나(233), 제3-4지향성안테나(234), 제3-5지향성안테나(235) 및 제3-6지향성안테나(236)를 스위칭할 수 있다.
제4단스위칭부(341)는 제4설치단(14)에 설치된 제4단안테나(24)의 제4-1지향성안테나(241), 제4-2지향성안테나(242), 제4-3지향성안테나(243), 제1-4지향성안테나(244), 제4-5지향성안테나(245) 및 제4-6지향성안테나(246)를 스위칭할 수 있다.
대역스위칭부(32)는 복수의 단스위칭부(311 내지 314)와 연결되며, 복수의 단스위칭부(311 내지 314) 중 어느 하나를 선택하여 활성화될 수 있도록 스위칭할 수 있다. 대역스위칭부(32)는 복수의 단스위칭부(311 내지 314) 중 제1단스위칭부(311)를 선택하여 활성화되는 경우 제1단스위칭부(311)의 제1-1지향성안테나(211), 제1-2지향성안테나(212), 제1-3지향성안테나(213), 제1-4지향성안테나(214), 제1-5지향성안테나(215) 및 제1-6지향성안테나(216)에서 탐지된 탐지신호를 신호수신부(40)로 전달할 수 있다.
스위칭제어부(33)는 복수의 단스위칭부(311 내지 314)와 연결되며, 복수의 설치단(11 내지 14) 각각에 설치된 복수의 지향성안테나(211 내지 216, 221 내지 226, 231 내지 236, 241 내지 246)가 순차적으로 스위칭되도록 하는 제어신호를 복수의 단스위칭부(311 내지 314)로 출력할 수 있다. 스위칭제어부(33)는 복수의 지향성안테나(211 내지 216, 221 내지 226, 231 내지 236, 241 내지 246)가 동시가 아닌 시간차를 두고 순차적으로 스위칭되도록 하는 제어신호를 복수의 단스위칭부(311 내지 314)로 출력할 수 있다. 다만, 복수의 지향성안테나(211 내지 216, 221 내지 226, 231 내지 236, 241 내지 246)가 순차적으로 스위칭되도록 하는 것이 신호를 처리하기 쉽고 동시간에 이동하는 드론(2)을 탐지, 식별하여 추적하기 쉽다.
신호수신부(40)는 스위칭제어신호에 동기되어 복수의 설치단(11 내지 14) 각각에 설치된 복수의 지향성안테나(211 내지 216, 221 내지 226, 231 내지 236, 241 내지 246)로부터 수신되는 드론 탐지신호를 스펙트럼으로 산출할 수 있다.
신호처리부(50)는 신호수신부(40)로부터 전달되는 복수의 지향성안테나(211 내지 216, 221 내지 226, 231 내지 236, 241 내지 246)에서의 탐지신호를 처리하여 신호분석부(60)로 전달할 수 있다.
신호분석부(60)는 신호처리된 탐지신호를 분석하여 드론(2)의 방향각을 도출할 수 있다.
통신부(70)는 외부장치와 데이터를 송수신할 수 있다.
디스플레이부(72)는 상기 신호처리부(50)와 신호분석부(60)에서의 처리과정 및 처리결과 그리고 분석과정 및 분석결과를 표시하여 사용자가 확인할 수 있도록 할 수 있다.
사용자입력부(74)는 사용자의 명령을 입력할 수 있다. 스위칭을 설정하는 명령이나 분석하는 설정을 설정하거나 변경하는 경우 사용자의 명령을 입력할 수 있도록 할 수 있다.
제어부(80)는 복수의 설치단(11 내지 14) 각각에 서로 다른 주파수 대역을 갖고 설치된 복수의 지향성안테나(211 내지 216, 221 내지 226, 231 내지 236, 241 내지 246)가 동일한 방향에 대하여 순차적으로 활성화되도록 스위칭부(30)를 제어하며, 탐지부(20)로부터 수신된 드론 탐지신호에 기초하여 드론의 위치를 탐지하여 추적하도록 제어한다.
제어부(80)는 복수의 지향성안테나(211 내지 216, 221 내지 226, 231 내지 236, 241 내지 246)가 순차적으로 활성화되도록 복수의 스위치(31 내지 33)를 제어하며, 탐지부(20)로부터 수신된 드론 탐지신호에 기초하여 드론(2)의 위치를 탐지하여 추적하도록 제어할 수 있다.
도 2는 탐지부(20)와 스위칭부(30)의 연결회선 예시도이다.
대역스위칭부(32)는 400MHz, 900MHz, 2.4GHz, 5.8GHz 각 대역으로 이루어진 복수의 단스위칭부(311 내지 314)에서 신호수신부(40)로의 신호를 대역 별 선택하기 위한 스위치이다. 대역스위칭부(32)는 고속 스위칭을 하기위해 복수의 단스위칭부(311 내지 314)의 스위칭을 순차적으로 동작하게 할 수 있다.
스위칭제어부(33)는 신호수신부(40)에서 안테나 스위치를 컨트롤하는 물리적인 포트(Port) 수가 제한되어 있어 신호수신부(40)의 1개의 컨트롤 포트(Port)에서 4개 대역의 안테나 6개를 선택적으로 스위칭하도록 연결하게 할 수 있다. 신호수신부(40)로부터의 컨트롤 입력 신호를 4개 포트(Port)로 동일하게 출력되도록 구성되어 있어 4개 대역의 안테나 6개에서 탐지되는 신호를 병렬 처리를 가능하게 할 수 있다.
따라서, 신호수신부(40) EXP1, EXP2와 연결된 대역스위칭부(32, RF Switch5)의 CTL 과 스위칭제어부(33, switch Control Hub)와 연결된 복수의 단스위칭부(311 내지 314) 각 단스위칭부(RF Switch CTL)는 동기화가 진행될 수 있다.
신호수신부(40)는 안테나 컨트롤 신호에 동기되어 각 안테나로부터 수신되는 탐지신호를 스팩트럼(Spectrum trace)으로 계산하여 출력하는 기능을 수행할 수 있고, 주파수신호방식 즉, FFT(Fast Fourier Transform)방식의 스펙트럼분석기(Spectrum Analyzer) 기능을 수행할 수 있으며, 대역스위칭부(32, RF Switch5)와 스위칭제어부(33, Switch hub)를 통한 복수의 단스위칭부(311 내지 314, RF Switch 1~4)까지의 제어를 담당할 수도 있다.
도 3은 안테나(21 내지 24)의 설치 예시도이다.
동일한 주파수 대역을 갖는 지향성안테나가 안테나지지부(10)의 외측 둘레를 따라 소정 수평방위각의 탐지영역을 갖고 방사형으로 배치되어 있다. 복수의 설치단(11 내지 14) 각각에는 동일하게 지향성안테나가 설치될 수도 있다. 또는 복수의 설치단(11 내지 14) 각각에는 서로 다른 개수의 지향성안테나가 설치될 수도 있다.
예컨대 제1설치단(11)에 설치되는 제1단안테나(21, 400MHz)는 6개의 지향성안테나가 설치되고, 2설치단(12)에 설치되는 제2단안테나(22, 900MHz)는 9개의 지향성안테나가 설치될 수도 있고, 3설치단(13)에 설치되는 제3단안테나(23, 2.4GHz)는 12개의 지향성안테나가 설치될 수 있고, 4설치단(14)에 설치되는 제4단안테나(24, 5.8GHz)는 6개의 지향성안테나가 설치될 수 있다. 이는 가장 많이 출몰하는 드론(2)의 주파수 대역이 2.4GHz와 900MHz일 수 있으므로 이를 감안하여 지향성안테나의 수를 증가시킨 것이다.
도 4는 드론 탐지 및 추적 기술의 기능 설명 블록도이고, 도 5는 안테나(21 내지 24)의 방향탐지의 예시도이다.
신호처리부(50)는 신호모니터링 기능과 신호 방향 추적 기능의 2가지 주요한 역할을 할 수 있다.
신호탐지를 위한 모니터링은 신호의 벡터 스펙트럼을 생성하는 기능과 신호의 채널 스캐닝을 통한 복조 기능을 순차적으로 수행할 수 있다.
6 배열 고속 스위칭된 데이터 (200,000이상 bin data/sweep)에 대한 순차적인 스펙트럼 처리와 각 신호의 점유율과 신호의 패턴 유형 판단을 통해 드론 신호 여부를 판단하여 탐지 대역 신호 주파수 대역에 대한 각 6 배열안테나에서 들어오는 4096 FFT(Fast Fourier Transform) 샘플 데이터에 대한 벡터 합성을 통한 정밀한 받음각(AOA bearing 각도)을 산출한다. 각 대역의 스펙트럼 처리는 병렬로 진행하며, 탐지 채널에 대한 200,000 이상의 데이터를 4096개로 선택 축소하여, 모든 6개 배열 데이터에 대한 벡터합(Vector summation)을 하여, 1세트의 데이터열(각 bin에 대한 크기, 각도, Quality)을 산출하여, 방향탐지와 위치 초점 산출(Geolocation) 결과를 도출한다. 순차적으로 각 IQ 채널 데이터에 대한 복조를 통한 드론 신호 탐지와 식별을 수행한다.
도 4는 드론 탐지 및 추적 기술의 기능 설명 블록도이고, 도 6은 신호분석부(60)의 상세도이다.
신호분석부(60)는 벡터 스펙트럼 처리된 신호가 탐지된 후 해당 신호대역에 대한 신호의 패턴 형식을 저장된 신호 패턴 라이브러리(signal pattern library)와 비교 후, 드론 식별을 수행하고 이에 대한 위치추적 후 프로세싱을 처리한다.
여기서, 저장된 신호 패턴 라이브러리(signal pattern library)는 조사된 드론(2)에 대한 신호 패턴에 대한 데이터일 수 있다. 드론(2)을 탐지하면서 이 신호 패턴은 지속적으로 업그레이드될 수도 있다. 또한, 이 신호 패턴 라이브러리(signal pattern library)는 제어부(80)에 저장될 수도 있으며, 외부의 저장소에 저장되어 있을 수도 있다.
순차적으로 신호 복조를 거쳐 드론신호 식별 판단은 드론 특징(Fingerprint DB library)과 비교하여 식별의 최종 판단을 한 후 드론의 위치 추적에 대한 드론 정보를 추가한다. 이에 따라 드론 탐지 및 식별의 정확성과 절편확률(POI)를 향상시킨다.
드론신호를 탐지 및 추적하기 위한 신호처리 과정에서 동일 주파수 대역에서 다른 방향에서 도래하는 입사파는 받음각(AOA bearing 각도) 계산에 영향을 미치므로 신호의 증폭(Amplitude)과 상태(Phase) 측면에서 필터링을 해주어 절편확률(POI) 및 방향각 도출의 정확성을 높인다.
탐지 주파수 대역에서 사방에서 섞여 들어오는 노이즈성 및 간섭 성분들의 신호는 1차적으로 가우시안 분포 특성을 가지고 있는 주 신호를 중심으로 95% 크기 이내로 필터링을 하고, 각 저장소(Bin)의 방향탐지품질(DF quality)(%)을 비교하여 각 안테나에 180도 대칭되는 각에 대한 데이터를 필터링하여 정확성을 높인다.
아날로그 적인 방향탐지와 드론 신호의 프로토콜 분석 결과인 드론의 좌표 및 고도 값에 대한 확률 비교를 통한 상호 보정을 한다.
도 6의 약어들은 하기에 설명한다.
받음각(AOA): Angle of Arrival, 방향탐지(DF): Direction Finding, 다배열 고속 및 고해상도 방향탐지(MSDF): Multi-array Super-resolution Direction Finding, 명령규약교점(NCP): Node Command Protocol, 절편확률(POI): Probability of Intercept.
도 7은 드론 탐지 및 추적 시스템의 드론탐지 흐름도이다.
실시간 대역폭으로 드론(2) 사용신호 전체 대역을 IQ 채널 스캐닝 방법으로 스캐닝한다(S1).
수신된 무선신호를 고속 푸리에변환(FFT)을 이용하여 무선데이터로 변환하며, 스펙트럼 데이터를 산출한다(S2).
드론 무선신호의 신호점유율 및 패턴을 분석한다(S3).
분석 결과에 따라 무선신호가 드론(2)의 신호인지를 판단한다(S4).
불법 침입 드론(2)으로 판단되는 경우 드론(2)으로 방사된 신호의 도래 각 산출한다(S5).
S1 단계에서 스캐닝된 무선신호를 복조여부 및 디코딩여부를 파악한다(S6).
S6단계에서 스캐닝된 무선신호가 복조되지 않으면 IQ 무선신호 패턴을 분석한다(S7).
S6단계에서 스캐닝된 무선신호가 복조되면 드론신호의 복조를 수행한다(S8).
S7단계에서 분석된 IQ 무선신호 패턴 및 S8에서 복조된 드론신호 중 적어도 하나를 이용하여 드론 신호를 식별한다(S9).
S5단계에서 산출된 방사된 신호의 도래 각 및 S9단계에서 식별된 드론 신호 중 적어도 하나를 이용하여 드론을 탐지한다(S10).
여기서, S6단계에서 무선신호에 대한 복조여부 및 디코딩여부를 파악하는 단계는 무선신호에서 캐리어 주파수를 추출하는 단계, 추출된 캐리어 주파수로부터 주파수 및 타이밍 오프셋을 추정(Frequency offset estimation)하는 단계, 추정에 기초하여 무선신호의 오프셋을 보상하는 단계, 보상된 무선신호에 적응 필터(Adaptive filter)를 사용하여 디지털 이퀄라이징(Digital equalizing)을 수행하는 단계, 디지털 이퀄라이징(Digital equalizing)된 무선신호를 RF신호로 복조(RF demodulation)하는 단계, 복조된 무선신호에서 SFD 인덱스(Start frame delimiter Index)를 검색하는 단계 및 검색된 SFD 인덱스(Start frame delimiter Index)로부터 바이너리 형태의 복조된 무선신호에 대한 프로토콜 디코딩 작업을 수행하여 디코딩 가능여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기의 실시 예 이 외의 변형 가능한 실시 예를 설명한다.
상기에서는 복수의 단안테나(21 내지 24)의 복수의 지향성안테나((211 내지 216, 221 내지 226, 231 내지 236, 241 내지 246)가 고정된 개수로만 되어 있고 경우에 따라서는 증가시켜 설치할 수 있는 것으로 되어 있으나 복수의 단안테나가 4단이 아니라 6단 내지 8단으로 형성되어 있을 수 있다. 이러한 경우 4단만이 활성화되어 드론을 탐지하다가 경우에 따라서 6단 내지 8단이 즉시 가동되어 드론을 탐지할 수 있도록 할 수도 있다. 즉, 외부 드론의 경계 및 탐지 등급이 낮은 경우 복수의 단안테나 4단을 운영하고 외부 드론의 경계 및 탐지 등급이 높은 경우 복수의 단안테나 6단 내지 8단을 운영하도록 할 수도 있다.
상기와 유사한 개념으로 복수의 단안테나에 6개의 지향성안테나가 설치되어 있으나 지향성안테나를 9개 내지 12개 또는 24개가 설치되어 있을 수도 있다. 즉, 외부 드론의 경계 및 탐지 등급이 낮은 경우 지향성안테나를 6개 활성화하여 운영하고 외부 드론의 경계 및 탐지 등급이 높은 경우 지향성안테나를 6개 활성화하여 운영하도록 할 수도 있다.
상기의 실시 예에서는 고정된 드론 탐지 및 추적 시스템으로 마련되어 있으나 이동 가능한 드론에 드론 탐지 및 추적 시스템을 설치하여 드론을 탐지하도록 할 수도 있다. 고정된 드론 탐지 및 추적 시스템에서 드론을 탐지하는 경우 탐지거리 때문에 외부 드론 탐지가 정확하지 않은 경우 이동 가능한 드론 탐지 및 추적 시스템을 이동시켜 드론을 탐지하도록 할 수도 있다.
상기의 드론 탐지 및 추적 시스템(1)으로 인하여, 복수의 설치단 각각에 동일한 주파수 대역을 갖는 복수의 지향성안테나가 설치되며, 복수의 설치단 각각은 서로 다른 주파수 대역을 갖고 전방위를 탐지할 수 있어 드론의 탐지거리를 향상시킬 수 있고, 멀티 주파수 대역 방향탐지를 위한 복수의 지향성안테나를 고속 스위칭함으로써 신호처리속도를 향상하여 드론의 신속한 탐지, 식별 및 추적을 할 수 있다.
1: 드론 탐지 및 추적 시스템 2: 드론
10: 안테나지지부 11: 제1설치단
12: 제2설치단 13: 제3설치단
14: 제4설치단
20: 탐지부 21: 제1단안테나
22: 제2단안테나 23: 제3단안테나
24: 제4단안테나
30: 스위칭부 31: 단스위칭부
32: 대역스위칭부 33: 스위칭제어부
40: 신호수신부 50: 신호처리부
60: 신호분석부 70: 통신부
72: 디스플레이부 74: 사용자입력부
80: 제어부

Claims (8)

  1. 드론 탐지 및 추적 시스템에 있어서,
    서로 다른 위치에서 외측을 둘러싸는 복수의 설치단을 갖는 안테나지지부;
    상기 복수의 설치단 각각에 서로 다른 주파수 대역을 갖고 설치되어 전방위에 대하여 탐지하는 복수의 지향성안테나를 포함하는 탐지부;
    상기 복수의 설치단 각각에 설치된 상기 복수의 지향성안테나를 순차적으로 활성화하는 복수의 스위치 및 상기 복수의 설치단 각각에서 상기 복수의 지향성안테나와 연결되어 설치되며, 상기 복수의 지향성안테나가 순차적으로 고속 스위칭되어 활성화되도록 하는 복수의 단스위칭부와 상기 복수의 단스위칭부와 연결되며, 상기 복수의 단스위칭부 중 어느 하나를 선택하기 위한 대역스위칭부를 포함하는 스위칭부; 및
    상기 복수의 설치단 각각에 서로 다른 주파수 대역을 갖고 설치된 상기 복수의 지향성안테나가 동일한 방향에 대하여 순차적으로 활성화되도록 상기 스위칭부를 제어하며, 상기 탐지부로부터 수신된 드론 탐지신호에 기초하여 상기 드론의 위치를 탐지하여 추적하도록 제어하는 제어부를 포함하는 드론 탐지 및 추적 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    상기 복수의 설치단 각각에서 상기 복수의 지향성안테나와 연결되어 설치되며, 상기 복수의 지향성안테나가 순차적으로 고속 스위칭되어 활성화되도록 하는 복수의 단스위칭부를 포함하는 드론 탐지 및 추적 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    상기 복수의 단스위칭부와 연결되며, 상기 복수의 단스위칭부 중 어느 하나를 선택하기 위한 대역스위칭부를 더 포함하는 드론 탐지 및 추적 시스템.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    상기 복수의 단스위칭부와 연결되며, 상기 복수의 설치단 각각에 설치된 상기 복수의 지향성안테나가 순차적으로 스위칭되도록 하는 제어신호를 상기 복수의 단스위칭부로 출력할 수 있는 스위칭제어부를 더 포함하는 드론 탐지 및 추적 시스템.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    상기 복수의 단스위칭부와 연결되며, 상기 복수의 설치단 각각에 설치된 상기 복수의 지향성안테나가 순차적으로 스위칭되도록 하는 스위칭제어신호를 상기 복수의 단스위칭부로 출력할 수 있는 스위칭제어부를 더 포함하며,
    상기 스위칭제어신호에 동기되어 상기 복수의 설치단 각각에 설치된 상기 복수의 지향성안테나로부터 수신되는 상기 드론 탐지신호를 스펙트럼으로 산출하는 신호수신부를 더 포함하는 드론 탐지 및 추적 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 지향성안테나는 상기 안테나지지부의 외측 둘레를 따라 방사형으로 배치되는 드론 탐지 및 추적 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 복수의 지향성안테나는 상기 복수의 설치단 각각에 소정 수평방위각의 탐지영역을 갖고 설치되는 드론 탐지 및 추적 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 복수의 지향성안테나 중 인접한 2개의 지향성안테나는 상호 중첩된 탐지영역을 갖는 드론 탐지 및 추적 시스템.
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