미상 레이더 위치 식별을 위한 다중 UAV 선정 및 이동 기법 - 김지수 (The Graduate School, Ajou University, 2023)
UAV(Unmanned Aerial Vehicle)는 무선통신, 항법 기술 등의 발달로 현대 사회의 여러 분야에서 광범위하게 활용되고 있으며, 국방 분야에서 임무를 수행하는 군집, 다중 UAV의 활용성도 점차 확대되고 있다. 현대 전장에서 UAV는 감시, 정찰, 정보 수집뿐만 아니라 수송, 보급, 전자전, 타격 등 전·평시 주요 임무에 배치되어 군사력 증강에 크게 기여하고 있다. 특히 UAV가 신호 수신 노드로서 공중에서 미상 레이더 신호를 탐지하고 지상으로 중계하여 신호원의 위치를 추정하는 기술은 신호원에 대한 기민하고 적절한 대응이 가능하게 하며 이를 통해 대응의 시작점인 위치 식별 임무를 효과적으로 수행할 수 있다. 그 결과 현재 전장에서 운용 중인 고가치 자산과 인력, 지원 소요를 감소시켜 전술 네트워크의 효율성 및 생존능력 향상을 기대할 수 있다. 미상 레이더 신호에 대하여, 다중 UAV를 신호 수신 노드로 이용해 수신 신호 간 도착 시간 차이를 측정하는 TDOA(Time Difference Of Arrival) 기반 신호원 위치추정이 가능하다. 이때, 미상 레이더의 위치를 추정하는 과정에서 미상 레이더의 Pulse 출발 시간이 상이해 각 UAV는 위치에 따라 서로 다른 시간에 방사된 Pulse를 수신한다. TDOA 기반 위치추정을 위해서는 각 노드가 수신한 TOA(Time Of Arrival)로부터 Time Difference를 도출해야 한다. 또한, 신호를 수신한 UAV의 위치에 따라 발생하는 기하학적 오차인 DOP(Dilution Of Precision)로 인해 TDOA 기반 위치추정 정확도가 감소한다. 신호원 위치추정 정확도 향상을 위해서는 군집 UAV 운용 환경에서 기하학적 오차가 감소하는 노드를 선택하거나, 다중 UAV 운용 환경에서 오차가 감소하는 위치로 UAV를 이동시켜 신호를 수신해야 한다. 이를 위해 3차원 환경에서 신호원 추정 위치 기반 기하학적 오차가 최소인 노드를 효율적인 방법으로 선정하고, 노드를 최적 위치로 이동시켜 신호원 위치추정 정확도를 향상시킬 수 있는 알고리즘이 필요하다. 본 논문에서는 미상 레이더의 위치 식별을 위해 각 UAV가 수신한 신호의 Time Difference를 도출하고 TDOA 기반 신호원의 위치를 추정한다. 이후, DOP를 고려해 다수의 UAV 중 최적 수신 노드를 선정하는 알고리즘과 다중 UAV를 최적 위치로 이동시켜 신호를 수신하는 두 가지의 알고리즘을 통해 TDOA 기반 위치추정 정확도 향상이 가능한 기법을 제안한다. 이를 통해 주어진 환경에서 기하학적 오차를 최소화할 수 있는 노드를 선정하거나, 최적 위치로 이동시켜 신호원의 위치추정 정확도가 향상되는 것을 확인하였고, 시뮬레이션을 통해 성능을 검증하였다.
학위논문(석사)--국방디지털융합학과,2023. 2
Keywords: DOP; Location Estimation; Relay; TDOA; UAV