요 약 무인항공기의 서브시스템 중 무선통신 시스템은 아주 중요한 역할을 한다. 무인항공기의 속도, 고도, 좌표 등의 비행데이터를 지상시스템으로 전송하는 역할을 하며, 지상시스템의 명령 데이터를 무인항공기로 전송하 는 역할을 하기 때문이다. 본 논문에서는 무인항공기의 서브시스템인 무선통신 시스템을 구축 하고자 하였다. 무선통신 시스템의 개발목적, 성능 요구사항, 하드웨어 설 계 및 구현을 통하여 실제 비행시험을 하였다. 비행시험을 통하여 이론적 인 성능 요구조건을 만족할 수 있는지 살펴보았으며, 무인항공기 무선통 신 시스템의 프로토 타입을 구축하고자 하였다. 이러한 연구를 바탕으로 비행데이터 링크로써 UHF 주파수 대역을 이용하였고, 영상 링크로써 2.4 GHz 주파수 대역을 사용하였다. 안정적인 데이터 전송 요구사항을 만족시키기 위해서 적어도 10 W 의 증폭기가 필요하지만, 국내 전파법에 위배된다. 또한 핸드폰을 이용할 수도 있지만, 핸드폰은 작은 출력을 사용하므로 긴 통신거리를 요구하는 무인항공기 무선통신 시스템에 적용하기가 곤란하다. 이에 앞으로 무인항 공기 무선통신 시스템 링크에 대한 구체적인 연구개발이 필요할 것이다. - i -
Abstract The radio communication system for Unmanned Aerial Vehicle(UAV) plays very important roles. The First one is that the radio communication system for UAV transfers air data such as velocity, attitude, position etc. to ground system. The second role is that the radio communication system for UAV transfers ground command data to UAV. In this paper the development of radio communication system for UAV is studied. The identification of requirements for UAV radio communication system, hardware design and development of a prototype was conducted with flight test and analyzed the test results comparing the expected performance by theory. In these studied, UHF transmitter and receiver were considered as a data link and 2.4 GHz transmitter and receiver were considered as a video link. As the result, the power booster at least 10 watt must be used to satisfy given requirement. But it violates the radio communication regulation. Because cellular phone requires small power, needs for long range radio communication is reduced. So the systemic study on UAV communication link is required. - ii -
목 차 요 약...ⅰ Abstract...ⅱ 목 차...ⅲ 그림 목차...ⅴ 표 목차...ⅶ 1. 서 론...1 1.1 개발동향...2 1.2 RF 무선 데이터 시스템 개발목적...3 1.3 무선 영상 시스템 개발목적...3 2. 성능 요구사항...5 2.1 통신 전송 거리...5 2.2 데이터 전송률 및 안정도...9 2.3 주파수 선정...10 2.4 시스템 크기...10 2.5 미국 소형 무인항공기 무선통신 시스템 요구사항...10 3. 무선통신 시스템 구성...13 3.1 탑재체 시스템...13 3.2 지상국 시스템...14 4. 하드웨어 구성...16 4.1 RF 모뎀...16 4.1.1 447 MHz RF 모뎀...16 4.1.2 2.4 GHz RF 모뎀...19 4.1.3 430 MHz RF 모뎀...23 4.2 무선영상 시스템...27 4.2.1 무선영상 모듈...27 - iii -
4.2.2 영상 카메라...31 4.3 안테나...34 4.3.1 탑재체용 안테나...35 4.3.2 지상국 시스템용 안테나...38 4.4 증폭기, LNA...41 5. 비행시험...42 5.1 시화호 거리테스트...42 5.1.1 RF 모뎀 거리테스트...42 5.1.2 무선영상 시스템 거리테스트...46 5.2 1차 고흥 비행시험...48 5.3 2차 고흥 비행시험...50 6. 결 론...53 7. 참고문헌...55 감사의 글...57 - iv -
그림 목차 [그림1] 미국 소형 무인항공기 Dragon Eye...11 [그림2] 탑재체 시스템 구성도...14 [그림3] 지상국 시스템 구성도...15 [그림4] 지상제어시스템(GCS) 화면구성...15 [그림5] RM450...16 [그림6] RM450 탑재체 구성도...18 [그림7] RM450 지상국 시스템 구성도...18 [그림8] ANYRF-2.4G...19 [그림9] 개조된 ANYRF-2.4G...19 [그림10] ANYRF-2.4G RF모뎀 탑재체 및 지상국시스템 구성...21 [그림11] ANYRF-2.4G RF모뎀 하드웨어 구성...22 [그림12] NEOTICS UHF Transceiver...24 [그림13] NEOTICS UHF Transceiver RF모뎀 하드웨어 구성...26 [그림14] 탑재체 시스템 구성도...26 [그림15] OT-201T...27 [그림16] OT-201T 하드웨어 구성도...29 [그림17] 무선영상 시스템 수신기...30 [그림18] KCC-D300 영상 카메라...31 [그림19] VQ33C-CM 영상 카메라...32 [그림20] CV-S3200 영상 카메라...33 [그림21] 고속이동체 장착용 2.4GHz Low Profile Antenna...35 [그림22] 고속이동체 장착용 안테나 방사패턴...36 [그림23] 2.4 GHz RF 헬리컬 안테나...37 [그림24] 2.4 GHz 무선영상 헬리컬 안테나...37 [그림25] ET-OM15 무지향성 안테나 및 사양...38 - v -
[그림26] ET-GR19 그리드 안테나 및 사양...39 [그림27] 2.4 GHz 야기 안테나...40 [그림28] 2.4 GHz 파라볼라 안테나...40 [그림29] 2.4 GHz 1W형 증폭기와 LNA...41 [그림30] 447 MHz RM450 RF 모뎀의 시험 구성도...42 [그림31] 2.4GHz ANYRF-2.4G 시험구성도...45 [그림32] 무선영상 시스템 구성도...47 [그림33] 1차 비행시험 구성도...48 [그림34] 비행시험을 수행한 무인항공기...48 [그림35] 2차 비행시험 구성도...50 [그림36] 그리드 안테나 트랙킹 장비...51 - vi -
표 목차 [표1] 허가나 신고 없이 사용 가능한 주파수 대역...2 [표2] Dragon Eye 무선통신 시스템 요구사항...11 [표3] RM450 사양...17 [표4] ANYRF-2.4G 사양...20 [표5] NEOTICS UHF Transceiver 사양...24 [표6] OT-201T 사양...28 [표7] 무선영상 시스템 수신기 사양...30 [표8] KCC-D300 사양...32 [표9] VQ33C-CM 사양...33 [표10] CV-S3200 사양...34 [표11] 고속이동체 장착용 2.4GHz Low Profile Antenna 사양...35 [표12] ET-OM15 무지향성 안테나 사양...38 [표13] ET-GR19 그리드 안테나 사양...39 [표14] 2.4 GHz 파라볼라 안테나 사양...41 [표15] RM450 RF모뎀의 SOM과 시험결과...44 [표16] ANYRF-2.4G RF모뎀의 SOM과 시험결과...46 [표17] 무선영상 시스템 SOM과 시험결과...47 [표18] 1차 비행시험 SOM...49 [표19] 2차 비행시험 SOM...51 - vii -
1. 서 론 무인항공기는 전쟁뿐 아니라 정찰, 관측, 탐사 등 여러 분야에서 무 궁무진한 이용 가능성을 가지고 있다. 미국, 이스라엘 등 선진국에선 이 미 높은 수준의 기술력을 바탕으로 군용 및 산업용으로 이용하고 있다. 이에 비해 우리나라는 이제 초기 개발 단계에 있다. 초기 개발 단계에서 는 경량, 근거리, 저고도에서 운용이 가능한 무인기를 개발하고, 그것을 발판으로 좀 더 진보한 중량, 원거리, 고고도 무인기로 발전시킨다. 무인항공기의 서브시스템 중 무선통신 시스템은 아주 중요한 시스템 중 하나이다. 무인항공기는 사람이 직접 조종을 하는 방식이 아니라 항공 기 스스로 조종을 하는 방식이다. 다시 말해 임무에 따라 주어진 데이터 를 바탕으로 스스로 자율비행을 하는 것이다. 따라서 항공기 내부에서 직 접 계기판을 보고 판단을 하는 것이 아니라, 항공기의 속도, 고도, 좌표 등의 데이터를 지상 시스템에서 보고 판단을 해야 한다. 이러한 항공기의 속도, 고도, 좌표 등의 데이터를 항공기에서 지상 시스템으로 전송하는 역할을 하는 것이 바로 무선통신 시스템이다. 또한 자율비행이 불가능한 상황에서 수동비행으로 전환 되었을 때 무 선통신 시스템을 이용하여 무인기를 제어 할 수 있다. 그 외에 어떠한 임 무로 무인항공기를 운용하는 가에 따라 무선통신 시스템을 이용한 탑재체 를 실을 수 있다. 정찰 및 관측의 임무로 운용이 되는 무인항공기라면, 카메라 및 영상시스템을 탑재체로 운용한다. 이러한 영상시스템도 무선에 의해 영상을 전송하므로 무선통신시스템의 하나로 간주할 수 있다. 본 논문에서는 무인항공기의 서브시스템인 무선통신 시스템을 구축하 고자 하였다. 무선통신 시스템의 개발목적, 성능 요구사항, 하드웨어 설계 및 구현을 통하여 실제 비행시험을 하였다. 비행시험을 통하여 이론적인 성능 요구조건을 만족할 수 있는지 살펴보았으며, 비행시험 결과 나타난 문제점을 살펴보았다. 이러한 결과를 바탕으로 무인항공기의 무선통신 시 스템 구축을 위해 고려해야 할 사항을 추론하였다. - 1 -
1.1 개발동향 무선통신을 이용하여 데이터를 전송하는 시스템은 외국에서 많이 개 발되었다. 국내에서도 근거리-고정형으로 개발된 모듈은 많다. 하지만 무 인항공기에 사용가능한 원거리-고속이동형 무선통신 시스템은 현재 연구 가 진행 중이며 아직은 생소한 분야이다. 또한 이에 대한 자료도 상당히 미흡한 것이 사실이다. 무선통신은 전파를 매개로 정보를 전달한다. 전파는 무한한 자원이 아니라 사용할 수 있는 영역이 한정되어 있기 때문에 전파법에서 사용주 파수에 따른 대역폭, 공중선 전력이 엄격히 규정되어 있다. 따라서 먼저 국내 관련 전파법을 살펴보겠다. 전파는 주파수에 따라 여러 종류로 나뉜다. 보통 무선 데이터를 전송 할 때는 극초단파(UHF: Ultra High Frequency / 300 MHz ~ 3 GHz) 대역을 이용한다. 전파법에 따르면 무선 데이터 전송 시 허가나 신고 없 이 사용 가능한 주파수 대역, 공중선 전력, 점유 주파수 대역 등은 표 1 과 같이 정해져 있다. 용도 할당 주파수 대역(MHz) 공중선 전력 점유 주파수 대역 데이터 전송 424.7~424.95 10 mw 이하 8.5 khz 이하 무선 LAN 2400~2480 10 mw 이하 26 MHz 이하 영상 전송 2410~2470 10 mw 이하 16 MHz 이하 [표1] 허가나 신고 없이 사용 가능한 주파수 대역 일반적으로 데이터 전송용으로 424 MHz 주파수 대역이나 2.4 GHz 주파수 대역을 사용하고, 영상 전송용으로 2.4 GHz 주파수 대역을 사용 한다. 하지만, 공중선 전력이 10 mw 이하로 한정되어 있기 때문에 통신 거리가 극히 제한된다. - 2 -
1.2 RF 무선 데이터 시스템 개발목적 무인항공기 무선통신 서브시스템은 항공기의 속도, 고도, 좌표 등의 비행 데이터를 무선으로 지상 시스템으로 전송하는 역할을 한다. 데이터 를 무선으로 전송하는 역할을 하는 모듈 자체가 바로 RF 무선 데이터 시 스템이다. 전파법에서 보는 것과 같이 RF 모뎀은 크게 424 MHz 영역과 2.4 GHz 영역의 두 주파수 대역을 사용할 수 있다. 따라서 현재 시판 중 인 RF 모뎀도 400 MHz 대역과 2.4 GHz 대역의 모뎀이 가장 많이 존재 한다. 하지만 대부분의 RF 모뎀은 근거리-고정형으로 개발이 되어 판매 중인 모뎀이다. 장거리-고속이동형 모뎀을 필요로 하는 무인항공기에서 RF 모뎀을 개발, 적용하는 것은 매우 어려운 문제이다. 본 논문에서는 RF 무선 데이터 시스템의 개발 목적을 다음과 같이 두었다. (1) 국내 시판 중인 저가형 RF 모뎀을 무인항공기용으로 적용할 수 있는 지의 가능성에 대해 살펴보았다. (2) 안정적으로 데이터를 전송 할 수 있는 통신 거리 확보를 위해 최적의 상태를 찾으려고 하였다. (3) 400 MHz 대역과 2.4 GHz 대역의 다른 주파수 대역에서의 RF 모뎀 을 비교 실험해 보았다. 1.3 무선 영상 시스템 개발목적 무인항공기는 그 임무에 따라 다양한 탑재체를 실을 수 있다. 무인항 공기의 다양한 임무 중 대부분은 정찰 및 관측, 탐사의 목적으로 운용된 다. 이러한 임무를 수행하기 위해선 카메라 및 무선 영상 모듈을 탑재한 다. 영상 데이터 또한 무선으로 무인항공기에서 지상으로 전송하므로 무 선 영상 시스템도 무선통신 시스템의 일부로 간주한다. - 3 -
본 논문에서는 무선 영상 시스템의 가능성을 확인하기 위해 카메라 및 무선 영상 모듈에 대한 연구 개발도 함께 수행하였다. 국내전파법에서 확인할 수 있듯이 무선 영상 데이터는 2.4 GHz 주파수 대역을 사용할 수 있다. 따라서 시판 중인 무선 영상 모듈도 2.4 GHz 주파수 대역의 모듈 이 대부분이기 때문에 이 주파수 영역의 모듈을 사용하였다. 하지만 RF 모뎀과 마찬가지로 시판 중인 무선 영상 모듈은 송신 출력도 제한되어 있 고, 근거리-고정형으로 개발되어 판매 중인 제품이라 무인항공기에 맞게 적용하는 것은 매우 어려운 문제이다. 본 논문에서는 무선 영상 시스템의 개발 목적을 다음과 같이 두었다. (1) 국내 시판 중인 저가형 무선 영상 시스템의 활용 가능성에 대해 살펴 보았다. (2) 안정적으로 영상 데이터를 전송할 수 있는 통신 거리를 확보하기 위 해 최적의 상태를 찾으려고 하였다. 본 논문에서는 다음과 같은 방법으로 전개하였다. 2장에서는 무인항 공기 무선통신 시스템의 일반적인 성능 요구사항을 살펴보고, 3장에서 무 인항공기 무선통신 시스템의 일반적인 시스템 구성에 대해 살펴보았다. 4 장에서는 각각의 하드웨어 구성을 살펴보았고, 5장에서는 실제 비행시험 을 통해 이론적인 성능예측과 실제 결과를 비교하였다. 이를 바탕으로 6 장에서 무인항공기 무선통신 시스템 구축을 위해 고려해야할 사항에 대해 추론하였다. - 4 -
2. 성능 요구사항 무인항공기 무선통신 시스템에서 요구되는 사항은 몇 가지가 있다. 통신 전송거리, 전송률, 데이터 안정도, 주파수 선정, 전원, 시스템 크기 등이다. 다음은 각 성능 요구 사항의 세부 내용이다. 2.1 통신 전송거리 무인항공기 무선통신 시스템의 요구조건 중 어느 하나도 무시할 수 없지만, 가장 중요한 요구 사항은 통신 전송거리 문제이다. 무선통신에 의해 무인항공기의 속도, 고도, 좌표 등 비행데이터를 지상 시스템에서 받아볼 수 있고, 지상 시스템의 명령을 무인항공기에 내릴 수 있기 때문 이다. 무선 통신 전송거리가 얼마가 되느냐에 따라 무인항공기의 운용 범 위가 제한되기 때문이다. 무선통신 시스템에서 통신 전송거리에 영향을 미치는 요인으로는 4 가지가 있다. 송신기 출력, 수신기 감도, 안테나 이득, 노이즈 특성이 그 것이다. 위 4가지 요소 중 탑재체에서 조절 가능한 요임은 송신기 출력과 안 테나 이득이다. 송신기 출력과 안테나 이득에 의해서 결정되는 팩터가 바 로 유효복사전력(EIRP: Effective Isotropic Radiated Power)이다. P = P t G t [W ] =10 ( log G t + log P t ) [db ] 낸다. 여기서 P는 복사전력, P t 는 송신기 출력, G t 는 안테나 이득을 나타 - 5 -
따라서 송신기 출력이 높을수록, 안테나 이득이 높을수록 복사전력은 높은 값을 갖고 무선통신 전송거리가 길어지게 된다. 송신기 출력은 무선통신 모듈 자체에서 정해져 있다. 국내전파법에 의하면 신고나 허가 없이 사용가능한 송신기 출력을 10 mw 이하로 제한 하고 있다. 따라서 시판 중인 무선통신 모듈은 송신기 출력이 최대 10 mw 로 제한되어 있다. 모듈 자체의 송신기 출력이 정해져 있으면 안테나의 이득 문제가 통 신 전송거리를 결정하는 중요한 요인이 된다. 무선 통신은 전파를 이용한다. 전파는 파동 에너지의 형태로 데이터 를 전송하므로 파동의 성질을 지닌다. 전파는 전자기파의 일부로 일정한 속도를 갖는다. 따라서 다음과 같은 성질을 만족시킨다. C = f λ 여기서 C는 전자기파의 속도(3 10 8 (m)을 나타낸다. m/s), f는 주파수(Hz), λ는 파장 전파의 성질에 따르면 주파수에 따라 파장의 길이가 정해진다. 파장 의 길이가 정해지면 결국 전파의 공진에 의해 전파를 복사하는 안테나의 길이도 정해진다. 주파수에 따라 사용하는 안테나가 달라진다는 의미이 다. 주파수에 따라 안테나가 선정되더라도 안테나의 이득이 다르다. 좀 더 안정적으로 데이터를 송수신하고 통신 전송거리를 늘리기 위해선 이득 이 높은 안테나를 사용해야 한다. 전파의 성질에 따르면 주파수에 따라 파장의 길이가 정해진다. 파장 의 길이가 정해지면 결국 전파의 공진에 의해 전파를 복사하는 안테나의 길이도 정해진다. 주파수에 따라 사용하는 안테나가 달라진다는 의미이 다. 주파수에 따라 안테나가 선정되더라도 안테나의 이득이 다르다. 좀 - 6 -
더 안정적으로 데이터를 송수신하고 통신 전송거리를 늘리기 위해선 이득 이 높은 안테나를 사용해야 한다. 안테나는 방향성에 따라 지향성 안테나와 무지향성 안테나로 구분한 다. 지향성 안테나는 안테나의 빔 자체가 매우 예리하여 높은 안테나 이 득을 갖는다. 하지만 무인항공기는 고속 이동체로 운용 범위가 넓으므로 이득이 높은 지향성 안테나를 사용하기는 곤란하다. 따라서 이득이 높으 면서 무지향성인 안테나를 선정해야 하는 어려움이 있다. 시판 중인 RF 모듈 및 무선 영상 모듈의 주파수 대역은 보통 2.4 GHz 대역이므로 다음 식을 사용하면 2.4 GHz 대역의 안테나 길이를 구 할 수 있다. C = f λ 3 10 8 (m/s)=2.4 (GHz ) λ λ = 3 108 (m/s ) =12.5 (cm ) 2.4 10 9 (/s) 따라서 2.4 GHz 대역의 안테나 길이는 12.5 cm 임을 알 수 있다. 국내 시판 중인 무선 RF 모듈 및 무선 영상 모듈의 송신기 출력은 10 mw 로 정해져 있다고 앞에서 살펴보았다. 또한 2.4 GHz 대역의 일 반적인 다이폴 안테나를 사용한다고 가정한다면, 다이폴 안테나의 이득은 2.15 db 로 일정하다. 따라서 다음과 같은 식에 의해 전형적인 복사전력 을 구할 수 있다. [참고문헌12. David M. Pozar. "Microwave and RF Wireless Systems. JOHN WILEY&SONS,INC. 2001.] - 7 -
P = P t G t [W ] =10 ( log G t + log P t ) [db ] P =10 log 10 [mw] + 2.15 [db] = 10 [dbm] +2.15 [db] P =12.15 [dbm] 따라서 시판 중인 RF 모듈 및 무선 영상 모듈의 송신기 출력이 10 mw 이고, 전형적인 2.15 db 이득의 다이폴 안테나를 사용한다면 복사전 력은 12.15 dbm 임을 알 수 있다. 모듈 자체의 송신 출력과 안테나 이득 외에도 공급 전원도 통신 전송 거리에 영향을 미친다. 무선 통신시스템은 무선으로 데이터를 전송하므로 충분하고 안정적인 전원이 공급되지 않으면 통신 자체가 불가능해질 수 있다. 무인항공기 탑재체에 공급되는 전원은 전체 시스템에 공급할 수 있 는 전원이 정해져 있다. 특히 근거리, 소형 무인항공기의 경우 대부분 소 형 리튬 배터리를 탑재체 공급 전원으로 이용한다. 무선 통신시스템에서 데이터 전송 시 순간적으로 많은 전원이 사용되어 다른 시스템이 리셋 될 수도 있다. 이러한 현상을 방지하기 위해선 다른 시스템과 무선 통신시스 템의 전원을 가급적 분리하여 사용하는 것이 좋다. 무선 통신 거리를 결정하는 식은 다음과 같다. [참고문헌12. David M. Pozar. "Microwave and RF Wireless Systems. JOHN WILEY&SONS,INC. 2001.] P r = P t + G t + G r Γ E cabl e E connector + Amp SOM(System Operation Margin) [db] = P r - P s 각 파라미터는 다음과 같다. - 8 -
P t : 송신기 출력 (dbm) P t [W ]=10 log (P t ) [dbm ] G t : 송신 안테나 이득 (db) G r : 수신 안테나 이득 (db) Γ: 전송손실 (db) Γ = 20 log ( 4 π D λ ) + 10 D: 전송거리 (km) λ: 파장 (km) E cable : 케이블 손실 (db) 전형적으로 2 db E connector : 컨넥터 손실 (db) 전형적으로 1 db Amp: 증폭기 이득 (db) P r : 수신전력 (db) P s : 수신기 감도 (db) 이 공식에 의하여 SOM 값이 양수가 되면 각 파라미터에 의해 통신 가능 거리를 확인할 수 있다. 2.2 데이터 전송률 및 안정도 유선 통신과는 달리 무선 통신은 데이터 패킷이 길어짐에 따라 에러 율이 증가한다. 데이터 에러율은 탑재 컴퓨터의 오동작을 일으킬 가능성 이 있다. 따라서 무한정 많은 데이터를 에러율 없이 보내는데 제한이 있 다. 본 논문에서는 38400 bps 의 전송률로 80 bytes 의 데이터를 1초 간격으로 보내는데 성능 요구 사항으로 목표를 정하였다. 이는 현재 개발 중인 무인항공기의 데이터 패킷에 맞추어서 이에 맞는 데이터 전송률을 가진 모듈을 선정하였다. - 9 -
2.3 주파수 선정 무인항공기는 실시간으로 항공기의 속도, 고도, 좌표 등의 비행데이 터를 지상 시스템으로 전송해야 한다. 또한 지상시스템의 명령을 수신해 야 한다. 이때 1초 간격으로 데이터를 송수신 하는데 에러율 없이 안정적 으로 보내야만 한다. 많은 정보를 싣기 위해선 대역폭이 넓은 높은 주파 수를 이용해야 한다. 하지만, 주파수가 높아질수록 파장이 짧아져서 장애 물의 영향을 많이 받고 따라서 전송률이 떨어진다. 결국 많은 정보를 실 으면서 동시에 장애물의 영향을 받지 않으며 전송률이 좋은 주파수 대역 을 선택해야 하는 어려움이 있다. 본 논문에서는 국내 시판 중인 모듈을 이용하였다. 전파법에 따라 시 판 중인 RF 무선 데이터 모듈은 400 MHz 대역과 2.4 GHz 대역으로 크 게 두 가지 종류가 있다. 따라서 400 MHz 대역과 2.4 GHz 대역의 두 모듈을 모두 선정하기로 하였다. 무선 영상 모듈의 경우 영상 데이터이므로 많은 데이터 양을 갖는다. 따라서 높은 주파수 영역만을 이용해야 하고 전파법에 따라 국내 시판 중 인 무선 영상 모듈은 2.4 GHz 대역의 모듈이 대부분이다. 따라서 2.4 GHz 대역의 무선 영상 모듈을 선정하기로 하였다. 2.4 시스템 크기 시스템의 크기 또한 요구 조건 중 하나이다. 소형 무인항공기에서는 되도록 작고 가벼운 크기의 시스템을 요구한다. 따라서 본 논문에서도 작 고 가벼운 크기의 시스템 성능 요구 사항을 목표로 두었다. 2.5 미국 소형 무인항공기 무선통신 시스템 요구사항 임무에 따라 이러한 성능 요구 사항에 맞는 무선 통신시스템을 설계 - 10 -
하고 통합하는 일은 매우 중요한 문제이다. 무인항공기의 개발이 활발한 미국의 경우 어느 정도의 요구 사항을 목표로 하는지 비교해볼 필요가 있 다. 따라서 현재 개발 중인 무인항공기를 선정하여 무선 통신시스템의 성 능 요구 사항을 살펴보았다. 그림 1과 표 2는 현재 미국에서 개발 중인 근거리, 소형, 경량 무인 항공기 Dragon Eye 의 사진과 무선 통신 시스템의 성능 요구 사항이다. [그림1] 미국 소형 무인항공기 Dragon Eye Down Link Up Link 전송률 채널 전원 / 송신기 출력 Dimensions Video / Telemetry Data Autopilot Commands RS-232 / 최소 9600 bps 최소 4채널 선택가능 12 V / 최소 1W 7.38 4.88 3.12 (inches) [표2] Dragon Eye 무선통신 시스템 요구사항 표 2.에서 보는 것과 같이 Dragon Eye 는 근거리, 소형, 경량의 정 찰용 무인항공기로 개발되고 있다. 이 무인항공기의 임무는 전쟁에서 5 km 이내의 적을 정찰하는 것이다. 따라서 탑재체에는 영상 카메라와 적 외선 카메라가 실린다. 무선 통신전송 거리도 5 km 내외이다. - 11 -
무선 영상과 무선 데이터를 지상 시스템으로 전송하고 자동비행 명령 을 지상으로부터 수신할 수 있는 무선통신 시스템 구축을 목표로 하고 있 다. 데이터 전송률은 RS-232를 이용하여 최소 9600 bps를 요구 사항으 로 정하였다. 채널은 최소 4개를 선택할 수 있게끔 요구 사항을 정하였 다. 전원 12 V를 사용하고 송신 출력을 최소 1 W 로 5 km 내외의 운용 범위를 목표로 한다. - 12 -
3. 무선통신 시스템 구성 무선통신 시스템은 다음 두 가지 임무로 운용된다. 첫째 무인항공기 의 속도, 고도, 좌표 등 비행데이터를 지상시스템으로 전송하거나 무인항 공기 탑재 시스템 상의 메모리에 저장을 한다. 둘째 지상시스템에서 원격 으로 무인항공기를 제어한다. 이 두 가지 역할을 수행하는 무인항공기 무 선통신 시스템은 탑재체 시스템과 지상국 시스템으로 구성된다. 각 시스 템에 대한 일반적인 구성에 대해 살펴보자. 3.1 탑재체 시스템 탑재체 시스템은 다음 세 가지 임무로 운용된다. 첫째 무인항공기에 장착된 센서 신호를 획득하여 지상국 시스템으로 전송하고, 둘째 획득한 데이터를 저장한다. 셋째 지상국 시스템에서 전송한 비행제어 명령에 따 라 조종면 제어 모터를 구동한다. 이 세 가지 역할을 담당하는 시스템을 탑재체 시스템이라 한다. 탑재체 시스템은 일반적으로 RF 모뎀, 안테나, 무선영상 모뎀, 카메 라 등으로 구성된다. RF 모뎀은 무인항공기의 속도, 고도, 좌표 등 비행데이터를 지상국 시스템으로 실시간 전송하고, 지상국 시스템에서 무인항공기 제어에 필요 한 명령을 수신하는 모듈이다. 안테나는 실제 데이터를 전송하는 전송선로의 역할을 한다. 안테나 이득이 높으면서 지향성이 없는 안테나 선택의 어려움이 있다. 또한 임무 에 따른 안테나의 최적 위치를 찾는 것도 중요하다. 안테나에서 바라보는 전파 시야각, 항공기 구조에 따른 반사, 다른 장비간의 상호 간섭 등을 고려해야 한다. 하지만 아직까지 항공기에서 안테나의 위치를 선정함에 있어 명확한 기준이 제시되어 있지 않다. 그 외 무인항공기의 임무에 따라 가시광역역의 카메라, 적외선 카메 - 13 -
라, 레이다, SAR 등의 장비를 탑재한다. 그림 2는 일반적인 무인항공기 무선통신 시스템의 탑재체 구성도이다. [그림2] 탑재체 시스템 구성도 3.2 지상국 시스템 지상국 시스템은 두 가지 역할을 한다. 첫째 무인항공기에서 전송하 는 비행데이터를 수신하여 지상제어시스템(GCS: Ground Control System) 화면상에 보여준다. 둘째 무선 조종기나 지상제어시스템을 이용 하여 무인항공기를 제어하는 명령을 보낸다. 이 두 가지 역할을 하는 시 스템을 지상국 시스템이라 한다. 일반적으로 지상국 시스템은 RF 모뎀, 안테나, 무선영상 수신모뎀, 지상제어시스템, 무선 조종기 등으로 구성된다. RF 모뎀은 무인항공기에서 전송하는 비행데이터를 수신하고, 지상국 시스템에서 보내는 명령을 송신하는 모듈이다. 지상국 시스템의 안테나는 탑재체와는 달리 크기의 제한이 없으므로 가능하면 크기가 크고 이득이 높은 안테나를 사용한다. 이때 무지향성 안 테나를 사용할 것인가, 지향성 안테나를 사용하고 트랙킹 장치를 별도로 이용할 것인가를 선택할 수 있다. - 14 -
지상제어시스템은 실시간으로 수신되는 무인항공기의 비행데이터를 이용하여 운용자가 무인항공기의 자세, 위치 등의 데이터를 감시하고 제 어하는 시스템이다. 무선 조종기는 근거리 무인항공기의 경우 자동비행이 불가능할 경우, 항공기를 수동모드로 전환하여 수동으로 조종할 수 있는 조종기이다. 그 외 무인항공기의 임무에 따라 무선영상 장비나 레이다, SAR 등의 수신시스템이 필요하다. 그림 3과 4는 각각 일반적인 무인항공기 지상국 시스템의 구성도와 지상제어시스템 화면구성이다. [그림3] 지상국 시스템 구성도 [그림4] 지상제어시스템(GCS) 화면구성 - 15 -
4. 하드웨어 구성 본 논문에서는 각 주파수대역의 모듈별로 하드웨어 구성을 나누어 설 명하겠다. 먼저 RF 무선 데이터 모듈은 400 MHz 대역, 2.4 GHz 대역의 모델을 사용한다. 또한 무선 영상 모듈은 2.4 GHz 대역의 모듈을 사용한 다. 각 주파수대역별 모듈 이외에 무선통신 시스템을 구성하는 카메라, 안테나 등의 장비에 대해서도 살펴보겠다. 4.1 RF 모뎀 국내 전파법에 의하여 시판 중인 RF 모뎀은 크게 400 MHz 대역과 2.4 GHz 대역의 모뎀으로 구분할 수 있다. 각 주파수대역에 따른 RF 모 뎀 하드웨어 구성에 대해 살펴보겠다. 4.1.1 447 MHz RF 모뎀 400 MHz 대역의 RF 모뎀은 국내 시판 중인 (주)HOW 의 RM450 모델을 사용했다. 그림 5는 RM450 RF 모뎀을 보여준다. [그림5] RM450-16 -
표 3은 RM450 RF 모뎀의 사양을 나타낸다. 일반사양 송신기 수신기 Data 주파수 447.2625 MHz 작동온도 -30 ~60 Mode Half Duplex 전원 12 V DC 크기(mm) 63 120 52 무게(g) 350 RF connector BNC(Female) 50 Ω 송신출력 4.5 W Impedance 50 Ω 전류 2 A 점유주파수대역폭 5 khz 방식 슈퍼헤테로다인 전류 100 ma 수신감도 -115 db Interface level RS-232C Data rate 38400 bps [표3] RM450 사양 무선 통신 거리를 결정하는 SOM(System Operation Margin) 값을 앞에서 살펴보았다. 이 식에 의해 SOM값을 결정하는 RM450 RF 모뎀의 파라미터를 살펴보면 다음과 같다. P t : 송신출력 P t =4.5 W=4500 mw P t = 10 log 4500 (db )=36.5 db λ: 파장 λ = C f P s : 수신기 감도 = 3 108 (m/s ) 447.2625 (MHz ) P s =-115 db =67.07 cm 다. 여기 계산한 파라미터 값들은 무선 통신 거리를 예측하는데 사용된 - 17 -
그림 6은 RM450 RF 모뎀의 탑재체 시스템 구성도이다. [그림6] RM450 탑재체 구성도 Flight RF Board에서 무인항공기의 데이터를 RS-232C 연결라인을 통하여 RM450 RF 모뎀으로 전송한다. 전송된 데이터는 안테나를 통하여 탑재체에서 지상 시스템으로 전송이 된다. 80 bytes 의 데이터를 260 ms 의 시간 간격으로 데이터를 전송하도록 프로그래밍 하였다. 그림 7은 RM450 RF 모뎀의 지상국 시스템 구성도이다. [그림7] RM450 지상국 시스템 구성도 안테나를 통해 전송된 데이터는 RM450 RF 모뎀에서 수신하여 Ground RF Board 로 전송된다. 이 데이터는 다시 RS-232C 연결 라인 에 의해 지상제어시스템으로 전송되고 지상국 시스템에서 무인항공기의 속도, 고도, 좌표 등의 비행데이터를 확인할 수 있다. - 18 -
4.1.2 2.4GHz RF 모뎀 2.4 GHz 대역의 RF 모뎀은 국내 시판 중인 (주)애니원시스템의 ANYRF-2.4G 38400 모델을 사용하였다. 그림 8은 ANYRF-2.4G를 보 여준다. [그림8] ANYRF-2.4G 이 모듈을 이용하여 탑재체 시스템에 맞게 약간 개조를 하였다. 탑재 체 시스템은 각 모듈을 슬릿형태로 꽂을 수 있는데, 그 슬릿에 맞게끔 보 조 판을 덧붙였다. 그리고 전원부와 데이터 송수신부의 연결 컨넥터를 구 성하였다. 그림 9는 개조된 ANYRF-2.4G RF 모뎀의 모습을 보여준다. [그림9] 개조된 ANYRF-2.4G - 19 -
표 4는 ANYRF-2.4G RF 모뎀의 사양을 나타낸다. RF주파수 GHz 2.4 IF주파수 MHz 300 모듈크기 mm 36 28.6 5.8 송신출력 mw 10 수신감도 db -110 채널 17 RF Data rate bps 57600 RS-232 Data rate bps 38400 전원 V 5 전류 ma TX 200 RX 30 Impedance Ω 50 [표4] ANYRF-2.4G 사양 무선 통신 거리를 결정하는 SOM(System Operation Margin) 값을 앞에서 살펴보았다. 이 식에 의해 SOM값을 결정하는 ANYRF-2.4G RF 모뎀의 파라미터를 살펴보면 다음과 같다. P t : 송신출력 P t =10 mw P t =10 log 10 (db) =10 db λ: 파장 λ = C f P s : 수신기 감도 = 3 108 (m/s ) 2.4 (GHz ) P s =-110 db =12.5 cm 여기 계산한 파라미터 값들은 무선 통신 거리를 예측하는데 사용된 다. ANYRF-2.4G RF 모듈은 무인항공기의 비행데이터를 송신하는 탑재 체 시스템과 송신된 데이터를 수신하는 지상국 시스템으로 구분한다. 그 - 20 -
림 10은 탑재체 시스템과 지상국 시스템의 구성을 보여준다. [그림10] ANYRF-2.4G RF 모뎀 탑재체 및 지상국 시스템 구성 탑재체는 다음과 같은 구성을 갖는다. BC(Bus Controller)에서 무인 항공기의 비행데이터를 받아 RS-232C를 통하여 ANYRF-2.4G RF 모듈 로 보낸다. RS-232C를 통하여 받은 비행데이터는 안테나를 통하여 지상 시스템으로 전송된다. 지상시스템은 다음과 같은 구성을 갖는다. 안테나를 통하여 수신된 데이터는 ANYRF-2.4G RF 모듈에서 RS-232C를 통하여 GCS(Ground Control System )로 전송된다. 이 비행데이터를 통해 지상국 시스템에서 무인항공기의 비행데이터를 확인할 수 있다. ANYRF-2.4G RF 모듈은 하드웨어 상 크게 4 부분으로 구성되어 있 다. 1 전원부 전원부는 LM7805 레귤레이터를 이용하여 외부 입력 6 V DC 전원 을 RF 모듈에 맞는 5 V DC 전원으로 바꿔준다. 2 시리얼 통신부 ANYRF-2.4G RF 모뎀은 RS-232C 시리얼 통신으로 데이터를 주고 - 21 -
받는다. 9 핀 RS-232C 컨넥터와 MAX232 부품으로 이루어져 있다. 3 LED 부 전원의 ON/OFF 유무를 알 수 있는 전원부 LED 와 데이터의 송수신 유무를 알 수 있는 데이터부 LED 로 구성되어 있다. 4 RF 모듈부 이 부분은 ANYRF-2.4G RF 모듈 부분이다. RF 모뎀의 가장 핵심이 되는 부분이다. 도이다. 그림 11은 ANYRF-2.4G RF 모뎀의 하드웨어 구성을 나타내는 회로 [그림11] ANYRF-2.4G RF 모뎀 하드웨어 구성 - 22 -
4.1.3 430 MHz RF 모뎀 현재 국내에서 시판 중인 RF 모뎀은 2.4 GHz 대역의 무선 랜 용 모 뎀이 대부분이다. 이 주파수 대역은 국내 전파법에 의하면 신고나 허가 없이 사용 가능한 주파수 대역이지만 송신 출력이 10 mw 로 제한되어 있다. 무인항공기의 운용 범위를 제한하는 요인으로 무선통신 전송 거리가 가장 중요한 역할을 한다. 무인항공기의 비행데이터를 지상국 시스템으로 전송하는데 무선통신 시스템을 이용하기 때문이다. 즉 무선통신 전송 거 리가 가능한 범위 내에서만 운용이 가능하다는 뜻이다. 앞에서 살펴본 바와 같이 무선통신 전송 거리를 결정하는 요인으로는 모듈의 송신출력과 안테나 이득이 있다. 아무리 이득이 높은 안테나를 사 용한다고 할지라도 모듈 자체의 송신 출력이 10 mw 로 제한되어 있다면 무선통신 전송 거리의 한계가 있다. 바로 이 문제를 해결하고자 430 MHz 대역의 RF 모듈을 이용하게 되었다. 430 MHz ~ 440 MHz 대역의 주파수밴드는 아마추어 무선통신 (HAM)의 주파수 대역이다. 아마추어 무선통신 자격증이 있다면 10 mw 이상의 송신출력을 사용할 수 있다. 바로 모듈 자체의 송신 출력을 향상 시켜 무선통신 전송 거리를 늘릴 수 있게 된다. 결론적으로 무선 통신 전송 거리를 늘리기 위한 방법으로 모듈 자체 의 송신출력을 늘리는 방법을 택하게 되었다. 송신출력을 늘리기 위해서 전파법에 저촉되지 않는 430 MHz ~ 440 MHz 대역의 아마추어 무선통 신 밴드를 이용하게 된 것이다. 국내 시판 중인 모델에서 430 MHz ~ 440 MHz 주파수 대역을 가 변할 수 있는 RF 모듈을 선정하였다. NEOTICS 사의 UHF Transceiver 는 미국 Chipcon 사의 CC400 One Chip RF Transceiver를 사용한다. 그림 12는 NEOTICS UHF Transceiver RF 모듈을 이용하여 주변 - 23 -
회로를 작성하고 하드웨어를 직접 제작한 것을 보여준다. [그림12] NEOTICS UHF Transceiver 표 5는 NEOTICS UHF Transceiver RF 모듈의 사양을 나타낸다. 일반사양 주파수영역 300~500 MHz 송신부 Data rate 송신출력 Impedance 최대 9600bps 최대 25 mw 400Ω/3pF 수신부 수신감도 -112 dbm Impedance 39Ω/4.9pF IF부 IF(Intermediate Frq.) 60/200/455 khz 전원부 전원 3~6 V DC [표5] NEOTICS UHF Transceiver 사양 무선 통신 거리를 결정하는 SOM(System Operation Margin) 값을 앞에서 살펴보았다. 이 식에 의해 SOM값을 결정하는 NEOTICS UHF RF 모뎀의 파라미터를 살펴보면 다음과 같다. P t : 송신출력 P t =25 mw P t =10 log 25 (db )=13.98 db λ: 파장 λ = C f = 3 108 (m/s ) 435 (MHz) =68.97 cm - 24 -
P s : 수신기 감도 P s =-112 dbm 다. 여기 계산한 파라미터 값들은 무선 통신 거리를 예측하는데 사용된 본 논문에서 개발, 제작한 아마추어 무선통신 밴드를 이용한 RF 모 뎀인 NEOTICS UHF Transceiver 하드웨어는 크게 4 부분으로 구성된 다. 1 전원부 12 V DC의 외부 입력 전원을 5 V DC로 변환시켜주는 LM7805 와 그 주변 구성부품으로 이루어져 있다. 2 시리얼 통신부 본 RF 모뎀은 외부와 RS-232C 시리얼 통신 방법을 사용한다. MAX232를 중심으로 RS-232C 컨넥터와 그 주변 부품으로 구성된다. 3 마이크로컨트롤러 부 외부와의 데이터 송수신, 주파수 설정 등의 역할을 하기 위해 마이크 로컨트롤러를 사용한다. 마이크로컨트롤러 는 미국 Atmel 사의 AT89C2051을 사용한다. AT89C2051을 중심으로 주변 부품으로 구성된 다. 4 RF 모듈 부 RF 모뎀의 핵심부인 NEOTICS UHF Transceiver RF 모듈과 그 주 변부로 구성된다. - 25 -
그림 13은 NEOTICS UHF Transceiver RF 모뎀의 하드웨어 구성 을 나타낸다. [그림13] NEOTICS UHF Transceiver RF 모뎀 하드웨어 구성 아마추어 무선통신 밴드를 이용한 RF 무선 데이터 시스템은 탑재체 와 지상 시스템으로 구성된다. 그림 14는 탑재체 시스템의 구성을 보여준 다. [그림14] 탑재체 시스템 구성도 - 26 -
4.2 무선영상 시스템 무인항공기 대부분의 임무는 관측 및 탐사, 정찰이다. 이를 위해선 탑재체에 무선영상 모듈 및 영상 카메라를 탑재한다. 무선영상 시스템의 구성요소인 무선영상 모듈과 영상 카메라에 대해 살펴보겠다. 4.2.1 무선영상 모듈 국내 시판 중인 오빛정보통신사의 OT-201T 모듈을 사용했다. 이 모 듈은 탑재체에 장착하는 송신용 모듈과 지상국 시스템을 구성하는 수신용 모듈로 구성된다. 탑재체용 송신모듈은 모듈만 구입하고 주변회로를 설계 하여 직접 하드웨어를 제작하였다. 지상국 시스템용 수신모듈은 수신기 자체를 구입하였다. 그림 15는 OT-201T 제작 하드웨어의 모습을 보여준다. [그림15] OT-201T - 27 -
표 6은 OT-201T 모듈의 사양이다. 주파수 2.4~2.5 GHz 채널 2.41/2.43/2.45/2.47 GHz Impedance 50 Ω 전원 12 V DC 운용온도 0 ~40 제한온도 -20 ~70 [표6] OT-201T 사양 무선 통신 거리를 결정하는 SOM(System Operation Margin) 값을 앞에서 살펴보았다. 이 식에 의해 SOM값을 결정하는 OT-201T 무선영 상 모뎀의 파라미터를 살펴보면 다음과 같다. P t : 송신출력 P t =10 mw P t =10 log 10 (db) =10 db λ: 파장 λ = C f = 3 108 (m/s ) 2.45 (GHz) =12.2 cm 여기 계산한 파라미터 값들은 무선 통신 거리를 예측하는데 사용된 다. 무선영상 탑재체 모뎀 하드웨어는 크게 4 부분으로 구성된다. 1 전원부 외부 입력전원 12 V DC를 5 V DC로 바꿔주는 LM7805 와 그 주 변 부품으로 이루어져 있다. 2 컨넥부 OT-201T 모듈은 영상신호와 음성신호를 직접 수신한다. 모듈에서 외부 영상 카메라와 외부 음성 마이크를 곧바로 연결할 수 있는 컨넥터 - 28 -
부분이다. 음성 신호는 Right Audio 신호와 Left Audio 신호 두 개의 신 호를 받는다. 3 채널선택 및 LED 부 OT-201T 모듈은 2.4 GHz ~ 2.5 GHz 주파수 대역 사이에 4채널을 선택할 수 있다. Dip switch를 이용하여 채널을 선택할 수 있으며 각 채 널의 선택에 따라 LED 로 확인할 수 있다. 4 무선영상 모듈 부 무선영상 시스템의 핵심부이다. 이곳에 OT-201T 무선영상 송신모듈 을 장착한다. 그림 16은 OT-201T 송신모뎀 하드웨어 구성을 보여준다. [그림16] OT-201T 하드웨어 구성도 - 29 -
그림 17은 무선영상 시스템의 수신기를 보여준다. [그림17] 무선영상 시스템 수신기 표 7은 무선영상 시스템 수신기의 사양을 나타낸다. 주파수 2.4~2.5 GHz Impedance 50 Ω 중간주파수 479.5 MHz IF Bandwidth 18 MHz 전원 12 V DC 운용온도 0~40 제한온도 -20~70 [표7] 무선영상 시스템 수신기 사양 무선 통신 거리를 결정하는 SOM(System Operation Margin) 값을 앞에서 살펴보았다. 이 식에 의해 SOM값을 결정하는 무선영상 수신기의 파라미터를 살펴보면 다음과 같다. P s : 수신기 감도 P s =-90 dbm 여기 계산한 파라미터 값들은 무선 통신 거리를 예측하는데 사용된 - 30 -
다. 전면부에는 전원 스위치와 채널선택 스위치, 채널표시 LED 로 구성 된다. 후면부는 전원케이블 컨넥터와 영상신호 케이블 컨넥터, 음성신호 케이블 컨넥터로 구성된다. 영상신호 케이블과 음성신호 케이블은 보통 사용하는 모니터의 영상, 음성 단자와 연결되면 무선영상 시스템에서 수 신되는 영상과 음성을 받아볼 수 있다. 4.2.2 영상 카메라 영상 카메라는 국내 시판 중인 3개의 모델을 사용하였다. 무선영상 시스템에 크게 영향을 끼치지는 않는다. (1) KOCOM사의 KCC-D300 영상 카메라 그림 18은 KCC-D300 영상 카메라를 보여준다. [그림18] KCC-D300 영상 카메라 KCC-D300 영상 카메라는 CCD 소자를 사용하는 27만 화소 카메라 이다. 무인항공기 탑재체로 탑재하기 위하여 탑재 케이스 및 컨넥터, 케 이블 작업을 하였다. - 31 -
표 8은 KCC-D300 영상 카메라의 사양을 보여준다. 전원 12 V DC 소비전류 150 ma CCD소자 1/4 inch 27만 화소 유효화소 510(H) 492(V) 신호방식 NTSC 렌즈 92 ~120 동작온도 0~45 중량 190 g [표8] KCC-D300 사양 (2) VISIONHITECH사의 VQ33C-CM 영상 카메라 그림 19는 VQ33C-CM 영상 카메라의 사진을 보여준다. [그림19] VQ33C-CM 영상 카메라 - 32 -
표 9는 VQ33C-CM 영상 카메라의 사양을 보여준다. 전원 12 V DC 소비전류 90 ma CCD소자 1/3 inch DSP Color CCD Pixels N: 290k / P: 320k 운용운도 -10~40 제한온도 -20~50 크기 33mm(W) 33mm(V) 중량 270 g [표9] VQ33C-CM 사양 VQ33C-CM 영상 카메라는 29만 ~ 32만 화소의 1/3 inch CCD 소 자를 사용한다. (3) THE MECHADEMIC COMPANY의 CV-S3200 영상 카메라 그림 20은 CV-S3200 영상 카메라를 탑재체에 장착할 수 있도록 컨 넥터 및 케이블, 케이스 작업을 한 모습을 보여준다. [그림20] CV-S3200 영상 카메라 - 33 -
표 10은 CV-S3200 의 사양을 나타낸다. 방식 NTSC CCD 1/2 inch Color 유효화소 768(H) 494(V) 운용온도 -10~50 전원 12 V DC 크기(mm) 45(H) 55(W) 110.2 중량 350 g [표10] CV-S3200 사양 4.3 안테나 안테나의 길이는 사용하는 주파수에 따라 달라진다. 주파수가 결정되 면 전파의 파장이 결정되고 파장에 따라 안테나의 길이가 결정된다. 안테 나는 방향성에 따라 무지향성 안테나와 지향성 안테나로 구분할 수 있다. 또한 안테나의 형태에 따라 여러 가지 안테나로 구분이 된다. 무인항공기 탑재체용 안테나는 지상국 안테나에 비해 그 크기가 제한 된다. 반면에 지상국 안테나는 크기에 관계없이 이득이 높은 안테나를 사 용할 수 있다. 무선통신 거리를 결정하는 요인으로는 무선모듈 자체의 송 신출력과 안테나 이득, 안테나 트랙킹이 있다. 무선모듈 자체의 송신출력 은 국내 전파법 상 10 mw 로 제한되어 있으므로 이득이 높은 안테나를 사용해야 한다. 지향성 안테나의 경우 무지향성 안테나에 비해 이득이 높 지만 고속으로 이동하는 무인항공기를 지향해야만 하는 단점이 있다. 따 라서 무인항공기용 안테나로 탑재체와 지상국 시스템은 무지향성 안테나 를 사용하거나, 지향성 안테나를 사용하더라도 안테나 트랙킹 장치를 같 이 사용해야 한다. - 34 -
4.3.1 탑재체용 안테나 (1) 2.4 GHz 고속이동체용 안테나 국내 시판 중인 (주)기가알에프사의 고속이동체 장착용 2.4GHz Low Profile Antenna를 사용하였다. 폭 1.5 cm, 길이 6.8 cm 의 초소형이면 서도 4 dbi Normal Gain을 갖는 고성능의 안테나로 유도무기, 헬기, 자 동차 등의 고속이동체 장착에 용이한 특수 안테나이다. 그림 21은 고속이동체용 안테나의 모습을 보여준다. [그림21] 고속이동체 장착용 2.4GHz Low Profile Antenna 표 11은 고속이동체용 안테나의 사양이다. 중심주파수 임피던스 정재파비 이득 최대사용출력 편파 접속단자 2450 MHz 50 Ω 1:1.5 이하 5 db 400 W 수직&수평 SMA Female [표11] 고속이동체 장착용 2.4GHz Low Profile Antenna 사양 - 35 -
그림 22는 이 안테나의 2차원 방사패턴과 3차원 방사패턴을 보여준 다. 2차원 방사패턴에서 보면 이 안테나가 무지향성 안테나임을 알 수 있 다. 또한 3차원 방사패턴을 보면 반구형의 방사패턴 임을 알 수 있다. [그림22] 고속이동체 장착용 안테나 방사패턴 - 36 -
(2) 2.4 GHz RF 헬리컬 안테나 국내 시판 중인 2.4 GHz 안테나로 길이는 190 mm, 이득은 2.15 db로 2.4 GHz RF용 안테나로 사용하였다. 그림 23은 2.4 GHz RF 헬리 컬 안테나를 보여준다. [그림23] 2.4 GHz RF 헬리컬 안테나 (3) 2.4 GHz 무선영상 헬리컬 안테나 국내 시판 중인 2.4 GHz 안테나로 길이는 95 mm, 이득은 2.15 db 로 2.4 GHz 무선영상용 안테나로 사용하였다. 그림 24는 2.4 GHz 무선 영상 헬리컬 안테나를 보여준다. [그림24] 2.4 GHz 무선영상 헬리컬 안테나 - 37 -
4.3.2 지상국 시스템용 안테나 (1) 2.4 GHz 무지향성 안테나 국내 시판 중인 이엠씨테크 사의 ET-OM15 무지향성 안테나이다. 그림 25는 ET-OM15 무지향성 안테나의 사진을 보여준다. [그림25] ET-OM15 무지향성 안테나 표 12는 ET-OM15 무지향성 안테나의 사양을 나타낸다. 주파수 2400~2500 MHz 안테나 이득 15 db 임피던스 50 Ω 온도 -30~+60 크기 22 mm(구경)/ 1150 mm(길이) 컨넥터 N-type female [표12] ET-OM15 무지향성 안테나 사양 비행시험 시 ET-OM15 무지향성 안테나는 2.4 GHz RF 용 안테나 로 사용하였다. 길이는 1150 mm, 주파수 대역은 2.4~2.5 GHz, 안테나 이득은 15 db 이다. - 38 -
(2) 2.4 GHz 그리드 안테나 국내 시판 중인 이엠씨테크 사의 ET-GR19 지향성 그리드 안테나이 다. 그림 26은 ET-GR19 지향성 그리드 안테나의 사진을 보여준다. [그림26] ET-GR19 그리드 안테나 표13 은 ET-GR19 그리드 안테나의 사양을 나타낸다. 주파수 2400~2500 MHz 안테나 이득 19 db 임피던스 50 Ω 온도 -30~+60 중량 1.7 kg 크기 600 mm 425 mm [표13] ET-GR19 그리드 안테나 사양 비행시험 시 ET-GR19 지향성 그리드 안테나는 2.4 GHz 무선영상 용 안테나로 사용하였다. 지향성 안테나이기 때문에 안테나 트랙킹 장비 를 개조하였다. 주파수 대역은 2.4~2.5 GHz, 안테나 이득은 19 db 이 다. (3) 2.4 GHz 야기 안테나 국내 시판 중인 2.4 GHz 야기 안테나이다. 비행시험 시 2.4 GHz - 39 -
RF 용 지상국 시스템 안테나로 사용하였다. 안테나 이득은 8 db이다. 그 림 27은 2.4 GHz 야기 안테나를 보여준다. [그림27] 2.4 GHz 야기 안테나 (4) 2.4 GHz 파라볼라 안테나 국내 시판 중인 (주)서일하이텍 사의 파라볼라 안테나이다. 사용 주 파수는 2.4~2.5 GHz, 반사기 직경은 380 mm, 안테나 이득은 20 dbi 이다. 비행시험 시 2.4 GHz 무선영상 지상국용 안테나로 사용했다. 지향 성 안테나이므로 안테나 트랙킹 장비를 제작하여 부착하였다. 그림 28과 표 14는 각각 2.4 GHz 파라볼라 안테나와 사양을 보여준다. [그림28] 2.4 GHz 파라볼라 안테나 - 40 -
형식 반사기 직경 수신용 주파수 안테나 이득 중량 Center feed type 380 mm 2.4~2.5 GHz 20 dbi 1.8 kg [표14] 2.4 GHz 파라볼라 안테나 사양 4.4 증폭기, LNA 국내 시판 중인 RF 및 무선영상 모듈은 국내 전파법에 의해 송신출 력이 10 mw로 제한되어 있다. 아무리 이득이 높은 안테나를 사용하더라 도 근거리 무인항공기의 운용범위인 30 km 내외의 통신거리 성능을 낼 수 없다. 따라서 증폭기와 LNA(Low Noise Amplifier)의 사용 필요성이 제기된다. 송신기의 출력을 증폭시키는 역할을 하는 것이 증폭기이고, 수 신된 데이터에서 노이즈를 제외한 신호를 증폭시키는 역할을 하는 것이 LNA(Low Noise Amplifier)이다. 비행시험 시 국내 시판 중인 증폭기와 LNA를 사용하였다. (주)기가알에프 사의 2.4 GHz 1W형 증폭기와 LNA 를 사용하였다. 그림 29는 2.4 GHz 1W형 증폭기와 LNA를 보여준다. [그림29] 2.4 GHz 1W형 증폭기와 LNA - 41 -
5. 비행시험 5.1 시화호 거리테스트 2003년 7월과 8월 사이에 수차례에 걸쳐서 경기도 안산시 시화호 방조제에서 무선통신 시스템 거리테스트를 하였다. 본 시험에서 사용한 모듈은 447 MHz 주파수 대역의 RM450 RF 모뎀과 2.4 GHz 주파수 대 역의 ANYRF-2.4G 38400 RF 모뎀, 2.4 GHz 주파수 대역의 OT-201T 무선 영상 모뎀을 사용하였다. 5.1.1 RF 모뎀 거리테스트 RF 모뎀은 두 주파수 대역의 모뎀을 사용하였다. 447 MHz 대역과 2.4 GHz 대역의 모뎀을 사용하였다. 안산시 시화호 방조제를 택한 이유 는 가장 넓은 가시거리를 얻을 수 있는 개활지이고, 외부 노이즈가 비교 적 없다는 판단을 하였기 때문이다. (1) 447 MHz RM450 RF 모뎀 그림 30은 447 MHz RM450 RF 모뎀의 시험 구성도이다. [그림30] 447 MHz RM450 RF 모뎀의 시험 구성도 - 42 -
Flight RF Board 와 RM450 RF 모뎀, 안테나가 탑재체를 구성한다. Flight RF Board에서 80 byte의 데이터를 260 ms 의 시간간격으로 전 송한다. 탑재체 시스템은 차량에 탑재하여 이동할 수 있도록 구성하였다. 지상시스템은 지상 안테나, RM450 모뎀, Ground RF Board, 컴퓨터 로 구성된다. 지상시스템은 한곳에 설치를 하였다. 탑재체에는 2.4 GHz 헬리컬 안테나를 장착하고 지상 시스템은 2.4 GHz 야기 안테나를 사용하였다. 차량에 탑재한 탑재체 시스템은 차량을 이동하면서 에러율 없이 데이 터를 전송할 수 있는 최대 무선 통신 거리를 측정하였다. 앞에서 살펴본 식에 의하여 거리테스트 전에 무선통신 거리를 예측할 수 있다. SOM 식은 다음과 같이 표현이 되었고, 각 장비별 파라미터값을 통하여 무선통신 거리의 예측이 이론적으로 가능하다. P r = P t + G t + G r Γ E cabl e E connector + Amp SOM(System Operation Margin) [db] =P r -P s 각 파라미터 값들은 다음과 같다. P t : 송신기 출력 (dbm) P t [W ]=10 log (P t ) [dbm ] G t : 송신 안테나 이득 (db) G r : 수신 안테나 이득 (db) Γ: 전송손실 (db) Γ =20 log ( 4 π D λ ) + 10 D: 전송거리 (km) λ: 파장 (km) E cable : 케이블 손실 (db) 전형적으로 2 db E connector : 컨넥터 손실 (db) 전형적으로 1 db Amp: 증폭기 이득 (db) - 43 -
P r : 수신전력 (db) P s : 수신기 감도 (db) 표 15은 RM450 RF 모뎀의 SOM(System Operation Margin) 파라 미터 값들과 실제 거리테스트를 통한 최대거리, SOM을 통해 예측한 최 대거리에서의 여유값이다. 송신기출력(P t ) 송신안테나이득(G t ) 수신안테나이득(G r ) 파장(λ) 증폭기이득(Amp) 수신기감도(P s ) 최대무선통신거리 SOM 4.5W/36.5dB 2.15dB 8dB 67.07cm 0dB -115dB 11.2km 21.34dB [표15] RM450 RF모뎀의 SOM과 시험결과 실제 거리테스트를 통하여 측정한 최대 무선통신 거리는 11.2 km이 다. 하지만 SOM 각 파라미터를 통하여 구한 SOM값은 21.34 db가 나왔 다. SOM값이 양수이면 통신이 가능하기 때문에 이론적인 통신거리는 11.2 km 이상이 나와야 한다. 하지만 이론적인 값과 실제 거리테스트를 통하여 측정한 값에는 차이가 있었다. (2) 2.4 GHz ANYRF-2.4G RF 모뎀 다. 그림 31은 2.4 GHz ANYRF-2.4G 38400 RF 모뎀의 시험 구성도이 - 44 -
[그림31] 2.4GHz ANYRF-2.4G 시험구성도 컴퓨터에서 임의의 데이터를 RS-232C 시리얼 통신을 통하여 ANYRF-2.4G 38400 RF 모뎀으로 전송하면 지상국 시스템 RF 모뎀에서 수신하여 컴퓨터로 바로 확인할 수 있도록 구성하였다. 탑재체에는 2.4 GHz 헬리컬 안테나를 장착하고 지상 시스템은 2.4 GHz 야기 안테나를 사용하였다. 지상국 시스템은 한 곳에 설치를 하고 탑재체는 차량에 탑재하여 이 동하면서 시험하였다. 에러율 없이 데이터를 수신할 수 있는 최대 무선 통신 거리를 측정하였다. 표 16는 2.4GHz ANYRF-2.4G RF 모뎀의 SOM(System Operation Margin) 파라미터 값들과 실제 거리테스트를 통한 최대거리, SOM을 통 해 예측한 최대거리에서의 여유값이다. - 45 -
송신기출력(P t ) 송신안테나이득(G t ) 수신안테나이득(G r ) 파장(λ) 증폭기이득(Amp) 수신기감도(P s ) 최대무선통신거리 SOM 10mW/10dB 2.15dB 8dB 12.5cm 0dB -110dB 1km 17.1dB [표16] ANYRF-2.4G RF모뎀의 SOM과 시험결과 실제 거리테스트를 통하여 측정한 최대 무선통신 거리는 1 km이다. 하지만 SOM 각 파라미터를 통하여 구한 SOM값은 17.1 db가 나왔다. SOM값이 양수이면 통신이 가능하기 때문에 이론적인 통신거리는 1 km 이상이 나와야 한다. 하지만 이론적인 값과 실제 거리테스트를 통하여 측 정한 값에는 차이가 있었다. 5.1.2 무선영상 시스템 거리테스트 2.4 GHz 주파수 대역의 OT-201T 모듈을 사용하였다. VQ33C-CM 영상 카메라와 OT-201T 영상모듈, 2.4 GHz 영상용 헬리 컬 안테나가 탑재체 시스템을 구성한다. 2.4 GHz 파라볼라 안테나, 무선 영상 수신기, 모니터가 지상국 시스템을 구성한다. 탑재체 시스템을 차량에 탑재하여 이동하면서 영상신호가 수신될 때 까지의 최대 거리를 측정한다. - 46 -
그림 32는 무선영상 시스템 시험의 구성도이다. [그림32] 무선영상 시스템 구성도 표 17는 무선영상 시스템의 SOM(System Operation Margin) 파라 미터 값들과 실제 거리테스트를 통한 최대거리, SOM을 통해 예측한 최 대거리에서의 여유값이다. 송신기출력(P t ) 송신안테나이득(G t ) 수신안테나이득(G r ) 파장(λ) 증폭기이득(Amp) 수신기감도(P s ) 최대무선통신거리 SOM 10mW/10dB 2.15dB 20dB 12.2cm 0dB -90dB 1km 8.926dB [표17] 무선영상 시스템의 SOM과 시험결과 실제 거리테스트를 통하여 측정한 최대 무선통신 거리는 1 km이다. 하지만 SOM 각 파라미터를 통하여 구한 SOM값은 8.926 db가 나왔다. SOM값이 양수이면 통신이 가능하기 때문에 이론적인 통신거리는 1 km 이상이 나와야 한다. 하지만 이론적인 값과 실제 거리테스트를 통하여 측 정한 값에는 차이가 있었다. - 47 -
5.2 1차 고흥 비행시험 2004년 7월 27일부터 7월 29일 사이에 전라남도 고흥에서 1차 비 행시험을 하였다. 이번 비행시험에서는 2.4 GHz RF 모뎀과 2.4 GHz 무 선영상 시스템을 사용하였다. 다. 그림 33은 탑재체 시스템과 지상국 시스템의 시험 구성도를 보여준 [그림33] 1차 비행시험 구성도 그림 34는 무선통신 시스템을 탑재한 무인항공기를 보여준다. [그림34] 비행시험을 수행한 무인항공기 - 48 -
표 18은 무선영상 시스템과 RF 모뎀의 SOM(System Operation Margin) 파라미터 값들과 실제 거리테스트를 통한 최대거리, SOM을 통 해 예측한 최대거리에서의 여유값이다. RF모뎀 무선영상시스템 송신기출력(P t ) 10mW/10dB 10mW/10dB 송신안테나이득(G t ) 2.15dB 2.15dB 수신안테나이득(G r ) 8dB 20dB 파장(λ) 12.5cm 12.2cm 증폭기이득(Amp) 0dB 0dB 수신기감도(P s ) -110dB -90dB 최대무선통신거리 SOM 17.1dB(1km) 8.926dB(1km) [표18] 1차 비행시험 SOM 무선영상 시스템의 경우 엔진 시동 후 약간의 노이즈가 영상 데이터 에서 검출 되었다. 카메라가 엔진 바로 뒤편에 장착되었기 때문에 엔진 진동 및 노이즈가 영향을 끼쳤을 가능성이 있다. 하지만 노이즈에 의한 영상데이터 수신이 불가능 할 정도는 아니었다. 비행기가 발사대에서 발 사된 직후에 영상 데이터가 수신되지 않았다. 발사 충격 시 시스템이 Down 되지 않았으므로 충격에 의한 수신 불능은 아니다. 비행기가 150 ~ 200 km/h 의 빠른 속도로 이동하기 때문에 안테나 트래킹에 의한 수 신 불가능으로 판단된다. 운용범위 1km 내외에서의 SOM 값을 구한 결 과 17.1 db의 값을 가지는 것으로 보아 통신거리가 못 미치는 것이 아니 라 안테나 트랙킹 등의 다른 요인으로 생각되어진다. RF 모뎀의 경우 엔진 시동 후 데이터 값이 이상 없이 수신 되었다. 영상 데이터와 RF 데이터가 동시에 수신되었다. 엔진 노이즈나 주파수 간섭 현상은 없을 것으로 판단된다. 무선영상 시스템과 마찬가지로 비행 기가 발사대를 발사한 직후에 데이터 수신이 불가능해졌다. 발사 시 충격 - 49 -
에 의한 시스템 Down 현상이 일어나지 않았으므로 안테나 트래킹 문제 에 의한 데이터 수신 불가능으로 판단된다. RF 모뎀의 SOM 값은 8.926 db로 통신거리가 못 미치는 것이 아니라 안테나 트랙킹 등의 다른 문제 로 통신이 불가능해 졌을 것으로 판단된다. 5.3 2차 고흥 비행시험 2004년 10월 21일부터 10월 22일 사이에 전라남도 고흥에서 2차 비행시험을 하였다. 이번 비행시험에서는 1차 비행시험과 마찬가지로 2.4 GHz RF 모뎀과 2.4 GHz 무선영상 시스템을 사용하였다. 1차 비행시험 과 달라진 점이 있다면 RF 모뎀의 경우 증폭기와 LNA를 추가로 장착하 고, 탑재체와 지상국 안테나를 모두 교체하였다. 또한 무선영상 시스템의 경우 탑재체와 지상국 시스템 안테나를 모두 교체하였고 지상국 안테나의 경우 트랙킹 장비를 추가하였다. 그림 35는 탑재체 시스템과 지상국 시스템의 시험 구성도를 보여준 다. [그림35] 2차 비행시험 구성도 - 50 -
그림 36은 지상국 그리드 안테나에 트랙킹 장비를 제작하여 부착한 모습을 보여준다. [그림36] 그리드 안테나 트랙킹 장비 표 19은 무선영상 시스템과 RF 모뎀의 SOM(System Operation Margin) 파라미터 값들과 실제 거리테스트를 통한 최대거리, SOM을 통 해 예측한 최대거리에서의 여유값이다. RF모뎀 무선영상시스템 송신기출력(P t ) 10mW/10dB 10mW/10dB 송신안테나이득(G t ) 5dB 5dB 수신안테나이득(G r ) 15dB 19dB 파장(λ) 12.5cm 12.2cm 증폭기이득(Amp) 30dB 0dB 수신기감도(P s ) -110dB -90dB 최대무선통신거리 1km 1km SOM 56.95dB 10.78dB [표19] 2차 비행시험 SOM 2차 비행시험에서는 무인항공기의 운용범위 내인 1km 내외에서 RF - 51 -
모뎀의 경우 데이터 수신에 문제가 없었다. 다만 무선통신 시스템의 경우 무인항공기가 선회할 때 영상 데이터가 끊기는 현상이 발생했다. 이는 선 회 시 탑재체 안테나의 빔패턴이 지상국 안테나의 방향에 대해 반대 방향 이 되기 때문으로 추론되어진다. 1차 비행시험과 비교하였을 때 RF 모뎀의 경우 운용범위 내에서 데 이터 수신이 가능한 것은 증폭기와 LNA를 추가하였고, 고속이동체용 탑 재체 안테나와 무지향성 지상국 안테나를 사용했기 때문으로 보인다. 무선영상 시스템의 경우 고속이동체용 안테나와 지향성 그리드 안테 나에 트랙킹 장비를 추가 장착하여 통신거리가 길어질 수 있었다. 송신출 력과 안테나 이득 및 트랙킹 문제의 해결이 중요한 것임을 알 수 있다. - 52 -
6. 결 론 2003년부터 2004년에 이르기까지 시화호와 고흥에서의 수차례 시험 에 의한 결과를 토대로 다음과 같은 결론은 얻을 수 있다. (1) 무선통신 시스템에서 무선통신 거리는 무인항공기의 운용 범위를 결 정하는 아주 중요한 요인이다. 따라서 최대 무선통신 거리를 가능하게 하 는 최적의 상황을 요구한다. 무선통신 거리를 결정하는 요인에는 모듈 자 체의 출력과 안테나 이득이 있다. 최적의 상태를 위한 이 두 가지 요인을 결정하는 일이 가장 중요하다. (2) 모듈 자체의 송신출력을 가능한 최대로 높이는 것이 필요하다. 모듈 자체의 송신출력이 정해져 있다면 LNA (Low Noise Amplifier) 와 증폭 기를 장착하여 송신출력을 높여야만 한다. (3) 무인항공기는 고속으로 이동하므로 고이득 무지향성 안테나를 사용해 야 한다. 지향성 안테나를 사용해야 한다면 트랙킹 장비가 필요하다. 또 한 탑재체용 안테나는 방사패턴이 반구형인 고이득 무지향성 안테나를 사 용해야만 한다. (4) 안테나 컨넥터 및 케이블은 임피던스 매칭이 되도록 설계하여야 한 다. 임피던스 매칭이 되지 않는다면 안테나 수신감도를 떨어뜨리는 요인 으로 작용할 수 있다. (5) 지상의 반사파 및 편파의 영향을 받지 않기 위해 지상국 시스템 안테 나의 지지대는 지상에서 멀리 떨어지도록 높은 고도로 제작해야만 한다. (6) 400 MHz 주파수 대역은 2.4 GHz 주파수 대역에 비해 파장이 길기 - 53 -
때문에 장애물에 강하다. 하지만 많은 양의 데이터를 전송할 수 없는 단 점이 있다. (7) 2.4 GHz 주파수 대역은 430 MHz 주파수 대역에 비해 많은 양의 데 이터를 전송할 수 있다. 하지만 파장이 짧으므로 장애물에 약한 단점이 있다. (8) 무선통신 시스템은 안정적이고 충분한 전원이 공급되지 않으면 통신 이 불가능해진다. 따라서 안정적이고 충분한 전원을 공급해야만 한다. 다 른 시스템과 분리하여 전원을 공급하는 방법도 고려해 볼만하다. 고속이동체인 무인항공기용 무선통신 시스템은 설계에서부터 구성, 제작, 시험에 이르기까지 매우 까다로운 조건들을 만족해야만 한다. 위 조건들 중 어느 하나라도 만족시키지 않으면 원하는 만큼의 성능을 요구 하기 힘들다. 이는 그만큼 연구개발이 어렵고 아직도 많은 부분들의 개선 점을 내포하고 있다. 근거리용 무인항공기에서 장거리용 무인항공기로 진보하기 위해선 앞 으로 많은 연구개발이 필요한 부분이다. 실질적인 개발과 시험이 계속적 으로 이루어지고 이에 대한 시험 데이터가 하나씩 늘어가야만 할 것이다. - 54 -
7. 참고문헌 [1] 박준한, 김성환, 박춘배, 한동훈, 강민성. 무인항공기 무선통신 체계 연구. 한국항공우주학회 논문. 2003 [2] Marine Corps Warfighting Laboratory Dragon Eye Unmanned Aerial Vehicle Integrated Communications System 기술보고서. MCWL. 2002 [3] 박주원. 무선조종 모형기를 이용한 무선 테레메트리 시스템의 구성 에 관한 연구. 인하대학교 석사학위 논문. 1996 [4] 안이기, 남기욱, 염찬홍, 박승창. 축소형 무인 비행체 시험을 위한 무선 조종 및 원격측정 시스템에 관한 기초 연구. 한국항공우주학회 논 문. 1999. [5] 다중화탑재 제어시스템 개발(최종보고서). 인하대학교. 2004 [6] RF designhouse 홈페이지. http://www.rfdh.com [7] 정상봉, 전경일, 홍승홍. 마이크로프로세서 8051 응용로봇제작. 도 서출판세화. 2001 [8] ATMEL AT89C2051 매뉴얼 [9] MAX232 매뉴얼 [10] LM7805 매뉴얼 [11] 한국전파진흥협회 홈페이지. http://www.rapa.or.kr [12] David M. Pozar. "Microwave and RF Wireless Systems". JOHN WILEY&SONS,INC. 2001 [13] (주)기가알에프 홈페이지. http://www.gigarf.com [14] 김진혁, 김상준, 이상혁, 박노선. 항공기 안테나 장착시 최적 위치 설계 및 고찰. 한국항공우주학회 논문. 2000. [15] (주)HOW 홈페이지. http://www.howhow.co.kr [16] 애니원시스템 홈페이지. http://www.anyonesys.com - 55 -
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감사의 글 인생이란 긴 여행에서 한 부분을 이제 마감하려 합니다. 새로운 갈림 길에서 만나 함께 고생해 온 이년 여의 시간을 뒤로 하고, 다시 새로운 갈림길에 서 있습니다. 그 갈림길에서 지난 이년동안 걸어오며 남긴 부끄 러운 결과물을 이렇게 내놓게 되었습니다. 학부전공과 대학을 달리하며 어렵게 시작한 처음의 일들이 떠오릅니다. 어렵게 시작했기에 공부며 프 로젝트며 실험실 생활들이 낯설고 어색하기만 했었는데...어느덧 끝을 바 라보게 되었습니다. 처음에 가졌던 열정과 초심을 시간이 지나면서 조금 씩 잊어버리는 내 자신을 보면서 많이 실망도 하고 다그쳐 보기도 했었는 데...초심을 끝까지 지키지 못 했던 게 많이 후회스럽기도 합니다. 하지만, 이제 다시 새로운 갈림길에 서서 새로운 길을 향해 나아가고자 준비하고 있는 제 자신에게 다시한번 용기를 북돋우며 마음을 다잡아 봅니다. 많은 걸 배울 수 있었고, 경험하고 느꼈던 이년여의 대학원 생활을 평생 잊지 못할 겁니다. 항상 공학도로서의 길을 가르쳐주시고 인도해 주신 박춘배 교수님, 학생들 편에서 생각하려 노력하시며 조언을 아끼지 않으신 최기영 교수님 에게 감사의 마음을 전합니다. 실험실의 리더로서 꿈을 잃지 않고 오늘도 열심히 땀 흘리는 성환이 형, 언제나 든든한 형처럼 동기들을 다독거렸던 성수형, 일년 간 같은 파 트너로서 신경써주고 도와준 민성이, 늘 고민을 들어주며 많은 얘기 나눈 민우, 같이 담배를 피우며 고민을 얘기했던 진혁이, 지금 파트너로 술마 시며 많은 얘기 나눈 용호...모두들 이년동안 고생 많았고 늘 도움을 많이 받아 이 자리를 빌어 감사의 마음을 전합니다. 처음에 술 마시며 크게 싸웠지만 그래도 항상 선배 대접해 준 훈희, 늘 자기자리에서 열심히 하며 많이 도와준 병룡이, 지금 생각해 보면 아 무 일도 아닌 일에 잔소리만 해서 미안한 태완이...못난 선배 대접해 주느 - 57 -
라고 그동안 너무 고생 많았고 많은 도움을 받아 이 자리를 빌어 감사의 마음을 전합니다. 이제 실험실을 이끌어 갈 신입생들 모두 잘 해 주리라 믿습니다. 언제 어디서나 든든하게 후원해 준 내 친구들... 용준이, 준호, 준성 이, 동훈이, 은선이, 영미, 은애에게도 감사의 마음을 전합니다. 자식 걱정에 어느덧 약하고 나이 드신 우리 어머니, 아버지. 삼십년 동안 아직 아무것도 해 드린 게 없어 죄송할 따름입니다. 언제나 든든한 형처럼 옆에 있는 내동생... 내 사랑하는 가족들, 친구들 이 자리를 빌어 모두에게 감사의 마음과 사랑을 전합니다. 이제 새로운 갈림길에서 새로운 길로 나아가기 위해 준비하고 있지 만, 알 수 없는 두려움과 불안이 있는 게 사실입니다. 하지만 지금까지 잘해 왔듯이 앞으로도 잘하리라고 믿습니다. 제가 새로운 길을 찾아 힘차 게 나아갈 수 있게 믿어주시고 후원해 주십시오. 결코 여러분의 기대에 어긋나지 않는 박준한이 되도록 앞으로도 더 노력하는 모습으로 살아가겠 습니다. 제 다짐으로 부끄럽지만 저의 이년 동안의 결과물인 논문을 마감 합니다. 이천오년 일월 십사일 저녁에 실험실에서 논문을 마감하며 - 58 -