무인항공기의 운용원리는 조종사가 탑승하지 않고 원격으로 운용되는 시스템으로 지상으로부터 데이터링크 통신을 통해서 전달받은 명령을 비행제어컴퓨터에서 비행체를 조종하며 비행을 수행한다. 이러한 시스템은 항법장비에 의해 판단된 비행속도와 고도, 위치, 비행방향을 결정하여 운용되고 있다. 그러므로 탑재된 GPS 장비는 무인항공기에 중요한 항법장비라 할 수 있다. 하지만 비행체에 탑재된 구성요소인 GPS 장비는 외부환경에 의한 신호간섭 및 기만 공격 시 무인항공기는 위치정보를 비롯한 항법정보의 오류가 발생하게 되어 무인항공기의 조종/통제 기능이 상실되거나 추락 등의 위험상황과 함께 손실에 이를 수 있다. 이러한 GPS 취약성에 노출된 부분을 보완하여 비행안전 확보를 위한 방안을 연구하였으며, 연구의 범위는 일반용 드론이 아닌 원거리 운용 개념의 ...
무인항공기의 운용원리는 조종사가 탑승하지 않고 원격으로 운용되는 시스템으로 지상으로부터 데이터링크 통신을 통해서 전달받은 명령을 비행제어컴퓨터에서 비행체를 조종하며 비행을 수행한다. 이러한 시스템은 항법장비에 의해 판단된 비행속도와 고도, 위치, 비행방향을 결정하여 운용되고 있다. 그러므로 탑재된 GPS 장비는 무인항공기에 중요한 항법장비라 할 수 있다. 하지만 비행체에 탑재된 구성요소인 GPS 장비는 외부환경에 의한 신호간섭 및 기만 공격 시 무인항공기는 위치정보를 비롯한 항법정보의 오류가 발생하게 되어 무인항공기의 조종/통제 기능이 상실되거나 추락 등의 위험상황과 함께 손실에 이를 수 있다. 이러한 GPS 취약성에 노출된 부분을 보완하여 비행안전 확보를 위한 방안을 연구하였으며, 연구의 범위는 일반용 드론이 아닌 원거리 운용 개념의 전술 급 무인항공기를 중심으로 연구를 진행하였다. 최초 무인항공기의 시작은 군사 목적으로 개발이 진행되기 시작하였으나 현재는 상용화 되어 취미용, 산업용, 공업용, 농업용등 다양한 용도와 기능으로 개발되어 사용되고 있다. 특히 군사용으로는 탑재장비에 따라 정찰용, 전자전, 공격용, 전투용, 표적용등으로 사용되고 있다. 또한 운용방식과 성능에 따라 저고도, 중고도, 고고도 형태의 기능과 데이터링크를 통한 비행통제거리에 따라 근거리, 단거리, 장거리 형태로 성능으로 분류하여 운용되기도 한다. 무인항공기의 특성상 데이터링크 통신으로 운용되므로 조종사의 시야에서 벗어나기 시작하면 모든 비행정보는 비행체에서 수신되는 정보를 기반으로 운용하기 때문에 비행제어컴퓨터에는 필수적으로 비행기능이 설계되어 탑재되어 있다. 이는 비행의 안정성과 조종명령 체계에 비상상황이 발생되게 되면 지상통제장비에서 조종명령이 수신되진 않더라고 비행체 스스로 최초 이륙위치 또는 안전지역으로 설정된 지역으로 유도하여 착륙이나 낙하산 전개 등으로 비행회수 하는 방식을 탑재하여 위험상황에 대비하고 있다. 이러한 안전장치의 비행설계에도 항법장비에 대한 전파방해가 발생되면 무인항공기의 안전성은 제한적으로 운용되거나 치명적일 수 있다. 실제 GPS 전파방해 등으로 무인항공기는 물론 유인항공기, 선박, 자동차 및 각종 전자장비에 영향이 발생되어 피해사례가 국, 내외에 발생된 사례가 다수 보고되었다. 실제 2012년에는 GPS 교란에 의해 국내에서 시험 비행 중이던 무인항공기가 추락하여 사망사고가 발생하기도 하였다. 이러한 위험에 노출된 전술 급 무인항공기의 취약점인 GPS 장비고장이나 외부의 공격에 발생되는 상황이 발생되면, 추가적인 장비의 탑재나 새로운 기능을 구현한 것이 아니라 정찰용으로 사용되고 있는 영상카메라에 수집되는 영상을 기반으로 지상통제장비에서 사전에 설정된 기준점과 마지막 비행체 위치를 계산하여 비행체 위치를 갱신하여 위치오차를 최소화 하여 위험상황이 발생 시 위험지역에서 벗어나거나 이착륙 기지나 안전지역으로 비행체를 유도하도록 하는 방법을 제시 하였다. 시험방법은 이론 개념을 정리하여 지상시험을 통해 1차적인 안정성을 검증하였으며, 검증된 안정성을 기반으로 현재 개발된 전술 급 무인항공기에 적용하여 비행시험 실시하여 안정성과 신뢰성을 확보하였다. 시험의 신뢰성을 위해 12개의 수집영상의 기준점을 사용하였으며, 위치보정 시험 결과를 종합할 때 위치 오차는 비행안전성에 기대할 수준으로 분석이 되었다. 본 논문은 연구한 과제를 시험을 통해 일부해소 하였다는 것에 중심을 둔 것이 아니라 현재의 기술수준과 현실에 근거하여 항법체계와 GPS 사용에 제한요소가 발생하였을 때를 대비하기 위한 기술에 대한 내용을 연구하였다. 하지만 GPS 취약성에 대한 근본적인 해결책이 아니기 때문에 GPS 강건 성에 대한 기술력 확보가 절실히 요구되며 관련 기술에 대한 발전방안을 다음과 같이 제시하고자 한다. 첫째, 대응능력 향상으로서 GPS 신호교란 대응능력이 보완된 군용 GPS 개발 및 사용과 Anti-Jamming 기술이 적용된 무기체계를 도입하여 GPS의 신뢰성 확보가 필요하다. 둘째, GPS 공격 및 교란에 대한 대응체계 발전으로 GPS 공격에 대한 탐지 능력을 향상시켜 GPS 공격탐지 전용 장비를 개발하여 탐지범위를 확대하여 GPS 공격에 대한 초기대응 능력을 확보 하는 것이다. 마지막으로 GPS 공격탐지에 대한 대응 능력으로서 공세적 대응력 향상으로서, GPS 공격 및 교란 표적에 대한 공격이 가능한 유도무기의 개발이 함께 수반되어야 할 것이다. 또한 항법보정시스템 구축으로 GPS 신호 오차를 보정하여 신뢰성과 정밀도 향상이 필요하며, 현재 진행 중인 한국형 위성항법시스템 구축과 적용으로 GPS와는 별도로 독자적인 위성항법 시스템을 구축하는 것으로 GPS 신호교란을 포함한 장애 발생 시에도 안정이 확보되어야 하겠다.
무인항공기의 운용원리는 조종사가 탑승하지 않고 원격으로 운용되는 시스템으로 지상으로부터 데이터링크 통신을 통해서 전달받은 명령을 비행제어컴퓨터에서 비행체를 조종하며 비행을 수행한다. 이러한 시스템은 항법장비에 의해 판단된 비행속도와 고도, 위치, 비행방향을 결정하여 운용되고 있다. 그러므로 탑재된 GPS 장비는 무인항공기에 중요한 항법장비라 할 수 있다. 하지만 비행체에 탑재된 구성요소인 GPS 장비는 외부환경에 의한 신호간섭 및 기만 공격 시 무인항공기는 위치정보를 비롯한 항법정보의 오류가 발생하게 되어 무인항공기의 조종/통제 기능이 상실되거나 추락 등의 위험상황과 함께 손실에 이를 수 있다. 이러한 GPS 취약성에 노출된 부분을 보완하여 비행안전 확보를 위한 방안을 연구하였으며, 연구의 범위는 일반용 드론이 아닌 원거리 운용 개념의 전술 급 무인항공기를 중심으로 연구를 진행하였다. 최초 무인항공기의 시작은 군사 목적으로 개발이 진행되기 시작하였으나 현재는 상용화 되어 취미용, 산업용, 공업용, 농업용등 다양한 용도와 기능으로 개발되어 사용되고 있다. 특히 군사용으로는 탑재장비에 따라 정찰용, 전자전, 공격용, 전투용, 표적용등으로 사용되고 있다. 또한 운용방식과 성능에 따라 저고도, 중고도, 고고도 형태의 기능과 데이터링크를 통한 비행통제거리에 따라 근거리, 단거리, 장거리 형태로 성능으로 분류하여 운용되기도 한다. 무인항공기의 특성상 데이터링크 통신으로 운용되므로 조종사의 시야에서 벗어나기 시작하면 모든 비행정보는 비행체에서 수신되는 정보를 기반으로 운용하기 때문에 비행제어컴퓨터에는 필수적으로 비행기능이 설계되어 탑재되어 있다. 이는 비행의 안정성과 조종명령 체계에 비상상황이 발생되게 되면 지상통제장비에서 조종명령이 수신되진 않더라고 비행체 스스로 최초 이륙위치 또는 안전지역으로 설정된 지역으로 유도하여 착륙이나 낙하산 전개 등으로 비행회수 하는 방식을 탑재하여 위험상황에 대비하고 있다. 이러한 안전장치의 비행설계에도 항법장비에 대한 전파방해가 발생되면 무인항공기의 안전성은 제한적으로 운용되거나 치명적일 수 있다. 실제 GPS 전파방해 등으로 무인항공기는 물론 유인항공기, 선박, 자동차 및 각종 전자장비에 영향이 발생되어 피해사례가 국, 내외에 발생된 사례가 다수 보고되었다. 실제 2012년에는 GPS 교란에 의해 국내에서 시험 비행 중이던 무인항공기가 추락하여 사망사고가 발생하기도 하였다. 이러한 위험에 노출된 전술 급 무인항공기의 취약점인 GPS 장비고장이나 외부의 공격에 발생되는 상황이 발생되면, 추가적인 장비의 탑재나 새로운 기능을 구현한 것이 아니라 정찰용으로 사용되고 있는 영상카메라에 수집되는 영상을 기반으로 지상통제장비에서 사전에 설정된 기준점과 마지막 비행체 위치를 계산하여 비행체 위치를 갱신하여 위치오차를 최소화 하여 위험상황이 발생 시 위험지역에서 벗어나거나 이착륙 기지나 안전지역으로 비행체를 유도하도록 하는 방법을 제시 하였다. 시험방법은 이론 개념을 정리하여 지상시험을 통해 1차적인 안정성을 검증하였으며, 검증된 안정성을 기반으로 현재 개발된 전술 급 무인항공기에 적용하여 비행시험 실시하여 안정성과 신뢰성을 확보하였다. 시험의 신뢰성을 위해 12개의 수집영상의 기준점을 사용하였으며, 위치보정 시험 결과를 종합할 때 위치 오차는 비행안전성에 기대할 수준으로 분석이 되었다. 본 논문은 연구한 과제를 시험을 통해 일부해소 하였다는 것에 중심을 둔 것이 아니라 현재의 기술수준과 현실에 근거하여 항법체계와 GPS 사용에 제한요소가 발생하였을 때를 대비하기 위한 기술에 대한 내용을 연구하였다. 하지만 GPS 취약성에 대한 근본적인 해결책이 아니기 때문에 GPS 강건 성에 대한 기술력 확보가 절실히 요구되며 관련 기술에 대한 발전방안을 다음과 같이 제시하고자 한다. 첫째, 대응능력 향상으로서 GPS 신호교란 대응능력이 보완된 군용 GPS 개발 및 사용과 Anti-Jamming 기술이 적용된 무기체계를 도입하여 GPS의 신뢰성 확보가 필요하다. 둘째, GPS 공격 및 교란에 대한 대응체계 발전으로 GPS 공격에 대한 탐지 능력을 향상시켜 GPS 공격탐지 전용 장비를 개발하여 탐지범위를 확대하여 GPS 공격에 대한 초기대응 능력을 확보 하는 것이다. 마지막으로 GPS 공격탐지에 대한 대응 능력으로서 공세적 대응력 향상으로서, GPS 공격 및 교란 표적에 대한 공격이 가능한 유도무기의 개발이 함께 수반되어야 할 것이다. 또한 항법보정시스템 구축으로 GPS 신호 오차를 보정하여 신뢰성과 정밀도 향상이 필요하며, 현재 진행 중인 한국형 위성항법시스템 구축과 적용으로 GPS와는 별도로 독자적인 위성항법 시스템을 구축하는 것으로 GPS 신호교란을 포함한 장애 발생 시에도 안정이 확보되어야 하겠다.
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