[논문]드론을 이용한 항행안전시설 점검체계 개발

이영길; 주효근; 권달원; 박성훈

doi:10.12985/ksaa.2018.26.4.110

드론을 이용한 항행안전시설 점검체계 개발
Development of Inspection System for NAVAID Using Drone 원문보기

한국항공운항학회지 = Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics, v.26 no.4, 2018년, pp.110 - 115

이영길 (한국공항공사 항행시설실) , 주효근 (한국공항공사 건설사업실) , 권달원 (국공항공사 공항시설실) , 박성훈 (한국공항공사 공항시설실)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper introduces Korea Airport Corporation's own research and development contents and plans for navigation aids check using drone which is actively research and developed mainly in advanced countries. The hardware, algorithm, operating program of the drone system, the drone flight trajectory setting, and real-time measurement results were analyzed and verified. By securing domestic technology for the latest technology utilizing drone, we plan to promote more thorough aviation safety and advanced technology in related field and commercialized it in domestic and overseas.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig 1. Typical ground inspection method for NAVAID
그림 Fig 2. Development exampe of overseasdrone inspection system
그림 Fig 3. Radio receiver for drones
그림 Fig 4. ILS signal processing block diagram
표 Table 1. R&D Direction by company
그림 Fig 5. Ground base station display screen
그림 Fig 6. Automatic drone flight path generation S/W and operational concepts
그림 Fig 7. Performance test of a radio receiver
그림 Fig 8. Orbit flight and measurement results
그림 Fig 9. Approach flight and measurement results
그림 Fig 10. Navy tower near the VOR site
그림 Fig 11. Orbit flight check 3 times and measurement results
그림 Fig 12. Configuration of the drone system
표 Table 2. Technical Level

AI 본문요약
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문제 정의

기존 항행안전시설 점검방법인 지상점검에서 항공기입장에서의 공간적 정밀성을 확보한 드론점검방법을 개발함으로써, 항행안전시설 유지보수의 패러다임 혁신을 구축하였다. 최신 항공분야 드론점검기술에 대해 한국공항공사의 적극적인 연구개발로 조기 상용화 추진 및 관련 해외기술을 선도하고자 한다.

제안 방법

표지소 VOR의 경우 국토교통부 비행점검기에 의한 점검 前, 드론 점검을 정례화하였다. 기존 항행안전시설 점검방법인 지상점검에서 항공기입장에서의 공간적 정밀성을 확보한 드론점검방법을 개발함으로써, 항행안전시설 유지보수의 패러다임 혁신을 구축하였다. 최신 항공분야 드론점검기술에 대해 한국공항공사의 적극적인 연구개발로 조기 상용화 추진 및 관련 해외기술을 선도하고자 한다.
항행신호 전파수신기는 드론탑재가 가능해야함으로 무게는 1kg 이하, 크기는 20cm 이하로 제한하여 개발하였다. 따라서 전통적인 heterodyne 방식 대신 상용의 SDR(software defined radio)을 기반으로 LNA, 필터 등을 적용하여 개발하였다.[6] 그림 3은 개발된 전파수신기의 구성도이다.
한국공항공사(KAC)의 드론점검시스템 플랫폼은 공항내 운용되는 드론의 안전성 및 운용리스크를 고려하여, RTK(Real-Time Kinematic)기반의 정밀 위치성능을 보유한 소형급 상용 드론으로 선정하였고, 소형급 드론에 탑재가 가능한 초소형, 초경량 수신기 자체개발, 수신기와 지상 기지국간의 Lora, WiFi 무선통신을 포함한 시스템통합, 지상기지국에서의 드론운용 소프트웨어 개발을 수행하였다.
항행신호 전파수신기는 드론탑재가 가능해야함으로 무게는 1kg 이하, 크기는 20cm 이하로 제한하여 개발하였다. 따라서 전통적인 heterodyne 방식 대신 상용의 SDR(software defined radio)을 기반으로 LNA, 필터 등을 적용하여 개발하였다.
해군철탑에 대한 영향을 정밀 측정하기 위해, 드론 orbit(반경 300m, 고도 30m) 점검을 3회 실시하였다. 다음 그림은 VOR 신호 항목별 드론시스템 측정결과이다.

성능/효과

다음 그림은 VOR 신호 항목별 드론시스템 측정결과이다. 3회 orbit 측정에서 방위각 신호와 AM 30Hz 변조도, FM Index는 흔들림이 거의 없으나, 수신전력과 AM 9960Hz 변조도 성분은 해군철탑이 있는 250도 방향에서 신호 흔들림이 측정되었다. 해군철탑에 의한 항행안전시설전파신호 성능저하가 일부 측정되었으나, 허용치 이내였으며 국토교통부 점검기에 의한 특별점검에서도 해당 시설은 합격판정을 받았다.
그림 8은 안양표지소 VOR에 대한 드론 Orbit 자동비행 경로 및 실시간 측정결과를 그래프로 현시한 것이다. VOR의sideband 송신전력을 2.3w(기존)와, 2.4w일 때의 신호변화를 측정한 것으로, AM 9960Hz 변조도 만 약 0.5% 상승함을 확인하였다.
개발된 전파수신기 검증을 위해, 그림 7과 같이 전자파무반사실에서 방위각 제공시설인 TACAN 을 360도 회전하면서 고가의 검증된 계측기와 드론탑재용 전파수신기를 동시에 측정하였고, 측정결과 고가의 정밀계측기와 동일한 결과(방위각 최대 오차 0.7도)를 얻었다. 또한, 김포공항 활주로에서 계기착륙시설(ILS) 신호측정에 대한 검증작업을 수행하였으며 기존 정밀계측기 대비 동일한 성능(DDM 최대오차 0.
7도)를 얻었다. 또한, 김포공항 활주로에서 계기착륙시설(ILS) 신호측정에 대한 검증작업을 수행하였으며 기존 정밀계측기 대비 동일한 성능(DDM 최대오차 0.0002)을 확인하였다.

후속연구

2018년말까지 기 구축된 수도권(충청·강원권 포함)을 제외한 권역별(부산, 전라, 제주) 현장에 드론시스템을 보급할 계획이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	항행안전시설에 대한 점검은 얼마나 자주 하는가?	항행안전시설은 계기착륙시설, 레이더, 관제통신시설, 항공등화 등 항공기가 이륙하고 착륙할 때까지 항공기의 안전운항에 필수적인 중요시설이다. 이러한 시설에 대한 점검은 유지보수 인력에 의한 일일/주간/월간 지상점검과 약 1년에 1회 실시하는 국토교통부 점검용 항공기에 의한 비행점검이 있다. 그림 1은 지상점검 방법을 나타낸 것으로 활주로에서 마스트를 이용한 점검, 주변 건물 옥상 또는 인근 산 정상에서 계측기를 이용한 신호점검 방법을 나타낸 것이다.
	국토교통부 비행점검기 결과와 지상점검 결과의 불일치가 발생하는 경우의 원인은 무엇인가?	항공기보다 낮은 지상에서의 점검은 항공기가 운항하는 전체 상공의 전파신호 정상유무를 판단하는데 원천적 한계를 갖고 있다. 이는 국토교통부 비행점검기 결과와 지상점검 결과의 불일치가 발생하는 경우의 원인이 된다.
	항행안전시설은 무엇인가?	항행안전시설은 계기착륙시설, 레이더, 관제통신시설, 항공등화 등 항공기가 이륙하고 착륙할 때까지 항공기의 안전운항에 필수적인 중요시설이다. 이러한 시설에 대한 점검은 유지보수 인력에 의한 일일/주간/월간 지상점검과 약 1년에 1회 실시하는 국토교통부 점검용 항공기에 의한 비행점검이 있다.

참고문헌 (6)

Yanbo Zhu, Xiaofeng Shi, Kai Kang, "UAV-Based Flight Inspection System", International Flight Inspection Symposium, California, 2018.
Mathieu M, Philippe L., "Drone Support for Flight Inspection", International Flight Inspection Symposium, California, 2018.
Demule H, Theissen K., "Using UAV Multicopters as an Extension of ILS Ground Measurements: This Innovative Idea has Already Become Reality in Switzerland!", International Flight Inspection Symposium, California, 2018.
Bredemeyer J, Shcrader T., "Signal-in- space Measurements using Microcopters", International Flight Inspection Symposium, Serbia, 2016.
Shcrader T, Bredemeyer J, Mihalachi M, Rohde J, Thomas K. O., "Concept and design of a UAS-based platform for measurements of RF signal-in-space", Advances in Radio Science, 14, 1-9,, 2016

상세보기
Chanan L, Khitawut P, Kittipol H., "An implementation of portable ILS Localizer signal receiver using SDR", International Symposium on Communications and Information Technologies, Incheon, 2014.

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