[논문]해양레저 안전장비 개발

구자영; 임정빈; 이재응; 남택근; 정중식; 박성현; 양원재; 안영섭

문제 정의

M-RFID 안전장치는 2005년 10월 APEC 회담시 해양경찰의 선박식별용으로 이용하기 위하여 개발하였다. Fig.
본 논문에서는 지금까지 연구 개발한 상기 두 가지 안전장치 의 연구 내용과 실험 결과에 대해서 기술한다.
본 연구에서는 이러한 목적으로, 선박용 9GHz 대역의 X-Band 레이더 신호에 반응하는 1 마일(mik) 탐지거리의 레 이더 응답용 레저안전장치(이하, 레이더 안전장치)와, 해상무선 식별장치 (Marine Radio Frequency IDentification, M-RFID) 의 개념을 도입한 5마일 탐지거리의 위치추적용 레저안전장치(이 흐卜, M-RHD 안전장치) 등, 두 가지 장치를 제작하여 실험하였 다(임, 2005c).
이 논문에서는 개인의 조난위치와 조난사실을 관계기관에 속히 통보할 수 있는, 9GHz 일반 선박용 레이더 전파에 응답하는 안전장치(레이더 응답장치)와 해상 무선식별장치 기반의 900MHz M-RFID 안전장치 (M-RHD 안전장치)의 연구 개발 내용과 적용사례를 기술하였다. 연구결과를 요약하면 다음과 같다.

제안 방법

(1) 9GHz X-Band 레이더에 응답하고 독특한 도트신호를 임 의로 제어할 수 있는 레이더 응답장치의 설계기술을 확보하고, 시제품을 개발하였다.
(2) 900MHz 확산 스펙트럼 주파수 홉핑 방식의 100mW 송 수신기를 이용한 M-RFED 안전장치의 설계기술과 개발기술을 확보하였다.
(3) 레이더 응답장치에 대한 실험을 통하여 이 장치의 유용 성을 확인하였다.
2005년 10월 부산 '누리마루' 부근의 다대포, 수영만 일대의 해상에서 출입하는 모든 선박을 자동으로 검색하기 위하여 M-RFID 안전장치를 적용하였다. 함정에는 리더를 설치하고, 통항하는 선박(약 300여척으로 주정)에는 사전에 모두 태그를 장착시켰다.
M-RFID 안전장치는 위치를 측정하기 위한 GPS와 스프레 드 스펙트럼 주파수 흡핑(spread spectrum frequency hopping) 방식을 이용한 900MHz 송수신 장치 및 ID 식 별장치 등으로 구 성하였다. 본 연구에서는 미국 GPS Flight 사에서 판매하는 실험 모듈을 각각 구입하여 제작하였다.
레이더 안전장비는 해상용 레이더 트랜스폰더 (Radar Transponder, RT)와 수색구조 트랜스폰더 (Search And Radar Transponder, SART) 에 적용되는 기술을 참고하여 9GHz대역 의 X-Band용으로 개발하였다(GMDSS Handbook, 1995; 김, 1996).
응답센서는 Fig. 2의 레이더 모니터(RRaK Monitor) 화면에 나타낸 바와 같이 응답센서의 위치 (Target으로 표시) 방향으로 센서식별용 코드(ID Code로 표시)가 나타나도록 설계하였다. 이러한 ID Code는 레이더 모니터에 독특한 도트(dot) 부호를 표시하여 다수 센서의 ID를 식별하기 위한 것이다.
7은 제작한 M-RFED 안전장치의 태그와 리더를 나타낸다. 태그에 장착한 GPS 안테나는 시제품 제작시 케이스 상단에 부착하여 인공위성 전파를 원활히 수신하도록 설계하였고, 안 테나는 1/2파장 다이폴(dipole) 2dB 안테나를 채용하였다. 개발 한 태그의 치수는 가로 5cm), 세로 7cm), 두께 3cm로서 신용카 드 크기이다.
8은 해양경 찰의 함정을 이용한 실험 장면이다. 함정 두 척을 이용하여 한 척에는 태그를 장착하고, 다른 한 척은 리더를 장착하였고, 태 그의 안테나 높이는 수면으로부터 3미터, 리더의 안테나 높이는 수면으로부터 4미터 높이에 설치하였다. 실험당시 해상에는 파 고 2미터 이상의 높은 파도가 형성되어 함정의.

대상 데이터

10. Test results for M-RFID safety device (shown Busan port area only).
태그에 장착한 GPS 안테나는 시제품 제작시 케이스 상단에 부착하여 인공위성 전파를 원활히 수신하도록 설계하였고, 안 테나는 1/2파장 다이폴(dipole) 2dB 안테나를 채용하였다. 개발 한 태그의 치수는 가로 5cm), 세로 7cm), 두께 3cm로서 신용카 드 크기이다. 그리고 태그는 6V 카메라 배터리 한 개로 24시간 정도 사용할 수 있도록 100mW로 출력을 제한하였다.
함정에는 리더를 설치하고, 통항하는 선박(약 300여척으로 주정)에는 사전에 모두 태그를 장착시켰다. 그리고 함정에서 수신한 모든 선박정보(위치와 ID) 는 부산 BEXCO 건물에 설치한 해양경찰 상황감시본부로 CDMA를 이용하여 전송하였다.
M-RFID 안전장치는 위치를 측정하기 위한 GPS와 스프레 드 스펙트럼 주파수 흡핑(spread spectrum frequency hopping) 방식을 이용한 900MHz 송수신 장치 및 ID 식 별장치 등으로 구 성하였다. 본 연구에서는 미국 GPS Flight 사에서 판매하는 실험 모듈을 각각 구입하여 제작하였다. 이 장치는 주파수 홉핑 방식을 채용하고 7개의 채널 할당 기능이 있기 때문에 이론상 수 삽 만개의 센서를 식별할 수 있다(GPS Flight, 2006; 구 등, 2005; 임 등, 2005e).
5는 레이더 응답센서의 레이더 신호 응답결과를 모니터 에 나타낸 실험결과이다. 실험을 위하여 6층 건물 옥상에 5kW 급 소형 레이더를 설치하고, 레이더로부터 약 0.3마일 정도 떨 어진 목포해대 실습선 '새누리호'의 마스트에 레이더 응답센서 를 설치하였다. 실험 당시 레이더의 레인지는 0.
우선, 9GHz 대역의 레이더 안전장치는 개인이 휴대하는 소 형 레이더 웅답센서와 선박에 설치된 레이더 등으로 구성된다. 따라서 해양경찰과 해군 함정, 상선, 어선 등에 이미 설치된 레 이더를 그대로 활용하여 수색구조 활동을 할 수 있는 장점이 있다.
헬 리컬 타입의 안테나(Antenna), 9GHz 발진기 (Oscillator), 제어 부분(Control Part), 배터리(Battay) 등을 나타냈다. 헤리컬 안 테나와 9GHz 발진기는 국내에서 저가로 제작하는 것이 곤란하여 일본 EXA Technology(EXA Technology, 2006)사의 도움으 로 샘플을 입수하여 사용하였다.

성능/효과

(4) M-RFID 안전장치를 부산 APEC 행사 때 선박식별용으 로 적용하여 그 유용성을 확인하였다.
근거 리에서 실험한 결과 주위 산과 건물 등이 만드는 영상 때문에 신호가 뚜렷하게 보이지 않고 있으나, 응답센서가 생성하는 응 답신호는 확인할 수 있다. 따라서 일단 본 연구에서 설계하고 제작한 레이더 응답센서의 유용성을 확인할 수 있다.
실험결과, 100mW 출력의 M-RHD 안전장비는 6마일까지 탐지되었다. 100mW 900MHz 송수신기의 경우 안테나 높이가 3~4미터에서는 7마일 이상까지 탐지 가능한 것으로 계산되었는 더K임 등, Z)05e), 이날 해상상태가 열악하여 안테나가 심하게 흔들려서 이론상 탐지거리보다 작은 결과를 나타낸 것으로 고 려 된다.
한편, 레이더 응답장치의 경우에는 응답신호의 강도가 약하고 많은 간섭과 잡음을 발생시키는 문제점을 나타냈고, M-RFED 안전장치의 경우에는 GPS를 사용함으로서 시스템 구 성이 복잡해지는 단점을 나타냈다.

후속연구

그리고, 본 회로 제작에는 일반 디지털 신호처리에 사용되는 저가의 일반 IC와 부품을 조합하여 사용하였는데, 그 결과 9GHz 대역의 고주파 신호를 충실히 재생하지 못하고 있는 것으로 고려된다. 향후 9GHz 특성에 적합한 소자를 구입하여 다시 회로를 제작할 예정이다.
한편, 이러한 해양레저 관련 산업은 고부가 가치 복합 산업으로서 외화가득률이 타 산업과 비교하여 대단 히 높고, 고용효과가 높아 소득증대를 유발하고, 소득의 상당부 분이 가계소비지출을 통해 지역산업에 파급되어 최종적으로는 지역발전에 긍정적 효과를 미친다. 이러한 해양레저 산업의 수 요는 향후 기하급수적으로 증가할 것으로 예상되며 이에 따라 해양레저 관련 안전사고 역시 증가할 것으로 보여 진다. 1992년 부터 2001년까지 경찰청 통계에 의한 해양레저 행위시의 익사 사고 발생추세를 보면, 아직까지 후진국 수준을 면치 못하고 있는 실정이다(임, 2005b).
그리고, 본 회로 제작에는 일반 디지털 신호처리에 사용되는 저가의 일반 IC와 부품을 조합하여 사용하였는데, 그 결과 9GHz 대역의 고주파 신호를 충실히 재생하지 못하고 있는 것으로 고려된다. 향후 9GHz 특성에 적합한 소자를 구입하여 다시 회로를 제작할 예정이다.
향후, 연구를 지속하여 이러한 문제점을 해결함으로서 일반 인들이 쉽게 구입할 수 있는 저가, 소형, 저전력 안전장치를 상 용화할 계획이다.

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