미상 레이더 위치 식별을 위한 다중 UAV 선정 및 이동 기법
Multiple UAV selection and movement scheme for unknown radar location identification
- 주제(키워드) DOP , TDOA , UAV , Location Estimation , Relay
- 주제(DDC) 355
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 임재성
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 국방디지털융합학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000032453
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
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.
more초록/요약
UAV (Unmanned Aerial Vehicle) is being widely used in various fields of modern society due to the development of wireless communication and navigation technology, and the utility of swarm and multi-UAV performing missions in the defense field is also gradually expanding. In the modern battlefield, UAVs are deployed not only for surveillance, reconnaissance, and information collection, but also for major wartime and peacetime missions such as transportation, supply, electronic warfare, and strike, contributing greatly to the reinforcement of military power. In particular, as a signal receiving node, the UAV detects an unknown radar signal in the air and relays it to the ground to estimate the location of the source, enabling an agile and appropriate response to the signal source and effectively performing location identification. As a result, it can be expected to improve the efficiency and survivability of the tactical network by reducing the need for high-value assets, manpower and support currently in operation on the battlefield. For unknown radar signals, it is possible to measure the arrival time difference between received signals using multiple UAVs as signal receiving nodes, and to estimate the location of a signal source based on TDOA(Time Difference Of Arrival). At this time, in the process of estimating the position of the unknown radar, the pulse departure time of the unknown radar is different, so that each UAV receives the emitted pulses at different times depending on the position. For TDOA-based location identification, the time difference must be derived from the TOA (Time Of Arrival) received by each node. In addition, TDOA-based location estimation accuracy decreases due to DOP (Dilution Of Precision), which is a geometric error that occurs depending on the location of the UAV that has received the signal. In order to improve signal source localization accuracy, it is necessary to select a node with a reduced geometric error in a swarm UAVoperation environment or move the UAV to a location where the error decreases in a multi-UAV operation environment to receive a signal. To this end, an algorithm that can improve the signal source localization accuracy by selecting a node with the minimum geometric error based on the signal source estimation position in a three-dimensional environment through an efficient method and moving the UAV to the optimal position is required. In this thesis, the time difference of the signals received by each UAV is derived for the location identification of the unknown radar and the location of the TDOA-based signal source is estimated. Then, we propose a method for improving the TDOA-based positioning accuracy through two algorithms: an algorithm that selects an optimal receiving node among swarm UAVs in consideration of DOP, and an algorithm that receives signals by moving multiple UAVs to an optimal location. Through this, it was confirmed that the location estimation accuracy of the unknown radar was improved by selecting a node that can minimize the geometric error in a given environment or moving it to an optimal location, and the performance was verified through simulation. Keywords: DOP, TDOA, UAV, Location Estimation, Rela
more목차
제1장 서론 1
제2장 관련연구 5
제1절 TDOA(Time Difference Of Arrival) 5
제2절 DOP(Dilution Of Precision) 8
제3절 수신 노드 배치 알고리즘 11
제3장 다중 UAV 선정 및 이동 기법 17
제1절 가정사항 및 Time Difference 도출 17
제2절 군집 UAV 운용 환경에서 수신 노드 선정 기법 19
제3절 다중 UAV 운용 환경에서 최적 위치 선정 기법 24
제4장 성능평가 29
제1절 군집 UAV 운용 환경에서 수신 노드 선정 기법 29
제2절 다중 UAV 운용 환경에서 최적 위치 선정 기법 35
제5장 결론 42
참고문헌 44
Abstract 47
