비콘탑재 드론을 활용한 레이다 교정 및 원전계 시험체계 아키텍처에 관한 연구
A Study on the Architecture of a Radar Calibration and Far- Field Test System Using a Beacon-Equiped Drone
- 주제(키워드) 레이다 , RF , 비콘 , 드론탑재
- 주제(DDC) 620
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 김정욱
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 시스템공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000036228
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 연구는 기존 고정형 비콘 타워 기반 레이다 원전계（Far-Field） 시험체계의 구조적 한계를 분석하고, 이를 극복하기 위한 기동형 비콘 기반 이동형 시험체계 아키텍처를 제안하는 것을 목적으로 한다. 기존 시험체계는 고정된 위치에 설치된 비콘 타워를 기반으로 표적 모사 신호를 생성하는 구조로 안정적인 시험 환경 제공에는 장점이 있으나, 설치 및 운용 인프라 제약, 부지 확보 문제, 시험 환경 변경의 어려움 및 높은 구축 비용 등의 한계를 가진다. 또한 최근 레이다 체계는 다양한 운용 환경 기반의 성능 검증 요구와 병렬 개발 환경 증가에 따라 유연한 시험 환경 구성이 요구되고 있으나, 기존 고정형 구조는 이러한 요구를 효과적으로 수용하기 어렵다. 본 연구에서는 이러한 한계를 해결하기 위한 방안으로 드론 플랫폼에 비콘 시스템을 탑재한 기동형 시험체계를 제안하였다. 제안 체계는 기존 DRFM 기반 표적 모사 구조를 유지하면서 비콘 운용 플랫폼만 고정형 타워에서 이동형 드론으로 전환하는 구조적 접근을 적용하였다. 이를 통해 시험 위치, 거리, 고도 및 방위각 조건을 유연하게 변경할 수 있으며, 다양한 운용 시나리오 기반 시험 수행이 가능하도록 하였다. 제안된 시험체계는 비콘탑재 드론 시스템, 시험대상 레이다（RUT）, 지상통제 시스템（GCS）, 데이터 수집 및 분석 시스템으로 구성되며, 각 구성 요소 간 인터페이스를 통해 비행 제어, 표적 모사 신호 생성, 상태 모니터링 및 성능 분석 기능을 통합적으로 수행하도록 설계하였다. 또한 체계공학 기반 요구사항 분석과 아키텍처 중심 설계를 적용하여 요구–설계–검증의 일관된 프로세스를 기반으로 시험체계를 정의하였다. 기동형 플랫폼 적용에 따른 타당성 검토를 위해 위치 오차, 안테나 보어사이트 정렬 오차, 빔폭 기반 기하 안정성 및 RF 운용 측면 분석을 수행하였다. 분석 결과, 드론 위치 오차가 추적 정밀도에 미치는 영향은 제한적인 반면, 안테나 보어사이트 정렬 오차는 상대적으로 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 그러나 고정밀 짐벌 적용 시 목표 추적 정밀도인 1 mrad 수준 충족이 가능한 것으로 분석되었다. 또한 풍속 2.43 m/s 조건 기준 위치 오차는 평균 약 0.095 m 수준으로 나타났으며, 정렬 오차 역시 시험 운용 가능한 범위 내에 존재함을 확인하였다. 드론 플랫폼 적용 시 발생 가능한 본체 및 프로펠러의 전파 산란 영향에 대한 분석도 수행하였다. 분석 결과, 표적 모사 신호는 드론 본체 반사 신호 대비 우세하게 수신되는 것으로 나타났으며, 거리 축에서는 충분한 신호 우세 특성을 확보할 수 있음을 확인하였다. 다만 도플러 축에서는 드론 위치 변동 및 프로펠러 회전에 따른 일부 마이크로 도플러 성분이 존재하는 것으로 분석되었다. 또한 기존 고정형 시험체계 대비 증가한 이격거리에 따른 자유공간 손실 증가를 고려할 경우 추가 RF 증폭이 필요하나, 충분한 운용 마진 확보가 가능한 것으로 분석되었다. 연구 결과, 제안된 기동형 비콘 기반 시험체계는 기존 고정형 시험체계 대비 설치 및 운영 비용 절감, 시험 자원의 확장성 확보, 시험 구성의 유연성 향상 및 시험 일정 운용 효율성 측면에서 우수한 특성을 가지는 것으로 나타났다. 또한 원하는 거리, 고도 및 각도 조건에서 시험 구성이 가능하여 다양한 운용 환경 기반 시험 수행에 효과적으로 적용될 수 있음을 확인하였다. 결론적으로 본 연구는 기존 고정형 비콘 기반 원전계 시험체계의 구조적 한계를 체계공학적 관점에서 분석하고, 이를 극복하기 위한 기동형 비콘 기반 시험체계 아키텍처를 제시하였다. 또한 요구사항 분석 및 정량적 성능 검증을 통해 제안 체계의 기술적 타당성과 운용 가능성을 확인하였으며, 향후 이동형·분산형 레이다 시험체계로의 확장 가능성을 제시하였다.
more목차
제 1 장 서론 １
제 1 절 연구 배경 및 필요성 １
제 1 항 레이다 시험 평가의 중요성 １
제 2 항 고정형 비콘 기반 시험체계의 한계 ３
제 3항 기동형 시험체계 필요성 ３
제 2 절 연구 목적 및 범위 ６
제 1 항 연구 목표 ６
제 2 항 연구 범위 ７
제 3 항 연구 제한사항 ８
제 3 절 연구 방법 및 논문 구성 １１
제 1 항 연구 방법 １１
제 2 항 논문 구성 １２
제 2 장 기존 시험체계 및 관련 연구 분석 １４
제 1 절 레이다 원전계 시험체계 개요 １４
제 1 항 원전계(Far-Field) 시험 개념 １４
제 2 항 DRFM 기반 표적 모사 개념 １５
제 2 절 기존 고정형 비콘 시험체계 분석 １６
제 1 항 시스템 구성 １６
제 2 항 운용 절차 １７
제 3 항 구조적 한계 １８
제 3 절 관련 연구 및 기술동향 １９
제 1 항 이동형 시험체계 １９
제 2 항 드론 기반 계측 기술 １９
제 3 항 기존 연구와의 차별성 ２１
제 3 장 설계 고려사항 및 타당성 분석 ２３
제 1 절 제안 시험체계 개념 ２３
제 1 항 제안 시험체계 개념 ２４
제 2 항 운용개념(CONOPS) ２５
제 3 항 전체 시스템 아키텍처 ２７
제 4 항 지상통제 및 데이터 처리 구조 ２９
제 2 절 시스템 요구사항 분석 ３０
제 1 항 운용 요구사항 ３０
제 2 항 기능 요구사항 ３２
제 3 항 성능 요구사항 ３４
제 3 절 위치 및 자세 안정성 분석 ３５
제 1 항 풍속에 따른 위치 오차 분석 ３５
제 2 항 안테나 보어사이트 정렬 오차 분석 ３７
제 3 항 추적 정밀도 분석 ３8
제 4 절 드론 본체 산란 및 마이크로 도플러 분석 ４0
제 4 장 결론 ４５
참 고 문 헌 ４７
