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과제기본정보

다중경로 오차 30% 저감 SFOL 펄스 기반 차세대 DME 사업화3년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술사업화지원 과제번호 22TBIP-C155921-03
국가과학표준분류 1순위 화학공정 | 촉매제조 기술 | None 적용분야 교통/정보통신/기타 기반시설
2순위 None | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 다중경로 오차 30% 저감 SFOL 펄스 기반 차세대 DME 사업화
주관연구기관 (주)모피언스
총괄연구 책임자 성명 이광원
소속 (주)모피언스 직위 상무이사
전화번호 02-3433-8388 FAX 02-421-8388
총 연구기간 2020-04-27 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2022-01-01 ~ 2022-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
3차년도 400,000,000 30,000,000 240,000,000 270,000,000 670,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 거리측정시설(DME)은 항공기에 탑재된 질문기(Interrogator)가 송신한 질문 펄스(Pulse) 에 대하여 지상에 설치된 거리측정시설(DME) 의 응답기(Transponder)로부터 응답 펄스 (Pulse) 가 도달하는 전파 지연 시간을 측정한 후 항공기와 해당 거리측정시설(DME) 기지국과의 경사 거리(Slant Range)를 측정하는 시설이다. DME 펄스는 ICAO(International Civil Aviation Organization)에서 허용하는 상승시간, 폭, 하강시간 등의 펄스 형태 요구조건과 파워 스펙트럼 분포를 만족시켜야 하며 대부분의 DME 제조사에서는 정규 또는 가우시안(Gaussian) 분포 형태의 펄스를 채택하고 있다. 가우시안(Gaussian) 펄스는 주변 DME 장비에 대한 주파수 간섭이 작은 특성이 있지만 완만한 펄스 상승시간으로 인해 잡음과 다중반사파의 영향을 많이 받아 거리측정 정확도가 매우 낮으며 현재 성능이 우수한 지상 장비는 약 100m정도의 오차를 제공하고 있다.
2017년 10월 미국연방항공청은 위성항법시스템 불용상황에 대비한 대체항법시스템으로 DME를 채택하였고 미국 본토 전역에 (Contiguous United States) DME/DME 서비스 공급을 위한 지상 응답기를 보강중에 있다. 현재 미국연방항공청이 보강중인 DME 는 가우시안 펄스 기반 의 지상 응답기로 이러한 DME는 APNT 연구 초기에 고려한 대체항법 성능 기준을 만족하지 못하지만 1300 여개의 기존 DME를 활용할 수 있는 경제적 이유로 채택되었다. 반면 SFOL 펄스의 거리측정 정확도는 미국 연방항공청의 APNT 거리측정 정확도 규정을 만족시키어 SFOL 기반 DME 제품 개발과 거리측정 정확도의 실증은 향후 미국 및 전세계에서 기존 가우시안 DME를 대체할 차세대 DME로 활용될 수 있으며 지상 응답기 뿐만 아니라 SFOL 펄스 기반 항공전자장비 개발로 이어질 수 있어 새로운 DME 시장을 개척할 수 있다. SFOL 펄스 기반 DME는 향상된 거리측정 정확도와 DME/DME 항법의 위치측정 정확도는 성능면에서 아래의 장점을 가질 수 있다.
1. 가우시안 DME의 거리측정 정확도 한계로 인해 En-route 공역에 제한된 DME/DME 항법을 공항 주변까지 확대할 수 있다
2. DME/DME 항법시 항공기 사이의 안전거리를 줄여 보다 효율적인 항공교통흐름을 지원할수 있어 ICAO ASBU (Aviation System Block Upgrades) 의 요구사항을 만족시킬 수 있다
3. 지상 DME 응답기 기지국 개수를 줄여 보다 효율적인 DME 네트워크 운영이 가능해 진다
4. 악의적 위성항법시스템 재밍에 대비한 대체항법 성능을 제공한다.
최종목표 최종 성과물의 SFOL 기반 DME 지상응답기는
- 가우시안 펄스와 SFOL 펄스를 모두 송출하고
- ICAO DME 규정을 준수하는 상용화 제품으로
- 기존 가우시안 펄스 보다 다중반사파 환경에서 거리측정 정확도 오차를 30% 저감한다. 최종 성과물의 성공적인 사업화 노력으로 ？ 미국 연방항공청 관계자에게 제품 및 성능을 소개하고
- 국제 학술대회 및 국제 전시회 WATMC에서도 DME 장비의 적극 홍보를 진행하며
- 또한 SFOL 펄스 기반 차세대 DME의 ICAO 국제표준 지정을 위한 홍보와 국토교통부의 지원과 협력 여건을 조성한다. ICAO 국제표준 지정은 오랜 시간이 소요될 수 있으므로 단기간의 사업화를 위해서 기존 DME와의 호환성과 거리측정 성능 정확도 개선의 장점 및 향후 국제표준 가능성 측면을 적극 홍보한다.
- 또한, 비즈니스모델 수립과 마케팅 전략 수립을 통하여 단·장기적 계획을 수립함으로써 성공적인 사업화를 추진한다.
연구내용 및 범위 ● 출력신호 실시간 피드백이 가능한 출력 증폭기 설계

- 현재 DME 시스템에서 출력부분에 사용하고 있는 MMIC 증폭기 및 AB급으로 동작하는 MOSFET은 비선형 특성을 가지고 있어 입력받은 펄스의 모양이 왜곡이 발생한다는 특징이 있다.
- 펄스의 모양과 형태에 상관없이 출력에 왜곡이 발생하기 때문에, SFOL 펄스를 적용하기 위해서는 피드백 회로를 통하여 출력파형을 분석하여 왜곡의 정도를 확인하여하기 때문에 출력신호 실시간 피드백이 가능한 출력 증폭기가 필요하다. 실시간 피드백이 가능한 출력 중폭기는 출력신호를 실시간으로 피드백하기 위한 실시간 피드백 회로와 피드백된 신호를 분석하기 위한 신호처리부로 나누어 진다.

● 응답 펄스 생성기 특성 분석 및 모델링
- 모피언스 DME 응답기 펄스 생성기의 하드웨어 특성 및 펄스 형태 피드백 제어 로직을 조사 및 분석하여 모피언스 제품에 대한 기초 이해도를 높인다.
-> 모피언스 펄스 생성기에 SFOL 펄스를 주입하고 생성되는 펄스형태의 왜곡 현상 및 특성을 조사한다. 일반적으로 펄스 왜곡의 정도는 시간에 따라 달라질 수 있으므로 수 시간에 걸친 왜곡된 펄스 형태를 수집하여 통계적인 왜곡 모델을 산출한다
-> 왜곡된 펄스 형태 수집을 위한 실험방안을 작성하고 모피언스 엔지니어와 함께 실험을 진행한다.
-> SFOL 펄스 형태와 펄스 재생부의 왜곡 형태를 재현하는 Matlab 기반 시물레이션 환경을 구축한다.

● SFOL 펄스 송출 기능을 포함하는 DME 시스템 상세설계
- 가우시안 펄스와 SFOL 펄스를 송출할 수 있는 DME 송수신기 상세 설계
-> 1차년도 연구목표인 출력신호 실시간 피드백이 가능한 출력 증폭기 개발 및 가우시안 펄스와 SFOL 펄스를 송출할 수 있는 DME 송수신기 설계를 바탕으로 송수신기의 상세설계를 진행한다.
-> 송수신기는 기능과 유지보수의 편의성을 위하여 다수의 유닛과 모듈로 구성한다.

● 응답 펄스 생성기 특성 모델 반영을 위한 유전자 알고리즘 개발
- 펄스 생성기의 펄스 왜곡을 줄이기 위해 펄스 생성기 특성을 반영한 유전자 알고리즘, spline 기법을 사용한 펄스 형태의 부분 변경과 증폭기 pre-distortioner 필터등의 기법을 다각적으로 고려하며 가장 적합한 방식을 택할 것이다. 특히 펄스 생성기 특성을 반영한 유전자 알고리즘 응용 기법은 기 SFOL 펄스 형태 개발을 위해 사용되었던 유전자 알고리즘의 신호처리, 필터, 및 적합도 함수 (fitness function) 변경작업을 통해 이루어 질 것이다. 유전자 알고리즘 개발과정 프로세스와 적합도 함수 처리 과정은 아래와 같다.

● 출력신호 실시간 피드백이 가능한 출력 증폭기 제작 및 성능시험
- 출력신호 실시간 피드백이 가능한 출력 증폭기 성능시험

● 테스트 베드 구축
- 성능 테스트를 위한 테스트 베드 구축
-> 성능 테스트를 위한 테스트 베드를 구축하고 성능 시험 예정

● 테스트베드를 이용한 펄스 적합도 검증
-> 부분 변경된 SFOL 펄스를 테스트베드의 펄스 생성부에 주입하여 송출되는 펄스 형태의 적합도를 검증한다.

● 시제품 제작
- DME 시스템 기능 시험을 위한 1차 시제품 제작
-> DME 시스템의 모든 구성요소를 포함하는 1차 시제품을 제작한다.
-> 1차 시제품을 바탕으로 DME 시스템의 기능 시험을 수행하며. 기능 시험의 예상 항목은 다음과 같다.

● 생산 절차 수립 및 사업화 준비
- 사업화를 위한 인증 실시
-> DME 시스템 판매시 주요 고객들이 요청하는 CE 인증을 실시한다.
-> CE인증은 제3자 (인증기관)중 하나가 제품관련 내구성 및 신뢰성에 대한 적합성평가를 수행한다는 것을 의미한다.

● 미국연방항공청 (FAA) 및 국제 민간항공기구에 연구현황 홍보
- 미국 현지 컨설턴트와의 (Advanced Aviation Consulting, Inc) 협력을 통해 미국연방항공청 본부 항법시설 관계자들과의 연구결과를 공유하며 SFOL 펄스 기반 DME를 홍보한다
- FAA 주관 학술대회에 참여하여 연구결과를 발표하고 국제 민간항공기구의 관계자들에게 SFOL 펄스 기반 DME를 홍보한다
- 국내 학술대회 및 국토교통부 항행관계자에게 연구결과를 발표하여 SFOL 펄스 DME의 ICAO 표준화 지원과 국내 구매를 위한 홍보를 지원한다.
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
3차년도 - 출력신호 실시간 피드백이 가능한 출력 증폭기 개발
- SFOL 펄스 송출 기능을 포함하는 DME 시스템 설계
- 유전자 변형 알고리즘을 이용한 응답 펄스 생성기 개발 		o 실시간 피드백 회로 설계
- 피드백 회로 개발 요구도 설정
- 피드백 회로 HW 상세 설계
- 피드백 회로 인터페이스 설계
- 피드백 기능/성능 평가 요구도 설정

o 출력 신호 분석을 위한 신호처리부 설계
- 신호처리부 개발 요구도 설정
- 신호처리부 HW 상세 설계
- 신호처리부 SW 상세 설계
- 신호처리부 인터페이스 설계
- 신호처리부 기능/성능 평가 요구도 설정
o 가우시안 펄스와 SFOL 펄스를 송출할 수 있는 DME 송수신기 설계
- 송수신기 개발요구도 설정
- 송수신기 HW 기능도 설계
- 송수신기 인터페이스 설계
- 송수신기 기능/성능 평가 요구도 설정

o DME 시스템 설계
- 모니터, 제어감시, 전원 인터페이스 설계
- SFOL 펄스 송출 기능을 포함하는 DME 시스템 평가 요구도 설정

o 응답 펄스 생성기 특성 분석
- 현 모피언스 펄스 생성기 하드웨어 및 소프트
웨어 이해를 위한 기초연구
- 펄스 생성기의 SFOL 펄스 형태 왜곡 현상 분
석 및 데이터 수집

o 응답 펄스 생성기 특성 모델링
- 현 모피언스 펄스 생성기의 펄스형태 왜곡 특
성의 선형 또는 비선형 모델 구축
- 펄스형태 왜곡을 재현하는 Matlab 기반 시물
레이션 환경 구축
연구성과 기술적 기대성과 - SFOL 펄스 기반 DME 시스템은 현재 시장에 존재하는 DME 시스템에 비해 30%나 낮은 거리정확도 오차를 가짐으로 인하여 기술적으로 우수한 능력를 선전 할 수 있고, 시장 선점의 효과를 가지게 될 것으로 예상 됨.
- 대부분의 후발 사업자들이 가장 우수한 기술을 목표로 기술 개발을 진행하는 경향에 있어서, 해당 기술을 후발 사업자들이 목표기술로 채택함으로 인하여 DME 분야의 표준으로 제정될 가능성이 높아 질 수 있음.
사회 경제적 파급효과 - 현재 항행안전장비 시장의 상황을 보면, 높은 기술력과 안정성을 가진 업체가 시장의 과반 이상을 차지하고 있음
- SFOL 펄스 기반의 DME 시스템은 현 시장에서 존재하는 장비의 기술력을 상회하는 성능 낼 것으로 판단되는 바, 이는 시장점유율 확대 및 수출 실적 향상 등의 효과를 낼 수 있을 것으로 사료 됨
- 현재 세계시장에서의 DME를 비롯한 항행안전시설의 한국기업의 시장 점유율은 미약한 수준임
- 차세대 DME 제품 개발과 시장 개척을 위한 미국연방청 및 해외 민간항공청에 SFOL 펄스 기반 DME 시스템을 소개를 통하여, SFOL 펄스 기반의 DME가 표준으로 제정 된다면 항행안전시설 기술 선진국으로서 대한민국의 국가 이미지 제고에 상당항 기여를 할 수 있을 것으로 예상 됨
활용방안 SFOL 펄스의 거리측정 정확도는 미국 연방항공청의 APNT 거리측정 정확도 규정을 만족시키어 SFOL 기반 DME 제품 개발과 거리측정 정확도의 실증은 향후 미국 및 전세계에서 기존 가우시안 DME를 대체할 차세대 DME로 활용될 수 있으며 지상 응답기 뿐만 아니라 SFOL 펄스 기반 항공전자장비 개발로 이어질 수 있어 새로운 DME 시장을 개척할수 있을것으로 예상 됨
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 거리측정장치 차세대 항행안전시설 지상응답기 - -
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