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드론에 ADS-B out 장착하고 실험하기

본 포스터로 많은 분들이 드론에 ADS-B out을 장착하는데 도움이 되시길 바랍니다.


목차

  1. 개요

  2. 준비물

  3. 민원 경과

  4. 실험 결과


1.개요

ADS-B out이란,

대부분의 항공기(군용, 소형 제외)는 자신의 위치를 주변에 방송하는 설비를 가지고 있습니다. 이를 ADS-B out이라 하며, 미국(978MHz)과 유럽(1,090MHz)은 다른 규격을 가지고 있는데,

한국은 유럽 규격을 차용하여, 법률로써 정의 하였기에 유럽 규격으로 알려드립니다.


원래 공항에는 항공기를 식별하기 위한 SSR(2차 감시레이더)를 가지고 있습니다.

2차 감시레이더는 항공기에 질문(질문기)을 하고, 항공기는 이에 응답(응답기)을 하도록 되어있는데, 공항에 있는 질문하는 장비를 SSR, 항공기에서 응답하는 녀석을 트랜스폰더라고 하고,이 트랜스폰더는 질문에 응답하는 수준에 따라 모드 A/C/S가 있습니다.

Fig 1. Compatibility of SSR Mode A/C and Mode S(DEVELOPMENT OF AN ALGORITHM FOR CORRELATION OF AIRCRAFT POSITIONING DATA FROM RADAR AND ADS-B SENSORS, 2019)


ADS-B란, 모드 S의 신호에 Extended Squitter라는 추가된 기능을 뜻하고, 이를 1090ES라고 합니다. 즉 1090ES라고 붙은 트랜스폰더는 유럽 규격에 입각한 ADS-B 신호를 보낸다고 이해하시면 됩니다.


Extended Squitter에 대한 패킷을 살펴보면 아래와 같은 그림을 볼 수 있습니다.

Fig2. Format of Squitter and Extended Squitter messages(Limits and Future GNSS Solutions for Aircraft Landing in low Visibility Conditions, 2013)


말 그대로 Squitter(공중에 떠도는 항공데이터 또는 펄스 전자파)에 메세지를 추가한 것이 Extended Squitter입니다.


여기서 중요한 내용은 ADS-B 신호를 쏘기 위해서는 24bit의 ICAO aircraft address가 필요하다는 점입니다.




전자파 관점에서


다시 말씀드리자면, ADS-B Out 신호는 트랜스폰더의 Mode S 신호를 사용하며, 몇 가지 펄스(메세지)가 추가로 붙은 것이므로, 전자파 관점에서 봤을 때는 Mode S신호와 같습니다.


Mode S신호 신호 점유대역폭 및 전자파 출력 = ADS-B 신호 점유대역폭 및 전자파 출력


Mode S 전자파 특성(항공업무용 무선설비의 기술기준, 제12조2항2호나목 외 참조)

주파수 : 1,090MHz

출력 : 27dBW 이하 (0dBW=30dBm)

프로토콜 : Slotted ALOHA, PPM modulation

PPM Pulse width : 0.5 us

Message Size : 74 ~120 us ( 70~ 116 pulse)

Period : 1 Second




2.준비물

초경량 비행장치 조종자 자격증 (드론 최대이륙중량에 따라 1,2,3,4 종 별도)

제한 무선통신사 (실험국 요구조건)

트랜스폰더 전자주소 배정신청서(항공기 등의 전자주소 할당 및 관리규정, 서식 1)

무선설비 시설개요서(전파법 시행령, 별지 제11호서식)

무선설비 공사설계서(전파법 시행령, 별지 제14호서식)

송수신계통도(별도 양식)

안테나구성도(별도 양식)

시험계획서(별도 양식)



3.민원결과

 드론 원스톱 민원서비스

ADS- B 신호를 쏘기 위해서는 ICAO aircraft address가 필요합니다.

그러나 드론에 ICAO address가 있을 리 없고, 등록번호를 받아야 한다면 신고를 통해 장치신고번호를 받을 수 있습니다. 물론 신고하지 않아도 무관하지만, 전자주소 배정 시 고유번호가 필요하기에 주무관이 요청할 수 있습니다.

따라서, 트랜스폰더 전자주소를 받기 전에 전자주소와 비행장치 신고번호의 일관성을 갖기 위해 먼저 드론을 신고합니다. (2kg 미만 비사업용의 경우 비행장치 신고번호가 발급되지 않으나 계속 진행가능합니다.)


저는 2kg 미만 비사업용이라 신고번호가 발급되지 않았습니다.



 문서24

준비된 트랜스폰더 전자주소 배정신청서(항공기 등의 전자주소 할당 및 관리규정, 서식 1)를 첨부하여 공문을 보내면, 전자주소 배정를 회신받을 수 있습니다.

다만, 담당 공무원과 미리 협의 후 진행바랍니다. (신고번호 질문 등이 있을 수 있습니다.)

 

무선국 신고

드론에 ADS-B out을 사용하기 위해서 가장 오래 걸린 민원입니다.


우선, 어떤 신고를 해야하는지 알아야합니다.

모드 S(ADS-B out)트랜스폰더의 사용이 허가된 물체는 항공기 뿐입니다(항공업무 무선설비의 기술기준 제2조). 즉, 드론에서 사용하기 위해서는 실험국으로 신고하여야 하며, 이 심사에 많은 시간이 걸립니다.


준비된 문서 5종(시설개요서, 공사설계서, 송수신계통도, 안테나구성도, 시험계획서)를 '과학기술정보통신부 전자민원센터 03. 무선국 개설 허가신청(일반무선국)'에 넣고 약 5개월 간 기다립니다.

송수신 계통도


안테나 구성도

시험 계획서



5개월 후 허가증이 나왔습니다.



무선국 준공검사

이제 준공검사를 받아야 하는데, 이때 ADS-B 전파의 특성을 알아야합니다.

주파수 : 1,090MHz

출력 : 27dBW 이하 (0dBW=30dBm)

프로토콜 : Slotted ALOHA, PPM modulation

PPM Pulse width : 0.5 us

Message Size : 74 ~120 us ( 70~ 116 pulse)

Period : 1 Second

ADS-B out은 SRR레이더의 응답기인 트랜스폰더를 사용하는 것으로 레이더신호입니다.

따라서, 신호가 굉장이 짧은 시간에 나타났다 없어졌다를 반복합니다. 우리가 신호를 검사하기엔 너무 짧은 시간입니다. 때문에 스펙트럼 분석기의 maxhold기능이나 다른 특수기능을 써서 측정해야 하는데, 이마저도 저성능의 스펙트럼 분석기로는 측정이 잘 되지 않아 많이 헤맨 부분입니다.

특히, 검사관에게 레이더 신호임을 말하여, 고성능 스펙트럼 분석기 또는 네트워크 분석기를 요청하거나 검사 시 현장에 분석기를 구비하셔야 합니다.


대전테크노파크에서 고성능 스펙트럼 분석기를 임대하여 측정에 성공하였고, 이를 검사관에 제출함으로써 마무리하였습니다.



4. 실험결과



마무리로 ADS-B 신호가 잘 들어오는 5배속 영상으로 포스트를 마칩니다.













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