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The Journal of Korea Navigation Institute

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수록정보
수록범위 : 1권1호(1997)~24권2호(2020) |수록논문 수 : 1,621
한국항행학회논문지
24권2호(2020년 04월) 수록논문
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1Private LoRa 기반 어구 자동식별 시스템의 거리 측정 시험

저자 : 이성렬 ( Seong-real Lee ) , 김세훈 ( Se-hoon Kim )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 24권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 61-66 (6 pages)

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해양은 지구 표면의 70.8%를 차지하기 때문에 해양 산업에서 IoT 기술의 적용은 넓은 영역에 배치된 수많은 장치로부터 다양한 정보를 수집하고 활용하는 것이다. LPWA는 통신 거리가 넓은 특징으로 해양에 배치하기에 매우 적합한 통신이다. 본 논문에서는 전자어구 실명제를 실행하기 위한 핵심기술인 private LoRa를 기반으로 실해역 성능 거리 실험은 진행하였다. sx1276을 기반으로 한 private LoRa 모듈을 개발하였고, 게이트웨이는 private LoRa로 수신 받은 데이터를 SKT Cat. M1을 이용하여 서버로 데이터를 전송하도록 개발하였다. 해발 599 m에 게이트웨이를 설치하고 25 km, 40 km, 60 km에서 데이터 송수신 실험을 한 결과, 각각 96.1%. 97.1%, 96.2%의 통신 성공율을 보이는 것을 확인할 수 있었다.


Since the ocean accounts for 70.8 percent of the earth's surface, the success of IoT technology in the marine industry is to collect information from devices placed in a wider range. LPWA is a feature with a wide range of communication and is very suitable for deployment in the ocean. In this paper, the real-sea performance distance experiment was carried out based on Private LoRa, a key technology for executing the electronic phrase real-name system. A private LoRa module based on sx1276 was developed, and Gateway was developed to transfer data received by private LoRa to the server using SKT Cat. M1. After installing gateways at 599 meters above sea level and experimenting with data transmission and reception at 25 km, 40 km and 60 km, we were able to see that the communication success rate was obtained to be 96.1%. 97.1% and 96.2% respectively.

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2Thuraya 정지궤도 위성을 이용한 선박용 IoT 단말 장치 설계 및 구현

저자 : 장원창 ( Won-chang Jang ) , 이명의 ( Myung-eui Lee )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 24권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 67-72 (6 pages)

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위성통신은 이동통신처럼 많은 사람이 사용하지는 않으나 군사용, 재난용, 원격 교육용 및 의료용, 도서 지역, 인프라 취약 지역에서의 인터넷 제공 등 공공성, 통신서비스를 위하여 꼭 필요한 기술이다. 하지만 선박이나 항공기에서는 기지국이 필요한 휴대용 이동통신들은 사용 불가능 하거나 사용에 제한을 받는다. 본 논문에서는 본 논문에서는 단말 장치의 제어기로 라즈베리 파이를 사용하여 위성 모뎀과 PPP 프로토콜을 통한 네트워크 통신을 하였으며 모뎀의 문자 메시지 기능을 이용하여 양방향 데이터 링크를 구현하여 Thraya 정지궤도위성 네트워크망에 접속하였다. 그리고 단말장치의 제어기에 I/O 장치들을 이에 연결하여 통신 시설이 갖춰지지 않은 곳에서 제어 대상 시스템에 원격으로 접속하여 I/O들을 제어하고 각종 센서를 통하여 계측한 데이터를 전송할 수 있는 선박용 IoT 단말 장치 시스템을 설계하고 구현하였다.


Satellite communication is not used by many people like mobile communication, but it is a necessary technology for public service and communication services, such as providing the Internet in military, disaster, remote education and medical services, island areas, and infrastructure vulnerable areas. However, on ships and aircraft, mobile communications requiring base stations are either unavailable or restricted in their use. In this paper, we used a Raspberry Pi board as the terminal device to communicate network through satellite modem and PPP protocol, and implemented two-way data link using the text message of the modem to connect to the Thuraya geo-stationary orbit network. In addition, I/O devices were connected to the controller of the terminal equipment to design and implement an IoT device system for ships that can remotely access the system under control and control I/Os and transmit measured data through various sensors.

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3eVTOL PAV 유형별 항속거리 및 항속시간 분석

저자 : 이봉술 ( Bong-sul Lee ) , 윤주열 ( Ju-yeol Yun ) , 황호연 ( Ho-yon Hwang )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 24권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 73-84 (12 pages)

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자동차 대수의 증가로 인한 지상 교통의 혼잡을 극복하기 위해 많은 회사들이 새로운 방식의 운송 수단인 미래형 개인항공기(PAV)를 제안하였다. 미래형 개인항공기 중에서도 전기를 동력으로 사용하고 수직 이착륙이 가능한 전기수직이착륙(eVTOL)항공기가 주목을 받고 있으며 그러한 항공기들의 형상은 멀티콥터형에서 틸트 덕티드팬까지 다양하다. 본 연구에서는 eVTOL 유형별 장단점 등 특성을 분석하였다. 틸트날개형, 복합형, 멀티콥터형의 대표적인 eVTOL PAV인 바하나, 오로라, 볼로콥터에 대해 구성성분 합계 방식을 사용하여 유해항력을 구하였으며, 항공기 설계 및 공력 해석 프로그램인 OpenVSP와 XFLR5 프로그램을 사용하여 표면적과 유도항력을 구하였다. eVTOL PAV에 사용되는 배터리는 테슬라 2170 배터리로 가정하고 항속거리를 계산하였다. 또한 각 eVTOL에 대해 이착륙 및 순항을 포함한 임무형상별로 에너지소모 및 최대 비행시간을 계산하여 비교하였다.


To overcome ground congestions due to growing number of cars, a lot of companies have proposed personal aerial vehicle (PAV). Among PAV, electric vertical take-off and landing (eVTOL) aircrafts capable of vertical take-off and landing with electric power are drawing attention, and their configurations vary from multicopters to tilt ducted fans. This study tries to analyze the characteristics of each eVTOL design configurations. Parasite drag was calculated using component build up method for Vahana, Aurora, Volocopter representing each eVTOL PAV type of tilt-wing, compound, and multicopter. Wetted area and induced drag was calculated using OpenVSP and XFLR5 that are aircraft design and aerodynamic analysis software. The batteries used in the eVTOL PAV was assumed as Tesla 2170 batteries and flight ranges were calculated. Also, energy consumption and maximum flight time for the given mission profile including take-off and landing, cruising segments were compared for each eVTOL.

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4멀티모드 레이다 신호처리를 위한 저복잡도 FFT 프로세서 설계

저자 : 박예림 ( Yerim Park ) , 정용철 ( Yongchul Jung ) , 정윤호 ( Yunho Jung )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 24권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 85-91 (7 pages)

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최근 다양한 환경에서 무인기를 효율적으로 운용하기 위한 목적으로 멀티모드 레이다 시스템이 고안되었으며, 이는 PD (pulse Doppler) 방식과 FMCW (frequency modulated continuous wave) 방식을 통합하여 활용할 수 있다는 장점을 가진다. 멀티모드 레이다 시스템의 하드웨어 구조의 경우 FFT (fast Fourier transform) 프로세서와 IFFT (inverse fast Fourier transform) 프로세서가 필수적이지만, FFT 프로세서는 큰 복잡도를 갖는 구조 중 하나로 FFT 프로세서의 복잡도를 감소시키는 방향으로의 구조 설계가 필요하다. 또한, 다양한 거리 해상도를 요구하는 레이다 응용 환경을 고려했을 때, FFT 프로세서는 가변 길이의 연산을 지원할 필요가 있다. 이에 본 논문에서는 멀티모드 레이다 신호처리 프로세서 거리 추정부의 FFT 프로세서와 IFFT 프로세서를 16~1024 포인트의 가변 길이 연산을 지원하는 단일 FFT 프로세서의 하드웨어로 설계하여 제안한다. 제안된 FFT 프로세서는 MATLAB 기반 알고리즘 설계를 수행한 뒤, 그 결과를 토대로 Verilog-HDL (hardware description language)을 활용하여 RTL (register transfer level) 설계가 수행되었으며, 논리 합성 결과 총 총 7,452개의 logic elements, 5,116개의 registers로 구현 가능함을 확인하였다.


Recently, a multi-mode radar system was designed for efficient operation of unmanned aerial vehicles (UAVs) in various environments, which has the advantage of being able to integrate and utilize methods of the pulse Doppler (PD) radar and the frequency modulated continuous wave (FMCW) radar. For the range detection part of the multi-mode radar signal processor (RSP), the hardware structure using the FFT processor and the IFFT processor is required to be designed in a way that improves efficiency on the area side. In addition, given the radar application environment that requires a variety of distance resolutions, FFT processors need to support variable-length operations. In this paper, the FFT processor and IFFT processor in multi-mode RSP range estimation are designed and proposed as hardware for a single FFT processor that supports variable length operation of 16-1024 points. The proposed FFT processor designed in hardware description language (HDL) and can be implemented with 7,452 logic elements and 5,116 registers.

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5SBAS 보강항법 초기 위치 결정 시간 단축을 위한 A-SGNSS 운용 방안

저자 : 이주현 ( Ju Hyun Lee ) , 김일규 ( Il Kyu Kim ) , 서흥석 ( Hung Seok Seo )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 24권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 92-100 (9 pages)

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SBAS는 정지 궤도 위성을 이용하여 보정 정보와 GNSS 위성의 고장 유무 등을 메시지 형태로 전송하여 GNSS 항법 사용자의 정확성과 무결성, 가용성, 연속성을 보강하는 시스템이다. SBAS가 제공하는 보정 정보는 250 bps의 통신 속도로 제공되며, 의사거리 오차, 위성 궤도 오차, 위성 시계 오차, 이온층 지연 오차 등의 다수의 메시지 수신이 필요하다. 따라서 SBAS가 적용된 초기 위치 결정에는 기존 GNSS에 비해 많은 시간이 소요되며, 수신기 동작 초기부터 SBAS 보강 항법의 활용에는 어려움이 있다. 본 논문에서는 SBAS 초기 위치 결정 시간의 단축을 위한 A-SGNSS 운용 개념을 제안한다. 그리고 제안한 A-SGNSS의 효용성 검토 및 운용시 필요한 최소 메시지 정보를 정리하였으며, 제안한 방안을 적용한 SBAS 초기 위치 결정 소요 시간을 분석 하였다.


Satellite-based argumentation systems (SBAS) is a system that enhances the accuracy, integrity, availability and continuity of GNSS navigation users by using geostationary orbit (GEO) satellites to send correction information and the failures of global navigation satellite system (GNSS) satellites in the form of messages. The correction information provided by SBAS is pseudorange error, satellite orbit error, clock error, and ionospheric delay error at 250 bps. Therefore, A lot of message processing are required for the SBAS navigation. There is a need to reduce SBAS time to first fix (TTFF) for using SBAS navigation in systems with short operating time. In this paper, A-SGNSS operation method was proposed for reducing SBAS TTFF. Also, A-SGNSS TTFF and availability were analyzed.

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6속도 추정 알고리즘을 이용한 유도전동기 제어 시스템 특성

저자 : 황락훈 ( Lark-hoon Hwang ) , 나승권 ( Seung-kwon Na ) , 강진희 ( Jin-hee Kang )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 24권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 101-107 (7 pages)

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유도전동기의 속도 제어를 원활하게 수행하기 위해서는 필요한 회전자 속도 정보를 얻어야 한다. 속도 정보를 얻으려면 센서를 사용하여 얻어야 하지만, 센서를 사용하지 않고 적절한 알고리즘을 이용하여 얻을 수도 있다. 속도 정보를 얻기 위해서 모델 기준 적응 시스템(MARS; model reference adaptive system)을 사용하여 시스템을 설계 하였고, 유도전동기의 속도 제어 방식 중에 하나인 간접 벡터 제어 방식으로 전동기의 전류와 회전자 파라미터 값으로부터 연산된 슬립 주파수를 회전자 속도와 합하여 자속의 위치 정보를 얻어내는 방식을 사용하였다. 실제 자속 정보 없이도 넓은 속도 영역에서 간단하게 순시 전류 제어를 행할 수 있으며 제어기의 구조가 간단하다는 장점을 가질 수 있다. 따라서 본 논문에서는 간접 벡터 제어 방식을 기반으로 제어 시스템을 구성하였고, 이를 실현하기 위해 필요한 회전자 속도 정보를 센서로 사용하지 않고 개발한 지능형 알고리즘으로 추정하여 유도전동기의 속도 제어 시스템을 개발하였다.


In order to smoothly control the speed of the induction motor, it is necessary to obtain the required rotor speed information. In order to obtain the speed information, it must be obtained using a sensor, but it can also be obtained using an appropriate algorithm without using a sensor. In order to obtain speed information, a system was designed using a model reference adaptive system (MARS). Indirect vector control, one of the speed control methods of induction motors, was calculated from the motor current and rotor parameter values. The method of obtaining the position information of the magnetic flux by combining the slip frequency with the rotor speed was used. It is possible to simply perform instantaneous current control in a wide speed range without actual magnetic flux information, and has the advantage that the structure of the controller is simple. Therefore, in this paper, the control system was constructed based on the indirect vector control method, and the speed control system of the induction motor was developed by estimating the required rotor speed information as an intelligent algorithm developed without using it as a sensor.

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72.45 GHz ISM대역 고효율 스위칭모드 E급 전력증폭기 및 송신부 설계

저자 : 고석현 ( Seok-hyeon Go ) , 구경헌 ( Kyung-heon Koo )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 24권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 107-114 (8 pages)

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2.4 GHz ISM대역 전력증폭기를 설계하고 송신 시스템을 구현하였다. 고효율 증폭기는 E급이나 F급 증폭기로 구현 가능하다. 본 연구에서는 회로 구조가 간단한 E급으로 20 W 급 고효율 증폭기를 설계하여 ISM 대역 응용에 적용하도록 하였다. E급 회로 설계이론 및 회로 시뮬레이션을 통해 임피던스 정합회로를 설계하였으며 2.45 GHz에서 출력전력 44.2 dBm 및 전력부가효율 69%를 얻었다. 설계된 전력증폭기에 30 dBm의 입력전력을 인가하기 위하여 앞단에 전압제어발진기와 구동증폭기를 제작하여 입력전력 공급회로를 구현하였고, 제작한 전력증폭기는 43.2 dBm 출력 및 65%의 전력부가효율 특성을 나타내었다. 본 연구결과는 무선전력전송, 전파차단장치, 고출력 송신장치 등 다양한 무선통신시스템용 출력 전력증폭기 설계에 활용될 수 있다.


A power amplifier of 2.4 GHz ISM band is designed to implement a transmitter system. High efficiency amplifiers can be implemented as class E or class F amplifiers. This study has designed a 20 W high efficiency class E amplifier that has simple circuit structure in order to utilize for the ISM band application. The impedance matching circuit was designed by class E design theory and circuit simulation. The designed amplifier has the output power of 44.2 dBm and the power added efficiency of 69% at 2.45 GHz. In order to apply 30 dBm input power to the designed power amplifier, voltage controlled oscillator (VCO) and driving amplifier have been fabricated for the input feeding circuit. The measurement of the power amplifier shows 43.2 dBm output and 65% power added efficiency. This study can be applied to the design of power amplifiers for various wireless communication systems such as wireless power transfer, radio jamming device and high power transmitter.

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8재난안전통신망의 현황과 미래

저자 : 홍성화 ( Sung-hwa Hong ) , 이성렬 ( Seong-real Lee )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 24권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 115-120 (6 pages)

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차세대 재난망 기술로서 언급되고 있는 PS-LTE는 LTE 기술을 근간으로 공공안전 통신에 필요한 단말 간 통신, 그룹통신 등을 지원하는 통신기술이다. 현재 우리나라는 구축계획을 수립하여 PS-LTE 시스템을 설치하고 있으며, 국제적으로도 PS-LTE를 활용한 재난망 시스템 구축에 많은 노력을 하고 있다. 그러나, 관련자만 접속할 수 있는 폐쇄망의 특성상 기존 상용망과 별도 구축이 필요하며 많은 기간과 비용의 소요가 예상된다. 효율적으로 재난안전통신망을 구축하기 위해서는 무조건적인 신규 구축보다는 기존 LTE망에 보안 및 접속우선권 등의 문제를 보완하여 신규 구축하는 PS-LTE망의 연동을 고려해야 할 것이며 이를 위한 사전검토가 매우 필요하다.


PS-LTE, which is mentioned as a next-generation disaster network technology, is a communication technology that supports communication between terminals and group communication necessary for public safety communication based on LTE technology. Currently, Korea is establishing a PS-LTE network construction plan and installing a PS-LTE system. The world is currently making a lot of efforts to build a disaster network system using PS-LTE. However, due to the characteristics of the closed network that only the related persons can access, it can not be operated like the existing commercial network, so it is necessary to build a new network. And it is expected that many periods and costs will be required. In order to establish a disaster safety communication network efficiently, it is necessary to consider the linkage of PS-LTE network, which is newly constructed by complementing the problems such as security and access priority to existing LTE network rather than unconditional new construction.

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9광대역 스펙트럼 인지 무선망에서 동적 스펙트럼홀 그룹핑에 의한 자원이용률 향상

저자 : 이진이 ( Jin-yi Lee )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 24권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 121-127 (7 pages)

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본 논문에서는 광대역 스펙트럼 인지 무선망에서 인지사용자의 요구자원의 크기에 따라 스펙트럼 홀의 그룹핑 범위를 변화시키는 동적 스펙트럼 홀 그룹핑 방식을 제안하고, 광대역 인지사용자의 서비스를 위한 채널할당에 적용한다. 제안한 동적 스펙트럼 홀 그룹핑 방식은 인지사용자의 요구자원의 크기를 예측하여 필요한 양 만큼 주사용자의 스펙트럼 홀을 그룹핑함으로써 기존의 정적스펙트럼 홀 그룹핑에 의해 발생 할 수 있는 스펙트럼 자원의 낭비를 개선 할 수 있다. 시뮬레이션을 통하여 동적 스펙트럼 홀 그룹핑 방식과 기존의 정적 스펙트럼 홀 그룹핑 방식에 의한 채널할당의 자원사용률을 비교하여, 허용할 수 있는 인지사용자의 서비스 성능에서 자원이용률을 크게 향상시킬 수 있음을 보인다.


In this paper, we propose a dynamic spectrum hole grouping method that changes the grouping range of spectrum hole according to the resources amount required by secondary users in wideband spectrum cognitive wireless networks, and then the proposed method is applied to channel allocation for the secondary user service. The proposed method can improve waste of resources in the existing static spectrum hole grouping in virtue of grouping dynamically as much the predicted spectrum holes resources as secondary users require. Simulation results show that channel allocation method with the proposed dynamic grouping outperforms that with the static grouping method in resources utilization under acceptable secondary user service performance.

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10반복선형회귀를 이용한 수신 신호 세기와 이동성 정보에 기반한 1차원 위치 추정

저자 : 이동준 ( Dong-jun Lee ) , 김다영 ( Da-yeong Kim ) , 이은혜 ( Eun-hye Lee )

발행기관 : 한국항행학회 간행물 : 한국항행학회논문지 24권 2호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 128-133 (6 pages)

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본 연구에서는 위치추정을 하는 경우 선형회귀법을 반복적으로 적용하여 신호의 경로 손실을 추정하는 방법을 제안한다. 제안한 방식에서는 단말이 이동하면서 여러 위치에서 측정한 수신신호세기와 가속도계로 구한 측정 위치들 사이의 거리 정보를 이용하여 전송 비콘부터의 경로 손실을 선형회귀를 이용하여 추정한다. 전송 비콘과 특정 위치사이의 거리에 대하여 여러 잠정값들을 가정하고, 각 잠정값에 대하여 선형회귀식을 구한다. 이 선형회귀식들 중에서, 기준 수신 세기에 가장 가까운 식을 이용하여 송신 비콘와 목표 위치사이 거리를 구한다. 테스트 결과, 제안 방식은 단순 경로 손실 모델보다 훨씬 더 높은 정확도를 보인다.


In this study, an 1-dimensional positioning method using iterative linear regression for path loss expression is proposed. In the proposed method, received signal strengths (RSS) measured in several locations and distances between the measuring locat ions obtained by dead reckoning are used to derive a linear regression for the path loss from the transmitting beacon. In the proposed method, for the distance between the transmitting beacon and a target measuring location, several tentative values are assumed. For each tentative value, a linear regression is obtained. Among the linear regression expressions, the one closest to the known reference RSS value is selected and used to derive the distance to the target location. Test results show that the proposed method is more accurate than path loss model.

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