본 논문은 감시정찰 센서네트워크 환경에서 초소형 복합센서를 이용하여 적 또는 전장 환경에 대한 감시정찰 업무를 수행하는 무인 감시정찰 기술을 기반으로 한다. 감시 정찰 환경에서 센서를 통해 획득하는 환경 평가로서, 적군의 도보를 통한 침투 및 차량의 이동을 파악하고 경로를 도시하여 적군의 이동이나 작전 상황을 평가한다. 본 논문은 이러한 감시정찰 시나리오에 따른 상황을 추출하고, 해당 시나리오를 바탕으로 상황을 평가하기 위한 지능형 에이전트의 구조 및 설계 메커니즘을 제안하여 보다 효율적인 감시정찰 운용 및 수행을 위한 기반 기술로 활용한다.
최근에 개발되는 다양한 형태의 무인기시스템에서, 지상의 조종장치와 무인기간의 연결을 담당하는 통신체계를 데이터링크라고한다. 특히, 군 분야의 무인기에서 획득한 감시/정찰용 영상정보를 실시간으로 지상으로 전송하기위하여 사용되는 공용데이터링크는 특성상 통신의 안정성 확보를 우선으로 한다. 본 논문에서는 감시/정찰용 무인기에 적용하기위한 데이터링크의 모뎀분야에 대한 설계를 제안하고, 구현된 시스템의 성능측정을 통하여 설계를 검증하였다.
무인항공기(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)는 조종사 없이 비행이 가능하고 고성능 카메라를 장착 가능함으로써 최근에는 이용하여 감시 및 정찰 자율화에 다양하게 활용되고 있다. 재난상황과 같은 급박하게 진행되는 상황에서 UAV가 비행하기 위한 그래프 기반 비행경로에서 비행하기 위한 비행경로를 계획하는 방법이 필요하다. 이 논문에서는 그래프 기반 비행경로에서 UAV가 감시 및 정찰을 시작하는 지점으로부터 감시 및 정찰하는 지점을 경유하며 도착지점까지 비행하기 위한 비행경로를 계획하는 방법을 제안한다. 실험에서는 그래프 기반 비행경로에서 조종사가 선택한 감시 및 정찰을 위한 지점을 거쳐가기 위한 비행경로를 계획한 결과를 검증한다.
본 논문은 감시정찰 센서네트워크에서 센서노드의 주요 기능인 표적의 탐지 및 식별을 위한 알고리즘을 제안한다. 감시정찰 센서네트워크에서 각 센서노드는 노드의 크기 및 센서, 프로세서, 네트워크, 전원 등의 자원의 제약이 있기 때문에 침입하는 적의 탐지 및 종류 식별을 위해서는 효율적인 알고리즘의 선정과 최적화가 요구된다. 본 논문에서는 음향, 진동, PIR, 자기 센서 등을 이용하여 사람, 차량 및 궤도 차량의 침입을 탐지하기 위한 적응 임계값 알고리즘과 그 종류를 식별하기 위한 최대우도추정 기법, k-최근접 이웃 추정 기법에 기반한 표적의 탐지 및 식별 알고리즘을 제안한다. 실험결과 음향 및 진동 센서에 의한 차량의 탐지, PIR 센서에 의한 사람의 탐지가 가능함을 확인할 수 있었으며 주파수 특징점을 이용하여 차량과 궤도차량의 종류식별이 가능함을 확인할 수 있었다.
감시정찰 센서네트워크의 모든 센서노드 및 싱크노드들은 한정된 자원과 저사양의 하드웨어로 동작하며, 각 침입탐지 센서들이 수집한 상황 데이터를 신뢰성 있게 전송할 수 있어야 한다. 본 초소형 내장소프트웨어는 이러한 감시정찰 센서네트워크의 특성에 맞게 설계되어 센서 및 싱크노드에 탑재될 수 있는 소프트웨어로서, 센서 OS 커널, 센서미들웨어, 보안커널로 구성된다. 센서 OS는 Multithread 기반으로 실시간, 비실시간 태스크를 위한 각기 다른 스케줄링 방식을 제공하며 지연된 인터럽트 처리 기능, 주기적 태스킹 기능과 효율적 에너지 관리 기능을 제공하여 센서 네트워크에 특화된 어플리케이션 개발을 용이하게끔 한다. 또한 센서미들웨어는 OS 커널과 어플리케이션 사이에 존재하여 위치인식, 시간동기, 네트워크 관리, 원격 업데이트 기능 등 어플리케이션에서 공통적으로 요구하는 필수 기능들을 제공한다.
최근 유비쿼터스 컴퓨팅과 유비쿼터스 네트워크를 활용하여 새로운 서비스들을 개발하려는 노력이 진행 중이며, 이에 관련된 기술의 중요성도 급증하고 있다. 특히 감시정찰 센서네트워크의 핵심 구성요소인 저가의 경량 센서노드에서 측정한 미가공 데이터(raw data)를 사용하여 침입 물체의 실시간 탐지, 식별, 추적 및 예측하기 위한 디지털 신호처리 기술은 주요 기술 중 하나이다. 본 논문에서는 감시정찰 센서네트워크의 핵심 구성요소인 자기 센서노드에서 측정한 자기 미가공 데이터를 사용하여 사람과 차량을 탐지할 수 있는 자기 센서 디지털 신호처리 알고리즘을 설계한다. 알고리즘의 주 목표는 감시정찰용 센서노드의 탐지 신뢰성을 높이기 위한 높은 침입물체 탐지 성공률(success rate)과 낮은 허위신고(false alarm) 횟수를 가지는 것이다.
전장 지역에서 각종 전술정보를 실시간으로 수집할 수 있는 센서기반의 감시체계인 감시정찰 센서네트워크는 Sensor-to-Shooter 개념의 네트워크 중심전 환경에서 핵심 역할을 수행한다. 그러나 네트워크를 구성하는 센서노드들의 자원제약적 특성과 무선통신 사용 등 센서네트워크 자체의 특성으로 인해 감시정찰 센서네트워크는 일반 네트워크에 비해 보안이 취약해 질 수 있다. 이에 본 논문에서는 감시정찰 센서네트워크 운용 간 기밀성, 무결성, 가용성 및 인증 등을 보장하기 위한 기반이 되는 그룹 키 관리 기법을 제안한다. 제안된 키 관리 기법은 감시정찰 센서네트워크의 토폴로지 특성과 확률론적 키 공유를 기반으로 그룹 키를 생성하고 분배하며, 그룹 키분배에 소요되는 통신 비용은 O(logn)이다.
USN은 인간과 환경의 상호작용 방식의 대변혁을 초래할 수 있다는 점에서 사회 경제 문화 전반에 걸쳐 다시 한 번 인류의 삶을 근본적으로 변화시킬 수 있는 혁신적인 기술로 주목받고 있다. 최근 USN 응용 서비스에 대한 연구가 활성화 되고 있는데, 그 중 하나가 감시정찰 센서네트워크 시스템이다. 본 논문에서는 기존의 대 규모 감시정찰 센서네트워크 시스템 체계와 다른 저 전력 센서노드들로 이루어진 환경 하에서 높은 신뢰성과 탐지정확성을 가지는 식별 및 트래킹 알고리즘을 제안한다. 또한 각 알고리즘의 성능을 측정하고 평가하여 효율적인 감시정찰 센서네트워크 시스템 구축방안을 제시한다.
최근 유비쿼터스 컴퓨팅과 유비쿼터스 네트워크를 활용하여 새로운 서비스들을 개발하려는 노력이 진행 중이며, 이와 관련된 기술의 중요성도 급증하고 있다. 특히 감시정찰 센서네트워크의 핵심 구성요소인 저가의 경량 센서노드에서 측정한 미가공 데이터(raw data)를 사용하여 침입 물체의 실시간 탐지, 식별, 추적 및 예측하기 위한 디지털 신호처리 기술은 주요 기술 중 하나이다. 본 논문에서는 감시정찰 센서네트워크의 핵심 구성요소인 소리센서 노드에서 측정한 소리 미가공 데이터를 사용하여 차량을 탐지할 수 있는 소리센서 디지털 신호처리 알고리즘을 설계 및 구현 한다. 알고리즘의 주 목표는 감시정찰용 센서노드의 탐지 신뢰성을 높이기 위한 높은 침입물체 탐지 성공률(success rate)과 낮은 허위신고(false alarm) 횟수를 가지는 것이다. 성능평가 결과에 의하면 제안한 AMIDA 알고리즘은 90% 이상의 탐지 성공률과 2 회 이하의 허위신고 횟수를 가지는 것을 확인할 수 있었다.
정보감시정찰(ISR)체계는 감시와 정찰의 임무 수행을 통해 획득된 자료를 분석하여 필요로 하는 부대에 전파함으로써, 관심지역의 빠른 상황파악과 지휘관의 지휘능력를 향상시키는 데 주요한 역할을 하는 체계이다. ISR 체계를 통해 획득된 정보는 대표적인 통신체계인 CDL(common ta link)과 TADIL(tactical digital information link) 등을 통해 전파된다. 정찰체계에서 운용되는 대표적인 통신체계인 CDL은 점대점(point to point) 통신방식으로 고속 대용량의 영상정보(image intelligence)를 포함한 다중정보 전송을 지원하고, ISR 센서 및 센서 플랫폼간의 통신을 제공하며, 수집자산과 지상단말간의 호환성 및 상호 운용성을 제공하는 표준 데이터 링크이다. 본 논문에서는 ISR 임무를 수행하는 항공기에서 획득한 영상정보를 전송하기 위하여 CDL 통신체계를 고려한다. 이때, 영상정보는 MPEG-2 transport stream의 패킷들로 모델링되어 CDL의 하향링크를 통해 전송된다. 항공통신 링크 상에서 CDL를 통하여 실시간으로 음성정보와 영상정보를 송수신 시에 통신성능을 분석하고, 콘불루션 부호화를 통하여 채널오류 보정 시에 CDL의 통신성능의 효율성을 시뮬레이션을 통하여 비교, 분석한다. 또한, 무선채널 환경이 항공기의 속도에 의해 페이딩이 발생하는 경우에 대해서 모의 실험을 수행하고 그 결과를 AWGN 채널에서의 성능과 비교, 분석한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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