Receiving System Design of ILS Navigation Signal Using SDR

SDR을 이용한 ILS 항행신호 수신 시스템 설계

Abstract

Accurate guidance during landing and take-off is important, and instrument landing system (ILS) has been used for stability and verification. Regular inspections are conducted for stable operation, and there is research to perform inspection using drones in addition to ground vehicles and measurement aircraft. Using SDR and single board computer, which can receive wide frequency range, we designed a small system that receives and processes localizer signals through GNU Radio. To check signal processing characteristics through GNU Radio, we simulated with MATLAB Simulink and confirmed the theoretical values. Difference in depth of modulation (DDM) and approach angle can be calculated when the aircraft enters the runway. And GNU Radio implemented real-time signal processing wirelessly using transmission control protocol (TCP). This gives the results within the error of 0.5% when the aircraft entered the runway center line and 0.27% for the angle of 1° degree. Compared to the inspecting and maintaining ILS signals using aircraft or ground vehicles, it is possible to implement a receiving system using small SDR that can be mounted for drone.

항공기 이착륙 시 정확한 유도는 중요하며, 이를 위해 계기착륙시스템 ILS (instrument landing system) 가 이용된다. 안정된 ILS 운용을 위하여 정기 점검이 진행되며, 지상차량 및 측정항공기 외 드론을 이용한 점검 수행 연구가 있다. 광대역 주파수 수신용 SDR과 단일보드컴퓨터를 이용하고, GNU Radio를 통해 ILS의 로컬라이저 신호를 수신 처리하는 소형시스템을 설계하였다. GNU Radio를 통한 신호처리 특성을 실행하고 MATLAB Simulink로 시뮬레이션 및 이론 값을 확인하는 과정을 거쳤다. 이를 통해 항공기가 활주로 진입할 때 DDM (difference in depth of modulation)과 진입 각도를 계산할 수 있다. 또한 GNU Radio에서 TCP (transmission control protocol)를 통해 무선으로 실시간 신호를 처리할 수 있게 구현하였다. 이를 활용해 항공기가 활주로 중심선으로 진입할 때는 약 0.5%, 1도 각도로 진입할 때는 0.27% 이내 오차가 있는 결과를 얻었다. 항공기 또는 지상 차량 이용 ILS 신호 검사 및 유지보수 방식과 비교하여 차별성이 있는 드론 이용 검사에 장착 가능한 소형 SDR 사용 수신시스템 구현을 가능하게 할 것이라 예상한다.

Ⅰ. 서론

1-1. 항행 안전 시설 및 계기착률시스템

항행안전시설이란 유선통신, 무선통신, 불빛 등을 이용하여 항공기 항행을 도와주는 역할을 하는 국토교통부령으로 정하는 시설을 의미한다[1]. 즉 항행안전시설이란 다양한 기상 상태에서 항공기를 안전하게 운항할 수 있도록 각종 정보를 제공하며, 조종사와 관제사는 항공기가 공항을 이륙하고 착륙하는 모든 과정에서 항행안전시설을 이용한다. 항행안전시설은 크게 3종류로 분류되는데 첫째 항행안전 무선시설은 전파를 이용하여 항공기의 항행을 돕는 시설이며, 둘째 항공등화는 불빛을 이용하여 항공기 항행을 돕는 시설로 시각 정보를 보여주는 접근 등화, 접지 등화, 활주로 등화, 활주로 중심선 등이 있다. 마지막 항공정보통신시설은 전기통신에 의해 항공교통업무에 필요한 정보를 제공, 교환하기 위한 시설이다[2]. 2022년 통계청 자료에 의하면 국내 기준 계기착륙시스템 (ILS; instrument landing system)는 30대, LLZ/DME는 4대가 있다[3].

항행안전 무선시설에서 ILS는 항공기의 정확한 착륙을 위해 수평/수직 유도 및 거리 정보를 제공하는 시설이며, 본 연구는 SDR (software defined radio)를 이용한 ILS 신호 수신기 구현에 관해 제시하고자 한다.

1-2. 본 연구의 범위

항공기 착륙을 위해 지상에 설치하는 ILS에는 기술기준이 있으며, 로컬라이저(LLZ)의 경우 지상 안테나 배열에서 방사되는 신호가 공중에서 간섭되고 공간변조가 되며 진행한다. 이를 실험실에서 구현하기 위하여 본 논문에서는 신호발생기로 신호를 생성하고 유/무선으로 송신하였다.

이 실험은 세 가지 단계로 진행하였는데, 첫째 MATLAB을 이용해 특성 시뮬레이션을 하고, 다음으로 GNU Radio를 통해 유/무선으로 수신할 때의 DDM (difference in depth of modulation)을 도출하고, 마지막으로는 라즈베리 파이로 무선환경을 구축해 실험을 진행하였다. GNU Radio는 소프트웨어 라디오를 구현하기 위한 신호 처리 블록을 제공하는 오픈 소스 소프트웨어 개발 툴킷으로 쉽게 구할 수 있는 RF 하드웨어와 함께 사용하여 소프트웨어 정의 무선 통신을 생성하거나, 하드웨어 없이 시뮬레이션 환경에 사용됩니다.

송신설비의 특성으로는 복사된 전파는 90 Hz 및 150 Hz 변조신호에 따라 진폭 변조된 합성 전계특성을 가져야 하고, 유효 범위 이내의 코스라인(course line)에서 송신안테나를 향하여 코스라인 좌측에는 90 Hz에 의한 변조도가 150 Hz에 의한 변조도보다 크고, 우측에서는 그 반대다[2]. 변조 신호의 조건으로는 주파수 허용 편차는 ±2.5% , 변조도는 코스라인상에서 18% 이상 22% 이하다.

위와 같은 변조 신호의 특성을 참고하여 본 연구에서는 신호 발생기(signal generator)에서 90 Hz와 150 Hz에 변조도 20%를 주고, 반송파를 합성한다. 이렇게 송신한 신호는 소형 SDR 모듈을 이용하여 수신한다. 이렇게 수신한 신호를 복조하고 처리하면 이 신호에서 항공기의 입사 각도를 계산할 수 있다. 소형 SDR 및 무선으로 지상 처리기를 연결하면 소형 드론에 장착이 가능하여 이는 기존 지상차량 장착 장비와는 달리 ILS 동작 확인 및 유지보수를 위해 상공에서 신호를 수집할 수 있다.

Ⅱ. ILS 시스템 구성 및 신호 발생

2-1 ILS 시스템 구성 및 활용

현재 ILS 시스템은 크게 LLZ, GP, Marker Beacon등으로 구성되어 있다. LLZ (localizer)는 활주로의 중앙선과 수직을 이루도록 배치되며, 비행기가 활주로의 중앙으로 정렬하여 진행하도록 도와주는 설비이다. LLZ 장치는 보통 활주로 정지선을 지나 활주로 안전 지역의 바깥쪽 300~600 m 사이 활주로 중심선의 연장선상에 배치하여야 한다[4]. LLZ 전파는 활주로 진입 방향에 있는 middle marker와 outer marker 쪽으로 발사되며, 반대 방향으로도 전파가 발사되는데 진입 측 전파를 전방 진행 방향 (front course), 반대쪽을 후방 진행 방향 (back course) 이라 부른다. LLZ는 약 600 m 고도에서 최저 46.3 km 까지 전파빔 (beam)이 전달될 수 있도록 송신한다. 진행방향 (course)의 폭은 보통 3~6 °로서 활주로 끝단에서는 약 213 m 이다.

GP (glide path)는 이상적인 활공각을 전파로 유도하는 역할을 하며 지상 GP 송신기는 착륙하기 위하여 활주로에 접근 중인 항공기에 약 3 ° 착륙 각도의 활공각 정보를 제공하며 활주로 진입단으로부터 220〜380 m 내측에, 활주로 중심선으로부터 120〜200 m 옆으로 떨어진 위치에 설치된다.

Marker Beacon은 항공기 위치가 활주로 끝단에서 어느 정도 거리인지 알려주며, outer marker (OM), middle marker (MM), inner marker (IM)로 구성된다. OM은 활주로의 말단에서 7.4~13 km 떨어져 있고, MM은 0.6~1.8 km, IM은 60~450 m 범위이다[4].

2-2 ILS 신호 발생 및 측정

본 연구에서는 ILS 신호, 그 중 LLZ 신호를 송신 및 수신하는 시험을 진행하였다. LLZ 반송파 주파수 대역은 108 MHz~111.975 MHz 이며 50 kHz 단위의 40개 채널로 구성되는데 이 중의 반송파 주파수를설정하여 실험을 진행하였다[5],[6].

실험은 신호발생기로 반송파 주파수를 설정하고 AM 변조를 두 개 정현파(dual sine) 설정으로 하여 90 Hz와 150 Hz 로 변조된 신호를 생성하였다. 그리고 초기설정으로 각각의 신호는 총 변조도 40% 중에서 절반인 20%의 변조도를 주어 활주로 가운데로 진입하는 상황을 가정하였다. 그리고 각 신호의 변조율을 조정하여 항공기가 다양한 각도에서 진입하는 상황을 설정하였다. 그 후 신호발생기의 출력을 유선으로 스펙트럼 분석기 (spectrum analyzer)에 연결해 나오는 신호의 진폭을 확인하고 무선으로 연결하여 항공기 착륙 시 DDM과 진입 각도를 계산하였다.

Ⅲ. ILS 신호 수신을 위한 SDR시스템

3-1. SDR 수신기 구성

SDR 기술은 하드웨어 재구성과 소프트웨어 변경을 통해 단일 시스템으로 다양한 무선통신 표준을 수용할 수 있다[7]. SDR 수신기는 RF 튜너 (tuner)를 사용하여 관심 주파수 대역을 아날로그-디지털 변환기인 ADC 동작이 가능한 범위 내의 중간주파수(IF)로 하향 변환한다. 이후 처리하는 신호는 디지털 신호이며, 디지털 다운 컨버터는 신호를 기저대역으로 변환하여 저역통과 필터링 기능을 수행한다. 또한 디지털 신호 처리기(DSP)는 복조, 디코딩 등 관련 작업을 수행한다.

이러한 SDR 시스템은 MATLAB, LabVIEW, GNU Radio 등 다양한 소프트웨어를 사용해서 사용자 요구에 맞게 유연하게 설계할 수 있다. 특히 GNU Radio는 SDR 개발을 위한 소프트웨어 툴킷으로 신호 처리 관련 애플리케이션을 다수 제공하여 SDR에 특화되어 있다[8]. GNU Radio는 윈도우즈, 라즈베리파이, 리눅스 같은 다양한 운영체계에서도 동작한다. 본 연구도 실시간 신호 수신 및 처리시 GNU Radio를 이용하였다.

본 연구의 H/W는 RTL-SDR로 저렴하고 용이하게 구할 수 있는 장점이 있으며, 이 구성요소 중 하나인 RTL-2832U 칩은 Realtek 회사 제품으로 최대 sampling rate는 3.2 MS/s 이다. 최대 속도에서는 안정성 문제가 있어 최적 속도는 2.4 MS/s이다. ADC 해상도는 8 bit 이며, 이 비트 중 하나에는 effective number of bits (ENOB)가 포함되어있다[9].

3-2. 수신기 구성을 위한 MATLAB 설계

ILS 로컬라이저 (LLZ) 신호는 활주로 중심선을 기준으로 항공기가 진입하는 방향에서 보았을 때 오른쪽은 150 Hz 신호가 더 크고 왼쪽에서는 90 Hz 가 더 크다. 이 신호를 판정하여 항공기가 활주로에 착륙할 때 어느 방향으로 가야 하는 지를 알 수 있다. 본 논문에서는 이러한 환경을 MATLAB Simulink로 구축하여 시뮬레이션하였다.

그림 1. SDR 수신기의 구조

Fig. 1. Structure of SDR receiver.

그림 2의 좌측 아래에 위치한 신호발생기 블록에는 정현파(sine wave) 신호 90 Hz와 150 Hz 모두 20% 변조도로 반송파에 진폭변조를 적용했다. 복조기(modulator)에서는 신호를 진폭 복조하는 과정을 거치며, decimation 과정과 filtering 과정을 진행한다. 그 후 식1을 이용하여 항공기 진입 각도를 구하고, 식2를 통해 DDM을 계산하는 블록으로 설계하였다[10]. 이때 CW는 활주로의 폭, D_G는 활주로의 길이를 뜻한다. 이 수치는 실제 활주로의 해당 값을 입력 가능하다. 표1에 제시하였듯이 90 Hz의 신호가 우세하면 입사 각도가 양수, 150 Hz 신호가 우세하면 각도가 음수로 나타난다. 또한 DDM은 0에 가까울수록, modulation rate는 1에 가까울수록 활주로 중앙과 가깝게 착륙한다는 것을 의미한다.

\(\begin{align}\alpha_{\text {lat }, F S}=\tan ^{-1}\left(\frac{C W}{D_{G}}\right)\end{align}\)       (1)

\(\begin{align}D D M=0.155 \frac{\alpha_{l a t}}{\alpha_{l a t . F S}}\end{align}\)       (2)

그림 2. 변조도, DDM, 입사각 계산을 위한 MATLAB Simulink 블록도

Fig. 2. MATLAB Simulink schematic for modulation depth, DDM and incident angle.

표 1. 입사 각도에 따른 DDM 계산

Table 1. DDM calculation with incident angle.

이 경우의 변조 신호와 복조 신호 스펙트럼을 시뮬레이션한 결과를 그림 3과 그림 4에 제시하였다.

그림 3. 변조된 캐리어 신호의 상대적 스펙트럼 파형

Fig. 3. Modulated carrier relative spectrum.

그림 4. 캐리어 복조 후 상대적 스펙트럼 파형

Fig. 4. Demodulated carrier relative spectrum.

그림 5와 6은 90 Hz와 150 Hz 두 개의 주파수 신호가 포함된 변조 및 복조 시간 파형이다. 이 파형에서 저역통과필터 LPF (low pass filter)를 통해 고조파 등 불필요한 성분을 제거하고, 대역통과필터 BPF (band pass filter)로 두개 주파수 각각의 신호를 추출하였다.

그림 5. 변조된 캐리어 시간영역 파형

Fig. 5. Modulated carrier time scope.

그림 6. 변조된 캐리어의 복조 후 시간영역 파형

Fig. 6. Demodulated time scope of the modulated carrier.

이때 각 BPF 사양은 그림 7에 제시한 파라미터를 참조하여 표 2와 같이 설정하였으며, 이 특성의 BPF로 추출한 신호를 그림 8과 9에 제시하였다.

그림 7. 대역 통과 필터의 사양

Fig. 7. Specification of band pass filter.

표 2. 대역통과필터의 사양

Table 2. Specifications of band pass filter.

그림 8. 90 Hz 신호의 시간영역 파형

Fig. 8. Time scope of 90 Hz signal.

그림 9. 150 Hz 신호의 시간영역 파형

Fig. 9. Time scope of 150 Hz signal.​​​​​​​

위의 그림 8, 그림 9의 경우 원신호는 노란색 파형이고, 변조 후 복조를 거친 신호는 파란색 파형이다. 그림에서 변조와 복조 과정을 거친 신호가 원신호와 거의 일치함을 보인다. 또한 복조과정 외에 필터를 이용하여 높은 대역 고조파 신호는 제거하고 원하는 대역 주파수를 통과하여 원하는 파형을 구할 수 있다.

3-3. 수신기 구성을 위한 GNU Radio 설계

GNU Radio는 오픈 소스 기반의 개발 도구로 SDR 개발에 필요한 다양한 모듈을 제공한다. GNU Radio가 제공하는 모듈은 런타임 (run time) 모듈, 신호처리 모듈, GUI (graphic user interface) 모듈, 입력 및 출력(I/O) 모듈 등이 있다[11]. 또한 SDR로 받은 신호를 실시간 처리하기 유리하다는 장점이 있어 본 연구에서는 Simulink와 GNU Radio 두 가지 프로그램을 사용한다. GNU Radio를 이용하여 앞에서 제시한 Simulink 블록과 같은 기능을 갖도록 구현하였다.

그림 10. SDR로 신호를 수신해 DDM, 변조도, 입사각을 구하는 GNU Radio 설계_소스 블록

Fig 10. GNU Radio schematic for modulation depth, DDM and angle_source block.

설계 블록도는 앞에 제시한 MATLAB 설계와 유사한 기능을 수행하며, 본 연구에서 사용한 SDR 하드웨어 모듈인 RTL-SDR의 변조 신호 출력을 SDR source 블록으로 연결하여 수신하고 복조한다. MATLAB 에서는 프로그램으로 신호를 직접 생성하나, GNU Radio는 RTL-SDR source 를 이용해 수신한 신호를 처리한다. RTL-SDR 모듈에서 신호를 받는 부분(RTL-SDR source)은 수신 주파수를 로컬라이저 반송파 주파수로 하고 초기 샘플링 속도는 50 kHz 이다.

RTL-SDR source 블록으로 수신한 신호를 AM 복조한다. 이후 multiply constant로 상수를 곱하며, 그 후 BPF를 사용하여 90 Hz와 150 Hz 신호를 분리한다. low cutoff 주파수, hight cutoff 주파수 설정으로 통과 주파수를 정하여 로컬라이저 신호를 확인한다. 복조된 90 Hz와 150 Hz의 신호가 복합된 시간 영역 그래프인 DEMOD VIEW, 90 Hz 신호와 150 Hz 신호는 BPF를 사용하며, 이 필터는 Simulink 구현 필터와 같은 사양(표 2)이다. Kaiser window는 다른 윈도우에 비해 주엽 인접영역에서 가파른 감쇠특성을 갖고, 저지대역 감쇠량이 정해질 때 주엽 폭이 큰 값을 갖는다. 수신 신호 스펙트럼 확인 블록 앞에 decimating FIR 필터를 사용하며, 이는 데시메이션 속도를 결정하고 출력 스트림에 이 데시메이션이 적용된다. 데시메이션이란 샘플링된 신호 각 데이터 사이마다 N개씩 데이터를 빼내어 표본화 주파수(f_s)를 1/N배로 만드는 조작이다. GNU Radio는 데시메이션을 통해 주파수 스펙트럼을 자세하게 분리 확인이 가능하다.

그림 11. SDR로 신호를 수신해 DDM, 변조도, 입사각을 구하는 GNU RADIO 설계_필터

Fig 11. GNU RADIO schematic for modulation depth, DDM and angle_filter.

그림 12는 90 Hz 와 150 Hz 신호 크기가 1:1 일 때 신호를 수신 복조한 주파수 스펙트럼 및 시간 파형이다. 반송파 중심으로 양쪽 사이드 위치 주파수는 각각 90 Hz와 150 Hz 이며, 중앙과 오른쪽에 위치한 파형은 Time Sink로, 앞에 언급한 MATLAB Simulink 출력의 시간영역 파형 (time scope)과 일치한다. 이를 통해 GNU Radio 동작을 확인할 수 있다. 그림12 왼쪽 스펙트럼의 반송파와 양쪽 사이드밴드는 크기 차이가 약 20 dB 이며, 그 값은 다음과 같이 유도된다.

\(\begin{align}p_{c}=\frac{1}{2} v_{c}^{2}\end{align}\)       (3)

\(\begin{align}p_{m}=\frac{1}{8} v_{c}^{2} m^{2}\end{align}\)       (4)

그림 12. SDR 출력 유선수신 신호를 GNU Radio로 복조한 파형

Fig. 12. The demodulating waveform over the wire from SDR using GNU Radio.​​​​​​​

v_c의 전압이 1 V일 때, 수식 (3)과 (4)로 계산하면 p_c는 0.5 W, p_m은 0.005 W 이다. 0.5 W는 약 27.0 dBm이고, 0.005 W는 7.0 dBm으로 두 값의 차이는 20 dB가 된다.

Ⅳ. SDR과 단일보드컴퓨터 (SBC; single board computer)를 이용한 신호 무선 전송

그림 13은 PC에 SDR을 연결한 후 WiFi를 통해 수신용 PC와 연결한 환경을 나타낸다. 이때 시스템 구성을 위해 송신용 PC에서는 VirtualBox로 리눅스 환경을 구성하여 실행하였고, 방화벽을 해제하는 과정도 실행하였다. 이러한 작업을 통하여 얻은 결과를 그림 14에 제시하였다.

그림 13. 송신 및 수신 PC 사이에 WiFi를 통한 통신

Fig. 13. Communication between PCs through WiFi.

그림 14. 무선 수신 후 PC간 WiFi 데이터 전송을 통한 특성파형

Fig. 14. Waveform results with transferring data between PCs using WiFi after wireless receiving.​​​​​​​

방화벽 관련 작업은 ‘Windows 보안 설정’에서 ‘방화벽 및 네트워크 보호’의 ‘고급설정’, ‘인바운드 규칙’ 후 포트 지정 및 입력하면 PC 간 TCP 연결이 가능하다. TCP 연결 후, 송신 PC에서 RTL-SDR source 블록과 TCP sink를 이용하여 송신하였다.

그림 15는 드론에 SBC의 일종인 라즈베리파이와 SDR 모듈 (이하 ‘모듈’)을 장착한 상황을 상정하였다. 그리고 WiFi를 통해 지상 데이터 분석용 PC에 연결된다. 공중의 모듈에서 복잡한 연산을 하기엔 사양이 충분하지 않기 때문에 신호를 수집하고 서버로 보내는 기능만 동작한다. 분석용 PC는 수신 데이터를 각종 연산을 통해 분석하게 된다. 실행 결과 예로 그림 16과 같은 결과를 얻었다.

그림 15. SBC와 PC간 WiFi를 통한 통신

Fig. 15. Communication between SBC with SDR and PC using WiFi.

그림 16. SBC (라즈베리파이)를 통해 수신한 결과

Fig. 16. Result through single board computer.​​​​​​​

그림 16은 항공기가 활주로 중심선으로 진입하는 상황을 신호발생기로 발생하여 그림 15 환경으로 실험한 결과이다. 그림 16의 그래프는 Simulink에서 시뮬레이션한 DDM=0일 때의 파형이며, 주파수 스펙트럼 분석치인 DDM은 0.005022 으로 제시된다. 이는 계산 이론값인 0과 비교하여 약 0.5%의 오차이다. 또한 신호 변조도는 150 Hz와 90 Hz 각각 19.53%, 19.549%로 나오며, 이는 이론값인 20%에 비해 2.33%, 2.35%의 오차를 갖는다.

그림 17은 활주로 중심선과의 진입 각도가 1 °로 진입하는 상황을 신호발생기로 발생하여 실험한 결과이다. 이때는 각 신호의 비율이 0.8:1로 설정하였다. 한쪽 신호가 우세한 상황을 만들기 위해 신호발생기에서 총 변조도 40% 중 90 Hz는 55%를 150 Hz 경우는 45% 비율로 할당하여 신호를 발생하였다.

그림 17. 진입 각도가 1°일 때의 결과

Fig 17. Result when the approach angle is 1°.

이때 수신된 DDM은 0.04067이고, 이론값인 0.0406과 비교할 때 약 0.27%의 오차가 발생한다. 또한 신호 변조도는 150 Hz와 90 Hz 각각 17.987%, 22.057%로 나오며, 이는 이론값인 18%, 22%에 비해 0.7%, 0.35%의 오차를 갖는다.

또한 주파수 스펙트럼 외에 90 Hz와 150 Hz 합성 시간 파형을 살펴보면 90 Hz와 150 Hz 중 어느 것이 더 우세한지 알 수 있다. 그림 18의 y = 0인 검은 실선과 빨간 점을 살펴보면 (이때 빨간점과 검은 실선은 이해를 돕기 위해 임의로 그림에 표시한 것임) 왼쪽 그래프와 같이 빨간색 점이 0에 미치지 못하면 90 Hz가 우세하고, 오른쪽과 같이 0을 넘으면 150 Hz가 우세하다.

그림 18. 진입 각에 따른 그래프 파형(DDM이 0이 아닌 경우)

Fig 18. Waveform difference according to approach angle (when DDM is not zero).

그림 19. 진입 각에 따른 그래프 파형 (DDM이 0인 경우)

Fig 19. Waveform difference according to approach angle (when DDM is zero).

반면 앞에 언급한 경우와 달리 그림19의 경우는 DDM이 0일 떄이다. 이는 y = 0인 선과 빨간 점이 만나는 경우 임을 확인할 수 있다. 이러한 방법을 통해 어느 신호가 우세한지 대략적인 변조도를 추정할 수 있다.

Ⅴ. 측정 및 분석

본 연구에서는 신호발생기로 90Hz와 150 Hz를 반송파에 각각 20%의 변조도로 진폭 변조하여 반파장 다이폴 안테나와 연결하여 신호를 송신했다. 이렇게 송신한 신호를 SDR과 연결되어있는 다이폴 안테나를 통해 수신하였다. SDR 출력을 WiFi를 이용하여 PC로 전달하고 PC에 구축된 GNU Radio 블록을 이용하여 신호를 분석하였다. 이렇게 나온 결과가 MATLAB Simulink을 이용하여 시뮬레이션했던 결과와 같은지 확인하는 과정을 거쳤다. 또한 이를 무선으로 실시간 신호 수집을 하기 위해 GNU Radio에 있는 TCP 블록을 활용하여 수신하였다. SDR 출력을 WiFi를 이용하여 PC와 연결하기 위해 단일보드컴퓨터인 라즈베리 파이를 이용했다. 이렆게 수신한 신호를 이용하여 실시간으로 DDM을 구하고, 활주로의 폭과 길이를 통해 활주로의 중심선과 진입 각도를 계산할 수 있었다.

Ⅵ. 결론

본 연구에서는 SDR을 활용한 항공신호, 그 중에서도 LLZ에 대한 신호를 실험실 환경에서 신호발생기를 통해 재현하고, SDR을 통해 무선으로 수신하였다. 그 과정에서 MATLAB의 Simulink를 통해 예상 결과를 시뮬레이션 하고, SDR을 통해 신호를 수신하여 GNU Radio를 통해 항공기 진입각과 DDM을 확인하였다.

두 정현파 신호의 변조도를 같은 크기로 설정하여 활주로 가운데 방향으로 진입하는 상황을 가정하여 실험했을 때 DDM은 약 0.5%의 오차를 갖고, 150 Hz의 변조도는 2.33%, 90 Hz는 2.35%의 오차를 갖는다.

또한 신호의 변조도를 0.8:1의 비율로 주고 1° 의 각도로 진입하는 상황을 가정할 때 DDM은 약 0.27%의 오차를 갖고, 150 Hz의 변조도는 0.7%, 90 Hz는 0.35%의 오차를 갖는다. 본 연구를 통해 항공기 또는 지상장비를 이용하여 ILS 신호를 수신 검사하는 방식보다 SDR 활용 수신시스템으로 신호를 수신 검사하는 것이 경제적이고 간편할 것이라 예상한다.