개발 대상 기술․ 제품의 개요

□ 무인이동체 및 무인이동시스템

o (무인이동체 : Unmanned Vehicles) 사람이 원격지에서 조정하거나 자율적으로 운행 하면서 특정한 임무를 수행하는 이동체

- 운용 환경에 따라 무인기 (UAV: Unmanned Aerial Vehicle), 무인지상이동체 (UGV: Unmanned Ground Vehicle), 무인해양이동체 (UMV: Unmanned Maritime Vehicle)로 구분

- 무인기는 조종사가 탑승하지 않고 무선링크를 이용한 제어를 통해, 또는 자율적 으로 비행 및 조종이 가능한 고정익 및 회전익 비행체를 총칭

※ 국내 ⌜항공법⌟에서는 연료를 제외한 자체 중량이 150kg 이하인 것은 ‘무인비 행장치’로, 150kg를 초과하는 것은 ‘무인항공기’로 규정함

<분류방식별 무인항공기 종류>

- 무인해양이동체는 해상에서 운용되는 무인해상이동체 (USV: Unmanned Surface Vessel) 또는 무인선과 수중에서 운용되는 무인수중이동체 (UUV: Unmanned Underwater Vehicle)로 구분되며, 이들 사이에는 설계 및 운용 개념에 커다란 차 이가 있음

o (무인이동시스템) 특정 임무의 수행을 위해서는 무인이동체 외에 다양한 구성부들이 통합되어 하나의 시스템으로 운용되므로 이를 모두 포괄해 무인이동시스템 (UVS:

Unmanned Vehicle System)이라 함

- 운용 환경에 따라 무인항공시스템 (UAS: Unmanned Aircraft System, 또는 RPAS: Remotely Piloted Aircraft Systems), 무인해양이동시스템(UMS:

Unmanned Maritime System), 무인지상이동시스템 (UGS: Unmanned Ground System)으로 구분

- UAS는 지난 80년대 이후 지속적으로 발달되어 군용으로 활발히 활용되고 있으며, 제반 기술이 성숙되어 최근에는 민수용으로 활용하려는 노력이 활발히 진행 중 - UAS는 무인비행체, 지상장비, 데이터 링크로 구성

<무인항공시스템(UAS)의 구성요소>

□ 무인이동체 제어용 무선통신 기술

o 무인이동체 제어용 무선통신 기술과 관련하여 본 사업에서는 150kg이상의 무인항공 기용 지상 CNPC(Control and Non-Payload Communications) 링크 기술 개발과 다종 무인이동체 운용을 위한 네트워크 구조 연구를 목표로 함

o UAS 지상 CNPC 링크 및 네트워크 기술

- UAS 지상 데이터 링크는 UAS CNPC 링크와 UAS 임무용 링크로 구분되며, 본 사업에서는 CNPC 링크만을 대상으로 함

- 임무용 링크: 임무 수행과 관련된 데이터를 전달하기 위한 링크로서 일반적으로 CNPC 링크에 비해 광대역

- CNPC 링크: 무인항공기 비행 제어, 무인항공기 시스템 상태 모니터링, CNPC 링 크 관리와 관련된 데이터를 전달하기 위한 링크

- CNPC 링크는 두 개의 논리적 요소로 구성됨

Ÿ Pilot/ATC 중계 링크: 항공교통관제센터 (ATC: Air Traffic Control)와 파일럿 간의 음성 및 데이터를 무인기를 통해 중계하기 위한 통신링크

※ 무인기가 유인항공기의 운항 공역 내에서 같이 운용되기 위해서는 무인기 파 일럿과 항공교통관제센터 관제사와의 음성통신 기능도 갖추어야 함

Ÿ UAS 제어 링크: 파일럿과 무인기 사이의 안전 운항 관련 제어정보를 전달하 기 위한 링크

<UAS 지상 데이터 링크>

- UAS 지상 제어 링크는 다시 다음의 두 개 요소로 구성됨

Ÿ TC (Telecommand) 링크: 다음의 정보를 지상의 파일럿으로부터 비행체로 전 달하는 상향링크

§ 비행궤도 제어를 위한 정보

§ 안전 비행을 위해 요구되는 모든 비행체 시스템 제어 정보

Ÿ TM (Telemetry) 링크: 다음의 정보를 비행체에서 지상의 파일럿에게 전달하 는 하향링크

§ 무인항공기 위치, 고도 및 속도

§ 무인항공기 시스템 동작 모드 및 상태

§ 항법 보조 데이터

§ 탐지 및 회피 (Detect & Avoid) 시스템에 의해 요구되는 목표물 추적 데이터

§ 항공 기상 레이더 데이터

§ 상황 인지 향상을 위한 탑재 영상 카메라로부터의 비디오 스트림 - (지상 CNPC 링크 표준화 필요) 향후 공공 및 민간 무인기의 응용 확대를 위해서

는 다수 무인항공기 제어를 위한 표준화된 CNPC 링크 기술의 확보 및 적용이 필수적임

- (지상 CNPC 주파수) 무인항공기 지상 CNPC 링크를 위한 주파수로 L (960-1,164 MHz)과 C (5,030~5,091 MHz) 대역이 고려되고 있음

Ÿ L 대역의 경우 C 대역에 비해 전파 특성이 좋으나 (C 대역에 비해 14 dB 정 도 전파 손실 낮음), 기존 항공 시스템 (DME, TACAN, TCAS, ATC 등) 들이 L 대역에서 많이 운용되고 있어 주파수 확보에 어려움이 있음

* EVLOS: DME(Distance Measurement Equipment), TACAN(Tactical Air Navigation), TCAS(Traffic Alert and Collision Avoidance System)

Ÿ C 대역의 경우 링크마진 확보를 위해 지향성 안테나 사용이 고려되어야 하고 도플러 영향이 L 대역에 비해 5배 크나, 기존 시스템과의 주파수 혼신 영향이 적음

- 무인기는 하나의 대역을 이용할 수도 있고(소형 무인기의 경우 L 대역), 지상 CNPC 링크의 신뢰성을 높이기 위해 L 및 C 대역을 이중으로 이용할 수도 있음 - (CNPC 링크 접속 형태) 지상 CNPC 링크는 P2P (Point-to-Point)형과 네트워크형

이 있음

Ÿ P2P형: 하나의 제어국 (CS: Control Station)이 직접 무인기와 데이터 링크를 형성

Ÿ 네트워크형: 지상무선국 (GRS: Ground Radio Station)들이 네트워크에 연결되 어 있고, 각 CS는 지상 네트워크와 GRS를 통해 무인기와 정보를 교환

<무인항공기용 지상 CNPC 링크 – P2P형 및 네트워크형>

- (주파수 자원의 효율적 활용) 넓은 지역에서 운용되는 다수 무인기를 지원하고 한 정된 주파수 자원의 효율적 활용을 위해서는 무인기용 무선 네트워크에도 셀룰러 개념의 스펙트럼 재사용 방식의 적용이 필요

Ÿ 스펙트럼 재사용 방식은 무인항공기 클래스별 수직적/수평적 분포, 셀 당 지 상무선국 위치, 셀 크기, 무인항공기 클래스별 요구 전송속도 등을 고려하여 최적의 (3차원)셀 설계 및 스펙트럼 재사용 방식 적용이 필요

§ 무인항공기는 0 ~ 20km 사이의 고도에 분포하며, 일반적으로 특정 항 로에서 운행하기 때문에 비균일 분포를 가짐

§ 네트워크에 연결된 지상무선국은 각 셀의 중심 지역에 위치시키는 것 이 가장 좋으나, P2P 기반의 지상제어국은 셀 가장자리에도 위치할 수 있어 보다 큰 인접셀 간 간섭을 야기할 수 있음

§ 셀 크기를 작게 하면 스펙트럼 재사용 효율이 높아지나 무인기의 고도 변화 시 잦은 주파수 변화를 야기함

§ 고도가 높을수록 인접 셀 간섭을 피하기 위해 낮은 스펙트럼 재사용률 이 필요할 수 있음

<스펙트럼 재사용을 위한 3차원 셀 계획 예>

- (스펙트럼 할당/관리) UAS CNPC 링크의 스펙트럼은 관련 주관청에 의해 관리 및 할당될 것이며, 한정된 스펙트럼의 효율적 사용 및 무인기의 안정적 운항을 고려한 스펙트럼 동적 할당 및 재사용 방식 적용 필요

Ÿ 스펙트럼은 일정 기간(한 달, 하루, 또는 1회의 비행 기간) 동안 고정적으로 할당될 수도 있고, 지상제어국의 실시간 할당 요청에 따라 네트워크를 통해 동적으로 할당될 수도 있음

Ÿ P2P 링크의 스펙트럼 할당은 지상제어국과 주관청 사이가 지상 네트워크로 연결되어 있을 경우 네트워크를 통해서 요청하고, 네트워크 연결이 없는 경우 에는 전화 등을 통해 할당 신청을 할 수 있음

< P2P CNPC 링크 스펙트럼 할당 예>

Ÿ CNPC 네트워크에서의 스펙트럼 할당은 지상제어국의 능력(capability) 및 지 상 인프라 이용 가능성 등에 따라 다음과 같이 이루어질 수 있음

§ 지상제어국의 직접 요청에 따른 할당 (아래 좌측 그림)

§ 서비스 제공자(Service Provider)에게 주파수 할당 (아래 우측 그림)

§ 서비스 제공자 네트워크를 통한 지상무선국의 요청에 따른 할당

§ 서비스 제공자 네트워크를 통한 개별 무인기의 요청에 따른 할당

<CNPC 네트워크 스펙트럼 할당 방식 예>

- (핸드오버) 네트워크 기반의 지상 CNPC 링크 시스템의 경우, 무인항공기의 이동 에 따라 동일 CNPC 네트워크 내의 지상무선국 간 핸드오버, 또는 다른 CNPC 네트워크의 지상무선국 간 핸드오버가 요구됨

<지상 CNPC 링크 핸드오버 개념>

o 다종 무인이동체 운용을 위한 무선 네트워크

- 무인기와 무인선 등 이종의 무인이동체 간 협업운용을 위해 무인기 CNPC 네트 워크와 타 무인이동체 네트워크 간의 연동 또는 통합이 필요

- 가능한 협업운용 시나리오들을 효율적으로 지원할 수 있는 다양한 형태의 무선 네트워크 구성 가능

<다중 무인이동체 운용 개념도>

□ 무인이동체용 보안 SW 및 통합 운용 기술

o 무인이동체용 보안 SW 및 통합 운용 기술 개발과 관련하여 본 사업에서는 무인기 와 무인선으로 대상을 한정함

o (무인이동체 보안 기술) 악의적인 사용자에 의한 무인이동체의 탈취를 방지하고 무인 이동체가 정상적인 운행 상태를 유지하도록 검증하고 보장하는 기술

- 무인이동체 소프트웨어 : 무인이동체 운영체제(OS)와 비행제어 소프트웨어로 구 성됨

Ÿ 무인 이동체의 비행/이동 제어 및 통신 등 주요 기능들은 무인이동체계의 운 영체제에 의해 제어되는 애플리케이션에 의해 동작

Ÿ 비행 제어, 임무 제어, 통신/명령 등의 여러 가지 기능을 하나의 컴퓨터상의 소프트웨어로 구현하고 제어함

<무인이동체 보안문제 발생 가능 시나리오>

- 무인이동체 소프트웨어 취약점 분석 및 공격 시나리오 분석

Ÿ 무인이동체 소프트웨어에 존재하는 취약점들은 무인이동체의 탈취와 이에 이 은 악성 행위에 이용될 수 있음

§ GPS 교란, 통신 교란, 비행제어 HW/SW 결함, 지상국 SW 오류, 유무 선 통신 중계망 교란 등의 다양한 공격이 가능함

Ÿ 무인이동체에 대한 다양한 공격 시나리오에 대한 분석 및 분류를 통해 전반 적인 보안 대응책 수립 필요

§ 애플리케이션 및 운영체제를 공격하는 소프트웨어 공격(예: 루트킷¹⁾)은 소프트웨어 구조상에서 가장 강력한 권한을 가지는 운영체제 커널을 획득할 수 있으며, 이 경우 안티바이러스 등 소프트웨어 레벨에서 얻게 되는 모든 정보는 공격자에 의해 변조될 가능성이 있음. 상위 권한을 가지는 대응 기술을 통해 방어 가능

<소프트웨어 기반 공격 탐지 기술의 한계>

- (상시 보안 검증 기술) 운영체제를 포함한 무인이동체 소프트웨어의 신뢰성 보장 을 위해 상시적으로 무결성을 검사하는 보안 검증 기술

Ÿ 상위권한의 독립된 신뢰 모듈이 제공하는 보안 모드의 활용

§ 상위권한의 독립된 신뢰 모듈의 도입이 어려운 경우 그에 준하는 신뢰

§ 상위권한의 독립된 신뢰 모듈의 도입이 어려운 경우 그에 준하는 신뢰