[미리안] 더 안전한 항구를 만들 모바일 라디오 패시브 레이더
많은 연안지역과 항구는 테러에 대해 거의 무방비 상태이다. 곧, 셀 타워(cell towers)로부터의 신호 에코에 의존하는 새로운 센서시스템이 아주 작은 배의 공격도 빨리 검지하게 될 것이다. 이 모바일 라디오 패시브 레이더는 비행기가 풍력발전용 터빈을 피하는 것에서도 도움이 될 수 있다.
현재, 주위의 공항은 세밀한 보안감시 시스템을 가지고 있지만 많은 연안 마을과 항구는 그렇지 못하며, 종종 작은 선박을 추적할 레이더 시스템 설비가 부족하여 테러리스트들이 쾌속선을 이용하여 해안선에 쉽게 접근하여 육지로 폭발물을 반입할 수 있다. 이제, 독일 본의 프라운호퍼 연구소 통신, 정보 프로세싱 에르고노믹스 FKIE(Fraunhofer Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics FKIE)는 패시브 레이더(PCL, Passive Coherent Location)라고 불리는 모바일 라디오 조명(mobile radio illumination)에 기반을 둔 연안지역용 패시브 감시시스템을 개발했다. 이 시스템은 화물선에 접근하는 해적들이 선호하는 쾌속선을 포함한 의심스러운 선박을 검지하기 위해 셀 타워(cell towers)에서 방출되는 연속 라디오 신호를 사용한다. 전자광학적(electro-optical) 시스템 또는 적외선 시스템과의 퓨전 버전은 다른 목표물에 대한 분류를 가능케 한다.
이 새로운 방식은 레이더 시스템과 매우 비슷한 방식으로 작동되는데, 레이더 시스템은 물체로 신호를 송신한 다음에 그것들로부터 되돌아오는 에코 신호를 수신한다. 비슷하게, 패시브 레이더(PCL) 시스템은 모바일 네트워크에서 반사되는 전자기적 방사선에 기반을 두고 선박을 검지한다. 레이더 안테나는 자체의 잘 정련된 신호를 제한된 지역에 전송한다. 에코는 쉽게 해석할 수 있다. 새로운 센서는 다른 장소와 다른 셀 타워(cell towers)로부터 오는 모바일 네트워크 라디오 신호를 사용한다. 이 센서는 주의깊게 추출되어야 하는 물체로부터의 혼란스러운 에코 믹스를 수신한다. “도전적인 작업 중 하나는 우리의 센서 시스템이 셀 타워(cell towers) 그 자체로부터 강력한 신호를 추출하는 경향이 있다는 사실이다. 물 위에 떠있는 선박에서 반사되는 신호 에코는 상당히 약해진다”고 이 연구소 프로젝트 매니저인 레다 젬마리(Reda Zemmari) 박사는 말했다.
다용도의 모바일 시스템
결과적으로, 연구진들은 이러한 단점을 보상하기 위한 알고리즘을 개발해야 했다. 이제, 개발된 소프트웨어가 셀 타워(cell towers)에서 직접 나오는 강력한 라디오 신호를 극복하게 되었다. “다른 셀 타워(cell towers)가 다른 주파수를 사용하기는 쉬운 일이다. 왜냐하면, 이것은 소프트웨어가 다양한 신호와 에코를 잘 구별할 수 있도록 하기 때문이다. 더욱이, 이 시스템은 주파수 변화를 일으키는 선박의 움직임에 기반을 두고 움직이는 상태의 선박을 검지할 수 있다. 우리가 개발한 시스템은 물체의 움직임을 정확하게 해석하고 신호를 정확하게 할당하는지를 연속적으로 체크한다”고 젬마리(Zemmari) 박사는 말했다. 독일 에케른푀르데와 페마른 섬에서의 시험 중에, 연구진들은 4km 떨어진 곳에 있는 4m 정도에 불과한 쾌속선을 추적하는 데 성공했다. “우리가 개발한 시스템은 작은 트레일러로 수송할 수 있는데, 이것은 어느 곳에서도 적용할 수 있음을 의미한다”고 젬마리(Zemmari) 박사는 말하면서, 그 전제는 충분한 모바일 네트워크 커버리지가 있어야 한다고 밝혔다. 연구 과학자들은 패시브 레이더(PCL) 시스템은 사용자의 모바일 데이터를 전혀 읽지 않는다고 강조했다. “우리가 사용하는 것이라고는 트랜스미터의 운영 신호이며, 고객의 데이터 패킷을 다루는 것이 아니다”라고 연구 과학자들은 말했다.
테러리즘 행동을 방지하는 것이 이 기술의 유일한 사용처는 아니다. 연구진들은 현재 풍력발전용 터빈용 버전에 대한 연구를 진행 중이다. 높은 터빈 타워는 밤에도 조명이 들어와서, 비행기와 헬리콥터 운전자에게 경고를 보내는 점멸신호를 전송해야 한다. 불행하게도, 이 점멸 상황이 많은 사람을 성가시게 한다. 대신에, 풍력발전용 터빈은 비행기를 검지하는 장치를 장착할 수 있어, 비행기가 접근할 때만 빛을 스위칭할 수 있다. 비행기로부터의 라디오 신호에 반응하는 검지장치는 이미 존재한다. “그렇지만, 우리는 이러한 시스템의 고장에 대비하여 보완시스템이 필요하며, 패시브 레이더(PCL) 시스템은 이러한 업무를 수행하기에 아주 적당하다”고 젬마리(Zemmari) 박사는 말했다.
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 12월 11일]
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Mobile radio passive radar makes harbors safer
Many coastal areas and harbors go almost unprotected against acts of terror. Soon a new sensor system relying on signal echoes from cell towers can quickly detect even the smallest of attack boats. This mobile radio passive radar can also help airplanes avoid colliding with wind turbines.
Airports are now subject to careful security surveillance, but many coastal towns and ports are not; they often lack radar installations to keep track of small boats, meaning terrorists could easily use speedboats to approach the coastline and bring explosives on land. Now, researchers at the Fraunhofer Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics FKIE in Bonn developed a passive surveillance system for littoral regions based on mobile radio illumination called Passive Coherent Location (PCL). It passively employs the continuous radio signals emitted by cell towers to detect suspicious boats, including those speedboats favored by pirates for approaching cargo ships. The fusion with electro-optical or infrared systems allows the classification of the different targets.
This new method works in much the same way as radar systems, which send electromagnetic signals toward an object and then collect the echo they return. Similarly, the PCL system detects boats based on reflected electromagnetic radiation from mobile networks. But it’s much more difficult to evaluate radio signals than radar. A radar antenna transmits its own well-defined signals into a limited area. Echoes can be easily interpreted. The new sensor makes use of mobile network radio signals coming from different directions and from different cell towers. It receives a chaotic echo mix from which objects have to be carefully extracted. “One challenge is that our sensor system tends to pick up the strong signals from the cell towers themselves,” says Reda Zemmari, project manager at the FKIE “The signal echoes reflected off the boats on the water are considerably weaker.”
Versatile, mobile system
As a result, the researchers had to develop algorithms to compensate for this shortcoming. Now the software can suppress the strong radio signals coming directly from the cell towers. “It’s handy that different cell towers use different frequencies,” Zemmari continues, “because this allows the software to better differentiate between the various signals and echoes. What’s more, the system can detect boats that are in motion based on their movement that causes a frequency shift. “Our system continuously checks whether it is correctly assigning signals and correctly interpreting the object’s movements,” says Zemmari. During tests off Eckernförde and Fehmarn, the researchers have already successfully tracked speedboats just a few meters in length from four kilometers away. “Our system can be transported on a small trailer, which means it can be deployed anywhere,” says Zemmari – provided there is sufficient mobile network coverage. The research scientist emphasizes that the PCL system doesn’t in any way read users’ mobile data. “All we use is the transmitter’s operating signal, which does not carry customers’ data packets.”
Preventing acts of terrorism is just one use for the technology. The researchers are currently working on a version for wind turbines. Tall turbine towers must be lit up at night with blinking lights to warn airplane and helicopter pilots. Unfortunately, the blinking bothers many people. Instead, wind turbines could be equipped with airplane detectors that switch the lights on only when a plane is approaching. Detectors that react to radio signals from airplanes already exist. “But we need a redundant system in case these break down – and PCL technology is well suited for that task,” says Zemmari.
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