인하대학교 대학원 항공산업시스템공학과에 재학중인 정형찬씨가 공학박사 학위를 취득해 눈길을 끌고 있다.

정씨가 학위를 받은 논문은 ‘원형 마이크로폰 어레이 적용 드론 위치 추적(Drone Location Tracking with Circular Microphone Arrary)’에 관한 것으로 비행하는 드론의 절대좌표, 빛, 피치, 롤, 헤딩, 고도, 방위각 및 고각을 포함한 상태 정보 오디오 cnwr 인터페이스를 설계 및 실험을 통해 무인항공기의 위치를 추적하는 기술을 제시했다.

제주 구좌읍 출신인 정씨는 구미전자공고를 졸업후 동의대학교에서 전자통신공학을 전공후 인천대학교 전자공학 전공(석사 입학), 2013년 2월에 인하대학교에 박사과정을 입문 후 불굴의 의지로 주경야독을 반복하면서 인고의 세월을 보낸 끝에 오는 8월 공학박사학위를 수여받는다.

정씨는 “기나긴 시간동안 논문이 나오기까지 지인들의 도움을 많이 받았다.”며 “고마우신 분들의 도움이 없었다면 논문이 나올 수 없었을 것”이라고 토로했다.

그는 “먼저 연구에 아낌없는 지도 편달을 해주신 지도 교수이신 강경희 교수에게 깊은 감사의 뜻을 전한다”며 “이 연구가 진행되면서 연구방법론에서부터 길과에 이르도록 자세하게 지도하여 주셔서 무사히 졸업논문을 작성할 수 있었다.”고 무한한 감사를 드렸다.

정 씨는 “몇 번이나 포기하고 싶었지만 참아가며 견뎌 낸 끝에 받게 된 박사학위라서 정말 감회가 남다르다”고 하면서 “어렵게 학위를 수여 받았지만 박사 과정을 걸치며 배운 지식들을 고향 발전을 위해 사용하도록 고려해 보겠다‘고 말했다.

한편, 드론의 음향 추적을 의한 방법론에 있어서 음향특징 백터를 주술하여, 비행체 인식을 위하여 프로그래밍 되어 생성된 학습데이터 세트에 HMM모델을 학습시켜, 데이터베이스(DB)화된 오디오신호를 해당무인항공기(CAN)의 음향신호와 비교하여 인식 시스템과 비행체의 음향유사도를 판단하여 비행해의 유무를 확률적으로 판단한다.

그러므로 무인비행체의 실시간 위지를 보다 명확하게 추적 및 탐지할 수 있는 기술 역량이 필요하다.

이 논문은 잡음이 존재하는 실제 환경에서 다양하게 탐지되어 들어온 음향신호를 보다 정밀하게 인식하는 기술에 대하여 논했다.

불법 무인기에 의한 위협을 줄이기 위해, 음향기반 기법 에 의한 추적시스템을 구현했다.

드론 음향추적 방식에는 3가지 주요 사항이 있다. ▲가변 빔 형성을 통해 공간을 스캔하여 음원을 찾아 마이크어레이를 사용하여 소리를 녹음한다. ▲음원의 존재 유무 여부를 알기위해 은닉 마르코프 모델(H\INI)로 분류한다. ▲음원이 드론인 경우, 적응형 빔 패턴기반의 추적기준 신호로 기록 및 저장된 음원을 사용한다.

시뮬레이션은 배경 노이즈 및 간섭 사운드가 없는 이상적인 상태와 배경 노이즈 및 간섭 사운드가 있는 비이상적인 조건 모두에서 수행되며 불법적인 드론의 추적성능을 평가했다.

드론 추적시스템은 마이크어레이 성능에 따른 탐색 거리 성능향상 및 음향패턴일치 정도에 따른 드론 유무 판정기준을 설계하여 음성판독 회로설계에 반영했다.

제1장은 연구배경과 드론 음향탐지 분야의 각 나라별 연구동향을 조시했으며, 다양한 드론 탐지 연구시스템을 비교 분석하여, 논문에 반영했다.

제2장은 음향특징 벡터 추출 방식의 특징과 드론음향 탐지기 설계에 적용될 HMM방식의 개요를 설명했으며, HLA 특징벡터 추출 방식을 적용하여 음향 스펙트로그램을 획득해 드론에서 발생되는 음향의 거리를 유클리디언 거리로 환산하는 모의실험에 대한 내용을 정리했다.

HLA 특징벡더추출 시뮬레이션은 음향 담지 프로그램 및 회로설계, 구현의 기초 작업으로 수행됐다.

제3장에서는 드론음향 추적을 위한 알고리즘 설계 및 모의실험에 대한 내용이며, 자유공간에서 미지의 물체에 대한 공간 탐색에 대한 내용을 기술했다.

탐색된 물체에 대한 음원 입력을 결정하는 원형마이크어레이의 위상 구조 및 신호모델을 기술했다. 무인항공기의 위치추적 결정 음향추출 신호기법으로 Switched 빔 포밍 후 HMM 으로 음원식별을 하여, 음원발생 소스에 대한 예측 가능한 시스템 설계를 하려 노력했다.

적응형 빔 패턴을 활용하여 무인 UAV 추적 시 음향 최적화 알고리즘을 적용하여, 음향 적응패턴 설계 및 모의실험 성능 평가를 했다.

제4장은 드론 음향탐지시스템의 하드웨어 및 펌웨어 설계 시 사용된 마이크로 콘트롤러 ARM_CORTEX_M7에 대하여 언급했다.

드론 음향 탐지 시스템을 설계 및 검증, 회로도 작성 및 회로 시뮬레이션, 펌웨어 및 소프트웨어 설계를 했으며, 실제 비행 시험 전 오디오주파수 및 대역폭 응답 평가시험 수행 후 마이크어레이 연결 및 비행시험을 완료했다.

제5장 결론에서는 구현 및 설계한 드론 음향탐지기의 음향 검출 및 추적 성능에 대한 결과를 도출하여 결론을 제공한다.