ADS-B 신호 분석을 통한 도심지역 버티포트 전파환경 연구 = Analysis of ADS-B RSSI prediction and measurement in dense populated urban environment

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 부산광역시 UAM 실증 비행시, 실증구간에서 김해공항–해운대 구간, 김해공항 - 부산항만터미널 구간을 대상으로 고해상도 DEM/DSM 지리정보를 활용하여 도심지 UAM(Urban Air Mobility) 회랑에서의 ADS-B 기반 감시/통신 전파환경을 정량적으로 분석하였다. ITU-R P.526의 Knife-Edge 회절 파라미터인 v-parameter를 도입하여 Rx 고도 변화(10 ∼ 400m)에 따른 회절 강도, 음영구역 분포 및 전파세기(RSSI) 변화 특성을 평가하였다. 그 결과, 저고도에서는 대부분의 경로에서 V>0 이 발생하여 강한 회절 손실이 나타나는 반면, UAM 운항고도(약 300∼450 m)에서는 회절 영향이 급감하며 LOS(직선경로) 기반 전파환경이 우세한 것으로 나타났다. 또한, RSSI 와 V_max 간의 강한 음의 상관관계(최대 –0.91)를 확인하여, 회절이 ADS-B 감시 품질에 미치는 영향을 실증하였다. 중심선(김해→해운대)에 대한 1차원 분석에서는 철마산 능선에서 지배적 Knife-Edge 장애물이 존재하여 –85 dBm 이하 신호지역과 강한 회절손실이 중첩되는 구간이 확인되었다. 본 연구의 결과는 UAM 회랑 설계, ADS-B 중계기 최적 배치, 및 드론용 ADS-B 신호 설계 등 도심지 저고도 전파환경 평가에 중요한 기초자료로 활용될 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study investigates the low-altitude propagation characteristics of ADS-B–based surveillance and communication for Urban Air Mobility (UAM) operations in a representative urban corridor of Busan, South Korea. Focusing on the Gimhae Airport–Haewondae route, high-resolution digital elevation data were utilized to construct a detailed terrain-aware propagation model. The Knife-Edge diffraction parameter v, defined in ITU-R P.526, was employed to quantify terrain-induced diffraction strength and its impact on received signal power (RSSI) under varying receiver altitudes ranging from 10 to 400 m.
The analysis reveals that at low altitudes, most propagation paths exhibit v>0, indicating significant terrain-induced diffraction losses and the presence of shadowed regions. In contrast, within the typical UAM operational altitude band of 300–450 m, diffraction effects diminish sharply and line-of-sight (LOS) propagation becomes dominant. A strong negative correlation (up to –0.91) between RSSI and the maximum diffraction parameter Vmax was observed, demonstrating that diffraction is a primary factor degrading ADS-B surveillance quality in dense urban terrain. A detailed one-dimensional centerline analysis of the corridor further identified the Cheolma Mt. as a major Knife-Edge obstruction, producing extended weak-signal zones below –85 dBm and severe localized diffraction loss.

The results provide critical foundational insights for designing reliable UAM corridors, optimizing the placement of ADS-B receivers, and developing robust 5-GHz ADS-B-like surveillance signals tailored for urban low-altitude environments. These findings highlight the necessity of incorporating terrain-induced diffraction modeling into future CNSi (Communication, Navigation, Surveillance and information) architectures to ensure high-integrity UAM operations in metropolitan regions.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 제1절 연구배경 1
• 1. 도심환경 모빌리티(UAM, Urban Air Mobility) 1
• 제2절 연구목적 3
• 제2장 본 론 6
• 제1절 이론적배경 6
• 1. 도심항공교통 개요 6
• 2. CNSi/ATM 10
• 3. ADS-B 13
• 제2절 전파환경 선행연구 16
• 1. 국내연구 내용검토 16
• 2. 국내연구 내용검토 18
• 3. 전파모델 및 전파모드 19
• 제3절 연구범위 22
• 제4절 연구방법 24
• 1. 연구가설설정 24
• 2. 연구방법론 24
• 3. 추론에 대한 검증 25
• 제5절 부산도심지 전파환경 분석 27
• 1. 분석 개요 27
• 2. 모델링 및 분석 방법 28
• 제6절 부산도심지 전파환경 측정 및 비교분석 41
• 1. ADS-B 신호의 수신방법론 41
• 2. 전파환경 현장측정 및 측정결과 45
• 3. ADS-B 수신신호세기 실험결과 및 시사점 49
• 제3장 결 론 50
• 제1절 연구 결과 50
• 1. 저고도 UAM 운항시 가장 큰 취약지대 형성 50
• 2. 해석 방법에 대한 제안 52
• 제2절 연구 한계 및 향후 연구방향 52
• 1. 연구 한계 52
• 2. 향후 연구방향 53
• 참고문헌 54
• ABSTRACT 56