SAR 시스템용 항공기의 안테나 마운트 설계를 위한 3D스캔 및 CAD 모델


지구 궤도에 있는 금속 모듈 (사진 출처: DLR독일 항공우주 센터(German Aerospace Center)는 크레아폼 계측 서비스를 신뢰합니다.


독일 항공 우주 센터(DLR)의 고주파 기술 및 레이더 시스템 연구소는 미래의 위성 임무를 위한 레이더 시스템과 관련 매개변수를 조사하고 있습니다. 이를 위해 유연성이 높은 항공기 탑재 시스템을 이용해 사전 테스트를 수행합니다. 예비 테스트를 위해 레이더 시스템은 두 대의 Dornier Do 228 터보프롭 항공기에 설치됩니다. 이 목적에 필요한 안테나는 연구소에서 항공기 시스템에 개발, 테스트 및 통합될 것입니다. 통합을 위해 안테나를 항공기 동체에 장착하기 위한 특수 지지 구조물이 필요합니다. 이를 위해 다양한 항공기 영역의 정확한 등고선 데이터(CAD 모델)가 이러한 지지 구조물 또는 마운트의 구성에 필요합니다.

 

L-밴드(L-band) 주파수 범위에 있는 2개의 레이더 위성을 사용한 지구 관측을 위한 새로운 프로젝트의 일환으로, 예비 조치로 2대의 항공기에 유사한 시스템이 설치될 예정입니다. 동시에 수신하는 두 개의 캐리어 플랫폼으로 지표면을 관찰함으로써 광범위한 신제품을 개발할 수 있습니다. 이 경우 제품은 특정 파라미터, 모델, 지도 등에 대해 기록된 레이더 데이터의 평가를 참조합니다. 여기에는 전형적인 3D 지형 모델 외에도 나무 덮개 또는 삼림 벌채와 같은 초목, 유속 및 일시적인 부피 변화와 같은 빙하 상태, 화산 활동, 지진 또는 채굴로 인한 지반 침하 등이 포함됩니다.

 

레이더 원격 감지는 주로 SAR 원리(Synthetic Aperture Radar, 합성 개구 레이더)를 기반으로 합니다. 여기서 레이더 시스템의 움직임에 의해 움직임 방향의 매우 높은 공간 해상도가 달성됩니다. 이 원리는 거리에 구애받지 않기 때문에 우주에서 매우 높은 정확도로 지구 표면의 고해상도 이미지를 획득할 수 있습니다. TanDEM-X 임무의 일환으로 DLR은 이러한 목적을 위해 독일 레이더 위성 TerraSAR-X TanDEM-X를 운용합니다. 현재 진행 중인 조사는 두 개의 X-밴드 위성의 기존 별자리에 대한 후속 시스템과 관련이 있습니다.


그러나 L-밴드와 같은 더 낮은 주파수에서는 위성 간의 거리가 훨씬 더 멀어지고, 원시 레이더 데이터에서 파라미터를 추출하는 데 사용되는 알고리즘과 모델의 데이터 처리와 관련하여 추가적인 문제가 발생합니다. DLR의 두 대의 Dornier 연구 항공기의 새로운 시스템은 잠재적인 위성 발사 훨씬 전에 이 레이더 데이터를 제공하는 데 사용됩니다. 이들은 DLR의 고주파 기술 및 레이더 시스템 연구소의 핵심 영역입니다.

 

과제: 다양한 항공기 영역의 3D 스캔 및 CAD 모델 생성


Dornier DO 228 옆의 메트라스캔(MetraSCAN 3D) C-Track

    

항공기 내부 및 내부에 안테나 장착용으로 사용 가능한 설치 공간을 설계하려면 매우 정확한 기하학적 데이터가 필요합니다. 이 경우 구조물은 항공기 내부의 시트 레일에 장착되고 항공기 동체 아래 바닥의 축을 통해 밖으로 돌출됩니다. 안테나는 공기역학적 페어링에 장착됩니다. 특정 한계 내에서 수직 축을 중심으로 회전할 수 있도록 장착됩니다.


이 프로젝트의 경우, 축과 그 주변 영역(캐빈 내부 바닥과 동체 아래 영역)이 특히 중요했습니다. 프로젝트를 실현하기 위해 이러한 지지 구조물이나 마운트를 구성하는 두 대의 항공기 영역에 대한 정확한 CAD 모델이 필요했습니다. 이를 위해 먼저 3D스캔을 생성해야 했으며, 이 스캔에서 CAD 모델을 생성할 수 있었습니다.


이러한 3D스캔은 편대 비행에서 더 낮은 주파수 범위(L-밴드)에서 SAR 기록을 수행할 수 있도록 두 대의 Do 228(DLR 소유 연구 항공기)에 대한 안테나 마운트 구성의 기초 역할을 합니다. 이를 위해 항공기 동체 밑에 안테나가 설치되어 지면에 비스듬히 측면으로 방사 및 수신합니다.



사용된 계측 장비 및 스캐닝 시스템

DLR은 표면 및 볼륨 스캔을 위해 크레아폼의 계측 및 엔지니어링 서비스에 문의했습니다.


크레아폼 3D스캐닝 시스템은 필요한 정확도, 원하는 세부 수준 및 영역의 접근성으로 인해 휴대성, 속도 및 정확도 덕분에 이 프로젝트에서 매우 적합했습니다. 메트라스캔(MetraSCAN 3D) 및 핸디스캔(HandySCAN 3D) 휴대용3D스캐너와 맥스샷(MaxSHOT 3D)의 사진 측량 시스템이 사용되었습니다. 독일의 오베르파펜호펜(Oberpfaffenhofen) 및 브라운슈바이크(Braunschweig)에서 DLR 연구 비행 부서는 두 대의 항공기를 스캔했습니다.



메트라스캔(MetraSCAN 3D) C-track으로 DO 228 스캐닝 중인 직원



핸디스캔(HandySCAN 3D)으로 바닥 출입구를 스캔하는 직원


항공기의 전체 위치 모델(내부 및 외부)은 맥스샷(MaxSHOT 3D)을 사용하여 기록되었습니다. 이 사진 측량 시스템을 통해 전체 측정의 정확도를 높이고 외부 치수를 내부 치수와 결합할 수 있게 했습니다. 메트라스캔(MetraSCAN 3D) 3D스캐너는 동체와 같은 항공기의 관련 외부 영역을 획득하는 데 사용되었으며, 핸디스캔(HandySCAN 3D) 3D스캐너는 내부의 바닥 출입구와 같이 항공기 내부의 세부 사항 및 접근하기 어려운 영역을 획득하는 데 사용되었습니다.


스캔 후 처리는 소프트웨어 VXmodel을 사용하여 수행되었습니다. 먼저 스캔을 정리하고 정렬하며 불필요한 표면을 제거했습니다. 이후 스캔은 CATIA에서 역설계를 위해 준비되었습니다. 각 항공기에 대해 현장 측정은 약 4~5시간(설정 및 해체 포함), 후처리에는 약 2~3시간, 역설계는 약 2주가 소요되었습니다.

 


아래 이미지: 스캔한 항공기 바닥 해치의 스캔 및 사후 제작된 CAD 모델


항공기 객실의 기존 3D스캔에 통합된 두 개의 안테나 지지대 중 하나의 구성에 대한 첫 번째 스케치가 다음 그림에 나와 있습니다. 데이터에서 개별 리벳 위치, 내부의 시트 레일 또는 항공기 동체의 판금 조인트를 참조할 수 있습니다.



3D 스캔에 통합된 안테나 지지대 구조 스케치


결론 및 ROI

Dipl.-Ing. DLR 고주파 기술 및 레이더 시스템 연구소(DLR Institute of High Frequency Technology and Radar Systems)Markus Limbach는 다음과 같이 매우 만족합니다. “우리가 사용한 하드웨어인 크레아폼의 광범위한 데이터 처리 기능 및 전문 지식들이 우리의 작업에 최적의 것으로 판단했습니다. 긍정적인 경험이 적다는 것은 모든 공급업체가 동일한 품질 표준을 제공할 수 없다는 것을 보여줍니다. 크레아폼의 계측 팀을 통해 얻은 ROI 측면에서 볼 때, 작업 시간을 약 6-8주를 절약할 수 있을 것으로 기대합니다. 엄청나게 만족스럽습니다.”


독일 항공 우주 센터(DLR) 정보 고주파 기술 및 레이더 시스템 연구소

독일 항공 우주 센터(DLR)는 독일 연방 공화국의 항공 우주 연구 센터입니다. 항공, 우주, 에너지 및 운송, 보안 및 디지털화에 대한 연구 개발을 수행하고 있습니다. 쾰른에 본사를 둔 DLR은 독일의 총 30개 지점을 대표하고 있습니다. 자사의 전문 지식을 활용하여 지속 가능한 미래를 위한 글로벌 과제와 기술에 대한 솔루션을 개발합니다. 이러한 방식으로 DLR은 독일을 지식과 비즈니스의 중심지로 강화하는 데 기여합니다.


독일 오베르파펜호펜(Oberpfaffenhofen)에 있는 고주파 기술 및 레이더 시스템 연구소는 지상, 공중 및 위성 기반 레이더 원격 감지를 위한 혁신적인 센서, 알고리즘 및 애플리케이션을 개발합니다. 독일 레이더 위성 임무인 TanDEM-X 및 향후 임무를 위해 항공기 실험으로 시스템 기능을 준비합니다. 이를 위해 DLR 고주파 기술 및 레이더 시스템 연구소는 공중 레이더 시스템 F-SAR DBF-SAR을 개발하여 매우 성공적으로 운영하고 있습니다. 30년 이상의 경험을 바탕으로 센서 기술, 특히 제품 생성을 위한 데이터 및 알고리즘 처리 분야에서 세계 최고의 기관 중 하나입니다.


출처-크레아폼 블로그

https://www.creaform3d.com/blog/3d-scans-and-cad-models-for-designing-antenna-mounts-on-aircraft-for-sar-systems/