AI와 인공지능으로 비행 중 WWVB 도플러 이동 측정하기: 라디오 신호의 숨은 이야기

AI 기술과 인공지능의 발전은 이제 우리 일상 구석구석까지 스며들고 있습니다. 그런데, 이런 첨단 기술을 활용해 ‘비행 중 실시간 라디오 신호의 도플러 이동’을 측정하는 실험이 있다면 어떨까요? 오늘은 실제 항공기에서 60 kHz WWVB 신호의 도플러 이동을 측정한 흥미로운 프로젝트를 파헤치며, AI가 주파수 측정 및 신호 분석에 어떻게 활용될 수 있는지 쉽고 재미있게 소개합니다!

WWVB 신호란 무엇이며, 왜 중요한가요?

WWVB는 미국 콜로라도에서 송출되는 60 kHz 장거리 시간 신호로, 북미 전역의 라디오 제어 시계와 시각 기술의 기준점 역할을 합니다. 가장 큰 특징은 극도의 주파수 정확도를 제공하며, 실험실 기준 주파수를 보정하는 데 아주 유용하다는 점이죠. 원래 원자 시계처럼 고가의 장비 없이 저렴하고 실내에서 간단하게 활용할 수 있는 점이 매력입니다.

AI 알고리즘은 이런 신호의 수신과 해석, 그리고 데이터 오류 분석까지 자동화해주기 때문에, 복잡한 하드웨어 설정 없이 효율적인 실험이 가능해집니다.

HackRF Pro와 Teewee: 라디오 신호 수신 장비 이야기

라디오 신호를 잡으려면 ‘안테나’가 중요합니다. 실험에서는 HackRF Pro라는 RF(라디오 주파수) 장비와 Teewee라는 소형 액티브 루프 안테나를 사용했습니다. Teewee는 손으로 감은 페라이트 코어와 3D 프린트된 인클로저로 아주 소박한 모습이지만, 이 작은 안테나가 수천 킬로미터 떨어진 WWVB 신호를 잡아내는 모습은 정말 놀랍죠.

HackRF Pro는 온도 보상 크리스탈 발진기(TCXO)를 사용해 주파수 정확도를 극대화합니다. AI는 Teewee로부터 수신된 미세한 신호 변화를 즉각적으로 분석하고, 실시간 오류를 정밀하게 측정할 수 있습니다.

실내에서도 가능한 WWVB 신호 수신 – GPS와의 차이

많은 실험실에서 GPS 신호로 시간과 주파수 기준을 삼지만, GPS는 항상 ‘하늘이 보여야 하는’ 단점이 있습니다. WWVB 신호는 작은 안테나만으로도 실내에서 수신이 가능합니다. 덕분에 까다로운 설치 작업 없이도 AI 기반 자동 신호 분석 시스템을 구축할 수 있습니다.

아마추어와 전문가 모두가 Teewee와 HackRF Pro의 조합으로 실험을 손쉽게 반복할 수 있다는 점이 WWVB의 큰 장점입니다.

도플러 이동이란? 비행 중 신호 변화 관찰의 비밀

여기서 핵심은 도플러 이동(Doppler shift)입니다. 도플러 이동은 송신기와 수신기가 서로 움직일 때, 실제로 받은 신호 주파수가 약간씩 변하는 현상을 말합니다. 특히 항공기처럼 빠르게 이동하는 환경에서는 이 변화가 뚜렷하게 나타나죠.

실험에서는 HackRF Pro와 Teewee를 비행기 창문 가까이에 두고, WWVB 신호를 한 시간가량 샘플링했습니다. 항공기가 진로를 바꿨을 때, 수신된 신호의 주파수가 순간적으로 ‘튀는’ 현상을 AI가 분석해 뚜렷하게 시각화했습니다. 이 과정에서 기체의 움직임, 송신기 위치, 실제 받은 주파수의 작은 오차까지 데이터로 남았습니다.

신호 분석의 묘미: ASK와 BPSK, 그리고 AI의 역할

WWVB 신호는 단순한 ON/OFF가 아닌, 세밀한 파형 변조 기술(ASK, BPSK)을 사용합니다.

• ASK(Amplitude Shift Keying): ‘힘 조절’로 정보를 보냄.

• BPSK(Binary Phase Shift Keying): ‘파형의 각도’를 순간적으로 바꿔 정보 전달을 더욱 효율적으로 만듦.

AI는 이런 다양한 변조 신호를 빠르게 분류하고, 미세한 도플러 이동까지 통계적으로 산출해줍니다. 덕분에 기존 측정 방식보다 신속하고 정확한 데이터 확보가 가능합니다.

직접 만들어 실험해보기: 오픈 디자인의 장점

Teewee의 설계도와 사용 경험은 누구나 온라인에서 쉽게 찾을 수 있습니다. 실제로 HackRF Pro와 간단한 회로, 그리고 공개된 Teewee 도면만 있으면 바로 실험에 도전할 수 있죠. 이처럼 오픈 디자인은 AI와 인공지능 시대에 ‘DIY’ 실험의 장벽을 획기적으로 낮추고 있습니다.

결론: AI, 인공지능 그리고 주파수 실험의 새로운 세상

비행기에서 WWVB 시간 신호의 도플러 이동을 측정하기 위해 HackRF Pro와 소형 루프 안테나 Teewee를 활용한 실험은, 주파수 기준점 확보와 신호 분석이라는 두 가지 목표를 멋지게 달성했습니다. AI와 인공지능이 도입되면서 신호 분석의 수준은 더욱 높아지고, 누구나 복잡한 실험을 쉽게 시도할 수 있는 시대가 열리고 있습니다.

만약 여러분이 RF(라디오 주파수)나 AI 기반 신호 분석에 관심이 있다면, Teewee와 HackRF Pro의 프로젝트를 한 번 따라해보시는 것도 좋은 입문 방법이 될 수 있습니다. 언제 어디서든 시간과 주파수를 정확하게 잡아내는, AI 시대의 숨은 실험실로 떠나보세요!

참고

[1] Receiving WWVB with HackRF Pro - Great Scott Gadgets