KR0164414B1 - 레이다 신호의 자동 이득 조정 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이다 신호의 자동 이득 조정 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 레이다 신호의 안정적인 탐지를 위해 필요한 자동 이득 조정(AGC:Automatic Gain Contral) 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적을 위하여 고주파 증폭기, 게인 조정기, 중간 주파기, 디지탈-아날로그기를 구비한 수신부와, 상기 수신부에서 출력되는 표적 신호를 레벨 데이타로 변환하는 레벨 데이타 변환부와, 상기 레벨 데이타와 이전의 게인 조정 신호인 기준 신호를 비교하여 보정된 게인 조정 신호를 출력하는 비교부와, 펄스 반복 간격(PRI)으로 스위칭하여 상기 비교부에서의 보정된 게인 조정 신호를 표적 신호가 탐지되었던 위치에 일치되게 출력하는 펄스 반복 간격 지연부와, 동기에 맞게 기준 신호를 출력하는 기준 신호 동기부와, 버퍼부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 종래의 시간적으로 연속된 자동 게인 제어 대신에 각각의 레인지 셀에 대해 PRI단위로 이득 조정을 수행하는 패스트 어택 및 패스트 디케이 자동 게인 제어의 효과를 얻을 수 있으며, 수신 신호의 크기에 대해 비선형적인 자동 이득 조정 함수도 적용 가능한 잇점이 있다.

Description

레이다 신호의 자동 이득 조정 장치 및 그 방법

제1a도는 종래의 평균 자동 게인 제어 딜레이 회로의 구성을 도시한 것이다.

제1b도의 (a)는 안테나로 송신하는 송신 펄스 파형도이며, (b)는 수신되는 표적 신호의 파형도이며, (c)는 제1a도의 회로에 적용한 자동 게인 제어 신호의 파형도이다.

제2a도는 종래의 패스트 어택(Fast Attack) 및 슬로우 디케이(Slow Decay) 자동 게인 제어 딜레이 회로의 구성을 도시한 것이다.

제2b도의 (a)는 안테나로 송신하는 송신 펄스 파형도이며, (b)는 수신되는 표적 신호의 파형도이며, (c)는 제2a도의 회로에 적용한 자동 게인 제어 신호의 파형도이다.

제3도는 본 발명의 이득 조정을 위한 데이타의 PRI 단위 지연을 보이는 파형도이다.

제4도는 안테나 스캐닝에 의한 표적 신호 레벨의 변화를 도시한 그래프이다.

제5도는 본 발명에 의한 방위각 적용 자동 이득 조정 장치를 보이는 블럭도이다.

제6도는 제5도의 PRI 지연기(540)를 2개의 메모리로 구성하는 일실시예를 도시한 것이다.

제7a도는 안테나로 송신하는 송신 펄스의 타이밍도이다.

제7b도는 제5도의 비디오 신호(522)(a,b,c)를 보이는 타이밍도이다.

제7c도는 제5도의 자동 게인 제어 검출기(520)로 부터 출력되는 수신 신호 레벨 데이타들을 도시한 타이밍도이다.

제7d도는 제5도의 PRI 지연기(540)로 부터 출력되는 이득 조정 신호의 타이밍도이다.

제7e도는 제5도의 기준 신호 출력 동기기(560)로 부터 출력되는 기준 신호의 타이밍도이다.

본 발명은 레이다 신호의 자동 이득 조정 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 레이다 신호의 안정적인 탐지를 위해 필요한 자동 이득 조정(AGC:Automatic Gain Contral) 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 레이다 수신기에서 동적 범위(Dynamic Range)는 수신하여 표적으로 규명할 수 있는 신호 레벨의 범위를 의미하며, 레이다 수신기에서는 동적 범위를 가능한 넓게 보호하기 위해 즉, 수신기로 입력되는 수신 신호의 크기가 매우 큰 것에서부터 매우 작은 것에 이르기까지 다양한 신호 입력 레벨의 변화에 대해 출력 신호 레벨은 작은 변화폭을 갖도록, 수신 신호의 레벨에 따라 수신기의 이득을 자동적으로 조정할 수 있어야 한다. 따라서 레이다 수신기에서는 이러한 조정 장치를 자동 이득 조정기라 한다.

자동 이득 조정(AGC)의 기능은 강한 신호와 미약한 신호를 모두 탐지할 수 있도록 하기 위해 입력되는 신호에 따라 수신기의 이득을 조정하는 역할을 한다.

종래 레이다에서 사용되는 자동 게인 제어 장치의 자동 게인 제어의 특성을 결정하는 딜레이 회로는 평균 자동 게인 제어 딜레이 회로와 패스트 어택(Fast Attack) 및 슬로우 디케이(Slow Decay) 자동 게인 제어 딜레이 회로로 분류된다.

제1a도는 종래의 평균 자동 게인 제어 딜레이 회로의 구성을 도시한 것이다.

제1a도는 저항(R1)의 일단에 캐패시터(C1)을 연결하고, 캐패시터의 일단을 접지하였다.

제1b도의 (a)는 안테나로 송신하는 송신 펄스 파형도이며, (b)는 수신되는 표적 신호의 파형도이며, (c)는 제1a도의 회로에 적용한 자동 게인 제어 신호의 파형도이다.

제2a도는 종래의 패스트 어택(Fast Attack) 및 슬로우 디케이(Slow Decay) 자동 게인 제어 딜레이 회로의 구성을 도시한 것이다.

제2a도는 저항(R2)의 일단에 다이오드(D1)의 (+)단을 접속하고, 다이오드(D1)의 (-)단에 캐패시터(C2) 및 저항(R3)을 접속하고, 캐패시터(C2) 및 저항(R3)의 일단을 접지하였다.

제2b도의 (a)는 안테나로 송신하는 송신 펄스 파형도이며, (b)는 수신되는 표적 신호의 파형도이며, (c)는 제2a도의 회로에 적용한 자동 게인 제어 신호의 파형도이다.

제1a도 및 제1b도에 도시한 바와 같이 평균 자동 게인 제어 회로는 수신 표적 신호 레벨을 일정 시간 동안 평균하여 그 변화량을 수신기 이득을 조정하는 데 사용하며, 제2a도 및 제2b도에 도시한 바와 같이 슬로우 디케이(Slow Decay) 자동 게인 제어 회로는 수신 표적 신호 발생시 그 첨두치(Peak)를 즉각적으로 수신기 이득 조정에 적용한 후 서서히 이득 조정 값을 감소시키는 데 사용한다.

그러나 자동 게인 제어를 구현하는데 사용된 종래의 장치들은 그 응답 속도가 느리거나 매 순간마다 표적 거리 방향으로 이득 조정을 수행한다. 따라서 거리 방향으로 급격한 변화를 가지는 레이다 반향(Echo) 신호 크기에 대한 응답 특성이 안정성 및 빠른 이득 조정 기능을 모두 취하는데 어려움이 있다. 또한 큰 표적 신호에 연이어 작은 표적 신호가 나타날 경우 이득 조정의 안정성을 위해 조정 신호를 천천히 감소시키는 슬로우 디케이(Slow Decay)를 수행해야 하므로 작은 표적 신호가 무시되는 단점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 레이다의 자동 이득 조정을 펄스 반복 간격(PRI:Pulse repetion Interval) 단위로 지연 적용함으로서 거리 방향이 아닌 방위각 방향으로 수행하는 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 레이다의 자동 이득 조정을 펄스 반복 간격(PRI:Pulse Repetion Interval) 단위로 지연 적용함으로서 거리 방향이 아닌 방위각 방향으로 수행하는 방법을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 안테나로 부터 반사된 고주파의 표적 신호를 자동 게인 조정하는 레이다의 자동 게인 조정 장치에 있어서, 상기 고주파의 표적 신호를 증폭하는 고주파 증폭부; 상기 고주파 증폭부의 출력을 이득 조정 신호에 따라 게인 조정되는 이득 조정부; 상기 이득 조정부에서 출력되는 고주파 신호중 표적 신호만을 검출하는 표적 신호 검출부; 상기 표적 신호 검출부에서 출력되는 표적 신호를 수신되는 신호 레벨 데이타로 변환하기 위한 신호 레벨 데이타 변환부; 이전의 게인 조정 신호를 기준 신호로 하여 상기 신호 레벨 데이타 변환부에서의 신호 레벨 데이타와 동기시켜 출력하는 기준 신호 출력 동기부; 상기 신호 레벨 데이타 변환부에서 출력되는 수신 신호 레벨 데이타와 기준 신호 출력 동기부에서 출력되는 이전의 게인 조정 신호를 비교하여 보정된 비동기적으로 이득 조정 신호를 출력하는 비교부; 상기 비교부에서 출력되는 비동기 이득 조정 신호를 하나 이상의 펄스 반복 간격으로 지연하여 표적 신호가 탐지되었던 위치에 펄스 반복 간격으로 동기된 동기 이득 조정 신호를 출력하는 펄스 반복 간격 지연부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이다 신호의 자동 이득 조정 장치이다.

상기의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 안테나로 부터 반사된 고주파의 표적 신호를 자동 게인 조정하는 레이다의 자동 게인 조정 방법에 있어서, 상기 수신되는 표적 신호를 수신 신호 레벨 데이타로 변환하는 신호 레벨 데이타 변환 단계; 상기 신호 레벨 데이타 변환부에서의 데이타와 이전의 게인 조정 데이타와 비교하여 보정돈 게인 조정 데이타를 출력하는 비교 단계; 상기 비교 단계에서의 보정된 게인 조정 데이타를 하나 이상의 펄스 반복 간격으로 지연한 후 다음 펄스 반복 간격에서 출력하는 펄스 간격 반복 지연 단계; 상기 펄스 간격 반복 지연 단계에서 출력되는 게인 조정 데이타로 상기 수신되는 표적 신호의 게인을 조정하는 게인 조정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이다 신호의 자동 이득 조정 방법이다.

이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제3도는 본 발명의 이즉 조정을 위한 데이타의 PRI 단위 지연을 보이는 파형도이다.

제3도의 (a)는 PRI(펄스 반복 간격) 단위의 안테나로 송신하는 송신 펄스 파형도이며, (b)는 수신되는 표적 신호의 데이타들(A,B,C,D,E,N)이며, (c)는 이득 조정 적용 데이타들(a,b,c,d,e,n)이다.

제3도 (a)의 PRI(Pulse Repetition Interval)은 송신 펄스가 반복되는 주기로서 단위는 시간이다. 1PRI는 일반적으로 최대 탐지 거리에 해당한다. 또한 제3도 (b)의 레인지 셀은 최대 탐지 거리까지의 거리 구간을 세분하여 나눈 각각의 거리 구간이다. 1PRI는 수백개의 레인지 셀로 나눌 수 있다.

자동 게인 제어의 기능이 방위각 방향으로 선택적으로 적용하기 위해 PRI내의 모든 레인지 셀 각각에 대한 수신 신호의 크기를 저장한 후 그 값은 1 혹은 수 PRI 후의 해당 레인지 셀에서 이득 조정을 위해 제공된다. 여기서 방위각은 데이타를 중심으로한 수평 방향의 방위각을 말한다.

제3도의 (c)에서 310은 레인지 셀이며, 320에서 1PRI 지연되었으며 4번째 레인지 셀에서 수신된 수신 레벨 D는 적용된 수신기의 특성에 맞게 적절히 가공된 후 다음 PRI의 4번째 레인지 셀에 d값으로 적용된다.

제4도는 안테나 스캐닝에 의한 표적 신호 레벨의 변화를 도시한 그래프이다.

제4도에 도시한 바와 같이 방위각 방향으로 안테나 빔의 스캐닝에 따른 표적 신호의 변화량(410)은 안테나 빔 패턴과 일치하며, 경우에 따라 차이가 있지만 대체로 완만하다.

따라서 1PRI 또는 수 PRI 이전의 동일 레인지 셀 데이타로 부터 계산된 감쇄나 증폭의 값은 그 다음 PRI와 차이가 크지 않으며 이것은 자동 게인 제어가 안정성이나 빠른 동작 특성을 가지는데 잇점이 있다.

제5도는 본 발명에 의한 방위각 적용 자동 이득 조정 장치를 보이는 블럭도이다.

제5도는 고주파(RF) 증폭기(512), 게인 조정기(514), 중간 주파(IF)기(516), 디지탈-아날로그기(518)을 구비한 수신부(510)와, 상기 수신부에서 출력되는 표적 신호를 레벨 데이타로 변환하는 레벨 데이타 변환부(520)와, 상기 레벨 데이타 변환부(520)에서의 레벨 데이타와 기준 신호 출력 동기부(560)에서의 이전의 게인 조정 신호인 기준 신호를 비교하여 보정된 게인 조정 신호를 출력하는 비교부(530)와, 펄스 반복 간격(PRI)으로 스위칭하여 상기 비교부(530)에서의 보정된 게인 조정 신호를 출력하는 펄스 반복 간격 지연부(540)와, 기준 신호 출력 동기부(560)와, 상기 펄스 반복 간격 지연부(540)에서의 게인 조정 신호를 일시 저장하는 버퍼부(570)로 구성된다.

제5도에 도시한 바와 같이 송신기(도시 안됨)에 의해 송신된 펄스는 표적에 의해 반사된 후 안테나로 재 유입된다. 안테나에 의해 수신되는 표적 신호는 수신기(510) 내부의 고주파 증폭기(512)에서 증폭이 되며, 증폭된 고주파 신호는 이득 조정기(514)에서 이득이 조정된다. 또한 중간 주파기(516)에서는 비디오 신호(522)를 검출하여 레이다의 기능을 구현하게 된다.

레벨 데이타 변환부(520)는 비디오 신호(522)를 분기하여 원하는 자동 게인 레벨에 맞게 조정한 후 자동 이득 조정을 위한 수신 신호 레벨 데이타(524)로 사용한다. 수신 신호 레벨 데이타(524)는 비교기(530)로 입력되어 그 이전에 제공하였던 이득 조정 신호와 비교된다.

이때 그 이전에 제공하였던 이득 조정 신호는 1∼수 PRI(펄스 반복 간격) 이전에 제공하였던 값을 PRI 및 레인지 셀에 동기된 후 기준 신호 동기기(560)에서 출력되는 기준 신호로서 비교기(530)로 입력된다. 비교기(530)는 기준 신호 동기기(560)에서 출력되는 기준 신호와 자동 게인 제어 검출기(520)에서 출력되는 수신 신호 레벨 데이타(524)를 비교하여 그 차이에 해당하는 보정 값을 기준 신호에 가감함으로서 비동기 이득 조정 신호를 출력한다.

비동기 이득 조정 신호는 다음 1 또는 수 PRI 후 표적 신호가 수신된 바로 그 레인지 셀 위치에서 수신기의 이득 조정기(514)에 인가되어야 한다. PRI 지연기(540)에서는 비동기 조정 신호를 1 또는 수 PRI후 레인지 셀 위치에 동기된 출력을 갖도록 지연하게 되며 PRI 및 레인지 셀에 동기된 이득 조정 신호를 출력하게 된다.

PRI 지연기(540)에서 출력되는 이득 조정 신호는 버퍼(570)에 입력되어 데이타를 일시 저장하며, 버퍼(570)에 저장된 데이타는 디지탈-아날로그 변환기(518)를 거쳐 아날로그 신호로 변환된다. 디지탈-아날로그 변환기(518)에서 출력되는 아날로그 이득 조정 신호는 수신기(510)의 이득을 직접 조정하는 이득 조정기(514)로 인가되어 표적 신호 레벨에 따라 수신기의 이득을 자동적으로 조정하게 된다.

또한 PRI 지연기(540)에서 출력되는 이득 조정 신호는 그다음 자동 게인 제어 동작 수행을 위해 비교기(530)에 기준 신호로 제공되어야 하는데 이를 위해서는 레벨 데이타 변환부(520)에서 출력되는 수신 신호 레벨 데이타(524)와 기준 신호 출력 동기기(560)에서 출력되는 기준 신호가 레인지 셀 상에서 일치해야 한다. 예를 들어 4번째 레인지 셀 위치에 적용된 이득 조정 신호는 4번째 레인지 셀 위치의 수신 데이타와 비교되어 새로운 보정 값을 생성한다.

따라서 PRI 지연기(540)에서 출력되는 이득 조정 신호는 일정 시간(일반적으로 수 레인지 셀)만큼 지연시켜 주는 회로가 필요하다. 이와 같이 PRI 지연기(540)에서 출력되는 이득 조정 신호를 기준 신호로 사용하기 위해 기준 신호 출력 동기기(560)는 일정 시간 동안 지연시켜 주는 기능을 수행하게 된다.

제6도는 제5도의 PRI 지연기(140)를 2개의 메모리로 구성하는 일실시예를 도시한 것이다.

제6도는 비동기 이득 조정 신호(S), A PRI 라이트 클럭 신호, A PRI 리드 클럭 신호를 입력으로 하고 이득 조정 신호(630)를 출력하는 제1메모리(610)와, 비동기 이득 조정 신호(S), B PRI 라이트 클럭 신호, B PRI 리드 클럭 신호를 입력으로 하고 이득 조정 신호(630)를 출력하는 제2메모리(620)로 구성된다.

제6도의 PRI 지연기는 2 PRI 이상의 수신 데이타를 저장하고 동기 신호에 의해 출력할 수 있는 회로이면 어떤 회로라도 무방하다.

제6도에 도시한 바와 같이 1 PRI 지연을 위해 제1메모리(610), 제2메모리(620)는 서로 번갈아 가면서 비동기 이득 조정 신호(S)를 저장 및 출력하게 된다. 연속해서 입력되는 어떤 PRI를 매 PRI마다 교번하여 A PRI와 B PRI가 순차적으로 바꾸어 명령하면, 먼저 A PRI 동안 발생되는 비동기 이득 조정 신호(S)는 A PRI 라이트 클럭에 의해 제1메모리(610)에 저장되고, B PRI 동안 발생되는 비동기 이득 조정 신호(S)는 B PRI 라이트 클럭에 의해 제2메모리(620)에 저장되는데 제2메모리(620)에서 B PRI 동안 발생된 이득 조정 신호를 저장하는 동안 제1메모리(610)는 저장되었던 A PRI의 비동기 이득 조정 신호(630)를 출력한다.

이때 A PRI의 이득 조정 신호는 A PRI 라이트 클럭에 의해 제1메모리(610)에 비동기 이득 조정 신호를 저장하며 동시에 제2메모리(620)에 저장되었던 비동기 이득 조정 신호를 B PRI 리드 클럭에 의해 출력한다. 따라서 입력되는 비동기 이득 조정 신호는 다음 PRI의 정해진 위치까지 정밀하게 지연될 수 있다.

제7a도는 안테나로 송신하는 송신 펄스의 타이밍도이다.

제7b도는 제5도의 비디오 신호(522)(a,b,c)를 보이는 타이밍도이다.

제7c도는 제5도의 자동 게인 제어 검출기(520)로 부터 출력되는 수신 신호 레벨 데이타들을 도시한 타이밍도이다.

제7d도는 제5도의 PRI 지연기(540)로 부터 출력되는 이득 조정 신호의 타이밍도이다.

제7e도는 제5도의 기준 신호 출력 동기기(560)로 부터 출력되는 기준 신호의 타이밍도이다.

제7도에 도시한 바와 같이, 제5도의 수신기(510)로 부터 출력된 비디오 신호(522) 즉, 표적 신호는 레벨 데이타 변환부(520)에서 수신 신호 레벨 데이타로 변환된다. 이때 레벨 데이타 변환부(520)나 그 주변 소자에 의한 지연 ⓓ(제7b도에서 제7c도)가 발생한다.

제5도의 레벨 데이타 변환부(520)로 부터 출력되는 수신 신호 레벨 데이타들은 기준 신호 출력 동기기(560)로 부터 출력되는 기준 신호와 비교기(530)에서 비교되고, PRI 지연기(540)에서 1PRI 또는 수 PRI 지연(제7c도 및 제7d도의 ⓒ)된 후 제7a도의 ⓕ와 같이 다음 PRI의 동일 레인지 셀에서 비디오 신호의 이득 조정을 수행하는 이득 조정 신호로 출력된다.

제5도의 PRI 지연기(540)로 부터 출력되는 이득 조정 신호는 비교기(530)의 기준 신호로 인가되기 위해 제7c도의 수신 신호 레벨 데이타의 입력 시점과 동일한 위치로 지연(제7d도와 제7e도의 ⓔ)되어야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 종래의 시간적으로 연속된 자동 게인 제어 대신에 각각의 레인지 셀에 대해 PRI 단위로 이득 조정을 수행하는 패스트 어택 및 패스트 디케이 자동 게인 제어의 효과를 얻을 수 있으며, 수신 신호의 크기에 대해 비선형적인 자동 이득 조정 함수도 적용 가능한 잇점이 있다.

Claims (4)

1. 안테나로 부터 반사된 고주파의 표적 신호를 자동 게인 조정하는 레이다의 자동 게인 조정 장치에 있어서, 상기 고주파의 표적 신호를 증폭하는 고주파 증폭부; 상기 고주파 증폭부의 출력을 이득 조정 신호에 따라 게인 조정되는 이득 조정부; 상기 이득 조정부에서 출력되는 고주파 신호중 표적 신호만을 검출하는 표적 신호 검출부; 상기 표적 신호 검출부에서 출력되는 표적 신호를 수신되는 신호 레벨 데이타로 변환하기 위한 신호 레벨 데이타 변환부; 이전의 게인 조정 신호를 기준 신호로 하여 상기 신호 레벨 데이타 변환부에서의 신호 레벨 데이타와 동기시켜 출력하는 기준 신호 출력 동기부; 상기 신호 레벨 데이타 변환부에서 출력되는 수신 신호 레벨 데이타와 기준 신호 출력 동기부에서 출력되는 이전의 게인 조정 신호를 비교하여 보정된 비동기적으로 이득 조정 신호를 출력하는 비교부; 상기 비교부에서 출력되는 비동기 이득 조정 신호를 하나 이상의 펄스 반복 간격으로 지연하여 표적 신호가 탐지되었던 위치에 펄스 반복 간격으로 동기된 동기 이득 조정 신호를 출력하는 펄스 반복 간격 지연부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이다 신호의 자동 이득 조정 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 펄스 반복 간격 지연부는 2개 이상의 펄스 반복 간격의 비동기 이득 조정 신호를 저장하고 펄스 반복 간격의 동기 신호에 의해 비동기 이득 조정 신호를 출력하는 제1메모리, 제2메모리를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이다 신호의 자동 이득 조정 장치.
3. 안테나로 부터 반사된 고주파의 표적 신호를 자동 게인 조정하는 레이다의 자동 게인 조정 방법에 있어서, 상기 수신되는 표적 신호를 수신 신호 레벨 데이타로 변환하는 신호 레벨 데이타 변환 단계; 상기 신호 레벨 데이타 변환부에서의 데이타와 이전의 게인 조정 데이타와 비교하여 보정된 게인 조정 데이타를 출력하는 비교 단계; 상기 비교 단계에서의 보정된 게인 조정 데이타를 하나 이상의 펄스 반복 간격으로 지연한 후 다음 펄스 반복 간격에서 출력하는 펄스 간격 반복 지연 단계; 상기 펄스 간격 반복 지연 단계에서 출력되는 게인 조정 데이타로 상기 수신되는 표적 신호의 게인을 조정하는 게인 조정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이다 신호의 자동 이득 조정 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 레이다의 자동 게인은 방위각 방향으로 조정되는 것을 특징으로 하는 레이다 신호의 자동 이득 조정 방법.