KR100517641B1

KR100517641B1 - 송신파형 점검 장치

Info

Publication number: KR100517641B1
Application number: KR10-2003-0012015A
Authority: KR
Inventors: 김세영; 임중수; 윤태환
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2005-09-29
Also published as: KR20040076687A

Abstract

본 발명은 송신파형 점검 장치에 관한 것으로 특히, 레이더 송신파형과 이 송신파형의 지연 파형을 자기 상관 또는 컨볼루션(convolution) 처리함으로써 레이더 송신파형에 포함되어 있는 비디오신호를 추출하고 그 추출된 송신파형의 비디오신호의 주기 변화에 따라 주파수 변화를 비교하여 송신파형의 주파수 변조 선형성을 실시간으로 확인할 수 있도록 함에 목적이 있다. 이러한 목적의 본 발명은 송신파형 발생기(210)에서 합성된 송신파형을 2개의 경로로 분배하는 송신파형 분배부(110)와, 이 송신파형 분배부(110)에서 분배된 하나의 송신파형을 일정시간 지연시키는 파형 지연부(120)와, 상기 송신파형 분배부(110)에서 분배된 또 하나의 송신파형을 운용 모드에 따라 가변 설정된 시간동안 지연시킨 후 상기 파형 지연부(120)에서의 지연파형과 합성하고 그 합성된 신호로부터 상관신호를 생성하는 상관신호 검파부(130)와, 상기 송신파형 발생기(210)가 연결되어 있는 레이더 송신기(220)의 송출 전력을 점검하여 송신 펄스폭을 검출하는 송신펄스폭 검파부(140)와, 상기 송신펄스폭 구간 내에서의 상기 상관신호의 주기를 측정하고 그 측정된 상관신호 주기를 상관신호 주기의 허용 문턱값과 비교하여 송신파형의 주파수 변조 선형성의 왜곡 정도를 확인하는 선형성 감시부(150)를 구비하여 구성한다.

Description

송신파형 점검 장치{TRANSMISSION WAVEFORM INSPECTION APPARATUS}

본 발명은 레이더 관련 기술에 관한 것으로 특히, 펄스 레이더에 있어서 송신파형 점검 장치에 관한 것이다.

펄스 레이더(pulse radar)는 전자파를 방사하여 표적의 거리 및 방향을 탐지하는 장비로서, 표적 정보를 효율적으로 수집하기 위하여 운용 모드에 따라 다양한 송신 파형을 발생시키게 된다.

예를 들어, 펄스 압축 기법을 사용하는 레이더의 경우 선형 주파수 변조된 송신 파형(LFM ; Linear Frequency Modulation)을 합성하여 송출하며, 이를 위해 송신파형 발생기를 구비한다.

송신파형 발생기가 선형 주파수 변조 신호를 합성하는 방법으로는 메모리 맵 방식을 이용하여 메모리에 저장된 데이터를 순차적으로 읽어 내는 방식이 가장 일반적이다.

최근에는 직접 디지털 합성 방식(DDS ; Direct Digital Synthesis)을 이용한 파형 합성 기법이 보편화되고 있다.

이러한 기법들을 이용하여 송신파형을 합성하는 경우 디지털-아날로그 변환기가 필수적으로 사용된다.

그런데, 디지털-아날로그 변환기를 사용하면 타이밍 지터 오차, 양자화 잡음 오차 및 DC 옵셋 등의 오차 성분으로 인하여 선형 주파수 변조 파형에 비선형 성분이 삽입되므로 원치않는 파형 왜곡 특성이 나타나게 되어 레이더 시스템의 성능에 영향을 미치게 된다.

따라서, 레이더 시스템에는 합성된 레이더 송신파형의 비선형 특성을 실시간을 점검하기 위한 송신파형 점검 장치를 구비하게 된다.

그러나, 종래 기술에서는 펄스 레이더 운용 중에 레이더 송신파형을 직접 점검할 수 없다는 문제점이 있다.

또한, 종래 기술은 합성된 송신 파형의 선형성을 계측기를 이용하여 육안으로 확인하며 아울러 주파수 변조된 신호 성분에 대해서 주파수 대역폭 등의 제한된 규격만을 확인할 수 있다는 문제점이 있다.

특히, 종래 기술에서는 펄스폭에 따른 주파수 선형성을 계측하기 위해서는 벡터 변조 신호분석기 등의 고가 장비가 요구된다.

따라서, 본 발명은 종래의 문제점을 개선하기 위해 레이더 송신파형과 이 송신파형의 시간 지연된 파형 간을 자기 상관 또는 컨볼루션(convolution)을 수행함으로써 레이더 송신파형에 포함되어 있는 비디오신호를 추출하고 그 추출된 송신파형의 비디오신호의 주기 변화에 따라 주파수 변화를 비교하여 송신파형의 주파수 변조 선형성을 실시간으로 확인할 수 있도록 창안한 송신파형 점검 장치를 제공함에 목적이 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 레이더 송신파형 발생기로부터 합성된 송신파형과 이 송신파형의 시간 지연된 파형 간을 자기 상관 또는 컨볼루션(convolution)을 수행하여 레이더 송신파형이 담고 있는 비선형 주파수 성분을 비디오 신호로 추출하는 과정과, 상기에서 추출된 비선형 비디오 신호의 주기를 계속적으로 감시하면서 주기의 변화에 따라 주파수 변화를 비교하는 과정을 수행하여 송신 파형의 주파수 변조 선형성을 실시간으로 점검하도록 구성함을 특징으로 한다.

즉, 본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 송신파형 발생기에서의 송신파형을 일정시간 지연시키는 파형 지연부와, 상기 송신파형 발생기에서의 송신파형을 송신펄스폭과 송신대역폭의 변경에 대응되는 운용 모드에 따라 가변 설정된 시간동안 지연시킨 후 상기 파형 지연부에서의 지연파형과 합성하고 그 합성된 신호로부터 상관신호를 생성하는 상관신호 검파부와, 송신파형 발생기가 연결되어 있는 레이더 송신기의 송출 전력을 점검하여 송신 펄스폭을 검출하는 송신펄스폭 검파부와, 상기 송신펄스폭 구간 내에서의 상기 상관신호의 주기를 측정하고 그 측정된 상관신호 주기를 상관신호 주기의 허용 문턱값과 비교하여 송신파형의 선형성을 확인하는 선형성 감시부를 구비하여 구성함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 실시예를 위한 장치의 블럭 구성도로서 이에 도시한 바와 같이, 송신파형 발생기(210)에서 합성된 송신파형을 2개의 경로로 분배하는 송신파형 분배부(110)와, 이 송신파형 분배부(110)에서 분배된 하나의 송신파형을 일정시간 지연시키는 파형 지연부(120)와, 상기 송신파형 분배부(110)에서 분배된 또 하나의 송신파형을 운용 모드에 따라 가변 설정된 시간동안 지연시킨 후 상기 파형 지연부(120)에서의 지연파형과 합성하고 그 합성된 신호로부터 상관신호를 생성하는 상관신호 검파부(130)와, 상기 송신파형 발생기(210)가 연결되어 있는 레이더 송신기(220)의 송출 전력을 점검하여 송신 펄스폭을 검출하는 송신펄스폭 검파부(140)와, 상기 송신펄스폭 구간 내에서의 상기 상관신호의 주기를 측정하고 그 측정된 상관신호 주기를 상관신호 주기의 허용 문턱값과 비교하여 송신파형의 주파수 변조 선형성의 왜곡 정도를 확인하는 선형성 감시부(150)를 구비하여 구성한다.

상기 상관신호 검파부(130)는 도3의 상세 블록도에 도시한 바와 같이, 송신파형 분배부(110)에서 분배된 송신파형을 운용모드에 따라 가변 지연시키는 지연기(131)와, 이 지연기(131)에서의 출력신호의 손실을 보상하는 이득조절 증폭기(132)와, 파형 지연부(120)에서 일정 시간 지연된 송신파형의 레벨을 조절하는 레벨조절 감쇄기(133)와, 이 레벨조절 감쇄기(133)의 출력신호와 상기 이득조절 증폭기(132)의 출력신호를 합성하는 합성기(134)와, 이 합성기(134)의 출력 신호에서 일정 대역의 비디오신호만을 추출하여 상관신호로 출력하는 대역통과 필터(135)로 구성한다.

상기 지연기(131)는 저항(R)과 버랙터 다이오드의 용량성 캐패시턴스(VC)에 의해 지연 시간이 결정되도록 구성한다.

상기 송신펄스폭 검파부(140)는 도4의 상세 블록도에 도시한 바와 같이, 레이더 송신기(220)의 송신신호의 펄스폭을 검파하는 송신신호 커플러(141)와, 상기에서 검파된 펄스폭신호의 임피던스 정합을 위한 임피던스 정합기(142)와, 상기에서 임피던스 정합된 펄스폭 신호의 포락선을 검파하는 포락선 검파기(143)와, 상기 포락선 신호의 이득을 보상하기 위한 비디오 증폭기(144)와, 상기 이득 보상된 포락선 신호를 디지털 레벨로 변환하여 송신펄스폭 신호로 출력하는 펄스 형성기(145)로 구성한다.

상기 선형성 감시부(150)는 도5의 상세 블록도에 도시한 바와 같이, 상관신호의 주기를 검출하기 위한 제로레벨 검지기(151)와, 상기에서 검출된 주기의 상관신호를 2분주하는 분주기(152)와, 이 분주기(152)의 분주 신호를 입력으로 상관신호 주기에 따른 리셋신호를 출력하는 리셋신호 발생기(153)와, 송신펄스폭 검파부(140)의 펄스폭 동안 클럭 주파수를 입력시키는 앤드(AND) 게이트(154)와, 이 앤드 게이트(154)에서 입력되는 클럭 주파수를 계수하여 상관신호의 주기를 계측하고 상기 리셋신호에 의해 리셋되는 주기 카운터(155)와, 상관신호 주기의 허용 문턱값을 저장하는 문턱값 메모리(156)와, 상기 주기 카운터(155)의 계수값을 상기 허용 문턱값과 비교하여 점검하고 그 점검신호를 레이더 통제기(230)로 출력하는 비교기(157)로 구성한다.

이와같이 구성한 본 발명의 실시예에 대한 동작 및 작용 효과를 도2의 파형도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예로 제시된 도1의 송신파형 점검 장치(100)는 송신파형 발생기(210)로부터 합성된 송신신호에 대해 상관 기법을 이용하여 주파수 변조 비선형 상태를 점검하고 그 점검신호를 실시간으로 레이더 통제기(230)에 전송하여 송신파형의 비선형 왜곡 정도를 실시간으로 확인할 수 있도록 하는데, 각 구성요소에 대한 동작을 설명하면 다음과 같다.

우선, 도1에서 송신파형 분배부(110)는 송신파형 발생기(210)에서 합성된 송신파형을 2개의 경로로 분배 즉, 파형 지연부(120) 및 상관신호 검파부(130)로 전송한다.

상기 파형 지연부(120)는 송신파형 분배부(110)에서 분배된 송신파형 발생기(210)에서의 송신파형을 일정 시간 지연시키게 된다.

이때, 상관신호 검파부(130)는 송신파형 분배부(110)에서 분배된 송신신호를 운용 모드에 따라 가변 설정된 시간동안 지연시킨 후 파형 지연부(120)에서 일정 시간 지연된 송신신호와 컨벌루션(convolution) 처리를 수행하여 상관신호를 생성하고 그 상관신호를 선형성 감시부(150)로 입력시키게 된다.

그리고, 송신펄스폭 검파부(140)는 레이더 송신기(220)의 송출전력을 점검하여 송신파형의 펄스폭을 검출하고 그 검출된 송신파형의 펄스폭 신호를 선형성 감시부(150)로 전달한다. 즉, 송신펄스폭 검파부(140)는 도4의 상세 블록도에 도시한 바와 같이, 송신신호 커플러(141)가 레이더 송신기(220)의 송신신호의 펄스폭을 검파하면 임피던스 정합기(142)가 상기에서 검파된 펄스폭신호의 임피던스 정합을 수행하고, 포락선 검파기(143)가 상기에서 임피던스 정합된 펄스폭 신호의 포락선을 검파하면 비디오 증폭기(144)가 그 포락선 신호의 이득을 보상하고 펄스 형성기(145)가 상기에서 이득 보상된 포락선 신호를 디지털 레벨로 변환하여 송신펄스폭 신호를 선형성 감시부(150)로 출력하게 된다.

이에 따라, 선형성 감시부(150)는 송신펄스폭 검파부(140)에서의 송신 펄스폭 구간 동안 상관신호 검파부(130)에서의 상관신호의 주기를 측정하여 송신파형의 비선형성 여부를 점검하고 그 점검신호를 레이더 통제기(230)로 전송하게 된다.

이러한 본 발명에 있어서, 파형 지연부(120)에서 송신파형의 시간 지연을 위하여 SAW(Surface Acoustic Wave) 필터를 사용할 경우 주파수 선형 특성이 우수하며 대역통과 지연시간이 수 정도로 나타나므로 상관신호 검파부(130)에서 출력되는 비디오신호의 주파수 비선형 특성에 대한 변별력이 우수하게 나타나는 장점이 있다.

그러나, 송신펄스폭과 송신대역폭이 수시로 변하는 경우 상관신호 검파부(130)에서의 지연시간도 운용 모드에 따라 알맞게 바꿈으로써 비디오 출력신호의 주파수 변별력을 향상시키는 것이 좋다.

따라서, 상관신호 검파부(130)에 구비되는 지연기(131)는 버렉터 다이오드의 용량성 커패시턴스를 전압에 따라 변화시키도록 하여 RC 시정수에 의한 시간 지연 특성을 조절하도록 구성한다. 즉, 상관신호 검파부(130)는 송신파형이 파형 지연부(120)에서 일정 시간 지연될 때 지연기(131)가 저항(RC)과 버랙터 다이오드의 용량성 캐패시턴스(VC)의 시정수에 의해 송신파형을 지연시키게 된다

이러한 구성은 저항(R)값을 바꾸어서 시정수 값을 바꾸는 방식보다 임피던스 정합 특성이 우수하며, 주파수에 따른 삽입 손실 특성도 좋게 할 수 있다.

이때, 이득조절 증폭기(132)는 지연기(131)의 손실을 보상하며, 레벨조절 감쇄기(133)는 파형지연부(120)에서 일정 시간 지연된 지연파형의 레벨을 조절한다.

이에 따라, 합성기(134)가 이득조절 증폭기(132)와 레벨조절 감쇄기(133)의 출력신호를 합성하면 대역통과 필터(135)가 소정 대역만을 통과시켜 상관신호를 선형성 감시부(150)로 출력하게 된다.

한편, 상관신호 검파부(130)의 출력신호가 송신파형 펄스폭 내에서 일정한 주기를 가지는 정현파 신호를 출력한다면 송신파형이 선형적으로 주파수 변조되었음을 의미하는 것으로, 레이더 송신파형의 상관함수 응답 특성은 도2의 파형도에 도시한 바와 같다.

송신펄스폭 검파부(140)에서의 송신펄스폭 구간 내에서 송신파형의 주파수 선형성이 유지되는 경우 1번째 상관신호와 n번째 상관신호의 주기가 일정한 값으로 나타나며, 만일 송신펄스폭 구간 내에서 송신파형의 주파수 선형성이 부분적으로 유지되지 않으면 상기 송신펄스폭 구간에서의 상관신호 주기가 상기 송신펄스폭 구간과는 다른 송신펄스폭 구간에서의 상관신호 주기와 다르게 나타난다.

그런데, 송신파형 발생기(210)에서 합성된 송신파형에는 주파수 변조 왜곡 성분이 포함되어 있으므로 상관신호 검파부(130)에서 생성되는 상관신호에도 동일한 주파수 변조 왜곡 성분이 포함된다.

따라서, 선형성 감시부(150)는 상관신호 검파부(130)에서의 상관신호와 송신펄스폭 검파부(140)에서의 송신펄스폭 신호를 입력으로 펄스 레이더 운용에 필요한 점검신호를 생성하여 실시간으로 레이더 통제기(230)에 제공한다. 즉, 선형성 감시부(150)는 송신펄스폭 구간 내에서 상관신호 주기의 변화량을 감시하는 동작을 수행하는데, 이를 설명하면 다음과 같다.

우선, 제로레벨 감지기(151)는 상관신호 검파부(130)에서의 상관신호의 시작과 끝점을 검출하여 상관신호 주기를 감지하며, 분주기(152)는 상기 제로레벨 감지기(151)의 출력신호를 2분주하게 된다. 만일, 잡음이 삽입된 경우 신호검파 분해능이 민감하게 됨으로 잡음에 따른 레벨 조절 기능이 요구된다.

이때, 앤드게이트(154)는 송신펄스폭 검파부(140)로부터의 송신펄스폭 구간 동안 클럭 주파수를 주기 카운터(155)에 입력시키게 된다. 이는 상관신호의 주기를 주기 카운터(155)의 클럭주파수와 동기를 맞추기 위한 것이다.

이에 따라, 주기 카운터(155)가 앤드게이트(154)에서의 클럭 주파수를 기준으로 상관신호의 주기를 계수하면 비교기(157)가 문턱값 메모리(156)에 저장되어 있는 상관신호 주기의 허용 문턱값과 비교하고 그 비교에 따른 점검신호를 레이더 통제기(230)로 제공하게 된다. 이때, 리셋신호 발생기(153)는 분주기(152)에서 2분주된 신호를 점검하고 있다가 리셋신호를 출력함으로써 주기 카운터(155)의 계수값을 크리어시키게 된다.

따라서, 레이더 통제기(230)는 선형성 감시부(150)에서의 점검신호를 입력으로 송신파형의 비선형 왜곡 정도를 실시간으로 확인하여 보정함으로써 레이더 시스템의 성능을 향상시키게 된다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 레이더 시스템의 운용 여부에 상관없이 상관 기법을 이용하여 송신파형의 비선형 왜곡 정도를 실시간으로 추출하고 이를 레이더 통제기로 제공함으로써 레이더 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이러한 본 발명은 레이더 운용 여부에 상관없이 송신파형의 선형성을 점검할 수 있으므로 레이더의 모의 성능 시험 등의 분야에서 활용할 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예를 위한 장치의 블록 구성도.

도2는 도1에서 송신파형의 상관함수 응답 특성을 보인 파형도.

도3은 도1에서 상관신호 검파부의 상세 블록도.

도4는 도1에서 송신펄스폭 검파부의 상세 블록도.

도5는 도1에서 선형성 감시부의 상세 블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *

100 : 송신파형 점검장치 110 : 송신파형 분배부

120 : 파형 지연부 130 : 상관신호 검파부

140 : 송신펄스폭 검파부 150 : 선형성 감시부

210 : 송신파형 발생기 220 : 레이다 송신기

230 : 레이다 통제기

Claims

송신파형 발생기, 레이더 송신기 및 레이더 통제기를 구비하는 레이더 시스템에 있어서,

상기 송신파형 발생기에서 합성된 송신파형을 제1 파형과 제2 파형으로 분배하는 송신파형 분배 수단과,

상기 제1 파형을 일정시간 지연시켜 제1 지연파형을 출력하는 파형지연 수단과,

상기 제1 지연파형과 상기 제2 파형을 합성하여 그 합성된 신호의 소정대역만을 상관신호로 생성하는 상관신호 검파 수단과,

상기 송신파형 발생기에 연결되어 있는 상기 레이더 송신기의 송신파형의 펄스폭을 검출하는 송신펄스폭 검파 수단과,

상기 송신펄스폭 구간 내에서의 상기 상관신호의 주기를 측정하고 그 측정된 상관신호 주기를 상관신호 주기의 허용 문턱값과 비교하여 송신파형의 주파수 변조 선형성의 왜곡 정도를 점검하고 그에 따른 점검신호를 상기 레이더 통제기로 출력하는 선형성 감시 수단을 구비하고,

상관신호 검파 수단은

상기 제2 파형의 손실을 보상하는 이득조절 증폭기와,

비디오 잡음이 존재하는 경우 제1 지연파형의 레벨을 조절하는 레벨조절 감쇄기와,

상기 레벨조절 감쇄기의 출력신호와 상기 이득조절 증폭기의 출력신호를 합성하는 합성기와,

이 합성기의 출력신호에서 일정 대역의 신호만을 추출하여 상관신호로 출력하는 대역통과 필터로 구성함을 특징으로 하는 송신파형 점검 장치.
삭제
제1항에 있어서, 상관신호 검파 수단은

송신펄스폭과 송신대역폭의 변경에 대응되는 운용모드에 따라 가변 설정된 시간동안 상기 제2 파형을 지연시켜 제2 지연파형을 이득조절 증폭기로 출력하는 지연기를 더 포함하며,

상기 지연기는 저항과 버랙터 다이오드의 용량성 캐패시턴스에 의해 지연 시간이 결정되도록 구성함을 특징으로 하는 송신파형 점검 장치.
제1항에 있어서, 송신펄스폭 검파 수단은

레이더 송신기의 송신파형의 펄스폭을 검파하는 송신신호 커플러와,

상기 검파된 펄스폭신호의 임피던스 정합을 위한 임피던스 정합기와,

상기 임피던스 정합된 펄스폭 신호의 포락선을 검파하는 포락선 검파기와,

상기 포락선 신호의 이득을 보상하기 위한 비디오 증폭기와,

상기 이득 보상된 포락선 신호를 디지털 레벨로 변환하여 송신펄스폭 신호를 출력하는 펄스 형성기로 구성함을 특징으로 하는 송신파형 점검 장치.
제1항에 있어서, 선형성 감시 수단은

송신펄스폭 검파 수단에서의 송신펄스폭 구간동안 클럭 주파수를 입력시키는 논리 게이트 소자와,

상기 논리 게이트 소자에서 입력되는 클럭 주파수를 계수하여 상관신호의 주기를 계측하는 주기 카운터와,

상관신호 주기의 허용 문턱값을 저장하는 문턱값 메모리와,

상기 주기 카운터의 계수값을 상기 허용 문턱값과 비교하여 송신파형의 주파수 변조 선형성의 왜곡 정도를 점검하고 그 점검신호를 레이더 통제기로 출력하는 비교기와,

상관신호 검파 수단에서의 상관신호의 주기를 검출하는 제로레벨 검지기와,

상기 검출된 상관신호 주기를 2분주하는 분주기와,

상기 분주기의 분주 신호를 입력으로 상관신호 주기에 따른 리셋신호를 상기 주기 카운터에 출력하는 리셋신호 발생기로 구성함을 특징으로 하는 송신파형 점검 장치.