KR101144012B1 - Phased array antenna system providing nulling in the direction of jammer and control method of the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 안테나 소자들과, 각 안테나 소자들에 연결된 하나 이상의 위상제어기(phase controller)들과, 각 위상제어기의 위상조절값들을 결정하는 하나 이상의 제어부를 포함하되, 제어부는 주빔 방향의 이득이 유지되면서 다수의 재밍 신호 방향의 오차가 허용오차 내에 수렴하도록 반복 연산을 수행하여 위상조절값들을 결정하는 것을 특징으로 하는 위상배열안테나 시스템 및 그 제어방법을 제시한다.The present invention includes one or more antenna elements, one or more phase controllers connected to each antenna element, and one or more controllers for determining phase adjustment values of each phase controller, wherein the controller comprises a gain in the main beam direction. The present invention provides a phased array antenna system and a method of controlling the same, wherein phase adjustment values are determined by performing an iterative operation such that errors of a plurality of jamming signal directions converge within a tolerance.

Description

재밍 신호 방향으로 널을 형성하는 위상배열안테나 시스템 및 그 제어방법{PHASED ARRAY ANTENNA SYSTEM PROVIDING NULLING IN THE DIRECTION OF JAMMER AND CONTROL METHOD OF THE SAME}PHASED ARRAY ANTENNA SYSTEM PROVIDING NULLING IN THE DIRECTION OF JAMMER AND CONTROL METHOD OF THE SAME}

본 발명은 위상배열안테나 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주빔 방향의 이득이 유지되면서 위상만으로 다수의 재밍 신호 방향에 대하여 널을 형성하는 위상배열안테나 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a phased array antenna system and a control method thereof. More particularly, the present invention relates to a phased array antenna system and a method of controlling the phased array antenna that form nulls for a plurality of jamming signal directions based on phases while maintaining gain in the main beam direction. .

위상배열안테나 시스템에 악의적인 재밍 신호 공격이 있는 경우, 상기 위상배열안테나 시스템이 그 본래의 목적인 통신이나 감지 및 추적 등이 방해받더라도 정상적인 동작을 유지하도록 하는 방법이 제시되었다. In the case where there is a malicious jamming signal attack on the phased array antenna system, a method for maintaining the normal operation even if the phased array system is interrupted from its original purpose of communication, sensing, and tracking has been proposed.

종래 기술은 위상배열안테나의 웨이트가 주빔 방향과 재밍 신호 방향의 선형적인 조합으로 결정된다는 사실에 기초하여, 알려진 재밍 신호 방향으로 널이 형성되도록 하기 위하여 재밍 신호의 수만큼의 비선형 (non-linear) 동차방정식 (homogeneous equation) 또는 근사식을 이용한 선형(linear) 동차방정식을 푸는 방법을 사용하였다. 다만, 상기 방법에는 재밍 신호의 개수가 늘어나는 경우 상기 방정식의 차수가 증가하고 계산 량이 증가하여 빠른 시간에 재밍 환경에 대처하지 못하는 단점이 있다.The prior art is based on the fact that the weight of a phased array antenna is determined by a linear combination of the main beam direction and the jamming signal direction, so that the number of non-linear as many jamming signals as possible to cause nulls to be formed in the known jamming signal direction. We used a method of solving linear homogeneous equations using homogeneous equations or approximations. However, the method has a disadvantage in that when the number of jamming signals is increased, the order of the equation is increased and the amount of calculation is increased to cope with the jamming environment in a short time.

또한, 종래 기술은 재밍 신호의 널링에 요구되는 위상배열안테나의 각 안테나 경로의 위상 변화가 크지 않다는 사실에 기초하여, 각각의 위상을 아주 작은 범위에서 무작위(random)로 변화시켜 원하는 값을 찾는 방식을 사용하였다. 다만, 상기 방법에는 재밍 신호에 대한 대응시간이 일정하지 못하여 신뢰성이 담보되기 어려운 단점이 있다.In addition, the conventional technique is based on the fact that the phase change of each antenna path of the phased array antenna required for nulling of the jamming signal is not large, and thus, each phase is changed randomly in a very small range to find a desired value. Was used. However, this method has a disadvantage in that reliability is not secured because the corresponding time for the jamming signal is not constant.

한편, 각 안테나의 수신 경로의 이득을 고정하고 위상만을 조절하여 재밍 신호에 대한 널을 형성하는 방식에 대하여, 상기 방식에 의한 시스템의 구현이 비교적 쉽다는 장점 때문에 많은 연구가 이루어져왔다. 다만, 상기 연구의 결과로서 주빔 방향과 재밍 신호 방향의 선형적 조합으로 웨이트의 위상이 이루어진다는 사실이 해석적으로 밝혀졌을 뿐이고, 상기 선형적인 조합을 규정하는 변수는 여전히 무작위(random)로 결정되는 방법이 사용되어, 상기 방법에도 신뢰성이 담보되지 않는 문제가 있다.On the other hand, a lot of research has been made on the method of forming a null for the jamming signal by fixing the gain of the reception path of each antenna and adjusting only the phase, so that the implementation of the system by the above method is relatively easy. However, as a result of the above research, it is only analytically found that the phase of the weight is formed by the linear combination of the main beam direction and the jamming signal direction, and the variable defining the linear combination is still determined randomly. The method is used, and there is a problem that the method is not guaranteed reliability.

따라서 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하는 데에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems.

구체적으로, 본 발명의 목적은 재밍 신호의 개수에 관계없이 빠른 시간 내에 계산할 수 있고, 대응시간이 일관성이 있어 신뢰성이 있도록 재밍 신호를 제거하는 위상배열안테나 시스템 및 그 제어방법을 제시하는 데에 있다. 또한 이를 위하여 주빔 방향의 이득이 유지된 채로 다수의 재밍 신호 방향에 대한 이득이 감소되도록 위상조절값을 결정하되, 반복 연산에 의하여 위상조절값에 따른 오차가 허용범위 이내에 도달하도록 상기 위상조절값을 결정하는 방법을 제시하는 데에 있다.Specifically, an object of the present invention is to provide a phased array antenna system and a control method thereof which can be calculated in a fast time irrespective of the number of jamming signals and that the corresponding times are consistently reliable to remove jamming signals. . For this purpose, the phase adjustment value is determined such that the gain for the plurality of jamming signal directions is reduced while the gain in the main beam direction is maintained, and the phase adjustment value is adjusted so that an error according to the phase adjustment value is reached within an allowable range by an iterative operation. It is in presenting a way to make a decision.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 재밍 신호 방향으로 널을 형성하는 위상배열안테나 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a phased array antenna system for forming a null in the jamming signal direction.

상기 위상배열안테나 시스템은 하나 이상의 안테나 소자들과; 상기 각 안테나 소자들에 연결된 하나 이상의 위상제어기(phase controller)들과; 상기 각 위상제어기의 위상조절값(γ)들을 결정하는 하나 이상의 제어부를 포함할 수 있고, 상기 제어부는 주빔 방향의 이득이 유지되면서 다수의 재밍 신호 방향의 이득에 기초한 오차의 합이 허용오차 내에 수렴하도록 반복 연산을 수행하여 상기 위상조절값들을 결정할 수 있다.The phased array antenna system includes one or more antenna elements; One or more phase controllers connected to the respective antenna elements; One or more controllers may be configured to determine phase adjustment values (γ) of the respective phase controllers, and the controllers may include a sum of errors based on gains in a plurality of jamming signal directions within a tolerance while maintaining gains in a main beam direction. Iterative operation may be performed to determine the phase adjustment values.

상기 반복 연산은 현재 위상조절값 및 현재 전체오차의 상기 위상조절값에 대한 편미분을 기초로한 업데이트된 위상조절값을 계산하는 것을 포함할 수 있다.The iterative operation may include calculating an updated phase adjustment value based on a partial derivative of the current phase adjustment value and the phase adjustment value of the current overall error.

상기 업데이트된 위상조절값의 계산에, 테일러 급수전개를 적용한 상기 위상변화량(Γ)의 여현함수의 근사식이 사용될 수 있다.In calculating the updated phase control value, an approximation equation of the cosine function of the phase change amount Γ to which Taylor series expansion is applied may be used.

상기 업데이트된 위상조절값의 계산에, 테일러 급수전개를 적용한 상기 위상변화량(Γ)의 정현함수의 근사식이 사용될 수 있다.In calculating the updated phase control value, an approximation equation of the sine function of the phase change amount Γ to which Taylor series expansion is applied may be used.

상기 반복 연산이 수행되기 전에 상기 제어부는 상기 다수의 재밍 신호 방향의 정현함수 및 여현함수를 계산하고, 상기 정현함수 및 여현함수의 계산 결과를 상기 반복 연산에 사용할 수 있다.Before the iterative operation is performed, the controller may calculate the sine function and the cosine function of the plurality of jamming signal directions, and use the result of the calculation of the sine function and the cosine function in the iterative operation.

상기 위상배열안테나 시스템은 상기 각 안테나 소자들에 연결된 하나 이상의 이득제어기(gain controller)들을 추가로 포함할 수 있고, 상기 제어부가 상기 주빔 방향의 이득이 유지되도록 상기 각 이득제어기의 이득조절값들을 결정할 수 있다.The phased array antenna system may further include one or more gain controllers connected to the respective antenna elements, and the control unit may determine gain adjustment values of the respective gain controllers so that the gain in the main beam direction is maintained. Can be.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 재밍 신호 방향으로 널을 형성하는 위상배열안테나 시스템의 제어방법을 제공한다.On the other hand, the present invention provides a control method of a phased array antenna system for forming a null in the jamming signal direction to achieve the above object.

상기 방법은 하나 이상의 안테나 소자들 및 상기 각 안테나 소자들에 연결된 하나 이상의 위상제어기(phase controller)들을 포함하는 위상배열안테나 시스템의 제어방법이고, 주빔 방향의 이득이 유지되면서 다수의 재밍 신호 방향의 이득에 기초한 오차가 허용오차 내에 수렴하도록 반복 연산을 수행하여 상기 각 위상제어기의 위상조절값(γ)들을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The method is a control method of a phased array antenna system comprising one or more antenna elements and one or more phase controllers connected to the respective antenna elements, wherein the gain of the plurality of jamming signal directions is maintained while the gain of the main beam direction is maintained. And performing phase iteration so that the error based on converges within the tolerance to determine phase adjustment values γ of each phase controller.

상기 재밍 신호 방향의 오차는 현재 위상변화량(Γ)을 기초로 계산되고, 상기 현재 위상변화량(Γ)은 현재 위상조절값을 기초로 계산될 수 있다.The error in the jamming signal direction may be calculated based on a current phase change amount Γ, and the current phase change amount Γ may be calculated based on a current phase adjustment value.

상기 반복 연산은 현재 위상조절값 및 현재 전체오차의 상기 위상조절값에 대한 편미분을 기초로한 업데이트된 위상조절값을 계산하는 것을 포함할 수 있다.The iterative operation may include calculating an updated phase adjustment value based on a partial derivative of the current phase adjustment value and the phase adjustment value of the current overall error.

상기 업데이트된 위상조절값의 계산에, 테일러 급수전개를 적용한 상기 위상변화량(Γ)의 여현함수의 근사식이 사용될 수 있다.In calculating the updated phase control value, an approximation equation of the cosine function of the phase change amount Γ to which Taylor series expansion is applied may be used.

상기 업데이트된 위상조절값의 계산에, 테일러 급수전개를 적용한 상기 위상변화량(Γ)의 정현함수의 근사식이 사용될 수 있다.In calculating the updated phase control value, an approximation equation of the sine function of the phase change amount Γ to which Taylor series expansion is applied may be used.

상기 반복 연산이 수행되기 전에 상기 제어부는 상기 다수의 재밍 신호 방향의 정현함수 및 여현함수를 계산하고, 상기 정현함수 및 여현함수의 계산 결과를 상기 반복 연산에 사용할 수 있다.Before the iterative operation is performed, the controller may calculate the sine function and the cosine function of the plurality of jamming signal directions, and use the result of the calculation of the sine function and the cosine function in the iterative operation.

한편, 상기 방법은 하나 이상의 안테나 소자들, 상기 각 안테나 소자들에 연결된 하나 이상의 위상제어기(phase controller)들 및 상기 각 안테나 소자들에 연결된 하나 이상의 이득제어기(gain controller)들을 포함하는 위상배열안테나 시스템의 제어방법이고, 주빔 방향의 이득이 유지되면서 다수의 재밍 신호 방향의 오차가 허용오차 내에 수렴하도록 반복 연산을 수행하여 상기 각 위상제어기의 위상조절값(γ)들과 상기 각 이득제어기의 이득조절값들을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.Meanwhile, the method includes a phased array antenna system including one or more antenna elements, one or more phase controllers connected to the respective antenna elements, and one or more gain controllers connected to the respective antenna elements. It is a control method of, and iterative operation is performed so that the error of the plurality of jamming signal direction converges within the tolerance while the gain in the main beam direction is maintained, and the gain adjustment of the phase control values (γ) of each phase controller and each gain controller. Determining the values.

본 발명은 재밍 신호 방향에 대하여 위상만으로 널을 형성하되 위상조절값을 무작위(random)로 결정하지 아니하고, 각 재밍 신호 방향의 이득의 합으로 정의된 오차 및 위상변화량을 구하여 오차의 합이 허용오차 이내에 수렴하도록 반복 연산을 수행하는 방식으로 결정함으로써 재밍 신호에 대응하는 시간을 신뢰성 있게 유지한다.According to the present invention, a null is formed only in phase with respect to the jamming signal direction, but the phase control value is not randomly determined, but the error and phase change amount defined as the sum of gains in each jamming signal direction are obtained, and the sum of the errors is a tolerance. By determining in such a way that iterative operations are converged within, the time corresponding to the jamming signal is reliably maintained.

또한 본 발명은 상기 반복 연산에 근사화된 정현함수 및 여현함수를 적용함으로써 상기 반복 연산을 단순화시켜 빠르게 수행한다.In addition, the present invention simplifies and repeats the iterative operation by applying the sine function and the cosine function approximated to the iterative operation.

나아가 본 발명을 따르는 위상배열안테나 시스템은 재밍 신호의 개수가 증가하더라도 널을 형성하기 위한 계산 시간이 많이 증가하지 않는다. 즉, 재밍 신호의 개수가 증가하는 경우, 위상변화량을 구하는 과정, 오차를 구하는 과정 및 오차의 위상조절값에 대한 편미분 값을 구하는 과정에서 증가된 재밍 신호의 개수 만큼의 연산이 추가적으로 수행되나, 전술한 바와 같이 상기 오차 및 상기 오차의 위상조절값에 대한 편미분이 단순한 사칙 연산에 의하여 비교적 간단하게 획득될 수 있으므로 널을 형성하기 위하여 위상변화량을 결정하는 계산 시간이 현저히 증가하지 않는다.Furthermore, the phased array system according to the present invention does not increase the computation time for forming a null even if the number of jamming signals increases. That is, when the number of jamming signals is increased, the calculation is performed as much as the number of jamming signals increased in the process of obtaining a phase change amount, an error, and a partial differential value of the phase adjustment value of the error. As described above, since the partial deviation of the error and the phase adjustment value of the error can be obtained relatively simply by simple arithmetic operation, the calculation time for determining the amount of phase change to form a null does not increase significantly.

도 1은 본 발명에 따른 위상배열안테나 시스템의 일실시 예의 구성, 상기 위상배열안테나 시스템과 연결된 통신장치 및 입사파에 대한 좌표계를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 위상배열안테나 시스템의 제어방법의 일실시 예를 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 위상배열안테나 시스템의 제어방법의 일실시 예에 의한 오차의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 위상배열안테나 시스템의 제어방법의 일실시 예에 의한 선형배열안테나의 널링패턴을 나타내는 그래프이다.
1 illustrates a configuration of an embodiment of a phased array antenna system according to the present invention, a communication system connected to the phased array antenna system, and a coordinate system for an incident wave.
2 is a flowchart illustrating an embodiment of a method of controlling a phased array antenna system according to the present invention.
3 is a graph showing a change in error according to an embodiment of a method of controlling a phased array antenna system according to the present invention.
4 is a graph illustrating a nulling pattern of a linear array antenna according to an embodiment of a method of controlling a phased array antenna system according to the present invention.

본 발명은 위상배열안테나 시스템에 적용된다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 통신 시스템 및 방법에도 적용될 수 있다.The present invention is applied to a phased array antenna system. However, the present invention is not limited thereto and may be applied to all communication systems and methods to which the technical spirit of the present invention may be applied.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It is to be noted that the technical terms used herein are merely used to describe particular embodiments, and are not intended to limit the present invention. It is also to be understood that the technical terms used herein are to be interpreted in a sense generally understood by a person skilled in the art to which the present invention belongs, Should not be construed to mean, or be interpreted in an excessively reduced sense. In addition, when the technical terms used herein are incorrect technical terms that do not accurately express the spirit of the present invention, they should be replaced with technical terms that can be understood correctly by those skilled in the art. In addition, the general terms used in the present invention should be interpreted as defined in the dictionary or according to the context before and after, and should not be interpreted in an excessively reduced sense.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Also, the singular forms "as used herein include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “consisting of” or “comprising” should not be construed as necessarily including all of the various components, or various steps described in the specification, wherein some of the components or some of the steps It should be construed that it may not be included or may further include additional components or steps.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. In addition, terms including ordinal numbers, such as first and second, as used herein may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 한다.When an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may be present in between. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것 일뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다. 본 발명의 사상은 첨부된 도면외에 모든 변경, 균등물 내지 대체물에 까지도 확장되는 것으로 해석되어야 한다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or similar components will be given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, it should be noted that the accompanying drawings are only for easily understanding the spirit of the present invention and the spirit of the present invention should not be construed as being limited by the accompanying drawings. The spirit of the present invention should be construed to extend to all changes, equivalents, and substitutes in addition to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 위상배열안테나 시스템(110)의 일실시 예의 구성, 상기 위상배열안테나 시스템과 연결된 통신장치 및 입사파에 대한 좌표계를 나타낸다. 도 1에 나타난 상기 위상배열안테나 시스템(110)은 가장 간단한 형태인 선형배열안테나 시스템이며, 하나 이상의 통신용 장치들과 연결될 수 있다. 도 1에 나타난 예시에 의하면, 상기 위상배열안테나 시스템(110)은 트랜스미터(transmitter) 및/또는 리시버(receiver)(180), 그리고 통신신호처리장치(190)와 연결될 수 있다. 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명에서 부가적인 설명을 하지 않아도 상기 위상배열안테나 시스템(110)과 상기 통신용 장치들(180, 190) 상호간에 신호의 송수신 방법 및 신호처리를 위하여 통신신호를 전달하는 방법에 대하여 알 수 있다.1 illustrates a configuration of an embodiment of a phased array antenna system 110 according to the present invention, a communication system connected to the phased array antenna system, and a coordinate system for an incident wave. The phased array antenna system 110 shown in FIG. 1 is a linear array antenna system in its simplest form and may be connected to one or more communication devices. According to the example illustrated in FIG. 1, the phased array antenna system 110 may be connected to a transmitter and / or receiver 180 and a communication signal processing apparatus 190. Those skilled in the art to which the present invention pertains do not need to further explain in the present invention for the method of transmitting and receiving signals and signal processing between the phased array antenna system 110 and the communication devices (180, 190). Know how to transmit a communication signal.

구체적으로, 상기 위상배열안테나(110)는 하나 이상의 안테나 소자(112), 상기 각각의 안테나 소자(112)와 연결된 하나 이상의 위상제어기(114) 및 상기 각각의 위상제어기(114)와 연결되어 이들을 제어하는 제어부(118)를 포함할 수 있다. 상기 제어부(118)는 상기 각각의 위상제어기(114)의 위상을 제어함으로써, 상기 위상배열안테나(112)는 빔 형성(beamforming) 및 널링(nulling) 등을 수행할 수 있다.Specifically, the phased array antenna 110 is connected to and control one or more antenna elements 112, one or more phase controllers 114 connected to each of the antenna elements 112, and the respective phase controllers 114. It may include a control unit 118. The controller 118 controls the phase of each phase controller 114, so that the phased array antenna 112 can perform beamforming and nulling.

또한, 상기 위상배열안테나(110)는 상기 각각의 위상제어기(114)와 연결된 하나 이상의 이득제어기(116)를 포함할 수 있다. 이 때 상기 제어부(118)는 상기 각각의 이득제어기(116)와 연결되고, 상기 각각의 이득제어기(116)의 이득을 제어함으로써, 상기 위상배열안테나(112)가 빔 형성 및 널링 등을 수행할 수 있도록 한다.In addition, the phased array antenna 110 may include one or more gain controllers 116 connected to the respective phase controllers 114. At this time, the control unit 118 is connected to the respective gain controller 116, and by controlling the gain of each gain controller 116, the phased array antenna 112 can perform beam forming and nulling, etc. To help.

상기 선형배열안테나에 포함되는 각각의 안테나 소자(112)들은 각 안테나 소자(112)들 사이의 이격이 d가 되도록 배열되어 있다. 상기 안테나의 배열 축과 수직인 축(120)을 기준으로 빔의 입사방향(130)이 이루는 각도를 θ(140)라고 정의하고, 상기 기준이 되는 축(120)과 주빔 방향이 이루는 각도를 θ0, 상기 기준이 되는 축(120)과 L개의 재밍 신호 방향을 θl(l = 1,2,...,L)이라 정의한다.Each of the antenna elements 112 included in the linear array antennas is arranged such that a distance between the antenna elements 112 is d. The angle formed by the incident direction 130 of the beam with respect to the axis 120 perpendicular to the array axis of the antenna is defined as θ 140, and the angle formed between the reference axis 120 and the main beam direction is θ. 0 , the reference axis 120 and L jamming signal directions are defined as θ l (l = 1, 1,2, ... L).

먼저, 상기 제어부(118)는 송수신 대상이 되는 신호 방향이 상기 주빔 방향(θ0)이 되도록 상기 각 위상제어기들(114) 및 상기 각 이득제어기들(116)의 위상 및 이득을 결정하고, 상기 결정된 위상 및 이득에 따라 상기 위상제어기들(114) 및 상기 이득제어기들(116)을 제어한다. 이후, 상기 제어부(118)는 송수신 대상이 되는 신호가 아닌 재밍 신호 방향으로 널(null)이 형성되도록 하기 위하여 상기 위상제어기들(114)의 위상을 계산하여 결정하고, 상기 결정된 위상에 따라 상기 위상제어기들(114)을 제어한다. 다만, 상기 계산 과정은 상기 널이 허용범위 이내에 도달할 때까지 반복적으로(iteratively) 이루어지고, 이 때 상기 제어부(118)는 상기 이득제어기들(116)의 이득을 변경하지 않을 수 있다.First, the controller 118 determines phases and gains of the phase controllers 114 and the gain controllers 116 such that the signal direction to be transmitted / received is the main beam direction θ 0 . The phase controllers 114 and the gain controllers 116 are controlled according to the determined phase and gain. Subsequently, the controller 118 calculates and determines the phases of the phase controllers 114 so that nulls are formed in the jamming signal direction instead of the signal to be transmitted and received, and the phases according to the determined phases. Controllers 114 are controlled. However, the calculation process is iteratively performed until the null reaches within the allowable range, and the control unit 118 may not change the gains of the gain controllers 116.

일반적으로 위상배열안테나에서 각 안테나의 수신경로의 이득을 고정한 채 위상만으로 널을 형성(phase-only nulling)하기 위하여 이상적으로는 비선형(non-linear) 동차방정식(homogeneous equation)의 해를 구해야 한다. 다만, 상기 이상적인 경우에서 사용되는 비선형 방정식의 해를 구하기 어렵기 때문에, 실제적인 위상배열안테나에서는 상기 식의 근사식을 이용하여 선형 동차방정식의 해를 구하는 방식이 사용된다.In general, in a phased array antenna, ideally, a non-linear homogeneous equation should be solved for phase-only nulling with the gain of each antenna's receive path fixed. However, since it is difficult to solve the nonlinear equations used in the ideal case, a solution of the linear homogeneous equation is used in the practical phased array antenna using the approximation of the above equation.

상기 제어부(118)가 위상만으로 널을 형성하는 계산과정을 구체적으로 살핀다.The control unit 118 looks specifically at the calculation process of forming a null only by the phase.

L개의 재밍 신호 방향을 널링하기 위한 선형배열안테나의 n번째 경로의 최적의 웨이트(weight)는 주빔 방향과 재밍 신호 방향의 선형적인 조합으로 이루어지므로, 상기 최적의 웨이트의 위상은 <수학식 1>과 같이 표현된다.Since the optimal weight of the nth path of the linear array antenna for nulling the L jamming directions is made of a linear combination of the main beam direction and the jamming signal direction, the phase of the optimal weight is expressed by Equation 1 It is expressed as

Figure 112010026345533-pat00001
Figure 112010026345533-pat00001

여기서

Figure 112010026345533-pat00002
,
Figure 112010026345533-pat00003
,
Figure 112010026345533-pat00004
이며 λ는 자유공간에서의 파장이다. <수학식 1>에 나타난 상기 n 번째 경로의 웨이트에서 첫 번째 항은 주빔 방향(θn)에 대하여 주어진 항이고, 두 번째 항은 L 개의 재밍 신호 방향(θln)에 대하여 널을 형성하기 위하여 결정되어야 하는 항이다. 상기 두 번째 항의 γl은 주빔 방향과 재밍 신호 방향의 선형적인 조합을 규정하는 변수로서 실수값을 가진다. 본 발명은 주빔 방향의 이득이 유지된 채 주어진 L 개의 재밍 신호 방향에 대하여 위상만으로 널을 형성하는 것이므로, <수학식 1>에 나타난 상기 웨이트의 두 번째 항에 있는 γl의 값이 적절하게 결정되어야 한다.here
Figure 112010026345533-pat00002
,
Figure 112010026345533-pat00003
,
Figure 112010026345533-pat00004
And λ is the wavelength in free space. In the weight of the nth path shown in Equation 1, the first term is a term given for the main beam direction θ n , and the second term is formed to form nulls for L jamming signal directions θ ln . This is the term to be determined. Γ l of the second term has a real value as a variable defining a linear combination of the main beam direction and the jamming signal direction. Since the present invention forms a null with only phases for the given L jamming signal directions while maintaining the gain in the main beam direction, the value of γ l in the second term of the weight shown in Equation 1 is appropriately determined. Should be.

상기 선형배열안테나가 재밍 신호 방향으로 널을 형성하기 위하여 <수학식 1>을 직접 이용할 수 있다. 즉, <수학식 1>에 나타난 상기 웨이트에서 L 개의 재밍 신호 방향의 안테나 이득이 0이 되는 조건을 활용하여 L 개의 동차 방정식을 수립할 수 있고, 상기 동차 방정식의 해를 구하는 방식을 활용할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 상기 제어부(118)가 상기 웨이트를 반복적으로 계산하고, 상기 계산된 웨이트가 일정한 허용범위 이내에 수렴하는 경우 그 때의 웨이트를 상기 동차방정식의 해로 간주하는 gradient search 방법을 사용한다. 다만, 본 발명은 후술하는 바와 같이 <수학식 1>의 웨이트를 효율적으로 계산하도록 실제적인(practical) 조건을 적용한 근사식을 사용한다.Equation 1 may be directly used to form a null in the linear array antenna in the jamming signal direction. That is, L homogeneous equations can be established by using the condition that the antenna gain in the L jamming signal directions becomes 0 in the weight shown in Equation 1, and a solution for solving the homogeneous equations can be utilized. . However, the present invention uses a gradient search method in which the controller 118 repeatedly calculates the weight and regards the weight at that time as a solution of the homogeneous equation when the calculated weight converges within a certain allowable range. However, the present invention uses an approximation formula to which practical conditions are applied to efficiently calculate the weight of Equation 1 as described below.

우선, <수학식 1>에서 γl의 크기는 작은 값이 되도록 결정되어야 한다(γl<<1). 이는 γl의 크기가 큰 값을 갖는 경우 상기 웨이트에서 주빔 방향의 이득이 유지되지 않고 감소 될 수 있으므로, 상기 웨이트에 대한 두 번째 항의 기여도를 줄이기 위함이다. 이러한 조건을 적용하여 γl의 크기가 작다고 가정하면, 상기 웨이트의 위상인 <수학식 1>은 다음의 근사식으로 표현될 수 있다.First, the size of the γ l in <Formula 1> is to be determined so that a value (γ l << 1). This is to reduce the contribution of the second term to the weight since the gain of the main beam direction in the weight can be reduced without maintaining when the magnitude of γ l is large. Assuming that the magnitude of γ l is small by applying such a condition, Equation 1, which is a phase of the weight, may be expressed by the following approximation equation.

Figure 112010026345533-pat00005
Figure 112010026345533-pat00005

다음으로, 근사식인 <수학식 2>에서 γl 값(또는 상기 γl을 이용하여 표현한 다른 변수값)을 반복 계산하여 웨이트가 허용범위 이내에 도달되었는지 판단하는 방법을 검토한다. <수학식 2>는 웨이트의 위상을 나타내므로, 상기 n 번째 경로의 웨이트는 다음과 같이 표현된다.Review Next, the approximate expression, <Equation 2> In the method for determining whether to repeat the value γ l (or other variable value expressed by using the γ l) calculated weight is reached within an allowable range. <Equation 2> represents the phase of the weight, the weight of the n-th path is expressed as follows.

Figure 112010026345533-pat00006
Figure 112010026345533-pat00006

여기서 αn은 배열 안테나의 각 경로의 이득으로서 미리 정해지는 값에 해당하고, Γn은 각 경로의 위상의 변화량에 해당하며 γl에 대한 함수로서

Figure 112010026345533-pat00007
로 표현된다. 그러므로, 상기 제어부(118)는 <수학식 3>에 포함된 상기 위상의 변화량(Γn)을 계산하고 결정함으로써 <수학식 3>이 나타내는 웨이트가 허용범위에 포함되는지 판단할 수 있다. Where α n corresponds to a predetermined value as the gain of each path of the array antenna, Γ n corresponds to the amount of phase change in each path, and is a function of γ l
Figure 112010026345533-pat00007
Lt; / RTI &gt; Therefore, the controller 118 may determine whether the weight represented by Equation 3 is included in the allowable range by calculating and determining the change amount of phase Γ n included in Equation 3.

또한, 본원발명에서는 상기 웨이트가 허용범위 이내에 도달되었는지에 대한 판단을 빠르게 하기 위하여 배열안테나의 이득을 사용한다. 즉, 본 발명은 i번째 재밍 신호 방향에 대한 배열안테나 이득을 '오차'로 정의하여 상기 오차를 반복적인 계산에 사용한다. 상기 오차의 정의는 다음과 같다.In addition, the present invention uses the gain of an array antenna to speed up the determination as to whether the weight is within an acceptable range. That is, the present invention defines the array antenna gain for the i th jamming signal direction as an error and uses the error in the iterative calculation. The definition of the error is as follows.

Figure 112010026345533-pat00008
Figure 112010026345533-pat00008

재밍 방향에 대한 널링을 위해 변화되는 위상의 양은 배열 안테나의 기하학적 구조의 중심을 기준으로하는 기함수의 성질을 가지고 있다. 상기 성질을 이용하여 <수학식 4>에서 정의된 오차를 다음과 같이 정리할 수 있다.The amount of phase change for nulling in the jamming direction has the property of an odd function with respect to the center of the geometry of the array antenna. Using the above properties, the error defined in Equation 4 can be summarized as follows.

Figure 112010026345533-pat00009
Figure 112010026345533-pat00009

여기서, <수학식 5>는 배열 안테나의 기하학적 구조의 중심을 기준으로 하였으므로

Figure 112010026345533-pat00010
Figure 112010026345533-pat00011
이 된다.Since Equation 5 is based on the center of the geometry of the array antenna,
Figure 112010026345533-pat00010
And
Figure 112010026345533-pat00011
Becomes

상기 제어부(118)는 주어진 초기값을 사용하여 위상의 변화량을 계산하고, 상기 위상의 변화량에 기초한 오차의 합이 허용오차 이내인지 여부에 대한 판단한다. 상기 판단의 결과 ⅰ) 상기 오차의 합이 허용오차 이내인 경우, 상기 제어부(118)는 상기 위상변화량에 기초하여 상기 위상배열안테나가 널을 형성할 수 있도록 상기 위상제어기들(114)을 제어한다. ⅱ) 다만, 상기 판단의 결과 상기 오차의 합이 허용오차에 포함되지 아니한 경우에, 상기 제어부(118)는 새로운 위상의 변화량을 결정하고 상기 새로운 위상의 변화량에 기초한 오차의 합을 반복적으로 계산하게 되고, 상기 제어부(118)는 상기 새로운 오차의 합을 이용한 판단을 다시 수행하게 된다. 전술한 과정은 오차의 합이 허용오차 이내에 포함될 때까지 반복되므로, 상기 반복적인 계산에 사용되는 수식이 간단할수록 상기 위상배열안테나는 효율적으로 널을 형성할 수 있다.The control unit 118 calculates the amount of change in phase using the given initial value, and determines whether the sum of the errors based on the amount of change in the phase is within tolerance. As a result of the determination i) If the sum of the errors is within the tolerance, the controller 118 controls the phase controllers 114 so that the phased array antenna can form a null based on the amount of phase change. . Ii) However, if the sum of the errors is not included in the tolerance as a result of the determination, the controller 118 determines the amount of change in the new phase and repeatedly calculates the sum of the errors based on the amount of change in the new phase. In addition, the controller 118 again performs the determination using the new sum of the errors. Since the above-described process is repeated until the sum of the errors is included within the tolerance, the simpler the equation used for the iterative calculation, the more efficiently the phased array antenna can be formed null.

본 발명은 상기 반복 연산에 사용되는 식에 테일러 급수 전개를 적용한 근사식을 사용함으로써 상기 반복 연산을 효율적으로 수행할 수 있다. 상기 근사식을 구하는 수학적인 접근방법은 다음과 같다.The present invention can efficiently perform the iterative operation by using an approximation equation in which Taylor series expansion is applied to the equation used for the iterative operation. The mathematical approach to obtaining the above approximation is as follows.

상기 제어부(118)는 초기값으로 주어진 현재 주빔 방향(θ0), 각 경로의 이득(αn), 제거하고자 하는 재밍 신호 방향(θl) 및 초기값이 설정된 γl을 가지고 있다. 상기 제어부(118)는 상기 초기값들을 이용하여 <수학식 3>에 나타난 Γn을 계산하고, <수학식 5>에 따라 오차를 계산할 수 있다. 다음으로 전술한 바와 같이 상기 제어부(118)는 상기 계산의 결과를 이용하여 오차의 합(

Figure 112010026345533-pat00012
)을 계산하고 그 값이 허용오차 이내인지 판단한다. 상기 판단의 결과 상기 오차의 합이 허용오차에 포함되지 아니한 경우, 상기 제어부(118)는 새로운 위상의 변화량을 결정하여야 한다. 그러므로 상기 제어부(118)는 γ를 업데이트한 후 상기 업데이트된 γ를 기초로 위상의 변화량, 오차 및 오차의 합을 모두 반복하여 계산한다.The controller 118 has a current main beam direction θ 0 given as an initial value, a gain α n of each path, a jamming signal direction θ l to be removed, and γ l set to an initial value. The controller 118 may calculate Γ n shown in Equation 3 using the initial values, and calculate an error according to Equation 5. Next, as described above, the controller 118 uses the result of the calculation to calculate the sum of the errors (
Figure 112010026345533-pat00012
) And determine if the value is within tolerance. As a result of the determination, if the sum of the errors is not included in the tolerance, the controller 118 should determine the amount of change in the new phase. Therefore, after updating γ, the controller 118 repeatedly calculates the amount of phase change, an error, and a sum of errors based on the updated γ.

<수학식 5>에 정의된 오차를 이용하여, L개의 재밍 방향에 대한 배열 안테나의 이득으로 이루어지는 '전체오차'는 다음과 같이 정의된다.Using the error defined in Equation 5, the 'total error' consisting of the gains of the array antennas for the L jamming directions is defined as follows.

Figure 112010026345533-pat00013
Figure 112010026345533-pat00013

<수학식 6>에 나타난 '전체오차'의 γm에 대한 편미분은 다음과 같다.The partial derivative of γ m of 'total error' shown in Equation 6 is as follows.

Figure 112010026345533-pat00014
Figure 112010026345533-pat00014

<수학식 6> 및 <수학식 7>을 기초로 γ를 업데이트하기 위한 식은 다음과 같다.The equation for updating γ based on Equations 6 and 7 is as follows.

Figure 112010026345533-pat00015
Figure 112010026345533-pat00015

여기서 μ는 업데이트 속도를 조절하는 인자이고, 윗첨자 k는 업데이트의 순서를 나타낸다. <수학식 7>의 재밍 신호 방향의 오차의 γm에 대한 편미분을 구하는 식은 다음과 같다.Where μ is a factor controlling the update rate, and the superscript k indicates the order of update. The equation for obtaining the partial derivative of γ m of the error in the jamming signal direction of Equation 7 is as follows.

Figure 112010026345533-pat00016
Figure 112010026345533-pat00016

<수학식 8>을 따라 γ를 업데이트하는 연산에는 <수학식 5> 및 <수학식 9>가 사용되며, <수학식 8>은 업데이트된 γ를 기초로 오차의 합이 허용오차 이내에 수렴할 때까지 반복적으로 사용된다. 상기 반복 연산은 정현함수 및 여현함수를 수반하는 <수학식 5> 및 <수학식 9>을 사용하므로 계산 시간이 상당히 소요되는 문제가 있으며, 이러한 문제는 특히 배열의 숫자가 커질수록 심해진다. 이를 위하여 본 발명은 테일러 급수 전개를 이용하여 <수학식 5> 및 <수학식 9>에 사용되는 정현함수 및 여현함수를 근사화 한다. 이러한 근사화는 주빔 방향의 이득이 유지되면서 재밍 방향에 대한 배열안테나의 이득은 감소되도록 하는 위상의 변화량(Γn)은 크지 않아야 한다는 사실에 기초한 것이다.Equations 5 and 9 are used to update γ according to Equation 8, and Equation 8 is based on the updated γ when the sum of the errors converges within the tolerance. It is used repeatedly. Since the iterative operation uses <Equation 5> and <Equation 9> involving a sine function and a cosine function, there is a problem in that it takes a considerable amount of time to calculate. To this end, the present invention approximates the sine and cosine functions used in Equations 5 and 9 by using Taylor series expansion. This approximation is based on the fact that the amount of phase change Γ n should not be so large that the gain of the array antenna in the jamming direction is reduced while the gain in the main beam direction is maintained.

Figure 112010026345533-pat00017
Figure 112010026345533-pat00017

Figure 112010026345533-pat00018
Figure 112010026345533-pat00018

상기의 근사식 <수학식 10> 및 <수학식 11>을 사용한 <수학식 5> 및 <수학식 9>는 다음과 같다.<Equation 5> and <Equation 9> using the above approximations <Equation 10> and <Equation 11> are as follows.

Figure 112010026345533-pat00019
Figure 112010026345533-pat00019

Figure 112010026345533-pat00020
Figure 112010026345533-pat00020

상기 제어부(118)는 상기 <수학식 8>에 따른 반복 연산을 수행할 때 업데이트된

Figure 112010026345533-pat00021
에 대하여는 <수학식 12> 및 <수학식 13>을 사용하므로, Γn만 반복 계산할 뿐 나머지 항들에 대해서는 반복 계산 이전에 획득한 값을 사용할 수 있다. 결과적으로 거듭된 반복 연산에도 불구하고 새롭게 추가되는 연산양이 적으므로, 상기 제어부(118)는 매우 빠르게 반복 계산을 수행할 수 있다.
The controller 118 is updated when performing an iterative operation according to Equation (8).
Figure 112010026345533-pat00021
For Equation 12 and Equation 13, Equation 12 and Equation 13 are used, and only Γ n is repeatedly calculated, and the values obtained before the iteration calculation may be used for the remaining terms. As a result, in spite of repeated iterations, the amount of newly added operations is small, so that the controller 118 can perform iterations very quickly.

도 2는 본 발명에 따른 위상배열안테나 시스템의 제어방법의 일실시 예를 나타낸 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating an embodiment of a method of controlling a phased array antenna system according to the present invention.

위상배열안테나 시스템은 재밍 신호 방향으로 널링을 형성하기 위하여 초기 값을 입력 받는다(S210). 상기 초기값으로는 현재 주빔 방향(θ0), 각 경로의 이득(αn), L 개의 재밍 신호 방향(θl) 및 위상조절값

Figure 112010026345533-pat00022
의 초기 설정값이 있다.The phased array antenna system receives an initial value to form nulling in the jamming signal direction (S210). The initial values include the current main beam direction θ 0 , the gain α n of each path, the L jamming signal directions θ l , and the phase control value.
Figure 112010026345533-pat00022
There is an initial setting of.

상기 위상배열안테나 시스템은 위상조절값을 결정하기 위한 연산에 필요한 공통적인 항을 계산한다(S220). 상기 공통적인 항에는 입력된 주빔 방향 및 재밍 신호 방향의 조합에 대한 정현함수 Sln=sin(θinn)과 여현함수 Cln=cos(θinn)이 있다. 나중에 상기 계산된 공통적인 항이 반복적으로 사용되기 때문에 반복 연산 과정에서 추가되는 연산양이 적다.The phased array antenna system calculates a common term necessary for the operation for determining the phase adjustment value (S220). The common section has a sinusoidal function S ln = sin (θ in -θ n) and the cosine function for the combination of the inputted main beam direction and the direction of the jamming signal C ln = cos (θ in -θ n). Since the calculated common term is used repeatedly later, the amount of computation added in the iterative computation process is small.

그 다음 상기 위상배열안테나 시스템은 상기 초기 설정된 위상조절값(

Figure 112010026345533-pat00023
)과 상기 계산에서 획득한 Sln을 기초로 하여 현재의 위상변화량(Γn)을 계산한다(S230). 이때 상기 위상배열시스템은 상기 현재의 위상변화량을 기초로한 웨이트가 허용오차에 포함되는지 여부를 판단하여야 한다. The phased array antenna system then sets the initial phase control value (
Figure 112010026345533-pat00023
) And the current phase change amount Γ n based on S ln obtained in the calculation (S230). At this time, the phased array system must determine whether the weight based on the current phase change amount is included in the tolerance.

따라서 상기 위상배열안테나 시스템은 상기 판단을 위하여 상기 공통적인 항(Sln 및 Cln)과 상기 현재의 위상변화량(Γn)을 기초로 재밍 신호 방향에 대한 오차(ei(

Figure 112010026345533-pat00024
))를 계산한다(S240). 그리고 상기 오차의 합을 구하여 허용오차 이내에 해당하는지 판단한다(S250). 이때 상기 판단의 결과 상기 오차의 합이 허용오차보다 작은 경우 상기 계산된 현재의 위상변화량(Γn)을 기초로 상기 위상배열안테나 시스템의 위상을 제어한다.Accordingly, the phased array antenna system determines an error e i (for jamming signal direction) based on the common terms S ln and C ln and the current phase change amount Γ n for the determination.
Figure 112010026345533-pat00024
)) Is calculated (S240). Then, the sum of the errors is determined to determine whether the error is within the tolerance (S250). In this case, when the sum of the errors is less than the tolerance as a result of the determination, the phase of the phased array antenna system is controlled based on the calculated current phase change amount Γ n .

다만, 상기 판단의 결과 상기 오차의 합이 허용오차보다 작지 않은 경우, 상기 위상배열안테나 시스템은 오차의 미분을 계산하고(S260), 상기 오차의 미분, 상기 오차 및 현재 위상조절값(γ)을 기초로 업데이트된 위상조절값을 획득한다(S270). However, if the sum of the errors is not less than the tolerance as a result of the determination, the phased array antenna system calculates the derivative of the error (S260), and the derivative of the error, the error and the current phase control value γ An updated phase control value is obtained based on the operation (S270).

이 후로 상기 위상배열안테나 시스템은 상기 업데이트된 위상조절값을 이용하여 새로운 위상변화량(Γn)을 계산하고(S230), 상기 새로운 위상변화량을 기초로한 오차의 합이 허용오차 이내에 해당하는지 판단하는 과정(S240, S250)을 반복한다.Thereafter, the phased array antenna system calculates a new phase change amount Γ n using the updated phase adjustment value (S230), and determines whether the sum of the errors based on the new phase change amount is within a tolerance. The process (S240, S250) is repeated.

상기 반복된 연산의 결과 상기 위상배열안테나 시스템은 오차의 합이 허용오차 이내에 해당하는 위상변화량을 결정하게 되고, 상기 결정된 위상변화량을 기초로 각 안테나 경로의 위상을 제어한다.
As a result of the repeated operation, the phased array antenna system determines a phase change amount whose sum of errors falls within a tolerance, and controls the phase of each antenna path based on the determined phase change amount.

도 3은 본 발명에 따른 위상배열안테나 시스템의 제어방법의 일실시 예에 의한 오차의 변화를 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing a change in error according to an embodiment of a method of controlling a phased array antenna system according to the present invention.

안테나 소자의 수가 100이고(n=100) 각 경로의 이득이 1인(αn=1) 선형배열안테나 시스템에 대하여 업데이트 속도를 조절하는 인자가 0.001이며(μ=0.001), 주빔 방향은 0°이다(θ0 = 0°). 이 때 도 3은 상기 선형배열안테나 시스템에 들어오는 하나 이상의 재밍 신호가 각각 3°에 위치하는 단일 재머(310), 3° 및 4°에 위치하는 이중 재머(320), 3°, 4° 및 5°에 위치하는 삼중 재머(330), 그리고 3°, 4°, 5° 및 6°에 위치하는 4중 재머(340)라 할 때 상기 하나 이상의 재밍 신호에 대하여 널을 형성하기 위한 반복 연산의 횟수와 오차의 변화량을 나타낸 것이다.For a linear array antenna system where the number of antenna elements is 100 (n = 100) and the gain of each path is 1 (α n = 1), the factor controlling the update rate is 0.001 (μ = 0.001) and the main beam direction is 0 °. (Θ 0 = 0 °). 3 shows a single jammer 310 having 3 or more jamming signals entering the linear array antenna system, a double jammer 320 positioned at 3 ° and 4 °, 3 °, 4 ° and 5, respectively. The number of repetitive operations for forming nulls for the one or more jamming signals when referred to as a triple jammer 330 at ° and a quad jammer 340 at 3 °, 4 °, 5 °, and 6 °. The amount of change in and error is shown.

도 3을 통해 연산의 반복횟수가 10~20회 정도가 되면 재밍 신호의 개수와 무관하게 반복 계산 오차가 거의 0으로 수렴함을 볼 수 있다.
Referring to FIG. 3, when the number of repetitions of the operation is about 10 to 20 times, the repetition calculation error converges to almost 0 regardless of the number of jamming signals.

도 4는 본 발명에 따른 위상배열안테나 시스템의 제어방법의 일실시 예에 의한 선형배열안테나의 널링패턴을 나타내는 그래프이다.4 is a graph illustrating a nulling pattern of a linear array antenna according to an embodiment of a method of controlling a phased array antenna system according to the present invention.

안테나 소자의 수가 100이고(n=100) 각 경로의 이득이 1인(αn=1) 선형배열안테나 시스템에 대하여 업데이트 속도를 조절하는 인자가 0.001이며(μ=0.001), 주빔 방향은 0°인(θ0 = 0°) 경우, 상기 선형배열안테나 시스템에 3°, 4°, 5° 및 6°에 위치하는 4중 재머가 들어오고 있다. 이 때 허용오차가 0.01인 경우 본 발명에 따라 상기 선형배열안테나 시스템은 오차의 합이 허용오차 이내에 해당되도록 위상변화량(Γ)을 결정할 수 있고, 상기 결정된 위상변화량을 기초로 어레이 팩터(

Figure 112010026345533-pat00025
)가 계산된다. 도 4는 신호 방향에 대한 상기 어레이 팩터의 그래프를 나타낸 것이다.For a linear array antenna system where the number of antenna elements is 100 (n = 100) and the gain of each path is 1 (α n = 1), the factor controlling the update rate is 0.001 (μ = 0.001) and the main beam direction is 0 °. For phosphorus (θ 0 = 0 °), quadruple jammers are introduced into the linear array antenna system located at 3 °, 4 °, 5 ° and 6 °. In this case, when the tolerance is 0.01, according to the present invention, the linear array antenna system may determine the phase change amount Γ such that the sum of the errors falls within the tolerance, and based on the determined phase change amount,
Figure 112010026345533-pat00025
) Is calculated. 4 shows a graph of the array factor versus signal direction.

오차가 허용오차인 0.01보다 작아지기 위하여 20회의 반복 계산이 실행되었고, 도 4에서 재밍 신호가 위치하는 영역은 (410) 부분이다. 도 4에서 주빔에 해당하는 영역(420)의 어레이 팩터는 39.38dB로서 재밍 신호가 없는 경우의 40dB에 비하여 0.62 dB의 배열 이득 감소를 보였다.Twenty iteration calculations were performed to reduce the error to less than 0.01, the tolerance, and the region where the jamming signal is located in FIG. In FIG. 4, the array factor of the region 420 corresponding to the main beam is 39.38 dB, which shows an array gain reduction of 0.62 dB compared to 40 dB without the jamming signal.

이상, 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (13)

하나 이상의 안테나 소자들과;
상기 각 안테나 소자들에 연결된 하나 이상의 위상제어기(phase controller)들과; 그리고
상기 각 위상제어기의 위상조절값(γ)들을 결정하는 하나 이상의 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 주빔 방향의 이득이 유지되면서 다수의 재밍 신호 방향의 오차의 합이 허용오차 내에 수렴하도록 반복 연산을 수행하여 상기 위상조절값들을 결정하되,
상기 재밍 신호 방향의 오차는 상기 재밍 신호 방향에 대한 이득에 기초한 것이고,
상기 반복 연산은 현재 위상조절값 및 현재 전체오차의 상기 위상조절값에 대한 편미분을 기초로 업데이트된 위상조절값을 계산하는 연산을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상배열안테나 시스템.
One or more antenna elements;
One or more phase controllers connected to the respective antenna elements; And
At least one control unit for determining phase adjustment values γ of each phase controller,
The controller determines the phase adjustment values by performing an iterative operation so that the sum of the errors in the plurality of jamming signal directions converges within a tolerance while maintaining the gain in the main beam direction.
The error in the jamming signal direction is based on a gain for the jamming signal direction,
And the iterative operation includes calculating an updated phase adjustment value based on a partial derivative of a current phase adjustment value and a current partial error of the phase adjustment value.
삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 제어부는
테일러 급수전개를 적용한 현재 위상변화량(Γ)의 여현함수의 근사식을 사용하여 상기 업데이트된 위상조절값을 계산하되,
상기 현재 위상변화량은 상기 현재 위상조절값을 기초로 계산되는 것을 특징으로 하는 위상배열안테나 시스템.
The apparatus of claim 1, wherein the control unit
The updated phase control value is calculated using an approximation of the cosine function of the current phase change amount (Γ) to which Taylor series expansion is applied,
And said current phase change amount is calculated based on said current phase adjustment value.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는
테일러 급수전개를 적용한 현재 위상변화량(Γ)의 정현함수의 근사식을 사용하여 상기 업데이트된 위상조절값을 계산하되,
상기 현재 위상변화량은 상기 현재 위상조절값을 기초로 계산되는 것을 특징으로 하는 위상배열안테나 시스템.
The apparatus of claim 1, wherein the control unit
The updated phase control value is calculated using an approximation equation of the sine function of the current phase change amount (Γ) to which Taylor series expansion is applied,
And said current phase change amount is calculated based on said current phase adjustment value.
제 1항에 있어서, 상기 반복 연산이 수행되기 전에 상기 제어부는 상기 다수의 재밍 신호 방향의 정현함수 및 여현함수를 계산하고, 상기 정현함수 및 여현함수의 계산 결과를 상기 반복 연산에 사용하는 것을 특징으로 하는 위상배열안테나 시스템.The method of claim 1, wherein before the iterative operation is performed, the controller calculates the sine function and the cosine function in the plurality of jamming signal directions, and uses the calculated results of the sine function and the cosine function in the iterative operation. Phased array antenna system. 제 1항에 있어서, 상기 각 안테나 소자들에 연결된 하나 이상의 이득제어기(gain controller)들을 추가로 포함하되, 상기 제어부가 상기 주빔 방향의 이득이 유지되도록 상기 각 이득제어기의 이득조절값들을 결정하는 것을 특징으로 하는 위상배열안테나 시스템.The method of claim 1, further comprising one or more gain controllers coupled to the respective antenna elements, wherein the control unit determines gain adjustment values of the respective gain controllers such that the gain in the main beam direction is maintained. Characterized in phased array antenna system. 하나 이상의 안테나 소자들 및 상기 각 안테나 소자들에 연결된 하나 이상의 위상제어기(phase controller)들을 포함하는 위상배열안테나 시스템의 제어방법에 있어서,
주빔 방향의 이득이 유지되면서 다수의 재밍 신호 방향의 이득에 기초한 오차가 허용오차 내에 수렴하도록 반복 연산을 수행하여 상기 각 위상제어기의 위상조절값(γ)들을 결정하는 단계를 포함하되,
상기 재밍 신호 방향의 오차는 현재 위상변화량(Γ)을 기초로 계산되고, 상기 현재 위상변화량()은 현재 위상조절값을 기초로 계산되고,
상기 반복 연산은 현재 위상조절값 및 현재 전체오차의 상기 위상조절값에 대한 편미분을 기초로한 업데이트된 위상조절값을 계산하는 연산을 포함하는 것을 특징으로하는 위상배열안테나 시스템의 제어방법.
A control method of a phased array antenna system comprising one or more antenna elements and one or more phase controllers connected to the respective antenna elements.
Determining the phase adjustment values γ of the respective phase controllers by performing an iterative operation so that the errors based on the gains in the plurality of jamming signal directions converge within the tolerance while the gains in the main beam direction are maintained,
The error of the jamming signal direction is calculated based on the current phase change amount Γ, and the current phase change amount is calculated based on the current phase adjustment value.
And the iterative operation includes calculating an updated phase adjustment value based on partial derivatives of the current phase adjustment value and the current overall error of the phase adjustment value.
삭제delete 삭제delete 제 7항에 있어서, 상기 업데이트된 위상조절값의 계산에, 테일러 급수전개를 적용한 상기 위상변화량(Γ)의 여현함수의 근사식이 사용되는 것을 특징으로 하는 위상배열안테나 시스템의 제어방법.8. The method of claim 7, wherein an approximation equation of the cosine function of the phase change amount Γ to which Taylor series expansion is applied is used to calculate the updated phase control value. 제 7항에 있어서, 상기 업데이트된 위상조절값의 계산에, 테일러 급수전개를 적용한 상기 위상변화량(Γ)의 정현함수의 근사식이 사용되는 것을 특징으로 하는 위상배열안테나 시스템의 제어방법.8. The method of claim 7, wherein an approximation equation of the sine function of the phase change amount Γ is applied to calculate the updated phase control value. 제 10항에 있어서, 상기 반복 연산이 수행되기 전에 상기 다수의 재밍 신호 방향의 정현함수 및 여현함수를 계산하는 단계를 포함하고,
상기 정현함수 및 여현함수의 계산 결과를 상기 반복 연산에 사용하는 것을 특징으로 하는 위상배열안테나 시스템의 제어방법.
12. The method of claim 10, further comprising: calculating sine and cosine functions of the plurality of jamming signal directions before the iterative operation is performed,
And a calculation result of the sine function and the cosine function is used for the iterative operation.
하나 이상의 안테나 소자들, 상기 각 안테나 소자들에 연결된 하나 이상의 위상제어기(phase controller)들 및 상기 각 안테나 소자들에 연결된 하나 이상의 이득제어기(gain controller)들을 포함하는 위상배열안테나 시스템의 제어방법에 있어서,
주빔 방향의 이득이 유지되면서 다수의 재밍 신호 방향의 오차가 허용오차 내에 수렴하도록 반복 연산을 수행하여 상기 각 위상제어기의 위상조절값(
Figure 112010026345533-pat00026
)들과 상기 각 이득제어기의 이득조절값들을 결정하는 단계를 포함한 위상배열안테나 시스템의 제어방법.
A method of controlling a phased array antenna system comprising one or more antenna elements, one or more phase controllers connected to each of the antenna elements, and one or more gain controllers connected to the respective antenna elements. ,
While the gain in the main beam direction is maintained, iterative operation is performed so that the error of the plurality of jamming signal directions converges within the tolerance so that the phase control value of each phase controller (
Figure 112010026345533-pat00026
And determining gain adjustment values of the respective gain controllers.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180118837A (en) * 2017-04-21 2018-11-01 호서대학교 산학협력단 Frequency modulated continuous wave rader system having improved beam resolution

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101688628B1 (en) 2015-01-20 2016-12-21 한국전자통신연구원 Controlled reception pattern antenna
KR102033749B1 (en) * 2017-04-25 2019-10-17 국방과학연구소 Method for performance improvement of array cross eye system
CN107132427B (en) * 2017-06-21 2019-09-13 中国电子科技集团公司第二十九研究所 For the near-field signals test method and device of the phased array antenna of saturated
KR102427728B1 (en) * 2021-05-21 2022-08-01 국방과학연구소 Operating method for electronic apparatus for processing interference suprressed signal using higer order signal and electronic apparatus supporting thereof
KR102499336B1 (en) * 2021-07-08 2023-02-14 국방과학연구소 Method and apparatus for adaptive null width control, and base station using same
CN113595677B (en) * 2021-07-28 2023-07-25 湖北三江航天险峰电子信息有限公司 Transmitting-receiving and controlling device of phased array jammer

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009038453A (en) * 2007-07-31 2009-02-19 Advanced Telecommunication Research Institute International Receiver
KR20090030436A (en) * 2007-09-20 2009-03-25 한국전자통신연구원 Phase correction apparatus of phased array antennas and its method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009038453A (en) * 2007-07-31 2009-02-19 Advanced Telecommunication Research Institute International Receiver
KR20090030436A (en) * 2007-09-20 2009-03-25 한국전자통신연구원 Phase correction apparatus of phased array antennas and its method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180118837A (en) * 2017-04-21 2018-11-01 호서대학교 산학협력단 Frequency modulated continuous wave rader system having improved beam resolution
KR102414149B1 (en) 2017-04-21 2022-06-30 호서대학교 산학협력단 Frequency modulated continuous wave rader system having improved beam resolution

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