KR101173427B1 - 송신신호의 루프백을 통해 이상을 판단하는 레이더 시스템 및 송신신호의 루프백을 통해 레이더 시스템의 이상을 판단하는 방법 - Google Patents

송신신호의 루프백을 통해 이상을 판단하는 레이더 시스템 및 송신신호의 루프백을 통해 레이더 시스템의 이상을 판단하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 송신신호의 루프백을 통해 이상을 판단하는 레이더 시스템 및 송신신호의 루프백을 통해 레이더 시스템의 이상을 판단하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이더 시스템에서 송신되는 신호를 수신장치로 루프백시켜 신호의 이상 여부를 확인함으로써 레이더 시스템이 정상적으로 동작하는지를 확인할 수 있도록 하는 송신신호의 루프백을 통해 이상을 판단하는 레이더 시스템 및 송신신호의 루프백을 통해 레이더 시스템의 이상을 판단하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 레이더 시스템의 이상 유무를 원격지에서 쉽게 파악할 수 있고, 송신 경로상에 이득조절 기능을 추가하여 레이더 장비에서 수신 경로의 교정(calibration)에도 사용할 수 있는 효과가 있다.

Description

송신신호의 루프백을 통해 이상을 판단하는 레이더 시스템 및 송신신호의 루프백을 통해 레이더 시스템의 이상을 판단하는 방법{RADAR SYSTEM DETECTING BREAKDOWN USING THE LOOP-BACK OF THE TRANSMISSION SIGNAL AND DETECTING METHOD OF THE RADAR SYSTEM USNIG THE LOOP-BACK OF THE TRANSMISSION SIGNAL}
본 발명은 송신신호의 루프백을 통해 이상을 판단하는 레이더 시스템 및 송신신호의 루프백을 통해 레이더 시스템의 이상을 판단하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이더 시스템에서 송신되는 신호를 수신장치로 루프백시켜 신호의 이상 여부를 확인함으로써 레이더 시스템이 정상적으로 동작하는지를 확인할 수 있도록 하는 송신신호의 루프백을 통해 이상을 판단하는 레이더 시스템 및 송신신호의 루프백을 통해 레이더 시스템의 이상을 판단하는 방법에 관한 것이다.
기상관측용이나 항공관제용, 선박용, 군사용 레이더 시스템은 안테나에서 송신되었다가 구름이나 물체(비행기, 선박, 미사일 등)에 반사되어 수신된 신호를 분석하여 특정 지역의 기상상황, 비행기나 선박, 기타 탐지하고자 하는 물체의 위치를 파악하는 기능을 한다.
레이더 시스템은 신호를 발생시켜 안테나를 통해 전송하는 부분과 안테나를 통해 입력되는 신호를 분리하여 물체의 위치를 파악하는 부분으로 나뉜다. 그리고 분석된 위치데이터는 별도의 신호처리장치로 전송되어 최종적으로 영상으로 표현된다.
레이더 시스템은 피탐지체의 상태를 측정하기 위해서 안테나를 통해 RF신호를 송신하고, 피탐지체로부터 반사된 RF신호를 분석하여 피탐지체의 위치, 속도, 이동방향 등을 파악한다. 그런데 레이더 시스템이 정상적으로 신호를 송신하고, 반사된 신호를 분석하고 있는지를 파악하기 위해서 루프백 경로(Loop-Back Path)를 형성하는 방식이 개시되어 있다.
도 1은 종래기술에 따른 레이더 시스템의 구성을 나타낸 블럭도로서, 송신신호발생기(1), 제1스위치(21), TWTA(3), 써큘레이터(4), 여파기(5), 안테나(6), TRL(7), 제2스위치(23), 수신기(9), 시뮬레이터 모듈(20)을 구비하고, 시뮬레이터 모듈(20)은 위상기(22)와 프로그래머블 감쇄기(10)를 구비하여 루프백 방식에 의한 모의표적을 발생한다.
위상기(22)는 입력 신호를 지연시키는 딜레이 라인과 입력 신호의 위상을 쉬프시키는 위상쉬프터로 구성되어 있다.
딜레이 라인은 입력되는 전자파의 진행거리를 늘려주는 효과를 나타내는 것으로, 광섬유의 길이를 조절하여 지연량을 조절할 수 있으므로 레이더의 출력 신호를 딜레이 라인에 입력한 후에 출력 신호의 지연량을 확인하면 표적까지의 거리를 시뮬레이션할 수 있게 된다.
그리고 위상쉬프터는 모의표적의 도플러 주파수(FD)를 조절하여 모의표적의 속도를 임의로 만들어 줄 수 있다.
일반적으로 모의표적 발생기능은 레이더 신호의 레벨과 위상지연과 위상쉬프트를 적절하게 조절하여 실제 표적을 모의한다. 즉, 레이더 송신기가 송신한 무선신호는 표적에서 반사되어 레이더 수신기로 입력된다. 이때 표적으로부터 반사되어 오는 신호는 레이더의 안테나로부터 표적까지의 거리와 표적의 속도와 표적의 크기에 따라서 각각 다르게 된다. 표적과의 거리는 반사되어 오는 신호의 지연(Delay)으로서 추정할 수 있고, 표적의 속도는 도플러효과에 의한 위상쉬프트(Phase shift)로부터 추정할 수 있다. 따라서 일반적으로 모의표적 발생장치는 모의표적의 크기정보를 나타내기 위해 신호의 크기를 조정할 수 있는 디지탈 감쇄기(digital attenuator)와 모의표적의 속도정보를 나타내기 위해 도플러 신호를 발생하는 주파수 변조기(SSB modulator)와 모의표적의 거리정보를 나타내기 위해 신호의 시간을 지연시키기 위한 딜레이 라인(Delay-Line)을 가지고 있다.
송신신호발생기(1)와 TWTA(3) 사이에 제1스위치(21)를 추가하여 정상모드에서는 가동단자를 고정단자 'a'로 접속하여 송신신호를 TWTA(3)로 연결하다가 레이더의 성능을 시험을 하는 시험모드가 되면 가동단자를 고정단자 'b'로 접속하여 시뮬레이터 모듈(20)로 신호의 패스를 연결한다. 시뮬레이터 모듈(20)은 제1스위치(21)로부터 입력한 송신신호를 도플러 효과를 모의하기 위한 위상쉬프트 혹은 이동탐지지시(Moving Target Indication : 이하 MTI라 한다)를 위해 지연(Delay)시키는 위상기(22)와 레벨제어를 위한 프로그래머블 감쇄기(10)를 포함하여 구성된다.
시뮬레이터 모듈(20)을 통과한 후 송신신호는 수신 통로의 TRL(7)의 후단에 위치한 SPDT의 제2스위치(23)를 통해 수신기(9)로 궤환된다. 제2스위치(23)는 정상모드에서는 가동단자를 고정단자 'a'로 접속하여 수신단을 TRL(7)측으로 연결하고, 시험모드에서는 가동단자를 고정단자 'b'로 접속하여 시뮬레이터 모듈(2)측으로 연결하여 송신신호발생기(1), 제1스위치(21), 위상기(22), 프로그래머블 감쇄기(10), 제2스위치(23), 수신기(9)에 이르는 루프백 경로를 형성한다.
그런데 종래기술에 따른 레이더 시스템에서는 안테나에서 수신되는 수평신호와 수직신호를 구분하여 레이더 시스템의 동작 상태를 파악하는 방법이 없고, 송신신호와 수신신호 사이의 연관성을 정확하게 계산하는 방법이 개시되어 있지 않았다.
KR 1994-0011964 A KR 1996-0016391 B1
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 관리자의 신속한 접근이 어려운 격오지나 고산지대에 설치된 레이더 시스템이 정상적으로 동작하는지를 원격지에서 파악하기 위해서 안테나를 통해 송신될 송신신호를 바로 수신 경로로 유입되도록 루프백 회로를 구성하고, 수신된 신호를 분석하여 시스템의 고장 유무를 판단할 수 있도록 하는 송신신호의 루프백을 통해 이상을 판단하는 레이더 시스템 및 송신신호의 루프백을 통해 레이더 시스템의 이상을 판단하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 수신된 송신신호의 분석을 송수신장치에 포함된 FPGA가 수행하도록 하고, 송신신호와 수신된 신호 사이의 상관관계를 분석하여 어느 정도 특성의 차이가 발생하는지를 파악하도록 하는 송신신호의 루프백을 통해 이상을 판단하는 레이더 시스템 및 송신신호의 루프백을 통해 레이더 시스템의 이상을 판단하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 피탐지체를 측정하는 레이더 시스템에 있어서, 안테나장치(160)가 수신하여 전송하는 RF신호에 포함된 피탐지체에 대한 측정데이터를 분석하여 특정 지역 또는 물체의 상태를 파악하고, 분석된 상기 측정데이터를 영상신호로 변환하여 제공하는 신호처리장치(110)와; 감시대상이 되는 피탐지체에 방사할 송신신호를 생성하여 상기 안테나장치(160)를 통해 전송하거나, 상기 피탐지체로부터 반사된 수신신호를 입력받는 송수신장치(140)와; 상기 신호처리장치(110)와 상기 송수신장치(140)를 연결하여 데이터를 전달하는 광선로(130);를 포함하며, 상기 송수신장치(140)는 디지털제어조립체(141)로부터 전송되어 상기 안테나장치(160)로 전달되는 송신신호를 우회시키는 루프백 경로(Loop-Back Path)를 형성하여 상기 송신신호가 상기 안테나장치(160)에 전달되지 않은 상태에서 상기 디지털제어조립체(141)에 수신되도록 하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 스위치는 상기 송신신호의 출력을 증폭시키는 앰프(143)와 상기 안테나장치(160) 사이에 설치되어 상기 앰프(143)로부터 전달된 상기 송신신호를 상기 안테나장치(160)와 상기 루프백 경로 중의 하나로 송신하는 제1스위치(148)와; 상기 안테나장치(160)와 수평수신조립체(146) 사이에 설치되어 상기 안테나장치(160)와 상기 루프백 경로 중의 하나로부터 전달되는 수평수신신호를 상기 디지털제어조립체(141)로 송신하는 제2스위치(149)와; 상기 안테나장치(160)와 수직수신조립체(147) 사이에 설치되어 상기 안테나장치(160)와 상기 루프백 경로 중의 하나로부터 전달되는 수직수신신호를 상기 디지털제어조립체(141)로 송신하는 제3스위치(150);를 포함한다.
상기 디지털제어조립체(141)에 포함된 FPGA(141-1)는 상기 송신신호, 상기 수평수신신호, 상기 수직수신신호를 I(In-phase)신호와 Q(Quadrature-phase)신호를 포함하는 송신기저대역신호, 수평기저대역신호, 수직기저대역신호로 각각 변환하며, 상기 송신기저대역신호와 상기 수평기저대역신호의 I신호와 Q신호를 각각 교차 상관(Cross Correlation)시켜 제1상관계수(Correlation; C)를 계산하며, 상기 송신기저대역신호와 상기 수직기저대역신호의 I신호와 Q신호를 각각 교차 상관시켜 제2상관계수를 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1상관계수 및 상기 제2상관계수 C(n)은
Figure 112012025391670-pat00001
의 식으로 구해지며, 여기서 R(n)=S(n-d)+A(n) 로서, S(n)은 송신신호이며, 상기 d는 송신신호가 수신되기까지의 지연시간이며, 상기 A(n)은 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise; AWGN)인 것을 특징으로 한다.
다른 실시예에 따른 본 발명은 레이더 시스템에서 이상 유무를 판단하는 방법으로서, 디지털제어조립체(141)로부터 송신되어 앰프(143)에서 출력이 증폭된 송신신호를 제1스위치(148)가 루프백 경로로 절체시키는 제1단계와; 루프백 경로로 절체된 제2스위치(149)와 제3스위치(150)가 상기 제1스위치(148)로부터 전송된 송신신호 중에서 수평수신신호와 수직수신신호를 상기 디지털제어조립체(141) 내부의 FPGA(141-1)에 각각 송신하는 제2단계와; 상기 FPGA(141-1)가 상기 송신신호, 상기 수평수신신호, 상기 수직수신신호를 I신호와 Q신호를 포함하는 송신기저대역신호, 수평기저대역신호, 수직기저대역신호로 각각 변환하는 제3단계와; 상기 송신기저대역신호와 상기 수평기저대역신호의 I신호와 Q신호를 각각 교차 상관시켜 제1상관계수를 계산하며, 상기 송신기저대역신호와 상기 수직기저대역신호의 I신호와 Q신호를 각각 교차 상관시켜 제2상관계수를 계산하는 제4단계;를 포함한다.
상기 제1상관계수 및 상기 제2상관계수 C(n)은
Figure 112012025391670-pat00002
의 식으로 구해지며, 여기서 R(n)=S(n-d)+A(n) 로서, S(n)은 송신신호이며, 상기 d는 송신신호가 수신되기까지의 지연시간이며, 상기 A(n)은 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise; AWGN)인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 레이더 시스템의 이상 유무를 원격지에서 쉽게 파악할 수 있고, 송신 경로상에 이득조절 기능을 추가하여 레이더 장비에서 수신 경로의 교정(calibration)에도 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 레이더 시스템의 구성을 나타낸 블럭도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이더 시스템의 구성을 나타낸 블럭도.
도 3은 루프백 경로로 스위치가 절체된 상태에서 신호의 이동 경로를 나타낸 블럭도.
도 4는 FPGA에서 신호의 비교가 이루어지는 과정을 나타낸 블럭도.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 "송신신호의 루프백을 통해 이상을 판단하는 레이더 시스템 및 송신신호의 루프백을 통해 레이더 시스템의 이상을 판단하는 방법"을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이더 시스템의 구성을 나타낸 블럭도이다.
본 발명의 레이더 시스템(100)은 안테나장치(160)가 수신하여 전송하는 RF신호에 포함된 측정데이터를 분석하여 특정 지역의 기상상태나 이동 물체의 위치를 파악하고, 분석된 피탐지체의 측정데이터를 영상신호로 변환하여 제공하는 신호처리장치(110)를 포함한다.
신호처리장치(110)와 안테나장치(160) 사이에는 송수신장치(140)가 설치되는데, 송수신장치(140)는 감시대상이 되는 피탐지체에 방사할 송신신호를 생성하여 안테나장치(160)를 통해 전송하거나, 피탐지체로부터 반사된 수신신호를 입력받는다.
송수신장치(140)는 신호처리장치(110)로부터 입력되는 제어신호에 따라 RF신호를 발생시키는 디지털제어조립체(141)를 포함한다. 디지털제어조립체(141)에는 FPGA(141-1)와 LFM발진기(141-2)가 포함되며, FPGA(141-1)의 제어신호에 따라 LFM발진기(141-2)는 주파수변조 RF신호를 발생한다.
디지털제어조립체(141)에서 발생된 RF신호는 송신조립체(142)와 앰프(143)를 거쳐 안테나장치(160)로 전달된다. 앰프(143)에 의해 출력이 증폭된 송신신호(RF신호)는 안테나장치(160)를 통해 방사되어 목표하는 물체 등의 피탐지체에 전송된다.
전원공급조립체(144)는 송수신장치(140) 내부에 포함된 구성요소들에 대한 전원을 공급한다.
주파수합성조립체(145)는 국부 발진 신호를 출력한다. 국부 발진 신호의 출력을 위하여 항온조 제어 수정발진기(OCXO) 등이 주파수합성조립체(145)에 포함되어 사용될 수 있다.
수평수신조립체(146)와 수직수신조립체(147)는 안테나장치(160)로부터 입력되는 수평방향 RF신호와 수직방향 RF신호를 각각 수신하여 출력을 증폭시키고, 주파수합성조립체(145)로부터 입력되는 국부 발진 신호를 이용하여 수평방향 RF신호와 수직방향 RF신호를 하향 변환하여 IF신호(중간주파수의 RF신호)를 출력한다.
기상용 레이더의 경우에는 크기가 큰 피탐지체(구름 등)를 측정하기 때문에 수평신호와 수직신호를 별개로 구분하여 분석하지만, 군사용이나 선박용 레이더는 비행기나 미사일, 선박과 같이 비교적 작은 크기의 피탐지체를 감시하는 것이어서 수평신호와 수직신호를 구분하여 분석하지 않는다. 따라서 기상용 레이더가 아닌 경우에는 수평수신조립체(146)와 수직수신조립체(147)로 나뉘어지지 않으며, 하나로 합쳐진 '수신조립체'가 사용되어 IF신호를 출력한다.
이하 본 발명에 대한 설명에서 사용되는 '수신조립체'라는 용어는 수평수신조립체(146)와 수직수신조립체(147)를 결합한 모듈을 의미한다.
수신조립체가 출력한 변환된 IF신호는 아날로그/디지털 컨버터인 A/D 1(141-3)과 A/D 2(141-4)에 의해 디지털 신호로 변환되어 FPGA(141-1)에 전달된다.
신호처리장치(110)와 송수신장치(140)는 광선로(130)를 통해 연결되는데, 레이더 시스템(100)에서 안테나장치(160)와 송수신장치(140)를 통해 취득한 RF신호를 신호처리장치(110)에서 수신하여 정확한 피탐지체의 측정데이터를 구현할 수 있다.
본 발명에서 측정데이터는 안테나장치(160)가 감지한 현재의 피탐지체의 상태(위치, 속도, 이동방향 등)에 대한 정보를 가지고 있는 데이터를 말하며, 통신데이터는 레이더 시스템(100)에 포함된 각종 구성요소를 제어하기 위해서 원격지의 신호처리장치(110)와 주고받는 제어신호와 같은 데이터를 말한다.
송수신장치(140)에는 안테나장치(160)에 전달되거나 안테나장치(160)로부터 전달되는 RF신호의 경로를 변경시키기 위한 스위치(148, 149, 150)가 설치된다.
제1스위치(148)는 앰프(143)와 안테나장치(160) 사이에 설치된다. 제1스위치(148)의 좌측단에 있는 접점은 앰프(143)와 연결되며, 우측단에 있는 두 개의 접점 중의 하나는 안테나장치(160)와, 나머지 하나는 제2스위치(149) 및 제3스위치(150)의 우측단과 연결된다. 따라서 제1스위치(148)의 절체 상태에 따라 신호가 앰프(143)와 안테나장치(160) 사이에서 송수신되거나, 앰프(143)와 제2스위치(149) 및 제3스위치(150) 사이에서 송수신된다.
제2스위치(149)와 제3스위치(150)는 안테나장치(160)와 수평수신조립체(146) 및 수직수신조립체(147) 사이에 각각 설치된다.
제2스위치(149)의 좌측단에 있는 접점은 수평수신조립체(146)와 연결되며, 우측단에 있는 두 개의 접점 중의 하나는 안테나장치(160)와, 나머지 하나는 제1스위치(148)의 우측단 접점 중의 하나와 연결된다.
또한 제3스위치(150)의 좌측단에 있는 접점은 수직수신조립체(147)와 연결되며, 우측단에 있는 두 개의 접점 중의 하나는 안테나장치(160)와, 나머지 하나는 제1스위치(148)의 우측단 접점 중의 하나와 연결된다.
제2스위치(149)와 제3스위치(150)의 우측단 접점 중의 하나는 제1스위치(148)의 우측단 접점 중의 하나와 공통으로 연결되므로, 신호 경로가 절체되었을 때, 제1스위치(148)로부터 전송되는 송신신호가 제2스위치(149)와 제3스위치(150)로 동시에 입력된다.
제1스위치(148) 내지 제3스위치(150)의 접점 이동에 따라 레이더 시스템(100)에 루프백 경로가 형성된다.
이와 같은 루프백 경로는 수직신호와 수평신호가 분리된 상태에서 처리되는 기상용 레이더의 경우이며, 수직신호와 수평신호가 하나의 '수신조립체'에 의해 처리되는 군사용이나 항공관제용, 선박용 등의 경우에는 제2스위치(149)와 제3스위치(150)가 하나로 합쳐진 상태가 된다.
즉 수신조립체와 안테나장치(160) 사이에 하나의 통합스위치가 설치되고, 통합스위치가 제1스위치(148)와 연결되는 방식이다. 통합스위치를 통해서는 피탐지체로부터 반사된 RF신호 또는 루프백 경로를 따라 우회해온 송신신호가 전달될 것이다.
도 3은 루프백 경로로 스위치가 절체된 상태에서 신호의 이동 경로를 나타낸 블럭도이다.
레이더 시스템(100)이 정상적으로 기상상태나 비행기, 선박 등의 위치를 감시하는 상태에서는 디지털제어조립체(141)로부터 송신된 RF신호가 앰프(143)와 안테나장치(160)를 통해 피탐지체로 방사된다. 피탐지체에서 반사된 신호는 다시 안테나장치(160)를 통해 입력되고, 수신신호 중에서 수평방향 신호성분은 수평수신조립체(146)에 의해, 수직방향 신호성분은 수직수신조립체(147)에 의해 추출되어 지털제어조립체(141)로 각각 입력된다.
이때에는 제1스위치(148)의 접점은 정상상태로 유지되면서 앰프(143)와 안테나장치(160)를 연결하게 된다. 그리고 제2스위치(149)의 점점은 수평수신조립체(146)와 안테나장치(160)를, 제3스위치(150)의 접점은 수직수신조립체(147)와 안테나장치(160)를 연결하게 된다.
관리자가 레이더 시스템(100)의 고장 유무를 판별하거나, 장비들을 교정하기 위해서 루프백 모드로 전환하면, 제1스위치(148)와 제2스위치(149), 제3스위치(150)가 루프백 상태로 전환된다. 전환된 상태에서는 제1스위치(148)의 접점이 앰프(143)와 안테나장치(160)를 연결하던 경로를 단절시키고, 앰프(143)를 제2스위치(149) 및 제3스위치(150)와 연결하는 방향으로 전환된다.
그리고 제2스위치(149)는 수평수신조립체(146)와 안테나장치(160)를 연결하던 경로를 단절시키고, 수평수신조립체(146)와 제1스위치(148)의 우측 접점을 연결하는 경로로 전환시킨다.
마찬가지로 제3스위치(150)는 수직수신조립체(147)와 제1스위치(148)의 우측 접점을 연결하는 경로가 형성되도록 접점을 전환시킨다.
이러한 상태에서는 앰프(143)와 제1스위치(148)를 통과한 송신신호가 안테나장치(160)로 가지 않고 제2스위치(149) 및 제3스위치(150)를 통과하여 수평수신조립체(146)와 수직수신조립체(147)로 각각 입력된다.
수평수신조립체(146)와 수직수신조립체(147)를 통과한 수평신호와 수직신호는 디지털제어조립체(141) 내부의 FPGA(141-1)에 입력되고, FPGA(141-1)는 송신신호와 수신신호 사이의 상관도를 분석하여 레이더 시스템(100)이 정상적으로 동작하고 있는지를 분석한다.
도 4는 FPGA에서 신호의 비교가 이루어지는 과정을 나타낸 블럭도이다. 도 4에 나타난 블럭도는 수평신호와 수직신호가 분리되어 있는 기상용 레이더에 적용되는 것이며, 두 개의 신호를 분리할 필요가 없는 경우에는 송신신호의 경로와 '하나의' 수신신호의 경로만 형성된다.
루프백 경로를 설정하여 레이더 시스템(100)의 정상 동작 유무를 파악하기 위해서는 먼저 신호처리장치(110)가 루프백 테스트 제어신호를 송신한다. 신호처리장치(110)로부터 입력된 테스트 제어신호에 의해 제1스위치(148), 제2스위치(149), 제3스위치(150)가 정상운용상태에서 테스트상태로 전환된다.
즉, 제1스위치(148), 제2스위치(149), 제3스위치(150) 각각이 안테나장치(160)와 연결되던 경로가 단절되고, 제1스위치(148)와 제2스위치(149), 제1스위치(148)와 제3스위치(150)가 각각 연결되는 경로가 설정된다.
이러한 상태에서 디지털제어조립체(141)가 송신한 송신신호는 안테나장치(160)에 도달하지 못하고 루프백 경로를 따라 우회해서 다시 디지털제어조립체(141)에 입력된다.
LFM발진기(141-2)가 송신한 RF신호는 FPGA(141-1)에 일부가 입력되어 송신신호A/D(141-1a)에서 디지털 송신신호로 변환된다.
제2스위치(149)와 수평수신조립체(146), 제3스위치(150)와 수직수신조립체(147)를 통해 각각 입력된 수평신호와 수직신호는 수평신호A/D(141-1b)와 수직신호A/D(141-1c)에서 디지털 수평신호와 디지털 수신신호로 각각 변환된다.
수평신호A/D(141-1b)와 수직신호A/D(141-1c)에서 각각 출력된 디지털 수평신호와 디지털 수직신호는 시간지연버퍼1(141-1d)과 시간지연버퍼2(141-1e)에 각각 입력된다.
시간지연버퍼1(141-1d)과 시간지연버퍼2(141-1e)는 수신신호를 신호처리할 수 있을 때까지 시간 지연시키는 기능을 한다.
안테나장치(160)를 통해 전송된 RF 레이더 신호가 먼 거리에 있는 피탐지체에 반사되어 돌아오기까지는 시간이 걸린다. 따라서 안테나장치(160)에서 송신신호의 전송이 끝난 후에 수신신호를 샘플링하여 신호처리를 한다.
그런데, 루프백 경로로 신호를 우회할 때에는 송수신장치(140)를 떠났던 송신신호가 시간의 지연이 거의 없이 바로 돌아오게 되므로, 정상적인 신호처리가 되기 위해서는 수신신호의 샘플링이 시작될 때까지 수신신호를 시간적으로 지연시킬 필요가 있다. 시간지연버퍼1(141-1d)과 시간지연버퍼2(141-1e)는 디지털 수평신호와 디지털 수직신호를 메모리에 저장했다가 신호처리 가능한 시점까지 지연시킨 후에 전달하는 역할을 한다.
다운컨버터1(141-1f)은 송신신호A/D(141-1a)가 출력한 디지털 송신신호를 I(In-phase)신호와 Q(Quadrature-phase)신호를 포함하는 송신기저대역신호로 변환한다.
그리고 다운컨버터2(141-1g)와 다운컨버터3(141-1h)은 시간지연버퍼1(141-1d)과 시간지연버퍼2(141-1e)에서 각각 출력된 디지털 수평신호와 디지털 수직신호를 I신호와 Q신호를 포함하는 수평기저대역신호와 수직기저대역신호로 각각 변환한다.
상관기1(141-1i)은 다운컨버터1(141-1f)에서 입력되는 송신기저대역신호와, 다운컨버터2(141-1g)에서 입력되는 수평기저대역신호의 I신호와 Q신호를 각각 교차 상관(Cross Correlation)시켜 두 신호의 유사성을 계산한다.
그리고 상관기2(141-1j)는 다운컨버터1(141-1f)에서 입력되는 송신기저대역신호와, 다운컨버터3(141-1h)에서 입력되는 수직기저대역신호의 I신호와 Q신호를 각각 교차 상관시켜 두 신호의 유사성을 계산한다.
송신기저대역신호와 수평기저대역신호, 송신기저대역신호와 수직기저대역신호를 각각 상관시켜 계산되는 유사성을 파악하면 송신경로 또는 수신경로에 이상이 있는지를 파악할 수 있다. 즉 상관기에서 계산되는 상관계수(Correlation; C)가 정상적인 상태에서의 설정치보다 낮다면 신호의 전달 경로에 있는 장치 중의 하나에 이상이 발생한 것이므로, 레이더 시스템(100)의 전체적인 고장 상태를 파악할 수 있게 된다.
설명의 편의를 위해 송신기저대역신호와 수평기저대역신호에서 계산되는 값을 제1상관계수라고 하고, 송신기저대역신호와 수직기저대역신호에서 계산되는 값을 제2상관계수라고 한다.
송신된 신호를 S(n), 수신된 신호를 R(n)이라고 한다면 두 개의 상관기(141-1i, 141-1j)에서 이루어지는 상관계수 C(n)는 아래와 같은 식으로 구해진다.
Figure 112012025391670-pat00003
여기서 수신신호
R(n)=S(n-d)+A(n)
이 된다. d는 송신신호가 수신되기까지의 지연시간이며, A(n)은 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise; AWGN)이다. 만약 송신된 신호가 수신 포트로 전혀 돌아오지 않는다면 R(n)=A(n)이 될 것이다.
송신신호를
S(n)=I(n)+jQ(n)
이라고 하고, 수신신호 R(n)을 S(n)이 10 샘플 지연된 신호라고 가정하면,
R(n)=S(n-10)+A(n)
이 된다.
그리고 C(n)은 다음과 같이 표현된다.
Figure 112012025391670-pat00004
여기서 C(n)은 n=10 일 때 최대가 된다.
Figure 112012025391670-pat00005
즉, 송신신호의 제곱[S(k)2] 및 잡음과 송신신호의 상관값[A(10+k)S*(k)]을 더한 값이 된다. 잡음과 송신신호의 상관값은 송신신호의 제곱에 비해서 매우 작은 값이므로, 아래와 같이 정리된다.
Figure 112012025391670-pat00006
만약 피탐지체로부터 반사되어 수신되는 송신신호가 없다면 C(n)은 잡음과 송신신호의 상관값 성분만 남게 된다. 그리고 송신신호에 잡음이 더해져서 수신된다면 잡음에 의해 상관계수 C의 값은 작아진다. 정상상태에서 설정된 C에 비해서 일정 수준 이하로 떨어진 값이 측정되는 경우, 레이더 시스템(100)에 고장이 생긴 것으로 간주하여 시스템 점검 및 교체를 지시한다.
상관계수의 값이 어느 정도일 때 시스템의 오류가 발생한 것으로 볼 것인가는 시설이나 장비의 설치 및 사용환경에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로는 상관계수가 20% 이상일 때, 즉 송신신호와 수신신호의 품질의 차이가 20% 이상인 경우에 고장이 발생한 것으로 본다. 그리고 상관계수의 값은 20% 내지 40% 범위내에 있는 것으로 임계치를 설정할 수 있다.
송신신호와 수평수신신호를 비교한 값을 제1상관계수라고 하고, 송신신호와 수직수신신호를 비교한 값을 제2상관계수라고 하면, 만약 제1상관계수가 낮아진다면 수평수신신호의 전달 경로에 문제가 생긴 것으로 볼 수 있으며, 제2상관계수가 낮아진다면 수직수신신호의 전달 경로에 문제가 생긴 것으로 볼 수 있을 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 레이더 시스템 110 : 신호처리장치
120 : 전원공급장치 130 : 광선로
140 : 송수신장치 141 : 디지털제어조립체
142 : 송신조립체 143 : 앰프
144 : 전원공급조립체 145 : 주파수합성조립체
146 : 수평수신조립체 147 : 수직수신조립체
148 : 제1스위치 149 : 제2스위치
150 : 제3스위치 160 : 안테나장치

Claims (6)

  1. 피탐지체를 측정하는 레이더 시스템에 있어서,
    안테나장치(160)가 수신하여 전송하는 RF신호에 포함된 피탐지체에 대한 측정데이터를 분석하여 특정 지역 또는 물체의 상태를 파악하고, 분석된 상기 측정데이터를 영상신호로 변환하여 제공하는 신호처리장치(110)와;
    감시대상이 되는 피탐지체에 방사할 송신신호를 생성하여 상기 안테나장치(160)를 통해 전송하거나, 상기 피탐지체로부터 반사된 수신신호를 입력받는 송수신장치(140)와;
    상기 신호처리장치(110)와 상기 송수신장치(140)를 연결하여 데이터를 전달하는 광선로(130);를 포함하며,
    상기 송수신장치(140)는
    디지털제어조립체(141)로부터 전송되어 상기 안테나장치(160)로 전달되는 송신신호를 우회시키는 루프백 경로(Loop-Back Path)를 형성하여 상기 송신신호가 상기 안테나장치(160)에 전달되지 않은 상태에서 상기 디지털제어조립체(141)에 수신되도록 하는 스위치를 포함하며,
    상기 스위치는
    상기 송신신호의 출력을 증폭시키는 앰프(143)와 상기 안테나장치(160) 사이에 설치되어 상기 앰프(143)로부터 전달된 상기 송신신호를 상기 안테나장치(160)와 상기 루프백 경로 중의 하나로 송신하는 제1스위치(148)와;
    상기 안테나장치(160)와 수평수신조립체(146) 사이에 설치되어 상기 안테나장치(160)와 상기 루프백 경로 중의 하나로부터 전달되는 수평수신신호를 상기 디지털제어조립체(141)로 송신하는 제2스위치(149)와;
    상기 안테나장치(160)와 수직수신조립체(147) 사이에 설치되어 상기 안테나장치(160)와 상기 루프백 경로 중의 하나로부터 전달되는 수직수신신호를 상기 디지털제어조립체(141)로 송신하는 제3스위치(150);를 포함하며,
    상기 디지털제어조립체(141)에 포함된 FPGA(141-1)는
    상기 송신신호, 상기 수평수신신호, 상기 수직수신신호를 I(In-phase)신호와 Q(Quadrature-phase)신호를 포함하는 송신기저대역신호, 수평기저대역신호, 수직기저대역신호로 각각 변환하며,
    상기 송신기저대역신호와 상기 수평기저대역신호의 I신호와 Q신호를 각각 교차 상관(Cross Correlation)시켜 제1상관계수(Correlation; C)를 계산하며,
    상기 송신기저대역신호와 상기 수직기저대역신호의 I신호와 Q신호를 각각 교차 상관시켜 제2상관계수를 계산하는 것을 특징으로 하는, 송신신호의 루프백을 통해 이상을 판단하는 레이더 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1상관계수 및 상기 제2상관계수 C(n)은
    Figure 112012045673417-pat00007

    의 식으로 구해지며, 여기서
    R(n)=S(n-d)+A(n)
    로서, S(n)은 송신신호이며, 상기 d는 송신신호가 수신되기까지의 지연시간이며, 상기 A(n)은 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise; AWGN)인 것을 특징으로 하는, 송신신호의 루프백을 통해 이상을 판단하는 레이더 시스템.
  5. 제1항 또는 제4항의 레이더 시스템에서 이상 유무를 판단하는 방법으로서,
    디지털제어조립체(141)로부터 송신되어 앰프(143)에서 출력이 증폭된 송신신호를 제1스위치(148)가 루프백 경로로 절체시키는 제1단계와;
    루프백 경로로 절체된 제2스위치(149)와 제3스위치(150)가 상기 제1스위치(148)로부터 전송된 송신신호 중에서 수평수신신호와 수직수신신호를 상기 디지털제어조립체(141) 내부의 FPGA(141-1)에 각각 송신하는 제2단계와;
    상기 FPGA(141-1)가 상기 송신신호, 상기 수평수신신호, 상기 수직수신신호를 I신호와 Q신호를 포함하는 송신기저대역신호, 수평기저대역신호, 수직기저대역신호로 각각 변환하는 제3단계와;
    상기 송신기저대역신호와 상기 수평기저대역신호의 I신호와 Q신호를 각각 교차 상관시켜 제1상관계수를 계산하며, 상기 송신기저대역신호와 상기 수직기저대역신호의 I신호와 Q신호를 각각 교차 상관시켜 제2상관계수를 계산하는 제4단계;를 포함하는, 송신신호의 루프백을 통해 레이더 시스템의 이상을 판단하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1상관계수 및 상기 제2상관계수 C(n)은
    Figure 112012025391670-pat00008

    의 식으로 구해지며, 여기서
    R(n)=S(n-d)+A(n)
    로서, S(n)은 송신신호이며, 상기 d는 송신신호가 수신되기까지의 지연시간이며, 상기 A(n)은 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise; AWGN)인 것을 특징으로 하는, 송신신호의 루프백을 통해 레이더 시스템의 이상을 판단하는 방법.
KR1020120032568A 2012-03-29 2012-03-29 송신신호의 루프백을 통해 이상을 판단하는 레이더 시스템 및 송신신호의 루프백을 통해 레이더 시스템의 이상을 판단하는 방법 KR101173427B1 (ko)

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