KR101387664B1 - 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치 - Google Patents

전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101387664B1
KR101387664B1 KR1020130039177A KR20130039177A KR101387664B1 KR 101387664 B1 KR101387664 B1 KR 101387664B1 KR 1020130039177 A KR1020130039177 A KR 1020130039177A KR 20130039177 A KR20130039177 A KR 20130039177A KR 101387664 B1 KR101387664 B1 KR 101387664B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
altitude
model
modified
altitude model
altimeter
Prior art date
Application number
KR1020130039177A
Other languages
English (en)
Inventor
백인찬
전주환
Original Assignee
한국과학기술원
삼성탈레스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원, 삼성탈레스 주식회사 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020130039177A priority Critical patent/KR101387664B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101387664B1 publication Critical patent/KR101387664B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C5/00—Measuring height; Measuring distances transverse to line of sight; Levelling between separated points; Surveyors' levels
    • G01C5/005—Measuring height; Measuring distances transverse to line of sight; Levelling between separated points; Surveyors' levels altimeters for aircraft
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/46—Indirect determination of position data
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/882—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for altimeters
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 지형참조 항법 기술에 있어서, 특히 비행체에 탑재된 전파고도계를 이용하여 비행체의 위치를 외부의 도움 없이 자체적으로 파악할 수 있는 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치에 관한 것으로, 비행체의 위치를 측정하는 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치이며, 그는 비행체에 탑재된 디지털 고도모델 자료에 대해 비행경로상의 모든 전파고도계 측정 지점에 해당되는 각 픽셀에서 탑재된 전파고도계 빔폭을 반영하여 변형된 고도모델을 생성하는 고도모델 생성부와, 지표로부터 반사되어 수신되는 반사파 신호의 파형으로부터 고도 데이터를 추출하는 데이터 처리부와, 상기 데이터 처리부로부터 추출된 상기 고도 데이터와 상기 고도모델 생성부에서 추출된 변형된 고도모델을 비교하여 비행체의 항로를 결정하는 항법부를 포함하여 구성되는 것이 특징인 발명이다.

Description

전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치 {A terrain-aided navigation apparatus using a radar altimeter based on the modified elevation model}
본 발명은 지형참조 항법 기술에 관한 것으로, 특히 비행체에 탑재된 전파고도계를 이용하여 비행체의 위치를 외부의 도움 없이 자체적으로 파악할 수 있는 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치 에 관한 것이다.
일반적으로 전파고도계를 이용한 지형참조 항법장치는 수직방향으로 전파를 방사하고 반사되어 되돌아오는 시간을 측정하여 지형의 고도를 측정한다. 그리고 측정된 지형의 고도를 비행체에 탑재된 3차원 지도에 기반한 높이와 비교함으로써 비행체 자신의 현재 위치를 알아낸다.
도 1은 펄스폭 제한 기존의 단일 수신 채널의 전파고도계를 사용하는 이상적인 고도 측정 예를 나타낸 다이어그램으로, 직하 방향의 고도를 처음에 돌아오는 반사파(echo) 신호의 파형에서부터 정확히 찾을 수 있는 예를 나타낸 것이다.
일반적으로 빔폭이 1도 이상이면 넓은 빔폭으로 간주되는데, RA 전파고도계의 문제점은 빔폭이 넓음으로 인하여 지면에 기울기가 있는 지형이 존재하는 경우에는 처음에 돌아오는 반사파 신호의 파형이 직하 방향으로부터 되돌아오는 것이 아닐 수 있다.
도 2는 종래에 유한한 빔폭을 갖는 전파고도계가 직하방향의 고도를 정확하게 찾을 수 없는 예들을 나타낸 다이어그램으로, 처음에 돌아오는 반사파 신호의 파형이 직하방향으로부터 되돌아오는 것이 아님에 따라 실제 고도보다 높게 측정되는 예(a)와 실제 고도보다 높고 강하게 측정된 예(b)를 나타낸 것이다.
도 2와 같은 예들에 의하면 전파고도계를 이용한 항법에 오차가 생기게 된다. 또한, 반사도가 서로 다른 지형 지물이 혼재되어 있을 경우에는 정확히 직하방향의 고도를 측정할 수 없는 경우도 생긴다.
도 3은 종래에 유한한 빔폭을 갖는 전파고도계가 직하방향의 고도를 정확하게 찾을 수 없는 다른 예들을 나타낸 다이어그램으로, 넓은 빔폭으로 인해 반사파 신호의 파형이 직하방향으로부터 되돌아오는 것이 아님에 따라 실제 고도보다 높고 강하게 측정된 예(a)와 해면(수면)으로부터의 강한 반사파로 인해 실제 고도보다 낮게 측정된 예(b)를 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이 해면(수면)과 지형이 혼재되어 있음에 따라 해면(수면)에서의 반사파가 강하여 초기에 돌아오는 반사파 즉, 지면으로부터 되돌아오는 반사파를 잡음으로 잘못 인식할 수 있다. 그리고, 직하방향이 아닌 해면(수면)으로부터의 고도가 측정되는 경우가 발생한다.
한편, 지형참조 항법기술의 다른 예들로는 합성개구면레이더(SAR(Synthetic Aperture Radar)), 지연/도플러방식 고도계(DDA(Delay/Doppler Altimetry)) 혹은 도플러 빔 첨예화(DBS(Doppler Beam Sharpening)) 기법을 간섭계 (interferometry)와 함께 사용하여 직하방향이 아닌 높은 능선의 고도를 측정하는 정밀지형참조항법(PTAN(Precision Terrain Aided Navigation)) 기술이 있다.
도 4내지 6은 종래에 지연/도플러 방식 전파고도계를 이용한 정밀지형참조항법 기술을 설명하기 위한 다이어그램들로, 도 4는 정확한 고도를 측정하는 예이고, 도 5 및 6은 부정확한 고도를 측정하는 예이다.
도 4 내지 6은 지연/도플러 방식과 간섭계를 함께 이용하는 방식(이하, DDA-interferometry 방식)의 경우, 지면에 진행항로(Along track) 방향 및 크로스항로(Cross track) 방향의 해상도와 동일한 펄스 폭 거리를 도시한 예이다.
DDA-interferometry 방식은 도 4에 도시된 바와 같이 진행항로(along track) 방향의 빔폭을 크게 줄일 수 있어서 직하방향의 제로-도플러(zero-Doppler) 위치를 정확히 찾을 수 있다. 그러나 크로스항로(cross track) 방향의 빔폭은 기존의 단일 수신 채널의 전파고도계와 같이 넓기 때문에, 크로스항로(cross-track) 방향의 빔폭을 줄이기 위하여 2개 혹은 3개의 안테나를 사용하여 전파가 도래하는 방향을 측정해야 한다.
도 4는 크로스항로 방향에서 처음에 도래하는 전파 방향(high point)를 정상적으로 측정한 예를 도시한 것이다.
도 5는 DDA-interferometry 방식으로 처음에 도래하는 전파 방향(high point) 고도를 측정하는 경우, 정확하게 전파 방향을 찾을 수 없는 예를 나타낸 것으로, 도래하는 반사파 신호 파형의 각도 퍼짐(angular spread) 현상이 크기 때문에 2 개 혹은 3 개의 안테나를 이용하여도 도래각(AOA; angle of arrival)을 정확히 측정할 수 없다.
3개 이상의 안테나를 사용할 경우라면 약간의 개선은 되지만 근본적인 문제를 해결 할 수는 없다.
도 6은 DDA-interferometry 방식으로 전파 방향 고도를 측정하는 경우에, 그 전파 방향이 좌우 양쪽에서 같은 높이에 있음으로 인하여 도래각(AOA)이 2 곳에서 존재하는 경우를 나타낸 것이다. 도 6의 예에서도 역시 2개 혹은 3개의 안테나를 사용하여도 2개의 도래각이 존재하는 문제를 해결할 수 없다. 뿐만 아니라 2 방향에서 도래하는 반사파 신호의 파형이 마치 다중경로 간섭(multi-path interference)과 같이 상관성을 보이므로 다수 안테나를 사용하더라도 도래각이 복수 개 존재하는 문제를 해결할 수 없다.
이와 같이 종래 기술에서는 기존의 단일 수신 채널의 전파고도계를 이용하는 경우나 2개 이상의 수신 채널을 보유한DDA-interferometry방식을 이용하는 경우에, 지면의 고도를 측정하는데 매우 부정확하다는 문제가 있었다. 따라서, 종래의 항법장치들은 문제 해결을 위해 재추적(Retracking)이나 재포착(Reacquisition) 과정이 요구되었다.
또한 2개 이상의 수신 채널을 보유한 DDA-interferometry 방식은 기존의 단일 수신 채널의 전파고도계에 비해 구현하는데 매우 복잡하다는 단점도 있다.
본 발명의 목적은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 특히 단순한 구조이면서 넓은 빔폭을 갖는 전파고도계를 이용하면서도 비행체의 위치를 정확히 측정할 수 있는 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치의 특징은, 비행체의 위치를 측정하는 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치로, 비행체에 탑재된 디지털 고도모델 자료에 대해 비행경로상의 모든 전파고도계 측정 지점에 해당되는 각 픽셀에서 탑재된 전파고도계 빔폭을 반영하여 변형된 고도모델을 생성하는 고도모델 생성부와, 지표로부터 반사되어 수신되는 반사파 신호의 파형으로부터 고도 데이터를 추출하는 데이터 처리부와, 상기 데이터 처리부로부터 추출된 상기 고도 데이터와 상기 고도모델 생성부에서 추출된 변형된 고도모델을 비교하여 비행체의 항로를 결정하는 항법부를 포함하여 구성되는 것이다.
바람직하게, 상기 고도모델 생성부는 상기 디지털 고도모델에서 고도의 최대 값을 찾기 위한 슬라이딩 윈도우 필터(Sliding window filter)를 구비하되, 상기 슬라이딩 윈도우 필터를 사용하여 상기 변형된 고도모델을 생성할 수 있다.
바람직하게, 상기 고도모델 생성부는 상기 반사파 신호의 파형으로부터 산출되는 파라미터 중 적어도 하나를 상기 변형된 고도모델의 각 픽셀에 기록하되, 상기 파라미터는 첫 번째 반사파 신호의 도래 시간, 반사파 신호의 크기 및 잡음의 크기, 리딩 기울기(leading slope), 그리고 트레일링 기울기(trailing slope)를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 지표 상에 전파를 방사하고, 상기 반사파 신호를 수신하는 복수 개의 안테나를 더 구비할 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 복수 개의 안테나는 서로 다른 빔 패턴의 전파를 각각 방사할 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 복수 개의 안테나는 제1 빔 패턴의 전파를 방사하는 제1안테나와, 상기 제1 빔 패턴과 다른 패턴을 갖는 제2 빔 패턴의 전파를 방사하는 제2안테나를 포함할 수 있으며, 상기 고도모델 생성부는 상기 제1 빔 패턴에 대해 상기 지표로부터 반사된 제1반사파 신호의 파형으로부터 추출된 제1고도데이터를 사용하여 제1디지털 고도모델을 생성하고, 상기 제2 빔 패턴에 대해 상기 지표로부터 반사된 제2반사파 신호의 파형으로부터 추출된 제2고도데이터를 사용하여 제2디지털 고도모델을 생성하고, 상기 생성된 제1 디지털 고도모델의 각 픽셀에 대해 최대 고도를 나타내는 위치를 기록하여 첫 번째 변형된 고도모델을 생성하고, 상기 생성된 제2 디지털 고도모델의 각 픽셀에 대해 최대 고도를 나타내는 위치를 기록하여 두 번째 변형된 고도모델을 생성할 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 첫 번째 변형된 고도모델과 상기 두 번째 변형된 고도모델을 대조하여 상기 비행체의 고도를 측정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 넓은 빔폭을 가지며 단순한 구조를 갖는 기존의 단일 수신 채널의 전파고도계를 이용하면서도 비행체의 위치를 정확히 측정할 수 있다. 특히 전파고도계에 구비되는 데이터 처리부의 논리적 구조를 단순 변형하여 비행체의 위치를 정확히 측정할 수 있으므로, 장비 교체 비용에 따른 부담이 줄어들어 경제적이다.
또한 FMCW 방식이나 펄스도플러 방식의 전파고도계뿐만 아니라 빔폭 제한 혹은 펄스폭 제한 전파고도계에 모두 적용할 수 있어서 높은 호환성을 갖는다.
도 1은 펄스폭 제한 기존의 단일 수신 채널의 전파고도계를 사용하는 이상적인 고도 측정 예를 나타낸 다이어그램;
도 2는 종래에 유한한 빔폭을 갖는 전파고도계가 직하방향의 고도를 정확하게 찾을 수 없는 예들을 나타낸 다이어그램;
도 3은 종래에 유한한 빔폭을 갖는 전파고도계가 직하방향의 고도를 정확하게 찾을 수 없는 다른 예들을 나타낸 다이어그램;
도 4내지 6은 종래에 지연/도플러 방식 전파고도계를 이용한 정밀지형참조항법 기술을 설명하기 위한 다이어그램들;
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치에서 변형된 지도를 제작하는 과정을 설명하기 위한 다이어그램;
도 8은 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위해 지면으로부터 반사된 신호의 간략화된 파형을 나타낸 그래프; 그리고
도 9는 본 발명에 따른 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치의 구성을 나타낸 블록다이어그램이다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치의 바람직한 실시 예를 자세히 설명한다.
본 발명은 전파고도계의 빔폭 및 특성에 맞게 제작된 신호파형 지도를 구성하고, 그 신호파형 지도를 사용하는 전파고도계를 비행체에 탑재하여 넓은 빔폭(예로써, 1도 이상)의 빔을 갖는 전파고도계를 사용하면서도 정확히 비행체의 위치를 찾을 수 항법장치이다.
본 발명의 항법장치에 탑재되는 지도는 측정된 고도 값에 따라 비행체의 고도를 탐지하기 위한 디지털 고도모델(DEM)인 것이 바람직하며, 본 발명에서는 특히 추출된 고도 데이터를 사용하여 생성된 디지털 고도모델로부터 또다른 변형된 고도모델을 더 생성하여 사용한다.
본 발명은 지면의 고도를 측정하는 것이 아니라 비행체의 위치를 측정하는 것으로 이해되어야 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치에서 변형된 지도를 제작하는 과정을 설명하기 위한 다이어그램으로, 본 발명의 항법장치에 전파고도계와 함께 사용될 변형 고도모델을 일반적인 디지털 고도모델로부터 제작하는 예를 보인 것이다. 본 발명에서 항법장치에 장착되는 전파고도계로는 기존의 단일 수신 채널의 전파고도계일 수 있다.
본 발명에서는 일반적인 디지털 고도모델과 변형된 고도모델을 생성하여 비행체의 위치(고도)를 측정하는 예를 설명하나, 이를 DEM으로만 한정하지 않고 수치지형모델(DTM)과 같이 지형을 3차원 좌표로 표시하는 모델이면 모두 적용 가능하다.
변형 절차는 비행체의 비행 경로상 전파고도계의 매 측정 위치에 해당되는 일반적인 디지털 고도모델(Original DEM)의 픽셀 주위에 예상되는 빔폭을 갖는 영역 내부에서 가장 높은 고도(최대 고도)를 찾는다. 그리고, 그 찾아진 가장 높은 고도의 위치를 변형 고도모델의 해당 픽셀 위치에 기록하고 디지털 고도모델에서 읽은 고도 값을 해당 빔폭 내의 대표 고도값으로 설정한다.
변형 고도모델은 비행체의 비행 경로상 전파고도계의 매 측정 위치에 해당되는 픽셀에 대해 전술된 변형 절차를 수행하여 제작된다.
상세하게, 본 발명에서는 비행체의 비행 경로상 전파고도계의 매 측정 주기 간격으로 슬라이딩 윈도우 필터(Sliding window filter)를 사용하여 디지털 고도모델에서 비행체에 탑재된 전파고도계의 빔폭을 반영한 최대 고도값을 추출한 변형 고도모델을 제작한다.
상기 변형 고도모델은 일종의 로우패스 필터링을 통해 제작되는 것으로, 기존의 디지털 지형고도모델보다 지형의 높이 변화가 감소되어 해상도가 저하된 지형고도모델과 유사하게 된다.
한편, 변형 고도모델에 기록된 각 위치의 고도 값은 본 발명의 항법장치에 장착되는 전파고도계에서 측정한 값과 정확히 일치한다. 그에 따라 비행체의 위치를 찾는데 오차가 발생하지 않는다.
본 발명의 일 실시 예에서는 최초 도달하는 첫 번째 반사파 신호 파형의 도래 시간만을 고려한다.
다음은 본 발명에 따른 다른 실시 예를 설명한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위해 지면으로부터 반사된 신호의 간략화된 파형을 나타낸 그래프로, 도 8에서 TH는 찾고자 하는 첫 번째 반사파 신호 파형의 도래 시간이고, AS와 AN은 반사파 신호 파형의 신호 및 잡음의 크기(amplitude)를 각각 나타내고, SL은 리딩 기울기(leading slope)이고, ST는 트레일링 기울기(trailing slope)이다. 이들 기울기는 각각 지면의 전파 침투 정도와 지면의 경사와 굴곡 특성에 따라 결정된다. 즉, 반사파 신호는 전술된 5 개의 파라미터 값으로 나타낼 수 있는데, 빔 안의 영역에서 TH(첫 번째 반사파 신호 파형의 도래 시간)만을 찾아서 변형 고도모델을 제작하는 것이 아니라 전술된 5개의 파라미터 값을 모두 찾아서 변형 고도모델의 각 픽셀에 기록한다. 그에 따라 정확한 매칭이 가능해 진다.
상기한 변형 고도모델을 적용할 경우, 프로세싱 파워가 제한된 미사일과 같은 비행체에 효과적이다.
본 발명의 또다른 실시 예에 따르면, 비행체의 고도가 크게 변화하거나 지향 각도가 변하는 경우에 대비하여, 비행체 내부에 운용 중인 관심 영역의 지도를 고도 및 지향 방향에 적합하게 제작한다.
도7에 보인 바와 같이, 제작된 변형 고도모델의 지형 고도 변화는 일반 디지털 고도모델의 지형 고도 변화에 비해 작기 때문에, 본 발명의 또다른 실시 예에서는 한 개의 전파가 아닌 2개 이상의 서로 다른 빔 패턴을 갖는 전파를 동시에 사용하여 2개 이상의 변형 고도모델을 제작하고, 그 변형 고도모델들을 상호 대조하는 방식으로 비행체의 위치(고도)를 탐지한다.
이때, 변형 고도모델들 각각은 고도의 변화가 적지만 변형 고도모델들 간의 고도는 빔 패턴 다이버시티(beam pattern diversity)로 인해 서로 다르므로, 서로 독립된 2개 이상의 지형을 참조하는 효과를 발휘한다.
도 9는 본 발명에 따른 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치의 구성을 나타낸 블록다이어그램이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 항법장치는 크게 복수 개의 안테나(120a, 120b)와, 고주파모듈(100)과, 신호처리모듈(200)으로 구성된다. 신호처리모듈(200)은 고도모델 생성부(210)와 데이터 처리부(220)와 항법부(230)를 포함하여 구성된다. 본 발명의 항법장치는 수신된 반사파 신호에 대해 증폭, 필터링 및 주파수 믹싱 등을 포함하는 고주파수 처리를 위한 고주파수 처리부(140a, 140b)를 더 구비되나, 일반적인 구성이므로 그에 대한 구성과 설명은 생략한다.
복수 개의 안테나(120a, 120b)는 지표 상에 일정 빔 패턴을 갖는 전파를 방사하고, 상기 지표로부터 되돌아오는 반사파 신호를 수신하는 구성이다. 특히, 복수 개의 안테나로는 도 9에 도시된 바와 같이 2개가 장착되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 복수 개의 안테나(120a, 120b)를 구비하는 경우에는, 각 안테나가 서로 다른 빔 패턴의 전파를 각각 방사할 수 있다. 그 복수 개의 안테나(120a, 120b)가 2개로 구현되는 경우라면, 제1 빔 패턴의 전파를 방사하는 제1안테나(120a)를 구비하고, 상기 제1 빔 패턴과 다른 패턴을 갖는 제2 빔 패턴의 전파를 방사하는 제2안테나(120b)를 구비할 수 있다.
데이터 처리부(220)는 복수 개의 안테나를 통해 수신된 반사파 신호로부터 고도 데이터를 추출한다.
고도모델 생성부(210)는 데이터 처리부(220)를 통해 추출된 고도 데이터를 사용하여 디지털 고도모델을 생성하며, 그 디지털 고도모델에 기반하여 변형 고도모델을 더 생성한다. 즉, 고도모델 생성부(210)는 비행체에 탑재된 디지털 고도모델 자료에 대해 비행경로상의 모든 전파고도계 측정 지점에 해당되는 각 픽셀에서 탑재된 전파고도계 빔폭을 반영하여 변형된 고도모델을 생성한다.
고도모델 생성부(210)는 생성된 디지털 고도모델의 픽셀 단위에서 최대 고도 값을 산출하고, 그 산출된 최대 고도 값의 위치를 해당 픽셀에 기록한 변형 고도모델을 더 생성한다.
고도모델 생성부(210)는 디지털 고도모델에서 고도의 최대 값을 찾기 위한 슬라이딩 윈도우 필터(Sliding window filter)를 구비하며, 그 슬라이딩 윈도우 필터를 사용하여 찾아진 픽셀 단위 고도의 최대 값을 기록하여 변형된 고도모델을 생성한다. 즉, 고도모델 생성부(210)는 디지털 고도모델에서 고도의 최대 값을 찾기 위한 로우패스 필터링을 사용하여 변형된 고도모델을 생성한다. 이를 위해 로우패스 필터(Low Pass Filter)를 구비할 수 있다.
특히, 고도모델 생성부(210)는 반사파 신호의 파형으로부터 산출되는 파라미터 중 첫 번째 반사파 신호의 도래 시간에 기반하여 비행체의 위치를 탐지할 수 있다.
다른 예에 따르면, 고도모델 생성부(210)가 반사파 신호의 파형으로부터 산출되는 파라미터 중 다른 값들을 더 사용하여 비행체의 위치를 탐지할 수 있다. 상세하게, 반사파 신호의 파형으로부터 산출되는 파라미터 중 적어도 하나를 변형된 고도모델의 각 픽셀에 기록할 수 있으며, 그 파라미터로는 첫 번째 반사파 신호의 도래 시간(TH), 반사파 신호의 크기(AS) 및 잡음의 크기(AN), 리딩 기울기(leading slope: SL), 그리고 트레일링 기울기(trailing slope: ST)가 있다.
전술된 예에서와 같이 안테나가 제1안테나(120a)와 제2안테나(120b)로 구성되는 경우에, 고도모델 생성부(210)는, 제1 빔 패턴에 대해 지표로부터 반사된 제1반사파 신호의 파형으로부터 추출된 제1고도데이터를 사용하여 제1디지털 고도모델을 생성하고, 제2 빔 패턴에 대해 지표로부터 반사된 제2반사파 신호의 파형으로부터 추출된 제2고도데이터를 사용하여 제2디지털 고도모델을 생성한다. 또한 고도모델 생성부(210)는 생성된 제1 디지털 고도모델의 각 픽셀에 대해 최대 고도를 나타내는 위치를 기록하여 첫 번째 변형된 고도모델을 생성하고, 또한 생성된 제2 디지털 고도모델의 각 픽셀에 대해 최대 고도를 나타내는 위치를 기록하여 두 번째 변형된 고도모델을 생성한다.
그에 따라, 본 발명의 장치에서는 생성된 첫 번째 변형된 고도모델과 두 번째 변형된 고도모델을 상호 대조하여 비행체의 고도를 측정한다.
항법부(230)는 상기 데이터 처리부(210)로부터 추출된 상기 고도 데이터와 상기 고도모델 생성부(210)에서 추출된 변형된 고도모델을 비교하여 비행체의 항로를 결정한다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다.
그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 고주파모듈
120a, 120b : 안테나
140a, 140b : 고주파수 처리부
200 : 신호처리모듈
210 : 고도모델 생성부
220 : 데이터처리부
230 : 항법부

Claims (8)

  1. 비행체의 위치를 측정하는 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치에 있어서,
    상기 비행체에 탑재된 디지털 고도모델 자료에 대해 비행경로상의 모든 전파고도계 측정 지점에 해당되는 각 픽셀에서 탑재된 전파고도계 빔폭을 반영하여 변형된 고도모델을 생성하는 고도모델 생성부;
    지표로부터 반사되어 수신되는 반사파 신호의 파형으로부터 고도 데이터를 추출하는 데이터 처리부; 그리고
    상기 데이터 처리부로부터 추출된 상기 고도 데이터와 상기 고도모델 생성부에서 추출된 변형된 고도모델을 비교하여 비행체의 항로를 결정하는 항법부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고도모델 생성부는,
    상기 디지털 고도모델에서 고도의 최대 값을 찾기 위한 슬라이딩 윈도우 필터(Sliding window filter) 또는 로우패스 필터(Low-pass filter)를 구비하되,
    상기 슬라이딩 윈도우 필터 또는 로우패스 필터를 사용하여 상기 변형된 고도모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고도모델 생성부는,
    상기 반사파 신호의 파형으로부터 산출되는 파라미터 중 적어도 하나를 상기 변형된 고도모델의 각 픽셀에 기록하되,
    상기 파라미터는 첫 번째 반사파 신호의 도래 시간, 반사파 신호의 크기 및 잡음의 크기, 리딩 기울기(leading slope), 그리고 트레일링 기울기(trailing slope)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지표 상에 전파를 방사하고, 상기 반사파 신호를 수신하는 복수 개의 안테나를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수 개의 안테나는,
    서로 다른 빔 패턴의 전파를 각각 방사하는 것을 특징으로 하는 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수 개의 안테나는,
    제1 빔 패턴의 전파를 방사하는 제1안테나와, 상기 제1 빔 패턴과 다른 패턴을 갖는 제2 빔 패턴의 전파를 방사하는 제2안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 고도모델 생성부는,
    상기 제1 빔 패턴에 대해 상기 지표로부터 반사된 제1반사파 신호의 파형으로부터 추출된 제1고도데이터를 사용하여 제1디지털 고도모델을 생성하고,
    상기 제2 빔 패턴에 대해 상기 지표로부터 반사된 제2반사파 신호의 파형으로부터 추출된 제2고도데이터를 사용하여 제2디지털 고도모델을 생성하고,
    상기 생성된 제1 디지털 고도모델의 각 픽셀에 대해 최대 고도를 나타내는 위치를 기록하여 첫 번째 변형된 고도모델을 생성하고,
    상기 생성된 제2 디지털 고도모델의 각 픽셀에 대해 최대 고도를 나타내는 위치를 기록하여 두 번째 변형된 고도모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 첫 번째 변형된 고도모델과 상기 두 번째 변형된 고도모델을 대조하여 상기 비행체의 고도를 측정하는 것을 특징으로 하는 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치.
KR1020130039177A 2013-04-10 2013-04-10 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치 KR101387664B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130039177A KR101387664B1 (ko) 2013-04-10 2013-04-10 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130039177A KR101387664B1 (ko) 2013-04-10 2013-04-10 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101387664B1 true KR101387664B1 (ko) 2014-04-29

Family

ID=50658319

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130039177A KR101387664B1 (ko) 2013-04-10 2013-04-10 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101387664B1 (ko)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103984357A (zh) * 2014-05-30 2014-08-13 中国人民解放军理工大学 一种基于全景立体成像设备的无人机自动避障飞行系统
KR101626870B1 (ko) * 2015-10-12 2016-06-02 엘아이지넥스원 주식회사 유효 신호를 이용하는 전파 고도계 및 그 운영 방법
KR101626867B1 (ko) * 2015-10-12 2016-06-02 엘아이지넥스원 주식회사 적응 임계치를 이용하는 전파 고도계 및 그 운영 방법
KR20160107819A (ko) * 2015-03-05 2016-09-19 국방과학연구소 비행체의 고도 산출 장치 및 그 방법
KR101739968B1 (ko) 2017-01-06 2017-05-26 엘아이지넥스원 주식회사 유도 비행체용 탐색기의 표적 추적 방법
KR20170058741A (ko) 2015-11-19 2017-05-29 국방과학연구소 다중 각도 전파고도계를 이용한 지형참조 항법장치
KR20190044322A (ko) * 2017-10-20 2019-04-30 국방과학연구소 관성항법장치의 고도 보정 방법 및 장치
CN111157020A (zh) * 2020-01-07 2020-05-15 湖北航天技术研究院总体设计所 一种基于dem数据修正导航系统导航高程的方法
KR102119254B1 (ko) 2019-03-14 2020-06-04 국방과학연구소 연합형 필터 기반 관성항법, 위성항법 및 지형대조항법을 정보 융합한 통합 항법 설계 방법 및 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체
KR102325365B1 (ko) * 2021-05-04 2021-11-10 국방과학연구소 고도별 개별 임무 수행이 가능한 간섭계 레이더 고도계와 전파 고도계의 소형 통합 장치 및 그 운용 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6885334B1 (en) 2004-04-06 2005-04-26 Honeywell International Inc. Methods and systems for detecting forward obstacles
JP2006138697A (ja) 2004-11-11 2006-06-01 Kawasaki Heavy Ind Ltd 高度演算装置および方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6885334B1 (en) 2004-04-06 2005-04-26 Honeywell International Inc. Methods and systems for detecting forward obstacles
JP2006138697A (ja) 2004-11-11 2006-06-01 Kawasaki Heavy Ind Ltd 高度演算装置および方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
유기정 외 2인, "지형 및 안테나 빔폭에 따른 전파고도계의 고도측정오차 분석", 한국항공우주학회 2011년도 춘계학술대회(2011. 4) *
정승환 외 8인, "지형참조항법을 위한 추정알고리즘의 분석", 한국항공우주학회 2011년도 춘계학술대회(2011. 4) *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103984357A (zh) * 2014-05-30 2014-08-13 中国人民解放军理工大学 一种基于全景立体成像设备的无人机自动避障飞行系统
KR20160107819A (ko) * 2015-03-05 2016-09-19 국방과학연구소 비행체의 고도 산출 장치 및 그 방법
KR101687711B1 (ko) 2015-03-05 2016-12-19 국방과학연구소 비행체의 고도 산출 장치 및 그 방법
KR101626870B1 (ko) * 2015-10-12 2016-06-02 엘아이지넥스원 주식회사 유효 신호를 이용하는 전파 고도계 및 그 운영 방법
KR101626867B1 (ko) * 2015-10-12 2016-06-02 엘아이지넥스원 주식회사 적응 임계치를 이용하는 전파 고도계 및 그 운영 방법
KR20170058741A (ko) 2015-11-19 2017-05-29 국방과학연구소 다중 각도 전파고도계를 이용한 지형참조 항법장치
KR101739968B1 (ko) 2017-01-06 2017-05-26 엘아이지넥스원 주식회사 유도 비행체용 탐색기의 표적 추적 방법
KR20190044322A (ko) * 2017-10-20 2019-04-30 국방과학연구소 관성항법장치의 고도 보정 방법 및 장치
KR101974522B1 (ko) 2017-10-20 2019-05-02 국방과학연구소 관성항법장치의 고도 보정 방법 및 장치
KR102119254B1 (ko) 2019-03-14 2020-06-04 국방과학연구소 연합형 필터 기반 관성항법, 위성항법 및 지형대조항법을 정보 융합한 통합 항법 설계 방법 및 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체
CN111157020A (zh) * 2020-01-07 2020-05-15 湖北航天技术研究院总体设计所 一种基于dem数据修正导航系统导航高程的方法
CN111157020B (zh) * 2020-01-07 2021-06-15 湖北航天技术研究院总体设计所 一种基于dem数据修正导航系统导航高程的方法
KR102325365B1 (ko) * 2021-05-04 2021-11-10 국방과학연구소 고도별 개별 임무 수행이 가능한 간섭계 레이더 고도계와 전파 고도계의 소형 통합 장치 및 그 운용 방법
US11555914B2 (en) 2021-05-04 2023-01-17 Agency For Defense Development Compact integrated apparatus of interferometric radar altimeter and radar altimeter capable of performing individual missions by altitude and operating method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101387664B1 (ko) 전파고도계를 이용한 변형된 고도모델 기반의 지형참조 항법장치
US7295150B2 (en) Methods and systems for identifying high-quality phase angle measurements in an interferometric radar system
EP3432026B1 (en) Systems and methods for measuring velocity and acceleration with a radar altimeter
US9739878B2 (en) Methods and apparatus for determining angle of arrival (AOA) in a radar warning receiver
EP3056922B1 (en) Velocity and attitude estimation using an interferometric radar altimeter
US8730092B2 (en) Multistatic target detection and geolocation
JP2009510487A5 (ko)
US20120313820A1 (en) System technique for conical geo-location of radio frequency sources
EP3054314B1 (en) Systems and methods for using velocity measurements to adjust doppler filter bandwidth
US8816896B2 (en) On-board INS quadratic correction method using maximum likelihood motion estimation of ground scatterers from radar data
WO2005119288A9 (en) Method and system for determining the position of an object
US9846229B1 (en) Radar velocity determination using direction of arrival measurements
CA2485707A1 (en) Methods and apparatus for radar data processing
CA2485714A1 (en) Method and apparatus for terrain correlation
CN103487798A (zh) 一种相控阵雷达测高方法
US20220066015A1 (en) Radar odometry system and method
Plšek et al. Passive Coherent Location and Passive ESM tracker systems synergy
US8933836B1 (en) High speed angle-to-target estimation for a multiple antenna system and method
US20220206136A1 (en) Method and system for high-integrity vehicle localization
US8952841B1 (en) System and method for TCAS based navigation
Cuccoli et al. Coordinate registration method based on sea/land transitions identification for over-the-horizon sky-wave radar: Numerical model and basic performance requirements
JP6774085B2 (ja) アクティブセンサーの信号処理システム、信号処理方法及び信号処理プログラム
Choi et al. A new approach of FMCW-DBS altimeters for terrain-aided navigation
WO2022144807A1 (en) Method and system for high-integrity vehicle localization
WO2023033693A1 (en) Multi-channel active array system and method for obtaining positional information of an object

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180409

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190402

Year of fee payment: 6