KR101475238B1 - 기동 플랫폼 탑재 어레이의 빔 안정화 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플랫폼의 움직임을 보상하여 안정화된 빔을 생성할 수 있는 기동 플랫폼 탑재 어레이의 빔 안정화 방법에 관한 것으로, 어레이 타입 및 스테이브의 구성이 설정되면 스테이브내의 기준 센서의 위치를 생성하고, 플랫폼의 운동(롤, 피치) 정보에 따라 기준 센서의 보상위치를 산출하여, 상기 산출된 기준센서의 보상위치와 입력된 수평 및 수직 지향정보를 이용하여 플랫폼의 움직임이 보상된 빔 패턴을 생성하여 출력한다.

Description

기동 플랫폼 탑재 어레이의 빔 안정화 방법{BEAM STABILIZATION METHOD FOR ARRAY ON MOVING PLATFROM}
본 발명은 기동 플랫폼에 탑재된 어레이의 빔 안정화 방법과 그 성능을 평가하기 위한 시나리오 생성 및 결과 분석 방법에 관한 발명이다.
수상함은 다수의 스테이브(Stave)로 구성된 어레이(레이더, 소나)를 이용하여 소정의 빔 패턴을 형성하여 표적에 대한 전 방위 표적탐지를 수행한다. 상기 전 방위 표적탐지를 위한 빔 형성 시, 연산량을 줄이기 위해 미리 계산된 각 빔-스테이브별 시간지연 정보를 반복 사용한다(Preformed Beamforming).
그런데, 플랫폼의 기동, 노면(육)/해수면(해)/기류(공)의 상태에 따라 롤, 피치방향(전후좌우)의 플랫폼의 운동(움직임 또는 기울기)이 발생하여 각 스테이브에 장착된 센서의 위치가 변하게(틀어지게) 된다.
따라서, 상기 센서의 탐지신호를 근거로 빔 패턴을 형성할 경우에는 빔의 지향 방위가 고정되지 못하고 플랫폼의 움직임에 따라 지속적으로 흔들리게 되어 빔의 특성이 저하된다. 이러한 빔 특성 저하는 표적의 전체적인 탐지 성능을 떨어뜨리게 된다.
상기와 같은 단점을 개선하기 위해 플랫폼의 운동 정보(롤, 피치)를 이용하여 빔의 지향 방위 벡터를 보정할 필요가 있으며, 수직 지향 기능을 추가하여 다양한 고각에 대해 감시를 가능케 하는 방안이 요구된다.
본 발명의 목적은 플랫폼의 움직임을 보상하여 안정화된 빔을 생성할 수 있는 기동 플랫폼 탑재 어레이의 빔 안정화 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 빔 안정화 방법에 대한 분석을 수행할 수 있는 기동 플랫폼 탑재 어레이의 빔 안정화 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 기동 플랫폼 탑재 어레이의 빔 안정화 방법은, 어레이 타입 및 스테이브의 구성이 설정되면 스테이브내의 기준 센서의 위치를 생성하는 단계; 플랫폼의 운동 정보에 따라 기준 센서의 보상위치를 산출하는 단계; 및 산출된 기준센서의 보상위치와 입력된 수평 및 수직 지향정보를 이용하여 플랫폼의 움직임이 보상된 빔 패턴을 생성하는 단계;를 포함한다.
상기 어레이 타입은 원통형, 판형, 선형 및 사용자 정의로 구성되며, 상기 스테이브의 구성은 직경, 높이, 길이, 설계 주파수 및 총 채널수를 포함한다.
상기 기준 센서의 보상위치는 x,y,z방향의 기준 센서위치에 롤, 피치의 보상행렬을 곱하여 생성한다.
상기 움직임이 보상된 빔 패턴을 생성할 때 어레이의 수직 및 수평 지향각은 0으로 설정하고, 분석 주파수는 어레이의 설계 주파수와 동일하게 설정하며, 엘리먼트 빔 패턴과 쉐이딩 함수는 디폴트 값을 적용한다.
상기 기동 플랫폼 탑재 어레이의 빔 안정화 방법은, 상기 어레이 타입 및 스테이브의 구성을 설정화면에서 입력하는 단계; 및 상기 움직임이 보상된 빔 패턴을 분석화면에 표시하여 플랫폼의 운동 및 수평/수직 지향에 따른 주파수별 빔 특성 변화를 분석하는 단계;를 더 포함한다.
상기 빔 특성 변화를 분석하는 단계는 설정화면의 분석 파라미터 설정영역에서 분석 주파수, 빔 패턴 및 쉐이딩 함수를 각각 변경하며 빔 안정화 수행 전/후의 결과를 비교 분석하는 단계; 설정화면의 어레이의 빔 조향 설정영역에서 수평 또는 수직 지향각을 변경한 후 빔 안정화 수행 전/후의 결과를 비교 분석하는 단계; 및 설정화면의 어레이 형태 선택영역 및 어레이 스테이브 구성 설정영역에서 각각 어레이의 타입(종류)과 어레이의 스테이브 구성을 변경 한 후 빔 안정화 수행 전/후의 결과를 비교 분석하는 단계;를 포함한다.
본 발명은 플랫폼의 운동(롤, 피치)에 따라 센서위치를 보상하여 탐지신호의 신호대 잡음비를 개선함으로써 표적의 견실한 탐지를 가능하게 하고, 가변 수직 지향을 통해 다양한 고각에 대한 감시를 수행할 수 있는 효가가 있다.
본 발명은 플랫폼의 운동, 수평/수직 지향에 따른 주파수 별 빔 특성 변화를 분석하기 위한 방법을 제공함으로써 간편하고 정확하게 빔 안정화 방법을 분석할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기동 플랫폼 탑재 어레이의 빔 안정화 방법을 나타낸 동작 구성도.
도 2는 플랫폼의 운동 및 수평/수직 지향에 따른 주파수별 빔 특성 변화에 관련된 데이타를 입력하기 위한 설정화면.
도 3은 플랫폼의 운동 및 수평/수직 지향에 따른 주파수별 빔 특성 변화를 분석하기 위한 분석화면.
본 발명은 플랫폼의 운동에 의한 센서 위치보상을 통해 탐지신호의 신호대 잡음비를 개선함으로써 표적의 견실한 탐지를 가능케 하는 기동 플랫폼 탑재 어레이의 빔 안정화 방법을 제공한다. 상기 플랫폼의 운동은 플랫폼의 상하좌우의 기울기 즉, 롤각 및 피치각을 나타낸다.
또한 본 발명은 빔 안정화 방법의 효과를 평가하는 방법 및 플랫폼의 운동, 수평/수직 지향에 따른 주파수 별 빔 특성변화를 분석하기 위한 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기동 플랫폼 탑재 어레이의 빔 안정화 방법을 나타낸 동작 구성도이다.
도 1에 도시된 바와같이, 제어부(도시)는 어레이 선택정보(어레이 타입)와 어레이의 물리적 특징 정보(스테이브 구성)를 근거로 표적을 탐지하기 위한 기준센서 위치를 생성한다(10).
일 예로, 원통형 어레이가 선택되고, 어레이내의 각 스테이브(기둥)의 직경 및 높이가 설정되면, 상기 각 스테이브내에 장착된 복수의 센서의 위치가 생성된다(결정된다).
또한, 제어부는 측정된 수상함(플랫폼)의 운동정보(롤, 피치)를 입력받아 플랫폼의 운동(상하좌우 움직임)(롤, 피치각)에 따라 변화되는 스테이브내의 기준센서의 변화위치, 즉 보상 센서위치(
Figure 112013083695010-pat00001
)를 산출한다(11).
Figure 112013083695010-pat00002
..................식(1)
Figure 112013083695010-pat00003
상기 보상 센서위치(
Figure 112013083695010-pat00004
)는 식(1)에 도시된 바와같이, x,y,z방향의 기준 센서위치(
Figure 112013083695010-pat00005
)에 롤,피치 보상행렬(M)을 곱하여 생성된다.
또한, 제어부는 수평 및 수직 지향정보를 이용하여 식(2)와 같이 가변 수평/수직 지향에 따른 빔 지향 벡터를 산출한다(12).
Figure 112013083695010-pat00006
..............식(2)
제어부는 상기 산출된 보상 센서위치(
Figure 112013083695010-pat00007
) 벡터와 빔 지향 벡터를 이용하여 식(3)과 같이 각 스테이브의 시간지연을 산출한 후 식(4)와 같이 안정화된 빔 패턴
Figure 112013083695010-pat00008
을 출력한다(13).
Figure 112013083695010-pat00009
....................식(3)
Figure 112013083695010-pat00010
.............식(4)
따라서, 상기 빔 패턴
Figure 112013083695010-pat00011
을 후술하는 도 3의 분석화면에 표시하여 분석한다면 플랫폼의 움직임에 의한 센서위치의 보상이 제대로 이루어졌는지 쉽게 판단할 수 있을 것이다(14).
도 2는 플랫폼의 운동 및 수평/수직 지향에 따른 주파수별 빔 특성 변화를 분석하기 위한 각종 데이타를 입력하기 위한 설정화면이다.
도 2에 도시된 바와같이, 분석 설정 화면은 어레이 형태 선택영역(21), 어레이 스테이브 구성 설정영역(22), 플랫폼의 운동정보 설정영역(23), 분석 파라미터 설정영역(24) 및 어레이의 빔 조향 설정영역(25)을 포함한다.
상기 플랫폼의 운동정보 설정영역(23)은 플랫폼의 롤/피치 최대값 및 주기를 설정하기 위한 항목을 포함하고, 상기 분석 파라미터 설정영역(24)은 분석 변수(분석 주파수, 엘리먼트 빔 패턴 및 쉐이딩 함수)를 입력하기 위한 항목을 포함한다.
상기 어레이의 빔 조향 설정영역(25)은 수평, 수직 방향 방위의 빔 조향값을 입력하기 위한 항목을 포함한다.
먼저, 어레이 형태 설정영역(21)에서 어레이의 타입(원통형, 판형, 선형, 사용자 정의)를 선택하고, 어레이 스테이브 구조 설정영역(22)에서 어레이의 스테이브 구성(직경, 길이, 설계 주파수 및 총 채널 수)을 입력하면 스테이브에 장착된 탐지센서, 즉 기준센서의 위치가 생성(계산)된다.
이어서 플렛폼의 운동정보 설정영역(23)에서 플랫폼의 운동정보(롤, 피치 최대값, 주기)를 입력한 후 분석(ANALYSIS) 버튼을 클릭하면 도 1의 동작에 의해 안정화된 빔이 생성되어 후술하는 도 3의 분석화면에 표시된다.
따라서, 사용자는 분석화면에 표시된 빔 패턴을 분석하여 빔 안정화 수행 전/후의 결과를 비교 분석하여, 센서 위치보정이 제대로 이루어졌는지 판단할 수 있다. 이때, 어레이의 초기 수직 및 수평 지향각은‘0’으로 설정하고, 분석 주파수는 어레이의 설계 주파수와 동일하게 설정하며, 엘리먼트(Element) 빔 패턴과 쉐이딩 함수(Shading function)는 디폴트(default) 값을 적용한다.
이후 운용자는 도 2에 도시된 각종 설정정보를 변경하면서 상기 빔 패턴 분석을 반복적으로 수행한다.
즉, 운용자는 분석 파라미터 설정영역(24)에서 분석 변수 즉, 분석 주파수, 빔 패턴 및 쉐이딩 함수를 각각 변경하며 빔 안정화 수행 전/후의 결과를 비교 분석하고, 어레이의 빔 조향(Beam Steering)설정영역(25)에서 수평 또는 수직 지향각을 변경한 후 빔 안정화 수행 전/후의 결과를 비교분석한다.
또한, 운용자는 어레이 형태 선택영역(21) 및 어레이 스테이브 구성 설정영역(22)에서 각각 어레이의 타입(종류)과 어레이의 스테이브 구성을 변경한 후, 상기의 분석과정을 반복한다.
도 3은 플랫폼의 운동 및 수평/수직 지향에 따른 주파수별 빔 특성 변화를 분석하기 위한 분석화면이다.
도 3에 도시된 바와같이, 분석화면에서 전시영역(31)에는 어레이 형태(Array shape)가 표시되고, 메인 전시영역(33)에는 2차원(tnvud, 수직) 빔 패턴이 표시된다. 또한, 제1보조 전시영역(33)에는 수평 빔 패턴이 표시되고 제2보조 전시영역(34)에는 수직 빔 패턴이 표시된다.
따라서, 도 2의 분석 설정 화면에서 선택 또는 설정된 입력값에 따라 표시되는 도 3의 분석화면을 통하여 운용자는 빔 안정화 수행 전/후의 결과를 분석할 수 있다.
상술한 바와같이, 본 발명은 플랫폼의 운동(롤, 피치)에 따라 표적센서의 위치값 변화를 보상하여 탐지신호의 신호대 잡음비를 개선함으로써 표적의 견실한 탐지를 가능하게 하고, 가변 수직 지향을 통해 다양한 고각에 대한 감시를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은 플랫폼의 운동, 수평/수직 지향에 따른 주파수 별 빔 특성 변화를 분석하기 위한 방법을 제공함으로써 간편하고 정확하게 빔 안정화 방법을 분석할 수 있다.
상기와 같이 설명된 본 발명에 따른 기동 플랫폼 탑재 어레이의 빔 안정화 방법은, 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
21 : 어레이 타입 선택영역 22 : 어레이 스테이브 구성 설정영역
23 : 플랫폼의 운동정보 설정영역 24 : 분석 파라미터 설정영역
25 : 빔 조향 입력 영역
31 : 어레이 형태 전시영역 32 : 메인 전시영역
33 : 제1보조 전시영역 34 : 제2보조 전시영역

Claims (6)

  1. 어레이 타입 및 스테이브의 구성이 설정되면 스테이브내의 기준 센서의 위치를 생성하는 단계;
    플랫폼의 운동 정보에 따라 기준 센서의 보상위치를 산출하는 단계;
    산출된 기준센서의 보상위치와 입력된 수평 및 수직 지향정보를 이용하여 플랫폼의 움직임이 보상된 빔 패턴을 생성하는 단계;
    상기 어레이 타입 및 스테이브의 구성을 설정화면에서 입력하는 단계; 및
    상기 움직임이 보상된 빔 패턴을 분석화면에 표시하여 플랫폼의 운동 및 수평/수직 지향에 따른 주파수별 빔 특성 변화를 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기동 플랫폼 탑재 어레이의 빔 안정화 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 어레이 타입은
    원통형, 판형, 선형 및 사용자 정의로 구성되며, 상기 스테이브의 구성은
    직경, 높이, 길이, 설계 주파수 및 총 채널수를 포함하는 것을 특징으로 하는 기동 플랫폼 탑재 어레이의 빔 안정화 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 플랫폼의 운동 정보는
    플랫폼의 상하좌우의 움직임으로 롤각 및 피치각을 나타내고, 상기 기준 센서의 보상위치는 x,y,z방향의 기준 센서위치에 롤, 피치의 보상행렬을 곱하여 생성하는 것을 특징으로 하는 기동 플랫폼 탑재 어레이의 빔 안정화 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 주파수별 빔 특성 변화를 분석할 때 어레이의 초기 수직 및 수평 지향각은 0으로 설정하고, 분석 주파수는 어레이의 설계 주파수와 동일하게 설정하며, 엘리먼트 빔 패턴과 쉐이딩 함수는 디폴트 값을 적용하는 것을 특징으로 하는 기동 플랫폼 탑재 어레이의 빔 안정화 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 빔 특성 변화를 분석하는 단계는
    설정화면의 분석 파라미터 설정영역에서 분석 주파수, 빔 패턴 및 쉐이딩 함수를 각각 변경하며 빔 안정화 수행 전/후의 결과를 비교 분석하는 단계;
    설정화면의 어레이의 빔 조향 설정영역에서 수평 또는 수직 지향각을 변경한 후 빔 안정화 수행 전/후의 결과를 비교 분석하는 단계; 및
    설정화면의 어레이 형태 선택영역 및 어레이 스테이브 구성 설정영역에서 각각 어레이의 타입(종류)과 어레이의 스테이브 구성을 변경 한 후 빔 안정화 수행 전/후의 결과를 비교 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기동 플랫폼 탑재 어레이의 빔 안정화 방법.
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