KR101485486B1

KR101485486B1 - 지향성 무선 통신시스템의 안테나 자동 정렬 유지장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR101485486B1
Application number: KR20130066736A
Authority: KR
Inventors: 이승호
Original assignee: 이승호
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2013-06-11
Publication date: 2015-01-22
Also published as: KR20140144588A

Abstract

본 발명은 초고주파 이동 통신함에 있어서 자국과 대국의 안테나 뒤에 부착되어 전파복사 방향을 자동으로 탐색 및 추적하여 통신을 안정화시킬 수 있는 지향성 무선 통신 시스템의 안테나 자동 정렬 유지장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 운용자의 입력이나 수신 데이터로부터 대국 정보를 생성하는 대국정보 생성부; GPS신호를 수신하기 위한 GPS 수신기; 자국의 안테나 자세를 감지하기 위한 자이로센서; 신호레벨의 변동을 감지하기 위한 신호레벨 변동 감지부; 자동모드 고장시 수동모드에서 안테나 방향을 수동으로 조작하기 위한 수동조작부; 수직 회전 명령에 따라 안테나의 지향방향을 수직으로 조정하는 수직 액츄에이터; 수평 회전 명령에 따라 안테나의 지향방향을 수평으로 조정하는 수평 액츄에이터; 상기 대국정보 생성부와 상기 GPS 수신기 및 상기 신호레벨 변동감지부로부터 신호를 입력받아 자국의 안테나가 대국 안테나의 방향과 일치하도록 수평/수직 회전 지시를 출력하는 주제어기; 및 수동모드에서 상기 수동조작부의 입력에 따라 수동으로 안테나의 방향을 조정하거나 자동모드에서 상기 주제어기의 제어명령과 상기 자이로 센서들의 감지신호를 입력받아 상기 수직 액츄에이터와 상기 수평 액츄에이터를 제어하는 부제어기를 포함하는 자동 안테나 방향 정렬 유지장치이다.

Description

지향성 무선 통신시스템의 안테나 자동 정렬 유지장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD OF ARRANGING DIRECTION OF ANTENNA IN DIRECTIONAL WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 지향성 무선 통신시스템의 통신 안정화 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초고주파 이동 통신함에 있어서 자국과 대국의 안테나 뒤에 부착되어 전파복사 방향을 자동으로 탐색 및 추적하여 통신을 안정화시킬 수 있는 지향성 무선 통신 시스템의 안테나 자동 정렬 유지장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 초고주파 이동통신 안테나는 차량에 탑재되어 이동 가능한 안테나와 다른 이동국, 고정국 혹은 비행체 등의 안테나가 서로 마주 보도록 배치되어 LOS(Line Of Sight) 방식으로 통신하도록 되어 있다.

이러한 초고주파 이동통신 안테나는 고정형 안테나와 달리 설치 후에도 방향이 틀어질 가능성이 있으므로, 대국과 정방향으로 위치하도록 안테나의 지향 방향을 수시로 조정할 필요가 있다.

그런데 종래에는 안테나의 지향 방향을 자동으로 정렬해주는 장치가 없으므로 운용자가 수시로 안테나의 방향을 체크하여 수동으로 조정해야 했기 때문에 운용하기 불편하고, 유지보수 비용도 많이 드는 문제점이 있었다. 즉, 종래에는 이동 자국과 대국의 안테나 조정 방식이 모두 수동으로만 가능하게 되어 있어 숙련된 운용자가 아닌 초보 운용자는 안테나 방향 조정에 매우 많은 시간과 노력이 소요되어 통신망 운영에 지장을 주는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 초고주파 이동 통신함에 있어서 자국과 대국(고정국, 이동국, 비행체) 사이의 지향성 안테나에 부착되어 자국과 대국에서 각각 GPS 또는 갈릴레오 위성 신호를 수신하여 각각의 위치(위도, 경도, 고도) 정보를 수신하고, 진북 자이로센서, 안테나 수평각 센서, 안테나 수직각 센서를 부착해서 각각 자국/대국 위치신호를 인출해서 상대국에 보내어 상호 각각의 지향 방향을 자동으로 계산한 후 수평/수직 구동모터를 회전시켜 각각 상대국의 안테나 복사 방향을 지향케 한 후 전파복사 방향을 자동으로 탐색 및 추적하여 통신을 안정화시킬 수 있는 지향성 무선통신 시스템의 안테나 자동 정렬 유지장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 대국이 이동 비행체인 경우, 자국 안테나 피드를 모노펄스용으로 교체 부착해서 3밴드 신호(합, 수직차, 수평차)를 인출하여 비행체 진행 방향을 탐지 및 추적하고, 무인기의 경우 필요시 방향 전환을 지시하게 하여 전파복사 방향을 자동으로 탐색 및 추적할 수 있는 지향성 무선통신 시스템의 안테나 자동 정렬 유지장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는, 운용자의 입력이나 수신 데이터로부터 대국 정보를 생성하는 대국정보 생성부; GPS신호를 수신하기 위한 GPS 수신기; 자국의 안테나 자세를 감지하기 위한 자이로센서; 신호레벨의 변동을 감지하기 위한 신호레벨 변동 감지부; 자동 정렬 유지 고장시는 수동모드로 절체 안테나 방향을 수동으로 조작하기 위한 수동조작부; 수직 회전 명령에 따라 안테나의 지향방향을 수직으로 조정하는 수직 액츄에이터; 수평 회전 명령에 따라 안테나의 지향방향을 수평으로 조정하는 수평 액츄에이터; 상기 대국정보 생성부와 상기 GPS 수신기 및 상기 신호레벨 변동감지부로부터 신호를 입력받아 자국의 안테나가 대국 안테나의 방향과 일치하도록 수평/수직 회전 지시를 출력하는 주제어기; 및 수동모드에서 상기 수동조작부의 입력에 따라 수동으로 안테나의 방향을 조정하거나 자동모드에서 상기 주제어기의 제어명령과 상기 자이로 센서들의 감지신호를 입력받아 상기 수직 액츄에이터와 상기 수평 액츄에이터를 제어하는 부제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

대국이 비행체일 경우, 자국의 안테나에 모노펄스 피드 혼을 교체 부착하고, 상기 자동 정렬 유지장치는 상기 모노펄스 피드 혼으로부터 수평차신호, 수직차신호, 전체 합신호를 입력받아 추적신호를 생성하는 모노펄스 수신기를 더 구비고, 상기 주제어기는 상기 대국정보 생성부의 출력이나 상기 모노펄스수신기의 출력 중 하나를 입력받는 것이다.

상기 주제어기는 상기 대국정보생성부의 출력 또는 상기 모노펄스수신기의 출력, GPS 수신기의 출력, 저역통과필터의 출력을 입력받아 소정의 알고리즘에 따라 추적신호를 생성하는 주사/추적 알고리즘 계산부와, 상기 주사/추적 알고리즘부의 출력에 따라 자국의 안테나와 대국의 안테나 방향이 자동으로 정렬되도록 수평/수직 회전명령을 생성하는 전체 회전지시 명령부로 구성된 것이다.

상기 부제어기는 수평 각도센서와 수직 각도센서, 베이스 자이로 센서, 저역 필터링된 신호레벨감지부의 신호와, 안테나 마스트 자이로센서 신호를 입력받아 각도를 지시하고, 피드백신호를 생성하는 감지 및 피드백신호 처리부와, 상기 전체 회전지시 명령부의 출력과 감지 및 피드백신호 처리부의 피드백신호를 입력받아 대국 지향 제어신호를 생성하는 대국 지향신호처리부와, 자동모드에서 상기 대국 지향 제어신호 처리부의 자동제어신호에 따라 모터의 회전제어신호를 생성하거나 수동모드에서 상기 수동조작부의 입력에 따라 모터의 회전제어신호를 생성하는 모터 회전 제어부로 구성된 것이다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 전원이 인가되면, 자국과 대국의 GPS수신기로부터 자국과 대국의 위치정보를 입력받고, 자국의 안테나 지향각 상태와 수직각 센서, 수평각 센서, 방위각 센서로부터 감지값을 입력받아 저장하는 초기화 단계; 자국과 대국이 1차 안테나 방향을 자동으로 회전하는 지향 단계; 자국이 박스 스캔하여 정밀 추적한 후 임시 정지하면, 대국이 라스터 스캔하여 자국을 정밀 추적하여 자동 정렬을 유지하는 안정화 단계; 및 안정화된 후 신호레벨 변동이 생기면 스텝 트래킹하여 자국와 대국의 방향을 지속적으로 안정화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 자동 정렬을 유지하는 안정화 단계는 흔들림에 의한 안테나 회전축 자세, 수직각 센서, 수평각 센서의 피치, 롤, 요 성분의 각도 데이터 변동분을 획득하는 단계; 역기구학식 또는 정기구학식 등을 통해 대국을 지향하기 위해서 마스트의 피치, 롤, 요 각도의 변동된 값을 보상하는 목표 지향각을 계산하는 단계; 운영자가 자동정렬 유지하면서 입력한 각도, 시각, 박스스캔, 라스터 스캔, 스텝 트래킹 신호중 하나를 선택해서 원하는 각도로 이동하기 위해서 큰 각도범위를 나누어 수직각 센서와, 수평각 센서에서 입력되는 값과 같은 형태로 소정(100) Hz마다 소정 값(0.1~0.05)으로 등분하여 목표 수평각 및 수직각과 일치시키는 단계; 정 또는 역기구학식을 이용하여 산출한 목표각에 운용자가 선택한 신호 즉, 박스 스캔(사각 나선주사), 라스터 스캔(라스터 주사), 스텝 추적에서 취득한 최대신호를 작은 각으로 분해하는 단계; 안테나 각속도 출력을 피드백해서 포지셔너 오차 검출하여 위치오차 에러와 취득 전력을 곱하고 합성기에서 속도조절신호와 합성 후 디지탈 아날로그 변환하는 단계; 수직/수평 감속모터 드라이브 앰프를 구동하여 안테나 수직/수평 각도 회전시키는 단계; 및 피드백 결과 에러 오차 신호가 없어지면 회전 중지하여 안정화 유지하고 통신하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 지향성 무선통신 시스템의 안테나 자동 정렬 유지장치는 초고주파 이동 통신함에 있어서 자국과 대국의 안테나 뒤에 부착되어 전파복사 방향을 자동으로 탐색 및 추적하여 통신을 신속하게 안정화시킬 수 있으므로 초보 운용자라도 쉽게 통신 시설을 운용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 안테나 자동 정렬 유지장치가 탑재된 초고주파 이동통신 시스템의 자국-대국 구성 예,
도 2는 본 발명에 따라 마스트 위에 방향 자동 정렬탐색 추적장치 부착하고, 안테나 부착 구성한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 안테나 시스템의 개략 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 안테나 시스템의 개략 측면도,
도 5는 본 발명에 따른 안테나 방향 자동 정렬 유지장치의 구성 블럭도,
도 6은 본 발명에 따라 마스트 외부 환경 풍속에 의한 신호레벨 변동시 자동으로 다시 추적하여 안정화시키는 절차를 도시한 순서도,
도 7은 본 발명에 따라 자국과 대국이 자동으로 안테나 지향신호를 탐색 및 추적하여 통신을 안정화시키는 절차를 도시한 순서도,
도 8은 본 발명에 적용되는 박스 스캔과 라스터 스캔을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

도 1은 본 발명이 적용된 초고주파 이동통신 시스템의 자국-대국 구성의 예를 도시한 도면으로서, 자국(10)이 이동국이고 제1 대국(20-1)이 이동국인 경우, 제2 대국(20-2)이 고정국인 경우, 제3 대국(20-3)이 비행체인 경우를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 자국(10)은 무선 통신용 이동차량(10a)에 통신장비(도 2의 300)를 탑재한 후 자국 안테나(12)의 지향 방향을 대국 안테나(22)의 지향 방향으로 자동 추적 정렬하여 통신 안정화를 유지할 수 있게 하는 장치이다.

또한 자국의 안테나(12)는 마스트(14)에 부착되어 있고, 자국(10)의 위치를 알려주는 GPS(유럽의 경우 갈릴레오 위성) 수신장치(16)를 안테나 자동 정렬 유지장치(100)의 함체에 부착하여 자국의 경도, 위도, 고도 정보를 수신한 후 무전기, 핸드폰, 전화 등을 이용하여 대국에도 전달하고, 자이로센서를 부착하여 진북 방향정보와 자국 GPS신호정보 등의 GPS신호정보를 SW로 자동 통합 계산해서 대국방향으로 안테나의 방향을 자동으로 추적하여 정렬 유지하게 한다.

대국(20-1)이 이동국인 경우에는 대국(20-1)도 자국(10)과 동일하게 시설하여 자국-대국 상호 교환하며, 상호 자동 정렬 추적하여 안정된 통신을 유지하게 한다.

대국(20-2)이 고정국의 경우에는 고정 구조물에 지지되는 마스트 위에 안테나를 부착한 후 안테나 후방에 안테나 자동 정렬 유지장치를 부착하여 자국의 안테나 방향과 대국의 안테나 지향 방향이 일치되게 하여 안정된 통신을 유지하게 한다.

대국(20-3)이 비행체일 경우에는 비행체에 내장한 통신장비를 안테나 통해서 자기 이동위치 GPS신호를 자국으로 보내 자동 추적하게 한다. 이 경우 자국(10)은 모노펄스 추적 가능하도록 모노펄스 피드를 교체 추가 부착하고, 모노펄스 수신장치를 추가 부착하며, 1차 제어기(ACU)에서 절체기 스위치 절체하여 운용한다.

도 2 내지 도 4는 본 발명에 따라 마스트 위에 안테나와 안테나 자동 정렬 유지장치를 부착한 구성을 도시한 도면으로서, 도 2는 개략 측단면도이고, 도 3은 평면도이며, 도 4는 지상대국 경우와 비행체의 경우 모노펄스 피드 혼을 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 안테나 자동 정렬 유지장치(100)는 안테나 반사판(12) 뒤에 부착되어 수직구동 드라이브 앰프, 감속모터(112), 각도센서(114)를 부착하고, 수평구동 드라이브 앰프, 감속모터(122), 각도센서(124)를 부착하며, GPS안테나 수신장치(16)를 부착하여 자국 위치정보를 감지하게 하고, 자이로센서를 부착하고, 비행체 추적의 경우 혼을 모노펄스형으로 교체하고 내장된 모노펄스 추적제어보드(130), 주제어보드(140), 부제어보드(150), 입출력보드(160) 등 부착해서 대국의 안테나 지향방향을 소프트웨어(SW)적으로 자동으로 계산해 자동으로 추적하여 정렬하게 함으로써 안정된 통신을 유지하는 장치이다.

도 5는 본 발명에 따른 안테나 자동 정렬 유지장치의 구성 블럭도이다.

본 발명에 따른 안테나 자동 정렬 유지장치는 도 5에 도시된 바와 같이, 운용자의 입력이나 수신 데이터로부터 대국 정보를 생성하는 대국정보 생성부(105)와, 대국정보 생성부(105) 또는 모노펄스 수신기(130) 출력신호를 입력받아 수평 수직 회전지시를 출력하는 주제어기(140)와, 주제어기(140)의 제어명령과 센서들의 감지신호를 입력받아 모터 회전신호를 출력하는 부제어기(150)와, 부제어기(150)의 수직 회전 명령에 따라 안테나의 지향방향을 수직으로 조정하는 수직 액츄에이터(110)와, 부제어기(150)의 수평 회전 명령에 따라 안테나의 지향방향을 수평으로 조정하는 수평 액츄에이터 모터(122), GPS신호를 수신하기 위한 GPS 수신기(16)와, 베이스 자이로 센서(173), 안테나 마스트 자이로 센서(174), 변조부(175), 수동조작부(171), 각도 지시 및 수동 조정부(172)로 구성된다.

비행체 추적의 경우 도 5를 참조하면, 자국 안테나(12)는 모노펄스혼(101)을 구비하여 합신호(Σ)와 수평차(△Az), 수직차신호(△E_L)를 제공하고, 다이플랙서(314)는 DATA 송신장치(310)의 송신신호가 고출력증폭기(312)에서 증폭된 신호를 안테나(12) 측으로 전달하고 수신신호는 수신장치(320)측으로 전달하여 송수신을 분리한다. 또한 안테나의 수신신호는 저잡음증폭기(322)에서 증폭된 후 수신모뎀 디먹스(324)를 거쳐 일부는 수신기측으로 전달되고, 다른 일부는 수신장치(102)와 모노펄스 수신기(130)로 전달된다.

모노펄스 수신기(130)는 모노펄스 피드혼(101)으로부터 수신된 신호를 처리하여 주제어기(140)로 전달하고, 대국정보생성부(105)는 수신장치(102)로부터 입력된 대국의 GPS신호와 운용자의 입력으로부터 대국의 안테나를 추적하기 위한 대국정보를 생성하고, 자동정렬 유지 고장시는 수동조작부(171)는 부제어기(150)로 수동조작신호를 제공하며, 각도지시 및 수동조정부(172)는 각도를 표시함과 아울러 수동모드에서 운용자의 조작에 따라 수동으로 안테나의 방향을 조정할 수 있게 한다.

저역통과필터(176)는 신호레벨 변동감지부(177)와 안테나 마스트 자이로 센서(174)의 감지신호가 변조부(175)에서 변조된 신호를 입력받아 필터링된 출력을 주제어기(140)와 부제어기(150)로 제공한다.

수평 액츄에이터(120)는 수평 드라이브 앰프(126)와 수평감속모터(122), 수평 각도센서(124)로 구성되어 부제어기(150)의 수평 각도 제어신호에 따라 안테나의 수평각도를 조정하고, 수직 액츄에이터(110)는 수직 드리이브 앰프(116)와 수직 감속모터(112), 수직 각도센서(114)로 구성되어 부제어기(150)의 수직 각도 제어신호에 따라 안테나의 수직각도를 조정한다. 여기서, 자동 고장시는 수동모드로 절체 후 수평 드라이브 앰프(126)와 수직 드라이브 앰프(116)는 각도 지시 및 수동 조정부(172)의 수동조정부의 입력에 따라 수동 운전시에 안테나의 방향을 수동으로 조정할 수 있게 한다.

주제어기(140)는 대국정보생성부(105)의 출력과 비행체 추적 경우 모노펄스수신기(130)의 출력, GPS 수신기(16)의 출력, 저역통과필터(176)의 출력을 입력받아 주사/추적 알고리즘 계산부(142)와, 전체 회전지시 명령부(144)로 구성된다.

부제어기(150)는 수평각도센서(124)와 수직각도센서(114), 베이스 자이로 센서(173), 저역 필터링된 신호레벨감지부(177)의 신호와 안테나 마스트 자이로센서 (174)신호를 입력받아 각도를 지시하고, 피드백신호를 생성하는 감지 및 피드백신호 처리부(154)와, 전체 회전지시 명령부(144)의 출력과 감지 및 피드백신호 처리부(154)의 피드백신호를 입력받아 대국 지향 제어신호를 생성하는 대국 지향 제어신호처리부(152)와, 자동모드에서 대국 지향 제어신호 처리부(152)의 자동제어신호에 따라 모터(112,122)의 회전제어신호를 생성하거나 수동모드에서 수동조작부(171)의 입력에 따라 모터의 회전제어신호를 생성하는 모터회전제어부(156)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 안테나 자동 정렬 유지장치(100)는 자국(10)이 고정 정지 상태에서 대국이 이동국(20-1)이거나 고정국(20-2)인 경우, 안테나 장치에 부착된 GPS 수신장치(16)에서 GPS 수신신호(경도, 위도, 고도)를 주제어기(140)에 입력하고, 대국의 정보신호(GPS 경도, 위도, 고도, 주파수, 출력 등)도 입력하여 자동으로 주사 추적 알고리즘 계산해서 전체 수직각, 회전 수평각, 회전 수평각 회전 지시 명령하여 부제어기(150)로 보내면 목표(대국)의 수직축각, 수평축각 계산해서 모터 콘트롤 알고리즘에 따라 계산해서 모터 회전 제어부(156)에서 명령하여 안테나 수직 회전 드라이브 앰프(116)를 동작하게 하여 감속모터(112) 동작시키고, 또 수평 수평 드라이브 앰프(126) 동작하게 하여 감속모터(122) 동작시켜서 안테나 복사 방향이 대국과 일치하게 한다.

위와 같이 하여 1차 자국과 대국이 지향화되면, 자국(10)은 박스 스캔하여 정밀 추적하게 하고, 임시 정지시키면 대국은 주사 스캔하여 자국 정밀 추적 안정화 유지하게 한다. 이 경우 대국(20-1,20-2)도 자국과 같이 동일한 추적 장비 구성하게 한다. 그래서 자국과 대국 또는 대국과 자국 역할을 몇번 교체하면서 자동 정렬 추적하여 통신 안정화 정렬 유지하게 한다.

한편, 대국(20-3)이 이동비행체 추적할 경우, 모노펄스 피드(101)를 추가로 부착해서 수신신호합신호(Σ), 수평차신호(△Az), 수직차신호(△El)를 각각 인출하여 저잡음 증폭하여 별도 부착한 모노펄스 수신기(130)에 입력한 후 추적신호를 ACU(140)에 입력하여 수직/수평 모노펄스 추적되게 한 후, 수평/수직 구동 앰프(116,126)와 감속모터(112,122)를 회전토록 부제어기(150)에서 수직 구동앰프(116)나 수평 구동앰프(126)를 동작하도록 명령한다. 이에 따라 이동 비행체(20-3)를 자동으로 추적하게 하여 이동 비행체와 음성 및 데이터 통신 가능하게 할 수 있다. 또한 비행체가 무인기의 경우 콘트롤신호 보내서 지상에서 명령 지시 운전할 수 있다.

모노펄스 혼(101) 구성은 도 4에 도시된 바와 같이, 부반사판(101a) 전면에 단일 개구면(101c) 원형(또는 사각형) 부착 후 곧 4분배 도파관(101d)을 부착해서 안테나 후면까지 급전 후 모노펄스 카플러 부착해서 수신신호합신호(Σ), 수평차신호(△Az), 수직차신호(△El) 인출하여 증폭한 후 모노펄스 수신기(130)와 ACU(140)에 입력하여 자동 추적 탐색한다. 비행체가 아닌 지상대국의 경우 단일 혼으로 교체하여 자동 방향 조정 정렬한다.

도 6은 본 발명에 따라 마스트 외부 환경 풍속에 의한 신호레벨 변동시 자동으로 다시 추적하여 안정화시키는 절차를 도시한 순서도이다.

도 6을 참조하면, 자동 제어 콘트롤하는 도중 외부 환경에 의한 자세 변화시, 수시로 안정화함에 있어서 안테나 정렬 유지기(100)가 시설된 마스트가 외부 환경 풍압 등에 의해서 움직일 경우, 안정화 추적 정렬 유지해야 하므로 안테나 회전 모터에 부착한 변동된 수직/수평 각도센서(114,124)와 안테나 정렬 유지기 베이스에 자세 방위각 센서에 의한 자세, 요동, 피치, 롤, 요 신호와 자이로신호를 입수하여 BOX SCAN 알고리즘, 라스터 스캔 알고리즘, 스텝 트랙 알고리즘과 사용자의 신호 중에서 선택해서 기준 앵글을 정하고, 각도 오차신호 인출해서 총합성 위치오차를 계산해서 속도 전압 조절해서 수평/수직 모터 구동장치 명령해서 감속모터를 회전시켜서 안정화 추적한다.

다시 도 6을 참조하면, 지지대(14)가 외부 환경의 풍압, 차량 진동 등에 의해 흔들리면, 이에 따른 안테나 회전축 자세, 수직각 센서, 수평각센서의 피치, 롤, 요 성분의 각도 데이터 변동분을 획득한 후, 역기구학식 또는 정기구학식 등 통해 타겟(대국) 지향하기 위해서 마스트의 피치, 롤, 요 각의 변동된 값을 보상하는 목표 지향각 계산하고, 운용자가 자동 정렬유지하면서 입력한 각도, 사각 박스 스캔, 라스터 스캔, 스텝, 트랙 신호등 선택한다(S101~S105).

이어서 원하는 각도로 이동하기 위해서 큰 각도 범위를 나누어 주기 위해 수직각 센서와, 수평각 센서에서 입력되는 값과 거의 같은 형태로 100Hz마다 0.1~0.05 등분하여 목표 Az, El 각도치와 일치되게 하여 입력한다(S106~S110). 이때 위치 오차값은 다음과 같이 산출한다. 즉, 정 또는 역 기구학식을 이용해 산출한 목표각에 운용자가 선택한 신호 즉, 사각 나선주사(박스 스캔), 라스터 주사, 스텝 추적해서 취득한 최대신호를 작은 각으로 분해하여 가감산기(S110)에 입력하고, 안테나 지지대 회전체의 수평/수직 각도센서 출력을 피드백하여 가감산기(S110)에 입력하여 값 계산해서 포지셔너 오차 검출하여 속도신호계산하여 위치오차 에러에 취득 전력 곱하고, 여기에 위치오차 총합산한 후 취득 전력을 곱한 수치를 더해서 합성기(S113)에서 속도조절신호와 합성 후 디지털 아날로그 변환, 감속 모터 드라이브 앰프 구동해서 안테나 수직/수평 회전 콘트롤하게 한다(S114~S118).

수평 수직 감속기(H.V) 안테나 회전축에 부착한 각도 센서(114,124)는 각각 가감산기(S110)에 피드백 전달하여 감해서 오차 에러 검출하게 한다. 위와 같이 하여 에러오차신호가 없어지면 회전 중지하여 안정화를 유지하고, 통신을 가능하게 한다.

상기에서 자세 안정화 기능은 자동정렬유지, 초기화 끝남과 동시에 고정 유지기능을 제외한 모든 운영 모드에서 자세 불안정 경우에는 연동 시행 가능하며, 자동 정렬 수행하는 모든 드라이브 앰프, 각도센서, 방향각 센서와 공동으로 연동한다.

또한 수동방향 조정기능은 위 모든 자동 정렬 안정화 기능이 고장으로 인한 동작 불능시 수직.수평 구동 드라이브 앰프를 수동으로 절체 후, 운용자들의 각각 자국, 대국 방향 설정한 각으로 절체 후 운용자들의 각각 자국 대국 방향 설정한 각으로 모터 구동시켜서 안테나 방향 조정하게 할 수 있다.

이 경우 수동으로 박스 스캔, 라스터 스캔으로 구동 가능하게 하며, 안테나 방향 조향 조정 가능하게 할 수도 있다.

도 7은 본 발명에 따라 자국과 대국이 자동으로 안테나 지향신호를 탐색 및 추적하여 통신을 안정화시키는 절차를 도시한 순서도이다.

도 7을 참조하면, 초기화 기능 단계(S201)에서는 전원 인가하고 자동화 장치의 운용 동작에 필요한 하드웨어 소프트웨어 상태의 초기화 시험한다. 자국과 대국 GPS 수신장치의 신호 수신하여 자국(대국)의 위치(고도, 위도, 경도) 입력 저장하고, 자국의 안테나 지향각 상태 수평각, 수직각 방위각 센서로부터 입력 저장한다(S202~S204).

위와 같은 정보를 별도 무선 전송장치 또는 기타 일반통신장치로 대국에 전송한다.

위 초기화 기능이 완성되면, 자국과 대국간 1차 선택을 운용자에 의해 정하고, 자국 대국의 각각의 위치정보와 방위각 센서 블록에 의해 획득된 자국 안테나 경도, 위도, 고도와 방향각, 앙각과 대국 경도, 위도, 고도를 소프트웨어(SW)로 자동 계산하여 대국 방향각과 앙각을 계산한다.

위 계산에 의한 자국 회전 모터를 자동 회전 지향하게 하여 대국에 방향각, 앙각 맞추고, 자국 상태를 대국에 전파 전송하고 임시로 대국은 역할을 정지한다. 대국은 임시 자국화하고, 위와 같이 자국 대국 역활한 방향으로 방위각, 앙각 계산하여 자동회전 지향하게 한다.

자동정렬(안정화기능)은 자동 지향기능 하였지만 GPS센서 오차, 자세방위각 센서와 자이로센서 오차, 기설정된 오차 등에 의한 오차 때문에 정밀 지향이 안되어 자동 정확한 자동정렬 기능을 수행해야 한다.

자동정렬기능 수행함에 자국(마스터)기능 또는 대국(슬레이브)기능을 수행하게 된다. 자국 기능을 할 경우 박스 스캔을 하여 안테나 대국 예상 후 정방향을 정하고, 예상 오차를 좌우 수평 +/-5~10도를 상하 간격으로 나선 주사 여러 횟수 반복 주사한다(S205,S206). 이러한 추적 스캔 도중 최대신호 레벨이 나타나면 이 신호 방향으로 임시 회전체를 고정시키고, 즉시 대국으로 보내서 대국에서도 추적 스캔하게 지시한다(S209~S211).

위와 같이 박스 스캔, 라스터 스캔 탐색하여 최대 정밀 신호 획득했으나 보다 더 높은 신호 탐색 추적 또는 외부 환경 변화 등에 의한 신호세기 저하의 경우 최대 신호레벨 추적을 향해 회전시키는 스텝 추적을 실행한다. 스텝 추적은 수평/수직 각각 신호 세기가 증가하는 방향으로 계속 동작하다가 최대점에서 전파신호가 감소되면 다시 신호 상승되는 쪽으로 모터를 회전시켜서 안테나 회전하게 반복하는 추적 방식이다. 위와 같이 해서 통신 신호레벨이 최대 레벨로 변동하지 않고, 안정화되면 통신운영을 유지하게 한다.

여기서, 박스 스캔과 라스터 스캔을 상출하면, 박스 스캔은 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 수직상하, 수평좌우 순차적으로 나선식으로 좁히면서 회전 주사하여 목표신호 찾는 방식이며, 라스터 스캔은 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 수직으로는 각이 넓게 상하 주사하고 수평으로는 순차적으로 각도 작게 주사하여 목표신호를 찾는 방식이다.

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

101: 모노펄스 피드혼 102: 수신장치
105: 대국정보생성부 110: 수직 액츄에이터
112: 수직 감속모터 114: 수직 각속도 센서
116: 수직 구동 앰프 120: 수평 액츄에이터
122: 수평 감속모터 124: 수평 각속도센서
126: 수평 구동앰프 130: 모노펄스 수신기
140: 주제어기(ACU) 142: 주사/추적 알고리즘 계산부
144: 전체회전지시 명령부 150: 부제어기(PCU)
152: 대국지향제어신호처리부 154: 감지 및 피드백신호 처리부
156: 모터회전제어부 171: 수동조작부
172: 각도지시 및 수동조정부 173: 베이스 자이로센서
174: 안테나 마스트 자이로센서 175: 변조부
176: 저역통과필터 177: 신호레벨변동감지부
310: DATA 송신장치 312: 고출력증폭기
314: 다이플랙서 320: 데이터 수신장치
322: 저잡음증폭기 324: 디먹스

Claims

초고주파 통신함에 있어서 이동체에 탑재한 통신장비와 지향성 안테나 자동 방향조정 장치 부착 대국 향 자동 조정 통신함에 있어서,
운용자의 입력이나 수신 데이터로부터 대국위치 정보를 생성하는 대국정보 생성부;
자국. 대국 GPS신호를 수신하기 위한 GPS 수신기;
자국의 안테나 자세를 감지하기 위한 자이로센서;
신호레벨의 변동을 감지하기 위한 신호레벨 변동 감지부;
자동 조종장치 고장시 수동모드에서 안테나 방향을 수동으로 조작하기 위한 수동조작부;
자동 또는 수동 수직 회전 명령에 따라 안테나의 지향방향을 수직으로 조정하는 수직 액츄에이터;
수평 회전 명령에 따라 안테나의 지향방향을 수평으로 조정하는 수평 액츄에이터;
상기 대국정보 생성부와 상기 GPS 수신기 및 상기 신호레벨 변동감지부로부터 신호를 입력받아 자국의 안테나가 대국 안테나의 방향과 일치하도록 자동으로 수평/수직 회전 지시를 출력하는 주제어기; 및
자동제어 고장시 수동모드에서 상기 수동조작부의 입력에 따라 수동으로 안테나의 방향을 조정하며, 자동모드 운영시 상기 주제어기의 제어명령과 상기 자이로 센서들의 감지신호를 입력받아 상기 수직 액츄에이터와 상기 수평 액츄에이터를 자동 방향 구동 제어하는 부제어기를 포함하는 지향성 무선 통신시스템의 안테나 자동 정렬 유지장치.
제1항에 있어서, 대국이 비행체일 경우, 자국의 안테나에 모노펄스 피드 혼을 구비함에 있어서, 안테나 부반사판 전면에 단일 개구혼을 절연체로 부착 후 1개 개구혼을 4개 도파관으로 분배 안테나 반사판 후면까지 연장하고, 외부는 원형 도체관으로 에워싸 지지하고, 종단에 모노펄스 혼 카플러 부착 구비하고,
수평차신호(Az△), 수직차신호(E_L△), 전체 합신호(Σ)를 입력받아 추적신호를 생성하는 모노펄스 수신기를 더 구비고,
상기 주제어기는
상기 대국정보 생성부의 출력 또는 상기 모노펄스수신기의 출력을 입력받아 자동으로 비행체 방향 추적하는 것을 특징으로 하는 지향성 무선 통신시스템의 안테나 자동 정렬 유지장치.
제2항에 있어서, 상기 주제어기는
상기 대국정보생성부의 출력과 상기 모노펄스수신기의 출력, GPS 수신기의 출력, 저역통과필터의 출력을 입력받아 소정의 알고리즘에 따라 추적신호를 생성하는 모노펄스 추적 알고리즘 계산부와,
상기 모노펄스 추적 알고리즘부의 출력에 따라 자국의 안테나와 대국의 안테나 방향이 자동으로 정렬되도록 수평/수직 회전명령을 생성하는 전체 회전지시 명령부로 구성된 것을 특징으로 하는 지향성 무선 통신시스템의 안테나 자동 정렬 유지장치.
제1항에 있어서, 상기 부제어기는
수평 각도센서와 수직 각도센서, 베이스 자이로 센서, 저역 필터링된 신호레벨감지부의 신호와, 안테나 마스트 자이로센서 신호를 입력받아 각도를 지시하고, 피드백신호를 생성하는 감지 및 피드백신호 처리부와,
상기 감지 및 피드백신호 처리부의 피드백신호를 입력받아 대국 지향 제어신호를 생성하는 대국 지향신호처리부와,
자동모드에서 상기 대국 지향 제어신호 처리부의 자동제어신호에 따라 모터의 회전제어신호를 생성하거나 자동모드 고장시 수동모드로 절체하고 수동모드에서 상기 수동조작부의 입력에 따라 모터의 회전제어신호를 생성하는 모터 회전 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 지향성 무선 통신시스템의 안테나 자동 정렬 유지장치.
전원이 인가되면, 자국과 대국의 GPS수신기로부터 자국과 대국의 위치정보를 입력받고, 자국의 안테나 지향각 상태와 수직각 센서, 수평각 센서, 방위각 센서로부터 감지값을 입력받아 저장하는 초기화 단계;
자국과 대국이 1차 안테나 방향을 자동으로 회전하는 지향 단계;
자국이 박스 스캔하여 정밀 추적한 후 임시 정지하면, 대국이 라스터 스캔하여 자국을 정밀 추적하여 자동 정렬을 유지하는 안정화 단계; 및
안정화된 후 신호레벨 변동이 생기면 스텝 트래킹하여 자국와 대국의 방향을 지속적으로 안정화시키는 단계를 포함하는 지향성 무선 통신시스템의 안테나 자동 정렬 유지 방법.
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