KR101573861B1 - 표적위치 추적기의 구동 신호 발생 장치 - Google Patents

표적위치 추적기의 구동 신호 발생 장치 Download PDF

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Abstract

표적위치 추적기의 구동 신호 발생 장치를 공개한다. 본 발명은 수광부, 지향 조절부, 적외선 검출기 및 코일 조립체를 포함하는 표적위치 추적기의 구동 신호 발생 장치에 있어서, 입사된 적외선에 응답하여 적외선 검출기에서 생성된 광전류를 전압 신호로 변환하는 임피던스 변환 증폭기, 전압 신호를 이득 제어 신호에 따라 증폭하여 MCPA 신호를 생성하는 이득 증폭부 및 MCPA 신호를 인가받아 디지털 신호로 변환하고, 변환된 MCPA로부터 이득 제어 신호를 획득하고, 기설정된 방식으로 표적과의 추적 오차를 계산하며, 수광부의 회전을 감지하기 위해 코일 조립체에 구비되는 기준 코일에서 인가되는 RC 신호를 기설정된 방식으로 변환하여 디지털 신호인 참조 신호를 생성하며, 계산된 추적 오차를 참조 신호로 변조하여 구동 신호를 생성하는 디지털 변조부를 포함한다.

Description

표적위치 추적기의 구동 신호 발생 장치{APPARATUS FOR GENERATING DRIVE SIGNAL OF INFRARED TARGET TRACKER}
본 발명은 표적위치 추적기의 구동 신호 발생 장치에 관한 것으로, 특히 디지털 추적 오차각 계산 및 변조 기법을 이용하는 표적위치 추적기의 구동 신호 발생 장치에 관한 것이다.
표적위치 추적기는 적외선 감지 센서와 같은 적외선 검출기를 구비하여, 적외선이 입사되면 광전 변환하여 전기적인 신호인 검출 신호로 변환하고, 검출 신호를 분석하여 표적의 위치정보를 생성하는 장치를 말한다.
도1 은 종래의 표적위치 추적기를 설명하기 위한 도면이다.
도1 의 (a)에 도시된 바와 같이 일반적으로 표적위치 추적기는 수광부(1), 지향 조절부(2), 적외선 검출기(미도시) 및 코일 조립체(3)를 포함한다.
먼저 수광부(1)는 표적위치 추적기로 입사되는 적외선이 적외선 검출기에 집광되도록 입사된 적외선을 굴절 및 반사시키는 광학계로 구성된다. 그리고 광학계는 롤(Roll)축 방향으로 고속 회전하는 회전 광학계로 구현된다. 고속으로 회전하는 회전 광학계는 큰 운동량을 갖게 됨으로써, 외란에도 안정적으로 지향 방향을 유지하며 표적을 포착 및 추적할 수 있다. 이와 같이 회전 광학계를 고속으로 회전시켜 자세를 안정화시키는 기법을 자이로 기법이라 하며, 자이로 기법이 적용된 회전 광학계를 광학 자이로라고도 일컫는다. 이때 수광부(1)는 자성체를 구비하여 코일 조립체(3)에서 생성된 자기장에 응답하여 회전한다. 수광부(1)의 자성체는 통상적으로 자석거울로 구현된다.
적외선 검출기는 적외선을 감지할 수 있는 적어도 하나의 센서를 구비한다. 기존의 표적위치 추적기에서 적외선 검출기는 (b)에 도시된 바와 같이 바(bar) 형태의 하나의 센서(sr)를 구비하고, 바 형태의 센서를 회전함으로써, 표적의 위치를 판별한다. 센서가 1회전하는 동안 1개의 표적에 대해 검출 신호가 1회 발생하고, 검출 신호가 발생하는 위상과 센서의 회전 각도를 이용하여 표적의 방향을 판별할 수 있고, 검출 신호의 폭을 이용하여 표적의 위치에 대한 표적위치 추적기의 지향 방향의 편차를 판별할 수 있다. 즉 표적의 추적 방향에 따라 검출 신호의 발생 위치가 가변되며, 표적을 추적하는 추적 오차에 따라 검출 신호의 신호 폭이 가변된다.
(b)에서 표적(T2)에 비해 추적오차가 큰 표적(T1)에 대한 검출 신호의 폭이 더 좁게 나타남을 확인할 수 있다.
기존의 표적위치 추적기에서 적외선 검출기는 수광부(1) 내에 배치되며, 수광부(1)가 회전 광학계로 구현되어 회전하는 경우, 수광부(1)와 함께 회전하도록 구성된다.
다만 (b)에 도시된 바와 같이, 바 형태의 하나의 센서를 회전하여 표적을 검출하는 경우, 표적이 표적위치 추적기의 지향방향 중심 축상에 위치하면, 센서가 표적을 검출하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
그리고 지향 조절부(2)는 2축 짐벌 등으로 구현되어, 피치(picth)축 및 요(yaw)축방향으로 회전 가능하도록 구현되며, 수광부(1)가 결합되어 수광부(1)의 지향 방향을 조절한다.
코일 조립체(3)는 표적위치 추적기의 신호처리부에서 인가되는 구동 신호(drive signal)에 응답하여 자기장을 생성하는 구동 코일(drive coil)을 구비한다. 코일 조립체(3)의 구동 코일이 구동 신호에 응답하여 자기장을 생성하면, 자성체를 구비하는 수광부(1)는 생성된 자기장에 따라 회전한다.
이때 구동 신호는 정현파의 형태로 인가되고, 구동 신호의 신호 크기가 클수록 회전 광학계의 회전력이 강해지며, 구동 신호의 위상 변화에 따라 회전 광학계에 구동 운동이 발생되어 지향 조절부(2)에 결합되는 수광부(1)가 피치 및 요축 방향으로 회전한다. 즉 구동 신호는 표적위치 추적기의 지향 방향을 조절한다.
기존의 표적위치 추적기에서 구동 신호는 기본적으로 표적의 각속도 정보를 획득하여 생성되며, 표적에 대한 최대 추적률을 결정하는 신호이다. 표적위치 추적기의 최대추적율이 클수록 표적위치 추적기가 고속으로 이동하는 표적을 추적하는 성능이 향상된다.
도2 는 기존의 표적위치 추적기에서 구동 신호 발생 장치의 구성을 나타낸다.
도1 을 참조하여 기존의 표적위치 추적기에서 구동 신호 발생 장치의 구성을 설명하면, 먼저 검출기(DT)는 수광부(1)에서 집속되어 인가된 적외선을 감지하여 광전류를 생성한다. 생성된 광전류는 임피던스 변환 증폭기(TIA : Trans-Impedance Amp)로 인가되어 전압 신호로 변환 증폭된다. 임피던스 변환 증폭기(TIA)에서 출력되는 전압 신호의 일예는 도1 의 (b)에 도시되어 있다.
임피던스 변환 증폭기(TIA)에서 전압 신호로 변환된 검출 신호는 제1 자동 이득 조절기(AGC1)로 인가된다. 제1 자동 이득 조절기(AGC1)는 임피던스 변환 증폭기(TIA)에서 인가되는 검출 신호의 이득을 1차로 조절하며, 검출 신호 내에 표적 및 표적위치 추적기 주변의 적외선에 의해 생성된 잡음 성분을 제거하여 MCPA 신호를 제2 자동 이득 조절기(AGC2)로 전송한다.
이때 제1 자동 이득 조절기(AGC1)은 미분 및 감쇠기(DFA)를 구비하여 검출 신호에 포함된 광전류의 직류 성분과 표적의 배경 및 표적위치 추적기의 주변에서 인가된 잡음 성분인 저주파의 클러터(clutter) 신호를 제거한다.
제2 자동 이득 조절기(AGC2)는 제1 자동 이득 조절기(AGC1)로부터 MCPA 신호를 인가받아 2차로 이득 조절하여 AGCMC 신호를 출력한다.
필터부(FT1)는 제1 자동 이득 조절기(AGC1)에서 1차 미분된 AGCMC 신호에 대해 2차 미분 및 3차 미분하고, 정현파에 근사한 형태가 되도록 하는 미분 및 필터로서 동작한다. 그리고 위상 천이기(PS : Phase Shifter)는 수광부(1)의 자이로 운동 방향과 구동 신호의 위상이 일치하도록 조정한다. 제1 증폭기(Amp1)는 위상 천이기(PS)에서 출력되는 신호를 증폭하고, 제2 밴드 패스 필터(BPF2)는 위상 천이기(PS)에 의해 위상 천이 시에 발생하는 신호 파형의 일그러짐을 보상하여 정현파 형태의 구동 신호를 출력하는 구동 필터로 기능한다.
도3 은 도2 의 구동 신호 발생 장치에서 광전류 변화에 대한 AGCMC 신호의 특성을 나타낸다.
도3 에 도시된 바와 같이 광전류에 대한 AGCMC 신호 변화의 특성은 A ~ D의 4개 구간으로 구분될 수 있다. A 구간은 광전류의 세기가 고착문턱값(Lock-on Threshold) 미만으로 미약하여 제1 및 제2 자동 이득 조절기(AGC1, AGC2)가 이득 조절 동작을 수행하지 않고, 최대 이득으로 동작하는 영역으로 광전류의 세기에 비례하여 구동 신호가 발생한다. 구동 신호가 광전류에 비례하여 생성됨에 따라 광전류의 세기가 작아지면 구동 신호의 세기가 함께 작아져서 수광부(1)를 원활하게 회전시킬 수 없어 표적위치 추적기의 최대추적률에 성능 저하가 발생한다.
B 구간은 광전류의 세기가 원거리 표적을 추적할 수 있는 기준값인 고착 문턱값 신호이상인 영역으로 제2 자동 이득 조절기(AGC2)가 동작하여 이득을 조절한다. 그리고 C 구간은 광전류의 세기가 B 구간에 비해 더욱 커짐에 따라 제2 자동 이득 조절기(AGC2)뿐만 아니라 제1 자동 이득 조절기(AGC1)가 함께 이득 조절 동작을 수행한다. 즉 B 구간 및 C 구간은 제1 및 제2 자동 이득 조절기(AGC1, AGC2)가 광전류의 세기에 대한 구동 신호의 세기가 적정 수준으로 생성되도록 조절하는 역할을 수행하여 표적위치 추적기의 최대추적률에 대한 성능저하 없이 표적을 추적할 수 있도록 한다.
마지막으로 D 구간은 표적위치 추적기가 근거리 표적을 검출할 수 있는 기준값인 근접 영역값(near Zone)보다 광신호의 세기가 커서 제1 및 제2 자동 이득 조절기(AGC1, AGC2)에 의해 조절되지 않는 포화 구간으로, 제1 및 제2 자동 이득 조절기(AGC1, AGC2)가 최소 이득으로 동작하더라도 로우 패스 필터나 밴드 패스 필터 등으로 구성되는 회로의 미분 특성에 의한 신호 왜곡이 발생하여 최대추적률 성능의 저하가 발생한다.
기존의 표적위치 추적기에서 표적이 원거리에 있어 광전류의 세기가 고착 문턱값 이하인 경우에 최대추적률이 20 ~ 30%까지 저하되며, 신호의 크기가 매우 큰 근접영역값 이상에서는 최대추적률이 40%까지 저하되는 특성을 나타낸다.
결과적으로 도3 에서 A 구간 및 D 구간은 아날로그 회로로 구성되는 도2 의 구동 신호 발생 장치의 선형 동작 범위를 벗어나게 되어 최대추적률 성능의 저하를 유발하는 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2002-0040012호(2002.05.30.공개)
본 발명의 목적은 광전류의 세기가 고착문턱값 미만의 영역에서나 근접영역값을 초과하는 영역에서도 구동 신호가 선형적으로 가변되도록 하여 최대추적률 성능이 가능한 일정하게 유지되도록 하는 표적위치 추적기의 구동 신호 발생 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 표적위치 추적기의 구동 신호 발생 장치는 수광부, 지향 조절부, 적외선 검출기 및 코일 조립체를 포함하는 표적위치 추적기의 구동 신호 발생 장치에 있어서, 입사된 적외선에 응답하여 상기 적외선 검출기에서 생성된 광전류를 전압 신호로 변환하는 임피던스 변환 증폭기; 상기 전압 신호를 변조부로부터 전송되는 이득 제어 신호에 따라 증폭하여 MCPA 신호를 생성하는 이득 증폭부; 및 상기 MCPA 신호를 인가받아 디지털 신호로 변환하고, 변환된 상기 MCPA 신호로부터 이득 제어 신호를 획득하고, 기설정된 방식으로 표적과의 추적 오차를 계산하며, 상기 수광부의 회전을 감지하기 위해 상기 코일 조립체에 구비되는 기준 코일에서 인가되는 RC 신호를 기설정된 방식으로 변환하여 디지털 신호인 참조 신호를 생성하며, 계산된 상기 추적 오차를 상기 참조 신호로 변조하여 구동 신호를 생성하는 상기 변조부; 를 포함한다.
상기 변조부는 상기 MCPA 신호와 상기 RC 신호를 인가받아 각각 디지털 신호로 변환하는 제1 및 제2 AD 컨버터; 디지털 신호로 변환된 상기 MCPA 신호를 인가받아, 상기 추적 오차를 계산하고, 디지털 신호로 변환된 상기 RC 신호를 인가받아 상기 참조 신호를 생성하며, 상기 추적 오차를 상기 참조 신호를 곱하여 디지털 구동 신호를 생성하는 디지털 변조 신호처리부; 및 상기 디지털 구동 신호를 아날로그 신호로 변환하여 상기 구동 신호를 출력하는 DA 컨버터; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 디지털 변조 신호처리부는 디지털 신호로 변환된 상기 MCPA 신호를 인가받아, 상기 추적 오차를 계산하고, 상기 이득 증폭부가 상기 MCPA 신호를 생성하기 위한 이득을 결정하는 상기 이득 제어 신호를 출력하는 신호처리부; 및 디지털 신호로 변환된 상기 RC 신호를 인가받아, 상기 RC 신호의 주파수와 위상을 검출하고, 검출된 상기 RC 신호의 주파수와 위상에 대응하는 참조 신호를 생성하며, 상기 신호처리부에서 인가되는 상기 추적 오차와 상기 참조 신호를 곱셈 연산하여 상기 디지털 구동 신호를 생성하는 디지털 변조부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 신호처리부는 계산된 상기 추적 오차를 XY 평면상의 좌표값 형태로 변환하여, X오차값과 Y오차값을 각각 상기 디지털 변조부로 전송하는 것을 특징특징으로 한다.
상기 디지털 변조부는 각각 디지털 신호로 변환된 상기 RC 신호를 인가받고, 인가된 상기 RC 신호를 기설정된 변환 테이블에 따라 서로 90도의 위상차 값을 갖는 디지털 신호인 2개의 상기 참조 신호로 변환하는 2개의 RC 변환 테이블; 상기 X오차값과 2개의 상기 참조 신호 중 대응하는 참조 신호를 곱셈 연산하여 위상차에 대응하는 신호가 출력되도록 디지털 변조하는 제1 곱셈기; 상기 Y오차값과 2개의 상기 참조 신호 중 대응하는 참조 신호를 곱셈 연산하여 위상차에 대응하는 신호가 출력되도록 디지털 변조하는 제2 곱셈기; 및 상기 제1 및 제2 곱셈기의 출력 신호를 인가받아 합성하여 상기 디지털 구동 신호를 생성하는 합성기; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이득 증폭부는 상기 임피던스 변환 증폭기에서 인가되는 상기 전압 신호를 미분하여 클러터 신호를 제거하는 미분기; 및 상기 신호처리부에서 인가되는 이득 제어 신호에 응답하여 상기 미분기에서 인가되는 신호를 증폭하여 상기 MCPA 신호를 출력하는 자동 이득 조절 증폭기; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 표적위치 추적기의 구동 신호 발생 장치는 광전류가 변환되어 인가되는 MCPA 신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 신호를 디지털로 변조하여 구동 신호를 생성한다. 특히 광전류가 고착문턱값 미만이거나, 근접영역값을 초과하는 경우에, 광전류의 세기에 무관하게 추적 오차를 계산하고 추적 오차에 따라 구동 신호를 생성함으로써, 표적위치 추적기의 최대추적률 성능의 저하가 최소화되도록 할 수 있다.
도1 은 종래의 표적위치 추적기를 설명하기 위한 도면이다.
도2 는 기존의 표적위치 추적기에서 구동 신호 발생 장치의 구성을 나타낸다.
도3 은 도2 의 구동 신호 발생 장치에서 광전류 변화에 대한 AGCMC 신호의 특성을 나타낸다.
도4 는 본 발명의 표적위치 추적기의 구조를 나타낸다.
도5 는 도4 의 표적위치 추적기의 적외선 검출기 구조 및 표적 감지 개념을 나타낸다.
도6 은 도4 의 표적위치 추적기의 기준 코일을 설명하기 위한 도면이다.
도7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적위치 추적기에서 구동 신호 발생 장치의 구성을 나타낸다.
도8 은 도7 의 디지털 변조 신호처리부의 상세 구성을 나타낸다.
도9 는 도8 의 디지털 변조 신호처리부 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도10 은 기존의 구동 신호 발생 장치와 본 발명에 따른 구동 신호 발생 장치에서 생성되는 구동 신호를 비교하여 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도4 는 본 발명의 표적위치 추적기의 구조를 나타낸다.
도4 의 표적위치 추적기는 도2 의 표적위치 추적기와 마찬가지로 수광부(10), 지향 조절부(20), 적외선 검출기(40) 및 코일 조립체(30)를 포함한다. 도4 에서 (a)는 수광부(10)와 지향 조절부(20)의 결합 구조를 나타내며, (b)는 수광부(10)와 지향 조절부(20)이 결합된 상태를 나타낸다. 그리고 (c)는 수광부(10)가 피치나 요축 방향으로 회전한 상태의 탐색기를 나타낸다.
도4 의 표적위치 추적기에서 수광부(10)와 지향 조절부(20) 및 코일 조립체(30)는 기존의 표적위치 추적기의 수광부(1)와 지향 조절부(2) 및 코일 조립체(3)와 유사하게 동작한다. 즉 수광부(10)는 표적위치 추적기로 입사되는 적외선이 적외선 검출기(40)에 집광되도록 입사된 적외선을 굴절 및 반사시키는 광학계로 구성되며, 코일 조립체(30)에서 인가되는 자기장에 응답하여 롤축(도4 에서는 X축 방향) 방향으로 고속으로 회전한다. 지향 조절부(20)는 2축 짐벌 등으로 구현되어, 피치축 및 요축 방향으로 회전 가능하도록 구현되며, 수광부(10)가 결합되어 수광부(10)의 지향 방향을 조절한다. 그리고 코일 조립체(30)는 표적위치 추적기의 구동 신호 발생 장치(미도시)에서 인가되는 구동 신호에 응답하여 자기장을 생성하는 구동 코일을 구비한다. 수광부(10)는 코일 조립체(30)에 의해 생성된 자기장에 응답하여 롤축 방향 회전할 수 있도록, 자석거울로 구현되는 자성체를 구비한다.
그러나 도4 의 표적위치 추적기는 도2 의 표적위치 추적기와 달리 적외선 검출기(40)가 수광부(10)에 결합되어 수광부(10)와 함께 회전하는 것이 아니라, 지향 조절부(20)의 상단에 결합되어 수광부(10)가 회전하더라도 회전하지 않도록 고정된다. 다만, 적외선 검출기(40)는 지향 조절부(20)가 피치축 방향(도4 에서는 Y축 방향) 및 요축 방향(도4 에서는 Z축 방향) 회전 시 함께 회전하도록 구성된다. 그리고 수광부(10) 또한 지향 조절부(20)에 결합되어 피치축 방향 및 요축 방향 회전되므로, 비록 수광부(10)와 적외선 검출기(40)가 롤축 방향으로 함께 회전하지 않더라도, 함께 피치축 및 요축 방향으로 회전하여 동일한 지향 방향을 갖게 된다.
도5 는 도4 의 표적위치 추적기의 적외선 검출기 구조 및 표적 감지 개념을 나타낸다.
상기한 도2 의 표적위치 추적기에서 적외선 검출기는 바 형태의 하나의 센서를 구비하고, 센서를 회전함으로써, 표적의 위치를 판별하는 것으로 설명하였다. 그러나 최근 표적위치 추적기의 적외선 검출기(40)는 도5 에 도시된 바와 같이 십자형(+)으로 배치되는 복수개의 센서(sr)를 구비한다.
그리고 적외선 검출기(40)가 십자형으로 배치되는 복수개의 센서(sr)를 구비함에 따라 만일 수광부(10)가 적외선 검출기(40)의 중심에 적외선을 집광하게 되면, 적외선 검출기(40)의 중심에는 센서(sr)가 배치되지 않아 표적을 검출하지 못한다. 이에 도4 의 표적위치 추적기에서 수광부(10)는 적외선을 집광할 때, 기설정 편심 거리만큼 틸팅하여 집광함으로써, 표적이 복수개의 센서(sr)에서 검출될 수 있도록 한다. 상기한 바와 같이 수광부(10)는 고속으로 회전하므로, 집속되는 적외선 또한 도5 에 도시된 바와 같이 십자형으로 배치되는 복수개의 센서(sr)를 회전하면서 검출된다.
그리고 바 형태의 하나의 센서를 구비하는 기존의 표적위치 추적기에서는 표적이 지향 방향 중심축 상에 위치하는 경우, 이를 검출하지 못하였으나, 수광부(10)가 적외선을 틸팅하여 집속하는 도4 의 표적위치 추적기는 표적이 지향 방향 중심축 상에 위치하는 경우, 상단에 배치된 도면과 같이 복수개의 센서(sr)에 표적이 균일하게 검출되어 표적을 용이하게 검출할 수 있다. 그리고 표적이 지향 방향 중심축에서 벗어난 경우에는 하단의 도면과 같이, 복수개의 센서(sr)에 표적이 서로 다른 간격으로 검출되어 표적의 방향을 용이하게 판별할 수 있다. 또한 복수개의 센서(sr)에서 검출되는 검출 신호의 폭을 이용하여 표적의 위치에 대한 표적위치 추적기의 지향 방향의 편차인 추적 오차를 판별할 수 있다.
그리고 도4 의 표적위치 추적기에서도 구동 신호의 크기는 추적 오차에 비례하여 증감되어야 하며, 구동 신호의 위상은 표적의 추적 방향에 따라 가변 되어야 한다.
도6 은 도4 의 표적위치 추적기의 기준 코일을 설명하기 위한 도면이다.
상기한 바와 같이 표적위치 추적기의 수광부(10)는 자석 거울로 구현되는 자성체를 구비하여, 코일 조립체(30)의 구동 코일에서 발생한 자기장에 응답하여 롤축 방향 회전한다. 그리고 표적위치 추적기는 구동 코일에 인가되는 구동 신호의 위상을 조절하여 수광부(10)를 피치축 및 요축 방향으로 회전하고자 할 때, 수광부(10)의 롤축 방향의 회전 각도를 분석할 필요가 있다. 이는 수광부(10)의 자석 거울에서 N극과 S극의 위치를 판별하여, 수광부(10)를 정확한 각도로 회전시킬 수 있도록 하기 위함이다.
이에 코일 조립체(40)는 수광부(10)의 주변으로 기설정된 각도 간격(예를 들면 90도)로 분산 배치되는 복수개의 기준 코일(RC0, RC90)을 구비한다. 기설정된 각도로 분산 배치되는 복수개의 기준 코일(RC0, RC90)은 각각 수광부(10)에 구비된 자석 거울의 N극의 세기를 감지한다. 따라서 수광부(10)가 회전하는 동안 복수개의 기준 코일에서 감지되는 N극의 세기 변화를 분석하면 특정 시점에 수광부(10)의 롤축 방향 회전 각도를 정확하게 판별할 수 있다.
기준 코일(RC0, RC90)은 도6 에 도시된 바와 같이 수광부(10)의 상하 및 좌우에 90도 간격으로 4개로 배치되며, 상하에 배치된 기준 코일(RC90)과 좌우에 배치된 기준 코일(RC0)은 서로 전기적으로 연결된다. 즉 2개의 기준 코일 쌍(RC0, RC90)이 수광부(10)의 상하 좌우에 90도 간격으로 배치됨에 따라 수광부(10)가 회전 시에 N극의 위치를 판별할 수 있다.
기준 코일(RC0, RC90)에서 발생되는 RC0 및 RC90 신호는 표적위치 추적기에서 표적 방향 및 추적 방향을 획득하기 위해 주로 사용되며, 수광부(10)가 100Hz 의 주기로 회전하는 경우, 100Hz의 정현파 형태를 갖는다.
도7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적위치 추적기에서 구동 신호 발생 장치의 구성을 나타낸다.
도7 에서 검출기(DT)는 수광부(10)에서 집속되어 인가된 적외선을 감지하여 광전류를 생성한다. 그리고 임피던스 변환 증폭기(TIA)는 검출기(DT)에서 생성된 광전류를 인가받아 전압 신호로 변환 증폭한다.
미분기(DIF)는 임피던스 변환 증폭기(TIA)에서 변환된 전압 신호를 인가받아 미분한다. 미분기(DIF)는 광전류의 DC 성분과 표적의 주변 및 표적위치 추적기의 주변에서 입력되는 저주파의 클러터 신호를 제거한다. 자동 이득 조절 증폭기(AGC Amp)는 도2 의 자동 이득 조절기(AGC1)에 구비되는 미분 및 감쇠기(DFA)와 달리 MCPA 신호에 응답하여 이득을 조절하는 것이 아니라 변조부(DMU)에 의해 제어된 이득으로 인가된 신호를 증폭한다.
미분기(DIF)와 자동 이득 조절 증폭기(AGC Amp) 및 로우 패스 필터(LPF, LPF1)는 이득 증폭부로서, 변조부(DMU)에 의해 제어된 이득으로 인가된 신호를 증폭하여 MCPA 신호를 출력한다.
변조부(DMU)는 이득 증폭부로부터 MCPA 신호를 인가받아 디지털 신호로 변환하고, 추적 오차를 계산하여, 추적오차에 따라 디지털 신호를 변조하여 구동 신호를 생성한다.
변조부(DMU)는 2개의 AD 컨버터(ADC1, ADC2)와 2개의 DA컨버터(DAC1, DAC2) 및 디지털 변조 신호처리부(DMSP) 를 구비한다.
AD 컨버터(ADC1)는 이득 증폭부에서 인가되는 MCPA 신호를 디지털 신호로 변환하여 디지털 변조 신호처리부(DMSP)로 전달한다. 그리고 AD 컨버터(ADC2)는 도6 에 도시된 기준 코일(RC0, RC90) 중 기준 코일(RC90)에서 인가되는 RC90 신호를 인가받아 디지털 신호로 변환하여 디지털 변조 신호처리부(DMSP)로 전달한다. 경우에 따라서는 RC90 신호가 아닌 RC0 신호를 디지털 변조 신호처리부(DMSP)로 전달하도록 구성될 수 있다.
디지털 변조 신호처리부(DMSP)는 디지털 신호로 변환된 MCPA 신호로부터 표적에 대한 추적 오차각을 계산하고, 계산된 추적 오차각과 디지털 신호로 변환된 RC90에 대해 곱셈 연산을 함으로써, 위상차 신호를 생성한다. 디지털 변조 신호처리부(DMSP)의 상세한 구성은 후술하도록 한다.
DA 컨버터(DAC2)는 디지털 변조 신호처리부(DMSP)에서 생성된 위상차 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 밴드 패스 필터(BPF)는 DA 컨버터(DAC2)의 출력 신호에 일그러짐을 보정하여 정현파 형태의 구동 신호를 출력하는 구동 필터로 기능한다.
도8 은 도7 의 디지털 변조 신호처리부의 상세 구성을 나타낸다.
도7 을 참조하여 도8 의 디지털 변조 신호처리부(DMSP)를 설명하면, 디지털 변조 신호처리부(DMSP)는 디지털 신호처리부(DSP) 및 디지털 변조부(DMPC)를 로 구성된다. 디지털 신호처리부(DSP)는 기존의 표적위치 추적기에서도 구비되는 일종의 제어부로서 MCPA 신호를 인가받아 기설정된 방식으로 추적 오차각(표적의 위치와 표적위치 추적기의 지향 방향 오차)를 계산한다. 그리고 디지털 신호처리부(DSP)는 계산된 추적 오차각을 XY 평면상의 좌표값(ΔX, ΔY)형태로 변환하고, X오차값(ΔX)과 Y오차값(ΔY)을 구분하여 각각 디지털 변조부(DMPC)의 제1 곱셈기(MUL1) 및 제2 곱셈기(MUL2)출력한다. 또한 디지털 신호처리부(DSP)는 이득 증폭부의 자동 이득 조절 증폭기(AGC Amp)로 AGC 제어 신호를 인가하여, 자동 이득 조절 증폭기(AGC Amp)가 광전류의 세기에 따라 디지털 신호처리부(DSP)에 의해 제어되는 이득으로 증폭하도록 한다.
한편, 디지털 변조부(DMPC)는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 등으로 구현될 수 있다. 디지털 변조부(DMPC)는 디지털 신호처리부(DSP)로부터 X오차값(ΔX)과 Y오차값(ΔY)을 인가받고, AD 컨버터(ADC2)에서 디지털 신호로 변환된 RC90 신호를 인가받아 참조 신호를 생성하여, X오차값(ΔX)과 Y오차값(ΔY)을 변조한다.
디지털 변조부(DMPC)는 2개의 RC 변환 테이블(R0T, R90T)과 2개의 곱셈기(MUL1, MUL2)와 합성기(SUM) 및 디지털 증폭기(kAmp)를 구비한다.
2개의 RC 변환 테이블(R0T, R90T)은 각각 AD 컨버터(ADC2)에서 디지털 신호로 변환된 RC90 신호에 대응하는 디지털 참조 신호를 생성한다. 이때 생성되는 디지털 참조 신호는 도6 에 도시된 기준 코일(RC0, RC90)의 배치에 대응하여 서로 90도의 위상차 값을 갖는 신호이다.
2개의 RC 변환 테이블(R0T, R90T)에서 생성된 디지털 참조 신호는 각각 2개의 곱셈기(MUL1, MUL2)로 인가되고, 2개의 곱셈기(MUL1, MUL2) 중 곱셈기(MUL1)은 X오차값(ΔX)을 RC 변환 테이블(R0T)에서 인가되는 디지털 참조 신호와 곱하여 디지털 변조한다. 한편, 곱셈기(MUL2)은 Y오차값(ΔY)을 RC 변환 테이블(R90T)에서 인가되는 디지털 참조 신호와 곱하여 디지털 변조한다.
합성기(SUM)는 2개의 곱셈기(MUL1, MUL2)에서 변조된 신호를 합하고, 디지털 증폭기(kAmp)는 합성기(SUM)에서 합성된 신호를 증폭하여 디지털 구동 신호를 생성하고, 생성된 디지털 구동 신호를 DA 컨버터(DAC2)로 인가한다.
상기에서는 디지털 변조 신호처리부(DMSP)가 RC90 신호를 인가받아 참조 신호를 생성하는 것으로 설명하였으나, RC0 신호를 인가받아 참조 신호를 생성할 수도 있다. 이에 RC0 신호 및 RC90 신호를 통칭하여 RC 신호로 부를 수 있다.
도9 는 도8 의 디지털 변조 신호처리부 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도9 에서 상단에 도시된 도면은 변조부(DMU)의 디지털 변조부(DMPC)가 디지털 신호처리부(DSP)에서 인가되는 X오차값(ΔX)과 Y오차값(ΔY) 각각 RC 변환부에서 RC90 신호가 변환된 2개의 참조 신호를 이용하여 디지털 변조하고 합성하여 디지털 구동 신호를 출력하는 과정을 수학적으로 표현한 것으로써, 이해의 편의를 위해 디지털 신호가 아닌 아날로그 신호의 형태로 표현하였다.
도9 에 도시된 바와 같이, X오차값(ΔX)과 Y오차값(ΔY)을 각각 아날로그 신호의 형태로 표현하면,
Figure 112015046877282-pat00001
및
Figure 112015046877282-pat00002
로 표현될 수 있다.(여기서 A는 표적에 대한 추적 오차 크기를 나타내고, ωm 는 각각 표적위치 추적기가 장착된 시스템의 회전 각속도를 나타내고, δ는 표적의 위상 오차를 나타낸다.)
한편, RC90 신호로부터 생성되는 2개의 참조 신호는 각각
Figure 112015046877282-pat00003
및
Figure 112015046877282-pat00004
로 표현될 수 있다. (여기서 ωg 는 수광부(10)의 회전 각속도를 의미한다.)
그리고 X오차값(ΔX)과 참조 신호(Mx)가 곱셈기(MUL1)에서 곱셈 연산되고, Y오차값(ΔY)과 참조 신호(My)가 곱셈기(MUL2)에서 곱셈 연산된 후 합성기(SUM)에서 합성된 구동 신호(DS)는
Figure 112015046877282-pat00005
로 출력된다.
도9 의 하단에 도시된 도면은 2개의 참조 신호(Mx, My)와 구동 신호(DS)의 신호 파형을 비교하여 나타내었다. 도9 에 도시된 바와 같이, 참조 신호(Mx, My)에 의해 X오차값(ΔX)과 Y오차값(ΔY)이 변조된 구동 신호는 표적과의 추적 오차에 따라 위상이 안정적으로 가변됨을 알 수 있다.
도10 은 기존의 구동 신호 발생 장치와 본 발명에 따른 구동 신호 발생 장치에서 생성되는 구동 신호를 비교하여 나타낸다.
기존의 표적위치 추적기에서 구동 신호 발생 장치가 아날로그 회로만으로 구현되어 광전류의 세기가 고착 문턱값 미만이거나 근접영역값을 초과하여 아날로그 회로의 선형 동작 범위를 벗어남으로써 최대추적률 성능이 저하되는 문제가 발생하였다.
그러나 상기한 바와 같이 본 발명의 구동 신호 발생 장치는 이득 증폭부가 광전류의 세기에 무관하게 고정 이득으로 증폭하고, 이후 디지털 변조 신호처리부(DMSP)가 표적에 대한 추적 오차를 계산하고, 계산된 추적 오차에 대해 RC90 신호를 이용하여 생성되는 참조 신호로 디지털 변조함으로써, 구동 신호를 생성한다.
따라서 도10 에 도시된 바와 같이 아날로그 회로가 갖는 선형 동작 영역의 한계를 극복하여, 광전류의 세기가 고착문턱값 미만이거나, 근접영역값을 초과하는 경우에도, 구동 신호가 선형성을 유지하도록 하여 표적위치 추적기의 최대 추적률의 저하를 방지한다.
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 수광부, 지향 조절부, 적외선 검출기 및 코일 조립체를 포함하는 표적위치 추적기의 구동 신호 발생 장치에 있어서,
    입사된 적외선에 응답하여 상기 적외선 검출기에서 생성된 광전류를 전압 신호로 변환하는 임피던스 변환 증폭기;
    상기 전압 신호를 변조부로부터 전송되는 이득 제어 신호에 따라 증폭하여 MCPA 신호를 생성하는 이득 증폭부; 및
    상기 MCPA 신호를 인가받아 디지털 신호로 변환하고, 변환된 상기 MCPA 신호로부터 이득 제어 신호를 획득하고, 기설정된 방식으로 표적과의 추적 오차를 계산하며, 상기 수광부의 회전을 감지하기 위해 상기 코일 조립체에 구비되는 기준 코일에서 인가되는 RC 신호를 기설정된 방식으로 변환하여 디지털 신호인 참조 신호를 생성하며, 계산된 상기 추적 오차를 상기 참조 신호로 변조하여 구동 신호를 생성하는 상기 변조부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 표적위치 추적기의 구동 신호 발생 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 변조부는
    상기 MCPA 신호와 상기 RC 신호를 인가받아 각각 디지털 신호로 변환하는 제1 및 제2 AD 컨버터;
    디지털 신호로 변환된 상기 MCPA 신호를 인가받아, 상기 추적 오차를 계산하고, 디지털 신호로 변환된 상기 RC 신호를 인가받아 상기 참조 신호를 생성하며, 상기 추적 오차를 상기 참조 신호를 곱하여 디지털 구동 신호를 생성하는 디지털 변조 신호처리부; 및
    상기 디지털 구동 신호를 아날로그 신호로 변환하여 상기 구동 신호를 출력하는 DA 컨버터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 표적위치 추적기의 구동 신호 발생 장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 디지털 변조 신호처리부는
    디지털 신호로 변환된 상기 MCPA 신호를 인가받아, 상기 추적 오차를 계산하고, 상기 이득 증폭부가 상기 MCPA 신호를 생성하기 위한 이득을 결정하는 상기 이득 제어 신호를 출력하는 신호처리부; 및
    디지털 신호로 변환된 상기 RC 신호를 인가받아, 상기 RC 신호에 대응하는 참조 신호를 생성하며, 상기 신호처리부에서 인가되는 상기 추적 오차와 상기 참조 신호를 곱셈 연산하여 상기 디지털 구동 신호를 생성하는 디지털 변조부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 표적위치 추적기의 구동 신호 발생 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 신호처리부는
    계산된 상기 추적 오차를 XY 평면상의 좌표값 형태로 변환하여, X오차값과 Y오차값을 각각 상기 디지털 변조부로 전송하는 것을 특징으로 하는 표적위치 추적기의 구동 신호 발생 장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 디지털 변조부는
    각각 디지털 신호로 변환된 상기 RC 신호를 인가받고, 인가된 상기 RC 신호를 기설정된 변환 테이블에 따라 서로 90도의 위상차 값을 갖는 디지털 신호인 2개의 상기 참조 신호로 변환하는 2개의 RC 변환 테이블;
    상기 X오차값과 2개의 상기 참조 신호 중 대응하는 참조 신호를 곱셈 연산하여 위상차에 대응하는 신호가 출력되도록 디지털 변조하는 제1 곱셈기;
    상기 Y오차값과 2개의 상기 참조 신호 중 대응하는 참조 신호를 곱셈 연산하여 위상차에 대응하는 신호가 출력되도록 디지털 변조하는 제2 곱셈기; 및
    상기 제1 및 제2 곱셈기의 출력 신호를 인가받아 합성하여 상기 디지털 구동 신호를 생성하는 합성기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 표적위치 추적기의 구동 신호 발생 장치.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 디지털 변조부는
    상기 합성기에서 출력되는 상기 디지털 구동 신호를 증폭하여 출력하는 디지털 증폭기; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표적위치 추적기의 구동 신호 발생 장치.
  7. 제3 항에 있어서, 상기 이득 증폭부는
    상기 임피던스 변환 증폭기에서 인가되는 상기 전압 신호를 미분하여 클러터 신호를 제거하는 미분기; 및
    상기 신호처리부에서 인가되는 이득 제어 신호에 응답하여 상기 미분기에서 인가되는 신호를 증폭하여 상기 MCPA 신호를 출력하는 자동 이득 조절 증폭기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 표적위치 추적기의 구동 신호 발생 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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