KR101578048B1 - 자동 추적 안테나 시스템 - Google Patents

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KR101578048B1
KR101578048B1 KR1020150105847A KR20150105847A KR101578048B1 KR 101578048 B1 KR101578048 B1 KR 101578048B1 KR 1020150105847 A KR1020150105847 A KR 1020150105847A KR 20150105847 A KR20150105847 A KR 20150105847A KR 101578048 B1 KR101578048 B1 KR 101578048B1
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박장성
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엘아이지넥스원 주식회사
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Abstract

본 발명에 의한 자동 추적 안테나 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 자동 추적 안테나 시스템은 추적하려는 타겟으로부터 수신된 신호를 이용하여 상기 타겟의 위치를 추적하고 추적한 상기 타겟의 위치에 따른 추적 안테나의 지향 각을 산출하는 위치 추적부; 상기 추적 안테나와 상기 추적 안테나의 주변에 배치된 보조 추적수단 간의 위치를 이용하여 상기 추적 안테나의 헤딩 각을 산출하는 헤딩 산출부; 상기 추적 안테나와 상기 추적 안테나의 주변에 배치된 보조 추적수단 간의 위치를 이용하여 상기 추적 안테나의 피칭 각을 산출하는 피칭 산출부; 및 상기 타겟의 위치에 따라 산출된 상기 추적 안테나의 지향 각과 상기 헤딩 각, 상기 피칭 각을 이용하여 상기 추적 안테나의 지향 방향을 조절하는 구동 제어부를 포함한다.

Description

자동 추적 안테나 시스템{AUTO-TRACKING ANTENNA SYSTEM}
본 발명은 추적 안테나에 관한 것으로서, 특히, 자동 추적 안테나 시스템에 관한 것이다.
기존 비행체 또는 움직이는 대상체의 데이터를 수집하기 위해서는 예측 궤도의 여러 장소에 수신 안테나를 설치하여 데이터를 수집하거나 2축 김발 타입의 자동 추적 안테나를 이용하여 대상체를 추적하면서 자동으로 데이터를 수집한다.
자동 추적 안테나는 제대로 작동만 하면 데이터를 수집하기에 가장 저렴하면서 예상 궤도를 벗어나도 추적이 가능한 좋은 방법이지만 현재까지 개발되어 사용되는 제품의 경우 대상체를 자동 추적하는데 있어서 많은 한계를 가지고 있다.
따라서 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 추적 안테나로부터 획득된 타겟의 위치 정보를 기반으로 타겟으로부터의 지향각을 산출하여 그 산출된 타겟으로의 지향각이 임계치를 벗어나는 경우 보조 추적수단을 이용하여 추적 안테나의 지향각을 보정하도록 하는 자동 추적 안테나 시스템을 제공하는데 있다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 관점에 따른 자동 추적 안테나 시스템은 추적하려는 타겟으로부터 수신된 신호를 이용하여 상기 타겟의 위치를 추적하고 추적한 상기 타겟의 위치에 따른 추적 안테나의 지향 각을 산출하는 위치 추적부; 상기 추적 안테나와 상기 추적 안테나의 주변에 배치된 보조 추적수단 간의 위치를 이용하여 상기 추적 안테나의 헤딩 각을 산출하는 헤딩 산출부; 상기 추적 안테나와 상기 추적 안테나의 주변에 배치된 보조 추적수단 간의 위치를 이용하여 상기 추적 안테나의 피칭 각을 산출하는 피칭 산출부; 및 상기 타겟의 위치에 따라 산출된 상기 추적 안테나의 지향 각과 상기 헤딩 각, 상기 피칭 각을 이용하여 상기 추적 안테나의 지향 방향을 조절하는 구동 제어부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 보조 추적수단은 상기 추적 안테나의 일측에 배치되는 제1 보조 추적수단과 상기 추적 안테나의 타측에 배치되는 제2 보조 추적수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 위치 추적부는 GPS(Global Positioning System)로부터 자신의 위치 정보를 획득하고 타겟으로부터 수신된 신호를 이용하여 타겟의 위치 정보를 획득하며, 획득된 상기 자신의 위치 정보와 상기 타겟의 위치 정보를 기반으로 상기 타겟의 위치에 따른 추적 안테나의 지향각을 산출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 위치 추적부는 상기 추적 안테나의 지향각을 산출하면, 산출된 상기 지향각이 기 설정된 임계치 이내인지를 확인하고, 그 확인한 결과로 연산된 상기 지향각이 기 설정된 임계치 이내이면 타겟을 정확하게 추적하고 있다고 판단하여 산출된 상기 지향각을 기반으로 상기 추적 안테나의 지향 방향을 조절하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 위치 추적부는 상기 추적 안테나의 지향각을 산출하면, 산출된 상기 지향각이 기 설정된 임계치 이내인지를 확인하고, 그 확인한 결과로 연산된 상기 지향각이 기 설정된 임계치 이상이면 타겟을 정확하게 추적하지 못한다고 판단하여 상기 보조 추적수단을 이용하여 헤딩 각과 피칭 각을 산출하며, 산출된 상기 헤딩 각과 상기 피칭 각을 이용하여 상기 추적 안테나의 지향 각을 보정하여 보정된 상기 지향각을 기반으로 추적 안테나의 지향 방향을 조절하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 헤딩 산출부는 지표면과 평행한 면 상에서 상기 제1 보조 추적수단의 헤딩각, 상기 제2 보조 추적수단의 헤딩 각, 상기 제1 보조 추적수단과 상기 제2 보조 추적수단이 이루는 직선이 자북과 이루는 각을 이용하여 상기 추적 안테나의 헤딩 각을 산출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 피칭 산출부는 지표면과 수직한 피칭면 상에 상기 제1 보조 추적수단과 상기 제2 보조 추적수단의 위치를 투영시켜 그 투영시킨 위치에서 상기 제1 보조 추적수단의 피칭 각, 제2 보조 추적수단의 피칭 각, 상기 제1 보조 추적수단과 상기 추적 안테나의 피칭면 상의 거리, 상기 제2 보조 추적수단과 상기 추적 안테나의 피칭면 상의 거리를 이용하여 상기 추적 안테나의 피칭 각을 산출하는 것을 특징으로 한다.
이를 통해, 본 발명은 추적 안테나로부터 획득된 타겟의 위치 정보를 기반으로 타겟으로부터의 지향각을 산출하여 그 산출된 타겟으로의 지향각이 임계치를 벗어나는 경우 보조 추적수단을 이용하여 추적 안테나의 지향각을 보정하도록 함으로써, 지향각의 오차를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 보조 추적수단을 이용하여 추적 안테나의 지향각을 보정하여 지향각의 오차를 줄이기 때문에 타겟을 정확하게 추적할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 추적 안테나 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤딩 산출 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 피칭 산출 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 추적수단의 상세한 구성을 나타내는 도면이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 자동 추적 안테나 시스템을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 불구하고 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나, 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.
특히, 본 발명에서는 추적 안테나로부터 획득된 타겟의 위치 정보를 기반으로 타겟으로부터의 지향각을 산출하여 그 산출된 지향각이 임계치를 벗어나는 경우 보조 추적수단을 이용하여 지향각을 보정하도록 하는 새로운 방안을 제안한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 추적 안테나 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 추적 안테나 시스템은 추적 안테나(10), 보조 추적수단(20), 위치 추적부(30), 헤딩 산출부(40), 피칭 산출부(50), 구동 제어부(60)를 포함할 수 있다.
추적 안테나(10)는 타겟으로부터 수신된 신호를 수집하여 수집된 신호를 기반으로 타겟 예컨대, 고정 타겟, 이동 타겟을 검출하여 검출된 타켓을 추적할 수 있다.
보조 추적수단(20)는 추적 안테나(10)로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되어 배치되고, 타겟의 위치 정보에 따라 구동되어 그 구동된 결과로 타겟을 추적할 수 있다.
이때, 보조 추적수단(20)은 추적 안테나(10)의 일측에 배치되는 제1 보조 추적수단(21)과 추적 안테나(10)의 타측에 배치되는 제2 보조 추적수단(22)을 포함할 수 있다.
위치 추적부(30)는 수집된 신호를 이용하여 타겟의 위치를 추적하여 그 추적한 타겟의 위치에 따라 안테나의 지향 방향을 예컨대, 방위각, 고각 등을 조절할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 위치 추적부(30)는 GPS(Global Positioning System)로부터 자신의 위치 정보 예컨대, 위도, 경도, 고도 등을 획득하고, 타겟의 위치 정보 예컨대, 위도, 경도, 고도 등을 획득한다.
위치 추적부(30)는 획득된 자신의 위치 정보와 타겟의 위치 정보를 기반으로 타겟으로의 지향각을 연산하고 연산된 지향각을 기반으로 안테나의 지향 방향을 조절한다.
이때, 위치 추적부(30)는 연산된 지향각이 기 설정된 임계치 이내이면 타겟을 정확하게 추적하고 있다고 판단하고 연산된 지향각이 기 설정된 임계치 이상이면 타겟을 정확하게 추적하지 못한다고 판단하여 보조 추적수단을 이용하게 된다. 즉, 위치 추적부(30)는 보조 추적수단을 이용하여 헤딩 각과 피칭 각을 산출하여 산출된 헤딩 각과 피칭 각을 이용하여 추적 안테나의 지향 각을 보정하게 된다.
이때, 헤딩 각(heading angle)은 지표면과 평행한 면 상에서 자북(magnetic north)을 기준으로 이루는 각도를 말하고, 피칭 각(Pitching angle)은 지표면과 이루는 각도를 말한다.
헤딩 산출부(40)는 보조 추적수단을 이용하여 헤딩 각을 산출할 수 있다. 즉, 헤딩 산출부는 추적 안테나와 보조 추적수단의 기하학적 관계를 이용하여 헤딩 각을 산출한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤딩 산출 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 지표면과 평행한 면에 추적 안테나와 2개의 보조 추적수단이 기 설정된 거리만큼 이격되어 배치되어 있는데, 예컨대, 추적 안테나의 일측으로부터 제1 보조 추적수단은 거리 a만큼 떨어져 배치되고, 추적 안테나의 타측으로부터 제2 보조 추적수단은 거리 b만큼 떨어져 배치되며, 제1 보조 추적수단과 제2 보조 추적수단은 거리 (c+d)만큼 떨어져 배치된다.
여기서, a, b, c, d는 GPS의 위치 정보를 이용하여 계산된 지표면 상의 거리이다.
추적 안테나의 헤딩 각은 θAT,H이고, 제1 보조 추적수단의 헤딩각은 θ1이며 제2 보조 추적수단의 헤딩 각은 θ2이며, 제1 보조 추적수단과 제2 보조 추적수단이 이루는 직선이 자북과 이루는 각도는 θ3이다.
이러한 추적 안테나와 보조 추적수단 간의 위치 관계로부터 다음의 [수학식 1]이 도출될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112015072750562-pat00001
이때, 삼각함수를 C=tan(θ1, θ3), D=tan(180-(θ2, θ3))라고 하면, x를 다음의 [수학식 2]이 구할 수 있다.
Figure 112015072750562-pat00002
그리고 상기 [수학식 2]를 이용하면 y를 다음의 [수학식 3]과 같이 구할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112015072750562-pat00003
이렇게 구한 상기 [수학식 2]와 [수학식 3]을 이용하여 추적 안테나의 헤딩 각을 구할 수 있는데, 추적 안테나의 헤딩 각 θAT,H은 다음의 [수학식 4]와 같이 나타낸다.
[수학식 4]
Figure 112015072750562-pat00004
피칭 산출부(50)는 보조 추적수단을 이용하여 피칭 각을 산출할 수 있다. 즉, 피칭 산출부는 추적 안테나와 보조 추적수단의 기하학적 관계를 이용하여 피칭 각을 산출한다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 피칭 산출 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 지표면과 수직한 면 또는 피칭면에 제1 보조 추적수단과 제2 보조 추적수단을 수직으로 투영시켜 그 투영시킨 위치가 추적 안테나의 피칭 각을 구하기 위한 위치가 된다.
이때, 제1 보조 추적수단과 제2 보조 추적수단을 이은 직선과 피칭면에 투영된 위치 간의 각도를 θa라고 하면 θa는 다음의 [수학식 5]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112015072750562-pat00005
상기 [수학식 5]를 이용하여 다음의 [수학식 6]이 도출될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112015072750562-pat00006
도 3b를 참조하면, 제1 보조 추적수단의 피칭 각은 θ1이고, 제2 보조 추적수단의 피칭 각은 θ2이며, f는 제1 보조 추적수단과 추적 안테나의 피칭면 상의 거리이며, e는 제2 보조 추적수단과 추적 안테나의 피칭면 상의 거리를 나타낸다.
지표면과 수직한 면 또는 피칭면에 보조 추적수단을 투영시켜서 추적 안테나와 보조 추적수단 간의 위치 관계로부터 다음의 [수학식 7]이 도출될 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112015072750562-pat00007
이때, 삼각함수를
Figure 112015072750562-pat00008
,
Figure 112015072750562-pat00009
라고 하면, x를 다음의 [수학식 8]과 같이 구할 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112015072750562-pat00010
그리고 상기 [수학식8]을 이용하여 y를 다음의 [수학식 9]와 같이 구할 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112015072750562-pat00011
이렇게 구한 상기 [수학식 8]와 [수학식 9]를 이용하여 추적 안테나의 피칭 각을 구할 수 있는데, 추적 안테나의 피칭 각 θAT,P은 다음의 [수학식 10]과 같이 나타낸다.
[수학식 10]
Figure 112015072750562-pat00012
구동 제어부(60)는 위치 추적부(30)로부터 산출된 지향각과 헤딩 산출부(40)로부터 산출된 헤딩 각, 피칭 산출부(50)로부터 산출된 피칭 각을 기반으로 추적 안테나의 지향 방향을 조절할 수 있다.
그 일예로, 구동 제어부(60)는 타겟을 정확하게 추적하고 있다고 판단되는 경우 위치 추적부(30)로부터 산출된 지향각을 제공 받아 제공 받은 지향각을 기반으로 추적 안테나의 지향 방향을 조절한다.
다른 예로, 구동 제어부(60)는 타겟을 정확하게 추적하고 있다고 판단되는 경우 위치 추적부(30)로부터 산출된 지향각과 헤딩 산출부(40)로부터 산출된 헤딩 각, 피칭 산출부(50)로부터 산출된 피칭 각을 기반으로 추적 안테나의 지향 방향을 조절한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 추적수단의 상세한 구성을 나타내는 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 보조 추적수단(20)은 헤딩 각을 획득하기 위한 지자계 센서(20a), 피칭 각을 획득하기 위한 가속도 센서(20b)를 포함할 수 있다.
여기서, 지자계 센서는 3축 지자계 센서이고, 가속도 센서는 1축 가속도 센서일 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
이상에서 설명한 실시예들은 그 일 예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 추적 안테나
20: 보조 추적수단
30: 위치 추적부
40: 헤딩 산출부
50: 피칭 산출부
60: 구동 제어부

Claims (7)

  1. 추적하려는 타겟으로부터 수신된 신호를 이용하여 상기 타겟의 위치를 추적하고 추적한 상기 타겟의 위치에 따른 추적 안테나의 지향 각을 산출하는 위치 추적부;
    상기 추적 안테나와 상기 추적 안테나의 주변에 배치된 보조 추적수단 간의 위치를 이용하여 상기 추적 안테나의 헤딩 각을 산출하는 헤딩 산출부;
    상기 추적 안테나와 상기 추적 안테나의 주변에 배치된 보조 추적수단 간의 위치를 이용하여 상기 추적 안테나의 피칭 각을 산출하는 피칭 산출부; 및
    상기 타겟의 위치에 따라 산출된 상기 추적 안테나의 지향 각과 상기 헤딩 각, 상기 피칭 각을 이용하여 상기 추적 안테나의 지향 방향을 조절하는 구동 제어부;
    를 포함하는 자동 추적 안테나 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 보조 추적수단은,
    상기 추적 안테나의 일측에 배치되는 제1 보조 추적수단과 상기 추적 안테나의 타측에 배치되는 제2 보조 추적수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 추적 안테나 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 위치 추적부는,
    GPS(Global Positioning System)로부터 자신의 위치 정보를 획득하고 타겟으로부터 수신된 신호를 이용하여 타겟의 위치 정보를 획득하며,
    획득된 상기 자신의 위치 정보와 상기 타겟의 위치 정보를 기반으로 상기 타겟의 위치에 따른 추적 안테나의 지향각을 산출하는 것을 특징으로 하는 자동 추적 안테나 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 위치 추적부는,
    상기 추적 안테나의 지향각을 산출하면, 산출된 상기 지향각이 기 설정된 임계치 이내인지를 확인하고,
    그 확인한 결과로 연산된 상기 지향각이 기 설정된 임계치 이내이면 타겟을 정확하게 추적하고 있다고 판단하여 산출된 상기 지향각을 기반으로 상기 추적 안테나의 지향 방향을 조절하는 것을 특징으로 하는 자동 추적 안테나 시스템.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 위치 추적부는,
    상기 추적 안테나의 지향각을 산출하면, 산출된 상기 지향각이 기 설정된 임계치 이내인지를 확인하고,
    그 확인한 결과로 연산된 상기 지향각이 기 설정된 임계치 이상이면 타겟을 정확하게 추적하지 못한다고 판단하여 상기 보조 추적수단을 이용하여 헤딩 각과 피칭 각을 산출하며,
    산출된 상기 헤딩 각과 상기 피칭 각을 이용하여 상기 추적 안테나의 지향 각을 보정하여 보정된 상기 지향각을 기반으로 추적 안테나의 지향 방향을 조절하는 것을 특징으로 하는 자동 추적 안테나 시스템.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 헤딩 산출부는,
    지표면과 평행한 면 상에서 상기 제1 보조 추적수단의 헤딩각, 상기 제2 보조 추적수단의 헤딩 각, 상기 제1 보조 추적수단과 상기 제2 보조 추적수단이 이루는 직선이 자북과 이루는 각을 이용하여 상기 추적 안테나의 헤딩 각을 산출하는 것을 특징으로 하는 자동 추적 안테나 시스템.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 피칭 산출부는,
    지표면과 수직한 피칭면 상에 상기 제1 보조 추적수단과 상기 제2 보조 추적수단의 위치를 투영시켜 그 투영시킨 위치에서 상기 제1 보조 추적수단의 피칭 각, 제2 보조 추적수단의 피칭 각, 상기 제1 보조 추적수단과 상기 추적 안테나의 피칭면 상의 거리, 상기 제2 보조 추적수단과 상기 추적 안테나의 피칭면 상의 거리를 이용하여 상기 추적 안테나의 피칭 각을 산출하는 것을 특징으로 하는 자동 추적 안테나 시스템.
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KR20210097403A (ko) 2020-01-30 2021-08-09 위월드 주식회사 자동 위성추적 안테나 시스템 및 이를 이용한 위성 선택 방법

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