KR101608600B1 - Tacan 안테나 변조도 조정 장치 및 tacan 안테나 변조도 조정 방법 - Google Patents

Tacan 안테나 변조도 조정 장치 및 tacan 안테나 변조도 조정 방법 Download PDF

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Abstract

TACAN 안테나 변조도 조정 장치 및 TACAN 안테나 변조도 조정 방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 TACAN 안테나 변조도 조정 장치는, TACAN 안테나에 의해 방사되는 변조 신호를 수신하는 수신부와, 상기 수신된 변조 신호로부터, 각 주파수 대역에서의 변조도를 산출하는 산출부, 및 상기 산출된 변조도에 따라, 상기 TACAN 안테나로 전달되는 합성 신호를 수정하는 처리부를 포함한다.

Description

TACAN 안테나 변조도 조정 장치 및 TACAN 안테나 변조도 조정 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING MODULATION INDEX OF TACTICAL AIR NAVIGATION ANTENNA AND METHOD FOR CONTROLLING MODULATION INDEX}
본 발명은 TACAN(TACtical Air Navigation, 전술항행 표지시설)에서 안테나를 통해 방사되는 변조 신호에 대한 변조도 조정 기능을 가지는 TACAN 안테나 변조도 조정 장치 및 TACAN 안테나 변조도 조정 방법에 관한 것이다.
TACAN은 항공기에 지상 기지국으로부터의 상대적인 방위각 정보(0°~ 360°)와 거리 정보를 제공하는 항법 시스템으로서, 송수신기(Transponder)와 안테나 그룹으로 구성될 수 있다. 여기서, 송수신기는 비콘(beacon)으로 구현될 수 있으며, 안테나 그룹은 TACAN 안테나 및 상기 TACAN 안테나에 대한 제어 장치인 변조 신호 발생기(MGU: Modulation Generator Unit)로 구성될 수 있다.
TACAN은 공항 또는 특정한 위치에 설치되며, TACAN 안테나를 통해 항공기로부터 질문 신호를 수신하면 일정 시간(50㎲) 경과 후에 응답 함으로써 거리 정보를 제공할 수 있다. 또한, TACAN은 TACAN 안테나의 순차적인 회전에 의해 만들어지는 15Hz와 135Hz의 AM 변조 신호에 동기를 맞추어, 자북 기준 신호(North Reference signal)과 보조 기준 신호(Auxiliary Reference Signal)를 실어 방사 함으로써, 항공기에서 방위각 정보를 산출하도록 할 수 있다.
한편, 국외에서는 Thales사, Fernau사, dB systems사, Rantec사 등에서 개발된 고정용 TACAN 안테나 제어에 필수 장비인 변조 신호 발생기(MGU)가 상용화되어 있으나, 국내에서는 이러한 TACAN 안테나 및 변조 신호 발생기(MGU)를 현재 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다.
또한, 종래의 원통형 TACAN 안테나를 통해서는 안테나의 직경, 파장 길이, 수신 경사 각도, 내부 변조 방식 및 사용 주파수에 따라 15Hz와 135Hz에서의 변조도가 상이하게 생성되어, TACAN에서 사용되는 전체 주파수 대역(962 ~ 1,213 MHz)에 대해, 일정한 15Hz와 135Hz 변조도를 얻지 못하는 문제점을 가질 수 있다.
이러한 TACAN 안테나를 통해 방사되는 변조 신호는, 미국 국방부가 제정하는 통신에 관한 군용 규격 MIL-STD(Military Standards)-291C에 따른 변조도 규격을 벗어나, 항공기에서 방위각 정보를 추출하지 못하는 문제점을 가질 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 실시예는 TACAN 안테나를 통해 방사되는 변조 신호에 대한 변조도를 산출하고, 산출된 변조도가 선정된 규격을 만족하도록 합성 신호를 수정하여 TACAN 안테나로 전달 함으로써, TACAN 안테나로부터 변조도가 조정된 변조 신호가 방사되도록 하는 것을 목적으로 한다. 여기서, 선정된 규격은 미국 국방부가 제정하는 통신에 관한 군용 규격인 MIL-STD-291C으로서, 일례로 15Hz와 135H의 변조도가 21±9%(즉, 12 내지 30%)이고, 각 변조도의 합이 55% 이내이어야 하는 것을 지칭할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 TACAN에서 사용되는 전체 주파수 대역(962 ~ 1213MHz)에 대해, TACAN 안테나를 통해 방사되는 변조 신호에 대한 변조도를 안테나의 형상 등 기구적인 변경 없이 손쉽게 조정할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 TACAN 안테나 변조도 조정 장치는, TACAN 안테나에 의해 방사되는 변조 신호를 수신하는 수신부와, 상기 수신된 변조 신호로부터, 각 주파수 대역에서의 변조도를 산출하는 산출부, 및 상기 산출된 변조도에 따라, 상기 TACAN 안테나로 전달되는 합성 신호를 수정하는 처리부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 TACAN 안테나 변조도 조정 방법은, TACAN 안테나에 의해 방사되는 변조 신호를 수신하는 단계와, 상기 수신된 변조 신호로부터, 상기 각 주파수 대역에서의 변조도를 산출하는 단계, 및 상기 산출된 변조도에 따라, 상기 TACAN 안테나로 전달되는 합성 신호를 수정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, TACAN 안테나를 통해 방사되는 변조 신호에 대한 변조도를 산출하고, 산출된 변조도가 선정된 규격을 만족하도록 합성 신호를 수정하여 TACAN 안테나로 전달 함으로써, TACAN 안테나로부터 변조도가 조정된 변조 신호가 방사되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 전체 주파수 대역(962 ~ 1213MHz)에 대해, 미국 국방부가 제정하는 통신에 관한 군용 규격인 MIL-STD-291C(일례로, 15Hz와 135H의 변조도가 21±9%이고, 각 변조도의 합이 55% 이내)를 만족하는 안정적인 변조도를 생성할 수 있어, 항공기에 정밀한 방위각 정보를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, TACAN 안테나를 통해 방사되는 변조 신호에 대한 변조도를 TACAN에서 사용되는 안테나의 형상 등 기구적인 변경 없이 손쉽게 조정할 수 있어, TACAN 성능의 정확성을 개선하고 사용자 편의성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 현재 전량 수입에 의존하는 고정용 TACAN 안테나 제어에 필수 장비인 변조 신호 발생기(MGU)에 대한 기술을 국산화할 수 있고, 더 나아가 소프트웨어적으로 변조도 조정 기능을 구현 함으로써 방산 시장에서의 수출 확대를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 TACAN 안테나 변조도 조정 장치가 포함된 TACAN을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 TACAN 안테나 변조도 조정 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 TACAN 안테나 변조도 조정 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 TACAN 안테나 변조도 조정 장치에서 TACAN 안테나로 합성 신호를 전달하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 각 안테나 컬럼으로 전달하는 합성 신호 간의 위상 차이를 나타내는 도면이다.
도 6은 변조 신호에 대한 진폭 변조 파형의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 15Hz와 135Hz에서의 기본 파형 및 합성된 파형의 일례를 도시한 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 기본 파형의 변조도를 낮추는 조정을 실시한 경우, 각 파형의 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 TACAN 안테나 변조도 조정 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 응용프로그램 업데이트 장치 및 방법에 대해 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 TACAN 안테나 변조도 조정 장치가 포함된 TACAN을 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, TACAN(TACtical Air Navigation, 100)은 본 발명의 TACAN 안테나 변조도 조정 장치(110)와, TACAN 안테나(120) 및 TACAN 송수신기(Transponder, 130)를 포함하여 구성될 수 있다.
참고로, 본 발명의 TACAN 안테나 변조도 조정 장치(110)는 종래의 TACAN 안테나 제어에 필수 장비인 변조 신호 발생기(MGU)의 기능을 포함하도록 설계될 수 있다.
TACAN 안테나(120)는 고정용 TACAN 안테나로서, 복수 개의 안테나 컬럼(column)으로 구성될 수 있다. 예를 들어, Rantec 사의 AT-100 안테나의 경우 36개의 안테나 컬럼으로 구성되어 있다. 각 안테나 컬럼에는 TACAN 안테나 변조도 조정 장치(110)로부터 전달되는 합성 신호를 이용하여, 캐리어 신호(962MHz ~ 1,213MHz)를 진폭 변조하는 회로가 내장되어 있다.
TACAN 안테나 변조도 조정 장치(110)는 복수의 주파수 대역(15Hz와 135Hz)을 이용하여 생성되는 합성 신호를 TACAN 안테나(120)에 전달하고, 트리거 신호(15Hz, 135Hz, 1350Hz)를 생성하여 TACAN 송수신기(130)에 전달할 수 있다. 여기서, TACAN 송수신기(130)는 비콘(beacon)으로 대체될 수 있다.
예를 들어, TACAN 안테나 변조도 조정 장치(110)는 10도씩 위상 차이가 있는 15Hz와 135Hz를 합성한 36개의 합성 신호를 상기 안테나 컬럼에 각각 전달할 수 있다. 즉, 1번 컬럼(COL #1) 기준으로 2번 컬럼(COL #2)과 10도 위상 차이가 발생하고, 2번 컬럼(COL #2)과 3번 컬럼(COL #3) 역시 10도의 위상 차이가 발생할 수 있다. 10도씩 위상 차이가 있는 각 합성 신호가 안테나 컬럼에 전달이 되면 전자적으로 36개의 안테나 컬럼이 회전하여 변조 신호가 방사될 수 있다.
TACAN 안테나 변조도 조정 장치(110)는 상기 합성 신호의 전달에 연동하여 TACAN 안테나(120)에 의해 방사되는 변조 신호를 수신하고, 수신된 변조 신호로부터, 각 주파수 대역(15Hz와 135Hz)에서의 변조도를 산출할 수 있다.
일례로, TACAN 안테나 변조도 조정 장치(110)는 TACAN 안테나(120)에 의해 방사된 복수 개의 변조 신호가 수신되면, 각 변조 신호에 대해 DFT(Discrete Fourier Transform, 이산 퓨리에 변환) 연산을 수행하여 각 주파수 대역(15Hz와 135Hz)에서의 진폭을 추출하고, 추출한 진폭의 최대값과 최소값을 이용하여, 각 주파수 대역(15Hz와 135Hz)에서의 변조도를 산출할 수 있다.
TACAN 안테나 변조도 조정 장치(110)는 TACAN(100)에서 사용되는 전체 주파수 대역(962 ~ 1213MHz)에 대해, 상기 산출된 변조도가 선정된 규격(일례로, 15Hz와 135H의 변조도가 21±9%이고 각 변조도의 합이 55% 이내)을 만족하도록 직류 성분(DC offset)을 변경하여 합성 신호를 수정하고, 수정한 합성 신호를 TACAN 안테나(120)로 전달할 수 있다. 이에 따라, TACAN 안테나(120)는 변조도가 조정된 변조 신호를 방사할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, TACAN 안테나(120)를 통해 방사되는 변조 신호에 대한 변조도를 TACAN(100)에서 사용되는 안테나의 형상 등 기구적인 변경 없이 손쉽게 조정할 수 있어, TACAN(100) 성능의 정확성을 개선하고 사용자 편의성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 전체 주파수 대역(962 ~ 1213MHz)에 대해, 미국 국방부가 제정하는 통신에 관한 군용 규격인 MIL-STD-291C를 만족하는 안정적인 변조도를 생성할 수 있어, 항공기에 정밀한 방위각 정보를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 15Hz와 135Hz의 변조도를 개별적으로 조정이 가능하도록 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 TACAN 안테나 변조도 조정 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, TACAN 안테나 변조도 조정 장치(200)는 전달부(210), 수신부(220), 산출부(230) 및 처리부(240)를 포함하여 구성할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, TACAN 안테나 변조도 조정 장치(200)는 메모리부(250) 및 생성부(260)를 각각 추가하여 구성할 수 있다.
참고로, 본 발명의 TACAN 안테나 변조도 조정 장치(200)는 종래의 TACAN 안테나 제어에 필수 장비인 변조 신호 발생기(MGU)의 기능을 포함하도록 설계될 수 있다.
전달부(210)는 복수의 주파수 대역(15Hz와 135Hz)을 이용하여 생성되는 합성 신호를 TACAN 안테나로 전달한다. 또한, 전달부(210)는 트리거 신호(15Hz, 135Hz, 1350Hz)를 생성하여 TACAN 송수신기에 전달할 수 있다.
일례로, 전달부(210)는 복수의 안테나 컬럼으로 구성된 TACAN 안테나로 합성 신호를 전달 시, 일정한 위상 차이가 발생하도록 15Hz와 135Hz를 합성한 합성 신호를 상기 안테나 컬럼에 각각 전달할 수 있다. 즉, 전달부(210)는 1번 컬럼(COL #1) 기준으로 2번 컬럼(COL #2)과 10도 위상 차이가 발생하고, 2번 컬럼(COL #2)과 3번 컬럼(COL #3) 역시 10도의 위상 차이가 발생하도록 타이밍에 맞게 시분할 방식(TDM)으로 분배하여 전달할 수 있다.
예를 들어, 도 5를 참조하면, 전달부(210)는 TACAN 안테나를 구성하는 36개의 안테나 컬럼 중 1번 컬럼(COL #1)에 전달하는 합성 신호(510)와, 2번 컬럼(COL #2)에 전달하는 합성 신호(510) 간의 위상 차이가 '10도'가 되도록 분배하여 전달할 수 있다. 이와 같이, 10도씩 위상 차이가 있는 각 합성 신호가 안테나 컬럼에 전달이 되면 전자적으로 36개의 안테나 컬럼이 회전하여 변조 신호가 방사될 수 있다.
다른 일례로, 도 4를 참조하면, 전달부(210)는 주 제어 유닛에서 생성된 합성 신호를 TACAN 안테나의 각 안테나 컬럼으로 전달하는 드라이버 유닛(400)에 의해 구현될 수 있다.
드라이버 유닛(400)은 드라이버 메모리에 900개 샘플로 구성된 1개의 15Hz와 135Hz의 합성 신호를 저장하고, 각 합성 신호가 1번 컬럼(COL #1)부터 36번 컬럼(COL #36)까지 각각 10도 위상 차이가 발생하도록 타이밍에 맞게 시분할(TDM) 방식으로 분배할 수 있다. 드라이버 유닛(400)은 분배된 합성 신호를 압축 메모리에 대응하여 DAC로 입력하고, DAC를 통해 합성 신호를 디지털에서 아날로그 신호로 변환할 수 있다. 드라이버 유닛(400)은 역 다중화기(DeMUX)를 통해 각 안테나 컬럼에 맞게 합성 신호를 선택하여 출력하고, 드라이버 증폭기(driver Amp)를 통해 증폭한 합성 신호를 원 거리의 TACAN 안테나에 전달할 수 있다.
수신부(220)는 상기 합성 신호의 전달에 연동하여 상기 TACAN 안테나에 의해 방사되는 변조 신호를 수신하고, 산출부(230)는 수신된 변조 신호로부터, 상기 각 주파수 대역(15Hz와 135Hz)에서의 변조도를 산출한다.
즉, 산출부(230)는 TACAN 안테나에 의해 방사된 복수 개의 변조 신호가 수신되면, 상기 복수 개의 변조 신호에 대해 DFT 연산을 수행하여 상기 각 주파수 대역에서의 진폭을 추출하고, 상기 추출한 진폭의 최대값과 최소값을 이용하여, 상기 각 주파수 대역에서의 변조도를 산출할 수 있다.
구체적인 일례로, 산출부(230)는 DFT(Discrete Fourier Transform, 이산 퓨리에 변환) 연산식에 따라 N개의 이산적인 복소수 값
Figure 112014123571390-pat00001
을 복소수 값
Figure 112014123571390-pat00002
으로 변환할 수 있다. DFT 연산식은 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112014123571390-pat00003
또한, IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform, 이산 퓨리에 역변환) 연산식은 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112014123571390-pat00004
또한, DFT 연산을 위한 실수(Real) 값 및 허수(Imaginary) 값은 수학식 3,4와 같은 연산식에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112014123571390-pat00005
Figure 112014123571390-pat00006
산출부(230)는 TACAN 안테나에서 귀환된(방사되어 수신된) 변조 신호를 450개 샘플링하여 수학식 3,4에 따라 실수(Real) 값 및 허수(Imaginary) 값을 계산하고, 계산된 실수(Real) 값 및 허수(Imaginary) 값에서 0Hz(DC), 15Hz, 135Hz에서의 진폭을 추출할 수 있다.
변조 신호에 대한 변조도는 상기 추출한 진폭의 최대값(Amax)과 최소값(Amin)의 합과 차를 이용하여 수학식 5와 같이 정의될 수 있다(도 6의 (ⅲ) 참조).
Figure 112014123571390-pat00007
TACAN에서 15Hz와 135Hz 신호가 합성되어 합성 신호가 생성되므로, 산출부(230)는 수학식 5에 따라 상기 각 주파수 대역(15Hz, 135Hz)에서의 변조도를 산출할 수 있다.
실시예에 따라, 도 3을 참조하면, 산출부(230)는 TACAN 안테나 변조도 조정 장치(300) 전체의 제어 기능을 수행하는 주 제어 유닛(304)에 의해 구현 가능하다.
처리부(240)는 산출된 변조도에 따라, 상기 TACAN 안테나로 전달하는 합성 신호를 수정한다.
실시예에 따라, TACAN 안테나 변조도 조정 장치(200)는 생성부(260)를 더 포함할 수 있다.
생성부(260)는 상기 각 주파수 대역에서의 기본 파형을 각각 생성하고, 상기 각 기본 파형과 직류 성분(DC offset)을 합하여 상기 합성 신호를 생성한다.
일례로, 생성부(260)는 15Hz의 기본 파형(sin30πt)을 생성하고, 135Hz의 기본 파형(sin270πt)을 생성하고, 각 기본 파형과 직류 성분(DC offset)을 합하여 「sin30πt + sin270πt + DC offset」와 같이 합성 신호를 생성할 수 있다.
더욱 상세하게는, 생성부(260)는 아래에 정의된 수학식 6에 따라 합성 신호(y)를 생성할 수 있다. 합성 신호(y)는 15Hz에서의 기본 파형(수학식 7의 y15)과, 135Hz에서의 기본 파형(수학식 8의 y135) 및 직류 성분(DC 값)의 합에 의해 수학식 9과 같이 다시 정의될 수 있다. 여기서, A는 15Hz에서의 진폭, B는 135Hz에서의 진폭, f는 15Hz, t는 시간(second), γ는 15Hz 위상 값(Phase offset), H는 135Hz 위상 값, DC는 직류 성분(DC offset)일 수 있다.
Figure 112014123571390-pat00008
Figure 112014123571390-pat00009
Figure 112014123571390-pat00010
Figure 112014123571390-pat00011
처리부(240)는 산출된 변조도가 선정된 규격을 만족하도록, 상기 직류 성분을 변경하여 상기 합성 신호를 수정할 수 있다. 즉, 처리부(240)는 TACAN에서 사용되는 전체 주파수 대역(962 ~ 1213MHz)에 대해서, 상기 산출된 변조도가 선정된 규격을 만족하도록 상기 합성 신호를 수정할 수 있다. 여기서, 선정된 규격은 미국 국방부가 제정하는 통신에 관한 군용 규격인 MIL-STD-291C으로서, 일례로 15Hz와 135H의 변조도가 21±9%(즉, 12 내지 30%)이고, 각 변조도의 합이 55% 이내이어야 하는 것을 지칭할 수 있다.
즉, 처리부(240)는 산출부(230)에 의해 산출된 변조도가, 전체 주파수 대역(962 ~ 1213MHz)에 대해 상기 규격(일례로, 15Hz와 135H의 변조도가 21±9%이고 각 변조도의 합이 55% 이내)을 만족하도록, 수학식 6 및 수학식 9에 정의된 합성 신호(y)에서 직류 성분(DC offset)을 조정하여 합성 신호를 수정 함으로써, 수정된 합성 신호가 TACAN 안테나로 전달 됨에 따라 TACAN 안테나에서 방사되는 변조 신호로부터 재산출되는 변조도가 상기 규격에 맞도록 조정할 수 있다. 이때, 변조도를 낮추거나 높여 조정한 합성 신호는 후술하는 메모리부에 저장될 수 있다.
예를 들어, 도 7 및 도 8을 참조하면, 처리부(240)는 도 7에 생성된 15Hz와 135Hz에서의 기본 파형에 대한 변조도를, 도 8과 같이 개별적으로 낮출 수 있으며, 이에 따라 15Hz와 135Hz에서의 신호를 합성하여 생성한 합성 신호의 변조도를 낮출 수 있다.
또한, 처리부(240)는 상기 수정된 합성 신호를 전달부(210)에 의해 상기 TACAN 안테나로 전달하여, 상기 TACAN 안테나로부터, 변조도가 조정된 변조 신호가 방사되도록 할 수 있다.
실시예에 따라, TACAN 안테나 변조도 조정 장치(200)는 메모리부(250)를 더 포함할 수 있다.
메모리부(250)는 상기 수정되는 복수 개의 합성 신호를 유지한다. 전달부(210)는 메모리부(250)를 참조하여, 상기 복수 개의 합성 신호를, 일정한 위상 차이를 가지도록, 상기 TACAN 안테나를 구성하는 복수의 안테나 컬럼에 시분할 방식으로 분배하여 전달할 수 있다.
예를 들어, 도 4를 참조하면, 전달부(210)는 드라이버 유닛(400), 메모리부(250)는 드라이버 메모리에 의해 구현될 수 있다. 드라이버 메모리는 변조도가 조정된 합성 신호(예컨대, 900개의 샘플링 데이터)를 저장하고, 드라이버 유닛(400)은 드라이버 메모리에 저장된 상기 변조도가 조정된 합성 신호를 TACAN 안테나를 구성하는 복수의 안테나 컬럼으로 전달할 수 있다. 드라이버 유닛(400)은 상기 변조도가 조정된 합성 신호 간에 일정한 위상 차이(예컨대, 10도)가 발생하도록 타이밍에 맞게 시분할 방식(TDM)으로 분배하여 각 안테나 컬럼으로 전달할 수 있다.
이때, 처리부(240)는 복수 개의 합성 신호가 상기 복수의 안테나 컬럼으로 전달되면, 상기 각 안테나 컬럼에 내장된 회로를 제어하여, 상기 TACAN 안테나로부터 캐리어 신호를 진폭 변조한 상기 변조 신호를 방사시킬 수 있다.
예를 들어, 10도씩 위상 차이가 있는 각 합성 신호가 안테나 컬럼에 전달이 되면, 각 안테나 컬럼이 전자적으로 회전하여 TACAN 안테나를 통해 변조도가 조정된 변조 신호가 방사될 수 있다.
실시예에 따라, 처리부(240)는 상기 각 안테나 컬럼으로 전달되는 복수의 합성 신호를 멀티플렉싱하여 감시용 신호를 생성하고, 상기 감시용 신호를 이용하여 상기 TACAN 안테나로 전달하는 복수의 합성 신호를 자체적으로 감시할 수 있다.
예를 들어, 도 4를 참조하면, 처리부(240)는 각 채널 드라이버 증폭기에서 출력되어 다중화기(MUX)로 입력되는 복수의 합성 신호를 멀티플렉싱하여 감시용 신호를 생성 함으로써, 상기 감시용 신호를 통해 TACAN 안테나로 전달하는 합성 신호를 자체적으로 감시할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 전체 주파수 대역(962 ~ 1213MHz)에 대해, 미국 국방부가 제정하는 통신에 관한 군용 규격인 MIL-STD-291C(일례로, 15Hz와 135H의 변조도가 21±9%이고, 각 변조도의 합이 55% 이내)를 만족하는 안정적인 변조도를 생성할 수 있어, 항공기에 정밀한 방위각 정보를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, TACAN 안테나를 통해 방사되는 변조 신호에 대한 변조도를 TACAN에서 사용되는 안테나의 형상 등 기구적인 변경 없이 손쉽게 조정할 수 있어, TACAN 성능의 정확성을 개선하고 사용자 편의성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 현재 전량 수입에 의존하는 고정용 TACAN 안테나 제어에 필수 장비인 변조 신호 발생기(MGU)에 대한 기술을 국산화할 수 있고, 더 나아가 소프트웨어적으로 변조도 조정 기능을 구현 함으로써 방산 시장에서의 수출 확대를 도모할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 TACAN 안테나 변조도 조정 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 TACAN 안테나 변조도 조정 장치(300)는 EMI 필터(ElectroMagnetic Interference filter, 301), 전원 변환부(302), 프론트 패널(Front panel, 303), 주 제어 유닛(MCU: Main Control Unit, 304), 드라이버 유닛(DRVU: Driver Unit, 305), 마더 보드(Mother Board, 306) 및 장비 후면 커넥터(307)를 포함하여 구성될 수 있다.
EMI 필터(301)는 외부 입력 전원으로부터 전자기 노이즈(noise)를 제거하는 기능을 수행할 수 있다.
전원 변환부(302)는 외부 입력 전원이 48V DC이면 48V를 내부의 저전압(+/-12V, 5V)으로 변환하고(DC/DC 전원), 외부 입력 전원이 AC 전원이면 외부 AC 전원을 내부의 저전압으로 변환(AC/DC 전원)하는 기능을 수행할 수 있다.
참고로, 입력되는 외부 전원은 예컨대 90 ~ 240V AC 60W이거나, 48V DC 60W일 수 있다.
프론트 패널(303)은 TACAN 안테나 변조도 조정 장치(300)를 제어 및 확인하기 위한 인터페이스를 제공하는 기능을 할 수 있다.
주 제어 유닛(304)은 송수신기(또는 비콘)와의 통신 기능, 그래픽 유저 인터페이스(GUI)와의 통신 기능, 합성 신호의 생성, 감시 기능 등 주요한 기능을 수행할 수 있다.
일례로, 주 제어 유닛(304)은 CPU 보드로서, TACAN 안테나 변조도 조정 장치(300) 전체의 제어 기능과, 통신 기능, 감시 기능, 자체 진단 기능, 트리거 신호 발생, 비콘 인터페이스 기능 등 드라이버(driver) 기능 이외의 거의 모든 기능을 수행할 수 있으며, CPU 보드 외부로 연결되는 신호들은 버퍼(미도시함)를 통해 인터페이스 되어 신호 간 왜곡을 방지할 수 있다.
드라이버 유닛(305)은 주 제어 유닛(304)에서 생성된 합성 신호(안테나 제어 신호)를 역 다중화기(DeMUX) 및 각 채널 드라이버 증폭기(driver AMP)를 통해 TACAN 안테나의 각 안테나 컬럼으로 전송하는 기능을 할 수 있다. 이때, 드라이버 유닛(305)은 각 안테나 컬럼으로 전송을 위해 출력되는 신호를 선택에 따라 감시용 신호로 사용할 수 있다.
또한, 드라이버 유닛(305)은 PIN 다이오드 제어 신호를 TACAN 안테나로 신호를 송출하여 TACAN 안테나의 다이오드를 직접 제어할 수 있다. 이때, 드라이버 유닛(305)은 TACAN 안테나로 신호로 송출을 위해 출력되는 신호를 아날로그 다중화기(MUX)를 통하여 샘플링할 수 있다. 특히, 드라이버 유닛(305)의 출력 쪽의 드라이버 IC는 안정성과 장비 신뢰성을 높이고, 고장 발생을 방지하기 위해 고신뢰성 부품이 적용될 수 있다.
여기서, 장비 후면 커넥터(307)는 비콘 포트(Beacon Port, 308), 안테나 모니터 포트(Antenna Monitor Port, 309), 안테나 드라이버 포트(Antenna Driver Port, 310), 복수의 통신 포트(311) 및 관리 포트(Management, 312)를 구비할 수 있다.
비콘 포트(308)는 비콘(또는 송수신기)과 연결되는 접속부로서, 트리거 신호 및 비콘과의 제어 신호 등을 인터페이싱 할 수 있다.
안테나 모니터 포트(309)는 안테나 온도 신호, 안테나 내부 BITE(Built In Test Equipment) 선택 신호, 안테나 감시용 신호 등의 실시간 BITE를 위한 신호를 인터페이싱 할 수 있다.
안테나 드라이버 포트(310)는 안테나 컬럼 제어용 합성 신호, PIN 다이오드 바이어스(bias) 신호 등의 안테나 컬럼 신호를 인터페이싱 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 TACAN 안테나 변조도 조정 장치에서 TACAN 안테나로 합성 신호를 전달하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에는 본 발명의 일실시예에 따른 TACAN 안테나 변조도 조정 장치는 주 제어 유닛에서 생성된 합성 신호를 TACAN 안테나의 각 안테나 컬럼으로 전달하는 드라이버 유닛(400)을 포함할 수 있다.
드라이버 유닛(400)은 드라이버 메모리(Drive memory), 압축 메모리(Compression memory), DAC(Digital Analog Conversion), 역 다중화기(DeMUX), 각 채널 드라이버 증폭기(driver AMP) 및 다중화기를 포함하여 구성될 수 있다.
드라이버 메모리는 900개 샘플로 구성된 1개의 15Hz와 135Hz의 합성 신호를 저장할 수 있다.
드라이버 메모리에 저장된 각 합성 신호는 1번 컬럼(COL #1)부터 36번 컬럼(COL #36)까지 각각 10도 위상 차이가 발생하도록 타이밍에 맞게 시분할(TDM) 방식으로 분배될 수 있다.
분배된 합성 신호는 압축 메모리에 대응되어 DAC로 입력되고, DAC는 입력된 합성 신호를 디지털에서 아날로그 신호로 변환할 수 있다.
역 다중화기(DeMUX)는 각 안테나 컬럼에 맞게 합성 신호를 선택하여 출력하고, 드라이버 증폭기(driver Amp)는 수 m에서 수십 m 떨어져 있는 TACAN 안테나로의 전달을 위해 합성 신호를 증폭할 수 있다.
이때, 다중화기(MUX)는 각 채널 드라이버 증폭기(driver Amp)에서 출력되어 입력되는 복수의 합성 신호를 멀티플렉싱하여, TACAN 안테나로 전달하는 합성 신호를 자체적으로 감시하기 위한 감시용 신호로 생성할 수 있다.
도 5는 각 안테나 컬럼으로 전달하는 합성 신호 간의 위상 차이를 나타내는 도면이다.
TACAN 안테나 변조도 조정 장치는 일례로 36개의 안테나 컬럼으로 구성된 TACAN 안테나로 합성 신호를 전달 시, 10도씩 위상 차이가 발생하도록 15Hz와 135Hz를 합성한 36개의 합성 신호를 상기 안테나 컬럼에 각각 전달할 수 있다.
즉, TACAN 안테나 변조도 조정 장치는 1번 컬럼(COL #1) 기준으로 2번 컬럼(COL #2)과 10도 위상 차이가 발생하고, 2번 컬럼(COL #2)과 3번 컬럼(COL #3) 역시 10도의 위상 차이가 발생하도록 타이밍에 맞게 시분할 방식(TDM)으로 분배하여 전달할 수 있다.
도 5를 참조하면, TACAN 안테나를 구성하는 복수의 안테나 컬럼 중 1번 컬럼(COL #1)에 전달되는 합성 신호(510)와, 2번 컬럼(COL #2)에 전달되는 합성 신호(510) 간의 위상 차이가 '10도'인 것을 나타내고 있다.
이와 같이, 10도씩 위상 차이가 있는 각 합성 신호가 안테나 컬럼에 전달이 되면 전자적으로 36개의 안테나 컬럼이 회전하여 변조 신호가 방사될 수 있다.
도 6은 변조 신호에 대한 진폭 변조 파형의 일례를 도시한 도면이다.
도 6의 (ⅰ)은 원 신호를 도시하고 있으며, 도 6의 (ⅱ)은 캐리어 신호의 일례를 도시하고 있으며, 도 6의 (ⅲ)은 변조 신호에서 진폭 변조 파형의 일례를 도시하고 있다. 도 6의 (ⅲ)에서, Amax는 진폭의 최대값, Amin은 진폭의 최소값을 나타내며, 도 2의 수학식 5에 따라 상기 변조 신호에 대한 변조도가 산출될 수 있다.
도 7은 15Hz와 135Hz에서의 기본 파형 및 합성된 파형의 일례를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, TACAN 안테나 변조도 조정 장치는 15Hz에서의 기본 파형(y15 = sin30πt)과, 135Hz에서의 기본 파형(y135 = sin270πt)을 각각 생성한 후, 두 기본 파형과 직류 성분(DC 값)을 합하여, 합성 신호(y = y15 + y135 + DC)를 생성할 수 있다. 도 7에는 각 기본 파형을 이용하여 생성한 합성 신호의 파형이 도시되어 있다.
도 8은 도 7에 도시된 기본 파형의 변조도를 낮추는 조정을 실시한 경우, 각 파형의 일례를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, TACAN 안테나 변조도 조정 장치는 도 7에 생성된 15Hz와 135Hz에서의 기본 파형에 대한 변조도를 각각 낮출 수 있으며, 이에 따라 합성 신호의 변조도를 낮출 수 있다. 도 8에는 변조도를 낮춘 각 기본 파형을 이용하여 생성한 합성 신호의 파형이 도시되어 있다.
TACAN 안테나 변조도 조정 장치는 변조도를 낮춘 합성 신호에 대한 900개의 샘플링 데이터를 드라이버 메모리에 저장해 둠으로써, 상기 변조도를 낮춘 합성 신호가 상기 드라이버 메모리에서 TACAN 안테나로 전달되어, TACAN 안테나를 통해 변조도가 조정된 변조 신호가 방사되도록 할 수 있다.
이하, 도 9에서는 본 발명의 실시예들에 따른 TACAN 안테나 변조도 조정 장치(200)의 작업 흐름을 상세히 설명한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 TACAN 안테나 변조도 조정 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
본 실시예에 따른 TACAN 안테나 변조도 조정 방법은 상술한 TACAN 안테나 변조도 조정 장치(200)에 의해 수행될 수 있다.
도 9를 참조하면, 단계(910)에서, TACAN 안테나 변조도 조정 장치(200)는 복수의 주파수 대역을 이용하여 생성되는 합성 신호를, TACAN 안테나로 전달한다.
예를 들어, 도 5를 참조하면, TACAN 안테나 변조도 조정 장치(200)는 TACAN 안테나를 구성하는 36개의 안테나 컬럼 중 1번 컬럼(COL #1)에 전달하는 합성 신호(510)와, 2번 컬럼(COL #2)에 전달하는 합성 신호(510) 간의 위상 차이가 '10도'가 되도록 분배하여 전달할 수 있다. 이와 같이, 10도씩 위상 차이가 있는 각 합성 신호가 안테나 컬럼에 전달이 되면 전자적으로 36개의 안테나 컬럼이 회전하여 변조 신호가 방사될 수 있다.
단계(920)에서, TACAN 안테나 변조도 조정 장치(200)는 상기 합성 신호의 전달에 연동하여 상기 TACAN 안테나에 의해 방사되는 변조 신호를 수신하고, 단계(930)에서, TACAN 안테나 변조도 조정 장치(200)는 상기 수신된 변조 신호로부터, 상기 각 주파수 대역에서의 변조도를 산출한다.
즉, TACAN 안테나 변조도 조정 장치(200)는 TACAN 안테나에 의해 방사된 복수 개의 변조 신호가 수신되면, 상기 복수 개의 변조 신호에 대해 DFT 연산을 수행하여 상기 각 주파수 대역에서의 진폭을 추출하고, 상기 추출한 진폭의 최대값(Amax)과 최소값(Amin)의 합과 차를 이용하여 정의된 상기 수학식 5에 따라 상기 각 주파수 대역(15Hz, 135Hz)에서의 변조도를 산출할 수 있다.
단계(940)에서, TACAN 안테나 변조도 조정 장치(200)는 상기 산출된 변조도에 따라, 상기 TACAN 안테나로 전달하는 합성 신호를 수정한다.
즉, TACAN 안테나 변조도 조정 장치(200)는 단계(930)에서 산출된 변조도가, 전체 주파수 대역(962 ~ 1213MHz)에 대해 선정된 규격(일례로, 15Hz와 135H의 변조도가 21±9%이고 각 변조도의 합이 55% 이내)을 만족하도록 합성 신호를 수정할 수 있다.
일례로, TACAN 안테나 변조도 조정 장치(200)는 수학식 6 및 수학식 9에 정의된 합성 신호(y)에서 직류 성분(DC offset)을 조정하여 합성 신호를 수정 함으로써, 수정된 합성 신호를 TACAN 안테나로 전달 함에 따라 TACAN 안테나에서 방사되는 변조 신호로부터 재산출되는 변조도가 상기 규격에 맞도록 조정할 수 있다. 이때, 변조도를 낮추거나 높여 조정한 합성 신호는 후술하는 메모리부에 저장될 수 있다.
단계(950)에서, TACAN 안테나 변조도 조정 장치(200)는 상기 수정된 합성 신호를 상기 전달부에 의해 상기 TACAN 안테나로 전달하여, 상기 TACAN 안테나로부터, 변조도가 조정된 변조 신호가 방사되도록 한다.
예를 들어, TACAN 안테나 변조도 조정 장치(200)는 메모리부에 저장된 상기 변조도가 조정된 합성 신호(예컨대, 900개의 샘플링 데이터)를 TACAN 안테나를 구성하는 복수의 안테나 컬럼으로 전달할 수 있다. 이때, TACAN 안테나 변조도 조정 장치(200)는 상기 변조도가 조정된 합성 신호 간에 일정한 위상 차이(예컨대, 10도)가 발생하도록 타이밍에 맞게 시분할 방식(TDM)으로 분배하여 각 안테나 컬럼으로 전달할 수 있다.
TACAN 안테나 변조도 조정 장치(200)는 복수 개의 합성 신호가 상기 복수의 안테나 컬럼으로 전달되면, 상기 각 안테나 컬럼에 내장된 회로를 제어하여, 상기 TACAN 안테나로부터 캐리어 신호를 진폭 변조한 상기 변조 신호를 방사시킬 수 있다. 예를 들어, 10도씩 위상 차이가 있는 각 합성 신호가 안테나 컬럼에 전달이 되면, 각 안테나 컬럼이 전자적으로 회전하여 TACAN 안테나를 통해 변조도가 조정된 변조 신호가 방사될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
200: TACAN 안테나 변조도 조정 장치
210: 전달부 220: 수신부
230: 산출부 240: 처리부
250: 메모리부 260: 생성부

Claims (14)

  1. TACAN 안테나에 의해 방사되는 변조 신호를 수신하는 수신부;
    상기 수신된 변조 신호로부터, 각 주파수 대역에서의 변조도를 산출하는 산출부;
    상기 산출된 변조도에 따라, 상기 TACAN 안테나로 전달되는 합성 신호를 수정하는 처리부; 및
    상기 수정된 합성 신호가 복수 개인 경우, 상기 복수 개의 합성 신호를, 일정한 위상 차이를 가지도록, 상기 TACAN 안테나를 구성하는 복수의 안테나 컬럼에 시분할 방식으로 분배하여 전달하는 전달부
    를 포함하는 TACAN 안테나 변조도 조정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전달부는,
    상기 수정된 합성 신호를 상기 TACAN 안테나로 전달하여, 상기 TACAN 안테나로부터, 변조도가 조정된 변조 신호가 방사되도록 하는
    TACAN 안테나 변조도 조정 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 합성 신호가 상기 복수의 안테나 컬럼으로 전달되면,
    상기 처리부는,
    상기 각 안테나 컬럼에 내장된 회로를 제어하여, 상기 TACAN 안테나로부터 캐리어 신호를 진폭 변조한 변조 신호를 방사시키는
    TACAN 안테나 변조도 조정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 복수 개의 합성 신호를 멀티플렉싱하여 감시용 신호를 생성하고, 상기 감시용 신호를 이용하여 상기 복수 개의 합성 신호를 감시하는
    TACAN 안테나 변조도 조정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수신된 변조 신호가 복수 개인 경우,
    상기 산출부는,
    상기 복수 개의 변조 신호에 대해 DFT(Discrete Fourier Transform) 연산을 수행하여 상기 각 주파수 대역에서의 진폭을 추출하고, 상기 추출한 진폭의 최대값과 최소값을 이용하여, 상기 각 주파수 대역에서의 변조도를 산출하는
    TACAN 안테나 변조도 조정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 각 주파수 대역에서의 기본 파형을 각각 생성하고, 상기 각 기본 파형과 직류 성분(DC offset)을 합하여 상기 합성 신호를 생성하는 생성부
    를 더 포함하고,
    상기 처리부는,
    상기 산출된 변조도가 선정된 규격을 만족하도록, 상기 직류 성분을 변경하여 상기 합성 신호를 수정하는
    TACAN 안테나 변조도 조정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는,
    TACAN에서 사용되는 전체 주파수 대역에 대해서, 상기 산출된 변조도가 선정된 규격을 만족하도록 상기 합성 신호를 수정하는
    TACAN 안테나 변조도 조정 장치.
  9. TACAN 안테나에 의해 방사되는 변조 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 변조 신호로부터, 각 주파수 대역에서의 변조도를 산출하는 단계;
    상기 산출된 변조도에 따라, 상기 TACAN 안테나로 전달되는 합성 신호를 수정하는 단계; 및
    상기 수정된 합성 신호가 복수 개인 경우, 상기 복수 개의 합성 신호를, 일정한 위상 차이를 가지도록, 상기 TACAN 안테나를 구성하는 복수의 안테나 컬럼에 시분할 방식으로 분배하여 전달하는 단계
    를 포함하는 TACAN 안테나 변조도 조정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 수정된 합성 신호를 상기 TACAN 안테나로 전달하여, 상기 TACAN 안테나로부터, 변조도가 조정된 변조 신호가 방사되도록 하는 단계
    를 더 포함하는 TACAN 안테나 변조도 조정 방법.
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서,
    상기 복수 개의 합성 신호가 상기 복수의 안테나 컬럼으로 전달되면,
    상기 각 안테나 컬럼에 내장된 회로를 제어하여, 상기 TACAN 안테나로부터 캐리어 신호를 진폭 변조한 변조 신호를 방사시키는 단계
    를 더 포함하는 TACAN 안테나 변조도 조정 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 수신된 변조 신호가 복수 개인 경우,
    상기 변조도를 산출하는 단계는,
    상기 복수 개의 변조 신호에 대해 DFT 연산을 수행하여 상기 각 주파수 대역에서의 진폭을 추출하고, 상기 추출한 진폭의 최대값과 최소값을 이용하여, 상기 각 주파수 대역에서의 변조도를 산출하는 단계
    를 포함하는 TACAN 안테나 변조도 조정 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 각 주파수 대역에서의 기본 파형을 각각 생성하고, 상기 각 기본 파형과 직류 성분을 합하여 상기 합성 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 산출된 변조도가 선정된 규격을 만족하도록, 상기 직류 성분을 변경하여 상기 합성 신호를 수정하는 단계
    를 더 포함하는 TACAN 안테나 변조도 조정 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014027653A (ja) * 2012-06-21 2014-02-06 Samsung Electronics Co Ltd 通信装置、および指向性制御方法
KR101390168B1 (ko) 2013-11-22 2014-05-07 한국공항공사 전자식 스캔 tacan 안테나
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KR101434875B1 (ko) * 2014-07-18 2014-09-04 주식회사 제로닉스 실시간 보정 기능이 구비된 전자식 타칸 안테나

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