KR101628183B1 - 배열안테나를 구비하는 레이더 및 그것의 위상 교정 방법 - Google Patents

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KR101628183B1
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백인찬
이상일
장종훈
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 복수의 안테나로 형성되는 배열안테나를 구비하는 레이더에 관한 것으로, 보다 구체적으로 배열안테나를 통해 복수의 신호를 수신하는 것이 가능한 배열안테나를 구비하는 레이더에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더는, 교정신호 및 목표물 탐지를 위한 변조신호를 송신하는 송신기, 상기 송신기에서 송신된 교정신호 및 상기 목표물에서 반사된 변조신호를 각각 수신하는 복수의 안테나 및 상기 복수의 안테나를 통해 수신된 교정신호 및 변조신호를 이용하여, 상기 복수의 안테나로 수신되는 신호들에 대한 위상을 보정하는 신호처리부를 포함하고, 상기 신호처리부는, 상기 복수의 안테나별로, 상기 수신된 교정신호를 이용하여 제1 위상보정 값을 산출하고, 상기 수신된 변조신호를 이용하여 상기 제1 위상보정 값과 다른 제2 위상보정 값을 산출하며, 상기 제1 및 제2 위상보정 값에 근거하여, 상기 복수의 안테나별로 최종 위상보정 값을 산출하고, 상기 산출된 최종 위상보정 값을 상기 복수의 안테나별로 각각 피드백 처리하여 상기 복수의 안테나로 수신되는 신호들에 대한 위상을 보정하는 것을 특징으로 한다.

Description

배열안테나를 구비하는 레이더 및 그것의 위상 교정 방법{RADER COMPRISING ARRAY ANTENNA AND METHOD FOR CALIBRATING PHASE OF THE SAME}
본 발명은 복수의 안테나로 형성되는 배열안테나를 구비하는 레이더에 관한 것으로, 보다 구체적으로 배열안테나를 통해 복수의 신호를 수신하는 것이 가능한 배열안테나를 구비하는 레이더에 관한 것이다.
일반적으로 레이더(또는, 레이더 장치)는 표적을 탐지하기 위한 신호를 송신하고, 송신된 신호가 표적물에 반사되는 신호를 수신하여 표적물을 탐지한다. 등록특허문헌 제10-0966289호에는 레이더를 이용하여 추적 표적을 판정하는 방법에 대하여 개시되어 있다.
레이더는 다중 수신채널에 각각 상응하는 복수의 안테나를 구비할 수 있다. 상기 복수의 안테나는 배열안테나일 수 있다. 레이더는 배열안테나에 상응하는 복수의 수신채널로 수신되는 신호의 위상 비교하여, 표적거리 및 입사각을 추정하게 된다.
상기 레이더는 배열안테나를 통해 지면으로부터 반사되어 수신되는 신호와 상기 복수의 안테나로 직접 수신된 신호들을 이용하여, 상기 지면으로부터 반사되어 수신되는 신호와 상기 직접 수신된 신호 사이의 위상 차를 결정한다.
그러나, 배열안테나로 수신되는 복수의 수신신호들은 큰 위상천이를 포함하고 있어서 탐지 결과에 모호성이 발생하는데, 이를 방지하기 위해 비모호성을 추정해 주는 메커니즘을 제공하는 경우가 있다.
한편, 배열안테나(복수의 안테나) 중 어느 하나의 안테나를 통해 제1 신호가 지연되어 수신되고, 상기 복수의 안테나 중 상기 어느 하나의 안테나와 다른 안테나(들)를 통해 상기 제1 신호와 다른 제2 신호가 지연되어 수신될 수 있다. 이 때, 레이더는 상기 지연된 제1 및 제2 신호에 의해 잘못된 범위(표적거리)와 각도(입사각) 데이터를 제공하는 문제점을 야기할 수 있다.
종래에는, 이러한 오류를 방지하거나 줄이기 위한 기술들이 개발되어 왔지만, 상기 종래의 기술들을 이용하는 경우 오랜 시간이 걸리며 복잡하고 비용이 소요되는 교정 절차를 거쳐야 하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 교정 절차에도 불구하고, 레이더를 구성하는 개별적 소자들의 노화나 온도와 같은 외부 환경에 의해서 위와 같은 오류를 방지가 어려워질 수 있다는 문제점도 있다.
본 발명의 일 목적은 복수의 수신채널을 구성하는 레이더에서 수신되는 신호들 중 지연된 신호를 교정하는 것이 가능한 레이더 및 그것의 위상 교정 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더는, 교정신호 및 목표물 탐지를 위한 변조신호를 송신하는 송신기, 상기 송신기에서 송신된 교정신호 및 상기 목표물에서 반사된 변조신호를 각각 수신하는 복수의 안테나 및 상기 복수의 안테나를 통해 수신된 교정신호 및 변조신호를 이용하여, 상기 복수의 안테나로 수신되는 신호들에 대한 위상을 보정하는 신호처리부를 포함하고, 상기 신호처리부는, 상기 복수의 안테나별로, 상기 수신된 교정신호를 이용하여 제1 위상보정 값을 산출하고, 상기 수신된 변조신호를 이용하여 상기 제1 위상보정 값과 다른 제2 위상보정 값을 산출하며, 상기 제1 및 제2 위상보정 값에 근거하여, 상기 복수의 안테나별로 최종 위상보정 값을 산출하고, 상기 산출된 최종 위상보정 값을 상기 복수의 안테나별로 각각 피드백 처리하여 상기 복수의 안테나로 수신되는 신호들에 대한 위상을 보정하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 신호처리부는, 상기 제1 위상보정 값과 상기 제2 위상보정 값의 차이값을 산출하고, 상기 차이값에 상기 제2 위상보정 값을 합산한 값을 최종 위상보정 값으로 산출하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 복수의 안테나별로 각각 연결되며, 상기 안테나를 통해 수신된 교정신호 및 변조신호에 대한 증폭 및 하향 주파수를 제거하는 복수의 수신기; 및 상기 복수의 수신기에 각각 연결되고, 상기 수신기에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하며, 상기 변환된 디지털신호를 상기 신호처리부로 출력하는 복수의 디지털화기를 더 포함하고, 상기 신호처리부는 상기 변환된 디지털신호로부터 위상을 검출하고, 상기 검출된 위상에 근거하여 상기 제1 및 제2 위상보정 값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 복수의 안테나, 상기 복수의 수신기 및 상기 복수의 디지털화기는 복수의 수신채널을 형성하고, 상기 신호처리부는, 상기 복수의 수신채널별로 상기 복수의 안테나를 통해 수신된 교정신호에 대한 위상을 검출하고, 상기 복수의 수신채널별 상기 교정신호의 위상 변화 값을 산출하며, 상기 산출된 교정신호의 위상 변화 값으로부터 상기 복수의 수신채널별 제1 위상보정 값을 산출하고, 상기 복수의 수신채널별로 상기 복수의 안테나를 통해 수신된 변조신호에 대한 위상을 검출하고, 상기 복수의 수신채널별 상기 변조신호의 위상 변화 값을 산출하며, 상기 산출된 변조신호의 위상 변화 값으로부터 상기 복수의 수신채널별 제2 위상보정 값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 복수의 수신기 각각에 연결되며, 상기 신호처리부에서 피드백된 상기 최종 위상보정 값을 커플링하기 위한 커플러가 더 포함되고, 상기 신호처리부는, 상기 복수의 수신채널별로 산출된 최종 위상보정 값을 피드백 처리하도록 상기 복수의 수신기에 연결된 상기 커플러로 상기 복수의 수신채널별로 산출된 최종 위상보정 값을 각각 전송하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 제1 위상보정 값, 상기 제2 위상보정 값 및 상기 최종 위상보정 값을 상기 복수의 안테나에 각각 대응되도록 구분하여 저장하는 메모리를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 제2 위상보정 값은 상기 레이더가 운용 중 상기 레이더의 온도가 변경되는 것에 따라 변경되고, 상기 메모리에는 상기 온도별 제2 위상보정 값이 저장되며, 상기 신호처리부는, 사이 레이더의 운용에 따라 상기 레이더의 온도가 변경되면, 현재의 온도에 해당하는 제2 위상보정 값에 근거하여 상기 최종 위상보정 값을 변경하고, 상기 변경된 최종 위상보정 값을 피드백 처리하여 상기 복수의 안테나로 수신되는 신호들에 대한 위상을 보정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더의 위상 교정 방법은, 교정신호 및 목표물 탐지를 위한 변조신호를 송신하는 단계, 상기 송신된 교정신호 및 상기 목표물에서 반사된 변조신호를 복수의 안테나를 통해 수신하는 단계, 상기 복수의 안테나별로, 상기 수신된 교정신호의 위상을 추출하고, 상기 복수의 안테나별 상기 교정신호의 위상 변화 값을 추출하며, 상기 추출된 교정신호의 위상 변화 값에 근거하여 상기 복수의 안테나별로 제1 위상보정 값을 산출하는 단계, 상기 복수의 안테나별로, 상기 수신된 변조신호의 위상을 추출하고, 상기 복수의 안테나별 상기 변조신호의 위상 변화 값을 추출하며, 상기 추출된 변조신호의 위상 변화 값에 근거하여 상기 복수의 안테나별로 제2 위상보정 값을 산출하는 단계, 상기 복수의 안테나별로, 상기 제1 및 제2 위상보정 값의 차이값을 산출하고, 상기 제2 위상보정 값에 상기 차이값을 합산하여 최종 위상보정 값을 산출하는 단계 및 상기 산출된 최종 위상보정 값을 상기 복수의 안테나별로 각각 피드백 처리하여 상기 복수의 안테나로 수신되는 신호들에 대한 위상을 보정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 레이더의 운용 중에 능동소자들의 특성이나 노화에 따른 오차, 온도와 같은 내부/외부 환경에 의한 오차, 케이블 변화에 의한 오차(즉, 위상 변화에 대한 오차)에 대한 보정을 주기적으로 실시할 수 있어서 목표물 탐지 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 외부 보정 값과 내부 보정 값의 차이 값(offset)을 위상보정에 이용함으로써, 커플러 전단에 대한 오차까지 고려하여 보정을 수행할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 신호가 수신되는 경로의 전 구간에 대한 오차 보정을 실시할 수 있어, 목표물에 대한 탐지 성능을 최적화할 수 있다.
또한, 본 발명은 배열안테나를 구비하여 다채널을 통해 신호를 수신하는 통신시스템이나 다채널의 위상 변위로부터 표적물을 탐지하는 레이더 고도계 등에 널리 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 교정 메커니즘을 가지는 레이더의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배열안테나를 구비하는 레이더의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더에 구비되는 배열안테나의 위상 교정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 레이더 및 그에 구비되는 배열안테나의 위상 교정 방법의 바람직한 실시 예를 자세히 설명한다.
본 발명에서는 수신신호에 대한 위상보정을 수행할 수 있다. 이 때, 본 발명은 상기 위상보정을 내부 보정 및 외부 보정을 이용하여 수행할 수 있다. 즉, 본 발명은 위상보정을 수행하는 데에 있어서 두가지 종류의 보정을 수행할 수 있다.
상기 내부 보정은 본 발명의 레이더를 구성하는 구성요소들 중 신호를 수신하는 안테나를 제외한 구성요소를 이용하여 수행되는 보정으로 정의될 수 있다. 또한, 상기 외부 보정은, 본 발명의 레이더를 구성하는 구성요소들 중 신호를 수신하는 안테나를 포함하여 수행되는 보정으로 정의될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에서 수신신호에 대한 위상보정을 수행할 때 내부 보정 및 외부 보정을 이용하여 수행하는 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 1의 구성은 내부 보정을 위한 구성이고, 도 2는 내부 및 외부 보정 모두를 위한 구성이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 교정 메커니즘을 가지는 레이더의 구성을 도시한 블록도이다. 특히, 도 1을 내부 보정을 위한 구성으로, 레이더의 운용 중에 능동소자들의 특성이나 노화에 따른 오차나 온도와 같은 외부 환경에 의한 오차나 케이블 변화에 의한 오차를 보정할 수 있는 구성이다.
도 1을 참조하면, 레이더(150)는 신호를 수신하는 복수의 수신채널(12, 14, 16) 및 신호처리부(160) 등을 포함할 수 있다. 각 수신채널은 안테나와 수신기와 디지털화기로 구성된다. 복수의 수신채널에 각각 구비된 안테나, 즉 복수의 안테나들은 '배열안테나'로 명명될 수 있다.
각 수신채널을 통해 수신된 신호는 신호처리를 거치며 최종적으로 목표물에 대한 위치벡터와 고도정보로 출력된다. 즉, 신호처리부(160)는 각 수신채널을 통해 수신된 신호를 이용하여 추적하고자 하는 목표물에 대한 위치벡터 및 고도정보를 출력할 수 있다.
보다 상세하게, 레이더(150)는 복수 수신채널(12,14,16)에 대응되는 복수의 안테나들(20,30,40), 복수의 수신기(22,32,42) 및 복수의 디지털화기(24,34,44)를 구비하며, 신호처리부(160)를 구비한다.
또한, 레이더(150)는 신호처리부(160)에서 처리된 신호를 수신채널(12,14,16)로 피드백시키는 루프를 포함할 수 있다. 이를 위해, 각 수신채널(12,14,16)의 수신기(22,32,42) 전단에는 커플러(156)가 구비될 수 있으며, 상기 커플러(156)는 신호처리부(160)로부터 피드백되는 보정 값을 커플링한다.
도 1의 구성에 따른 동작을 보면, 레이더(150)는 지면(또는 목표물)을 향하여 펄스 모듈화된 레이더신호를 송신한다. 이어, 레이더(150)는 지면(또는 목표물)으로부터 반사된 신호를 복수의 안테나들(20,30,40)을 통해 수신할 수 있다. 상기 복수의 안테나들(20, 30, 40)은 수신된 신호를 각 안테나에 연결된 수신기들(22, 32, 42)로 전송한다.
수신기들(22, 32, 42) 수신된 신호에 대한 신호증폭 및 하향주파수 처리를 수행할 수 있다. 수신기들(22, 32, 42)은 수신된 신호에 대하여 신호증폭 및 하향주파수를 제거하는 처리를 수행한 후, 상기 처리가 수행된 신호를 각 수신기에 연결된 디지털화기들(24, 34, 44)로 전송할 수 있다.
디지털화기들(24,34,44)은 수신기들(22,32,42)에서 출력되는 아날로그신호를 디지털화하여 디지털신호로 출력한다. 즉, 본 명세서에서 사용되는 디지털화기는, 아날로그-디지털 컨버터(Analog-Digital Converter, ADC)일 수 있다.
도 1의 레이더(150)에서 각 수신채널을 통해 수신된 수신신호는 1파장 범위 내에서 0~360도 사이의 위상 값을 갖는다. 복수의 수신채널을 통해 수신된 복수의 신호들 사이에 위상 오차가 발생하는 경우, 위상 변화에 따라 복수의 신호들에 대한 교차 트랙 범위의 오차는 더 커지게 된다.
따라서, 신호처리부(160)는 수신채널들을 통해 수신된 복수의 신호들의 위상 비교를 통해 채널별로 신호 경로 지연(위상 오차)을 측정하고, 이에 대한 보정을 수행할 수 있다.
구체적으로, 신호처리부(160)는 복수의 수신채널들(12,14,16)을 통해 수신된 복수의 신호들의 위상을 검출하고, 상기 검출된 복수의 신호들의 위상 변화를 산출한다. 그리고, 신호처리부(160)는 상기 산출된 위상 변화 값을 이용하여 오차보정 값을 산출할 수 있다. 신호처리부(160)는 상기 산출된 오차보정 값을 피드백시키기 위해 수신기들(22,32,42)의 전단에 구비된 커플러(156)로 전송하여 커플링을 수행할 수 있다. 이후, 신호처리부(160)는 커플링된 이후에 수신되는 신호에 대한 오차를 보정할 수 있다.
도 1의 구성에서는, 각 수신채널 별 위상 변화에 기반한 오차보정이 주기적으로 수행된다. 그러나, 커플러(156)의 전단에 위치한 복수의 안테나들(20,30, 40)은 피드백 루프에서 제외되기 때문에, 복수의 안테나들에 의해 발생되는 오차에 대한 보정이 누락될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 레이더가 위와 같이 복수의 안테나들에 의해 발생되는 오차를 보정하는 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 살펴본다.
도 2 및 3은 수신 경로의 전 구간에서 발생할 수 있는 오차를 보정하며 또한, 능동소자들의 특성이나 노화에 따른 오차나 온도와 같은 외부 환경에 의한 오차나 케이블 변화에 의한 오차를 보정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배열안테나를 구비하는 레이더의 구성을 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더에 구비되는 배열안테나의 위상 교정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 도시된 레이더(250)는, 도 1에서 설명한 레이더(150)의 구성을 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 2에 도시된 수신채널(12, 14, 16), 수신기(22, 32, 42), 디지털화기(24, 34, 44), 커플러(156) 및 신호처리부(260)는 도 1에서 설명한 수신채널(12, 14, 16), 수신기(22, 32, 42), 디지털화기(24, 34, 44), 커플러(156) 및 신호처리부(160)의 구성에 대응할 수 있다. 이에 따라, 도 1과 동일한 구성에 대한 설명은 이하에서 생략한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 레이더(250)는 복수의 수신채널을 구성하며, 각 수신채널은 안테나와 수신기와 디지털화기로 구성된다. 각 수신채널을 거칠 신호는 신호처리를 거치며 최종적으로 목표물에 대한 위치벡터와 고도정보가 출력된다. 또한, 레이더(250)는 적어도 하나의 송신채널을 구성한다.
보다 상세하게, 레이더(250)는 복수의 수신채널(12,14,16)에 대응되게 복수의 안테나들(20,30,40), 수신기(22,32,42) 및 디지털화기(24,34,44)를 구비하며, 신호처리부(260)를 구비한다. 또한, 본 발명의 레이더(250)는 송신채널을 더 포함할 수 있다. 상기 송신채널에는 송신기(240)가 구비될 수 있다.
송신기(240)는 레이더(250)의 목표물 탐지를 위해 변조된 연속파신호(변조신호)를 송출할 수 있다. 상기 변조신호는 목표물에 의해 반사된 후 복수의 안테나(20, 30, 40)를 통해 수신될 수 있다.
신호처리부(260)는 도 1에서 설명한 방법을 이용하여, 복수의 수신채널(12, 14, 16)로 수신된 복수의 신호들에 대한 위상 변화 값을 산출한다. 여기서 상기 복수의 신호는 목표물을 탐지하기 위한 신호(변조신호)가 상기 목표물로부터 반사되어 돌아온 신호일 수 있다. 이후, 신호처리부(260)는 상기 산출된 위상 변화 값을 이용하여 위상보정을 위한 오차보정 값을 산출할 수 있다. 상기 변조신호에 의해 상기 산출된 오차보정 값을 '내부 보정 값'으로 정의한다.
또한, 신호처리부(260)는, 외부 보정을 위해, 교정신호를 송출하도록 송신기(240)를 제어할 수 있다. 교정신호는 복수의 수신채널(12,14,16)을 구성하는 복수의 안테나들(20,30,40)을 통해 수신된다. 구체적으로, 송신기(240)는 교정신호를 안테나로 직접 또는 지면에서 반사되어 복수의 안테나(20, 30, 40)로 전송하도록 형성될 수 있다.
교정신호는 첫 번째 펄스반복주기(Pulse Repetition Interval) 구간에 생성되며, 연속파 파일럿신호일 수 있다. 송신기(240)에서 송신되는 교정신호는 코히어런트(coherent)하며 매번 동위상으로 생성하는 것을 바람직하다.
신호처리부(260)는, 각 수신채널 별로 수신된 복수의 교정신호의 위상을 검출하고, 그에 따른 위상 변화 값을 산출한다. 이후, 신호처리부(260)는 산출되는 위상 변화 값으로부터 위상보정을 위한 오차보정 값을 산출할 수 있다. 여기서, 상기 교정신호로부터 산출된 오차보정 값을 "외부 보정 값"으로 정의한다.
본 발명의 레이더(250)는 상기 내부 보정 값과 외부 보정 값을 저장하는 룩업테이블(look-up table)로 생성할 수 있다. 상기 록업테이블은 레이더에 구비된 메모리(미도시)에 저장될 수 있다.
여기서, 내부 보정 값은 능동소자 특성이나 온도 변화에 따른 보정 값이므로, 각 내부/외부환경 조건에 따라 각각 수신채널별 보정 값을 저장하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 록업테이블에는, 제1 온도에서의 수신채널별 내부 보정 값과 상기 제1 온도와 다른 제2 온도에서의 수신채널별 내부 보정 값이 저장될 수 있다.
신호처리부(260)는 상기 산출된 수신채널 별 외부 보정 값과 내부 보정 값의 차이 값(offset)을 초기 위상보정 값으로 산출할 수 있다. 상기 초기 위상보정 값은 메모리(미도시)에 저장될 수 있다.
신호처리부(260)는 상기 초기 위상보정 값에 내부 보정 값을 합산한 최종 위상보정 값(또는, 최종 보정 값)을 피드백 루프를 통해 수신기들(22,32,42)의 전단 구비된 커플러(156)로 전송하여 커플링을 수행할 수 있다. 이후, 신호처리부(260)는 커플링된 이후에 수신되는 신호에 대한 오차를 보정할 수 있다.
한편, 신호처리부(260)는 레이더(250)의 운용 중에 온도 변화 등의 환경에 따라 내부 보정 값이 변화하는 것에 근거하여, 룩업테이블에 저장된 값들(내부 보정 값)을 업데이트할 수 있다. 신호처리부(160)는 상기 업데이트된 내부 보정 값에 초기 위상보정 값을 합산하여 상기 최종 위상보정 값을 변경하고, 상기 변경된 최종 위상보정 값을 피드백 루프를 통해 수신기들(22,32,42)의 전단에 커플링하고, 커플링된 이후에 수신되는 신호에 대한 오차를 보정할 수 있다.
다시 말해, 신호처리부(260)는, 복수의 안테나(20, 30, 40)를 통해 수신된 교정신호 및 변조신호를 이용하여, 상기 복수의 안테나(20, 30, 40)로 수신되는 신호들에 대한 위상을 보정할 수 있다.
구체적으로, 신호처리부(260)는, 복수의 안테나별(20, 30, 40)로, 상기 수신된 교정신호를 이용하여 제1 위상보정 값(외부 보정 값)을 산출하고, 상기 수신된 변조신호를 이용하여 상기 제1 위상보정 값과 다른 제2 위상보정 값(내부 보정 값)을 산출할 수 있다.
이후, 신호처리부(260)는 상기 제1 및 제2 위상보정 값에 근거하여, 상기 복수의 안테나별로(복수의 수신채널별로) 최종 위상보정 값을 산출하고, 상기 산출된 최종 위상보정 값을 상기 복수의 안테나별로 각각 피드백 처리하여 상기 복수의 안테나로 수신되는 신호들에 대한 위상을 보정할 수 있다.
상기 최종 위상보정 값은, 상기 제1 위상보정 값과 상기 제2 위상보정 값의 차이값을 상기 제2 위상보정 값(내부 보정 값)에 합산한 값일 수 있다.
신호처리부(260)는, 복수의 안테나(20, 30, 40)를 통해 수신된 신호들의 위상을 검출하고, 상기 검출된 위상에 근거하여, 상기 복수의 안테나(20, 30, 40)를 포함하는 복수의 수신채널별 위상 변화 값(복수의 수신채널별 교정신호의 위상 변화 값과 복수의 수신채널별 변조신호의 위상 변화 값)을 산출할 수 있다. 또한, 신호처리부(260)는 상기 복수의 수신채널별 위상 변화 값에 근거하여, 제1 위상보정 값(교정신호의 위상 보정 값)과 제2 위상보정 값(변조신호의 위상 보정 값)을 산출할 수 있다.
신호처리부(260)는 상기 제1 및 제2 위상보정 값을 이용하여 최종 위상보정 값을 산출하고, 상기 최종 위상보정 값을 커플러(156)로 피드백 처리하여 상기 복수의 수신채널(또는, 복수의 안테나)를 통해 수신되는 신호를 보정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더에 구비되는 배열안테나의 위상 교정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 3은 도 2에서 설명한 신호처리부(260)에서 실시되는 오차보정 절차를 설명하기 위한 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 레이더는 송신기(240)를 통해 교정신호를 생성하여 복수의 안테나(20,30,40)로 송출할 수 있다.
신호처리부(260)는 상기 복수의 안테나(20, 30,40)를 통해 수신된 교정신호가 수신채널을 거쳐 수신되는 것에 근거하여, 각 수신채널 별로 수신된 교정신호의 위상을 검출하고, 그에 따른 위상 변화 값을 산출한다(S10). 신호처리부(260)는 그 산출되는 위상 변화 값으로부터 위상보정 값을 산출할 수 있다.
신호처리부(260)는 상기 산출된 위상보정 값을 이용하여 룩업테이블을 생성할 수 있다. 즉, 상기 산출된 위상보정 값은 룩업테이블의 외부 보정 값으로 저장될 수 있다(S20). 상기 룩업테이블은 메모리에 저장될 수 있다.
이어, 신호처리부(260)는 레이더(250)의 운용 중에 커플러(156) 후단에서 발생하는 위상 변화 값을 산출한다(S30). 구체적으로, 신호처리부(260)는 지면(또는 목표물)을 향해 송출한 신호(예를 들어, 변조 신호)가 반사되어 복수의 안테나로 수신되면, 상기 수신된 신호(예를 들어, 변조 신호)에 대한 위상 변화 값을 산출할 수 있다. 또한, 신호처리부(260)는 상기 산출된 위상 변화 값에 따른 위상보정 값을 산출할 수 있다.
신호처리부(260)는 변조 신호에 대한 위상보정 값을 이용하여 룩업테이블을 생성할 수 있다. 즉, 상기 S30단계에서 산출된 위상보정 값은 룩업테이블의 내부 보정 값으로 저장될 수 있다(S40).
한편, 신호처리부(260)는 내부 보정 값을 저장할 시에 외부환경 조건에 따라 구분하여 저장하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 신호처리부(260)는 온도 변화에 따라 변화하는 위상 변화 값을 산출할 수 있다. 또한, 신호처리부(260)는 상기 산출된 위상 변화 값으로부터 위상보정 값을 산출한다. 그리고, 신호처리부(260)는 상기 산출된 위상보정 값(내부 보정 값)을 온도별로 연계(구분)하여 룩업테이블에 저장할 수 있다.
신호처리부(260)는 룩업테이블에 저장된 외부 보정 값과 내부 보정 값 간의 옵셋(offset) 즉, 차이 값을 산출하여 메모리(미도시)에 저장한다(S50).
신호처리부(260)는 S10단계 내지 S50단계에서 산출된 외부 보정 값, 내부 보정 값, 그리고 둘 간의 차이 값(초기 위상보정 값)을 각 수신채널 별로 구분하여 저장할 수 있다.
이후, 신호처리부(260)는 상기 초기 위상보정 값에 내부 보정 값을 합산한 최종 보정값을 산출하고, 상기 최종 보정 값을 피드백 루프를 통해 수신기들(22,32,42)의 전단에 커플링하여 오차를 주기적으로 보정한다(S60).
한편, 신호처리부(260)는 레이더(250)의 운용 중에 온도 변화 등의 환경에 따라 내부 보정 값이 변경(변화)될 수 있으므로, 내부 보정 값이 변경됨에 따라 룩업테이블에 저장된 값을 업데이트한다(S41). 여기서, 상기 온도 변화는 레이더 자체의 온도변화이거나, 레이더 주변의 온도변화일 수 있다.
또는, 신호처리부(260)는 레이더(250)의 운용 중 온도변화가 발생하면, 룩업테이블에 온도별로 저장된 내부 보정 값 중 변화된 온도에 대응하는 내부 보정 값을 룩업테이블에서 추출할 수 있다.
또한, 신호처리부(260)는 내부 보정 값이 변화함에 따라, 내부 보정 값에 초기 위상보정 값을 합산한 최종 보정 값을 변경할 수 있다. 즉, 상기 변경된 최종 보정 값은, 온도에 따라 변경된 내부 보정 값에 초기 위상보정 값을 합산하여 추출될 수 있다.
신호처리부(260)는 상기 변경된 최종 보정 값을 피드백 루프를 통해 수신기들(22,32,42)의 전단에 커플링하여 오차를 주기적으로 보정한다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다.
그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부(180)를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
12, 14, 16: 수신채널
156: 커플러
240: 송신기
250: 레이더
260: 신호처리부

Claims (8)

  1. 지면을 향하여 교정신호를 송출하고, 목표물 탐지를 위한 변조신호를 송신하는 송신기;
    상기 송신기에서 송출되어 지면에 반사된 교정신호 및 상기 목표물에서 반사된 변조신호를 각각 수신하는 복수의 안테나; 및
    상기 복수의 안테나를 통해 수신된 교정신호 및 변조신호를 이용하여, 상기 복수의 안테나로 수신되는 신호들에 대한 위상을 보정하는 신호처리부를 포함하고,
    상기 신호처리부는,
    상기 복수의 안테나별로, 상기 수신된 교정신호를 이용하여 제1 위상보정 값을 산출하고, 상기 수신된 변조신호를 이용하여 상기 제1 위상보정 값과 다른 제2 위상보정 값을 산출하며,
    상기 제1 및 제2 위상보정 값에 근거하여, 상기 복수의 안테나별로 최종 위상보정 값을 산출하고, 상기 산출된 최종 위상보정 값을 상기 복수의 안테나별로 각각 피드백 처리하여 상기 복수의 안테나로 수신되는 신호들에 대한 위상을 보정하는 것을 특징으로 하고,
    상기 제2 위상보정 값은 레이더 운용 중 상기 레이더의 온도 및 상기 레이더 주변의 온도가 변경되는 것에 따라 변경되며,
    상기 신호처리부는,
    상기 레이더의 운용에 따라 온도가 변경되면, 현재의 온도에 해당하는 제2 위상보정 값에 근거하여 상기 최종 위상보정 값을 변경하고,
    상기 변경된 최종 위상보정 값을 피드백 처리하여 상기 복수의 안테나로 수신되는 신호들에 대한 위상을 보정하는 것을 특징으로 하는 레이더.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호처리부는,
    상기 제1 위상보정 값과 상기 제2 위상보정 값의 차이값을 산출하고, 상기 차이값에 상기 제2 위상보정 값을 합산한 값을 최종 위상보정 값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 레이더.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 안테나별로 각각 연결되며, 상기 안테나를 통해 수신된 교정신호 및 변조신호에 대한 증폭 및 하향 주파수를 제거하는 복수의 수신기; 및
    상기 복수의 수신기에 각각 연결되고, 상기 수신기에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하며, 상기 변환된 디지털신호를 상기 신호처리부로 출력하는 복수의 디지털화기를 더 포함하고,
    상기 신호처리부는 상기 변환된 디지털신호로부터 위상을 검출하고, 상기 검출된 위상에 근거하여 상기 제1 및 제2 위상보정 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 레이더.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 안테나, 상기 복수의 수신기 및 상기 복수의 디지털화기는 복수의 수신채널을 형성하고,
    상기 신호처리부는,
    상기 복수의 수신채널별로 상기 복수의 안테나를 통해 수신된 교정신호에 대한 위상을 검출하고, 상기 복수의 수신채널별 상기 교정신호의 위상 변화 값을 산출하며, 상기 산출된 교정신호의 위상 변화 값으로부터 상기 복수의 수신채널별 제1 위상보정 값을 산출하고,
    상기 복수의 수신채널별로 상기 복수의 안테나를 통해 수신된 변조신호에 대한 위상을 검출하고, 상기 복수의 수신채널별 상기 변조신호의 위상 변화 값을 산출하며, 상기 산출된 변조신호의 위상 변화 값으로부터 상기 복수의 수신채널별 제2 위상보정 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 레이더.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 수신기 각각에 연결되며, 상기 신호처리부에서 피드백된 상기 최종 위상보정 값을 커플링하기 위한 커플러가 더 포함되고,
    상기 신호처리부는,
    상기 복수의 수신채널별로 산출된 최종 위상보정 값을 피드백 처리하도록 상기 복수의 수신기에 연결된 상기 커플러로 상기 복수의 수신채널별로 산출된 최종 위상보정 값을 각각 전송하는 것을 특징으로 하는 레이더.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 위상보정 값, 상기 제2 위상보정 값 및 상기 최종 위상보정 값을 상기 복수의 안테나에 각각 대응되도록 구분하여 저장하는 메모리를 더 포함하고,
    상기 메모리에는 온도별 제2 위상보정 값이 저장되는 것을 특징으로 하는 레이더.
  7. 삭제
  8. 지면을 향하여 교정신호를 송출하고, 목표물 탐지를 위한 변조신호를 송신하는 단계;
    상기 지면에서 반사된 교정신호 및 상기 목표물에서 반사된 변조신호를 복수의 안테나를 통해 수신하는 단계; 및
    상기 복수의 안테나별로, 상기 수신된 교정신호의 위상을 추출하고, 상기 복수의 안테나별 상기 교정신호의 위상 변화 값을 추출하며, 상기 추출된 교정신호의 위상 변화 값에 근거하여 상기 복수의 안테나별로 제1 위상보정 값을 산출하는 단계;
    상기 복수의 안테나별로, 상기 수신된 변조신호의 위상을 추출하고, 상기 복수의 안테나별 상기 변조신호의 위상 변화 값을 추출하며, 상기 추출된 변조신호의 위상 변화 값에 근거하여 상기 복수의 안테나별로 제2 위상보정 값을 산출하는 단계;
    상기 복수의 안테나별로, 상기 제1 및 제2 위상보정 값의 차이값을 산출하고, 상기 제2 위상보정 값에 상기 차이값을 합산하여 최종 위상보정 값을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 최종 위상보정 값을 상기 복수의 안테나별로 각각 피드백 처리하여 상기 복수의 안테나로 수신되는 신호들에 대한 위상을 보정하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 위상보정 값은 레이더 운용 중 상기 레이더의 온도 및 상기 레이더 주변의 온도가 변경되는 것에 따라 변경되며,
    상기 위상을 보정하는 단계는,
    상기 레이더의 운용에 따라 온도가 변경되면, 현재의 온도에 해당하는 제2 위상보정 값에 근거하여 상기 최종 위상보정 값을 변경하는 단계; 및
    상기 변경된 최종 위상보정 값을 피드백 처리하여 상기 복수의 안테나로 수신되는 신호들에 대한 위상을 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더의 위상 교정 방법.
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