KR101665055B1 - 비행체 자동 추적 안테나 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 Ku 밴드 또는 X밴드 전파를 사용하여 비행체를 추적하면서 비행체를 원하는 방향으로 유도하기 위한 비행체 자동 추적용 안테나 시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 안테나 혼 모노펄스 비교기로부터 합신호를 입력받아 합신호를 대역통과 및 저역증폭하는 합신호 처리수단; 제어신호에 따라 소정 속도로 스위칭되어 안테나 혼 모노펄스 비교기로부터 입력되는 수직차신호나 수평차신호를 교번적으로 선택하기 위한 절체 스위치; 절체 스위치에 의해 선택된 수직차신호와 수평차신호를 교번적으로 대역통과 및 저잡음 증폭한 후 위상변조하고 감쇠시키는 차신호 처리수단; 합신호처리수단의 출력과 차신호 처리수단의 신호를 합성하는 합성기; 합성기의 출력을 다운 컨버팅하는 다운 컨버터; 다운 컨버티의 출력을 필터링하기 위한 IF 대역통과필터; 및 IF 대역통과필터의 출력을 증폭하여 검파한 후 디지털 신호로 변환하여 앙각 추적신호와 방위각 추적신호를 교번적으로 출력하는 검파수단으로 구성된다. 본 발명에 따르면 초당 100회 이상 스위칭되는 절체 스위치를 사용하여 1세트의 모노펄스 수신장치를 사용하여 제조 비용을 절감할 수 있고, 디지털 구동 증폭기를 사용하여 펄스 주파수로 속도 조절의 효율을 향상시키며, 정밀도를 개선할 수 있다. 근거리 고속 비행체일 경우, 빔폭 광대역 복사기로 자동 교체하여 GPS 추적 가능하게 하였다.

Description

비행체 자동 추적 안테나 시스템{A TRACKING ANTENNA SYSTEM}
본 발명은 주로 무선 비행체를 자동으로 추적하는 자동 추적 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 비행체가 원거리에 있을 경우에는 모노펄스 안테나로 추적하다가 근거리에 있을 경우에는 혼 안테나를 통해 무선 비행체가 송신하는 Ku 밴드 전파를 수신하여 비행체의 GPS신호로 위치와 진행경로를 파악한 후 비행체를 추적하면서 비행체를 원하는 방향으로 유도하는데 사용하는 비행체 자동 추적 안테나 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 추적 레이더란 비행체의 좌표를 시시각각으로 측정하여 그것이 어떻게 이동하고 있는가 경로와 장래 위치를 추정할 수 있는 데이터를 제공하는 레이더로서, 단일 타깃을 연속적으로 추적하는 것과 하나 또는 복수의 타깃에 대한 이산적인 샘플 데이터를 제공하는 TWS(track-while-scan)식이 있다. 추적은 추적 오차 신호를 이용하여 안테나를 구동 조작하는 서보 기구를 사용하는데, 오차 신호를 발생하는 방법으로서 로브 전환, 원뿔 주사, 동시 로빙, 모노펄스 등의 각 방식이 있다.
추적 모드에 들어가기 전에 타깃을 수색하여 포착할 필요가 있는데, 이것은 추적 레이더와는 다른 포착 레이더(acquisition radar)로 하는 것도 있다. 컴퓨터를 써서 자동적으로 타깃을 포착하여 추적하는 것을 ADT(automatic detection and tracking)라 한다.
모노펄스 추적장치는 하나의 펄스로 방위각과 고도각 평면에서 동시에 비행체의 위치를 탐지할 수 있는 것인데, 안테나의 개구면이 A,B,C,D 4개의 개구면으로나누어져 있을 때, 모노펄스 비교기에서 전체 합, 수평차, 수직차 신호를 구해 비행체를 추적하는 방식이다. 모노펄스 안테나의 경우 합 채널과 차 채널 사이의 교차점 각도가 중요한 파라미터로서 고해상도의 추적을 위해서는 교차점 각도가 작아야 한다.
그런데 종래의 모노펄스 추적장치는 주로 낮은 주파수대에서 추적하는 모노펄스 혼을 사용함으로써 각도 정밀도가 낮아서 추적 오차가 많이 발생하고, 수직 수평 각각 모노펄스 수신장치 2세트를 사용하여 제작 비용이 많이 들며, 무선 비행체가 근거리에서 빠르게 움질일 때 추적이 어려운 문제점이 있다.
KR 10-2008-0087310 A
본 발명은 주로 무인 비행체를 자동 추적하고 비행 방향을 컨트롤하는 안테나 시스템으로, 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 Ku밴드 중 높은 15GHz 주파수대 또는 X밴드를 사용하여 방향 추적 정밀도가 2배 이상 향상되고, 초당 100회 이상 스위칭되는 절체 스위치를 사용하여 1세트의 모노펄스 수신장치를 사용하여 제조 비용을 절감할 수 있는 비행체 자동 추적 안테나 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 무선 비행체가 원거리에 있을 경우에는 모노펄스 안테나로 추적하다가 근거리에 있을 경우에는 혼 안테나를 통해 무선 비행체가 송신하는 Ku 밴드 전파를 수신하여 비행체의 GPS신호로 위치와 진행경로를 파악하여 비행체를 고속으로 추적할 수 있는 비행체 자동 추적 안테나 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 시스템은, 비행체에서 송신하는 전파를 반사판부 안테나 혼의 모노펄스 비교기로부터 합신호를 입력받아 합신호를 대역통과 및 저잡음 증폭하는 합신호 처리수단; 제어신호에 따라 소정 속도로 스위칭되어 상기 안테나 혼 모노펄스 비교기로부터 입력되는 수직차신호나 수평차신호를 교번적으로 선택하기 위한 절체 스위치; 상기 절체 스위치에 의해 선택된 수직차신호와 수평차신호를 교번적으로 대역통과 및 저잡음 증폭한 후 위상변조하고 감쇠시키는 차신호 처리수단; 상기 합신호처리수단의 출력과 상기 차신호 처리수단의 신호를 합성하는 합성기; 상기 합성기의 출력을 다운 컨버팅하는 다운 컨버터; 상기 다운 컨버티의 출력을 필터링하기 위한 IF 대역통과필터; 및 상기 IF 대역통과필터의 출력을 증폭하여 검파한 후 디지털 신호로 변환하여 앙각 추적신호와 방위각 추적신호를 스위치로 교번적으로 출력하는 검파수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 차신호처리수단은 제3 스위치의 선택에 따라 위상이 0°혹은 180° 변조 처리되고, 180° 변조처리시 위상정밀조정기에서 위상이 정밀조정되는 것이고,
상기 IF 대역통과필터는 제4 스위치(SW4)의 선택에 따라 3MHz, 6MHz, 20MHz, 30MHz 대역중 하나의 대역을 선택하여 대역필터링하는 것이다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 안테나는, 비행체에서 Ku밴드의 고주파 무선신호를 송신한 후 지상에서 파라보릭 안테나 주 반사판에서 반사 후 ADE 부반사판 촉점에 집중하여 재반사해서 1개의 혼 개구면에 입력 후 무선신호를 4개의 도파관(A,B,C,D)으로 분배하여 모노펄스 비교기에 입력해서 전체 합(Σ)과 수직차(EΔ), 수평차(AzΔ)의 모노펄스신호를 생성하는 안테나 혼 모노펄스 비교기; 상기 안테나 혼 모노펄스 비교기로부터 수신된 모노펄스신호를 하나의 수신기로 처리하여 비행체 추적을 위한 디지털신호를 출력하는 모노펄스 수신 처리반; 운영 소프트웨어의 파라메터 설정을 입력받고 상기 모노펄스 수신 처리반의 디지털신호를 입력받아 주파수 컨트롤, 위상 컨트롤, 절체기 컨트롤, 감쇠기 컨트롤 등 각종 제어신호를 SW신호로 생성하여 모노펄스신호 처리한 앙각 추적 디지털신호와 방위각 추적 디지털신호를 출력하는 모노펄스 수신 제어반; 수직/수평 각도센서신호를 입력받고 앙각 추적 디지털신호에 따라 안테나의 수직회전 감속모터(60-1)를 구동하기 위한 수직 구동신호를 생성하고, 방위각 추적 디지털신호에 따라 안테나의 수평회전 감속모터(60-2)를 구동하기 위한 수평 구동신호를 생성하는 구동부 제어기(ACU); 상기 수직 구동신호를 증폭하는 수직모터 구동 증폭기; 상기 수평 구동신호를 증폭하는 수평모터 구동 증폭기; 상기 수직모터 구동 증폭기의 구동에 따라 안테나를 상하 수직방향으로 회전시키는 수직회전 감속모터; 및 상기 수평모터 구동 증폭기의 구동에 따라 안테나를 좌우 수평방향으로 회전시키는 수평회전 감속모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 모노펄스 비교기 출력중 합(Σ)신호는 다이플랙서(70-1)에 입력 후 SW5 연결 2분배기에서 분배 후 1개는 통신 모뎀으로 D/C, IF Amp 통과 후 통신 송수신 모뎀에 접속하고, 다른 1개는 모노펄스 수신 처리반으로 접속된다.
비행체 멀리 있는 경우 추적 속도가 느리므로 반사판부 안테나를 SW5 접속해서 운영하지만, 근거리의 경우 추적속도가 빨라서 피라미드형 혼 안테나(빔폭이 넓음)쪽으로 SW5를 접속해서 송신,수신한다.
모뎀에서 송신한 신호는 IF 증폭부 U/C에서 Ku 밴드로 높혀서 (수신주파수가 다름) HPA 증폭 후 SW5 거쳐서 원거리의 경우 다이플랙서1 통과 모노펄스 비교기 합 단자에 입력 송신한다.
비행체 근거리의 경우 HPA 출력을 SW5를 피라미드 혼쪽으로 접속해서 다이플랙서2 통해서 송신한다.
본 발명에 따르면, 안테나 회전속도를 50°/sec 이상 가능함과 아울러 모터 용량을 10Kw 까지도 가능하게 하고, 구동 모터용 증폭기는 D/C 모터 또는 디지털 모터도 구동 가능하게 하여 속도 가변시 디지털 펄스로 주파수 가변하게 하여 속도조절이 가능하게 한다.
또한 IF 주파수대 대역통과필터를 종래의 70/140MHz 대역에서 3MHz, 6MHz, 20MHz, 30MHz 대역중 하나의 대역을 선택하여 사용할 수 있도록 하고, 운영주파수를 Ku밴드중 높은 15GHz 대역을 사용함으로써 방향추적 정밀도를 2배 이상 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고 본 발명에 따르면 초당 100회 이상 스위칭되는 절체 스위치를 사용하여 1세트의 모노펄스 수신장치를 사용하여 수평구동, 수직구동 추적 가능하게 하여 제조 비용을 절감할 수 있고, 종래의 구동모터는 DC 모터를 사용하여 속도 가변 효율이 낮았으나 본 발명은 디지털 구동 증폭기를 사용하여 펄스 주파수로 속도 조절의 효율을 향상시키고, 정밀도를 개선할 수 있다. 또한 추적속도가 고속인 경우에 추적 안정도를 높이기 위해서 절체기 SW2는 모노펄스 수신반 20a에 고정하여 수직차신호(EΔ)를 처리하게 하고, 절체기 SW1은 모노펄스 수신반 20b에 고정하여 수직구동장치, 수평구동장치를 각각 독립적으로 자동 추적하게 하여 추적 안정도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 비행체 자동 추적 안테나 시스템의 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 비행체 자동 추적 안테나 시스템의 전체 구성 블럭도,
도 3은 도 1에 도시된 안테나 혼 모노펄스 비교기를 도시한 구성 블럭도,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 비행체 자동 추적 안테나용 모노펄스 수신 시스템을 도시한 구성 블럭도,
도 6은 본 발명에 따른 모노펄스 추적 빔을 도시한 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 발명에 따른 비행체 자동 추적 안테나 시스템의 개략도로서, (a)는 측면도, (b)는 평면도이다.
본 발명에 따른 비행체 자동 추적 안테나 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 원거리에서 이동하는 무선 비행체를 접시형 반사판(101)의 중앙에 ADE형 부반사판(102)의 피드혼(103)을 절연체로 연결하고, 중앙 밑에 모노펄스 비교기(10)를 부착하여 모노펄스 안테나 방식으로 추적하기 위한 모노펄스 안테나 추적부(100)와, 근거리에서 빠르게 이동하는 무선 비행체를 피라미드형 피드혼(301)으로 비행체의 GPS신호와 안테나가 설치된 지상의 GPS신호로 신속하게 추적하는 GPS 추적부(300)와, 안테나를 지지하고 수직방향 및 수평방향으로 회전시키기 위한 안테나 구조물(400)로 구성된다.
도 1을 참조하면, 안테나 구조물(400)은 수직모터 구동증폭기(50-1)와 수평모터 구동 증폭기(50-2)가 내부에 장착되어 있고 안테나를 수직방향으로 지지하기 위한 수직 지지 구조물(410)과, 안테나를 수평방향으로 회전시키기 위한 수평 회전체(420)로 이루어지고, 수평 회전체(420)의 일측에는 모노펄스 수신 처리반(20)와 모노펄스 수신 제어반(30)이 장착되어 있고, 타측에는 GPS 수신장치(302)와 통신 송신수신장치(300)가 장착되어 있다.
또한 수평 회전체(320)와 수직 지지 구조물(310)은 수평 회전링과 슬립링을 통해 연결되며, 수평 회전체(320)는 수평회전 감속모터(60-2)에 동작에 의해 수평 방향으로 회전되고 수평 각도센서에 의해 방위각이 감지된다. 또한 안테나 반사판(101)은 수직회전 감속모터(60-1)에 의해 수직방향으로 회전되며 수직 각도센서에 의해 앙각이 감지된다.
이와 같이 본 발명의 안테나는 수평 회전체(320)에서 반사판을 수평으로 회전하게 하고, 수평 회전체(320) 양 옆에 모노펄스 수신 처리반(20)과 모노펄스 수신 제어반(30)과 통신 송수신장치(300)를 부착하고, 수직모터 구동증폭기(50-1)와 수평모터 구동증폭기(50-2)를 안테나 지지 페데스탈에 연결에 부착하고, 슬립링 통해서 통신신호 인출하게 한다.
도 2는 본 발명에 따른 비행체 자동 추적 안테나 시스템의 전체 구성 블럭도이고, 도 3은 도 1에 도시된 안테나 혼 모노펄스 비교기를 도시한 구성 블럭도이다.
본 발명에 따른 비행체 자동 추적 안테나 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 원거리에서 이동하는 무선 비행체를 접시형 반사판(101)의 중앙에 ADE형 부반사판(102)의 피드혼(103)을 절연체로 연결하고, 중앙 밑에 모노펄스 비교기(10)를 부착하여 모노펄스 안테나 방식으로 추적하기 위한 모노펄스 안테나 추적부(100)와, 근거리에서 빠르게 이동하는 무선 비행체를 피라미드형 피드혼(301)으로 비행체의 GPS신호와 안테나가 설치된 지상의 GPS신호로 신속하게 추적하는 GPS 추적부(300)와, 수직/수평 각도센서신호를 입력받고 처리된 모노펄스 추적신호나 GPS신호에 따라 안테나의 수직회전 감속모터(60-1)와 수평회전 감속모터(60-2)를 구동하기 위한 수직/수평 구동신호를 생성하는 구동부 제어기(ACU;40)와, 수직 구동신호를 증폭하여 수직 회전 감속모터(60-1)를 구동하는 수직모터 구동 증폭기(50-1)와, 수평 구동신호를 증폭하여 수평 회전 감속모터(60-2)를 구동하는 수평모터 구동 증폭기(50-2)와, 안테나를 상하 수직방향으로 회전시키는 수직회전 감속모터(60-1)와, 안테나를 좌우 수평방향으로 회전시키는 수평회전 감속모터(60-2)로 구성된다.
도 2를 참조하면, GPS 추적부(300)는 피라미드 혼 안테나(301), 제1 다이플랙서(310-1), 제2 다이플랙서(310-2), 제5 절체기(SW5), GPS 수신기(302), 연산기(303), 송신수신 통신모뎀(320), 송신 증폭기(331), 업 컨버터(U/C;332), 고출력증폭기 HPA(333), 수신 2분배기(341), 밴드패스필터 BPF(342), LNA(343), 다운 컨버터(D/C;344), IF 필터 및 Amp(345), 데이터 분리기(346)로 구성되어 무선 비행체가 근접하여 근거리에 있을 경우에 비행체의 GPS 위치신호(X,Y,Z)와 지상 안테나의 GPS 위치신호(X',Y',Z')로 무선 비행체를 추적한다.
즉, GPS 추적부(300)는 피라미드 혼 안테나(301) 통해서 비행체의 GPS신호를 수신하여 자동으로 추적하는 장치로서, 비행체가 근접할 경우 추적 속도가 빨라서 반사판 안테나(101)로는 추적이 불가능하므로 빔폭이 넓은 피라미드 혼으로 추적하는 것이다.
GPS 추적부(300)는 데이터를 비행체 측으로 신호를 송신하는 업 링크와 무선비행체로부터 신호를 수신하는 다운 링크로 구분되는데, 송신 업링크는 모뎀(320)애서 변조된 송신신호를 IF증폭기(331)에서 증폭 후 업 컨버터(332)에서 주파수 Ku 밴드로 상향 주파수 변환 후, HPA(333)에서 증폭 후 절체기(SW5)를 통과하여 제1 다이플랙서(310-1)를 통과 피라미드 혼 안테나(301)로 전송해 비행체측으로 전파 복사한다.
수신 다운 링크에서는 절체기(SW5)를 GPS모드로 절체해서 피라미드 혼(301)으로부터 비행체의 GPS, RF, XYZ 좌표 신호받아서 제1 다이플랙서(310-1), 절체기(SW5), 2분배기(241), LNA(242) 통과한 후 중간주파수로 변환하여 통신 모뎀(320)에서 통신신호 인출된 XYZ신호와 지상 추적 안테나에 부착한 GPS 수신기의 출력좌표 X',Y',Z' 인출된 것을 CPU 연산기(303)에 입력하여 연산 계산한 방향각과 고앙각 데이터를 ACU(40)에 전송하여 수평 구동모터 Amp(50-2), 수직 구동모터 Amp(50-1)를 동작시켜 비행체 자동 추적해서 송수신 통신하여 비행체 컨트롤 하게 한다.
더 구체적으로 설명하면, 근거리의 경우 제5절체기(SW5)가 절체되어 접속 되면 피라미드형 혼(또는 넓은 빔폭 저이득 복사기;301)에서 수신한 비행체 GPS신호는 제1 다이플랙서(310-1)를 통과한 후 LNA(343)에서 증폭되고, D/C(344)에서 IF로 변환 IF 밴드패스 필터(BPF) 거쳐서 IF Amp(345)에서 증폭된 후, 통신모뎀(320)에서 수신하여 통신 데아터 신호와 비행체 GPS신호 X,Y,Z 신호를 수신해서 연산장치로 보낸다.
안테나가 설치된 지상에 시설한 GPS로부터 수신된 지상 GPS 수신신호 X',Y',Z' 신호를 연산기(303)로 전송하고, 연산기(303)에서는 GPS수신기(302)를 통해 안테나가 설치된 지상의 GPS신호와 비행체의 GPS 2종 신호를 연산해서 비행체를 추적하기 위한 추적 방향신호를 구동부제어기(ACU;40)로 출력하고, 이에 따라 수직 모터 구동 증폭기(50-1)와 수평모터 구동 증폭기(50-2)를 통해 안테나 진행 방향각을 회전시켜 자동 추적하게 한다.
이와 같이 하여 근거리 비행체는 GPS신호로 자동 추적한다.
그러나 거리가 멀어지면 절체기(SW5)가 자동으로 반사판부 피드를 부착한 모노펄스 비교기 혼으로 접속되어 모노펄스 방식으로 정밀 추적하게 한다.
본 발명에 따른 비행체 자동 추적 안테나의 모노펄스 추적부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, Ku밴드의 고주파 무선신호를 송신한 후 비행체에서 송신하는 고주파 무선신호를 주반사판(101), 부반사판(102), 1개 혼(103)으로 수신 후 4개의 도파관(A,B,C,D)으로 분리 후 모노펄스 비교기(10)에 입력해서 전체 합(Σ)과 수직차(EΔ), 수평차(AzΔ)의 모노펄스신호를 생성하는 안테나 모노펄스 비교기(10)와, 모노펄스 비교기(10)로부터 수신된 모노펄스신호를 합(Σ)신호는 제2 다이플랙서(310-2)와 절체기(SW5) 통과 후 2분배기(341)에서 분배 후 모노펄스 수신처리반 수신기(20)로 입력되고, 모노펄스 비교기(10)의 수직 차신호(EΔ)와 수평차신호는 직접 수신되어 모노펄스 변조 처리하여 비행체 수평방향, 앙각 추적을 위한 디지털신호를 출력하는 모노펄스 수신 처리반(20)과, 운영 소프트웨어의 파라메터 설정을 입력받고 모노펄스 수신 처리반(20)의 디지털신호를 입력받아 모노펄스 수신처리반의 주파수 감쇠기, 위상절체기 컨트롤러 제어신호를 생성하고 구동부 제어기(ACU;40)로 모노펄스를 처리한 추적신호를 전달하는 모노펄스 수신 제어반(30)으로 구성된다.
그리고 구동부 제어기(ACU;40)는 수직/수평 각도센서신호를 입력받고 처리된 모노펄스 추적신호에 따라 안테나의 수직회전 감속모터(60-1)와 수평회전 감속모터(60-2)를 구동하기 위한 수직/수평 구동신호를 생성하고, 수직모터 구동 증폭기(50-1)는 수직 구동신호를 증폭하여 수직 회전 감속모터(60-1)를 구동하며, 수직회전 감속모터(60-1)는 안테나를 상하 수직방향으로 회전시킨다.
수평모터 구동 증폭기(50-2)는 수평 구동신호를 증폭하여 수평 회전 감속모터(60-2)를 구동하고, 수평회전 감속모터(60-2)는 안테나를 좌우 수평방향으로 회전시키며, PC 컨트롤러(70)는 운영 소프트웨어를 통해 안테나의 제반 파라메터를 설정하고 제어한다.
안테나 혼 모노펄스 비교기(10)는 도 3에 도시된 바와 같이, ADE 반사판에서 수신된 신호를 1개 개구 혼으로 수신 후 도파관 4개 A,B,C,D 분리 후 모노펄스 비교기 BB'와 같은 입력에 접속해서 하이브리드 T로 결합 해서 모노펄스 출력단자 합신호, 수평차신호, 수직 차신호 출력하여 모노펄스 비교기 수신장치로 입력한다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 비행체 자동 추적 안테나용 모노펄스 수신 시스템을 도시한 구성 블럭도이다.
본 발명에 따른 모노펄스 수신처리반 시스템(20)은 초당 100회 이상 스위칭되는 절체 스위치(SW1,SW2)를 사용하여 1세트(20a)의 모노펄스 수신장치(20a) 1식을 사용하여 수평 수직 구동시켜 제조 비용을 1/2로 절감할 수 있는 제 1 실시예와(이 경우 SW1은 SW2로 고정) , 종래와 같이 절체 스위치(SW1,SW2)를 각각 20a, 20b 고정시켜놓고 2세트(20a,20b)를 수평, 수직 각각 사용하는 제 2 실시예 방식으로 운영할 수 있다. 즉, 제 1 실시예는 제 1 세트의 모노펄스 수신부(20a)를 이용하여 수직차신호와 수평차신호를 교번적으로 선택하여 처리하는데, 모노펄스 수신부(20a)에서 수직차신호(EΔ)를 선택한 경우에는 구동부 제어기(40)에서도 제2 절체스위치(SW2)와 동기되어 수직차 신호를 처리하여 구한 수직 구동신호를 수직모터 구동증폭기(50-1)로 전송하고, 모노펄스 수신부(20a)에서 수평차신호(AzΔ)를 선택한 경우에는 구동부 제어기(40)에서도 제2 절체스위치(SW2)와 동기되어 수평차 신호를 처리하여 구한 수평 구동신호를 수평모터 구동증폭기(50-2)로 전송한다. 추적속도가 비교적 저속도일 경우는 실시예1로 사용하고, 고속일경우는 절체기 고정 실시예2를 사용하여 수평 수직 모노펄스 수신장치 사용한다.
만일, 모노펄스 수신부 2세트(20a,20b)를 모두 이용하는 제 2 실시예로 동작할 경우에는 제1 모노펄스 수신부(20a)로 전체 합신호(Σ)와 수직차 신호(EΔ)를 처리하고, 제2 모노펄스 수신부(20b)로는 수평차 신호(AzΔ)를 각각 처리한다.
경우에 따라 SW1, SW2 생략하고, 모노펄스 비교기(10) 출력 AzΔ신호는 직접 20b에 고정하고 EΔ신호는 20a에 고정하여 독립적으로 운영할 수 있다.
[ 제 1 실시예 ]
도 4를 참조하면, 안테나 혼모노펄스 비교기(10)로부터 다이플랙서(310-2), SW5 통과 분배기(341) 입력된 모노펄스 전체 합(Σ)신호는 제1 수신 대역폭통과필터(201-1)를 거쳐 제1 저잡음 증폭기(202-1)에서 증폭된다. 저잡음 증폭된 합신호는 분배기(203-1)에서 분배되어 다운 컨버터(204)에서 비행체 GPS신호, 데이터 등으로 복조된다. 제2 분배기(203-2)를 거친 합신호는 합성기(207-1)과 207-2에서 EΔ, AzΔ차신호와 합성된다.
한편, 제 1 실시예로 동작시 제 1 스위치(SW1)는 제1 세트의 모노펄스 수신부(20a)로 연결되어 안테나 혼 모노펄스 비교기(10)로부터 입력된 모노펄스 수평 차신호(AzΔ)를 제2 스위치(SW2)로 전달한다. 제2 스위치(SW2)는 대략 초당 100회 스위칭되어 수직차신호(EΔ)와 수평차신호(AzΔ)를 교번적으로 입력받는다.
제2 스위치(SW2)가 안테나 혼 모노펄스 비교기(10)의 모노펄스 수직차(EΔ) 신호측으로 연결되면, 안테나 혼 모노펄스 비교기(10)로부터 모노펄스 수직차(EΔ)신호를 입력받아 제2 수신 대역통과필터(201-2)로 전달하고, 제2 수신 대역통과필터(201-2)를 거친 수직차신호는 제2 저잡음 증폭기(202-2)에서 증폭된다. 저잡음 증폭된 수직차신호는 제3 스위치(SW3)(SW2보다 높은 주파수로 자동 연속 절체됨)의 연결에 따라 위상이 0°혹은 180° 변조처리되는데, 하단으로 연결되면 그대로 패스되어 위상이 0°로 변조되고, 상단으로 연결되면 180° 변조처리되는데, 주파수 변동에 따라 모노펄스 제어반에서 위상 컨트롤 신호 위상정밀조정기(205-1;PV)에서 위상이 정밀조정되어 감쇠기(206-1)측으로 전달된다. 감쇠기(206-1)로 전달된 위상변조된 수직차(EΔ)신호는 감쇠기(206-1)에서 감쇠기(20C) 제어신호(ATT_CONT)에 따라 가감 조절되어 합성기(207-1)에서 합신호와 합성하여 최대 변조되게 컨트롤한다.
만일 제2 스위치(SW2)가 안테나 혼 모노펄스 비교기(10)의 모노펄스 수평차(AzΔ)신호측으로 연결되면, 안테나 혼 모노펄스 비교기(10)로부터 모노펄스 수평차(AzΔ)신호를 입력받아 제2 수신 대역통과필터(201-2)로 전달하고, 제2 수신 대역통과필터(201-2)를 거친 수평차신호는 저잡음 증폭기(202-2)에서 증폭된다. 저잡음 증폭된 수평차(AzΔ)신호는 제3 스위치(SW3)의 연결에 따라 위상이 0°혹은 180° 변조처리되는데, 하단으로 연결되면 그대로 패스되어 위상이 0°로 변조되고, 상단으로 연결되면 180° 변조처리된다. 이때 위상정밀조정기(205-1)에서 위상이 정밀조정되어 감쇠기(206-1)측으로 전달된다. 감쇠기(206-1)로 전달된 위상변조된 수평차(AzΔ)신호는 감쇠기(206-1)에서 감쇠기제어신호(ATT_CONT)에 따라 가감되어 제1 합성기(207-1)에서 합신호와 합성하여 최대 변조되게 컨트롤한다.
제1 합성기(207-1)에서 변조 합성된 신호는 도 5에 도시된 바와 같이 제1 제2배속 다운 컨버터(208-1)로 입력되어 다운 컨버팅되고, 다운 컨버터(208-1)의 출력은 IF 대역통과필터(210-1)를 거쳐 특정대역만 제1 증폭기(220-1)에서 증폭된다. 본 발명의 실시예에서 IF 대역통과필터(210-1)는 제4 스위치(SW4)의 선택에 따라 3MHz, 6MHz, 20MHz, 30MHz 대역중 하나의 대역을 선택하여 제1 증폭기(220-1)로 전달한다.
제1 증폭기(220-1)에서 증폭된 모노펄스 신호는 모노펄스 변조된 신호를 검파하고 동시에 합신호와 위상 검파되어 연산증폭기(222-1)로 입력되고, 연산증폭기(222-1)를 거친 아날로그신호는 아날로그 디지털 변환기(223-1;ADC)에서 디지털 데이터로 변환되어 모노펄스 제어반(30)으로 전달된다.
모노펄스 제어반(30)은 도 5에 도시된 바와 같이, PC 컨트롤러(70)의 운용 소프트웨어 제어에 따라 제1 내지 제4 스위치(SW1~SW4)를 제어하기 위한 스위치제어신호(SW1_CONT, SW2_CONT, SW3_CONT, SW4_CONT, SW5_CONT)와 감쇠기 제어신호(ATT_CONT), 위상 CONT, 주파수 CONT를 생성하여 모노펄스 수신반(20)을 제어함과 아울러 디지털 추적신호를 구동부 제어기(ACU;40)로 전달한다.
구동부 제어기(ACU;40)는 모노펄스 제어반(30)으로부터 모노펄스의 수직차신호를 다운 컨버팅한 수직(앙각) 추적신호가 입력되면 이를 처리하여 수직모터 구동신호를 생성하여 제2 스위치(SW2)에 동기된 절체 스위치(SW2)를 통해 수직모터 구동 증폭기(50-1)로 앙각 추적을 위한 구동신호를 전달한다. 또한 모노펄스 제어반(30)으로부터 모노펄스의 수평차신호(AzΔ)를 다운 컨버팅한 수평(방위각) 추적신호가 입력되면 이를 처리하여 수평모터 구동신호를 생성하여 제2 스위치(SW2)에 동기된 절체 스위치를 통해 수평모터 구동 증폭기(50-2)로 방위각 추적을 위한 구동신호를 전달한다.
수직모터 구동증폭기(50-1)는 구동부 제어기(ACU;40)로부터 앙각 구동신호를 입력받아 증폭한 후 수직회전 감속모터(60-1)를 구동하여 안테나가 비행체의 앙각을 추적하게 하고, 수평모터 구동증폭기(50-2)는 구동부 제어기(40)로부터 방위각 구동신호를 입력받아 증폭한 후 수평회전 감속모터(60-2)를 구동하여 안테나가 비행체의 방위각을 추적하게 한다.
이와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 절체 스위치(SW1,SW2)를 사용하여 1 세트의 모노펄스 수신장치(20a)를 사용하여 제조 비용을 절감할 수 있다.
[제 2 실시예]
도 4를 참조하면, 안테나 혼 모노펄스 비교기(10)로부터 입력된 모노펄스 전체 합신호(Σ)는 제1 수신 대역폭통과필터(201-1)를 거쳐 제1 저잡음 증폭기(202-1)에서 증폭된다. 저잡음 증폭된 합신호는 분배기(203-1)에서 분배되어 다운 컨버터(204)에서 GPS신호, 데이터 등으로 복조된다. 제1 분배기(203-1)를 거친 다른 1개 합신호는 합성기(207-1)에서 차신호와 합성 변조된다. 합성합 최적화가 되게 감속기(206-1) 제어반에서 컨트롤한다.
제 2 실시예로 동작시 제 1 스위치(SW1)는 제2 모노펄스 수신부(20b)측으로 고정 연결되고, 제2 스위치(SW2)는 안테나 혼 모노펄스 비교기(10)의 모노펄스 수직차신호측으로 고정 연결된다. 이에 따라 제2 스위치(SW2)를 통해 안테나 혼 모노펄스 비교기(10)로부터 입력된 모노펄스 수직차신호(EΔ)는 제2 수신 대역통과필터(201-2)에서 대역통과 필터링된 후 저잡음 증폭기(202-2)에서 증폭된다. 저잡음 증폭된 수직차신호는 제3 스위치(SW3)의 연결에 따라 위상이 0°혹은 180° 변조처리되는데, 하단으로 연결되면 그대로 패스되어 위상이 0°로 변조되고, 상단으로 연결되면 180° 변조처리되는데 모노펄스 제어반의 위상정밀조정기(205-1)에서 위상이 정밀조정되어 감쇠기(206-1)측으로 전달된다. 감쇠기(206-1)로 전달된 위상변조된 수직차신호는 감쇠기(206-1)에서 감쇠기 모노펄스 제어반 제어신호(ATT_CONT)에 따라 감쇠되어 제1 합성기(207-1)에서 합신호와 합성 변조된다.
그리고 제1 합성기(207-1)에서 합성된 신호는 도 5에 도시된 바와 같이 제1 제 2배속 다운 컨버터(208-1)로 입력되어 다운 컨버팅되고, 다운 컨버터(208-1)의 출력은 대역통과필터(210-2)를 거쳐 특정 대역만 증폭기(220-1)에서 증폭된다. 본 발명의 실시예에서 대역통과필터(210-1)는 제4 스위치(SW4)의 선택에 따라 3MHz, 6MHz, 20MHz, 30MHz 대역중 하나의 대역을 선택하여 증폭기(220-1)로 전달한다.
제1 증폭기(220-1)에서 증폭된 모노펄스 수직차신호는 모노펄스 변조된 후 검파되고 동시에 합신호와 위상 검파되어 제1 연산증폭기(222-1)로 입력되고, 제1 연산증폭기(222-1)를 거친 아날로그신호는 제1 아날로그 디지털 변환기(223-1)에서 디지털 데이터로 변환되어 모노펄스 제어반(30)으로 전달된다.
한편, 안테나 혼 모노펄스 비교기(10)로부터 입력된 모노펄스 수평차신호(AzΔ)는 제3 수신 대역통과필터(201-3)로 전달되고, 제3 수신 대역통과필터(201-3)를 거친 수평차신호는 저잡음 증폭기(202-3)에서 증폭된다. 저잡음 증폭된 수평차신호는 제3 스위치(SW3)의 연결에 따라 위상이 0°혹은 180° 변조처리되는데, 하단으로 연결되면 그대로 패스되어 위상이 0°로 변조되고, 상단으로 연결되면 180° 변조처리된다. 이때 모노펄스제어반 위상 컨트롤하여 위상정밀조정기(205-2)에서 위상이 정밀조정되어 감쇠기(206-2)측으로 전달된다. 감쇠기(206-2)로 전달된 위상변조된 수평차신호는 감쇠기(206-2)에서 감쇠기 제어반(30) 제어신호에 따라 감쇠되어 제2 합성기(207-2)에서 합신호와 합성 변조된다.
그리고 제2 합성기(207-2)에서 합성된 신호는 도 5에 도시된 바와 같이 제2 다운 컨버터(208-2)로 입력되어 다운 컨버팅되고, 다운 컨버터(208-2)의 출력은 대역통과필터(210-2)를 거쳐 특정 대역만 증폭기(220-2)에서 증폭된다. 본 발명의 실시예에서 대역통과필터(210-2)는 제4 스위치(SW4)의 선택에 따라 3MHz, 6MHz, 20MHz, 30MHz 대역중 하나의 대역을 선택하여 증폭기(220-2)로 전달한다.
제2 증폭기(220-2)에서 증폭된 모노펄스 수평차신호는 모노펄스 변조된 후 검파기(221-2)에서 검파되고 동시에 합신호와 위상 검파되어 제2 연산증폭기(222-2)로 입력되고, 제2 연산증폭기(222-2)를 거친 아날로그신호는 제2 아날로그 디지털 변환기(223-2)에서 디지털 데이터로 변환되어 모노펄스 제어반(30)으로 전달된다.
모노펄스 제어반(30)은 도 5에 도시된 바와 같이, PC 컨트롤러(70)의 운용 소프트웨어 제어에 따라 제1 내지 제5 스위치(SW1~SW5)를 제어하기 위한 스위치 제어신호(SW1_CONT, SW2_CONT, SW3_CONT, SW4_CONT, SW5_CONT)와 감쇠기 제어신호(ATT_CONT), 위상 CONT, 주파수 CONT를 생성하여 모노펄스 수신반(20)을 제어함과 아울러 디지털 추적신호를 구동부 제어기(40)로 전달한다.
구동부 제어기(40)는 모노펄스 제어반(30)으로부터 모노펄스의 수직차신호를 다운 컨버팅한 수직(앙각) 추적신호를 입력받아 처리하여 수직모터 구동신호를 생성하여 수직모터 구동 증폭기(50-1)로 앙각 추적을 위한 구동신호를 전달한다. 또한 모노펄스 제어반(30)으로부터 모노펄스의 수평차신호를 다운 컨버팅한 수평(방위각) 추적신호가 입력되면 이를 처리하여 수평모터 구동신호를 생성하여 수평모터 구동 증폭기(50-2)로 방위각 추적을 위한 구동신호를 전달한다.
수직모터 구동증폭기(50-1)는 구동부 제어기(40)로부터 앙각 구동신호를 입력받아 증폭한 후 수직회전 감속모터(60-1)를 구동하여 안테나가 비행체의 앙각을 추적하게 하고, 수평모터 구동증폭기(50-2)는 구동부 제어기(40)로부터 방위각 구동신호를 입력받아 증폭한 후 수평회전 감속모터(60-2)를 구동하여 안테나가 비행체의 방위각을 추적하게 한다.
도 6은 본 발명에 따른 모노펄스 추적 빔을 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 모노펄스 추적을 위한 빔 패턴은, 도 6의 수직 빔패턴도와 같이 중앙의 합신호 빔을 중심으로 상방향과 하방향에 수직차신호와 수평차신호가 검출되고, 이 수직차 신호가 0이 되도록 하여 비행체의 앙각을 추적한다. 또한 도 5의 수평 빔패턴도와 같이 중앙의 합신호 빔을 중심으로 좌방향과 우방향에 수평차신호와 수직차신호가 검출되고, 이 수평차 신호가 0이 되도록 하여 비행체의 방위각을 추적한다.
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.
10: 안테나 혼 모노펄스 비교기 11: GPS수신기
20: 모노펄스 수신 처리반 30: 모노펄스 수신 제어반
40: 구동부 제어기 50-1: 수직모터 구동 증폭기
50-2: 수평모터 구동 증폭기 60-1: 수직회전 감속모터
60-2: 수평회전 감속모터 12-1~12-4: 하이브리드
20a: 제1 모노펄스 수신반 20b: 제2 모노펄스 수신반
301: 피라미드혼(또는 넓은 빔폭안테나) 310-1,310-2: 다이플랙서
333: HPA 3432: LNA
320: 통신모뎀 303: CPU 연산증폭기
SW5: 절체기

Claims (7)

  1. 원거리에서 이동하는 비행체를 접시형 반사판(101)의 중앙에 부반사판(102)의 피드혼(103)을 절연체로 연결하고, 반사판(101)의 중앙 후면에 모노펄스 비교기(10)를 부착하여 모노펄스 방식으로 추적하기 위한 모노펄스 안테나 추적부(100)와,
    근거리에서 이동하는 비행체를 피라미드형 피드 혼(301)으로 비행체의 GPS신호와 안테나가 설치된 지상의 GPS신호로 신속하게 추적하는 GPS 추적부(300)와,
    수직/수평 각도센서신호를 입력받고 처리된 모노펄스 추적신호나 GPS신호에 따라 안테나의 수직회전 감속모터(60-1)와 수평회전 감속모터(60-2)를 구동하기 위한 수직/수평 구동신호를 생성하는 구동부 제어기(ACU;40)와,
    수직 구동신호를 증폭하여 수직 회전 감속모터(60-1)를 구동하는 수직모터 구동 증폭기(50-1)와,
    수평 구동신호를 증폭하여 수평 회전 감속모터(60-2)를 구동하는 수평모터 구동 증폭기(50-2)와,
    안테나를 상하 수직방향으로 회전시키는 수직회전 감속모터(60-1)와,
    안테나를 좌우 수평방향으로 회전시키는 수평회전 감속모터(60-2)로 구성되고,
    상기 모노펄스 안테나 추적부(100)는
    Ku밴드의 고주파 무선신호를 송신한 후 비행체에서 송신하는 고주파 무선신호를 반사판(101)과 부반사판(102) 및 1개의 혼(103)으로 수신한 후 4개의 도파관(A,B,C,D)으로 분리하여 전체 합(Σ)과 수직차(EΔ), 수평차(AzΔ)의 모노펄스신호를 생성하는 모노펄스 비교기(10)와,
    상기 모노펄스 비교기(10)로부터 수신된 모노펄스신호를 합(Σ)신호는 제2 다이플랙서(310-2)와 절체기(SW5)를 통과한 후 분배기(341)에서 분배되어 입력되고, 상기 모노펄스 비교기(10)의 수직 차신호(EΔ)와 수평차신호는 직접 수신되어 모노펄스 변조 처리하여 비행체를 추적하기 위한 디지털신호를 출력하는 모노펄스 수신 처리반(20)과,
    운영 소프트웨어의 파라메터 설정을 입력받고, 상기 모노펄스 수신 처리반(20)의 디지털신호를 입력받아 모노펄스 수신처리반의 주파수 감쇠기, 위상절체기, 컨트롤러 제어신호를 생성하고, 모노펄스를 처리한 추적신호를 상기 구동부 제어기(ACU;40)로 전달하는 모노펄스 수신 제어반(30)으로 구성되며,
    상기 모노펄스 수신 처리반(20)은,
    상기 모노펄스 비교기(10)로부터 합신호를 입력받아 합신호를 대역통과 및 저잡음 증폭하는 합신호 처리수단;
    제어신호에 따라 소정 속도로 스위칭되어 상기 모노펄스 비교기로부터 입력되는 수직차신호나 수평차신호를 교번적으로 선택하기 위한 절체 스위치(SW2);
    상기 절체 스위치(SW2)에 의해 선택된 수직차신호와 수평차신호를 교번적으로 대역통과 및 저잡음 증폭한 후 위상변조하고 감쇠시키는 차신호 처리수단;
    상기 합신호 처리수단의 출력과 상기 차신호 처리수단의 신호를 합성하는 합성기(207-1);
    상기 합성기(207-1)의 출력을 2배속 다운 컨버팅하는 2배속 다운 컨버터(208-1);
    상기 2배속 다운 컨버터의 출력을 필터링하기 위한 IF 대역통과필터(210-1); 및
    상기 IF 대역통과필터의 출력을 증폭하여 검파한 후 디지털 신호로 변환하여 앙각 추적신호와 방위각 추적신호를 교번적으로 출력하는 검파수단으로 구성되어
    비행체가 원거리에 있을 경우에는 접시형 반사판(101)으로 추적하다가 비행체가 근접할 경우에는 피라미드형 피드 혼(301)으로 추적하는 것을 특징으로 하는 비행체 자동 추적 안테나 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차신호 처리수단은
    제3 스위치의 선택에 따라 위상이 0°혹은 180° 변조 처리되고, 180° 변조처리시 위상정밀조정기(205-1)에서 위상이 정밀조정되는 것을 특징으로 하는 비행체 자동 추적 안테나 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 모노펄스 비교기는
    부반사판에서 수신된 고주파 또는 Ku 밴드신호를 1개의 개구면 피드혼으로 송수신 정렬한 후 4개의 도파관으로 분리하여 하이브리드 T와 매직회로로 합신호, 수직차신호, 수평차신호를 인출하는 것을 특징으로 하는 비행체 자동 추적 안테나 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 IF 대역통과필터는
    제4 스위치(SW4)의 선택에 따라 3MHz, 6MHz, 20MHz, 30MHz 대역중 하나의 대역을 선택하여 대역필터링하는 것을 특징으로 하는 비행체 자동 추적 안테나 시스템.
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