KR101743658B1 - High frequency ocean radar system - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 단파 해양 레이더 시스템은, 모노폴 안테나 및 2개의 루프 안테나를 구비한 제1안테나부; 페이즈 어레이 안테나를 구비한 제2안테나부; 제1안테나부의 모노폴 안테나와 연결되며, FMCW 또는 FMICW의 신호를 송신하는 송신부; 제1안테나부의 모노폴 안테나 및 2개의 루프 안테나와 연결되며, FMICW의 신호를 수신하는 제1수신부; 제2안테나부와 연결되며, FMCW의 신호를 수신하는 제2수신부; 및 FMCW의 신호를 생성하여 송신부에 공급하되, 제1수신부를 수신부로 선택하고 송신부와 제1수신부의 사이를 절체하여 FMICW의 신호를 송수신하도록 제어하거나, 제2수신부를 수신부로 선택하여 FMCW의 신호를 송수신하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A short wave marine radar system according to an embodiment of the present invention includes a first antenna unit having a monopole antenna and two loop antennas; A second antenna unit having a phase array antenna; A transmitter connected to the monopole antenna of the first antenna unit and transmitting a signal of FMCW or FMICW; A first receiving unit connected to the monopole antenna and the two loop antennas of the first antenna unit and receiving a signal of FMICW; A second receiving unit connected to the second antenna unit and receiving a signal of the FMCW; And an FMCW signal to supply the signal to the transmitter. The first receiver is selected as the receiver, and the transmitter and the first receiver are switched to transmit and receive the FMICW signal. Alternatively, the second receiver is selected as the receiver, And a control unit for controlling the transmission and reception of the data.
Description
본 발명은 단파 해양 레이더 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave)와 FMICW(Frequency Modulation Interrupted Continuous Wave)를 선택적으로 사용하여, 해수 유동 정보, 선박 이동 정보 등의 해양 정보를 제공하는 단파 해양 레이더 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
단파 해양 레이더 시스템은 유속과 유향 등의 해수 유동 정보를 측정하는 장치로서, 선박 또는 육상에 설치된 안테나에서 단파대의 전파를 해면에 발사한 후 해수면의 파랑에 의해 반사되는 후방 산란파를 분석함으로써 해수 유동 정보를 획득한다. 이러한 단파 해양 레이더는 광범위한 해역을 연속적으로 동시에 관측할 수 있을 뿐만 아니라, 해상에 별도의 측정용 센서를 설치하지 않아도 선박 또는 육상에서 해역을 장기간 관측 가능한 장점이 있다.The shortwave ocean radar system is a device for measuring sea water flow information such as flow velocity and direction. It analyzes the backscattering wave reflected by the wave of the sea surface after launching the shortwave wave from the ship or an antenna installed on the land, . These shortwave ocean radars are capable of continuously observing a wide range of sea areas simultaneously, and also have the advantage of observing the sea area on a ship or on the land for a long time without installing separate measuring sensors on the sea.
단파 해양 레이더 시스템이 해수 유동 정보를 획득하는 원리는 다음과 같다.The principle that shortwave ocean radar system acquires sea water flow information is as follows.
먼저, 육상에 설치된 안테나에서 신호를 전송한 후 해수면에서 반사되어 되돌아온 신호의 도플러 스펙트럼을 분석한 다음, 각 관측소에서 측정된 상대적인 자료를 합성하여 각각의 지점에서의 해수면의 유속과 유향 등을 파악하게 된다. 이때, 해면에서 반사되는 후면 산란파의 세기는 「Bragg Scattering」의 원리에 의해 해면파의 파장(10m~100m)의 배가 되는 파장의 주파수 대역에서 최대가 된다. First, we analyze the Doppler spectrum of the signal reflected from the sea surface after transmitting the signal from the antenna installed on the ground. Then, we compute the relative data measured at each station and grasp the flow rate and direction of the sea surface at each point do. At this time, the intensity of the backscattered wave reflected from the sea surface is maximized in the frequency band of the wavelength which is twice the wavelength of the sea surface wave (10 m to 100 m) by the principle of "Bragg Scattering".
일반적으로 단파 해양 레이더 시스템에서는 넓은 범위의 해수면을 탐색하기 위하여 고출력 송신이 가능한 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 신호를 사용한다. 이러한 FMCW 신호 방식의 단파 해양 레이더 시스템에서는 송신 안테나와 수신 안테나가 각각 별도로 구비됨에 따라 송신과 수신이 동시에 이루어진다. 이러한 FMCW 신호 방식은 데이터 획득율이 높고, 신호의 방향 탐지가 상대적으로 용이한 이점이 있지만, 송신 안테나와 수신 안테나 사이에 충분한 이격 거리가 필요하고, 방향 탐지를 위해 필요한 최소 8개 어레이 안테나의 설치 공간이 필요하므로, 해안선이 좁고 복잡하거나 해안가에 군시설 등이 있는 경우에 적용하기 어려운 문제점이 있다.Generally, a short wave ocean radar system uses a frequency modulation continuous wave (FMCW) signal capable of high power transmission to detect a wide range of sea level. In the FMCW signal shortwave marine radar system, transmission and reception are simultaneously performed by separately providing a transmission antenna and a reception antenna. Although this FMCW signaling method has a high data acquisition rate and is relatively easy to detect the direction of a signal, a sufficient separation distance between the transmitting antenna and the receiving antenna is required, and a minimum of eight array antennas There is a problem that it is difficult to apply to a case where the coastline is narrow and complicated or the military facilities are located on the coast.
FMCW 신호 방식과 달리, 송신과 수신이 각각 이루어져 안테나의 이격 거리 제한이 없어 설치가 간편한 FMICW(Frequency Modulation Interrupted Continuous Wave) 신호 방식의 단파 해양 레이더 시스템이 있다. 하지만, FMICW 방식의 경우, 절체 신호를 이용하여 송신과 수신을 구분하므로, 절체로 인한 근접 반사 신호의 노이즈 레벨이 높고, 데이터 획득률이 낮으며, 방향 탐지의 어려운 문제점이 있다. In contrast to the FMCW signaling system, there is a short wave marine radar system with FMICW (Frequency Modulation Interrupted Continuous Wave) signal system which is easy to install because there is no restriction on the separation distance of the antenna. However, in the case of the FMICW method, since the transmission and reception are separated using the switching signal, the noise level of the proximity reflection signal due to the switching is high, the data acquisition rate is low, and direction detection is difficult.
한편, 해안 지역은 경우에 따라 대한민국의 동해와 같이 FMCW 신호 방식이 상대적으로 유리한 환경이 있으며, 대한민국의 서해 및 남해와 같이 FMICW 신호 방식이 상대적으로 유리한 환경을 있다. 이에 따라, 해안 지역 환경에 적합하게 각 신호 방식을 변경할 수 있는 새로운 레이더 시스템의 개발이 요구되고 있는 실정이다.On the other hand, the coastal area has relatively favorable environment for FMCW signaling like Korea's East Sea, and FMICW signaling method is comparatively advantageous like Korea's West Sea and South Sea. Accordingly, there is a need to develop a new radar system capable of changing the signaling method suited to the coastal environment.
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 신호와 FMICW(Frequency Modulation Interrupted Continuous Wave) 신호를 선택적으로 사용하여 필요에 따라 신호 송수신 방식을 변경할 수 있는 단파 해양 레이더 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention provides a method and apparatus for selectively using a Frequency Modulation Continuous Wave (FMCW) signal and an FMICW (Frequency Modulation Interrupted Continuous Wave) The aim is to provide a marine radar system.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 단파 해수면 레이더는, (1) 모노폴 안테나 및 2개의 루프 안테나를 구비한 제1안테나부, (2) 페이즈 어레이 안테나를 구비한 제2안테나부, (3) 제1안테나부의 모노폴 안테나와 연결되며, FMCW 또는 FMICW의 신호를 송신하는 송신부, (4) 제1안테나부의 모노폴 안테나 및 2개의 루프 안테나와 연결되며, FMICW의 신호를 수신하는 제1수신부, (5) 제2안테나부와 연결되며, FMCW의 신호를 수신하는 제2수신부, (6) FMCW의 신호를 생성하여 송신부에 공급하되, 제1수신부를 수신부로 선택하고 송신부와 제1수신부의 사이를 절체하여 FMICW의 신호를 송수신하도록 제어하거나, 제2수신부를 수신부로 선택하여 FMCW의 신호를 송수신하도록 제어하는 제어부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a short wave sea surface radar comprising: (1) a first antenna unit having a monopole antenna and two loop antennas; (2) a second antenna unit having a phase array antenna; (3) a transmitting unit connected to the monopole antenna of the first antenna unit and transmitting a signal of FMCW or FMICW, (4) a receiving unit connected to the monopole antenna of the first antenna unit and the two loop antennas, (5) a second receiving unit connected to the second antenna unit and receiving a signal of the FMCW, (6) a signal of the FMCW is generated and supplied to the transmitting unit, the first receiving unit is selected as the receiving unit, And a control unit for controlling to transmit / receive a signal of the FMICW by selecting one of the first receiving units and the second receiving unit as a receiving unit.
상기 송신부는 송신 선로를 온(on)/오프(off) 하는 송신 스위치부를 포함할 수 있고, 상기 제1수신부는 제1수신부의 수신 선로를 온(on)/오프(off) 하는 제1수신 스위치부를 포함할 수 있으며, 상기 제2수신부는 제2수신부의 수신 선로를 온(on)/오프(off) 하는 제2수신 스위치부를 포함할 수 있다.The transmitting unit may include a transmission switch unit for turning on / off the transmission line. The first receiving unit may include a first receiving switch for turning on / off the receiving line of the first receiving unit, And the second receiving unit may include a second receiving switch unit for turning on / off the receiving line of the second receiving unit.
상기 제어부는 송신 스위치부가 온(on) 되고 제1수신 스위치부 및 제2 스위치부가 오프(off) 되도록 제어하거나, 송신 스위치부 및 제2수신 스위치부가 오프(off) 되고 제1수신 스위치부가 온(on) 되도록 제어하여, FMICW의 신호를 송수신하도록 제어할 수 있다.The control unit controls the transmission switch unit to turn on and turn off the first reception switch unit and the second switch unit or the transmission switch unit and the second reception switch unit are turned off and the first reception switch unit is turned on on so that the FMICW signal can be transmitted and received.
상기 제어부는 송신 스위치부 및 제2수신 스위치부가 온(on) 되고, 제1수신 스위치부가 오프(off) 되도록 제어하여, FMCW의 신호를 송수신하도록 제어할 수 있다.The control unit may control the transmission switch unit and the second reception switch unit to be turned on so that the first reception switch unit is turned off so as to transmit and receive the FMCW signal.
상기 송신 스위치부는 송신 선로에 연결된 제1스위치 및 송신 선로 중에 제1스위치 보다 제1안테나부에 더 가까이 연결된 제2스위치를 각각 포함할 수 있고, 상기 제1수신 스위치부는 수신 선로에 연결된 제3스위치 및 수신 선로 중에 제3스위치 보다 제1안테나부에 더 가까이 연결된 제4스위치를 각각 포함할 수 있다.The transmission switch unit may include a first switch connected to the transmission line and a second switch connected to the first antenna unit more closely than the first switch in the transmission line, And a fourth switch that is closer to the first antenna unit than the third switch in the reception line.
제1스위치의 온(on)/오프(off)를 제어하도록 제1스위치에 입력되는 제1입력신호는 제2스위치의 온(on)/오프(off)를 제어하도록 제2스위치에 입력되는 제2입력신호와 다른 파형을 가질 수 있다.The first input signal inputted to the first switch to control the on / off of the first switch is a first input signal to be inputted to the second switch so as to control the on / off of the second switch. 2 input signal and a different waveform.
제3스위치의 온(on)/오프(off)를 제어하도록 제3스위치에 입력되는 제3입력신호는 제4스위치의 온(on)/오프(off)를 제어하도록 제4스위치에 입력되는 제4입력신호와 다른 파형을 가질 수 있다.The third input signal to be inputted to the third switch to control the on / off of the third switch is a signal input to the fourth switch to control the on / off of the fourth switch. 4 input signal.
상기 제1입력신호의 파형은 상기 제2입력신호의 파형 보다 그 상승 및 하강 속도가 짧은 파형일 수 있으며, 상기 제3입력신호의 파형은 상기 제4입력신호의 파형 보다 그 상승 및 하강 속도가 짧은 파형일 수 있다.The waveform of the first input signal may be a waveform whose rising and falling speeds are shorter than the waveform of the second input signal and the waveform of the third input signal is higher than the waveform of the fourth input signal It can be a short waveform.
상기 제1입력신호 및 상기 제3입력신호의 파형은 구형파일 수 있으며, 상기 제2입력신호 및 상기 제4입력신호의 파형은 사인파일 수 있다.The waveforms of the first input signal and the third input signal may be a spherical file, and the waveforms of the second input signal and the fourth input signal may be sinusoidal.
상기 제2입력신호 및 상기 제4입력신호는 구형파를 입력 신호로 받는 캐패시터의 출력 신호일 수 있다.The second input signal and the fourth input signal may be output signals of a capacitor receiving a square wave as an input signal.
상기 제어부는 모드에 따라 송수신 신호의 주파수, 대역폭, 첩(chirp) 변조 패턴 및 첩(chirp) 주파수 중 어느 하나 이상을 변경할 수 있다. 이때, 해수 유동 정보 획득 모드인 경우, 상기 제어부는 상기 첩(chirp) 변조 패턴을 톱니 변조(Sawtooth Modulation) 패턴으로 변경할 수 있다. 또한, 선박 이동 정보 획득 모드인 경우, 상기 제어부는 상기 첩(chirp) 변조 패턴을 삼각 변조(Triangular Modulation) 패턴으로 변경할 수 있다.The control unit may change at least one of a frequency, a bandwidth, a chirp modulation pattern, and a chirp frequency of a transmission / reception signal according to a mode. At this time, in the case of the sea water flow information acquisition mode, the controller may change the chirp modulation pattern into a sawtooth modulation pattern. Also, in the ship movement information acquisition mode, the control unit may change the chirp modulation pattern to a triangular modulation pattern.
LBT(Listen Before Talk) 모드인 경우, 상기 제어부는 일정 대역폭을 갖는 송수신 신호의 주파수를 23MHz 내지 25MHz 사이에서 1Hz 내지 100KHz의 간격으로 변경시키면서 간섭신호의 존재 유무를 판단하여 간섭신호의 영향이 가장 적은 송수신 신호의 주파수를 선택하고, 선택된 송수신 신호의 주파수의 대역폭을 1Hz 내지 1Mhz로 변경시키면서 간섭신호의 존재 유무를 판단하여 간섭신호의 영향이 가장 적은 송수신 신호의 주파수의 대역폭을 선택할 수 있다.In the LBT (Listen Before Talk) mode, the control unit changes the frequency of the transmission / reception signal having a constant bandwidth from 23 MHz to 25 MHz at intervals of 1 Hz to 100 KHz, and determines whether or not an interference signal exists, It is possible to select the frequency of the transmission / reception signal having the smallest influence of the interference signal by selecting the frequency of the transmission / reception signal and changing the bandwidth of the selected transmission / reception signal to 1 Hz to 1 MHz.
본 발명의 일 실시예에 따른 단파 해수면 레이더는 (1) 상기 송신부, 상기 제1수신부, 상기 제2수신부 및 상기 제어부를 포함하는 로컬 시스템, (2) 상기 로컬 시스템과 네트워크를 통해 원격으로 연결되고, 송수신 신호의 주파수, 대역폭, 첩(chirp) 변조 패턴 및 첩(chirp) 주파수 중 어느 하나 이상을 변경 가능하며, 상기 제1수신부 또는 상기 제2수신부의 수신 신호를 분석하여 그 분석 결과를 사용자에게 화면 상으로 보여주는 원격 컴퓨터를 포함할 수 있다.The short wave sea surface radar according to one embodiment of the present invention includes (1) a local system including the transmitter, the first receiver, the second receiver, and the controller; (2) , A frequency of the transmitting / receiving signal, a bandwidth, a chirp modulation pattern, and a chirp frequency, and analyzes the received signal of the first receiving unit or the second receiving unit, And may include a remote computer that displays on the screen.
본 발명의 일 실시예에 따른 단파 해수면 레이더는 상기 제1수신부 및 상기 제2수신부의 수신 신호에 대한 주파수 변환을 위한 기준 신호를 I 채널과 Q 채널로 각각 생성하여 제어부에서 선택한 수신부에 입력하는 로컬 발진부를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제어부는 발진주파수신호를 생성하는 발진기와, 발진기로부터 생성된 발진주파수신호를 이용하여 FMCW 신호를 생성하여 스플리터와 로컬 발진부의 Q 채널로 전달하는 합성기, 및 전달 받은 FMCW 신호를 송신부와 로컬 발진부의 I 채널로 각각 분기시키는 스플리터를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1수신부 및 상기 제2수신부는 상기 로컬 발진부의 I 채널 및 Q 채널의 신호를 이용하여 Zero-IF 방식으로 수신 신호를 처리할 수 있다.The short wave sea surface radar according to an embodiment of the present invention generates a reference signal for frequency conversion for the received signals of the first receiver and the second receiver as an I channel and a Q channel, And may further include an oscillation portion. A mixer for generating an FMCW signal using an oscillation frequency signal generated from an oscillator and transmitting the generated FMCW signal to a splitter and a Q channel of a local oscillator; And a splitter for branching to the I channel of the oscillation portion. Also, the first receiver and the second receiver can process the received signal in a zero-IF scheme using the signals of the I channel and the Q channel of the local oscillator.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 단파 해수면 레이더 시스템은 안테나가 설치되는 해안 환경 또는 레이더 사용 목적에 따라, FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 신호 방식이나 FMICW(Frequency Modulation Interrupted Continuous Wave) 신호 방식으로 선택적으로 변경할 수 있어, FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 신호 방식의 이점과 FMICW(Frequency Modulation Interrupted Continuous Wave) 신호 방식의 이점을 동시에 가질 수 있다.The shortwave sea surface radar system according to an embodiment of the present invention configured as described above may be implemented by a frequency modulation continuous wave (FMCW) signal method or a Frequency Modulation Interrupted Continuous Wave (FMICW) signal (Frequency modulation continuous wave) signal method and FMICW (Frequency Modulation Interrupted Continuous Wave) signaling method at the same time.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단파 해양 레이더 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단파 해양 레이더 시스템의 송신부(3), 제1수신부(4), 제어부(6) 및 로컬 발진부(7)의 상세 구성도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단파 해양 레이더 시스템의 송신부(3), 제2수신부(5), 제어부(6) 및 로컬 발진부(7)의 상세 구성도를 나타낸다.
도 4(a)는 제1입력신호 및 제3입력신호를 나타내고, 도 4(b)는 제2입력신호 및 제4입력신호의 파형을 나타낸다.
도 5(a)는 제1스위치(31a)만 사용하는 경우의 송신 신호 스펙트럼을 나타내고, 도 5(b)는 제1스위치(31a)와 제2스위치(31b)를 함께 사용하되 제1입력신호의 파형이 제2입력신호의 파형 보다 온(on)/오프(off) 위한 상승 및 하강 속도가 짧은 경우의 송신 신호 스펙트럼(노란색)과, 제1스위치(31a)만 사용하는 경우의 송신 신호 스펙트럼(녹색)을 나타낸다.1 shows a block diagram of a short wave marine radar system according to an embodiment of the present invention.
2 shows a detailed configuration of the
3 shows a detailed configuration of the
4 (a) shows the first input signal and the third input signal, and Fig. 4 (b) shows the waveforms of the second input signal and the fourth input signal.
5A shows a transmission signal spectrum when only the
본 발명의 상기 목적과 수단 및 그에 따른 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, . In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 경우에 따라 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외의 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. Furthermore, terms used herein are for the purpose of illustrating embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular forms include plural forms as the case may be, unless the context clearly indicates otherwise. &Quot; comprises "and / or" comprising "used in the specification do not exclude the presence or addition of one or more other elements other than the stated element. Unless defined otherwise, all terms used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In addition, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단파 해양 레이더 시스템의 블록도를 나타내고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단파 해양 레이더 시스템의 송신부(3), 제1수신부(4), 제어부(6) 및 로컬 발진부(7)의 상세 구성도를 나타내며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단파 해양 레이더 시스템의 송신부(3), 제2수신부(5), 제어부(6) 및 로컬 발진부(7)의 상세 구성도를 나타낸다.FIG. 1 is a block diagram of a shortwave marine radar system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a short wave marine radar system according to an embodiment of the present invention. The
본 발명의 일 실시예에 따른 단파 해양 레이더 시스템은 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave)와 FMICW(Frequency Modulation Interrupted Continuous Wave)를 선택적으로 사용하여 해양 정보를 제공하는 시스템으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1안테나부(1), 제2안테나부(2), 송신부(3), 제1수신부(4), 제2수신부(5) 및 제어부(6)를 포함하며, 추가적으로 로컬(local) 발진부(7) 및 제어 컴퓨터(8)를 포함한다. 이때, 해양 정보는 해수 유동 정보, 선박 이동 정보, 해풍 이동 정보 등을 포함한다. 해수 유동 정보는 해상 교통 및 물류, 항만 운영을 위해 제공될 수 있는 정보로서, 해수 유속 정보, 해수 이동 방향 정보 등을 포함한다. 선박 이동 정보는 선박 조난 사고, 유류 오염, 적조 발생 등 해상 재난 발생 시 구조 및 방제 활동을 위해 제공될 수 있는 정보로서, 선박 이동 속도 정보, 선박 이동 방향 정보 등을 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 단파 해양 레이더 시스템은 해양 정보를 통해 해일 탐지를 위한 정보를 제공할 수 있고, 불법선박 및 불법조업어선 단속에 필요한 정보, 간척지 조력발전소의 빠른 유속으로 인한 지역민원 발생 시 근거 정보 등을 제공할 수 있다.The shortwave marine radar system according to an embodiment of the present invention is a system for providing marine information by selectively using an FMCW (Frequency Modulation Continuous Wave) and an FMICW (Frequency Modulation Interrupted Continuous Wave). As shown in FIG. 1, (1), a second antenna unit (2), a transmitter (3), a first receiver (4), a second receiver (5) and a controller (6), and further includes a local oscillator 7 and a control computer 8. At this time, ocean information includes sea water flow information, ship movement information, and sea breeze movement information. Sea water flow information is information that can be provided for marine traffic, logistics, port operations, and includes sea water flow rate information, sea direction information, and the like. Ship movement information is information that can be provided for structure and control activities in case of marine disasters such as ship distress accident, oil pollution, red tide occurrence, and includes ship moving speed information and ship moving direction information. In addition, the short-wave marine radar system according to an embodiment of the present invention can provide information for tsunami detection through marine information, and can provide information necessary for cracking illegal ships and illegal fishing vessels, And provide basis information when a complaint is made.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 단파 해수면 레이더 시스템은 해류와 같은 해수 유동 정보 구하기 위해서 FMICW을 사용할 수 있으며, 파랑(ocean wave)과 같은 해수 유동 정보와, 해풍 이동 정보를 구하기 위해서 FMCW를 사용할 수 있다.In addition, the short wave sea surface radar system according to an embodiment of the present invention can use the FMICW to obtain the sea water flow information such as the ocean current, and use the FMCW to obtain the sea water flow information such as the ocean wave and the sea current information .
송신부(3), 제1수신부(4), 제2수신부(5), 제어부(6) 및 로컬 발진부(7)는 각각 PCB(PRINTED CIRCUIT BOARD) 모듈 타입으로 제작될 수 있다. 이 경우, 각 모듈 별 조정이 가능하므로 보정(calibration)이 편리해질 뿐만 아니라, 각 모듈이 하나의 하우징(housing)에 설치됨으로써 경량화 및 소형화가 가능하고, 시스템의 이동 및 설치가 편리해지는 이점이 있다. The
제1안테나부(1)는 모노폴(monopole) 안테나(10) 및 2개의 루프(loop) 안테나(20)를 포함한다. 이때, 제1안테나부(1)가 송신용으로 사용될 경우, 모노폴 안테나(10)가 FMCW 또는 FMICW의 신호를 송신하며, 제1안테나부(1)가 수신용으로 사용될 경우, 모노폴 안테나(11) 및 2개의 루프 안테나(12)가 함께 방향 탐지(Direction Finding : DF)용으로 FMICW의 신호를 수신한다. 이에 따라, 제1안테나부(1)는 설치공간에 제약이 적은 이점을 갖는다.The
제2안테나부(2)는 페이즈 어레이(Phase Array) 안테나를 포함하며, 송신용 또는 수신용으로 사용되는 제1안테나부(1)와 달리, 수신용으로만 사용되며, FMCW의 신호를 수신한다.The
송신부(3)는 FMCW 또는 FMICW의 신호를 송신하는 구성으로서, 제1안테나부(1)의 모노폴 안테나(10)와 연결된다. 송신부(3)는 송신 파워 증폭기를 별도로 설치하여 노이즈를 감소시킬 수 있고, 송신 출력을 조절하여 원하는 세기의 신호를 송신할 수 있다.The transmitting
예를 들어, 송신부(3)는 송신 스위치부(31), 증폭기(32) 및 가변저항(33)을 포함할 수 있다. For example, the
송신 스위치부(31)는 FMICW 신호의 송신을 위한 절체를 수행한다. 증폭기(32)는 가변저항(33)을 통해 송신 출력을 조절하는 것으로서, 예를 들어, 1W ~ 100W로 송신 출력을 조절할 수 있다.The transmission switch unit 31 performs switching for transmission of the FMICW signal. The amplifier 32 adjusts the transmission power through the
또한, 송신부(3)는 BPF(Band Pass Filter) 및 Step Attenuator(33)를 포함할 수 있다. In addition, the
이때, BPF는 송신부(3)에서 사용하는 주파수 대역(24 ~ 31MHz)으로 필터링(filtering)한다. Step Attenuator는 송신 출력을 조절하는 것으로서, 예를 들어, 송신 출력을 0/-3/-6/-9/-10/-13/-16/-19dB 단계로 조절할 수 있다. At this time, the BPF is filtered using the frequency band (24 to 31 MHz) used by the
제1수신부(4)는 FMICW의 신호를 수신하는 구성으로서, 제1안테나부(1)의 모노폴 안테나(11) 및 2개의 루프 안테나(12)와 연결된다. 제1수신부(4)는 제1안테나부(1)로부터 전달 받은 아날로그 신호와 로컬 발진부(7)로부터 전달 받은 기준 신호를 Zero-IF로 주파수 변환하는 기능을 수행한다.The first receiving section 4 is configured to receive the FMICW signal and is connected to the
예를 들어, 제1수신부(4)는제1수신 스위치부(41), 증폭기(42), BPF(Band Pass Filter(43), 스플리터(Splitter)(44), 믹서(Mixer)(45), LPF(Low Pass Filter)(46) 및 OPAMP(47)를 포함할 수 있다.For example, the first receiving unit 4 includes a first receiving switch unit 41, an amplifier 42, a BPF (Band Pass Filter) 43, a
제1수신 스위치부(41)는 제1수신부(4)의 선택 여부를 위한 스위칭, 및 FMICW 신호의 송신을 위한 절체를 수행하고, 증폭기(42)는 수신 신호를 증폭하며, BPF(43)는 수신 신호 대역(24 ~ 31MHz)으로 필터링(filtering)을 수행한다. 스플리터(44)는 수신 신호를 로컬 발진부(7)의 I 채널(71) 및 Q 채널(75)로 분기하며, 믹서(45)는 로컬 발진부(7)에서 생성된 송신 신호와 혼합하여 주파수 Down Convert을 수행한다. LPF(46)는 Down Convert 대역(DC ~ 300KHz)으로 필터링(filtering)을 수행하며, OPAMP(47)는 Down Convert된 수신 신호 증폭한다.The first reception switch unit 41 performs switching for selecting the first receiving unit 4 and switching for transmission of the FMICW signal and the amplifier 42 amplifies the reception signal and the BPF 43 And performs filtering on the reception signal band (24 to 31 MHz). The
제2수신부(5)는 FMCW의 신호를 수신하는 구성으로서, 제2안테나부(2)와 연결된다. 제2수신부(5)는 제2안테나부(2)로부터 전달 받은 아날로그 신호와 로컬 발진부(7)로부터 전달 받은 기준 신호를 Zero/IF로 주파수 변환하는 기능을 수행한다.The second receiving unit 5 receives the FMCW signal and is connected to the
예를 들어, 제2수신부(5)는제2수신 스위치부(51), 증폭기(52), BPF(Band Pass Filter(53), 스플리터(Splitter)(54), 믹서(Mixer)(55), LPF(Low Pass Filter)(56) 및 OPAMP(57)를 포함할 수 있다.For example, the second receiving unit 5 includes a second receiving switch unit 51, an amplifier 52, a BPF (band pass filter) 53, a
제2수신 스위치부(51)는 제2수신부(5)의 선택 여부를 위한 스위칭을 수행하고, 증폭기(52)는 수신 신호를 증폭하며, BPF(53)는 수신 신호 대역(24 ~ 31MHz)으로 필터링(filtering)을 수행한다. 스플리터(54)는 수신 신호를 로컬 발진부(7)의 I 채널(71) 및 Q 채널(75)로 분기하며, 믹서(55)는 로컬 발진부(7)에서 생성된 송신 신호와 혼합하여 주파수 Down Convert을 수행한다. LPF(56)는 Down Convert 대역(DC ~ 300KHz)으로 필터링(filtering)을 수행하며, OPAMP(57)는 Down Convert된 수신 신호 증폭한다.The second reception switch unit 51 performs switching for selecting the second reception unit 5 and the amplifier 52 amplifies the reception signal and the BPF 53 is switched to the reception signal band 24 to 31 MHz Filtering is performed. The
제1수신부(4) 및 제2수신부(5)는 입력단에 증폭기(42, 52)를 구비하고 출력단에 OPAMP(47, 57)를 구비함에 따라, 이득 조정을 통하여 Noise Figure는 낮출 수 있고, Dynamic Range는 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 또한, 제1수신부(4) 및 제2수신부(5)는 안테나 수신 신호를 중간주파수(IF) 변환 없이 바로 기저 대역(baseband)으로 낮추는 Zero-IF 방식을 사용함으로써 그 수신 구조가 단순화될 수 있어, 모듈화에 용이한 이점이 있다.Since the first and second receiving units 4 and 5 are provided with amplifiers 42 and 52 at their input terminals and OPAMPs 47 and 57 at their output terminals, the Noise Figure can be lowered through gain adjustment, Range has the advantage to be improved. Also, the first receiving unit 4 and the second receiving unit 5 use a zero-IF scheme in which an antenna reception signal is directly converted to a baseband without intermediate frequency (IF) conversion, , There is an advantage that it is easy to modularize.
제1수신부(4) 및 제2수신부(5)에 수신되어 처리된 신호는 ADC(Analog-Digital Converter)를 거쳐 컴퓨터(8)에 입력될 수 있다. 이때, ADC가 제어부(6)의 발진기(63) 에서 생성한 기준 신호를 사용함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 단파 해양 레이더 시스템은 FFT(Fast Fourier Transform) 처리 시 시각 동기 및 자료 처리의 효율성이 향상되는 이점을 갖는다.The signals received and processed by the first receiving unit 4 and the second receiving unit 5 may be input to the computer 8 via an ADC (Analog-Digital Converter). At this time, the ADC uses the reference signal generated by the
제어부(6)는 기준 파형의 생성, 각 스위치부의 온(on)/오프(off) 제어, 및 제어 컴퓨터(8)와의 통신을 통한 시스템 전반에 대한 제어, 즉 기준 주파수 및 주파수 대역의 설정, 송신출력의 이득(Gain) 값 조정을 수행한다.The control unit 6 controls generation of a reference waveform, on / off control of each switch unit, and control over the system through communication with the control computer 8, that is, setting of a reference frequency and a frequency band, And adjusts the gain value of the output.
먼저, 제어부(6)는 FMCW의 신호를 생성하여 송신부(3)에 공급하며, 제1수신부(4) 또는 제2수신부(5) 중 하나를 수신부로 선택하여 선택된 수신부가 신호를 수신하도록 제어한다. 이때, 제어부(6)가 제1수신부(4) 또는 제2수신부(5) 중 어느 것을 수신부로 선택하는지 여부에 따라, FMCW 또는 FMICW 중 어느 하나가 송수신 신호로 선택된다. 즉, FMICW 신호를 송수신하려는 경우, 제어부(6)는 제1수신부(4)를 수신부로 선택하고, 송신부(3)와 제1수신부(4)의 사이를 절체(switchover)를 수행한다. 이때, 절체는 송신부(3)와 제1수신부(4)를 교대로 온(on)/오프(off), 즉 송신부(3)를 온(on) 시키는 경우에 제1수신부(4)를 오프(off) 시키고, 송신부(3)를 오프(off) 시키는 경우에 제1수신부(4)를 온(on) 시키는 것을 지칭한다. 예를 들어, 제어부(6)는 초당 2048Hz 스위칭 속도로 절체를 수행할 수 있다. 또한, FMCW의 신호를 송수신하려는 경우, 제어부(6)는 제2수신부(5)를 수신부로 선택한다.First, the control unit 6 generates a signal of the FMCW and supplies it to the
송신부(3), 제1수신부(4) 및 제2수신부(5)는 각각 스위치부를 포함함으로써, 제1수신부(4) 또는 제2수신부(5) 중 어느 하나가 수신부로 선택될 수 있고, 제1수신부(4)가 수신부로 선택되는 경우에 추가적으로 절체가 수행될 수 있다. 이때, 송신부(3), 제1수신부(4) 및 제2수신부(5)에 각각 구비된 스위치부의 온(on)/오프(off) 동작을 제어하기 위해, 제어부(6)는 송신부(3), 제1수신부(4) 및 제2수신부(5)의 각 스위치부에 해당 온(on)/오프(off) 제어신호를 전달한다.The transmitting
즉, 송신부(3)는 송신 선로를 온(on)/오프(off) 하는 송신 스위치부(31)를 포함하고, 제1수신부(4)는 제1수신부(4)의 수신 선로를 온(on)/오프(off) 하는 제1수신 스위치부(41)를 포함하며, 제2수신부(5)는 제2수신부(5)의 수신 선로를 온(on)/오프(off) 하는 제2수신 스위치부(51)를 포함한다.That is, the
이때, FMICW의 신호가 송수신되도록 제어하려는 경우, 제어부(6)는 송신 스위치부(31)가 온(on) 되고 제1수신 스위치부(41) 및 제2 스위치부(51)가 오프(off) 되도록 제어하거나, 송신 스위치부(31) 및 제2수신 스위치부(51)가 오프(off) 되고 제1수신 스위치부(41)가 온(on) 되도록 제어한다.At this time, when it is desired to control the transmission / reception of the FMICW signal, the control unit 6 controls the transmission switch unit 31 to be turned on and the first reception switch unit 41 and the second switch unit 51 to be off, Or the transmission switch unit 31 and the second reception switch unit 51 are turned off and the first reception switch unit 41 is turned on.
또한, FMCW의 신호가 송수신되도록 제어하려는 경우, 제어부(6)는 송신 스위치부(31) 및 제2수신 스위치부가(51) 온(on) 되고, 제1수신 스위치부(41)가 오프(off) 되도록 제어한다. When the control unit 6 determines that the transmission switch unit 31 and the second reception switch unit 51 are turned on and the first reception switch unit 41 is turned off, ).
예를 들어, 제어부(6)는 MCU(Micro Controller Unit)(미도시), 발진기(61) 및 합성기(Synthesizer)(62)를 포함할 수 있다.For example, the control unit 6 may include an MCU (Micro Controller Unit) (not shown), an
MCU는 시스템의 구동신호 및 각 스위치부의 온(on)/오프(off) 제어신호를 생성한다.The MCU generates a driving signal of the system and an on / off control signal of each switch unit.
발진기(61)는 높은 정밀도의 기준 신호(예를 들어, 10MHz 신호), 즉 발진주파수신호를 생성한다. 예를 들어, 발진기(61)로는 오븐 제어 수정 발진기(oven controlled crystal oscillator; OCXO)가 사용될 수 있다.The
합성기(62)는 발진기(61)에서 생성된 기준 신호를 이용하여, Bragg Scattering 효과를 이용하는데 중요한 역할을 수행하는 FMCW를 생성한다. 이때, 합성기(62)는 기준 신호를 시작점으로 하여, 예를 들어 1/4초 동안 주파수를 변조(1Chirp)를 수행할 수 있다. 또한, 합성기(62)는 MCU에서 생성된 각 스위치부의 온(on)/오프(off) 제어신호를 그대로 전달하거나 전처리하여 전달하는 기능을 수행한다.The
특히, 수신 신호의 손실을 최소화 하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 단파 해양 레이더 시스템은 최적의 위치에 송신부(3), 제1수신부(4) 및 제2수신부(5)의 각 스위치부를 구비한다. 즉, 송신 스위치부(31)는 송신 선로에 연결된 제1스위치(31a) 및 송신 선로 중에 제1스위치(31a) 보다 제1안테나부(1)에 더 가까이 연결된 제2스위치(31b)를 각각 포함한다. 또한, 제1수신 스위치부(41)는 수신 선로에 연결된 제3스위치(41a) 및 수신 선로 중에 제3스위치(41a) 보다 제1안테나부(1)에 더 가까이 연결된 제4스위치(41b)를 각각 포함한다. 또한, 제2수신 스위치부(51)는 수신 선로에 연결된 제5스위치(51a) 및 수신 선로 중에 제5스위치(51a) 보다 제2안테나부(2)에 더 가까이 연결된 제6스위치(51b)를 각각 포함한다.Particularly, in order to minimize the loss of the received signal, the shortwave marine radar system according to the embodiment of the present invention is provided with the switch unit of the transmitting
이때, 제1스위치(31a)의 온(on)/오프(off)를 제어하도록 제1스위치(31a)에 입력되는 제1입력신호는 제2스위치(31b)의 온(on)/오프(off)를 제어하도록 제2스위치(31b)에 입력되는 제2입력신호와 다른 파형을 갖는다. 또한, 제3스위치(41a)의 온(on)/오프(off)를 제어하도록 제3스위치(41a)에 입력되는 제3입력신호는 제4스위치(41b)의 온(on)/오프(off)를 제어하도록 제4스위치(41b)에 입력되는 제4입력신호와 다른 파형을 갖는다. At this time, the first input signal inputted to the
도 4는 제1입력신호, 제2입력신호, 제3입력신호 및 제4입력신호의 파형을 나타낸다. 즉, 도 4(a)는 제1입력신호 및 제3입력신호를 나타내고, 도 4(b)는 제2입력신호 및 제4입력신호의 파형을 나타낸다.4 shows the waveforms of the first input signal, the second input signal, the third input signal, and the fourth input signal. 4 (a) shows the first input signal and the third input signal, and FIG. 4 (b) shows the waveforms of the second input signal and the fourth input signal.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단파 해양 레이더 시스템은 제1입력신호의 파형과 제2입력신호의 파형이 온(on)/오프(off) 위한 상승 및 하강 속도가 서로 다른 것이 바람직하다. 이는 FMICW 신호를 송수신하기 위해 송신부(3)와 제1수신부(4) 사이를 절체하는 과정 중에 발생하는 불요파의 영향을 줄이기 위함이다.Referring to FIG. 4, in the shortwave marine radar system according to an embodiment of the present invention, the waveforms of the first input signal and the waveform of the second input signal have different rising and falling rates for on / off . This is to reduce the influence of the unnecessary waves generated during the process of switching between the transmitting
특히, 송신 선로 및 수신 선로의 구성을 보호하면서 동시에 불요파 감소 효과를 더욱 증진시키기 위해, 제1안테나부(1)에 더 가까이 연결된 제2스위치(31b) 및 제4스위치(41b)가 제1스위치(31a) 및 제3스위치(41a) 보다 천천히 온(on)/오프(off) 되는 것이 바람직하다.Particularly, the second switch 31b and the
즉, 제1입력신호의 파형은 제2입력신호의 파형 보다 온(on)/오프(off) 위한 상승 및 하강 속도가 짧은 파형인 것이 바람직하며, 제3입력신호의 파형은 제4입력신호의 파형 보다 온(on)/오프(off) 위한 상승 및 하강 속도가 짧은 파형인 것이 바람직하다. 이에 따라, 제1스위치(31a)는 제2스위치(31b) 보다 상대적으로 먼저 온(on)/오프(off) 되며, 제2스위치(31b)는 제1스위치(31a) 보다 상대적으로 천천히 온(on)/오프(off) 된다. 또한, 제3스위치(41a)는 제4스위치(41b) 보다 상대적으로 먼저 온(on)/오프(off) 되며, 제4스위치(41b)는 제3스위치(41a) 보다 상대적으로 천천히 온(on)/오프(off) 된다.That is, it is preferable that the waveform of the first input signal is a waveform having a short rising and falling speed for turning on / off the waveform of the second input signal, It is preferable that the waveform has a short rising and falling speed for turning on / off the waveform. Accordingly, the
도 5(a)는 제1스위치(31a)만 사용하는 경우의 송신 신호 스펙트럼을 나타내고, 도 5(b)는 제1스위치(31a)와 제2스위치(31b)를 함께 사용하되 제1입력신호의 파형이 제2입력신호의 파형 보다 온(on)/오프(off) 위한 상승 및 하강 속도가 짧은 경우의 송신 신호 스펙트럼(노란색)과, 제1스위치(31a)만 사용하는 경우의 송신 신호 스펙트럼(녹색)을 나타낸다.5A shows a transmission signal spectrum when only the
즉, 도 5(a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 제1스위치(31a)만 사용하는 경우, 송신 신호에서 높은 레벨의 불요 발사 발생한다. 반면에, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 제1스위치(31a)와 제2스위치(31b)를 함께 사용하되, 제1입력신호의 파형이 제2입력신호의 파형 보다 온(on)/오프(off) 위한 상승 및 하강 속도가 짧은 경우, 송신 신호의 불요 발사가 현저하게 줄어든다.That is, as shown in Figs. 5 (a) and 5 (b), when only the
특히, 불요파 감소의 효과를 극대화하기 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1입력신호 및 제3입력신호의 파형은 구형파(square wave)인 것이 바람직하며, 제2입력신호 및 제4입력신호의 파형은 사인파(sine wave] 인 것이 바람직하다.4, the waveforms of the first input signal and the third input signal are preferably square waves, and the second input signal and the fourth input signal The waveform of the signal is preferably a sine wave.
제1입력신호, 제2입력신호, 제3입력신호 및 제4입력신호는 제어부(6)가 직접 생성한 온(on)/오프(off) 제어신호이거나, 제어부(6)에서 생성된 온(on)/오프(off) 제어신호가 각 스위치로 전달되는 중에 특정 구성에 의해 전처리된 신호일 수 있다.The first input signal, the second input signal, the third input signal, and the fourth input signal may be an on / off control signal directly generated by the control unit 6 or an on / on / off < / RTI > control signal may be a signal preprocessed by a particular configuration while being transmitted to each switch.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 단파 해양 레이더 시스템은 제어부(6)가 제1스위치(31a) 및 제3스위치(41a)의 온(on)/오프(off) 제어신호로써 제1입력신호 및 제3입력신호의 파형인 구형파를 생성하여 직접 제1스위치(31a) 및 제3스위치(41a)의 온(on)/오프(off)를 제어할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 단파 해양 레이더 시스템은 제어부(6)가 제2스위치(31b) 및 제4스위치(41b)의 온(on)/오프(off) 제어신호로써 구형파를 생성한 후, 생성된 구형파를 입력 신호로 받는 캐패시터가 그 출력 신호인 사인파를 제2입력신호 및 제4입력신호로 생성하여 제1스위치(31a) 및 제3스위치(41a)의 온(on)/오프(off)를 제어할 수 있다.For example, in the shortwave marine radar system according to the embodiment of the present invention, the controller 6 controls the
또한, 제5스위치(51a)의 온(on)/오프(off)를 제어하도록 제5스위치(51a)에 입력되는 제5입력신호와, 제6스위치(51b)의 온(on)/오프(off)를 제어하도록 제6스위치(51b)에 입력되는 제6입력신호는 제어부(6)가 직접 생성한 온(on)/오프(off) 제어신호이거나, 제어부(6)에서 생성된 온(on)/오프(off) 제어신호가 각 스위치로 전달되는 중에 특정 구성에 의해 전처리된 신호일 수 있다.The fifth input signal to be inputted to the
제어부(6)는 모드에 따라 송수신 신호의 주파수, 대역폭, 첩(chirp) 변조 패턴 및 첩(chirp) 주파수 중 어느 하나 이상을 변경할 수 있다. 예를 들어, 제어부(6)는 국내 해양 환경을 고려하여 60Km 측정 범위와 2m Hs(significant wave height)에 최적화된 24MHz 주파수를 선택할 수 있다.The control unit 6 may change at least one of the frequency, bandwidth, chirp modulation pattern, and chirp frequency of the transmission / reception signal according to the mode. For example, the control unit 6 can select a 60 MHz measurement range and a 24 MHz frequency optimized for 2 m Hs (significant wave height) in consideration of the domestic marine environment.
만일, 해수 유동 정보 획득 모드인 경우, 해수 유동 정보를 획득하는데 최적화 되도록, 제어부(6)는 첩(chirp) 변조 패턴을 톱니 변조(Sawtooth Modulation) 패턴으로 변경한다. 즉, 해수 유동 정보를 획득하기 위해서는 2nd order Bragg peak을 구분할 수 있어야 하며, 2nd order Bragg peak을 구하기 위해서는 높은 SNR(Signal Noise Ratio)이 필요하다. 이때, SNR을 높일 수 있도록, 본 발명의 제1수신부(4) 및 제2수신부(5)는 최적 위치에 구비된 AMP, OPAMP 및 2중의 스위치를 구비하며, 제어부(6)는 첩(chirp) 변조 패턴을 톱니 변조(Sawtooth Modulation) 패턴으로 변경한다.In the case of the sea water flow information acquisition mode, the control unit 6 changes the chirp modulation pattern to a sawtooth modulation pattern so as to be optimized for acquiring the sea water flow information. That is, to obtain the seawater flow information, it is necessary to distinguish the 2nd order Bragg peak, and a high SNR (Signal Noise Ratio) is required to obtain the 2nd order Bragg peak. In order to increase the SNR, the first receiving unit 4 and the second receiving unit 5 of the present invention are provided with AMP, OPAMP and double switches provided at optimum positions, and the control unit 6 controls the chirp, The modulation pattern is changed to a sawtooth modulation pattern.
또한, 선박 이동 정보 획득 모드인 경우, 선박 이동 정보를 획득하는데 최적화 되도록, 제어부(6)는 첩(chirp) 변조 패턴을 삼각 변조(Triangular Modulation) 패턴으로 변경한다. 즉, 선박 이동 정보를 획득하기 위해에서는 Bragg Scattering 보다 선박의 Back Scattering을 구하는 것이 중요하고, 선박의 이동속도를 알기 위해서는 선박의 Doppler frequency를 구해야 한다. 이때, Doppler frequency 획득이 용이하도록, 제어부(6)는 첩(chirp) 변조 패턴을 삼각 변조(Triangular Modulation) 패턴으로 변경한다.Further, in the ship movement information acquisition mode, the control unit 6 changes the chirp modulation pattern to a triangular modulation pattern so as to be optimized for acquiring ship movement information. In other words, it is important to obtain the back scattering of the ship rather than Bragg Scattering in order to obtain ship movement information. In order to know the moving speed of the ship, the Doppler frequency of the ship should be obtained. At this time, the controller 6 changes the chirp modulation pattern to a triangular modulation pattern so that the Doppler frequency can be easily obtained.
또한, LBT(Listen Before Talk) 모드인 경우, 제어부(6)는 일정 대역폭을 갖는 송수신 신호의 주파수를 23MHz 내지 25MHz 사이에서 1Hz 내지 100KHz의 간격으로 변경시키면서 간섭신호의 존재 유무를 판단하여 간섭신호의 영향이 가장 적은 송수신 신호의 주파수를 선택한다. 이후, 제어부(6)는 선택된 송수신 신호의 주파수의 대역폭을 1Hz 내지 1Mhz로 변경시키면서 간섭신호의 존재 유무를 판단하여 간섭신호의 영향이 가장 적은 송수신 신호의 주파수의 대역폭을 선택한다.In the LBT (Listen Before Talk) mode, the control unit 6 changes the frequency of the transmission / reception signal having a constant bandwidth from 23 MHz to 25 MHz at intervals of 1 Hz to 100 KHz, determines the presence or absence of an interference signal, Selects the frequency of the transmitted / received signal with the least effect. Thereafter, the control unit 6 changes the bandwidth of the frequency of the selected transmission / reception signal to 1 Hz to 1 MHz, determines the existence of the interference signal, and selects the bandwidth of the frequency of the transmission / reception signal with the smallest influence of the interference signal.
로컬 발진부(7)는 수신 신호의 주파수 변환을 위한 기준 신호를 생성하는 기능을 수행한다. 즉, 제1수신부(4) 및 제2수신부(5)로 전달되는 기준 신호는 I-채널(71)과 Q-채널(75)로 구분되어 전달된다.The local oscillator 7 performs a function of generating a reference signal for frequency conversion of the received signal. That is, the reference signal transmitted to the first receiving unit 4 and the second receiving unit 5 is divided into an I-channel 71 and a Q-channel 75.
예를 들어, 로컬 발진부(7)의 I-채널(71)과 Q-채널(75)은 각각 BPF(Band Pass Filter)(72, 76), 스플리터(Splitter)(73, 77) 및 증폭기(Amplifier)(74, 78)를 포함한다.For example, the I-channel 71 and Q-channel 75 of the local oscillator 7 are connected to BPFs 72 and 76,
BPF(72, 76)는 사용 주파수 대역(24 ~ 31MHz)으로 필터링(filtering)하고, 스플리터(73, 77)는 I 채널(71) 및 Q 채널(75)의 송신 신호 소스를 각각 2 포트로 분기하며, 증폭기(74, 78)는 송신 신호 소스를 증폭시킨다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 단파 해양 레이더는 헤테로다인(Heterodyne) 방식으로 수신 신호를 처리함으로써 선택도(Selectivity), 민감도(Sensitivity), 안정도(Stability) 및 반복성(Repeatability)가 향상되는 이점을 갖는다.The short wave ocean radar according to an embodiment of the present invention has an advantage of improving selectivity, sensitivity, stability, and repeatability by processing a received signal in a heterodyne manner .
즉, 로컬 발진부(7)는 제1수신부(4) 및 제2수신부(5)의 수신 신호에 대한 주파수 변환을 위한 기준 신호를 I 채널(71)과 Q 채널(75)로 각각 생성하여 각 수신부에 입력한다. 이때, 제어부(6)는 발진주파수신호를 생성하는 발진기(61)와, 발진기(61)로부터 생성된 발진주파수신호를 이용하여 FMCW 신호를 생성하여 스플리터(64)와 로컬 발진부(7)의 Q 채널(75)로 전달하는 합성기(62), 및 전달 받은 FMCW 신호를 송신부(3)의 제1스위치(31a)와 로컬 발진부(7)의 I 채널(71)로 분기시키는 스플리터(64)를 포함한다. 또한, 제1수신부(5) 및 제2수신부(6)는 로컬 발진부(7)의 I 채널(71) 및 Q 채널(75)의 신호를 이용하여 Zero-IF 방식으로 수신 신호를 처리한다.That is, the local oscillator 7 generates a reference signal for frequency conversion with respect to the reception signals of the first receiver 4 and the second receiver 5 by using the I channel 71 and the Q channel 75, respectively, . The controller 6 generates an FMCW signal using the oscillation frequency signal generated from the
컴퓨터(8)는 사용자에게 각종 제어 모듈 및 분석 모듈을 제공한다. 즉, 제어 모드는 송수신 신호의 주파수, 대역폭, 첩(chirp) 변조 패턴 및 첩(chirp) 주파수 중 어느 하나 이상을 변경 가능하도록 제어부(6)를 제어할 수 있도록 사용자에게 화면 상으로 제어 툴을 제공하는 모듈이다. 또한, 분석 모듈은 제어 모듈의 선택에 따라 제1수신부(4) 또는 제2수신부(5)의 수신 신호를 분석하여 그 분석 결과를 사용자에게 화면 상으로 보여주는 모듈이다. The computer 8 provides the user with various control modules and analysis modules. That is, the control mode provides the user with a control tool on the screen so as to control the controller 6 so that any one or more of the frequency, bandwidth, chirp modulation pattern, and chirp frequency of the transmission / reception signal can be changed . The analysis module is a module for analyzing the received signals of the first receiving unit 4 or the second receiving unit 5 according to the selection of the control module and displaying the analysis result to the user on the screen.
컴퓨터(8)는 송신부(3), 제1수신부(4), 제2수신부(5), 제어부(6) 및 로컬 발진부(7)를 포함하는 로컬 시스템(local system)에 함께 구비된 로컬 컴퓨터이거나, 또는 로컬 시스템과 네트워크를 통해 원격으로 연결되는 원격 컴퓨터일 수 있다.The computer 8 is a local computer provided together with a local system including a transmitting
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the embodiments described, but should be determined by the scope of the following claims and equivalents thereof.
1 : 제1안테나부 11 : 모노폴 안테나
12 : 루프 안테나 2 : 제2안테나부
3 : 송신부 31 : 송신 스위치부
31a : 제1스위치 31b : 제2스위치
32, 42, 52, 74, 78 : 증폭기 33 : 가변저항
4: 제1수신부 41 : 제1수신 스위치부
41a : 제3스위치 41b : 제4스위치
43, 53, 72, 76 : BPF 44, 54, 73, 77 : 스플리터
45, 55 : 믹서 46, 56 : LPF
47, 57 : OPAMP 5: 제2수신부
51 : 제2수신 스위치부 51a : 제5스위치
51b : 제6스위치 6 : 제어부
61 : 발진기 62 : 합성기
7 : 로컬 발진부 71 : I-채널
75 : Q-채널 8 : 컴퓨터1: first antenna unit 11: monopole antenna
12: loop antenna 2: second antenna part
3: Transmission unit 31: Transmission switch unit
31a: first switch 31b: second switch
32, 42, 52, 74, 78: amplifier 33: variable resistor
4: first receiving section 41: first receiving switch section
41a:
43, 53, 72, 76:
45, 55: mixer 46, 56: LPF
47, 57: OPAMP 5: second receiver
51: second receiving
51b: sixth switch 6:
61: Oscillator 62: Synthesizer
7: Local oscillator 71: I-channel
75: Q-channel 8: Computer
Claims (10)
페이즈 어레이 안테나를 구비한 제2안테나부;
송신 선로에 연결된 제1스위치 및 송신 선로 중에 제1스위치 보다 제1안테나부에 더 가까이 연결된 제2스위치를 통해 송신 선로를 온(on)/오프(off) 하는 송신 스위치부를 포함하고, 제1안테나부의 모노폴 안테나와 연결되며, FMCW 또는 FMICW의 신호를 송신하는 송신부;
제1수신 선로에 연결된 제3스위치 및 제1수신 선로 중에 제3스위치 보다 제1안테나부에 더 가까이 연결된 제4스위치를 통해 제1수신 선로를 온(on)/오프(off) 하는 제1수신 스위치부를 포함하고, 제1안테나부의 모노폴 안테나 및 2개의 루프 안테나와 연결되며, FMICW의 신호를 수신하는 제1수신부;
제2수신 선로를 온(on)/오프(off) 하는 제2수신 스위치부를 포함하고, 제2안테나부와 연결되며, FMCW의 신호를 수신하는 제2수신부; 및
FMCW의 신호를 생성하여 송신부에 공급하되, 제1수신부를 수신부로 선택하고 송신부와 제1수신부의 사이를 절체하여 FMICW의 신호를 송수신하도록 제어하거나, 제2수신부를 수신부로 선택하여 FMCW의 신호를 송수신하도록 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 제어부는,
송신 스위치부가 온(on) 되고 제1수신 스위치부 및 제2 스위치부가 오프(off) 되도록 제어하거나, 송신 스위치부 및 제2수신 스위치부가 오프(off) 되고 제1수신 스위치부가 온(on) 되도록 제어하여, FMICW의 신호를 송수신하도록 제어하고,
송신 스위치부 및 제2수신 스위치부가 온(on) 되고 제1수신 스위치부가 오프(off) 되도록 제어하여, FMCW의 신호를 송수신하도록 제어하며,
제1스위치의 온(on)/오프(off)를 제어하도록 제1스위치에 입력되는 제1입력신호는 제2스위치의 온(on)/오프(off)를 제어하도록 제2스위치에 입력되는 제2입력신호와 다른 파형을 갖고,
제3스위치의 온(on)/오프(off)를 제어하도록 제3스위치에 입력되는 제3입력신호는 제4스위치의 온(on)/오프(off)를 제어하도록 제4스위치에 입력되는 제4입력신호와 다른 파형을 갖는 것을 특징으로 하는 단파 해양 레이더 시스템.A first antenna unit having a monopole antenna and two loop antennas;
A second antenna unit having a phase array antenna;
And a transmission switch unit for turning on / off the transmission line through a first switch connected to the transmission line and a second switch connected to the first antenna unit closer to the first antenna unit than the first switch among the transmission line, A transmitter connected to the monopole antenna for transmitting a signal of FMCW or FMICW;
A third switch connected to the first reception line, and a first switch for turning on / off the first reception line through a fourth switch connected to the first antenna part more closely than the third switch among the first reception line, A first receiving unit including a switch unit and connected to the monopole antenna and the two loop antennas of the first antenna unit and receiving a signal of the FMICW;
A second receiving unit connected to the second antenna unit and receiving a signal of the FMCW, the second receiving switch unit turning on / off the second receiving line; And
A signal of the FMCW is supplied to the transmitter, the first receiver is selected as the receiver, the transmission is switched between the transmitter and the first receiver to control transmission / reception of the FMICW signal, or the second receiver is selected as the receiver, And a control unit for controlling the transmission /
Wherein,
The transmission switch unit is turned on and the first reception switch unit and the second switch unit are controlled to be turned off or the transmission switch unit and the second reception switch unit are turned off and the first reception switch unit is turned on Controls to transmit and receive a signal of FMICW,
The transmission switch unit and the second reception switch unit are turned on and the first reception switch unit is controlled to be turned off so as to transmit and receive the FMCW signal,
The first input signal inputted to the first switch to control the on / off of the first switch is a first input signal to be inputted to the second switch so as to control the on / off of the second switch. 2 input signal,
The third input signal to be inputted to the third switch to control the on / off of the third switch is a signal input to the fourth switch to control the on / off of the fourth switch. 4 < / RTI > input signal.
상기 제1입력신호의 파형은 상기 제2입력신호의 파형 보다 그 상승 및 하강 속도가 짧은 파형이며,
상기 제3입력신호의 파형은 상기 제4입력신호의 파형 보다 그 상승 및 하강 속도가 짧은 파형인 것을 특징으로 하는 단파 해양 레이더 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the waveform of the first input signal is a waveform whose rising and falling speeds are shorter than the waveform of the second input signal,
Wherein the waveform of the third input signal is a waveform whose rising and falling speeds are shorter than the waveform of the fourth input signal.
상기 제1입력신호 및 상기 제3입력신호의 파형은 구형파이며,
상기 제2입력신호 및 상기 제4입력신호의 파형은 사인파인 것을 특징으로 하는 단파 해양 레이더 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the waveforms of the first input signal and the third input signal are square waves,
And the waveform of the second input signal and the fourth input signal is a sinusoidal wave.
상기 제2입력신호 및 상기 제4입력신호는 구형파를 입력 신호로 받는 캐패시터의 출력 신호인 것을 특징으로 하는 단파 해양 레이더 시스템.6. The method of claim 5,
Wherein the second input signal and the fourth input signal are output signals of a capacitor receiving a square wave as an input signal.
상기 제어부는,
모드에 따라 송수신 신호의 주파수, 대역폭, 첩(chirp) 변조 패턴 및 첩(chirp) 주파수 중 어느 하나 이상을 변경하되,
해수 유동 정보 획득 모드인 경우, 상기 첩(chirp) 변조 패턴을 톱니 변조(Sawtooth Modulation) 패턴으로 변경하고,
선박 이동 정보 획득 모드인 경우, 상기 첩(chirp) 변조 패턴을 삼각 변조(Triangular Modulation) 패턴으로 변경하는 것을 특징으로 하는 단파 해양 레이더 시스템.The method according to claim 1,
Wherein,
Modulates at least one of a frequency, a bandwidth, a chirp modulation pattern, and a chirp frequency of a transmission / reception signal according to a mode,
In the case of the sea water flow information acquisition mode, the chirp modulation pattern is changed to a sawtooth modulation pattern,
And changing the chirp modulation pattern to a triangular modulation pattern when the navigation information acquisition mode is the navigation movement information acquisition mode.
상기 제어부는,
LBT(Listen Before Talk) 모드인 경우, 일정 대역폭을 갖는 송수신 신호의 주파수를 23MHz 내지 25MHz 사이에서 1Hz 내지 100KHz의 간격으로 변경시키면서 간섭신호의 존재 유무를 판단하여 간섭신호의 영향이 가장 적은 송수신 신호의 주파수를 선택하고,
선택된 송수신 신호의 주파수의 대역폭을 1Hz 내지 1Mhz로 변경시키면서 간섭신호의 존재 유무를 판단하여 간섭신호의 영향이 가장 적은 송수신 신호의 주파수의 대역폭을 선택하는 것을 특징으로 하는 단파 해양 레이더 시스템.The method according to claim 1,
Wherein,
In the LBT (Listen Before Talk) mode, the presence or absence of an interference signal is determined while changing the frequency of a transmission / reception signal having a constant bandwidth from 23 MHz to 25 MHz at intervals of 1 Hz to 100 KHz, Select the frequency,
Wherein a bandwidth of a frequency of a transmission / reception signal having the smallest influence of an interference signal is selected by judging the existence of an interference signal while changing a bandwidth of a frequency of the selected transmission / reception signal to 1 Hz to 1 MHz.
상기 송신부, 상기 제1수신부, 상기 제2수신부 및 상기 제어부를 포함하는 로컬 시스템; 및
상기 로컬 시스템과 네트워크를 통해 원격으로 연결되고, 송수신 신호의 주파수, 대역폭, 첩(chirp) 변조 패턴 및 첩(chirp) 주파수 중 어느 하나 이상을 변경 가능하며, 상기 제1수신부 또는 상기 제2수신부의 수신 신호를 분석하여 그 분석 결과를 사용자에게 화면 상으로 보여주는 원격 컴퓨터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단파 해양 레이더 시스템.The method according to claim 1,
A local system including the transmitter, the first receiver, the second receiver, and the controller; And
And a chirp modulation pattern and a chirp frequency of the transmission / reception signal, and is capable of changing at least one of a frequency, a bandwidth, a chirp modulation pattern, and a chirp frequency of the transmission / reception signal, And a remote computer for analyzing the received signal and displaying the analysis result on a screen to a user.
상기 제1수신부 및 상기 제2수신부의 수신 신호에 대한 주파수 변환을 위한 기준 신호를 I 채널과 Q 채널로 각각 생성하여 제어부에서 선택한 수신부에 입력하는 로컬 발진부를 더 포함하며,
상기 제어부는 발진주파수신호를 생성하는 발진기와, 발진기로부터 생성된 발진주파수신호를 이용하여 FMCW 신호를 생성하여 스플리터와 로컬 발진부의 Q 채널로 전달하는 합성기, 및 전달 받은 FMCW 신호를 송신부와 로컬 발진부의 I 채널로 각각 분기시키는 스플리터를 포함하고,
상기 제1수신부 및 상기 제2수신부는 상기 로컬 발진부의 I 채널 및 Q 채널의 신호를 이용하여 Zero-IF 방식으로 수신 신호를 처리하는 것을 특징으로 하는 단파 해양 레이더 시스템.The method according to claim 1,
And a local oscillator for generating a reference signal for frequency conversion of the received signals of the first receiver and the second receiver, respectively, into an I channel and a Q channel,
A mixer for generating an FMCW signal using an oscillation frequency signal generated from an oscillator and transmitting the generated FMCW signal to a splitter and a Q channel of a local oscillator; And a splitter for branching to an I channel,
Wherein the first receiver and the second receiver process the received signal in a Zero-IF system using signals of the I channel and the Q channel of the local oscillator.
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