KR101838099B1 - 모노펄스 레이더 시스템 및 이의 보정 방법 - Google Patents

모노펄스 레이더 시스템 및 이의 보정 방법 Download PDF

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권용욱
권영우
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엘아이지넥스원 주식회사
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Abstract

모노펄스 레이더 시스템 및 이의 보정 방법을 공개한다. 본 발명은 피아 식별을 위한 질문 신호를 전송하고, 질문 신호에 응답하여 표적에서 인가되는 응답 신호를 분석하여 식별 정보를 획득하는 피아 식별부, 기설정된 주파수의 빔을 방사하고, 표적에서 반사된 전파를 수신 신호 수신하여, 합 채널 신호 및 차 채널 신호를 생성하는 송수신부, 보정 모드에서 보정 주파수 범위 내에서 빔의 주파수를 선택하여 기설정된 보정 영역으로 방사하도록 송수신부를 제어하고, 송수신부에서 선택된 주파수의 빔에 대응하여 수신되는 합 채널 신호 및 차 채널 신호 중 식별 정보에 대응하여 설정되는 탐지 영역의 합 채널 신호 및 차 채널 신호를 추출하는 표적 탐지부, 및 보정 모드에서 표적 탐지부로부터 인가되는 탐지 영역의 합 채널 신호 및 차 채널 신호의 진폭 편차 및 위상 편차를 분석하여, 선택된 주파수 각각에서의 보정값을 획득하는 오차 보정부를 포함한다.

Description

모노펄스 레이더 시스템 및 이의 보정 방법{MONOPULSE RADAR SYSTEM AND CALIBRATION METHOD THEREOF}
본 발명은 레이더 시스템 및 이의 보정 방법에 관한 것으로, 특히 항공기의 피아 식별 기능을 이용하여 보정을 수행할 수 있는 고정형 모노펄스 레이더 시스템 및 이의 보정 방법에 관한 것이다.
모노펄스 레이더는 지정된 표적을 지향하여 펄스 파형의 빔을 방사하고, 방사된 빔이 반사된 반사파를 측정하여 표적을 추적할 수 있는 레이더로, 한번의 빔을 송수신하여 표적의 거리, 방위각 및 고각을 동시에 탐지할 수 있다. 모노펄스 레이더는 한번의 빔 송수신에 의해 표적에 대한 방위각, 고각 및 거리 정보를 모두 탐지하여 표시할 수 있는 반면, 다양한 요인에 의해 성능이 열화되어 표적에 대한 정확한 탐지 정보를 획득하지 못하는 경우가 발생할 수 있다는 문제가 있다. 이에 모노펄스 레이더는 탐지 성능에 대해 정기적 또는 비정기적 보정을 필요로 한다. 그러나 단일 펄스 송수신으로 표적을 탐지하는 모노펄스 레이더의 특성은 성능의 열화 시에 자체적인 보정을 어렵게 한다. 특히 방위각 및 고각의 경우에는 레이더 안테나를 정밀 측정 시설에 설치하고, 측정 시설에서 측정된 정보를 사용하여 탐지 성능을 보정하여야 하기 때문에 운용 중 탐지 성능에 열화가 발생하게 되면, 이를 현장에서 실시간으로 보정할 수 있는 방법을 제공하지 못하고 있다.
일부 운용 중 실시간 보정이 가능하도록 자체 보정을 수행하는 모노펄스 레이더가 제안된바 있으나, 이를 위해서는 보정을 수행하기 위한 별도의 신호 경로인 보정 경로가 추가되어야 하는 문제가 있다. 또한 추가된 보정 경로 자체에서도 열화 등으로 인한 변화가 발생할 수 있어, 보정 시에 오히려 오차가 증가되는 문제도 발생할 수 있다. 뿐만 아니라 자체 보정을 수행하기 위해서는 각 레이더의 특성에 따른 시험 데이터가 미리 획득되어 저장되어야 하지만, 보정 기준값으로 이용되는 시험 데이터는 시험을 위한 대형 시험 설비와 더불어 장시간의 사전 시험을 필요로 한다.
한국 공개 특허 제2002-0059136호(2002.07.12 공개)
본 발명의 목적은 별도의 보정 경로를 구비하지 않고, 운용 중 보정이 가능한 모노펄스 레이더 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 모노펄스 레이더 시스템의 보정 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 모노펄스 레이더 시스템은 피아 식별을 위한 질문 신호를 전송하고, 상기 질문 신호에 응답하여 표적에서 인가되는 응답 신호를 분석하여 식별 정보를 획득하는 피아 식별부; 기설정된 주파수의 빔을 방사하고, 상기 표적에서 반사된 전파를 수신 신호 수신하여, 합 채널 신호 및 차 채널 신호를 생성하는 송수신부; 보정 모드에서 보정 주파수 범위 내에서 상기 빔의 주파수를 선택하여 기설정된 보정 영역으로 방사하도록 상기 송수신부를 제어하고, 상기 송수신부에서 선택된 상기 주파수의 빔에 대응하여 수신되는 상기 합 채널 신호 및 상기 차 채널 신호 중 상기 식별 정보에 대응하여 설정되는 탐지 영역의 합 채널 신호 및 차 채널 신호를 추출하는 표적 탐지부; 및 상기 보정 모드에서 상기 표적 탐지부로부터 인가되는 상기 탐지 영역의 합 채널 신호 및 차 채널 신호의 진폭 편차 및 위상 편차를 분석하여, 선택된 상기 주파수 각각에서의 보정값을 획득하는 오차 보정부; 를 포함한다.
상기 표적 탐지부는 상기 모노펄스 레이더 시스템에서 현재 운용 중인 주파수를 기반으로 상기 보정 주파수 범위를 설정하고, 상기 식별 정보에 포함된 상기 표적의 위치가 상기 보정 영역에 포함된 것으로 판별되면, 설정된 상기 보정 주파수 범위 이내에서 선택 가능한 최소 주파수 단위로 상기 빔의 주파수를 순차적으로 가변하여 선택하고, 선택된 상기 주파수의 상기 빔이 상기 보정 영역으로 방사되도록 상기 송수신부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 표적 탐지부는 상기 식별 정보에 포함된 상기 표적의 위치를 중심으로 기설정된 거리 범위 및 방위각 범위를 갖는 상기 탐지 영역을 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 표적 탐지부는 탐색 모드 시에 상기 오차 보정부로부터 방사된 빔의 주파수에 대응하는 상기 보정값을 인가받아, 상기 합 채널 신호 및 상기 차 채널 신호를 보정하는 것을 특징으로 한다.
상기 보정 영역은 사용자 명령, 미리 획득된 공항 위치, 민항기 및 아군 기체의 경유 경로 및 이전 민항기 및 아군 기체의 출현 빈도에 대한 통계 정보 중 적어도 하나를 기반으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 오차 보정부는 상기 표적 탐지부로부터 선택된 상기 주파수 각각에 대해 인가되는 상기 탐지 영역의 합 채널 신호 및 차 채널 신호를 각각 진폭 신호와 위상 신호로 구분하고, 방위각을 기준으로 상기 진폭 신호와 상기 위상 신호를 정렬 및 일치시킨 후, 상기 탐지 영역의 합 채널 신호 및 차 채널 신호 사이의 진폭 편차 및 위상 편차를 분석하는 오차 판별부; 및 선택된 상기 주파수 각각에서 분석된 상기 진폭 편차 및 상기 위상 편차를 보정하기 위한 보정값을 획득하여 저장하는 모노펄스 보정부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 모노펄스 레이더 시스템의 보정 방법은 피아 식별부, 송수신부, 표적 탐지부 및 오차 보정부를 포함하는 모노펄스 레이더 시스템의 보정 방법에 있어서, 보정 모드에서 상기 표적 탐지부가 보정 영역 및 보정 주파수 범위를 설정하고, 상기 피아 식별부에서 인가된 식별 정보를 분석하여 표적의 위치가 상기 보정 영역에 포함되는지 판별하는 단계; 상기 표적의 위치가 상기 보정 영역에 포함되는 것으로 판별되면, 상기 표적 탐지부가 보정 주파수 범위 내에서 빔의 주파수를 선택하여 기설정된 보정 영역으로 방사하도록 상기 송수신부를 제어하는 단계; 상기 표적 탐지부가 상기 송수신부에서 선택된 상기 주파수의 빔에 대응하여 수신되는 합 채널 신호 및 차 채널 신호 중 상기 식별 정보에 대응하여 설정되는 탐지 영역의 합 채널 신호 및 차 채널 신호를 추출하는 단계; 및 상기 오차 보정부가 상기 표적 탐지부에서 추출된 상기 탐지 영역의 합 채널 신호 및 차 채널 신호의 진폭 편차 및 위상 편차를 분석하여, 선택된 상기 주파수 각각에서의 보정값을 획득하는 단계; 를 포함한다.
상기 보정 영역에 포함되는지 판별하는 단계는 상기 모노펄스 레이더 시스템에서 현재 운용 중인 주파수를 기반으로 상기 보정 주파수 범위를 설정하는 단계; 사용자 명령, 미리 획득된 공항 위치, 민항기 및 아군 기체의 경유 경로 및 이전 민항기 및 아군 기체의 출현 빈도에 대한 통계 정보 중 적어도 하나를 기반으로 상기 보정 영역을 설정하는 단계; 및 상기 피아 식별부에서 피아 식별을 위한 질문 신호를 전송하고, 상기 질문 신호에 응답하여 표적에서 인가되는 응답 신호를 분석하여 획득한 식별 정보에 포함된 상기 표적의 위치가 상기 보정 영역에 포함되었는지 판별하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 송수신부를 제어하는 단계는 설정된 상기 보정 주파수 범위 이내에서 선택 가능한 최소 주파수 단위로 상기 빔의 주파수를 순차적으로 가변하여 선택하는 단계; 및 상기 송수신부를 제어하여 선택된 상기 주파수의 상기 빔을 상기 보정 영역으로 방사하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 추출하는 단계는 상기 식별 정보에 포함된 상기 표적의 위치를 중심으로 기설정된 거리 범위 및 방위각 범위를 갖는 상기 탐지 영역을 설정하는 단계; 및 선택된 상기 주파수의 빔에 대응하여 상기 송수신부에서 수신되는 상기 합 채널 신호 및 상기 차 채널 신호에서 상기 탐지 영역의 합 채널 신호 및 차 채널 신호를 구분하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 보정값을 획득하는 단계는 선택된 상기 주파수 각각에 대해 인가되는 상기 탐지 영역의 합 채널 신호 및 차 채널 신호를 각각 진폭 신호와 위상 신호로 구분하는 단계; 방위각을 기준으로 구분된 상기 진폭 신호와 상기 위상 신호를 정렬 및 일치시키는 단계; 상기 탐지 영역의 합 채널 신호 및 차 채널 신호 사이의 진폭 편차 및 위상 편차를 비교하여 오차를 판별하는 단계; 및 선택된 상기 주파수 각각에서 분석된 상기 진폭 편차 및 상기 위상 편차를 보정하기 위한 보정값을 획득하여 저장하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 모노펄스 레이더 시스템 및 이의 보정 방법은 기설정된 보정 영역 내에 기회 표적이 존재하는 것으로 판별된 경우에, 기회 표적을 이용하여 보정을 수행하도록 함으로써, 보정 시간을 단축할 수 있으며, 불필요한 방향으로 빔을 방사하지 않아 모노펄스 레이더 시스템의 위치가 적에게 감지될 가능성을 줄일 수 있다. 특히 미리 설정된 보정 영역에 대해 운용되는 주파수 범위에서 서로 다른 주파수의 빔을 순차적으로 방사하고, 수신 신호 중 피아 식별 기능을 통해 기회 표적이 존재하는 것으로 확인된 탐지 영역에 대한 신호만 추출하여 보정값을 획득하므로, 수신 신호의 합 채널 신호와 차 채널 신호 사이의 차이를 이용하여 보정값을 생성하므로 별도의 보정 경로를 구비하지 않아도 되며, 합 채널 신호와 차 채널 신호에 직접 적용 가능한 보정값을 획득하므로, 오차 보정 정확도가 매우 높다.
도1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 모노펄스 레이더 시스템을 나타낸다.
도2 는 보정 영역 및 탐지 영역의 일예를 나타낸다.
도3 은 주파수별로 획득된 오차 탐지 신호의 일예를 나타낸다.
도4 는 방위각 방향으로 정렬된 오차 탐지 신호의 일예를 나타낸다.
도5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 모노펄스 레이더 시스템의 보정 방법을 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 모노펄스 레이더 시스템을 나타낸다.
도1 을 참조하면 본 발명의 모노펄스 레이더 시스템은 송수신부(110), 보정 영역 설정부(120), 피아 식별부(130), 표적 탐지부(140), 오차 판별부(150) 및 모노펄스 보정부(160)를 구비한다.
송수신부(110)는 표적 탐지부(140)의 제어에 따라 기설정된 주파수의 빔을 방사하고, 표적에서 반사된 전파를 수신 신호 수신하여 표적 탐지부(140)로 전달한다. 송수신부(110)는 기설정된 패턴의 펄스 신호를 빔으로서 방사하고, 표적에 반사된 빔을 수신하다. 특히 대부분의 현재 모노펄스 레이더 시스템에서 송수신부(110) 짧은 펄스 구간에 큰 피크 전력을 집중 시키기 위해, 주파수가 가변되는 펄스파를 방사하는 펄스 압축 기법에 따른 펄스 신호를 빔으로서 방사하며, 본 발명의 모노펄스 레이더 시스템 또한 송수신부가 펄스 압축기법에 따른 펄스 신호를 방사하는 것으로 가정한다.
또한 본 발명에서 모노펄스 레이더 시스템은 지정된 위치에 설치되어 표적을 감지하는 고정형 모노펄스 레이더 시스템인 것으로 가정한다. 고정된 위치에 설치되는 고정형 모노펄스 레이더 시스템에서 송수신부(110)는 항상 동일한 위치에서 동일한 범위에 대해 360도 전방위로 빔을 방사하고, 수신 신호를 수신할 수 있다.
그리고 송수신부(110)는 수신된 수신 신호를 합 채널 신호(SUM)와 2개의 차 채널 신호(ΔEL, ΔAZ)로 구분하여 표적 탐지부(140)로 전송할 수 있다.
보정 영역 설정부(120)는 사용자 명령에 응답하여, 보정 모드에서 모노펄스 레이더 시스템이 표적을 탐지할 영역인 보정 영역을 설정한다.
도2 는 보정 영역 및 탐지 영역의 일예를 나타낸다.
상기한 바와 같이, 고정된 위치에 설치되는 고정형 모노펄스 레이더 시스템은 항상 동일한 위치에서 동일한 범위에 대해 감지하게 되므로, 360도 전방향 감지할 수 있도록 구성됨에도 불구하고, 모노펄스 레이더 시스템의 전체 감지 영역에서 적기체를 감지할 가능성이 있는 영역은 한정적인 경우가 일반적이며, 대부분 아군 기체나 민항기 등을 감지하게 된다. 특히 아군 기체나 민항기의 경우, 공항의 위치나 항공기 경유 경로에 대한 정보가 사전에 획득될 수 있으므로, 감지 영역 내에서 아군 기체나 민항기가 빈번하게 출현하는 영역을 한정할 수 있다. 또한 통계 정보를 이용하여 아군 기체나 민항기가 빈번하게 출현하는 영역을 확인할 수도 있다. 즉 모노펄스 레이더 시스템이 주로 표적을 감지하는 영역은 사전에 확인될 수 있다. 이에 보정 영역 설정부(120)는 사용자 명령에 응답하여, 도2 에 도시된 바와 같이, 반사 단면적이 큰 민항기가 출현할 가능성이 높은 지역을 보정 영역을 설정하여 저장할 수 있다.
비록 도1 에서는 보정 영역의 의미를 명확히 하기 위하여 보정 영역 설정부(120)를 별도로 도시하였으나, 보정 영역 설정부(120)는 표적 탐지부(140)에 포함될 수 있다. 또한 상기에서는 사용자 명령에 응답하여 보정 영역을 설정하는 것으로 설명하였으나, 고정형 모노펄스 레이더 시스템은 설치 위치가 고정된 형태이므로, 보정 영역은 고정형 모노펄스 레이더 시스템의 설치 위치를 고려하여 사전에 미리 설정되어 표적 탐지부(140)에 저장될 수도 있다. 이 경우 보정 영역 설정부(120)은 생략될 수 있다.
한편, 피아 식별부(130)는 피아식별 장치(identification friend or foe : IFF)로 구현되어, 표적에 대해 아군 기체인지 적군 기체인지 판별하기 위한 질문 신호를 전송하고, 표적에서 인가되는 응답 신호를 분석하여 식별 정보를 획득한다. 피아 식별부(130)는 표적의 거리, 방위각 및 고도 정보 등을 획득하기 위해 다양한 모드(Mode1, Mode2, Mode 3/A, Mode4, Mode C 및 Mode S)를 운용할 수 있다. 특히 C 모드(Mode C) 는 표적의 고도 정보를 획득하기 위한 질문 신호의 모드이며, S 모드(Mode S)는 각각의 표적에 대해 1 대 1 데이터 링크를 구성하여 질문 신호와 응답 신호를 송수신할 수 있다.
아군 기체 또는 민항기들 중 S 모드에 대응 가능한 기체들은 획득한 자신의 위치, 고도, 속도 등의 정보를 확인하여 피아 식별부(130)로 전송할 수 있다.
즉 피아 식별부(130)는 단순히 감지된 표적이 적군 기체인지 아닌지를 판별하는 것이 아니라, 표적이 아군 기체 또는 민항기인 것으로 판별되면, 해당 기체로부터 위치, 고도 및 속도 정보를 포함한 식별 정보를 획득할 수 있다. 그리고 피아 식별부(130)는 획득된 식별 정보를 표적 탐지부(140)로 전송하여, 표적 탐지부(140)가 오차 보정을 위해 탐지해야 할 보정 영역 내의 기회 표적의 존재 여부와 함께 기회 표적의 위치를 판단할 수 있도록 한다.
보정 모드는 상기한 바와 같이 모노펄스 레이더 시스템의 오차를 보정하기 위한 모드이므로, 감지될 수 있는 모든 표적을 탐색할 필요가 없다. 특히 모노펄스 레이더 시스템에서 방사되는 빔 또는 피아 식별을 위한 질문 신호가 오히려 표적에 의해 감지되어 모노펄스 레이더 시스템의 위치를 알려주게 되는 결과를 초래할 수도 있다. 또한 모든 표적을 탐색하여 각각의 표적에 대한 오차를 보정하는 경우에 오히려 오차 보정을 위한 시간이 증대된다. 일반적으로 상시 운용되는 것을 전제로 이용되는 모노펄스 레이더 시스템에서는 표적을 탐색하지 못하는 기간이 길어져서는 안된다는 제약이 있다. 따라서 본 발명에서는 피아 식별부(130)가 획득한 식별 정보에 따라 보정 영역 내의 기회 표적이 존재하는 판별할 수 있도록 하고, 기회 표적이면, 식별 정보를 기회 표적 정보로 활용하여모노펄스 레이더 시스템이 최소의 범위로 표적을 탐지하고 오차를 보정하도록 함으로써, 오차 보정을 위한 시간을 단축시킬 수 있다.
본 발명에서 피아 식별부(130)는 비록 기체로부터 위치, 고도 및 속도 정보를 포함한 기회 표적 정보를 획득하여 표적 탐지부(140)로 전송하지만, 획득된 기회 표적 정보는 모노펄스 레이더 시스템의 표적 탐지부(140)가 기회 표적의 존재 여부를 판별하고, 탐지 영역을 지정하기 위해 활용될 뿐, 오차를 보정하기 위한 정보로 활용하지는 않는다. 본 발명에서는 표적 탐지부(140)가 획득한 표적 신호를 기초로 오차를 판별한다. 이는 피아 식별부(130)에서 획득되는 기회 표적 정보가 모노펄스 레이더 시스템에 구비되는 피아 식별기나 해당 기체에 구비된 피아 식별기 각각의 정확도나 성능차에 의해 또 다른 오차를 발생할 수 있기 때문이다. 특히 본 발명에서 보정에 활용하는 표적은 정확도를 확보하기 위해 반사전력이 큰 민항기로 제한하는 것이 바람직하다.
표적 탐지부(140)는 송수신부(110)에서 합 채널 신호(SUM)와 2개의 차 채널 신호(ΔEL, ΔAZ)로 구분된 신호를 분석하여 표적의 거리, 방위각 및 고각을 포함하는 표적 정보를 획득한다. 표적 탐지부(140)는 합 채널 신호(SUM)로부터 표적과의 거리 정보를 획득하며, 2개의 차 채널 신호(ΔEL, ΔAZ) 중 고각 차 채널 신호(ΔEL)로부터 표적에 대한 고각 정보를 획득하며, 방위각 차 채널 신호(ΔAZ)로부터 표적에 대한 방위각 정보를 획득한다.
한편 표적 탐지부(140)는 사용자 명령에 응답하여, 탐색 모드 및 보정 모드로 동작 할 수 있다. 탐색 모드에서 표적 탐지부(140) 상기한 바와 같이, 전체 감지 영역에서 표적을 탐색하여 표적에 대한 거리 정보, 고각 정보 및 방위각 정보를 포함하는 표적 정보를 획득한다.
그에 반해 보정 모드 시에 표적 탐지부(140)는 보정 영역 설정부(120)에서 설정된 보정 영역에 대해서만 탐색을 수행한다. 특히 표적 탐지부(140)는 보정 모드에서 피아 식별부(130)에서 기회 표적 정보가 인가되면, 기회 표적 정보에 포함된 기회 표적의 위치가 보정 영역 설정부(120)에서 설정된 보정 영역에 포함되는지 판별한다. 만일 기회 표적의 위치가 보정 영역 포함되면, 표적 탐지부(140)는 도2 에 도시된 바와 같이, 보정 영역에 대해 빔이 방사되어 수신된 수신 신호 중 기회 표적의 위치를 기준으로 기설정된 거리 범위(예를 들면 5km)와 방위 범위(예를 들면 10도) 이내의 탐지 영역에 대한 신호만을 오차 탐지 신호로 추출할 수 있다.
도3 은 주파수별로 획득된 오차 탐지 신호의 일예를 나타낸다.
도3 에서 (a)는 보정 영역에 대해 획득된 수신 신호의 일예를 나타내고, (b)는 (a)의 보정 영역에 대한 수신 신호 중 기회 표적의 위치를 기준으로 설정된 탐지 영역을 확대하여 나타낸 오차 탐지 신호의 일예를 나타낸다.
표적 탐지부(140)는 보정 모드 시에 보정될 주파수 범위가 설정될 수 있으며, 설정된 주파수 범위 이내에서 주파수를 선택 및 변경하면서 반복적으로 빔을 방사하고, 수신 신호를 수신하여 도3 과 같이 각 주파수별 오차 탐지 신호를 추출할 수 있다. 여기서 보정될 주파수 범위는 모노펄스 레이더 시스템에서 이용 가능한 모든 주파수의 범위 일수 있으나, 현재 모노펄스 레이더 시스템에서 운용하는 주파수 범위인 것이 바람직하다. 이는 모노펄스 레이더 시스템에서 운용 가능한 주파수 범위와 실제 운용되는 주파수 범위가 상이할 수 있기 때문이며, 운용 가능한 주파수 범위와 실제 운용되는 주파수 범위가 상이한 경우에 모든 주파수 범위에 대해 보정을 수행하는 것은 비효율적이기 때문이다. 또한 선택 및 변경되는 주파수는 모노펄스 레이더 시스템에서 선택 가능한 최소 주파수 단위로 설정될 수 있다.
또한 표적 탐지부(140)는 보정 모드 시에 고정된 고각 방향의 조향각(일예로 2~4도)으로 빔을 운용할 수 있다. 이는 본 발명의 모노펄스 레이더 시스템이 방위각 오차를 보정하여, 방위각 정확도를 향상시키기 위한 방법이기 때문이다.
상기한 바와 같이, 보정 모드에서 표적 탐지부(140)는 송수신부(110)로부터 합 채널 신호(SUM)와 2개의 차 채널 신호(ΔEL, ΔAZ)를 인가받고, 탐지 영역의 거리 범위에 대응하는 합 채널 신호(SUM)과 방위 범위에 대응하는 방위각 차 채널 신호(ΔAZ)를 추출하여 오차 탐지 신호로 추출할 수 있다. 그러나 상기한 바와 같이, 표적 탐지부(140)는 보정 모드 시에 고정된 고각 방향의 조향각(일예로 2~4도)으로 빔을 운용하므로 탐지 영역에서의 고각 차 채널 신호(ΔEL)에 대해서는 별도로 추출하지 않아도 무관하다.
오차 판별부(150)는 표적 탐지부(140)로부터 오차 탐지 신호를 인가받아 저장할 수 있다. 오차 판별부(150)는 서로 다른 주파수의 빔에 대해 수신된 수신 신호로부터 표적 탐지부(140)에서 추출된 오차 탐지 신호를 누적 저장할 수 있다. 오차 판별부(150)는 표적 탐지부(140)로부터 인가된 오차 탐지 신호에서 합 채널 신호(SUM)와 방위각 차 채널 신호(ΔAZ)를 구분하여 누적 저장할 수 있다. 그리고 누적 저장된 오차 탐지 신호에서 합 채널 신호(SUM)와 방위각 차 채널 신호(ΔAZ)가 방위각 방향에서 일치되도록 정렬하여 진폭 및 위상을 비교함으로써, 오차 보정을 위한 보정값을 획득한다.
도4 는 방위각 방향으로 정렬된 오차 탐지 신호의 일예를 나타낸다.
도4 에서 (a)는 오차 탐지 신호에서 합 채널 신호(SUM)와 방위각 차 채널 신호(ΔAZ) 사이의 진폭을 비교한 도면이고, (b)는 합 채널 신호(SUM)와 방위각 차 채널 신호(ΔAZ) 사이의 위상을 비교한 도면이다.
각 주파수별 오차 탐지 신호의 합 채널 신호(SUM)와 방위각 차 채널 신호(ΔAZ)가 방위각 방향에서 일치되도록 정렬되었으므로, 합 채널 신호(SUM)와 방위각 차 채널 신호(ΔAZ) 사이의 차이는 오차로 판별될 수 있다. 이에 오차 판별부(150)는 각 주파수별로 합 채널 신호(SUM)와 방위각 차 채널 신호(ΔAZ) 사이의 진폭 차이와 위상 차이를 분석하여 편차가 발생되었는지 여부에 따라 오차 발생 여부를 판별한다. 오차 판별부는 진폭 편차와 위상 편차가 각각 기설정된 기준 진폭 및 기준 위상 이상 차이가 나는지 비교하여 오차 발생 여부를 판별할 수 있다.
모노펄스 보정부(160)는 오차 판별부(150)가 오차가 발생된 것으로 판별하면, 각 주파수별 합 채널 신호(SUM)와 방위각 차 채널 신호(ΔAZ) 사이의 진폭 차이와 위상 차이를 보정하기 위한 보정값을 획득한다. 여기서 보정값은 αe-jωt의 형태로 획득될 수 있다. α는 합 채널 신호(SUM)와 방위각 차 채널 신호(ΔAZ) 사이의 진폭 차를 나타내며, ω는 합 채널 신호(SUM)와 방위각 차 채널 신호(ΔAZ) 사이의 위상 차를 나타낸다. 모노펄스 보정부(160)는 모노펄스 레이더 시스템에서 운용되는 각 주파수별로 보정값을 획득하고, 저장한다.
이후 표적 탐지부(140)는 탐색 모드에서 표적을 탐색하여 송수신부(110)로부터 인가되는 합 채널 신호(SUM)와 2개의 차 채널 신호(ΔEL, ΔAZ)에 대해 보정값을 적용한 후, 표적의 거리, 방위각 및 고각을 포함하는 표적 정보를 획득함으로써, 오차가 보정된 표적 정보를 획득할 수 있다. 만일 현재 운용되는 주파수에 대한 보정값이 저장되어 있지 않거나, 펄스 압축 기법 등에 의해 주파수가 가변되는 빔을 방사하는 경우, 보간(interpolation)하여 중간 주파수에 대한 보정값을 획득하여, 보정을 수행할 수 있다.
상기에서는 설명의 편의를 위하여, 오차 판별부(150)와 모노펄스 보정부(160)를 별도로 도시하였으나, 오차 판별부(150)와 모노펄스 보정부(160)는 오차 보정부로 통합되어도 무방하다.
기존의 모노펄스 레이더 시스템의 자체 보정 기법은 기본적으로 오차를 거리값 및 각도값으로 계산하고, 표적을 탐색하여 표적 정보가 획득된 이후, 획득된 표적 정보에 계산된 거리값 및 각도값을 더하는 방식으로 수행되었다. 따라서 수신 신호에서 생성되는 합 채널 신호(SUM)와 2개의 차 채널 신호(ΔEL, ΔAZ)는 보정하지 않고, 합 채널 신호(SUM)와 2개의 차 채널 신호(ΔEL, ΔAZ)로부터 획득되는 결과값인 표적 정보에 오차를 추가로 반영하는 방식으로 수행되었다. 그에 반해 본 발명은 상기한 바와 같이, 수신 신호에서 생성되는 합 채널 신호(SUM)와 2개의 차 채널 신호(ΔEL, ΔAZ)를 직접 보정하기 위한 보정값을 획득하여 반영함으로써, 더욱 정확한 오차 보정이 가능하다.
도5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 모노펄스 레이더 시스템의 보정 방법을 나타낸다.
도1 내지 도4 를 참조하여, 도5 의 모노펄스 레이더 시스템의 보정 방법을 설명하면, 모노펄스 레이더 시스템은 기본적으로 탐색 모드로 동작을 수행한다(S11). 탐색 모드에서 모노펄스 레이더 시스템의 표적 탐지부(140)는 송수신부(110)을 제어하여, 기설정된 주파수 범위의 빔을 방사하고, 방사된 빔이 반사된 수신 신호를 합 채널 신호(SUM)와 2개의 차 채널 신호(ΔEL, ΔAZ)로 구분하여 분석함으로써, 표적의 거리, 방위각 및 고각을 포함하는 표적 정보를 획득한다. 이때 피아 식별부(130)는 표적 탐지부(140)와 별도로 표적에 대해 아군 기체인지 적군 기체인지 판별하기 위한 질문 신호를 전송하고, 표적에서 인가되는 응답 신호를 분석하여 식별 정보를 획득한다.
그리고 사용자 명령으로 보정 명령이 인가되는지 판별한다(S12). 만일 보정 명령이 인가된 것으로 판별되면, 표적 탐지부(140)는 보정 주파수 범위를 설정한다(S13). 여기서 보정 주파수 범위는 현재 모노펄스 레이더 시스템이 운용하는 주파수 범위일 수 있다.
한편, 표적 탐지부(140)는 피아 식별부(130)에서 인가된 식별 정보가 보정 영역 내부에 위치하는 것으로 판별된 표적에 대한 기회 표적 정보가 인가되는지 판별한다(S14). 여기서 보정 영역은 사용자 명령에 응답하여 설정되거나, 미리 설정되어 저장될 수 있다. 그리고 보정 영역은 모노펄스 레이더 시스템의 전체 감지 영역 내에서 영역 내에서 아군 기체나 민항기가 빈번하게 출현하는 영역으로 설정될 수 있다.
본 발명에서 표적 탐지부(140)는 보정 모드에서 피아 식별부(130)가 질문 신호를 전송하고, 응답 신호를 분석하여 획득한 표적 정보를 분석하여 획득되는 표적의 위치가 기설정된 보정 영역 내인 것으로 판별되면, 해당 표적을 보정을 수행하기 위한 기회 표적으로 구분한다. 이는 표적이 존재하지 않는 경우에 불필요하게 탐색을 수행하지 않을 수 있도록 하기 위함이다.
표적 탐지부(140)는 보정 영역 내의 기회 표적에 대한 기회 표적 정보가 획득되면, 기회 표적 정보에 포함된 기회 표적의 위치를 기반으로 탐지 영역을 설정한다(S15). 여기서 탐지 영역은 오차 판별부(150)가 오차를 판별하는 범위를 더욱 줄이기 위해 설정되는 범위로서, 기회 표적에 대한 신호만이 보정을 위해 이용되도록 함으로써, 오차를 분석하기 위한 범위를 대폭 축소함으로써, 보정 시간을 단축 시킨다.
탐지 영역이 설정되면, 표적 탐지부(140)는 보정 주파수 범위 내에서 선택 가능한 각 주파수를 순차적으로 선택하고, 선택된 주파수로 빔을 생성하여, 보정 영역으로 방사한다(S16). 선택된 주파수로 빔이 방사되면, 표적 탐지부(140)는 방사된 빔이 반사된 수신 신호를 송수신부(110)를 통해 합 채널 신호(SUM)와 2개의 차 채널 신호(ΔEL, ΔAZ)로 인가 받고, 이중 설정된 탐지 영역에 대한 신호만을 추출하여 오차 판별부(150)로 전달한다(S17). 이때 표적 탐지부(140)는 2개의 차 채널 신호(ΔEL, ΔAZ) 중 고각 차 채널 신호(ΔEL)를 제외하고, 방위각 차 채널 신호(ΔAZ)만을 오차 판별부(150)로 전달할 수 있다.
오차 판별부(150)는 표적 탐지부(140)에서 전달되는 합 채널 신호(SUM)와 방위각 차 채널 신호(ΔAZ)를 진폭과 위상 신호로 분리하고, 분리된 합 채널 신호(SUM)와 방위각 차 채널 신호(ΔAZ) 각각의 진폭 신호와 위상 신호를 방위각을 기준으로 정렬하여 일치시킨 후, 합 채널 신호(SUM)와 방위각 차 채널 신호(ΔAZ)의 진폭 편차와 위상 편차를 분석한다(S18). 그리고 진폭 편차 및 위상 편차가 발생하는지 판별한다(S19). 오차 판별부(150)는 진폭 편차와 위상 편차가 각각 기설정된 기준 진폭 및 기준 위상 이상 차이가 나는지 비교하여 오차 발생 여부를 판별할 수 있다.
만일 편차가 발생된 것으로 판별되면, 즉 오차가 발생된 것으로 판별되면, 모노펄스 보정부(160)는 발생된 진폭 편차 및 위상 편차를 이용하여 보정값을 획득한다(S21). 획득된 보정값을 저장한다. 이때, 획득된 보정값은 현재 방사된 빔의 주파수에 따른 보정값이며, 다른 주파수의 빔에 대해서는 각각 개별적으로 보정값을 획득하여 저장할 수 있다.
이후 표적 탐지부(140)는 보정 주파수 범위내의 모든 주파수에서 보정값이 획득되었는지 판별한다(S21). 만일 보정 주파수 범위내의 모든 주파수에 대해 보정값이 획득된 것으로 판별되면, 표적 탐지부(140)는 보정 모드를 종료한다. 그리고 표적 탐지부(140)는 다시 탐색 모드로 동작할 수 있다. 그러나 보정 주파수 범위내에서 보정값이 획득되지 않은 주파수가 있으면, 해당 주파수를 선택하여 다시 빔을 방사한다(S16).
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행 시키기 위한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 여기서 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 또한 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함하며, ROM(판독 전용 메모리), RAM(랜덤 액세스 메모리), CD(컴팩트 디스크)-ROM, DVD(디지털 비디오 디스크)-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등을 포함할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 피아 식별을 위한 질문 신호를 전송하고, 상기 질문 신호에 응답하여 표적에서 인가되는 응답 신호를 분석하여 식별 정보를 획득하는 피아 식별부;
    기설정된 주파수의 빔을 방사하고, 상기 표적에서 반사된 전파를 수신 신호 수신하여, 합 채널 신호 및 차 채널 신호를 생성하는 송수신부;
    보정 모드에서 보정 주파수 범위 내에서 상기 빔의 주파수를 선택하여 기설정된 보정 영역으로 방사하도록 상기 송수신부를 제어하고, 상기 송수신부에서 선택된 상기 주파수의 빔에 대응하여 수신되는 상기 합 채널 신호 및 상기 차 채널 신호 중 상기 식별 정보에 대응하여 설정되는 탐지 영역의 합 채널 신호 및 차 채널 신호를 추출하는 표적 탐지부; 및
    상기 보정 모드에서 상기 표적 탐지부로부터 인가되는 상기 탐지 영역의 합 채널 신호 및 차 채널 신호의 진폭 편차 및 위상 편차를 분석하여, 선택된 상기 주파수 각각에서의 보정값을 획득하는 오차 보정부; 를 포함하는 모노펄스 레이더 시스템.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 표적 탐지부는
    상기 모노펄스 레이더 시스템에서 현재 운용 중인 주파수를 기반으로 상기 보정 주파수 범위를 설정하고, 상기 식별 정보에 포함된 상기 표적의 위치가 상기 보정 영역에 포함된 것으로 판별되면, 설정된 상기 보정 주파수 범위 이내에서 선택 가능한 최소 주파수 단위로 상기 빔의 주파수를 순차적으로 가변하여 선택하고, 선택된 상기 주파수의 상기 빔이 상기 보정 영역으로 방사되도록 상기 송수신부를 제어하는 것을 특징으로 하는 모노펄스 레이더 시스템.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 표적 탐지부는
    상기 식별 정보에 포함된 상기 표적의 위치를 중심으로 기설정된 거리 범위 및 방위각 범위를 갖는 상기 탐지 영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 모노펄스 레이더 시스템.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 표적 탐지부는
    탐색 모드 시에 상기 오차 보정부로부터 방사된 빔의 주파수에 대응하는 상기 보정값을 인가받아, 상기 합 채널 신호 및 상기 차 채널 신호를 보정하는 것을 특징으로 하는 모노펄스 레이더 시스템.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 보정 영역은
    사용자 명령, 미리 획득된 공항 위치, 민항기 및 아군 기체의 경유 경로 및 이전 민항기 및 아군 기체의 출현 빈도에 대한 통계 정보 중 적어도 하나를 기반으로 설정되는 것을 특징으로 하는 모노펄스 레이더 시스템.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 오차 보정부는
    상기 표적 탐지부로부터 선택된 상기 주파수 각각에 대해 인가되는 상기 탐지 영역의 합 채널 신호 및 차 채널 신호를 각각 진폭 신호와 위상 신호로 구분하고, 방위각을 기준으로 상기 진폭 신호와 상기 위상 신호를 정렬 및 일치시킨 후, 상기 탐지 영역의 합 채널 신호 및 차 채널 신호 사이의 진폭 편차 및 위상 편차를 분석하는 오차 판별부; 및
    선택된 상기 주파수 각각에서 분석된 상기 진폭 편차 및 상기 위상 편차를 보정하기 위한 보정값을 획득하여 저장하는 모노펄스 보정부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노펄스 레이더 시스템.
  7. 피아 식별부, 송수신부, 표적 탐지부 및 오차 보정부를 포함하는 모노펄스 레이더 시스템의 보정 방법에 있어서,
    보정 모드에서 상기 표적 탐지부가 보정 영역 및 보정 주파수 범위를 설정하고, 상기 피아 식별부에서 인가된 식별 정보를 분석하여 표적의 위치가 상기 보정 영역에 포함되는지 판별하는 단계;
    상기 표적의 위치가 상기 보정 영역에 포함되는 것으로 판별되면, 상기 표적 탐지부가 보정 주파수 범위 내에서 빔의 주파수를 선택하여 기설정된 보정 영역으로 방사하도록 상기 송수신부를 제어하는 단계;
    상기 표적 탐지부가 상기 송수신부에서 선택된 상기 주파수의 빔에 대응하여 수신되는 합 채널 신호 및 차 채널 신호 중 상기 식별 정보에 대응하여 설정되는 탐지 영역의 합 채널 신호 및 차 채널 신호를 추출하는 단계; 및
    상기 오차 보정부가 상기 표적 탐지부에서 추출된 상기 탐지 영역의 합 채널 신호 및 차 채널 신호의 진폭 편차 및 위상 편차를 분석하여, 선택된 상기 주파수 각각에서의 보정값을 획득하는 단계; 를 포함하는 모노펄스 레이더 시스템의 보정 방법.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 보정 영역에 포함되는지 판별하는 단계는
    상기 모노펄스 레이더 시스템에서 현재 운용 중인 주파수를 기반으로 상기 보정 주파수 범위를 설정하는 단계;
    사용자 명령, 미리 획득된 공항 위치, 민항기 및 아군 기체의 경유 경로 및 이전 민항기 및 아군 기체의 출현 빈도에 대한 통계 정보 중 적어도 하나를 기반으로 상기 보정 영역을 설정하는 단계; 및
    상기 피아 식별부에서 피아 식별을 위한 질문 신호를 전송하고, 상기 질문 신호에 응답하여 표적에서 인가되는 응답 신호를 분석하여 획득한 식별 정보에 포함된 상기 표적의 위치가 상기 보정 영역에 포함되었는지 판별하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노펄스 레이더 시스템의 보정 방법.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 송수신부를 제어하는 단계는
    설정된 상기 보정 주파수 범위 이내에서 선택 가능한 최소 주파수 단위로 상기 빔의 주파수를 순차적으로 가변하여 선택하는 단계; 및
    상기 송수신부를 제어하여 선택된 상기 주파수의 상기 빔을 상기 보정 영역으로 방사하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노펄스 레이더 시스템의 보정 방법.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 추출하는 단계는
    상기 식별 정보에 포함된 상기 표적의 위치를 중심으로 기설정된 거리 범위 및 방위각 범위를 갖는 상기 탐지 영역을 설정하는 단계; 및
    선택된 상기 주파수의 빔에 대응하여 상기 송수신부에서 수신되는 상기 합 채널 신호 및 상기 차 채널 신호에서 상기 탐지 영역의 합 채널 신호 및 차 채널 신호를 구분하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노펄스 레이더 시스템의 보정 방법.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 보정값을 획득하는 단계는
    선택된 상기 주파수 각각에 대해 인가되는 상기 탐지 영역의 합 채널 신호 및 차 채널 신호를 각각 진폭 신호와 위상 신호로 구분하는 단계;
    방위각을 기준으로 구분된 상기 진폭 신호와 상기 위상 신호를 정렬 및 일치시키는 단계;
    상기 탐지 영역의 합 채널 신호 및 차 채널 신호 사이의 진폭 편차 및 위상 편차를 비교하여 오차를 판별하는 단계; 및
    선택된 상기 주파수 각각에서 분석된 상기 진폭 편차 및 상기 위상 편차를 보정하기 위한 보정값을 획득하여 저장하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노펄스 레이더 시스템의 보정 방법.
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