KR101921286B1 - 레이다 시스템 - Google Patents

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Abstract

하나의 영역을 스윕(sweep)하기 위해서 방위각으로 이동하도록 작동되는 주 안테나, 상기 안테나로부터 펄스들을 송신하기 위한 송신기, 및 리턴 신호들을 수신하기 위한 수신기를 포함하는 레이다 시스템을 위한 컴포넌트가 개시된다. 상기 컴포넌트는 상기 레이다 시스템이 상기 영역에 위치한 풍력 터빈 존재 내에 있는 타겟을 검출할 수 있도록 작동된다. 상기 컴포넌트는 복수의 보조 안테나들 및 상기 리턴 신호들을 처리하기 위한 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 트레이닝 과정에서, 상기 주 안테나 및 상기 보조 안테나들에 의해서 수신된 다수의 리턴 신호들로부터 상기 풍력 터빈의 시그내쳐를 생성시키고, 타겟의 모델 데이터를 생성하거나 또는 메모리에서 상기 타겟의 모델 데이터를 수신하고, 타겟이 존재하는지 리턴된 데이터를 테스트하고, 및 검출된 타겟을 표시하는 데이터를 생성시킨다. 또한 상기 레이다 시스템을 사용하여 풍력 터빈 존재 내에 있는 타겟의 위치를 검출하는 방법이 기술된다.

Description

레이다 시스템 {RADAR SYSTEM}
본 발명은 레이다와 관련이 있으며 특히 상업적인 공항 및 공군 기지들에서 항공 교통 관제를 위해 사용되는 레이다 시스템의 유형과 관련이 있다.
지역 항공 교통 관제용 주 레이다의 목적은 모든 운영 높이와 최대 약 70 해리(약 130km)의 범위에서 공항들 인근의 비행중인 타겟들을 협력 방식 및 비협력 방식으로 검출하는 것이다. 이러한 레이다들이 변함없이 작동하여, 타겟 리턴들(target returns)의 방사 이동(radial movement)에 의해 생성되는 도플러 쉬프트(Doppler shift)의 증거가 있는지를 판단하기 위해 리턴 신호들의 주파수 확산(frequency spread)이 처리된다. 도플러 쉬프트가 없다면 상기 리턴들이 정적인 클러터(clutter)로부터인 것으로 간주되고 따라서 삭제될 수 있다. 반면 상당한 도플러 리턴을 가지는 것들은 비행기 타겟으로부터인 것으로 간주되어 필터링 시스템으로 보내지며 레이다 플롯들(plots)로 검출되고 출력된다. 이러한 프로세싱 시스템들은 정밀도 및 식별도의 등급을 변화시키는 시스템 중 하나일 수 있으며 이동 타겟 표시(Moving Target Indication, MTI), 이동 타겟 검출(Moving Target Detection, MTD) 또는 펄스-도플러(Pulse-Doppler)와 같은 명칭으로 설명될 수 있다. 상기 도플러 필터들을 초월하여 가끔씩 생성하는 과도한 클러터 리턴들을 필터링하기 위해서 등고선 지도 및 클러터 지도의 조합을 이용하는 방식은 최근까지 잘 작동되어 왔으며 높은 수준의 확실성을 가지고 비행기와 배경 클러터를 구별하는 것이 가능했다.
하지만, 최근에 화석 연료의 의존을 감소시키기 위해서, 전력원으로 풍력 터빈을 사용하는 것이 일반적이다. 일반적으로 이러한 풍력 터빈들은 엔진실(nacelle)을 지탱하는 최대 180m 높이의 탑 및 우세풍(prevailing wind) 방향에 대해 수직이 되도록 회전되는 최대 80m 지름의 로터(rotor)를 포함한다. 풍력 터빈들은 홀로 또는 풍력 발전소 내에 최대 200개 이상의 커다란 배열로 존재할 수 있다. 이러한 풍력 발전소들이 공항이나 공군기지의 영역에 존재한다면, 검출하는데 필요한 대부분의 타겟들의 레이다 단면적(Radar Cross-section, RCS) 보다도 이러한 풍력 발전소들이 상당히 더 큰 RCS를 가지기 때문에 항공 교통 관제를 제공하는데 상당한 문제를 제기한다. 예를 들어, 커다란 여객기의 RCS가 보통 겨우 100 m2이고 군사용 제트기의 RCS는 겨우 대략 1 m2인 반면, 하나의 고정식 탑은 약 100,000 m2 의 RCS를 가질 수 있고 그 날개의 RCS는 거의 1,000 m2 일 수 있다. 추가적으로, 상기 풍력 터빈은 도플러 양의 변화를 생성시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 레이다 안테나가 상기 로터와 수평으로 상기 터빈을 바라볼 수 있도록 상기 터빈이 돌려진 경우, 상기 로터가 회전하기 때문에 로터 날개들은 상기 레이다 쪽을 향해 그리고 상기 레이다로부터 멀어지게 움직일 것이고 이것은 상기 터빈으로부터의 리턴 신호에 상당한 도플러 쉬프트를 생성시킬 것이다. 서로 다른 날개들이 순간적으로 상기 레이다 안테나에서 상기 풍력 터빈의 방향으로 맞춰지기 때문에 어떤 조건에서 이러한 도플러 쉬프트는 상기 레이다 리턴 신호들 내에 매우 높은 강도의 일련의 섬광들로 분명하게 보여질 수 있다.(보통, 날개들이 수직일 때)
이러한 결과는 광범위한 풍력 발전소로부터의 상기 레이다 리턴들이 대량의 클러터로 보여지게 한다는 것이며, 이 경우 풍력 발전소에서 파생된 클러터와 진정한 타겟들을 구별하는 것이 불가능하다. 위상 배열 안테나(phased array antenna)가 사용된다면 타겟들을 상기 풍력 발전소 클러터와 구별하는 것이 가능할 수도 있지만, 이러한 위상 배열 안테나들은 군사적 용도 이외에서는 용인되지 않을 정도로 굉장히 고가이다. 예를 들어, 군사용 위상 배열 레이다가 대략 3천만 파운드의 가격인 반면 항공 교통 관제용 레이다는 단지 300만 파운드 가량의 가격일 수 있다. 대부분의 기본적인 지방 항공 교통 관제용 레이다들은 오직 하나의 메인 빔(종종 두 번째로 높은 레벨의 근거리 빔이 보조됨)을 가지기 때문에, 항공기가 상기 터빈들 위로 충분히 떨어진 높이에서 날고 있을 경우조차도 상기 풍력 발전소로 점유된 상기 영역은 비행기로부터의 리턴들을 "무효화(sterilise)"시킬 것이다.
더욱이, 비록 상기 터빈들 자체를 개조하여 풍력 터빈들의 영향들을 완화시키는 것이 제안된다 하여도, 상기 터빈에 접근하는 것이 가능하지 않을 수 있기 때문에 이것은 보통 비실용적이다. 실제로 상기 터빈들은 다른 나라에 위치할 수도 있다.
비교적 저렴하면서 풍력 터빈들 또는 풍력 발전소들에 의해 생성되는 간섭을 경감시킬 수 있는 기존 레이다들에 대한 개조나 개선을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 바람직하게는, 이러한 개선은 경제적인 가격으로 사실상 어떠한 항공 교통 관제용 레이다(통상적으로, 전자적으로 조향된 빔들을 가지지 않는 유형의 레이다들)에도 설치될 수 있다.
하나의 양상에 따르면, 본 발명은 레이다 시스템을 위한 컴포넌트를 제공하며, 레이더 시스템은 하나의 영역을 스윕(sweep)하기 위해 방위각으로 움직이도록 작동되는 주 안테나; 상기 안테나로부터 펄스를 송신하기 위한 송신기 및 리턴 신호들을 수신하기 위한 수신기; 상기 레이다 시스템이 상기 영역에 위치한 풍력 터빈의 존재하에서 타겟을 검출할 수 있게 작동하는 컴포넌트, 상기 컴포넌트는 복수의 보조 안테나 및 상기 리턴 신호들을 처리하기 위한 프로세서를 포함하며; 및 트레이닝 과정에서 상기 주 안테나 및 상기 보조 안테나에 의해서 수신된 다수의 리턴 신호들로부터 상기 풍력 터빈의 시그내쳐(signature)를 생성시키고, 타겟의 모델 데이터를 생성시키거나 또는 수신하고, 상기 시그내쳐 및 상기 모델 데이터를 사용하여 타겟의 존재 여부에 대해 리턴된 데이터를 테스트하고, 타겟이 검출된 경우 상기 검출된 타겟을 나타내는 데이터를 생성시키도록 작동되는 프로세서를 포함한다.
또한, 본 발명은 한 영역을 스윕하기 위해 방위각으로 움직이도록 작동하는 안테나, 상기 안테나로부터 펄스를 송신하기 위한 송신기 및 리턴 신호들을 수신하기 위한 수신기, 및 본 발명의 상기 제 1 양상에 따른 상기 보조 안테나들 및 상기 프로세서를 포함하는 레이다 시스템을 제공한다. 아래에서 다양한 양상들을 설명할 때에 본 발명이 레이다 시스템으로 불려질 수 있지만, 모든 경우에 본 발명은 주 안테나와 같은 레이다 시스템들의 통상적인 특징을 포함하는 것이 반드시 제한되지 않는 것은 자명하며, 위에서 구체적으로 설명한 바와 같이, 시스템의 개선을 위해서 통상적인 레이다 시스템과 조합될 수 있는 하나의 컴포넌트를 간단하게 의미할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 컴포넌트는 상기 프로세싱이 진정한 타겟들로부터의 리턴들은 최대화하는 반면, 상기 주 송신 빔이 상기 영역을 스캔함으로써 상기 풍력 터빈들을 최소화하거나 차단(mask out)하도록 수신 빔 무효값들(nulls)을 처리하는 장점을 가진다. 상기 프로세싱은 자가 보상(즉, 상기 보조 안테나의 정확한 포지셔닝(positioning)이 불필요할 수 있다)을 할 수 있으며, 상기 풍력 터빈들의 알려진 범위들 및 방위각들에 해당하는 고도(elevation) 및 도플러 내의 효과적인 무효값들을 생성할 수 있다. 상기 추가 안테나들은 대량으로 제조하기에 저렴하고 상기 기기에 적합하도록 원격으로 조절될 수 있는 간단한 접시 또는 평면 프린팅(flat printed) 안테나들일 수 있다. 비록 상기 보조 안테나들이 추가적인 수신 채널들을 요구할 것이지만, 이것은 현대적인 디지털 수신기들을 사용함으로써 쉽게 제공될 수 있다.
상기 보조 안테나들은 상기 주 안테나와 함께 회전하거나 또는 상기 풍력 터빈들의 방향으로 촛점이 고정될 수 있다.
본 발명의 가장 넓은 양상에 따르면, 단일의 보조 안테나는, 다수의 무효값들이 상기 리턴 신호 내에 존재하고 이에 따라 상기 리턴들이 다수의 서로 다른 고도들에서 최소화되는 단점이 있다. 따라서 복수의 보조 안테나들을 이용하여 서로 다른 여러 고도들에서 복수의 중첩 로브들(lobes)을 생성시켜 소수의 고도들에서 (바람직하게는 상기 터빈(들)의 고도와 일치하는 오직 하나의 고도에서) 하나의 무효값이 생성되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 컴포넌트는 필요한 경우 두 개 이상의 보조 안테나들을 포함할 수 있고, 소정 수량의 보조 안테나 예를 들어 최대 열 개까지의 보조 안테나를 가질 수도 있지만, 너무 많은 보조 안테나들은 매우 큰 연산 부하를 생성시킬 수 있기 때문에 바람직하게는 네 개 미만의 안테나들을 가질 수 있다. 상기 추가 보조 안테나들은 상기 주 안테나의 아래 또는 위에 있으면서, 주 안테나와 함께 고정되거나 회전하는 안테나를 위해 제공되는 구조에 위치될 수 있다.
상기 리턴 신호들 내의 상기 무효값(들)을 생성하기 위한 장치 및 방법의 하나의 형태에 있어서, 상기 프로세서는 상기 풍력 터빈의 잡음 배경 특성에 상기 타겟 신호에 정합되는 검출 필터가 구현되도록 작동된다. 상기 검출 테스트 중에 상기 수신된 레이다 신호는 벡터 α로 정의되며, 벡터 α의 컴포넌트들은 (테스트 중인 방위각 방향으로의) 모든 상기 안테나들로부터의 주사 빔 정지 시간(scanning beam dwell time) 내의 모든 펄스들에 대한 테스트 중에 있는 상기 범위 셀의 복소 진폭들(complex amplitudes)이다. 이 데이터에 대한 테스트 통계는 다음 식으로 주어진다.
αR -1S*
여기서 α는 테스트 중인 상기 리턴 신호들을 정의하는 벡터이다, R -1은 풍력 터빈으로부터의 레이다 신호의 공분산 행렬(covariance matrix) 추정치(estimate)의 역(inverse)이다, 그리고 S*는 검출될 타겟 신호 벡터의 켤레 복소수(the complex conjugate)이다.
임계값 h는 상기 리턴 신호가 타겟을 포함하고 있는 것으로 간주되는지를 판단하기 위해 이러한 테스트 통계에 적용된다.
상기 풍력 터빈 잡음의 공분산 행렬의 추정치는 신호 벡터 V로부터 획득될 수 있다. 신호 벡터 V는 상기 α와 동일한 컴포넌트들을 가지는, 풍력 터빈으로부터 수신된 레이다 신호이며, 아래 식과 같다.
R = VVH
여기서 H는 에르미트 변환(the Hermitian transpose)을 의미한다.
보통 R 추정치의 정확도를 향상시키기 위해서 많은 V의 예들에 대한 평균 R을 취한다. 그에 따라
R = <VVH>
여기서 괄호 <>은 평균을 의미한다.
상기 리턴 신호들에서 생성되는 범위값 전체 세트를 넘어서는 리턴 신호들에 대한 상기 추정된 공분산 행렬 R을 (매우 큰 계산적 부하를 요구하기 때문에) 생성할 필요는 없다. 상기 프로세서가 오직 상기 레이다 안테나에서 상기 풍력 터빈 또는 발전소까지의 거리와 일치하는 지연을 가지는 리턴들의 값들에 대한 추정치를 생성하는 것은 가능하고 바람직하다. 마찬가지로, 모든 방위각들에 대한 공분산 행렬을 생성할 필요는 없다.
그래서 상기 프로세서는 오직 상기 또는 각 풍력 터빈의 범위 및 방위각에 상응하는 리턴 신호들에 대해서만 공분산 행렬 R을 생성하도록 작동될 수 있으며, 바람직하게는 풍력 발전소를 형성하는 풍력 터빈의 범위 및 방위각에 상응하는 리턴 신호들에 대한 공분산 행렬 R을 생성하도록 작동된다.
작동에 있어서, 상기 레이다 시스템의 작동이 시작되면, 상기 프로세서는 상기 리턴 신호들 V의 외적 VVH의 이동 평균(running average)으로부터 공분산 행렬의 추정치를 생성할 수 있다. 가능하다면 이것은 상기 개별 풍력 터빈들에 대한 추정치를 생성시킴으로써 실행될 수 있다. 상기 주 안테나가 반사 안테나인 경우에, 각 풍력 터빈으로부터의 상기 리턴들 벡터 V는 상기 안테나의 각각의 완전한 1 회전 동안에 한번 샘플로 취해지고, 그 샘플은 공분산 행렬의 이동 평균에 추가될 수 있다. 하지만, 이러한 과정은 각 터빈으로부터 상기 안테나의 각 회전마다 오직 하나의 신호만이 획득되는 경우, 각 값에 대한 충분한 샘플들을 가지고 공분산 행렬의 유효한 추정치를 생성하는데 있어서 너무 오랜 시간이 걸릴 수 있는 단점을 가질 수 있다. 이러한 경우 풍력 발전소 내의 다수의 풍력 터빈들에 대한 상기 리턴들의 평균을 취하거나 또는 대안적으로 풍력 발전소 내의 모든 풍력 터빈들로부터의 평균을 취하는 것이 바람직할 수 있다.
대안적으로, 상기 테스트 기간 전에 상기 터빈들 각 방향 및 속도에 대한 트레이닝 과정에서 모든 상기 풍력 터빈들로부터의 리턴들을 샘플로 취할 수 있고 나중에 테스트 조건으로 사용하기 위해 룩-업 테이블에 상기 공분산 행렬 추정치를 저장 할 수 있다.
상기 보조 안테나 중 하나로부터의 송신을 사용하여 상기 터빈들의 "섬광" 시점이 예측될 수 있다면 2개의 공분산 행렬들을 생성하는 것이 가능할 수 있는데, 하나의 공분산 행렬은 "섬광" 동안에 상기 풍력 터빈으로부터의 강도 리턴 신호에 대응하고 다른 하나의 공분산 행렬은 "섬광"이 없는 리턴 신호에 대응한다. 그리고 프로세서는 섬광이 관측되는지의 여부에 따라 복수의 매칭된 필터들을 생성하도록 동작할 수 있다. 이런 과정은 섬광들에 의해 생성되는 허위 경보들의 수를 감소시켜 성능을 향상시킬 수 있다.
다른 양상에 따르면, 본 발명은 방위각 방향으로 움직이는 주 안테나로부터 레이다 펄스들을 송신하는 단계 및 상기 주 안테나 및 복수의 보조 안테나들에 의해서 수신된 리턴 신호들을 처리하는 단계를 포함하는 풍력 터빈 또는 풍력 발전소 존재 내에 있는 타겟의 위치를 검출하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다: 트레이닝 과정에서 상기 주 및 보조 안테나들에 의해서 수신된 다수의 리턴 신호들로부터의 상기 풍력 터빈의 시그내쳐를 생성하는 단계, 타겟의 모델 데이터를 생성시키거나 또는 메모리로부터 타겟의 모델 데이터를 수신하는 단계, 및 상기 시그내쳐와 상기 모델 데이터를 사용하여 비행기의 존재에 대한 상기 리턴된 신호들을 테스트하는 단계. 바람직하게는 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
(1) 상기 안테나들에 의해서 수신된 풍력 터빈들로부터의 상기 리턴 신호들의 공분산 행렬 R의 추정치를 생성하는 단계;
(2) 다음의 식으로 주어진 정합 필터를 생성하는 단계;
αR -1S*
여기서 α는 상기 리턴 신호들을 정의하는 벡터이다, R -1은 공분산 행렬 추정치의 역이다, 그리고 S*는 검출될 타겟 신호의 켤레 복소수이다.
(3) 상기 필터 출력을 임계값과 비교하는 단계; 그리고
(4) 상기 임계값과 비교하여 상기 필터 출력에 따라 리턴 신호가 타겟으로 간주될 수 있는지를 판단하는 단계.
또한 본 발명은 컴퓨터가 프로그램되어 본 발명의 상기 방법을 수행할 수 있도록 하기 위한 컴퓨터 구현이 가능한 복수의 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 운반하는 캐리어(carrier)를 제공한다.
이제, 본 발명에 따른 장치 및 레이다 시스템들의 한 형태가 첨부된 도면들을 참조하여 예시적인 방법으로 설명될 것이다:
도 1은 통상적인 레이다 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2는 하나의 레이다 형태로서 사용되는 레이다 펄스의 형태를 나타낸다.
도 3은 이러한 레이다 시스템으로부터 풍력 발전소 존재 내에 있는 레이다 플롯(plot)을 나타낸다.
도 4는 풍력 터빈들로부터의 레이다 반사에 의해서 생성될 수 있는 다수의 섬광을 개략적으로 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 레이다 시스템의 한 형태를 개략적으로 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 컴포넌트 및 레이다의 출력에 대한 개략도이다.
도 7은 도 6에 보여진 상기 레이다 시스템의 출력으로부터 형성된 공분산 행렬 추정치를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 장치에 사용되는 주요한 처리 단계를 보여주는 개략도이다.
상기 첨부된 도면들을 참고하여, 도 1은 공항 또는 공군 기지의 주변에서 항공 교통 관제를 위해 사용되는 레이다 시스템의 일반적인 형태을 나타낸다. 이러한 레이다 시스템의 형태(1)는 일반적으로 안테나(2) 및 레이다 펄스를 생성 및 송신하고, 상기 펄스를 수신, 처리, 및 표시하기 위한 전자회로를 포함한다.
일반적으로 상기 안테나는 일련의 펄스 형태인 신호를 송신하고, 비행기 타겟(10) 및 상기 신호를 반사할 수 있는 어떤 다른 물체들에 의한 반사 후의 신호를 수신하는 접시안테나에 송신 펄스를 보내는 통상적인 파라볼릭(parabolic) 반사 안테나이다. 보통 상기 송신된 신호는 짧은 펄스들의 반복적인 일련의 형태이며, 파형 생성기(4), 상기 생성된 파형을 최대 레이다 주파수까지 혼합하기 위한 여진기(exciter)(6), 전력 증폭기(8)를 포함하는 송신기(3)에 의해서 생성된다. 그런 다음, 상기 신호는 듀플렉서(duplexer)(12)를 통해 상기 안테나(2)로 보내진다. 상기 타겟(10)에 의한 신호의 반사 후에, 리턴된 신호 또는 리턴으로 간주되는 상기 반사 신호는 상기 안테나에 의해서 수신되며 듀플렉서(12)를 통해 수신기의 첫째 단으로서 저잡음 증폭기(low noise amplifier)(14)를 가지는 수신기(13)로 보내진다. 상기 듀플렉서의 목적은 송신 및 수신하는 동안 상기 안테나가 신호를 시분할하는 것을 허가하여 송신기가 작동 중에 있을 때 손상되지 않도록 수신기를 보호하는 것이다. 상기 증폭기(14)에 의해서 상기 리턴된 신호들이 증폭된 후에, 이러한 신호는 혼합기들 및 증폭기들 섹션(16)로 전송되는바, 혼합기들 및 증폭기들 섹션(16)은 전형적으로는 2 개의 국부 발진기들(local oscillators)(17)의 출력과 상기 신호가 차례로 혼합되는 슈퍼헤테로다인(superheterodyne) 수신기이며, 이후 상기 신호는 펄스 압축기(purse compressor)(20), MTI(이동 타겟 표시: Moving Target Indication) 소거장치(canceller), CFAR(일정 오경보율: Constant False Alarm Rate) 임계부(24)로 전송되며, 그리고 예를 들어, 상기 검출된 플롯들의 범위와 각도를 디스플레이하는 평면 위치 표시기(plan position indicator, PPI)와 같은 디스플레이(25)에 표시된다.
상기 안테나의 구조에 대한 장점으로서, 지면으로부터 어떤 소정의 고도까지의 높이에서 상기 안테나가 민감도를 변화시키면서 타겟들을 검출하고 상기 디스플레이(25)에 검출된 플롯들을 생성하는 과정을 통해 상기 레이다는 상기 안테나로부터 뻗어나온 로브(26) 내의 타겟들의 리턴 신호들에 대한 최고의 민감도를 보여줄 것이다.
도 2는 일 형태의 레이다에서 사용될 수 있는 일반적인 펄스 형태를 보여준다. 이것은 단순히 하나의 예이고 다른 펄스들이 사용될 수 있다는 것은 자명하다. 4초에 1 회전하는 속도로 회전하며 1.5°의 빔 두께(즉, 1/240 회전)을 가지는 레이다 안테나(일반적인 항공 교통 관제용 레이다)에 있어서, 상기 빔은 지표 상의 소정 위치에서 약 16ms의 정지 시간(dwell time)을 가질 것이다. 상기 레이다가 약 70해리(130Km)의 범위를 가지도록 하기 위해서 1ms의 중간펄스 주기를 제공하는 약 1KHz의 펄스 주파수(PRF)가 상기 펄스들에 셋팅된다. 이러한 두 개의 펄스들(30)이 도 2에 보여진다. 각 펄스는 보통 25μs의 간격이고 펄스 압축 기술들을 위한 의사난수열(pseudo random sequence) 또는 보통 2 MHz 대역폭의 처프(chirp)일 수 있으며, 뒤이어 상기 펄스의 마지막 타임 슬롯까지 긴 주기가 있으며, 그 주기 동안 상기 레이다 시스템은 상기 타겟으로부터의 리턴을 기다린다. 이러한 타임 슬롯은 다양한 속도들로 움직이는 타겟들을 검출하기 위한 다양한 펄스일 수 있다. 또한, 상기 긴 펄스에서 상기 타겟들을 검출하는 것이 가능하지 않을 경우 매우 짧은 범위에서 상기 타겟들을 검출할 수 있도록 하기 위해서 상기 긴 펄스들에 끼워진 더 짧은 펄스들이 있을 수 있다.
평면 위치 표시기(plan positon indicator : PPI) 디스플레이에 보여지는 것과 같은 일반적인 레이다 플롯이, 풍력 발전소 인근에 있는 레이다 시스템에 대해서 도3에 도시된다. 상기 표시기 중앙에 풍력 발전소에서 비롯된 큰 무리의 클러터(40)가 보여질 수 있다. 상기 클러터 영역에서 서로 교차하는 경로로 날고 있는 타겟들에서 비롯된 한 쌍의 항적(42,43)이 상기 클러트에 추가적으로 보여질 수 있다. 상기 타겟들의 자취들은 상기 안테나의 각 회전 동안에 조금씩 다른 위치들에서 획득된 다수의 리턴들에 의해서 형성된 선들로 관찰된다.
하지만, 상기 타겟들 및 상기 풍력 터빈들의 높이와 상관없이, 각각의 타겟에 대하여 그리고 클러터(40)를 생성시키는 풍력 터빈들에 대하여 하나의 리턴이 관측되기 때문에, 상기 비행기의 플롯들은 클러터(40)의 일반적인 덩어리 속으로 단순히 사라지며 상기 비행기가 상기 풍력 발전소의 영역을 떠나면 다시 나타난다. 상기 비행기가 상기 풍력 발전소의 영역에 있게 될 때 그들을 정확하게 추적하는 것은 불가능하다.
상기 풍력 터빈들로부터의 상기 리턴들은 여러 조건에 따라, 특히 상기 안테나에 대한 터빈의 방향에 따라 변할 것이다. 예를 들면, 날개들(blades)은 다양한 크기들의 리턴들 및 도플러 쉬프트를 생성시키는 반면에, 상기 터빈의 기둥(tower)은 커다란 정적인 리턴(static return))을 생성시킬 것이다. 극단적인 일례로서, 상기 안테나의 방향이 엔진실과 일직선상에 위치하고 따라서 터빈 날개들의 평면에 수직인 경우, 매우 작은 도플러가 상기 터빈으로부터의 리턴들에 존재하는 반면에, 상기 터빈이 회전하여 상기 안테나의 방향이 상기 엔진실에 수직하고 따라서 상기 터빈 날개들의 평면에 있게 되는 경우, 상기 리턴들은 도4에 도시된 바와 같으며 그리고 그 거리가 변동되지 않는 상기 풍력 터빈의 마스트 혹은 다른 컴포넌트에 의해서 생성되는 제로 도플러 쉬프트인 강렬한 신호(50) 및 (각 터빈에 3개의 날개들을 있다고 가정하면) 상기 터빈 날개들의 회전 속도에 6배로 나타나며 양과 음의 교번하는 도플러 쉬프트를 갖는 일련의 "섬광들"(52)을 형성한다. 각 날개는 순간적으로 상기 안테나를 향하여(양의 쉬프트) 또는 안테나와 멀어지는(음의 쉬프트) 이동을 하기 때문에 상기 터빈 날개들의 모서리로부터의 반사들에 의해서 이들 섬광들이 생성된다. 비록 도플러를 나타내지 않는 상기 풍력 터빈 기둥들과 같은 정적인 물체들로부터의 반사들이 억제되는 MTI 레이다 시스템의 경우에도, 상기 풍력 터빈들의 날개들로부터 비롯되는 클러터 집단이 관측되며, 이는 타겟들로부터의 리턴들을 왜소하게 보이도록 할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 레이다 시스템의 하나의 형태를 개략적으로 나타낸다. 저잡음 증폭기(14), 혼합기들 및 증폭기들(16) 및 펄스 압축기(20)와 같은 수신기(13)의 컴포넌트들이 삭제된 것과 마찬가지로 송신기를 형성하는 파형 생성기, 전력 증폭기 및 여진기와 같은 아이템들이 명확성을 위해서 삭제되었다.
도 5에 보여진 시스템에서, 상기 주 안테나(main antenna)(2)는 도 2에 보여진 예와 같이 펄스를 송신하고, 리턴들을 수신하고 및 PPI 디스플레이(25)에 표시되도록 리턴들을 처리할 수 있는 통상적인 반사 안테나일 수 있다. 상기 안테나는 예를 들어 보통 0.5°에서 2°의 좁은 빔 폭을 가지고 상기 안테나의 모든 방위각에서 리턴들을 획득하기 위해 수직축을 중심으로 회전할 것이다. 상기 주 안테나에 추가하여 다수의 보조 안테나(62,63)가 상기 주 안테나를 지탱하는 마스트에 존재한다. 이들 보조 안테나들은 고정되어 풍력 터빈(66)으로 도시된 인근의 풍력 발전소 쪽으로 향할 수 있다. 대안적으로, 위에서 설명한 바와 같이, 상기 보조 안테나들은 오직 상기 풍력 터빈 또는 풍력 발전소만을 단순히 "바라보기" 위해서 상기 주 안테나와 함께 회전하고, 동기화되거나 또는 관제(gate)될 수 있다. 비록 상기 주 안테나는 비교적 좁은 빔 폭을 가질 수 있으나, 상기 보조 안테나들은 예를 들어 4°에서 16°까지, 바람직하게는 6°에서 12°까지의 빔 폭을 가지는 더 넓은 빔들을 가질 수 있다. 일반적으로 상기 고정된 보조 안테나들은 약 8°의 빔 폭을 가지므로 각 보조 안테나는 단순히 하나의 개별 터빈보다는 전체적인 풍력 발전소를 볼 수 있다. 또한, 비록 도 5에는 두 개의 보조 안테나들이 보여지지만, 상기 주 안테나(2) 및 상기 보조 안테나들(62,64)에 의해서 형성되는 상기 안테나 배열의 방향성 향상을 위해서 필요하다면 어떤 경우에 오직 하나의 보조 안테나를 사용하거나 또는 둘 이상의 안테나들을 사용하는 것이 가능하다.
작동 중에, 펄스들이 생성되며 그리고 송신기(3)에 의해서 증폭되고, 그리고 듀플렉서(12)로 전송되는바, 듀플렉서(12)는 펄스들이 상기 주 안테나(2)로 송신되게 하며 그리고 모든 안테나들에 의해서 수신되게 한다. 상기 펄스들은 안테나(2)로 보내져서 공중(aether)으로 송신되고 그리고 리턴된 신호들은 각각의 안테나들(2,62,64)에 의해 수신된다. 안테나(2)로부터의 상기 리턴된 신호들은 듀플렉서(12)로 보내지고 그 다음 도1에 도시된 수신기(13)에 대응하는 수신기(13a)로 보내진다. 여기서 상기 수신기(13a)는 각 펄스 리턴의 각 범위에서 복소 진폭(상기 수신된 신호의 진폭 및 위상을 가지는 복소수)을 결정한다. 안테나들(62, 64)로부터의 리턴된 신호들은 각각의 수신기들(13b, 13c)로 직접 전송되며 수신기들(13b, 13c)에서 그 신호들의 복소 진폭이 결정된다. 수신기들(13b, 13c)는 또한 저잡음 증폭기(14), 혼합기들 및 증폭기들 섹션(16) 및 펄스 압축기(20)을 포함한다. 이들 안테나들은 어떤 펄스들도 송신하지 않기 때문에 안테나들(62,64)로부터의 상기 리턴들을 상기 듀플렉서(12)를 거쳐서 보내질 필요는 없다.
도 6은 상기 수신기들에 의해 처리된 후 상기 세 안테나들(2,62,64)로부터의 출력 형태를 보인다. 수신기(13a)로부터의 출력은, 각각의 방위각에 걸쳐 상기 주 안테나의 지속 시간(dwell time) 동안에 전송된 16개의 펄스들 각각에 대한 2,000개의 서로 다른 지연 값들(상기 수신기의 0.5μs 범위의 빈(bin)들에 상응하는)에 해당하는 32,000개의 요소들(2,000×16)을 가지는 2차원적인 행렬(66)을 형성한다. 각각의 요소는 복소수 V1 에서 V16 이며, 이는 거리 빈들(range bins) 각각에서의 관련 펄스에 대한 리턴된 레이더 신호의 복소 진복에 대응한다. 명확함을 위해서, 오직 풍력 터빈 또는 풍력 발전소의 거리에 대응하는 n번째 거리 빈(range bin)에 대한 복소 진폭만이 라벨링되며, 각각의 거리 빈에 대한 데이터는 기록되지 않는다.
상기 주 안테나로부터 비롯된 출력 행렬 66에 추가하여, 보조 안테나들(62,64) 각각으로부터의 리턴들로부터 출력 행렬 68,70이 생성된다. 상기 보조 안테나들로부터의 상기 출력들은 상기 풍력 터빈 또는 풍력 발전소의 거리에 해당하는 값 외의 모든 영역 값들에 대해 억제되므로, 이들 두 행렬들은 n번째 거리 빈을 제외하고는 비어있게 된다.
물론, 안테나(2)로부터의 상기 출력은 안테나가 360°회전하기 때문에 상기 안테나의 각 방위각에 대해 생성될 것이다. 하지만, 보조 안테나들이 고정되어 있는 경우, 보조 안테나들이 향하고 있는 방위각들에 대해서만 보조 안테나들로부터 출력들이 생성되며, 또는 보조 안테나들이 상기 주 안테나와 같이 움직이는 경우, 보조 안테나들이 상기 풍력 터빈 또는 풍력 발전소로 향하게 될 때의 타임 슬롯에 대해서 보조 안테나들로부터 출력들이 생성된다. 리턴들을 프로세싱하는 장비는 보조 안테나들로부터의 리턴들에 대한 프로세싱과 주 안테나로부터의 리턴들에 대한 프로세싱을 동기화할 것이 일반적인바, 따라서 보조 안테나들로부터의 리턴들은 상기 주 안테나가 상기 풍력 터빈 또는 풍력 발전소로 향해질 때에만 프로세싱된다. 따라서, 상기 레이다 시스템은, 상기 풍력 발전소 또는 풍력 터빈(들)로부터의 리턴들만이 터빈들에 대해서 보정되게 하고 그리고 다른 방위각들로부터의 리턴들은 통상적으로 프로세싱되도록 하는 방위각 게이트(azimuth gate)를 갖는다. 그런 다음, 상기 주 안테나(2) 및 각 보조 안테나(62,64)들로부터의 상기 출력은 추가 처리를 위해 프로세서(74)로 보내진다. 비록, 오직 하나의 프로세서만이 도면에 도시되고 여기에 참조되었지만, 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해서 제공되고 자체 메모리 등을 포함할 수 있는 다수의 개별 프로세서들에 의해서 상기 프로세서가 제공될 수 있음은 자명하다.
도 8은 상기 프로세서(74)의 작동을 개략적으로 보여준다. 도 8에서, 데이터는 판단 박스(80)로 들어가는 하나의 스트림으로 도시되는데 이는 수신기들(13a 내지 13c)로부터의 출력들을 조합함으로서 획득될 수 있으며, 또는 수신기들 각각으로부터의 데이터는 병렬로 처리될 수도 있다. 박스(80)에서, 상기 들어오는 데이터의 거리 및 방위각이 풍력 발전소 또는 풍력 터빈과 대응하는지의 여부가 판단된다. 대응하지 않는 경우, 상기 데이터는 이동 타겟 표시(moving target indication: MTI) 소거장치 유닛(22), CFAR(일정 오경보율: Constant False Alarm Rate) 유닛(24)으로 전달되어 통상적으로 처리되며 이후 디스플레이(25)로 전달된다.
상기 거리 및 방위각이 풍력 터빈 및 풍력 발전소와 대응하는 경우, 리턴들에 대한 상기 벡터 V의 요소들 Vi(여기서 i는 상기 주 안테나(2)에 대해 1에서 16의 값들을, 보조 안테나(62)에 대해 17에서 32의 값들을, 보조 안테나(64)에 대해 33에서 48의 값들을 취한다)를 형성하는 데이터는 트레이너 유닛(trainer unit)(82)으로 보내진다. 상기 트레이너 유닛은 트레이닝 기간 동안에 공분산 행렬 R의 추정치를 형성하기 위해 자기의 켤레 복소수 ViVj *를 가지는 벡터 V의 요소들의 외적(cross-product)을 생성한다. 상기 외적은 추정치의 정확도를 향상시키기 위해 V의 수 많은 일례들에 대해서 평균화된다. 이것은 도 7에 보여지며, 여기서 괄호 <>는 외적의 평균된 값들을 나타낸다. 상기 많은 V의 예들은 많은 안테나 스캔으로 많은 풍력 터빈들 또는 하나의 터빈으로부터 획득될 수 있다. 분명히, 상기 외적을 형성하기 위해 더 큰 수의 샘플들이 사용될수록 공분산 행렬 R의 정확도가 더 커질 것이다. 바람직하게는 적어도 10개, 특히 적어도 100개의 샘플이 사용되지만, 상기 공분산 행렬의 추정치를 형성하기 위해 사용되는 샘플의 수량은 10분 이상 소요될 정도로 그리 크지 않으며 특히 5분 미만이다. 상당히 더 많은 샘플들이 사용되면, 테스트 데이터가 획득될 수 있는데 소요되는 시간이 너무 클 수 있거나 또는 상기 풍력 터빈들로부터의 반사가 예를 들어 바람 방향의 변화에 기인하여 변화할 수 있다.
상기 벡터의 요소들을 형성하는 상기 데이터는 상기 트레이너 유닛(82)으로 보내질 뿐만 아니라, 테스트 과정(즉, 상기 레이다가 비행기를 검출하는데 사용되고 있을 때)동안에 검출 유닛(84)에도 보내질 수 있다. 상기 테스트 기간 동안에 상기 수신기들(13a 내지 13d)로부터의 복소 진폭 데이터 입력은 Vi 보다는 αi로 지정된다. 비록 역 R -1이 상기 검출 유닛(84)보다 상기 트레이너 유닛(82)에 의해서 분명하게 생성될 수 있지만, 검출 유닛(84)은 상기 트레이너 유닛(82)으로부터 공분산 행렬 R을 형성하는 데이터를 수신하고 표준 계산 방식으로 역 R -1을 생성시킨다. 또한 상기 검출 유닛은 관찰하기 원하는 타겟의 리턴 모델(86)을 형성하는 벡터 S 또는 그 켤레 복소수 S*를 수신한다. 그런 다음, 상기 검출 유닛(84)는 다음에 주어진 값 h을 형성함으로써 타겟의 존재를 테스트한다.
h = α R -1 S*
지정된 임계값 이상의 h 값들은 진정한 타겟으로 간주될 수 있다. 상기 검출기로부터의 상기 출력은 상기 디스플레이 유닛에 의해 표시되도록, 상기 MTI 유닛(22) 및 CFAR 유닛(24)로부터의 상기 데이터 출력과 함께 상기 디스플레이(25)에 보내진다.
이런 방법으로 상기 프로세서 유닛(74)은 다음을 판단하기 위해 작동된다:
(i) 상기 검출된 방위각에, 알려진 모든 풍력 터빈들의 엔벨로프들(envelopes)이 없는지의 여부; 또는
(ii) 상기 검출된 범위에, 알려진 모든 풍력 터빈들의 엔벨로프들(envelopes)이 없는지의 여부; 또는
(iii) 상기 수신된 데이터가 터빈 정합 필터 검출 임계값을 초과했는지.
상기 테스트 중 어떤 테스트가 참인 경우, 상기 타겟은 진짜로 간주되고 레이다 플롯이 생성된다.
상기 공분산 행렬 R을 형성하기 위해 사용되는 상기 복소 벡터 V의 샘플들은 상기 시스템이 사용되기 전에 또는 상기 시스템이 작동하는 중에 획득되는, 예를 들어 상기 테스트 데이터와 동시에 생성되는 이동 평균과 같은 트레이닝 데이터로부터 주어진다. 비록, 이상적으로는 타겟 데이터가 없을 때 R 및 R-1 값이 생성되도록 하기 위해서 상기 공분산 행렬을 형성하는데 사용되는 상기 트레이닝 데이터가 어떤 타겟 데이터도 포함하지 않도록 해야 하겠지만, 실제로 타겟들이 존재할 때 트레이닝 데이터가 획득되는 경우 상기 공분산 행렬의 유효한 추정치가 획득되도록 하기 위하여 상기 타겟 데이터는 상기 풍력 터빈들로부터의 리턴들과 사소하게(insignificant) 비교된다. 이러한 이유로 상기 테스트 데이터가 획득될 때 이동 평균을 생성함으로서 상기 트레이닝 데이터가 획득될 수도 있다. 대안적으로, 상기 데이터는 사전에 획득될 수 있으며 예를 들어, 상기 풍력 터빈의 각 방향 및/또는 속도 값에 해당하는 상기 리턴들에 대한 값들을 포함할 수 있는 룩-업 테이블에 상기 값들이 저장될 수 있다. 상기 공분산 행렬이 개별 풍력 터빈들로부터 획득된다면, 각 풍력 터빈에 대한 트레이닝 데이터를 획득하기 위해 상기 주 안테나의 하나의 회전이 필요할 수 있기 때문에 충분한 트레이닝 데이터를 획득하기 위해 상당히 긴 시간 동안 상기 시스템을 실행시키는 것이 필요할 수 있다. 하지만, 상기 보조 안테나들이 고정되어 있고 개별 터빈보다 전체의 풍력 발전소를 관찰할 수 있는 충분히 넓은 빔 폭을 가지고 있다면, 트레이닝 데이터는 상기 주 안테나의 각 스윕에서 상기 전체 풍력 발전소에 대해 기록될 수 있다.
비록 상기 보조 안테나들이 보통 완전히 수동적이고 펄스들을 송신하는데 사용되지는 않겠지만, 보조 안테나들이 회전하지 않을 때, 상기 날개들로부터의 커다란 RCS 섬광들의 효과를 경감시키기 위해서 능동적으로 보조 안테나들을 사용하는 것은 가능하다. 상기 주 안테나가 다른 곳으로 향할 때 상기 풍력 터빈만이 비춰지도록, 저전력 송신기가 상기 보조 안테나들 중 하나로부터 풍력 터빈을 비추기 위해 사용되고 상기 주 안테나의 회전과 동기화된다면, 상기 터빈 반사들은 서로 다른 고정된 보조 안테나에 의해서 수신되고 각 터빈으로부터의 높은 RCS 섬광 시퀀스를 검출하는데 사용될 수 있다. 이 데이터는 상기 섬광들이 상기 회전하는 안테나의 발광 시간 중 언제 생성할 것인지를 예측하여 그에 따라 상기 과정을 조정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 과정은 섬광이 존재하는 경우와 존재하지 않는 경우의 두 공분산 행렬을 추정하기 위해 수정될 수 있다. 리턴을 타겟으로 식별하기 위해서 h 에 적용된 임계값은 허위 경보율을 줄이기 위해서 그에 따라 조절될 수 있다.
위에서 설명된 정합 필터와는 다른 프로세싱 방법은 홀로 있는 풍력 터빈으로부터의 및 풍력 터빈과 비행기 타겟의 조합으로부터의 상기 리턴들을 식별하기 위해서 주 안테나 및 보조 안테나들로부터의 신호에 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 공분산 행렬 추정은 좋지 않은 상태에 있을 수 있고 단순히 전도(inversion)하는 대체 프로세싱이 필요할 수 있다. 주 및 보조 안테나들로부터의 데이터를 처리하는 것을 기초로 하는 모든 식별 알고리즘은 본 발명의 일부를 형성한다.
추가적인 프로세싱 기술들은 위에서 설명한 데로 동작되는 프로세싱과의 조합으로 사용될 수 있다. 예를 들어 예비 플롯들(preliminary plots)이 검출되고 예비 택(preliminary tack)이 설립되는 "검출 전 추적" 기술이 사용될 수 있다. 사전에 설립된 상기 예비 택과 호환이 가능한 경우에만 검증된 플롯들이 출력되고, 풍력 터빈 또는 풍력 발전소 주변의 무효값 내에서 스캔하는 동안 상기 타겟을 분실하는 경우에는 추정된 플롯이 생성되고 출력될 수 있다. 바람직하게는 이런 방식으로 생성된 플롯들은 상기 시스템이 어떤 특정 허위 경보율을 초과하지 않도록 한다.
위에서 설명한 것 같이, 상기 프로세서 유닛(74)은 상기 리턴된 신호들 내에 포함되는 도플러 쉬프트 및 고도 정보를 동시에 사용하여 비행기와 풍력 터빈들을 식별하기 위해 작동된다. 그러나 상기 프로세서 유닛이 도플러 쉬프트와 고도 정보를 순차적으로 사용하여 식별하는 것도 가능하다. 이것은 상기 모든 수신기 채널들 내의 도플러 정보에 대해 통상적인 MTI 프로세서들을 사용하고 그런 다음, 고도 내에서 모든 안테나들과 뒤이어 정합 필터를 통과하는 상기 MTI들의 출력의 공분산 행렬을 형성함으로써 성취될 수 있다. 이러한 접근은 구현하기에는 더 단순하지만 낮은 품질의 구현이 되기 쉽다.
본 발명에 따른 상기 컴포넌트와 레이다는 통상적으로 다른 풍력 터빈 경감 방법, 예를 들어 향상된 수신기 동적 범위(improved receiver dynamic range), 감소된 펄스 압축 사이드-로브(reduced pulse compression side-lobes), 향상된 이동 타겟 검출(improved moving target detection) 및 CFAR(constant false alarm rate), 그리고 앞선 추적 기술들과 같이 사용될 수 있다.

Claims (26)

  1. 영역 내에 위치한 풍력 터빈의 존재하에서 상기 영역 내에서 타겟을 검출하도록 동작하는 레이더 시스템으로서,
    상기 영역을 스윕(sweep)하기 위하여 방위각으로 움직이도록(move azimuthally) 동작하는 주 안테나(main antenna);
    상기 주 안테나에 의해 펄스들을 송신하기 위한 송신기; 및
    상기 주 안테나로부터 리턴 신호들을 수신하기 위한 수신기를 포함하고,
    상기 레이다 시스템은,
    복수의 보조 안테나들, 상기 복수의 보조 안테나들은 상기 주 안테나에 의해서 송신된 방사(radiation)의 반사된 방사를 캡춰하고 그리고 상기 캡춰된 방사에 기초하여 상기 복수의 보조 안테나들로부터 리턴 신호들을 생성하며; 그리고
    상기 주 안테나 및 상기 복수의 보조 안테나들로부터의 리턴 신호들을 프로세싱하도록 상기 수신기에 접속되는 프로세서
    를 더 포함하며, 상기 프로세서는,
    트레이닝 프로세스에서 상기 주 안테나 및 상기 보조 안테나들에 의해서 수신된 다수의 리턴 신호들로부터 공분산 행렬(covariance matrix) 형태인 상기 풍력 터빈의 시그내쳐(signature)를 생성하고;
    상기 풍력 터빈의 존재하에서 상기 영역 내의 타겟에 대한 모델 벡터 데이터를 생성하거나 또는 메모리로부터 상기 타겟의 모델 벡터 데이터를 수신하고;
    상기 공분산 행렬 및 상기 벡터 데이터에 기초하여 벡터곱(vector product)을 형성함으로써, 상기 타겟의 존재에 대하여 상기 주 안테나 및 상기 보조 안테나들로부터의 리턴 신호들을 테스트하고 그리고 상기 벡터곱과 임계값을 비교하며;
    상기 벡터곱이 상기 임계값을 초과한다라고 판별함에 따라 상기 타겟을 검출하고; 그리고
    상기 검출된 타겟을 나타내는 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 풍력 터빈의 잡음 배경 특성(noise background charactoeristic)에서 타겟 신호에 정합(match)되는 검출 필터를 구현하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 풍력 터빈으로부터의 리턴 신호들로부터 풍력 터빈 잡음의 공분산 행렬(covariance matrix) R의 추정치(estimate)를 생성하도록 동작하며, R은
    R = <VVH> 으로 정의되고,
    여기서, V는 상기 풍력 터빈으로부터의 리턴 신호들의 복소 진폭(the complex amplitude)이고,
    VH는 V의 에르미트 컨쥬게이트(the Hermitian conjugate)이며, 그리고
    괄호 <>는 평균을 나타내는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는 αR -1S* 의 값을 생성하도록 동작하며,
    여기서, α는 테스트 중인 상기 리턴 신호들을 정의하는 벡터이고,
    R -1은 상기 풍력 터빈으로부터의 레이다 신호의 공분산 행렬 추정치의 역(inverse)이고, 그리고
    S*는 검출될 타겟 신호 벡터의 모델 데이터의 켤레 복소수(complex conjugate)인 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 리턴 신호가 타겟을 포함하는 것으로 간주되는지의 여부를 판단하기 위해서 상기 αR -1S* 값을 임계값과 비교하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 풍력 터빈의 거리(range) 및 방위각 중 하나에 대응하는 리턴 신호들에 대해서만 상기 공분산 행렬 R을 생성하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는 테스트 기간에 획득된 상기 리턴 신호들의 이동 평균(running average)으로부터 상기 공분산 행렬을 생성하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 리턴 신호들의 적어도 10개의 샘플들의 평균으로부터 상기 공분산 행렬을 생성하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는 최대 10분까지의 기간 동안에 수신된 리턴 신호들의 다수의 샘플들로부터 상기 공분산 행렬을 생성하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는 각각의 풍력 터빈으로부터의 리턴 신호들의 평균으로부터 상기 공분산 행렬을 개별적으로 생성하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는 복수의 풍력 터빈들로부터의 리턴 신호들의 평균으로부터 상기 공분산 행렬을 생성하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 레이더 시스템 주변에 있는 모든 풍력 터빈들로부터의 리턴 신호들의 평균으로부터 상기 공분산 행렬을 생성하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 주 안테나는 상기 영역을 스윕하기 위해 온전히 한바퀴(entire revolution)를 돌도록 구성된 반사 안테나이고,
    상기 프로세서는 상기 공분산 행렬을 형성하기 위해서 각각의 스윕으로부터 획득된 상기 리턴 신호들의 값들을 합산하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서는 제 1 및 제 2 공분산 행렬들을 생성하도록 동작하며,
    상기 제 1 공분산 행렬은 "섬광(flash)" 동안에 상기 풍력 터빈으로부터의 강렬한(intense) 리턴 신호에 대응하고,
    상기 제 2 공분산 행렬은 상기 "섬광"이 없는 동안의 리턴 신호에 대응하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    각각의 보조 안테나는 상기 주 안테나의 빔 폭(beam width)보다 큰 빔 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    각각의 보조 안테나는 6°에서 12°까지 범위의 빔 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  17. 풍력 터빈의 존재하에서 타겟의 위치를 검출하는 방법으로서,
    방위각으로 움직이는 주 안테나로부터 레이다 펄스들을 송신하고 그리고 상기 주 안테나 및 복수의 보조 안테나들에 의해서 수신된 리턴 신호들을 프로세싱하는 단계;
    트레이닝 프로세스에서 상기 주 안테나 및 상기 복수의 보조 안테나들에 의해서 수신된 다수의 리턴 신호들로부터 상기 풍력 터빈의 시그내쳐를 생성하는 단계;
    상기 타겟의 모델 데이터를 생성하거나 또는 메모리로부터 상기 타겟의 모델 데이터를 수신하는 단계; 및
    상기 시그내쳐 및 상기 모델 데이터를 사용하여 비행기의 존재 여부에 대하여 상기 리턴 신호들을 테스트하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 풍력 터빈의 시그내쳐를 생성하는 단계는,
    a. 상기 복수의 보조 안테나들에 의해서 수신된 상기 풍력 터빈들로부터의 리턴 신호들의 공분산 행렬 R의 추정치를 생성하는 단계;
    b. αR -1S* 로 주어지는 정합 필터를 생성하는 단계를 포함하고, 여기서, α는 상기 리턴 신호들을 정의하는 벡터이고, R -1은 공분산 행렬 추정치의 역이고, 그리고 S*는 검출될 타겟 신호의 켤레 복소수이며;
    상기 리턴 신호들을 테스트하는 단계는,
    c. 상기 정합 필터의 출력값을 임계값과 비교하는 단계; 및
    d. 상기 정합 필터의 출력값과 상기 임계값과의 비교에 따라, 상기 리턴 신호가 타겟으로 간주되는지의 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 공분산 행렬 R은, 상기 풍력 터빈 또는 풍력 터빈들의 그룹의 거리 및 방위각 중 하나에 대응하는 리턴 신호들에 대해서만 오직 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 풍력 터빈의 시그내쳐를 생성하는 단계는,
    제 1 및 제 2 공분산 행렬들을 생성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제 1 공분산 행렬은 섬광(flash) 동안에 상기 풍력 터빈으로부터의 강렬한 리턴 신호에 대응하고, 상기 제 2 공분산 행렬은 상기 섬광이 없는 동안의 리턴 신호에 대응하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 레이더 시스템의 수정 디바이스(modification device)로서,
    상기 레이더 시스템은,
    영역을 스윕하기 위하여 방위각으로 움직이도록 동작하는 주 안테나;
    상기 주 안테나에 의해 펄스들을 송신하기 위한 송신기;
    상기 주 안테나로부터 리턴 신호들을 수신하기 위한 수신기; 및
    상기 리턴 신호들을 프로세싱하도록 상기 수신기에 접속되는 프로세서
    를 포함하고,
    상기 수정 디바이스는 복수의 보조 안테나들을 포함하고, 상기 복수의 보조 안테나들은 상기 주 안테나에 의해서 송신된 방사의 반사된 방사를 캡춰하고 그리고 상기 캡춰된 방사에 기초하여 리턴 신호들을 생성하며; 그리고
    상기 프로세서는,
    트레이닝 프로세스에서 상기 주 안테나 및 상기 보조 안테나들에 의해서 수신된 다수의 리턴 신호들로부터 공분산 행렬 형태인 풍력 터빈의 시그내쳐를 생성하고;
    타겟에 대한 모델 벡터 데이터를 생성하거나 또는 메모리로부터 상기 타겟의 모델 벡터 데이터를 수신하고;
    상기 공분산 행렬 및 상기 벡터 데이터에 기초하여 벡터곱을 형성함으로써, 상기 타겟의 존재에 대하여 상기 주 안테나 및 상기 보조 안테나들에 의해서 수신되는 리턴 신호들을 테스트하고 그리고 상기 벡터곱과 임계값을 비교하며;
    상기 벡터곱이 상기 임계값을 초과한다라고 판별함에 따라 상기 타겟을 검출하고; 그리고
    상기 검출된 타겟을 나타내는 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템의 수정 디바이스.
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