KR101925570B1 - 안테나 시스템의 표적 추적 장치 및 방법 - Google Patents

안테나 시스템의 표적 추적 장치 및 방법 Download PDF

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조현욱
우병석
황기민
허종완
권건섭
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 안테나 시스템의 표적 추적 기술에 관한 것으로, 안테나부; 상기 안테나부를 통해 수신되는 신호를 검출하는 신호 검출부; 및 상기 검출되는 신호로부터 표적의 지역 좌표계를 전역 좌표계로 변환하고, 상기 변환되는 전역 좌표계를 기초로 상기 안테나부에서 송신될 빔(beam)의 궤적을 생성하며, 상기 빔의 중심이 상기 빔의 궤적을 따라 이동하도록 상기 안테나부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

안테나 시스템의 표적 추적 장치 및 방법 {METHOD AND APPARATUS FOR PROVIDING TARGET TRACING IN ANTENNA SYSTEM}
본 발명은 안테나 시스템의 표적 추적 기술에 관한 것이다.
안테나 시스템은 지구의 위도 및 경도와 같이 고정된 좌표계 또는 관성계로 볼 수 있는 좌표계를 이용하여 추적 대상인 표적을 추적하는 시스템이다. 안테나 시스템의 표적은, 예컨대 인공위성, GPS(Global Positioning System) 좌표로 위치가 알려진 이동체 등이 있다. 이러한 표적과의 통신 또는 표적의 움직임을 추적하기 위해서는, 고정된 좌표계 기준으로 3개 이상의 특정 지점에서 송출되는 표적의 RF(Radio Frequency) 신호를 수신하거나 또는 표적을 향해 송신된 RF 신호의 반사 신호의 세기를 근거로 표적의 위치를 추정한다. 이를 위해서는 3개 이상의 특정지점에 안테나의 빔이 위치되도록 안테나 시스템을 제어할 필요가 있다.
이와 같이 3개 이상의 지점에서 RF 신호를 수신하기 위해서 사용되는 방식은 모노 펄스(mono-pulse) 방식, 로빙(lobing) 추적 방식 등이 있다. 모노 펄스 방식은 별도의 물리적인 장치가 필요하며 추적 시스템의 무게나 부피를 증가시킬 수 있기 때문에 크기와 무게에 민감한 시스템에서는 로빙 추적 방식과 같은 방법을 통해 안테나 빔을 회전시켜서 RF 신호를 수신한다.
여기서, 로빙이라 함은 안테나의 빔 중심을 특정 지점을 중심으로 회전시키는 것을 의미한다. 이러한 로빙 동작시에 고려해야 할 사항은 표적의 이동 속도와 표적의 위치이다.
먼저, 표적의 이동 속도가 빠를 경우, 신호 획득도 이에 상응하게 빠르게 해야 한다. 기존의 기술들에서는 빔 패턴을 원형으로 회전시켜 가면서 이동시켰으나, 원형의 회전 궤적은 이동 거리가 길어서 신호 획득 시간 역시 길어지는 문제가 생긴다.
다음으로, 수신 신호 세기로부터 표적의 위치를 어떤 방법으로 찾아내느냐 하는 것인데, 기존의 순차적 로빙 추적 알고리즘에서 안테나의 좌표계를 기준으로 표적의 위치와 수신 신호간의 관계가 일대일 대응 관계로 나타남이 증명되어 있어서 그러한 관계를 이용하면 대상의 위치를 정확히 알아낼 수 있다. 그럼에도 불구하고, 표적의 위치와 수신 신호 간의 관계가 비선형 함수로 나타나고, 기존의 메모리 장치나 연산 장치의 한계로 인하여 선형 함수로만 근사하거나 대략적인 관계를 이용하곤 했는데, 이로 인해 추정한 표적의 위치와 실제 표적의 위치에 오차가 발생할 수 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0963200호 (2010.06.04 등록)
본 발명의 실시예에서는, 안테나의 RF 신호를 이용하여 관성 좌표계와 같이 고정된 좌표계 값에 대한 정보를 가지고 있는 위치 추적 시스템에서 순차적 신호 획득을 통해 추적해야 할 표적의 위치를 고정된 좌표계의 값으로 계산한 후 안테나를 제어할 수 있는 표적 추적 기술을 제안하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에 의해 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 안테나부를 통해 수신되는 신호를 검출하는 신호 검출부; 상기 검출되는 신호로부터 표적의 지역 좌표계 상의 좌표값을 획득하고, 상기 표적의 상기 지역 좌표계 상의 좌표값을 전역 좌표계 상의 좌표값으로 변환하는 좌표계 연산부; 및 상기 표적의 전역 좌표계 상의 좌표값을 기초로 빔(beam)의 중심이 상기 표적을 향하도록 상기 안테나부를 제어하는 안테나 제어부를 포함하는 안테나 시스템의 표적 추적 장치를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 표적 추적 장치는, 로빙(lobing) 중심축의 전역 방위각 및 전역 고각으로부터 상기 빔의 로빙 궤적을 생성하는 궤적 생성부를 더 포함하고, 상기 안테나 제어부는, 상기 로빙 궤적의 전역 방위각 및 전역 고각을 기초로 상기 빔의 중심이 상기 로빙 궤적을 따라 이동하도록 상기 안테나부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 좌표계 연산부는, 상기 검출되는 신호로부터 상기 표적의 지역 좌표계 상의 지역 방위각 및 지역 고각을 계산하고, 상기 표적의 상기 지역 방위각 및 상기 지역 고각을 상기 표적의 상기 전역 좌표계 상의 전역 방위각 및 전역 고각으로 변환할 수 있다.
또한, 상기 좌표계 연산부는, 상기 안테나부를 통해 수신되는 상기 신호의 합과 차를 계산하여 상기 표적의 상기 지역 좌표계 상의 좌표값을 계산할 수 있다.
또한, 상기 좌표계 연산부는, 상기 안테나부의 양의 지역 방위각과 음의 지역 방위각에 대해 수신된 신호의 합과 차를 계산하고, 상기 안테나부의 양의 지역 고각과 음의 지역 고각에 대해 수신된 신호의 합과 차를 계산하여 상기 표적의 상기 지역 좌표계 상의 좌표값을 계산할 수 있다.
또한, 상기 궤적 생성부는, 상기 신호의 수신을 위한 복수의 지점을 지나는 최단 궤적을 상기 로빙 궤적으로서 생성할 수 있다.
또한, 상기 최단 궤적은, 상기 로빙 중심축을 중심으로 하는 사각형 패턴을 가질 수 있다.
또한, 상기 안테나부는, 특정 방향으로 신호를 송신하거나 특정 방향으로부터의 신호를 수신하도록 빔을 생성하는 안테나; 및 소정의 방향을 향하도록 상기 안테나를 이동시키는 안테나 구동부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 전역 좌표계 상의 좌표값을 기초로 상기 안테나가 상기 표적을 향하도록 상기 안테나 구동부를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 안테나를 통해 수신되는 신호로부터 표적의 지역 좌표계 상의 좌표값을 획득하는 단계; 상기 표적의 상기 지역 좌표계 상의 좌표값을 전역 좌표계 상의 좌표값으로 변환하는 단계; 및 상기 표적의 전역 좌표계 상의 좌표값을 기초로 빔의 중심이 상기 표적을 향하도록 상기 안테나를 제어하는 단계를 포함하는 안테나 시스템의 표적 추적 방법을 제공할 수 있다.
여기서, 상기 표적 추적 방법은, 로빙 중심축의 전역 방위각 및 전역 고각으로부터 상기 빔의 로빙 궤적을 생성하는 단계; 및 상기 로빙 궤적의 전역 방위각 및 전역 고각을 기초로 상기 빔의 중심이 상기 로빙 궤적을 따라 이동하도록 상기 안테나를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 변환하는 단계는, 상기 검출되는 신호로부터 상기 표적의 지역 좌표계 상의 지역 방위각 및 지역 고각을 계산하는 단계; 및 상기 표적의 상기 지역 방위각 및 상기 지역 고각을 상기 표적의 상기 전역 좌표계 상의 전역 방위각 및 전역 고각으로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 획득하는 단계는, 상기 안테나를 통해 수신되는 상기 신호의 합과 차를 계산하는 단계; 및 상기 합과 차를 기초로 상기 표적의 지역 좌표계 상의 좌표값을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 합과 차를 계산하는 단계는, 상기 안테나의 양의 지역 방위각과 음의 지역 방위각에 대해 수신된 신호의 합과 차를 계산하는 단계; 및 상기 안테나의 양의 지역 고각과 음의 지역 고각에 대해 수신된 신호의 합과 차를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 로빙 궤적을 생성하는 단계는, 상기 신호의 수신을 위한 복수의 지점을 지나는 최단 궤적을 상기 로빙 궤적으로서 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 궤적은, 상기 로빙 중심축을 중심으로 하는 사각형 패턴을 가질 수 있다.
또한, 상기 안테나를 제어하는 단계는, 상기 표적의 전역 좌표계 상의 좌표값을 기초로 상기 표적을 향하도록 상기 안테나를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 안테나의 RF 신호를 이용하여 관성 좌표계와 같이 고정된 좌표계 값에 대한 정보를 가지고 있는 위치 추적 시스템에서 순차적 신호 획득을 통해 추적해야 할 표적의 위치를 고정된 좌표계의 값으로 계산한 후 추적하도록 함으로써, 이동 속도가 빠른 표적에 대해서도 표적 위치를 정확히 추정할 수 있으며, 모노 펄스 추적 방식에 비해 소형화 및 경량화가 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 시스템의 표적 추적 장치 및 안테나부의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 시스템의 표적 추적 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 빔의 로빙 궤적을 도시한 것으로, 빔의 중심을 기준으로 원형 궤적을 생성하는 경우와 사각형 궤적을 생성하는 경우를 각각 예시한 도면이다.
도 4는 빔 패턴이 빔의 중심을 벗어난 경우에 안테나 좌표계의 방위각 또는 고각과 신호 세기 간의 상관 관계를 예시한 그래프이다.
도 5는 도 4의 안테나 빔 패턴의 신호 차를 신호 합으로 나눈 결과를 예시한 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범주는 청구항에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 실제로 필요한 경우 외에는 생략될 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
순차적 로빙 방식은 안테나의 방위각(Azimuth angle)과 고각(Elevation angle)의 좌표 축으로 구성되는 직교(orthogonal) 좌표계를 설정해 두고 이에 대하여 위성의 위치를 알아내는 기술로서, 이러한 순차적 로빙 방식에서 고려해야 할 사항은 안테나에 대한 제어 시스템이 어떤 좌표계를 기준으로 동작하는가 이다. 고정된 좌표계에서 위치가 표현되는 대상을 추적하도록 제어되는 시스템의 경우에는 안테나 좌표계와 고정된 좌표계간의 좌표 변환을 적용하여야 적절한 위치에서 신호를 수집할 수 있으며, 이에 대한 방법론적인 접근이 필요하다.
본 발명의 실시예는 안테나의 RF 신호를 이용하여 관성 좌표계와 같이 고정된 좌표계 값에 대한 정보를 가지고 있는 위치 추적 시스템에서 순차적 신호 획득을 통해 추적해야 할 표적의 위치를 고정된 좌표계의 값으로 계산한 후 추적하도록 함으로써, 이동 속도가 빠른 표적에 대해서도 표적 위치를 정확히 추정할 수 있으며, 소형화 및 경량화가 가능한 안테나 시스템의 표적 추적 기술을 제공하고자 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 시스템(1)의 표적 추적 장치(100) 및 안테나부(10)의 블록도이다. 표적 추적 장치(100)는 신호 검출부(102), 좌표계 연산부(104), 안테나 제어부(106) 및 궤적 생성부(108)를 포함할 수 있다. 이러한 표적 추적 장치(100)는 안테나부(10)와 연결될 수 있다.
신호 검출부(102)는 안테나부(10)를 통해 수신되는 신호, 예를 들어 RF 신호를 검출하고, 검출되는 신호의 세기를 측정할 수 있다.
좌표계 연산부(104)는 신호 검출부(102)를 통해 검출되는 신호를 기초로 추적 대상인 표적(도시 생략됨)의 지역 좌표계(local coordinate system) 상의 좌표값을 획득하고, 획득되는 표적의 지역 좌표계 상의 좌표값을 전역 좌표계(global coordinate system) 상의 좌표값으로 변환할 수 있다.
안테나 제어부(106)는 좌표계 연산부(104)를 통해 변환된 표적의 전역 좌표계 상의 좌표값을 기초로 빔(beam)의 중심이 표적을 향하도록 안테나부(10)를 제어할 수 있다.
궤적 생성부(108)는 로빙(lobing) 중심축의 전역 좌표계 상의 좌표값으로부터 빔의 로빙 궤적을 생성할 수 있다. 구체적으로, 궤적 생성부(108)는 신호의 수신을 위한 복수의 지점을 지나는 최단 궤적을 로빙 궤적으로서 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 지역 좌표계라 함은 안테나 좌표계를 의미하며, 이러한 지역 좌표계 상의 좌표값은 지역 방위각 및 지역 고각을 포함할 수 있다. 또한, 전역 좌표계라 함은 고정 좌표계를 의미하며, 이러한 전역 좌표계 상의 좌표값은 전역 방위각 및 전역 고각을 포함할 수 있다.
여기서, 지역 방위각은 안테나부(10)가 안테나 좌표계의 x축에서 y축 방향으로 회전했을 때의 각도이고, 지역 고각은 안테나부(10)가 안테나 좌표계의 x축에서 z축 방향으로 회전했을 때의 회전 각도를 의미할 수 있다. 또한, 전역 방위각은 안테나부(10)가 고정 좌표계의 x축에서 y축 방향으로 회전했을 때의 각도이고, 전역 고각은 안테나부(10)가 고정 좌표계의 x축에서 z축 방향으로 회전했을 때의 회전 각도를 의미할 수 있다.
안테나부(10)에 대한 고정 좌표계에서의 자세를 표현하기 위해서는 요(yaw), 피치(pitch), 롤(roll)이라는 회전 성분을 이용할 수 있다. 요는 고정 좌표계의 z축에 대한 회전 성분이며, 피치는 요 회전이 된 좌표계의 y축에 대한 회전 성분이고, 롤은 피치 회전이 된 좌표계의 x축에 대한 회전 성분을 각각 의미할 수 있다. 하기에 기술하는 안테나의 빔의 중심은 안테나 좌표계의 x축과 일치한다고 가정하고, 요, 피치, 롤의 회전 성분이 0의 값을 가질 때 안테나 좌표계와 고정 좌표계의 x, y, z축은 일치한다고 가정한다.
따라서, 안테나 제어부(106)는 로빙 궤적의 전역 방위각 및 전역 고각을 기초로 빔의 중심이 궤적 생성부(108)에서 생성된 로빙 궤적을 따라 이동하도록 안테나부(10)를 제어할 수 있다.
이러한 안테나부(10)는 안테나(12)와 안테나 구동부(14)를 포함할 수 있다.
안테나(12)는 특정 방향으로 신호를 송신하거나 특정 방향으로부터의 신호를 수신하도록 빔을 생성하는 안테나, 예를 들어 지향성 안테나(directional antenna)를 포함할 수 있다.
안테나 구동부(14)는 소정의 방향을 향하도록 안테나(12)를 이동(예를 들어, 회전)시킬 수 있다. 구체적으로, 안테나 구동부(14)는 제어부(10)로부터 제공되는 표적의 전역 좌표계 상의 좌표값에 기초한 제어 신호에 따라 안테나(12)가 표적을 향하도록 안테나(12)를 이동시킬 수 있다.
즉, 안테나부(10)는 안테나 제어부(106)에 의해, 빔의 중심이 로빙 궤적을 따라 이동(즉, 빔 패턴을 변경)하도록 제어될 뿐만 아니라, 안테나(12)가 특정 방향으로 이동하도록 물리적으로도 제어될 수 있다.
이하, 상술한 구성과 함께, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 시스템의 표적 추적 방법을 도 2의 흐름도를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 표적 추적 장치(100) 내의 궤적 생성부(108)는 로빙 중심축의 전역 방위각 및 전역 고각으로부터 빔의 로빙 궤적을 생성할 수 있다(S100). 구체적으로, 궤적 생성부(108)는 신호의 수신을 위한 지점을 지나는 최단 궤적을 전역 좌표계 상에서 구할 수 있다. 이때의 최단 궤적은, 예를 들어 신호를 수신할 지점이 4곳인 경우, 로빙 중심축 중심으로 하는 사각형 패턴을 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 빔의 로빙 궤적을 도시한 것으로, 빔의 중심을 기준으로 원형 궤적을 생성하는 경우와 사각형 궤적을 생성하는 경우를 각각 예시한 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 로빙 궤적이 원형인 경우에는 로빙 중심축으로부터의 회전 반경(r)이 항상 일정한 값을 가지지만, 로빙 궤적이 사각형인 경우에는 로빙 중심축으로부터의 회전 반경(r)이 바뀌는 것을 확인할 수 있다.
이와 같은 로빙 궤적을 생성하는 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
예를 들어, 추적을 시작하는 순간의 안테나부(10)(보다 정확하게는 안테나(12))의 요, 피치, 롤의 회전 성분을 각각 Y i , P i , R i (로빙 궤적에서 φ=0인 지점)로 가정하고, 로빙 중심축에 빔 중심이 위치할 때의 안테나부(10)의 요, 피치, 롤을 각각 Y, P, R로 가정하기로 한다.
안테나부(10)의 자세가 Y i , P i , R i 일 때의 안테나 좌표계를 x i , y i , z i 라 하고, 안테나부(10)의 자세가 Y, P, R 일 때의 안테나 좌표계를 x, y, z 라 하면, 좌표계 행렬 벡터는 다음 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017103949637-pat00001
[수학식 1]에서 벡터 옆 아래 첨자는 좌표계를 나타낸다.
[수학식 1]로부터 다음 [수학식 2]의 관계식을 도출해 낼 수 있다.
Figure 112017103949637-pat00002
[수학식 2]의 행렬 연산을 통해 Y, P, R 을 계산할 수 있다.
이후, 안테나 제어부(106)는 단계(S100)에서 생성된 로빙 궤적의 전역 방위각 및 전역 고각을 기초로 빔의 중심이 로빙 궤적을 따라 이동하도록 안테나부(10)를 제어할 수 있다(S102).
예컨대, 안테나부(10)가 로빙 동작을 할 때(φ=[0, 2π]), 안테나부(10)의 요, 피치, 롤을 Y c , P c , R c
Figure 112017103949637-pat00003
가정하면, 안테나 좌표계 x, y, z에서의 빔 중심의 벡터는 다음 [수학식 3]으로 표현될 수 있다.
Figure 112017103949637-pat00004
[수학식 3]으로부터 다음 [수학식 4]의 관계식을 도출해 낼 수 있다.
Figure 112017103949637-pat00005
[수학식 4]의 행렬 연산을 통해 Y c , P c , R c 을 계산할 수 있다.
이후, 안테나부(10)를 통해 수신되는 신호, 예를 들어 RF 신호가 신호 검출부(102)를 통해 검출되면(S104), 좌표계 연산부(104)는 로빙 궤적의 전역 방위각 및 전역 고각으로부터 표적의 지역 방위각 및 지역 고각을 계산할 수 있다(S106). 구체적으로, 좌표계 연산부(104)는 안테나부(10)를 통해 수신되는 신호의 합과 차를 계산하여 표적의 지역 방위각 및 지역 고각을 계산할 수 있다.
여기서, 좌표계 연산부(104)는, 안테나부(10)의 양(+)의 지역 방위각과 음(-)의 지역 방위각에 대해 수신된 신호의 합과 차를 계산하고, 안테나부(10)의 양의 지역 고각과 음의 지역 고각에 대해 수신된 신호의 합과 차를 계산하여 표적의 지역 좌표계 상의 좌표값을 계산할 수 있다.
도 4는 빔 패턴이 로빙 중심축을 벗어난 경우에 안테나 좌표계의 방위각 또는 고각과 신호 세기 간의 상관 관계를 예시한 그래프이다.
도 4에서 가로축은 로빙 중심축에서 방위각 또는 고각이 벗어난 각도의 크기를 나타내고, 세로축은 신호의 세기를 나타낸다. 도면부호 a는 음의 지역 좌표계에서의 빔 패턴을 나타내고, 도면부호 b는 양의 지역 좌표계에서의 빔의 패턴을 각각 나타낸다. 또한, 도면부호 Σ는 빔 패턴 a와 b를 합한 경우의 빔 패턴을, 도면부호 Δ는 빔 패턴 a와 b 간의 차를 나타낸 빔 패턴을 각각 나타낸다.
도 5는 도 4의 안테나 빔 패턴의 신호 차를 신호 합으로 나눈 결과를 예시한 그래프이다.
이러한 신호의 합과 차를 계산하여 표적의 지역 방위각 및 지역 고각을 계산하는 과정을 구체적으로 설명하면 아래와 같다.
먼저, 안테나부(10)의 양의 지역 방위각 및 지역 고각은 다음 [수학식 5] 및 [수학식 6]과 같이 예시될 수 있다.
Figure 112017103949637-pat00006
Figure 112017103949637-pat00007
또한, 안테나부(10)의 음의 지역 방위각 및 지역 고각은 다음 [수학식 7] 및 [수학식 8]과 같이 예시될 수 있다.
Figure 112017103949637-pat00008
Figure 112017103949637-pat00009
여기서, V 0 , V π , V π /2 , V 3π /2 는 수집된 신호의 세기로서, 각각 양의 지역 방위각, 음의 지역 방위각, 양의 지역 고각, 음의 지역 고각에 해당하는 위치에서 수집한 신호의 세기를 나타낸다.
안테나 좌표계(x, y, z) 에서 현재 로빙 중심이 표적으로부터 이격되는 전역 방위각 및 전역 고각을 계산하면 다음 [수학식 9] 및 [수학식 10]과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017103949637-pat00010
Figure 112017103949637-pat00011
또한, 안테나 좌표계(x, y, z)에서 표적의 전역 방위각 및 전역 고각을 계산하면 다음 [수학식 11] 및 [수학식 12]와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017103949637-pat00012
Figure 112017103949637-pat00013
[수학식 11]에서 Kd,az는 θAZ=0인 지점으로부터 해당 θAZ 까지를 직선으로 연결할 때의 기울기이고, [수학식 12]에서 Kd,el는 θEL=0인 지점으로부터 해당 θEL 까지를 직선으로 연결할 때의 기울기를 각각 나타낸다. 이때, Kd,az 및 Kd,el는 θAZ 및 θEL에 대한 비선형 함수이다.
이후, 좌표계 연산부(104)는 계산된 표적의 지역 방위각 및 지역 고각을 전역 방위각 및 전역 고각으로 변환할 수 있다(S108). 표적의 지역 방위각과 지역 고각을 yaw( Y G ), pitch( P G ), roll( R G )로 변환시킬 때 다음 [수학식 13]과 같은 행렬식을 도출해 낼 수 있다.
Figure 112017103949637-pat00014
[수학식 13]으로부터 Y G , P G , R G 를 구할 수 있으며, 이로부터 표적의 전역 방위각 및 전역 고각을 확인할 수 있다.
이와 같이 표적의 지역 방위각 및 지역 고각이 전역 방위각 및 전역 고각으로 변환되면, 안테나 제어부(106)는 이러한 표적의 전역 방위각 및 전역 고각을 기초로 빔의 중심이 표적을 향하도록 안테나부(10)를 제어할 수 있다(S110).
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 안테나의 RF 신호를 이용하여 관성 좌표계와 같이 고정된 좌표계 값에 대한 정보를 가지고 있는 위치 추적 시스템에서 순차적 신호 획득을 통해 추적해야 할 표적의 위치를 고정된 좌표계의 값으로 계산한 후 이를 기초로 안테나가 표적을 추적하도록 함으로써, 이동 속도가 빠른 표적에 대해서도 표적 위치를 정확히 추정할 수 있으며, 모노 펄스 추적 방식에 비해 소형화 및 경량화가 가능하도록 구현한 것이다.
한편, 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.
이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리(기록 매체) 등에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.
그리고, 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 적어도 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
10: 안테나부
12: 안테나
14: 안테나 구동부
100: 표적 추적 장치
102: 신호 검출부
104: 좌표계 연산부
106: 안테나 제어부
108: 궤적 생성부

Claims (18)

  1. 안테나 시스템의 표적 추적 장치로서,
    안테나부를 통해 수신되는 신호를 검출하는 신호 검출부;
    상기 검출되는 신호로부터 표적의 지역 좌표계 상의 좌표값을 획득하고, 상기 표적의 지역 좌표계 상의 좌표값을 전역 좌표계 상의 좌표값으로 변환하는 좌표계 연산부; 및
    상기 표적의 전역 좌표계 상의 좌표값을 기초로 빔(beam)의 중심이 상기 표적을 향하도록 상기 안테나부를 제어하는 안테나 제어부를 포함하고,
    상기 표적 추적 장치는,
    로빙(lobing) 중심축의 전역 방위각 및 전역 고각으로부터 상기 빔의 로빙 궤적을 생성하는 궤적 생성부를 더 포함하고,
    상기 안테나 제어부는,
    상기 로빙 궤적의 전역 방위각 및 전역 고각을 기초로 상기 빔의 중심이 상기 로빙 궤적을 따라 이동하도록 상기 안테나부를 또한 제어하는
    안테나 시스템의 표적 추적 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 좌표계 연산부는,
    상기 검출되는 신호로부터 상기 표적의 지역 좌표계 상의 지역 방위각 및 지역 고각을 계산하고,
    상기 표적의 상기 지역 방위각 및 상기 지역 고각을 상기 표적의 상기 전역 좌표계 상의 전역 방위각 및 전역 고각으로 변환하는
    안테나 시스템의 표적 추적 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 좌표계 연산부는,
    상기 안테나부를 통해 수신되는 상기 신호의 합과 차를 계산하여 상기 표적의 상기 지역 좌표계 상의 좌표값을 계산하는
    안테나 시스템의 표적 추적 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 좌표계 연산부는,
    상기 안테나부의 양의 지역 방위각과 음의 지역 방위각에 대해 수신된 신호의 합과 차를 계산하고, 상기 안테나부의 양의 지역 고각과 음의 지역 고각에 대해 수신된 신호의 합과 차를 계산하여 상기 표적의 상기 지역 좌표계 상의 좌표값을 계산하는
    안테나 시스템의 표적 추적 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 궤적 생성부는,
    상기 신호의 수신을 위한 복수의 지점을 지나는 최단 궤적을 상기 로빙 궤적으로서 생성하는
    안테나 시스템의 표적 추적 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 최단 궤적은, 상기 로빙 중심축을 중심으로 하는 사각형 패턴을 갖는
    안테나 시스템의 표적 추적 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나부는,
    특정 방향으로 신호를 송신하거나 특정 방향으로부터의 신호를 수신하도록 빔을 생성하는 안테나; 및
    소정의 방향을 향하도록 상기 안테나를 이동시키는 안테나 구동부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 표적의 전역 좌표계 상의 좌표값을 기초로 상기 안테나가 상기 표적을 향하도록 상기 안테나 구동부를 제어하는
    안테나 시스템의 표적 추적 장치.
  9. 안테나 시스템의 표적 추적 방법으로서,
    안테나를 통해 수신되는 신호로부터 표적의 지역 좌표계 상의 좌표값을 획득하는 단계;
    상기 표적의 지역 좌표계 상의 좌표값을 전역 좌표계 상의 좌표값으로 변환하는 단계; 및
    상기 표적의 전역 좌표계 상의 좌표값을 기초로 빔의 중심이 상기 표적을 향하도록 상기 안테나를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 표적 추적 방법은,
    로빙 중심축의 전역 방위각 및 전역 고각으로부터 상기 빔의 로빙 궤적을 생성하는 단계; 및
    상기 로빙 궤적의 전역 방위각 및 전역 고각을 기초로 상기 빔의 중심이 상기 로빙 궤적을 따라 이동하도록 상기 안테나를 제어하는 단계를 더 포함하는
    안테나 시스템의 표적 추적 방법.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 변환하는 단계는,
    상기 수신되는 신호로부터 상기 표적의 지역 좌표계 상의 지역 방위각 및 지역 고각을 계산하는 단계; 및
    상기 표적의 상기 지역 방위각 및 상기 지역 고각을 상기 표적의 상기 전역 좌표계 상의 전역 방위각 및 전역 고각으로 변환하는 단계를 포함하는
    안테나 시스템의 표적 추적 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 획득하는 단계는,
    상기 안테나를 통해 수신되는 상기 신호의 합과 차를 계산하는 단계; 및
    상기 합과 차를 기초로 상기 표적의 지역 좌표계 상의 좌표값을 계산하는 단계를 포함하는
    안테나 시스템의 표적 추적 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 합과 차를 계산하는 단계는,
    상기 안테나의 양의 지역 방위각과 음의 지역 방위각에 대해 수신된 신호의 합과 차를 계산하는 단계; 및
    상기 안테나의 양의 지역 고각과 음의 지역 고각에 대해 수신된 신호의 합과 차를 계산하는 단계를 포함하는
    안테나 시스템의 표적 추적 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 로빙 궤적을 생성하는 단계는,
    상기 신호의 수신을 위한 복수의 지점을 지나는 최단 궤적을 상기 로빙 궤적으로서 생성하는 단계를 포함하는
    안테나 시스템의 표적 추적 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 최단 궤적은, 상기 로빙 중심축을 중심으로 하는 사각형 패턴을 갖는
    안테나 시스템의 표적 추적 방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 표적의 전역 좌표계 상의 좌표값을 기초로 빔의 중심이 상기 표적을 향하도록 상기 안테나를 제어하는 단계는,
    상기 표적의 전역 좌표계 상의 좌표값을 기초로 상기 표적을 향하도록 상기 안테나를 이동시키는 단계를 포함하는
    안테나 시스템의 표적 추적 방법.
  17. 명령어를 포함하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능 기록 매체로서,
    상기 명령어는,
    안테나를 통해 수신되는 신호로부터 표적의 지역 좌표계 상의 좌표값을 획득하는 단계;
    상기 표적의 상기 지역 좌표계 상의 좌표값을 전역 좌표계 상의 좌표값으로 변환하는 단계; 및
    상기 표적의 전역 좌표계 상의 좌표값을 기초로 빔의 중심이 상기 표적을 향하도록 상기 안테나를 제어하는 단계를 수행하고,
    상기 명령어는,
    로빙 중심축의 전역 방위각 및 전역 고각으로부터 상기 빔의 로빙 궤적을 생성하는 단계; 및
    상기 로빙 궤적의 전역 방위각 및 전역 고각을 기초로 상기 빔의 중심이 상기 로빙 궤적을 따라 이동하도록 상기 안테나를 제어하는 단계를 더 수행하는
    프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
  18. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서,
    상기 프로그램은,
    안테나를 통해 수신되는 신호로부터 표적의 지역 좌표계 상의 좌표값을 획득하는 단계;
    상기 표적의 상기 지역 좌표계 상의 좌표값을 전역 좌표계 상의 좌표값으로 변환하는 단계; 및
    상기 표적의 전역 좌표계 상의 좌표값을 기초로 빔의 중심이 상기 표적을 향하도록 상기 안테나를 제어하는 단계를 수행하고,
    상기 프로그램은,
    로빙 중심축의 전역 방위각 및 전역 고각으로부터 상기 빔의 로빙 궤적을 생성하는 단계; 및
    상기 로빙 궤적의 전역 방위각 및 전역 고각을 기초로 상기 빔의 중심이 상기 로빙 궤적을 따라 이동하도록 상기 안테나를 제어하는 단계를 더 수행하는
    컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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