KR101953355B1 - 배열안테나 응용 시스템의 보정 계수 처리방법 - Google Patents

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Abstract

배열안테나 응용 시스템의 보정 계수 처리방법을 개시한다.
본 발명의 실시예에 따른 보정 계수 처리방법은 제1 기준신호 발생기로부터 수신된 기준 RF 신호를 이용하여 전자부에 대한 기준채널 보정 계수를 산출하고, 상기 기준채널 보정 계수를 기반으로 상기 전자부에 대한 제1 보정 계수를 산출하는 제1 보정 계수 추출 단계; 및 제2 기준신호 발생기로부터 수신된 기준 RF 신호를 이용하여 시스템 전체에 대한 시스템 보정 계수를 산출하고, 상기 시스템 보정 계수 및 상기 제1 보정 계수를 기반으로 배열안테나에 대한 제2 보정 계수를 산출하는 제2 보정 계수 추출 단계를 포함할 수 있다.

Description

배열안테나 응용 시스템의 보정 계수 처리방법{Method for Processing Correction Coefficient of Array Antenna Application System}
본 발명은 배열안테나 응용 시스템에 포함된 배열안테나와 전자부의 보정 계수를 각각 획득하여 적용 처리하는 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
다중 소자의 배열안테나(110)를 이용하여 재밍신호를 제거하는 장치(위성항법 항재밍장치), 방향 및 위치탐지를 하는 장치(전파감시장치) 등에는 공간 신호처리 혹은 시공간 신호처리(이하, '(시)공간 신호처리'로 기재)를 이용한 배열안테나 응용 시스템(100)이 많이 활용되고 있다. 이러한 배열안테나 응용시스템(100)은 다중 안테나 소자로 구성되어 RF신호(RF대역신호)를 수신하는 배열안테나(110)와 배열안테나를 통해 수신된 입력신호를 이용하여 (시)공간 신호처리를 하여 재밍신호를 제거하거나(재밍신호 제거와 함께 빔포밍을 동시에 하는 경우 포함), 방향 및 위치탐지를 하여 그 결과를 출력하는 전자부(120)로 구성된다. 이러한 배열안테나 응용시스템(100)의 동작을 보면 다음과 같다.
먼저 배열안테나(110)는 N 개의 안테나 소자로 구성되며 공중으로 들어오는 RF신호를 수신하기 좋은 장소에 설치되며, RF신호는 N 개의 안테나 소자를 통해 동시에 수신된다. 여기서, N 개의 안테나 소자들은 위치가 서로 달라서 수신되는 RF신호 사이에는 지연시간이 생긴다. N 개의 안테나 소자로 수신된 RF신호들은 전자부(120)로 전달되어 시스템 목적에 맞게 (시)공간 신호처리된다.
배열안테나 응용시스템(100)의 전자부(120)의 동작은 다음과 같다.
N 개의 소자로 구성된 배열안테나(110)를 통해서 들어온 N 개의 RF신호들은 RF/IF변환반(121)에서 아날로그 IF신호로 변환된 후, AD변환반(122)에서 디지털 IF신호로 변환되거나, 직접 기저대역(BB : Base Band) 신호로 변환되어, 1차 신호처리반(123)으로 들어간다.
1차 신호처리반(123)에서 디지털 IF 신호는 (시)공간 신호처리 알고리즘을 구현하기에 좋은 기저대역(BB : Base Band)신호로 변환되어 (시)공간 신호처리 알고리즘의 입력신호로 들어가 (시)공간 신호처리 알고리즘이 수행된다.
배열안테나 응용시스템(100)이 위성항법 항재밍장치인 경우에는 재밍신호가 제거되고 원하는 신호인 위성항법 신호만 남게 되어 2차 신호처리반(124)에 넘겨지고, 배열안테나 응용시스템(100)이 방향/위치탐지 시스템의 경우에는 1차 신호처리반(123)에서 방향정보가 추출되어 2차 신호처리반(124)으로 넘겨진다.
2차 신호처리반(124)은 위성항법 항재밍장치인 경우에는 위성항법수신반이 되며, 방향/위치탐지 시스템의 경우에는 위치탐지 신호처리반이 된다. 2차 신호처리반(124)에서 나온 최종 결과는 외부 접속반(126)을 통해서 배열안테나 응용시스템(100)의 결과를 사용하는 플랫폼 주제어 시스템(140)에 제공된다.
또한 외부접속반(126)은 플랫폼 주제어 시스템(140)이 배열안테나 응용시스템(100)을 감시하며 제어할 수 있는 접속기능도 제공한다.
전원공급반(127)은 배열안테나 응용시스템 내부에 필요한 전원을 공급하는 역할을 수행한다. 관성항법장치 접속반(125)은 관성항법장치(130)와 접속을 해주는 역할을 수행한다. 위성항법 항재밍장치의 경우 항법위성을 향해 빔을 형성하여 추가적인 이득을 얻고자 하는 빔포밍 알고리즘을 사용할 때만 적용되며, 관성항법장치(130)으로부터 빔포밍 알고리즘에 필요한 플랫폼의 자세 및 위치정보를 수신하는데 필요한 접속 기능을 제공한다. 위성항법 항재밍장치 중 빔포밍을 사용하지 않는 전력 최소화(Power Minimization) 알고리즘의 경우에는 관성항법장치(130)와 관성항법장치 접속반(125)이 사용되지 않는다. 방향/위치탐지 시스템의 경우에는 기준방향을 계산하는데 필요한 플랫폼의 자세 및 위치정보를 얻기 위해 관성항법장치(130)와 관성항법장치 접속반(125)이 필요하다.
전술한 전자부(120)의 구성은 논리적인 구성으로서 실제 구현 시에는 설계에 따라서 구성품들이 서로 결합되거나 분리 또는 삭제될 수 있다. 위성항법수신기는 도 1에 도시된 바와 같이, 배열안테나 응용시스템(100)의 전자부(120) 내부 즉, 2차 신호처리반(124) 내에 포함된 내장형으로 구현될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 전자부(120)의 외부에 별도로 장착되는 외장형으로 구현될 수 있다.
배열안테나 응용시스템(100)은 다중 채널을 이용하는 (시)공간 신호처리 시스템으로서, 이 알고리즘의 기본 전제는 배열안테나(110)와 전자부(120) 회로의 각 채널특성이 균일하게 되어 있는 것을 전제로 하며, 이때 최고의 성능을 구현할 수 있다. 하지만, 실제 시스템은 배열안테나 소자 간의 상호간섭, 각 소자별 특성 차이 및 소자들 장착 시 빔 특성의 변화, 각 채널간의 길이 차이, 안테나 위상중심의 차이 등 다양한 요인으로 채널들의 특성이 균일하지 않은 경우가 대부분이다. 이처럼 균일화가 되지 않았을 때에는 도 5의 (a)와 같이 각 채널별 입력신호들의 신호전력과 위상이 균일하지 못한 특성을 보여 준다. 이를 보정하여 신호전력과 위상특성을 균일화하기 위한 작업이 보정작업으로서, 먼저 보정 계수 추출 과정과 보정 계수 적용과정으로 나눌 수 있다.
도 2에서는 보정 계수를 추출하기 위한 시스템 구성을 나타낸다. 이러한 보정 계수 추출은 일반적으로 도 3에 도시된 무반향 챔버에서 진행되며, 보정 계수를 추출하기 위한 시스템 구성은 도 2에 도시된 바와 같이 크게 기준 RF신호 발생부(200), 보정대상 시스템(210)과 보정대상 시스템을 통해 수신된 데이터를 수신처리하는 데이터 분석처리부(220)로 구성된다. 보정 계수 추출 시스템은 기본적으로 다중 채널 시스템의 채널들의 이득과 위상특성을 균일하게 만드는 것이 주요 목표이며, 도 4는 보정 계수 추출 시스템의 보정 계수 추출 알고리즘을 나타낸 예시도이다. 도 4를 참조하면, 보정 계수 추출 시스템은 먼저 배열안테나 소자별로 입력된 N 개 채널들이 채널별로 K 개의 데이터를 입력 데이터로 하여(300) 신호전력의 평균을 측정하여 정규화(310, 311, Normalization)를 한다. 다음 기준 채널과의 시간지연 추정치를 계산한 후(320), 위상보정 벡터를 구한다(321). 이상의 두 과정을 통해서 보정 매트릭스(Gcal)를 산출한다(330). 보정 계수 추출 시스템은 수신된 입력신호에 보정 매트릭스(Gcal)를 곱하여 입력신호의 전력 및 위상 특성을 균일화 시킨 후, (시)공간 신호처리 알고리즘을 처리되도록 한다.
이상의 보정 계수 추출 및 보정 계수 적용을 한 결과는 도 5에 도시되어 있다. 도 5의 (a)는 보정처리 전의 특성으로서 N 개 채널의 채널별 입력 신호전력과 위상특성이 균일하지 못한 특성을 보여준다. 도 5의 (b)는 보정처리 후의 특성으로서, N 개의 채널들의 각 채널별 입력 신호의 전력과 위상 특성이 거의 일치하는 결과를 볼 수 있다.
전술한 보정 계수 추출 방식은 종래의 레이더나 방향탐지/위치탐지 장비와 같은 배열안테나 응용시스템(100)에서 통상 사용되던 방식으로서, 서로 다른 제작업체로부터 배열안테나(110)와 전자부(120) 각각을 공급받아 전체 시스템을 조립한 후, 이를 대상으로 초정밀 보정 작업을 수행해야만 한다. 레이더나 방향탐지/위치탐지 장비들은 매우 높은 성능이 요구되어 시간과 비용이 소요되어도 초정밀 보정 작업을 한 후 운용되며, 배열안테나 응용시스템(100)의 생산 시 초정밀 보정 작업은 제작에 소요되는 시간과 비용을 상당부분 증가시킨다.
위성항법 항재밍장치나 방향탐지/위치탐지 장치가 유도 비행체 등에 적용되는 경우에는 비교적 많은 수량이 제작되어야 하고, 제작시 시간과 비용을 최대한 절약할 수 있어야 한다. 따라서, 종래의 초정밀 보정 방식에 비해 대량생산에 적합한 보정 계수 추출 방안이 필요하다.
또한 배열안테나 응용시스템(100)의 보관이나 운용 중에 배열안테나(110) 및 전자부(120) 중 하나가 파손이나 고장 등의 사유로 교체되어야 하면, 기존의 보정 계수를 사용할 수 없으며, 배열안테나 응용시스템(100) 전체에 대한 보정작업을 다시 해야만 하는 문제가 발생한다. 이러한 배열안테나 응용시스템(100)이 독립된 장비이면 문제가 적으나, 유도 비행체와 같이 큰 시스템에 부체계로 설치되는 경우에는 이를 떼어내어 별도의 시험을 한 후 다시 장착해야 하거나, 전체 시스템을 무반향 챔버로 옮겨 보정 작업을 다시 해야 함에 따라 시간과 비용 소요는 물론 장비의 운용상 공백도 발생할 수 있다.
본 발명은 배열안테나 응용시스템에 포함된 배열안테나 및 전자부 각각에 대한 보정 계수를 추출하고, 각각의 보정 계수를 이용하여 산출된 통합 보정 계수에 근거하여 입력신호를 보정 처리하는 배열안테나 응용 시스템의 보정 계수 처리방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 목적을 달성하기 위한 보정 계수 처리방법은 제1 기준신호 발생기로부터 수신된 기준 RF 신호를 이용하여 전자부에 대한 기준채널 보정 계수를 산출하고, 상기 기준채널 보정 계수를 기반으로 상기 전자부에 대한 제1 보정 계수를 산출하는 제1 보정 계수 추출 단계; 및 제2 기준신호 발생기로부터 수신된 기준 RF 신호를 이용하여 시스템 전체에 대한 시스템 보정 계수를 산출하고, 상기 시스템 보정 계수 및 상기 제1 보정 계수를 기반으로 배열안테나에 대한 제2 보정 계수를 산출하는 제2 보정 계수 추출 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면,보정 계수 처리방법은 전자부에 대한 제1 보정 계수 및 배열안테나에 대한 제2 보정 계수 각각을 획득하는 보정 계수 획득 단계; 상기 제1 보정 계수 및 상기 제2 보정 계수를 이용하여 통합 보정 계수를 산출하는 통합 보정 계수 추출 단계; 및 상기 통합 보정 계수가 적용된 보정 필터링 처리를 통해 입력 신호를 기저대역 신호로 보정하는 입력신호 보정 처리 단계를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 향후 빔포밍 방식이나 방향탐지 등을 위한 배열안테나 응용시스템(100)의 전력화 시에 배열안테나(110)와 전자부(120) 각각 추출하여 저장한 보정 계수만 있으면 임의의 배열안테나(110)와 전자부(120) 조합으로 조립해도 그 둘의 보정 계수로부터 통합 보정 계수를 도출하여 바로 적용할 수 있어서, 별도의 보정작업을 하지 않고도 바로 동작시킬 수 있어서 제작 및 운용 시 비용과 시간을 절약할 수 있다.
둘째, 배열안테나(110)와 전자부(120) 제작업체에서 상대 장비가 없어도 각각 독립적으로 보정 계수 추출 작업을 할 수 있어서 신속하고 효율적으로 생산 및 보정 계수 추출작업을 할 수 있고, 제작비용도 절감할 수 있다.
추가적으로 운용중에 배열안테나(110)나 전자부(120) 중의 어느 하나가 파손이나 고장 등 이상이 생겨 교체해야 할 때, 교체한 후에 별도의 보정 계수 추출작업 없이 배열안테나(110)와 전자부(120) 각각의 보정 계수를 이용하여 통합 보정 계수를 바로 적용하여 사용할 수 있어서, 비용과 시간이 절약되고, 기 운용되던 장비의 공백을 최소화할 수 있다.
도 1은 일반적인 배열안테나 응용 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 종래의 보정 계수 처리 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 3은 종래의 보정 계수 처리를 위한 무반향 챔버를 나타낸 도면이다.
도 4는 종래의 보정 계수 추출 알고리즘을 나타낸 순서도이다.
도 5는 일반적인 보정 계수 추출을 통한 보정 처리 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 보정 계수 처리 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전자부의 1차 신호 처리반의 구성을 나타낸 블록 구성도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제1 기준채널 보정 계수 산출 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전자부 보정 계수 산출 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제2 기준채널 보정 계수 산출 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 배열안테나 보정 계수 산출 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 입력신호 보정을 위한 1차 신호 처리반의 구성을 나타낸 블록 구성도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 보정 계수 처리장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 보정 계수 처리방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다. 이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명에서 제안하는 배열안테나 응용 시스템의 보정 계수 처리방법에 대해 자세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 위성항법 항재밍장치나 방향탐지/위치탐지용 배열안테나 응용시스템(100)이 유도 무기 등에 적용되는 경우처럼 비교적 대량으로 제작되어야 하고, 비교적 낮은 단가로 제작 시 시간과 비용을 최대한 줄여야 하는 시스템과 추후 운용 시에도 배열안테나(110)와 전자부(120) 중 하나가 고장이나 이상 시에 이를 교체하여 신속히 정상화 시켜야 하는 배열안테나 응용시스템(100)을 주요 대상으로 한다.
본 발명은 향후 빔포밍 방식이나 방향탐지 등을 위한 배열안테나 응용시스템(100)의 전력화 시에 배열안테나(110)와 전자부(120) 각각에 대해 추출하여 저장한 보정 계수를 이용함으로써, 임의의 배열안테나(110)와 전자부(120)의 조합으로 조립하더라도 별도의 보정작업이 필요없이 시스템을 운용할 수 있다. 또한, 본 발명은 배열안테나(110)와 전자부(120) 각각에 대해 추출하여 저장한 보정 계수를 이용함으로써, 제작 및 운용 시 비용과 시간을 절약할 수 있으며 특히 저비용으로 신속한 대량생산에 적합한 기술이다. 추가적으로, 본 발명은 장비운용 중에도 배열안테나(110)나 전자부(120) 중 하나를 교체하더라도 교체 후 별도의 보정 계수 추출작업 없이 배열안테나(110)와 전자부(120) 각각에 대해 기 측정된 보정 계수 자료만으로 바로 교체 및 사용이 가능하도록 하는 기술이다.
본 발명의 보정 계수 처리 동작은 N(N은 자연수) 개의 안테나 소자를 가진 배열안테나 응용시스템(100)의 보정 계수를 추출하는 단계와 추출된 보정 계수를 배열안테나 응용시스템(100)에 적용하는 단계로 구분될 수 있다. 여기서, 보정 계수를 추출하는 단계는 도 6 내지 도 11에서 설명하고, 추출된 보정 계수를 적용하는 단계는 도 12에서 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 보정 계수 처리 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
보정 계수 처리 시스템은 전자부(120, 410)에 대한 전자부 보정 계수를 추출하는 단계(도 6의 (a))와 시스템에 대한 배열안테나/전자부 보정 계수를 추출하는 단계(도 6의 (b))로 구분될 수 있다.
전자부 보정 계수는 시험 장비와 제작된 전자부(120)를 사용하여 구한다. 또한, 배열안테나/전자부 보정 계수는 전자부(120) 보정 계수 추출 과정을 거친 배열안테나 보정 계수 추출 전용 기준 전자부(453)와 제작된 배열안테나(110) 및 시험장비를 이용하여 무반향 챔버에서 구한다.
이하, 도 6의 (a)를 참조하여 보정 계수 처리 시스템에서 전자부 보정 계수를 추출하는 동작을 설명하도록 한다.
전자부(120, 410) 보정 계수 추출을 위한 시험 구성은 도 6의 (a)와 같이, 크게 제1 기준 RF신호 발생부(400), 제1 보정대상 시스템(410)과 보정대상 시스템을 통해 수신된 데이터를 처리하는 데이터분석 처리부(420)로 구성된다.
제1 기준 RF신호 발생부(400)는 배열안테나 응용시스템(100)에서 사용하는 주파수 대역의 신호레벨과 파형이 일정한 기준 RF신호를 N 개 채널로 일정하게 내보내는 역할을 하며, 기준 RF신호 발생기(401)와 1:N 분배기(402)로 구성된다.
제1 보정대상 시스템(410)은 보정 계수를 구하는 대상 시스템으로서, 배열안테나 응용시스템의(100)의 전자부(120,410)의 전체 또는 일부 구성에 대응될 수 있다.
데이터 분석처리부(420)는 제1 기준 RF 발생부(400)와 제1 보정 대상 시스템(410)에 의해 만들어진 측정 신호를 제1 보정 대상 시스템(410)으로부터 제공받고, 이를 이용하여 보정 계수를 추출한 후 저장하여 필요 시 보정 계수를 제공하는 역할을 한다. 보정 계수 추출은 전자부(120)에 소프트웨어를 추가하여 구현될 수 있다. 보정 계수 추출은 데이터 분석 제어기(421)가 전자부(120)를 감시 및 제어를 하면서 수행될 수 있다. 데이터 분석처리부(420)는 최종 추출된 보정 계수 데이터를 저장하여 필요 시 제공한다.
보정 계수 추출은 전자부(120)에서 수행하는 것으로 기재하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 데이터 분석 제어기(421)에서 수행될 수도 있다. 이 경우 전자부(120)는 측정 신호를 데이터 분석 제어기(421)에 전달하는 기능만을 수행한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전자부의 1차 신호 처리반의 구성을 나타낸 블록 구성도이다.
도 7을 참조하면, 제1 기준 RF신호 발생부(400)에서 1:N 분배기(402)를 통해서 들어온 N 개의 기준 RF신호들은 RF/IF변환반(121), AD변환반(122)을 거쳐 1차 신호처리반(123,500)으로 들어간다. 1차 신호처리반(123,500)에서의 보정 계수 추출 과정은 다음과 같다.
먼저 RF/IF변환반(121)에서 IF신호(RF/IF반(121)에서 직접 BB신호로 변환시킨 경우는 BB신호)로 하향변환된 N 개의 아날로그 신호는 디지털 신호처리가 가능하도록 AD변환반(122,501)에서 AD변환이 되어 1차 신호처리반(123,500)으로 전달된다. 여기서, AD변환반(122,501)은 시스템 설계에 따라 하드웨어적으로 1차 신호처리반(123,500) 내에 포함될 수도 있다.
AD변환반(122,501)에서 들어온 N 개의 디지털 IF신호는 IF/BB변환모듈(504)에서 N 개의 BB신호로 변환되어 저역필터링(505, LPF : Low Pass Filtering, 이하 LPF로 칭함)된 후(만일 RF/IF변환반(121)에서 BB신호로 직접 변환된 경우는 IF/BB변환모듈(504)을 거치지 않고 바로 LPF(505)를 거친다) 보정 계수 추출 알고리즘 모듈(506)의 입력 신호로 들어간다.
전자부(120) 보정 계수는 기준 채널 보정 계수를 구하고(도 8), 보정된 기준 채널을 사용하여 전자부(120) 나머지 2 ~ N 번 채널들의 보정 계수를 구하며(도 9) 각각의 동작에 대한 구체적인 내용은 다음과 같다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제1 기준채널 보정 계수 산출 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 전자부(120) 기준채널(1번 채널)의 보정 계수 추출하는 동작(제1 과정)을 설명하도록 한다. 이 과정은 전자부(120) 기준 채널의 보정 계수를 추출하는 과정으로서, 보정 성능을 좌우하는 중요한 과정에 해당한다.
전자부(120) 기준 채널 보정 계수 추출 알고리즘은 도 8과 같이 제1 기준 RF신호 발생부(400)와 제1 보정 계수 추출 적응 필터부(610)에서 처리된다.
제1 기준 RF신호 발생부(400)는 제1 보정 계수 추출 적응 필터부(610)의 동작에 필요한 기준 BB신호와 기준 RF신호를 발생시키는 역할을 한다.
제1 보정 계수 추출 적응 필터부(610)는 전자부(120)의 하드웨어를 그대로 사용하며 소프트웨어만 보정 계수 추출용으로 바꾼 것이다. 모든 알고리즘은 1차 신호처리반(123,500)의 보정 계수 추출 알고리즘 모듈(506)에서 수행된다.
제1 기준 RF신호 발생부(400)에서 전자부(120)에 입력된 기준 RF신호는 RF/IF변환반(121), AD변환반(122), IF/BB변환모듈(504), LPF(505)까지의 Front-end(611)를 거쳐 입력되면서 매 샘플시간별로 지연/저장되어(613) [수학식 1]과 같이 보정 계수 추출 알고리즘 모듈(506)의 입력 신호로 사용된다.
기준 BB신호발생기(403)에 의해 발생된 기준 BB신호는 적응필터 알고리즘의 제1 기준 신호(617) y1(n)으로 사용된다. 도 8의 전자부(120) 기준채널 보정 계수 추출 알고리즘의 세부내역은 아래와 같다.
Figure 112018102784814-pat00001
Figure 112018102784814-pat00002
Figure 112018102784814-pat00003
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여기서, M은 필터 계수의 개수이고, n은 샘플링 이산시간(Discrete Time)을 나타낸다. μ(n)은 μ(n) = μo/(ε+∥x 1(n)∥2)로 정규화되는(Normalized) 적응필터 step size로서 입력신호의 전력에 관계없이 일정한 수렴특성을 가진다(NLMS(Normalized Least Mean Square) 알고리즘, μo는 전력이 1인 경우의 step size, ε은∥x 1(n)∥2=0인 경우를 대비한 양의 상수).
만일 μo만을 사용하면 일반 LMS 알고리즘이 되며, 입력신호의 전력이 일정한 경우 적용할 수 있다. 전술한 알고리즘을 수행하여 적응필터 오차 e1(n)이 정해진 값 이하로 수렴한 때의 적응필터계수 w e,1(n)를 전자부(120) 기준채널용 보정 계수라 하며, 전자부(120) 기준채널(1번 채널)을 기준으로 전자부(120) 2 ~ N 번 채널들의 보정 계수를 추출할 때, 기준채널 신호를 만들어내는데 필요한 보정 필터계수가 된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전자부 보정 계수 산출 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 전자부(110) 제1 기준채널(1번 채널) 신호 발생부(620)의 동작(제2 과정)을 설명하도록 한다.
제1 과정을 통해서 기준채널의 비이상적인 특성을 보정해 주는 기준채널 보정 계수를 추출하였고 이 보정 계수를 적용하여 발생시킨 기준채널 신호는 다른 채널들의 보정 계수 추출 시 기준 신호가 된다.
제1 기준채널 신호발생부(620)는 제1 과정에서 추출된 기준채널 보정 계수 (적응필터계수 w e,1(n))를 사용하여 제1 L(L = 2 ~ N)번 채널 적응필터부(630)의 동작을 위한 제1 기준채널 신호(627, 637)을 발생시키며, 그 세부내역은 아래와 같다.
Figure 112018102784814-pat00006
Figure 112018102784814-pat00007
Figure 112018102784814-pat00008
여기서, M은 필터 계수 수이고, n은 샘플링 이산시간을 나타낸다.
이하, 전자부(120)에 대한 제1 L번 채널 적응필터부(630)가 동작(제3 과정)을 설명하도록 한다.
기준채널을 제외한 나머지 L = 2 ~ N 번 채널들은 제1 과정 및 제2 과정에서 구한 기준채널 신호를 기준으로 적응필터링을 하여 각각의 보정 계수를 추출하며, 그 세부 내역은 아래와 같다.
Figure 112018102784814-pat00009
Figure 112018102784814-pat00010
Figure 112018102784814-pat00011
Figure 112018102784814-pat00012
Figure 112018102784814-pat00013
μ(n)와 μo는 제1 과정에서 설명한 내용과 동일하므로 그 기재를 생략하도록 한다. 위의 과정은 기준채널(1번 채널)을 제외한 L = 2 ~ N 번 채널에 대해서 동시 혹은 순차적으로 수행한다. 단 순차적으로 할 때는 기준 RF신호는 동일한 신호를 반복적으로 사용하여 동일 조건을 유지한다.
이하, 전자부(120) 보정 계수를 산출하는 동작(제4 과정)을 설명하도록 한다.
전술한 제2 과정 및 제3 과정(수학식 6 내지 13의 과정)을 동작시켜 적응필터 오차 eL(n)이 정해진 값 이하로 수렴하면, 필터계수 w e,L(n) (L = 2 ~ N)도 일정한 값으로 수렴하게 되며, 이 수렴된 필터계수가 보정 계수이며 전자부(120) 보정 필터의 계수로 사용된다.
전자부(120) 보정 계수 추출을 위한 시험구성에서 각 구성품들이 모두 선형영역에서 동작한다고 가정하고, 시간영역의 보정 계수 벡터 w e(n)을 주파수 영역으로 나타내면 다음과 같이 각 구성품들의 주파수영역 보정 계수들의 곱으로 나타낼 수 있다.
Figure 112018102784814-pat00014
Figure 112018102784814-pat00015
여기서, We,1는 주파수영역으로 표시한 전자부(120) 기준채널 보정 계수이고, We,L은 주파수 영역으로 표시한 전자부(120) L번 채널 보정 계수이다(L = 2 ~ N). We,R-RF는 전자부(120) 보정을 위한 기준 RF신호 발생기(401)의 주파수 영역 보정 계수, We,splitter_m은 1:N 분배기(402) m번(m = 1 ~ N) 채널의 주파수 영역 보정 계수이며, We,F-end_m은 전자부(120) Front-end(611, 621) m(m = 1 ~ N)번 채널의 주파수 영역 보정 계수이다.
[수학식 14] 및 [수학식 15]에서 알 수 있듯이, 제2 과정 및 제3 과정에서 구해진 전자부(120) 보정 계수 w e,m(n) (m = 1 ~ N, 주파수 영역에서는 We,m)은 기준 RF신호 발생기(602)와 1:N 분배기(402)의 보정 계수 성분이 들어있다.
다만, 기준 RF신호 발생기(602)와 1:N 분배기(402)는 기준 장비이므로 정밀 제작하여 최적 영역에서 동작시켜 그 영향을 무시할 정도로 작게 만들거나, 필요한 경우 그 성분을 정밀하게 측정하여 그 영향을 제거할 수 있다. 여기서는 위 2가지 성분의 영향을 무시하고 제2 과정 및 제3 과정에서 도출된 전자부(120) 보정 계수로 그대로 사용하기로 한다.
이상의 전자부(120) 보정 계수는 외부접속모듈(507)를 통해서 데이터 분석처리부(420)의 제1 데이터 분석 제어기(421)로 전달되어 추후 전자부 보정 계수(422, 제1 보정 계수)로 저장되고 전자부(120)와 배열안테나(110) 보정 필터 계수를 구하는데 사용될 수 있다.
이하, 도 6의 (b)를 참조하여 보정 계수 처리 시스템에서 배열안테나 보정 계수를 추출하는 동작을 설명하도록 한다.
배열안테나(110, 440) 보정 계수 추출은 배열안테나(110)만의 보정 계수를 추출하는 과정으로서, 배열안테나(110)를 사용하므로 무반향 챔버에서 수행하며, 먼저 배열안테나(110)와 전자부(120) 전체 시스템에 대한 보정 계수를 구한 후 배열안테나(110)만의 보정 계수를 구한다.
시험 구성은 도 6의 (b)와 같이, 크게 제2 기준 RF신호 발생부(430), 보정대상 시스템(440, 여기서는 배열안테나(110)) 및 수신된 신호를 처리하여 보정 계수를 추출하는 데이터분석 처리부(450)로 구성된다.
제2 기준 RF신호 발생부(430)는 배열안테나 응용시스템(100)에서 사용하는 주파수 대역의 신호레벨과 파형이 일정한 기준 RF신호를 안테나를 통해서 공중으로 일정하게 출력하는 역할을 하며, 기준 RF신호 발생기(431)와 기준 RF신호 안테나(432)로 구성된다. 제2 보정 대상 시스템(440)은 배열안테나(110, 440)가 된다.
제2 기준 RF신호 발생부(430)의 기준 RF신호 안테나(432)의 중심은 배열안테나(110, 440) 중앙에 정확히 맞춰지고(434) 원거리 음장(Far Field) 조건을 만족하도록 기준 RF신호 안테나(432)와 배열안테나(110, 440)사이에 충분한 간격을 두어 배열안테나(110, 440)의 모든 안테나 소자에 기준 RF신호가 평면파 형태로 동일하게 수신되도록 한다.
제2 데이터 분석 처리부(450)는 안테나 장착대(451), 기준 전자부(453), 제2 데이터 분석 제어기(454)로 구성된다. 안테나 장착대(451)는 배열안테나를 장착하기 위한 장치이다.
기준 전자부(453)는 전자부(120)의 하드웨어를 그대로 활용하고 소프트웨어만 보정 계수 계산용으로 변경한 보정 계수 추출작업 전용 장비로서, 기준 전자부(453)는 사전에 도 6의 (a)의 전자부(120) 보정 절차를 통해서 얻어진 보정 계수를 보정 필터(806)에 사용하여 전자부(120)에 의한 왜곡을 보정한다. 이 기준 전자부(453)는 모든 배열안테나(110)의 제작 과정에서 배열안테나 보정작업에 반복적으로 사용된다.
제2 데이터 분석 제어기(454)는 기준 전자부(453)의 보정 계수 추출 작업을 감시 또는 제어하며, 이를 통해 계산된 보정 계수를 최종 처리하여 저장한 후 이를 외부로 제공하는 역할을 한다. 그 보정 계수 추출 과정은 다음과 같다.
먼저 제2 기준 RF신호 발생부(430)에서 공중으로 출력되어 배열안테나(110,440)에 수신되어 전자부(120)에 입력된 N 개 채널의 기준 RF신호는 각 채널별로 RF/IF변환반(121), AD변환반(122), IF/BB변환모듈(504), LPF(505)까지의 Front-end(711, 721, 731)를 거쳐 입력되면서 매 샘플시간별로 지연/저장되어(713, 723, 733) 보정 계수 추출 알고리즘모듈(506)의 입력 신호로 들어간다.
배열안테나(110,440) 보정 계수는 먼저 배열안테나(110)와 기준 전자부(453) 특성이 모두 포함된 배열안테나(110)/전자부(120) 전체(이하 배열안테나/전자부로 칭함)의 보정 계수를 구하고 이 배열안테나/전자부 보정 계수와 도 6의 (a)의 과정을 통해 구한 기준 전자부(453) 보정 계수를 이용하여 배열안테나(110)만의 보정 계수를 구한다.
배열안테나/전자부 보정 계수는 먼저 배열안테나/전자부 기준(1번) 채널 보정 계수를 구하고(도 10), 보정된 배열안테나/전자부 기준 채널을 사용하여 배열안테나/전자부의 나머지 2 ~ N 번 채널들에 대한 보정 계수를 구하며(도 11) 각각의 동작에 대한 구체적인 내용은 다음과 같다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제2 기준채널 보정 계수 산출 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 배열안테나/전자부 기준채널(1번 채널)의 보정 계수 추출 동작(제1-1 과정)을 설명하도록 한다. 이 과정은 배열안테나(110)과 기준 전자부(453)으로 구성된 배열안테나/전자부 기준채널(1번 채널)의 보정 계수를 추출하는 과정으로서, 보정 성능을 좌우하는 중요한 과정이다.
배열안테나/전자부 기준채널 보정 계수 추출 알고리즘은 도 10과 같이 제2 기준 신호 발생부(430)와 보정 계수 추출 적응필터부(710)에서 처리된다. 제2 기준 신호 발생부(430)는 제2 보정 계수 추출 적응 필터부(710)의 동작에 필요한 기준 BB신호와 기준 RF신호를 발생시키는 역할을 한다. 제2 보정 계수 추출 적응 필터부(710)는 전자부(120)의 하드웨어를 그대로 사용하며, 모든 알고리즘은 도 7의 1차 신호처리반(123,500)에 포함된 보정 계수 추출 알고리즘 모듈(506)에서 수행된다.
제2 기준 신호 발생부(430)에서 배열안테나(110, 440, 703)을 거쳐 전자부(120, 제1-1 과정에서는 기준 전자부(453))에 입력된 기준 RF신호는 RF/IF변환반(121), AD변환반(122), IF/BB변환모듈(504), LPF(505)까지의 Front-end(711)를 거쳐 입력되면서 매 샘플시간별로 지연/저장되어(713) [수학식 16]과 같이 보정 계수 추출 알고리즘 모듈(506)의 입력 신호로 사용된다.
기준 BB신호발생기(433)에 의해 발생된 기준 BB신호는 적응필터 알고리즘의 제2 기준 신호 y1(n) (717)으로 사용된다. 도 10의 배열안테나/전자부 기준채널 보정 계수 추출 알고리즘의 세부내역은 아래와 같다.
Figure 112018102784814-pat00016
Figure 112018102784814-pat00017
Figure 112018102784814-pat00018
Figure 112018102784814-pat00019
Figure 112018102784814-pat00020
여기서, M은 필터 계수 수이고, n은 샘플링 이산시간을 나타낸다. μ(n)은 μ(n) = μo/(ε+∥x 1(n)∥2)로 정규화되는(Normalized) 적응필터 step size로서 입력신호의 전력에 관계없이 일정한 수렴특성을 가진다(NLMS (Normalized Least Mean Square) 알고리즘, μo는 전력이 1인 경우의 step size, ε는 ∥x 1(n)∥2=0인 경우를 대비한 양의 상수).
만일 μo만을 사용하면 일반 LMS알고리즘이 되며, 입력신호의 전력이 일정한 경우 적용할 수 있다.
이상의 알고리즘을 수행하여 적응필터 오차 e1(n)이 정해진 값 이하로 수렴한 때의 적응필터 계수 w t,1(n)를 배열안테나/전자부 기준채널용 보정 계수라 하며, 배열안테나/전자부 2 ~ N 번 채널 보정 계수 추출용으로 사용할 때 기준채널 특성을 만들어내는 중요한 보정필터 계수가 된다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 배열안테나 보정 계수 산출 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 배열안테나/전자부 제2 기준채널(1번 채널) 신호 발생부(720)의 동작(제2-1 과정)을 설명하도록 한다.
제1-1 과정을 통해서 기준채널의 비이상적인 특성을 보정해주는 배열안테나/전자부 기준채널 보정 계수를 추출하였고 이 보정 계수를 적용하여 발생시킨 기준채널 신호는 배열안테나/전자부 다른 채널들의 보정 계수 추출 시 기준 신호가 된다.
제2 기준채널 신호발생부(720)는 제1-1 과정에서 추출된 기준채널 보정 계수 (적응필터계수 w t,1(n))를 사용하여 제2 L(L = 2 ~ N)번 채널 적응필터부(730)를 위한 제2 기준채널 신호(727, 737)을 발생시키며, 그 세부내역은 아래와 같다.
Figure 112018102784814-pat00021
Figure 112018102784814-pat00022
Figure 112018102784814-pat00023
여기서, M은 필터 계수 수이고, n은 샘플링 이산시간을 나타낸다.
이하, 배열안테나/전자부에 대한 제2 L번 채널 적응필터부(730)의 동작(제3-1 과정)을 설명하도록 한다.
배열안테나/전자부 기준채널(1번 채널)을 제외한 나머지 L = 2 ~ N번 채널들은 위 제1-1 과정 및 제2-1 과정에서 구한 기준채널 신호([수학식 23])를 기준으로 적응필터링을 하여 각각의 보정 계수를 추출하며, 그 세부 내역은 아래와 같다.
Figure 112018102784814-pat00024
Figure 112018102784814-pat00025
Figure 112018102784814-pat00026
Figure 112018102784814-pat00027
Figure 112018102784814-pat00028
μ(n)와 μo는 제1-1 과정에서 설명한 내용과 동일하므로 그 기재를 생략하도록 한다. 위의 과정은 기준채널(1번 채널)을 제외한 L = 2 ~ N 번 채널에 대해서 동시 혹은 순차적으로 수행한다. 단 순차적으로 할 때는 기준 RF신호는 동일한 신호를 반복적으로 사용하여 동일 조건을 유지한다.
이하, 배열안테나(110)만의 보정 계수를 구하는 동작(제4-1 과정)을 설명하도록 한다.
전술한 제2-1 과정 및 제3-1 과정(수학식 21 내지 28)을 동작시켜 적응필터 오차 eL(n)이 정해진 값 이하로 수렴하면, 필터계수 w t,L(n) (L = 2 ~ N)도 일정한 값으로 수렴하게 되며, 이 수렴된 필터계수와 미리 구한 기준 채널 필터 계수가 배열안테나/전자부 보정 계수가 되고, 아래와 같이 활용된다.
먼저, 배열안테나/전자부 보정 계수 추출을 위한 시험구성(도 6의 (b), 도 10, 도 11)에서 각 구성품들이 모두 선형영역에서 동작한다고 가정하고, 배열안테나/전자부 보정 계수 w t(n)벡터를 주파수 영역으로 나타내면, 다음과 같이 각 구성품들의 주파수 영역 보정 계수들의 곱으로 나타낼 수 있다.
Figure 112018102784814-pat00029
Figure 112018102784814-pat00030
여기서, Wt,1는 주파수영역으로 표시한 배열안테나/전자부 기준채널 보정 계수이고, Wt,L은 주파수 영역으로 표시한 배열안테나/전자부 L(L = 2 ~ N)번 채널 보정 계수이다. Wt,R-RF는 기준 RF신호 발생기(431)의 보정 계수, Wt,R-Ant는 기준 RF신호 안테나(702)의 보정 계수, Wt,AAnt_m(m =1, N)은 배열안테나(110) m번(m = 1 ~ N) 안테나 소자의 주파수 영역 보정 계수이고, Wt,F-end_m(m = 1 ~ N)은 제2 보정 계수 추출 적응 필터부(710, 또는 전자부(120))의 Front-end(711, 721) m번(m = 1 ~ N) 채널의 주파수 영역 보정 계수이다.
기준 RF신호 안테나(702)의 출력은 배열안테나(110, 703)의 각 소자에 평면파로 동일하게 입력되므로, 모든 채널이 동일한 상수값을 가진다고 볼 수 있으므로 Wt,R-Ant 성분을 거의 무시할 수 있어서 다음과 근사화할 수 있다.
Figure 112018102784814-pat00031
Figure 112018102784814-pat00032
[수학식 31]과 [수학식 32]에서 Wt,R-RFㆍWt,F-end_1, Wt,R-RFㆍWt,F-end_L은 [수학식 14]와 [수학식 15]에서의 We,R-RFㆍWe,F-end_1, We,R-RFㆍWe,F-end_L와 동일한 기준 RF신호 발생기(401, 431)와 기준 전자부(453)를 사용하여 추출된 값이므로 둘은 같은 값이 되고, 또한 [수학식 14]와 [수학식 15]에서 1:N 분배기(402)의 보정 계수 성분 We,splitter_1과 We,splitter_L을 무시한다면(혹은 미리 정밀 측정하여 그 성분 제외) 다음과 같이 쓸 수 있다.
Figure 112018102784814-pat00033
Figure 112018102784814-pat00034
따라서, [수학식 33]과 [수학식 34]를 이용하면 [수학식 31]과 [수학식 32]는 다음과 같이 쓸 수 있다.
Figure 112018102784814-pat00035
Figure 112018102784814-pat00036
[수학식 35]와 [수학식 36]에서 우리가 구하고자 하는 배열안테나(110)만의 보정 계수 Wt,A-Ant_1과 Wt,A-Ant_L (L = 2 ~ N)은 기 측정된 전자부(120) 보정 계수 We,1와 We,L (L = 2 ~ N), 배열안테나/전자부 보정 계수 Wt,1과 Wt,L (L = 2 ~ N)으로부터 구할 수 있음을 알 수 있다. 즉, Wt,m(m = 1 ~ N)의 각 주파수 성분을 We,m의 각 주파수 성분으로 나누면 Wt,A-Ant_m을 산출할 수 있다. 이렇게 구한 배열안테나(110) 보정 계수는 주파수영역으로 Wt,A-Ant_1와 Wt,A-Ant_L (L = 2 ~ N) 혹은 시간영역으로 wt,A-Ant_1와 wt,A-Ant_L (L = 2 ~ N)의 형태로 저장되어 해당 배열안테나(110)와 함께 항상 같이 관리되며, 전자부(12)와 결합하여 배열안테나 응용시스템(100)을 구성할 때, 보정 필터용 계수로 변환되어 사용된다.
이 보정 계수는 외부접속모듈(507)를 통해서 데이터 분석처리부(450)의 제2 데이터 분석 제어기(454)로 전달되고 배열안테나 보정 계수(455, 제2 보정 계수)로 저장되어 배열안테나 응용시스템(100)의 1차 신호처리반(123)에서 배열안테나(110)의 보정 계수로 사용된다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 입력신호 보정을 위한 1차 신호 처리반의 구성을 나타낸 블록 구성도이다.
도 6의 (a) 및 도 6의 (b)에 기재된 바와 같이, N 개의 안테나 소자를 가진 배열안테나 응용시스템(100)의 보정 계수를 추출하는 단계(도 6 ~ 도 11)를 통해서 전자부(120) 보정 계수와 배열안테나(110) 보정 계수가 추출되었고, 이로부터 통합 보정 계수를 만들어 배열안테나 응용시스템(100)에 적용하는 세부 과정은 다음과 같다.
이하, 1차 신호처리반(800)의 입력신호를 보정처리하는 동작(제1-2 과정)을 설명하도록 한다.
먼저 배열안테나(110)를 통해서 들어온 N 개의 RF신호들은 RF/IF변환반(121)에서 IF신호(RF/IF반(121)에서 직접 BB신호로 변환시킨 경우는 BB신호)로 하향변환된 N 개의 아날로그 신호는 디지털 신호처리가 가능하도록 AD변환반(801,122)에서 AD변환이 되어 1차 신호처리반(123,800)으로 들어간다(시스템 설계에 따라서 AD변환반(122,801)은 하드웨어적으로 1차 신호처리반(123,800) 내에 들어갈 수도 있다).
AD변환반(122,801)에서 들어온 N 개의 디지털 IF신호는 IF/BB변환모듈(804)에서 N 개의 BB신호로 변환되어 LPF(805)된 후(만일 RF/IF변환반(121)에서 BB신호로 직접 변환된 경우는 IF/BB변환모듈(804)을 거치지 않고 바로 LPF(805)를 거친다) 보정필터 모듈(806)로 들어간다.
보정필터 모듈(806)은 미리 입력된 전자부(120) 보정 계수와 배열안테나(110) 보정 계수를 이용하여 만들어진 통합 보정 계수(808)를 보정필터 계수로 사용하여 보정 필터링을 하고, 이 결과 보정된 N 개의 BB신호는 1차 신호처리 알고리즘 모듈(810)에 입력되어 1차 신호처리를 하여 그 결과가 2차 신호처리반(124)으로 보내진다.
이하, 통합 보정 계수를 구하는 동작(제2-2 과정)을 설명하도록 한다.
도 6의 (a)에서 전자부(120) 보정 계수를 구하였고, 도 6의 (b)에서 배열안테나/전자부 보정 계수를 구하였다. 이들 보정 계수들은 각각 전자부(120)와 배열안테나(110) 장비들과 함께 납품 및 유지관리가 되며, 특히 전자부(120)와 배열안테나(110) 조합이 결정되어 하나의 배열안테나 응용시스템(100)으로 조립되면, 각각의 보정 계수를 가지고 다음과 같이 통합 보정 계수를 생성한다.
통합 보정 계수는 주파수 영역 전자부(120) 보정 계수와 배열안테나 보정 계수를 이용하여 다음과 같이 통합 보정 계수를 만든다.
Figure 112018102784814-pat00037
Figure 112018102784814-pat00038
여기서 Wτ,1과 Wτ,L(L = 2 ~ N)은 주파수 영역 통합 보정 계수, We,1과 We,L(L = 2 ~ N)은 주파수 영역 전자부(120) 보정 계수, Wt,A-Ant_1과 Wt,A-Ant_L(L = 2 ~ N)은 주파수 영역 배열안테나(110) 보정 계수이다.
이렇게 구한 주파수 영역 통합 보정 계수를 역(Inverse)FFT하면, 시간 영역 보정 계수 w τ,1(n)과 w τ,L(n) (L =2 ~ N)을 얻을 수 있으며, 이 값은 통합 보정 계수(808)로서 1차 신호처리반(800)에 미리 입력된다. 위 과정은 시간영역에서 처리할 수 있는데, 이 경우에는 시간영역에서 시간영역 전자부(120) 보정 계수와 시간영역 배열안테나(110) 보정 계수의 합성곱(Convolution)으로 구할 수 있다.
이하, 보정필터모듈(806)에서의 보정필터링 동작(제3-2 과정)을 설명하도록 한다.
보정필터모듈(806)에서는 입력신호와 위의 통합 보정 계수(808)를 이용하여 아래 [수학식 39]와 같이 필터링하여 보정된 N 개의 BB신호 yc,m(n) (m = 1 ~ N)를 얻는다.
Figure 112018102784814-pat00039
이 보정된 N 개의 BB신호는 1차 신호처리 알고리즘 모듈(810)에 입력되어 최적 상태에서 1차 신호처리를 한 후, 그 결과가 2차 신호처리반(124)으로 보내지게 된다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 보정 계수 처리장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
본 실시예에 따른 보정 계수 처리장치(1300)는 제1 보정 계수 추출부(1310), 제2 보정 계수 추출부(1320), 통합 보정 계수 추출부(1330) 및 입력신호 보정 처리부(1340)를 포함한다. 도 13의 보정 계수 처리장치(1300)는 일 실시예에 따른 것으로서, 도 13에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 보정 계수 처리장치(1300)에 포함된 일부 블록이 추가, 변경, 분리 구성 또는 삭제될 수 있다. 도 13에서 통합 보정 계수 추출부(1330) 및 입력신호 보정 처리부(1340)는 별도의 모듈인 것으로 기재하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 각각의 기능을 결합한 하나의 모듈로 구현될 수도 있다.
제1 보정 계수 추출부(1310)는 제1 기준신호 발생기(400)로부터 수신된 기준 RF 신호를 이용하여 전자부(120)에 대한 기준채널 보정 계수를 산출하고, 기준채널 보정 계수를 기반으로 전자부(120)에 대한 제1 보정 계수를 산출한다. 여기서, 제1 보정 계수 추출부(1310)는 도 6의 (a)의 동작과 대응된다.
제1 보정 계수 추출부(1310)는 제1 기준신호 발생기의 채널 분배기에 의해 형성된 N(N은 자연수) 개의 채널 중 하나의 기준채널에 대하여 기준 RF 신호와 제1 기준신호 발생기(400)로부터 획득한 기준 기저대역 신호를 이용하여 기준채널 보정 계수를 산출한다. 전술한 동작은 본 발명의 제1 과정에 대응된다.
제1 보정 계수 추출부(1310)는 제1 과정에서 산출한 기준채널 보정 계수를 적용한 기준채널 신호가 발생되도록 하여 기준 RF 신호와 기준채널 신호를 적응 필터 처리하여 제1 보정 계수를 산출한다. 전술한 동작은 본 발명의 제2 과정에 대응된다.
제1 보정 계수 추출부(1310)는 N 개의 채널 중 기준채널을 제외한 나머지 L(L = 2 ~ N)개 채널 각각을 적응 필터 처리하여 채널 보정 계수를 추출하고, 제1 과정에서 추출한 기본 채널 보정계수를 포함한 전체 채널 보정 계수를 제1 보정 계수로 추출한다. 전술한 동작은 본 발명의 제3 과정에 대응된다.
여기서, 제1 보정 계수 추출부(1310)는 적응 필터 처리의 오차값이 기 설정된 임계치 이하로 수렴함에 따라 일정한 값으로 수렴되는 채널 보정 계수를 제1 보정 계수로 추출한다.
제2 보정 계수 추출부(1320)는 제2 기준신호 발생기로부터 수신된 기준 RF 신호를 이용하여 시스템 전체(100)에 대한 시스템 보정 계수를 산출하고, 시스템 보정 계수 및 제1 보정 계수를 기반으로 배열안테나(110)에 대한 제2 보정 계수를 산출한다.
제2 보정 계수 추출부(1320)는 제2 기준신호 발생기와 연동하는 배열안테나(110)에 의해 형성된 N(N은 자연수) 개의 채널 중 하나의 기준채널에 대하여 기준 RF 신호와 상기 제2 기준신호 발생기로부터 획득한 기준 기저대역 신호를 이용하여 시스템 기준채널 보정 계수를 산출한다. 전술한 동작은 본 발명의 제1-1 과정에 대응된다.
제2 보정 계수 추출부(1320)는 시스템 기준채널 보정 계수를 적용한 기준채널 신호가 발생되도록 하여 기준 RF 신호와 상기 기준채널 신호를 적응 필터 처리하여 시스템 보정 계수를 산출한다. 전술한 동작은 본 발명의 제2-1 과정에 대응된다.
제2 보정 계수 추출부(1320)는 N 개의 채널 중 상기 기준채널을 제외한 나머지 채널 각각을 적응 필터 처리하여 채널 보정 계수를 추출하고, 제1 과정에서 추출한 기본 채널 보정계수를 포함한 전체 채널 보정 계수를 시스템 보정 계수로 추출한다. 전술한 동작은 본 발명의 제3-1 과정에 대응된다.
제2 보정 계수 추출부(1320)는 시스템 보정 계수에서 제1 보정 계수를 분리하여 산출된 값을 배열안테나(110)에 대한 제2 보정 계수로 산출한다. 전술한 동작은 본 발명의 제4-1 과정에 대응된다.
통합 보정 계수 추출부(1330)는 전자부(120)에 대한 제1 보정 계수 및 배열안테나(110)에 대한 제2 보정 계수 각각을 획득하고, 제1 보정 계수 및 제2 보정 계수를 이용하여 통합 보정 계수를 산출한다.
통합 보정 계수 추출부(1330)는 제1 보정 계수와 제2 보정 계수를 입력받고 통합 보정 계수를 산출할 수 있는 장치로 운용되며, 제1 데이터 분석 제어기(421)이나 제2 데이터 분석 제어기(454) 혹은 별도의 PC 등과 같은 장치에서 동작할 수 있다.
전술한 동작은 본 발명의 제2-2 과정에 대응된다. 여기서, 통합 보정 계수 추출부(1330)는 전자부(120) 및 배열안테나(110)가 하나의 시스템으로 조립되면 주파수 영역의 제1 보정 계수 및 제2 보정 계수를 곱하여 주파수 영역의 통합 보정 계수를 산출한다. 주파수 영역의 통합 보정 계수는 IFFT(Inverse FFT) 처리하여 시간영역의 통합 보정 계수로 변환하여 사용될 수 있다. 한편, 시간영역에서 산출하는 경우에는 시간 영역으로 변환된 제1 보정 계수와 제2 보정 계수의 합성곱(Convolution) 처리하여 시간영역의 통합 보정 계수를 산출할 수 있다.
입력신호 보정 처리부(1340)는 입력신호를 보정 처리하는 동작을 수행한다. 입력신호 보정 처리부(1340)는 통합 보정 계수가 적용된 보정 필터링 처리를 통해 입력 신호를 기저대역 신호로 보정한다. 전술한 동작은 본 발명의 제3-2 과정에 대응된다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 보정 계수 처리방법을 설명하기 위한 순서도이다.
보정 계수 처리장치(1300)는 제1 보정 계수 산출하는 동작을 수행한다(S1410). 구체적으로, 보정 계수 처리장치(1300)는 제1 기준신호 발생기로부터 수신된 기준 RF 신호를 이용하여 전자부(120)에 대한 기준채널 보정 계수를 산출하고, 기준채널 보정 계수를 기반으로 전자부(120)에 대한 제1 보정 계수를 산출한다. 여기서, 단계 S1410은 도 6의 (a)의 동작과 대응된다.
보정 계수 처리장치(1300)는 제1 기준신호 발생기의 채널 분배기에 의해 형성된 N(N은 자연수) 개의 채널 중 하나의 기준채널에 대하여 기준 RF 신호와 제1 기준신호 발생기로부터 획득한 기준채널 기저대역 신호를 이용하여 기준채널 보정 계수를 산출한다. 전술한 단계는 본 발명의 제1 과정에 대응된다.
보정 계수 처리장치(1300)는 기준채널 보정 계수를 적용한 기준채널 신호가 발생되도록 하여 기준 RF 신호와 기준채널 신호를 적응 필터 처리하여 제1 보정 계수를 산출한다. 전술한 단계는 본 발명의 제2 과정에 대응된다.
보정 계수 처리장치(1300)는 N 개의 채널 중 기준채널을 제외한 나머지 채널 각각을 적응 필터 처리하여 채널 보정 계수를 추출하고, 제1 과정에서 추출한 기본 채널 보정 계수를 포함한 전체 채널 보정 계수를 상기 제1 보정 계수로 추출한다. 전술한 단계는 본 발명의 제3 과정에 대응된다.
여기서, 보정 계수 처리장치(1300)는 적응 필터 처리의 오차값이 기 설정된 임계치 이하로 수렴함에 따라 일정한 값으로 수렴되는 채널 보정 계수를 제1 보정 계수로 추출한다.
보정 계수 처리장치(1300)는 제2 보정 계수 산출하는 동작을 수행한다(S1420).
보정 계수 처리장치(1300)는 제2 기준신호 발생기로부터 수신된 기준 RF 신호를 이용하여 시스템 전체(100)에 대한 시스템 보정 계수를 산출하고, 시스템 보정 계수 및 제1 보정 계수를 기반으로 배열안테나(110)에 대한 제2 보정 계수를 산출한다.
보정 계수 처리장치(1300)는 제2 기준신호 발생기와 연동하는 배열안테나(110)에 의해 형성된 N(N은 자연수) 개의 채널 중 하나의 기준채널에 대하여 기준 RF 신호와 상기 제2 기준신호 발생기로부터 획득한 기준 기저대역 신호를 이용하여 시스템 기준채널 보정 계수를 산출한다. 전술한 단계는 본 발명의 제1-1 과정에 대응된다.
보정 계수 처리장치(1300)는 시스템 기준채널 보정 계수를 적용한 기준채널 신호가 발생되도록 하여 기준 RF 신호와 상기 기준채널 신호를 적응 필터 처리하여 시스템 보정 계수를 산출한다. 전술한 단계는 본 발명의 제2-1 과정에 대응된다.
보정 계수 처리장치(1300)는 N 개의 채널 중 상기 기준채널을 제외한 나머지 채널 각각을 적응 필터 처리하여 채널 보정 계수를 추출하고, 제1-1 과정에서 추출한 기본 채널 보정계수를 포함한 전체 채널 보정 계수를 시스템 보정 계수로 추출한다. 전술한 단계는 본 발명의 제3-1 과정에 대응된다.
보정 계수 처리장치(1300)는 시스템 보정 계수에서 제1 보정 계수를 분리하여 산출된 값을 배열안테나(110)에 대한 제2 보정 계수로 산출한다. 전술한 단계는 본 발명의 제4-1 과정에 대응된다.
보정 계수 처리장치(1300)는 통합 보정 계수 산출하는 동작을 수행한다(S1430).
보정 계수 처리장치(1300)는 전자부(120)에 대한 제1 보정 계수 및 배열안테나(110)에 대한 제2 보정 계수 각각을 획득하고, 제1 보정 계수 및 제2 보정 계수를 이용하여 통합 보정 계수를 산출한다. 전술한 단계는 본 발명의 제2-2 과정에 대응된다. 여기서, 보정 계수 처리장치(1300)는 전자부(120) 및 배열안테나(110)가 하나의 시스템으로 조립되면 주파수 영역의 제1 보정 계수 및 제2 보정 계수를 곱하여 주파수 영역의 통합 보정 계수를 산출한다. 주파수 영역의 통합 보정 계수는 IFFT(Inverse FFT) 처리하여 시간영역의 통합 보정 계수로 변환하여 사용될 수 있다. 한편, 시간영역에서 산출하는 경우에는 시간 영역으로 변환된 제1 보정 계수와 제2 보정 계수의 합성곱(Convolution) 처리하여 시간영역의 통합 보정 계수를 산출할 수 있다.
보정 계수 처리장치(1300)는 입력신호를 보정 처리하는 동작을 수행한다(S1440).
보정 계수 처리장치(1300)는 통합 보정 계수가 적용된 보정 필터링 처리를 통해 입력 신호를 기저대역 신호로 보정한다. 전술한 단계는 본 발명의 제3-2 과정에 대응된다.
도 14에서는 각 단계를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 14에 기재된 단계를 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 14는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
도 14에 기재된 본 실시예에 따른 보정 계수 처리방법은 애플리케이션(또는 프로그램)으로 구현되고 단말장치(또는 컴퓨터)로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 본 실시예에 따른 보정 계수 처리방법을 구현하기 위한 애플리케이션(또는 프로그램)이 기록되고 단말장치(또는 컴퓨터)가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨팅 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치 또는 매체를 포함한다.
이상의 설명은 본 발명의 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 배열안테나 응용시스템
110: 배열안테나 120: 전자부
400: 제1 기준 RF신호 발생부 401: 기준 RF신호 발생기
402: 1:N 분배기 410: 제1 보정대상 시스템
420: 제1 데이터 분석 처리부 421: 제1 데이터 분석 제어기
422: 전자부 보정 계수 430: 제2 기준 RF신호 발생부
431: 기준 RF신호 발생기 432: 기준 RF신호 안테나
440: 제2 보정 대상 시스템 450: 제2 데이터 분석 처리부
453: 기준 전자부 454: 제2 데이터 분석 제어기
455: 배열안테나 보정 계수
1300: 보정 계수 처리장치 1310: 제1 보정 계수 추출부
1320: 제2 보정 계수 추출부 1330: 통합 보정 계수 추출부
1340: 입력신호 보정 처리부

Claims (11)

  1. 보정 계수 처리장치가 배열안테나 응용 시스템의 보정 계수를 처리하는 방법에 있어서,
    제1 기준신호 발생기로부터 수신된 기준 RF 신호를 이용하여 전자부에 대한 기준채널 보정 계수를 산출하고, 상기 기준채널 보정 계수를 기반으로 상기 전자부에 대한 제1 보정 계수를 산출하는 제1 보정 계수 추출 단계; 및
    제2 기준신호 발생기로부터 수신된 기준 RF 신호를 이용하여 시스템 전체에 대한 시스템 보정 계수를 산출하고, 상기 시스템 보정 계수 및 상기 제1 보정 계수를 기반으로 배열안테나에 대한 제2 보정 계수를 산출하는 제2 보정 계수 추출 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열안테나 응용 시스템의 보정 계수 처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보정 계수 추출 단계는,
    상기 제1 기준신호 발생기의 채널 분배기에 의해 형성된 N(N은 자연수) 개의 채널 중 하나의 기준채널에 대하여 상기 기준 RF 신호와 상기 제1 기준신호 발생기로부터 획득한 기준 기저대역 신호를 이용하여 상기 기준채널 보정 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 배열안테나 응용 시스템의 보정 계수 처리방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 보정 계수 추출 단계는,
    상기 기준채널 보정 계수를 적용한 기준채널 신호가 발생되도록 하고, 상기 기준 RF 신호와 상기 기준채널 신호를 적응 필터 처리하여 상기 제1 보정 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 배열안테나 응용 시스템의 보정 계수 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 보정 계수 추출 단계는,
    상기 N 개의 채널 중 상기 기준채널을 제외한 나머지 채널 각각을 상기 적응 필터 처리하여 채널 보정 계수를 추출하고, 상기 기준채널 보정 계수 및 상기 채널 보정 계수에 근거하여 상기 제1 보정 계수를 추출하는 것을 특징으로 하는 배열안테나 응용 시스템의 보정 계수 처리 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 보정 계수 추출 단계는,
    상기 적응 필터 처리의 오차값이 기 설정된 임계치 이하로 수렴함에 따라 일정한 값으로 수렴되는 상기 채널 보정 계수를 상기 제1 보정 계수로 추출하는 것을 특징으로 하는 배열안테나 응용 시스템의 보정 계수 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 보정 계수 추출 단계는,
    상기 제2 기준신호 발생기와 연동하는 상기 배열안테나에 의해 형성된 N(N은 자연수) 개의 채널 중 하나의 기준채널에 대하여 상기 기준 RF 신호와 상기 제2 기준신호 발생기로부터 획득한 기준 기저대역 신호를 이용하여 시스템 기준채널 보정 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 배열안테나 응용 시스템의 보정 계수 처리방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 보정 계수 추출 단계는,
    상기 시스템 기준채널 보정 계수를 적용한 기준채널 신호가 발생되도록 하고, 상기 기준 RF 신호와 상기 기준채널 신호를 적응 필터 처리하여 상기 시스템 보정 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 배열안테나 응용 시스템의 보정 계수 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 보정 계수 추출 단계는,
    상기 N 개의 채널 중 상기 기준채널을 제외한 나머지 채널 각각을 상기 적응 필터 처리하여 채널 보정 계수를 추출하고, 상기 기준채널 보정 계수 및 상기 채널 보정 계수에 근거하여 상기 시스템 보정 계수를 추출하는 것을 특징으로 하는 배열안테나 응용 시스템의 보정 계수 처리 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 보정 계수 추출 단계는,
    상기 시스템 보정 계수에서 상기 제1 보정 계수를 분리하여 산출된 값을 상기 제2 보정 계수로 산출하는 것을 특징으로 하는 배열안테나 응용 시스템의 보정 계수 처리 방법.
  10. 보정 계수 처리장치가 배열안테나 응용 시스템의 보정 계수를 처리하는 방법에 있어서,
    전자부에 대한 제1 보정 계수 및 배열안테나에 대한 제2 보정 계수 각각을 획득하는 보정 계수 획득 단계;
    상기 제1 보정 계수 및 상기 제2 보정 계수를 이용하여 통합 보정 계수를 산출하는 통합 보정 계수 추출 단계; 및
    상기 통합 보정 계수가 적용된 보정 필터링 처리를 통해 입력 신호를 기저대역 신호로 보정하는 입력신호 보정 처리 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열안테나 응용 시스템의 보정 계수 처리방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 통합 보정 계수 추출 단계는,
    상기 전자부 및 상기 배열안테나가 하나의 시스템으로 조립되면 주파수 영역의 상기 제1 보정 계수 및 상기 제2 보정 계수를 곱하여 주파수 영역에 대한 상기 통합 보정 계수를 산출하고,
    상기 입력신호 보정 처리 단계는 상기 통합 보정 계수를 IFFT(Inverse FFT) 처리하여 변환된 시간영역의 통합 보정 계수를 이용하여 상기 입력 신호를 보정하는 것을 특징으로 하는 배열안테나 응용 시스템의 보정 계수 처리 방법.
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