KR102012392B1 - 능동 위상 배열 레이더의 빔을 조향하는 방법 및 이 방법을 이용한 능동 위상 배열 레이더 - Google Patents

능동 위상 배열 레이더의 빔을 조향하는 방법 및 이 방법을 이용한 능동 위상 배열 레이더 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른, 다수의 송수신 모듈(TRM)이 배열되어 있는 안테나부를 포함하는 능동 위상 배열(AESA) 안테나의 빔을 조향하는 방법은, 빔을 조향하기 위한 조향각 및 기준 거리를 입력 받는 단계 - 상기 기준 거리는 상기 조향각으로 빔을 조향할 경우 표적이 위치할 수 있는 곳까지의 거리 - 와, 상기 기준 거리에 기초하여 근전계인지 원전계인지 판단하는 단계와, 근전계로 판단되는 경우, 각각의 송수신 모듈(TRM) 위치 정보, 상기 조향각, 및 상기 기준 거리에 기초하여, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 대한 변환된 조향각을 획득하는 단계와, 상기 변환된 조향각에 기초하여 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 대한 위상 값을 도출하고, 상기 도출된 위상 값을 기초로 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

능동 위상 배열 레이더의 빔을 조향하는 방법 및 이 방법을 이용한 능동 위상 배열 레이더{METHOD FOR STEERING BEAM OF ACTIVE ELECTRICALLY SCANNED ARRAY RADAR, AND ACTIVE ELECTRICALLY SCANNED ARRAY RADAR USING SAME}
본 발명은 능동 위상 배열(AESA; Active Electrically Scanned Array) 레이더의 빔을 조향하는 방법 및 이 방법을 이용하는 능동 위상 배열(AESA) 레이더에 관한 것이다. 보다 자세하게는 근전계(near-field)/원전계(far-field)에서 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 빔을 조향하는 방법 및 이를 이용하는 능동 위상 배열(AESA) 레이더에 관한 것이다.
최근 레이더는 전자식 빔 조향을 구현하기 위해 수동 위상 배열 구조 및 능동 위상 배열 구조로 개발되고 있다. 반도체 기술의 발전으로 송수신 모듈(TRM; Transmit Receive Module)의 소형화 및 대량 생산이 가능해지면서 현재는 능동 위상 배열(AESA) 레이더 형태로 대부분 전환되고 있다.
능동 위상 배열(AESA) 레이더는 빔 스캔을 전자적으로 조향할 수 있으며, 상대적으로 빠른 시간에 조향 범위 내를 조향할 수 있다. 그러나, 이러한 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 빔 조향 기능을 포함한 많은 성능을 실시간으로 수행하기 위해서는 원전계(far-field) 거리를 만족하는 수십 또는 수백 미터 이상의 야외 시험장이 필요하며, 이 야외 시험장에서 표적, 클러터, 재밍 신호를 이용하여 시험을 수행해야 한다. 하지만 원거리 시험장은 원하지 않는 표적 신호와 클러터 신호 및 노이즈에 의한 영향으로 알고리즘 검증이나 디버깅이 매우 어려운 실정이다. 특히 NAST(Nose Aspect Search and Track)의 경우 클러터가 없는 영역에서 동작하는 모드로서 야외 시험장에서 시험을 수행하기가 매우 어려운 상황이다.
따라서 수백 미터 이상의 야외 시험장에서 발생하는 수많은 제한 및 제약 사항을 해결하기 위하여, 근전계(near-field)에서 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 빔을 조향할 수 있는 방법 및 이를 이용하는 능동 위상 배열(AESA) 레이더 시스템의 개발이 필요하다.
한국등록특허공보 제10-1779900호 (2017년 9월 13일 공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 원전계 거리를 만족하는 수십 미터 이상의 시험장에서 능동 위상 배열(AESA) 레이더를 시험해야 하는 제약 사항을 해결하여 수 미터 이내의 근전계에서도 능동 위상 배열(AESA) 레이더를 시험하는 것이 가능한 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 빔을 조향하는 방법 및 이를 이용한 능동 위상 배열(AESA) 레이더를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 바로 제한되지 않으며, 언급되지는 않았으나 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있는 목적을 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 다수의 송수신 모듈(TRM)을 포함하는 안테나부를 구비하는 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 빔을 조향하는 방법은, 빔을 조향하기 위한 조향각 및 기준 거리를 입력 받는 단계 - 상기 기준 거리는 상기 조향각으로 빔을 조향할 경우 표적이 위치할 수 있는 곳까지의 거리 -; 상기 기준 거리에 기초하여 근전계인지 원전계인지 판단하는 단계; 근전계로 판단되는 경우, 각각의 송수신 모듈(TRM) 위치 정보, 상기 조향각, 및 상기 기준 거리에 기초하여, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 대한 변환된 조향각을 획득하는 단계; 및 상기 변환된 조향각에 기초하여 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 대한 위상 값을 도출하고, 상기 도출된 위상 값을 기초로 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 조향각은 빔을 조향하기 위한 방위각 및 고각을 포함할 수 있다.
또한, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 위치 정보 및 상기 기준 거리에 기초하여, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 초기 조향각 정보를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 다수의 송수신 모듈(TRM)은 평면 형태로 배열되며, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 위치 정보는 각각의 송수신 모듈(TRM)이 배열되어 있는 위치에 따라 결정될 수 있다.
또한, 상기 변환된 조향각은 변환된 방위각 및 변환된 고각을 포함하며, 상기 변환된 조향각을 획득하는 단계는, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 위치 정보, 상기 방위각 및 상기 기준 거리에 기초하여, 상기 변환된 방위각을 획득하는 단계; 및 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 위치 정보, 상기 고각 및 상기 기준 거리에 기초하여, 상기 변환된 고각을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 변환된 조향각에 기초하여 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 대한 위상 값을 도출하는 것은, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 위치 정보, 상기 변환된 방위각, 및 상기 변환된 고각에 기초하여, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 대한 위상 값을 도출하는 것일 수 있다.
또한, 상기 도출된 위상 값을 기초로 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)을 제어하는 단계는, 상기 도출된 위상 값을 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 포함되어 있는 위상 변위기에 입력하여 상기 다수의 송수신 모듈(TRM)을 통해 상기 조향각으로 빔을 조향하도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른, 능동 위상 배열(AESA) 레이더는, 다수의 송수신 모듈(TRM)이 배열되어 있는 안테나부; 및 상기 안테나부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 빔을 조향하기 위한 조향각 및 기준 거리 - 상기 기준 거리는 상기 조향각으로 빔을 조향할 경우 표적이 위치할 수 있는 곳까지의 거리 -를 입력 받고, 상기 기준 거리에 기초하여 근전계인지 원전계인지 판단하여, 근전계로 판단되는 경우, 각각의 송수신 모듈(TRM) 위치 정보, 상기 조향각, 및 상기 기준 거리에 기초하여, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 대한 변환된 조향각을 획득하고, 상기 변환된 조향각에 기초하여 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 대한 위상 값을 도출하고, 상기 도출된 위상 값을 기초로 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)을 제어할 수 있다.
또한, 상기 조향각은 빔을 조향하기 위한 방위각 및 고각을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 위치 정보 및 상기 기준 거리에 기초하여, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 초기 조향각 정보를 또한 계산할 수 있다.
또한, 상기 다수의 송수신 모듈(TRM)은 평면 형태로 배열되며, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 위치 정보는 각각의 송수신 모듈(TRM)이 배열되어 있는 위치에 따라 결정될 수 있다.
또한, 상기 변환된 조향각은 변환된 방위각 및 변환된 고각을 포함하며, 상기 변환된 조향각을 획득하는 것은, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 위치 정보, 상기 방위각 및 상기 기준 거리에 기초하여, 상기 변환된 방위각을 획득하는 것과, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 위치 정보, 상기 고각 및 상기 기준 거리에 기초하여, 상기 변환된 고각을 획득하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 변환된 조향각에 기초하여 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 대한 위상 값을 도출하는 것은, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 위치 정보, 상기 변환된 방위각, 및 상기 변환된 고각에 기초하여, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 대한 위상 값을 도출하는 것일 수 있다.
상기 도출된 위상 값을 기초로 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)을 제어하는 것은, 상기 도출된 위상 값을 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 포함되어 있는 위상 변위기에 입력하여 상기 다수의 송수신 모듈(TRM)을 통해 상기 조향각으로 빔을 조향하도록 하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 수 미터(예컨대, 2~3 미터) 이내의 근전계에서도 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 시험 환경이 구현 가능하다. 따라서, 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 원전계 거리를 만족하는 수십 미터 이상의 시험장에서 시험해야 하는 공간적인 제약 사항을 해결할 수 있다.
또한 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 비행시험 전에 지상에서 다양한 환경이나 신호들에 대한 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 기능 검증이 가능하여 기술적 오류를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 송수신 모듈(TRM; Transmit Receive Module)의 전체 구조를 도시한다.
도 3은 도 2에 도시된 송수신 모듈의 전체 구조 중에서 하나의 블록인 TRB(Transmit/Receive Block)를 도시한다.
도 4는 능동 위상 배열(AESA) 레이더가 조향각에 따라 빔을 조향하여 방사하는 예를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 빔 조향 방법의 흐름도이다.
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.
이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 송수신 모듈(TRM; Transmit Receive Module)의 전체 구조를 도시하고 있으며 각 송수신 모듈에 복사 소자(370)가 연결되는 구조이며, 도 3은 도 2에 도시된 송수신 모듈(TRM)의 전체 구조 중에서 하나의 블록인 TRB(Transmit/Receive Block)를 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 위상 배열(AESA) 레이더(10)는 입력부(100), 제어 모듈(200), 및 안테나부(300)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 능동 위상 배열(AESA) 레이더(10)는 도 1에 도시되지는 않았으나 당업자에게 알려진 다른 구성요소들을 추가로 포함할 수 있다.
안테나부(300)는 수백에서 수천 개의 배열 소자를 포함할 수 있고, 이들 배열 소자들을 개별적으로 제어하여 전자적 빔 형성(beamforming) 및 빔 조향(beam-steering)이 가능하다. 배열 소자들은 평면 형태로 서로 인접하여 배치될 수 있다. 각 배열 소자는 복사 소자(370)와 송수신 모듈(TRM; Transmit/Receive Module, 340)로 구성될 수 있다. 일반적으로, 각 복사 소자(370)의 후방에 하나의 송수신 모듈(TRM)(340)이 배치되어 서로 연결될 수 있으므로, 본 명세서에서는 복사 소자(370)와 송수신 모듈(TRM)(340)이 혼용되어 사용될 수도 있다. 또한, 송수신 모듈의 전체 구조는 소정 개수(m*n개)의 송수신 모듈(TRM)(340)로 이루어진 블록 단위, 즉 송수신 블록(TRB; Transmit/Receive Block, 320)으로 구분될 수 있다.
입력부(100)는 안테나부(300)로부터 방사되는 빔을 조향하기 위한 조향각(방위각
Figure 112019048473853-pat00001
, 고각
Figure 112019048473853-pat00002
) 정보를 제어 모듈(200)에 제공할 수 있다.
제어 모듈(200)은 제어부(210), 구동부(220), RF 급전부(230)를 포함할 수 있다. 제어부(210)는 입력부(100)로부터의 조향각 정보에 따라 각각의 송수신 모듈(TRM)(340)을 개별적으로 제어하여 복사 소자(370)를 통해 레이더의 빔을 입력 받은 조향각으로 조향할 수 있다.
구동부(220)는 RF 신호를 증폭하여 증폭된 신호를 RF 급전부(230)에 제공하고, 증폭된 신호는 RF 급전부(230)와 RF 급전보드(350)를 통해 송수신 블록(TRB)(320)으로 제공될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 레이더의 송수신 모듈의 전체 구조(310)는 도 3에 도시된 TRB(320)가 x 축으로 M(여기서는 0 부터 9)개, y 축으로 N(여기서는 0에서 7)개가 배열되어 구성되며, 다만 (0,0), (1,0), (8,0), (9,0), (0,7), (1,7), (8,7), (9,7) 위치에는 TRB가 배치되지 않을 수 있다. 일 실시예에서, 하나의 TRB(320)는 16개의 TRM으로 구성되므로, 도 2에 도시된 송수신 모듈의 전체 구조(310)는 총 1,152개의 송수신 모듈(TRM)과 복사 소자로 이루어질 수 있다. 복사 소자들은 x 축으로 dx 간격, y 축으로 dy 간격으로 배치되어 있다. 다만, 도 2 및 도 3 에 도시된, 송수신 모듈(TRM)과 복사 소자들의 배열 형태 및 총 송수신 모듈(TRM)과 복사 소자의 개수는 이해를 돕기 위한 예시적인 것일 뿐 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2의 가운데 부분에 표시된 점은 송수신 모듈의 전체 구조(310)의 중심을 나타내며, 이 때 각 송수신 모듈(TRM)의 가로 위치의 값은 [수학식 1]로 정의될 수 있다.
Figure 112019048473853-pat00003
여기서 M은 TRB의 x 축으로 0～9의 값을 가지며, dx는 도 3에 표시된 바와 같이 송수신 모듈(TRM)들 사이(또는 복사 소자들 사이)의 x 축간 거리, m은 TRB의 x 축으로 1~4 값을 가질 수 있다.
도 2에서 각 송수신 모듈(TRM)의 세로 위치의 값은 [수학식 2]로 정의될 수 있다.
Figure 112019048473853-pat00004
여기서 N은 TRB의 y 축으로 0～7의 값을 가지며, dy는 도 3에 표시된 바와 같이 송수신 모듈(TRM)들 사이(또는 복사 소자들 사이)의 y 축간 거리, n은 TRB의 y 축으로 1~4 값을 가진다.
도 4는 능동 위상 배열(AESA) 레이더가 조향각
Figure 112019048473853-pat00005
방향으로 빔을 근전계 조향하여 방사하는 예를 나타낸다. AESA 레이더는 1,152개의 송수신 모듈(TRM)과 복사 소자를 포함하는 2차원 평면배열 안테나로 빔을 표적 지점의 조향 각
Figure 112019048473853-pat00006
방향으로 조향한다.
원전계에서 표적의 위치가 방위각 0°, 고각 0°일 때의 능동배열 안테나의 위상 차이가 모든 TRM의 초기 위상인데 근전계도 이와 동일하다. 따라서 원전계/근전계 모두 모든 TRM의 초기 방위각 위상은 [수학식 3]으로부터 구할 수 있고 초기 고각 위상은 [수학식 4]로부터 구할 수 있다.
Figure 112019048473853-pat00007
여기서
Figure 112019048473853-pat00008
는, 도 4에 표시된 바와 같이, 빔을 조향할 때 기준이 되는 거리로 능동배열 안테나와 빔 조향 각
Figure 112019048473853-pat00009
으로 조향하여 표적이 위치할 수 있는 곳까지의 거리를 의미할 수 있다.
Figure 112019048473853-pat00010
AESA 레이더에서 조향 각
Figure 112019048473853-pat00011
으로 조향하는 경우, 원전계에서는 조향 각
Figure 112019048473853-pat00012
을 이용하여 모든 TRM에 있는 위상 변위기에 입력할 위상 값을 계산하는데, 근전계에서는
Figure 112019048473853-pat00013
에 위치한 TRM에 대해, 입력받은
Figure 112019048473853-pat00014
를 이용하여 변환된 방위각
Figure 112019048473853-pat00015
를 [수학식 5]에 의해 계산하고, 입력받은
Figure 112019048473853-pat00016
를 이용하여 고각
Figure 112019048473853-pat00017
를 [수학식 6]에 의해 계산한다.
Figure 112019048473853-pat00018
여기서
Figure 112019048473853-pat00019
는 조향하고자 하는 방위각이고,
Figure 112019048473853-pat00020
는 변환된 조향 방위각이다. TRM에 있는 위상 변위기의 위상 변위 값을 계산하는 방위각으로 원전계에서는
Figure 112019048473853-pat00021
값이 사용되지만, 근전계에서는
Figure 112019048473853-pat00022
값이 사용된다.
Figure 112019048473853-pat00023
여기서
Figure 112019048473853-pat00024
는 조향하고자 하는 고각이고
Figure 112019048473853-pat00025
는 변환된 고각이다. TRM에 있는 위상 변위기에 입력할 위상변위 값을 계산하는 고각으로 원전계에서는
Figure 112019048473853-pat00026
값이 사용되지만, 근전계에서는
Figure 112019048473853-pat00027
값이 사용된다.
이와 같이 계산된, 변환된 조향 각
Figure 112019048473853-pat00028
를 이용하여
Figure 112019048473853-pat00029
위치의 TRM에 포함되어 있는 위상 변위기에 입력할 위상 값을 계산하여 적용하면 모든 조향 각을 근전계 위치에서 원전계에서 조향하는 것처럼 조향할 수 있다. 이를 위해, x 의 위치에 있는 TRM에 해당하는 위상 값을 계산하면 [수학식 7]과 같고, y의 위치에 있는 TRM에 해당하는 위상 값을 계산하면 [수학식 8]과 같다. [수학식 7]과 [수학식 8]을 이용하여
Figure 112019048473853-pat00030
위치에 있는 TRM 내의 위상변위기에 입력할 최종 위상 값은 [수학식 9]로 얻을 수 있다.
Figure 112019048473853-pat00031
여기서 dθx(M,N,m,n)는 (M,N,m,n) 위치의 TRM 에서 방위각 방향으로 변화하는 각도의 양이다.
Figure 112019048473853-pat00032
여기서 dθy(M,N,m,n)는 (M,N,m,n) 위치의 TRM 에서 고각 방향으로 변화하는 각도의 양이다.
Figure 112019048473853-pat00033
여기서 phase(M,N,m,n)는 (M,N,m,n) 위치의 TRM 에 있는 위상변위기에 입력할 위상 값이고, cal_ph 는 초기 위상이나 보정 등의 방법으로 수정된 위상 값이다.
도 1을 다시 참조하면, 입력부(100)는 빔을 조향하기 위한 조향각
Figure 112019048473853-pat00034
을 제어모듈(200)의 제어부(210)로 전달하고, 제어부(210)는 TRB 조립체(310; M×N 개의 TRB) 내에 있는 TRB(320)의 TR 제어보드(330)로 전달할 수 있다.
원전계인 경우에는, TRM에 관련된 변환 조향 각
Figure 112019048473853-pat00035
을 구할 필요 없이 입력된 조향각
Figure 112019048473853-pat00036
을 이용하여 TRM에 있는 위상변위기에 입력될 위상을 [수학식 9]를 이용하여 계산하여 위상변위기에 입력하면 된다.
그러나, 근전계인 경우에는, 제어부(210) 또는 TR 제어보드(330)는 조향각
Figure 112019048473853-pat00037
과 [수학식 5], [수학식 6]을 이용하여 m×n 개의 TRM에 관련된 변환 조향 각
Figure 112019048473853-pat00038
을 구한다. 이 변환된 조향 각
Figure 112019048473853-pat00039
을 이용하여 TRM에 있는 위상변위기에 입력될 위상을 [수학식 9]를 이용하여 계산하여 위상변위기에 입력한다. 다시 말해, 근전계인 경우에는 [수학식 7], [수학식 8]에서 조향각
Figure 112019048473853-pat00040
대신 변환 조향 각
Figure 112019048473853-pat00041
을 이용한다.
또한 제어 모듈(200)은 RF 신호를 구동부(200)에서 일정 신호 이상 증폭(M ×N개의 TRB에 충분히 공급될 정도의 신호)하고, 증폭된 신호는 RF 급전부(230)에서 M×N개의 TRB에 공급할 수 있다. 이 신호는 TRB 내에 있는 RF 급전보드(350)를 통해 m×n 개의 TRM에 공급될 수 있다. TRM은 공급된 RF 신호에 더해서 [수학식 9]에서 계산하여 입력된 위상을 위상변위기에 입력하여 M×N×m×n 개의 복사 소자를 통해 RF 신호가 방사되어 빔을 원하는 조향각
Figure 112019048473853-pat00042
으로 조향할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 빔 조향 방법의 흐름도이다.
먼저, 제어부(210)는 빔을 조향하기 위한 조향각
Figure 112019048473853-pat00043
, 및 조향각
Figure 112019048473853-pat00044
으로 능동 위상 배열(AESA) 레이더 빔을 조향할 경우 표적이 위치할 수 있는 곳까지의 거리를 나타내는 기준 거리(rf)를 입력부(100)로부터 입력 받을 수 있다(S510).
제어부(210)는 [수학식 10]을 통해 근전계인지 원전계인지 판단할 수 있다.
Figure 112019048473853-pat00045
여기서,
Figure 112019048473853-pat00046
이고, CM 은 x 축의 TRB 의 총 개수로서 10이며, λ는 레이더에서 방사되는 빔의 파장일 수 있다.
기준 거리(rf))가
Figure 112019048473853-pat00047
보다 크면 원전계로 판단되고, 그 이하이면 근전계로 판단될 수 있다.
이 경우, 근전계로 판단되는 경우에는, 제어부(210)는 각각의 송수신 모듈(TRM) 위치 정보, 조향각
Figure 112019048473853-pat00048
및 기준 거리(rf)에 기초하여, 각각의 송수신 모듈(TRM)에 대한 변환된 조향각
Figure 112019048473853-pat00049
을 획득할 수 있다(S540).
그리고, 제어부(210)는 변환된 조향각
Figure 112019048473853-pat00050
에 기초하여 각각의 송수신 모듈(TRM)에 대한 위상 값을 도출하고(S550), 도출된 위상 값을 각각의 송수신 모듈(TRM)에 포함되어 있는 위상 변위기에 입력하여 다수의 송수신 모듈(TRM)을 통해 조향각
Figure 112019048473853-pat00051
으로 빔을 조향하도록 할 수 있다(S560).
다시 말해, 일 실시예에 따른 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 빔을 조향하는 방법은, 빔을 조향하기 위한 조향 각
Figure 112019048473853-pat00052
과 기준 거리(rf)를 이용하여 [수학식 1], [수학식 2], [수학식 3], [수학식 4]를 수행한다. 그리고, 근전계인지 원전계인지 판단하여, 근전계이면 [수학식 5]와 [수학식 6]을 이용하여 변환된 조향 각
Figure 112019048473853-pat00053
을 계산한 다음 [수학식 7], [수학식 8], [수학식 9]를 이용하여 위상 값을 계산하여 TRM의 위상변위기에 입력하는 것을 통해, 근전계에서도 송수신 모듈(TRM)을 통해 원하던 조향각
Figure 112019048473853-pat00054
으로 빔을 조향할 수 있다.
상술한 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 빔을 조향하는 방법에 의하면, 2~3 미터 이내의 근전계에서 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 시험 환경이 구현 가능하며, 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 원전계 거리를 만족하는 수십 미터 이상의 시험장에서 시험해야 하는 공간적인 제약 사항을 해결할 수 있다. 또한 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 비행시험 전에 지상에서 다양한 환경이나 신호들에 대한 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 기능 검증이 가능하여 기술적 오류를 최소화할 수 있다.
본 명세서에 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 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 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 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 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 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 능동 위상 배열(AESA) 레이더
100: 입력부
210: 제어부
300: 안테나부
320: TRB
340: TRM
370: 복사 소자

Claims (14)

  1. 다수의 송수신 모듈(TRM)을 포함하는 안테나부를 구비하는 능동 위상 배열(AESA) 레이더의 빔을 조향하는 방법에 있어서,
    빔을 조향하기 위한 조향각 및 기준 거리를 입력 받는 단계 - 상기 기준 거리는 상기 조향각으로 빔을 조향할 경우 표적이 위치할 수 있는 곳까지의 거리 - 와,
    상기 기준 거리에 기초하여 근전계인지 원전계인지 판단하는 단계와,
    근전계로 판단되는 경우, 각각의 송수신 모듈(TRM) 위치 정보, 상기 조향각, 및 상기 기준 거리에 기초하여, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 대한 변환된 조향각을 획득하는 단계와,
    상기 변환된 조향각에 기초하여 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 대한 위상 값을 도출하고, 상기 도출된 위상 값을 기초로 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)을 제어하는 단계를 포함하는
    능동 위상 배열(AESA) 레이더의 빔 조향 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조향각은 빔을 조향하기 위한 방위각 및 고각을 포함하는
    능동 위상 배열(AESA) 레이더의 빔 조향 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 위치 정보 및 상기 기준 거리에 기초하여, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 초기 조향각 정보를 계산하는 단계를 더 포함하는
    능동 위상 배열(AESA) 레이더의 빔 조향 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 송수신 모듈(TRM)은 평면 형태로 배열되며,
    상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 위치 정보는 각각의 송수신 모듈(TRM)이 배열되어 있는 위치에 따라 결정되는
    능동 위상 배열(AESA) 레이더의 빔 조향 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 변환된 조향각은 변환된 방위각 및 변환된 고각을 포함하며,
    상기 변환된 조향각을 획득하는 단계는,
    상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 위치 정보, 상기 방위각 및 상기 기준 거리에 기초하여, 상기 변환된 방위각을 획득하는 단계와,
    상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 위치 정보, 상기 고각 및 상기 기준 거리에 기초하여, 상기 변환된 고각을 획득하는 단계를 포함하는
    능동 위상 배열(AESA) 레이더의 빔 조향 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 변환된 조향각에 기초하여 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 대한 위상 값을 도출하는 것은,
    상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 위치 정보, 상기 변환된 방위각, 및 상기 변환된 고각에 기초하여, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 대한 위상 값을 도출하는 것인
    능동 위상 배열(AESA) 레이더의 빔 조향 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 도출된 위상 값을 기초로 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)을 제어하는 단계는,
    상기 도출된 위상 값을 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 포함되어 있는 위상 변위기에 입력하여 상기 다수의 송수신 모듈(TRM)을 통해 상기 조향각으로 빔을 조향하도록 하는 단계를 포함하는
    능동 위상 배열(AESA) 레이더의 빔 조향 방법.
  8. 능동 위상 배열(AESA) 레이더로서,
    다수의 송수신 모듈(TRM)이 배열되어 있는 안테나부와,
    상기 안테나부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    빔을 조향하기 위한 조향각 및 기준 거리 - 상기 기준 거리는 상기 조향각으로 빔을 조향할 경우 표적이 위치할 수 있는 곳까지의 거리 -를 입력 받고,
    상기 기준 거리에 기초하여 근전계인지 원전계인지 판단하여,
    근전계로 판단되는 경우, 각각의 송수신 모듈(TRM) 위치 정보, 상기 조향각, 및 상기 기준 거리에 기초하여, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 대한 변환된 조향각을 획득하고,
    상기 변환된 조향각에 기초하여 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 대한 위상 값을 도출하고, 상기 도출된 위상 값을 기초로 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)을 제어하는
    능동 위상 배열(AESA) 레이더.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 조향각은 빔을 조향하기 위한 방위각 및 고각을 포함하는
    능동 위상 배열(AESA) 레이더.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 위치 정보 및 상기 기준 거리에 기초하여, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 초기 조향각 정보를 또한 계산하는
    능동 위상 배열(AESA) 레이더.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 다수의 송수신 모듈(TRM)은 평면 형태로 배열되며,
    상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 위치 정보는 각각의 송수신 모듈(TRM)이 배열되어 있는 위치에 따라 결정되는
    능동 위상 배열(AESA) 레이더.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 변환된 조향각은 변환된 방위각 및 변환된 고각을 포함하며,
    상기 변환된 조향각을 획득하는 것은,
    상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 위치 정보, 상기 방위각 및 상기 기준 거리에 기초하여, 상기 변환된 방위각을 획득하는 것과,
    상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 위치 정보, 상기 고각 및 상기 기준 거리에 기초하여, 상기 변환된 고각을 획득하는 것을 포함하는
    능동 위상 배열(AESA) 레이더.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 변환된 조향각에 기초하여 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 대한 위상 값을 도출하는 것은,
    상기 각각의 송수신 모듈(TRM)의 위치 정보, 상기 변환된 방위각, 및 상기 변환된 고각에 기초하여, 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 대한 위상 값을 도출하는 것인
    능동 위상 배열(AESA) 레이더.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 도출된 위상 값을 기초로 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)을 제어하는 것은,
    상기 도출된 위상 값을 상기 각각의 송수신 모듈(TRM)에 포함되어 있는 위상 변위기에 입력하여 상기 다수의 송수신 모듈(TRM)을 통해 상기 조향각으로 빔을 조향하도록 하는 것을 포함하는
    능동 위상 배열(AESA) 레이더.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210078989A (ko) 2019-12-19 2021-06-29 국방과학연구소 능동 위상배열 레이더의 동시운용 모드를 위한 부하제어기반 빔 스케줄링 방법 및 이 방법을 이용한 능동 위상배열 레이더

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006005436A (ja) * 2004-06-15 2006-01-05 Fujitsu Ltd 送信ビームフォーミングの適応制御方法及び装置
KR20140109760A (ko) * 2013-03-06 2014-09-16 한국전자통신연구원 능동 역지향성 무선통신장치
JP2014195238A (ja) * 2013-02-26 2014-10-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> アンテナ装置
KR101779900B1 (ko) 2017-08-01 2017-09-19 국방과학연구소 능동 위상 배열 레이더
JP6249462B2 (ja) * 2014-03-06 2017-12-20 三菱電機株式会社 レーダ装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006005436A (ja) * 2004-06-15 2006-01-05 Fujitsu Ltd 送信ビームフォーミングの適応制御方法及び装置
JP2014195238A (ja) * 2013-02-26 2014-10-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> アンテナ装置
KR20140109760A (ko) * 2013-03-06 2014-09-16 한국전자통신연구원 능동 역지향성 무선통신장치
JP6249462B2 (ja) * 2014-03-06 2017-12-20 三菱電機株式会社 レーダ装置
KR101779900B1 (ko) 2017-08-01 2017-09-19 국방과학연구소 능동 위상 배열 레이더

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
김영완 외6. 근전계 빔 집속 시험 기법을 활용한 평면위상배열레이다 시스템 복사 및 빔조향 특성 검증. 한국전자파학회논문지. 2019.2, 제30권제2호, pp.160-168. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210078989A (ko) 2019-12-19 2021-06-29 국방과학연구소 능동 위상배열 레이더의 동시운용 모드를 위한 부하제어기반 빔 스케줄링 방법 및 이 방법을 이용한 능동 위상배열 레이더

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