KR102026909B1 - 지뢰와 같은 물체를 검출하는 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 장치는 더욱 특정하자면, 지뢰가 매설되었다고 여겨지는 구역(5)에 놓인 지뢰를 검출하기 위해 제공된다. 본 발명의 장치는 속도(V)로 이동하는 이동체(1) 상에 놓여진다. 본 발명의 장치는 패널(25)을 포함하고 상기 패널 상에 방사 조립체(18) 및 지뢰의 존재를 스크린(80) 상에 시그널하기 위한 처리 회로(50)가 배치된다. 방사 조립체(18)가 상기 이동체(1)의 이동 속도(V)에 횡방향으로 배치된 안테나(20)의 정렬부에 의해 형성된다. 우수한 분해능을 얻을 수 있도록 본 발명의 장치가 특정 치수로 만들어진다. 상기 분해능은 합성 안테나로 작동하도록 처리에 의해 향상된다.
Description
본 발명은 폭발될 구역에 놓인 지뢰와 같은 물체를 검출하기 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 지뢰와 같은 물체를 검출하기 위한 장치는 속도(V)로 이동하는 이동체(vehicle) 상에 배치되고, 상기 지뢰와 같은 물체에 대한 정보를 제공하기 위한 처리 회로와, 방사 세트(radiation set)가 배치된 패널로부터 형성된다.
이러한 장치는 특허문헌 EP 0 812 005에 개시되어 있고 여러 경우에 사용될 수 있다.
이러한 공지된 장치는 검출이 어렵게 설계된 작은 치수의 물체를 검출하는데 적당하지 않다. 더욱이, 패널이 대형인 경우에 검출에 불리하다고 여겨지는데, 그 이유는 적당한 회로가 방출된 파(wave)와 반사된 파의 변형을 측정하도록 사용되는 경우에서도 얻기 어려운 방출된 파와 반사된 파 사이의 불일치성을 야기시키는 패널의 변형 때문이다.
본 발명은 우수한 성능을 갖는, 서두에 언급된 타입의 장치를 개시하고 있다. 따라서, 모래땅(sand)에 묻힌 지뢰를 검출할 수 있게 된다. 이들 지뢰는 종종 검출되지 않도록 설계되고 그리고 결론적으로 상기 지뢰가 묻힐 수 있는 모래땅의 유전 상수와 유사한 유전 상수를 갖는다. 이러한 사항은 지뢰의 반사 계수가 전자기 방사에 의해 지뢰가 검출되기 어렵게 만드는 상기 지뢰를 둘러싸고 있는 모래땅의 반사 계수와 유사하다는 것을 나타낸다.
본 발명은 검출이 어려운 물체를 검출하고 이에 따라 대인용 지뢰나 또는 대전차용 지뢰와 같은 다양한 크기의 지뢰를 검출할 수 있는 상이한 측정을 개시하고 있으며, 상기와 같은 지뢰는 이러한 검출이 용이하지 않은 땅속에 있을 가능성이 있다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 방사 세트는 상기 이동체의 변위의 속도(V) 방향에 횡 방향으로 배치된 안테나의 정렬부(alignment)를 포함한다. 완전한 정렬부의 크기는 검출될 물체의 크기에 따라 결정된다.
본 발명의 다른 일 특징은 방사 세트가 상기 폭발될 구역을 조명하도록 전송 시 그리고 이러한 구역으로부터 반사된 파를 수집하도록 수신 시 모두에 사용될 수 있도록, 이중통신 수단(duplexing means)을 가능하게 한다. 얻어진 첫 번째 장점은 안테나의 갯수가 절반이고 그리고 방출된 파 및 수신된 파의 처리가 간섭을 일으키고, 이에 따라 성능을 향상시킨다는 점이다. 공지된 장치보다 우수한 제 2 장점은 폭발될 구역 상을 비행할 때 패널의 변형과 관련된 문제점이 더 이상 없다는 것이다.
본 발명의 제 3 특징에 따르면, 상기 이동체는 대략적으로 10 m의 고도에서 상기 폭발될 구역 상을 비행하고, 정렬부의 횡 방향 치수가 대략적으로 7 m인 경우 조명 주파수가 2 내지 4 GHz에서 변한다. 이들 상이한 파라미터는 중요하다. 특히, 전송 주파수나 또는 조명 주파수의 선택은 사질 토양(sandy soil)에서의 파의 더욱 우수한 침투를 유도하고 이에 따라 땅속에 묻힌 지뢰의 검출을 더욱 우수하게 한다.
아래 기재된 설명과 첨부된 도면은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명의 이해를 돕기 위한 것임을 알 수 있을 것이다.
도 1은 항공기, 특히 헬리콥터에 탑재된 물체 검출 장치를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 장치의 개략적인 도면이고,
도 3은 합성 안테나의 형성 및 폭발될 구역의 스캐닝을 나타낸 도면이고,
도 4 및 도 5는 시그널 처리에 포함된 파라미터를 정의하도록 제공된 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 개략적인 도면이고,
도 3은 합성 안테나의 형성 및 폭발될 구역의 스캐닝을 나타낸 도면이고,
도 4 및 도 5는 시그널 처리에 포함된 파라미터를 정의하도록 제공된 도면이다.
모든 도면에서 동일한 부재에 대해 동일한 부재번호가 지시되어 있다.
도 1에 있어서, 부재번호 1은 속도(V)로 이동하는 헬리콥터에 관한 것으로서 상기 헬리콥터에 본 발명에 따른 장치가 탑재된다. 이러한 본 발명의 장치로써, 기재된 실시예에서 지뢰매설된 구역으로 고려된, 폭발될 구역(5)에서 지면을 폭발시키도록 제안되고 있다. 지뢰(11, 12, 13, 등)는 폭발될 구역(5)에 퍼져, 묻혀있을 수 있다. 이들 지뢰를 검출하는데 주된 어려움은 지뢰가 건조사에 묻혀있을 때 발생한다. 지뢰는 가능한 검출 불가하도록 설계되고 그리고 상기 지뢰를 둘러싼 모래땅의 유전 상수와 유사한 유전 상수를 갖는 재료로 만들어진다. 이들 유전 상수의 대략적인 값은 각각 2.7 및 3.1 내지 3.4이다. 따라서, 이들 상수로부터 직접적으로 초래된 반사 계수는 서로 가깝다. 이러한 사항은 처리가 적절하게 반드시 행해졌다는 것을 의미한다.
이러한 어려움을 극복하기 위하여, 방사 세트(18)는 헬리콥터(1)의 꼬리에 고정된 패널(25) 상에 배치된 안테나(20)의 정렬부로부터 제공되어 형성된다. 바람직하게는, 이들 안테나는 비발디(Vivaldi) 타입이다. 이러한 헬리콥터는 행해질 검출 처리와 맞춰진 속도(V)로 그리고 안테나가 근접 구역에 있도록 고려될 수 있도록 높이에서 지뢰매설된 구역(5) 상을 비행한다. 근접장(Near field) 구역(Fresnel 구역)에서, 전기장과 자기장의 비는 일정하지 않고 그리고 공간에서의 그 분포는 안테나에 대한 거리로 변한다는 것을 기억하기 바란다. 도 1에는 조명 파가 구역 쪽으로 나아가고 상기 구역 상에서 반사된다는 현상을 나타내는 화살표 27이 도시되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 물체 검출 장치의 다이어그램을 나타낸 도면이다.
각각의 안테나(20)는 고 주파수 SP32T 타입 스위치나 또는 기성품(off-the-shelf)으로부터 이용가능한 여러 스위치로 형성된 스위치 시스템(28)과 연결된다. 도면은 4개의 이들 스위치(31, 32, 33 및 34)를 나타내고 있고 상기 스위치 각각은 안테나의 갯수가 128개 이도록, 소위 상류 억세스(upstream access)에서 32개의 억세스를 조정한다. 단일의 하류 억세스(downstream access)는 이들 스위치의 이들 4개의 상류 억세스에 대응한다. 이들 스위치(31 내지 34)의 하류 억세스는 제 5 스위치(40)의 상류 억세스에 연결된다.
이들 모든 스위치(31-34, 40)는 처리 회로(50), 및 본 발명에 따른 장치의 모든 작동 처리를 조정하는 더욱 정밀한 처리 장치(52)에 따라 결정된다.
안테나(20)가 전송 및 수신 모두에 작동하기 때문에, 이중통신 수단(55)이 처리 회로(50)의 성형 부분으로 제공되고 그리고 전송될 파 및 수신된 파를 분리하기 위한 적어도 하나의 서큘레이터로 이루어진다. 이러한 서큘레이터의 억세스는 스위치(40)의 하류 억세스와 연결된다.
바람직하게는, 스위칭 시스템(28) 및 서큘레이터(55)가 패널(25) 상에 배치되고 이에 따라 안테나(20)에 근접한다.
방출될 파장은 부재번호 60의 전압 제어식 오실레이터(VCO)로부터 만들어진다. 서큘레이터(55)에 적용되기 전에, 오실레이터(60)로부터의 아웃풋 파(5)는 증폭기(62)를 통과하고 상기 증폭기는 필요한 파워를 파에 제공하며, 상기 파는 안테나(20)에 의하여 그리고 증폭기(62)로부터의 아웃풋에서의 파의 작은 부분을 샘플링하는 지향식(directive) 커플러(64)에 의하여 최종적으로 방출될 것이다.
서큘레이터(55)로의 다른 한 억세스가 2개의 인풋을 갖는 2개의 혼합기(71 및 72)로부터 형성된 사각형부(70)에서의 검출기에 적용되기 전에 증폭기(66)에 의해 먼저 증폭된 수신된 파를 수집하며, 상기 2개의 인풋 중 하나의 인풋은 증폭기(66)로부터 아웃풋 시그널을 수신하고 그리고 다른 하나의 인풋은 커플러(64)를 통해 오실레이터(60)로부터 시그널의 레클리카(replica)를 수신한다. 2개의 혼합기의 인풋에 적용된 레플리카의 위상은 90° 만큼 쉬프트된다. 이는 3dB 커플러(75)에 적당하게 연결됨으로써 행해진다. 장치(52)는 이후 검출기(70)로부터의 아웃풋 시그널(I 및 Q)을 처리한다.
이러한 처리 장치(52)는 폭발된 구역의 맵(map)을 아웃풋하고 상기 맵에서 검출된 지뢰는 예를 들면, 스크린(80) 상에 가장 밝게(highlighted) 되어 나타난다.
처리 장치(52)는 도 3에 도시된 바와 같은 안테나의 합성 어퍼쳐(aperture)에 기초한 상기 맵을 생성한다. 상기 도면은 처리 장치(52)에 의해 행해진 처리로부터 초래되는 합성 안테나의 플롯부(85, plot)와 폭발될 구역(5)을 나타내고 있다. 이러한 플롯부(85)는 헬리콥터의 속도인 속도(V)로 구역 상을 이동하고 그리고 부호 T는 스위치(31-34 및 40)의 작동에 의해 상이한 안테나(20)의 순차 스위칭으로써 얻어진 스캐닝 속도를 나타낸다. 이러한 합성 안테나는 지뢰에 대응하는 대략적으로 7cm의 필요한 분해능을 제공한다. 고도는 10m이고 조명 주파수가 2와 3 GHz 사이에서 변한다.
일 실시예에 따르면, 오실레이터 주파수는 가장 밝은 지점의 인식이 변하도록 매 2 마이크로초나 또는 매 3 마이크로초 변할 수 있다. 지뢰가 한 주파수에 대해 가장 밝은 지점으로 나타나지 않는다면, 상기 지뢰는 안테나 네트워크에서의 부재의 스위칭에 의해 유도된 도플러 효과 때문에 상이한 주파수에서 가장 밝은 지점으로 나타날 수 있다. 이를 달성하기 위하여, 오실레이터(60)의 주파수는 처리 장치(52)의 제어 하에서 주파수(fl, f2 또는 f3) 중 하나의 주파수로 변할 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 아래 기재된 바와 같이 작동한다.
도 4는 시그널 처리의 간략한 설명을 위한 필수적인 부재를 나타낸 도면이다. 합성된 안테나의 플롯부(85)와 분석될 구역(5)이 도 4에 나타나 있다. 안테나 플롯부(85)는 항공기 속도 "V"로부터 정의된 폭(W) 및 길이(L)로 펼쳐져 있다. 이러한 구역은 폭의 방향을 따라서 그리고 항공기의 변위를 따라서 2개의 차원(x 및 y)으로 각각 배치된 한 세트의 지점(J)으로 분석된다. 이들 지점 중 각각의 지점은 항공기로부터 전송된 파를 반사시키고 그리고 안테나(20)의 정렬부를 포함한 방사 세트(18)로 상기 전송된 파를 복귀시킨다. 지점(j)에서 반사된 파는 rj를 나타낸다. 위치가 정렬부(20)의 기준점(M)에 의해 정의되는, 안테나(20)에서 수신된 시그널(S(t))은 아래 기재된 식으로 나타내어질 수 있다:
상기 식에서:
- J는 상기 구역(5)에서의 지점의 위치이고,
- λ 는 방사의 파장이고,
- i는 i2 =-1을 만족한다.
이러한 시그널은 네트워크(20)에서의 상이한 안테나에 의해 수신된 파를 포함한다.
아래 기재된 식은 지면 상의 주어진 지점에서의 반사(Aj)를 판정하도록 사용되고:
이러한 식 (2)은 적응 필터링 이후에 이전 작동과 반대인 작동을 나타내지만, 달리 말하자면 "j"에 위치된 지점이 아닌 다른 반사된 파의 영향이 제거된다.
식 (3)에 포함된 파라미터는 도 5와 관련하여 기재되어 있으며:
- θ는 지면 상의 지점이 인지되는 각도이고 그리고 고려된 지점에서의 파의 입사 각도와 동일하다.
- e는 지뢰가 묻힌 모래땅의 두께이다.
- ε는 이러한 모래땅의 유전 상수이다.
항공기가 비행하는 높이(H)는 모듈의 값(r)을 결정함을 알기 바란다.
실제로, A의 값은 스크린(80)의 명도가 변하는 경우에도, 지뢰의 존재를 표시한다.
불리한 조건 하에서 지뢰를 검출할 수 있는 지뢰 검출기에 대한 설명이 제시되었을지라도, 본 발명은 상기 기재된 상황보다 더욱 유리한 상황에서 물체를 검출하는데 더욱 적용가능하다.
본 방법이 충분한 간격(spacing)의 3개의 상이한 주파수에 대해 바람직하게 반복될 것임을 알기 바란다. 얻어진 이미지는 지면과 지뢰 사이의 경계면(interface)의 반사 계수의 상이한 조합에 의해 가장 밝은 영역이나 또는 어두운 영역을 가질 수 있다.
Claims (11)
- 폭발될 구역(5)에 놓인 지뢰 (11, 12, 13...)와 같은 물체를 검출하기 위한 장치로서, 상기 지뢰와 같은 물체를 검출하기 위한 장치는 속도(V)로 이동하는 이동체(1) 상에 놓여지고, 그리고 방사 세트(18)가 조명 주파수에서 시그널을 전송하고 상기 폭발될 구역(5)으로부터 반사된 시그널을 수신하도록 배치된 패널(25)과, 상기 반사된 시그널을 처리한 이후에 상기 물체의 존재에 대한 정보를 제공하는 처리 회로(50)로 형성되고,
상기 방사 세트(18)는 상기 이동체(1)의 변위의 속도(V) 방향에 횡방향으로 배치된 안테나(20)의 정렬부를 포함하며,
수신된 시그널은 아래와 같은 식을 만족하고,
상기 식에서:
- j는 분석될 구역에서의 지점을 정의하는 한 세트의 지점(J)에 속하는 값이고,
- 는 시간(t)에서 정렬부(20)에 따른 안테나(20, 21, ...)의 위치이고.
- λ 는 방사 파장이고,
- i는 i = -1을 만족하도록, 처리 장치(52)가 처리되어,
필터링이 적용된 이후에, 시그널(Aj)이 지점(j)으로부터의 반사를 나타내도록 생성되어,
을 만족하고,
상기 방정식에서:
- θ는 지면 상의 지점이 인지되는 각도이고 그리고 고려된 지점에서의 파의 입사 각도와 동일하며,
- rj 는 또한 상기 구역 상을 비행하는 헬리콥터의 고도(H)에 의해 정의된 고려된 지점의 반사 벡터이고,
이며,
상기 식에서:
- e는 검출될 물체가 묻힌 매체의 두께이고,
- ε는 상기 매체의 유전 상수인, 폭발될 구역(5)에 놓인 지뢰 (11, 12, 13...)와 같은 물체를 검출하기 위한 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 방사 세트(18)가 조명 주파수에서의 시그널의 전송과 상기 반사된 시그널을 수집하는 수신에 대해 사용되도록, 이중통신 수단(55)이 제공되는, 폭발될 구역(5)에 놓인 지뢰 (11, 12, 13...)와 같은 물체를 검출하기 위한 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 이동체(1)는, 상기 안테나(20)가 폐쇄 구역에서 작동하도록, 폭발될 구역(5)으로부터의 거리로 위치하는, 폭발될 구역(5)에 놓인 지뢰 (11, 12, 13...)와 같은 물체를 검출하기 위한 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 이중통신 수단(55)은 적어도 하나의 서큘레이터로 이루어지는, 폭발될 구역(5)에 놓인 지뢰 (11, 12, 13...)와 같은 물체를 검출하기 위한 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 안테나는 비발디(Vivaldi) 타입의 안테나로 이루어지는, 폭발될 구역(5)에 놓인 지뢰 (11, 12, 13...)와 같은 물체를 검출하기 위한 장치. - 청구항 5에 있어서,
상기 안테나(20) 중 각각의 안테나를 사용하기 위한 스위칭 시스템(28)이 제공되는, 폭발될 구역(5)에 놓인 지뢰 (11, 12, 13...)와 같은 물체를 검출하기 위한 장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 스위칭 시스템(28)은 상기 패널(25) 상에 배치되는, 폭발될 구역(5)에 놓인 지뢰 (11, 12, 13...)와 같은 물체를 검출하기 위한 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 이중통신 수단(55)은 상기 패널(25) 상에 배치되는, 폭발될 구역(5)에 놓인 지뢰 (11, 12, 13...)와 같은 물체를 검출하기 위한 장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 스위칭 시스템(28)은 합성 안테나를 만들도록 처리 장치(52)와 상호협동하는, 폭발될 구역(5)에 놓인 지뢰 (11, 12, 13...)와 같은 물체를 검출하기 위한 장치. - 삭제
- 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이동체가 상기 구역(5) 상을 비행하고 있을 때, 상기 정렬부의 횡방향 치수는 조명 주파수가 2 내지 4 GHz 이면서 상기 물체에 대응하는 분해능이 얻어질 수 있도록 결정되는, 폭발될 구역(5)에 놓인 지뢰 (11, 12, 13...)와 같은 물체를 검출하기 위한 장치.
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