KR102072674B1 - 능동 전자 스캔 배열 레이더를 회전시키기 위한 동적 방위각 스캐닝을 제공하는 방법 및 능동 전자 스캐닝 배열 - Google Patents

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Abstract

동적 방위각 스캐닝을 제공하기 위한 실시예들이 일반적으로 본원에 설명된다. 일부 실시예들에서, 기상 조사 측정들은 방위각 각도들의 함수로서 환경적 손실들을 추정하기 위해 수행된다. 이득 향상들은 방위각 손실 조사 측정들로부터 도출된 상이한 방위각 각도들에서 사용된 에너지 증가량에 기초하여 결정된다. 이득 프로파일은 결정된 이득 향상들에 기초하여 생성된다. 방위각 오프셋 프로파일은 이득 프로파일을 사용하여 도출되어, 추가 전력을 제공하기 위해 점진적 스캔 역방향이 환경적 손실들의 영역에서 사용되는 방위각 각도들을 정의하고 점진적 스캔 순방향이 낮은 손실의 영역에 사용되는 방위각 각도들을 정의한다. 동적 전자 방위각 빔 조종은 불균일한 손실이 존재할 때 방위각의 함수로서 거의 일정한 평균 타겟 탐지 범위를 제공한다.

Description

능동 전자 스캔 배열 레이더를 회전시키기 위한 동적 방위각 스캐닝을 제공하는 방법 및 능동 전자 스캐닝 배열
회전하는 3차원 감시 레이더들은 일반적으로 감시 용량의 고도 정도(elevation extent)를 커버하는(cover) 탐색 빔들(search beams)의 템플릿(template) 또는 팬(fan)을 사용하고 안테나의 기계적 방위각으로 조종된다. 이 접근법은 방위각적으로(azimuthally) 대칭인 환경 조건들로 제시될 때 방위각의 함수로서 탐지 확률(probability of detection) 및 레이더 에너지의 균일한 분포를 제공한다. 그러나, 특정 방위각 각도들에서 국부적으로 강한 클러터(clutter) 또는 기상 조건들이 있을 때와 같은, 환경 조건들이 방위각적으로 대칭이 아닌 경우, 이 스캐닝 접근법은 국부적으로 탐지의 확률 및 이들 각도들에서의 타겟 범위를 감소시킨다. 마이크로파 영역(microwave region)에서의 비의 간섭(Rain interference)은 항공기의 추적 또는 임의의 물체의 추적이 불가능하지는 않더라도 어렵게 될 정도의 강도(intensity)일 수 있다.
조건들의 이러한 유형들을 보상하기 위하여, 강수량(precipitation)과 구름 손실들이 주파수가 낮을수록 상당히 낮기 때문에 저주파수 대역(low frequency bands)이 사용되었다(예컨대, 극초단파(UHF; Ultra High Frequency), 초단파(VHF; Very High Frequency), L 대역(L band), S 대역(S band)). 그러나, 회전 삼차원(3D) 감시 레이더들에서 단위 방위각 당 소비되는 에너지량은 일반적으로 회전 속도에 의해 제한된다, 예컨대, 12 RPM 안테나의 경우, 13.8 밀리세컨즈(milliseconds)의 레이더 리소스들은 회전 동안 방위각 1도씩을 사용할 수 있다.
분리된 방위각 영역(isolated azimuth region)에서 강한 비 셀(heavy rain cell)이 존재하는 경우, 타겟 SNR은 그 방위각에서 탐지 확률(Pd)이 감소한다. 임무 제약(duty constraint)을 가정하여, 추가의 손실에 대응하기 위해 더 높은 에너지 템플릿을 사용하는 것만으로는 효과적이지 않다. 에너지가 많을수록 템플릿 지속 기간이 증가하므로 방위각 간격(azimuth spacing)이 증가한다. 그러나, 증가된 방위간 간격은 빔 형상 손실을 증가시키고 증가된 빔 형상 손실은 적용되는 증가된 에너지를 방해한다. 그 결과는 타겟 탐지 범위가 폭풍 셀과 함께 방위각 각도에서 현저하게 감소하지만 다른 곳에서 높게 유지된다는 것이다.
기존의 회전 3D 감시 레이더 디자인들은 정적 방위각 스캔 각도 오프 브로드사이드(static azimuth scan angle off broadside)를 사용하고 고도에서 전자적으로 스캔한다. 다른 옵션의 레이더 디자인 트레이드오프들은 저하된 조건들이 존재하는 방위각 각도들에서 단위 시간 당 입체각(steradian) 당 더 많은 에너지를 허용하는 탐색 고도 정도의 감소를 고려할 수 있다. 또한, 최악의 폭풍 방위각에 대한 시스템 민감도를 디자인하면 다른 곳에서 초과 마진(margin)을 낳고, 즉, 비용이 증가하게 된다. 또한, 낮은 고도들에서 더 많은 에너지가 스케줄(scheduled) 될 수 있도록 강한 비에서 최대 고도를 제한하는 것은 탐색 용량을 단축시킨다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 능동 전자 스캐닝 배열(active electronically scanning array)은 포함한다: 복수의 방사 소자들(radiating elements), 각각의 방사 소자에 대해 송신기 및 수신기 기능들(transmitter and receiver functions)을 제공하기 위한 송수신 모듈을 포함하는 방사 소자; 및 상기 복수의 송수신 모듈들에 연결되는 제어기(controller), 불균일한 손실(non-uniform loss)이 존재할 때 방위각의 함수로서 실질적으로 일정한 평균 타겟 탐지 범위(substantially constant average target detection range)를 유지하도록 감소된 드웰 시간(dwell time)이 사용되는 점진적 스캔 순방향 회전(progressive scan forward rotation)에 의해, 및 드웰 시간이 증가되는 방위각들에서 점진적 스캔 역방향 회전(progressive scan back rotation)에 의해, 순 방위각 빔 스캔 속도(net azimuth beam scan rate)를 변화시키는 동적 전자 방위각 빔 조종(dynamic electronic azimuth beam steering)을 제공하도록 배열되는 상기 제어기.
상기 배열은 다음의 특징들 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다: 상기 동적 전자 방위각 빔 조종은 방위각 오프셋 프로파일(azimuth offset profile)에 따라 식별되는 방위각 각도들에서 역방향 스캔 또는 순방향 스캔의 속도를 제공하고, 상기 방위각 오프셋 프로파일에 따라 식별되는 방위각 각도들에서 역방향 스캔 또는 순방향 스캔의 속도는, 임의의 주어진 방위각 영역 내에서 송신하는데 소요되는 시간의 양을 제어하고, 불균일한 기상 손실 조건들이 존재할 때 더 균일한 탐지 확률(Pd)을 제공하도록 방위각의 함수로서 레이더 에너지의 불균일한 분포를 허용하고, 상기 제어기는 상기 방위각 오프셋 프로파일 및 기계적 속도에 기초하는 탐색 빔들의 미리 설정된 방위각 간격을 획득하는 지속 기간을 갖는 템플릿들(templates)을 사용하고, 상기 제어기는 모든 360도 방위각에 대한 단일 템플릿을 사용하고, 방위각 간격은 상기 순방향 및 역방향 스캐닝의 속도에 비례하여 증가하고 감소하며, 상기 제어기는 다수의 템플릿들을 사용하고, 상기 제어기는 상기 점진적 순방향 스캔 동안, 보통 템플릿 보다 더 넓은 간격을 갖는 점진적 순방향 스캔을 사용하고, 점진적 역방향 스캔 동안, 보통 간격을 갖는 더 높은 에너지 템플릿을 사용함으로써, 상기 다수의 템플릿들을 사용하며, 상기 제어기는 상기 점진적 순방향 스캔에서, 보통 스캔 보다 더 넓은 간격을 사용하고, 상기 점진적 역방향 스캔에서, 더 많은 빔 중복을 가진 더 촘촘한 간격을 사용하며, 및/또는 상기 방위각 오프셋 프로파일은 운영자 정의 이득 특성들에 대응한다.
본 발명의 다른 측면에서, 동적 방위각 스캐닝(DYNAMIC AZIMUTH SCANNING)을 제공하기 위한 방법은 포함한다: 방위각 손실 정보로부터 도출되는 360° 기계적 회전의 상이한 방위각 각도들에서 사용되는 안테나 배열로부터 레이더 빔의 에너지량에 기초한 이득 향상들을 결정하는 단계; 방위각 각도들에서 적용될 이득을 식별하도록 상기 결정된 이득 향상들에 기초한 이득 프로파일을 생성하는 단계; 및 상기 이득 프로파일을 사용하여 방위각 오프셋 프로파일을 도출하는 단계, 상기 방위각 오프셋 프로파일은, 손실을 보상하도록 점진적인 스캔 역방향이 환경적 손실들의 영역에서 사용되는 방위각 각도들을 정의하고, 점진적 스캔 순방향이 낮은 손실의 영역에서 사용되는 방위각 각도들을 정의함.
상기 방법은 다음의 특징들 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다: 불균일한 손실이 존재할 때 방위각의 함수로서 실질적으로 일정한 평균 타겟 탐지 범위를 유지하도록 감소된 드웰 시간이 허용되는 점진적 스캔 순방향에 의해, 및 추가의 드웰 시간이 사용되는 방위각들에서 점진적 스캔 역방향에 의해, 순 방위각 빔 스캔 속도를 변화시키는 동적 전자 방위각 빔 조종을 제공하는 단계, 상기 방위각 오프셋 프로파일을 도출하는 단계는: 초기 방위각 오프셋 프로파일을 생성하는 단계; 각 섹터에서의 전자 스캔의 양을 합산하고 그 다음 기울기를 제거하도록 각 섹터에서의 상기 전자 스캔에 선형 보정을 적용함으로써 레이더의 전체 회전 주기에 대한 순 전자 스캔이 실질적으로 제로(zero)가 됨을 보장하기 위해 상기 초기 방위각 오프셋 프로파일을 스케일링 하는 단계; 평균 방위각 스캔 오프셋을 감산하고 상기 공칭 감시 방위각 각도를 가산함으로써 상기 전자 스캔이 공칭 전자 감시 스캔 각도 오프 방위각 브로드사이드(nominal electronic surveillance scan angle off azimuth broadside)와 관련됨을 보장하기 위해 상기 스케일링된 방위각 오프셋 프로파일을 바이어스 하는(biasing) 단계; 및 최대 누적 전자 오프셋이 미리 결정된 값에서 캡되도록(capped) 상기 바이어스된 방위각 오프셋 프로파일을 스케일링 하는(scaling) 단계를 더 포함함, 상기 레이더가 회전할 때 레이더 스케줄에서 사용하기 위한 기계적 브로드사이드 방위각 각도의 함수로 상기 스케일링된, 바이어스된 방위각 오프셋 프로파일을 맵핑하는 단계, 상기 동적 전자 방위각 빔 조종을 제공하는 단계는 모든 360도 방위각에 대한 단일 템플릿을 사용하는 단계를 더 포함하고, 상기 방위각 간격은 순방향 및 역방향 스캔의 속도에 비례하여 증가하고 감소함, 상기 동적 전자 방위각 빔 조종을 제공하는 단계는 상기 점진적 순방향 스캔에서, 보통 스캔 보다 더 넓은 간격을 사용하고, 상기 점진적 역방향 스캔에서, 더 많은 빔 중복을 가진 더 촘촘한 간격을 사용하는 단계를 더 포함함, 상기 동적 전자 방위각 빔 조종을 제공하는 단계는 다수의 템플릿들을 사용하는 단계를 더 포함함, 상기 다수의 템플릿들을 사용하는 단계는 상기 점진적 순방향 스캔 동안, 보통 템플릿 보다 더 넓은 간격을 갖는 점진적 순방향 스캔을 사용하고, 점진적 역방향 스캔 동안, 보통 간격을 갖는 더 높은 에너지 템플릿을 사용하는 단계를 더 포함함, 상기 동적 전자 방위각 빔 조종을 제공하는 단계는 불균일한 손실이 존재할 때 거의 균일한 타겟 범위 성능을 제공하는 동적 스캐닝을 포함하고, 폭풍 영역에서의 손실은 맑은 기상 영역에 사용되었을 전력을 사용함으로써 보상됨, 및/또는 상기 방위각 손실 조사 측정들로부터 도출되는 360° 기계적 회전의 상이한 방위각 각도들에서 사용되는 레이더 빔의 에너지량에 기초한 이득 향상들을 결정하는 단계는 각 방위각 각도에서 비를 탐지하고 분류하는 전용 기상 조사 드웰 템플릿(dedicated weather survey dwell template)을 사용함으로써 방위각 각도들의 함수로서 환경적 손실들을 추정하도록 기상 조사 측정들을 사용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가 측면에서, 기계에 의해 실행될 때, 상기 기계로 하여금 작동들을 수행하게 하는 명령들을 포함하는, 적어도 하나의 비일시적 기계 판독 가능 매체는 다음의 작동들을 수행한다: 방위각 손실 정보로부터 도출된 360° 기계적 회전의 상이한 방위각 각도들에서 사용되는 레이더 빔의 에너지 증가량에 기초한 이득 향상들을 결정하는 단계; 각 방위각 각도에서 적용될 이득을 식별하도록 상기 결정된 이득 향상들에 기초한 이득 프로파일을 생성하는 단계; 상기 이득 프로파일을 사용하여 방위각 오프셋 프로파일을 도출하는 단계 - 상기 방위각 오프셋 프로파일은, 손실을 보상하도록 추가 전력을 제공하기 위해 점진적 스캔 역방향이 환경적 손실들의 영역에서 사용되는 방위각 각도들을 정의하고, 상기 레이더 빔이 캐치업하도록 허용하기 위해 점진적 스캔 순방향이 낮은 손실의 영역들에서 사용되는 방위각 각도들을 정의함 -; 및 불균일한 손실이 존재할 때 방위각의 함수로서 거의 일정한 평균 타겟 탐지 범위를 유지하도록 감소된 드웰 시간이 허용되는 점진적 스캔 순방향(progressive scan forward)에 의해, 및 추가의 드웰 시간이 사용되는 방위각들에서 점진적 스캔 역방향(progressive scan back)에 의해, 순 방위각 빔 스캔 속도를 변화시키는 동적 전자 방위각 빔 조종을 제공하는 단계.
상기 기계는 다음의 특징들 중 하나 이상에 대한 명령들을 더 포함할 수 있다: 불균일한 손실이 존재할 때 방위각의 함수로서 실질적으로 일정한 평균 타겟 탐지 범위를 유지하도록 감소된 드웰 시간이 허용되는 점진적 스캔 순방향에 의해, 및 추가의 드웰 시간이 사용되는 방위각들에서 점진적 스캔 역방향에 의해, 순 방위각 빔 스캔 속도를 변화시키는 동적 전자 방위각 빔 조종을 제공하는 단계, 상기 방위각 오프셋 프로파일을 도출하는 단계는: 초기 방위각 오프셋 프로파일을 생성하는 단계; 각 섹터에서의 전자 스캔의 양을 합산하고 그 다음 기울기를 제거하도록 각 섹터에서의 상기 전자 스캔에 선형 보정을 적용함으로써 레이더의 전체 회전 주기에 대한 순 전자 스캔이 실질적으로 제로(zero)가 됨을 보장하기 위해 상기 초기 방위각 오프셋 프로파일을 스케일링 하는 단계; 평균 방위각 스캔 오프셋을 감산하고 상기 공칭 감시 방위각 각도를 가산함으로써 상기 전자 스캔이 공칭 전자 감시 스캔 각도 오프 방위각 브로드사이드와 관련됨을 보장하기 위해 상기 스케일링된 방위각 오프셋 프로파일을 바이어스 하는 단계; 및 최대 누적 전자 오프셋이 미리 결정된 값에서 캡되도록(capped) 상기 바이어스된 방위각 오프셋 프로파일을 스케일링 하는 단계를 더 포함함, 상기 레이더가 회전할 때 레이더 스케줄에서 사용하기 위한 기계적 브로드사이드 방위각 각도의 함수로 상기 스케일링된, 바이어스된 방위각 오프셋 프로파일을 맵핑하는 단계, 상기 동적 전자 방위각 빔 조종을 제공하는 단계는 모든 360도 방위각에 대한 단일 템플릿을 사용하는 단계를 더 포함하고, 상기 방위각 간격은 순방향 및 역방향 스캔의 속도에 비례하여 증가하고 감소함, 상기 동적 전자 방위각 빔 조종을 제공하는 단계는 상기 점진적 순방향 스캔에서, 보통 스캔 보다 더 넓은 간격을 사용하고, 상기 점진적 역방향 스캔에서, 더 많은 빔 중복을 가진 더 촘촘한 간격을 사용하는 단계를 더 포함함, 상기 동적 전자 방위각 빔 조종을 제공하는 단계는 다수의 템플릿들을 사용하는 단계를 더 포함함, 상기 다수의 템플릿들을 사용하는 단계는 상기 점진적 순방향 스캔 동안, 보통 템플릿 보다 더 넓은 간격을 갖는 점진적 순방향 스캔을 사용하고, 점진적 역방향 스캔 동안, 보통 간격을 갖는 더 높은 에너지 템플릿을 사용하는 단계를 더 포함함, 상기 동적 전자 방위각 빔 조종을 제공하는 단계는 불균일한 손실이 존재할 때 거의 균일한 타겟 범위 성능을 제공하는 동적 스캐닝을 포함하고, 폭풍 영역에서의 손실은 맑은 기상 영역에 사용되었을 전력을 사용함으로써 보상됨, 및/또는 상기 방위각 손실 조사 측정들로부터 도출되는 360° 기계적 회전의 상이한 방위각 각도들에서 사용되는 레이더 빔의 에너지량에 기초한 이득 향상들을 결정하는 단계는 각 방위각 각도에서 비를 탐지하고 분류하는 전용 기상 조사 드웰 템플릿을 사용함으로써 방위각 각도들의 함수로서 환경적 손실들을 추정하도록 기상 조사 측정들을 사용하는 단계를 포함한다.
도 1은 일 실시예에 따른 능동 전자 스캔 배열(AESA) 레이더 시스템을 도시한다;
도 2는 일 실시예에 따른 능동 전자 스캔 배열(AESA)을 도시한다;
도 3a-b는 일 실시예에 따른 공칭 스캐닝과 동적 스캐닝 간의 비교를 제공한다;
도 4는 단일 템플릿을 사용하여 선행 기술 스캐닝을 도시한다;
도 5는 일 실시예에 따른 단일 템플릿을 사용하는 동적 스캐닝을 도시한다;
도 6은 일 실시예에 따른 다수의 템플릿들을 사용하는 동적 스캐닝을 도시한다;
도 7a-b는 일 실시예에 따른 동적 방위각 스캐닝의 이점을 도시한다;
도 8a-b는 일 실시예에 따른 동적 스캔 오프셋 프로세스의 개요를 제공한다;
도 9는 일 실시예에 따른 드웰 시간 기하학 구조(dwell time geometry)를 도시한다;
도 10은 일 실시예에 따른 제1 예시 이득 프로파일을 도시한다;
도 11은 일 실시예에 따른 상이한 빔 방위각들에서의 스캔 오프셋 프로파일을 도시한다;
도 12는 일 실시예에 따른 최종 스캔 오프셋 프로파일을 도시한다;
도 13은 일 실시예에 따른 이득 프로파일들의 비교를 도시한다;
도 14는 일 실시예에 따른 제2 예시 비 환경에 대한 빔 방위각 간격에서 매핑된 선형 이득 인자를 도시한다;
도 15는 일 실시예에 따른 빔 방위각의 함수로서 스캔 프로파일 생성 프로세스 단계들을 도시한다;
도 16은 일 실시예에 따른 기계적 방위각 각도의 함수로서 최종 이득 프로파일을 도시한다;
도 17은 획득된 스캔 이득 및 원래 타켓 스캔 이득을 도시한다;
도 18은 능동 전자 스캔 배열 레이더를 회전시키기 위한 동적 방위각 스캐닝을 수행하기 위한 방법의 흐름도이다
도 19는 일 실시예에 따른 능동 전자 스캔 배열 레이더를 회전시키기 위한 동적 방위각 스캐닝을 제공하는 일 예시 기계의 블록도를 도시한다.
다음의 설명 및 도면들은 당업자가 이들을 실시할 수 있게 하기 위해 특정 실시예들을 충분히 예시한다. 다른 실시예들은 구조적, 논리적, 전기적, 프로세스 및 다른 변화들을 통합할 수 있다. 일부 실시예들의 부분 및 특징들은 다른 실시예들의 것들에 포함되거나 대체될 수 있다. 청구 범위에 설명된 실시예들은 그 청구 범위의 이용 가능한 등가물을 포함한다.
일 실시예에 따라서, 추가의 드웰 시간(dwell time)이 사용되는 방위각들에서 천천히 순 방위각 빔 스캔 속도(net azimuth beam scan rate)(전자적 더하기 기계적의 합)를 변화시키는 전자 방위각 빔 조종은 결정된다, 예를 들어, 강한 비 손실을 보상하고 감소된 드웰 시간이 허용되는 곳에서 속도를 높이기 위하여, 예를 들어 약한 비가 내리는 섹터들(sectors)에서 이용 가능한 마진에 의해. 비 손실(Rain loss)은 기상 조사 드웰들(weather survey dwells)로부터 확장된 타겟 탐지들을 처리함으로써 결정된다. 따라서, 국부적으로 증가된 방위각 영역들의 손실을 보상하도록 능동 전자 조종된 위상 배열 감시 레이더들(active electronically steered phased array surveillance radars)을 회전시키기 위하여 전자 방위각 스캐닝 전략이 제공된다.
일 실시예에 따른 전자 방위각 스캐닝 전략은 환경적 손실들을 추정하고 방위각 오프셋 프로파일(azimuth offset profile)을 생성하는 것을 포함한다. 추정되는 환경적 손실들은 비로부터의 손실들을 포함할 수 있다. 예컨대, 기상 조사 측정들과 같은 방위각 손실 조사 측정들은 이러한 손실들을 방위각의 함수로서 추정하는데 사용될 수 있다. 방위각 오프셋 프로파일은 브로드사이드 방위각 각도(broadside azimuth angle)의 함수로서 기계적 방위각 브로드사이드에 관하여 순방향 또는 역방향 스캔의 양을 설정하는데 사용된다. 탐색 빔의 템플릿 또는 팬은 감시 용량 고도 정도(surveillance volume elevation extent)를 커버하는 고도에 정의된다. 방위각 각도는 오프셋 프로파일에서의 방위각 각도들을 사용하여 회전하는 동안 기계적으로 배열 브로드사이드 각도에 관하여 전자적으로 스캔된다. 순방향 스캔 또는 역방향 스캔의 속도는 임의의 주어진 방위각 영역 내에서 송신하는데 소요되는 시간의 양의 제어를 허용하고 방위각의 함수로서 레이더 에너지의 불균일한 분포를 허용하여 불균일한 기상 손실 조건들이 있을 때 더 균일한 탐지 확률(Pd)을 제공한다.
일 실시예에 따른 전자 방위각 스캐닝 전략은 비로 인한 손실들을 극복함으로써 장거리 감시 미션들에, 예컨대, C-대역(C-band)와 같은 더 높은 주파수 대역 레이더들(higher frequency band radars)을 사용할 수 있게 한다. 더 높은 주파수 대역을 사용하는 것은 더 높은 품질의 데이터 및 전투원(warfighter)을 위한 더 많은 능력(capability), 화재 제어 미션들을 지원하는 더 높은 정확도, 더 나은 각도 분해능, 및 전자 보호 및 판별(discrimination)을 위한 C 대역, X 대역(X band) 등에서 지원되는 더 넓은 대역폭들을 의미한다. 템플릿들은 기계적 속도(예컨대, 3dB Az 빔폭에서의 간격(space))에 기초하여 탐색 빔들의 미리 설정된 방위각 간격을 달성하는 지속 기간으로 전개된다.
도 1은 일 실시예에 따른 능동 전자 스캔 배열(AESA) 레이더 시스템(100)을 도시한다. 도 1에서, AESA 레이더 시스템(100)은 신호 생성 모듈(signal generation module)(110), 빔 형성기(beamformer)(120), 송신/수신(TR) 모듈들(transmit/receive (TR) modules)(130) 및 안테나 배열(antenna array)(140)을 포함한다. TR 모듈들(130)은 안테나 배열에 의해 방출된 송신된 신호(132)의 신호 세기 및 지속 기간을 제공한다. 도 1은 안테나 배열(140)이 빔 조정 없이 송신된 신호(132)를 방사할 때 기계적 조준(mechanical boresight)(136)을 도시한다. 대부분의 안테나들에서 조준은 안테나의 대칭축이다. 그러나 능동 전자 스캔 배열(AESA) 레이더 시스템(100)은 안테나 배열(140)의 평면에 관하여 조종된 레이더 빔의 각도를 변경하여, 빔을 전자적으로 조종할 수 있다. 수신된 신호(134)는 신호 처리를 위하여 수신된 신호들(134)의 주파수를 하향변환하는 수신기(receiver)(150)로 제공된다. 신호 프로세서(signal processor)(160)는 하향변환된 수신된 신호들(152)로부터 수신된 측정들(170)을 생성한다. 예를 들어, 신호 프로세서(160)는 공지된 처리 방법들을 이용하여 하향변환된 수신된 신호들(152)을 처리하여 위치, 속도, 운동 방향, 및 타겟의 유형을 추출할 수 있다. 제어기(controller)(180)는 AESA 레이더 시스템(100)의 송신 및 수신 기능들을 제어하도록 제공될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 능동 전자 스캔 배열(AESA)(200)을 도시한다. AESA(200)는 360도 회전 페데스탈(360 degree rotating pedestal)(도 2에 도시되지 않음)에 장착된다. 능동 전자 스캔 배열(AESA)안테나(200)는 다수의 방사기들(210)을 포함하는 안테나이다. 방사기들(210)의 각각의 상대 진폭 및 위상은 송신 또는 수신 빔들이 물리적으로 또는 기계적으로 움직이는 안테나를 사용하지 않고 전자적으로 조종될 수 있도록 제어될 수 있다. 이러한 안테나는 자유 공간에서 주행하는 파들을 송신 또는 수신하기 위한 구멍(aperture)를 포함하고 송신될 신호들을 생성하고 수신된 신호들을 처리하기 위한 전자 모듈들(electronics modules)(220)을 갖는 백엔드 회로(back-end circuitry)를 포함할 수 있다.
도 3a-b는 일 실시예에 따른 공칭 스캐닝과 동적 스캐닝 간의 비교를 제공한다. 도 3a는 기계적 조준(320)으로부터, 예컨대, 0도와 같은 일정한 오프셋(310)을 도시한다. 도 3b는 방위각 오프셋이 회전 중에 수정되는 동적 스캐닝을 도시한다. 도 3b에서, 점진적 순방향 스캔(350)은 0°로부터 약 240°로 제공된다. 점진적 역방향 스캔(360)은 약 240°로부터 약 300°로 제공된다. 그 다음, 약 300°로부터 360°로 점진적 순방향 스캔(370)은 다시 적용된다.
동적 스캔 없는 공칭의 빔 방위각 간격은 템플릿 지속 기간에 기계적 회전 속도를 곱한 것과 같다. 동적 스캔을 이용하여, 단일 템플릿이 모든 360도 방위각에 사용되면, 방위각 간격은 순방향/역방향 스캐닝의 속도에 비례하여 증가하거나 감소한다. 더 좁은(Tighter) 방위각 간격은 더 많은 중복 및 더 높은 누적 탐지 확률을 의미한다. 동적 스캔으로, 역방향 스캔의 속도가 지정된 임계값 보다 높으면, 템플릿은 더 높은 에너지 템플릿으로 전환되어 더 많은 전력을 방출할 수 있다. 그러나, 더 높은 에너지 파형들은 더 많은 시간이 소요되는 반면 동적 스캔은 단위 방위각 당 공칭 작동들 보다 더 많은 시간이 소비되도록 허용한다. 높은 에너지 템플릿과의 방위각 간격은 동적 스캔 없는 공칭 방위각 간격과 유사하다.
도 4는 단일 템플릿(400)을 사용하여 선행 기술 스캐닝을 도시한다. 도 4에서, 단일 템플릿(400)을 사용하는 보통 스캐닝(normal scanning)은 모든 각도들(420)에서 동일한 고도 스캔 템플릿 및 고정된 전자 방위각 각도를 제공한다. 단일 템플릿(400)을 사용하는 보통 스캐닝은 기계적 조준 방위각(440)으로부터, 예컨대, 0도와 같은 일정한 오프셋(430)을 제공한다. 단일 열(single column)(450)은 단일 고도 스캔을 나타낸다. 동일한 템플릿은 모든 방위각들에서 사용된다. 또한, 일정한 방위각 간격(constant azimuth spacing)(460)은 각각의 고도 스캔들 사이에 제공된다, 예컨대, 15도.
도 5는 일 실시예에 따른 단일 템플릿(500)을 사용하는 동적 스캐닝을 도시한다. 도 5에서, 동일한 고도 스캔 템플릿(510)은 모든 각도들에서 사용된다. 그러나, 점진적 순방향 스캔(520) 동안, 보통보다 약간 더 넓은 간격(522)이 제공된다. 점진적 역방향 스캔(530) 동안, 더 많은 중복을 가진 더 촘촘한 간격(532)이 사용된다. 그 다음, 점진적 순방향 스캔(540)에 대해 간격이 약간 더 넓은 간격(542)으로 다시 변경된다.
도 6은 일 실시예에 따른 다수의 템플릿들(600)을 사용하는 동적 스캐닝을 도시한다. 점진적 순방향 스캔(610) 동안, 제1 템플릿, 예컨대, 보통 템플릿(612)이 사용된다. 점진적 순방향 스캔을 위한 보통 템플릿(612)은 도 4-5에 도시된 보통 템플릿 보다 약간 더 넓은 간격(614)을 갖는다. 점진적 역방향 스캔(620) 동안, 보통 간격(624)을 갖는 더 높은 에너지 템플릿(622)이 사용된다. 더 높은 에너지 템플릿(622)은 템플릿 당 더 긴 지속 기간 동안 더 많은 펄스 및 더 긴 펄스 폭을 제공할 수 있다.
도 7a-b는 일 실시예에 따른 동적 방위각 스캐닝의 이점(benefit)을 도시한다. 도 7a는 기존 시스템(700)을 도시한다. 맑은 기상 영역들(clear weather areas)(710)에서, 최대 타겟 범위(712)가 획득된다. 그러나, 타겟 범위는 폭풍의 영역(730)에서 줄어든다(diminished)(720). 도 7a는 폭풍의 영역(730)에서, 맑은 기상 최대 타겟 범위(74)가 무엇인지 도시한다.
도 7a-b는 일 실시예에 따른 동적 스캐닝의 효과를 도시한다. 도 7b에 도시된 동적 스캐닝(750)은 불균일한 손실의 존재에서 실질적으로 균일한 타겟 범위 성능(760)을 제공한다. 동적 스캐닝을 사용하는 최대 범위(770)는 동적 스캐닝 없는 최대 범위(790) 보다 적다. 따라서, 동적 스캐닝(750)은 맑은 기상 영역(710)에서 사용되었을 전력을 사용하여 폭풍 영역(780)에서의 손실을 보상한다.
도 8a-b는 일 실시예에 따른 동적 스캔 오프셋 프로세스(800)의 개요를 제공한다. 도 8a에서, 기상 조사는 비 손실을 측정하는데 사용된다. 이득 향상(gain improvement)(810)은 360° 기계적 회전의 상이한 방위각에서 사용되는 에너지 증가량에 기초하여 결정된다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 3.8dB 에너지 증가(820)는 폭풍으로 인한 손실을 극복하도록 폭풍 중심에서 사용된다. 1.3dB 전력 증가(830)는 폭풍 가장자리에서 사용된다.
그 다음, 이득 프로파일은 도 8b에 도시된 방위각 오프셋 프로파일(850)을 도출하는데 사용된다. 점진적 스캔 역방향(progressive scan back)(860)은 비 손실을 보상하기 위한 추가 전력을 제공하도록 폭풍의 영역에서 사용된다. 점진적 스캔 순방향(progressive scan forward)(870)은 빔이 캐치업(catchup) 할 수 있도록 낮은 손실의 영역에서 사용된다, 즉, 빔의 방위각은 점진적 스캔 역방향을 조정하도록 순방향으로 스캔된다.
또한, 획득된 이득 프로파일은 최대 방위각 간격을 유지하면서 더 높은 에너지(더 긴 지속 기간) 템플릿들에서 전환을 결정하는데 사용된다. 다수의 템플릿 변형들(Multiple template variants)은 예컨대, 약한 비, 중간 비, 강한 비와 같은 획득된 이득의 다양한 단계들을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 0 -1.5 dB = 약한 비, 1.5 - 3db = 중간 비, > 3db = 강한 비. 각 템플릿은, 예컨대, > 3dB 이득에 사용되는 강한 비 템플릿이 총 송신 에너지의 두 배 및 지속 기간을 두 배를 제공하는 것과 같이, 단계들에 상응하는(commensurate) 증가된 에너지 양을 제공한다. 획득된 이득 프로파일이 할당된 템플릿 에너지 증가(예컨대, 1.5dB 더 많은 에너지를 제공하는 템플릿을 위해 사용된 2.5dB 이득 프로파일)를 초과하면, 방위각 간격은 감소된다. 더 낮은 방위간 간격은 전체 빔형성 손실을 감소시키고 누적 탐지 확률(Pd)은 향상한다.
더 상세하게는, 기상 조사 능력은 전용 기상 조사 드웰 템플릿을 사용하여 각 방위각에서 비를 탐지하고 분류한다. 이 조사는 10분마다 한번 완료된다. 각 드웰을 위해, 신호 프로세서는 각 비 탐지의 레이더 교차 섹션, 범위 및 범위 정도를 제공한다. 그 다음, 데이터 프로세서는 이 정보를 사용하여 각 감지 정도에 대한 강우량(rain rate) 및 손실을 계산한다. 주어진 방위간에서의 총 손실은 주어진 드웰 방위각 각도에서 모든 탐지들의 손실을 합산함으로써 계산된다. 손실은 방위각 빈들(azimuth bins)로 이산화되고(discretized) 그 다음 G(i)를 풀기(solve) 위해 반전되며, 이는 동적 스캔 오프셋에 사용된다. G(i)는 역 이득(inverse gain)이며, 이는 비 손실의 역이다.
각 기상 조사 드웰에 대해, 신호 프로세서는 각 비 탐지에 대해 레이더 교차 섹션(RCS; radar cross section) 및 범위(Range)(R)를 제공한다. 방위각은 드웰 송신 중심 방위각과 같다고 가정된다. 탐지의 정도는 미터 단위로, 여기서 EXTENT라고 하는, 신호 프로세서 및 레이더 데이터 프로세서에 의해 액세스 가능한 시스템 조정 가능 매개변수(SAP; system adjustable parameter) 값과 동일하다.
각 탐지에 대한 강우량은 다음과 같이 RCS로부터 도출된다:
강우량= (RCS/(K f4))0 .625, 여기서, RCS = 정규화된 비 RCS (선형 단위(linear units) m2/m3), K = 7x10-48, f = 기상 조사 드웰에 사용되는 Hz의 주파수, 및 강우량 = mm/hr의 강우량. 강우량이 주어진 탐지에 대해 알려지면, 강수량 감쇠(precipitation attenuation)는 다음과 같이 추정될 수 있다:
γ= k rα,
여기서 γ = dB/km 단위의 감쇠 계수 및 k = 표 1에서 제공되는 k 값(dB/km의), 주파수의 함수로서, 감시 작동 주파수 대역의 중심의 주파수에 선형적으로 보간됨(interpolated).
비 감쇠 계수들
주파수 (GHz) k ( dB/km) α
1 3.70 (10)-5 0.896
2 1.46 (10)-4 0.943
4 6.20 (10)-4 1.098
6 1.65 (10)-3 1.287
8 4.24 (10)-3 1.319
10 9.49 (10)-3 1.270
또한, α= 계수, 단위없음 및 r = 강우량, mm/hr의 탐지된 강우량. 비 탐지를 위한, 강수량으로부터의 총 손실, Lprecip은 다음에 의해 주어진다:
Lprecip = γ EXTENT/1000, (dB),
여기서, EXTENT/1000는 km으로 변환된 미터(meters)의 비 탐지 정도 시스템 조정 가능 매개변수(rain detection extent system adjustable parameter)(SAP)이다.
강수량 감쇠에 더하여, 구름 감쇠가 또한 있다고 가정된다. 탐지의 강우량이 4 mm/hr 아래인 경우, 구름 감쇠 계수 A는 표 2에서 저속 열(Low Rate column)의 A 값을 감시 중심 주파수(surveillance center frequency)에 선형 보간하는 것(linear interpolation)과 같음으로 가정된다. 탐지의 강우량이 4 mm/hr 보다 크거나 같으면, 구름 감쇠 계수는 표 2에서 고속 열의 A 값을 감시 중심 주파수에 선형 보간하는 것과 같음으로 가정된다.
구름 감쇠 계수들
주파수 (GHz) A (dB/km)
저속 		A (dB/km)
고속
1 2.08 (10)-4 1.10 (10)-3
2 7.91 (10)-4 4.19 (10)-3
4 3.01 (10)-3 1.60 (10)-2
6 6.59 (10)-3 3.49 (10)-2
8 1.15 (10)-2 6.09 (10)-2
10 1.77 (10)-2 9.36 (10)-2
손실은 주어진 탐지에서의 구름으로부터 비롯되고, 여기서 Lclouds는 다음과 같다: Lclouds = A EXTENT/1000. (dB).
탐지를 위한 총 비 손실은 Ldet = Lprecip + Lclouds 과 같다. (dB). 기상 조사 드웰에 대한 dB의 양의 값 총 비 손실 Ltotal은 드웰에서의 모든 비 탐지들에 대한 Ldet의 합산과 같다. 이 손실은 손실을 극복하는데 사용되는 선형 이득을 풀기 위해 선형으로 변환된다:
Gmeas = 10^(Ltotal/10).
기상 지도는 N 방위각 섹터들이 포함되고 각 개별 섹터는 다음을 저장한다:
* 비가 탐지되었는지 여부를 나타내는 불 지표(boolean indicator)
* 매핑된 이득 값, 아래 계산과 같은 Gmap.
* 이 문서의 섹션 3에서 설명된 바와 같이 섹터 엣지들(sector edges)에 대한 동적 스캔 오프셋 값들
* 이 문서의 섹터 3에서 설명된 바와 같은 스케줄된 이득 값 Gsched.
* 기상 템플릿 선택(약한, 중간, 또는 강한)
기상 지도의 각 섹터 i에 대해, 기상 탐지 지표는 해당 섹터에서의 모든 기상 조사 드웰들이 현재 기상 조사 사이클에 대해 하나 이상의 비 탐지를 갖는 경우 참(true)으로 설정된다. 각 섹터 i에 대한 Gmeas 값은 현재 기상 조사 사이클에 대한 해당 섹터에서의 모든 드웰들의 Gmeas 값으로 설정된다.
비 탐지 지표가 참으로 설정된 모든 섹터들에 대해, Gmeas 값들은 비 환경에 대한 범위 완화를 설명하기 위한 상수(constant)에 의해 스케일링되고(scaled) 최소 및 최대 값들로 제한된다. 이들 스케일 매개변수(scale parameter)(SCALE_SAP) 및 제한들(MIN_SAP, MAX_SAP)은 SAP 조정 값이다. 최종 저장된 Gmap 값들을 계산하기 위한 수학식은 다음과 같다:
Gmap(i) = MAX( MIN( Gmeas(i)/SCALE_SAP , MAX_SAP), MIN_SAP),
여기서, SCALE_SAP는 공칭으로 1.5 선형, 또는 비가 내릴 때 민감도 감소를 위한 조정 가능한 레이더 시스템 할당(adjustable radar system allocation)인 1.8dB으로 설정되고, MIN_SAP은 공칭으로 0.91 선형, 또는 약한 분산된 비를 위한 10% 스캔 속도증가에 부합하는 -0.4 dB로 설정되며, MAX_SAP는 공칭으로 2.22 선형, 또는 강한 비에서 사용된 속도하락(0.45 공칭 스캐닝)에 부합하는 3.4 dB로 설정된다. 현재 기상 조사 사이클에서 주어진 섹터에 대한 모든 기상 조사 드웰들에서 비가 탐지되지 않으면, Gmap(i)는 1.0으로 설정되고 기상 탐지 지표는 거짓(false)으로 설정된다.
기상 조사가 완료될 때 마다, 동적 스캔 오프셋에 대한 스캔 프로파일은 아래 설명되는 바와 같이 Gmap(아래에서 간단히 G라고 함)으로부터 계산된다. 그 다음, 스케줄러(scheduler)는 드웰 기준으로 스캔 프로파일을 사용하여 브로드사이드에 관한 방위각 오프셋을 결정한다. 회전 안테나 드웰 시간은 빔이 방위각에서 스윕하는(sweeps) 속도에 반비례하며, 이는 일정한 기계전 회전 속도에 방위각에서의 전자 스캔 속도를 더한 합이다.
도 9는 일 실시예에 따른 드웰 시간 기하학 구조(dwell time geometry)(900)를 도시한다. 도 9에서, 폭 ΔAz(910)의 방위각 섹터는 도시된다. 전자 스캔 각도는 안테나 회전 각이 Ω1(914)인, 섹터의 시작에서 양(amount) Δθ1(912)에 의해 진행된다. 빔은 섹터를 가로질러 일정한 속도에서 역방향으로 스캔되어, 전자 스캔 각도는 안테나 회전 각이 Ω2(922)인, 섹터의 끝에서 양(amount) Δθ2(920)에 의해 역방향이 된다. 총 기계적 회전 Δθ(930)은 Ω2 - Ω1과 같다. 방위각 섹터에서의 총 드웰 시간은 수학식 1에 주어진 바와 같이 전자 스캔 없는 공칭 시간에 비례하여 인자 G에 의해 증가된다. 수학식 2는 특정 섹터 폭에 대해 지정된 이득을 획득하도록 총 스캔 각도 Δθ를 위해 이를 푼다. 주어진 이득을 요구하는 방위각 섹터의 폭은 수학식 3에서 주어진 바와 같이 수용 가능한 스캔 손실에 허용된 최대 스캔 각도에 의해 제한된다. 표 1 및 도 10은 몇몇 예시들을 제공한다.
Figure 112017069301494-pct00001
Figure 112017069301494-pct00002
Figure 112017069301494-pct00003
기상 조사 능력은 빔 방위각 각도의 함수로서 비 심각도(rain severity)를 결정하여 인자 G(비 손실의 역)이 빔 방위각의 함수로서 맵핑될 수 있도록 한다. 모든 방위각 간격을 동등한 크기의 섹터들 N으로 나누는 것으로 가정하면, 기상 조사 능력은 폭
Figure 112017069301494-pct00004
= 360/N 의 각 섹터 i에 대한 G(i)를 산출할 것이다. G(i)는 동적 스캐닝으로 복구될 수 있는 손실의 양에 제한을 나타내는 Gmax (SAP로서 설정) 보다 작거나 같도록 제한될 것이다. G(i) = MAX(G(i), Gmax).
레이더가 일부 방위각들에서 기상 섹터들의 혼합된 섹터들을 사용하고 있는 경우, 다른 방위각들에서 클러터(Clutter) 또는 공칭(Nominal), 공칭 및 클러터 섹터들(Nominal and Clutter sectors)은 1.0의 G를 사용할 것이다. 이것은 마진이 없다고 가정한다. 방위각의 360 섹터들 모두 커버하지 않는 감시 섹터 정의의 결과로서 방사선(radiation)이 명령되지 않는 섹터들은 특별한 경우를 나타낸다. 이것은 감시 섹터들이 360도 모두에 스팬(span)하지 않은 경우, 및 RF(무선 주파수) 블랭킹 섹터(RF (radio frequency) blanking sector)가 사용될 때마다 발생한다. 방사선이 없는 이러한 섹터들에서는, 시간을 보완하기 위해 스캔 각도로 순방향 점핑하기(jumping) 위한 기회가 있다. 이러한 섹터들에서 얻을 수 있는 스캔의 양은 이론적으로 섹터들의 폭이지만, 실제로 알고리즘은 초과 스캔 손실을 회피하기 위해 이 값을 제한다. 방사하지 않는 임의의 섹터의 경우, 0.91의 G는 약한 비로서 동일하게 처리하도록 가정할 것이다(1/1.1). 다른 실시예들에서, 블랭킹 섹터들은 이용된다.
동적 스캔 오프셋은 가능한 타겟 G 프로파일 목표에 가깝게 시도 및 얻어지도록 모든 섹터들을 밸런싱함으로써(balancing) 작동한다. 비 성능을 충족하도록, 사용된 스캔-역방향의 양이 획득할 수 없는 경우들에서, 스캔-역방향 프로파일은 비를 포함하여 모든 섹터들에 대해 스캔-역방향 기울기(scan-back slope)를 균일하게 저하시키도록 왜곡된다(skewed). 현재, 전술한 바와 같이, 스캔-시간 마진을 제공하는 섹터들은 약한 비 섹터들(~1mm/hr) 및 방사선이 없는 섹터들이다. 일 극단적 예시의 경우로서, 방위각의 180도 (G=2.2, 최대값)인 강한 비가 있을 수 있으며 공칭은 다른 180도(G = 1)에 있다, 이 프로세스는 이상적인 G 값에 비례하여 각 섹터를 저하시킬 것이고, 모든 스케일링 및 제한이 완료된 후, 강한 비 섹터는 1.22의 G를 가질 것이고 공칭 섹터는 0.78의 G를 가질 것이다. 기본 제한기(primary limiter)는 스캔 오프셋 제한이며, 이는 이 예시에서 20도로 설정된다. 강한 비 섹터는 그것의 타겟 보다 부족한 2.5dB일 것이고 공칭은 그것의 타겟 보다 부족한 1.1dB일 것이다.
G(i) 설정 후, 각 섹터에서 사용된 전자 스캔의 양은 수학식 4에 의해 주어진다.
Figure 112017069301494-pct00005
(수학식 4)
방위각의 함수로서의 동적 스캔 프로파일이 스케줄됨을 보장하기 위하여, 프로파일은 레이더의 전체 회전 주기에 대한 순 전자 스캔이 제로(zero)가 됨을 보장하도록 스케일링된다. 이것은 각각의 섹터에서 전자 스캔의 양을 합산하고(수학식 5와 같이) 그 다음, 수학식 6에서와 같이 i의 함수로서 각 섹터에서의 전자 스캔에 선형 보정을 적용함으로써 수행된다, 여기서, i = 1..N
Figure 112017069301494-pct00006
Figure 112017069301494-pct00007
여기서, cumsum은 배열에서의 소자들의 누적합산(cumulative sum)이다.
0의 값은 제1 빈의 0도 방위각 엣지를 나타내도록 시작부분(beginning)에 연결된다(concatenated). 현재 값의 배열(current array of values)은 각 섹터 엣지 위치 i=0으로부터 i=N으로인 i*360/N 에서 각 오프셋을 나타낸다.
Figure 112017069301494-pct00008
수학식 7에서 계산된 프로파일은 i=0(방위각 0도)에서 전자 스캔 각도가 i=N(360도)에 대한 전자 스캔 각도와 동일하다는 점에서 일관성이 있다. 스캔 프로파일은 전자 스캐닝이 공칭 전자 감시 각도 오프 방위각 브로드사이드(nominal electronic surveillance scan angle off azimuth broadside)에 관련된다. 이것은 수학식 8에서와 같이 순 스캔 오프셋(mean scan offset)을 감산하고 공칭 감시 각도αnominal을 가산함으로써 수행된다.
Figure 112017069301494-pct00009
이것은 이제 일관성 있고(공백 없이 매 회전마다 동일한 스캔 각도로 돌아감), 공칭 감시 조종 각도 αnominal에 적절하게 중심이 되는(시스템 조정 가능한 매개변수로서 설정됨) 프로파일을 산출한다. 이 프로파일에 대한 최종 조정은 최대 누적 전자 오프셋 θmax이 θlimit에서 캡되도록(capped) (시스템 조정 가능한 매개변수로서 설정됨) 프로파일을 스케일링 하는 것이다. 이것은 초과 스캔 로스 또는 레이더의 전자 스캔 제한들을 위반 중 하나를 위반하는 초과 전자 스캐닝 오프 브로드사이드를 방지하기 위해 수행된다.
Figure 112017069301494-pct00010
(수학식 9)
Figure 112017069301494-pct00011
(수학식 10)
마지막 단계는 선형 보간을 사용하여 임의의 주어진 드웰에 대한 빔 방위각 각도의 함수로서 정확한 전자 스캔 오프셋을 계산하는 공식을 제공하는 것이다. 섹터 n에 속하는, 일반 레이더 방위각 각도(generic radar azimuth angle) Az가 주어지면, 섹터 엣지들은 방위각 각도들 (n-1)*360/N 및 n*360/N에 있으며, 드웰의 전자 스캔 오프셋은 수학식 11에 주어진다:
N이 N과 같지 않으면,
Figure 112017069301494-pct00012
Figure 112017069301494-pct00013
그러나, 레이더 데이터 프로세서 스케줄러는빔 방위각의 함수로서 오프셋을 사용하지 않는다. 오히려 기계적 브로드사이드 각도의 함수로서 빔 오프셋을 사용한다. 기계적 Az는 다음의 수학식 13에서와 같이 빔 방위각과 관련된다.
Figure 112017069301494-pct00014
기계적 브로드사이드 방위각의 함수로서 오프셋은 수학식 13을 수학식 12로 대체하고(substituting) 그 다음 그것이 +/-180 간격으로 중심에 있도록 보장하기 위하여 결과를 랩핑(wrapping)함으로써 발견된다.
Figure 112017069301494-pct00015
빔 방위각 각도와 관련하여 최종 프로파일의 도함수(derivative)는 최종 프로파일이 얼마나 많은 이득을 획득하였는지 결정하는데 사용되며 템플릿 선택을 돕기 위해 사용된다. 이득 프로파일들이 많을수록 방위각 당 더 많은 드웰 시간이 소비됨을 의미하고 그러므로 더 긴 템플릿이 사용될 수 있다.
기계적 브로드사이드 방위각 각도의 각 AZSTEP 각도 증분 m(AZSTEP를 공칭으로 1도로 설정함)에 대하여, 보통 스캐닝에 관한 이득의 실제 양(realized amount)은 기계적 브로드사이드 방위각 각도 대 오프셋의 프로파일의 제1 차이로부터(from the first difference of the profile of offset versus mechanical broadside azimuth angle) 계산된다:
Figure 112017069301494-pct00016
이 값 Gsched은 스케줄될 스캔 프로파일의 실제 이득을 나타낸다. 템플릿 선택들은 다음과 같이 이 매개변수를 기반으로 만들어진다:
Gsched(m)이 LIGHT_SAP 보다 작으면, 약한 기상 템플릿(Light weather template)이 사용된다. 그렇지 않고 Gsched(m)이 MEDIUM_SAP 보다 작으면, 중간 기상 템플릿(Medium weather template)이 사용된다. 그렇지 않으면, 강한 기상 템플릿(Heavy weather template)을 사용한다. 각 섹터에서 템플릿들을 스케줄링할 때, 템플릿이 변경되는 섹터들 사이의 천이(transition) 시에 고도 각도들이 생략되지 않도록 보장하기 위하여, 다음 섹터에서 상이한 템플릿으로부터 고도 스캔을 시작하기 전에, 이전 섹터로부터 템플릿의 고도 스캔은 완료하는 실행이 허용된다.
도 10은 일 실시예에 따른 제1 예시 이득 프로파일(1000)을 도시한다. 도 10에서, 제1 예시 이득 프로파일(1000)은 1x 이득(공칭 - 비 없음), 0.9x 이득(약한 비), 2x 이득(중간 비), 및 3x 이득(강한 비) 섹터들로 구성된 빔 방위각의 함수이다. 이 프로파일 예시는 폭이 각각 5도인 72 섹터들을 사용한다. 도면에서 각 점은 단일 섹터의 이득 값을 나타낸다. 이 이득 데이터 G(i)는 수학식 4-11을 사용하여 각도 오프셋들로 변환된다.
도 11은 일 실시예에 따른 상이한 빔 방위각들에서의 스캔 오프셋 프로파일(1100)을 도시한다. 도 11에서, 초기 스캔 오프셋 프로파일(initial scan offset profile)(1110), 기울기를 제거하도록 적용된 선형 보정을 갖는 스캔 오프셋 프로파일(1120), 제거된 평균(mean removed) 및 조정된 공칭 감시 각도를 갖는 스캔 오프셋 프로파일(1130) 및 최대 오프셋으로 스케일링된 최종 스캔 오프셋 프로파일(1140)이 구성된다.
방위각 섹터에서의 총 드웰 시간은 수학식 1에서 주어진 바와 같이 전자 스캔 없는 공칭 시간에 비례하여 인자 G에 의해 증가된다. 초기 프로파일(1110)을 계산한 후, 360도 방위각에서의 스캔 각도는 0도에서의 스캔 오프셋과 같지 않다는 것이 명백하다. 이것은 기울기를 제거하도록 적용된 선형 보정을 갖는 스캔 오프셋 프로파일(1120)을 생산하기 위하여 수학식 6에서와 같이, 선형 보정을 적용함으로써 보정되고, 평균 제거된 스캔 오프셋 프로파일을 생산하기 위하여 수학식 8에서와 같이 공칭 감시 각도의 조정 및 평균의 제거가 뒤따른다. 마지막으로, 최종 스캔 오프셋 프로파일(1140)을 생산하기 위하여, 수학식 10에서와 같이, 스캔 오프셋은 최대 오프셋으로 스케일링된다.
도 11에서, 음의 스캔 오프셋은 전자 빔 조종이 기계적 조준에 뒤쳐져 있음(lagging)을 의마하고, 양의 오프셋은 전자 빔 조종이 기계적 조준을 유도하고 있음을 의미한다.
도 12는 최종 스캔 오프셋 프로파일(1200)을 도시한다. 도 12에서, 최종 스캔 오프셋 프로파일(1200)은 레이더가 회전할 때 레이더 스케줄러에서 사용하기 위해 기계적 브로드사이드 방위각 각도의 함수(1210)로 맵핑된다. 도 11과 12를 비교할 때 기계적 방위각 관계는 빔 방위각에서 스캔 오프셋을 뺀 것과 같다(The relation that the mechanical azimuth is equal to beam azimuth minus the scan offset).
도 13은 이득 프로파일들의 비교(1300)를 도시한다. 일 실시예에 따른 최종 획득된 스캔 이득 프로파일(1310)은 도 10의 원래 이득 목표(130)와 비교된다. 전술한 바와 같이, 획득된 이득들(1310)은 원래 타겟(1320) 보다 약간 더 낮다. 약간 더 낮은 이득은 제한된 스캔 손실과 최대 전자 방위각 스캔 각도 제약으로 일관된 스케줄을 보장하는데 사용된 기울기 제거 및 스케일링 프로세스의 결과이다.
도 14는 일 실시예에 따른 제2 예시 비 환경에 대한 빔 방위각 간격에서 매핑된 선형 이득 인자(1400)를 도시한다. 제2 예시에서, 비 환경은 약한 비가 도처에 있고 단일 방위각 각도에 배치된 2개의 폭풍 셀들을 갖는다. 셀들을 검토해 보았을 때, 1.8dB 비 범위 완화(1.8dB rain range relaxation)에 의해 구성되지 않는 약 3.5dB 추가 평균 손실(extra average loss)이 있다. 이것은 선형 2.2의 인자(1410)와 동등하고 약 15도 방위각의 영역(1420)을 커버한다. 이 영역의 바로 왼쪽과 오른쪽은 근처에 비가 있는 셀이 반경 경로(radial path)에 있는 방위각 각도들(1430)이다. 이들 영역들에서, 1.8dB 범위 완화 또는 1.25 선형 이득 인자에 의해 보상되지 않는 약 1dB의 추가 손실이 있다(1440). 이 셀 영역은 약 60도의 총 스팬(total span)을 커버한다. 나머지 영역들은 약한 비이다. 약한 비에서, 1.8dB 범위 완화를 취한 후 약 0.4dB의 여분이 있다. 이것은 0.9 선형 이득 인자(1460)와 동등하다.
도 15는 일 실시예에 따른 빔 방위각의 함수로서 스캔 프로파일 생성 프로세스 단계들(1500)을 도시한다. 도 15에서, 초기 스캔 오프셋 프로파일(1510), 기울기를 제거하도록 적용된 선형 보정을 갖는 스캔 오프셋 프로파일(1520), 제거된 평균 및 조정된 공칭 감시 각도를 갖는 스캔 오프셋 프로파일(1530) 및 최대 오프셋으로 스케일링된 최종 스캔 오프셋 프로파일(1540)이 구성된다. 그러나, 이 경우에서 관찰되는 바와 같이, 초기 프로파일로부터 최소한 수정이 사용되었으며, 이는 이 환경적 손실 프로파일이 동적 스캔으로 보상될 수 있음을 나타낸다.
도 16은 일 실시예에 따른 기계적 방위각 각도의 함수로서 최종 이득 프로파일(1600)을 도시한다.
도 17은 획득된 스캔 이득(1710) 및 원래 타켓 스캔 이득(1720)을 도시한다. 동적 스캔으로부터 획득된 이득은 원래 타겟 이득 프로파일과 거의 동일하다.
동적 전자 방위각 스캐닝은 비 및 기상 조사들을 사용하여 설명되었지만, 동적 방위각 스캐닝은 향상된 감시 섹터들에 대한 운영자 정의 이득 프로파일에 적용될 수 있다. 예를 들어, 운영자는 더 높은 탐지 확률 Pd 또는 더 긴 타겟 범위를 원할 때 방위각의 섹터들을 정의할 수 있다. 이는 운영자가 관심이 높은 영역들에 리소스들을 집중하도록 허용한다.
도 18은 일 실시예에 따른 동적 방위각 스캐닝을 제공하기 위한 방법의 흐름도(1800)이다. 예컨대, 기상 조사 측정들과 같은 방위각 손실 조사 측정들은 방위각 각도들의 함수로서 환경적 손실들을 추정하기 위해 수행된다(1810). 이득 향상들(Gain improvements)은 기상 조사 측정들로부터 도출된 상이한 방위각 각도들에서 사용되는 에너지 증가량에 기초하여 결정된다(1820). 이득 프로파일은 결정된 이득 향상들에 기초하여 생성된다(1830). 방위각 오프셋 프로파일은 이득 프로파일을 사용하여 도출되어, 손실을 보상하도록 사용되는 추가 전력을 제공하기 위해 점진적 스캔 역방향(progressive scan back)이 환경적 손실의 영역에서 사용되는 방위각 각도들을 정의하고, 빔이 캐치업하도록 허용하기 위해 점진적 스캔 순방향(progressive scan forward)이 낮은 손실의 영역에서 사용되는 방위각 각도들을 정의한다(1840). 동적 전자 방위각 빔 조종은, 불균일한 손실이 있을 때 방위각의 함수로서 거의 일정한 평균 타겟 탐지 범위를 유지하는 점진적 스캔 순방향에 의해, 및 방위각들에서 점진적 스캔 역방향에 의해 순 방위각 빔 스캔 속도를 변화시키도록 제공된다(1850). 실질적으로 일정한 평균 타겟 탐지 범위를 획득하기 위해 방사된 에너지에 대응하여 회전이 가속 및 감속된다.
점진적 스캔 역방향은 손실을 보상하기 위해 추가 전력을 제공하고 점진적 스캔 순방향은 빔이 제로까지 캐치업 할 수 있도록 낮은 손실의 영역들에서 사용된다(1840).
도 19는 본원에서 설명된 기술들(예컨대, 방법론들) 중 임의의 하나 이상을 수행할 수 있는 일 실시예에 따른 능동 전자 스캔 배열 안테나를 회전시키기 위한 동적 방위각 스캐닝을 제공하는 일 예시 기계(machine)(1900)의 블록도를 도시한다. 대안적인 실시예들에서, 기계(1900)은 독립형 장치로서 작동할 수 있거나 다른 기계들에 연결될(예컨대, 네트워크화) 수 있다. 네트워크화된 배치에서, 기계(1900)은 서버-클라이언트 네트워크 환경들에서의 클라이언트 기계 및/또는 서버 기계로서 작동할 수 있다. 일 예시에서, 기계(1900)은 피어투피어(peer-to-peer)(P2P)(또는 다른 분산된) 네트워크 환경에서 피어 기계로서 동작할 수 있다. 기계(1900)은 퍼스널 컴퓨터(PC; personal computer), 태블릿 PC(tablet PC), 셋톱 박스(STB; set-top box), 개인 휴대 정보 단말기(PDA; Personal Digital Assistant), 이동 전화기, 웹 기기, 네트워크 라우터(network router), 스위치(switch) 또는 브리지(bridge), 또는 해당 기계에 의해 취해야 할 동작들을 지정하는 실행 명령들(순차적인(sequential) 또는 기타)을 실행할 수 있는 임의의 기계일 수 있다. 또한, 단일 기계가 도시되어 있지만, "기계"라는 용어는, 클라우드 컴퓨팅(cloud computing), 서비스로서의 소프트웨어(software as a service)(SaaS), 다른 컴퓨터 클러스터 구성들과 같은, 본원에서 설명된 방법론들 중 임의의 하나 이상을 수행하기 위한 명령들 세트(또는 다수의 세트들)을 개별적으로 또는 연대적으로 실행하는 기계들의 임의의 집합을 포함하도록 또한 취해져야 한다.
본원에서 설명되는 바와 같은, 예시들은 논리 또는 다수의 컴포넌트들, 모듈들, 또는 메커니즘들을 포함할 수 있거나 작동할 수 있다. 모듈들은 특정 작동들을 수행할 수 있는 유형 실체들(tangible entities)(예컨대, 하드웨어)이며 특정 방식으로 구성 또는 배열될 수 있다. 일 예시에서, 회로들은 모듈로서 특정 방식으로 배열될 수 있다(예컨대, 내부적으로 또는 다른 회로들과 같은 외부 실체들에 대해). 일 예시에서, 하나 이상의 하드웨얼 프로세서들(1902) 또는 하나 이상의 컴퓨터 시스템들(독립형, 클라이언트 또는 서버 컴퓨터 시스템) 중 적어도 일 부분은 특정 작동들을 수행하도록 작동하는 모듈로서 펌웨어 또는 소프트웨어(예컨대, 명령들, 애플리케이션 부분, 또는 애플리케이션)에 의해 구성될 수 있다. 일 예시에서, 소프트웨어는 적어도 하나의 기계 판독 가능 매체 상에 상주할 수 있다. 일 예시에서, 소프트웨어는, 모듈의 기본 하드웨어에 의해 실행될 때, 하드웨어가 특정 작동들을 수행하도록 한다.
따라서, "모듈"이라는 용어는 물리적으로 구성되거나, 특별히 구성되거나(예컨대, 하드와이어드(hardwired)), 또는 본원에서 설명된 임의의 작동의 적어도 부분을 수행하도록 또는 특정 방식으로 작동하도록 일시적으로(temporarily)(예컨대, 일시적으로(transitorily)) 구성되는(예컨대, 프로그래밍되는), 유형 실체를 포함하는 것으로 이해된다. 모듈이 일시적으로 구성되는 예시들을 고려하면, 모듈은 임의의 일 순간에서(at any one moment in time) 인스턴스화되지(instantiated) 않을 수 있다. 예를 들어, 모듈이 소프트웨어를 사용하는 범용 하드웨어 프로세서(1902)를 포함하는 경우; 범용 하드웨어 프로세서는 상이한 시간들에서 각각 상이한 모듈들로서 구성될 수 있다. 따라서 소프트웨어는, 예를 들어, 하드웨어 프로세서를 구성하여 하나의 시간의 인스턴스(instance)에서 특정 모듈을 구성하고 상이한 시간의 인스턴스에서 상이한 모듈을 구성할 수 있다. "애플리케이션"이라는 용어 또는 그의 변형들은, 루틴들(routines), 프로그램 모듈들, 프로그램들, 컴포넌트들, 등을 포함하도록 광범위하게 사용되고, 단일 프로세서 또는 다중 프로세서 시스템들, 마이크로프로세서 기반 전자장치들, 단일 코어 또는 다중 코어 시스템들, 그들의 조합 등을 포함하는, 다양한 시스템구성들로 구현될 수 있다. 따라서, 애플리케이션 용어는 본원에 설명된 임의의 작동 중 적어도 부분에서 수행하도록 배열된 하드웨어 또는 소프트웨어의 일 실시예를 지칭하는데 사용될 수 있다.
기계(예컨대, 컴퓨터 시스템)(1900)는 하드웨어 프로세서(hardware processor)(1902) (예컨대, 중앙 처리 유닛(CPU)), 그래픽 처리 유닛(graphics processing unit)(GPU), 하드웨어 프로세서 코어(hardware processor core), 또는 그들의 임의의 조합), 메인 메모리(main memory)(1904) 및 정적 메모리(static memory)(1906)를 포함하며, 이들 중 적어도 일부는 인터링크(interlink)(예컨대, 버스)(1908)를 통해 다른 것들과 통신할 수 있다. 기계(1900)는 디스플레이 유닛(display unit)(1910), 영숫자 입력 장치(alphanumeric input device)(1912)(예컨대, 키보드), 및 사용자 인터페이스(UI) 네비게이션 장치(user interface (UI) navigation device)(1914)(예컨대, 마우스)를 더 포함할 수 있다. 일 예시에서, 디스플레이 유닛(1910), 입력 장치(1912) 및 UI 네비게이션 장치(1914)는 터치 스크린 디스플레이일 수 있다. 기계(1900)는 저장소 장치(storage device)(예컨대, 드라이브 유닛(drive unit))(1916), 신호 생성 장치(signal generation device)(1918)(예컨대, 스피커), 네트워크 인터페이스 장치(network interface device)(1920), 및 글로벌 위치확인 시스템(GPS) 센서, 나침반, 가속도계, 또는 다른 센서들과 같은, 하나 이상의 센서들(sensors)(1921)을 추가적으로 포함할 수 있다. 기계(1900)는 하나 이상의 주변 장치들(예컨대, 프린터, 카드 리더기, 등)을 제어하거나 통신하기 위한 직렬(예컨대, 범용 직렬 버스(USB; universal serial bus), 병렬, 또는 다른 유선 또는 무선(예컨대, 적외선(infrared)(IR)) 연결과 같은, 출력 제어기(1928)을 포함할 수 있다.
저장소 장치(1916)는 본원에서 설명된 기능들 및 기술들 중 임의의 하나 이상에 의해 구현되거나 이용되는 데이터 구조들 또는 명령들(1924)(예컨대, 소프트웨어) 중 하나 이상의 세트들이 저장되는 적어도 하나의 기계 판독 가능 매체(1922)를 포함할 수 있다. 또한 명령들(1924)은, 적어도 부분적으로, 정적 메모리(1906), 메인 메모리(1904)와 같은 추가적 기계 판독 가능 메모리들에서, 또는 기계(1900)에 의한 그것들의 실행 동안 하드웨어 프로세서(1902) 내에 상주할 수 있다. 일 예시에서, 하드웨어 프로세서(1902), 메인 메모리(1904), 정적 메모리(1906), 또는 저장소 장치(1916) 중 하나 또는 임의의 조합은 기계 판독 가능 매체를 구성할 수 있다.
기계 판독 가능 매체(1922)는 단일 매체로서 도시되어 있지만, "기계 판독 가능 매체"라는 용어는 하나 이상의 명령들(1924)를 저장하도록 구성된 단일 매체 또는 다중 매체(예컨대, 중앙 집중형 또는 분산형 데이터베이스, 및/또는 연관된 캐시들 및 서버들)을 포함할 수 있다.
"기계 판독 가능 매체"라는 용어는 기계(1900)에 의한 실행을 위한 명령들을 저장, 인코딩 또는 전달할 수 있고, 기계 (1900)가 본원 개시의 기술들 중 임의의 하나 이상을 수행하게 하는 임의의 매체를 포함 할 수 있거나, 그러한 명령들과 관련되거나 명령들에 의해 사용되는 데이터 구조들을 저장, 인코딩 또는 전달할 수 있다. 비 제한적인 기계 판독 가능 매체 예시들은 고체 상태 메모리들, 및 광학 및 자기 매체를 포함할 수 있다. 기계 판독 가능 매체의 특정 예시들은 포함할 수 있다: 반도체 메모리 장치들 (예를 들어, 전기적 프로그램 가능 판독 전용 메모리(EPROM; Electrically Programmable Read-Only Memory), 전기적 소거 가능 프로그램 가능 판독 전용 메모리(EEPROM; Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)) 및 플래시 메모리 장치들과 같은 비 휘발성 메모리; 내부 하드 디스크들 및 이동식 디스크들과 같은 자기 디스크들; 광 자기 디스크들; 및 판독 전용 컴팩트 디스크 메모리(CD-ROM; Compact Disk-Read Only Memory) 및 디지털 비디오 디스크 판독 전용 메모리(DVD-ROM; Digital Video Disk-Read Only Memory)를 포함할 수 있다.
또한 명령들(1924)은 다수의 전송 프로토콜들(예컨대, 프레임 릴레이(frame relay), 인터넷 프로토콜(IP), 전송 제어 프로토콜 (TCP), 사용자 데이터그램 프로토콜 (UDP), 하이퍼 텍스트 전송 프로토콜 (HTTP), 등) 중 임의의 하나를 이용하는 네트워크 인터페이스 장치 (1920)를 통해 전송 매체를 사용하여 통신 네트워크 (1926)를 통해 전송되거나 수신될 수 있다. 예시의 통신 네트워크들은 근거리 네트워크(LAN; local area network), 광역 네트워크 (WAN; wide area network), 패킷 데이터 네트워크(packet data network)(예컨대, 인터넷), 이동 전화 네트워크 (예컨대, 코드 분할 다중 액세스(CDMA; Code Division Multiple Access), 시간 분할 다중 액세스(TDMA; Time-division multiple access), 주파수 분할 다중 액세스(FDMA; Frequency-division multiple access), 및 직교 주파수 분할 다중 액세스(OFDMA; Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 및 이동통신 글로벌 시스템(GSM; Global System for Mobile Communications), 범용 이동 통신 시스템(UMTS; Universal Mobile Telecommunications System) CDMA 2000 1x * 표준 및 롱 텀 에볼루션(LTE; Long Term Evolution)과 같은 이동 전화 네트워크를 포함하는 액세스 방법들), 기존 전화(POTS; Plain Old Telephone) 네트워크 및 무선 데이터 네트워크(예컨대, IEEE 802.11 표준(WiFi), IEEE 802.16 표준(WiMax®) 및 기타를 포함하는 국제전기전자기술자협회(IEEE; Institute of Electrical and Electronics Engineers) 패밀리 표준들), 피어투피어(P2P) 네트워크 또는 현재 알려져 있거나 나중에 개발되는 기타 프로토콜을 포함할 수 있다.
예를 들어, 네트워크 인터페이스 장치(1920)는 통신 네트워크(1926)에 연결하기 위하여 하나 이상의 안테나들 또는 하나이 이상의 물리적 잭들(physical jacks)(예컨대, 이더넷, 동축, 또는 전화 잭들)을 포함할 수 있다. 일 예시에서, 네트워크 인터페이스 장치(1920)는 단일-입력 다중-출력(SIMO; single-input multiple-output), 다중-입력 다중-출력(MIMO; multiple-input multiple-output), 또는 다중-입력 단일-출력(MISO; multiple-input single-output) 기술들 중 적어도 하나를 사용하여 무선으로 통신하는 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. "전송 매체"라는 용어는 기계(1900)에 의한 실행을 위한 명령들을 저장, 인코딩 또는 전달할 수 있는 임의의 무형 매체를 포함하도록 취해져야 하고, 그러한 소프트웨어의 통신을 용이하게 하기 위하여 디지털 또는 아날로그 통신 신호들 또는 다른 무형 매체를 포함할 수 있다.
상기 상세한 설명은 첨부 도면들에 대한 참조를 포함하며, 이는 상세한 설명의 일부를 형성한다. 도면들은 예시적으로 실시될 수 있는 특정 실시예들을 도시한다. 또한 이들 실시예들은 "예시들"로서 본원에서 지칭된다. 이러한 예들은 도시되거나 설명되는 것들에 추가된 요소들(elements)을 포함할 수 있다. 그러나, 도시되거나 설명되는 요소들을 포함하는 예시들도 고려된다. 또한, 본원에서 설명되거나 도시되는 특정 예시(또는 하나 이상의 그의 측면들)에 관해, 또는 다른 예시들(또는 하나 이상의 그의 측면들)에 관해 도시되거나 설명되는 이들 요소들(또는 하나 이상의 그의 측면들)의 임의의 조합 또는 순열을 사용하는 예시들도 고려된다.
이 문서에서 참조된 간행물들, 특허들, 및 특허 문서들은 참조에 의해 개별적으로 통합되는 것처럼, 그 전체가 본원에 참조로 통합된다. 이 문서와 참조로 통합되는 이들 문서들 간에 일관성이 없는 사용법들이 있는 경우, 통합된 참조(들)의 사용법은 이 문서의 사용을 보충한다; 해소할 수 없는 불일치성들, 이 문서 제어들에서의 사용법들에 대해.
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상기 설명은 예시적인 것으로서, 제한하려는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 설명된 예시들(또는 그의 하나 이상의 측면들)은 다른 것들과 조합하여 사용될 수 있다. 상기 설명을 검토하면 당업자에 의해서와 같이 다른 실시예들은 사용될 수 있다. 요약은 예를 들어, 미국의 37 C.F.R. §1.72(b)를 지키도록, 독자가 기술 개시의 성격을 신속하게 확인하도록 허용하는 것이다. 청구항의 의미 또는 범위를 제한하거나 해석하는데 사용되지 않는다는 이해 하에 제출된다. 또한, 상기 살세한 설명에서, 다양한 특징들은 그룹화되어 개시를 합리화할 수 있다. 그러나, 실시예들이 상기 특징들의 서브세트(subset)를 포함할 수 있기 때문에 청구항들은 본원에서 개시된 특징들을 설명하지 않을 수 있다. 또한, 실시예들은 특정 예시에서 개시된 것 보다 더 적은 특징들을 포함할 수 있다. 따라서, 다음의 청구항들은 상세한 설명에 포함되며, 청구항은 별도의 실시예로서 독자적으로 기재된다. 본원에서 개시된 실시예들의 범위는 이러한 청구항들에 대한 권리화됨을 위하여 등가물들의 전체 범위와 함께 첨부된 청구항들을 참조하여 결정되는 것이다.

Claims (20)

  1. 능동 전자 스캐닝 배열(active electronically scanning array: AESA)는,
    복수의 방사 소자들 - 방사 소자는 각각의 방사 소자에 대해 송신기 및 수신기 기능들을 제공하기 위한 송수신 모듈을 포함함 -; 및
    상기 복수의 송수신 모듈들에 연결되는 제어기
    를 포함하고,
    상기 제어기는 주어진 탐색 영역에 대해 동적 전자 방위각 빔 조종을 제공하도록 배열되고, 상기 동적 전자 방위각 빔 조종은 순 방위각 빔 스캔 속도를 변화시키도록 구성되고,
    상기 동적 전자 방위각 빔 조종은 방위각 오프셋 프로파일에 따라 식별되는 방위각 각도들에서 역방향 스캔 또는 순방향 스캔의 속도를 제공하고,
    상기 동적 전자 방위각 빔 조종은:
    상기 능동 전자 스캐닝 배열(AESA)의 공칭 드웰 시간(nominal dwell time)과 비교하여 드웰 시간이 증가하는 방위각에서 점진적 스캔 역방향 회전(progressive scan back rotation) - 상기 공칭 드웰 시간은 전자 스캔이 없는 상기 능동 전자 스캐닝 배열(AESA)에 대한 드웰 시간에 대응함 -; 및
    상기 능동 전자 스캐닝 배열(AESA)의 상기 공칭 드웰 시간과 비교하여 드웰 시간이 단축되는 방위각에서 점진적 스캔 순방향 회전(progressive scan forward rotation)
    을 제공하도록 상기 능동 전자 스캐닝 배열(AESA)을 구성하는 것을 포함하고,
    상기 동적 전자 방위각 빔 조종은, 상기 주어진 탐색 영역의 적어도 일부 내에 존재하는 하나 이상의 불균일한 손실 조건들이 존재할 때 방위각의 함수로서 평균 타겟 탐지 범위를 유지하도록 구성되고,
    상기 방위각 오프셋 프로파일에 따라 식별되는 방위각 각도들에서 역방향 스캔 또는 순방향 스캔의 속도는, 임의의 주어진 방위각 영역 내에서 송신하는데 소요되는 시간의 양을 제어하고, 방위각의 함수로서 레이더 에너지의 불균일한 분포를 허용하고,
    하나 이상의 불균일한 손실 조건들이 존재할 때 레이더 에너지의 불균일한 분포는 불균일한 손실 조건들을 보상하여 균일한 탐지 확률(probability of detection: Pd)을 제공하도록 구성되는
    능동 전자 스캐닝 배열.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 하나 이상의 템플릿들을 사용하고, 각각의 템플릿은 상기 방위각 오프셋 프로파일 및 기계적 속도에 기초하는 탐색 빔들의 미리 설정된 방위각 간격을 획득하는 각각의 지속 기간을 갖는
    능동 전자 스캐닝 배열.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어기는 모든 360도 방위각에 대한 단일 템플릿을 사용하고,
    상기 단일 템플릿은 탐색 빔들의 제1 개별 팬에 대한 제1 개별 구성을 정의하고, 상기 단일 템플릿은 탐색 빔들의 제1 방위각 간격을 포함하고,
    방위각 간격은 상기 순방향 및 역방향 스캐닝의 속도에 비례하여 증가하고 감소하는
    능동 전자 스캐닝 배열.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어기는 다수의 템플릿들을 사용하고, 상기 다수의 템플릿들의 적어도 하나의 템플릿은 탐색 빔들의 제2 개별 팬에 대한 제2 개별 구성을 정의하고, 제2 개별 구성은 탐색 빔들의 제2 방위각 간격을 포함하고, 상기 제2 개별 구성은 제1 개별 구성과 상이한
    능동 전자 스캐닝 배열.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어기는,
    점진적 순방향 스캔 동안, 제1 템플릿과 관련된 제1 간격 보다 더 넓은 간격인 제2 간격을 갖는 제2 점진적 순방향 스캔을 사용하고,
    점진적 역방향 스캔 동안, 상기 제1 간격과 동일한 간격을 갖지만, 상기 제1 간격과 관련된 제1 에너지 레벨 보다 더 높은 에너지 레벨을 갖는 높은 에너지 템플릿을 사용함으로써, 상기 다수의 템플릿들을 사용하는
    능동 전자 스캐닝 배열.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 방사 소자들은 탐색 빔들 사이에 미리 설정된 제1 간격을 사용하여 미리 결정된 제1 스캔으로 동작하도록 구성되고, 탐색 빔들 사이의 제1 빔의 중복 량을 갖고,
    상기 제어기는,
    점진적 순방향 스캔에서, 탐색 빔들 사이에서 상기 미리 결정된 보통 스캔에서 사용되는 간격 보다 더 넓은 간격을 사용하고,
    점진적 역방향 스캔에서, 상기 미리 결정된 제1 스캔에서 사용되는 간격 보다 더 좁은 간격을 사용하고, 상기 더 좁은 간격은 상기 제1 빔의 중복 량 보다 더 큰 빔 중복 량을 포함하는
    능동 전자 스캐닝 배열.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 방위각 오프셋 프로파일은 운영자 정의 이득 특성들에 대응하는
    능동 전자 스캐닝 배열.
  10. 동적 방위각 스캐닝을 제공하기 위한 방법은,
    안테나 배열에 의해 스캐닝된 탐색 영역 내에서 국소적으로 증가된 손실의 방위각 영역들을 부분적으로 보상하기 위해 필요한 이득 향상들을 결정하는 단계 - 상기 이득 향상들은 상기 안테나 배열로부터의 레이더 빔의 제1 에너지 량에 기초하고, 상기 제1 에너지 량은 상기 이득 향상들 없이 상기 안테나 배열이 안테나 배열의 360°기계적 회전의 상이한 방위각 각도들의 제1 세트에서 사용될 때 생성되고, 상기 결정된 이득 향상들은 국소적으로 증가된 손실의 방위각 영역들에 관한 정보를 사용하여 적어도 부분적으로 유도됨 -;
    순 방위각 빔 스캔 속도(net azimuth beam scan rate)를 변화시키도록 구성된 동적 전자 방위각 빔 조종을 제공하는 단계;
    상기 360° 기계적 회전의 상이한 방위각 각도들의 제1 세트의 하나 이상의 방위각 각도들에서 적용될 이득을 식별하도록 상기 결정된 이득 향상들에 기초한 이득 프로파일을 생성하는 단계;
    상기 이득 프로파일을 사용하여 방위각 오프셋 프로파일을 도출하는 단계
    를 포함하고,
    상기 동적 전자 방위각 빔 조종은:
    다수의 템플릿들을 사용하도록 구성되고 - 상기 다수의 템플릿들은 적어도 제1 템플릿 및 제2 템플릿을 포함하고, 상기 제1 템플릿은 탐색 빔들의 제1 개별 간격을 포함하고, 제2 템플릿은 상기 탐색 빔들의 제2 개별 간격을 포함하고, 상기 제2 개별 간격은 상기 제1 개별 간격과 상이함 -,
    상기 안테나 배열에 대한 기본 드웰 시간(default dwell time)과 비교하여 드웰 시간이 증가되는 방위각들에서 점진적 스캔 역방향 회전을 제공하도록 구성되고 - 상기 점진적 스캔 역방향 회전은 제1 간격을 갖지만, 상기 제1 간격과 관련된 제1 에너지 레벨 보다 높은 제3 에너지 레벨을 갖는 더 높은 에너지 템플릿을 사용함 -,
    적어도 국소적으로 증가된 손실의 영역들과 관련된 불균일한 손실이 존재할 때 방위각의 함수로서 평균 타겟 탐지 범위를 유지하도록, 상기 기본 드웰 시간과 비교하여 증가되는 점진적 순방향 스캔을 제공하도록 구성되고 - 상기 점진적 순방향 스캔은 상기 제2 템플릿을 사용함 -
    상기 방위각 오프셋 프로파일은,
    상기 국소적으로 증가된 손실의 방위각 영역들과 관련된 제1 방위각들의 서브세트 - 상기 제1 방위각들의 서브세트는 상기 360° 기계적 회전의 상이한 방위각 각도들의 상기 제1 세트의 제1 부분을 포함하고, 상기 안테나 배열은 상기 국소적으로 증가된 손실의 방위각 영역들의 적어도 일부에서, 상기 제1 에너지 량 이상으로 상기 레이더 빔에 부가적인 에너지를 제공하고, 상기 국소적으로 증가된 손실의 방위각 영역들의 적어도 일부를 보상하기 위해 점진적 역방향 스캔을 사용하도록 구성됨 -; 및
    저 손실의 영역들에 대응하는 제2 방위각들의 서브세트 - 상기 제2 방위각들의 서브세트는 상기 360° 기계적 회전의 상이한 방위각 각도들의 상기 제1 세트의 제2 부분을 포함하고, 상기 안테나 배열은 상기 제2 방위각들의 서브세트에서 상기 점진적 순방향 스캔을 사용하도록 구성되고, 상기 점진적 순방향 스캔은 상기 제1 에너지 량과 비교하여 상기 레이더 빔에 더 적은 에너지를 제공하도록 구성됨 -
    를 정의하는
    동적 방위각 스캐닝을 제공하기 위한 방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 방위각 오프셋 프로파일을 도출하는 단계는:
    초기 방위각 오프셋 프로파일을 생성하는 단계;
    각 섹터에서의 전자 스캔의 양을 합산하고 그 다음 기울기를 제거하도록 각 섹터에서의 상기 전자 스캔에 선형 보정을 적용함으로써 상기 안테나 배열을 포함하는 레이더의 전체 회전 주기에 대한 순 전자 스캔이 제로가 됨을 보장하기 위해 상기 초기 방위각 오프셋 프로파일을 스케일링 하는 단계;
    평균 방위각 스캔 오프셋을 감산하고 공칭 감시 방위각 각도를 가산함으로써 상기 전자 스캔이 공칭 전자 감시 스캔 각도 오프 방위각 브로드사이드와 관련됨을 보장하기 위해 상기 스케일링된 방위각 오프셋 프로파일을 바이어스 하는 단계; 및
    최대 누적 전자 오프셋이 미리 결정된 값에서 캡되도록 상기 바이어스된 방위각 오프셋 프로파일을 스케일링 하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 레이더가 회전할 때 레이더 스케줄에서 사용하기 위한 기계적 브로드사이드 방위각 각도의 함수로 상기 스케일링된, 바이어스된 방위각 오프셋 프로파일을 맵핑하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 동적 전자 방위각 빔 조종을 제공하는 단계는,
    모든 360도 방위각에 대한 단일 템플릿을 사용하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 단일 템플릿은 상기 탐색 빔들의 제1 개별 팬에 대한 제1 개별 구성을 정의하고, 상기 탐색 빔들의 제1 방위각 간격을 포함하고, 방위각 간격은 순방향 및 역방향 스캔의 속도에 비례하여 증가하고 감소하는
    방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 안테나 배열은 탐색 빔들 사이의 미리 설정된 제1 간격을 사용하여 미리 결정된 제1 스캔으로 동작하도록 구성되고,
    상기 동적 전자 방위각 빔 조종을 제공하는 단계는,
    상기 점진적 순방향 스캔에서, 상기 제1 간격 보다 더 넓은 간격인 제2 간격을 사용하고, 상기 점진적 역방향 스캔에서, 상기 미리 결정된 제1 스캔에서 사용되는 간격 보다 더 좁은 간격인 제3 간격을 사용하는 단계 - 상기 더 좁은 간격은 상기 미리 결정된 제1 스캔에서 존재하는 것 보다 더 많은 빔 중복을 가짐 -
    를 더 포함하는 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제10항에 있어서,
    상기 동적 전자 방위각 빔 조종을 제공하는 단계는,
    불균일한 손실이 존재할 때 균일한 타겟 범위 성능을 제공하는 동적 스캐닝
    을 더 포함하고,
    상기 국소적으로 증가된 손실의 방위각 영역들에 지향된 상기 레이더의 빔들의 적어도 일부에 추가 전력을 할당함으로써 상기 국소적으로 증가된 손실의 방위각 영역들의 적어도 일부가 보상되고, 상기 추가 전력은 방위각 영역들을 지향하는 상기 레이더의 빔들에 제공되는 감소하는 전력에 의해 제공되는
    방법.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 이득 향상들을 결정하는 단계는,
    각 방위각 각도에서 비를 탐지하고 분류하는 전용 기상 조사 드웰 템플릿을 사용함으로써 방위각 각도들의 함수로서 환경적 손실들을 추정하도록 기상 조사 측정들을 사용하는 단계
    를 더 포함하는
    방법.
  20. 기계에 의해 실행될 때, 상기 기계로 하여금 작동들을 수행하게 하는 명령들을 포함하는, 적어도 하나의 비일시적 기계 판독 가능 매체에 있어서,
    레이더에 의해 스캐닝된 탐색 영역 내에서 국소적으로 증가된 손실의 방위각 영역들을 적어도 부분적으로 보상하기 위해 필요한 이득 향상들을 결정하는 단계 - 상기 이득 향상들은 레이더로부터 레이더 빔의 제1 에너지 량에 기초하고, 상기 제1 에너지 량은 상기 이득 향상들 없이 상기 레이더의 360° 기계적 회전의 상이한 방위각 각도들의 제1 세트에서 사용될 때 생성되고, 상기 결정된 이득 향상들은 국소적으로 증가된 손실의 방위각 영역들에 관한 정보를 사용하여 적어도 부분적으로 유도됨 -;
    상기 360° 기계적 회전의 하나 이상의 방위각 각도들에 적용될 이득을 식별하도록 상기 결정된 이득 향상들에 기초한 이득 프로파일을 생성하는 단계;
    상기 이득 프로파일을 사용하여 방위각 오프셋 프로파일을 도출하는 단계;
    순 방위각 빔 스캔 속도(net azimuth beam scan rate)를 변화시키는 동적 전자 방위각 빔 조종을 제공하는 단계 - 상기 동적 전자 방위각 빔 조종은, 다수의 템플릿들을 사용하도록 구성되고 - 상기 다수의 템플릿들은 적어도 제1 템플릿 및 제2 템플릿을 포함하고, 상기 제1 템플릿은 탐색 빔들의 제1 개별 간격을 포함하고, 제2 템플릿은 상기 탐색 빔들의 제2 개별 간격을 포함하고, 상기 제2 개별 간격은 상기 제1 개별 간격과 상이함 -, 상기 레이더에 대한 기본 드웰 시간(default dwell time)과 비교하여 추가 드웰 시간이 사용되는 방위각들에서 점진적 스캔 역방향 회전을 제공하도록 구성되고 - 상기 점진적 스캔 역방향 회전은 제1 간격을 갖지만, 상기 제1 간격과 관련된 제1 에너지 레벨 보다 높은 제3 에너지 레벨을 갖는 더 높은 에너지 템플릿을 사용함 - ; 및
    적어도 국소적으로 증가된 손실의 영역들과 관련된 분균일한 손실이 존재할 때 방위각의 함수로서 평균 타겟 탐지 범위를 유지하도록, 상기 레이더에 대한 상기 기본 드웰 시간과 비교하여 감소된 드웰 시간이 허용되는 점진적 순방향 스캔 을 제공하는 단계 - 상기 점진적 순방향 스캔은 상기 제2 템플릿을 사용함 -
    를 포함하고,
    상기 방위각 오프셋 프로파일은,
    상기 국소적으로 증가된 손실의 방위각 영역들과 관련된 제1 방위각들의 서브세트 - 상기 제1 방위각들의 서브세트는 상기 360° 기계적 회전의 상이한 방위각 각도들의 상기 제1 세트의 제1 부분을 포함하고, 상기 국소적으로 증가된 손실의 방위각 영역들의 적어도 일부에서, 상기 제1 에너지 량 이상으로 상기 레이더 빔에 부가적인 에너지를 제공하고, 상기 국소적으로 증가된 손실의 방위각 영역들의 적어도 일부를 보상하기 위해 점진적 역방향 스캔이 사용됨 -; 및
    저 손실의 영역들에 대응하는 제2 방위각들의 서브세트 - 상기 제2 방위각들의 서브세트는 상기 360° 기계적 회전의 상이한 방위각 각도들의 상기 제1 세트의 제2 부분을 포함하고, 상기 점진적 순방향 스캔이 저 손실의 상기 영역들의 상이한 내에서 사용되고, 상기 점진적 순방향 스캔은 상기 제1 에너지 량과 비교하여 상기 레이더 빔에 더 적은 에너지를 제공하도록 구성됨 -
    를 정의하는
    매체.
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