KR102202072B1 - 산란체 위치 검출 시스템 - Google Patents

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KR102202072B1
KR102202072B1 KR1020200043445A KR20200043445A KR102202072B1 KR 102202072 B1 KR102202072 B1 KR 102202072B1 KR 1020200043445 A KR1020200043445 A KR 1020200043445A KR 20200043445 A KR20200043445 A KR 20200043445A KR 102202072 B1 KR102202072 B1 KR 102202072B1
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antenna
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우종명
최윤선
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충남대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 산란체에 의해 산란된 파가 특정 축에 배치된 배열 안테나에 수신되는 시간차를 타임 도메인(Time domain)에서 측정하고, 삼각 방정식의 연립 연산으로 정확한 산란체의 위치를 검출하는 산란체 위치 검출 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 산란체 위치 검출 시스템은 송신 안테나 또는 산란체로부터 전송되는 신호를 감지하는 수신 배열 안테나와 서버 장치를 포함할 수 있다. 또한, 상기 서버 장치는 위치 설정부, 거리 및 각도 산출부, 위치정보 산출부를 포함할 수 있다. 상기 위치 설정부는 미리 설정된 3차원 좌표축의 2축 상에 배열되는 수신 배열 안테나의 위치를 설정한다. 또한, 상기 거리 및 각도 산출부는 타임 도메인(Time domain)에서 상기 송신 안테나 또는 산란체로부터 수신 배열 안테나까지 도달하는 도래 전파 시간을 측정하고, 상기 도래 전파 시간을 이용하여 송신 안테나 또는 산란체로부터 수신 배열 안테나의 각 안테나까지 도달하는 경로의 거리차를 산출한다. 또한, 상기 거리 및 각도 산출부는 산출된 거리차를 토대로 3차원 좌표축의 원점으로부터 송신 안테나 또는 산란체까지의 거리 및 좌표축과의 각도를 산출한다. 또한, 상기 위치정보 산출부는 거리 및 각도 산출부에서 산출된 거리 및 각도를 이용하여 상기 송신 안테나 또는 산란체의 위치 정보를 산출한다.

Description

산란체 위치 검출 시스템{Scattering position detection system}
본 발명은 산란체 위치 검출 시스템에 관한 것으로서, 산란체에 의해 산란된 파가 특정 축에 배치된 배열 안테나에 수신되는 시간차를 타임 도메인(Time domain)에서 측정하고, 삼각형 방정식의 연립 연산으로 정확한 산란체의 위치를 검출하는 산란체 위치 검출 시스템에 관한 것이다.
전자파 또는 신호의 발원지를 검출하기 위한 기술들이 요구되고 있다. 예를 들어, 최근 자동차에는 여러 가지 전자장비 또는 부품들이 탑재되는데, 이러한 많은 전자기기들이 탑재될수록 전자파 장애 문제를 발생시킬 가능성이 높아 진다.
즉, 전자장비 및 자동차 전기 발생장치 부품 등에서 발생 되는 불요파로 인해 전자파 간섭을 받아 자동차가 오작동을 일으키게 되고, 이는 자동차의 대형 사고를 일으켜 인명피해로 이어질 수 있다.
따라서, 최근에는 광대역 안테나를 이용하여 자동차에서 발생 되는 불요파를 측정함으로써 사고를 방지하는 자동차에 대한 EMC(Electro Magnetic Compatibility) 대책이 중요 시 되고 있다.
또한, 최근의 항공기들은 고가의 무기와 첨단 전자 장비들을 갖추고 있어 전투 시 상대의 후방까지 깊숙하게 침투하여 목표물을 공격하면서 아군 항공기의 손실을 최소로 줄이는 것이 승패를 좌우하는 매우 중요한 요소이다.
따라서, 요격 레이더로부터 직진성이 강한 전자파(파장 길이 1~10cm)를 항공기에 발사하고, 요격 레이더로 되돌아오는 반사파 또는 산란파를 분석하여 항공기들의 위치를 추적하는 기술이 개발되고 있다.
하지만, 종래의 불요파 또는 신호의 발원지 측정 장치는 송신 안테나와 수신 안테나 간의 위상차 측정을 통해 불요파 또는 신호 발원지의 방향을 추적함으로써 측정 거리가 짧아짐에 따라 오차가 커지는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2009-0052411호(2009년 05월 26일 공개)
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 단점을 해결한 것으로서, 산란체 또는 신호의 발원지와 수신 안테나 간의 거리에 상관없이 산란체 또는 신호 발원지의 위치를 정확하게 검출하고자 하는데 그 목적이 있다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 산란체 위치 검출 시스템은 송신 안테나 또는 산란체로부터 전송되는 신호를 감지하는 수신 배열 안테나와 서버 장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 서버 장치는 위치 설정부, 거리 및 각도 산출부, 위치정보 산출부를 포함할 수 있다. 상기 위치 설정부는 미리 설정된 3차원 좌표축의 2축 상에 배열되는 수신 배열 안테나의 위치를 설정한다.
즉, 3차원 좌표축 상에서 임의의 산란체 또는 송신 안테나의 위치를 P(x,y,z)라 가정할 때, 상기 위치 설정부는 x축 상에 수신 배열 안테나의 위치를 각각 #1(0,0,0), #2(x',0,0), #3(x",0,0)라 하며, z축 상에 수신 배열 안테나의 위치를 각각 #1(0,0,0), #2(0,0,z'), #3(0,0,z")라 설정할 수 있다.
또한, 상기 거리 및 각도 산출부는 타임 도메인(Time domain)에서 상기 송신 안테나 또는 산란체로부터 수신 배열 안테나까지 도달하는 도래 전파 시간을 측정하고, 상기 도래 전파 시간을 이용하여 송신 안테나 또는 산란체로부터 수신 배열 안테나의 각 안테나까지 도달하는 경로의 거리차를 산출한다.
또한, 상기 거리 및 각도 산출부는 산출된 거리차를 토대로 3차원 좌표축의 원점으로부터 송신 안테나 또는 산란체까지의 거리 및 좌표축과의 각도를 산출한다. 또한, 상기 위치정보 산출부는 거리 및 각도 산출부에서 산출된 거리 및 각도를 이용하여 상기 송신 안테나 또는 산란체의 위치 정보를 산출한다.
이때, 상기 위치정보 산출부는 거리 및 각도 산출부에서 x축 상의 수신 배열 안테나를 토대로 산출된 원점으로부터 송신 안테나 또는 산란체까지의 거리(rx) 및 x 좌표축과의 각도(
Figure 112020037075749-pat00001
)와, z축 상의 수신 배열 안테나를 토대로 산출된 원점으로부터 송신 안테나 또는 산란체까지의 거리(rz) 및 z 좌표축과의 각도(
Figure 112020037075749-pat00002
)가 교차하는 교차점을 이용하여 상기 송신 안테나 또는 산란체의 위치 정보를 산출할 수 있다.
또한, 상기 위치정보 산출부는 거리 및 각도 산출부에서 x축 상의 수신 배열 안테나를 토대로 산출된 원점으로부터 송신 안테나 또는 산란체까지의 거리(rx) 및 x 좌표축과의 각도(
Figure 112020037075749-pat00003
)와, y축 상의 수신 배열 안테나를 토대로 산출된 원점으로부터 송신 안테나 또는 산란체까지의 거리(ry) 및 y 좌표축과의 각도(
Figure 112020037075749-pat00004
)가 교차하는 교차점을 이용하여 상기 송신 안테나 또는 산란체의 위치 정보를 산출할 수 있다.
또한, 상기 위치정보 산출부는 거리 및 각도 산출부에서 z축 상의 수신 배열 안테나를 토대로 산출된 원점으로부터 송신 안테나 또는 산란체까지의 거리(rz) 및 z 좌표축과의 각도(
Figure 112020037075749-pat00005
)와, y축 상의 수신 배열 안테나를 토대로 산출된 원점으로부터 송신 안테나 또는 산란체까지의 거리(ry) 및 y 좌표축과의 각도(
Figure 112020037075749-pat00006
)가 교차하는 교차점을 이용하여 상기 송신 안테나 또는 산란체의 위치 정보를 산출할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 산란체 위치 검출 시스템은 산란체 또는 신호의 발원지와 수신 안테나 간의 거리에 상관없이 산란체 또는 신호 발원지의 위치를 정확하게 검출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 산란체 위치 검출 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 산란체 위치 검출 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 산란체 위치 검출 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 실시 예에 따라 송신 안테나의 위치를 측정하기 위한 x축 배열 수신 안테나의 위치를 나타내는 도면이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 실시 예에 따라 송신 안테나의 위치를 측정하기 위한 z축 배열 수신 안테나의 위치를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 산란체 위치 검출 시스템을 실물로 구현하여 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 또는 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 산란체 위치 검출 시스템을 나타내는 개념도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 산란체 위치 검출 시스템을 나타내는 구성도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 산란체 위치 검출 시스템을 나타내는 블록도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 산란체 위치 검출 시스템(10)은 수신 배열 안테나(100)와 서버 장치(400)를 포함할 수 있다. 수신 배열 안테나(100)는 송신 안테나(200) 또는 산란체(300)로부터 전송되는 신호를 감지할 수 있다.
또한, 수신 배열 안테나(100)는 미리 설정된 3차원 좌표축의 2축 상에 배열된다. 즉, 3차원 좌표축의 x축, y축 및 z축 중에서 어느 2개 축을 선택하여 배열될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라 수신 배열 안테나(100)는 x축과 z축의 2축 상에 배열된다.
이때, 신호의 발원지는 송신 안테나(200)와 산란체(300)가 선택적으로 사용될 수 있다. 즉, 송신 안테나(200)로부터 수신 배열 안테나(100)로 신호가 직접 전송되는 경우에는 송신 안테나(200)가 신호의 발원지로 적용되고, 송신 안테나(200)로부터 전송된 신호가 산란체(300)를 통해 산란되어 수신 배열 안테나(100)로 수신되는 경우에는 산란체(300)가 신호의 발원지로 적용될 수 있다.
또한, 서버 장치(400)는 위치 설정부(410), 거리 및 각도 산출부(420), 위치정보 산출부(430) 및 저장부(440)를 포함할 수 있다. 위치 설정부(410)는 3차원 좌표축 상에 수신 배열 안테나(100)의 위치를 설정할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라 수신 배열 안테나(100)는 3차원 좌표축의 x축 상에 위치하는 x축 배열 수신 안테나(110)와, 3차원 좌표축의 z축 상에 위치하는 z축 배열 수신 안테나(120)를 포함할 수 있다.
또한, 거리 및 각도 산출부(420)는 위치 설정부(410)를 통해 배열된 수신 배열 안테나(100)를 이용하여 수신 배열 안테나(100)로부터 산란체(300) 또는 송신 안테나(200)까지의 거리 및 각도를 산출할 수 있다.
즉, 거리 및 각도 산출부(420)는 타임 도메인(Time domain)에서 송신 안테나(200) 또는 산란체(300)로부터 수신 배열 안테나(100)까지 도달하는 도래 전파 시간을 측정한다. 또한, 거리 및 각도 산출부(420)는 상기 도래 전파 시간을 이용하여 송신 안테나(200) 또는 산란체(300)로부터 수신 배열 안테나(100)의 각 안테나까지 도달하는 경로의 거리차를 산출하며, 상기 거리차를 토대로 3차원 좌표축의 원점(0,0,0)으로부터 송신 안테나(200) 또는 산란체(300)까지의 거리 및 각도를 산출한다.
도 1 및 도 2에서 도시된 바와 같이 3차원 좌표축 상에서 임의의 산란체(300) 또는 송신 안테나(200)의 위치를 P(x,y,z)라 가정하고, 위치 설정부(410)는 x축 상에 수신 배열 안테나(110)의 위치를 각각 제1 x축 수신 안테나(111)는 #1(0,0,0), 제2 x축 수신 안테나(112)는 #2(x',0,0), 제3 x축 수신 안테나(113)는 #3(x",0,0)라 하며, z축 상에 수신 배열 안테나(120)의 위치를 각각 제1 z축 수신 안테나(121)는 #1(0,0,0), 제2 z축 수신 안테나(122)는 #2(0,0,z'), 제3 z축 수신 안테나(123)는 #3(0,0,z")라 설정할 수 있다.
이때, 거리 및 각도 산출부(420)는 타임 도메인(Time domain)에서 송신 안테나(200)의 위치 P(x,y,z) 포인트로부터 수신 안테나(100)까지 도달하는 경로의 거리차를 측정한다.
이를 3차원 좌표축 상의 x축 배열과, z축 배열로 구분하여 설명하면 다음과 같다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 실시 예에 따라 송신 안테나(200)의 위치를 측정하기 위한 x축 배열 수신 안테나(110)의 위치를 나타내는 도면이다. 즉, 도 4a는 본 발명의 실시 예에 따라 배열된 x축 배열 수신 안테나(110)를 이용하여 제1 x축 평행선 상 송신 안테나(211)의 위치를 측정하는 것을 나타내는 도면이고, 도 4b는 본 발명의 실시 예에 따라 배열된 x축 배열 수신 안테나(110)를 이용하여 제2 x축 평행선 상 송신 안테나(212)의 위치를 측정하는 것을 나타내는 도면이며, 도 4c는 본 발명의 실시 예에 따라 배열된 x축 배열 수신 안테나(110)를 이용하여 제3 x축 평행선 상 송신 안테나(213)의 위치를 측정하는 것을 나타내는 도면이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c에서 도시된 바와 같이 위치 설정부(410)는 3차원 좌표축 상의 x축 상에 수신 배열 안테나(100)를 배치할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라 'ㄱ' 자 형태의 모노폴 배열 안테나를 배치할 수 있다.
또한, 거리 및 각도 산출부(420)는 아래와 같이 3차원 좌표축 상의 원점으로부터 수신 배열 안테나(100)까지의 직선 경로 축과, 상기 원점으로부터 송신 안테나(200)까지의 직선 경로 축 간의 각도(
Figure 112020037075749-pat00007
)를 산출할 수 있다.
이때, 거리 및 각도 산출부(420)는 송신 안테나(200)와 수신 배열 안테나(100) 간의 직선 경로와, 3차원 좌표축 상의 원점으로부터 수신 배열 안테나(100)의 연장선으로 이루어지는 기준 축과의 각도에 관한 함수를 생성 후, 각도(
Figure 112020037075749-pat00008
)를 산출할 수 있다.
먼저, 수신 배열 안테나(100)와 송신 안테나(200) 간의 거리를 산출하기 위해 아래의 [수학식 1]과 같이 연산한다.
[수학식 1]
Figure 112020037075749-pat00009
여기에서, Rx는 x축 임의의 점 (x',y',z')과 송신 안테나(200) P(x,y,z) 점과의 공간상의 거리를 나타낸다.
이때, 제1 x축 수신 안테나(111)의 위치 #1(0,0,0)와 송신 안테나(200)의 위치 P(x,y,z) 점과의 공간상의 거리 rx는 삼각형 방정식에 의해 아래의 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112020037075749-pat00010
또한, 제2 x축 수신 안테나(112)의 위치 #2(x',0,0)과 송신 안테나(200)의 위치 P(x,y,z) 점과의 공간상의 거리 Rx'은 삼각형 방정식에 의해 아래의 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112020037075749-pat00011
여기에서,
Figure 112020037075749-pat00012
는 안테나(111)의 위치 #1(0,0,0)로부터 송신 안테나(200)까지의 거리
Figure 112020037075749-pat00013
와 x축이 이루는 각도를 나타낸다.
또한, 상기 [수학식 3]을 정리하면 아래의 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112020037075749-pat00014
이때, 도 4a와 같이
Figure 112020037075749-pat00015
은 타임 도메인(Time domain)에서 송신 안테나(200)의 위치 P(x,y,z) 포인트로부터 수신 안테나(100) #1(0,0,0)과 #2(x',0,0)까지 각각 도달하는 도래 전파 시간을 측정하여 알 수 있는 수신 시간차 값으로서, 이를 A라 가정하고 정리하면 아래의 [수학식 5]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112020037075749-pat00016
마찬가지로, 제3 x축 수신 안테나(113)의 위치 #3(x",0,0)과 송신 안테나(200) 간의 공간상 거리를 Rx"이라 하고,
Figure 112020037075749-pat00017
는 측정값 B라 가정하여 정리하면 아래의 [수학식 6]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112020037075749-pat00018
이때, Rx"=1~5λ, x', x" 값은 안테나의 배열 간격으로 미리 설정하여 변경할 수 있는 값이다. 이를 이용하여 거리 및 각도 산출부(420)는 상기 [수학식 5]와 [수학식 6]의 연립 방정식에 의해 rx,
Figure 112020037075749-pat00019
값을 산출할 수 있다.
아래의 [표 1]은 x축 배열 수신 안테나(110)와 제1 x축 평행선 상의 송신 안테나(211) 간의 거리(rx)와 각도(
Figure 112020037075749-pat00020
)의 산출 예를 나타낸다.
[표 1] 제1 x축 평행선 상의 송신 안테나(211)의 위치
Figure 112020037075749-pat00021
또한, 아래의 [표 2]는 x축 배열 수신 안테나(110)와 제2 x축 평행선 상의 송신 안테나(212) 간의 거리(rx)와 각도(
Figure 112020037075749-pat00022
)의 산출 예를 나타낸다.
[표 2] 제2 x축 평행선 상의 송신 안테나(212)의 위치
Figure 112020037075749-pat00023
또한, 아래의 [표 3]은 x축 배열 수신 안테나(110)와 제3 x축 송신 안테나(213) 간의 거리(rx)와 각도(
Figure 112020037075749-pat00024
)를 나타낸다.
[표 3] 제3 x축 평행선 상의 송신 안테나(213)의 위치
Figure 112020037075749-pat00025
즉, [표 1], [표 2] 및 [표 3]은 본 발명의 실시 예에 따른 산란체 위치 검출 시스템을 이용하여 산출된 x축 평행선 상의 송신 안테나(211, 212, 213)의 위치에 따른 거리(rx)와 각도(
Figure 112020037075749-pat00026
)의 설정 값과 실제 측정 결과 및 오차를 나타낸다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 실시 예에 따라 송신 안테나(200)의 위치를 측정하기 위한 z축 배열 수신 안테나(120)의 위치를 나타내는 도면이다. 즉, 도 5a는 본 발명의 실시 예에 따라 배열된 z축 배열 수신 안테나(120)를 이용하여 제1 z축 평행선 상의 송신 안테나(221)의 위치를 측정하는 것을 나타내는 도면이고, 도 5b는 본 발명의 실시 예에 따라 배열된 z축 배열 수신 안테나(120)를 이용하여 제2 z축 평행선 상의 송신 안테나(222)의 위치를 측정하는 것을 나타내는 도면이며, 도 5c는 본 발명의 실시 예에 따라 배열된 z축 배열 수신 안테나(120)를 이용하여 제3 z축 평행선 상의 송신 안테나(223)의 위치를 측정하는 것을 나타내는 도면이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c에서 도시된 바와 같이 위치 설정부(410)는 3차원 좌표축 상의 z축 상에 수신 배열 안테나(100)를 배치할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라 'ㄱ' 자 형태의 모노폴 배열 안테나를 배치할 수 있다.
또한, 거리 및 각도 산출부(420)는 3차원 좌표축 상의 원점으로부터 수신 배열 안테나(100)까지의 직선거리 축과, 상기 원점으로부터 송신 안테나(200)까지의 직선거리 축 간의 각도(
Figure 112020037075749-pat00027
)를 산출할 수 있다. 즉, 상기 x축 배열 수신 안테나(110)에 대한 거리(rx) 및 각도(
Figure 112020037075749-pat00028
)의 계산과 동일한 방법을 적용하여 구할 수 있다.
이때, 거리 및 각도 산출부(420)는 송신 안테나(200)와 수신 배열 안테나(100) 간의 직선 경로와, 3차원 좌표축 상의 원점으로부터 수신 배열 안테나(100)의 연장선으로 이루어지는 기준 축과의 각도에 관한 함수를 생성 후, 각도(
Figure 112020037075749-pat00029
)를 산출할 수 있다.
먼저, 수신 배열 안테나(100)와 송신 안테나(200) 간의 거리를 산출하기 위해 아래의 [수학식 7]과 같이 연산한다.
[수학식 7]
Figure 112020037075749-pat00030
여기에서, Rz는 z축 임의의 점 (x',y',z')과 송신 안테나(200) P(x,y,z) 점과의 공간상의 거리를 나타낸다.
이때, 제1 z축 수신 안테나(121)의 위치 #1(0,0,0)와 송신 안테나(200)의 위치 P(x,y,z) 점과의 공간상의 거리 rz는 삼각형 방정식에 의해 아래의 [수학식 8]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112020037075749-pat00031
또한, 제2 z축 수신 안테나(122)의 위치 #2(0,0,z')과 송신 안테나(200)의 위치 P(x,y,z) 점과의 공간상의 거리 Rz'은 삼각형 방정식에 의해 아래의 [수학식 9]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112020037075749-pat00032
Figure 112020037075749-pat00033
Figure 112020037075749-pat00034
또한, 상기 [수학식 9]를 정리하면 아래의 [수학식 10]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 10]
Figure 112020037075749-pat00035
Figure 112020037075749-pat00036
Figure 112020037075749-pat00037
이때, 도 5a와 같이
Figure 112020037075749-pat00038
은 타임 도메인(Time domain)에서 송신 안테나(200)의 위치 P(x,y,z) 포인트로부터 수신 안테나(100)까지 도달하는 도래 전파 시간을 측정하여 알 수 있는 수신 시간차 값으로서, 이를 C라 가정하고 정리하면 아래의 [수학식 11]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 11]
Figure 112020037075749-pat00039
마찬가지로, 제3 z축 수신 안테나(123)의 위치 #3(0,0,z")과 송신 안테나(200) 간의 공간상 거리를 Rz"이라 하고,
Figure 112020037075749-pat00040
는 측정값 D라 가정하여 정리하면 아래의 [수학식 12]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 12]
Figure 112020037075749-pat00041
이때, Rz"=1~5λ, z', z" 값은 안테나의 배열 간격으로 미리 설정하여 변경할 수 있는 값이다. 이를 이용하여 거리 및 각도 산출부(420)는 상기 [수학식 11]과 [수학식 12]의 연립 방정식에 의해 rz,
Figure 112020037075749-pat00042
값을 산출할 수 있다.
아래의 [표 4]는 z축 배열 수신 안테나(120)와 제1 z축 평행선 상의 송신 안테나(221) 간의 설정 거리(rz)와 각도(
Figure 112020037075749-pat00043
)를 나타낸다.
[표 4] 제1 z축 평행선 상의 송신 안테나(221)의 위치
Figure 112020037075749-pat00044
또한, 아래의 [표 5]는 z축 배열 수신 안테나(120)와 제2 z축 평행선 상의 송신 안테나(222) 간의 거리(rz)와 각도(
Figure 112020037075749-pat00045
)의 산출을 나타낸다.
[표 5] 제2 z축 평행선 상의 송신 안테나(222)의 위치
Figure 112020037075749-pat00046
또한, 아래의 [표 6]은 z축 배열 수신 안테나(120)와 제3 z축 평행선 상의 송신 안테나(223) 간의 거리(rz)와 각도(
Figure 112020037075749-pat00047
)의 산출을 나타낸다.
[표 6] 제3 z축 평행선 상의 송신 안테나(223)의 위치
Figure 112020037075749-pat00048
즉, [표 4], [표 5] 및 [표 6]은 본 발명의 실시 예에 따른 산란체 위치 검출 시스템을 이용하여 산출된 z축 평행선 상의 송신 안테나(221, 222, 223)의 위치에 따른 거리(rz)와 각도(
Figure 112020037075749-pat00049
)의 설정 값과 실제 측정 결과 및 오차를 나타낸다.
마찬가지로, 거리 및 각도 산출부(420)는 3차원 좌표축 상의 y축에 배열되는 수신 배열 안테나(100)를 이용하여 3차원 좌표축 상의 원점(0,0,0)으로부터 송신 안테나(200) 또는 산란체(300)까지의 거리 및 각도를 산출할 수 있다. 이때, 위치 설정부(410)는 y축 상에 수신 배열 안테나(110)의 위치를 각각 #1(0,0,0), #2(0,y',0), #3(0,y",0)로 설정할 수 있다.
즉,
Figure 112020037075749-pat00050
이 타임 도메인(Time domain)에서 송신 안테나(200)의 위치 P(x,y,z) 포인트로부터 수신 안테나(100)까지 도달하는 경로의 거리차를 측정하여 알 수 있는 수신 시간차 값으로서, 이를 E라 가정하고 정리하면 아래의 [수학식 13]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 13]
Figure 112020037075749-pat00051
여기에서, ry는 원점으로부터 송신 안테나(200) 또는 산란체(300)까지의 거리이고,
Figure 112020037075749-pat00052
는 y축 상의 수신 배열 안테나(100) #2(0,y',0)로부터 송신 안테나(200) 또는 산란체(300)까지의 거리를 나타낸다. 또한,
Figure 112020037075749-pat00053
는 3차원 좌표축 상의 원점으로부터 y축 상의 수신 배열 안테나(100)까지의 직선 경로 축과, 상기 원점으로부터 송신 안테나(200)까지의 직선 경로 축 간의 각도를 나타낸다.
또한, y축 상의 수신 배열 안테나(100) #3(0,y",0)와 송신 안테나(200) 또는 산란체(300)까지의 공간상 거리를
Figure 112020037075749-pat00054
이라 하고,
Figure 112020037075749-pat00055
는 측정값 F라 가정하여 정리하면 아래의 [수학식 14]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 14]
Figure 112020037075749-pat00056
또한, 위치정보 산출부(430)는 거리 및 각도 산출부(420)에서 산출된 거리 및 각도 값을 이용하여 송신 안테나(200) 또는 산란체(300)의 위치 정보를 산출한다.
이때, 위치정보 산출부(430)는 거리 및 각도 산출부(420)에서 상기 [수학식 5] 및 [수학식 6]을 이용하여 산출된 원점으로부터 송신 안테나(200) 또는 산란체(300)까지의 거리(rx) 및 각도(
Figure 112020037075749-pat00057
)와, 거리 및 각도 산출부(420)에서 상기 [수학식 11] 및 [수학식 12]를 이용하여 산출된 원점으로부터 송신 안테나(200) 또는 산란체(300)까지의 거리(rz) 및 각도(
Figure 112020037075749-pat00058
)가 교차하는 교차점을 이용하여 송신 안테나(200) 또는 산란체(300)의 위치 정보를 산출할 수 있다.
또한, 위치정보 산출부(430)는 거리 및 각도 산출부(420)에서 상기 [수학식 5] 및 [수학식 6]을 이용하여 산출된 원점으로부터 송신 안테나(200) 또는 산란체(300)까지의 거리(rx) 및 각도(
Figure 112020037075749-pat00059
)와, 거리 및 각도 산출부(420)에서 상기 [수학식 13] 및 [수학식 14]를 이용하여 산출된 원점으로부터 송신 안테나(200) 또는 산란체(300)까지의 거리(ry) 및 각도(
Figure 112020037075749-pat00060
)가 교차하는 교차점을 이용하여 송신 안테나(200) 또는 산란체(300)의 위치 정보를 산출할 수 있다.
또한, 위치정보 산출부(430)는 거리 및 각도 산출부(420)에서 상기 [수학식 11] 및 [수학식 12]를 이용하여 산출된 원점으로부터 송신 안테나(200) 또는 산란체(300)까지의 거리(rz) 및 각도(
Figure 112020037075749-pat00061
)와, 거리 및 각도 산출부(420)에서 상기 [수학식 13] 및 [수학식 14]를 이용하여 산출된 원점으로부터 송신 안테나(200) 또는 산란체(300)까지의 거리(ry) 및 각도(
Figure 112020037075749-pat00062
)가 교차하는 교차점을 이용하여 송신 안테나(200) 또는 산란체(300)의 위치 정보를 산출할 수 있다.
또한, 저장부(440)는 위치 설정부(410)를 통해 설정되는 수신 배열 안테나(100)의 위치 정보와, 거리 및 각도 산출부(420)에서 산출되는 수신 배열 안테나(100)로부터 산란체(300) 또는 송신 안테나(200)까지의 거리 및 각도 정보를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(400)는 거리 및 각도 산출부(420)에서 거리 및 각도 정보를 산출하기 위한 연립 방정식 함수를 저장한다.
이와 같이, 도 4a, 도 4b 및 도 4c와 같은 x축 배열 수신 안테나(110)를 이용하여 송신 안테나(200)의 거리(rx) 및 각도(
Figure 112020037075749-pat00063
)를 산출하고, 도 5a, 도 5b 및 도 5c와 같은 z축 배열 수신 안테나(120)를 이용하여 송신 안테나(200)의 거리(rz) 및 각도(
Figure 112020037075749-pat00064
)를 산출할 수 있다.
즉, 도 4a, 도 4b 및 도 4c와 같이 임의의 위치에 있는 송신 안테나(200)로부터의 입사파 또는 산란체(300)로부터의 산란파를 3차원 좌표의 x축 상에 위치하는 수신 배열 안테나(110) #1(0,0,0), #2(x',0,0), #3(x",0,0)를 이용하여 타임 도메인(Time domain)에서 도래 시간차 측정을 통해 x축으로부터 송신 안테나(200)의 거리(rx) 및 각도(
Figure 112020037075749-pat00065
)를 산출할 수 있다.
또한, 도 5a, 도 5b 및 도 5c와 같이 임의의 위치에 있는 송신 안테나(200)로부터의 입사파 또는 산란체(300)로부터의 산란파를 3차원 좌표의 z축 상에 위치하는 수신 배열 안테나(120) #1(0,0,0), #2(0,0,z'), #3(0,0,z")를 이용하여 타임 도메인(Time domain)에서 도래 시간차 측정을 통해 z축으로부터 송신 안테나(200)의 거리(rz) 및 각도(
Figure 112020037075749-pat00066
)를 산출할 수 있다.
또한, 산출된 송신 안테나(200)의 x축에 대한 거리(rx) 및 각도(
Figure 112020037075749-pat00067
)와, 송신 안테나(200)의 z축에 대한 거리(rx) 및 각도(
Figure 112020037075749-pat00068
)가 교차하는 교차점을 구하여 송신 안테나(200) 또는 산란체(300)의 공간적 위치를 구할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
10 : 산란체 위치 검출 시스템
100 : 수신 배열 안테나 110 : x축 배열 수신 안테나
111 : 제1 x축 수신 안테나 112 : 제2 x축 수신 안테나
113 : 제3 x축 수신 안테나 120 : z축 배열 수신 안테나
121 : 제1 z축 수신 안테나 122 : 제2 z축 수신 안테나
123 : 제3 z축 수신 안테나 200 : 송신 안테나
211 : 제1 x축 평행선 상의 송신 안테나
212 : 제2 x축 평행선 상의 송신 안테나
213 : 제3 x축 평행선 상의 송신 안테나
221 : 제1 z축 평행선 상의 송신 안테나
222 : 제2 z축 평행선 상의 송신 안테나
223 : 제3 z축 평행선 상의 송신 안테나
300 : 산란체 400 : 서버 장치
410 : 위치 설정부 420 : 거리 및 각도 산출부
430 : 위치정보 산출부 440 : 저장부

Claims (6)

  1. 송신 안테나의 위치 또는 상기 송신 안테나로부터 전송되는 입사파가 산란되는 산란체의 위치를 검출하는 산란체 위치 검출 시스템에 있어서,
    미리 설정된 3차원 좌표축의 2축 상에 배열되는 수신 배열 안테나;
    상기 수신 배열 안테나의 위치를 설정하는 위치 설정부;
    타임 도메인(Time domain)에서 상기 송신 안테나 또는 산란체로부터 수신 배열 안테나까지 도달하는 도래 전파 시간을 측정하고, 상기 도래 전파 시간을 이용하여 송신 안테나 또는 산란체로부터 수신 배열 안테나의 각 안테나까지 도달하는 경로의 거리차를 산출하며, 상기 거리차를 토대로 3차원 좌표축의 원점으로부터 송신 안테나 또는 산란체까지의 거리 및 좌표축과의 각도를 산출하는 거리 및 각도 산출부; 및
    상기 거리 및 각도 산출부에서 x축 상의 수신 배열 안테나를 토대로 산출된 원점으로부터 송신 안테나 또는 산란체까지의 거리(rx) 및 x 좌표축과의 각도(
    Figure 112020091530464-pat00093
    )와, z축 상의 수신 배열 안테나를 토대로 산출된 원점으로부터 송신 안테나 또는 산란체까지의 거리(rz) 및 z 좌표축과의 각도(
    Figure 112020091530464-pat00094
    )가 교차하는 교차점을 이용하여 상기 송신 안테나 또는 산란체의 위치 정보를 산출하는 위치정보 산출부를 포함하는 산란체 위치 검출 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 거리 및 각도 산출부는 아래의 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하여 3차원 좌표축의 원점으로부터 송신 안테나 또는 산란체까지의 거리(rx) 및 x 좌표축과의 각도(
    Figure 112020037075749-pat00069
    )를 산출하는 것을 특징으로 하는 산란체 위치 검출 시스템.
    [수학식 1]
    Figure 112020037075749-pat00070

    [수학식 2]
    Figure 112020037075749-pat00071

    여기에서, rx는 3차원 좌표축의 원점으로부터 송신 안테나 또는 산란체의 위치 P(x,y,z)까지의 거리,
    Figure 112020037075749-pat00072
    는 원점으로부터 수신 배열 안테나의 연장선과 원점으로부터 송신 안테나 또는 산란체까지의 연장선 간의 각도를 나타낸다.
    또한, A는 송신 안테나 또는 산란체로부터 상기 수신 배열 안테나의 #1(0,0,0) 좌표와, #2(x',0,0) 좌표 간의 거리차이고, B는 송신 안테나 또는 산란체로부터 상기 수신 배열 안테나의 #1(0,0,0) 좌표와, #3(x",0,0) 좌표 간의 거리차를 나타낸다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 거리 및 각도 산출부는 아래의 [수학식 3] 및 [수학식 4]를 이용하여 3차원 좌표축의 원점으로부터 송신 안테나 또는 산란체까지의 거리(rz) 및 z 좌표축과의 각도(
    Figure 112020037075749-pat00073
    )를 산출하는 것을 특징으로 하는 산란체 위치 검출 시스템.
    [수학식 3]
    Figure 112020037075749-pat00074

    [수학식 4]
    Figure 112020037075749-pat00075

    여기에서, rz는 3차원 좌표축의 원점으로부터 송신 안테나 또는 산란체의 위치 P(x,y,z)까지의 거리,
    Figure 112020037075749-pat00076
    는 원점으로부터 수신 배열 안테나의 연장선과 원점으로부터 송신 안테나 또는 산란체까지의 연장선 간의 각도를 나타낸다.
    또한, C는 송신 안테나 또는 산란체로부터 상기 수신 배열 안테나의 #1(0,0,0) 좌표와, #2(0,0,z') 좌표 간의 거리차이고, D는 송신 안테나 또는 산란체로부터 상기 수신 배열 안테나의 #1(0,0,0) 좌표와, #3(0,0,z") 좌표 간의 거리차를 나타낸다.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 위치정보 산출부는 거리 및 각도 산출부에서 x축 상의 수신 배열 안테나를 토대로 산출된 원점으로부터 송신 안테나 또는 산란체까지의 거리(rx) 및 x 좌표축과의 각도(
    Figure 112020037075749-pat00079
    )와, y축 상의 수신 배열 안테나를 토대로 산출된 원점으로부터 송신 안테나 또는 산란체까지의 거리(ry) 및 y 좌표축과의 각도(
    Figure 112020037075749-pat00080
    )가 교차하는 교차점을 이용하여 상기 송신 안테나 또는 산란체의 위치 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 산란체 위치 검출 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 위치정보 산출부는 거리 및 각도 산출부에서 z축 상의 수신 배열 안테나를 토대로 산출된 원점으로부터 송신 안테나 또는 산란체까지의 거리(rz) 및 z 좌표축과의 각도(
    Figure 112020037075749-pat00081
    )와, y축 상의 수신 배열 안테나를 토대로 산출된 원점으로부터 송신 안테나 또는 산란체까지의 거리(ry) 및 y 좌표축과의 각도(
    Figure 112020037075749-pat00082
    )가 교차하는 교차점을 이용하여 상기 송신 안테나 또는 산란체의 위치 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 산란체 위치 검출 시스템.

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