KR102252061B1 - 위치 추적 시스템을 시험하는 장치 및 방법 - Google Patents

위치 추적 시스템을 시험하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

트랜스폰더(transponder)가 이용되는 위치 추적 시스템을 시험하는 장치가 개시된다. 이 장치는 궤도 정보 수신부, 거리 정보 생성부, 응답-지연 시간 설정부, 제어부, 및 비교분석부를 포함한다. 궤도 정보 수신부는 시험 대상 궤도의 정보를 수신한다. 거리 정보 생성부는 시험 대상 궤도의 시간(t)에 따른 거리인 제1 거리(d1(t))의 정보를 생성한다. 응답-지연 시간 설정부는, 시간(t)에 따른 상기 제1 거리(d1(t))에 대응하여, 시간(t)에 따른 트랜스폰더의 응답-지연 시간(Td(t))을 설정한다. 제어부는, 궤도 정보 수신부, 거리 정보 생성부, 응답-지연 시간 설정부, 및 트랜스폰더를 구동한다. 비교분석부는, 위치 추적 시스템에 의하여 감지된 시간(t)에 따른 측정 거리를 수신하고, 제1 거리(d1(t))와 측정 거리를 상호 비교하면서 위치 추적 시스템을 시험한다.

Description

위치 추적 시스템을 시험하는 장치 및 방법{Apparatus and method to test location tracking system}
본 발명은, 위치 추적 시스템을 시험하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 트랜스폰더(transponder)가 이용되는 위치 추적 시스템을 시험하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 이하, 트랜스폰더(transponder)란 레이더의 신호를 수신하여 수신 주파수와 동일하거나 다른 주파수의 전파를 송신하는 장치를 의미한다.
본 발명은, 과학기술정보통신부 및 한국연구재단의 한국형 발사체 개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제고유번호: 1711082644, 과제명: 한국형 발사체 개발사업].
도 1은 설정 비행 궤도(101f)를 따라 비행하는 발사체(101)를 도시한다. 이하, 인공 위성을 탑재한 로켓, 또는 유도 무기와 같은 비행 대상들이 발사체(101)로 통칭된다.
도 1을 참조하면, 발사체(101)는 발사된 후에 설정 비행 궤도(101f)로 비행한다. 발사체(101)에는 트랜스폰더(100)가 탑재되며, 위치 추적 시스템(102)은 트랜스폰더(100)를 이용하여 시간(t)에 따른 발사체(101)의 위치 정보를 계산할 수 있다. 발사체(101)의 위치 정보는 시간(t)에 따른 거리, 방위각(azimuth angle, 0~360도), 및 고각(elevation angle, -90~90도)을 포함한다.
위치 추적 시스템(102)은 레이더 장치(102a)를 포함할 수 있다. 트랜스폰더(100)는, 레이더 장치(102a)로부터의 레이더 신호를 수신하고, 수신된 레이더 신호와 동일 또는 다른 주파수의 반송 레이더 신호를 송신할 수 있다. 위치 추적 시스템(102)은 트랜스폰더(100)가 송신한 전파를 이용하여 발사체(101)의 방위각, 고각 및 거리를 감지할 수 있다.
도 2는 발사체의 시간(t)에 따른 거리(d(t))를 위치 추적 시스템(102)에서 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에서 도 1과 동일한 참조 부호는 동일한 기능의 대상을 가리킨다.
도 2를 참조하면, 위치 추적 시스템(102)은, 레이더 장치(102a)가 레이더 신호를 출력한 시점(時點)과, 트랜스폰더(100)로부터의 반송 레이더 신호를 레이더 장치(102a)가 수신한 시점(時點) 사이의 송수신 차이 시간(Ttr(t))을 감지하고, 감지된 송수신 차이 시간(Ttr(t))을 기초로 거리(d(t))를 계산한다.
전파 속도를 c라 하고, 트랜스폰더(100)의 고유한 응답-지연 시간을 Tdc라 하면, 송수신 차이 시간 Ttr(t)는 아래의 수학식 1과 같은 관계를 갖는다.
Figure 112019089122107-pat00001
따라서, 레이더 장치(102a)와 발사체(101) 사이의 거리(d(t))는 송수신 차이 시간(Ttr(t))에 기초하여 아래의 수학식 2에 의하여 계산될 수 있다.
Figure 112019089122107-pat00002
위치 추적 시스템(102)의 동작을 시험하기 위하여, 트랜스폰더(100)가 탑재된 경비행기가 이용되었다. 즉, 경비행기의 실제 위치와 측정 위치를 상호 비교하면서 위치 추적 시스템(102)을 시험하였다. 하지만, 경비행기는 실제의 시험 대상 궤도를 비행할 수 없으므로, 시간(t)에 따른 거리의 전체 범위에 대하여 위치 추적 시스템(102)을 시험할 수 없다. 설령 경비행기가 실제의 시험 대상 궤도를 비행할 수 있다고 하더라도, 위치 추적 시스템(102)을 시험하는데 소요되는 비용이 너무 많다는 문제가 있다.
상기 배경 기술의 문제점은, 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 내용으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공지된 내용이라 할 수는 없다.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0137626호 (출원인 : 국방과학연구소, 발명의 명칭 : 가변 시간 지연 기능을 갖춘 능동형 모의 표적 생성 장치).
본 발명의 실시예들은, 트랜스폰더(transponder)가 이용되는 위치 추적 시스템을 시험하는 장치 및 방법에 있어서, 시험 대상 궤도상에서의 시간(t)에 따른 거리의 전체 범위에 대하여 위치 추적 시스템의 거리 추적 동작을 시험할 수 있는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예의 장치는, 트랜스폰더(transponder)가 이용되는 위치 추적 시스템을 시험하는 장치에 있어서, 궤도 정보 수신부, 거리 정보 생성부, 응답-지연 시간 설정부, 제어부, 및 비교분석부를 포함한다.
상기 궤도 정보 수신부는 시험 대상 궤도의 정보를 수신한다.
상기 거리 정보 생성부는 상기 시험 대상 궤도의 시간(t)에 따른 상기 위치 추적 시스템으로부터의 거리인 제1 거리(d1(t))의 정보를 생성한다.
상기 응답-지연 시간 설정부는, 시간(t)에 따른 상기 제1 거리(d1(t))에 대응하여, 시간(t)에 따른 상기 트랜스폰더의 응답-지연 시간(Td(t))을 설정한다.
상기 제어부는, 상기 궤도 정보 수신부, 상기 거리 정보 생성부, 상기 응답-지연 시간 설정부, 및 상기 트랜스폰더를 구동한다.
상기 비교분석부는, 상기 위치 추적 시스템에 의하여 감지된 시간(t)에 따른 측정 거리를 수신하고, 상기 거리 정보 생성부로부터 상기 제1 거리(d1(t))의 정보를 수신하며, 상기 제1 거리(d1(t))와 상기 측정 거리를 상호 비교하면서 상기 위치 추적 시스템을 시험한다.
상기 장치로부터 도출된 본 발명의 실시예의 방법은, 트랜스폰더(transponder)가 이용되는 위치 추적 시스템을 시험하는 방법에 있어서, 정보 수신, 생성, 설정, 거리 수신, 및 시험 단계들을 포함한다.
상기 정보 수신 단계에서, 시험 대상 궤도의 정보가 수신된다.
상기 생성 단계에서, 상기 시험 대상 궤도의 시간(t)에 따른 거리인 제1 거리(d1(t))의 정보가 생성된다.
상기 설정 단계에서, 시간(t)에 따른 상기 제1 거리(d1(t))에 대응하여, 시간(t)에 따른 상기 트랜스폰더의 응답-지연 시간(Td(t))이 설정된다.
상기 거리 수신 단계에서, 상기 위치 추적 시스템에 의하여 감지된 시간(t)에 따른 측정 거리가 수신된다.
상기 시험 단계에서, 상기 제1 거리(d1(t))와 상기 측정 거리를 상호 비교하면서 상기 위치 추적 시스템이 시험된다.
본 발명의 실시예의 상기 시험 장치 및 시험 방법에 의하면, 상기 시험 대상 궤도의 시간(t)에 따른 거리인 상기 제1 거리(d1(t))에 대응하여, 시간(t)에 따른 상기 트랜스폰더의 응답-지연 시간(Td(t))이 설정된다.
따라서, 상기 트랜스폰더를 탑재하여 시험 대상 궤도에 따라 비행하지 않더라도, 상기 위치 추적 시스템과 상기 트랜스폰더 사이의 송수신 시간은 상기 시험 대상 궤도의 시간(t)에 따른 거리인 상기 제1 거리(d1(t))에 비례하여 변한다. 따라서, 상기 시험 대상 궤도상에서의 시간(t)에 따른 거리의 전체 범위에 대하여 위치 추적 시스템의 거리 추적 동작을 시험할 수 있다.
도 1은 설정 비행 궤도를 따라 비행하는 발사체를 보여주는 도면이다.
도 2는 발사체의 시간(t)에 따른 거리(d(t))를 위치 추적 시스템에서 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예의 시험 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에서의 거리 정보 생성부와 응답-지연 시간 설정부의 동작을 보여주는 도면이다.
도 5는 가상적인 발사체의 시간(t)에 따른 거리(d(t))를 도 3의 위치 추적 시스템에서 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예의 시험 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6에서의 거리 정보 생성부와 응답-지연 시간 설정부의 동작을 보여주는 도면이다.
도 8은 가상적인 발사체의 시간(t)에 따른 제1 거리(d1(t))를 도 6의 위치 추적 시스템에서 감지한 측정 거리(d(t))와 비교함으로써 위치 추적 시스템(602)의 정상 동작 여부를 시험함을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 상기 제1 실시예의 시험 장치로부터 도출된 시험 방법을 보여주는 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은, 아래에서 제시되는 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
이하, 본 발명에 따른 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명된다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예의 시험 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에서의 거리 정보 생성부(304)와 응답-지연 시간 설정부(307)의 동작을 보여준다. 도 4에서, 참조 부호 401은 시험 대상 궤도상의 시간(t)에 따른 거리인 제1 거리(d1(t))의 그래프를 가리킨다. 참조 부호 402는 시간에 따른 트랜스폰더(도 3의 300)의 응답-지연 시간(Td(t))의 그래프를 각각 가리킨다.
도 3 및 4를 참조하면, 본 실시예의 시험 장치는 트랜스폰더(300)가 이용되는 위치 추적 시스템(302)을 시험하는 장치에 있어서, 궤도 정보 수신부(306), 거리 정보 생성부(304), 응답-지연 시간 설정부(307), 제어부(305), 및 비교분석부(308)를 포함한다.
궤도 정보 수신부(306)는 발사체의 시험 대상 궤도의 정보를 수신한다. 궤도 정보 수신부(306)는, 사용자에 의하여 시험 대상 궤도의 정보를 직접 입력받거나, 또는 위치 추적 시스템(302)으로부터 시험 대상 궤도의 정보를 수신한다.
거리 정보 생성부(304)는 시간(t)에 따른 제1 거리(d1(t))의 정보를 생성한다(예를 들어, 도 4의 401 참조). 제1 거리(d1(t))는 위치 추적 시스템(302)과 상기 시험 대상 궤도상의 위치 사이의 거리일 수 있다.
응답-지연 시간 설정부(307)는, 시간(t)에 따른 제1 거리(d1(t))에 대응하여, 시간(t)에 따른 트랜스폰더(300)의 응답-지연 시간(Td(t))을 설정한다(예를 들어, 도 4의 402 참조).
일 예에 따르면, 트랜스폰더(300)의 고유한 응답-지연 시간을 Tdc, 그리고 상기 시험 대상 궤도의 시간(t)에 따른 상기 제1 거리를 d1(t)라 하면, 트랜스폰더(300)에 설정되는 시간(t)에 따른 응답-지연 시간 Td(t)는 아래의 수학식 3에 의하여 설정될 수 있다. 트랜스폰더(300)의 고유 응답-지연 시간(Tdc)은 트랜스폰더(300)가 레이더 신호를 수신한 후, 반송 레이더 신호를 출력하기까지 소요되는 고정된 최소 시간을 의미한다. 트랜스폰더(300)의 고유 응답-지연 시간(Tdc)에 관한 정보는 위치 추적 시스템(302)에 미리 저장된다.
Figure 112019089122107-pat00003
트랜스폰더(300)는 클럭의 동작이 이루어지는 동작 주파수(또는 클럭 주파수)를 가지며, 그에 따라 트랜스폰더(300)의 지연 시간(Td(t))은 동작 주파수에 의해 결정되는 최소 시간 단위의 정수 배를 가져야 한다. 지연 시간(Td(t))이 최소 시간 단위의 정수 배를 갖도록 하기 위해, 수학식 3의 우변에 시간(t)에 따른 오프셋 시간(Te(t))이 추가될 수 있다. 오프셋 시간(Te(t))은 시간(t)에 따라 변하는 양수 및/또는 음수 값일 수 있다. 오프셋 시간(Te(t))은 트랜스폰더(300)의 동작 주파수에 의해 결정되는 최소 시간보다 짧다. 따라서, 트랜스폰더(300)의 지연 시간(Td(t))은 아래의 수학식 4와 같이 설정될 수 있다.
Figure 112019089122107-pat00004
제어부(305)는 궤도 정보 수신부(306), 거리 정보 생성부(304), 응답-지연 시간 설정부(307), 및 트랜스폰더(300)를 구동한다. 일 예에 따르면, 궤도 정보 수신부(306), 거리 정보 생성부(304), 및 응답-지연 시간 설정부(307)는 트랜스폰더(300)의 외부에서 구현되며, 응답-지연 시간 설정부(307)에 의해 생성되는 시간(t)에 따른 트랜스폰더(300)의 응답-지연 시간(Td(t))가 트랜스폰더(300)의 펌웨어에 기록될 수 있다. 다른 예에 따르면, 궤도 정보 수신부(306), 거리 정보 생성부(304), 및 응답-지연 시간 설정부(307)는 펌웨어의 형태로 트랜스폰더(300) 내에서 구현될 수 있다.
위치 추적 시스템(302)은 레이더 장치(302a)를 포함한다. 레이더 장치(302a)는 레이더 신호를 출력하고 트랜스폰더(300)로부터의 반송 레이더 신호를 수신한다. 위치 추적 시스템(302)은 레이더 장치(302a)가 레이더 신호를 출력한 시점(時點)과, 트랜스폰더(300)로부터의 반송 레이더 신호를 레이더 장치(302a)가 수신한 시점의 차이 시간(Ttr(t))을 감지하고, 이를 기초로 측정 거리(d(t))를 계산할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 위치 추적 시스템(302)은 레이더 외에 다른 신호를 이용하여 대상 물체의 위치를 추적할 수도 있다.
비교분석부(308)는, 위치 추적 시스템(302)에 의하여 계산된 시간(t)에 따른 측정 거리(d(t))를 수신하고, 거리 정보 생성부(304)로부터 제1 거리(d1(t))의 정보를 수신한다. 비교분석부(308)는, 시간(t)에 따른 제1 거리(d1(t))와 시간(t)에 따른 측정 거리(d(t))를 상호 비교함으로써, 위치 추적 시스템(302)을 시험할 수 있다.
일 예에 따르면, 비교분석부(308)는 위치 추적 시스템(302)으로부터 시간(t)에 따른 측정 거리(d(t))를 실시간으로 수신하고, 시간(t)에 따른 측정 거리(d(t))를 거리 정보 생성부(304)에서 수신한 시간(t)에 따른 제1 거리(d1(t))와 실시간으로 비교함으로써, 위치 추적 시스템(302)을 실시간으로 시험할 수 있다.
다른 예에 따르면, 위치 추적 시스템(302)에 의하여 계산된 시간(t)에 따른 측정 거리(d(t))를 수신하여 저장하고, 거리 정보 생성부(304)로부터 시간(t)에 따른 제1 거리(d1(t))의 정보도 수신하여 저장할 수 있다. 비교분석부(308)는 저장되어 있는 시간(t)에 따른 제1 거리(d1(t))와 시간(t)에 따른 측정 거리(d(t))를 상호 비교함으로써, 위치 추적 시스템(302)을 시험할 수도 있다.
도 5는 가상적인 발사체의 시간(t)에 따른 거리(d(t))를 도 3의 위치 추적 시스템(302)에서 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5에서 도 3, 4와 동일한 참조 부호는 동일한 기능의 대상을 가리킨다. 도 5에서 참조 부호 500은 가상적인 발사체에 탑재된 가상적인 트랜스폰더를 가리킨다.
도 5를 참조하면, 위치 추적 시스템(302)은, 레이더 장치(302a)가 레이더 신호를 출력한 시점(時點)과, 트랜스폰더(300)로부터의 반송 레이더 신호를 레이더 장치(302a)가 수신한 시점의 차이 시간(Ttr(t))을 감지하고, 이를 기초로 측정 거리(d(t))를 계산한다. 도 3의 실시예에 따라 위치 추적 시스템(302)을 시험하는 경우, 트랜스폰더(300)와 레이더 장치(302a) 사이의 실제 거리를 무시할 수 있을 정도로, 트랜스폰더(300)는 레이더 장치(302a)에 근접하게 위치할 수 있다. 이 경우, 위치 추적 시스템(302)이 감지한 송수신 차이 시간 Ttr(t)는 트랜스폰더(300)의 응답-지연 시간 Td(t)와 실질적으로 동일하므로, 아래의 수학식 5가 성립될 수 있다.
Figure 112019089122107-pat00005
상기 수학식 4를 상기 수학식 5에 대입하면, 아래의 수학식 6이 성립될 수 있다.
Figure 112019089122107-pat00006
위치 추적 시스템(302)은 수학식 6의 송수신 차이 시간(Ttr(t))을 수학식 2에 대입하여, 측정 거리(d(t))를 아래의 수학식 7과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112019089122107-pat00007
비교분석부(308)는, 거리 정보 생성부(304)로부터 시간(t)에 따른 거리인 제1 거리(d1(t))를 수신하고, 위치 추적 시스템(302)으로부터 시간(t)에 따른 측정 거리(d(t))를 수신할 수 있다. 비교분석부(308)는 시간(t)에 따른 제1 거리(d1(t))와 시간(t)에 따른 측정 거리(d(t))를 서로 비교함으로써 위치 추적 시스템(302)의 정상 동작 여부를 판단할 수 있다.
일 예에 따르면, 비교분석부(308)는, 시간(t)에 따른 제1 거리(d1(t))와 시간(t)에 따른 측정 거리(d(t))의 차(|d1(t)-d(t)|)를 미리 설정된 거리 기준치(dref)와 비교하고, 비교 결과를 기초로 위치 추적 시스템(302)의 정상 동작 여부를 판단할 수 있다. 거리의 차(|d1(t)-d(t)|)가 거리 기준치(dref)보다 작을 경우, 위치 추적 시스템(302)이 정상적으로 동작한다고 결정할 수 있다.
다른 예에 따르면, 비교분석부(308)는 아래의 수학식 8과 같이 비교할 수 있다.
Figure 112019089122107-pat00008
위치 추적 시스템(302)이 정상적으로 동작할 경우, 시간(t)에 따른 제1 거리(d1(t))와 시간(t)에 따른 측정 거리(d(t))의 차(|d1(t)-d(t)|에 2/c를 곱하면, 오프셋 시간(Te(t))과 동일해야 한다. 비교분석부(308)는 거리 차(|d1(t)-d(t)|에 2/c를 곱한 값을 미리 설정된 시간 기준치(Tref)와 비교할 수 있다. 일 예에 따르면, 시간 기준치(Tref)는 트랜스폰더(300)의 동작 주파수에 의해 결정되는 최소 시간으로 설정될 수 있다. 다른 예에 따르면, 시간 기준치(Tref)는 트랜스폰더(300)의 클럭 주파수, 위치 추적 시스템(302)의 클럭 주파수, 및 기타 다른 오차를 기초로 사전에 설정될 수 있다.
제어부(305)와 비교분석부(308)가 다른 구성요소인 것으로 도시되어 있지만, 이들은 하나의 컴퓨팅 장치에서 구현될 수 있다. 물론 제어부(305)와 비교분석부(308)가 서로 다른 컴퓨팅 장치에서 구현될 수도 있다. 예를 들면, 궤도 정보 수신부(306), 거리 정보 생성부(304), 및 응답-지연 시간 설정부(307)와 이들을 구동하는 제어부(305)는 제1 컴퓨팅 장치에서 구현되고, 비교분석부(308)는 제1 컴퓨팅 장치로부터 데이터를 수신할 수 있는 제2 컴퓨팅 장치에서 구현될 수 있다.
상기 제1 실시예의 상기 시험 장치 및 시험 방법에 의하면, 상기 시험 대상 궤도의 시간(t)에 따른 거리인 상기 제1 거리(d1(t))에 대응하여, 시간(t)에 따른 트랜스폰더(300)의 응답-지연 시간(Td(t))이 설정된다.
따라서, 트랜스폰더(300)가 탑재된 발사체를 시험 대상 궤도로 발사하지 않더라도, 상기 시험 대상 궤도상에서의 시간(t)에 따른 거리의 전체 범위에 대하여 위치 추적 시스템(302)의 거리 추적 동작을 시험할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예의 시험 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 6에서 참조 부호 600은 드론(603)의 트랜스폰더를, 620은 가상적 발사체(601)의 트랜스폰더를, 601f는 시험 대상 궤도를, 그리고 603f는 드론(603)의 비행 궤도를 각각 가리킨다. 본 실시예의 경우, 드론(603)이 추가적으로 이용되어, 위치 추적 시스템(302)의 거리 추적 동작뿐만 아니라 방위각 및 고각의 추적 동작도 시험된다.
도 7은 도 6에서의 거리 정보 생성부(604)와 응답-지연 시간 설정부(607)의 동작을 보여준다. 도 7에서 도 4와 동일한 참조 부호는 동일한 기능의 대상을 가리킨다. 도 7에서 참조 부호 701은 시험 대상 궤도(도 6의 601f)상에서의 제1 거리(d1(t))와 드론(603)의 비행 궤도상에서의 제2 거리(d2(t))의 그래프를 가리킨다. 참조 부호 702는 시간(t)에 따른 응답-지연 시간(Td(t))의 그래프를 가리킨다.
도 6 및 7을 참조하면, 위치 추적 시스템(602)의 시험 중에 트랜스폰더(600)는 미리 설정된 비행 궤도(603f)를 비행하는 드론(603)에 탑재된다.
본 실시예의 시험 장치는 트랜스폰더(600)가 이용되는 위치 추적 시스템(602)을 시험하는 장치에 있어서, 궤도 정보 수신부(606), 거리 정보 생성부(604), 응답-지연 시간 설정부(607), 각도 정보 생성부(608), 비행 궤도 설정부(609), 제어부(605), 및 비교분석부(610)를 포함한다.
궤도 정보 수신부(606)는 발사체의 시험 대상 궤도(601f)의 정보를 수신한다. 궤도 정보 수신부(606)는, 사용자에 의하여 시험 대상 궤도(601f)의 정보를 직접 입력받거나, 또는 위치 추적 시스템(602)으로부터 시험 대상 궤도(601f)의 정보를 수신한다.
거리 정보 생성부(604)는 궤도 정보 수신부(606)로부터의 시험 대상 궤도(601f)의 정보에 기초하여 시간(t)에 따른 제1 거리(d1(t))의 정보를 생성한다. 시간(t)에 따른 제1 거리(d1(t))는 위치 추적 시스템(602)과 시험 대상 궤도(601f) 상의 시간(t)에 따른 위치 사이의 거리를 의미한다.
각도 정보 생성부(608)는 궤도 정보 수신부(606)로부터의 시험 대상 궤도(601f)의 정보에 기초하여 시간(t)에 따른 방위각 및 고각에 관한 각도 정보를 생성한다. 시간(t)에 따른 방위각 및 고각은 위치 추적 시스템(602)에 대한 시험 대상 궤도(601f) 상의 시간(t)에 따른 위치 사이의 방위각 및 고각을 각각 의미한다.
비행 궤도 설정부(609)는, 시험 대상 궤도(601f)에서의 시간에 따른 방위각 및 고각에 의하여, 드론(603)의 비행 궤도(603f)를 설정한다. 비행 궤도(603f)에서의 시간에 따른 방위각 및 고각은 시험 대상 궤도(601f)에서의 시간에 따른 방위각 및 고각과 각각 동일하도록 설정될 수 있다. 또한, 비행 궤도 설정부(609)는 비행 궤도(603f)를 따라 비행하는 드론(603)의 위치와 레이더 장치(602a) 사이의 거리로서, 시간에 따른 제2 거리(d2(t))의 정보를 생성할 수 있다.
응답-지연 시간 설정부(607)는, 시간에 따른 상기 제1 거리(d1(t))와 시간에 따른 상기 제2 거리(d2(t))의 차이(d1(t)-d2(t))를 레이더 신호의 전파 속도(c)로 나눈 값에 기초하여 응답-지연 시간(Td(t))을 설정한다. 일 예에 따르면, 응답-지연 시간 설정부(607)는 트랜스폰더(600)의 응답-지연 시간(Td(t))을 아래의 수학식 9에 따라 설정할 수 있다.
Figure 112019089122107-pat00009
여기에서, Tdc는 트랜스폰더(600)의 고유한 응답-지연 시간, 즉, 트랜스폰더(300)가 레이더 신호를 수신한 후, 반송 레이더 신호를 출력하기까지 소요되는 고정된 최소 시간을 의미하고, c는 레이더 신호 및 반송 레이더 신호의 전파 속도를 의미한다.
지연 시간(Td(t))은 트랜스폰더(600)의 동작 주파수에 의해 결정되는 최소 시간 단위의 정수배를 가져야 한다. 지연 시간(Td(t))이 최소 시간 단위의 정수배를 갖도록 하기 위해, 수학식 9의 우변에 시간(t)에 따른 오프셋 시간(Te(t))이 추가될 수 있다. 오프셋 시간(Te(t))은 시간(t)에 따라 변하는 양수 및/또는 음수 값일 수 있다. 오프셋 시간(Te(t))의 크기는 트랜스폰더(600)의 동작 주파수에 의해 결정되는 최소 시간보다 작다. 따라서, 응답-지연 시간 설정부(607)는, 트랜스폰더(600)의 지연 시간(Td(t))을 아래의 수학식 10과 같이 설정할 수 있다.
Figure 112019089122107-pat00010
제어부(605)는, 궤도 정보 수신부(606), 거리 정보 생성부(604), 각도 정보 생성부(608), 비행 궤도 설정부(609), 응답-지연 시간 설정부(607), 및 트랜스폰더(600)를 구동한다. 또한, 제어부(605)는 드론(603)이 비행 궤도(603f)를 따라 비행하도록 드론(603)을 구동할 수 있다.
위치 추적 시스템은(602)은 레이더 장치(602a)를 포함할 수 있다. 레이더 장치(602a)는, 레이더 신호를 출력하고, 드론(603)에 탑재된 트랜스폰더(600)로부터의 반송 레이더 신호를 수신한다.
위치 추적 시스템(602)은 레이더 장치(602a)가 레이더 신호를 출력한 시점(時點)과, 트랜스폰더(600)로부터의 반송 레이더 신호를 레이더 장치(602a)가 수신한 시점(時點)의 차이 시간(Ttr(t))을 감지하고, 감지된 송수신 차이 시간(Ttr(t))을 기초로 하여 상기 수학식 2에 따라 측정 거리(d(t))를 계산할 수 있다.
한편, 위치 추적 시스템(602)은 트랜스폰더(600)로부터의 반송 레이더 신호에 기초하여 드론(603)의 방위각 및 고각을 감지할 수 있다.
비교분석부(610)는, 위치 추적 시스템(602)에 의하여 감지된 시간(t)에 따른 측정 거리(d(t))를 수신하고, 제1 거리(d1(t))와 상기 측정 거리(d(t))를 상호 비교하면서 위치 추적 시스템(602)의 거리 추적 성능을 시험할 수 있다. 또한, 비교분석부(610)는, 위치 추적 시스템(602)에 의하여 감지된 드론(600)의 방위각 및 고각을 상기 시험 대상 궤도(601f)에서의 방위각 및 고각과 각각 비교함으로써, 위치 추적 시스템(602)의 각도 추적 성능을 시험할 수 있다.
도 8은 가상적인 발사체(601)의 시간(t)에 따른 제1 거리(d1(t))를 도 6의 위치 추적 시스템(602)에서 감지한 측정 거리(d(t))와 비교함으로써 위치 추적 시스템(602)의 정상 동작 여부를 시험함을 설명하기 위한 도면이다. 도 8에서 도 6과 동일한 참조 부호는 동일한 기능의 대상을 가리킨다.
도 6 내지 8을 참조하면, 비행 궤도 설정부(609)는, 비행 궤도(603f)를 따라 비행하는 드론(603)과 레이더 장치(602a) 사이의 거리로서, 시간에 따른 제2 거리(d2(t))의 정보를 생성한다.
응답-지연 시간 설정부(607)는, 시간에 따른 상기 제1 거리(d1(t))와 시간에 따른 상기 제2 거리(d2(t))의 차이(d1(t)-d2(t))를 기초로 트랜스폰더(600)의 응답-지연 시간(Td(t))을 상기 수학식 10에 의하여 설정한다.
위치 추적 시스템(602)은 레이더 장치(602a)가 레이더 신호를 출력한 시점(時點)과, 트랜스폰더(600)로부터의 반송 레이더 신호를 레이더 장치(602a)가 수신한 시점(時點)의 송수신 차이 시간(Ttr(t))을 감지할 수 있다. 레이더 장치(602a)와 트랜스폰더(600)는 제2 거리(d2(t))만큼 떨어져 있으므로, 송수신 차이 시간(Ttr(t))은 아래의 수학식 11과 같이 제2 거리(d2(t))와 트랜스폰더(600)의 응답-지연 시간(Td(t))으로 표현될 수 있다.
Figure 112019089122107-pat00011
상기 수학식 10과 같이 설정된 응답-지연 시간(Td(t))을 위의 수학식 11에 대입하면, 응답-지연 시간(Td(t))는 아래의 수학식 12와 같이 정리된다.
Figure 112019089122107-pat00012
위치 추적 시스템(602)은 상기 수학식 12의 송수신 차이 시간(Ttr(t))을 상기 수학식 2에 대입하여, 측정 거리(d(t))를 아래의 수학식 13과 같이 계산할 수 있다. 수학식 13은 수학식 7과 동일하다.
Figure 112019089122107-pat00013
비교분석부(610)는 거리 정보 생성부(604)로부터 시간(t)에 따른 거리인 제1 거리(d1(t))를 수신하고, 위치 추적 시스템(602)으로부터 시간(t)에 따른 측정 거리(d(t))를 수신할 수 있다. 비교분석부(610)는 시간(t)에 따른 제1 거리(d1(t))와 시간(t)에 따른 측정 거리(d(t))를 서로 비교함으로써 위치 추적 시스템(602)의 정상 동작 여부를 판단할 수 있다.
일 예에 따르면, 비교분석부(610)는 시간(t)에 따른 제1 거리(d1(t))와 시간(t)에 따른 측정 거리(d(t))의 차(|d1(t)-d(t)|)를 미리 설정된 거리 기준치(dref)와 비교하고, 비교 결과를 기초로 위치 추적 시스템(602)의 정상 동작 여부를 판단할 수 있다. 거리의 차(|d1(t)-d(t)|)가 거리 기준치(dref)보다 작을 경우, 위치 추적 시스템(302)이 정상적으로 동작한다고 결정할 수 있다.
다른 예에 따르면, 비교분석부(610)는 아래의 수학식 14와 같이 비교할 수 있다.
Figure 112019089122107-pat00014
위치 추적 시스템(602)이 정상적으로 동작할 경우, 시간(t)에 따른 제1 거리(d1(t))와 시간(t)에 따른 측정 거리(d(t))의 차(|d1(t)-d(t)|에 2/c를 곱하면, 오프셋 시간(Te(t))와 동일해야 한다. 제어부(605)는 거리 차(|d1(t)-d(t)|에 2/c를 곱한 값을 미리 설정된 시간 기준치(Tref)와 비교할 수 있다. 시간 기준치(Tref)는 트랜스폰더(600)의 동작 주파수에 의해 결정되는 최소 시간으로 설정될 수 있다.
상기 제2 실시예의 상기 시험 장치 및 시험 방법에 의하면, 시험 대상 궤도(601f)상의 시간(t)에 따른 거리인 상기 제1 거리(d1(t))와 비행 궤도(603f) 상의 시간(t)에 따른 거리인 상기 제2 거리(d2(t))의 차이(d1(t)-d2(t))에 기초하여, 트랜스폰더(600)의 시간(t)에 따른 응답-지연 시간(Td(t))이 설정된다.
이에 따라, 트랜스폰더(600)가 탑재된 발사체를 상기 시험 대상 궤도(601f)로 발사하지 않더라도, 상기 시험 대상 궤도(601f)상에서의 시간(t)에 따른 거리의 전체 범위에 대하여 위치 추적 시스템(302)의 거리 추적 동작을 시험할 수 있다.
더 나아가, 드론(600)의 방위각 및 고각을 이용하여 위치 추적 시스템(602)의 방위각 추적 동작 및 고각 추적 동작을 시험할 수 있다.
도 9는 상기 제1 실시예의 시험 장치(도 3 참조)로부터 도출된 시험 방법을 보여준다. 도 9를 참조하여, 트랜스폰더(transponder)가 이용되는 위치 추적 시스템을 시험하는 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 시험 대상 궤도의 정보를 수신한다(단계 S901).
다음에, 상기 시험 대상 궤도의 시간(t)에 따른 거리인 제1 거리(d1(t))의 정보를 생성한다(단계 S902).
다음에, 시간(t)에 따른 상기 제1 거리(d1(t))에 대응하여, 시간(t)에 따른 상기 트랜스폰더의 응답-지연 시간(Td(t))을 설정한다(단계 S903).
다음에, 상기 위치 추적 시스템에 의하여 감지된 시간(t)에 따른 측정 거리를 수신한다(단계 S904).
그리고, 상기 제1 거리(d1(t))와 상기 측정 거리를 상호 비교하면서 상기 위치 추적 시스템을 시험한다(단계 S905).
상기와 같은 시험 방법은 컴퓨터 프로그램의 형식으로 적어도 하나의 매체에 저장될 수 있다. 즉, 상기 컴퓨터 프로그램은 적어도 하나의 컴퓨터를 사용하여 상기 시험 방법을 실행시키기 위하여 적어도 하나의 매체에 저장될 수 있다. 예를 들면, 상기와 같은 시험 방법은 둘 이상의 컴퓨터를 사용하여 실시될 수 있으며, 이를 위하여 둘 이상의 컴퓨터 프로그램이 둘 이상의 매체에 각각 저장될 수 있다.
이상 설명된 바와 같이, 본 발명의 실시예의 시험 장치 및 시험 방법에 의하면, 시험 대상 궤도의 시간(t)에 따른 거리인 상기 제1 거리(d1(t))에 대응하여, 시간(t)에 따른 트랜스폰더의 응답-지연 시간(Td(t))이 설정된다.
따라서, 트랜스폰더를 탑재하여 비행하지 않더라도, 위치 추적 시스템(302, 602)에 의하여 감지되는 송수신 차이 시간(Ttr(t))은 상기 시험 대상 궤도의 시간(t)에 따른 거리인 상기 제1 거리(d1(t))에 비례하여 변한다. 따라서, 상기 시험 대상 궤도상에서의 시간(t)에 따른 거리의 전체 범위에 대하여 위치 추적 시스템의 거리 추적 동작을 시험할 수 있다.
더 나아가, 드론의 방위각 및 고각을 이용하여 위치 추적 시스템의 방위각 추적 동작 및 고각 추적 동작을 시험할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다.
그러므로 상기 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 특허청구범위에 의해 청구된 발명 및 청구된 발명과 균등한 발명들은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 트랜스폰더(transponder) 외의 다른 소자가 이용되는 위치 추적 시스템을 시험하는 데에도 이용될 가능성이 있다.
100 : 트랜스폰더, 101 : 발사체,
101f : 발사체의 비행 궤도, 102 : 위치 추적 시스템,
102a : 레이더 장치, d(t) : 시간(t)에 따른 거리,
Ttr(t) : 송수신 차이 시간, Tdc : 트랜스폰더의 응답-지연 시간,
300 : 트랜스폰더, 302 : 위치 추적 시스템,
302a : 레이더 장치, 304 : 거리 정보 생성부,
305 : 제어부, 306 : 궤도 정보 수신부,
307 : 응답-지연 시간 설정부, 308 : 비교분석부,
401 : 제1 거리(d1(t))의 그래프,
d1(t) : 시간(t)에 따른 제1 거리,
402 : 시간에 따른 응답-지연 시간(Td(t))의 그래프,
Td(t) : 시간에 따른 트랜스폰더의 응답-지연 시간,
500 : 트랜스폰더, 501 : 가상적 발사체,
600 : 트랜스폰더, 601 : 가상적 발사체,
601f : 시험 대상 궤도, 602 : 위치 추적 시스템,
602a : 레이더 장치, 603 : 드론,
603f : 드론의 비행 궤도, 604 : 거리 정보 생성부,
605 : 제어부, 606 : 궤도 정보 수신부,
607 : 응답-지연 시간 설정부, 608 : 각도 정보 생성부,
609 : 비행 궤도 설정부, 610 : 비교분석부,
701 : 제1 거리(d1(t))와 제2 거리(d2(t))의 그래프,
d2(t) : 시간(t)에 따른 제2 거리,
702 : 시간에 따른 응답-지연 시간(Td(t))의 그래프.

Claims (11)

  1. 트랜스폰더(transponder)가 이용되는 위치 추적 시스템을 시험하는 장치에 있어서,
    시험 대상 궤도의 정보를 수신하는 궤도 정보 수신부;
    상기 시험 대상 궤도의 시간(t)에 따른 상기 위치 추적 시스템으로부터의 거리인 제1 거리(d1(t))의 정보를 생성하는 거리 정보 생성부;
    시간(t)에 따른 상기 제1 거리(d1(t))에 대응하여, 시간(t)에 따른 상기 트랜스폰더의 응답-지연 시간(Td(t))을 설정하는 응답-지연 시간 설정부;
    상기 궤도 정보 수신부, 상기 거리 정보 생성부, 상기 응답-지연 시간 설정부, 및 상기 트랜스폰더를 구동하는 제어부; 및
    상기 위치 추적 시스템에 의하여 감지된 시간(t)에 따른 측정 거리를 수신하고, 상기 거리 정보 생성부로부터 제1 거리(d1(t))의 정보를 수신하며, 상기 제1 거리(d1(t))와 상기 측정 거리를 상호 비교하면서 상기 위치 추적 시스템을 시험하는 비교분석부;를 포함하는, 시험 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 위치 추적 시스템은,
    레이더 신호를 출력하고 상기 트랜스폰더로부터의 반송 레이더 신호를 수신하는 레이더 장치를 포함하는, 시험 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 위치 추적 시스템은,
    상기 레이더 장치가 레이더 신호를 출력한 시점(時點)과, 상기 트랜스폰더로부터의 반송 레이더 신호를 상기 레이더 장치가 수신한 시점(時點) 사이의 송수신 차이 시간(Ttr(t))에 기초하여 상기 측정 거리를 산출하는, 시험 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 시간(t)에 따른 상기 제1 거리(d1(t))는,
    상기 시험 대상 궤도상의 시간(t)에 따른 위치와 상기 레이더 장치 사이의 거리인, 시험 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    시험 중에 상기 트랜스폰더는 미리 설정된 비행 궤도를 비행하는 드론에 탑재되는, 시험 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 궤도 정보 수신부로부터의 상기 시험 대상 궤도의 정보에 의하여, 시간에 따른 방위각 및 고각에 관한 각도 정보를 생성하는 각도 정보 생성부; 및
    상기 시험 대상 궤도에서의 시간에 따른 방위각 및 고각에 의하여, 상기 드론의 비행 궤도를 설정하는 비행 궤도 설정부를 더 포함하고,
    상기 비행 궤도에서의 시간에 따른 방위각 및 고각은 상기 시험 대상 궤도에서의 시간에 따른 방위각 및 고각과 각각 동일한, 시험 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 비행 궤도 설정부는, 상기 비행 궤도상의 위치와 상기 레이더 장치 사이의 거리로서, 시간에 따른 제2 거리(d2(t))의 정보를 생성하고,
    상기 응답-지연 시간 설정부는, 시간에 따른 상기 제1 거리(d1(t))와 시간에 따른 상기 제2 거리(d2(t))의 차이(d1(t)-d2(t))를 전파 속도(c)로 나눈 결과에 의하여 상기 응답-지연 시간(Td(t))을 설정하는, 시험 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 응답-지연 시간 설정부는 아래의 수학식에 따라 상기 응답-지연 시간(Td(t))을 설정하는, 시험 장치.
    Figure 112019089122107-pat00015

    여기에서, Tdc는 상기 트랜스폰더의 고유한 응답-지연 시간이고, Te(t)는 Td(t)를 상기 트랜스폰더의 최소 시간 단위의 정수 배로 만들기 위한 가변적인 오프셋 양수 또는 가변적인 오프셋 음수임.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 위치 추적 시스템은 상기 트랜스폰더로부터의 상기 반송 레이더 신호에 의하여 상기 드론의 방위각 및 고각을 감지하고,
    상기 비교분석부는,
    감지된 상기 드론의 방위각 및 고각을 상기 시험 대상 궤도에서의 방위각 및 고각과 각각 비교하면서 상기 위치 추적 시스템을 시험하는, 시험 장치.
  10. 트랜스폰더(transponder)가 이용되는 위치 추적 시스템을 시험하는 방법에 있어서,
    시험 대상 궤도의 정보를 수신하는 단계;
    상기 시험 대상 궤도의 시간(t)에 따른 거리인 제1 거리(d1(t))의 정보를 생성하는 단계;
    시간(t)에 따른 상기 제1 거리(d1(t))에 대응하여, 시간(t)에 따른 상기 트랜스폰더의 응답-지연 시간(Td(t))을 설정하는 단계;
    상기 위치 추적 시스템에 의하여 감지된 시간(t)에 따른 측정 거리를 수신하는 단계; 및
    상기 제1 거리(d1(t))와 상기 측정 거리를 상호 비교하면서 상기 위치 추적 시스템을 시험하는 단계;를 포함하는, 시험 방법.
  11. 컴퓨터를 사용하여 제10항의 시험 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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