KR102327211B1 - 배열 안테나 장치, 빔 조향 장치 및 빔 조향 방법 - Google Patents

배열 안테나 장치, 빔 조향 장치 및 빔 조향 방법 Download PDF

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이기훈
안우근
송민규
안승관
장석원
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국방과학연구소
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    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture

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Abstract

배열 안테나 장치는 원형 또는 원통형의 동체의 일측 면에 배치되고, 복수의 안테나 소자를 포함하는 제1 배열 안테나, 상기 동체의 타측 면에 배치되고, 복수의 안테나 소자를 포함하는 제2 배열 안테나, 및 상기 제1 배열 안테나가 상기 동체의 외부로 지향하는 제1 빔 조향 영역에 목표 신호원이 위치하면 상기 제1 배열 안테나를 사용하여 빔 조향을 수행하고, 상기 제2 배열 안테나가 상기 동체의 외부로 지향하는 제2 빔 조향 영역에 상기 목표 신호원이 위치하면 상기 제2 배열 안테나를 사용하여 빔 조향을 수행하고, 상기 제1 빔 조향 영역과 상기 제2 빔 조향 영역의 사이의 제3 빔 조향 영역에 상기 목표 신호원이 위치하면 상기 제1 배열 안테나 및 상기 제2 배열 안테나를 모두 사용하여 빔 조향을 수행하는 빔 조향 장치를 포함한다.

Description

배열 안테나 장치, 빔 조향 장치 및 빔 조향 방법{ARRAY ANTENNA DEVICE, BEAM STEERING DEVICE AND METHOD FOR BEAM STEERING}
본 발명은 배열 안테나 장치, 빔 조향 장치 및 빔 조향 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원형 또는 원통형 동체에 배치되는 배열 안테나 장치, 빔 조향 장치 및 빔 조향 방법에 관한 것이다.
다수의 안테나 소자를 포함하는 배열 안테나 장치는 각 안테나로부터 수신된 신호의 위상(phase)과 크기를 조절한 후 이들을 합산하여 신호대잡음비(Signal-to-Noise Ratio)를 개선하는 빔 조향 방법을 사용할 수 있다. 이러한 빔 조향 방법은 각 안테나 소자로부터 수신되는 신호의 크기와 위상차를 이용한다. 이들 신호의 크기와 위상차는 배열 안테나의 기하학적 배치(Geometry)에 의존한다. 일반적으로, 신호의 가시선(line-of-sight)이 확보된 환경에서 각 안테나 소자에 수신되는 신호의 크기는 유사한 수준이며, 신호의 위상차는 신호의 도달각(Angle-of-Arrival)을 통해 결정된다.
원형 또는 원통형 동체에 배치되는 배열 안테나의 기하학적 구성에 의해서 신호의 가시선이 확보되지 않는 안테나 소자가 존재할 수 있다. 가시선의 미확보로 인해 목표 신호원으로부터 수신한 신호의 크기가 매우 작아지고, 안테나의 출력은 잡음 신호와 유사한 성격을 갖게 된다. 잡음 신호와 유사한 신호를 빔 조향 신호처리에 사용할 경우, 빔 조향 이득이 개선되지 않은 채로 수신 신호의 잡음 레벨만을 증가시키는 문제를 야기할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 원형 또는 원통형 동체에 배열 안테나가 배치되는 환경에서 빔 조향 이득을 향상시킬 수 있는 배열 안테나 장치, 빔 조향 장치 및 배열 안테나 장치의 빔 조향 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 장치는 원형 또는 원통형의 동체의 일측 면에 배치되고, 복수의 안테나 소자를 포함하는 제1 배열 안테나, 상기 동체의 타측 면에 배치되고, 복수의 안테나 소자를 포함하는 제2 배열 안테나, 및 상기 제1 배열 안테나가 상기 동체의 외부로 지향하는 제1 빔 조향 영역에 목표 신호원이 위치하면 상기 제1 배열 안테나를 사용하여 빔 조향을 수행하고, 상기 제2 배열 안테나가 상기 동체의 외부로 지향하는 제2 빔 조향 영역에 상기 목표 신호원이 위치하면 상기 제2 배열 안테나를 사용하여 빔 조향을 수행하고, 상기 제1 빔 조향 영역과 상기 제2 빔 조향 영역의 사이의 제3 빔 조향 영역에 상기 목표 신호원이 위치하면 상기 제1 배열 안테나 및 상기 제2 배열 안테나를 모두 사용하여 빔 조향을 수행하는 빔 조향 장치를 포함한다.
상기 제1 배열 안테나와 상기 제2 배열 안테나는 상기 동체의 중심을 기준으로 180도 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 빔 조향 장치는, 상기 제1 배열 안테나에 포함되는 복수의 안테나 소자 각각으로부터 수신된 복수의 제1 입력 신호에 제1 가중치를 적용한 후 합산하여 제1 빔 조향 출력을 생성하는 제1 빔 조향 출력부, 상기 제2 배열 안테나에 포함되는 복수의 안테나 소자 각각으로부터 수신된 복수의 제2 입력 신호에 제2 가중치를 적용한 후 합산하여 제2 빔 조향 출력을 생성하는 제2 빔 조향 출력부, 및 상기 복수의 제1 입력 신호 및 상기 복수의 제2 입력 신호에 제3 가중치를 적용한 후 합산하여 제3 빔 조향 출력을 생성하는 제3 빔 조향 출력부를 포함할 수 있다.
상기 빔 조향 장치는, 상기 제1 빔 조향 영역, 상기 제2 빔 조향 영역 및 상기 제3 빔 조향 영역 중 어느 하나를 최적의 빔 조향으로 선택하고, 선택된 상기 최적의 빔 조향에 따라 상기 제1 빔 조향 출력, 상기 제2 빔 조향 출력 및 상기 제3 빔 조향 출력 중 하나를 최종 빔 조향 출력으로 출력하는 빔 조향 선택부를 더 포함할 수 있다.
상기 빔 조향 장치는, 상기 복수의 제1 입력 신호 각각에 대한 상기 제1 가중치를 산출하는 제1 가중치 산출부, 상기 복수의 제2 입력 신호 각각에 대한 상기 제2 가중치를 산출하는 제2 가중치 산출부, 및 상기 복수의 제1 입력 신호 및 상기 복수의 제2 입력 신호에 대한 상기 제3 가중치를 산출하는 제3 가중치 산출부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 빔 조향 장치는 제1 배열 안테나 및 제2 배열 안테나가 배치된 동체의 위치, 운동, 자세에 대한 정보를 포함하는 동체 정보를 수집하는 동체 정보 수집부, 목표 신호원의 위치 정보를 수집하는 목표 신호원 정보 수집부, 상기 제1 배열 안테나가 지향하는 제1 빔 조향 영역, 상기 제2 배열 안테나가 지향하는 제2 빔 조향 영역 및 상기 제1 빔 조향 영역과 상기 제2 빔 조향 영역의 사이에 해당하는 제3 빔 조향 영역을 구분하고, 상기 동체 정보 및 상기 목표 신호원의 위치 정보를 기반으로 상기 목표 신호원을 상기 제1 빔 조향 영역, 상기 제2 빔 조향 영역 및 상기 제3 빔 조향 영역 중 적어도 하나에 할당하는 빔 조향 영역 할당부, 및 상기 목표 신호원이 할당된 빔 조향 영역을 최적의 빔 조향으로 선택하는 빔 조향 선택부를 포함한다.
상기 빔 조향 영역 할당부는 상기 목표 신호원의 앙각이 제1 앙각 이상이고 제2 앙각 이하일 때 상기 목표 신호원을 상기 제1 빔 조향 영역과 상기 제2 빔 조향 영역 중 하나와 상기 제3 빔 조향 영역에 중복하여 할당할 수 있다.
상기 빔 조향 영역 할당부는 상기 목표 신호원의 앙각이 상기 제1 앙각보다 작으면 상기 목표 신호원을 상기 제3 빔 조향 영역에만 할당할 수 있다.
상기 빔 조향 영역 할당부는 상기 목표 신호원의 앙각이 상기 제2 앙각보다 크면 상기 목표 신호원을 상기 제1 빔 조향 영역 및 상기 제2 빔 조향 영역 중 어느 하나에만 할당할 수 있다.
상기 제1 배열 안테나 및 상기 제2 배열 안테나 각각에 포함된 복수의 안테나 소자로부터 복수의 입력 신호를 수신하는 입력 신호 수신부, 상기 제1 배열 안테나에 포함된 복수의 안테나 소자 각각으로부터 수신된 복수의 제1 입력 신호에 대한 제1 가중치를 산출하고, 상기 제2 배열 안테나에 포함된 복수의 안테나 소자 각각으로부터 수신된 복수의 제2 입력 신호에 대한 제2 가중치를 산출하고, 상기 복수의 제1 입력 신호 및 상기 복수의 제2 입력 신호에 대한 제3 가중치를 산출하는 가중치 산출부, 및 상기 복수의 제1 입력 신호에 상기 제1 가중치를 적용한 후 합산하여 제1 빔 조향 출력을 생성하고, 상기 복수의 제2 입력 신호에 상기 제2 가중치를 적용한 후 합산하여 제2 빔 조향 출력을 생성하고, 상기 복수의 제1 입력 신호 및 상기 복수의 제2 입력 신호에 상기 제3 가중치를 적용한 후 합산하여 제3 빔 조향 출력을 생성하는 빔 조향 출력부를 더 포함할 수 있다.
상기 빔 조향 선택부는 상기 최적의 빔 조향에 따라 상기 제1 빔 조향 출력, 상기 제2 빔 조향 출력 및 상기 제3 빔 조향 출력 중 하나를 최종 빔 조향으로 출력할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원형 또는 원통형의 동체의 일측 면에 배치되어 있는 제1 배열 안테나와 상기 동체의 타측 면에 배치되어 있는 제2 배열 안테나를 포함하는 배열 안테나 장치의 빔 조향 방법은, 목표 신호원의 앙각이 제2 앙각보다 크면 상기 목표 신호원을 상기 제1 배열 안테나가 지향하는 제1 빔 조향 영역과 상기 제2 배열 안테나가 지향하는 제2 빔 조향 영역 중 어느 하나에만 할당하는 단계, 상기 목표 신호원의 앙각이 제1 앙각보다 작으면 상기 목표 신호원을 상기 제1 빔 조향 영역과 상기 제2 빔 조향 영역의 사이에 해당하는 제3 빔 조향 영역에 할당하는 단계, 상기 목표 신호원의 앙각이 상기 제1 앙각 이상이고 상기 제2 앙각 이하이면 상기 목표 신호원을 상기 제1 빔 조향 영역과 상기 제2 빔 조향 영역 중 하나와 상기 제3 빔 조향 영역에 중복하여 할당하는 단계, 및 상기 목표 신호원이 할당된 빔 조향 영역을 최적의 빔 조향으로 선택하는 단계를 포함한다.
상기 최적의 빔 조향에 따라 상기 제1 배열 안테나로부터 수신된 제1 입력 신호로부터 산출된 제1 빔 조향 출력, 상기 제2 배열 안테나로부터 수신된 제2 입력 신호로부터 산출된 제2 빔 조향 출력 및 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호로부터 산출된 제3 빔 조향 출력 중 하나를 최종 빔 조향으로 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 동체의 운동 정보를 기반으로 가시선이 확보되는 안테나 소자들을 찾고, 목표 신호원으로부터의 수신 신호가 충분히 확보되는 안테나 소자들의 출력을 이용하여 목표 신호원의 방향으로 빔 조향을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 장치를 간략히 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 장치의 빔 조향 영역을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 조향 출력을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 조향 장치를 나타내는 블록도이다.
도 6 및 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 장치에서 목표 신호원을 빔 조향 영역에 할당하는 방법을 나타내는 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 장치에서 목표 신호원을 빔 조향 영역에 할당하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 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.
이하, 도 1 및 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 장치를 간략히 나타낸 것이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 장치의 빔 조향 영역을 나타낸 것이다.
도 1 및 2를 참조하면, 배열 안테나 장치는 동체(10)의 일측 면에 배치되는 제1 배열 안테나(20), 동체(10)의 타측 면에 배치되는 제2 배열 안테나(30) 및 빔 조향 장치(40)를 포함한다. 동체(10)는 원형 또는 원통형일 수 있고, 도 1 및 2에서는 동체(10)의 원형 단면을 도시하고 있다. 제2 배열 안테나(30)는 동체(10)의 중심을 기준으로 제1 배열 안테나(20)의 반대 측에 배치될 수 있다. 즉, 제1 배열 안테나(20)와 제2 배열 안테나(30)는 원형의 동체(10)의 중심을 기준으로 180도 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 동체(10)는 중심을 기준으로 회전할 수 있다.
제1 배열 안테나(20)는 제1 안테나 소자(21) 및 제2 안테나 소자(22)를 포함할 수 있다. 제2 배열 안테나(30)는 제3 안테나 소자(31) 및 제4 안테나 소자(32)를 포함할 수 있다. 여기서는 제1 배열 안테나(20) 및 제2 배열 안테나(30) 각각이 2개의 안테나 소자를 포함하는 것으로 예시하였으나, 제1 배열 안테나(20) 및 제2 배열 안테나(30) 각각은 2 이상의 복수의 안테나 소자를 포함할 수 있다.
제1 배열 안테나(20)와 제2 배열 안테나(30)에 배치 구조에 따라 제1 배열 안테나(20) 및 제2 배열 안테나(30) 각각의 앙각(elevation)의 임계치가 설정되고, 이를 기반으로 배열 안테나 장치의 빔 조향 영역이 구분될 수 있다.
도 2에 예시한 바와 같이, 배열 안테나 장치의 빔 조향 영역은 제1 빔 조향 영역(BS1), 제2 빔 조향 영역(BS2) 및 제3 빔 조향 영역(BS3)으로 구분될 수 있다. 제1 빔 조향 영역(BS1)은 제1 배열 안테나(20)가 동체(10)의 외부로 지향하는 영역에 대응될 수 있다. 제2 빔 조향 영역(BS2)은 제2 배열 안테나(30)가 동체(10)의 외부로 지향하는 영역에 대응될 수 있다. 제3 빔 조향 영역(BS3)은 제1 빔 조향 영역(BS1)과 제2 빔 조향 영역(BS2)의 사이의 2개의 영역일 수 있다.
빔 조향 장치(40)는 제1 배열 안테나(20) 및 제2 배열 안테나(30)의 빔 조향을 제어한다. 빔 조향 장치(40)는 목표 신호원의 위치와 동체(10)의 위치, 운동, 자세에 따라 제1 배열 안테나(20) 및 제2 배열 안테나(30)의 빔 조향을 제어할 수 있다. 목표 신호원은 항행 중인 객체에 대해 자기 위치를 측정할 수 있게 하는 하나 이상의 항법 위성(navigation satellite)일 수 있다. 빔 조향 장치(40)는 위성항법 수신기에 포함될 수 있다. 빔 조향 장치(40)는 위성항법 수신기의 위성 항법을 수행하는 위성항법 수신부를 통해 목표 신호원의 위치를 전달받을 수 있다. 빔 조향 장치(40)는 관성 항법 장치(inertial navigation system)(미도시)로부터 동체(10)의 위치, 운동, 자세에 대한 정보를 획득할 수 있다.
빔 조향 장치(40)는 제1 빔 조향 영역(BS1)에 위치하는 목표 신호원에 대해서 제1 배열 안테나(20)를 사용하여 빔 조향을 수행하고, 제2 빔 조향 영역(BS2)에 위치하는 목표 신호원에 대해 제2 배열 안테나(30)를 사용하여 빔 조향을 수행한다. 빔 조향 장치(40)는 제3 빔 조향 영역(BS3)에 위치하는 목표 신호원에 대해 제1 배열 안테나(20)와 제2 배열 안테나(30) 각각을 사용하여 빔 조향을 수행하거나, 또는 제1 배열 안테나(20)와 제2 배열 안테나(30)를 모두 사용하여 빔 조향을 수행할 수 있다.
배열 안테나를 사용한 빔 조향의 이득(G)은 수학식 1과 같다.
Figure 112020084879316-pat00001
여기서, G는 빔 조향의 이득, N은 안테나 소자의 개수를 나타낸다.
수학식 1과 같이 빔 조향을 수행하는 안테나 소자의 개수가 증가할수록 신호대잡음비(Signal-to-Noise Ratio)가 개선될 수 있다. 따라서, 제1 배열 안테나(20)와 제2 배열 안테나(30)를 모두 사용하는 경우가 제1 배열 안테나(20)와 제2 배열 안테나(30)를 독립적으로 사용하는 경우에 비해 신호대잡음비가 개선될 수 있다. 예를 들어, 제1 배열 안테나(20)가 제1 안테나 소자(21) 및 제2 안테나 소자(22)를 포함하고, 제2 배열 안테나(30)가 제3 안테나 소자(31) 및 제4 안테나 소자(32)를 포함하는 경우, 제1 배열 안테나(20) 및 제2 배열 안테나(30)를 모두 사용하면 최대 3dB 정도의 신호대잡음비를 개선할 수 있다.
이하, 도 3 및 4를 참조하여 빔 조향 장치(40)에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 장치를 나타내는 블록도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 조향 출력을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3 및 4를 참조하면, 제1 배열 안테나(20)는 N개(N은 2 이상의 정수)의 안테나 소자를 포함하고, 제2 배열 안테나(30)는 N개의 안테나 소자를 포함한다. 여기서, 제1 배열 안테나(20) 및 제2 배열 안테나(30) 각각에 동일한 N개의 안테나 소자가 포함되는 것으로 예시하였으나, 제1 배열 안테나(20) 및 제2 배열 안테나(30)에 포함되는 안테나 소자의 개수가 반드시 동일할 필요는 없다.
빔 조향 장치(40)는 정보 수집부(41), 제1 가중치 산출부(42), 제2 가중치 산출부(43), 제3 가중치 산출부(44), 제1 빔 조향 출력부(45), 제2 빔 조향 출력부(46), 제3 빔 조향 출력부(47) 및 빔 조향 선택부(48)를 포함한다.
정보 수집부(41)는 목표 신호원 정보 및 동체 정보를 수신한다. 목표 신호원 정보는 하나 이상의 항법 위성의 위치 정보를 포함할 수 있다. 정보 수집부(41)는 위성항법 수신기로부터 목표 신호원의 위치 정보를 수신할 수 있다. 정보 수집부(41)는 관성 항법 장치로부터 동체(10)의 위치, 운동, 자세에 대한 정보를 획득할 수 있다. 정보 수집부(41)는 목표 신호원 정보 및 동체 정보를 기반으로 빔 조향 방향을 산출할 수 있다. 빔 조향 방향은 배열 안테나 장치를 기준으로 하여 목표 신호원의 방향을 지시하는 빔 조향 벡터로 나타낼 수 있다. 정보 수집부(41)는 빔 조향 방향, 즉 빔 조향 벡터를 제1 내지 제3 가중치 산출부(42, 43, 44) 및 빔 조향 선택부(48)에 전달할 수 있다.
제1 가중치 산출부(42)는 제1 배열 안테나(20)에 포함된 N개의 안테나 소자 각각으로부터 입력 신호를 수신하고, N개의 입력 신호 각각에 대한 제1 가중치를 산출하여 제1 빔 조향 출력부(45)에 전달한다.
제1 빔 조향 출력부(45)는 제1 배열 안테나(20)에 포함된 N개의 안테나 소자 각각으로부터 수신된 N개의 입력 신호 각각에 제1 가중치를 적용한 후 합산하여 제1 빔 조향 출력(OUT1)을 생성한다.
제2 가중치 산출부(43)는 제2 배열 안테나(30)에 포함된 N개의 안테나 소자 각각으로부터 입력 신호를 수신하고, N개의 입력 신호 각각에 대한 제2 가중치를 산출하여 제2 빔 조향 출력부(46)에 전달한다.
제2 빔 조향 출력부(46)는 제2 배열 안테나(30)에 포함된 N개의 안테나 소자 각각으로부터 수신된 N개의 입력 신호 각각에 제2 가중치를 적용한 후 합산하여 제2 빔 조향 출력(OUT2)을 생성한다.
제3 가중치 산출부(44)는 제1 배열 안테나(20)에 포함된 N개의 안테나 소자 각각으로부터 입력 신호를 수신하고, 제2 배열 안테나(30)에 포함된 N개의 안테나 소자 각각으로부터 입력 신호를 수신하고, 수신된 2N개의 입력 신호 각각에 대한 제3 가중치를 산출하여 제3 빔 조향 출력부(47)에 전달한다. 제3 가중치는 제1 및 제2 가중치를 포함할 수 있다.
제3 빔 조향 출력부(47)는 제1 배열 안테나(20)에 포함된 N개의 안테나 소자 각각으로부터 수신된 N개의 입력 신호와 제2 배열 안테나(30)에 포함된 N개의 안테나 소자 각각으로부터 수신된 N개의 입력 신호 각각에 제3 가중치를 적용한 후 합산하여 제3 빔 조향 출력(OUT3)을 생성한다. 제3 빔 조향 출력(OUT3)은 제1 배열 안테나(20) 및 제2 배열 안테나(30)의 통합된 빔 조향 출력이다.
제1 내지 제3 가중치 산출부(42, 43, 44)는 빔포밍(beamforming) 방식으로 안테나 소자 각각에 대한 가중치를 산출할 수 있다. 제1 내지 제3 가중치 산출부(42, 43, 44)는 여러 가지 빔포밍 방식 중 하나를 이용하여 가중치를 산출할 수 있으며, 제1 내지 제3 가중치 산출부(42, 43, 44)가 사용하는 빔포밍 방식은 제한되지 않는다.
이하, 빔포밍 방식의 예시를 위하여, MVDR(Minimum Variance Distortionless Response) 빔포밍 방식을 예로 들어 설명한다. 예를 들어, 제1 내지 제3 가중치 산출부(42, 43, 44)는 MVDR 빔포밍 방식으로 가중치를 산출할 수 있다. 도 4는 MVDR 빔포밍 방식으로 가중치를 산출하는 일예를 나타내고 있다.
도 4에 예시한 바와 같이, N개의 안테나 소자 각각으로부터 수신된 입력 신호(x1,x2, ..., xN)와 정보 수집부(41)에서 산출된 빔 조향 벡터(v)를 기반으로 수학식 2의 MVDR 알고리즘 비용함수(Cost Function)를 이용하여 수학식 3과 같이 가중치(W MVDR)를 산출하거나 또는 수학식 4와 같이 가중치(w(n+1))를 산출할 수 있다.
Figure 112020084879316-pat00002
Figure 112020084879316-pat00003
Figure 112020084879316-pat00004
여기서, □-1은 역행렬, □H는 켤레 전치(Conjugate transpose), v는 빔 조향 벡터, x는 입력 신호, R은 입력 신호의 공분산 행렬(R = E{x x H}), P는 투형 행렬(Projection matrix), Q는 조향 제약(Steering constraint)을 나타낸다. P 및 Q는 빔 조향 벡터(v)를 이용하여 산출될 수 있다.
수학식 3의 가중치(W MVDR)는 MVDR 알고리즘 비용함수의 최적해 형태로 산출된 것이다. 수학식 3은 역행렬 계산시 계산량이 커질 수 있다.
수학식 4의 가중치(w(n+1))는 계산량 개선을 위한 적응적(adaptive) 알고리즘에 의해 산출된 것이다.
상기와 같이, N개의 안테나 소자 각각에 대한 가중치(w1, w2, ..., wN)가 산출될 수 있다. 수신된 입력 신호(x1,x2, ..., xN)에 산출된 가중치(w1, w2, ..., wN)가 곱해진 후 합산되어 수학식 5와 같이 빔 조향 출력이 생성될 수 있고, 빔 조향 출력의 전력(Power)은 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020084879316-pat00005
Figure 112020084879316-pat00006
Figure 112020084879316-pat00007
여기서, y는 빔 조향 출력을 나타낸다. 도 3의 제1 내지 제3 빔 조향 출력(OUT1, OUT2, OUT3) 각각은 수학식 5와 같이 산출될 수 있다. 이때, 제3 빔 조향 출력(OUT3)에는 2N 개의 입력 신호와 2N 개의 가중치가 적용된다.
다시 도 3을 보면, 빔 조향 선택부(48)는 목표 신호원 정보 및 동체 정보를 이용하여 최적의 빔 조향을 선택한다. 빔 조향 선택부(48)는 제1 내지 제3 빔 조향 출력(OUT1, OUT2, OUT3) 중에서 최적의 빔 조향에 해당하는 최종 빔 조향 출력(OUT)을 출력한다. 도 2에서 예시한 제1 빔 조향 영역(BS1), 제2 빔 조향 영역(BS2) 및 제3 빔 조향 영역(BS3) 중 어느 하나가 최적의 빔 조향으로 선택될 수 있다. 선택된 빔 조향에 따라 제1 내지 제3 빔 조향 출력(OUT1, OUT2, OUT3) 중 어느 하나가 최종 빔 조향 출력(OUT)으로 출력될 수 있다. 즉, 빔 조향 선택부(48)는 제1 빔 조향 영역(BS1)이 최적의 빔 조향으로 선택되면 제1 빔 조향 출력(OUT1)을 최종 빔 조향 출력(OUT)으로 출력하고, 제2 빔 조향 영역(BS2)이 최적의 빔 조향으로 선택되면 제2 빔 조향 출력(OUT2)을 최종 빔 조향 출력(OUT)으로 출력하고, 제3 빔 조향 영역(BS3)이 최적의 빔 조향으로 선택되면 제3 빔 조향 출력(OUT3)을 최종 빔 조향 출력(OUT)으로 출력할 수 있다.
이와 같이, 빔 조향 장치(40)는 목표 신호원 정보 및 동체 정보를 기반으로 가시선이 확보되는 안테나 소자들을 찾고, 목표 신호원으로부터의 수신 신호가 충분히 확보되는 안테나 소자들의 출력을 이용하여 목표 신호원의 방향으로 빔 조향을 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 조향 장치를 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 빔 조향 장치(400)는 입력 신호 수신부(401), 동체 정보 수집부(411), 목표 신호원 정보 수집부(412), 빔 조향 영역 할당부(413), 빔 조향 벡터 산출부(414), 가중치 산출부(420), 빔 조향 출력부(430) 및 빔 조향 선택부(440)를 포함한다.
입력 신호 수신부(401)는 복수의 배열 안테나로부터 복수의 입력 신호를 수신한다. 복수의 배열 안테나 각각은 복수의 안테나 소자를 포함할 수 있다. 이하, 입력 신호 수신부(401)가 2개의 배열 안테나(제1 배열 안테나, 제2 배열 안테나)로부터 입력 신호를 수신하는 것을 예로 들어 설명한다. 입력 신호 수신부(401)는 제1 배열 안테나 및 제2 배열 안테나 각각에 포함된 복수의 안테나 소자로부터 수신된 입력 신호를 가중치 산출부(420) 및 빔 조향 출력부(430)에 전달한다.
동체 정보 수집부(411)는 관성 항법 장치로부터 동체의 위치, 운동, 자세에 대한 정보를 포함하는 동체 정보를 수집하고, 동체 정보를 빔 조향 영역 할당부(413)에 전달한다.
목표 신호원 정보 수집부(412)는 하나 이상의 목표 신호원의 위치 정보를 수집한다. 목표 신호원은 항법 위성을 포함하며, 목표 신호원 정보 수집부(412)는 위성항법 수신기로부터 항법 위성의 위치 정보를 수집할 수 있다. 목표 신호원 정보 수집부(412)는 목표 신호원의 위치 정보를 빔 조향 영역 할당부(413) 및 빔 조향 벡터 산출부(414)에 전달한다.
빔 조향 벡터 산출부(414)는 동체 정보 및 목표 신호원의 위치 정보를 기반으로 빔 조향 벡터를 산출할 수 있다. 빔 조향 벡터는 배열 안테나로부터 목표 신호원의 방향을 나타낼 수 있다. 빔 조향 벡터를 이용하여 목표 신호원의 앙각을 산출할 수 있다.
빔 조향 영역 할당부(413)는 배열 안테나의 배치 구조에 따라 제1 배열 안테나 및 제2 배열 안테나 각각의 앙각의 임계치를 설정하고, 이를 기반으로 빔 조향 영역을 구분할 수 있다. 빔 조향 영역은 제1 배열 안테나가 지향하는 제1 빔 조향 영역, 제2 배열 안테나가 지향하는 제2 빔 조향 영역, 및 제1 빔 조향 영역과 제2 빔 조향 영역의 사이에 해당하는 제3 빔 조향 영역을 포함할 수 있다. 빔 조향 영역 할당부(413)는 동체 정보와 목표 신호원의 위치 정보를 기반으로 목표 신호원을 제1 내지 제3 빔 조향 영역 중 적어도 하나에 할당할 수 있다. 빔 조향 영역 할당부(413)가 목표 신호원을 빔 조향 영역에 할당하는 방법에 대해서는 도 6 내지 8에서 후술한다.
가중치 산출부(420)는 제1 가중치 산출부(421), 제2 가중치 산출부(422) 및 제3 가중치 산출부(423)를 포함할 수 있다. 제1 가중치 산출부(421)는 제1 배열 안테나에 포함된 복수의 안테나 소자 각각의 입력 신호에 대한 제1 가중치를 산출한다. 제2 가중치 산출부(422)는 제2 배열 안테나에 포함된 복수의 안테나 소자 각각의 입력 신호에 대한 제2 가중치를 산출한다. 제3 가중치 산출부(423)는 제1 배열 안테나에 포함된 복수의 안테나 소자 각각의 입력 신호 및 제2 배열 안테나에 포함된 복수의 안테나 소자 각각의 입력 신호에 대한 제3 가중치를 산출한다.
빔 조향 출력부(430)는 제1 빔 조향 출력부(431), 제2 빔 조향 출력부(432) 및 제3 빔 조향 출력부(433)를 포함할 수 있다. 제1 빔 조향 출력부(431)는 제1 배열 안테나에 포함된 복수의 안테나 소자 각각으로부터 수신된 입력 신호 각각에 제1 가중치를 적용한 후 합산하여 제1 빔 조향 출력을 생성한다. 제2 빔 조향 출력부(432)는 제2 배열 안테나에 포함된 복수의 안테나 소자 각각으로부터 수신된 입력 신호 각각에 제2 가중치를 적용한 후 합산하여 제2 빔 조향 출력을 생성한다. 제3 빔 조향 출력부(433)는 제1 배열 안테나에 포함된 복수의 안테나 소자 각각으로부터 수신된 복수의 입력 신호와 제2 배열 안테나에 포함된 복수의 안테나 소자 각각으로부터 수신된 복수의 입력 신호 각각에 제3 가중치를 적용한 후 합산하여 제3 빔 조향 출력을 생성한다.
빔 조향 선택부(440)는 빔 조향 영역 할당부(413)에 의해 목표 신호원이 할당된 빔 조향 영역을 최적의 빔 조향으로 선택하고, 제1 내지 제3 빔 조향 출력 중에서 최적의 빔 조향에 해당하는 최종 빔 조향 출력(OUT)을 출력할 수 있다. 빔 조향 선택부(440)는 동체 정보와 목표 신호원의 위치 정보를 이용하여 최적의 빔 조향을 선택하고, 제1 내지 제3 빔 조향 출력 중에서 최적의 빔 조향에 해당하는 최종 빔 조향 출력(OUT)을 출력할 수 있다.
가중치 산출부(420)는 빔 조향 영역 할당부(413)에 의해 목표 신호원이 할당된 빔 조향 영역에 해당하는 가중치만을 산출할 수도 있고, 빔 조향 출력부(430)는 빔 조향 영역 할당부(413)에 의해 목표 신호원이 할당된 빔 조향 영역에 해당하는 빔 조향 출력을 생성할 수도 있다. 그리고 빔 조향 선택부(440)는 빔 조향 영역 할당부(413)에 의해 목표 신호원이 할당된 빔 조향 영역에 해당하는 빔 조향 출력을 최종 빔 조향 출력(OUT)으로 출력할 수 있다.
상술한 빔 조향 장치(400)에 포함되는 각 구성 요소는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 즉, 빔 조향 장치(400)는 집적회로(IC)와 같이 하드웨어적으로 구현되거나, 컴퓨터 프로그램과 같이 소프트웨어적으로 구현되거나, 또는 컴퓨터 프로그램이 기록된 기록매체와 같이 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 도 6 내지 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 장치에서 목표 신호원을 빔 조향 영역에 할당하는 방법에 대하여 설명한다.
도 6 및 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 장치에서 목표 신호원을 빔 조향 영역에 할당하는 방법을 나타내는 예시도이다.
도 6 및 7을 참조하면, 동체(10)는 위성항법으로 이동하는 미사일과 같은 원통형의 이동체일 수 있고, 제1 배열 안테나(20)와 제2 배열 안테나(30)는 동체(10)의 양측에 배치될 수 있다. 미사일은 이동하면서 이동 방향을 축으로 하여 회전할 수 있다. 동체(10)가 회전함에 따라 목표 신호원이 속하는 빔 조향 영역이 변동되기 때문에 목표 신호원이 속하는 빔 조향 영역을 지속적으로 추적할 필요가 있다. 회전하는 동체(10)에 대해 안정적이고 연속적으로 목표 신호원을 추적하기 위해서 목표 신호원은 복수의 빔 조향 영역에 할당될 수 있다.
제1 배열 안테나(20) 기준의 수평면(HL)과 제2 배열 안테나(30) 기준의 수평면(HL)은 서로 동일하고, 동체(10)의 이동 방향에 평행할 수 있다. 목표 신호원을 제3 빔 조향 영역(BS3)에만 할당할 수 있는 기준이 되는 각도가 제1 앙각(θL)이고, 목표 신호원을 제1 빔 조향 영역(BS1) 또는 제2 빔 조향 영역(BS2)에만 할당할 수 있는 기준이 되는 각도가 제2 앙각(θH)이다. 제1 앙각(θL)과 제2 앙각(θH)은 제1 배열 안테나(20)또는 제2 배열 안테나(30) 기준의 수평면(HL)으로부터의 각도이다. 제2 앙각(θH)이 제1 앙각(θL)보다 크다.
도 6 및 7에서는 목표 신호원이 제1 배열 안테나(20) 측에 위치하는 것을 예로 들어 설명한다. 목표 신호원의 앙각이 제1 앙각(θL)보다 작은 경우에 목표 신호원은 제3 빔 조향 영역(BS3)에만 할당되고, 목표 신호원의 앙각이 제2 앙각(θH)보다 큰 경우에 목표 신호원은 제1 빔 조향 영역(BS1)에만 할당된다. 목표 신호원의 앙각이 제1 앙각(θL) 이상이고 제2 앙각(θH) 이하인 경우에 목표 신호원은 제1 빔 조향 영역(BS1) 및 제3 빔 조향 영역(BS3)에 중복하여 할당될 수 있다. 즉, 목표 신호원이 제1 앙각(θL) 이상이고 제2 앙각(θH) 이하의 제1 중복 영역(OV1)에 위치하는 경우, 목표 신호원은 복수의 빔 조향 영역(BS1, BS3)에 할당될 수 있다.
목표 신호원이 제2 배열 안테나(30) 측에 위치하는 경우, 목표 신호원의 앙각이 제2 앙각(θH)보다 큰 경우에 목표 신호원은 제2 빔 조향 영역(BS2)에만 할당된다. 그리고, 목표 신호원의 앙각이 제1 앙각(θL) 이상이고 제2 앙각(θH) 이하인 경우에 목표 신호원은 제2 빔 조향 영역(BS2) 및 제3 빔 조향 영역(BS3)에 중복하여 할당될 수 있다. 즉, 목표 신호원이 제1 앙각(θL) 이상이고 제2 앙각(θH) 이하의 제2 중복 영역(OV2)에 위치하는 경우, 목표 신호원은 복수의 빔 조향 영역(BS2, BS3)에 할당될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나 장치에서 목표 신호원을 빔 조향 영역에 할당하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 배열 안테나 장치는 목표 신호원이 제1 배열 안테나(20) 측에 위치하는지 확인한다(S100). 배열 안테나 장치는 관성 항법 장치를 이용하여 동체의 위치, 운동, 자세를 포함하는 동체 정보를 수집할 수 있고, 위성항법 수신기를 이용하여 항법 위성인 목표 신호원의 위치 정보를 수집할 수 있으며, 동체 정보와 목표 신호원의 위치 정보를 이용하여 목표 신호원이 제1 배열 안테나(20) 측에 위치하는지 확인할 수 있다.
목표 신호원이 제1 배열 안테나(20) 측에 위치하는 경우, 배열 안테나 장치는 제1 배열 안테나(20)를 기준으로 한 목표 신호원의 앙각(θ1)이 제2 앙각(θH)보다 큰지 여부를 확인한다(S110).
목표 신호원의 앙각(θ1)이 제2 앙각(θH)보다 큰 경우, 배열 안테나 장치는 목표 신호원을 제1 빔 조향 영역(BS1)에 할당한다(S115).
목표 신호원의 앙각(θ1)이 제2 앙각(θH)보다 크지 않은 경우, 배열 안테나 장치는 목표 신호원의 앙각(θ1)이 제1 앙각(θL) 이상인지 여부를 확인한다(S120).
목표 신호원의 앙각(θ1)이 제1 앙각(θL) 이상인 경우, 배열 안테나 장치는 목표 신호원을 제1 빔 조향 영역(BS1)과 제3 빔 조향 영역(BS3)에 중복하여 할당한다(S125).
목표 신호원의 앙각(θ1)이 제1 앙각(θL)보다 작은 경우, 배열 안테나 장치는 목표 신호원을 제3 빔 조향 영역(BS3)에 할당한다(S127).
목표 신호원이 제1 배열 안테나(20) 측에 위치하지 않는, 즉 목표 신호원이 제2 배열 안테나(30) 측에 위치하는 경우, 배열 안테나 장치는 제2 배열 안테나(30)를 기준으로 한 목표 신호원의 앙각(θ2)이 제2 앙각(θH)보다 큰지 여부를 확인한다(S130).
목표 신호원의 앙각(θ2)이 제2 앙각(θH)보다 큰 경우, 배열 안테나 장치는 목표 신호원을 제2 빔 조향 영역(BS2)에 할당한다(S135).
목표 신호원의 앙각(θ2)이 제2 앙각(θH)보다 크지 않은 경우, 배열 안테나 장치는 목표 신호원의 앙각(θ2)이 제1 앙각(θL) 이상인지 여부를 확인한다(S140).
목표 신호원의 앙각(θ2)이 제1 앙각(θL) 이상인 경우, 배열 안테나 장치는 목표 신호원을 제2 빔 조향 영역(BS2)과 제3 빔 조향 영역(BS3)에 중복하여 할당한다(S145).
목표 신호원의 앙각(θ2)이 제1 앙각(θL)보다 작은 경우, 배열 안테나 장치는 목표 신호원을 제3 빔 조향 영역(BS3)에 할당한다(S147).
목표 신호원이 제1 배열 안테나(20) 측에 위치하는지 확인하는 과정(S100)부터 목표 신호원을 적어도 하나의 빔 조향 영역에 할당하는 과정들(S115, S125, S127, S135, S145, S147)은 반복적으로 수행된다.
이에 따라, 회전하는 동체(10)에서 목표 신호원을 연속적으로 추적할 수 있다. 또한, 목표 신호원의 앙각(θ1, θ2)을 제1 앙각(θL) 및 제2 앙각(θH)과 비교하여 목표 신호원을 복수의 빔 조향 영역에 할당함으로써, 회전하는 동체(10)에서 안정적이고 연속적으로 목표 신호원을 추적할 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 동체 20: 제1 배열 안테나
30: 제2 배열 안테나 40: 빔 조향 장치
41: 정보 수집부 42: 제1 가중치 산출부
43: 제2 가중치 산출부 44: 제3 가중치 산출부
45: 제1 빔 조향 출력부 46: 제2 빔 조향 출력부
47: 제3 빔 조향 출력부 48: 빔 조향 선택부

Claims (13)

  1. 원형 또는 원통형의 동체의 일측 면에 배치되고, 복수의 안테나 소자를 포함하는 제1 배열 안테나;
    상기 동체의 타측 면에 배치되고, 복수의 안테나 소자를 포함하는 제2 배열 안테나; 및
    상기 제1 배열 안테나가 상기 동체의 외부로 지향하는 제1 빔 조향 영역에 목표 신호원이 위치하면 상기 제1 배열 안테나를 사용하여 빔 조향을 수행하고, 상기 제2 배열 안테나가 상기 동체의 외부로 지향하는 제2 빔 조향 영역에 상기 목표 신호원이 위치하면 상기 제2 배열 안테나를 사용하여 빔 조향을 수행하고, 상기 제1 빔 조향 영역과 상기 제2 빔 조향 영역의 사이의 제3 빔 조향 영역에 상기 목표 신호원이 위치하면 상기 제1 배열 안테나 및 상기 제2 배열 안테나를 모두 사용하여 빔 조향을 수행하는 빔 조향 장치를 포함하고,
    상기 빔 조향 장치는 상기 동체의 위치, 운동, 자세에 대한 정보를 포함하는 동체 정보 및 상기 목표 신호원의 위치 정보를 기반으로 상기 목표 신호원을 상기 제1 빔 조향 영역, 상기 제2 빔 조향 영역 및 상기 제3 빔 조향 영역 중 어느 하나에 할당하고, 상기 목표 신호원이 할당된 빔 조향 영역을 최적의 빔 조향으로 선택하는 배열 안테나 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 배열 안테나와 상기 제2 배열 안테나는 상기 동체의 중심을 기준으로 180도 방향으로 이격되어 배치되는 배열 안테나 장치.
  3. 원형 또는 원통형의 동체의 일측 면에 배치되고, 복수의 안테나 소자를 포함하는 제1 배열 안테나;
    상기 동체의 타측 면에 배치되고, 복수의 안테나 소자를 포함하는 제2 배열 안테나; 및
    상기 제1 배열 안테나가 상기 동체의 외부로 지향하는 제1 빔 조향 영역에 목표 신호원이 위치하면 상기 제1 배열 안테나를 사용하여 빔 조향을 수행하고, 상기 제2 배열 안테나가 상기 동체의 외부로 지향하는 제2 빔 조향 영역에 상기 목표 신호원이 위치하면 상기 제2 배열 안테나를 사용하여 빔 조향을 수행하고, 상기 제1 빔 조향 영역과 상기 제2 빔 조향 영역의 사이의 제3 빔 조향 영역에 상기 목표 신호원이 위치하면 상기 제1 배열 안테나 및 상기 제2 배열 안테나를 모두 사용하여 빔 조향을 수행하는 빔 조향 장치를 포함하고,
    상기 빔 조향 장치는,
    상기 제1 배열 안테나에 포함되는 복수의 안테나 소자 각각으로부터 수신된 복수의 제1 입력 신호에 제1 가중치를 적용한 후 합산하여 제1 빔 조향 출력을 생성하는 제1 빔 조향 출력부;
    상기 제2 배열 안테나에 포함되는 복수의 안테나 소자 각각으로부터 수신된 복수의 제2 입력 신호에 제2 가중치를 적용한 후 합산하여 제2 빔 조향 출력을 생성하는 제2 빔 조향 출력부; 및
    상기 복수의 제1 입력 신호 및 상기 복수의 제2 입력 신호에 제3 가중치를 적용한 후 합산하여 제3 빔 조향 출력을 생성하는 제3 빔 조향 출력부를 포함하는 배열 안테나 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 빔 조향 장치는,
    상기 제1 빔 조향 영역, 상기 제2 빔 조향 영역 및 상기 제3 빔 조향 영역 중 어느 하나를 최적의 빔 조향으로 선택하고, 선택된 상기 최적의 빔 조향에 따라 상기 제1 빔 조향 출력, 상기 제2 빔 조향 출력 및 상기 제3 빔 조향 출력 중 하나를 최종 빔 조향 출력으로 출력하는 빔 조향 선택부를 더 포함하는 배열 안테나 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 빔 조향 장치는,
    상기 복수의 제1 입력 신호 각각에 대한 상기 제1 가중치를 산출하는 제1 가중치 산출부;
    상기 복수의 제2 입력 신호 각각에 대한 상기 제2 가중치를 산출하는 제2 가중치 산출부; 및
    상기 복수의 제1 입력 신호 및 상기 복수의 제2 입력 신호에 대한 상기 제3 가중치를 산출하는 제3 가중치 산출부를 더 포함하는 배열 안테나 장치.
  6. 제1 배열 안테나 및 제2 배열 안테나가 배치된 동체의 위치, 운동, 자세에 대한 정보를 포함하는 동체 정보를 수집하는 동체 정보 수집부;
    목표 신호원의 위치 정보를 수집하는 목표 신호원 정보 수집부;
    상기 제1 배열 안테나가 지향하는 제1 빔 조향 영역, 상기 제2 배열 안테나가 지향하는 제2 빔 조향 영역 및 상기 제1 빔 조향 영역과 상기 제2 빔 조향 영역의 사이에 해당하는 제3 빔 조향 영역을 구분하고, 상기 동체 정보 및 상기 목표 신호원의 위치 정보를 기반으로 상기 목표 신호원을 상기 제1 빔 조향 영역, 상기 제2 빔 조향 영역 및 상기 제3 빔 조향 영역 중 적어도 하나에 할당하는 빔 조향 영역 할당부; 및
    상기 목표 신호원이 할당된 빔 조향 영역을 최적의 빔 조향으로 선택하는 빔 조향 선택부를 포함하는 빔 조향 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 빔 조향 영역 할당부는 상기 목표 신호원의 앙각이 제1 앙각 이상이고 제2 앙각 이하일 때 상기 목표 신호원을 상기 제1 빔 조향 영역과 상기 제2 빔 조향 영역 중 하나와 상기 제3 빔 조향 영역에 중복하여 할당하는 빔 조향 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 빔 조향 영역 할당부는 상기 목표 신호원의 앙각이 상기 제1 앙각보다 작으면 상기 목표 신호원을 상기 제3 빔 조향 영역에만 할당하는 빔 조향 장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 빔 조향 영역 할당부는 상기 목표 신호원의 앙각이 상기 제2 앙각보다 크면 상기 목표 신호원을 상기 제1 빔 조향 영역 및 상기 제2 빔 조향 영역 중 어느 하나에만 할당하는 빔 조향 장치.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 배열 안테나 및 상기 제2 배열 안테나 각각에 포함된 복수의 안테나 소자로부터 복수의 입력 신호를 수신하는 입력 신호 수신부;
    상기 제1 배열 안테나에 포함된 복수의 안테나 소자 각각으로부터 수신된 복수의 제1 입력 신호에 대한 제1 가중치를 산출하고, 상기 제2 배열 안테나에 포함된 복수의 안테나 소자 각각으로부터 수신된 복수의 제2 입력 신호에 대한 제2 가중치를 산출하고, 상기 복수의 제1 입력 신호 및 상기 복수의 제2 입력 신호에 대한 제3 가중치를 산출하는 가중치 산출부; 및
    상기 복수의 제1 입력 신호에 상기 제1 가중치를 적용한 후 합산하여 제1 빔 조향 출력을 생성하고, 상기 복수의 제2 입력 신호에 상기 제2 가중치를 적용한 후 합산하여 제2 빔 조향 출력을 생성하고, 상기 복수의 제1 입력 신호 및 상기 복수의 제2 입력 신호에 상기 제3 가중치를 적용한 후 합산하여 제3 빔 조향 출력을 생성하는 빔 조향 출력부를 더 포함하는 빔 조향 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 빔 조향 선택부는 상기 최적의 빔 조향에 따라 상기 제1 빔 조향 출력, 상기 제2 빔 조향 출력 및 상기 제3 빔 조향 출력 중 하나를 최종 빔 조향으로 출력하는 빔 조향 장치.
  12. 원형 또는 원통형의 동체의 일측 면에 배치되어 있는 제1 배열 안테나와 상기 동체의 타측 면에 배치되어 있는 제2 배열 안테나를 포함하는 배열 안테나 장치의 빔 조향 방법에 있어서,
    목표 신호원의 앙각이 제2 앙각보다 크면 상기 목표 신호원을 상기 제1 배열 안테나가 지향하는 제1 빔 조향 영역과 상기 제2 배열 안테나가 지향하는 제2 빔 조향 영역 중 어느 하나에만 할당하는 단계;
    상기 목표 신호원의 앙각이 제1 앙각보다 작으면 상기 목표 신호원을 상기 제1 빔 조향 영역과 상기 제2 빔 조향 영역의 사이에 해당하는 제3 빔 조향 영역에 할당하는 단계;
    상기 목표 신호원의 앙각이 상기 제1 앙각 이상이고 상기 제2 앙각 이하이면 상기 목표 신호원을 상기 제1 빔 조향 영역과 상기 제2 빔 조향 영역 중 하나와 상기 제3 빔 조향 영역에 중복하여 할당하는 단계; 및
    상기 목표 신호원이 할당된 빔 조향 영역을 최적의 빔 조향으로 선택하는 단계를 포함하는 배열 안테나 장치의 빔 조향 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 최적의 빔 조향에 따라 상기 제1 배열 안테나로부터 수신된 제1 입력 신호로부터 산출된 제1 빔 조향 출력, 상기 제2 배열 안테나로부터 수신된 제2 입력 신호로부터 산출된 제2 빔 조향 출력 및 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 입력 신호로부터 산출된 제3 빔 조향 출력 중 하나를 최종 빔 조향으로 출력하는 단계를 더 포함하는 배열 안테나 장치의 빔 조향 방법.
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KR20190061969A (ko) * 2017-11-28 2019-06-05 광운대학교 산학협력단 와이파이 기반 실내 측위를 위한 빔포밍 안테나

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