KR102412904B1 - 수신감도 시간제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수신감도 시간제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수신단의 동적범위를 고려하여 RF단 및 IF단으로 수신제어를 분배함으로써 최대 선형입력신호에서 최소식별신호까지의 동적범위를 최대로 확보함으로써 수신감도 성능을 개선한 수신감도 시간제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 수신감도 시간제어방법은, 재밍 탐지 알고리즘(JDA)을 적용한 추정 CNR(Clutter to Noise Ratio)을 구하는 과정 및 거리 빈 단위의 거리인덱스 증가에 따라

만큼 이득감쇄를 줄이는 과정에 따라 산출된 감쇄값 중 최댓값을 적용하여 소정의 거리 빈의 집합으로 구성되는 거리구획 별로 STC 단계값을 설정하는 STC 단계값 설정 단계, 그리고 상기 거리구획 별 상기 STC 단계값이 증가하도록 모드화시키는 모드화 단계, 그리고 수신된 신호가 모드화된 상기 STC 단계값에 의해 송수신전단기에서 1차적으로 감쇄되는 과정 및 주파수 하향변환기에서 2차적으로 감쇄되는 과정을 포함하는 감쇄 단계, 그리고 감쇄된 신호의 크기를 보상하는 보상 단계를 포함한다.

Description

수신감도 시간제어방법{METHOD OF SENSITIVITY TIME CONTROL}

본 발명은 수신감도 시간제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수신단의 동적범위를 고려하여 RF단 및 IF단으로 수신제어를 분배함으로써 최대 선형입력신호에서 최소식별신호까지의 동적범위를 최대로 확보하여 수신감도 성능을 개선한 수신감도 시간제어방법에 관한 것이다.

레이더(Radar)는 Radio Detection And Ranging의 약어로서 전파를 방사(Radiation)하여 물체에 맞고 반사되어, 수신되는 전파를 분석함으로써 물체의 거리를 측정하는 탐지 시스템이다. 레이더는 운용하는 용도에 따라서 다양한 형태로 구성되며, 해안감시레이더는 해안, 함정(선박) 등에 설치되어 해안감시, 항만관제(VTS) 및 함정(선박) 항해용으로 운용된다.

레이더는 기본적으로 송신전파가 반사되어 오는 신호를 표적으로 탐지하여 전시하므로 수신되는 신호는 탐지하고자 하는 표적신호이건, 원하는 않는 클러터(clutter)이건 모두 수신된다.

수신신호 중 근거리의 지면, 지형, 구조물, 해안의 해면 클러터의 반사신호크기는 상당히 커서 수신되는 전력의 입력레벨을 초과하는 경우에는 수신기가 포화(saturation)되어 근거리의 원하는 표적을 탐지 못하거나 심한 경우는 수신기에 손상(damage)을 줄 수 있다.

이 같은 문제점을 해결하기 위해서 수신이득을 근거리에서 감쇄시키고, 거리가 멀어질수록 이득감쇄를 줄이거나, 적용하지 아니하여 거리별 수신이득을 제어하는 기능을 수신감도 시간제어(Sensitivity Time Control, 이하 STC)라고 한다.

기존의 저가형 마그네트론 타입의 레이더에 비해서, 반도체 전력증폭기(Solid State Power Amplifier, SSPA)를 적용하여 송신신호 출력을 증폭하는 방식은 위상신호가 송신신호에 포함됨으로써, 수신신호로 방위, 거리뿐만 아니라 속도 정보도 추출할 수 있다. 이같은 코히어런트 펄스 도플러 레이더(Coherent Pulse Doppler Radar)는 다양한 신호처리 기술이 적용되며, 선형주파수변조(Linear Frequency Modulation, LFM) 기반의 펄스확장, 펄스압축 기술이 적용하여 기존레이더보다 거리분해능력이 개선된다.

STC의 기본적인 목적은 수신기(Receiver)의 포화(saturation)을 막아주고, 원하는 표적정보를 얻기 위해서 근거리에서 발생하는 클러터 크기를 감소시키는 데에 있다. STC는 시간에 따라서 수신기의 이득을 가변시킨다. 레이더 시스템에서는 일반적으로 근거리에서 지면(혹은 해면) 클러터가 크게 발생하므로 근거리의 클러터에 의한 반사되는 수신신호레벨을 감소(감쇄를 최대화)시키고, 원거리에서는 클러터에 의한 영향이 상대적으로 적어서 감쇄를 최소화한다.

레이더의 운용환경에 따라서 STC 감쇄량은 달라진다. 기본적으로 레이더에서 반사신호크기는 거리의 네제곱에 반비례하여 1/R4으로 시간에 따라서 감쇄시킨다. 다만 지면과 같은 면적 클러터가 많은 환경에서는 1/R3형태를 적용하고, 비, 구름 등의 체적(volume) 클러터가 많은 환경에서는 1/R2형태를 적용한다.

STC의 감쇄량은 수신기의 선형성이 확보되는 동적범위(Dynamic range)내에서 클러터 값이 클 경우를 고려하여 가급적이면 최대로 조정하고, 다양한 감쇄량을 선택적으로 적용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 다만 선형성(linearity)이 확보되는 최대 선형신호입력레벨과 최소수신신호(Minimum Detection Signal, MDS)사이의 동적범위는 수신기 stage별 budget에 따라서 차이가 있으며, 포화되지 않는 범위에서 STC감쇄량이 결정되어야 한다.

일반적으로 펄스 도플러 레이더 수신기는 GHz대역의 RF신호를 하향변환하여 MHz대역의 중간주파수(IF)를 생성하고, 아날로그신호를 디지털신호로 변환(Analog to Digital Conversion, ADC)한 후, 이후 신호처리기에서 신호처리하여 전시기로 표적신호를 포함한 수신신호를 보내서 전시한다.

종래의 경우 송수신기 주파수 하향변환기에서 60dB 이득 감쇄를 수행하면, 최대 입력레벨이 수신되는 경우 budget 상의 입력단 초입에서 P1dB를 초과하여 포화가 발생하는바 감쇄기를 적용해야 한다. 또한 이 감쇄기는 STC제어를 위한 전압가변감쇄기(VVA)가 아니라, 높은 선형입력레벨에 대한 감쇄용인바 이와는 별도로 신호처리기 입력 동적범위를 충족하기 위한 이득 20dB 이상의 AMP와 STC 60dB 조정을 위한 30dB 가변 VVA를 추가함으로써, 결국 VVA 2개와 AMP 1개를 추가해야 하므로, 경제적으로나 성능적으로나 상당히 비효율적인 구조에 해당하게 되는 것이다.

본 발명의 목적은 RF단과 IF단 STC를 분리 적용하여 수신 budget 상의 STC 조정범위를 최대로 확보함으로써 동적범위 확장에 따른 수신감도가 향상된 STC 방법의 제공을 목적으로 한다.

또한 재밍(Jamming) 탐지 알고리즘을 적용한 추정 CNR(Clutter to Noise Ratio) 기능과 모드화된 1/R4기준 감쇄 기능을 조합한 STC 기능 구현으로 운용환경에서의 클러터 제거능력이 향상된 STC 방법의 제공을 목적으로 한다.

또한 인버스(Inverse) STC 적용으로 근거리 수신신호크기 복원으로 수신신호 왜곡을 보상하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 수신감도 시간제어방법은, 재밍 탐지 알고리즘(JDA)을 적용한 추정 CNR(Clutter to Noise Ratio)을 구하는 과정 및 거리 빈(bin) 단위의 거리인덱스 증가에 따라 1/R4 만큼 이득감쇄를 줄이는 과정에 따라 산출된 감쇄값 중 최댓값을 적용하여 소정의 거리 빈의 집합으로 구성되는 거리구획 별로 STC 단계값을 설정하는 STC 단계값 설정 단계, 그리고 상기 거리구획 별 상기 STC 단계값이 증가하도록 모드화시키는 모드화 단계, 그리고 수신된 신호가 모드화된 상기 STC 단계값에 의해 송수신전단기에서 1차적으로 감쇄되는 제1차 감쇄과정 및 주파수 하향변환기에서 2차적으로 감쇄되는 제2차 감쇄과정을 포함하는 감쇄 단계, 그리고 감쇄된 신호의 크기를 보상하는 보상 단계를 포함한다.

또한 신호처리기의 디지털변환모듈 내의 FPGA(Field Programmable Gate Array)의 컨트롤 블록에서 UDP/IP를 이용하여 송수신기의 송수신 제어기의 UDP-232 통신변환기로 STC 단계값을 제공하여 UDP/IP 통신을 RS232 통신으로 변환하여 송수신제어기의 FPGA로 전송하고, 송수신제어기의 FPGA에서 RS232 통신을 SPI 통신으로 변환하여 파형발생기로 전송하고, 상기 파형발생기의 FPGA에서는 송수신 주기의 기준이 되는 타이밍 신호를 생성하여 상기 송수신제어기를 통해 상기 신호처리기로 전송하고, 파형발생기가 STC 단계값 모드정보를 수신하면 상기 파형발생기의 FPGA 내부에 저장되어 있는 모드별 디지털 프로파일 정보를 상기 타이밍 신호에 맞춰 조정된 시점에 DAC로 전송하고, 상기 DAC는 상기 모드별 디지털 프로파일 정보를 아날로그 값으로 변환한 후 OP-AMP에서 공급용 적정 전압 레벨로 변환되어 모드별 1 ~ 30dB 감쇄되는 이득별 DC전원 DAC 데이터#1을 송수신전단기의 수신제한기의 전압가면감쇄기에 공급하고, 모드별 30 ~ 60dB 감쇄되는 이득별 DC전원 DAC 데이터#2를 주파수 하향변환기의 전압가변감쇄기에 공급한다.

또한 상기 STC 모드는 15개의 모드로 구성되고, 상기 거리인덱스는 1 ~ 17,828로 구성되고, 상기 거리인덱스 간격은 40.816ns로 구성된다.

또한 상기 보상 단계는, 수신한 상기 감쇄된 신호를 전처리 하는 전처리 과정을 포함하고, 신호처리기의 디지털변환모듈의 컨트롤 블록(Control Block)이 STC 감쇄가 이루어진 수신신호를 타이밍 신호에 따라 조정된 시점에 인버스 STC 데이터를 제공함으로써 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 방법의 긍정적인 효과는 다음과 같다.

수신단의 동적범위를 고려하여 RF단과 IF단으로 수신제어를 분배하여 모드화된 STC 단계값을 선택하면 1 ~ 30 dB까지는 송수신전단기에서 감쇄 적용하고, 31 ~ 60dB에 해당하는 추가적인 감쇄는 주파수 하향변환기에서 수행되어 STC 조정범위를 최대로 확보함으로써 수신부의 수신감도 성능 향상 및 코히어런트 펄스 도플러 레이더에 활용이 가능하다는 장점을 갖는다.

또한 재밍(Jamming) 탐지 알고리즘을 적용한 추정 CNR 및 모드화된 1/R4 기준 감쇄 기능을 조합함으로써, 운용환경에서의 클러터의 제거능력이 향상된다는 장점을 갖는다.

인버스 STC 적용으로 근거리 수신신호의 크기를 복원함으로써 수신신호의 왜곡을 보상함으로써 정확한 신호를 바탕으로 전시될 수 있다는 장점을 갖는다.

도 1은 펄스압축레이더의 시스템 구성도를 도시한 도면.
도 2는 일반적인 STC 곡선을 나타낸 그래프.
도 3은 STC의 기능을 개괄적으로 시계열적으로 나타낸 블록도.
도 4는 재밍 탐지 알고리즘 성능 그래프.
도 5는 거리인덱스별 1/R4감쇄값의 실행 일정을 도시한 도면.
도 6은 송수신기내부 STC 프로세스를 도시한 도면.
도 7은 수신제한기 STC시험 측정결과를 도시한 도면.
도 8은 수신단 Power Budget을 나타낸 도면.
도 9는 모드 별 STC 감쇄값에 대한 측정결과를 나타낸 도면.
도 10은 신호처리기내부 STC 프로세스를 개괄적으로 도시한 도면.
도 11은 모드 0, 모드 5, 모드 10 , 모드 15에 따른 STC가 적용된 전시화면을 나타낸 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애 받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

본 발명은 수신감도 시간제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수신단의 동적범위를 고려하여 RF단 및 IF단으로 수신제어를 분배함으로써 최대 선형입력신호에서 최소식별신호까지의 동적범위를 최대로 확보함으로써 수신감도 성능을 개선한 수신감도 시간제어방법에 관한 것이다.

그리고 본 발명은 해안감시 및 함정용 펄스 도플러 레이더의 원거리 탐지 성능을 유지하면서, 근거리 상에서 큰 클러터 신호가 입력되어 수신기가 포화되지 않도록 하는 수신감도 시간제어 기능에 대해 소개하고자 한다.

일반적인 STC 방법은 전술한 바와 같이, RF 신호를 감쇄하는 방법과 수신기 주파수 하향변환기에서 IF 신호를 감쇄하는 방법이 있는데, 본 발명은 RF 신호 수신구간과 IF 신호 수신구간에서 적정한 수신신호 이득감쇄를 적용하여 최대선형 입력신호에서 최소 식별신호까지의 동적범위를 최대로 확보함으로써 수신감도 성능을 개선한다.

또한 펄스 도플러 레이더의 신호처리기에서 인버스(Inverse) STC 기능을 수행하여 전단의 STC 적용에 의해 표적 신호의 감쇄된 이득을 보상하여 원래의 표적신호 크기를 복원한다. 여기서 원래의 표적신호란 STC가 미적용된 표적신호를 의미한다.

수신이득이 근거리에서 감소되고, 거리가 멀어질수록 감소되거나 미적용하여 시간 단위 거리별 수신이득을 제어하는 STC 기능은 거리의 네제곱에 반비례하는

과 산출된 추정 CNR(Clutter to Noise Ratio)의 최대값을 조합하여 감쇄한다.

본 발명에 따른 레이더 시스템에서는 수신단의 동적범위를 고려하여 RF단 및 IF단으로 수신제어를 분배함으로써 설계적으로 최대 70dB까지 조정이 가능하나 시스템 운용성을 고려하여 STC 단계값은 최대 60dB까지 적용하였다. 모드화된 STC 단계값을 선택하면 1 ~ 30dB까지는 송수신전단기에서 감쇄를 적용하고, 31 ~ 60dB에 해당하는 추가적인 감쇄는 주파수 하향변환기에서 수행된다. 감쇄된 신호는 신호처리기에서 전처리 과정을 거친 이후에, 인버스(Inverse) STC를 수행하여 감쇄된 표적신호의 크기를 보상한다.

전시기에서 STC 제어 명령이 선택되면, 송수신기에서는 STC 단계값에 따른 기 저장된 STC 프로파일별 제어전압을 타이밍 신호에 따라 조정된 시점에 송수신전단기의 수신제한기 및 송수신기 주파수 하향변환기의 전압가변감쇄기에 전송한다.

이처럼 STC가 적용된 수신신호는 신호처리기에 수신되어, 아날로그 IF신호를 디지털신호로 변환하는 ADC(Analog to Digital Conversion) 처리하고, 위상천이(Phase shift)로 I 및 Q신호를 생성하여 Frequency shift를 통한 기저대역신호를 생성하여 decimation처리로 down sampling을 하는 DDC(Digital Down Converter)를 수행한다. 컨트롤 블록에서 STC 적용된 수신신호에 적용이 되도록 타이밍이 동기되어 STC에 의해 감쇄된 신호의 크기를 보상하는 인버스(Inverse) STC 데이터 프로파일을 제공하여 감쇄된 수신신호를 보상한다.

해당신호는 후속적인 신호처리를 수행한 후 네트워크 스위치를 거쳐 전시기에 전달되어 표적 및 클러터 데이터가 화면에 전시된다. 도 3에 도시된 바와 같이 STC 기능 흐름도를 확인할 수 있다.

전시기를 통해서 수신된 STC 단계값을 송수신기 내의 파형발생기의 FPGA로 보내서, 송수신기와 송수신전단기의 STC 프로파일 데이터를 추출한다. 파형발생기 내부에서 생성된 타이밍 신호를 통해서 감쇄타이밍이 도래하면, STC 프로파일에 따라 송수신전단기의 수신제한기에 1차 신호감쇄전압(DAC data#1)을 보내고, 송수신기 주파수하향변화기에 2차 신호감쇄전압(DAC data#2)을 보낸다.

STC 단계값에 대한 프로파일은 거리 빈 단위의 거리인덱스 증가에 따른

감쇄값과 추정 CNR(Clutter to Noise Ratio)에 근거한 사전산출 값 2가지의 STC 기능 중 최댓값을 적용하여 설정한다.

도 4의 그래프는 방위 빈 수의 변화에 따른 탐지확률대비 CNR 값의 상관관계 그래프이다.

Njaz는 전체 방위 빈 중에서 재밍이 탐지되는 방위 빈의 수이며, Njaz가 0개에서 탐지되는 빈의 비율(%)가 늘어날수록 JNR(Jamming to Noise Ratio)이 증가함을 알 수 있다. 이와 같은 Jamming Detection Algorithm(JDA)을 적용한 추정 CNR 및 거리인덱스별

감쇄값 중 최대값을 조합한 단계별 프로파일을 설정하였다.

STC 감쇄크기는 거리 빈 단위로 정해지는데, 거리구획(range grid)단위로 값이 설정되면 새로운 거리구획이 도래하기 전까지는 해당되는 감쇄크기가 유지된다. 이와 같은 기준으로 STC 단계값의 모드 기준을 설정한다.

STC단계값 정보는 STC 모드 1에서 모드 15까지 총 15모드가 적용되며, 모드 0은 STC가 비활성화 상태이며, STC 모드 15가 거리별 감쇄량이 가장 크다. 거리인덱스는 1~17,828까지 존재하며, 인덱스간격(거리기준으로는 거리 빈)은 40.816 ㎱이다. STC 모드별 거리인덱스별 감쇄량(dB값)은 아래 표와 같다.

도 6에 도시된 바와 같이, 신호처리기 디지털변환모듈내의 FPGA의 Control Block에서 UDP/IP를 통해서 송수신기의 송수신제어기의 UDP-232 통신변환기로 STC단계값(모드정보)을 제공하여 UDP/IP통신을 RS232통신으로 변환하여 송수신제어기의 FPGA로 전송한다. 송수신제어기의 FPGA에서는 RS232통신을 SPI통신으로 변환하여 파형발생기로 보내준다.

그리고 여기서 FPGA(Field Programmable Gate Array, 필드 프로그래머블 게이트 어레이)는 설계 가능 논리 소자와 프로그래밍이 가능한 내부 회로가 포함된 반도체 소자를 말한다.

파형발생기의 FPGA에서는 송수신주기의 기준이 되는 타이밍신호를 생성하여 송수신제어기를 통하여 신호처리기로 전송한다. 파형발생기의 FPGA는 STC 단계값 모드정보를 수신하면 FPGA내부에 저장되어 있는 모드별 디지털 프로파일 정보를 타이밍 신호에 맞춰 조정된 시점에 DAC(Digital to Analog Converter)로 보낸다.

DAC는 디지털 프로파일정보를 아날로그값으로 변환환 후 OP-AMP(연산증폭기)에서 공급용 적정 전압레벨을 변환되어 모드별 1~30 dB 감쇄되는 이득별 DC전원 DAC Data #1을 송수신전단기의 수신제한기에 공급하고, 모드별로 30 dB 이상 60 dB 이하의 감쇄가 요구되는 인덱스 구간에 1~30 dB 감쇄되는 이득별 DC전원 DAC Data #2를 주파수 하향변환기의 전압가변감쇄기에 공급한다.

송수신전단기의 수신제한기는 설계적으로는 40dB까지 감쇄가 가능하지만, 운용적인 측면에서 감쇄제어 범위를 30dB로 적용하였다. 도 7은 수신제한기의 STC시험 측정결과이다. 주파수별 전압가변에 따른 감쇄곡선으로 40dB 까지는 선형적인 감쇄 패턴을 보여준다.

송수신전단기의 수신제한기에서 수신신호를 1차감쇄하고, 송수신기 주파수 하향변환기에서 2차 감쇄하는 구조는 수신단의 선형성이 확보되는 동적범위 확대를 고려하여 적용하였다.

송수신기 주파수 하향변환기에서 60 dB 이득 감쇄를 수행하면, 최대 입력레벨이 수신되면budget상에서 입력단 초입에서 P1dB를 초과하여 포화가 발생하여 감쇄기(attenuator)를 적용해야 한다. 이 감쇄기는 STC를 위한 전압가변감쇄기(VVA)가 아니라, 높은 선형입력레벨에 대한 감쇄용이므로, 이와는 별도로 신호처리기의 입력 동적범위를 충족하기 위한 이득 20 dB 이상의 AMP와 STC 60 dB 조정을 위한 30 dB 가변 VVA를 추가함으로써, 결국 VVA 2개와 AMP 1개를 추가해야 한다.

이는 주파수하향변환기 입장에서는 효율적이지 못하므로, 수신최대 선형 입력레벨를 확보하고, 70dB 이상의 동적범위를 보유하면서 STC를 통하여 60dB 이상 조정이 가능한 방안은 송수신전단기내 수신제한기의 RF단에서 1차 STC 제어를 하고, 송수신기내 주파수하향변환기의 IF단에서 2차 STC 제어를 하는 것이다.

도 8을 통해 송수신전단기 및 송수신하향변환기의 수신 Budget에 대해 알 수 있다.

최대 선형입력 레벨은 사양상으로는 -9 dBm이고, 동적범위는 70 dB 이상이며, STC는 설계적으로는 60 dB 이지만 최소수신신호(MDS)를 고려하여, STC 감쇄값은 45 dB까지 적용 가능하다.

STC를 포함하는 동적범위는 설계상 117 dB 이지만, 시험측정 결과 최대 선형 입력레벨은 5 dB 정도 상승이 가능하여 실제적으로 운용가능한 동적범위는 STC를 포함하여 122 dB까지 가능하다.

송수신전단기(RFE)와 송수신기 주파수 하향변환기(DCA)의 1 dB 단위별 감쇄 전압에 대한 설정값은 아래 표 2와 같다.

또한 도 9는 설계된 STC단계값별 STC 감쇄값에 대한 측정결과이다.

오실로스코프 상부에 있는 신호는 TX_ON신호로 송신 주기를 의미한다. 중간에 있는 신호는 송수신전단기의 수신제한기 출력 감쇄신호이며, 맨 아래에 있는 신호는 송수신기의 주파수 하향변환기 출력감쇄신호이다. STC 모드5는 감쇄값이 30 dB를 넘지 않으므로, 주파수 하향변환기는 감쇄가 발생하기 않는다. STC 모드 10은 59 dB까지 감쇄되는 구간이 있어서 감쇄가 일어난다. STC 모드 15는 60 dB까지 감쇄가 발생하고 감쇄량과 감쇄구간이 가장 크다.

도 10은 신호처리기 내부에서의 STC 프로세스에 대하 구성도이다.

송수신기로부터 수신된 감쇄된 아날로그 수신신호는 디지털변환모듈에서 ADC, Digital Down Conversion(DDC)와 같은 전처리를 수행한다. 전시기에서 수신된 STC단계값과 STC단계값 모드별 Inv. STC 프로파일(인버스 STC 프로파일)을 매칭하여 송수신기에서 제공된 타이밍 신호를 기준으로 조정된 시점에 Inv. STC Data를 제공한다.

이후 펄스압축(Pulse Compression) 프로세싱 등과 같은 후처리를 수행한 수신신호를 신호처리모듈에 제공한다. 신호처리모듈은 도플러 프로세싱, 표적탐지(CFAR), MTI(Moving Target Indication)를 통해 이동표적을 전시하도록 한다. 신호처리표적에서 생성된 정보(표적, 클러터)는 네트워크 스위치를 통해서 전시기로 이동하여 전자해도상에서 전시된다.

도 11은 STC 단계값별 전시화면이다. STC 0 모드는 STC가 적용되지 않은 상태이다. STC 5는 근거리에서만 일부 감쇄가 되는 상태로서 레이더가 위치한 우측부분에서 STC 0에 비래 일부 클러터가 제거되었다. STC 10은 STC 5에 비해 전시 영역 중앙부 바다지역 전반에 걸쳐 감쇄가 발생하였고, STC 15는 가장 큰 감쇄가 발생하여 상부 측의 육지 부분까지도 클러터의 감쇄가 발생되었음을 확인할 수 있다.

일반적으로 해안감시레이더나 항해용 레이더는 근거리에서 해면 혹은 지형반사신호가 크게 들어오므로, 수신단의 동적범위가 포화(saturation)되어 근거리 표적에 대한 수신신호 탐지성능이 저하되는 문제가 발생한다. 이와 같은 사유로 수신감도 제어(Sensitivity Time Control) 기능이 필요하다.

제안된 STC 기술은 최대 선형 입력레벨 확보, 그리고 넓은 동적범위 확보 , 그리고STC 감쇄범위 확보 측면을 고려하여 송수신전단기 RF단에서 1차 STC 제어를 하고, 송수신기 주파수하향변환기에서 2차 STC 제어를 하는 구조이다. 이 같은 설계 적용으로 STC 제어를 포함 시 117 dB 의 동적범위를 확보하였다.

이는 통상 유사레이더에서 100 dB 정도의 동적범위 수준보다 그 범위가 월등하게 넓고, 최대 선형입력 레벨이 높은 고출력 레이더 수준과도 유사하다. 또한 운용상으로 충분하지만, RF단에서 추가적으로 측정 상의 최대 선형입력 레벨 5dB 마진과 10 dB 정도 RF단 STC 추가 반영 시 설계적으로 132 dB까지 동적범위를 확장할 수 있다. 또한 일반적인 마그네트론 레이더 대비 Inverse STC를 적용하여 감쇄된 표적신호 수신신호를 보상해준다.

이와 같은 STC 설계는 특히, 코히어런트 펄스 도플러 레이더에 범용적으로 활용할 수 있으며, 수신감도 성능 개선에 크게 기여할 수 있을 것이다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명한 본 발명은 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (3)

1. 수신이득을 근거리에서 감쇄시키고, 거리가 멀어질수록 이득감쇄를 줄이거나 미적용하여 거리별 수신이득을 제어하는 STC(Sensitivity Time Control)방법에 있어서,
   재밍 탐지 알고리즘(JDA)을 적용한 추정 CNR(Clutter to Noise Ratio)을 구하는 과정 및 거리 빈 단위의 거리인덱스 증가에 따라

   

   만큼 이득감쇄를 줄이는 과정에 따라 산출된 감쇄값 중 최댓값을 적용하여 소정의 거리 빈의 집합으로 구성되는 거리구획 별로 STC 단계값을 설정하는 STC 단계값 설정 단계;
   거리구획별 상기 STC 단계값이 증가하도록 모드화시키는 모드화 단계;
   수신된 신호가 모드화된 상기 STC 단계값에 의해 송수신전단기에서 1차적으로 감쇄되는 제1차 감쇄과정 및 주파수 하향변환기에서 2차적으로 감쇄되는 제2차 감쇄과정을 포함하는 감쇄 단계; 및
   감쇄된 신호의 크기를 보상하는 보상 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신감도 시간제어방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   신호처리기의 디지털변환모듈 내의 FPGA(Field Programmable Gate Array)의 컨트롤 블록에서 UDP/IP를 이용하여 송수신기의 송수신 제어기의 UDP-232 통신변환기로 STC 단계값을 제공하여 UDP/IP 통신을 RS232 통신으로 변환하여 송수신제어기의 FPGA로 전송하고,
   상기 송수신제어기의 FPGA에서 상기 RS232 통신을 SPI (Serial Peripheral Interface) 통신으로 변환하여 파형발생기로 전송하고,
   상기 파형발생기의 FPGA에서는 송수신 주기의 기준이 되는 타이밍 신호를 생성하여 상기 송수신제어기를 통해 상기 신호처리기로 전송하고,
   상기 파형발생기가 STC 단계값 모드정보를 수신하면 상기 파형발생기의 FPGA 내부에 저장되어 있는 모드별 디지털 프로파일 정보를 상기 타이밍 신호에 맞춰 조정된 시점에 DAC(Digital to Analog Converter)로 전송하고,
   상기 DAC는 상기 모드별 디지털 프로파일 정보를 아날로그 값으로 변환한 후 OP-AMP에서 공급용 적정 전압 레벨로 변환되어 모드별 1 ~ 30dB 감쇄되는 이득별 DC전원 DAC 데이터#1을 송수신전단기의 수신제한기의 전압가변감쇄기에 공급하고, 모드별 30 ~ 60dB 감쇄되는 이득별 DC전원 DAC 데이터#2를 주파수 하향변환기의 전압가변감쇄기에 공급하는 것을 특징으로 하는 수신감도 시간제어방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 보상 단계는,
   수신한 상기 감쇄된 신호를 전처리 하는 전처리 과정을 포함하고, 신호처리기의 디지털변환모듈의 컨트롤 블록(Control Block)이 STC 감쇄가 이루어진 수신 신호를 타이밍 신호에 따라 조정된 시점에 인버스 STC 데이터를 제공함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 수신감도 시간제어방법.

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