KR102564033B1 - 카세그레인 안테나를 이용하여 표적의 방향을 탐지하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

카세그레인 안테나를 이용하여 표적의 방향을 탐지하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 카세그레인 안테나(cassegrain antenna)를 이용하여 표적의 방향을 탐지하기 위한 표적 방향 결정 장치에 관한 것이다. 본 개시에 따르면 표적 방향 결정 장치의 동작 방법은 표적 신호를 수신하는 단계, 상기 표적 신호에 기반하여 안테나 빔 방향을 결정하는 단계, 사전 테이블에 기반하여, 상기 카세그레인 안테나의 주 반사판의 회전 각도와 부 반사판의 회전 각도에 대응되는 표적 각도를 결정하는 단계, 및 상기 안테나 빔 방향과 상기 표적 각도에 기반하여 상기 표적의 방향을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 사전 테이블은 상기 주 반사판의 회전 각도와 상기 부 반사판의 회전 각도에 대응되는 최대 안테나 빔 방향과, 상기 최대 안테나 빔 방향에 따라 결정되는 모노 펄스 기울기를 지시하는 테이블을 포함한다.

Description

카세그레인 안테나를 이용하여 표적의 방향을 탐지하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING THE DIRECTION OF A TARGET USING CASSEGRAIN ANTENNA}
본 개시(disclosure)는 일반적으로 표적의 방향을 탐지하기 위한 시스템 관한 것으로, 보다 구체적으로 카세그레인 안테나의 주 반사판과 부 반사판을 회전시켜 표적의 방향을 탐지하는 경우 표적의 방향을 보다 정밀하게 결정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
레이더는 목표물로 전자파를 발사하고, 목표물로부터 반사된 반사파를 이용하여 레이더 장치와 목표물을 탐지하는 장치를 지시한다. 여기서, 모노 펄스 레이더는 단일 펄스로 각도 오차를 검출하며 안테나 빔을 동시에 공간에 배치하여 공간 분할적으로 이용하는 방식의 레이더로서, 진폭을 검출하는 진폭 비교 모노 펄스 방식과 위상을 검출하는 위상 비교 모노 펄스 방식이 사용되고 있다.
모노 펄스 방식에 따르면, 합/차 채널의 신호 비율(signal ratio)과 표적 신호의 도래각(angle of arrival, AOA)이 선형 관계를 갖는 도래각 구간이 존재하고, 이러한 선형 관계를 모노 펄스 기울기(monopulse slope)라 한다. 모노 펄스 레이더는 선형 관계를 가지는 도래각 구간 내에 표적이 위치하도록 안테나의 주 빔을 표적 방향으로 조향하고, 수신된 합/차 채널의 신호 비율에 모노 펄스 기울기를 곱함으로써 안테나 빔 방향에 대한 상대적인 표적의 방향을 탐지한다. 따라서, 표적의 방향을 측정하는 시스템에서 기준이 되는 안테나 빔 방향의 방위각, 고각 및 모노 펄스 기울기를 정확하게 파악하는 것이 중요하다.
반사경을 이용하는 안테나는 전파 천문학, 초고주파통신, 위상 추적 등을 목적으로 널리 사용되는 안테나로서, 반사경의 형태에 따라 평판 반사경 안테나, 코너 반사경 안테나, 전방 급전형 파라볼라 안테나, 카세그레인 안테나(cassegrain antenna) 등이 있다. 여기서, 카세그레인 안테나는 카세그레인 망원경의 원리를 이용하여 1차 복사기 및 주반사기와 부반사기로 구성된 안테나로서, 위성 통신 지상국에서 고 이득 및 저 잡음을 위하여 널리 사용되고 있다.
카세그레인 안테나를 이용하여 빔을 조향하는 방법은 안테나 전체를 회전시키는 방법과 주 반사판이나 부 반사판을 회전시키는 방법으로 구분될 수 있다. 안테나 전체를 회전하는 방법은 회전하지 않았을 때의 안테나 주 빔 방향에 엔코더 등을 이용하여 계측된 안테나의 회전 각도를 보정함으로써 회전 후의 안테나 주 빔 방향을 비교적 정확하게 탐지할 수 있다. 또한, 안테나의 합/차 채널 방사 패턴이 주 빔 방향과 관계 없이 동일함에 따라, 모노 펄스 기울기 역시 안테나 주 빔 방향의 변화와 관계 없이 동일한 값을 가진다. 그러나, 주 반사판이나 부 반사판을 회전시키는 방법은 반사판의 회전 각도와 안테나 주 빔의 지향 각도 사이에 수학적인 관계가 존재하지 않는다. 그에 따라, 회전 후의 안테나 주 빔 방향을 탐지할 수 없어 표적 각도가 정확하게 탐지되기 어려운 문제가 있었다. 따라서 현재, 주 반사판이나 부 반사판을 회전시키는 방법을 이용하는 경우의 표적 탐지의 정밀도를 증가시키기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는, 카세그레인 안테나의 주 반사판과 부 반사판 중 적어도 하나를 회전시켜 표적의 방향을 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는 카세그레인 안테나의 주 반사판과 부 반사판의 회전 각도에 따른 카세그레인 안테나 빔 방향 및 모노 펄스 기울기에 관한 테이블을 생성하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는 생성된 테이블에 기반하여 표적의 방향을 결정하여, 표적의 각도를 정밀하게 계측하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 카세그레인 안테나(cassegrain antenna)를 이용하여 표적의 방향을 탐지하기 위한 표적 방향 결정 장치의 동작 방법은 표적 신호를 수신하는 단계, 상기 표적 신호에 기반하여 안테나 빔 방향을 결정하는 단계, 사전 테이블에 기반하여, 상기 카세그레인 안테나의 주 반사판의 회전 각도와 부 반사판의 회전 각도에 대응되는 표적 각도를 결정하는 단계, 및 상기 안테나 빔 방향과 상기 표적 각도에 기반하여 상기 표적의 방향을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 사전 테이블은 상기 주 반사판의 회전 각도와 상기 부 반사판의 회전 각도에 대응되는 최대 안테나 빔 방향과, 상기 최대 안테나 빔 방향에 따라 결정되는 모노 펄스 기울기를 지시하는 테이블을 포함한다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 표적 방향 결정 장치의 동작 방법은 상기 표적 신호를 수신하기 전에, 상기 사전 테이블을 생성하는 단계를 더 포함한다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 사전 테이블을 생성하는 단계는, 상기 주 반사판의 회전 각도 및 상기 부 반사판의 회전 각도 중 적어도 하나의 각도에 따른 생성 대상 각도들을 결정 하는 단계, 상기 생성 대상 각도들 중 하나의 각도로, 상기 주 반사판 및 상기 부 반사판 중 적어도 하나를 회전시키는 단계, 상기 카세그레인 안테나의 빔 스캔을 이용하여, 합 채널 수신 신호의 크기가 최대가 되는 최대 안테나 빔 방향을 결정하는 단계, 및 상기 최대 안테나 빔 방향에 대응되는 모노 펄스 기울기를 결정하는 단계를 포함한다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 최대 안테나 빔 방향을 결정하는 단계는, 상기 카세그레인 안테나의 제1 빔 스캔 범위와 제1 스캔 간격을 결정하는 단계, 상기 제1 빔 스캔 범위 내에서, 상기 제1 스캔 간격에 따른 각도들에서 합 채널 수신 신호들의 세기를 측정하는 단계, 상기 합 채널 수신 신호들 중에 신호의 세기가 최대가 되는 제1 안테나 빔 각도를 결정하는 단계, 상기 제1 스캔 간격이 임계 값 이하인지 여부를 식별하는 단계, 및 상기 제1 스캔 간격이 상기 임계 값 이하인 경우, 상기 제1 안테나 빔 각도를 상기 최대 안테나 빔 방향으로 결정하는 단계를 포함한다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 스캔 간격이 상기 임계 값 보다 큰 경우, 상기 안테나 빔 각도에 기반하여, 제2 빔 스캔 범위와 제2 스캔 간격을 결정하는 단계, 상기 제2 빔 스캔 범위 내에서, 상기 제2 스캔 간격에 따른 각도들에서 합 채널 수신 신호들의 세기를 측정하는 단계, 및 상기 합 채널 수신 신호들 중에 신호의 세기가 최대가 되는 제2 안테나 빔 각도를 결정하는 단계를 포함한다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 빔 스캔 범위는 상기 제1 안테나 빔 각도보다 상기 제1 스캔 간격만큼 작은 각도에서 상기 제1 안테나 빔 각도보다 상기 제1 스캔 간격만큼 큰 각도까지의 범위를 지시하고, 상기 제2 스캔 간격은 상기 제1 스캔 간격 보다 작도록 결정된다.
다른 일 실시 예에 따르면, 표적 방향 결정 장치의 동작 방법은 사용자로부터, 상기 최대 안테나 빔 방향 결정에 소요되는 시간 정보와 상기 최대 안테나 빔 방향의 정밀도 정보 중 적어도 하나의 정보를 입력 받는 단계, 및 상기 시간 정보와 정밀도 정보 중 적어도 하나에 기반하여 상기 임계 값을 변경하는 단계를 더 포함한다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 모노 펄스 기울기의 표적 각도를 결정하는 단계는, 상기 최대 안테나 빔 방향에서 수신된 상기 합 채널 수신 신호와 차 채널 수신 신호에 기반하여, 모노 펄스 기울기의 표적 각도를 연산하는 단계를 포함한다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 카세그레인 안테나(cassegrain antenna)를 이용하여 표적의 방향을 계측하기 위한 표적 방향 결정 장치는 표적 신호를 수신하는 카세그레인 안테나 장착부, 및 상기 카세그레인 안테나 장착부의 동작을 제어하고 상기 표적 신호에 기반하여 표적의 방향을 결정하는 신호 처리부를 포함하고, 상기 신호 처리부는 상기 표적 신호에 기반하여 안테나 빔 방향을 결정하고, 사전 테이블에 기반하여 상기 카세그레인 안테나의 주 반사판의 회전 각도와 부 반사판의 회전 각도에 대응되는 표적 각도를 결정하고, 상기 안테나 빔 방향과 상기 표적 각도에 기반하여 상기 표적의 방향을 결정하고, 상기 사전 테이블은 상기 주 반사판의 회전 각도와 상기 부 반사판의 회전 각도에 대응되는 최대 안테나 빔 방향과, 상기 최대 안테나 빔 방향에 따라 결정되는 모노 펄스 기울기의 표적 각도를 지시하는 테이블을 포함한다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 신호 처리부는 상기 표적 신호를 수신하기 전에, 상기 사전 테이블을 생성한다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 신호 처리부는 상기 주 반사판의 회전 각도 및 상기 부 반사판의 회전 각도 중 적어도 하나의 각도에 따른 생성 대상 각도들을 결정 하고, 상기 생성 대상 각도들 중 하나의 각도로, 상기 주 반사판 및 상기 부 반사판 중 적어도 하나를 회전시키고, 상기 카세그레인 안테나의 빔 스캔을 이용하여, 합 채널 수신 신호의 크기가 최대가 되는 최대 안테나 빔 방향을 결정하고, 상기 최대 안테나 빔 방향에 대응되는 모노 펄스 기울기를 결정한다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 신호 처리부는 상기 카세그레인 안테나의 제1 빔 스캔 범위와 제1 스캔 간격을 결정하고, 상기 제1 빔 스캔 범위 내에서, 상기 제1 스캔 간격에 따른 각도들에서 합 채널 수신 신호들의 세기를 측정하고, 상기 합 채널 수신 신호들 중에 신호의 세기가 최대가 되는 제1 안테나 빔 각도를 결정하고, 상기 제1 스캔 간격이 임계 값 이하인지 여부를 식별하고, 상기 제1 스캔 간격이 상기 임계 값 이하인 경우, 상기 제1 안테나 빔 각도를 상기 최대 안테나 빔 방향으로 결정한다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 신호 처리부는 상기 제1 스캔 간격이 상기 임계 값 보다 큰 경우, 상기 안테나 빔 각도에 기반하여, 제2 빔 스캔 범위와 제2 스캔 간격을 결정하고, 상기 제2 빔 스캔 범위 내에서, 상기 제2 스캔 간격에 따른 각도들에서 합 채널 수신 신호들의 세기를 측정하고, 상기 합 채널 수신 신호들 중에 신호의 세기가 최대가 되는 제2 안테나 빔 각도를 결정한다.
본 발명의 다양한 각각의 측면들 및 특징들은 첨부된 청구항들에서 정의된다. 종속 청구항들의 특징들의 조합들(combinations)은, 단지 청구항들에서 명시적으로 제시되는 것뿐만 아니라, 적절하게 독립항들의 특징들과 조합될 수 있다.
또한, 본 개시에 기술된 임의의 하나의 실시 예(any one embodiment) 중 선택된 하나 이상의 특징들은 본 개시에 기술된 임의의 다른 실시 예 중 선택된 하나 이상의 특징들과 조합될 수 있으며, 이러한 특징들의 대안적인 조합이 본 개시에 논의된 하나 이상의 기술적 문제를 적어도 부분적으로 경감시키거나, 본 개시로부터 통상의 기술자에 의해 식별될 수 있는(discernable) 기술적 문제를 적어도 부분적으로 경감시키고, 나아가 실시 예의 특징들(embodiment features)의 이렇게 형성된 특정한 조합(combination) 또는 순열(permutation)이 통상의 기술자에 의해 양립 불가능한(incompatible) 것으로 이해되지만 않는다면, 그 조합은 가능하다.
본 개시에 기술된 임의의 예시 구현(any described example implementation)에 있어서 둘 이상의 물리적으로 별개의 구성 요소들은 대안적으로, 그 통합이 가능하다면 단일 구성 요소로 통합될 수도 있으며, 그렇게 형성된 단일한 구성 요소에 의해 동일한 기능이 수행된다면, 그 통합은 가능하다. 반대로, 본 개시에 기술된 임의의 실시 예(any embodiment)의 단일한 구성 요소는 대안적으로, 적절한 경우, 동일한 기능을 달성하는 둘 이상의 별개의 구성 요소들로 구현될 수도 있다.
본 발명의 특정 실시 예들(certain embodiments)의 목적은 종래 기술과 관련된 문제점 및/또는 단점들 중 적어도 하나를, 적어도 부분적으로, 해결, 완화 또는 제거하는 것에 있다. 특정 실시 예들(certain embodiments)은 후술하는 장점들 중 적어도 하나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은 카세그레인 안테나의 주 반사판과 부 반사판의 회전 각도에 따른 카세그레인 안테나 빔 방향 및 모노 펄스 기울기에 관한 테이블을 이용함으로써, 표적의 방향을 정밀하게 결정할 수 있게 한다.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은 표적의 방향을 결정하는 경우, 전자파 간섭으로 인한 전자파 왜곡을 감소시킬 수 있게 한다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 표적 방향 결정 시스템에서, 카세그레인 안테나의 구조를 도시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 표적 방향 결정 시스템에서, 표적 방향 결정 장치를 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 표적 방향 결정 시스템에서, 사전 테이블을 생성하기 위한 시스템의 모식도를 도시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 표적 방향 결정 시스템에서, 사전 테이블의 일 예를 도시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 표적 방향 결정 시스템에서, 표적 방향 결정 장치의 동작 방법에 관한 흐름도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 표적 방향 결정 시스템에서, 표적 방향 결정 장치가 사전 테이블을 생성하는 방법에 관한 흐름도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 표적 방향 결정 시스템에서, 표적 방향 결정 장치가 최대 안테나 빔 방향을 결정하는 방법에 관한 흐름도를 도시한다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
이하 본 개시는 표적 방향 결정 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 표적 방향 결정 시스템에서 카세그레인 안테나(cassegrain antenna)의 주 반사판과 부 반사판을 회전시켜 표적의 방향을 탐지하는 경우 표적의 방향을 보다 정밀하게 결정하기 위한 기술을 설명한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 본 개시의 기술적 사상은 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있으므로 본 명세서에서 설명하는 실시예들로 제한되지 않는다. 본 명세서에 개시된 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술을 구체적으로 설명하는 것이 본 개시의 기술적 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 공지 기술에 대한 구체적인 설명을 생략한다. 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 명세서에서 어떤 요소가 다른 요소와 "연결"되어 있다고 기술될 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 요소를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 어떤 요소가 다른 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 요소 외에 또 다른 요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
일부 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 설명될 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는 특정 기능을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록이 수행하는 기능은 복수의 기능 블록에 의해 수행되거나, 본 개시에서 복수의 기능 블록이 수행하는 기능들은 하나의 기능 블록에 의해 수행될 수도 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다.
또한, 본 개시에서, 특정 조건의 만족(satisfied), 충족(fulfilled) 여부를 판단하기 위해, 초과 또는 미만의 표현이 사용되었으나, 이는 일 예를 표현하기 위한 기재일 뿐 이상 또는 이하의 기재를 배제하는 것이 아니다. '이상'으로 기재된 조건은 '초과', '이하'로 기재된 조건은 '미만', '이상 및 미만'으로 기재된 조건은 '초과 및 이하'로 대체될 수 있다.
이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 그에 따라, 표적 방향 결정 장치는 적어도 하나의 프로세서에 기반하여 동작할 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 표적 방향 결정 시스템에서, 카세그레인 안테나의 구조(100)를 도시한다. 도 1을 참고하면, 카세그레인 안테나의 반사판이 회전되지 않은 경우에 관한 제1 빔 방향 모식도(110), 카세그레인 안테나의 반사판이 회전되지 않은 경우에 관한 제2 빔 방향 모식도(160)를 예시한다.
카세그레인 안테나는 두 개의 반사판들을 조합한 마이크로파 안테나를 지시한다. 카세그레인 안테나는 두 개의 반사판들을 이용하여 표적으로 신호를 송신하거나 표적으로부터 신호를 수신하는 기능을 수행할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 카세그레인 안테나는 표적 신호를 수신하여 반사시키는 포물선 형태의 주 반사판(111, 161), 주 반사판의 초점보다 주 반사판 가까이에 배치되어 신호를 모으는 기능을 수행하는 부 반사판(113, 163), 주 반사판의 표면이나 근방에 배치되어 신호를 수신하는 급전 안테나(115, 165), 및 부 반사판을 지지하기 위한 지지대(117, 167)을 포함할 수 있다.
카세그레인 안테나는 신호를 송신 또는 수신하기 위하여 빔(119, 169)을 형성할 수 있고, 형성된 빔을 표적 방향으로 조향할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 방향은 방위각, 고각 중 적어도 하나의 각도를 지시할 수 있다. 여기서 카세그레인 안테나는 빔을 조향하기 위하여 카세그레인 안테나 전체를 회전시키거나, 주 반사판(111, 161) 및 부 반사판(113,163) 중 적어도 하나의 반사판을 회전시킬 수 있다.
카세그레인 안테나 전체를 회전시키는 경우, 표적 방향 결정 장치는 카세그레인 안테나를 회전시키지 않았을 때 안테나 빔 방향에 안테나의 회전 각도를 보정함으로써 회전 후의 안테나 빔 방향을 결정할 수 있다. 이 경우, 카세그레인 안테나의 합 채널과 차 채널 방사 패턴이 안테나 빔 방향의 변화와 관계없이 동일하여 모노 펄스 기울기 역시 빔 방향의 변화와 관계없이 동일한 값을 가진다. 그에 따라, 카세그레인 안테나 전체를 회전시키면, 표적의 방향 결정 시스템의 구축이 상대적으로 용이하다.
그러나, 도 1과 같이 카세그레인 안테나의 주 반사판 및 부 반사판 중 적어도 하나의 반사판을 회전시키는 경우, 반사판의 회전 각도와 안테나 빔 방향 사이에 대략적인 비례 관계가 존재할 뿐 수학적인 관계식으로 대응되지 않는다. 따라서 반사판의 회전 각도를 계측하는 것만으로 안테나 빔 방향을 정확하게 알 수 없다. 또한, 반사판 회전 각도에 따라 카세그레인 안테나의 구조가 달라지는 경우, 안테나 합 채널과 차 채널의 방사 패턴의 형태가 미세하게 변화되고, 그에 따라 모노 펄스 기울기가 반사판 회전 각도에 따라 변화하게 된다. 따라서, 이하에서 카세그레인 안테나의 주 반사판과 부 반사판 중 적어도 하나의 반사판의 각도를 변경시켜 빔을 조향하는 경우 표적 방향을 정확하게 결정하기 위한 방법이 설명된다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 표적 방향 결정 시스템에서, 표적 방향 결정 장치(200)를 도시한다. 도 2를 참고하면, 표적 방향 결정 장치(200)는 카세그레인 안테나 장착부(210)와 신호 처리부(280)를 포함한다.
표적 방향 결정 장치(200)는 카세그레인 안테나를 이용하여 표적 신호를 수신하고 표적의 방향을 결정하는 장치를 지시한다. 표적 방향 결정 장치(200)는 카세그레인 안테나의 주 반사판과 부 반사판 중 적어도 하나의 반사파을 회전시켜, 카세그레인 안테나 빔을 조향한다. 이 때, 반사판의 회전 각도는 미리 측정되어 저장된 사전 테이블에 기반하여 결정될 수 있다. 또한, 표적 방향 결정 장치(200)는 급전 안테나의 모노펄스 합 채널 신호와 차 채널 신호, 사전 테이블에 저장된 모노 펄스 기울기를 이용하여 표적 각도를 결정할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 표적 각도는 카세그레인 안테나 빔 방향에 대한 상대적인 표적의 방위각, 고각 중 적어도 하나를 지시할 수 있다. 이 후, 표적 방향 결정 장치(200)는 카세그레인 안테나 빔 방향의 방위각 및 고각에 표적 각도를 더함으로써 최종적인 표적의 방위각 및 고각을 결정할 수 있다.
카세그레인 안테나 장착부(210)는 카세그레인 안테나를 이용하여 표적 신호를 수신하고, 표적의 방향을 결정하기 위한 정보를 신호 처리부(280)로 제공하는 기능을 수행한다. 카세그레인 안테나 장착부(210)는 적어도 하나의 반사판들을 회전시켜 안테나 빔을 표적을 향하여 조향하고, 표적으로부터 방출되는 신호를 수신할 수 있다. 또한, 카세그레인 안테나는 표적의 방향을 보정하기 위하여, 반사판의 회전 각도 정보, 표적 신호의 세기 정보를 신호 처리부(280)로 출력할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 카세그레인 안테나 장착부(210)는 카세그레인 안테나 조립체(220), 수신기(230), 및 제어기(240)를 포함한다.
카세그레인 안테나 조립체(220)는 안테나를 이용하여 표적 신호를 직접 수신하는 카세그레인 안테나(250)와 카세그레인 안테나의 구동을 제어하는 카세그레인 안테나 구동부(260)를 포함할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 카세그레인 안테나 구동부(260)는 카세그레인 안테나 전체를 회전시키는 기능을 수행할 수 있다.
카세그레인 안테나(250)는 표적 신호를 수신하여 반사시키는 포물선 형태의 주 반사판(271), 주 반사판을 회전시키는 주 반사판 구동부(272), 주 반사판으로부터 반사된 신호를 모으는 부 반사판(273), 부 반사판을 회전시키는 부 반사판 구동부(274), 및 주 반사판의 근방에 배치되어 신호를 수신하는 급전 안테나(275)를 포함한다. 급전 안테나(275)는 모노 펄스 합 채널, 방위각 방향의 모노 펄스 차 채널, 고각 방향 모노 펄스 차 채널의 세 채널 신호를 수신할 수 있다. 카세그레인 안테나가 전자파 형태의 표적 신호를 수신하는 경우, 표적 신호는 주 반사판(271), 부 반사판(273)에 차례대로 반사된 전자파가 급전 안테나(275)로 수신된다. 여기서, 주 반사판(271)과 부 반사판(273)의 회전 각도에 따라, 카세그레인 안테나의 빔 방향이 변경될 수 있다.
수신기(230)는 급전 안테나(275)로부터 표적 신호를 전달 받고, 표적 신호를 신호 처리부(280)로 전달하는 기능을 수행한다.
제어기(240)는 카세그레인 안테나 구동부(260), 주 반사판 구동부(272), 부 반사판 구동부(274)의 회전 각도를 제어하는 기능을 수행한다. 제어기(240)는 카세그레인 안테나 각각의 구성을 회전시키기 위한 제어 신호를 생성할 수 있고, 각각의 회전 각도를 계측할 수 있다. 또한, 제어기(240)는 계측된 회전 각도를 신호 처리부(280)로 전달할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제어기(240)는 카세그레인 안테나 전체를 회전시키기 위하여 카세그레인 안테나 구동부(260)의 회전 각도 변경 신호를 생성할 수 있다. 또한, 제어기(240)는 카세그레인 안테나의 주 반사판(271), 부 반사판(273) 중 적어도 하나의 반사판을 회전시키기 위하여, 주 반사판 구동부(272), 부 반사판 구동부(274) 중 적어도 하나의 반사판 구동부의 회전 각도 변경 신호를 생성할 수 있다.
신호 처리부(280)는 카세그레인 안테나 장착부(210)의 전반적인 동작을 제어하고 표적 신호에 기반하여 표적의 방향을 결정하는 기능을 수행한다. 신호 처리부(280)(260)는 수신기(230)로부터 전달 받은 표적 신호를 이용하여, 계측이 필요한 각도를 산출하고 카세그레인 안테나가 해당 각도를 지향할 수 있도록 제어기(240)로 제어 신호를 송신할 수 있다. 또한 신호 처리부(280)(260)는 제어기(240)로부터 카세그레인 안테나 구동부(260), 주 반사판 구동부(272), 부 반사판 구동부(274)의 각도 계측 정보를 전달 받고, 수신기(230)로부터 표적 신호를 전달 받아, 모노 펄스 기울기를 연산할 수 있다. 이 후, 신호 처리부(280)(260)는 주 반사판의 회전 각도와 부 반사판의 회전 각도에 대응되는 최대 안테나 빔 방향과, 최대 안테나 빔 방향에 따라 결정되는 모노 펄스 기울기의 표적 각도를 종합한 테이블을 생성 및 저장하는 기능을 수행할 수 있다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 표적 방향 결정 시스템에서, 사전 테이블을 생성하기 위한 시스템의 모식도(300)를 도시한다.
본 개시에 따르면, 표적 방향 결정 장치(200)는 카세그레인 안테나의 주 반사판, 부 반사판 중 적어도 하나의 반사판의 회전 각도에 따른 카세그레인 안테나 빔 방향, 및 모노 펄스 기울기를 미리 측정하여 사전 테이블의 형태로 저장한다. 이후, 표적 방향 결정 장치(200)는 탐지되는 표적 방향에 저장된 사전 테이블에 기반하여 오차를 보정함으로써, 표적의 방향을 결정할 수 있다. 그에 따라, 표적 방향 결정 장치(200)는 사전 테이블을 생성하기 위한 절차를 수행할 수 있다.
도 3은 카세그레인 안테나 장착부(210)와 신호를 방사하는 측정용 송신 안테나(310)가 무반향 챔버(320) 내부에 배치된 경우를 예시한다. 도 3은 표적 방향 결정 장치(200)의 신호 처리부(280)가 무반향 챔버 외부에 배치되는 경우를 예시하나, 신호 처리부(280) 또한 무반향 챔버(320) 내부에 배치될 수 있다.
도 3을 참고하면, 측정용 송신 안테나(310)가 카세그레인 안테나 장착부(210)를 향하여 측정 신호를 송신하고, 카세그레인 안테나 장착부(210)는 측정용 송신 안테나로부터 측정 신호를 수신한다. 표적 방향 결정 장치(200)는 측정 신호를 이용하여 주 반사판의 회전 각도와 부 반사판의 회전 각도에 대응되는 최대 안테나 빔 방향과, 최대 안테나 빔 방향에 따라 결정되는 모노 펄스 기울기의 표적 각도를 지시하는 테이블을 생성할 수 있다.
구체적으로, 표적 방향 결정 장치(200)는 카세그레인 안테나 장착부(210)의 주 반사판과 부 반사판을 미리 설정된 제1 회전 각도에 대응되도록 회전시키고, 신호 처리부(280)를 통해 카세그레인 안테나 구동부(260)를 제어하여 카세그레인 안테나의 빔 스캔을 수행한다. 신호 처리부(280)는 안테나 빔 스캔에 따라 합 채널 측정 신호의 크기가 최대가 되는 최대 안테나 빔 방향을 결정할 수 있다. 또한, 신호 처리부(280)는 최대 안테나 빔 방향에서 합 채널 수신 신호와 차 채널 수신 신호를 이용하여 모노 펄스 기울기의 표적 각도를 연산할 수 있다. 이후, 신호 처리부(280)는 주 반사판의 회전 각도와 부 반사판의 회전 각도에 대응되는 최대 안테나 빔 방향, 최대 안테나 빔 방향에 따라 결정되는 모노 펄스 기울기의 표적 각도를 제1 데이터 세트를 생성할 수 있다. 이후, 표적 방향 결정 장치(200)는 카세그레인 안테나 장착부(210)의 주 반사판과 부 반사판을 미리 설정된 제2 회전 각도에 대응되도록 회전시키고, 모노 펄스 기울기의 표적 각도를 연산하는 과정을 반복하여 제2 데이터 세트를 생성할 수 있다. 표적 방향 결정 장치(200)는 동일한 과정을 반복하여 복수의 데이터 세트를 생성하고 이를 테이블 형태로 저장할 수 있다. 구체적인 사전 테이블의 예는 도 4에 예시된다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 표적 방향 결정 시스템에서, 사전 테이블(400)의 일 예를 도시한다.
표적 방향 결정 장치(200)는 표적 신호를 수신하기 전에 도 3의 과정을 수행하여 사전 테이블(400)을 생성할 수 있다. 사전 테이블은 카세그레인 안테나의 주 반사판의 회전 각도와 부 반사판의 회전 각도에 대응되는 최대 안테나 빔 방향과, 최대 안테나 빔 방향에 따라 결정되는 모노 펄스 기울기의 표적 각도에 관한 데이터 세트의 모임을 지시한다.
사전 테이블을 참고하면 주 반사판의 회전 각도 및 부 반사판의 회전 각도 중 적어도 하나의 각도에 관한 M개의 생성 대상 각도가 결정된다. 도 4는 주 반사판의 회전 각도를 이용하여 생성 대상 각도들을 결정하는 방법을 예시하지만, 생성 대상 각도들은 부 반사판의 회전 각도를 이용하거나, 주 반사판의 회전 각도와 부 반사판의 회전 각도를 모두 포함하는 각도 쌍들을 이용하여 결정될 수 있다.
이후, 표적 방향 결정 장치(200)는 반사판의 결정된 회전 각도에서 측정 신호를 수신하고, 합 채널 측정 신호의 크기가 최대가 되는 최대 안테나 빔 방향의 방위각과 고각을 결정하고, 최대 안테나 빔 방향에 대응되는 모노 펄스 기울기의 방위각과 고각을 결정할 수 있다. 그에 따라, 표적 방향 결정 장치(200)는 도 4와 같이 주 반사판과 부 반사판의 회전 각도에 대응되는 최대 안테나 빔 방향과 모노 펄스 기울기에 관한 사전 테이블을 생성할 수 있다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 표적 방향 결정 시스템에서, 표적 방향 결정 장치의 동작 방법에 관한 흐름도(500)를 도시한다. 도 5는 표적 방향 결정 장치(200)의 동작 방법을 예시한다.
도 5를 참고하면 단계(501)에서, 표적 방향 결정 장치(200)는 표적 신호를 수신한다. 표적 방향 결정 장치(200)는 카세그레인 안테나 장착부와 신호 처리부를 포함할 수 있고, 카세그레인 안테나를 이용하여 표적 신호를 수신한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 표적 신호는 표적으로부터 방사된 신호를 지시한다.
단계(503)에서, 표적 방향 결정 장치(200)는 표적 신호에 기반하여 안테나 빔 방향을 결정한다. 표적 방향 결정 장치(200)는 표적을 향하여 안테나 빔을 조향하기 위한 안테나 빔 방향을 결정한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 표적 방향 결정 장치(200)는 표적 신호를 이용하ㅕㅇ 선형 관계를 가지는 도래각 구간 내에 표적이 위치하도록 안테나 빔 방향을 표적 방향으로 조향할 수 있다. 이를 위하여, 표적 방향 결정 장치(200)는 표적 신호에 기반하여 안테나 빔을 조향하기 위한 안테나 빔 방향을 결정할 수 있다.
단계(505)에서, 표적 방향 결정 장치(200)는 사전 테이블에 기반하여, 카세그레인 안테나의 주 반사판의 회전 각도와 부 반사판의 회전 각도에 대응되는 표적 각도를 결정한다. 사전 테이블은 주 반사판의 회전 각도와 부 반사판의 회전 각도와 최대 안테나 빔 방향의 대응 관계, 최대 안테나 빔 방향에 기반하여 연산되는 모노 펄스 기울기의 표적 각도를 지시한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 사전 테이블은 도 4와 같은 형태로 저장된 테이블을 지시할 수 있다. 표적 방향 결정 장치(200)는 사전 테이블로부터 주 반사판과 부 반사판의 회전 각도에 대응되는 표적 각도를 확인할 수 있다.
단계(507)에서, 표적 방향 결정 장치(200)는 안테나 빔 방향과 표적 각도에 기반하여 표적의 방향을 결정한다. 표적 방향 결정 장치(200)는 표적 신호에 기반하여 결정된 안테나 빔 방향에 표적 각도를 더함으로써 표적의 방향을 결정할 수 있다. 결과적으로, 본 개시에 따른 표적 방향 결정 장치(200)는 사전 테이블을 이용하여 카세그레인 안테나의 주 반사판 및 부 반사판 중 적어도 하나의 회전 각도에서 안테나로 수신되는 신호의 크기나 위상을 이용하여 표적의 방위각, 고각을 정밀하게 계측할 수 있다. 표적 방향 결정 장치(200)는 표적 신호를 수신하기 전에, 사전 테이블을 생성할 수 있다. 사전 테이블을 생성하는 방법은 도 6 내지 도 7에서 상세히 설명된다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 표적 방향 결정 시스템에서, 표적 방향 결정 장치(200)가 사전 테이블을 생성하는 방법에 관한 흐름도(600)를 도시한다. 도 6은 표적 방향 결정 장치(200)의 신호 처리부(280)의 동작 방법을 예시한다.
표적 방향 결정 장치(200)는 사전 테이블을 생성하기 위하여, 무반향 챔버(320) 내에 카세그레인 안테나 장착부와 측정용 송신 안테나(310)를 배치할 수 있다. 표적 방향 결정 장치는 측정 신호를 수신하고 신호 처리부(280)를 이용하여 최대 안테나 빔 방향과 표적 각도를 결정함으로써, 사전 테이블을 생성할 수 있다.
도 6을 참고하면 단계(601)에서, 표적 방향 결정 장치(200)는 주 반사판의 회전 각도 및 부 반사판의 회전 각도 중 적어도 하나의 각도에 따른 생성 대상 각도들을 결정한다. 표적 방향 결정 장치는 주 반사판의 회전 각도 및 부 반사판의 회전 각도 중 적어도 하나의 각도에 관한 M개의 생성 대상 각도을 결정할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 표적 방향 결정 장치(200)는 테이블 생성 대상이 되는 주 반 반사판의 회전 각도 또는 부 반사판의 회전 각도 중 적어도 하나의 각도에 관한 M개의 생성 대상 각도들을 결정한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 주 반사판의 방위각이 -10° 내지 +10°, 고각이 -10° 내지 +10° 범위에서 회전하며 운용하는 시스템에 대하여, 1° 간격으로 사전 테이블을 생성하는 경우 총 441개의 방위각 및 고각 쌍에 관한 생성 대상 각도들이 결정된다. 동일한 방법으로 부 반사판의 회전 각도에 관하여 441개의 방위각 및 고각 쌍에 관한 생성 대상 각도들이 결정될 수 있다. 동일한 방법으로, 생성 대상 각도들은 부 반사판의 회전 각도를 이용하거나, 주 반사판의 회전 각도와 부 반사판의 회전 각도를 모두 포함하는 각도 쌍들을 이용하여 결정될 수 있다.
단계(603)에서, 표적 방향 결정 장치(200)는 생성 대상 각도들 중 하나의 각도로, 주 반사판 및 부 반사판 중 적어도 하나를 회전시킨다. 표적 방향 결정 장치(200)는 생성 대상 각도들 각각에서 최대 안테나 빔 각도를 측정하기 위하여 적어도 하나의 반사판을 순차적으로 생성 대상 각도들 중 하나의 각도로 회전시킨다. 표적 방향 결정 장치(200)는 주 반사판 구동부(272)를 이용하여 주 반사판을 회전시키고, 부 반사판 구동부(274)를 이용하여 부 반사판을 결정된 회전 각도로 회전시킬 수 있다.
단계(605)에서, 표적 방향 결정 장치(200)는 카세그레인 안테나의 빔 스캔을 이용하여, 합 채널 수신 신호의 크기가 최대가 되는 최대 안테나 빔 방향을 결정한다. 표적 방향 결정 장치(200)는 카세그레인 안테나 구동부(260)를 이용하여 카세그레인 안테나의 방향을 변경시키는 방법을 이용하여 스캔 간격 p로 빔 스캔을 수행할 수 있다. 이 후, 표적 방향 결정 장치(200)는 빔 스캔을 이용하여 합 채널로 수신되는 신호의 세기를 측정하고, 합 채널로 수신되는 신호의 세기가 최대인 카세그레인 안테나의 최대 안테나 빔 방향의 방위각 xi, 고각 yi를 결정할 수 있다. 결정된 최대 안테나 빔 방향은 주 반사판, 부 반사판 중 적어도 하나가 생성 대상 각도로 회전할 때 카세그레인 안테나 주 빔 방향을 지시하며, 표적 방향 결정 장치는 결정된 최대 안테나 빔 방향을 테이블의 형태로 저장할 수 있다. 최대 안테나 빔 방향을 결정하는 구체적인 방법은 도 7에서 상세히 설명된다.
단계(607)에서, 표적 방향 결정 장치(200)는 최대 안테나 빔 방향에 대응되는 모노 펄스 기울기의 표적 각도를 결정한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 표적 방향 결정 장치(200)는 최대 안테나 빔 방향에서 수신된 합 채널 수신 신호와 차 채널 수신 신호에 기반하여, 방위각 방향의 및 고각 방향의 모노 펄스 기울기를 결정하고, 모노 펄스 기울기에 기반하여 표적 각도를 연산할 수 있다. 여기서, 방위각 방향의 모노 펄스 기울기는 kAZ,i은 최대 안테나 빔 방향의 방위각, 고각, 합채널 수신 신호, 방위각 방향의 차 채널 수신 신호에 기반하여 결정될 수 있다. 구체적으로, 표적 각도에서 방위각 방향의 모노 펄스 기울기는 <수학식 1>과 같이 결정될 수 있다.
<수학식 1>을 참고하면, kAZ,i는 방위각 방향의 모노 펄스 기울기, 는 방위각 방향의 차 채널 수신 신호, Σ는 합 채널 수신 신호, p는 최종 빔 스캔 간격, i는 생성 대상 각도 번호, j는 최대 안테나 빔 방향 결정 과정 반복수를 지시한다.
고각 방향의 모노 펄스 기울기는 kEL,i은 최대 안테나 빔 방향의 방위각, 고각, 합채널 수신 신호, 고각 방향의 차 채널 수신 신호에 기반하여 결정될 수 있다. 구체적으로, 표적 각도에서 고각 방향의 모노 펄스 기울기는 <수학식 2>과 같이 결정될 수 있다.
<수학식 2>을 참고하면, kEL,i는 고각 방향의 모노 펄스 기울기, 는 고각 방향의 차 채널 수신 신호, Σ는 합 채널 수신 신호, p는 최종 빔 스캔 간격, i는 생성 대상 각도 번호, j는 최대 안테나 빔 방향 결정 과정 반복수를 지시한다. 표적 방향 결정 장치(200)는 <수학식 1>, <수학식 2>를 이용하여, 최대 안테나 빔 방향에서 수신된 합 채널 수신 신호와 차 채널 수신 신호에 기반하여, 모노 펄스 기울기의 표적 각도를 연산할 수 있다. 표적 방향 결정 장치(200)는 결정된 모노 펄스 기울기의 표적 각도를 테이블의 형태로 저장함으로써, 사전 테이블을 생성할 수 있다.
이후, 표적 방향 결정 장치(200)는 급전 안테나(275)의 합 채널 수신 신호 Σi와 방위각 방향의 차 채널 수신 신호 AZ,i, 고각 방향의 차채널 수신신호 EL,i를 수신한다. 표적 방향 결정 장치(200)는 수신 신호와 사전 테이블에 저장된 모노 펄스 기울기 kAZ,i, kEL,i를 이용하여 카세그레인 안테나 빔 방향에 대한 상대적인 표적 각도의 방위각 xi와 상대적인 표적 각도의 고각 yi를 결정할 수 있다. 표적 각도의 방위각과 고각은 <수학식 3>과 같이 결정될 수 있다.
<수학식 3>을 참고하면, xi는 표적 각도의 방위각, yi는 표적 각도의 고각, kAZ,i는 방위각 방향의 모노 펄스 기울기, kEL,i는 고각 방향의 모노 펄스 기울기, 는 고각 방향의 차 채널 수신 신호, Σ는 합 채널 수신 신호, i는 생성 대상 각도 번호를 지시한다. 표적 방향 결정 장치(200)는 사전 테이블에 저장된 카세그레인 안테나 주 빔 방향의 방위각과 고각에 표적 각도의 방위각, 고각을 더하여 최종적으로 표적의 방위각, 고각을 결정할 수 있다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 표적 방향 결정 시스템에서, 표적 방향 결정 장치(200)가 최대 안테나 빔 방향을 결정하는 방법에 관한 흐름도(700)를 도시한다. 도 7은 표적 방향 결정 장치(200)의 신호 처리부(280)의 동작 방법을 예시한다.
표적 방향 결정 장치(200)는 주 반사판과 부 반사판 중 적어도 하나가 M 번째 회전 각도로 회전되어 있는 경우, M 번째 회전 각도에 대응되는 M 번째 최대 안테나 빔 방향을 결정할 수 있다. 이를 위하여, 표적 방향 결정 장치(200) 빔 스캔을 이용할 수 있다.
도 7을 참고하면 단계(701)에서, 표적 방향 결정 장치(200)는 카세그레인 안테나의 빔 스캔 범위와 스캔 간격을 결정한다. 빔 스캔의 범위와 스캔 간격 p0는 카세그레인 안테나의 방위각 고각 설계에 따라 결정될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 적어도 하나의 반사판의 회전 각도에 따른 카세그레인 안테나 주 빔 방향의 방위각 및 고각은 미리 시뮬레이션을 통해 획득될 수 있다. 이에 대응하여, 빔 스캔 범위와 스캔 간격은 획득된 방위각, 고각이 빔 스캔 범위 내에 포함되도록 결정될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 빔 스캔 범위의 방위각 범위는 -90° 내지 +90°, 빔 스캔 범위의 고각 범위는 -90°내지 +90°로 결정될 수 있다. 또한, 스캔 간격 p0는 시뮬레이션을 통해 0.01°, 0.1°, 1° 중 적어도 하나로 설정될 수 있다.
단계(703)에서, 표적 방향 결정 장치(200)는 빔 스캔 범위 내에서, 스캔 간격에 따른 각도들에서 합 채널 수신 신호들의 세기를 측정한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 표적 방향 결정 장치(200)는 빔 스캔 범위에서 빔 스캔 간격에 따라 결정되는 각도에서 측정 신호를 수신한다.
단계(705)에서, 표적 방향 결정 장치(200)는 합 채널 수신 신호들 중에 신호의 세기가 최대가 되는 안테나 빔 각도를 결정한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 표적 방향 결정 장치(200)는 빔 스캔 범위 내에서 스캔 간격에 따라 결정되는 각도들에서 합 채널 수신 신호의 최대가 되는 안테나 빔 각도를 결정할 수 있다.
단계(707)에서, 표적 방향 결정 장치(200)는 스캔 간격이 임계 값 이하인지 여부를 식별한다. 최대 안테나 빔 방향의 정밀도를 향상시키기 위하여 임계 값이 사전에 설정될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 표적 방향 결정 장치(200)는 사용자로부터 최대 안테나 빔 방향 결정에 소요되는 시간 정보와 최대 안테나 빔 방향의 정밀도 정보 중 적어도 하나의 정보를 입력 받고, 시간 정보와 정밀도 정보 중 적어도 하나에 기반하여 임계 값을 변경할 수 있다.
표적 방향 결정 장치(200)는 스캔 간격 p0와 임계 값을 비교할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 표적 방향 결정 장치(200)는 스캔 간격 p0가 임계 값 이하인 경우 단계(709)로 진행하여 결정된 안테나 빔 각도를 최대 안테나 빔 방향으로 결정한다. 다른 일 실시 예에 따르면, 표적 방향 결정 장치(200)는 스캔 간격 p0가 임계 값 보다 큰 경우, 단계(701)로 진행하여 빔 스캔 범위와 스캔 간격을 결정한다.
표적 방향 결정 장치(200)는 스캔 간격 p0가 임계 값 보다 큰 경우, 단계(701)로 다시 진행하여 빔 스캔 범위와 스캔 간격을 변경한다. 이후 표적 방향 결정 장치(200)는 변경된 스캔 간격 p1와 변경된 빔 스캔 범위 내에서 빔 스캔을 다시 진행한다. 여기서, 변경된 빔 스캔 범위는 결정된 안테나 빔 각도보다 스캔 간격 p0만큼 작은 각도에서 결정된 안테나 빔 각도보다 스캔 간격 p0만큼 큰 각도까지의 범위를 지시하고, 스캔 간격 p1은 p0 스캔 간격 보다 작도록 결정될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 변경된 스캔 간격은 초기 스캔 간격의 1/10로 결정될 수 있다.
표적 방향 결정 장치(200)는 빔 스캔 범위와 스캔 간격을 감소시켜가며 최적의 안테나 빔 각도를 결정할 수 있다. 즉, 표적 방향 결정 장치(200)는 제1 빔 스캔 범위와 제1 스캔 간격으로 합 채널 수신 신호의 크기가 최대가 되는 안테나 빔 각도를 결정한다. 이후, 표적 방향 결정 장치(200)는 결정된 안테나 빔 각도 근방을 새로운 스캔 범위로 설정하고, 더 작은 빔 스캔 범위와 더 작은 스캔 간격으로 다시 합 채널 수신 신호의 크기가 최대가 되는 안테나 빔 각도를 결정한다. 표적 방향 결정 장치(200)는 이러한 안테나 빔 각도를 결정하는 과정을 반복함으로써, 최적의 안테나 빔 방향을 결정할 수 있다. 여기서, 스캔 간격과 비교되는 임계 값을 작게 설정할수록 안테나 빔 방향에 관한 정확한 값이 획득될 수 있으나, 측정 시간이 오래 소요될 뿐만 아니라 각도 측정 장비의 측정 오차 한계를 초과할 수 있다. 따라서, 사용자는 최대 안테나 빔 방향 결정에 소요되는 시간 정보와 최대 안테나 빔 방향의 정밀도 정보 중 적어도 하나의 정보를 입력하여 표적 방향 결정 장치(200)에 저장된 임계 값을 변경시킴으로써, 표적 방향 측정 소요 시간과 정밀도에 관한 성능을 조정할 수 있다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
111, 161, 271 주 반사판 113, 163, 273 부 반사판
115, 165, 275 급전 안테나 117, 167 지지대
119, 169 빔 280 신호 처리부
210 카세그레인 안테나 장착부 230 수신기
220 카세그레인 안테나 조립체 240 제어기
250 카세그레인 안테나 272 주 반사판 구동부
260 카세그레인 안테나 구동부 274 부 반사판 구동부
310 측정용 송신 안테나 320 무반향 챔버

Claims (13)

  1. 카세그레인 안테나(cassegrain antenna)를 이용하여 표적의 방향을 탐지하기 위한 표적 방향 결정 장치의 동작 방법에 있어서,
    사전 테이블을 생성하는 단계;
    표적 신호를 수신하는 단계;
    상기 표적 신호에 기반하여 안테나 빔 방향을 결정하는 단계;
    상기 사전 테이블에 기반하여, 상기 카세그레인 안테나의 주 반사판의 회전 각도와 부 반사판의 회전 각도에 대응되는 표적 각도를 결정하는 단계; 및
    상기 안테나 빔 방향과 상기 표적 각도에 기반하여 상기 표적의 방향을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 사전 테이블은 상기 주 반사판의 회전 각도와 상기 부 반사판의 회전 각도에 대응되는 최대 안테나 빔 방향과, 상기 최대 안테나 빔 방향에 따라 결정되는 모노 펄스 기울기를 지시하는 테이블을 포함하고,
    상기 사전 테이블을 생성하는 단계는,
    상기 주 반사판의 회전 각도 및 상기 부 반사판의 회전 각도 중 적어도 하나의 각도에 따른 생성 대상 각도들을 결정하는 단계;
    상기 생성 대상 각도들 중 하나의 각도로, 상기 주 반사판 및 상기 부 반사판 중 적어도 하나를 회전시키는 단계;
    상기 카세그레인 안테나의 빔 스캔을 이용하여, 합 채널 수신 신호의 크기가 최대가 되는 최대 안테나 빔 방향을 결정하는 단계; 및
    상기 최대 안테나 빔 방향에 대응되는 모노 펄스 기울기를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 최대 안테나 빔 방향을 결정하는 단계는,
    상기 카세그레인 안테나의 제1 빔 스캔 범위와 제1 스캔 간격을 결정하는 단계;
    상기 제1 빔 스캔 범위 내에서, 상기 제1 스캔 간격에 따른 각도들에서 합 채널 수신 신호들의 세기를 측정하는 단계;
    상기 합 채널 수신 신호들 중에 신호의 세기가 최대가 되는 제1 안테나 빔 각도를 결정하는 단계;
    상기 제1 스캔 간격이 임계 값 이하인지 여부를 식별하는 단계; 및
    상기 제1 스캔 간격이 상기 임계 값 이하인 경우, 상기 제1 안테나 빔 각도를 상기 최대 안테나 빔 방향으로 결정하는 단계를 포함하는 표적 방향 결정 장치의 동작 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 스캔 간격이 상기 임계 값보다 큰 경우,
    상기 안테나 빔 각도에 기반하여, 제2 빔 스캔 범위와 제2 스캔 간격을 결정하는 단계;
    상기 제2 빔 스캔 범위 내에서, 상기 제2 스캔 간격에 따른 각도들에서 합 채널 수신 신호들의 세기를 측정하는 단계; 및
    상기 합 채널 수신 신호들 중에 신호의 세기가 최대가 되는 제2 안테나 빔 각도를 결정하는 단계를 포함하는 표적 방향 결정 장치의 동작 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 빔 스캔 범위는 상기 제1 안테나 빔 각도보다 상기 제1 스캔 간격만큼 작은 각도에서 상기 제1 안테나 빔 각도보다 상기 제1 스캔 간격만큼 큰 각도까지의 범위를 지시하고,
    상기 제2 스캔 간격은 상기 제1 스캔 간격보다 작도록 결정되는 표적 방향 결정 장치의 동작 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    사용자로부터, 상기 최대 안테나 빔 방향 결정에 소요되는 시간 정보와 상기 최대 안테나 빔 방향의 정밀도 정보 중 적어도 하나의 정보를 입력 받는 단계; 및
    상기 시간 정보와 정밀도 정보 중 적어도 하나에 기반하여 상기 임계 값을 변경하는 단계를 더 포함하는 표적 방향 결정 장치의 동작 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 모노 펄스 기울기의 표적 각도를 결정하는 단계는,
    상기 최대 안테나 빔 방향에서 수신된 상기 합 채널 수신 신호와 차 채널 수신 신호에 기반하여, 모노 펄스 기울기의 표적 각도를 연산하는 단계를 포함하는 표적 방향 결정 장치의 동작 방법.
  9. 카세그레인 안테나(cassegrain antenna)를 이용하여 표적의 방향을 계측하기 위한 표적 방향 결정 장치에 있어서,
    표적 신호를 수신하는 카세그레인 안테나 장착부; 및
    사전 테이블을 생성하고, 상기 카세그레인 안테나 장착부의 동작을 제어하고 상기 표적 신호에 기반하여 표적의 방향을 결정하는 신호 처리부를 포함하고,
    상기 신호 처리부는 상기 표적 신호에 기반하여 안테나 빔 방향을 결정하고, 상기 사전 테이블에 기반하여 상기 카세그레인 안테나의 주 반사판의 회전 각도와 부 반사판의 회전 각도에 대응되는 표적 각도를 결정하고, 상기 안테나 빔 방향과 상기 표적 각도에 기반하여 상기 표적의 방향을 결정하고,
    상기 사전 테이블은 상기 주 반사판의 회전 각도와 상기 부 반사판의 회전 각도에 대응되는 최대 안테나 빔 방향과, 상기 최대 안테나 빔 방향에 따라 결정되는 모노 펄스 기울기의 표적 각도를 지시하는 테이블을 포함하고,
    상기 신호 처리부는,
    상기 주 반사판의 회전 각도 및 상기 부 반사판의 회전 각도 중 적어도 하나의 각도에 따른 생성 대상 각도들을 결정하고,
    상기 생성 대상 각도들 중 하나의 각도로, 상기 주 반사판 및 상기 부 반사판 중 적어도 하나를 회전시키고,
    상기 카세그레인 안테나의 빔 스캔을 이용하여, 합 채널 수신 신호의 크기가 최대가 되는 최대 안테나 빔 방향을 결정하고,
    상기 최대 안테나 빔 방향에 대응되는 모노 펄스 기울기를 결정하고,
    상기 신호 처리부는,
    상기 카세그레인 안테나의 제1 빔 스캔 범위와 제1 스캔 간격을 결정하고,
    상기 제1 빔 스캔 범위 내에서, 상기 제1 스캔 간격에 따른 각도들에서 합 채널 수신 신호들의 세기를 측정하고,
    상기 합 채널 수신 신호들 중에 신호의 세기가 최대가 되는 제1 안테나 빔 각도를 결정하고,
    상기 제1 스캔 간격이 임계 값 이하인지 여부를 식별하고,
    상기 제1 스캔 간격이 상기 임계 값 이하인 경우, 상기 제1 안테나 빔 각도를 상기 최대 안테나 빔 방향으로 결정하는 표적 방향 결정 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 신호 처리부는
    상기 제1 스캔 간격이 상기 임계 값보다 큰 경우,
    상기 안테나 빔 각도에 기반하여, 제2 빔 스캔 범위와 제2 스캔 간격을 결정하고,
    상기 제2 빔 스캔 범위 내에서, 상기 제2 스캔 간격에 따른 각도들에서 합 채널 수신 신호들의 세기를 측정하고,
    상기 합 채널 수신 신호들 중에 신호의 세기가 최대가 되는 제2 안테나 빔 각도를 결정하는 표적 방향 결정 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101589721B1 (ko) * 2015-06-26 2016-01-28 엘아이지넥스원 주식회사 밀리미터파 대역 탐색기용 이중편파 모노펄스 안테나
KR102113042B1 (ko) * 2019-03-18 2020-05-20 한국항공우주산업 주식회사 Rf 전파 코니컬 스캔 기술을 이용한 위성 추적 안테나

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