KR102598887B1 - 우주감시 레이다용 수신기 및 수신신호 처리방법 - Google Patents

우주감시 레이다용 수신기 및 수신신호 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 우주를 감시하고 우주물체를 식별하는 우주감시 레이다에 구비되는 수신기로서, 우주물체에서 반사된 수신신호를 수신하기 위한 수신부; 상기 수신신호를 전달받아 미리 설정된 제1 주파수 대역폭의 제1 신호를 추출하기 위한 제1 신호처리부; 상기 수신신호를 전달받아 상기 제1 주파수 대역폭보다 넓은 제2 주파수 대역폭의 제2 신호를 추출하기 위한 제2 신호처리부; 및 우주를 감시하기 위해 상기 제1 신호를 이용하여 제1 거리분해능의 제1 영상을 획득하고, 우주물체를 식별하기 위해 상기 제2 신호를 이용하여 제1 거리분해능보다 낮은 제2 거리분해능의 제2 영상을 획득하기 위한 영상획득부;를 포함하고, 수신신호를 용이하게 처리할 수 있다.

Description

우주감시 레이다용 수신기 및 수신신호 처리방법{RECEIVER FOR SPACE SURVEILLANCE RADAR, AND METHOD FOR PROCESSING RECEIVED SIGNAL}
본 발명은 우주감시 레이다용 수신기 및 수신신호 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수신신호를 용이하게 처리할 수 있는 우주감시 레이다용 수신기 및 수신신호 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 인공위성, 로켓, 우주쓰레기, 운석, 및 소행성 등과 같은 우주물체가 우주를 비행하고 있다. 따라서, 천문연구를 목적으로 운석과 소행성을 탐색하거나, 군사용으로 적의 위성과 로켓을 탐색하여 추적하는 기술이 개발되고 있다.
이전에는 우주를 감시하기 위해 광학시스템을 개발하였다. 광학시스템은 광학장비 및 광학장비의 고도와 방위각을 조절하는 구동장비를 구비한다. 이때, 광학장비의 화각을 증가시키려면 크기와 무게가 증가하기 때문에, 구동장비의 구동속도가 느려진다. 따라서, 광학시스템으로 이동속도가 빠른 인공위성이나 로켓 등을 추적하기 어려운 문제가 있다. 또한, 광학장비는 날씨의 영향을 받기 때문에, 우천이나 야간에는 사용이 제한될 수 있다. 이에, 날씨에 따라 우주물체를 탐색하거나 추적하지 못하는 문제도 있다.
상기와 같은 문제들을 해결하기 위해 최근에는 위상배열 레이다를 이용하여 우주를 감시하는 시스템이 개발되고 있다. 그러나 위상배열 레이다를 운용하는 과정에서 발생하는 시간지연 때문에, 수신신호들을 처리하기 어려워 위상배열 레이다가 감시 임무나 우주물체 식별 임무를 안정적으로 수행하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
KR 10-1584525 B
본 발명은 수신신호를 용이하게 처리할 수 있는 우주감시 레이다용 수신기 및 수신신호 처리방법을 제공한다.
본 발명은 우주감시 레이다의 감시 임무와 우주물체 식별 임무를 안정적으로 수행시킬 수 있는 우주감시 레이다용 수신기를 제공한다.
본 발명은 우주를 감시하고 우주물체를 식별하는 우주감시 레이다에 구비되는 수신기로서, 우주물체에서 반사된 수신신호를 수신하기 위한 수신부; 상기 수신신호를 전달받아 미리 설정된 제1 주파수 대역폭의 제1 신호를 추출하기 위한 제1 신호처리부; 상기 수신신호를 전달받아 상기 제1 주파수 대역폭보다 넓은 제2 주파수 대역폭의 제2 신호를 추출하기 위한 제2 신호처리부; 및 우주를 감시하기 위해 상기 제1 신호를 이용하여 제1 거리분해능의 제1 영상을 획득하고, 우주물체를 식별하기 위해 상기 제2 신호를 이용하여 제1 거리분해능보다 낮은 제2 거리분해능의 제2 영상을 획득하기 위한 영상획득부;를 포함한다.
상기 제1 신호처리부는, 상기 우주감시 레이다가 송신한 송신신호의 제1 시간지연에 맞추어 수신신호를 지연시키기 위한 제1 시간지연 보상부; 및 지연된 수신신호로부터 상기 제1 주파수 대역폭의 제1 신호를 분리하기 위한 협대역 필터;를 포함한다.
상기 제1 신호처리부는, 송신신호가 우주물체로부터 반사되면서 발생하는 제2 시간지연에 맞추어 상기 제1 신호를 지연시키기 위한 제2 시간지연 보상부를 더 포함한다.
상기 우주감시 레이다는 빔을 조향하면서 미리 설정된 순서에 따라 송신신호들을 송신하고, 상기 제1 시간지연 보상부는, 송신신호들 사이의 제1 시간지연에 맞추어 상기 수신부로 수신되는 수신신호들을 차등적으로 지연시킨다.
상기 제2 신호처리부는, 상기 수신신호를 주파수 하향 변환시키기 위한 주파수 변환부; 및 주파수 하향 변환된 수신신호로부터 상기 제2 주파수 대역폭의 제2 신호를 분리하기 위한 광대역 필터;를 포함한다.
상기 주파수 변환부는, 상기 수신신호를 디처핑(Dechirping)하면서 상기 우주감시 레이다가 송신한 송신신호의 시간지연에 맞추어 수신신호를 지연시킨다.
본 발명은 우주를 감시하고 우주물체를 식별하는 우주감시 레이다로 수신된 수신신호를 처리하기 위한 수신신호 처리방법으로서, 우주물체에서 반사된 수신신호를 수신하는 과정; 상기 수신신호로부터 제1 주파수 대역폭의 제1 신호를 추출하는 과정; 상기 수신신호로부터 상기 제1 주파수 대역폭보다 넓은 제2 주파수 대역폭의 제2 신호를 추출하는 과정; 및 우주를 감시하기 위해 상기 제1 신호를 이용하여 제1 거리분해능의 제1 영상을 획득하고, 우주물체를 식별하기 위해 상기 제2 신호를 이용하여 제1 거리분해능보다 낮은 제2 거리분해능의 제2 영상을 획득하는 과정;을 포함한다.
상기 제1 신호를 추출하는 과정은, 상기 우주감시 레이다가 송신한 송신신호의 제1 시간지연에 맞추어 수신신호를 지연시키는 과정; 및 지연된 수신신호로부터 상기 제1 주파수 대역폭의 제1 신호를 분리하는 과정;을 포함한다.
상기 제1 시간지연에 맞추어 수신신호를 지연시키는 과정은, 상기 우주감시 레이다가 빔을 조향하면서 미리 설정된 순서에 따라 송신하는 송신신호들 사이의 제1 시간지연에 맞추어 상기 우주감시 레이다로 수신되는 수신신호들을 차등적으로 지연시키는 과정을 포함한다.
상기 제1 신호를 추출하는 과정은, 상기 수신신호로부터 상기 제1 신호를 분리한 후에, 송신신호가 우주물체로부터 반사되면서 발생하는 제2 시간지연에 맞추어 상기 제1 신호를 지연시키는 과정을 더 포함한다.
상기 제2 신호를 추출하는 과정은, 상기 수신신호를 주파수 하향 변환시키는 과정; 및 주파수 하향 변환된 수신신호로부터 상기 제2 주파수 대역폭의 제2 신호를 분리하는 과정;을 포함한다.
상기 수신신호를 주파수 하향 변환시키는 과정은, 상기 수신신호를 디처핑(Dechirping)하면서 상기 우주감시 레이다가 송신한 송신신호의 시간지연에 맞추어 수신신호를 지연시키는 과정을 포함한다.
상기 제1 신호를 추출하는 과정, 및 상기 제2 신호를 추출하는 과정은, 동시에 수행된다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 우주감시 레이다를 운용하면서 발생하는 시간지연에 용이하게 대응할 수 있다. 이에, 시간지연에 발생하더라도 수신신호를 안정적으로 처리하여 수신신호로부터 영상을 안정적으로 획득할 수 있다. 따라서, 우주감시 레이다가 영상을 이용하여 감시 임무와 우주물체 식별 임무를 안정적으로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 우주감시 레이다용 수신기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수신신호 처리방법을 나타내는 플로우 차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 우주감시 레이다용 수신기의 구성을 나타내는 도면이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 우주감시 레이다용 수신기에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 우주감시 레이다용 수신기는, 우주를 감시하고 우주물체를 식별하는 우주감시 레이다에 구비되는 수신기이다. 도 1을 참조하면, 우주감시 레이다용 수신기(100)는 수신부(110), 제1 신호처리부(120), 제2 신호처리부(130), 및 영상획득부(140)를 포함한다.
이때, 본 발명을 이해하기 위해 우주감시 레이다에 대해 설명하기로 한다. 우주감시 레이다는 지상에 설치되어 상공의 인공위성, 로켓, 우주쓰레기, 운석, 및 소행성 등과 같은 우주물체를 탐색 및 추적하는 설비이다. 예를 들어, 우주감시 레이다는 능동배열 안테나를 이용하여 남에서 북(또는, 인공위성의 이동방향)으로 빔을 조향하면서 상공으로 빔을 순차적으로 송신하고, 순차적으로 수신되는 수신되는 수신신호를 처리하여 우주물체를 탐색하거나 추적할 수 있다.
수신부(110)는 우주물체에서 반사된 수신신호를 수신할 수 있다. 상세하게는 우주감시 레이다에 구비되는 안테나로 수신신호가 수신되고, 안테나가 수신신호를 수신부(110)에 전달해 줄 수 있다. 수신부(110)는 수신신호를 처리하여 노이즈를 제거하고 디지털 방식으로 변환할 수 있다. 수신부(110)는 대역통과 필터(111), 및 디지털 변환부(112)를 포함한다.
대역통과 필터(BPF: Bandwidth Pass Filter)(111)는 미리 설정된 대역의 수신신호만 통과시킬 수 있다. 이에, 수신신호 중 필요한 데이터가 포함된 대역의 수신신호만 대역통과 필터(111)를 통과하고, 이외의 노이즈가 포함된 대역의 신호는 대역통과 필터(111)를 통과하지 못할 수 있다. 따라서, 수신신호가 대역통과 필터(111)에 의해 필터링되면서 노이즈가 제거될 수 있다.
디지털 변환부(112)는 대역통과 필터(111)로부터 신호를 전달받을 수 있게 연결될 수 있다. 이에, 디지털 변환부(112)는 대역통과 필터(111)를 통과한 수신신호를 전달받을 수 있다. 디지털 변환부(112)는 아날로그-디지털 변환기일 수 있다. 따라서, 안테나로 수신되는 아날로그 방식의 수신신호가, 디지털 변환부(112)를 통과하여 디지털 방식으로 변환될 수 있다.
제1 신호처리부(120)는 수신부(110)로부터 신호를 전달받을 수 있게 연결될 수 있다. 이에, 제1 신호처리부(120)는 디지털 방식의 수신신호를 전달받아 미리 설정된 제1 주파수 대역폭의 제1 신호를 추출할 수 있다. 제1 신호처리부(120)는 제1 시간지연 보상부(121), 및 협대역 필터(122)를 포함한다.
제1 시간지연 보상부(121)는 디지털 변환부(112)로부터 신호를 전달받을 수 있다. 제1 시간지연 보상부(121)는 우주감시 레이다가 송신한 송신신호의 제1 시간지연에 맞추어 수신신호를 지연시켜 제1 시간지연을 보상해 줄 수 있다. 예를 들어, 제1 시간지연 보상부(121)는 탭 지연라인(Tapper delay line)일 수 있고, 탭 지연라인은 직렬로 연결되는 N(자연수)개의 단위 경로 신호지연생성요소(또는, 버퍼부)를 구비할 수 있다. 따라서, 우주감시 레이다가 빔을 조향하면서 미리 설정된 순서에 따라 송신신호들을 송신하는 경우, 제1 시간지연 보상부(121)는 송신신호들 사이의 제1 시간지연에 맞추어 수신부(110)로 수신(또는, 전달)되는 수신신호들을 차등적으로 지연시킬 수 있다.
협대역 필터(122)는 제1 시간지연 보상부(121)에서 지연된 수신신호를 전달받을 수 있다. 협대역 필터(122)는 미리 설정된 제1 주파수 대역폭의 수신신호만 통과시켜, 수신신호로부터 제1 주파수 대역폭의 제1 신호를 분리할 수 있다. 따라서, 제1 신호를 이용하여 상대적으로 높은 거리분해능의 영상을 생성할 수 있다.
이때, 제1 신호처리부(120)는 제2 시간지연 보상부(123)를 더 포함할 수도 있다. 제2 시간지연 보상부(123)는 협대역 필터(122)를 통과한 제1 신호를 전달받을 수 있다. 제2 시간지연 보상부(123)는 송신신호가 우주물체로부터 반사되면서 발생하는 제2 시간지연에 맞추어 제1 신호를 지연시켜 제2 시간지연을 보상해 줄 수 있다. 제2 시간지연은 제1 시간지연보다 길 수 있다. 예를 들어, 제2 시간지연 보상부(123)는 제1 신호를 저장하는 메모리(Memory)일 수 있고, 제2 시간지연을 모의하여 제1 신호를 지연시킬 수 있다. 상세하게는 제1 신호를 메모리에 저장한 후 메모리로부터 데이터를 읽어 들이는 시간, 즉 읽기 주소(Read Address)를 조절하여 모의하고자 하는 제2 시간지연을 구현할 수 있다.
한편, 제1 신호처리부(120)는 믹서(124), 및 제1 다운 샘플링부(125)를 더 포함할 수도 있다. 믹서(124)는 제1 시간지연 보상부(121)로부터 신호를 전달받을 수 있게 연결될 수 있다. 이에, 제1 시간지연 보상부(121)를 통과한 수신신호가 믹서(124)에 전달될 수 있다. 믹서(124)는 수신신호를 주파수 하향 변환시킬 수 있다. 제1 다운 샘플링부(125)는 믹서(124)를 통과한 수신신호를 전달받아 미리 설정된 비율로 다운 샘플링하여 협대역 필터(122)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 수신신호는 믹서(124)에서 중심주파수가 3000MHz에서 250MHz로 이동되고, 제1 다운 샘플링부(125)에서 12:1로 데시메이션 처리되어 반송파(Carrier)가 제거될 수 있다.
또한, 제1 신호처리부(120)는 펄스 압축부(126), 및 위상보상부(127)를 더 포함할 수도 있다. 펄스 압축부(126)는 협대역 필터(122)로부터 신호를 전달받을 수 있게 연결될 수 있다. 이에, 협대역 필터(122)를 통과한 제1 신호가 펄스 압축부(126)에 전달될 수 있다. 펄스 압축부(126)는 제1 신호의 펄스를 압축할 수 있다. 위상보상부(127)는 펄스 압축부(126)를 통과한 제1 신호를 전달받아 수신신호를 지연시키면서 발생한 위상변화를 보상하여 제2 시간지연부(123)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 위상보상부(127)는 믹서 형태를 가질 수 있고, 제1 신호는 위상보상부(127)에서 위상변화 전후의 차이만큼 차이가 나는 주파수 신호와 믹싱되어 위상변화가 보상될 수 있다.
제2 신호처리부(130)는 수신부(110)로부터 신호를 전달받을 수 있게 연결될 수 있다. 이에, 제2 신호처리부(130)는 수신부(110)로부터 수신신호를 전달받아 제1 주파수 대역폭보다 넓은 제2 주파수 대역폭의 제2 신호를 추출할 수 있다. 제2 신호처리부(130)와 제1 신호처리부(120)는 병렬로 수신부(110)와 연결되기 때문에, 제2 신호처리부(130)는 제1 신호처리부(120)와 별도로 수신신호를 전달받아 수신신호를 처리할 수 있다. 따라서, 제2 신호처리부(130)는 제1 신호처리부(120)와 동시에 작동할 수 있다. 제2 신호처리부(130)는 주파수 변환부(131), 및 광대역 필터(132)를 포함한다.
주파수 변환부(131)는 디지털 변환부(112)로부터 신호를 전달받을 수 있다. 주파수 변환부(131)는 수신신호를 주파수 하향 변환시킬 수 있다. 예를 들어, 1400MHz의 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave)를 가지는 수신신호가, 주파수 변환부(131)를 통과하여 80MHz의 CW(Continuous Wave)를 가지는 수신신호로 변환될 수 있다. 이때, 주파수 변환부(131)는 수신신호를 디처핑(Dechirping)하면서 우주감시 레이다가 송신한 송신신호의 시간지연에 맞추어 수신신호를 지연시킬 수 있다.
광대역 필터(132)는 주파수 변환부(131)를 통과한 수신신호를 전달받을 수 있다. 광대역 필터(132)는 미리 설정된 제2 주파수 대역폭의 수신신호만 통과시켜, 수신신호로부터 제2 주파수 대역폭의 제2 신호를 분리할 수 있다. 따라서, 제2 신호를 이용하여 상대적으로 낮은 거리분해능의 영상을 생성할 수 있다.
한편, 제2 신호처리부(130)는 제2 다운 샘플링부(133)를 더 포함할 수도 있다. 제2 신호처리부(130)는 주파수 변환부(131)로부터 신호를 전달받을 수 있게 연결될 수 있다. 이에, 제2 다운 샘플링부(133)는 주파수 변환부(131)를 통과한 수신신호를 미리 설정된 비율로 다운 샘플링하여 광대역 필터(132)로 전달할 수 있다. 제2 다운 샘플링부(3)는 수신신호를 12:1로 데시메이션 처리하여 반송파(Carrier)가 제거할 수 있다.
또한, 제2 신호처리부(130)는 푸리에 변환부(134)를 더 포함할 수도 있다. 푸리에 변환부(134)는 광대역 필터(132)로부터 신호를 전달받을 수 있게 연결될 수 있다. 이에, 푸리에 변환부(134)는 광대역 필터(132)에서 분리된 제2 신호를 전달받아 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)할 수 있다.
영상획득부(140)는 제1 신호처리부(120) 및 제2 신호처리부(130)로부터 신호를 전달받을 수 있게 연결될 수 있다. 이에, 영상획득부(140)는 제1 신호처리부(120)로부터 제1 신호를 전달받고, 제2 신호처리부(130)로부터 제2 신호를 전달받을 수 있다. 영상획득부(140)는 우주를 감시하기 위해 제1 신호를 이용하여 제1 거리분해능의 제1 영상을 획득하고, 우주물체를 식별하기 위해 제2 신호를 이용하여 제1 거리분해능보다 낮은 제2 거리분해능의 제2 영상을 획득할 수 있다. 제2 영상의 거리분해능이 제1 영상보다 낮기(또는 해상도가 높기) 때문에, 제2 영상을 우주물체를 식별하는데 사용하고, 제1 영상을 우주를 감시하는데 사용할 수 있다.
이처럼 우주감시 레이다를 운용하면서 발생하는 시간지연에 용이하게 대응할 수 있다. 따라서, 시간지연에 발생하더라도 수신신호를 안정적으로 처리하여 수신신호로부터 영상을 안정적으로 획득할 수 있다. 이에, 우주감시 레이다가 영상을 이용하여 감시 임무와 우주물체 식별 임무를 안정적으로 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수신신호 처리방법을 나타내는 플로우 차트이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 수신신호 처리방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 수신신호 처리방법은, 우주를 감시하고 우주물체를 식별하는 우주감시 레이다로 수신된 수신신호를 처리하기 위한 수신신호 처리방법이다. 도 2를 참조하면 수신신호 처리방법은, 우주물체에서 반사된 수신신호를 수신하는 과정(S110), 수신신호로부터 제1 주파수 대역폭의 제1 신호를 추출하는 과정(S120), 수신신호로부터 제1 주파수 대역폭보다 넓은 제2 주파수 대역폭의 제2 신호를 추출하는 과정(S130), 및 우주를 감시하기 위해 제1 신호를 이용하여 제1 거리분해능의 제1 영상을 획득하고, 우주물체를 식별하기 위해 제2 신호를 이용하여 제1 거리분해능보다 낮은 제2 거리분해능의 제2 영상을 획득하는 과정(S140)을 포함한다.
이때, 수신신호 처리방법은 도 1과 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시 예에 따른 우주감시 레이다용 수신기에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 하기에서는 우주감시 레이다용 수신기에 의해 본 발명의 실시 예에 따른 수신신호 처리방법이 수행되는 것을 예시해서 설명하기로 한다. 그러나 이에 한정되지 않고 다양한 구성의 수신기에 의해 본 발명의 실시 예에 따른 수신신호 처리방법이 수행될 수 있다.
우선, 우주물체에서 반사된 수신신호를 수신한다(S110). 상세하게는 우주감시 레이다에 구비되는 안테나로 수신신호가 수신되고, 안테나가 수신신호를 수신부(110)에 전달해 줄 수 있다. 수신부(110)는 대역통과 필터(111)를 이용하여 수신신호 중 필요한 데이터가 포함된 대역(예를 들어, 3250±700MHz)의 수신신호만 분리하고, 디지털 변환부(112)를 이용하여 수신신호를 디지털 방식으로 변환시킬 수 있다.
그 다음, 수신신호로부터 제1 주파수 대역폭의 제1 신호를 추출한다(S120). 상세하게는 제1 거리분해능의 제1 영상을 획득하기 위해 사용할 신호를 획득하기 위해, 수신신호에서 제1 신호를 추출할 수 있다.
제1 신호를 추출하기 위해, 우주감시 레이다가 송신한 송신신호의 제1 시간지연에 맞추어 수신신호를 지연시킬 수 있다. 즉, 탭 지연라인을 이용하여 우주감시 레이다가 빔을 조향하면서 미리 설정된 순서에 따라 송신하는 송신신호들 사이의 제1 시간지연에 맞추어 우주감시 레이다로 수신되는 수신신호들을 차등적으로 지연시킬 수 있다.
또한, 지연된 수신신호로부터 제1 주파수 대역폭의 제1 신호를 분리할 수 있다. 즉, 미리 설정된 제1 주파수 대역폭의 수신신호만 통과시키는 협대역 필터(122)를 이용하여, 수신신호로부터 제1 주파수 대역폭의 제1 신호를 분리할 수 있다. 예를 들어, 제1 주파수 대역폭은 5MHz일 수 있다.
한편, 수신신호로부터 제1 신호를 분리하기 전에, 수신신호를 주파수 하향 변환시키는 과정, 및 다운 샘플링을 수행하는 과정이 수행될 수도 있다. 예를 들어, 믹서(124)를 이용하여 수신신호의 중심주파수를 3000MHz에서 250MHz로 이동시키고, 제1 다운 샘플링부(125)를 이용하여 주파수 하향 변환된 수신신호를 12:1로 데시메이션 처리하여 반송파(Carrier)를 제거할 수 있다.
또한, 수신신호로부터 제1 신호를 분리한 후에, 송신신호가 우주물체로부터 반사되면서 발생하는 제2 시간지연(제1 시간지연보다 김)에 맞추어 제1 신호를 지연시키는 과정이 수행될 수도 있다. 예를 들어, 제1 신호를 메모리에 저장한 후 메모리로부터 데이터를 읽어 들이는 시간, 즉 읽기 주소(Read Address)를 조절하여 제2 시간지연을 모의할 수 있다.
이때, 제1 시간지연과 제2 시간지연에 맞추어 시간지연을 보상해주는 정도는 하기의 식(1)과 같을 수 있다.
식(1): td = ndts + Nd12ts
여기서, td는 우주감시 레이다를 운용하면서 발생하는 총 시간지연의 값이고, nd는 제1 시간지연을 발생시키기 위한 값이고, ts는 1/fs(송신신호의 중심주파수, 예를 들어 fs의 값은 3000MHz)이고, Nd는 제2 시간지연을 발생시키기 위한 값이다. 따라서, 제1 시간지연과 제2 시간지연만큼 수신신호를 지연시켜 총 시간지연을 보상해줄 수 있다.
한편, 제2 시간지연에 맞추어 제1 신호를 지연시키기 전에, 제1 신호의 펄스를 압축하는 과정, 및 수신신호를 지연시키면서 발생한 위상변화를 보상하는 과정이 수행될 수도 있다. 예를 들어, 펄스 압축부(126)를 이용하여 제1 신호의 펄스를 압축하고, 위상보상부(127)를 이용하여 제1 신호를 위상변화 전후의 차이만큼 차이가 나는 주파수 신호와 믹싱하여 위상변화를 보상해 줄 수 있다.
그 다음, 수신신호로부터 제1 주파수 대역폭보다 넓은 제2 주파수 대역폭의 제2 신호를 추출한다(S130). 상세하게는 제1 거리분해능보다 낮은 제2 거리분해능의 제2 영상을 획득하기 위해 사용할 신호를 획득하기 위해, 수신신호에서 제2 신호를 추출할 수 있다. 이때, 제2 신호를 추출하는 과정은, 제1 신호를 추출하는 과정과 병렬적으로 수행될 수 있기 때문에, 제1 신호를 추출하는 과정 및 제2 신호를 추출하는 과정은 동시에(또는, 함께) 수행될 수 있다.
제2 신호를 추출하기 위해, 수신신호를 주파수 하향 변환시킬 수 있다. 예를 들어, 1400MHz의 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave)를 가지는 수신신호를, 주파수 변환부(131)에 통과시켜 80MHz의 CW(Continuous Wave)를 가지는 수신신호로 변환시킬 수 있다. 이때, 수신신호를 디처핑(Dechirping)하면서 우주감시 레이다가 송신한 송신신호의 시간지연에 맞추어 수신신호를 지연시킬 수 있다.
또한, 주파수 하향 변환된 수신신호로부터 제2 주파수 대역폭의 제2 신호를 분리할 수 있다. 즉, 미리 설정된 제2 주파수 대역폭의 수신신호만 통과시키는 광대역 필터(132)를 이용하여, 수신신호로부터 제2 주파수 대역폭의 제2 신호를 분리할 수 있다. 예를 들어, 제1 주파수 대역폭은 40MHz일 수 있다.
한편, 수신신호로부터 제2 신호를 분리하기 전에, 다운 샘플링을 수행하는 과정이 수행될 수도 있다. 예를 들어, 제2 다운 샘플링부(133)를 이용하여 주파수 하향 변환된 수신신호를 12:1로 데시메이션 처리하여 반송파(Carrier)를 제거할 수 있다.
또한, 수신신호로부터 제2 신호를 분리한 후에, 푸리에 변환하는 과정이 수행될 수도 있다. 예를 들어, 광대역 필터(132)에서 분리된 제2 신호를 푸리에 변환부(134)에 전달하여 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)할 수 있다.
그 다음, 우주를 감시하기 위해 상기 제1 신호를 이용하여 제1 거리분해능의 제1 영상을 획득하고, 우주물체를 식별하기 위해 상기 제2 신호를 이용하여 제1 거리분해능보다 낮은 제2 거리분해능의 제2 영상을 획득한다(S140). 예를 들어, 제1 거리분해능은 15m이고, 제2 거리분해능은 0.1m일 수 있다. 따라서, 거리분해능이 높은(또는 해상도가 낮은) 제1 영상은 우주를 감시하는데 사용하고, 거리분해능이 낮은(또는 해상도가 높은) 제2 영상은 우주물체를 식별하는데 사용할 수 있다. 이때, 제1 신호를 추출하는 과정 및 제2 신호를 추출하는 과정이 동시에 수행될 수 있기 때문에, 제1 영상과 제2 영상을 획득하는 과정도 동시에 수행될 수 있고, 우주를 감시하는 임무와 우주물체를 추적하는 임무도 동시에 수행될 수 있다.
이처럼 우주감시 레이다를 운용하면서 발생하는 시간지연에 용이하게 대응할 수 있다. 따라서, 시간지연에 발생하더라도 수신신호를 안정적으로 처리하여 수신신호로부터 영상을 안정적으로 획득할 수 있다. 이에, 우주감시 레이다가 영상을 이용하여 감시 임무와 우주물체 식별 임무를 안정적으로 수행할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하며, 실시 예들 간에 다양한 조합도 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 우주감시 레이다용 수신기 110: 수신부
111: 대역통과 필터 112: 디지털 변환부
120: 제1 신호처리부 121: 제1 시간지연 보상부
122: 협대역 필터 123: 제2 시간지연 보상부
130: 제2 신호처리부 131: 주파수 변환부
132: 광대역 필터 140: 영상획득부

Claims (13)

  1. 우주를 감시하고 우주물체를 식별하는 우주감시 레이다에 구비되는 수신기로서,
    우주물체에서 반사된 수신신호를 수신하기 위한 수신부;
    상기 수신신호를 전달받아 미리 설정된 제1 주파수 대역폭의 제1 신호를 추출하기 위한 제1 신호처리부;
    상기 수신신호를 전달받아 상기 제1 주파수 대역폭보다 넓은 제2 주파수 대역폭의 제2 신호를 추출하기 위한 제2 신호처리부; 및
    우주를 감시하기 위해 상기 제1 신호를 이용하여 제1 거리분해능의 제1 영상을 획득하고, 우주물체를 식별하기 위해 상기 제2 신호를 이용하여 제1 거리분해능보다 낮은 제2 거리분해능의 제2 영상을 획득하기 위한 영상획득부;를 포함하고,
    상기 제1 신호처리부와 상기 제2 신호처리부는, 상기 수신신호를 별도로 각각 전달받아 동시에 실행되도록 병렬로 상기 수신부와 연결되고,
    상기 영상획득부는, 상기 제1 영상과 상기 제2 영상을 함께 획득하는 우주감시 레이다용 수신기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 신호처리부는,
    상기 우주감시 레이다가 송신한 송신신호의 제1 시간지연에 맞추어 수신신호를 지연시키기 위한 제1 시간지연 보상부; 및
    지연된 수신신호로부터 상기 제1 주파수 대역폭의 제1 신호를 분리하기 위한 협대역 필터;를 포함하는 우주감시 레이다용 수신기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 신호처리부는,
    송신신호가 우주물체로부터 반사되면서 발생하는 제2 시간지연에 맞추어 상기 제1 신호를 지연시키기 위한 제2 시간지연 보상부를 더 포함하는 우주감시 레이다용 수신기.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 우주감시 레이다는 빔을 조향하면서 미리 설정된 순서에 따라 송신신호들을 송신하고,
    상기 제1 시간지연 보상부는, 송신신호들 사이의 제1 시간지연에 맞추어 상기 수신부로 수신되는 수신신호들을 차등적으로 지연시키는 우주감시 레이다용 수신기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 신호처리부는,
    상기 수신신호를 주파수 하향 변환시키기 위한 주파수 변환부; 및
    주파수 하향 변환된 수신신호로부터 상기 제2 주파수 대역폭의 제2 신호를 분리하기 위한 광대역 필터;를 포함하는 우주감시 레이다용 수신기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 주파수 변환부는,
    상기 수신신호를 디처핑(Dechirping)하면서 상기 우주감시 레이다가 송신한 송신신호의 시간지연에 맞추어 수신신호를 지연시키는 우주감시 레이다용 수신기.
  7. 우주를 감시하고 우주물체를 식별하는 우주감시 레이다로 수신된 수신신호를 처리하기 위한 수신신호 처리방법으로서,
    우주물체에서 반사된 수신신호를 수신하는 과정;
    상기 수신신호로부터 제1 주파수 대역폭의 제1 신호를 추출하는 과정;
    상기 수신신호로부터 상기 제1 주파수 대역폭보다 넓은 제2 주파수 대역폭의 제2 신호를 추출하는 과정; 및
    우주를 감시하기 위해 상기 제1 신호를 이용하여 제1 거리분해능의 제1 영상을 획득하고, 우주물체를 식별하기 위해 상기 제2 신호를 이용하여 제1 거리분해능보다 낮은 제2 거리분해능의 제2 영상을 획득하는 과정;을 포함하고,
    상기 제1 신호를 추출하는 과정과, 제2 신호를 추출하는 과정은, 상기 수신신호를 별도로 각각 전달받아 동시에 수행되고,
    상기 제1 영상을 획득하고 상기 제2 영상을 획득하는 과정에서, 우주를 감시하는 임무와 우주물체를 추적하는 임무가 동시에 수행될 수 있도록, 상기 제1 영상과 상기 제2 영상을 함께 획득하는 수신신호 처리방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 신호를 추출하는 과정은,
    상기 우주감시 레이다가 송신한 송신신호의 제1 시간지연에 맞추어 수신신호를 지연시키는 과정; 및
    지연된 수신신호로부터 상기 제1 주파수 대역폭의 제1 신호를 분리하는 과정;을 포함하는 수신신호 처리방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 시간지연에 맞추어 수신신호를 지연시키는 과정은,
    상기 우주감시 레이다가 빔을 조향하면서 미리 설정된 순서에 따라 송신하는 송신신호들 사이의 제1 시간지연에 맞추어 상기 우주감시 레이다로 수신되는 수신신호들을 차등적으로 지연시키는 과정을 포함하는 수신신호 처리방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 신호를 추출하는 과정은,
    상기 수신신호로부터 상기 제1 신호를 분리한 후에,
    송신신호가 우주물체로부터 반사되면서 발생하는 제2 시간지연에 맞추어 상기 제1 신호를 지연시키는 과정을 더 포함하는 수신신호 처리방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 신호를 추출하는 과정은,
    상기 수신신호를 주파수 하향 변환시키는 과정; 및
    주파수 하향 변환된 수신신호로부터 상기 제2 주파수 대역폭의 제2 신호를 분리하는 과정;을 포함하는 수신신호 처리방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 수신신호를 주파수 하향 변환시키는 과정은,
    상기 수신신호를 디처핑(Dechirping)하면서 상기 우주감시 레이다가 송신한 송신신호의 시간지연에 맞추어 수신신호를 지연시키는 과정을 포함하는 수신신호 처리방법.
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