KR102614395B1 - Transmitter and space surveillance radar having the same - Google Patents

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KR102614395B1
KR102614395B1 KR1020230065680A KR20230065680A KR102614395B1 KR 102614395 B1 KR102614395 B1 KR 102614395B1 KR 1020230065680 A KR1020230065680 A KR 1020230065680A KR 20230065680 A KR20230065680 A KR 20230065680A KR 102614395 B1 KR102614395 B1 KR 102614395B1
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steering
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백경호
홍상표
안도진
홍동희
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한화시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 우주물체를 탐색하고 추적하는 우주감시 레이다에 구비되는 송신기로서, 송신안테나; 송신펄스를 발생시키기 위한 펄스발생부; 상기 송신펄스를 복수개의 서브펄스로 분할하기 위한 펄스분할부; 및 상기 서브펄스들 각각이 상기 송신안테나를 통해 송신되어 형성되는 송신빔들의 조향을 다르게 조절하기 위한 조향조절부;를 포함하고, 넓은 각도 범위의 영역을 신속하게 탐색할 수 있다.The present invention is a transmitter provided in a space surveillance radar for searching and tracking space objects, including a transmission antenna; A pulse generator for generating transmission pulses; a pulse dividing unit for dividing the transmission pulse into a plurality of subpulses; and a steering control unit for differently adjusting the steering of transmission beams formed by transmitting each of the subpulses through the transmission antenna. It is possible to quickly search an area with a wide angular range.

Description

송신기 및 이를 구비하는 우주감시 레이다{TRANSMITTER AND SPACE SURVEILLANCE RADAR HAVING THE SAME}Transmitter and space surveillance radar equipped with the same {TRANSMITTER AND SPACE SURVEILLANCE RADAR HAVING THE SAME}

본 발명은 송신기 및 이를 구비하는 우주감시 레이다에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 넓은 각도 범위의 영역을 신속하게 탐색할 수 있는 송신기 및 이를 구비하는 우주감시 레이다에 관한 것이다.The present invention relates to a transmitter and a space surveillance radar equipped therewith, and more specifically, to a transmitter capable of quickly searching an area with a wide angular range and a space surveillance radar equipped therewith.

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.In general, space objects such as satellites, rockets, space debris, meteorites, and asteroids are flying in space. Therefore, technologies are being developed to search for meteorites and asteroids for astronomical research purposes, or to search for and track enemy satellites and rockets for military purposes.

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.Previously, optical systems were developed to monitor space. The optical system includes optical equipment and drive equipment that adjusts the altitude and azimuth of the optical equipment. At this time, to increase the angle of view of the optical equipment, the size and weight increase, so the driving speed of the driving equipment slows down. Therefore, there is a problem that it is difficult to track fast-moving satellites or rockets with an optical system. Additionally, because optical equipment is affected by the weather, use may be restricted in rainy weather or at night. Accordingly, there is a problem of not being able to search or track space objects depending on the weather.

상기와 같은 문제들을 해결하기 위해 최근에는 위상배열 레이다를 이용하여 우주를 감시하는 시스템이 개발되고 있다. 그러나 탐지영역이 넓기 때문에, 신속하게 상공을 스캔하여 우주물체를 탐지하고 추적하기 어려운 문제가 있다.To solve the above problems, a system for monitoring space using phased array radar has recently been developed. However, because the detection area is wide, it is difficult to quickly scan the sky to detect and track space objects.

KRKR 10-1584525 10-1584525 BB

본 발명은 넓은 각도 범위의 영역을 신속하게 탐색할 수 있는 송신기 및 이를 구비하는 우주감시 레이다를 제공한다.The present invention provides a transmitter capable of quickly searching an area with a wide angular range and a space surveillance radar equipped with the same.

본 발명은 우주물체를 탐색하거나 추적하는 임무를 안정적으로 수행할 수 있는 송신기 및 이를 구비하는 우주감시 레이다를 제공한다.The present invention provides a transmitter that can stably perform the mission of searching or tracking space objects and a space surveillance radar equipped with the same.

본 발명은 우주물체를 탐색하고 추적하는 우주감시 레이다에 구비되는 송신기로서, 송신안테나; 송신펄스를 발생시키기 위한 펄스발생부; 상기 송신펄스를 복수개의 서브펄스로 분할하기 위한 펄스분할부; 및 상기 서브펄스들 각각이 상기 송신안테나를 통해 송신되어 형성되는 송신빔들의 조향을 다르게 조절하기 위한 조향조절부;를 포함한다.The present invention is a transmitter provided in a space surveillance radar for searching and tracking space objects, including a transmission antenna; A pulse generator for generating transmission pulses; a pulse dividing unit for dividing the transmission pulse into a plurality of subpulses; and a steering control unit for differently adjusting the steering of transmission beams formed by transmitting each of the subpulses through the transmission antenna.

상기 펄스분할부는, 상기 서브펄스들이 서로 다른 주파수로 송신될 수 있도록, 상기 송신펄스를 미리 설정된 주파수대역별로 분할한다.The pulse dividing unit divides the transmission pulse into preset frequency bands so that the subpulses can be transmitted at different frequencies.

상기 송신안테나는 복수개의 안테나소자를 구비하고, 상기 조향조절부는, 상기 송신빔들의 조향각을 설정하기 위한 조향각 설정부; 및 상기 조향각 설정부가 설정한 조향각에 맞추어 송신빔이 조향되도록, 상기 안테나소자들의 위상을 제어하기 위한 위상제어부;를 포함한다.The transmission antenna includes a plurality of antenna elements, and the steering control unit includes a steering angle setting unit for setting steering angles of the transmission beams. and a phase control unit for controlling the phases of the antenna elements so that the transmission beam is steered according to the steering angle set by the steering angle setting unit.

상기 조향각 설정부는, 하기의 계산식(1)을 이용하여 송신빔의 조향을 위한 벡터를 산출한다.The steering angle setting unit calculates a vector for steering the transmission beam using the following calculation equation (1).

계산식(1):

Figure 112023056500375-pat00001
Calculation formula (1):
Figure 112023056500375-pat00001

(여기서, X(t)는 송신빔의 조향을 위한 벡터이고, K는 서브펄스의 수이고, k는 조향하려는 방위각의 수이고, u0k는 방위각이고, s(u0k)는 k개의 방위각 u0k로 조향되는 송신파형을 나타내는 벡터이고, φ(t,k)는 서브펄스의 위상임)( Here , k is a vector representing the transmission waveform steered by k, and ϕ(t,k) is the phase of the subpulse)

상기 조향각 설정부는, 하기의 계산식(2)를 이용하여 서브펄스의 위상을 산출한다.The steering angle setting unit calculates the phase of the subpulse using the following calculation formula (2).

계산식(2):

Figure 112023056500375-pat00002
,
Figure 112023056500375-pat00003
Calculation formula (2):
Figure 112023056500375-pat00002
,
Figure 112023056500375-pat00003

(여기서, φ(t,k)는 서브펄스의 위상이고, fk는 k번째 서브펄스의 오프셋 주파수이고, τp는 서브펄스의 폭이고, b는 첩 대역폭이고, t는 시간임)(where ϕ(t,k) is the phase of the subpulse, f k is the offset frequency of the kth subpulse, τ p is the width of the subpulse, b is the chirp bandwidth, and t is time)

상기 조향각 설정부는, 상기 송신빔들의 조향각 변화량을 0.1도 이상 내지 0.4도 이하의 값 중 어느 하나로 설정한다.The steering angle setting unit sets the amount of change in the steering angle of the transmission beams to one of a value between 0.1 degree and 0.4 degree.

본 발명은 우주물체를 탐색하고 추적하기 위한 우주감시 레이다로서, 서로 다른 송신각도로 서브펄스들을 송신하기 위한 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항의 송신기; 상기 서브펄스들이 반사되어 수신된 수신신호들을 처리하기 위한 수신기; 및 상기 우주물체에 의해 발생하는 시간지연을 보상해주도록, 상기 수신기와 연결되는 지연보상기;를 포함한다.The present invention is a space surveillance radar for searching and tracking space objects, comprising: a transmitter according to any one of claims 1 to 6 for transmitting subpulses at different transmission angles; a receiver for processing received signals received by reflecting the subpulses; and a delay compensator connected to the receiver to compensate for time delay caused by the space object.

상기 수신기는, 상기 수신신호들을 수신하기 위한 수신안테나; 상기 수신신호들을 이용하여 수신빔을 형성하기 위한 수신빔 형성부; 및 상기 수신빔을 주파수대역별로 각각 펄스 압축하기 위한 복수개의 펄스압축부;를 포함한다.The receiver includes a receiving antenna for receiving the received signals; a reception beam forming unit for forming a reception beam using the reception signals; and a plurality of pulse compression units for respectively pulse compressing the received beam for each frequency band.

본 발명의 실시 예들에 따르면, 메인펄스를 복수개의 서브펄스로 분할하고, 서브펄스들 각각이 송신되어 형성되는 송신빔들의 조향을 다르게 조절하여, 넓은 각도 범위의 영역을 신속하게 탐색할 수 있다. 따라서, 서브펄스들을 이용하여 넓은 영역을 스캔하여 우주물체를 탐색하거나 추적하는 임무를 안정적으로 수행할 수 있다.According to embodiments of the present invention, a main pulse is divided into a plurality of subpulses, and the steering of transmission beams formed by transmitting each of the subpulses is adjusted differently, so that an area with a wide angular range can be quickly searched. Therefore, it is possible to stably perform the mission of searching or tracking space objects by scanning a wide area using subpulses.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 우주감시 레이다의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 송신기가 송신한 서브펄스들의 송신파형을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수신기가 형성한 수신빔들을 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of a space surveillance radar according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing the transmission waveform of subpulses transmitted by a transmitter according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing reception beams formed by a receiver according to an embodiment of the present invention.

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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms. These embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. This is provided to inform you. The drawings may be exaggerated to explain the invention in detail, and like symbols refer to like elements in the drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 우주감시 레이다의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 송신기가 송신한 서브펄스들의 송신파형을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수신기가 형성한 수신빔들을 나타내는 도면이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 우주감시 레이다에 대해 설명하기로 한다.FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a space surveillance radar according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the transmission waveform of subpulses transmitted by a transmitter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a space surveillance radar according to an embodiment of the present invention. This is a diagram showing reception beams formed by a receiver according to an embodiment. In the following, a space surveillance radar according to an embodiment of the present invention will be described.

우주감시 레이다는 우주물체를 탐색하고 추적하기 위한 우주감시 레이다이다. 도 1을 참조하면, 우주감시 레이다(100)는 송신기(110), 수신기(120), 및 지연보상기(130)를 포함한다.Space surveillance radar is a space surveillance radar for searching and tracking space objects. Referring to FIG. 1, the space surveillance radar 100 includes a transmitter 110, a receiver 120, and a delay compensator 130.

송신기(110)는 메인펄스를 분할하여 생성한 서브펄스들을 송신할 수 있다. 예를 들어, 송신기(110)는 지상에 배치되어 상공으로 서브펄스들을 송신할 수 있고, 서브펄스들 각각이 송신되어 형성되는 송신빔들의 조향을 다르게 조절하여 상공의 넓은 영역을 신속하게 스캔할 수 있다. 송신기(110)는 송신안테나(111), 펄스발생부(112), 펄스분할부(113), 및 조향조절부(114)를 포함한다.The transmitter 110 may transmit subpulses generated by dividing the main pulse. For example, the transmitter 110 can be placed on the ground and transmit subpulses into the sky, and can quickly scan a wide area of the sky by differently adjusting the steering of the transmission beams formed by transmitting each of the subpulses. there is. The transmitter 110 includes a transmission antenna 111, a pulse generator 112, a pulse splitter 113, and a steering control unit 114.

송신안테나(111)는 복수개의 안테나소자를 구비한다. 이에, 안테나소자들의 위상을 조절하면 송신빔의 조향각을 조절할 수 있다.The transmission antenna 111 includes a plurality of antenna elements. Accordingly, by adjusting the phase of the antenna elements, the steering angle of the transmission beam can be adjusted.

펄스발생부(112)는 송신펄스를 발생시킬 수 있다. 송신펄스는 일정간격을 두고 주기적으로 반복될 수 있다. 송신펄스는 광대역의 주파수를 가질 수 있다.The pulse generator 112 may generate a transmission pulse. Transmission pulses may be repeated periodically at regular intervals. The transmission pulse may have a broadband frequency.

펄스분할부(113)는 펄스발생부(112)로부터 송신펄스를 전달받을 수 있게 연결될 수 있다. 펄스분할부(113)는 전달받은 송신펄스를 복수개의 서브펄스로 분할할 수 있다. 상세하게는 펄스분할부(113)는 광대역의 송신펄스를 송신펄스의 주파수대역보다 작은 미리 설정된 주파수대역별로 분할할 수 있다. 따라서, 서브펄스들이 서로 다른 주파수로 송신될 수 있게 세분화될 수 있다.The pulse divider 113 may be connected to receive a transmission pulse from the pulse generator 112. The pulse splitter 113 may divide the received transmission pulse into a plurality of subpulses. In detail, the pulse division unit 113 may divide the wideband transmission pulse into preset frequency bands that are smaller than the frequency band of the transmission pulse. Accordingly, subpulses can be segmented to be transmitted at different frequencies.

조향조절부(114)는 펄스분할부(113)로부터 서브펄스들을 전달받을 수 있게 연결될 수 있다. 조향조절부(114)는 서브펄스들 각각이 송신안테나(111)를 통해 송신되어 형성되는 송신빔들의 조향이 달라지게 설정할 수 있다. 조향조절부(114)는 조향각 설정부(114a), 및 위상제어부(114b)를 포함한다.The steering control unit 114 may be connected to receive subpulses from the pulse dividing unit 113. The steering control unit 114 can set the steering of the transmission beams formed by transmitting each of the subpulses through the transmission antenna 111 to vary. The steering control unit 114 includes a steering angle setting unit 114a and a phase control unit 114b.

조향각 설정부(114a)는 송신빔들의 조향각을 설정할 수 있다. 이에, 조향각 설정부(114a)가 설정한 조향각에 따라 송신빔들이 서로 다른 조향각으로 조향될 수 있다. 조향각 설정부(114a)는 하기의 계산식(1)을 이용하여 송신빔의 조향을 위한 벡터를 산출할 수 있다.The steering angle setting unit 114a can set the steering angle of the transmission beams. Accordingly, the transmission beams may be steered at different steering angles according to the steering angle set by the steering angle setting unit 114a. The steering angle setting unit 114a can calculate a vector for steering the transmission beam using the following calculation equation (1).

계산식(1):

Figure 112023056500375-pat00004
Calculation formula (1):
Figure 112023056500375-pat00004

여기서, X(t)는 송신빔의 조향을 위한 벡터이고, K는 서브펄스의 수이고, k는 조향하려는 방위각의 수이고, u0k는 방위각이고, s(u0k)는 k개의 방위각 u0k로 조향되는 송신파형을 나타내는 벡터이고, φ(t,k)는 서브펄스의 위상이다. 따라서, 서브펄스의 개수에 따라 송신빔의 조향을 위한 벡터가 산출될 수 있다. 이때, 조향각 설정부(114a)는 하기의 계산식(2)를 이용하여 서브펄스의 위상을 산출할 수 있다. Here , _ It is a vector representing the transmission waveform steered by , and ϕ(t,k) is the phase of the subpulse. Therefore, a vector for steering the transmission beam can be calculated depending on the number of subpulses. At this time, the steering angle setting unit 114a can calculate the phase of the subpulse using the calculation equation (2) below.

계산식(2):

Figure 112023056500375-pat00005
,
Figure 112023056500375-pat00006
Calculation formula (2):
Figure 112023056500375-pat00005
,
Figure 112023056500375-pat00006

여기서, φ(t,k)는 서브펄스의 위상이고, fk는 k번째 서브펄스의 오프셋 주파수이고, τp는 서브펄스의 폭이고, b는 첩 대역폭이고, t는 시간이다. 조향각 설정부(114a)는 fk=b·k가 만족하도록 서브펄스의 위상을 산출할 수 있다. 한편, 빔조향을 위한 벡터는 하기의 계산식(3)으로 나타낼 수도 있다.Here, ϕ(t,k) is the phase of the subpulse, f k is the offset frequency of the kth subpulse, τ p is the width of the subpulse, b is the chirp bandwidth, and t is time. The steering angle setting unit 114a can calculate the phase of the subpulse so that f k = b·k is satisfied. Meanwhile, the vector for beam steering can also be expressed by the following calculation equation (3).

계산식(3):

Figure 112023056500375-pat00007
Calculation formula (3):
Figure 112023056500375-pat00007

여기서, u는 방위각이고, s(u)는 빔조향을 위한 벡터이다. 따라서 방위각(u)로의 빔조향을 위한 벡터가 산출될 수 있다.Here, u is the azimuth and s(u) is a vector for beam steering. Therefore, a vector for beam steering to the azimuth (u) can be calculated.

이때, 조향각 설정부(114a)는 송신빔들의 조향각 변화량을 0.1도 이상 내지 0.4도 이하의 값 중 어느 하나로 설정할 수 있다. 송신빔들의 조향각 변화량이 0.1도 미만이면 상공으로 송신되는 서브펄스들이 송신되는 영역이 너무 많이 중첩되고 탐지영역 전체를 스캔하는데 소요되는 시간이 증가하는 문제가 있다. 송신빔들의 조향각 변화량이 0.4도를 초과하면 상공으로 송신되는 서브펄스들 사이가 너무 멀어져 우주물체를 탐지하는 못하는 영역이 발생하는 문제가 있다. 따라서, 서브펄스들로 탐지영역 전체를 스캔하는 시간을 감소시키면서, 탐지영역에서 우주물체를 안정적으로 탐지할 수 있도록, 조향각 설정부(114a)는 송신빔들의 조향각 변화량을 0.1도 이상 내지 0.4도 이하의 값 중 어느 하나로 고정할 수 있다. At this time, the steering angle setting unit 114a may set the amount of change in the steering angle of the transmission beams to any of the values between 0.1 degrees and 0.4 degrees. If the change in the steering angle of the transmission beams is less than 0.1 degrees, there is a problem that the areas where subpulses transmitted into the sky overlap too much and the time required to scan the entire detection area increases. If the steering angle change of the transmission beams exceeds 0.4 degrees, the subpulses transmitted into the sky become too far apart, creating an area where space objects cannot be detected. Therefore, in order to stably detect space objects in the detection area while reducing the time to scan the entire detection area with subpulses, the steering angle setting unit 114a adjusts the steering angle change of the transmission beams to 0.1 degrees or more and 0.4 degrees or less. It can be fixed to one of the values.

위상제어부(114b)는 조향각 설정부(114a)가 설정한 송신빔들의 조향각 정보를 전달받을 수 있다. 위상제어부(114b)는 조향각 설정부(114a)가 설정한 조향각에 맞추어 송신빔이 조향되도록, 송신안테나(111)에 구비되는 안테나소자들의 위상을 제어할 수 있다. 조향각 정보가 조향각 값인 경우 위상제어부(114b)는 전달받은 조향각 값에 기초하여 안테나소자들에 대한 위상값을 도출하고 도출된 위상값을 기초로 안테나소자들을 제어할 수 있고, 조향각 정보가 조향각에 근거한 위상 값인 경우 위상제어부(114b)는 전달받은 위상값을 기초로 안테나소자들을 제어할 수 있다. 이에, 서브펄스들 각각이 송신안테나(111)를 통해 송신되어 형성되는 송신빔들의 조향이 서로 달라져 서브펄스들을 이용하여 탐지영역 전체를 스캔할 수 있다. 예를 들어, 송신안테나(111)가 남에서 북(또는, 우주물체 중 하나인 인공위성의 이동방향)으로 송신빔을 조향하면서 상공으로 서브펄스들을 송신할 수 있다.The phase control unit 114b may receive steering angle information of the transmission beams set by the steering angle setting unit 114a. The phase control unit 114b can control the phases of the antenna elements provided in the transmission antenna 111 so that the transmission beam is steered according to the steering angle set by the steering angle setting unit 114a. If the steering angle information is a steering angle value, the phase control unit 114b may derive phase values for the antenna elements based on the received steering angle value and control the antenna elements based on the derived phase value, and the steering angle information may be based on the steering angle. In the case of a phase value, the phase control unit 114b can control the antenna elements based on the received phase value. Accordingly, the steering of the transmission beams formed by each of the subpulses being transmitted through the transmission antenna 111 is different, so that the entire detection area can be scanned using the subpulses. For example, the transmission antenna 111 may transmit subpulses into the sky while steering the transmission beam from south to north (or the moving direction of an artificial satellite, which is one of the space objects).

이처럼 메인펄스를 복수개의 서브펄스로 분할하고, 서브펄스들 각각이 송신되어 형성되는 송신빔들의 조향을 다르게 조절하여, 넓은 각도 범위의 영역을 신속하게 탐색할 수 있다. 따라서, 서브펄스들을 이용하여 넓은 영역을 스캔하여 우주물체를 탐색하거나 추적하는 임무를 안정적으로 수행할 수 있다.In this way, by dividing the main pulse into a plurality of subpulses and controlling the steering of the transmission beams formed by transmitting each of the subpulses differently, an area with a wide angular range can be quickly searched. Therefore, it is possible to stably perform the mission of searching or tracking space objects by scanning a wide area using subpulses.

수신기(120)는 서브펄스들이 반사되어 수신된 수신신호들을 처리할 수 있다. 수신기(120)는 수신안테나(121), 수신빔 형성부(130), 및 펄스압축부(123)를 포함할 수 있다.The receiver 120 may process received signals received by reflecting subpulses. The receiver 120 may include a receiving antenna 121, a receiving beam forming unit 130, and a pulse compressing unit 123.

수신안테나(121)는 복수개의 안테나소자를 구비한다. 수신안테나(121)는 수신신호들을 수신할 수 있다.The receiving antenna 121 includes a plurality of antenna elements. The receiving antenna 121 can receive received signals.

수신빔 형성부(130)는 수신안테나(121)로부터 수신신호들을 전달받을 수 있게 연결될 수 있다. 수신신호들을 이용하여 수신빔을 형성할 수 있다. The reception beam forming unit 130 may be connected to receive reception signals from the reception antenna 121. A reception beam can be formed using reception signals.

펄스압축부(123)는 수신빔 형성부(130)로부터 수신빔을 전달받을 수 있게 연결될 수 있다. 펄스압축부(123)는 복수개가 구비되어 수신빔을 주파수대역별로 각각 펄스 압축할 수 있다. 예를 들어, 서브펄스들이 가지는 주파수대역에 맞추어 수신빔을 주파수대역별로 각각 펄스 압축할 수 있다. 따라서, 송신빔들이 서브펄스들 각각에 의해 형성되기 때문에, 송신빔들의 조향각에 연동하여 수신빔의 펄스 압축이 수행될 수 있다.The pulse compression unit 123 may be connected to receive the reception beam from the reception beam forming unit 130. A plurality of pulse compression units 123 are provided to pulse-compress the received beam for each frequency band. For example, the received beam can be pulse-compressed for each frequency band according to the frequency band of the subpulses. Accordingly, since the transmission beams are formed by each subpulse, pulse compression of the reception beam can be performed in conjunction with the steering angle of the transmission beams.

지연보상기(130)는 수신기(120)와 연결될 수 있다. 지연보상기(130)는 우주물체에 의해 발생하는 시간지연을 보상해 줄 수 있다. 예를 들어, 지연보상기(130)는 수신빔 형성부(122)와 연결되어 수신빔 형성부(122)가 처리하는 수신신호들 사이에 발생하는 시간지연을 보상해 줄 수 있다.Delay compensator 130 may be connected to the receiver 120. The delay compensator 130 can compensate for time delay caused by space objects. For example, the delay compensator 130 may be connected to the reception beam forming unit 122 to compensate for the time delay that occurs between received signals processed by the receiving beam forming unit 122.

한편, 우주감시 레이다(100)가 서브펄스들을 송신하는 과정을 설명하기로 한다. 펄스발생부(112)에서 광대역의 송신펄스를 발생시킬 수 있다. 송신펄스는 펄스분할부(113)로 전달되고, 주파수대역별로 분할되어 복수개의 서브펄스가 생성될 수 있다. 예를 들어, 5개의 서브펄스인 제1 서브펄스, 제2 서브펄스, 제3 서브펄스, 제4 서브펄스, 및 제5 서브펄스를 생성하고, 첩 대역폭을 10Hz로 설정하고, 서브펄스의 폭을 1초로 설정하는 경우, 도 2와 같은 서브펄스들의 파형이 형성될 수 있다. 즉, 0초에서 1초까지의 시간대에 주파수 f0=0Hz인 제1 서브펄스, 1초에서 2초까지의 시간대에 주파수 f1=10Hz인 제2 서브펄스, 2초에서 3초까지의 시간대에 주파수 f2=20Hz인 제3 서브펄스, 3초에서 4초까지의 시간대에 주파수 f3=30Hz인 제4 서브펄스, 및 4초에서 5초까지의 시간대에 주파수 f4=40Hz인 제5 서브펄스의 파형이 형성될 수 있다.Meanwhile, the process by which the space surveillance radar 100 transmits subpulses will be described. The pulse generator 112 can generate a broadband transmission pulse. The transmission pulse is transmitted to the pulse dividing unit 113 and divided by frequency band to generate a plurality of subpulses. For example, five subpulses, the first subpulse, the second subpulse, the third subpulse, the fourth subpulse, and the fifth subpulse, are generated, the chirp bandwidth is set to 10Hz, and the width of the subpulse is set to 10Hz. When set to 1 second, the waveform of subpulses as shown in FIG. 2 can be formed. That is, the first subpulse with a frequency f 0 = 0Hz in the time range from 0 seconds to 1 second, the second subpulse with a frequency f 1 = 10Hz in the time range from 1 second to 2 seconds, and the time range from 2 seconds to 3 seconds. a third subpulse with frequency f 2 =20 Hz, a fourth subpulse with frequency f 3 =30 Hz in the time period from 3 to 4 seconds, and a fifth subpulse with frequency f 4 =40 Hz in the time period from 4 to 5 seconds. A subpulse waveform may be formed.

그 다음, 서브펄스들 각각이 송신안테나(111)를 통해 송신되어 형성되는 송신빔들의 조향을 달라지도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 서브펄스, 제2 서브펄스, 제3 서브펄스, 제4 서브펄스, 및 제5 서브펄스를 송신하려는 경우, 서브펄스들 각각이 송신안테나(111)를 통해 송신되어 형성되는 송신빔들의 조향이 달라지게 설정할 수 있다. 즉, 제1 서브펄스의 송신빔 조향각이 0도가 되도록 설정하고, 제2 서브펄스의 송신빔 조향각이 0.2도가 되도록 설정하고, 제3 서브펄스의 송신빔 조향각이 0.4도가 되도록 설정하고, 제4 서브펄스의 송신빔 조향각이 0.6도가 되도록 설정하고, 제5 서브펄스의 송신빔 조향각이 0.6도가 되도록 설정할 수 있다.Next, the steering of the transmission beams formed by each of the subpulses being transmitted through the transmission antenna 111 can be controlled to vary. For example, when trying to transmit the first subpulse, the second subpulse, the third subpulse, the fourth subpulse, and the fifth subpulse, each of the subpulses is transmitted through the transmission antenna 111 to form The steering of the transmission beams can be set to vary. That is, the transmission beam steering angle of the first subpulse is set to be 0 degrees, the transmission beam steering angle of the second subpulse is set to be 0.2 degrees, the transmission beam steering angle of the third subpulse is set to be 0.4 degrees, and the fourth subpulse is set to be 0.4 degrees. The transmission beam steering angle of the pulse can be set to be 0.6 degrees, and the transmission beam steering angle of the fifth subpulse can be set to be 0.6 degrees.

그 다음, 설정된 조향각에 기초하여 송신안테나(111)에 구비되는 안테나소자들에 대한 위상값을 도출하고, 도출된 위상값을 기초로 안테나소자들을 제어할 수 있다. 이에, 설정한 조향각에 맞추어 서브펄스들 각각의 송신빔이 조향되면서 송신되어 넓은 각도 범위의 영역을 신속하게 탐색할 수 있다. 따라서, 서브펄스들을 이용하여 넓은 영역을 스캔하여 우주물체를 탐색하거나 추적하는 임무를 안정적으로 수행할 수 있다.Next, the phase values for the antenna elements provided in the transmission antenna 111 can be derived based on the set steering angle, and the antenna elements can be controlled based on the derived phase values. Accordingly, the transmission beam of each subpulse is steered and transmitted according to the set steering angle, making it possible to quickly search an area with a wide angle range. Therefore, it is possible to stably perform the mission of searching or tracking space objects by scanning a wide area using subpulses.

한편, 우주감시 레이다(100)가 수신신호들을 수신하여 처리하는 과정을 설명하기로 한다. 우주감시 레이다(100)는 수신안테나(121)를 통해 수신신호들을 수신할 수 있다. 수신신호들은 수신빔 형성부(130)로 전달되고, 수신빔 형성부(130)는 수신신호들을 이용하여 수신빔을 형성할 수 있다. 임의의 방위각에 대한 수신빔 형성은 하기의 계산식(4)을 이용할 수 있다.Meanwhile, the process by which the space surveillance radar 100 receives and processes received signals will be described. The space surveillance radar 100 can receive reception signals through the reception antenna 121. The reception signals are transmitted to the reception beam forming unit 130, and the reception beam forming unit 130 can form a reception beam using the reception signals. For formation of a reception beam for an arbitrary azimuth angle, the following calculation formula (4) can be used.

계산식(4):

Figure 112023056500375-pat00008
Calculation formula (4):
Figure 112023056500375-pat00008

여기서, y(t,ux,td)는 수신빔이고, ux는 방위각이고, td는 우주물체에 의해 발생하는 시간지연일 수 있다. 따라서, 수신신호들이 수신되는 시간에 따라 순차적으로 수신빔들이 형성될 수 있다.Here, y(t,ux,t d ) is the received beam, ux is the azimuth, and t d may be a time delay caused by a space object. Accordingly, reception beams can be formed sequentially according to the time at which the reception signals are received.

그 다음, 복수개의 펄스압축부(123)를 이용하여 수신빔을 주파수대역별로 각각 펄스 압축할 수 있다. 즉, 서브펄스들 각각이 가지는 주파수대역에 맞추어 수신빔의 펄스 압축이 수행될 수 있다. 송신각도와 연동된 펄스압축 결과는 다음의 계산식(5)와 같을 수 있다.Next, the received beam can be pulse-compressed for each frequency band using a plurality of pulse compression units 123. That is, pulse compression of the reception beam can be performed according to the frequency band of each subpulse. The pulse compression result linked to the transmission angle can be expressed as the following calculation equation (5).

계산식(5):

Figure 112023056500375-pat00009
Calculation formula (5):
Figure 112023056500375-pat00009

여기서, z(ux,td,k)는 펄스압축 결과일 수 있다. 따라서, 주파수대역별로 펄스 압축을 수행하여 주파수대역별로 수신빔을 획득할 수 있다. 이때, 주파수대역별로 펄스 압축된 수신빔들이 도 3과 같이 나타날 수 있다. 따라서, 서브펄스들로 상공을 스캔한 결과를 획득할 수 있다. 이후, 주파수대역별로 펄스 압축된 수신빔들을 이용하여 3차원 영상을 생성할 수 있다. 따라서, 영상을 통해 우주물체를 탐색하거나 추적하는 임무를 수행할 수 있다.Here, z(ux,t d ,k) may be the result of pulse compression. Therefore, it is possible to obtain a reception beam for each frequency band by performing pulse compression for each frequency band. At this time, pulse-compressed received beams for each frequency band may appear as shown in FIG. 3. Therefore, the results of scanning the sky with subpulses can be obtained. Afterwards, a 3D image can be generated using pulse-compressed received beams for each frequency band. Therefore, it is possible to perform missions of searching or tracking space objects through images.

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.As such, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention, and various combinations between the embodiments are also possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the claims described below as well as equivalents to these claims.

100: 우주감시 레이다 110: 송신기
111: 송신안테나 112: 펄스발생부
113: 펄스분할부 114: 조향조절부
114a: 조향각 설정부 114b: 위상제어부
120: 수신기 121: 수신안테나
122: 수신빔 형성부 123: 펄스압축부
130: 지연보상기100: Space surveillance radar 110: Transmitter
111: Transmission antenna 112: Pulse generator
113: Pulse division unit 114: Steering control unit
114a: Steering angle setting unit 114b: Phase control unit
120: Receiver 121: Receiving antenna
122: Receiving beam forming unit 123: Pulse compression unit
130: Delay compensator

Claims (8)

우주물체를 탐색하고 추적하는 우주감시 레이다에 구비되는 송신기로서,
복수개의 안테나소자를 구비하는 송신안테나;
송신펄스를 발생시키기 위한 펄스발생부;
상기 송신펄스를 복수개의 서브펄스로 분할하기 위한 펄스분할부; 및
상기 서브펄스들 각각이 상기 송신안테나를 통해 송신되어 형성되는 송신빔들의 조향을 다르게 조절하기 위한 조향조절부;를 포함하고,
상기 조향조절부는,
상기 송신빔들의 조향각을 설정하기 위한 조향각 설정부, 및
상기 조향각 설정부가 설정한 조향각에 맞추어 송신빔이 조향되도록, 상기 안테나소자들의 위상을 제어하기 위한 위상제어부를 포함하고,
상기 조향각 설정부는,
하기의 계산식(1)을 이용하여 송신빔의 조향을 위한 벡터를 산출하는 송신기.
계산식(1):
(여기서, X(t)는 송신빔의 조향을 위한 벡터이고, K는 서브펄스의 수이고, k는 조향하려는 방위각의 수이고, u0k는 방위각이고, s(u0k)는 k개의 방위각 u0k로 조향되는 송신파형을 나타내는 벡터이고, φ(t,k)는 서브펄스의 위상임)It is a transmitter provided in a space surveillance radar that searches for and tracks space objects,
A transmission antenna having a plurality of antenna elements;
A pulse generator for generating transmission pulses;
a pulse dividing unit for dividing the transmission pulse into a plurality of subpulses; and
A steering control unit for differently adjusting the steering of transmission beams formed by transmitting each of the subpulses through the transmission antenna,
The steering control unit,
a steering angle setting unit for setting steering angles of the transmission beams, and
A phase control unit for controlling the phases of the antenna elements so that the transmission beam is steered according to the steering angle set by the steering angle setting unit,
The steering angle setting unit,
A transmitter that calculates a vector for steering the transmission beam using the calculation formula (1) below.
Calculation formula (1):
( Here , k is a vector representing the transmission waveform steered by k, and ϕ(t,k) is the phase of the subpulse) 청구항 1에 있어서,
상기 펄스분할부는,
상기 서브펄스들이 서로 다른 주파수로 송신될 수 있도록, 상기 송신펄스를 미리 설정된 주파수대역별로 분할하는 송신기.In claim 1,
The pulse division unit,
A transmitter that divides the transmission pulse into preset frequency bands so that the subpulses can be transmitted at different frequencies. 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 조향각 설정부는,
하기의 계산식(2)를 이용하여 서브펄스의 위상을 산출하는 송신기.
계산식(2):
Figure 112023123536469-pat00011
,
Figure 112023123536469-pat00012

(여기서, φ(t,k)는 서브펄스의 위상이고, fk는 k번째 서브펄스의 오프셋 주파수이고, τp는 서브펄스의 폭이고, b는 첩 대역폭이고, t는 시간임)In claim 1,
The steering angle setting unit,
A transmitter that calculates the phase of the subpulse using the calculation formula (2) below.
Calculation formula (2):
Figure 112023123536469-pat00011
,
Figure 112023123536469-pat00012

(where ϕ(t,k) is the phase of the subpulse, f k is the offset frequency of the kth subpulse, τ p is the width of the subpulse, b is the chirp bandwidth, and t is time) 청구항 1에 있어서,
상기 조향각 설정부는,
상기 송신빔들의 조향각 변화량을 0.1도 이상 내지 0.4도 이하의 값 중 어느 하나로 설정하는 송신기.In claim 1,
The steering angle setting unit,
A transmitter that sets the steering angle change amount of the transmission beams to any one of a value between 0.1 degree and 0.4 degree. 우주물체를 탐색하고 추적하기 위한 우주감시 레이다로서,
서로 다른 송신각도로 서브펄스들을 송신하기 위한 청구항 1, 청구항 2, 청구항 5, 및 청구항 6 중 어느 한 항의 송신기;
상기 서브펄스들이 반사되어 수신된 수신신호들을 처리하기 위한 수신기; 및
상기 우주물체에 의해 발생하는 시간지연을 보상해주도록, 상기 수신기와 연결되는 지연보상기;를 포함하는 우주감시 레이다.As a space surveillance radar for searching and tracking space objects,
The transmitter of any one of claims 1, 2, 5, and 6 for transmitting subpulses at different transmission angles;
a receiver for processing received signals received by reflecting the subpulses; and
A space surveillance radar including a delay compensator connected to the receiver to compensate for time delay caused by the space object. 청구항 7에 있어서,
상기 수신기는,
상기 수신신호들을 수신하기 위한 수신안테나;
상기 수신신호들을 이용하여 수신빔을 형성하기 위한 수신빔 형성부; 및
상기 수신빔을 주파수대역별로 각각 펄스 압축하기 위한 복수개의 펄스압축부;를 포함하는 우주감시 레이다.In claim 7,
The receiver is,
a receiving antenna for receiving the received signals;
a reception beam forming unit for forming a reception beam using the reception signals; and
A space surveillance radar including a plurality of pulse compression units for each pulse compression of the received beam for each frequency band.
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