KR102618583B1 - 안테나 장치 및 이를 포함하는 레이더 시스템 - Google Patents

안테나 장치 및 이를 포함하는 레이더 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동체에 장착되는 안테나 장치에 있어서, 전파를 송수신하는 적어도 하나의 안테나; 적어도 하나의 안테나 간의 사이를 차폐하는 차폐부; 및 적어도 하나의 안테나의 송수신을 제어하며, 적어도 하나의 안테나에 따른 보정 모드를 운용하여 영상을 생성하며 보정 값을 산출하는 제어부를 포함하는 안테나 장치를 제안한다.

Description

안테나 장치 및 이를 포함하는 레이더 시스템{Antenna apparatus and radar system including the same}
본 발명은 안테나 장치 및 이를 포함하는 레이더 시스템에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
합성 개구 레이더(Synthetic Aperture Radar, 이하 SAR)는 일반적으로 비행기 또는 인공 위성 등에 탑재되어 이동하는 동안, 여러 차례 지표로 빔을 방사하고 반사되어 수신된 신호에서 감지되는 도플러 주파수의 상대적 변화 특성을 이용하여 지표의 고분해능 정밀 이미지를 획득할 수 있는 레이더를 의미한다. 현재 SAR은 비행기 또는 인공 위성 등에 탑재되어 이용되므로, 무인 이동체에 탑재되어 이용할 수 있도록 초경량 소형으로 제작할 수 있는 영상 레이더 장치가 필요하다.
종래의 드론 탑재형 초소형 SAR는 다중편파 안테나가 4종 (HH, VV, HV, VH)의 다중편파 SAR 영상을 획득하기 위하여 각각의 안테나를 별도로 장착하여 4번의 임무를 수행하여야만 4종의 다중편파 SAR 영상을 획득할 수 있으며, 이에 따라 안테나 편파 특성을 보정하기가 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 한번의 임무만으로도 4종 (HH, VV, HV, VH)의 다중편파 SAR 영상을 획득하는 것에 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이동체에 장착되는 안테나 장치에 있어서, 전파를 송수신하는 적어도 하나의 안테나; 상기 적어도 하나의 안테나 간의 사이를 차폐하는 차폐부; 및 상기 적어도 하나의 안테나의 송수신을 제어하며, 상기 적어도 하나의 안테나에 따른 보정 모드를 운용하여 영상을 생성하며 보정 값을 산출하는 제어부를 포함하는 안테나 장치를 제안한다.
바람직하게는, 상기 적어도 하나의 안테나는, 마이크로스트립 패치 안테나로 구현되며, 수평한 편파를 형성하는 H 편파 안테나 및 수직한 편파를 형성하는 V 편파 안테나를 포함하고, 상기 H 편파 안테나 및 상기 V 편파 안테나는 서로 인접하도록 조립되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 적어도 하나의 안테나는, 제1 H 편파 안테나, 제2 H 편파 안테나, 제1 V 편파 안테나 및 제2 V 편파 안테나를 포함하고, 상기 제1 H 편파 안테나 및 상기 제2 H 편파 안테나는 상기 제1 V 편파 안테나 및 상기 제2 V 편파 안테나와 인접하도록 조립되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 차폐부는, 상기 제1 H 편파 안테나, 제2 H 편파 안테나, 제1 V 편파 안테나 및 제2 V 편파 안테나가 서로 인접하도록 조립되는 측면에 상기 안테나와 수직하게 구비되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어부는, 송신 펄스를 생성하여 상기 제1 H 편파 안테나 및 상기 제1 V 편파 안테나가 교차 송신하도록 제어하고, 상기 제1 H 편파 안테나 및 상기 제1 V 편파 안테나를 통해 송신된 송신 신호는 상기 제2 H 편파 안테나 및 상기 제2 V 편파 안테나를 통해 동시에 수신 신호를 수신하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 제1 H 편파 안테나 및 제1 V 편파 안테나의 교차 송수신을 통해 원시자료를 생성하며, 상기 원시 자료는 (i) 상기 제2 H 편파 안테나를 통해 수신한 수신 신호를 통해 생성된 HV 편파 및 VV 편파의 영상 및 (ii) 상기 제2 V 편파 안테나를 통해 수신한 수신 신호를 통해 생성된 HH 편파 및 VH 편파의 영상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 제1 H 편파 안테나 및 상기 제1 V 편파 안테나를 통한 송신 전, 상기 보정 모드를 운용하며, 상기 보정 모드에 따라 상기 송신을 통해 수신되는 ADC 영역의 편파별 수신되는 값을 저장하고, 상기 수신되는 값을 이용하여 실시간으로 보정상수를 산출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 보정상수는, 상기 제2 H 편파 안테나를 통해 수신한 HV 편파 수신값 및 VV 편파 수신값과, 제2 V 편파 안테나를 통해 수신한 HH 편파 수신값 및 VH 편파 수신값을 이용하여 산출되며, 상기 HV 편파 수신값, VV 편파 수신값, HH 편파 수신값 및 VH 편파 수신값은 복소수로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 전파를 송수신하는 적어도 하나의 안테나; 상기 적어도 하나의 안테나 간의 사이를 차폐하는 차폐부; 및 상기 적어도 하나의 안테나의 송수신을 제어하며, 상기 적어도 하나의 안테나에 따른 보정 모드를 운용하여 영상을 생성하며 보정 값을 산출하는 안테나 제어부를 포함하는 안테나 장치; 상기 안테나 장치의 구동 각도를 조절하는 김발 장치; 및 상기 안테나 장치 및 상기 김발 장치를 제어하는 레이더 제어부를 포함하는 레이더 시스템을 제안한다.
바람직하게는, 상기 적어도 하나의 안테나는, 수평한 편파를 형성하는 제1 H 편파 안테나 및 제2 H 편파 안테나를 포함하는 H 편파 안테나; 및 수직한 편파를 형성하는 제1 V 편파 안테나 및 제2 V 편파 안테나를 포함하는 V 편파 안테나를 포함하고, 마이크로스트립 패치 안테나로 구현되며, 상기 H 편파 안테나 및 상기 V 편파 안테나는 서로 인접하도록 조립되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1 H 편파 안테나 및 상기 제2 H 편파 안테나는, 상기 제1 V 편파 안테나 및 상기 제2 V 편파 안테나와 인접하도록 조립되며, 상기 차폐부는, 상기 제1 H 편파 안테나, 제2 H 편파 안테나, 제1 V 편파 안테나 및 제2 V 편파 안테나가 서로 인접하도록 조립되는 측면에 상기 안테나와 수직하게 구비되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어부는, 송신 펄스를 생성하여 상기 제1 H 편파 안테나 및 상기 제1 V 편파 안테나가 교차 송신하도록 제어하고, 상기 제1 H 편파 안테나 및 상기 제1 V 편파 안테나를 통해 송신된 송신 신호는 상기 제2 H 편파 안테나 및 상기 제2 V 편파 안테나를 통해 동시에 수신 신호를 수신하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 제1 H 편파 안테나 및 제1 V 편파 안테나의 교차 송수신을 통해 원시자료를 생성하며, 상기 원시 자료는 (i) 상기 제2 H 편파 안테나를 통해 수신한 수신 신호를 통해 생성된 HV 편파 및 VV 편파의 영상 및 (ii) 상기 제2 V 편파 안테나를 통해 수신한 수신 신호를 통해 생성된 HH 편파 및 VH 편파의 영상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 본 발명은 한번의 임무 수행으로 4종 (HH, VV, HV, VH)의 다중편파 SAR 원시자료를 생성할 수 있어, 4종의 다중편파 SAR 원시 자료를 생성하기 위하여 4번의 SAR 시스템 임무수행을 하여야 하는 제한점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 안테나를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 송신 및 수신 과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 포함하는 레이더 시스템을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보정 모드에서 수신 신호의 ADC 영역을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 운용 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초소형 합성 개구 레이다 시스템을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 발명은 안테나 장치 및 이를 포함하는 레이더 시스템에 관한 것이다.
종래의 드론 탑재형 초소형 SAR 시스템의 다중편파 안테나가 각각의 안테나로 구현되었으며, 4종 (HH, VV, HV, VH)의 다중편파 SAR 영상을 획득하기 위하여 각각의 안테나를 별도로 장착하여 4번의 임무를 수행하여야만 4종의 다중편파 SAR 영상을 획득할 수 있으며, 안테나 편파 특성을 보정하기가 어려운 문제가 있다.
본 발명의 안테나 장치(10)는 한번의 임무만으로도 4종 (HH, VV, HV, VH)의 다중편파 SAR 영상을 획득할 수 있는 성능 개량이 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 안테나 장치(10)는 드론 탑재형 초소형 SAR 시스템에 적용될 수 있고, 국방 감시정찰, 민수 방재, 교통감시 분야에서 활용될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 안테나 장치(10)는 안테나(100), 차폐부(200) 및 제어부(300)를 포함한다. 안테나 장치(10)는 도 1에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.
안테나 장치(10)는 이동체에 장착될 수 있다. 예를 들어, 이동체는 유인 비행체, 무인 비행체 등으로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
안테나(100)는 전파를 송수신할 수 있다. 여기서, 안테나(100)는 적어도 하나 구현될 수 있다.
안테나(100)는 마이크로스트립 패치 안테나로 구현되며, 수평한 편파를 형성하는 H 편파 안테나(110) 및 수직한 편파를 형성하는 V 편파 안테나(120)를 포함할 수 있다.
H 편파 안테나(110) 및 V 편파 안테나(120)는 서로 인접하도록 조립될 수 있다.
안테나(100)는 제1 H 편파 안테나(112), 제2 H 편파 안테나(114), 제1 V 편파 안테나(122) 및 제2 V 편파 안테나(124)를 포함할 수 있다.
제1 H 편파 안테나(112) 및 제2 H 편파 안테나(114)는 제1 V 편파 안테나(122) 및 제2 V 편파 안테나(124)와 인접하도록 조립될 수 있다.
차폐부(200)는 적어도 하나의 안테나(100) 간의 사이를 차폐할 수 있다.
차폐부(200)는 제1 H 편파 안테나(112), 제2 H 편파 안테나(114), 제1 V 편파 안테나(122) 및 제2 V 편파 안테나(124)가 서로 인접하도록 조립되는 측면에 안테나(100)와 수직하게 구비될 수 있다.
제어부(300)는 적어도 하나의 안테나(100)의 송수신을 제어하며, 적어도 하나의 안테나(100)에 따른 보정 모드를 운용하여 영상을 생성하며 보정 값을 산출할 수 있다.
제어부(300)는 송신 펄스를 생성하여 제1 H 편파 안테나(112) 및 제1 V 편파 안테나(122)가 교차 송신하도록 제어할 수 있다.
제1 H 편파 안테나(112) 및 제1 V 편파 안테나(122)를 통해 송신된 송신 신호는 제2 H 편파 안테나(114) 및 제2 V 편파 안테나(124)를 통해 동시에 수신 신호를 수신할 수 있다.
제어부(300)는 제1 H 편파 안테나(112) 및 제1 V 편파 안테나(122)의 교차 송수신을 통해 원시자료를 생성할 수 있다.
원시 자료는 (i) 제2 H 편파 안테나(114)를 통해 수신한 수신 신호를 통해 생성된 HV 편파 및 VV 편파의 영상 및 (ii) 제2 V 편파 안테나(124)를 통해 수신한 수신 신호를 통해 생성된 HH 편파 및 VH 편파의 영상을 포함할 수 있다.
제어부(300)는 제1 H 편파 안테나(112) 및 제1 V 편파 안테나(122)를 통한 송신 전, 보정 모드를 운용하며, 보정 모드에 따라 상기 송신을 통해 수신되는 ADC 영역의 편파별 수신되는 값을 저장할 수 있다.
제어부(300)는 수신되는 값을 이용하여 실시간으로 보정상수를 산출할 수 있다.
보정상수는 제2 H 편파 안테나(114)를 통해 수신한 HV 편파 수신값 및 VV 편파 수신값과, 제2 V 편파 안테나(124)를 통해 수신한 HH 편파 수신값 및 VH 편파 수신값을 이용하여 산출될 수 있다.
HV 편파 수신값, VV 편파 수신값, HH 편파 수신값 및 VH 편파 수신값은 복소수로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 안테나를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 안테나(100)는 H 편파 안테나(110) 및 V 편파 안테나(120)를 포함한다. 구체적으로, H 편파 안테나(110)는 제1 H 편파 안테나(112) 및 제2 H 편파 안테나(114)를 포함하고, V 편파 안테나(120)는 제1 V 편파 안테나(122) 및 제2 V 편파 안테나(124)를 포함한다.
제1 H 편파 안테나(112)는 일측면에 제1 V 편파 안테나(122) 및 제2 V 편파 안테나(124)가 각각 조립될 수 있다. 구체적으로, 제1 H 편파 안테나(112)는 4개의 측면을 형성하는 안테나로 구현되며, 인접한 측면 양측에 각각 제1 V 편파 안테나(122) 및 제2 V 편파 안테나(124)가 조립된다. 이때, 제1 V 편파 안테나(122) 및 제2 V 편파 안테나(124)의 사이에 제2 V 편파 안테나(124)가 조립될 수 있다.
제1 H 편파 안테나(112) 및 제2 H 편파 안테나(114)는 서로 대각선에 구비되며, 각각의 사이 측면에 제1 V 편파 안테나(122) 및 제2 V 편파 안테나(124)가 구비될 수 있다.
따라서, 안테나(100)는 제1 H 편파 안테나(112), 제2 H 편파 안테나(114), 제1 V 편파 안테나(122) 및 제2 V 편파 안테나(124)가 하나의 조립체로 조립되어 사각 형상으로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 안테나(100)는 경량화 된 마이크로스트립 패치 안테나로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
안테나 장치(10)는 각각의 편파 안테나에서 송신되는 신호가 다른 안테나로 유입되는 신호를 이용하여 실시간으로 보정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 송신 및 수신 과정을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 안테나 장치(10)는 4종(HH, VV, HV, VH)의 SAR 원시자료를 생성할 수 있다.
안테나 장치(10)는 파형발생기에서 송신 펄스를 생성할 수 있으며, 생성된 송신 펄스를 통해 안테나(100)가 구동될 수 있다.
구체적으로, 안테나 장치(10)는 송신 펄스를 통해 제1 H 편파 안테나(112) 및 제1 V 편파 안테나(122)를 통해 교차적으로 펄스를 송신할 수 있으며, 제2 H 편파 안테나(114) 및 제2 V 편파 안테나(124)를 통해 동시에 펄스를 수신할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 원시 자료는 HH, VV, HV 및 VH 영상을 포함할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
안테나 장치(10)는 보정모드 운용 시, 수신된 편파별 수신값을 이용하여 실시간으로 보정값을 도출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 안테나(100)는 임무 시, 교차하여 송신될 수 있다. 구체적으로, 제1 H 편파 안테나(112) 및 제1 V 편파 안테나(122)를 교차하여 송신할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 안테나(100)는 송신 신호를 동시에 수신할 수 있다. 구체적으로, 제2 H 편파 안테나(114) 및 제2 V 편파 안테나(124)를 동시에 수신할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 포함하는 레이더 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 레이더 시스템(1)은 안테나 장치(10), 김발 장치(20) 및 레이더 제어부(30)를 포함한다. 레이더 시스템(1)은 도 4에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.
김발 장치(20)는 안테나 장치(10)의 구동 각도를 조절할 수 있다.
레이더 제어부(30)는 항법 센서 제어(32), RF 송신 제어(34), RF 수신 제어(36) 및 통합 제어(38)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 항법 센서 제어(32)는 김발 장치(20)에 적용되는 항법 센서를 제어할 수 있으며, RF 송신 제어(34)는 안테나(100)의 송신을 제어하고, RF 수신 제어(36)는 안테나(100)의 수신을 제어하며, 통합 제어(38)는 김발 장치(20)의 제어, 안테나 장치(10)의 운용 제어 등을 통합적으로 제어할 수 있다.
레이더 시스템(1)은 제1 H 편파 안테나(112), 제2 H 편파 안테나(114), 제1 V 편파 안테나(122) 및 제2 V 편파 안테나(124) 간 직수신되는 신호만 저장하기 위해 김발 장치(20)를 통해 안테나(100)를 정면으로 위치시키고, 보정 모드를 운용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보정 모드에서 수신 신호의 ADC 영역을 나타내는 도면이다.
안테나 장치(10)는 보정 모드에서 수신되는 ADC 영역의 편파별 수신된 값을 저장할 수 있다.
보정모드에서 SAR 수신신호 ADC 영역은 보정 모드에서 SAR 수신 신호의 관심 영역은, 운용모드에서의 SAR 수신신호 관심영역 및 SAR 수신신호 ADC 영역을 포함할 수 있다. 이때, 영역은 샘플수에 따른 거리(m)로 표현될 수 있다.
수학식 1을 이용하여 안테나 장치(10)의 편파 특성을 보정할 수 있는 보정 상수(D)를 도출할 수 있다.
상술한 수학식 1에서, Pvv는 vv편파 수신값을 나타내며, Phh는 hh편파 수신값을 나타내고, Phv는 hv편파 수신값을 나타내며, Pvh는 vh편파 수신값을 나타내고, k는 파형의 수(wave number of system)를 나타낸다.
여기서, HV 편파 수신값, VV 편파 수신값, HH 편파 수신값 및 VH 편파 수신값은 복소수로 구현될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 운용 과정을 나타내는 흐름도이다. 안테나 장치의 운용 방법은 안테나 장치에 의해 수행되는 것으로, 상술한 도면에서의 안테나 장치와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
안테나 장치의 운용 과정은 보정 모드를 운용하는 단계(S610), 제1 H 편파 안테나 및 제1 V 편파 안테나를 교차적으로 송신 출력하는 단계(S620), 제2 H 편파 안테나 및 제2 V 편파 안테나를 동시에 수신 출력하는 단계(S630), HH, VV, HV 및 VH 자료를 저장하는 단계(S640) 및 보정값을 추출하는 단계(S650)를 포함한다.
도 6에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 개재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 6에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
따라서, 안테나 장치(10)는 한번의 SAR 시스템 임무 수행으로 4종 (HH, VV, HV, VH)의 다중편파 SAR 원시 자료를 생성할 수 있는 안테나 구조로 구현될 수 있다. 본 발명의 안테나 장치(10)는 4종의 다중편파 SAR 원시 자료를 생성하기 위하여 4번의 SAR 시스템 임무수행을 하여야 하는 제한점을 해결할 수 있다.
안테나 장치(10)는 보정 모드 운용을 통해 종래에서는 불가능한 실시간 보정값을 도출할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초소형 합성 개구 레이다 시스템을 나타내는 도면이다.
본 실시예에 따른 초소형 합성 개구 레이다 시스템(1)은 합성 개구 레이다(SAR: Synthetic Aperture Radar) 방식으로 레이다 탐지 영상을 획득하는 시스템을 한다.
초소형 합성 개구 레이다 시스템(1)은 일반적으로 공중 이동체 또는 인공 위성 등에 탑재되며, 이동하는 동안 여러 차례 지표로 빔을 방사하고 반사되어 수신된 반사 신호에서 감지되는 도플러 주파수의 상대적 변화 특성을 이용하여 지표의 고분해능 정밀 이미지를 획득할 수 있는 레이더를 의미한다.
합성 개구 레이다는 극초단파 영역의 초고주파를 활용하기 때문에 아지랑이, 가랑비, 눈, 구름, 연기 등의 기후 환경에 영향을 받지 않고, 육상 지형이나 바다를 관측할 수 있으며, 스스로 관측에 사용하는 에너지원을 전파하는 능동시스템이기 때문에 밤과 낮에 상관없이 이미지를 얻을 수 있다.
본 실시예에 따른 초소형 합성 개구 레이다 시스템(1)은 무인 공중 이동체에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 무인 공중 이동체는 조종사 없이 무선 전파의 유도에 의해서 비행 및 조종이 가능한 비행기나 헬리콥터, 드론, 미사일 등의 이동체일 수 있다.
초소형 합성 개구 레이다 시스템(1)에 포함된 무선 주파수 신호 송수신 장치의 기본 구조는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 구조로 설계 가능하다. FMCW는 주파수 변조된 신호를 연속적으로 발사하는 방식이다. 위성 항법 모듈의 1 PPS 신호와 동기화된 클록 신호를 이용하여 송신 시점의 안테나 위치에 대응하는 정확한 SAR 영상을 복원할 수 있고, 경량 소형화 RF 송수신 장치를 제작할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 무인 공중 이동체에 탑재 가능한 합성 개구 레이더용 무선 주파수 신호 송수신 장치는 국방 감시 정찰, 방재, 교통 감시 등에 이용이 가능하다.
안테나 장치(10)는 안테나 모듈로 구현될 수 있으며, 이하에서는 안테나 모듈로 명명한다.
안테나 모듈(10)은 무선 주파수 신호(레이다 펄스)를 방사하여 타겟으로부터 반사된 반사 신호(레이더 반사파)를 수신한다.
안테나 모듈(10)은 RF 송수신 모듈(40)과 연동하여 동작하며, RF 송수신 모듈(40)에서 생성된 무선 주파수 신호를 송신하고, 수신된 반사신호를 RF 송수신 모듈(40)로 전달한다.
또한, 안테나 모듈(10)은 김발 모듈(20)의 구동 동작에 따라 지향 방향이 조정될 수 있다.
본 실시예에 따른 초소형 합성 개구 레이다 시스템(1)은 안테나 모듈(10), 김발 모듈(20), 항법 센서 모듈(50), RF 송수신 모듈(40), 제어 모듈(30) 및 저장 모듈(600)을 포함한다. 도 7의 초소형 합성 개구 레이다 시스템(1)은 일 실시예에 따른 것으로서, 도 7에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 초소형 합성 개구 레이다 시스템(1)에 포함된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
안테나 모듈(10)은 급전부, 방사부 패치, 기생패치, 차폐벽 등을 포함할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 안테나 모듈(10)의 요구규격은 SRR/SFR 기준으로 중량은 0.3 Kg 이하, 운용 주파수는 X-band(6.2 ~ 10.9 GHz의 주파수 대역), 편파는 HH, VV, HV, VH, 안테나 이득은 15 dBi 이상, 부엽 준위는 -20 dB 이하로 설계되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
김발 장치(20)는 김발 모듈로 구현될 수 있으며, 이하에서는 김발 모듈로 명명한다.
김발 모듈(20)은 무인 공중 이동체에 탑재되며, 안테나 모듈(10)과 결합하여 신호 송수신을 위한 조향 제어를 수행한다.
김발 모듈(20)은 방위각 조립체, 고각 조립체, 방진구 조립체 등으로 구성될 수 있으며, 제어 모듈(30)의 제어 신호에 근거하여 방위각, 고각 등을 제어할 수 있다.
김발 모듈(20)의 요구규격은 PDR 기준으로 중량은 0.5 kg 이하, 구동 방식은 2 축 구동, 방위각은 -130 내지 130도 이내, 고각은 0 내지 85 도 이내인 것이 바람직하며, 자체 고장 진단을 수행할 수 있도록 모니터링부와 제어부를 포함할 수 있다.
항법 센서 모듈(50)은 무인 공중 이동체의 항법 데이터를 센싱하는 동작을 수행한다.
항법 센서 모듈(50)은 무인 공중 이동체의 항법 정보, 자세 정보, 위치 정보 등을 포함하는 항법 데이터를 측정할 수 있는 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 항법 센서 모듈(50)은 관성 측정 장치(IMU: Inertial Measurement Unit), 관성 항법 장치(INS: Inertial Navigation System), GPS 장치 등을 포함할 수 있다.
RF 송수신 모듈(40)은 레이다 탐지를 위한 무선 주파수 신호를 생성하고, 반사된 반사 신호를 수신하여 분석 및 신호처리한 레이다 탐지 데이터를 저장하는 동작을 수행한다.
RF 송수신 모듈(40)은 RF 송신부(41), RF 수신부(42), 신호 처리 제어부(43) 및 저장부(44)를 포함할 수 있다.
RF 송수신 모듈(40)은 수신된 반사 신호를 신호 처리하여 레이다 탐지 데이터를 저장한다. 여기서, 신호 처리는 실시간으로 반사 신호 및 항법 정보를 결합하는 동작일 수 있다.
또한, RF 송수신 모듈(40)은 무선 주파수 신호 송신 시 파형 보정을 수행하고, 보정된 무선 주파수 신호를 생성하여 출력되도록 한다.
또한, RF 송수신 모듈(40)은 항법 센서 모듈(50)로부터 수신되는 항법 데이터의 시간 보정을 수행하고, 보정된 항법 데이터 또는 시간 보정을 기반으로 생성된 가상 항법 데이터와 레이다 탐지 데이터를 함께 저장한다. 여기서, RF 송수신 모듈(40)은 GPS 기반의 PPS 신호를 기반으로 동작 트리거 신호를 생성하여 시간 보정을 수행할 수 있다.
제어부(30)는 제어 모듈로 구현될 수 있으며, 이하에서는 제어 모듈로 명명한다.
제어 모듈(30)은 초소형 합성 개구 레이다 시스템(1)의 신호 송수신 제어, 항법 센싱 제어 등의 전반적인 제어를 수행한다.
제어 모듈(30)은 RF 송수신 모듈(40)의 신호 송수신을 제어하며, 항법 센서 모듈(50)과 시간 동기를 위한 타이밍 신호, 동작 트리거 신호 등을 생성 및 전원 공급을 제어한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 레이더 시스템
10: 안테나 장치
100: 안테나
200: 차폐부
300: 제어부

Claims (13)

  1. 이동체에 장착되는 안테나 장치에 있어서,
    전파를 송수신하는 적어도 하나의 안테나;
    상기 적어도 하나의 안테나 간의 사이를 차폐하는 차폐부; 및
    상기 적어도 하나의 안테나의 송수신을 제어하며, 상기 적어도 하나의 안테나에 따른 보정 모드를 운용하여 영상을 생성하며 보정 값을 산출하는 제어부를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 안테나는 마이크로스트립 패치 안테나로 구현되며, 서로 인접하도록 조립되는 수평한 편파를 형성하는 제1 H 편파 안테나 및 제2 H 편파 안테나를 포함하는 H 편파 안테나 및 수직한 편파를 형성하는 제1 V 편파 안테나 및 제2 V 편파 안테나를 포함하는 V 편파 안테나를 포함하며,
    상기 제1 H 편파 안테나는 인접한 측면 양측에 각각 상기 제1 V 편파 안테나 및 제2 V 편파 안테나가 조립되고, 상기 제1 V 편파 안테나 및 제2 V 편파 안테나의 사이 측면에는 상기 제2 H 편파 안테나가 조립되고,
    상기 제어부는, 상기 제1 H 편파 안테나 및 상기 제1 V 편파 안테나를 통한 송신 전, 상기 보정 모드를 운용하며, 상기 보정 모드에 따라 상기 송신을 통해 수신되는 ADC 영역의 편파별 수신되는 값을 저장하고, 상기 수신되는 값을 이용하여 실시간으로 보정상수를 산출하며,
    상기 보정상수는 HV 편파, VV 편파, HH 편파 및 VH 편파 값들의 조합으로 이루어진 행렬과, VV 편파 값 및 파형의 수를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차폐부는,
    상기 제1 H 편파 안테나, 제2 H 편파 안테나, 제1 V 편파 안테나 및 제2 V 편파 안테나가 서로 인접하도록 조립되는 측면에 상기 안테나와 수직하게 구비되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    송신 펄스를 생성하여 상기 제1 H 편파 안테나 및 상기 제1 V 편파 안테나가 교차 송신하도록 제어하고,
    상기 제1 H 편파 안테나 및 상기 제1 V 편파 안테나를 통해 송신된 송신 신호는 상기 제2 H 편파 안테나 및 상기 제2 V 편파 안테나를 통해 동시에 수신 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 H 편파 안테나 및 제1 V 편파 안테나의 교차 송수신을 통해 원시자료를 생성하며,
    상기 원시 자료는 (i) 상기 제2 H 편파 안테나를 통해 수신한 수신 신호를 통해 생성된 HV 편파 및 VV 편파의 영상 및 (ii) 상기 제2 V 편파 안테나를 통해 수신한 수신 신호를 통해 생성된 HH 편파 및 VH 편파의 영상을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    상기 보정상수는,
    상기 제2 H 편파 안테나를 통해 수신한 HV 편파 수신값 및 VV 편파 수신값과, 제2 V 편파 안테나를 통해 수신한 HH 편파 수신값 및 VH 편파 수신값을 이용하여 산출되며,
    상기 HV 편파 수신값, VV 편파 수신값, HH 편파 수신값 및 VH 편파 수신값은 복소수로 구현되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  9. 전파를 송수신하는 적어도 하나의 안테나; 상기 적어도 하나의 안테나 간의 사이를 차폐하는 차폐부; 및 상기 적어도 하나의 안테나의 송수신을 제어하며, 상기 적어도 하나의 안테나에 따른 보정 모드를 운용하여 영상을 생성하며 보정 값을 산출하는 안테나 제어부를 포함하는 안테나 장치;
    상기 안테나 장치의 구동 각도를 조절하는 김발 장치; 및
    상기 안테나 장치 및 상기 김발 장치를 제어하는 레이더 제어부를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 안테나는 마이크로스트립 패치 안테나로 구현되며, 서로 인접하도록 조립되는 수평한 편파를 형성하는 제1 H 편파 안테나 및 제2 H 편파 안테나를 포함하는 H 편파 안테나 및 수직한 편파를 형성하는 제1 V 편파 안테나 및 제2 V 편파 안테나를 포함하는 V 편파 안테나를 포함하며,
    상기 제1 H 편파 안테나는 인접한 측면 양측에 각각 상기 제1 V 편파 안테나 및 제2 V 편파 안테나가 조립되고, 상기 제1 V 편파 안테나 및 제2 V 편파 안테나의 사이 측면에는 상기 제2 H 편파 안테나가 조립되고,
    상기 안테나 제어부는, 상기 제1 H 편파 안테나 및 상기 제1 V 편파 안테나를 통한 송신 전, 상기 보정 모드를 운용하며, 상기 보정 모드에 따라 상기 송신을 통해 수신되는 ADC 영역의 편파별 수신되는 값을 저장하고, 상기 수신되는 값을 이용하여 실시간으로 보정상수를 산출하며,
    상기 보정상수는 HV 편파, VV 편파, HH 편파 및 VH 편파 값들의 조합으로 이루어진 행렬과, VV 편파 값 및 파형의 수를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 차폐부는,
    상기 제1 H 편파 안테나, 제2 H 편파 안테나, 제1 V 편파 안테나 및 제2 V 편파 안테나가 서로 인접하도록 조립되는 측면에 상기 안테나와 수직하게 구비되는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 안테나 제어부는,
    송신 펄스를 생성하여 상기 제1 H 편파 안테나 및 상기 제1 V 편파 안테나가 교차 송신하도록 제어하고,
    상기 제1 H 편파 안테나 및 상기 제1 V 편파 안테나를 통해 송신된 송신 신호는 상기 제2 H 편파 안테나 및 상기 제2 V 편파 안테나를 통해 동시에 수신 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 안테나 제어부는,
    상기 제1 H 편파 안테나 및 제1 V 편파 안테나의 교차 송수신을 통해 원시자료를 생성하며,
    상기 원시 자료는 (i) 상기 제2 H 편파 안테나를 통해 수신한 수신 신호를 통해 생성된 HV 편파 및 VV 편파의 영상 및 (ii) 상기 제2 V 편파 안테나를 통해 수신한 수신 신호를 통해 생성된 HH 편파 및 VH 편파의 영상을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
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