KR102632252B1 - 방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치 및 항공기용 레이다 장치의 방사각 조절 방법 - Google Patents

방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치 및 항공기용 레이다 장치의 방사각 조절 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 전파 레이다를 방사하여 물체 신호를 감지하는 안테나유닛; 상기 안테나유닛와 전파를 송수신하도록 고정 설치되는 송수신기유닛; 및 상기 안테나유닛을 상기 송수신기로부터 제1 틸트축을 기준으로 상대 회전이 가능하도록 결합시키는 제1 로터리 조인트;를 포함하되, 상기 안테나유닛은, 전파 레이다를 방사하는 슬롯 어레이(slot array)형 일면을 갖도록 연장 형성된 안테나부; 상기 안테나부의 일단에 설치되어, 전파를 전달하는 도파관부; 상기 안테나부을 상기 도파관부로부터 제2 틸트축을 기준으로 상대 회전이 가능하도록 결합시키는 제2 로터리 조인트; 및 상기 안테나부의 다른 일단에 설치되어, 회전 동력을 제공하는 서보모터;를 더 포함하는, 방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 항공기용 레이다 방사 장치 및 레이다 장치의 방사각 조절 방법은 항공기의 지면으로부터 고도, 자세 등의 정보 및 탐지 대상 지역의 위치, 거리 등의 정보와 연동되어 레이다 방사각을 효율적으로 틸팅 조절할 수 있는 효과가 있다.

Description

방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치 및 항공기용 레이다 장치의 방사각 조절 방법{RADAR DEVICE FOR AIRCRAFT WITH RADIATION ANGLE CONTROL FUNCTION AND RADIATION ANGLE CONTROL METHOD OF RADAR DEVICE FOR AIRCRAFT}
본 발명은 항공기용 레이다 장치 및 항공기용 레이다 장치의 방사각 조절 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 수직빔의 방사각 틸팅 조절(Tilting)이 가능하도록 슬롯 어레이 타입(Slot array type) 레이다가 설치되는 항공기용 레이다 장치 및 항공기의 고도, 대상 탐지 지역 정보 등에 기초한 방사각 조절 방법에 관한 것이다.
인류가 하늘을 정복하기 전까지 바다는 천연의 경계이자 다른 곳으로 떠나갈 때 거치는 중요한 통로였으며, 지금도 바다는 해외 물류의 기본적 이동 수단이 된다. 세계 각국에서는 군사적인 목적을 포함하여 다양한 이유에 따라 영해를 감시하기 위한 시스템을 구축한다.
최근에는 항공기에 레이다를 장착하는 형태로 광범위 해상 감지 기술이 발달하고 있다. 외국의 경우에는 영국해군은 Sea king이라는 헬리콥터를 이용하여 해상을 감지하지 위해 레이다를 장착하였고, 미국의 SH-60 SeaHawk 헬리콥터도 기수 하단에 레이다를 장착하여 해상 초계업무를 수행하고 있다.
일반적으로 군항공기에서는 평판안테나를 사용하여 기체 외부에 장착가능한 형태로 제작되어, 빔조사각을 마음대로 조정이 가능하다. 다만,군용으로 사용되는 평판안테나는 매우 고가이어서, 이를 일률적으로 항공기에 적용함에 경제성 문제가 있다.
이에 따라, 최근에는 상대적으로 저가인 선박용 항행 레이다를 항공기에 적용하기 위한 기술의 제시가 요구되고 있다.
오랜 시간 기술이 축적된 선박용 항행 레이다는 민수 제품으로 가격이 군용에 비해 저가임에도 불구하고 우수한 탐지 성능을 가지고 있다. 선박용 항행 레이다는 해상의 선박에서 사용 목적으로 개발되어 있어 수직빔 폭이 커도 해상의 선박을 탐지하는데는 문제가 없으며, 해상에 반사된 파도 노이즈(클러터 노이즈)는 신호처리를 통해 해상 탐지에 최적화되어 있다.
해상에 운항되는 선박의 탐지 및 추적에 최적화된 민수용 레이다를 항공기에 탑재하여 사용하기 위해서는 해상용 레이다의 구조를 이해해야 한다. 특히, 선박과 달리 항공기가 갖는 고도, 기울기 자세 등의 정보에 기초하여 레이다 방사 방향을 조절하여야 한다는 과제가 존재한다.
즉, 항공기는 선박과 달리 고도가 있어 해면과 수평으로 송수신을 하면 해면 반사를 줄일 수 있으므로 높은 탐지 효율을 낼 수 있는 반면, 고도가 너무 높아지면 레이다의 방사 전파 빔이 해상으로 조향이 안되서 선박들을 탐지할 수 없게 되는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1941521호(2019.01.17. 등록)
본 발명은 항공기가 갖는 고도, 기울기 자세 등의 정보를 수신하고 이를 기초로 방사각 조절이 가능한 항공기용 레이다 방사 장치 및 항공기용 레이다 장치의 방사각 조절 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기 과제의 해결 수단으로서, 전파 레이다를 방사하여 물체 신호를 감지하는 안테나유닛; 상기 안테나유닛와 전파를 송수신하도록 고정 설치되는 송수신기유닛; 및 상기 안테나유닛을 상기 송수신기로부터 제1 틸트축을 기준으로 상대 회전이 가능하도록 결합시키는 제1 로터리 조인트;를 포함하되, 상기 안테나유닛은, 전파 레이다를 방사하는 슬롯 어레이(slot array)형 일면을 갖도록 연장 형성된 안테나부; 상기 안테나부의 일단에 설치되어, 전파를 전달하는 도파관부; 상기 안테나부을 상기 도파관부로부터 제2 틸트축을 기준으로 상대 회전이 가능하도록 결합시키는 제2 로터리 조인트; 및 상기 안테나부의 다른 일단에 설치되어, 상기 안테나부에 회전 동력을 제공하여 방사각을 조절하는 서보모터;를 포함하는, 방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치가 제공될 수 있다.
한편, 상기 제1 틸트축과 상기 제2 틸트 축은 상호 수직 관계를 이루는 것일 수 있다.
한편, 상기 송수신기유닛은, 상기 안테나유닛으로 전파를 송신하는 송신부; 상기 안테나유닛으로부터 전파를 수신하는 수신부; 및 상기 수신부에 전파가 수신되는 것을 차단할 수 있도록 설치되는 리미터부를 포함하며, 상기 리미터부는, 상기 송신부가 전파를 송신하는 제1 시기에 상기 수신부의 전파 수신 차단을 수행하고, 상기 송신부가 전파를 송신한 이후인 제2 시기에 상기 수신부의 전파 수신 차단을 해제하는 것일 수 있다.
한편, 상기 안테나부의 방사 각도를 조절하기 위한 틸팅(tilting) 제어 명령을 생성하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는, 탐지 대상 지역 정보 및 항공기의 고도 정보를 포함하는 제1 정보를 수신하여, 상기 제1 정보를 기초로 상기 안테나부에 대한 틸팅 제어 값을 연산하는 탐지각 연산부; 및 항공기의 지면 대비 자세 정보 및 상기 안테나부의 방위 정보를 포함하는 제2 정보를 수신하여, 상기 제2 정보를 기초로 상기 틸팅 제어값에 대한 자세 보상값을 산출하는 자세 보정부를 포함하는 것일 수 있다.
한편, 상기 제어부는, 상기 안테나부가 전파 레이다의 진폭이 최대 감도 대비 ­3dB 이내의 영역 이내에 탐지 대상 지역이 위치하도록 방사 각도를 조절하는 제어명령을 생성하는 것일 수 있다.
상기 과제의 해결 수단으로서, 설정된 탐지 대상 지역 정보 및 항공기의 고도 정보를 포함하는 제1 정보를 수신하는 단계; 상기 제1 정보를 기초로 하여 안테나 틸팅을 조절하기 위한 제어값을 연산하는 단계; 항공기의 지면 대비 자세 정보 및 안테나의 방위 정보를 포함하는 제2 정보를 수신하는 단계; 상기 제어값으로부터 제2 정보를 기초로 하는 보상값을 산출하는 단계; 및 상기 보상값에 따라 안테나의 틸팅을 조절하는 단계를 포함하는, 항공기용 레이다 장치의 방사각 조절방법이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 항공기용 레이다 방사 장치 및 레이다 장치의 방사각 조절 방법은 항공기의 지면으로부터 고도, 자세 등의 정보 및 탐지 대상 지역의 위치, 거리 등의 정보와 연동되어 레이다 방사각을 효율적으로 틸팅 조절할 수 있는 효과가 있다.
그 결과, 소형 선박에 대한 탐지율을 증대시키는 등 최대 탐지 성능을 높일 수 있다.
또한, 적용된 항공기의 편향된 자세에도 탐지 대상 영역에 균등하게 전파를 조사하여 전방위 탐지가 이루어질 수 있음과 동시에, 해면이 아닌 상공으로도 조정이 가능하여 대공 탐지도 함께 수행될 수 있다.
더불어, 해상용 선박에 사용되는 민수 레이다 제품이 저가의 무인 항공기 등에 신뢰성 있게 적용될 수 있어, 해상 감시 시스템의 경제성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치가 이루는 제1,2 틸트 축을 개념적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 1의 방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치의 제어 시스템을 개념적으로 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치의 사용 상태도이다.
도 5는 항공기용 레이다 장치의 방사각 조절방법의 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치 및 항공기용 레이다 장치의 방사각 조절 방법에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술 분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치의 구성도를 도시한다.
본 발명의 항공기용 레이다 장치는, 회전이 가능하게 설치되는 슬롯 어레이 타입(slot array type)의 레이다가 항공기(1)의 운용시 탐지 대상 거리 및 항공기(1)의 고도 정보 등을 변수로 하여 틸팅 각이 (반)자동으로 조정되는 것을 특징으로 한다. 특히, 본 발명이 적용되는 항공기(1)는 소모성 회전익 무인기를 포함하는 것일 수 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치는 안테나유닛(10), 송수신기유닛(20) 및 제1 로터리 조인트(30)를 발명의 기본 구조를 이루는 구성으로 포함한다.
보다 상세히는, 송수신기유닛(20)은 본 발명이 적용되는 항공기(1)의 일측 또는 본 발명의 레이다 장치의 본체에 고정 설치된다. 제1 로터리 조인트(30)의 일단이 송수신기유닛(20)의 외부 일측에 임의의 제1 틸트 축(T1)을 이루며 결합된다. 안테나유닛(10)은 제1 로터리 조인트(30)의 타단에 결합하여, 송수신기유닛(20)와 전파 송수신이 가능한 상태에서 상대 회전이 가능하게 설치된다.
이때, 본 발명의 제1 로터리 조인트(30)는 내부의 공기 중으로 전파를 발신하고 수신하는 등 전파의 입출력 기능을 갖는 RF 부품 중 어느 하나가 적용됨이 바람직하다.
안테나유닛(10)은 탐지 대상 지역에 물체 신호를 감지하기 위해 전파 레이다를 방사하는 구성이다. 전술한 바와 같이 송수신기유닛(20)과의 상대 회전을 통해, 제1 틸트 축(T1)으로부터 수직하는 가상의 면을 기준으로 전방위(360°범위)로 방향이 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 안테나유닛(10)은 안테나부(11), 도파관부(12), 제2 로터리 조인트(13) 및 서보모터(14)를 포함하는 안테나 어셈블리일 수 있다.
안테나부(11)는 송수신기유닛(20)으로부터 전파를 수신하여 전파 레이다를 방사함으로써 물체를 탐지하는 장치로서, 전파 레이다를 방사하기 위한 슬롯 어레이 타입의 일면을 갖도록 연장 형성된다. 일례로 기상관측, 공중관제, 해상관제, 군사용추적 등에 사용되는 X 밴드 주파수(2.5cm 가량의 파장)를 사용하는 것일 수 있다.
도파관부(12)는 펄스 주파수의 전파를 송출 및 수신하는 송수신기유닛(20)과 안테나부(11) 사이에서 전자기파의 에너지 손실을 최소화하면서 전자기파를 전달하는 역할을 한다. 즉, 일측이 제1 로터리 조인트(30)를 통해 송수신기유닛(20)과 연결되며, 다른 일측이 제2 로터리 조인트(13)를 통해 안테나부(11)의 일단과 연결된다.
제2 로터리 조인트(13)는 안테나부(11)와 도파관부(12)를 임의의 제2 틸트 축(T2)을 기준으로 상대 회전이 가능하도록 결합시킨다. 이때, 서보모터(14)는 안테나부(11)에 동력을 제공하여 제2 틸트 축(T2)을 기준으로 회전시킴과 동시에 정해진 틸팅 각에서 고정시킨다.
보다 상세히 설명하면, 제2 로터리 조인트(13)가 안테나부(11)의 일단에 임의의 제2 틸트 축(T2)을 이루도록 설치되며, 이를 기준으로 상기 안테나부(11)가 도파관부(12)와 상대 회전이 가능하도록 결합한다. 안테나부(11)의 반대측 일단에는 서보모터(14)가 회전 동력을 제공할 수 있도록 설치된다. 일례로 서보모터(14)는 재2 틸트 축을 기준으로 안테나부(11)가 ±10°범위에서 회전하도록 설치되는 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 로터리 조인트(13)는 전술한 제1 로터리 조인트(30)와 마찬가지로 전파의 입출력 기능을 갖는 RF 부품 중 어느 하나가 적용됨이 바람직하다.
다시 말해, 본 발명의 안테나유닛(10)은 도파관부(12)가 안테나부(11)의 중간에 인입시키는 것이 아니라, 상기 안테나부(11)의 끝단으로 입출되어 형성된다. 이때, 제2 로터리 조인트(13)가 상기 안테나부(11)와 도파관부(12)를 상대적인 회전으로 기울기 차이를 갖을 수 있도록 연결한다. 안테나부(11)의 반대편 일단에는 서보모터(14)가 별도의 지지부(15)를 통해 설치될 수 있으며, 상기 안테나부(11)에 회전 동력을 제공함과 동시에 정해진 틸팅 각에서 상기 안테나부(11)를 고정시킨다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 의한 방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치는, 제1 틸트 축(T1)과 제2 틸트 축(T2)은 서로 다른 각을 이루는 축인 것을 특징으로 한다. 특히, 제1 틸트 축(T1)과 제2 틸트 축(T2)은 상호 수직 관계를 이루는 축일 수 있다.
이는 도 2를 참조하여 보다 용이하게 이해될 수 있다. 도 2는 도 1의 방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치가 이루는 제1,2 틸트 축(T1, T2)을 개념적으로 나타낸 사시도를 도시한다.
예컨대, 제1 틸트 축(T1)이 고정된 송수신기유닛(20)에 대해 수직 방향(Z축)의 YAW 축을 이룬다면, 제2 틸트 축(T2)은 상기 제1 틸트 축(T1)과 수직 관계에 있는 종 방향(X축)의 ROLL 축을 이루거나 또는 횡 방향(Y축)의 PITCH 축을 이루는 것일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 안테나유닛(10)은 제1 틸트 축(T1)을 기준으로 방위 방향을 조절할 수 있음과 동시에, 그로부터 수직하는 제2 틸트 축(T2)을 기준으로 소정의 범위 내에서 방사 각도를 틸팅 조절할 수 있게 된다. 이와 같은 구조적 특징을 통해 본 발명의 레이다 장치는, 후술하는 항공기(1)의 지면으로부터의 고도, 자세, 탐지 대상 지역까지의 거리 등의 정보를 변수로 하여 산출된 제어 명령에 기초하여 안정적으로 안테나를 조향한다.
본 발명의 안테나부(11)에 적용되는 슬롯 어레이형 안테나의 일반적인 전파 특성은 수직빔 폭은 18도 내지 20도, 수평빔 폭은 0.2도 내지 0.3도의 성능을 갖는다. 즉, 수직빔 폭에 비해 수평빔 폭이 작아서 방위 분해능이 우수하며, 고도차가 없는 해상의 선박 탐지에 최적화되어 있다. 본 발명의 경우에는 슬롯 어레이형 안테나에 대한 방사 방향의 틸팅 조절이 효과적으로 이루어질 수 있어, 높은 고도에서 해면 탐지 성능을 안전하게 유지할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 송수신기유닛(20)은 안테나유닛(10)으로 방사를 위한 전파를 송신하는 송신부(21), 상기 안테나유닛(10)으로부터 감지 신호로서 전파를 수신부(22) 및 선택적으로 상기 수신부(22)의 전파 수신을 차단하거나 개방하는 리미터부(23)를 포함할 수 있다.
일반적인 통신 안테나는 송수신 주파수를 달리 사용하여 양 방향 통신한다. 이와 달리, 본 발명의 일 실시예에 의한 송수신기유닛(20)은, 동일한 주파수를 안테나유닛(10)에 대해 입출력 전파로 시분할하여 사용하는 것일 수 있다. 이러한 시분할 방식은 리미터부(23)가 수신부(22)의 전파 수신을 선택적으로 차단하거나 개방하는 것으로 수행되는 것일 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 리미터부(23)는 송신부(21)가 안테나유닛(10)을 향해 전파를 송신하는 제1 시기(t1)에 수신부(22)의 전파 수신을 차단하도록 동작한다. 즉, 송신부(21)가 안테나유닛(10)을 향해 고출력의 전파를 송신하는 제1 시기(t1)에는 리미터부(23)가 수신부(22)에 전파가 유입되지 않도록 한다.
이때, 본 발명의 송신부(21)가 송출하는 전파는, 펄스형 주파수로서750~2000Hz 범위에서 레이다의 탐지 대상 지역의 거리에 따라 달라질 수 있다.
이후, 리미터부(23)는 전파 방사 이후 외부에서 물체에 반사된 신호 전파를 안테나유닛(10)으로부터 수신하는 제2 시기(t2)에 수신부(22)의 전파 수신 차단을 해제하도록 동작한다. 즉, 반사된 신호 전파를 안테나유닛(10)으로부터 수신하는 제2 시기(t2)에는 리미터부(23)가 수신부(22)의 차단을 해제하여 미약한 감지 신호가 입력되도록 한다.
이하, 도 3 내지 5를 참조하여 본 발명의 항공기용 레이다 장치를 제어하는 시스템을 상세히 설명한다.
도 3은 도 1의 방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치의 제어 시스템을 개념적으로 나타낸 블록도를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 으한 방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치는, 안테나부(11)의 방사 각도를 조절하기 위한 틸팅 제어 명령을 생성하기 위한 알고리즘이 내장된 제어부(40)를 더 포함할 수 있다. 즉, 제어부(40)는 제1,2 로터리 조인트(30, 13)에서의 상대 회전을 통한 안테나부(11)의 고각 조절 제어 명령을 생성하는 방식으로 안테나부(11)의 방사각을 조절할 수 있다.
제어부(40)는 본 발명의 항공기용 레이다 장치의 본체에 내장 설치되는 소프트웨어일 수 있다. 또는 이와 독립되어 항공기(1)의 일측에 설치된 하드웨어 장치나 별도의 단말장치에 내장된 소프트웨어로서, 항공기용 레이다 장치와 통신 연결되는 것일 수 있다.
도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 제어부(40)는 틸팅 제어 값을 연산하는 탐지각 연산부(41), 자세 보상값을 도출하는 자세보정부, 항공기(1)의 비행 정보를 감지하는 센서부(43) 및 관제부(2)와 데이터를 송수신하도록 통신 연결되는 통신부(44)를 포함할 수 있다.
이때, 관제부(2)는 무인 항공기(1)와 데이터 정보를 송수신함과 동시에 무인 항공기(1)에 비행 또는 임무 조작을 입력하는 지상 관제센터일 수 있다. 또는 본 발명의 레이다 장치가 항공사의 조종에 의해 비행하는 항공기(1)에 적용되는 경우, 관제부(2)는 항공기(1)에 비행 또는 임무 조작을 입력하는 조종석을 포함하는 것일 수 있다.
통신부(44)는 관제부(2)와 통신 연결되어 데이터를 상호 송수신한다. 특히, 관제부(2)로부터 항공기(1)에 대한 정보 뿐만 아니라 탐지 대상 지역에 대한 위치, 거리 등의 정보 데이터를 수신한다.
항공기(1)의 동체 내부 또는 외부에 설치되는 센서부(43)는 항공기(1)의 지면 대비 자세 정보 데이터를 획득하기 위한 운동센서를 구비할 수 있다. 일례로 자이로스코프 센서, 가속도 센서 및 기울기 센서 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 센서장치를 구비할 수 있다. 또한, 센서부(43)는 항공기(1)의 고도 정보 데이터를 획득하기 위한 운동센서를 구비할 수 있다. 일례로 기압센서, 온도센서를 포함하여, 획득한 기압 정보와 온도 정보를 기초로 항공기(1)의 고도 값을 도출하는 것일 수 있다.
통신부(44)가 관제부(2)로부터 수신한 데이터 정보와, 센서부(43)가 감지한 항공기(1)의 자세, 고도 등에 대한 데이터 정보는 각각 탐지각 연산부(41) 및/또는 자세 보정부(42)에 전송된다.
탐지각 연산부(41)는 탐지 대상 지역 정보 및 항공기(1)의 고도 정보를 포함하는 제1 정보를 수신한다. 즉, 관제부(2)로부터 입력된 탐지 대상 지역의 거리, 위치, 좌표 등에 대한 정보를 수신하고, 센서부(43)로부터 항공기(1)의 지면을 기준으로 한 고도 정보를 수신한다.
그리고 탐지각 연산부(41)는 수신한 제1 정보를 변수로 하여 안테나부(11)의 방사각을 조절하기 위한 틸팅 제어 값을 연산하기 위한 알고리즘이 내장된다. 즉, 항공기(1)의 고도가 반영된 상태에서 탐지 대상 지역과의 거리와 연동되는 틸팅 제어 값을 연산한다.
연산된 틸팅 제어 값은 제1,2 로터리 조인트(30, 13)에서의 상대 회전을 통한 안테나부(11)의 고각 조절을 위한 것이다. 한편, 연산된 틸팅 제어 값은 자세 보정부(42)에 전달되어, 자세 보정된 값으로 도출된다.
자세 보정부(42)는 항공기(1)의 지면 대비 자세 정보 및 안테나부(11)의 방위 정보를 포함하는 제2 정보를 더 수신한다. 즉, 센서부(43)로부터 항공기(1)의 지면 대비 기울기, 가속도 등에 대한 정보를 수신하고, 또한 안테나부(11)의 제1 틸트 축(T1)을 기준으로 한 방위 방향 정보를 수신한다.
그리고 자세 보정부(42)는 수신한 제2 정보를 변수로 하여, 연산된 틸팅 제어 값에 대한 자세 보정값을 산출하는 알고리즘이 내장된다. 즉, 연산된 틸팅 제어 값에 대하여 항공기(1)의 기울기, 가속도 등과 안테나부(11)의 방위 방향과 연동된 자세 보정 값을 도출한다.
도출된 자세 보정 값은 제어 명령으로서 제1,2 로터리 조인트(30, 13)에서의 상대 회전을 통한 안테나부(11)의 고각 조절을 위해 전달된다. 이후, 안테나유닛(10)은 전송된 제어 명령에 따라, 특히 서보모터(14)가 레이다 방사각의 틸팅 조절을 수행하게 된다.
이로 인해 본 발명에 의한 항공기용 레이다 장치는 항공기(1)의 고도별, 탐지 거리별 슬롯 어레이형 안테나의 틸팅각을 가변하여 최적의 해상 탐지 조건을 구현할 수 있다. 또한, 기체의 자세에 따른 보상 제어를 통해 항공기(1)의 자세 변경에도 보상제어를 통해 안테나부(11)를 안정적으로 조향할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 항공기용 레이다 장치가 적용된 탐지 영역을 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치의 사용 상태도를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 제어부(40)는, 안테나부(11)가 전파 레이다의 진폭이 최대 감도 대비 ­3dB 이내의 영역(A) 이내에 탐지 대상 지역이 위치하도록 방사 각도를 조절하는 제어명령을 생성하는 것일 수 있다.
슬롯 어레이형 안테나는 가능한한 원거리에서 대상 물체를 탐지하려면 탐지 대상 구역에 레이다 방사 패턴 중 주빔이 포인팅(L2)이 되도록 안테나의 고각을 조절하여야 한다.
고도(H)가 1km 이상인 항공기(1)의 레이다 전파는 주빔을 아래 방향으로 안테나부(11)를 소정의 각도(α)로 기울여야만 주빔이 지면에 포인팅(L2)될 수 있다. 즉, 1km 이상 고도에서는 안테나부(11)를 소정의 각도(α)로 길울이지 않으면 탐지 대상 지역에 주빔이 포인팅되지 않을 수 있다.
예컨대, 제어부(40)는 방사된 전파의 주빔이 22km 전방에 포인팅(L2)이 되기 위하여, 안테나부(11)는 아래 방향으로 3°각도(α)만큼의 틸팅 조절이 이루어 지도록 하는 제어 명령을 생성할 수 있다.
전파에 의해 탐지되는 영역은 전파 범위가 지면과 접촉하는는 지점(L1)으로부터 시작된다. 다만, 주빔의 포인팅 되는 지역(L2)으로부터 소정의 영역 범위에서 높은 감도로 대상 물체에 대한 식별이 가능하다.
이때, 제어부(40)는 주빔의 포인팅 되는 지역(L2)으로부터 진폭이 최대 감도 대비 ­3dB 이내의 영역(A) 내에 탐지 대상 지역이 위치하도록 제어 명령을 생성한다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 항공기용 레이다 장치의 방사각 조절방법를 설명한다. 도 5는 항공기용 레이다 장치의 방사각 조절방법의 순서도이를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 항공기용 레이다 장치의 방사각 조절방법은 설정된 탐지 대상 지역 정보 및 항공기의 고도 정보를 포함하는 제1 정보를 수신하는 단계(S100); 상기 제1 정보를 기초로 하여 안테나 틸팅을 조절하기 위한 제어값을 연산하는 단계(S200); 항공기의 지면 대비 자세 정보 및 안테나의 방위 정보를 포함하는 제2 정보를 수신하는 단계(S300); 상기 제어값으로부터 제2 정보를 기초로 하는 보상값을 산출하는 단계(S400); 및 상기 보상값에 따라 안테나의 틸팅을 조절하는 단계(S500)를 포함한다.
이때, 본 발명의 항공기용 레이다 장치의 방사각 조절방법은 전술한 본 발명의 항공기용 레이다 장치의 다양한 실시예가 적용될 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
전술한 다양한 실시예에 따라 본 발명에 따른 항공기용 레이다 방사 장치 및 레이다 장치의 방사각 조절 방법은 항공기의 지면으로부터 고도, 자세 등의 정보 및 탐지 대상 지역의 위치, 거리 등의 정보와 연동되어 레이다 방사각을 효율적으로 틸팅 조절할 수 있는 효과가 있다.
그 결과, 소형 선박에 대한 탐지율을 증대시키는 등 최대 탐지 성능을 높일 수 있다.
또한, 적용된 항공기의 편향된 자세에도 탐지 대상 영역에 균등하게 전파를 조사하여 전방위 탐지가 이루어질 수 있음과 동시에, 해면이 아닌 상공으로도 조정이 가능하여 대공 탐지도 함께 수행될 수 있다.
더불어, 해상용 선박에 사용되는 저가의 민수 레이다 제품이 무인 항공기 등에 신뢰성 있게 적용될 수 있어, 해상 감시 시스템의 경제성을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 항공기
2: 관제부
10: 안테나유닛
11: 안테나부
12: 도파관부
13: 제2 로터리 조인트
14: 서보모터
20: 송수신기유닛
21: 송신부
22: 수신부
23: 리미터부
30: 제1 로터리 조인트
40: 제어부
41: 탐지각 연산부
42: 자세 보정부
43: 센서부
44: 통신부

Claims (6)

  1. 전파 레이다를 방사하여 물체 신호를 감지하는 안테나유닛;
    상기 안테나유닛과 전파를 송수신하도록 고정 설치되는 송수신기유닛; 및
    상기 안테나유닛을 상기 송수신기로부터 제1 틸트축을 기준으로 상대 회전이 가능하도록 결합시키는 제1 로터리 조인트;를 포함하되,
    상기 안테나유닛은,
    전파 레이다를 방사하는 슬롯 어레이(slot array)형 일면을 갖도록 연장 형성된 안테나부;
    상기 안테나부의 일단측에 설치되어, 전파를 전달하는 도파관부;
    상기 안테나부가 상기 도파관부에 대하여 제2 틸트축을 기준으로 상대 회전이 가능하도록 상기 도파관부에 상기 안테나부를 결합시키며, 상기 안테나부와 상기 도파관부가 서로에 대하여 전파의 입출력이 가능하도록 전파의 입출력 기능을 갖는 부품이 적용되는, 제2 로터리 조인트; 및
    상기 안테나부에서 상기 제2 로터리 조인트가 연결된 일단의 반대편 단부에 설치되어, 상기 안테나부가 상기 제2 틸트축을 기준으로 상대 회전하기 위한 회전 동력을 제공하여 방사각을 조절하는 서보모터;를 포함하는, 방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 틸트축과 상기 제2 틸트 축은 상호 수직 관계를 이루는 것을 특징으로 하는, 방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 송수신기유닛은,
    상기 안테나유닛으로 전파를 송신하는 송신부;
    상기 안테나유닛으로부터 전파를 수신하는 수신부; 및
    상기 수신부에 전파가 수신되는 것을 차단할 수 있도록 설치되는 리미터부를 포함하며,
    상기 리미터부는, 상기 송신부가 전파를 송신하는 제1 시기에 상기 수신부의 전파 수신 차단을 수행하고, 상기 송신부가 전파를 송신한 이후인 제2 시기에 상기 수신부의 전파 수신 차단을 해제하는 것을 특징으로 하는, 방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 안테나부의 방사 각도를 조절하기 위한 틸팅(tilting) 제어 명령을 생성하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    탐지 대상 지역 정보 및 항공기의 고도 정보를 포함하는 제1 정보를 수신하여, 상기 제1 정보를 기초로 상기 안테나부에 대한 틸팅 제어 값을 연산하는 탐지각 연산부; 및
    항공기의 지면 대비 자세 정보 및 상기 안테나부의 방위 정보를 포함하는 제2 정보를 수신하여, 상기 제2 정보를 기초로 상기 틸팅 제어값에 대한 자세 보상값을 산출하는 자세 보정부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 안테나부가 전파 레이다의 진폭이 최대 감도 대비 ­3dB 이내의 영역 이내에 탐지 대상 지역이 위치하도록 방사 각도를 조절하는 제어명령을 생성하는 것을 특징으로 하는, 방사각 조절 기능을 갖는 항공기용 레이다 장치.
  6. 삭제
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