KR20080024119A - 항공기용 무선 시스템 - Google Patents

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KR1020077028428A
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알버트 제지너스 후이징
로날드 니콜라 허이브 윌렘 반 젠트
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네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오
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Abstract

항공기 주위의 영역 내의 적어도 하나의 모니터 가능한 영역 내의 다른 항공기를 적어도 감지하기 위한 장비를 항공기에 제공하기 위한 무선 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 각 모니터 가능한 영역에 대해 적어도 하나의 서브 시스템을 포함하며, 상기 서브 시스템은 전자기 프로브 신호를 보내기 위한 하나의 트랜스미터 및 상기 프로브 신호의 반사분을 수신하기 위한 적어도 하나의 수신기를 포함한다. 상기 트랜스미터는 상기 프로브 신호를 상기 항공기에 대해 고정인 방향으로 상기 프로브 신호를 보내기 위해 배열된다.

Description

항공기용 무선 시스템{RADAR SYSTEM FOR AIRCRAFT}
본 발명은 항공기 주위의 영역 내의 다른 비행 물체를 적어도 감지하는데 이용하기 위한 항공기용 무선 시스템에 관한 것이다.
그러한 무선 시스템은 알려져 있으며, 공군의 군용 항공기에 의해 이용된다. 상기 알려진 무선 시스템은 해당 시스템을 이용하는 항공기로부터 150해리(nautical mile)까지의 거리까지 연장된 영역을 통해 탐색이 가능하다. 상기 시스템은 가능한 빨리 다른 항공기를 감지하는데 이용되는데, 충돌을 피하기 위한 목적이 아니라, 상기 감지된 항공기가 예를 들어 타겟화될 필요가 있는 적 항공기인지 무시될 수 있는 항공기 인지를 가능한 빨리 판단하기 위한 것이다. 상기 무선 시스템의 트랜스미터(transmitter)는 장거리에 도달하며 반사 후에도 여전히 감지가능한 강한 신호를 전송하는 것이 가능하다. 상기 트랜스미터의 안테나는 상기 안테나의 스캐닝 동작에 의해 모든 관심영역(zones of interest)으로 신호를 전송하기 위해, 기계적으로 이동(예를 들어, 회전)할 수 있다. 상기 트랜스미터는 또한 상기 안테나 자체의 물리적 회전 없이 모든 관심영역을 전자적으로 스캔하도록 배치될 수 있다. 그러나, 두 경우 모두에 있어서, 관심 영역은 단지 일시적으로 위치가 정해진(addressed) 스캔 내에 있다. 관심 영역 모두를 스캔할 필요가 있다 면, 해당 항공기 주위의 영역 내의 다른 항공기의 잠재적 존재에 대한 정보를 얻는데 시간이 걸린다. 이는 통상적으로 수 초(several seconds) 이상이다. 그 결과로서, 상기 알려진 시스템은 예를 들어, 비행하는 항공기를 둘러싸는 비행 안전 거리(flight safety volume)의 직접적 시각적 검사를 대체할 수 없다.
종래 기술에 따른 상기 기술된 시스템에 의해 피드백이 제공되는 것보다 빠른 방식으로 파일럿에게 피드백이 제공되는 것이 가능한 무선 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
상기 목적은, 항공기 주위의 영역 내의 다른 비행 물체를 적어도 감지하는데 이용하기 위한 항공기용 무선 시스템인 본 발명에 따른 무선 시스템에 의해 달성되며, 상기 시스템은, 전자기 프로브 신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 트랜스미터; 상기 전송된 프로브 신호의 반사분들을 수신하는 동시에, 상기 프로브 신호의 수신된 반사분을 각각이 나타내는, 수신 신호들을 생성하는 위상 단열(phased array) 수신기들; 및 상기 항공기 주위의 영역 내의 감지된 비행 물체에 관한 정보를 얻기 위한 상기 수신 신호들 각각을 처리하는 신호 처리 유닛(SPU)을 포함하는 서브 시스템을 적어도 하나 포함하며, 상기 서브 시스템은 상기 항공기에 대해 고정된 관심 영역을 상기 프로브 신호가 커버하도록 상기 트랜스미터를 이용하여 상기 프로브 신호를 전송하도록 배열되며, 상기 서브 시스템은 상기 관심 영역 내의 비행 물체를 상기 위상 단열 수신기들 및 상기 신호 처리 유닛들을 이용하여 감지하도록 배열된다. 이로써, 본 발명에 따른 무선 시스템이 시각적 검사를 대체하는 것이 가능하게 된다.
상기 신호 처리 유닛은 상기 관심 영역 내의 상기 감지된 비행 물체의 위치에 무관하게, 상기 수신된 반사분이 기인한 방향을 상기 항공기에 대하여 판단하기 위해 배열될 수 있다. 이에, 상기 신호 처리 유닛이 상기 방향을 거의 즉각적으로 판단할 수 있게 되어서, 상기 방향 판단이 늦어지게 하는, 상기 수신기들로 하여금 상기 관심 영역을 스캔하도록 할 필요를 제거한다.
보다 구체적으로, 상기 신호 처리 유닛은, 상기 관심 영역 내의 상기 감지된 비행 물체의 위치에 무관하게 방향을 결정하기 위해 상기 신호 처리 유닛을 배열하기 위한 매우 적절한 방법인, 상기 수신된 반사분이 기인한 상기 방향을 상기 항공기에 대해 판단할 수 있도록 되기 위해, 디지털 다중 빔 형성(digital multiple beam forming)을 이용하도록 배열된다.
구체적으로, 프로브 신호가 상기 관심 영역을 연속적으로 커버하도록 상기 프로브 신호를 전송하기 위해 상기 적어도 하나의 서브 시스템이 배열되는 것이 적용된다. 이로써, 다른 비행 장치(airborne device)의 존재가 관심 영역에 있어서 항상 모니터링 된다는 장점을 갖게 된다. 그러한 시스템은 파일럿에게 정보를 연속적으로 제공할 수 있다. 따라서, 종래의 무선 시스템에 의해 제공되는 것보다 훨씬 빠른 방식으로 정보가 제공된다.
요즈음, 비행하는 상용 항공기 주위의 안전 거리는 충돌을 피하기 위한 목적으로 항공 교통 통제사(human air traffic controller)에 의해 제어된다. 이러한 항공 교통 통제사들에게는 미리 정해진 에어스페이스 영역 내의 항공기의 존재에 관한 정보가 제공된다. 상기 정보는, 지상에 위치하면서 상기 관심 영역을 모니터하는 무선 시스템을 통한 항공기의 감지에 기반한 것이다. 숙련된 항공 교통 통제사는 주어진 순간에 약 30개의 항공기 주위의 비행기를 적시에 모니터링 하는 것이 가능하다. 이는 주어진 에어스페이스 영역 내의 허용가능한 항공기의 최대 숫자를 늘리는데 기여했다.
연구 결과에 따르면, 항공기 스스로 주어진 에어스페이스 내에서 자신들의 거리를 보호할 수 있다면, 에어스페이스의 효율이 상당히 개선될 수 있었다.
모든 항공기들에 자신들의 위치에 관한 정보를 포함하는 신호를 연속적으로 전송하는 트랜스미터가 구비되는 시스템을 개발할 것이 제안되었다. 다른 항공기들에 의해 전송된 이들 신호들을 수신할 수 있는 수신기 역시 모든 항공기들에 제공되는 때, 모든 항공기들은 동일한 에어스페이스를 이용하는 다른 모든 항공기들의 위치에 항상 주목하여야 한다. 상기 정보에 근거하여, 각 항공기는 다른 어떤 항공기와의 충돌을 피할 수 있어야 한다. 상기 시스템의 단점은 각 항공기가 다른 항공기에 의존적이란 것이다. 상기 시스템은, 모든 항공기들이 그러한 시스템을 구비하고 있는 경우에만, 만족스럽게 동작할 것이다. 따라서, 그러한 시스템은 차차 구현될 수 없다. 이는 상기 시스템의 발전을 심각하게 억제한다.
본 발명에 따른 무선 시스템은, 다른 항공기에 대해 상기 무선 시스템이 실행된 시간에 독립적으로 각 항공기에 있어서 실행될 수 있다.
실제로, 본 발명에 따른 무선 시스템이 원칙적으로 항공기 주위의 영역 내의 관심 영역에 대한 시각적 검사를 대체할 수 있기 때문에, 그러한 항공기는 또한 예를 들어 나쁜 날씨 상황에 의해 시각적 비행 룰(visual flight rules)이 정상적으로 적용될 수 없는 상황하에서 시각적 비행 룰에 따라 비행할 수 있다. 이에, 본 발명에 따른 무선 시스템을 구비한 항공기는 예를 들어, 시각적 비행 룰을 인가함을 바탕으로 하여서, 시각적 비행 룰의 적용이 날씨 환경에 의해 허용되는 때에만, 접근 가능한 비행장으로의 착륙이 가능하게 될 수 있다. 다르게는, 본 발명의 결과, 날씨 상황이 통상적으로 허용하지 않는 때에도 많은 수의 비행장이 이제 접근가능하게 되었다.
더욱이, 본 발명에 따른 무선 시스템이 원칙적으로 시각적 검사를 대체할 수 있기 때문에, 상기 무선 시스템이 무인 항공기에 적절하게 적용될 수 있다. 그러한 무인 항공기는 본 발명의 적용에 의해 매우 잘 제어될 수 있어서, 그러한 항공기가 정규적인 에어스페이스 내에서 허용된다.
이하에서 보다 더 논의될 바와 같이, 상기 프로브 신호를 반사하고 상기 관심 영역 내에서 존재하는 항공기의 상대 속도는 상기 프로브 신호의 반사분의 수신으로부터 유도될 수 있다.
본 발명에 따른 무선 시스템의 실시예에서, 상기 프로브 신호의 방향은 상기 항공기에 대해 고정적이다. 이는, 상기 프로브 신호에 의해 커버되는 영역이 계속적으로 미리 정해진 형태를 갖도록 하는 것을 보장한다. 따라서, 상기 무선 시스템은 상기 항공기에 대해 고정적인 관심 영역을 연속적으로 모니터링할 수 있다.
본 발명에 따른 무선 시스템의 실시예에서, 상기 적어도 하나의 서브 시스템은 일정 주파수를 갖는 프로브 신호를 전송하도록 배열된다. 이는 잘 알려진 도플러 효과에 기반하여 상기 관심 영역 내에 존재하는 항공기의 감지를 허용한다.
본 발명에 따른 무선 시스템의 실시예에서, 상기 적어도 하나의 서브 시스템은 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave, 주파수 변조 연속 파장)를 갖는 프로브 신호를 전송하도록 배열된다. 이는 상기 프로브 신호의 반사분에 기반하여 상기 관심 영역 내에 존재하는 접근하는 항공기의 거리를 판단하는 것이 가능하게 한다.
상기 프로브 신호가 FMCW 신호인 때, 접근하는 항공기의 거리가 추정될 수 있다. 다수의 소위 FMCW 스윕들(sweeps)이 수행되는 때, 상기 접근하는 항공기의 궤적을 유도할 수 있다. 그러면, 발생할 시간 및 최고근접지점(C.P.A., Closest Point of Approach)을 계산하는 것이 가능하며, 파일럿에 의해 충돌 방지 조작이 수행될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 무선 시스템의 상기 적어도 하나의 서브 시스템의 트랜스미터는 고정 상태의 트랜스미터를 포함한다. 높은 공급 전압을 필요로 하고 일반적으로 비싼 마이크로웨이브 또는 튜브와 다르게, 고정 상태 트랜스미터들은 비교적 값싸며, 비교적 낮은 공급 전압에 의해 동작될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 무선 시스템의 실시예에서는, 상기 적어도 하나의 서브 시스템들의 수신기들의 각각은 단일(single) 칩 수신기를 포함하는 것이 가능하다. 또한, 그러한 단일 칩 수신기의 이용은 본 발명에 따른 비교적 값싼 무선 시스템을 허용한다. 그러한 단일 칩 수신기들은 예를 들어 모바일 폰과 같은 휴대가능한 이동통신장치들 및 무선랜망 내에서 동작가능한 장치들 내에서 이용된다.
본 발명에 따른 무선 시스템의 바람직한 실시예에서, 상기 무선 시스템은, 항공기 전방의 제1 관심 영역 및 상기 항공기의 후방, 상방, 하방 또는 측방의 적어도 제2 관심 영역을 모니터링하기 위한 복수의 서브 시스템들을 포함한다. 다르게는, 항공기 주위의 영역 내의 안전 영역을 제공하는 것이 가능하여서, 다른 항공기가 비행할 수 있는, 항공기 주위의 가장 취약한 영역을 커버한다.
본 발명은 또한 그러한 무선 시스템이 구비된 항공기에 관한 것이다.
본 발명은 이하의 예시적 도면들을 참고로 하여 보다 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 무선 시스템의 한 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 무선 시스템의 실시예의 변형을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 도 3에 도시된 무선 시스템의 실시예의 이용을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 무선 시스템의 실시예가 제공된 항공기의 결과를 개략적으로 도시한 것이다.
도면에서 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호가 부여된다.
도 1은 항공기 주위의 영역 내에 다른 비행 물체를 적어도 감지하는데 이용 되는 항공기용 무선 시스템의 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
항공기는 비행기, 헬리콥터, 체펠린형 비행선일 수 있다. 비행 물체(airborne object)는 전자기 방사를 반사하며, 상기 항공기와 충돌시 사고를 야기할 수 있는 모든 구조 또는 장치일 수 있다.
상기 시스템은 적어도 하나의 서브 시스템(1)을 포함한다. 상기 서브 시스템(1)은 관심 영역으로 전자기 프로브 신호를 전송하는 트랜스미터(2), 및 상기 전송된 프로브 신호의 반사분을 수신하는 동시에 각각이 상기 프로브 신호의 수신된 반사분을 나타내는 수신 신호들을 생성하는 위상 단열 수신기(3)들을 포함한다. 상기 서브 시스템은 상기 항공기에 대해 고정적인 관심 영역을 커버하도록 상기 트랜스미터를 이용하여 상기 프로브 신호를 전송하도록 배열된다. 예를 들어, 트랜스미터 안테나(2a)가 항공기의 돌출부(nose)에 부착되는 것이 가능하며, 항공기가 F 방향으로 비행하는 것이 가능하며, 상기 트랜스미터 안테나(2a)가 선 Z에 의해 정의된 원뿔형과 같은 관심 영역으로 실질적으로 곧장 향하는 프로브 신호를 보내는 것이 가능하다. 일단 상기 트랜스미터 안테나가 동작중이면, 상기 트랜스미터 안테나(2a)는 항공기에 대해 기계적으로 움직이지 않는다. 선 Z에 의해 정의된 바와 같은, 상기 관심 영역은 항공기에 대해 고정적이다. 도 1로부터 가시적이지 않음에도, 상기 프로브 신호의 방향은 항공기에 대해 고정적이다. 상기 서브 시스템은 상기 프로브 신호가 연속적으로 상기 관심 영역을 커버하도록 상기 프로브 신호를 전송하게 배열된다.
도 1에 개략적으로 도시된 상기 무선 시스템은, 8행 16열로 배열된 위상 단 열 수신기들을 구비하는 서브 시스템(1)을 포함한다. 상기 서브 시스템은 이후에 논의될 신호 처리 수단을 더 포함한다. 상기 수신기들(3)은, 수신기 안테나(3a), 및 상기 서브 시스템 내에서 수신 신호들을 더 전달하는 전자 소자 RX를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 상기 서브 시스템이 상기 관심 영역 내의 비행 물체의 존재를 감지하는 것이 가능하도록 하기 위해 각 서브 시스템 내에 적어도 하나의 수신기(3)가 존재하여야만 한다는 것이 분명해 질 것이다. 그러나, 상기 관심 영역 내에 존재하는 비행 장치의 방향을 확립하기 위해, 적어도 두 수신기들이 존재하여야만 한다. 나중에 논의될 상기 신호 처리 수단들은 상기 항공기에 대한 감지된 비행 물체의 정보를 적어도 1차원으로 얻도록 배열된다. 바람직하게는, 각 서브 시스템은 상기 서브 시스템의 상기 트랜스미터 안테나(2)에 의해 전송된 상기 프로브 신호의 반사분을 수신하기 위한 적어도 세(three) 수신기들을 포함한다. 나중에 논의될 신호 처리 수단은 항공기에 대해 감지된 비행 물체의 정보를 적어도 2차원으로 얻도록 배열된다. 도시된 바와 같이, 상기 수신기들(3)은 적어도 2차원으로 연장된 미리 정해진 패턴에 따라 각각에 대해 배열된다. 상기 수신기(3)들의 각각이 등거리로 배열된 가장 가까운 이웃 수신기(3)에 대해 미리 정해진 패턴 내에 있는 것이 가능하다. 바람직하게는, 그러한 거리는 상기 서브 시스템의 트랜스미터 안테나(2)에 의해 전송된 프로브 신호의 파장의 절반 정도에 해당한다.
상기 서브 시스템(1)은 항공기 주위의 영역 내의 감지된 비행 물체에 관한 정보를 얻기 위한 상기 수신 신호들의 각각을 처리하기 위한 신호 처리 유닛(Signal Processing Unit)을 포함한다. 신호 처리 유닛 및 신호 처리 수단은 본 명세서에서 교환가능하게 이용된다.
상기 서브 시스템(1)은 상기 서브 시스템의 각 수신기(3)에 대해 수신된 아날로그 반사 신호를 디지털 반사 신호로 변환하기 위해 배열될 수 있다. 이러한 목적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 적어도 하나의 서브 시스템의 각 수신기는 아날로그/디지털 컨버터(ADC)를 포함한다. 상기 서브 시스템(1)은 상기 서브 시스템의 모든 수신기(3)들의 상기 디지털 반사 신호를 고속 푸리에 변환하기 위한 고속 푸리에 변환기(Fast Fourier Transformer)를 더 포함할 수 있다. 상기 고속 푸리에 변환기의 출력 신호는 상기 수신기(3)에 대한 상기 접근하는 항공기의 방향에 관한 정보를 포함한다. 상기 서브 시스템은 상기 고속 푸리에 변환기의 출력 신호에 기반하여 접근하는 항공기의 존재뿐만 아니라 상기 수신기(3)에 대한 상기 접근하는 항공기의 방향을 감지하는 감지기 Det를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 서브 시스템은 상기 위상 단열 수신기들 및 상기 신호 처리 수단을 이용하여 상기 관심 영역 내에 위치한 상기 비행 물체의 위치에 무관하게 상기 관심 영역 내의 비행 물체를 감지하도록 배열된다. 본 실시예에서, 상기 신호 처리 유닛은, 상기 관심 영역 내에서, 상기 감지된 비행 물체의 위치에 무관하게, 상기 항공기에 대하여 상기 수신된 반사분이 기인한 방향을 판단할 수 있다. 이를 달성하기 위해, 상기 신호 처리 유닛은 상기 고속 푸리에 변환기를 이용하여 디지털 다중 빔 형성을 이용하도록 배열된다. 본 실시예에서, 상기 수신기(3) 및/또는 상기 신호 처리 유닛이 상기 관심 영역을 스캔하는 것은 불필요하다. 상기 서브 시스템은, 스캔을 삼가하는 대신에, 있는 그대로 적어도 거의 상기 관심 영역 전체를 단지 "응 시(stare)"한다. 상기 수신기들의 각각은 단일 칩 수신기를 포함할 수 있다. 이들 타입의 단일 칩 수신기들은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 바와 같이, 예를 들어, 무선 랜 내에서 이용된다.
서브 시스템의 트랜스미터(2)는 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있으며 상업적으로 활용가능한 고정 상태(solid state) 트랜스미터를 포함할 수 있다. 그러한 고정 상태 트랜스미터는 일정 주파수, 예를 들어 10 GHz를 갖는 신호를 전송하도록 배열될 수 있다. 그러한 고정 상태 트랜스미터는 또한 FMCW를 갖는 신호를 전송하도록 배열될 수 있다. 트랜스미터(2)는 파형생성기(Wave Form Generator, WFG) 및 예를 들면 트랜스미터(2)에 의해 전송될 신호의 타입을 판단하고 상기 신호가 상기 트랜스미터 안테나(2a)에 적절하게 위치되도록 하는 업 컨버터 UC를 구비할 수 있다. 상기 감지기 Det는 이하에서 더욱 논의될 것인 바와 같이 상기 파형생성기를 제어하도록 배열될 수 있다. 서브 시스템(1)은, 관심 영역 내에 접근하는 항공기의 존재를 상기 서브 시스템(1)이 지시할 때까지, 일정 주파수를 갖는 신호를 상기 서브 시스템(1)의 트랜스미터가 전송하도록 배열될 수 있다. 상기 서브 시스템은 또한 이용되는 상기 서브 시스템이 관심 영역 내의 접근하는 항공기의 존재를 지시하는 때, 상기 서브 시스템의 트랜스미터가 FMCW를 갖는 신호를 전송하도록 배열될 수 있다. 상기 서브 시스템은 또한 FMCW를 갖는 신호를 전송하는 것을 반복하도록 배열될 수 있어서, 상기 접근하는 항공기의 궤적이 계산될 수 있다. 상기 FMCW는 적시에 자신을 수신하는 주파수 패턴을 포함한다. 바람직하게는, 상기 무선 시스템은, 항공기의 전방의 제1 영역 및 항공기의 후방, 상 방, 하방 또는 측방인 제2 영역을 모니터링하는 적어도 두 서브 시스템(1)을 포함한다.
그 서브 시스템이 도 1에 도시된 본 발명에 따른 무선 시스템의 실시예는 이하에서 설명된 바와 같이 동작한다. 도 2는 본 발명에 따른 무선 시스템이 구비된 항공기 주위의 영역 내에 항공기를 감지하는 방법을 개략적으로 설명한 것이다. 상기 방법은, 통상적인 동작에서, 일정 주파수를 갖는 연속적인 프로브 신호를 전송하는 단계를 포함한다. 이는 본 발명에 따른 방법의 단계 (SI.1)이다. SI는 동작의 제1 모드에서의 단계를 말한다. 도 1에 도시된 바와 같은 서브 시스템은 그러한 연속적 프로브 신호를 전송하는 것이 가능하다. 그러한 주파수는 예를 들어 10GHz일 수 있으며, 즉, 상기 신호는 약 3cm의 파장을 갖는 신호이다. 도 2에 도시된 방법의 실시예 내의 다음 단계는, 상기 프로브 신호의 반사분을 수신하는 단계(SI.2)를 포함한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 상기 수신기(3)는 상기 반사 신호들을 수신하기 위한 수신 소자(3a)들을 포함한다. 도 2에 도시된 실시예에서의 다음 단계는 상기 수신 신호를 디지털 수신 신호로 변환하는 단계(SI.3)를 포함한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 각 수신기는 상기 목적으로 아날로그/디지털 변환기(ADC)를 포함한다. 본 발명에 따른 방법의 실시예의 다음 단계에서, 상기 디지털 수신 신호들의 각각은 3D 고속 푸리에 변환기의 입력이어서, 상기 디지털 수신 신호들의 각각은 3차원으로 푸리에 변환되며, 상기 3차원은 두(two) 공간적 차원 및 하나의 시간적 차원이다. 상기 3차원 고속 푸리에 변환기는 디지털 다중 빔을 형성하기 위한 2D 고속 푸리에 변환을 이용하여 디지털 다중 빔을 형성하기 위한 2D 고속 푸리에 변환기를 포함하며, 이들 빔의 형성은 상기 수신 안테나(3a)들 간의 위상차에 기인한 것이다. 따라서, 상기 2D 고속 푸리에 변환기의 입력들은 상기 수신 안테나(3a)에 의해 제공된다. 또한, 고속 푸리에 변환기는 도플러 주파수를 판단하기 위한 1D 고속 푸리에 변환기를 포함한다. 따라서, 상기 1D 고속 푸리에 변환기의 입력은 상기 수신 안테나들 중의 단지 하나에 의해 제공될 수 있다. 상기 도플러 스펙트럼으로부터, 각 수신된 신호에 대해, 상기 프로브 신호의 반사분이 수신된 관심 영역 내의 접근하는 비행 물체의 존재를 감지(SI.5)하는 것이 가능하다. 따라서, 상기 감지된 비행 물체의 방향 및 속도를 얻는 것이 가능하다. 상기 신호 처리 수단은 상기 프로브 신호들의 반사분들 내의 도플러 정보에 기반하여 상기 항공기에 대한 감지된 비행 물체의 속도에 관한 정보를 얻도록 배열된다. 예를 들어, 지상의 고정적 반사분들은 상기 도플러 주파수에 기반하여 억제될 수 있는 것이 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 분명할 것이다. 접근하는 비행 장치가 감지되지 않는 경우, 일정 주파수를 갖는 연속적 프로브 신호의 전송은 비행 장치가 감지될 때까지 계속된다.
접근하는 비행 장치가 감지되는 때, 다음 단계는 FMCW 프로브 신호를 전송(SⅡ1)하는 것을 포함한다. SⅡ는 동작의 제2 모드에서의 단계를 말한다. 이 프로브 신호의 반사분들 역시 수신될 것이다(SⅡ2). 상기 수신 신호들은 디지털 수신 신호들로 변환될 것이며(SⅡ3), 3D 고속 푸리에 변환기가 상기 모든 디지털 수신 신호들을 3차원으로 변환할 것이며(SⅡ4), 상기 3차원은 두(two) 공간적 차원 및 하나의 시간적 차원이다. 상기 3차원 고속 푸리에 변환기는 디지털 다중 빔들을 형성하는 2D 고속 푸리에 변환기를 이용하며, 상기 빔들의 형성은 상기 수신 안테나(3a)들 간의 위상차에 기인한 것이다. 따라서, 상기 2D 고속 푸리에 변환기의 입력들은 상기 수신 안테나(3a)들에 의해 제공된다. 상기 변환된 신호들은 상기 수신기(3)에 대한 상기 접근하는 항공기의 방향 정보를 제공한다. 따라서, 상기 신호 처리 수단은 상기 수신 신호들이 기인한 방향을 상기 항공기에 대해 판단하도록 배치된다. 또한, 상기 3D 고속 푸리에 변환기는 상기 접근하는 비행 장치의 거리를 판단하기 위한 1D 고속 푸리에 변환기를 포함한다. 따라서, 상기 1D 고속 푸리에 변환기의 입력은 상기 수신 안테나들의 오직 하나에 의해서 제공될 수 있다. FMCW 프로브 신호의 송신 및 연속적인 단계들(SⅡ2, SⅡ3 및 SⅡ4)을 수차례 반복한 후에, 상기 감지된 비행 물체의 거리 프로파일이 얻어질 것이다. 상기 FMCW는 수MHz 급의 대역폭을 가질 수 있다. FMCW 스윕의 반복 주파수는, 고정적 반사분들이 상기 거리 측정을 방해하지 않도록, 선택될 수 있다. 상기 단계들 SI.1~SI.5의 수행으로부터, 상기 감지된 비행 물체의 방향 및 속도가 얻어진다. 상기 단계들SI.1~SI.5의 수행으로부터, 상기 감지된 비행 물체의 거리 프로파일이 얻어진다. 이는, 상기 무선 시스템이 상기 접근하는 비행 물체의 궤적을 계산하는 것을 허용하고, 최고근접지점 및 최고근접지점에서의 시간을 계산하는 것을 허용한다. 이를 바탕으로, 필요하다면, 파일럿은 충돌 방지 조작을 수행한다.
일단 상기 최고근접지점이 계산되면, 상기 서브 시스템은 일정 주파수를 갖는 연속적 프로브 신호를 전송하는 것을 다시 시작할 수 있다.
각 서브 시스템은 종래 기술에 알려져 있는 "스캐닝 무선 시스템"에 반하여 "응시 무선 시스템"으로 관찰될 수 있다는 것이 명백해 질 것이다.
도 1에 도시된 실시예의 변형은 도 3에서 개략적으로 도시된다. 상기 위상 단열은 도 1에 도시된 위상 단열과 동일한 양의 수신기(3)를 포함한다. 그러나, 상기 수신기(3)들의 전부인 세 수신기가 명확화를 위해 도 3에 도시되어 있다. 도 3에서 도시될 수 있는 바와 같이, 상기 수신기(3) 각각은 믹서(4)를 포함한다. 상기 믹서(4)는 전자 소자 RX 및 아날로그/디지털 컨버터 ADC 사이에 위치하고 있다. 더욱이, 상기 믹서(4)는 두 입력 신호들의 주파수 간의 차이와 적어도 거의 동일한 주파수를 갖는 믹서 신호를 출력신호로서 생성하도록 배열된다. 상기 서브 시스템은 상기 트랜스미터 안테나(2)에 의해 보내질 상기 프로브 신호와 유사한 참조 신호를 상기 믹서(4)로 보내도록 배열된다. 따라서, 상기 믹서 신호들은 그 주파수가 상기 참조 신호 및 상기 수신 반사분들 간의 차이와 동일한 신호들이다.
상기 변형은, 추가 단계 SI.2a 및 SII.2a가 추가된, 도 4에 더 기술되어 있다. 상기 믹서(4)를 상기 무선 시스템에 추가하고, 상기 추가 단계들 SI.2a 및 SII.2a를 추가함에 의해, 상기 아날로그/디지털 컨버터에 의해 변환(SI.3 및 SII.3)될 각 신호들은 아날로그/디지털 컨버터들이 매우 합리적인 가격에 활용가능한 범위 내에 있다. 통상적으로, 상기 참조 신호 및 상기 수신 반사분 모두 약 1010 Hz 범위의 주파수를 갖는다. 그러나, 상기 믹서 신호는 상대적으로 간단한 아날로그/디지털 변환기들이 활용가능한 104 Hz 범위일 수 있다.
도 5는 비행기의 전방에 프로브 신호에 의해 고정 관심 영역이 커버되도록 수많은 서브 시스템을 포함하는 무선 시스템이 비행기와 같은 항공기에 어떻게 제공될 수 있는 지를 개략적으로 도시한다. 상기 영역은 상기 비행기로부터 대략 10km 떨어진 거리까지 연장된다. 프로브 신호에 의해 커버되는 고정 관심 영역은 상기 비행기의 후방에 존재하며, 상기 항공기로부터 대략 1km 떨어진 거리까지 연장된다. 프로브 신호에 의해 커버되는 고정 관심 영역은 상기 항공기의 상방 및 하방 모두에 존재하며, 상기 항공기로부터 대략 1.5km 떨어진 거리까지 연장된다.
관심 영역이 상기 비행기의 양측에 존재한다는 것 또한 도출될 수 있다. 각 관심 영역은 그 자신의 서브 시스템을 필요로 한다. 각 서브 시스템이 두(two) 트랜스미터 안테나 - 즉, 하나는 일정 주파수를 갖는 프로브 신호를 연속적으로 전송하기 위한 것이고, 다른 하나는 FMCW를 갖는 프로브 신호를 연속적으로 전송하기 위한 것-를 포함한다는 것 또한 가능하다. 이 경우에 있어서, 감지하고, 감지된 항공기의 거리를 판단하는 것은 상호 배제적인 것이 아니나, 동시에 행해질 수 있어서, 기존에 감지된 물체의 거리가 판단되는 때, 새로운 비행 물체 또한 감지될 수 있다. 상기 관심 영역이 중첩되는 것도 가능하다. 그러한 실시예들은 모두 본 발명의 틀 내에 포함되는 것으로 이해된다.

Claims (21)

  1. 항공기 주위 영역 내의 다른 비행 물체를 적어도 감지하기 위해 이용되는 항공기용 무선 시스템으로서,
    상기 시스템은 적어도 하나의 서브 시스템을 포함하며,
    상기 서브 시스템은,
    전자기 프로브 신호를 전송하기 위한 적어도 하나의 트랜스미터;
    상기 전송된 프로브 신호의 반사분을 수신하는 동시에, 각각이 상기 프로브 신호의 수신된 반사분을 나타내는 수신 신호들을 생성하는 위상 단열 수신기들; 및
    상기 항공기 주위 영역 내의 감지된 비행 물체에 관한 정보를 얻기 위해 상기 수신 신호들 각각을 처리하는 신호 처리 유닛을 포함하며,
    상기 서브 시스템은, 상기 트랜스미터를 이용하여, 상기 프로브 신호가 상기 항공기에 대해 고정적인 관심 영역을 커버하도록 상기 프로브 신호를 전송하도록 배열되며, 상기 서브 시스템은, 상기 위상 단열 수신기들 및 상기 신호 처리 수단들을 이용하여 상기 관심 영역 내의 비행 물체를 감지하도록 배열된 것을 특징으로 하는 항공기용 무선 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서브 시스템은, 상기 프로브 신호가 연속적으로 상기 관심 영역을 커버하도록, 상기 프로브 신호를 전송하도록 배열된 것을 특징으로 하는 항공기용 무선 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 신호 처리 유닛은, 상기 관심 영역 내의 상기 감지된 비행 물체의 위치에 무관하게, 상기 항공기에 대한, 상기 프로브 신호의 상기 수신된 반사분이 기인한 방향을 판단하여, 상기 관심 영역이 전체로서 관찰되도록 하는 것을 특징으로 하는 항공기용 무선 시스템.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 처리 유닛은, 상기 항공기에 대한, 상기 수신된 반사분이 기인한 방향을 판단하도록 배열되며, 반면에 상기 수신기들 및/또는 상기 신호 처리 유닛은 상기 관심 영역을 스캐닝하는 것을 억제하여, 상기 관심 영역이 전체로서 관찰되는 것을 특징으로 하는 항공기용 무선 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 처리 유닛은, 상기 항공기에 대한, 상기 수신된 반사분이 기인한 방향을 판단하기 위해 디지털 다중 빔 형성을 이용하도록 배열된 것을 특징으로 하는 항공기용 무선 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 처리 유닛은 디지털 다중 빔을 형성하기 위해 수신 신호 상에 고속 푸리에 변환을 수행하도록 배열된 것을 특징으로 하는 항공기용 무선 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로브 신호의 방향은 상기 항공기에 대해 고정적인 것을 특징으로 하는 항공기용 무선 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 처리 유닛은, 상기 항공기에 대한, 감지된 비행 물체의 방향에 관한 정보를 적어도 1차원으로 얻도록 배열된 것을 특징으로 하는 항공기용 무선 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 신호 처리 유닛은, 상기 항공기에 대한, 감지된 비행 장치의 방향에 관한 정보를 적어도 2차원으로 얻도록 배열된 것을 특징으로 하는 항공기용 무선 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 시스템은 일정 주파수를 갖는 상기 프로브 신호를 전송하도록 배열된 것을 특징으로 하는 항공기용 무선 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 시스템은 FMCW를 갖는 상기 프로브 신호를 전송하도록 배열된 것을 특징으로 하는 항공기용 무선 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 신호 처리 유닛은, 상기 항공기에 대하여, 감지된 비행 물체의 위치를 판단하도록 배열된 것을 특징으로 하는 항공기용 무선 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 처리 유닛은 상기 프로브 신호의 반사분 내에서 도플러 정보에 기반하여, 상기 항공기에 대한, 감지된 비행 물체의 속도에 관한 정보를 얻도록 배열된 것을 특징으로 하는 항공기용 무선 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 시스템의 상기 트랜스미터는 고정 상태 트랜스미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기용 무선 시스템.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 시스템의 각 수신기는 단일 칩 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기용 무선 시스템.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 시스템은, 제1 모드에서, 일정 주파수를 갖는 적어도 하나의 프로브 신호가 전송되며, 제2 모드에서, FMCW를 갖는 적어도 하나의 프로브 신호가 전송되도록 배열된 것을 특징으로 하는 항공기용 무선 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 서브 시스템은, 상기 제1 모드에서, 비행 물체가 감지된 경우, 상기 비행 물체는 상기 제2 모드에서 더 감지되도록 배열된 것을 특징으로 하는 항공기용 무선 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 서브 시스템은, 상기 제1 모드에서 상기 항공기에 접근하는 비행 물체가 감지된 경우, 상기 비행 물체는 상기 제1 모드로부터 제2 모드로 스위치한 상기 제2 모드에서 더 감지되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 항공기용 무선 시스템.
  19. 제11항, 제12항, 제16항, 제17항 및 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 시스템은, 적시에 자신을 되풀이하는 주파수 패턴을 포함하는 FMCW를 포함하는 프로브 신호를 전송하도록 배열된 것을 특징으로 하 는 항공기용 무선 시스템.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무선 시스템은, 상기 항공기의 전방의 제1 영역 및, 상기 항공기의 후방, 상방 또는 하방인 적어도 제2 영역을 모니터링 하기 위한 복수의 서브 시스템들을 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기용 무선 시스템.
  21. 제1항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 따른 무선 시스템이 구비된 것을 특징으로 하는 무인 항공기.
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