KR20080086876A

KR20080086876A - 광섬유 지연 라인 기술을 포함하는 통신 및 데이터 링크방해장치

Info

Publication number: KR20080086876A
Application number: KR1020087016341A
Authority: KR
Inventors: 패트릭 이. 클라크; 마이클 에프. 로우러; 존 에이치. 러셀
Original assignee: 시에라 네바다 코포레이션
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2008-09-26
Also published as: US20090214205A1; CN101384922A; AU2006335070A1; WO2007081625A3; IL191946A0; JP2009518980A; WO2007081625A2; CA2632840A1; EP1963883A2

Abstract

본 발명의 통신 및 데이터 링크 재밍 시스템은 위협 신호들에 대한 빠른 응답을 제공하기 위해 광섬유 RF 지연 라인을 사용한다. RF 신호 위협 환경의 샘플이 지연 라인 내에 저장되고, 재밍 비디오 신호가 지연 라인으로부터 추출될 때 변조(modulation)에 의해 저장된 샘플에 첨가된다. 추출된 신호는 지연 라인으로 다시 재순환되어, 매우 효율적인 재밍을 위해 샘플을 효과적으로 확장(stretching)한다. 재밍 시스템은 버스트(burst) 통신에 대항하고 다중 동시 위협 신호들을 타도하는데 효과적이다.

광섬유, 통신, 데이터 링크, 변조, 신호

Description

광섬유 지연 라인 기술을 포함하는 통신 및 데이터 링크 방해장치{COMMUNICATIONS AND DATA LINK JAMMER INCORPORATING FIBER-OPTIC DELAY LINE TECHNOLOGY}

본 출원은 본원에 참고문헌으로서 그 내용이 포함되는, 2005년 12월 7일 출원된 공동-계류중인 미국 임시특허출원 제 60/748,093호의 우선권을 35 U.S.C.§119(e)하에 주장한다.

본 발명은 일반적으로 전자 방해 시스템(electronic countermeasure systems)에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 광섬유 재순환(fiber-optic re-circulation) 기술을 사용하는 고주파(RF; Radio Frequency) 메모리 장치에 근거한 통신 재밍 시스템에 대한 것이다.

현대 군용 통신 시스템들은 짧은, 버스트 타입 전송들(transmissions)을 종종 사용한다. 이러한 전송들은 고정적인 주파수들(static frequencies)에서 발생할 수 있고 또는 검출 및 재밍을 방지하기 위해 기밀인 연속적인 주파수들을 통해 일정하게 순환할 수 있다. 전형적으로, 이러한 시스템들은 많아야 수 밀리초(ms)동안 특정 주파수에서 전송한다. 이러한 전송을 재밍하는 것은 대항책으로서 종종 추구되지만 이러한 전송의 매우 짧은 지속시간은 실제로 재밍하기 어렵게 한다.

현대 군용 통신 시스템의 계속적인 발전은 이러한 전송들이 비록 아무리 짧더라도 또는 검출을 회피하기 위해 통신이 아무리 빨리 주파수들을 변화시키더라도 전장의 특정 구역에서 적군의 통신을 검출 및 대항할 수 있을 것을 요구한다. 또한, 목표 전송의 지속시간이 매우 짧으므로, 신호들을 평가하고, 결정한 다음에 재밍 전송을 지시하는 것은 비실용적이다. 적군이 전송을 그치거나 새로운 주파수로 이동하기 전에 이러한 신호들을 끌어모으기(engage)에 단지 시간이 부족할 뿐이다.

종래의 재밍 시스템들은 이러한 "짧은 사이클" 문제를 2가지 방식 중 하나로 해결하고자 한다: (1) 대역 재밍(barrage jamming), 이는 브루트 포스(brute force)에 의해 주파수-도약 전송(frequency-hopping transmissions)을 재밍하기 위해 무작위 또는 분산 노이즈로 일정 세그먼트의 고주파(RF) 스펙트럼을 "스플래싱(splashing)"하는 것을 포함한다. 대역 재밍은 몇 가지 이유로 비실용적인데, 이러한 이유 중 하나는 모든 전송을 지워내기에(wash out) 충분한 RF 에너지를 인가하는데 필요한 파워의 양이다. (2) 반응 재밍, 소위 "신속-반응" 재밍("fast-reaction" jamming),은 신호들의 수신을 요구하고 그 직후에 적의 전송이 활성인 한 이 신호들의 자동적인 선택적인 재밍을 요구한다. 차례로, 두 가지 타입의 반응 재밍이 있다. 첫 번째 타입은 "트랜스폰더" 재밍("transponder" jamming)이고, 이는 재밍 파형을 구성하는데 필요한 활성 신호들의 특정 변수들을 측정하기 위해 수신기를 사용한다. 두 번째 타입은 "추적기" 재밍("follower" jamming)이고, 이는 활성 신호들의 샘플을 포착 또는 가로채고 재밍 신호를 생성하기 위해 이 샘플에 재밍 변조를 적용한다.

전형적인 종래의 트랜스폰더 재머(100)가 도 1에 도시되어 있다. 이는 안테나(102), 전송/수신(T/R) 스위치(104), 수신기(106), 제어기(108), 및 여진기(110; exciter)를 포함한다. 트랜스폰더 재머(100)는 잠재적인 목표(들)로부터 활성 신호들을 가로채서 응답하게 프로그래밍된다. 재머 작동의 신호 검출 기간(또는 수신 모드) 중에, 제어기(108)는 외부 신호들이 수신기(106)에 의해 처리하기 위해 안테나(102)를 통해 시스템에 들어가도록 전송/수신(T/R) 스위치(104)를 작동시킨다. 전형적으로, 수신기(106)는 도 1a에 도시한 바와 같이, 기대된 위협 작동 주파수 범위(도 1a의 "기대된 목표 범위"(117))에 걸쳐 순간적인 대역폭 윈도우(116; instantaneous bandwidth window)를 스캔(scan)한다.

일단 신호가 검출되면, 제어기(108)는 신호가 중단(disrupted) 또는 재밍되어야 할지 판정한다. 긍정적인 판단 후에, 제어기(108)는 여진기(110)가 검출된 신호 주파수에 동조하고 노이즈, 연속파(CW; continuous wave) 톤(tone), 스웹트 톤(swept tone)과 같은 재밍 파형을 추가하게 지시한다. 그 다음에, 시스템(100)이 중단 또는 재밍 신호를 T/R 스위치(104)를 경유해 안테나(102)를 통해 전송하고 이를 대기 중에 방사한다.

순간적인 대역폭의 사이즈는 사용되는 특정 수신기 기술에 의존한다. 예를 들어, 통상적인 수신기 구조(여기에 도시 않음)는 스캔 작동을 수행하는 슈퍼헤테로다인(super-heterodyne) 수신기, 그 다음에 고속 퓨리에 변환(FFT; Fast Fourier Transform)을 수행하는 디지털 수신기를 포함하는 하이브리드 구성을 사용한다. 디지털 수신기는 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환한 다음 FFT를 수행하여, 순 간적인 대역폭 내의 모든 활성 신호들의 주파수 및 파워 레벨이 확인된다. 도 1a의 처리 시간(118)은 수신기의 주파수를 바꾸고 이 대역폭 내의 신호들을 샘플링하고 처리하는데 필요한 시간을 포함한다.

트랜스폰더 타입의 재머 시스템에 관련하여 몇 가지 단점이 있다. 먼저, 수신기의 스캐닝 속성으로 인해, 도 1a에 도시한 바와 같이, 바람직하지 않게 긴 재방문 시간(119)이 존재할 수 있다. 이는 위협 신호의 지속 시간에 대해 응답 시간이 길게 할 수 있다. 짧은 또는 버스트 메시지들에 관련한, 많은 예들에서, 위험대상 전송 시간(threat transmit time)이 매우 짧아 트랜스폰더 재머의 응답이 위험대상이 그 전송을 완료한 후에 도달할 것이다. 유사하게, 주파수 도약 위험 신호들에 대해, 신호가 다른 주파수로 아주 빠르게 변하거나 또는 "도약"하여 종래의 재머는 위험 신호가 다른 주파수로 이동하기 전에 그 내부 처리 및 수정작업을 수행할 수 없다. 두 번째 문제는 많은 잠재적 위험 신호들이 동시에 존재하면, 트랜스폰더 재머가 이들 모두를 효과적인 방식으로 중단시킬 수 없을 수 있다는 것이다. 마지막으로, 트랜스폰더 재머는 그 수신기의 스캔을 이전의 경험 또는 정보수집(intelligence-gathering) 작업들로부터 위협으로 인식된 제한된 수의 주파수들에게로만 제한하여 위험대상이 상이한 주파수로 전개될 때, 트랜스폰더 재머는 실패할 것이다.

재순환 추적기(re-circulating follower)로도 알려진, 종래의 추적기 재밍 시스템(100')의 예시적인 형태가 도 2에 도시되어 있다. 안테나 조립체(102')와 T/R 스위치(104')는 트랜스폰더 재밍 시스템에 대해 상술한 바와 같이 기능한다. 안테나(102')에 의해 가로채어지는 들어오는 신호(incoming signal)는 T/R 스위치(104'), 제 1 커플러(111a), 및 증폭기(112)를 경유한다. 신호의 일부분이 제 2 커플러(111b)에 의해 제거되고 저장 매체로서 작용하는 지연 라인(113)으로 보내진다. 신호가 지연 라인(113)을 통해 전파될 때, 이는 제 1 커플러(111a)에 의해 RF 경로로 재도입된다. 증폭기(104')는 커플러(111a, 111b) 및 지연 라인(113)에 관련한 삽입 손실들에 대해 보상한다. 신호가 커플러-증폭기-지연 라인 구조를 돌아 루프(loop)하거나 재-순환할 때, 일부가 제 2 커플러(111b)를 통해 전파된다. 재밍 변조기(114)는 신호가 위험 통신 링크를 중단시키는 방식으로 변조되게 한다. 제어기(108')는 시스템의 모든 스위치의 상태 및 타이밍을 설정한다.

종래의 추적기 재밍 시스템은 지연 라인 실행에 관련한 몇 가지 단점들을 포함한다. 표면 탄성파(surface acoustic wave) 또는 벌크 탄성파(bulk acoustic wave) 기술을 포함하는 이들 시스템은 순간적인 RF 대역폭이 제한되는데, 왜냐하면 이러한 장치들이 본질적으로 좁은 대역을 갖기 때문이다. 동축 케이블로 구성되는 지연 라인들은 대역폭 제한들을 극복하지만 높은 삽입 손실들을 보이므로, 최대 저장 시간을 제한한다. 감소된 저장 시간은 신호가 재-순환할 때 거의 항상 존재하는 위상 불연속으로 인해 스펙트럼 분산(spectral spreading)이 증가되게 한다. 과다한 스펙트럼 분산은 위험 신호에 대한 재밍 파워의 집중을 감소시켜, 재밍 효율을 감소시킨다.

그러므로, 다중 동시 위협들뿐만 아니라, 짧은 메시지 위협들과 주파수 도약 위협들 모두에 대해 유효한 신속한 대역 재밍을 효과적으로 제공하는 시스템들 및 기술들이 통신 재밍 업계에 요구된다.

본 발명은 광대역 RF 지연 라인을 사용하여 종래기술의 제약들을 극복한다. 바람직한 실시예에서, 이 지연 라인은 RF 신호들이 재순환되게 배치되는 광섬유 케이블이다. 종래의 스캐닝 수신기 대신에, 본 발명은 20MHz 내지 2GHz의 전체 통신 대역에 걸친 순간적인 주파수 서비스구역(coverage)을 제공한다. 우군의 또는 비-위협적인 주파수 범위들은 처리로부터 배제된다. 고정된 및 동조가능한 대역-통과 및 대역-차단(band-reject) 필터들이 이러한 주파수 범위들을 제외하기 위해 장비 설정 중에 사용된다. 모든 "활성" 신호 샘플들(즉, 필터 조립체에 의해 제외되지 않은 것들)이 전형적으로 지속 시간이 1ms(밀리초) 이하인 RF 샘플을 저장하는 광섬유 지연 라인(FODL; fiber-optic delay line)으로 공급된다. 샘플 기간은 수정할 수 없고 광섬유 케이블의 길이에 의해 결정된다. 일단 샘플이 저장되면, 재머 내의 RF 스위치들이 신호의 경로(routing)를 변화시켜, 외부 신호들이 더 이상 재머에 들어가지 않는다. FODL의 내용물들은 FODL을 통해 예정된 횟수만큼 재-진입 또는 재-순환한 다음에 FODL 내용물들이 FODL을 나가 시스템의 제어기에 의해 생성된 재밍 비디오 파형과 조합된다. 조합된 신호들은 증폭되고 주변환경으로 방사된다. 재-순환 작용은 새로운 RF 샘플이 취해지기 전에 예정된 회수의 재-순환(예를 들어, 10 내지 20회)동안 계속된다. 재밍 신호가 입력 샘플로부터 생성되므로, 시간을 소모하는 스캐닝, 주파수 변환, 및 아날로그-대-디지털 변환 또는 모든 디지털 연산을 요구하지 않는다. 결과적으로, 재머의 응답 시간이 매우 짧아, 재머가 짧은 메시지들, 및 주파수 도약 전송들을 사용하는 것들과 같은 보다 복잡한 통신 시스템들을 이겨낼 수 있다. 또한, FODL의 모든 신호들이 위협 신호들로서 처리되므로, 재머는 다중 동시 위협들을 이겨낼 수 있다.

본 발명의 상술한 특징들 및 다른 특징들이 이제 몇 가지 바람직한 실시예들의 도면들을 참조하여 설명된다. 도면들에서, 동일한 구성요소들은 동일한 도면부호들을 사용한다. 예시된 실시예들은 예시를 위한 것이고 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다. 도면들은 하기의 도안들을 포함한다.

도 1은 종래기술의 트랜스폰더 재머의 일반적인 블록도.

도 1a는 종래기술의 트랜스폰더 재머에 적용될 때, 그 활동을 수행하는데 필요한 시간 및 일정 범위의 주파수들을 탐색하는 것과 관련한 관계들을 예시하는 도면.

도 2는 종래기술의 추적기 재머의 일반적인 블록도.

도 3은 본 발명의 제 1 바람직한 실시예에 따른, RF 지연 라인 기술을 사용하는 재밍 시스템의 일반적인 블록도.

도 4 내지 도 7은 프론트 엔드(front end) 조립체, 채널 조립체, AGC 조립체 및 FODL 조립체 각각의 블록도들.

도 8은 본 발명의 샘플링과 재밍 기간들 간의 대표적인 타이밍 관계를 나타내는 타이밍도.

도 9는 본 발명의 작동의 샘플링 모드 중의 스위치 구성을 예시하는 블록도.

도 10은 본 발명의 작동의 재밍 모드 중의 스위치 구성을 예시하는 블록도.

도 11은 개별적인 수신 및 전송 안테나들이 사용되는, 본 발명의 제 2 바람직한 실시예를 예시하는 블록도.

도 12는 다중 고출력 증폭기(high power amplifier)들이 사용되는, 본 발명의 제 3 바람직한 실시예를 나타내는 블록도.

도 3 내지 도 7은 본 발명의 제 1 바람직한 실시예에 따른, 통신 재밍 시스템(120)의 기능 블록도이다. 시스템(120)은 시스템으로의 입력을 위해 주변의 물리적 환경으로부터 전자기적 신호들을 가로채는 작동 주파수 범위에 따라, 하나 이상의 안테나 요소(도시 않음)를 포함하는 안테나 조립체(122)를 포함한다. T/R(전송/수신) 스위치 조립체(124)는 안테나 조립체(122) 내의 개개의 요소들이 선택적으로 신호 센서들 또는 신호 방시기들 중의 하나로서 기능할 수 있게 한다. 제어기(144; 하기에 상술함) 내의 타이밍 회로들(도시 않음)은 재밍 시스템(120)으로/으로부터 RF 에너지의 흐름을 지시하는 적절한 타이밍 신호들을 제공한다.

파워 공급장치(power supply)(142)는 시스템에 작동 파워를 제공한다. 파워 공급장치의 특정 타입은 시스템의 작동 환경 및 특정 응용예에 따른다. 이동형 차량 설비를 위해, 파워 소스(142)는 12V DC(상업용 자동차 또는 트럭) 또는 24V DC(군용 차량) 중 하나일 수 있다. 건물, 도로, 진입로(entrance ramp) 등의 보호와 같은 고정적인 설비를 위해, 파워 소스(142)는 110V AC, 220V AC, 또는 440V AC일 수 있다. 마지막으로, 배낭과 같은 사람이 휴대하는 응용예를 위해, 1차 또는 2 차 배터리들의 조립체(예를 들어, 6 내지 48V DC)가 적절할 수 있다.

RF 프론트 엔드(front-end)(RFFE) 조립체(126)는 신호 샘플 저장 및 재-순환 전에 신호 처리에 관련한 몇 가지 중요한 기능들을 수행한다. 이러한 기능들에는 과다한 RF 파워에 대한 내부 전자 구성요소들의 보호가 포함된다. 도 4에 도시된 바와 같이, RFFE(126)는 후술하는 바와 같은, 제 2 RF 파워 분배기(170)로부터의 신호와 증폭기(148)로부터의 증폭된 신호를 수신하는 제 1 RF 스위치(150), 파워 제한기(146)의 파워-제한된 출력을 수신하는 신호 증폭기(148), T/R 스위치(124)로부터 RF 신호를 수신하는 파워 제한기(146)를 포함한다.

채널 조립체(128)는 들어오는 신호들을 RFFE(126)로부터 각각 예정된 RF 주파수 범위를 갖는, 둘 이상의 RF 채널들(이들 중 둘이 도시되어 있고 도 5에 A 및 B로 표기되어 있음)로의 분리하는 제 1 RF 파워 분배기 회로(152; 도 5 참조)를 포함한다. 채널들 및 이들의 각각의 주파수 범위들의 개수는 시스템 설정 작동 중에 사용자에 의해 설정된다. 시스템 설정 작동은 예를 들어, 휴대용 또는 원격 컴퓨터 상에 시스템 구성 파일을 생성한 다음에 시스템 구성 파일을 시스템(120)의 제어기(144)에 다운로딩하여 수행될 수 있다.

채널 조립체(128)는 추가 처리를 위해 단일 RF 출력을 내는 RF 파워 합성기(152; RF power combiner; 도 5)도 포함한다. 각각의 RF 채널 A와 B는 채널의 특정 작동 주파수 범위를 규정하는 대역 통과 필터(154); 채널 내의 RF 신호들의 최대 진폭(peak amplitude)을 제어하기 위한 하나 이상의 조정가능한 감쇠기(156); 채널을 사용가능하게 하거나 또는 못하게 하는 채널 스위치(158); 제어기(144)로부 터 생성되고 수신되는 재밍 비디오 신호를 삽입하는 믹서/변조기 회로(163); 및 채널 내의 신호 활성을 모니터링하는 신호 모니터(160)를 포함한다. 신호 모니터(160)는 방향성 검출기(directional detector) 및 아날로그-대-디지털 변환기(도시않음)를 포함한다. 방향성 검출기는 RF 반송파(carrier)를 제거하고, 신호 진폭을 나타내는 비디오 신호를 남긴다. 비디오 신호는 제어기(144)로 보내지고 여기서 디지털 워드(digital word)로 변환된다. 방향성 검출기에 의해 제공되는 데이터는 신호가 광섬유 지연 라인(FODL) 조립체(140; 후술됨)에 공급되기 전에 각각의 채널의 조정가능한 감쇠기(156)들의 설정들을 계산하기 위해 제어기(144)에 의해 사용되며, 광섬유 지연 라인 조립체는 입력 신호 레벨들이 특정 범위 내에 있을 때에만 최적으로 작동한다. 조정가능한 감쇠기(156)들의 설정들은 예를 들어, 출력 신호 파워 용량, 개개의 채널 파워 용량, FODL 조립체(140)의 직진성(linearity) 한계들, 활성 위험 신호들의 개수 및 진폭들, 및 예정된 위험 신호 우선도와 같은 다수의 작동 변수들을 고려할 수 있는, 제어기(144)에 저장되거나 다운로딩되는, 프로그램에 따라 제어될 수 있다.

채널 조립체(128)로부터의 출력 신호는 자동 이득 제어(AGC; automatic gain control) 조립체(130)에 공급된 다음에 고출력 증폭기(HPA) 조립체(132)로 공급되고, 이는 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 시스템(120)의 전체 주파수 범위를 포괄하는 작동 주파수 범위를 갖는 고효율 클래스 AB 증폭기를 포함한다. 도 6에 예시된 AGC 조립체(130)는 HPA 조립체(132)의 과다구동(overdriving)을 실질적으로 억제하고, 이는 시스템을 강하게-반사된 파워(high-reflected power)으로 인한 손 상으로부터 보호한다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 채널 조립체(128)의 믹서/변조기(163)로부터 도착하는 신호들은 제 1 AGC RF 파워 분배기(165)에 의해 2개의 신호 경로들로 나뉜다. 하나의 경로는 신호를 채널 조립체(128)의 제 2 RF 스위치(166)로 보내고, 다른 경로는 신호를 AGC 조립체(130)에 포함된 자동 이득 제어 회로(168)를 통해 HPA 조립체(132)로 보낸다. 자동 이득 제어 회로(168)는 임의의 하나 이상의 채널 내의 강한 신호가 추천 출력 파워 레벨 이상으로 HPA(132)를 구동하여 원하지 않은 고조파(harmonics)와 가짜(spurious) 신호들을 생성시키거나, 또는 HPA(132)에 대한 다량의 가용 파워를 과도하게 소모시키는 것을 방지한다.

HPA 조립체(132)와 작동가능하게 연계된 양방향 검출기(172)는 AGC를 위해 순방향 RF 파워 또는 역방향 반사된 RF 파워 중 하나를 모니터링할 수 있다. 강하게-반사된 파워(high-reflected power)는 안테나 조립체(122)의 구성요소, 케이블, 또는 T/R 스위치(124)와 같은 시스템의 구성요소가 고장났거나, 또는 안테나 조립체(122)가 부적절하게 설치되었음을 나타낸다. 제어기(144)는 임의의 이러한 조건들의 가능성을 인식하고 HPA(132)가 중단되게 지시하여, 시스템에 영구적인 손상의 가능성을 감소시킨다.

FODL 조립체(140; 도 7)는 RF-대-광 변환기(174), 일정 길이의 단일-모드 광섬유 케이블(176; 유익하게는 감개(spool) 상에 제공됨, 도시않음), 및 광-대-RF 변환기(178)를 포함한다. FODL 조립체(140)는 채널 조립체(128; 도 5)의 제 2 RF 스위치(166)로부터 신호를 수신하고, 아날로그 RF 메모리의 내용물들을 반복적으로 추출하여 짧은 시간의 샘플을 강력하고 센(robust) 재밍 신호로 확장하는 아날로그 RF 메모리 특징을 제공하여, 준-CW 파형(quasi-CW waveform)이 생성된다. 광섬유 케이블(176)의 길이는 재머 시스템(120)의 샘플링 시간 간격에 의해 결정된다. 예를 들어, 25㎲(마이크로초)의 샘플시간은 약 5.14km의 광섬유 케이블 길이를 필요로 한다. 광섬유 케이블(176)은 그 낮은 삽입 손실 및 시간-분산 특성으로 인해, 비교적 긴 샘플들을 획득 및 반복적으로 추출하는데 이상적이다. 동축 케이블들과 표면 또는 벌크 탄성파 장치들과 같은 다른 지연 라인 기술들은 광섬유 케이블의 이러한 성능 품질들에 경쟁상대가 되지 못한다.

광-대-RF 변환기(178)의 출력은 다시 AGC 조립체(130)의 제 2 AGC RF 파워 분배기(170)로 공급된다. 제 2 AGC RF 파워 분배기(170)는 채널 조립체(128)의 제 2 RF 스위치(166)로 입력되는 제 1 신호 경로와, RFFE(126; 도 4)의 제 1 RF 스위치(150)로 입력되는 제 2 신호 경로로 신호를 분할한다.

다시 도 3을 참조하면, 위성 위치 확인 시스템(GPS) 안테나(134)와 GPS 수신기/시간 기준(136)이 사용되어 여러 시스템(120)들이 서로 간섭되지 않고 작동할 수 있게 한다. 정상 작동 중에, 다중-시스템 동기화는 GPS 수신기(136)로부터 초당 1펄스에 기반한다. 관망(look-through) 기간은 이 신호로 동기화된다. 이 신호는 국지적 시간 기준에서의 영향(drift)을 보상하는데도 사용되어, GPS 신호들의 손실이 있을 때 동기화를 유지하는 능력을 개선한다. GPS 신호의 고정을 유지하는데 실패하면 내부 시간 기준이 시스템의 타이밍 신호가 되게 한다. 필요하면, 시스템은 이 클락(clock) "플라이휠링(flywheeling)" 모드에서 1시간 넘게 계속 작동할 수 있다. 이 경우의 기준은 오븐-안정화된(oven-stabilized), 결정-제어식(crystal- controlled) 발진기(도시않음)에 의해 제공된다. 시간 기준은 일단 GPS 시간 기준 신호가 재-획득되면 GPS로 되돌아간다.

제어기(144)는 시스템 백플레인(backplane;도시 안됨)에 위치하는, 마이크로프로세서-기반의 시스템이다. 제어기(144)는 시스템 초기화, 구성, 타이밍, 오퍼레이터 인터페이스, 진단, 유지보수 및 GPS 제어를 포함하는 다양한 기능들을 수행한다. 제어기(144)는 유익하게는 당업계에 공지된 바와 같은, 마이크로프로세서, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 읽기 전용 메모리(ROM), 및 현장 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA; Field Programmable Gate Array)와 같은 다양한 디지털 장치들을 포함할 수 있다. 마이크로프로세서는 실시간 시스템 작동에 필수적인 의사 결정 능력을 제공하고, RAM은 임시적인 또는 변하는 데이터를 저장하는데 사용된다. ROM은 시스템(120)이 그의 작업들을 수행하는데 필요한 일련의 단계들을 제공하는 운영 시스템 및 응용 프로그램들을 저장하는데 사용된다. FPGA는 상술한 바와 같이 재밍 신호 파형으로서 믹서/변조기(163)에 공급되는 비디오 신호를 생성하게 구성된다. 또한, FPGA는 나머지 모든 특수한 디지털 처리 기능들을 수행하게 구성된다. 예를 들어, 관망 타이밍은 샘플을 설정하고 시스템(120)의 시간을 전송하는 계수기(counter)로서 구성된 FPGA의 일부분을 사용한다. 부가적인 계수기들이 FPGA 내에 구성되어 관망 타이밍에 관련한 내부 스위치들[즉, T/R 스위치(124)와 RFFE(126)의 스위치들과 채널 조립체(128)]을 위한 제어를 제공한다.

또한, 제어기(144)는 AGC 조립체(130)의 기능에 관련한 계산들을 수행하는 책임을 진다. 이는 채널 조립체(128; 각각의 채널은 개별적인 펄스 열(train)을 제 공함)로부터의 비디오 펄스 열들에의 아날로그-대-디지털 변환들을 수행하고, 나머지 RF 경로의 이득과 더해진 조합된 입력 신호 진폭들에 근거한 HPA(132)로부터 나오는 최대 신호 진폭값을 계산하여 달성된다. 계산된 최대 신호 진폭값은 HPA(132)의 최대 파워 용량과 비교되고, RF 경로 이득이 수정되어, HPA(132)는, 과다한 신호 왜곡을 일으키고 HPA 파워의 불균등한 분배가 발생할 수 있는 포화상태로 작동되지 않는다. FPGA의 부분들은 AGC 조립체(130) 내의 역방향 파워를 모니터링하는 양방향 검출기(172)로부터의 진폭을 디지털 등가물로 변환하도록 구성되고, 이 진폭이 특정 한계를 초과하는지 판정하고, 그러하다면, 일련의 명령을 생성하여 시스템의 손상 가능성을 제한 또는 감소시킨다. 마지막으로, FPGA는 GPS 수신기를 제어하고 오퍼레이터의 인터페이스(도시하지 않음)를 제공하기 위한 2개의 시리얼 데이터 포트들을 포함한다.

작동 중에, 시스템(120)은 도 8의 타이밍 도에 도시한 바와 같이 샘플 모드와 재밍 모드 간에서 교번한다. 가드-대역(139; guard band)은 각각의 이러한 작동 간격을 둘러싼다. 가드-대역(139)은 간격 스위칭, 동조(tuning), 및 시스템 성능을 최적화하는데 필요한 다른 조정을 허용하는데 필요하다.

본 발명에 따른 재밍 시스템들은 비교적 짧은 샘플 시간에 근거하여 재밍 파형들을 생성한다. 도 9 및 도 10은 채널 조립체(128), AGC 조립체(130), FODL 조립체(140) 내의 중요 내부 구성요소들을 각각 도시하며, 본 발명의 샘플링 및 재밍 기능들을 각각 예시한다.

도 9에 도시한 바와 같이, 시스템(120)이 샘플링 모드일 때, 제 1 RF 스위 치(150)는 외부 전자기 환경으로부터의 신호들의 안테나 조립체(122) 및 RFFE 조립체(126)를 경유해 채널 조립체(128)로의 진입을 허용하게 구성된다. 상술한 바와 같이, 채널 조립체(128)는 들어오는 RF 신호를 둘 이상의 경로들로 분할하고, 특정 채널의 작동 주파수 대역폭 밖에 존재하는 원하지 않은 신호들을 제거하고, 범위-내 신호들의 진폭을 조정하고, 모든 채널들의 처리된 신호들을 단일 출력으로 조합하는 것을 포함하는 몇 가지 신호 조절 과정들을 수행한다. 그 다음에, 이 출력이 제 1 AGC RF 파워 분배기(165)에 의해 두 경로들로 분할된다. 하나의 경로는 HPA(132)의 입력부에 연결되지만, 샘플링 기간 중에 HPA(132)의 출력이 불가능하여, 샘플링 과정과 간섭하지 않는다. 다른 경로는 제 2 RF 스위치(166)와 마주치며, 이는 FODL 조립체(140)가 수신하고 샘플링된 신호들로 채워지도록 구성된다. 최대 재밍 효율을 위해, FODL 조립체(140)의 케이블(176)의 길이는 샘플링 간격과 일치되어야 한다. 샘플링 및 지연 충전(filling) 작동들은 샘플 내에 신호들이 약하거나 또는 심지어 없을 때에도 무관하게 자동적으로 이루어진다. 일단 채워지면, 샘플링 과정은 완료되고 시스템(120)이 자동적으로 재밍을 위해 재구성된다.

FODL 조립체(140)의 광섬유 케이블(176)의 충전은 비어 있는 끝이 열린 파이프를 통해 이동하는 액체와 유사하다. 충분한 양의 액체가 파이프에 들어가서, 꽉 채워지면, 액체는 다른 끝에서 나오기 시작한다. 유사하게, FODL 조립체(140)의 광 케이블(176)도 충분한 길이의 시간 샘플이 들어갈 때 채워진다. 이후에, 저장된 샘플이 지연 라인 출력부에서 나타나기 시작한다. 출력은 제 2 AGC RF 파워 분배기(170)에 의해 두 개의 경로들로 나눠진다. 제 1 경로는 신호를 제 2 RF 스위 치(166)를 통해 다시 FODL 조립체(140)로 재-순환 또는 공급하고, 이는 더 이상 채널 조립체(128)로부터의 신호들을 FODL 조립체(140)로 입력하지 않도록 그 구성을 바꾼다. 이런 식으로, FODL 조립체(140)의 내용물들이 광섬유 케이블(176)을 다시-채우기 위해 FODL 조립체(140)로 재-진입 또는 재-순환한다. 재-순환은 새로운 RF 샘플이 취해지기 전에, 제어기(144)에 의해 정해진 바에 따라, 예정된 횟수(예를 들어, 10 내지 20)만큼 수행된다.

FODL 조립체 출력 신호들은 그 구성이 바뀐 제 1 RF 스위치(150)로 다시 연결되는 제 2 신호 경로로 제 2 AGC RF 파워 분배기(170)에 의해 지시되어, 외부 신호들이 채널 조립체(128)에 들어오는 것이 방지된다. 대신에, 제 1 RF 스위치(150)는 이전에-저장된 신호가 채널 조립체(128)와 제 1 AGC RF 파워 분배기(165)를 통해 HPA 조립체(132)로 전파될 수 있게 하고, HPA 조립체는 이제 활성화된다. 그 다음에, (상술한 바와 같이, 채널 조립체(128)에서 재밍 비디오 파형으로 변조된) 저장된 신호가 증폭되고 안테나 조립체(122)를 통해 주변 환경으로 방사된다. 상세하게는, T/R 스위치 조립체(124)는 외부 신호들이 시스템에 들어오는 것이 방지되는 전송 모드로 작동하게 제어기(144)에 의해 지시되지만, HPA 조립체(132)의 출력은 주변 환경으로의 방사를 위해 안테나 조립체(122)로 보내진다.

모든 신호 처리, 저장 및 재-순환 작동들은 입력 신호들의 원래 RF 주파수들에서 수행됨을 상술한 것으로부터 알 수 있고, 이는 "기저 대역(baseband)" 주파수들로 불릴 수 있다. 그러므로, 많은 전형적인 종래기술의 통신 및 데이터 링크 재머들과는 다르게, RF 주파수 변환들은 본 발명에서 필요하지 않다.

도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 재머 시스템(180)을 도시한다. 이러한 구현(implementation)은 개별적인 수신 안테나(182)와 전송 안테나(184)를 제공한다. 이 구성이 상술한 실시예에 비해 안테나 요소들의 갯수가 두 배이지만, 이는 T/R 스위치를 제거한다. 몇몇 응용예들에서, 이러한 배치는 작동 신뢰성을 개선하고 제조 비용을 감소시킬 수 있다. 부가적으로, 개별적인 수신 및 전송 안테나들을 사용하면 입력 및 출력 조립체들 및 구성요소들 간의 전자기적 절연을 개선할 수 있는 물리적 분리를 제공한다. 이는 시스템 내의 가짜 신호들의 양 및 진폭을 감소시키는 효과를 종종 가져, 재밍 신호의 품질을 개선한다.

도 12는 다중 고출력 증폭기(HPA) 조립체(132)가 사용되는(도면에 3개가 도시됨), 본 발명의 제 3 실시예에 따른 재머 시스템(190)을 도시한다. 이 실시예는 유익하게는 재밍 효율을 증가시키기 위해 보다 높은 출력 파워들이 필요할 때 사용될 수 있다. 몇몇 응용들에서, 각각의 다중 HPA 조립체들(132)은 보다 좁은 대역에서 작동될 수 있다. 다른 경우들에서, 재밍되는 장치들의 작동 주파수 범위들이 너무 넓어 단일의 HPA 조립체가 그 내부 구성요소들의 파워 취급 용량의 제약들로 인해 사용될 수 없다. 다중 HPA 조립체들을 사용하면 다중 동시 위협들의 중단에도 도움을 줄 수 있어, 위협 신호들이 단일 증폭기의 최대 출력 파워 용량을 초과함 없이 몇 개의 증폭기들로 분할될 수 있다. 마지막으로, 다중 HPA 조립체들을 사용하면 몇몇 응용들에서 전체 시스템 비용이 보다 낮아질 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예들이 본원에서 설명되었지만, 다수의 변경예들 및 변형예들이 당업자에게 떠오를 것임을 이해할 것이다. 이러한 변경예들 및 변형예 들은 본원에 설명한 본 발명의 다양한 특징들과 등가물을 구성하는 것으로 간주되고 본 발명의 정신 및 범위 내에 있는 것으로 고려될 수 있다. 또한, 상술한 바와 같은, 본 발명의 다양한 특징들을 수행하는데 사용되는 특정 소프트웨어와 하드웨어는 당업자에게 쉽게 떠오를 것이고, 본 발명의 상술한 기능 특징들과 장점들을 제공하는 임의의 갯수의 등가의 형태를 취할 수 있다.

Claims

입사(incident) 신호를 나타내는 수신된 신호 샘플로부터 재밍 신호를 만들도록 구성되는 아날로그 RF 메모리를 포함하고;

상기 재밍 신호와 입사 신호는 선택된 기저 대역 주파수에 의해 특징을 갖고, 상기 수신된 신호 샘플은 예정된 샘플링 간격 동안 수신되고, 상기 아날로그 메모리는 예정된 샘플링 간격과 선택된 기저 대역 주파수에 상응하는 사이즈를 갖는 원격통신 방해 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 수신된 신호 샘플은 다수의 입사 신호 샘플을 포함하고 상기 아날로그 RF 메모리는 수신된 신호 샘플로부터 준-연속적 파(quasi-continuous wave) 재밍 신호를 만들도록 구성되는 원격통신 방해 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 입사 신호는 RF 신호이고, 상기 아날로그 메모리는

신호 샘플을 수신하고 수신된 신호 샘플을 광학적으로-저장된 신호 샘플로 변환하도록 구성되는 RF-대-광 변환기;

RF-대-광 변환기에 커플링되고 예정된 샘플링 간격에 상응하도록 사이즈를 갖고, 광학적으로-저장된 신호 샘플로부터 재밍 신호를 만들도록 구성되는 광섬유 지연 라인; 및

광섬유 지연 라인에 커플링되고 광학적으로-저장된 신호를 선택된 기저 대역 주파수에서 재밍 신호로 변환하게 구성되는 광-대-RF 변환기를 추가로 포함하는 원격통신 방해 시스템.
제 3 항에 있어서,

예정된 샘플링 간격 동안 입사 신호의 일부분으로부터 수신된 신호 샘플을 생성하도록 구성되고 아날로그 메모리 입력부에 커플링되는 RF 프론트-엔드 조립체;

아날로그 RF 메모리에 커플링되고 선택된 기저 대역 주파수에서 전송을 위한 재밍 신호를 운반하게 구성되는 자동 이득 제어 조립체;

RF 프론트-엔드 조립체 및 자동 이득 제어 조립체에 커플링되고 입사 신호 길이, 예정된 샘플링 간격, 수신된 샘플 신호 특성, 및 작동 모드 중 하나 이상을 선택적으로 제어하게 구성되는 제어기를 추가로 포함하고, 상기 작동 모드는 샘플링 작동 모드와 재밍 작동 모드를 포함하는 원격통신 방해 시스템.
제 4 항에 있어서,

RF 프론트 엔드 조립체, 자동 이득 제어 조립체 및 제어기 사이에 커플링된 RF 스위치를 갖는 채널 조립체를 추가로 포함하고, 상기 제어기는 스위치가 샘플링 작동 모드 또는 재밍 작동 모드를 선택하게 하는 원격통신 방해 시스템.
제 5 항에 있어서,

상기 채널 조립체는 RF 프론트-엔드 조립체와 제어기 사이에 커플링된 신호 모니터를 추가로 포함하고, 상기 제어기는 신호 모니터에 의해 감지된 입사 신호 특성 신호에 반응하여 수신된 샘플 신호 특성을 선택적으로 제어하는 원격통신 방해 시스템.
제 6 항에 있어서,

자동 이득 제어 조립체로부터 재밍 신호를 수신하게 커플링되고 선택된 기저 대역 주파수에서 재밍 신호를 방송용 재밍 신호로 증폭하는 재밍 작동 모드로 구성되는 증폭기 조립체; 및

증폭기 조립체와 자동 이득 제어 조립체 사이에 커플링되고, 방송용 재밍 신호에 상응하는 반사된 RF 파워를 검출하도록 구성되는 양방향 검출기를 추가로 포함하는 원격통신 방해 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 광섬유 지연 라인은 선택된 기저 대역 주파수에서 작동할 수 있는 단일-모드 광섬유 케이블을 포함하는 원격통신 방해 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 신호 모니터는 입사 신호를 나타내는 비디오 신호를 생성하고, 상기 제어기는 비디오 신호에 반응하여 선택적으로 작동할 수 있는 원격통신 방해 시스템.
선택된 기저 대역 주파수에서 입사 신호를 수신하고;

예정된 샘플링 간격 동안 선택된 기저 대역 주파수에서의 입사 신호로부터 수신된 신호 샘플을 생성하고;

수신된 신호 샘플로부터 재밍 신호를 생성하고; 및

입사 신호에 반응하여 재밍 신호를 전송하는 것을 포함하는 원격통신 방해 방법.
제 10 항에 있어서,

입사 신호에 반응하여 예정된 샘플링 간격을 결정하는 것을 추가로 포함하는 원격통신 방해 방법.
제 11 항에 있어서,

샘플링 작동 모드와 재밍 작동 모드 간에서 스위칭하는 것을 추가로 포함하고, 상기 수신된 신호 샘플을 생성하고 재밍 신호를 광학적으로 생성하는 것이 샘플링 작동 모드에서 수행되고, 상기 재밍 신호를 전송하는 것이 재밍 작동 모드에서 수행되는 원격통신 방해 방법.
제 12 항에 있어서,

수신된 신호 샘플을 생성하는 것은 입사 신호로부터 다수의 입사 신호 샘플들을 생성하고 이로부터 수신된 신호 샘플을 형성하는 것을 추가로 포함하는 원격통신 방해 방법.
제 13 항에 있어서,

재밍 신호를 광학적으로 생성하는 것은 수신된 신호 샘플로부터 준-연속적인 파 재밍 신호를 생성하는 것을 추가로 포함하는 원격통신 방해 방법.
제 12 항에 있어서,

재밍 신호를 전송하는 것은 재밍 신호를 방송용 재밍 신호로 증폭하고 방송용 재밍 신호를 전송하는 것을 추가로 포함하는 원격통신 방해 방법.
제 14 항에 있어서,

재밍 신호를 전송하는 것은 재밍 신호를 방송용 재밍 신호로 증폭하고 방송용 재밍 신호를 전송하는 것을 추가로 포함하는 원격통신 방해 방법.
예정된 샘플링 간격 동안 선택된 기저 대역 주파수에서 입사 신호로부터 수신된 신호 샘플을 생성하도록 구성되는 RF 프론트-엔드 조립체;

RF 프론트-엔드 조립체에 커플링되고 선택된 기저 대역 주파수에서 재밍 신 호를 저장하도록 구성되는 광섬유 지연 라인 조립체;

광섬유 지연 라인 조립체에 커플링되고 선택된 기저 대역 주파수에서 전송을 위해 저장된 재밍 신호의 일부분 이상을 운반하도록 구성되는 자동 이득 제어 조립체;

RF 프론트-엔드 조립체와 자동 이득 제어 조립체에 커플링되고, 입사 신호 길이, 예정된 샘플링 간격, 수신된 샘플 신호 특성, 및 작동 모드 중 하나 이상을 선택적으로 제어하도록 구성되는 제어기;

RF 프론트-엔드 조립체, 자동 이득 제어 조립체, 및 제어기 사이에 커플링되는 RF 스위치; 및

자동 이득 제어기로부터 재밍 신호를 수신하고 선택된 기저 대역 주파수에서의 전송을 위해 저장된 재밍 신호를 방송용 재밍 신호로 증폭하도록 커플링되는 증폭기 조립체를 포함하고;

상기 작동 모드는 샘플링 작동 모드와 재밍 작동 모드를 포함하고, 상기 제어기는 RF 스위치가 샘플링 작동 모드 또는 재밍 작동 모드를 선택하게 하고, 상기 저장된 재밍 신호는 샘플링 작동 모드에서 생성되고 방송용 재밍 신호는 재밍 작동 모드에서 전송되는 고주파(RF) 재밍 시스템.
제 17 항에 있어서,

상기 광섬유 지연 라인 조립체는

신호 샘플을 수신하고, 수신된 신호 샘플을 광학적으로-저장된 신호 샘플로 변환하도록 구성되는 RF-대-광 변환기;

RF-대-광 변환기에 커플링되고 예정된 샘플링 간격에 상응하도록 사이즈를 갖고, 광학적으로-저장된 신호 샘플로부터 저장된 재밍 신호를 만들도록 구성된 단일-모드 광섬유 케이블인 광섬유 지연 라인; 및

광섬유 지연 라인에 커플링되고 저장된 재밍 신호를 선택된 기저 대역 주파수에서 방송용 재밍 신호로 변환하도록 구성되는 광-대-RF 변환기를 추가로 포함하는 RF 재밍 시스템.
제 18 항에 있어서,

상기 채널 조립체는 상기 RF 프론트-엔드 조립체와 상기 제어기 사이에 커플링되는 신호 모니터를 추가로 포함하고, 상기 제어기는 신호 모니터에 의해 감지된 입사 신호 특성 신호에 반응하여 수신된 샘플 신호 특성을 선택적으로 제어하는 RF 재밍 시스템.
제 19 항에 있어서,

상기 증폭기 조립체와 상기 자동 이득 제어 조립체 사이에 커플링되는 양방향 검출기를 추가로 포함하고, 상기 양방향 검출기는 방송용 재밍 신호에 상응하는 반사된 RF 파워를 검출하도록 구성되는 RF 재밍 시스템.
비디오 재밍 신호를 생성하는 비디오 신호 생성기;

외부 RF 신호와 상기 비디오 재밍 신호를 수신하도록 구성되는 채널 조립체;

상기 외부 RF 신호를 상기 비디오 재밍 신호로 변조하여 변조된 RF 재밍 신호를 생성하도록 구성되는 채널 조립체의 변조기;

상기 변조기로부터 상기 재밍 신호를 수신하고 상기 재밍 신호를 예정된 횟수만큼 상기 채널 조립체로 재-순환시키도록 구성되는 지연 라인을 포함하는 신호 저장 요소; 및

상기 예정된 횟수의 재순환 후에 상기 채널 조립체로부터 상기 재밍 신호를 수신하고 상기 외부 RF 신호를 재밍하기 위해 상기 재밍 신호를 전송하는 안테나와 증폭기를 포함하는 출력 조립체를 포함하는, 외부 RF 신호 재밍 시스템.
제 21 항에 있어서,

상기 지연 라인은 광섬유 케이블을 포함하는 외부 RF 신호 재밍 시스템.