KR20100018691A - 가상 레이더 동작 수행이 가능한 비행시뮬레터 장치 - Google Patents

가상 레이더 동작 수행이 가능한 비행시뮬레터 장치 Download PDF

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KR20100018691A
KR20100018691A KR1020080077307A KR20080077307A KR20100018691A KR 20100018691 A KR20100018691 A KR 20100018691A KR 1020080077307 A KR1020080077307 A KR 1020080077307A KR 20080077307 A KR20080077307 A KR 20080077307A KR 20100018691 A KR20100018691 A KR 20100018691A
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Abstract

본 발명은 가상 레이더 동작의 수행이 가능한 비행시뮬레이터에 관한 것이다.
이를 실현하기 위하여 본 발명은, 실제 항공기와 동일한 비행 조종기기들과 그 제어 장치를 구비한 조종실 시스템과, 상기 조종실 시스템의 각종 비행 조건 설정하는 교관실 시스템과, 및 상기 조종실 시스템과 상기 교관실 시스템에서 발생하는 시뮬레이션 관련 데이터를 공유 메모리를 통해 실시간 처리하고 전송하는 시뮬레이션 호스트 시스템을 포함하여 구성된 비행시뮬레이터 장치에 있어서,
상기 시뮬레이션 호스트 시스템은, 상기 조종실 시스템 또는 상기 교관실 시스템으로부터 전송되는, 가상의 항공기 레이더 동작을 위한 입력 데이터를 임시로 저장하고, 레이더신호 전송처리부 또는 레이더신호 수신처리부 및 디스플레이 처리부에 의하여 처리된 레이더 펄스의 발생, 전송, 탐지에 관한 중간 데이터, 최종 데이터를 저장하는 데이터 저장부; 상기 조종실 시스템으로부터 수신되는 가상의 항공기 레이더 동작을 위한 입력 파라미터에 따라 레이더 펄스를 발생시키는 연산 처리를 수행하는 레이더신호 전송처리부; 타깃(target)의 위치를 파악하는 스캐닝 처리와, 타깃의 유무를 판단하는 정합 필터링 처리와, 및 CFAR(Constant False Alarm Rate) 검파 처리를 연속하여 수행하여, 타깃의 정확한 위치를 판별하는 레이더신호 수신처리부; 상기 레이더신호 전송처리부와 상기 레이더신호 수신처리부의 연산 결과를 수치화 또는 그래프화하는 디스플레이 처리부; 및 상기 데이터 저장 부, 상기 레이더신호 전송처리부, 상기 레이더신호 수신처리부, 및 상기 디스플레이 처리부 간의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.
항공기, 레이더, 비행시뮬레이터, 시뮬레이션

Description

가상 레이더 동작 수행이 가능한 비행시뮬레터 장치{FLIGHT SIMULATOR APPARATUS CAPABLE OF VIRTUAL RADAR OPERATION}
본 발명은 가상 레이더 동작의 수행이 가능한 비행시뮬레이터 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 항공기 레이더에서 펄스를 방사하여 타깃의 유무를 판단하고, 타깃의 유무가 판단되면 그 구체적인 위치를 탐지하는 동작(이하, '항공기 레이더 동작'이라 칭함)을 실제 비행 환경과 동일한 조건에서 수행할 수 있는 비행시뮬레이터 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 연구 개발된 항공기 레이더를 실제 항공기에 장착하여 그 성능을 테스트하는 데 있어서는, 엄청난 비용과 시간이 소요된다. 따라서, 이러한 항공기 레이더의 성능을 테스트할 수 있는 비행시뮬레이터 장치가 요청된다.
여기서, 비행시뮬레이터는 가상의 항공기 레이더 동작을 포함하는, 비행 성능 테스트 및 조종사의 모의 비행 훈련을 수행하도록 구비된 장치로서, 통상 그 구성은 실지 항공기의 조종실과 동일한 비행 조종기기들과 그 제어 장치를 구비한 조종실 시스템과 그 조종실 시스템에 각종 비행조건 설정 및 비행 지시를 전달하고 그 비행 과정을 모니터링하기 위한 교관실 시스템 및 조종실 시스템과 교관실 시스 템에서 발생하는 시뮬레이션 관련 데이터를 공유 메모리를 통해 실시간 처리하고 전송하기 위한 시뮬레이션 호스트 시스템으로 이루어진다(한국 공개특허공보 제2004-0076364호).
이러한 비행시뮬레이터를 통해, 실제 상황과 동일한 환경을 구현하여 가상의 적기를 레이더로 탐지하는 훈련을 행하려면, 레이더와 동일한 파형을 발생시키는 연산 처리와 타깃으로부터 되돌아오는 전파를 검지하는 연산처리 및 이러한 연산처리 결과를 시각화하는 처리과정이 규정된 시뮬레이션 호스트 시스템이 요구된다.
본 발명은 가상의 '항공기 레이더 동작', 즉 항공기 레이더에서 펄스를 방사하여 타깃의 유무를 판단하고, 타깃의 유무가 판단되면 그 구체적인 위치를 탐지하는 동작을 실제 비행 환경과 동일한 조건에서 수행할 수 있는 비행시뮬레이터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명은,
실제 항공기와 동일한 비행 조종기기들과 그 제어 장치를 구비한 조종실 시스템과, 상기 조종실 시스템의 각종 비행 조건을 설정하는 교관실 시스템과, 및 상기 조종실 시스템과 상기 교관실 시스템에서 발생하는 시뮬레이션 관련 데이터를 공유 메모리를 통해 실시간 처리하고 전송하는 시뮬레이션 호스트 시스템을 포함하여 구성된 비행시뮬레이터 장치에 있어서,
상기 시뮬레이션 호스트 시스템은, 상기 조종실 시스템 또는 상기 교관실 시스템으로부터 전송되는, 가상의 항공기 레이더 동작을 위한 입력 데이터를 임시로 저장하고, 레이더신호 전송처리부, 레이더신호 수신처리부 및 디스플레이 처리부에 의하여 처리된 레이더 펄스의 발생, 전송, 탐지에 관한 중간 데이터, 최종 데이터를 저장하는 데이터 저장부; 상기 조종실 시스템으로부터 수신되는 가상의 항공기 레이더 동작을 위한 입력 파라미터에 따라 레이더 펄스를 발생시키는 연산 처리를 수행하는 레이더신호 전송처리부; 타깃의 위치를 파악하는 스캐닝 처리와, 타깃의 유무를 판단하는 정합 필터링 처리와, 및 CFAR(Constant False Alarm Rate) 검파 처리를 연속하여 수행하여 타깃의 정확한 위치를 판별하는 레이더신호 수신처리부; 상기 레이더신호 전송처리부와 상기 레이더신호 수신처리부의 연산 결과를 수치화 또는 그래프화하는 디스플레이 처리부; 및 상기 데이터 저장부, 상기 레이더신호 전송처리부, 상기 레이더신호 수신처리부, 및 상기 디스플레이 처리부 간의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비행시뮬레이터 장치를 제공한다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 조종실 시스템으로부터 수신되는 가상의 항공기 레이더 동작을 위한 입력 파라미터는, 동작 주파수(operation frequencey), 스캔률(scan rate), 펄스 반복 주파수(pulse repetition frequency), 최대 전송전력(max transmission power), 안테나 반송 주파수(antenna carrier frequency), 전송전력(transmission power), 안테나 게인(antenna gain), 수직 빔폭(elevation beamwidth), 방위 빔폭(azimuth beamwidth), LFM 신호 빔폭, 펄스 폭, 손실 중 어느 하나 이상의 입력 파라미터일 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 레이더신호 전송처리부가 상기 레이더 펄스를 발생시키는 연산 처리를 수행하는 것은 아래의 식,
Figure 112008056673728-PAT00001
에 의해 상기 레이더 펄스를 발생시키는 과정을 포함할 수 있다(여기서, fo는 챠프 개시 주파수(chirp start frequency), B는 대역폭, τ는 펄스폭).
바람직한 실시예에 따라, 상기 레이더신호 수신처리부가 상기 스캐닝 처리를 수행하는 것은 아래의 식,
Figure 112008056673728-PAT00002
에 의해 스캔도(scan degree)에 따른 안테나 게인을 획득하는 과정을 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 레이더신호 수신처리부가 상기 CFAR(Constant False Alarm Rate) 검파 처리를 수행하는 것은,
식
Figure 112008056673728-PAT00003
(여기서,
Figure 112008056673728-PAT00004
는 네이만-피어슨 통계 이론(Neyman-Pearson's Croterior)에 의한 통계 가설을 정의한 것, x는 입력신호(정합 필터링 처리를 거친 결과값)벡터, g는 원신호(background clutter), N은 정규화(nomalized)를 지칭, μλ는 배경클러터의 평균을 지칭하는 것으로서 식
Figure 112008056673728-PAT00005
을 통해 연산된 값)을 통해 연산된
Figure 112008056673728-PAT00006
와,
식
Figure 112008056673728-PAT00007
(여기서, σ2은 신호의 분산(variance), Pfa는 오경보)을 통해 연산된 타깃이 존재하는 것으로 판정하기 위한 임계값(γ)을 비교하여, 상기
Figure 112008056673728-PAT00008
이 상기 임계값(γ)보다 크면 상기 타깃이 존재하는 것으로 판정하는 과정을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가상 레이더 동작의 수행이 가능한 비행시뮬레터의 구성을 나타낸 개념도이다.
본 발명에 따른 비행시뮬레이터는 조종실 시스템(100), 교관실 시스템(200) 및 비행시뮬레이션 호스트 시스템(300)을 포함한다.
또한, 비행시뮬레이션 호스트 시스템(300)은 비행시뮬레이터가 가상의 항공기 레이더 동작을 수행하도록 지원하기 위한 구성으로서, 입출력 인터페이스부(302), 데이터 저장부(304), 레이더신호 전송처리부(306), 레이더신호 수신처리부(308), 디스플레이 처리부(310), 및 제어부(312)를 포함한다.
여기서, 가상의 항공기 레이더 동작이란, 항공기 레이더에서 펄스를 방사하여 타깃의 유무를 판단하고, 타깃의 유무가 판단되면 그 구체적인 위치를 탐지하는 동작을 실제 비행 환경과 동일한 조건에서 수행시키는 일련의 처리 동작을 지칭한다.
조종실 시스템(100)은 실지 항공기와 동일한 비행 조종기기들과 그 제어 장치를 구비하여 조종사가 비행 시뮬레이션을 수행할 수 있도록 구성된 시스템이다.
교관실 시스템(200)은 각종 비행 조건 설정, 예를 들면 타깃이 되는 적기의 개수, 위치를 포함하는 비행 조건을 설정하고 상기 가상의 항공기 레이더 동작 과정을 모니터링할 수 있도록 구성된 시스템이다.
비행시뮬레이션 호스트 시스템(300)은 조종실 시스템(100) 및 교관실 시스템(200)과의 네트워크 연동이 가능한 서버급의 워크스테이션 단말기를 사양으로 구현되며, 조종실 시스템(100) 및 교관실 시스템(200)의 각각 공유 메모리와 네트워크(400)를 통해 연동되어, 가상의 항공기 레이더 동작과 관련된 지시 및 데이터를 신속하게 처리 및 전송하는 기능을 수행한다.
즉, 비행시뮬레이션 호스트 시스템(300)은 가상의 항공기 레이더 동작 수행시에 교관실 시스템(200)으로부터 수신되는 타깃이 되는 적기의 개수, 위치에 관한 데이터와, 조종실 시스템(100)으로부터 수신되는 레이더 펄스(예를 들면, LFM 신호)를 발생시키기 위한 각종 파라미터에 관한 데이터를 입력 데이터로 하여, 미리 저장된 수식에 따라, 레이더 펄스의 발생, 전송, 탐지를 위한 각종 연산을 수행하며, 그 연산 결과값을 조종실 시스템(100) 및 교관실 시스템(200)의 해당 계기 및 지시계로 전송하는 기능을 수행한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비행시뮬레이션 호스트 시스템(300)의 내부 구성을 나타낸 블럭도이고, 도 3은 도 2의 상기 비행시뮬레이션 호스트 시스템의 동작 과정을 나타낸 순서도이다.
비행시뮬레이션 호스트 시스템(300)은 입출력 인터페이스부(302), 데이터 저장부(304), 레이더신호 전송처리부(306), 레이더신호 수신처리부(308), 디스플레이 처리부(310), 및 제어부(312)를 포함하여 구성할 수 있다.
먼저, 도 2를 참조하면, 입출력 인터페이스부(302)는 조종실 시스템(100) 및 교관실 시스템(200)과 공유 메모리 및 네트워크(400)를 통해 데이터를 입출력할 수 있도록 인터페이스를 수행하여, 상호간의 연동이 가능하도록 한다.
또한, 데이터 저장부(304)는 조종실 시스템(100) 또는 교관실 시스템(200)으로부터 전송되는, 가상의 항공기 레이더 동작을 위한 입력 데이터를 임시로 저장하고, 레이더신호 전송처리부(306) 또는 레이더신호 수신처리부(308)에 의하여 처리된 레이더 펄스의 발생, 전송, 탐지에 관한 중간 데이터, 최종 데이터를 저장하는 기능을 수행한다.
다음, 도 2와 도 3을 참조하면, 레이더신호 전송처리부(306)는 입출력 인터페이스부(302)를 통해 조종실 시스템(100)으로부터 수신되는 입력 파라미터(S310)에 따라 다른 신호의 레이더 펄스(radar pulse)(이하, LFM 신호라 칭함)를 발생시키는 기능을 수행하는 모듈이다. 이를 위해 레이더신호 전송처리부(306)는 아래의 식(1)에 따라 LFM 신호를 생성시키는 연산을 처리한다(S312).
Figure 112008056673728-PAT00009
.......................(1)
여기서, fo는 챠프 개시 주파수(chirp start frequency), B는 대역폭, τ는 펄스폭이다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 LFM 신호의 발생을 위한 입력 파라미터는, 동작 주파수(operation frequencey), 스캔률(scan rate), 펄스 반복 주파수(pulse repetition frequency), 최대 전송전력(max transmission power), 안테나 반송 주파수(antenna carrier frequency), 전송전력(transmission power), 안테나 게인(antenna gain), 수직 빔폭(elevation beamwidth), 방위 빔폭(azimuth beamwidth), LFM 신호 빔폭, 펄스 폭, 손실 등을 포함할 수 있다.
예를 들면, 레이더신호 전송처리부(306)가 입출력 인터페이스부(302)를 통해 조종실 시스템(100)으로부터, 안테나 반송 주파수: 10 GHz, 전송전력: 1000 W, 안테나 게인: 1000, 수직 빔폭: 3°, 방위 빔폭: 3°, LFM 신호 빔폭: 1 GHz, 펄스 폭: 20 ㎲, 손실: 0.5의 입력 파라미터를 입력받은 경우에는, 상기 (1)의 식에 따른 연산 처리를 수행하여, 도 4에 나타낸 바와 같은 LFM 신호를 생성한다. 여기서, 도 4의 X축은 레이더 전송신호의 데이터 배열순서이고, Y축은 레이더 전송신호의 크기(단위 Voltage, 최대값'1'로 정규화함)이다.
다음, 레이더신호 전송처리부(306)는 조종실 시스템(100)의 지시에 따라 상기 생성한 LFM 신호를 일정한 영역으로 전송하는 연산을 수행한다(S314).
레이더신호 수신처리부(308)는 레이더신호 전송처리부(306)로부터 일정한 영역으로 전송한 LFM 신호가, 타깃을 맞고 되돌아오는 신호를 수신한 후(S316), 그 신호를 분석하여 타깃의 유무 및 위치를 찾아내는 과정(S318~S324)을 정의한 모듈이다.
레이더신호 수신처리부(308)는 크게, 타깃의 위치를 파악하는 스캐닝 처리(scanning)(S318)와, 타깃의 유무를 판단하는 정합 필터링 처리(matched filtering)(SS320)와, 및 정합 필터링된 데이터 중에서 특정 임계값 이상의 데이터 에 대해서만 타깃으로 판정하는 CFAR(Constant False Alarm Rate) 검파 처리(S322)를 수행하며, 이에 따라 입출력 인터페이스부(302)를 통해 조종실 시스템(100)으로부터 지정된 레이더의 빔폭(예를 들면, 3dB)을 고려한 타깃의 위치를 정확히 판별한다.
바람직한 실시예에 따라, 레이더신호 수신처리부(308)는 상기 스캐닝 처리(scanning)(S318)를 위해, 입출력 인터페이스부(302)를 통해 조종실 시스템(100)으로부터 수신된 스캔도(scan degree), 지시에 따라 아래의 식(2)에 의해 안테나 게인을 연산한다.
Figure 112008056673728-PAT00010
.....................(2)
또한, 레이더신호 수신처리부(308)는 입출력 인터페이스부(302)를 통해 조종실 시스템(100)으로부터 스캐닝 처리 범위를 지정받은 후에, 도 5에 나타낸 바와 같은 화살표 순서로 스캐닝 처리를 수행한다.
예를 들면, 입출력 인터페이스부(302)를 통해 조종실 시스템(100)으로부터 수신된 스캐닝 방위 범위가 -60°~ +60°이고, 스캐닝 수직 범위가 -30°~ +30°이며, 안테나 패턴의 빔폭이 3dB인 경우에는, 스캐닝 방위 방향으로 40개, 스캐닝 수직 방향으로 20개의 스캐닝 영역이 지정된다.
상기 스캐닝 처리에 의해 검출된 수신 신호(즉, 레이더 신호가 타깃을 맞고 되돌아온 신호)는 예를 들면, 도 6에 나타낸 바와 같이, 리턴 신호(return signal)에 잡음(noise)이 혼합된 신호이다. 여기서, X축은 수신 신호의 데이터 배열순서이 고, Y축은 수신 신호의 크기(단위 Voltage)이다.
본 발명의 레이더신호 수신처리부(308)는, 상기 타깃의 유무를 판단하는 정합 필터 처리(S320)를 위해, 먼저 상기 스캐닝 처리(scanning)(S318)에 의해 검출된 수신 신호에 대해 아래의 식(3)에 따라 잡음 레벨(noise level)을 측정하고, 수신 신호의 전력을 식(4)에 따라 측정한다.
P no = G rec KT sys B......................................(3)
여기서, G rec는 수신기전력이득, K는 볼츠만 상수(1.38e-23), T sys는 시스템잡음온도, B는 LFM 신호의 대역폭이다.
Figure 112008056673728-PAT00011
.............................(4)
여기서, Pt는 송신전력, G는 안테나 게인, λ는 LFM신호의 파장, σ는 타깃의 RCS(Radar Cross Section), R은 레이다와 타깃 간의 거리이다.
다음, 레이더신호 수신처리부(308)는 아래의 식(5)에 따라 수신 신호의 출력 신호대잡음비(SNR)가 최대로 되도록 최적화한다. 이에 따라 수신 신호에서의 타깃에 관한 신호가 강조되어, 타깃 탐지에 관한 오류가 발생할 확률을 감소시킬 수 있다.
Figure 112008056673728-PAT00012
........(5)
여기서, s0(t,fd)는 시간과 도플러주파수(Doppler frequency)를 고려한 필터 링 처리 결과값(matched filter response), s는 레이다펄스의 전송신호(Linear Frequency Modulation:LFM signal), t'=t+u, 그리고 fd는 도플러 주파수이다.
예를 들면, 도 6에 나타낸 바와 같은, 정합 필터 처리를 거치기 전의 수신 신호가 상기 (5)의 식에 따라 정합 필터 처리를 거친 후에는, 도 7의 그래프와 같이 수신 신호가 샤프(sharp)한 형태의 값으로 나타나게 된다. 여기서, 도 7의 X축은 정합 필터 처리를 거친 수신 신호의 데이터 배열순서이고, 이러한 수신 신호의 크기(단위 Voltage)이다.
도 8은 본 발명의 레이더신호 수신처리부(308)가 상기 정합 필터링 처리(S320)를 거친 데이터 중에서 임계값 이상의 값을 가진 데이터를 타깃으로 판단하는 연산처리 동작을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 본 발명인 레이더신호 수신처리부(308)는 상기 CFAR(Constant False Alarm Rate) 검파 처리(S322)를 수행하기 위해, 아래의 식(6)에 따라, 타깃이 존재하는지 여부를 판정하기 위한 임계값(γ)을 규정한다.
Figure 112008056673728-PAT00013
.....................................(6)
여기서, σ2은 신호의 분산(variance), Pfa는 오경보이다.
다음, 레이더가 실제적인 비행 환경에서 적용될 경우에는, 도 9에 나타낸 바와 같이 배경 클러터(background clutter)가 시간에 따라 변하므로, 본 발명의 레이더신호 수신처리부(308)는 아래의 식(7)에 따라, 각각의 시간에서 다른 오경보가 적용되는 임계값과 오경보와의 관계를 규정한다.
Figure 112008056673728-PAT00014
......................(7)
여기서
Figure 112008056673728-PAT00015
는 네이만-피어슨 통계 이론(Neyman-Pearson's Croterior)에 의한 통계 가설을 정의한 것이며, 여기서 x는 입력신호(정합 필터링 처리를 거친 결과값)벡터이고 g는 원신호(background clutter), N은 정규화(nomalized)를 나타내고, μλ는 신호가 없을 때의 평균이다.
Figure 112008056673728-PAT00016
...(8)
식(8)은 상기 식(7)에 적용된 μλ를 유도해가는 과정을 나타내고 있다. μλ는 배경 클러터의 평균을 나타내는 값으로서,
Figure 112008056673728-PAT00017
와
Figure 112008056673728-PAT00018
는 이러한 배경클러터의 평균을 구하기 위한 적분 과정을 나타낸다. 여기서, σ2은 분산을 나타내고, N은 정규화분포(normalized distribution)를 나타낸다.
바람직한 실시예에 따라, 레이더신호 수신처리부(308)는 CFAR 검파 처리(S322)를 수행하는데 있어서, 도 9에 나타낸 바와 같은 스플릿 윈도우 노멀라이저(split window normalizer)를 사용할 수 있다. 이에 따라, 본 발명인 레이더신호 수신처리부(308)는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 두개의 윈도우(window)를 동작시킴으로써, 입력 신호의 중간에 타깃 신호가 없는 경우에도 신호가 없는 μλ를 연산할 수 있다.
다음, 본 발명인 레이더신호 수신처리부(308)는 상기 CFAR(Constant False Alarm Rate) 검파 처리(S322)를 수행하기 위해, 상술한 식(7) 및 식(8)을 통해 연산한
Figure 112008056673728-PAT00019
과 상술한 식(6)에서 구한 임계값(γ)을 비교하여 이 신호가 타깃인지의 여부를 판단하는 동작을 수행한다(S324). 구체적으로, 본 발명인 레이더신호 수신처리부(308)는 상술한 CFAR 검파 처리(S322)를 통해 상기
Figure 112008056673728-PAT00020
이 상기 임계값(γ)보다 크면 타깃이 존재하는 것으로 판정하고, 그 반대의 경우에는 타깃이 존재하지 않는 것으로 판정하는 오경보 판별 과정을 수행함으로써, 레이더의 오경보를 대폭 감소시키고, 이에 따라 레이더의 검출 성능을 효율적으로 향상시킨다.
디스플레이 처리부(310)는 제어부(312)의 제어에 따라 레이더신호 전송처리부(306) 및 레이더신호 수신처리부(308)에서 연산되는 각종 레이더 관련 데이터(레이더 신호 전송, 수신, 판별등에 관한 중간값 및 최종 결과값)와 타깃 검출 데이터를 처리하고(S326), 그 결과를 조종실 시스템(100) 및/또는 교관실 시스템(200)으로 전송하여 가시화하는 연산 처리(S328)를 수행한다. 바람직한 실시예에 따라, 디스플레이 처리부(310)는 매트랩(matlab) 프로그램으로 구성할 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 각각 디스플레이 처리부(310)에 의해 처리된 방위-범위(azimuth-range) 시뮬레이션 결과와 방위-높이(azimuth-elevation) 시뮬레이션 결과이다. 여기서, 도 10a의 원의 크기는 항공기 레이더와 타깃간의 거리, 원주에 해당하는 부분은 타깃간의 방위 거리이고, 또한 도 10b의 가로축은 방위, 세로축은 높이를 나타낸다.
제어부(312)는 입출력 인터페이스부(302), 데이터 저장부(304), 레이더신호 전송처리부(306), 레이더신호 수신처리부(308), 디스플레이 처리부(310)의 동작 및 각 부(302,304,306,308,310) 간의 데이터 흐름을 통괄적으로 제어하고, 특히 조종실 시스템(100) 또는 교관실 시스템(200)으로부터의 가상의 레이더 동작에 관한 각종 지시 신호를 수신하는 경우 상기 지시 신호에 대응하는 프로세스들을 생성 및 스케줄링하여, 레이더신호 전송처리부(306) 및/또는 레이더신호 수신처리부(308) 및/또는 디스플레이 처리부(310)의 연산동작을 지시하는 제어동작과, 그 결과값을 조종실 시스템(100) 또는 교관실 시스템(200)으로 전송하도록 지시하는 제어동작을 수행한다.
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 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가상 레이더 동작의 수행이 가능한 비행시뮬레터의 구성을 나타낸 개념도.
도 2는 도 1의 상기 비행시뮬레이터에 적용되는 비행시뮬레이션 호스트 시스템의 내부 구성을 나타낸 블럭도.
도 3은 도 2의 상기 비행시뮬레이션 호스트 시스템의 동작 과정을 나타낸 순서도.
도 4는 도 2의 상기 비행시뮬레이션 호스트 시스템에 의해 생성된 LFM 신호를 나타낸 도면.
도 5는 도 2의 상기 비행시뮬레이션 호스트 시스템의 스캐닝 처리 과정을 설명하기 위한 도면.
도 6은 도 2의 상기 비행시뮬레이션 호스트 시스템이 정합 필터링 처리를 수행하기 전의 수신 신호를 나타낸 도면.
도 7은 도 2의 상기 비행시뮬레이션 호스트 시스템이 정합 필터링 처리를 수행한 후의 수신 신호를 나타낸 도면.
도 8은 도 2의 상기 비행시뮬레이션 호스트 시스템이 CFAR 검파 처리를 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 9는 도 8의 상기 CRAR 검파 처리에 적용되는 스플릿 윈도우 노멀라이저를 나타낸 도면.
도 10a 및 도 10b는 도 2의 상기 비행시뮬레이션 호스트 시스템이 디스플레 이 처리를 하는 동작을 설명하기 위한 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1: 비행시뮬레이터 100: 조종실 시스템
200: 교관실 시스템 300: 비행시뮬레이션 호스트시스템
302: 입출력 인터페이스부 304: 데이터 저장부
306: 레이더신호 전송처리부 308: 레이더신호 수신처리부
310: 디스플레이 처리부 312: 제어부

Claims (5)

  1. 실제 항공기와 동일한 비행 조종기기들과 그 제어 장치를 구비한 조종실 시스템과, 상기 조종실 시스템의 각종 비행 조건을 설정하는 교관실 시스템과, 및 상기 조종실 시스템과 상기 교관실 시스템에서 발생하는 시뮬레이션 관련 데이터를 공유 메모리를 통해 실시간 처리하고 전송하는 시뮬레이션 호스트 시스템을 포함하여 구성된 비행시뮬레이터 장치에 있어서,
    상기 시뮬레이션 호스트 시스템은,
    상기 조종실 시스템 또는 상기 교관실 시스템으로부터 전송되는, 가상의 항공기 레이더 동작을 위한 입력 데이터를 임시로 저장하고, 레이더신호 전송처리부, 레이더신호 수신처리부 및 디스플레이 처리부에 의하여 처리된 레이더 펄스의 발생, 전송, 탐지에 관한 중간 데이터, 최종 데이터를 저장하는 데이터 저장부;
    상기 조종실 시스템으로부터 수신되는 가상의 항공기 레이더 동작을 위한 입력 파라미터에 따라 레이더 펄스를 발생시키는 연산 처리를 수행하는 레이더신호 전송처리부;
    타깃(target)의 위치를 파악하는 스캐닝 처리와, 타깃의 유무를 판단하는 정합 필터링 처리와, 및 CFAR(Constant False Alarm Rate) 검파 처리를 연속하여 수행하여 타깃의 정확한 위치를 판별하는 레이더신호 수신처리부;
    상기 레이더신호 전송처리부와 상기 레이더신호 수신처리부의 연산 결과를 수치화 또는 그래프화하는 디스플레이 처리부; 및
    상기 데이터 저장부, 상기 레이더신호 전송처리부, 상기 레이더신호 수신처리부, 및 상기 디스플레이 처리부 간의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비행시뮬레이터 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조종실 시스템으로부터 수신되는 가상의 항공기 레이더 동작을 위한 입력 파라미터는, 동작 주파수(operation frequencey), 스캔률(scan rate), 펄스 반복 주파수(pulse repetition frequency), 최대 전송전력(max transmission power), 안테나 반송 주파수(antenna carrier frequency), 전송전력(transmission power), 안테나 게인(antenna gain), 수직 빔폭(elevation beamwidth), 방위 빔폭(azimuth beamwidth), LFM 신호 빔폭, 펄스 폭, 손실 중 어느 하나 이상의 입력 파라미터인 것을 특징으로 하는 비행시뮬레이터 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이더신호 전송처리부가 상기 레이더 펄스를 발생시키는 연산 처리를 수행하는 것은 아래의 식,
    Figure 112008056673728-PAT00021
    에 의해 상기 레이더 펄스를 발생시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 비행시뮬레이터 장치.
    (여기서, fo는 챠프 개시 주파수(chirp start frequency), B는 대역폭, τ는 펄스폭)
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이더신호 수신처리부가 상기 스캐닝 처리를 수행하는 것은 아래의 식,
    Figure 112008056673728-PAT00022
    에 의해 스캔도(scan degree)에 따른 안테나 게인을 획득하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 비행시뮬레이터 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이더신호 수신처리부가 상기 CFAR(Constant False Alarm Rate) 검파 처리를 수행하는 것은,
    식
    Figure 112008056673728-PAT00023
    (여기서,
    Figure 112008056673728-PAT00024
    는 네이만-피어슨 통계 이론(Neyman-Pearson's Croterior)에 의한 통계 가설을 정의한 것, x는 입력신호(정합 필터링 처리를 거친 결과값)벡터, g는 원신호(background clutter), N은 정규화(nomalized)를 지칭, μλ는 배경클러터의 평균을 지칭하는 것으로서 식
    Figure 112008056673728-PAT00025
    을 통해 연산된 값)을 통해 연산된
    Figure 112008056673728-PAT00026
    와,
    식
    Figure 112008056673728-PAT00027
    (여기서, σ2은 신호의 분산(variance), Pfa는 오경보)을 통해 연산된 타깃이 존재하는 것으로 판정하기 위한 임계값(γ)을 비교하여, 상기
    Figure 112008056673728-PAT00028
    이 상기 임계값(γ)보다 크면 상기 타깃이 존재하는 것으로 판정하는 과정을 포함하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 비행시뮬레이터 장치.
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