KR20150053005A - 탐지율을 높이기 위한 ｆｏｄ 탐지 레이더 장치 및 fod 탐지 방법 - Google Patents

Abstract

송신 안테나와, 수신 안테나와, 방위각 방향 설정을 위해 밀리미터파의 각 주파수에 대해 주기적 시간차를 두어 상기 송신 안테나를 통해 송신하고, 탐지 거리 설정을 위해 상기 밀리미터파를 위상 변이하여 상기 송신 안테나를 통해 송신하는 송신 모듈과, 상기 수신 안테나를 통해 밀리미터파를 수신하는 수신 모듈과, 상기 수신된 밀리미터파를 신호 처리하여 FOD(Foreign Object Debris)를 탐지하는 신호 처리 모듈과, 소정 방향각에 대한 탐지율을 높이기 위해 상기 송신 모듈이 상기 밀리미터파의 전대역폭 신호를 상기 방향각으로 송신하도록 제어하거나, 소정 탐지 거리에 대한 탐지율을 높이기 위해 상기 송신 모듈이 상기 탐지 거리에 해당하는 위상으로 상기 밀리미터파의 전대역폭 신호를 송신하도록 제어하는 제어 모듈을 구성한다. 상기와 같은 탐지율을 높이기 위한 FOD 탐지 레이더 장치에 의하면, 각 개별 주파수의 주기적 지연을 통해 좁은 대역폭으로 신속하게 FOD를 검색하는 한편, 필요에 따라 특정 방위각 방향 및/또는 특정 탐지 거리에 대하여 빔 포밍(beamforming)을 수행하여 보다 높은 탐지율로 FOD를 정밀 탐색하는 효과가 있다.

Description

탐지율을 높이기 위한 ＦＯＤ 탐지 레이더 장치 및 FOD 탐지 방법{RADAR APPARATUS FOR DETECTING FOREIGN OBJECT DEBRIS FOR PROBABILITY OF DETECTION AND METHOD OF DETECTING FOREIGN OBJECT DEBRIS}

본 발명은 FOD 탐지 레이더 장치 및 FOD 탐지 방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 탐지율을 높이기 위한 FOD 탐지 레이더 장치 및 FOD 탐지 방법에 관한 것이다.

공항 활주로의 FOD(foreign objects debris)는 종종 안전 사고를 유발한다. 비행기 동체의 파편이나 분리된 부품 또는 조류 사체 등이 비행기의 제트 엔진으로 흡입되면 엔진을 파열시키기도 하고, 동체가 찢어지기도 한다. 공항에서는 주기적으로 활주로의 안전 점검을 시행하지만, 육안으로는 한계가 있다. 이에, FOD 탐지 레이더 장치를 상시 가동하여 FOD를 탐지 및 제거한다.

이러한 FOD 탐지 레이더 장치는 안개 낀 날이나 눈오는 날에도 FOD를 정확하게 탐지해 내기 위해 주로 밀리미터파(millimeter wave)를 이용한다. 그런데, 이러한 밀리미터파의 주파수 대역이 FOD 탐지용으로 할당되어야 하는데, 미국의 경우 연방 통신 위원회(Federal Communication Commission, FCC)에서 78 GHz 내지 82 GHz 정도의 대역폭만 할당하고 있다. 이 정도의 대역폭으로는 나사와 같이 작은 크기의 FOD를 정확하게 탐지해내기 어려울 수 있다. 그러나, 작은 나사라도 엔진 내 흡입 시에는 큰 사고를 유발한다. 한편, 전미 연합 통신 위원회에서는 넓은 주파수 대역을 할당하지 않는 대신, 각 개별 주파수를 주기적으로 지연시켜 방사하도록 규정함으로써, 낮은 대역폭으로 인한 탐지 오류를 줄이도록 하고 있는 실정이다. 이와 같이, 한정된 대역폭으로 비교적 넓은 탐지 범위를 신속하게 탐색하는 한편, 작은 크기의 FOD도 정확하게 탐지하기 위한 필요성이 절실하다. 주파수 부족으로 인한 한정된 대역폭 할당은 비단 미국만의 문제만은 아니다.

본 발명의 목적은 탐지율을 높이기 위한 FOD 탐지 레이더 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 FOD 탐지 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 목적에 따른 탐지율을 높이기 위한 FOD 탐지 레이더 장치는, 송신 안테나와, 수신 안테나와, 방위각 방향 설정을 위해 밀리미터파의 각 주파수에 대해 주기적 시간차를 두어 상기 송신 안테나를 통해 송신하고, 탐지 거리 설정을 위해 상기 밀리미터파를 위상 변이하여 상기 송신 안테나를 통해 송신하는 송신 모듈과, 상기 수신 안테나를 통해 밀리미터파를 수신하는 수신 모듈과, 상기 수신된 밀리미터파를 신호 처리하여 FOD(Foreign Object Debris)를 탐지하는 신호 처리 모듈과, 소정 방향각에 대한 탐지율을 높이기 위해 상기 송신 모듈이 상기 밀리미터파의 전대역폭 신호를 상기 방향각으로 송신하도록 제어하거나, 소정 탐지 거리에 대한 탐지율을 높이기 위해 상기 송신 모듈이 상기 탐지 거리에 해당하는 위상으로 상기 밀리미터파의 전대역폭 신호를 송신하도록 제어하는 제어 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 제어 모듈은 상기 수신 모듈에서 소정 임계치 이상의 전압으로 수신되는 밀리미터파 신호의 표적에 대하여 상기 송신 모듈이 자동으로 빔포밍(beamforming)을 수행하도록 제어하는 것으로 구성될 수 있다. 여기에서, 상기 송신 안테나는 슬롯 도파관 안테나인 것이 바람직하다. 그리고 상기 FOD 탐지 레이더 장치 송신 안테나는, 차량에 구비되어 이동형으로 이용되는 것이 바람직하다.

상술한 본 발명의 다른 목적에 따른 FOD 탐지 방법은, 방위각 방향 설정을 위해 밀리미터파의 각 주파수에 대해 주기적 시간차를 설정하고 상기 밀리미터파의 위상을 변이하여 상기 송신 안테나를 통해 송신하는 단계와, 상기 밀리미터파를 수신하는 단계와, 상기 수신된 밀리미터파를 신호 처리하여 FOD(Foreign Object Debris)를 탐지하는 단계와, 소정 방향각에 대한 탐지율을 높이기 위해 상기 밀리미터파의 전 대역폭 신호를 상기 방향각으로 송신하거나, 소정 탐지 거리에 대한 탐지율을 높이기 위해 상기 탐지 거리에 해당하는 위상으로 밀리미터파의 전 대역폭 신호를 송신하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 상기 소정 방향각에 대한 탐지율을 높이기 위해 상기 밀리미터파의 전 대역폭 신호를 상기 방향각으로 송신하거나, 소정 탐지 거리에 대한 탐지율을 높이기 위해 상기 탐지 거리에 해당하는 위상으로 밀리미터파의 전 대역폭 신호를 송신하는 단계는, 소정 임계치 이상의 전압으로 수신되는 밀리미터파 신호의 표적에 대하여 자동으로 빔포밍(beamforming)을 수행하도록 제어하는 것으로 구성될 수 있다.

상기와 같은 탐지율을 높이기 위한 FOD 탐지 레이더 장치에 의하면, 각 개별 주파수의 주기적 지연을 통해 좁은 대역폭으로 신속하게 FOD를 검색하는 한편, 필요에 따라 특정 방위각 방향 및/또는 특정 탐지 거리에 대하여 빔 포밍(beamforming)을 수행하여 보다 높은 탐지율로 FOD를 정밀 탐색하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지율을 높이기 위한 FOD 탐지 레이더 장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 FOD 탐지 방법의 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지율을 높이기 위한 FOD 탐지 레이더 장치의 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탐지율을 높이기 위한 FOD 탐지 레이더 장치(100)(이하, 'FOD 탐지 레이더 장치'라 함)는 송신 안테나(110), 송신 모듈(120), 수신 안테나(130), 수신 모듈(140), 신호 처리 모듈(150) 및 제어 모듈(160)을 포함하도록 구성될 수 있다.

FOD 탐지 레이더 장치(100)는 한정된 밀리미터파 대역폭을 방위각 별로 각 개별 주파수를 할당하여 신속하게 활주로를 스캔하는 한편, 특정 위치에 존재하는 비교적 작은 크기의 FOD를 정밀 탐색하기 위해서, 특정 탐지 거리 및/또는 특정 방위각 방향으로 빔 포밍하여 FOD 탐지율을 높인다. 비교적 한정된 대역폭을 이용하여 탐색의 신속성과 정밀성을 모두 얻을 수 있는 장점이 있다. 이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.

송신 안테나(110)는 밀리미터파가 송신되는 구성으로서 빔포밍(beamforming) 제어가 용이한 슬롯 도파관 안테나로 구성될 수 있다.

송신 모듈(120)은 방위각 방향 설정을 위해 밀리미터파의 각 주파수에 대해 주기적 시간차(periodic delay)를 두어 송신 안테나(110)를 통해 송신하고, 탐지 거리 설정을 위해 밀리미터파를 위상 변이하여 송신 안테나(110)를 통해 송신하도록 구성될 수 있다. 송신 모듈(120)은 대략 100 미터 이내의 범위에서 신속하게 활주로 스캔을 할 수 있도록 하기 위해 밀리미터파를 빠르게 주사한다. 여기에서, 비교적 한정된 대역폭이 FOD 탐지에 할당되는 경우가 많기 때문에, 적은 대역폭으로 적정한 탐지율을 유지할 필요가 있다. 미국의 연방 통신 위원회(Federal Communication Commission)의 경우에는 주기적 시간차를 두고 개별 주파수를 각각 송신하도록 규정하고 있다. 이와 같이, 각 개별 주파수 간의 시간적 지연차를 두어 대략 90도의 방위각 범위 내에서 적정 탐지율을 유지한다. 또한, 밀리미터파의 위상을 변이하여 탐지 거리를 조정한다. 특히 차량에 탑재되는 이동형의 경우 탐지의 신속성이 만족될 수 있으나, 비교적 한정된 대역폭이라는 점에서는 여전히 탐지 정확도에 있어서 페이-오프(pay-off)가 발생하게 된다.

수신 안테나(130)는 송신 안테나(110)를 통해 송신되는 개별 주파수가 각각 수신될 수 있도록 하기 위한 다채널의 어레이 안테나로 구성될 수 있다.

수신 모듈(140)은 수신 안테나(130)를 통해 밀리미터파를 수신하도록 구성될 수 있다.

신호 처리 모듈(150)은 수신 모듈(140)에서 수신된 밀리미터파를 신호 처리하여 FOD(Foreign Object Debris)를 탐지하도록 구성될 수 있다.

제어 모듈(160)은 소정 방향각에 대한 탐지율을 높이기 위해 송신 모듈(110)이 밀리미터파의 전 대역폭 신호를 그 방향각으로 송신하도록 제어하거나, 소정 탐지 거리에 대한 탐지율을 높이기 위해 송신 모듈(110)이 그 탐지 거리에 해당하는 위상으로 밀리미터파의 전 대역폭 신호를 송신하도록 제어하는 것으로 구성될 수 있다. 즉, 제어 모듈(160)은 일반적으로 신속한 스캔을 수행하다가 FOD인 것으로 인식되거나 FOD일 가능성이 있는 것으로 판단되면, 좀 더 정밀한 레이더 탐지를 수행하도록 한다. 즉, 해당 방위각이나 해당 탐지 거리로 빔포밍을 수행하여 FOD의 형태나 크기 등에 대해 좀 더 세밀하게 탐지할 수 있다.

여기에서, 제어 모듈(160)은 FOD일 가능성이 있는 것에 대해 좀 더 세밀하게 탐지하기 위해서는, 수신 모듈(120)에서 소정 임계치 이상의 전압으로 수신되는 밀리미터파 신호의 표적에 대하여 송신 모듈(120)이 자동으로 빔포밍(beamforming)을 수행하도록 제어하는 것으로 구성될 수 있다.

한편, FOD 탐지 레이더 장치 송신 안테나(100)는 차량에 구비되어 이동형으로 이용되는 것이 바람직하다. 이동형으로 구성되는 경우 주로 100 미터 이내의 근거리에 대해 신속하고 정밀한 탐지를 하기 위해 적합하다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 FOD 탐지 방법의 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 먼저 송신 모듈(120)은 방위각 방향 설정을 위해 밀리미터파의 각 주파수에 대해 주기적 시간차를 설정하고 밀리미터파의 위상을 변이하여 송신 안테나(110)를 통해 송신한다(S110). 송신 모듈(120)은 기본적으로 100 미터 이내의 비교적 짧은 거리 내에서 신속한 탐지를 하도록 구성된다.

다음으로, 수신 모듈(140)은 수신 안테나(130)를 통해 밀리미터파를 수신한다(S120).

그리고 신호 처리 모듈(150)은 수신된 밀리미터파를 신호 처리하여 FOD(Foreign Object Debris)를 탐지한다(S130).

다음으로, 제어 모듈(160)은 소정 방향각에 대한 탐지율을 높이기 위해 상기 밀리미터파의 전 대역폭 신호를 그 방향각으로 송신하거나, 소정 탐지 거리에 대한 탐지율을 높이기 위해 그 탐지 거리에 해당하는 위상으로 밀리미터파의 전 대역폭 신호를 송신한다(S140). 좀 더 구체적으로는, 제어 모듈(160)은 소정 임계치 이상의 전압으로 수신되는 밀리미터파 신호의 표적에 대하여 자동으로 빔포밍(beamforming)을 수행하도록 제어한다. 즉, 신속한 스캔 후 FOD 가능성이 있는 표적에 대하 빔 포밍을 수행하여 정밀한 판단이 가능해진다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

1. 송신 안테나;
   수신 안테나;
   방위각 방향 설정을 위해 밀리미터파의 각 주파수에 대해 주기적 시간차를 두어 상기 송신 안테나를 통해 송신하고, 탐지 거리 설정을 위해 상기 밀리미터파를 위상 변이하여 상기 송신 안테나를 통해 송신하는 송신 모듈;
   상기 수신 안테나를 통해 밀리미터파를 수신하는 수신 모듈;
   상기 수신된 밀리미터파를 신호 처리하여 FOD(Foreign Object Debris)를 탐지하는 신호 처리 모듈 및
   소정 방향각에 대한 탐지율을 높이기 위해 상기 송신 모듈이 상기 밀리미터파의 전 대역폭 신호를 상기 방향각으로 송신하도록 제어하거나, 소정 탐지 거리에 대한 탐지율을 높이기 위해 상기 송신 모듈이 상기 탐지 거리에 해당하는 위상으로 상기 밀리미터파의 전 대역폭 신호를 송신하도록 제어하는 제어 모듈을 포함하는 탐지율을 높이기 위한 FOD 탐지 레이더 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어 모듈은,
   상기 수신 모듈에서 소정 임계치 이상의 전압으로 수신되는 밀리미터파 신호의 표적에 대하여 상기 송신 모듈이 자동으로 빔포밍(beamforming)을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 탐지율을 높이기 위한 FOD 탐지 레이더 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 송신 안테나는,
   슬롯 도파관 안테나인 것을 특징으로 하는 탐지율을 높이기 위한 FOD 탐지 레이더 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 FOD 탐지 레이더 장치 송신 안테나는,
   차량에 구비되어 이동형으로 이용되는 것을 특징으로 하는 탐지율을 높이기 위한 FOD 탐지 레이더 장치.
5. 방위각 방향 설정을 위해 밀리미터파의 각 주파수에 대해 주기적 시간차를 설정하고 상기 밀리미터파의 위상을 변이하여 상기 송신 안테나를 통해 송신하는 단계;
   상기 밀리미터파를 수신하는 단계;
   상기 수신된 밀리미터파를 신호 처리하여 FOD(Foreign Object Debris)를 탐지하는 단계;
   소정 방향각에 대한 탐지율을 높이기 위해 상기 밀리미터파의 전 대역폭 신호를 상기 방향각으로 송신하거나, 소정 탐지 거리에 대한 탐지율을 높이기 위해 상기 탐지 거리에 해당하는 위상으로 밀리미터파의 전 대역폭 신호를 송신하는 단계를 포함하는 FOD 탐지 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 소정 방향각에 대한 탐지율을 높이기 위해 상기 밀리미터파의 전 대역폭 신호를 상기 방향각으로 송신하거나, 소정 탐지 거리에 대한 탐지율을 높이기 위해 상기 탐지 거리에 해당하는 위상으로 밀리미터파의 전 대역폭 신호를 송신하는 단계는,
   소정 임계치 이상의 전압으로 수신되는 밀리미터파 신호의 표적에 대하여 자동으로 빔포밍(beamforming)을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 FOD 탐지 방법.

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