KR20160136072A - 배열 안테나를 가진 위성 항법 수신기 점검 장치 - Google Patents

배열 안테나를 가진 위성 항법 수신기 점검 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위성 항법 수신기의 점검 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 위성 항법 수신기를 실내에서 안테나를 포함한 구성 상태에서 점검을 수행할 수 있게 하는 점검 장치에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 배열 안테나를 가진 위성 항법 수신기를 실내에서 안테나를 포함한 구성 상태에서 점검을 수행할 수 있게 된다.

Description

배열 안테나를 가진 위성 항법 수신기 점검 장치{Apparatus for checking Satellite Navigation Receiver with array antenna}
본 발명은 위성 항법 수신기의 점검 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 위성 항법 수신기를 실내에서 안테나를 포함한 구성 상태에서 점검을 수행할 수 있게 하는 점검 장치에 대한 것이다.
배열 안테나를 가진 위성 항법 수신기는 배열 안테나에 대한 신호처리 기법을 사용하여 잡음신호를 제거하고 위성신호 수신기능을 보완한다. 따라서 이러한 배열 안테나를 가진 위성항법 수신기를 점검하기 위해서는 위성 신호와 잡음 신호원을 기하학적으로 유사하게 모사하거나 모사가 어려울 경우 야외에서 실제 신호를 수신하면서 점검을 수행하기도 한다.
우선 쉽게 생각할 수 있는 방안으로 야외에서 시험하는 방안은 실제 위성신호와 잡음 신호를 수신하므로 실제 사용 환경에 가깝다고 볼 수 있으나, 수신기를 대량 생산해야 하는 경우에는 기상 등 여러 가지 상황에 제약을 받는 야외에서 장비 점검을 수행한다는 것은 어려운 점이 많다고 볼 수 있다.
또는, 위성신호 및 잡음 신호원을 실제 환경과 유사하게 기하학적으로 모사하여 점검하고자 할 경우 충분한 크기의 무반향 챔버를 사용하여야 하며, 위성별로 해당하는 시뮬레이터를 사용해야 하므로 모사하고자 하는 위성수 만큼의 시뮬레이터가 사용되어야 한다. 따라서 이 방식은 비용이 많이 든다는 단점이 있다.
1. 한국등록특허번호 제1009692070000호 2. 한국등록특허번호 제1013742050000호
본 발명은 위 배경기술에 따른 실내에서 위성항법수신기의 점검을 배열안테나를 포함하여 점검할 수 있는 위성 항법 수신기 점검 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 위성항법수신기의 점검을 배열안테나를 포함하여 점검할 수 있는 위성 항법 수신기 점검 장치를 제공한다.
상기 위성 항법 수신기 점검 장치는,
위성 항법 수신기를 점검하기 위한 다수의 점검 잡음 신호를 생성하고, 상기 다수의 점검 잡음 신호와 위성 신호 모의기로부터 수신되는 상용 위성 항법 모의기 신호를 혼합하여 가변적으로 위상 변조되는 다수의 수신기 점검 신호를 생성하는 위상면 모의기; 및
상기 위성 항법 수신기에 설치되는 배열 안테나의 다수의 패치에 무선 접속 연결되어 상기 다수의 수신기 점검 신호를 전송하도록 다수의 패치가 구성되는 점검용 안테나 후드;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 점검용 안테나 후드의 다수의 패치는 상기 위성 항법 수신기에 설치되는 배열 안테나의 패치와 유사한 크기인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 점검용 안테나 후드의 다수의 패치는 상기 배열 안테나의 다수의 패치와 동일한 개수 및 배치를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 위상면 모의기는 상기 배열 안테나의 다수의 패치별로 상기 다수의 점검 잡음 신호와 상용 위성 항법 모의기 신호의 위상차를 모사하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 배열 안테나의 다수의 패치와 상기 점검용 안테나 후드의 다수의 패치간 연결은 패치별로 1:1 신호를 전달하기 위해 근거리 커플링(Near Field Coupling) 효과를 이용하여 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 위상면 모의기는, 상기 다수의 점검 잡음 신호를 생성하는 점검 잡음 신호 생성기; 위성 신호 모의기로부터 상기 상용 위성 항법 모의기 신호를 수신하여 다수의 위성 항법 모의기 신호로 분할하는 스플릿터; 및 상기 다수의 점검 잡음 신호를 다수의 RF(Radio Frequency) 신호로 변환하고, 상기 다수의 RF 신호에 분할된 다수의 위성 항법 모의기 신호를 반영하여 상기 다수의 수신기 점검 신호를 생성하는 RF 생성기;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 위성 항법 수신기는 GNSS(Global Navigation Satellite System) 수신기인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 배열 안테나를 가진 위성 항법 수신기를 실내에서 안테나를 포함한 구성 상태에서 점검을 수행할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 점검 후드의 크기가 수신기 안테나 제원의 크기와 유사한 정도로 제작할 수 있기 때문에 실내 점검을 위한 무반향 챔버와 같은 시설을 갖추지 않아도 되는 장점을 가지며 이로 인한 경제적인 효과가 크다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 위성 항법 모의기 역시 하나의 장치만을 연결하면 되기 때문에 비용 절감 효과가 있다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 위상면 모의 기능을 가진 배열 안테나 위성 항법 수신기 점검 장치(100)의 개념 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 안테나 후드(140)의 구성도로서 수신기의 안테나 패치와 1:1로 RF 신호를 전달하는 방식으로 사용된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 패치간의 격리(Isolation)를 확보하기 위해 크로스 커플링(Cross Coupling)을 분석하고, 크로스 커플링(Cross Coupling)을 기준 이상 확보하는 최대의 송신-수신 패치간 간격을 찾아내기 위한 분석 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 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 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 배열 안테나를 가진 위성 항법 수신기 점검 장치를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 위상면 모의 기능을 가진 배열 안테나 위성 항법 수신기 점검 장치(100)의 개념 구성도이다. 도 1을 참조하면, 배열 안테나 위성 항법 수신기 점검 장치(100)는, 위성 항법 수신기(150)를 점검하기 위한 다수의 점검 잡음 신호를 생성하고, 상기 다수의 점검 잡음 신호와 위성 신호 모의기로부터 수신되는 상용 위성 항법 모의기 신호를 혼합하여 가변적으로 위상 변조되는 다수의 수신기 점검 신호를 생성하는 위상면 모의기(110), 상기 위성 항법 수신기(150)에 설치되는 배열 안테나(151)의 다수의 패치에 접속 연결되어 상기 다수의 수신기 점검 신호를 전송하도록 다수의 패치가 구성되는 점검용 안테나 후드(140) 등을 포함하여 구성된다.
위성 신호 모의기(101)는 상용 위성 항법 모의기 신호를 생성한다.
상기 위상면 모의기(110)는, 상기 다수의 점검 잡음 신호를 생성하는 점검 잡음 신호 생성기(120), 위성 신호 모의기(101)로부터 상기 상용 위성 항법 모의기 신호를 수신하여 다수의 위성 항법 모의기 신호로 분할하는 스플릿터(111), 상기 다수의 점검 잡음 신호를 다수의 RF(Radio Frequency) 신호로 변환하고, 상기 다수의 RF 신호에 분할된 다수의 위성 항법 모의기 신호를 반영하여 상기 다수의 수신기 점검 신호를 생성하는 RF 생성기(130) 등을 포함하여 구성된다.
이러한 위상면 모의기(120)는 하나의 위성 신호 모의기(101)로부터 받은 상용 위성 항법 모의기 신호와, 자체적으로 생성한 모의잡음신호인 점검 잡음 신호를 혼합하여 배열 안테나(151)의 패치별 해당되는 신호를 생성하여 점검용 안테나 후드(140)로 전달하게 된다. 이때 혼합되는 상용 위성 항법 모의기 신호와 점검 잡음 신호는 위상 조절기(미도시)를 통해 위성 항법 수신기(150)의 배열 안테나(151)의 각 패치에 해당되는 신호로 위상이 가변적으로 제어된다.
점검 잡음 신호 생성기(120)에는 IF(Intermediate Frequency) 잡음 신호를 생성하기 위해, 다수의 DAC(Digital to Analog Converter)(120-1 내지 120-n) 및 FPGA(Field-Programmable Gate Array) 등이 구성된다.
점검용 안테나 후드(140)는 위상면 모의기(110)와 위성 항법 수신기(150)간을 연결한다. 이를 위해, 점검용 안테나 후드(140)의 내측에는 다수의 채널(140-1 내지 140-n)이 형성된다. 또한, 점검용 안테나 후드(140)는 착탈식으로 설치가 가능하다. 이를 보여주는 구조가 도 2에 도시된다. 도 2에 대하여는 후술하기로 한다.
도 1을 계속 참조하면, 점검용 안테나 후드(140)는 점검 대상의 배열 안테나(151)와 1:1로 대응되는 안테나 패치를 가지고 있으며, 위상면 모의기(110)의 출력이 RF 신호로 점검 대상 위성 항법 수신기(150)의 배열 안테나(151)로 전달되도록 하는 방사 기능을 제공한다.
또한, 점검용 안테나 후드(140)는 배열 안테나(151)의 패치 수만큼의 방사 패치를 가진 동일 배열을 갖는다. 이에 따라 점검용 안테나 후드의 크기 역시 위성 항법 수신기(150)의 배열 안테나(151)와 유사한 크기로 제작할 수 있다
위성 항법 수신기(150)는 점검용 안테나 후드(140)와 연결되는 배열 안테나(151), 이 배열 안테나(151)와 연결되는 수신기 본체(152) 등을 포함하여 구성된다. 특히, 위성 항법 수신기(150)는 GNSS(Global Navigation Satellite System) 수신기인 것을 특징으로 할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 점검용 안테나 후드(140)의 구성도로서 수신기의 안테나 패치와 1:1로 RF 신호를 전달하는 방식으로 사용된다. 도 2를 참조하면, 점검용 안테나 후드(140)의 패치 구성도(210)와 배열 안테나(151)의 패치 구성도(220)가 도시된다.
점검용 안테나 후드의 패치 구성도(210)에는 제 1 패치 몸체(211), 상기 제 1 패치 몸체(211)의 상단면에 설치되는 다수의 제 1 연결 커넥터(213), 상기 제 1 패치 몸체(211)의 하단면에 설치되는 신호 방사를 위한 다수의 제 1 패치(212)가 구성된다.
이와 유사하게, 배열 안테나의 패치 구성도(220)에도 제 2 패치 몸체(221), 상기 제 2 패치 몸체(221)의 하단면에 설치되는 다수의 제 2 연결 커넥터(223), 상기 제 2 패치 몸체(221)의 상단면에 설치되는 신호 방사를 위한 다수의 제 2 패치(222)가 구성된다.
이때 수신기 점검 신호의 RF 신호를 통해서 1:1로 전달이 되어야 하는데 크로스 커플링(cross coupling)이 발생하지 않도록 점검용 안테나 후드(140)의 패치(212)와 배열 안테나(151)의 패치(222)간 간격을 최소화하여 배치된다.
또한, 상기 점검용 안테나 후드(140)의 다수의 패치(212)는 상기 위성 항법 수신기(150)에 설치되는 배열 안테나(151)의 다수의 패치(222)와 유사한 크기를 갖는다.
또한, 상기 점검용 안테나 후드(140)의 다수의 패치(212)는 상기 배열 안테나(151)의 다수의 패치(222)와 동일한 개수 및/또는 배치를 갖는다.
따라서, 위상면 모의기(도 1의 120)는 상기 배열 안테나(151)의 다수의 패치별로 점검 잡음 신호와 상용 위성 항법 모의기 신호의 위상차를 모사할 수 있다.
또한, 상기 배열 안테나(151)의 다수의 패치(222)와 상기 점검용 안테나 후드(140)의 다수의 패치(212)간 연결은 패치별로 1:1 신호를 전달하기 위해 근거리 커플링(Near Field Coupling) 효과를 이용하여 이루어진다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 패치간의 격리(Isolation)를 확보하기 위해 크로스 커플링(Cross Coupling)을 분석하고, 크로스 커플링(Cross Coupling)을 기준 이상 확보하는 최대의 송신-수신 패치간 간격을 찾아내기 위한 분석 그래프이다. 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이 12dB 이상의 Isolation을 확보하기 위해서 거리는 1.5 이내로 되어야 함을 알 수 있다.
100: 위성 항법 수신기 점검 장치
110: 위상면 모의기
111: 위성 신호 모의기
120: 점검 잡음 신호 생성기
120-1 내지 120-n: 제 1 내지 제 n DAC(Digital to Analog Converter)
130: RF(Radio Frequency) 생성기
140: 점검용 안테나 후드
150: 위상 항법 수신기
151: 배열 안테나 152: 수신기
211: 제 1 패치 몸체 212: 제 1 패치
213: 제 1 연결 커넥터
221: 제 2 패치 몸체 222: 제 2 패치
223: 제 2 연결 커넥터

Claims (6)

  1. 위성 항법 수신기를 점검하기 위한 다수의 점검 잡음 신호를 생성하고, 상기 다수의 점검 잡음 신호와 위성 신호 모의기로부터 수신되는 상용 위성 항법 모의기 신호를 혼합하여 가변적으로 위상 변조되는 다수의 수신기 점검 신호를 생성하는 위상면 모의기;
    상기 위성 항법 수신기에 설치되는 배열 안테나의 다수의 패치에 무선 접속 연결되어 상기 다수의 수신기 점검 신호를 전송하도록 다수의 패치가 구성되는 점검용 안테나 후드;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 가진 위성 항법 수신기 점검 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 점검용 안테나 후드의 다수의 패치는 상기 위성 항법 수신기에 설치되는 배열 안테나의 패치와 유사한 크기인 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 가진 위성 항법 수신기 점검 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 점검용 안테나 후드의 다수의 패치는 상기 배열 안테나의 다수의 패치와 동일한 개수 및 배치를 가지는 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 가진 위성 항법 수신기 점검 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상면 모의기는 상기 배열 안테나의 다수의 패치별로 상기 다수의 점검 잡음 신호와 상용 위성 항법 모의기 신호의 위상차를 모사하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 가진 위성 항법 수신기 점검 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 배열 안테나의 다수의 패치와 상기 점검용 안테나 후드의 다수의 패치간 연결은 패치별로 1:1 신호를 전달하기 위해 근거리 커플링(Near Field Coupling) 효과를 이용하여 연결되는 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 가진 위성 항법 수신기 점검 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상면 모의기는,
    상기 다수의 점검 잡음 신호를 생성하는 점검 잡음 신호 생성기;
    위성 신호 모의기로부터 상기 상용 위성 항법 모의기 신호를 수신하여 다수의 위성 항법 모의기 신호로 분할하는 스플릿터; 및
    상기 다수의 점검 잡음 신호를 다수의 RF(Radio Frequency) 신호로 변환하고 , 상기 다수의 RF 신호에 분할된 다수의 위성 항법 모의기 신호를 반영하여 상기 다수의 수신기 점검 신호를 생성하는 RF 생성기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 가진 위성 항법 수신기 점검 장치.



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KR20190118327A (ko) 2018-04-10 2019-10-18 넵코어스 주식회사 Gnss 중계 점검 장치

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