KR20180137626A - 가변 시간 지연 기능을 갖춘 능동형 모의 표적 생성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모의 표적의 레이더 단면적의 크기 가변이 가능하고, 시간 지연 및 도플러 주파수를 변환하여 임의로 거리 및 속도 성분을 모의 표적에 인가 가능한 것을 특징으로 하는 능동형 모의 표적 생성 장치로서, 본 발명에 의하면, 내 및 야외에서 사용 가능하고 시간 지연, 도플러 주파수 인가를 통해 모의 표적에 거리, 속도 성분을 할당하여 보다 실제 표적에 가깝게 모사할 수 있으며, 그것을 바탕으로 레이더 알고리듬 구축에 용이성을 가진다.

Description

가변 시간 지연 기능을 갖춘 능동형 모의 표적 생성 장치{ACTIVE PHANTOM-TARGET GENERATOR WITH TUNEABLE TIME DELAY}

본 발명은

레이더는 방사된 전파를 통해 대상물에서 산란된 전파를 수신하여 대상물의 크기 또는 위치 등을 탐지하는 기능을 갖는다. 레이더 단면적(RCS; Radar Cross Section)은 레이더에서 송신한 전파가 대상물에 반사되어 돌아올 때, 그 반사체의 반사량을 나타내기 위해 규정한 평면 면적이다.

일반적으로 레이더 시험을 할 경우, 모의 표적으로써 널리 사용되는 것이 코너 리플렉터, 룬버그 렌즈 등의 수동형 표적이다. 이러한 수동형 모의 표적은 정해진 주파수 대역 및 각도에서 정해진 레이더 단면적을 생성하게 된다.

그런데, 수동형 모의 표적을 가지고 야외 시험을 수행할 경우, 각도에 따라 레이더 단면적이 변화할 수 있기 때문에 시험 시나리오에 따라 레이더에 대한 모의 표적의 각도를 일일이 조정해야하며, 시나리오에 따라 거리 또한 일일이 조정해서 시험을 할 필요가 있다.

반면, 트랜스폰더(Transponder)를 위시한 능동형 모의 표적은 주로 실내용 시험을 위한 모의 표적으로써 사용된다.

보통 시간 지연을 이용하여 표적의 거리를 조절하거나 도플러 주파수를 인가하여 속도를 줄 수 있는 기능도 있으나, 그 가변성이 조악하거나 유연하지 못한 경우가 많다. 그리고, 야외 시험을 위한 능동형 모의 표적도 원거리 시험을 위한 원격조정 기능을 갖춘 것이 드물다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국등록특허공보 제10-1136751호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 간단한 구성으로 구현 가능 및 휴대성이 있어 실내 및 야외에서 사용 가능하고 시간 지연, 도플러 주파수 인가를 통해 모의 표적에 거리, 속도 성분을 할당하여 보다 실제 표적에 가깝게 모사할 수 있으며, 그것을 바탕으로 레이더 알고리듬 구축에 용이성을 가지는 능동형 모의 표적 생성장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 능동형 모의 표적 생성장치는, 모의 표적의 레이더 단면적의 크기 가변이 가능하고, 시간 지연 및 도플러 주파수를 변환하여 임의로 거리 및 속도 성분을 모의 표적에 인가 가능한 것을 특징으로 한다.

그리고, 시간 지연 기능을 가진 광지연 소자를 포함하는 가변 시간 지연기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 주파수를 상향 또는 하향시키기 위한 주파수 변환기 및 도플러 주파수를 생성하여 상기 주파수 변환기에 입력하는 가변 주파수 변환기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 대역통과 여파기를 포함하여 시간 지연을 임의로 조절 가능한 가변 시간 지연기를 포함할 수 있다.

상기 가변 시간 지연기는 상기 대역통과 여파기의 군지연 특성을 이용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일 관점에 의한 능동형 모의 표적 생성 장치는, 2축 모터를 구비하여 고각 및 방위각의 제어가 가능하며, 모의 표적의 레이더 단면적의 크기 가변이 가능하고, 시간 지연 및 도플러 주파수를 변환하여 임의로 거리 및 속도 성분을 모의 표적에 인가 가능한 것을 특징으로 한다.

그리고, 제어 명령에 의해 상기 2축 모터를 제어하는 모터 제어부를 더 포함할 수 있다.

나아가, 시간 지연 기능을 가진 광지연 소자를 포함하는 가변 시간 지연기 및 대역통과 여파기를 포함하여 시간 지연을 임의로 조절 가능한 가변 시간 지연기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 주파수를 상향 또는 하향시키기 위한 주파수 변환기 및 도플러 주파수를 생성하여 상기 주파수 변환기에 입력하는 가변 주파수 변환기를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 능동형 모의 표적 생성장치에 의하면, 고고도 영상 획득 시, 클러터 및 날씨에 의한 영향성을 줄일 수 있으므로 마이크로파 영상 시스템의 전천후성을 보다 강화할 수 있다.

그리고, 이중편파 안테나를 사용함으로써 안테나의 편파 특성에 따른 수신 경로를 조절하여, 대상물의 수신 전력이 주변 클러터 등에 의한 수신 전력과 구별되지 않을 시에도 편파 특성을 조절하여 클러터 수신 전력에 변화를 줌으로써 영상에서 대상물의 구분을 쉽게 하는 기능을 한다.

또한, 능동형 레이더의 거리 탐지 기능을 활용하여 전체 영상에서 대상물의 크기를 산출할 수 있다.

주파수를 분할하여 운용하는 기존 시스템과 달리 도 2와 같이 시간 영역을 분할하여 두 시스템을 동시에 운용함으로써 보다 넓은 주파수 대역을 이용할 수 있으며, 능동형 및 수동형 시스템을 동일 부품을 이용하여 동일 경로로 구성함으로써 전체 시스템의 규모를 줄일 수 있고, 또한 같은 주파수의 보정 신호원을 이용하여 두 개의 시스템을 동시에 보정할 수 있는 장점을 가지게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 농동형 모의 표적 생성 장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 농동형 모의 표적 생성 장치를 개념적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 능동형 모의 표적 생성 장치를 구성하는 RF부를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 능동형 모의 표적 생성 장치를 구성하는 시간 지연 장치를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 능동형 모의 표적 생성 장치를 구성하는 RF부를 도시한 것이다.
도 6은 도 5의 주파수 변환 장치의 혼합기의 로컬 입력 부분에 입력되는 신호원을 생성하기 위한 장치의 블록도이다.
도 7은 도플러 주파수 생성에 관한 개념도이다.
도 8은 여파기의 군지연 특성을 이용한 시간 지연 장치이다.
도 9는 도 8의 시간 지연 장치에 대한 블록도이다.
도 10은 여파기의 대역 특성 및 군지연 특성에 관한 개념도이다.
도 11은 도 10의 여파기의 군지연 특성을 보여주는 개념도이다.
도 12는 도 4의 시간 지연 장치로 coarse tuning을, 도 8의 시간 지연 장치로 fine tuning을 하여, 제어 신호에 따른 시간 지연량 변동을 나타낸 것이다.

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 2 등의 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 간 지연 및 도플러 주파수 변환 기능을 갖춘 능동 모의 표적 생성 장치에 대해서 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 모의 표적 생성 장치이다. 외관상 송신 안테나(101)와 수신 안테나(102)가 구비되며, 고각 제어 모터(103)와 방위각 제어 모터(104)의 2축 모터를 이용하여 각도 (방위각, 고각) 제어를 한다. 그 자체의 반사 특성을 줄이기 위해, 유전체나 흡수체, 코팅 등을 이용하여 하우징을 구성해야한다.

도 2는 본 발명의 능동형 모의 표적 생성 장치의 시스템 블록도로, 원격 조정을 위해 별도의 원격조정안테나(200)가 구비되며, 원격조정안테나(200)로 수신한 제어 신호를 이용하여, 디지털 신호 처리기(DSP) 쪽으로 제어 명령을 줄 수 있는 원격 조정 제어 장치와 제어 명령에 따라 제어를 수행하는 디지털 신호 처리기가 일체로 원격 조정 및 디지털 신호 처리기(201)로 구성된다.

전원부(202)는 일반 차량용 배터리 등으로 제어 가능하도록, DC-DC 컨버터 및 레귤레이터로 구성이 되어야 하고, 원격 조정을 통하여 전원을 끌 수 있는 기능을 가져야한다.

모터 제어부(204)는 무선으로 수신한 제어 명령에 따라 원하는 각도로 세밀하게 2축 모터(103, 104)를 제어한다.

도 3은 RF 신호부(203)를 도시한 것으로서, RF 신호부(203)는 도 3에서처럼 레이더에서 방사한 신호를 수신하여, 가변 저잡음 증폭기(301)를 통하여 증폭하여 모의 표적 생성 장치 자체에서 인가되는 잡음의 영향을 최소화해야 한다.

가변 시간 지연기(광지연 소자, coarse tuning, 302)는 조악하게 시간 지연을 줄 수 있는 장치이다.

도 4는 가변 시간 지연기(302)를 도시한 것으로서, 도 4처럼 동일한 시간 지연을 갖는 광지연 소자(400, 401, 402, 403) 및 광지연 소자의 손실을 보상할 수 있는 증폭기로 구성된 유닛을 직렬 연결하여 각 단의 출력을 제어 신호에 따라 4:1 셀렉터(404)에서 선택하여 출력하는 기능을 가진다.

도 5는 주파수 변환기(303, 305)를 도시한 것으로서, 두 번에 걸쳐서 주파수를 상/하향 하는 구조로 주파수 하향 변환기 또는 주파수 상향 변환기로서 기능하게 된다.

도 5를 참조하면, 두 혼합기를 이용하여 이미지 신호를 최대한 줄이면서 주파수 상향/하향 변환을 해야 한다.

이때, 주파수 하향 변환의 경우는, 앞단의 혼합기(500)에는 로컬 발진기 출력 신호가, 뒷단의 혼합기(502)에 가변 주파수 변환기(309)의 출력 중 하나가 인가되며, 주파수 상향 변환의 경우는, 반대로 앞단의 혼합기(500)에 가변 주파수 변환기(309)의 출력 중 하나가, 뒷단의 혼합기(502)에 로컬 발진기 출력신호가 인가되게 된다.

증폭기(503)는 주파수 변환 시 저하된 신호의 이득을 보상하기 위해 사용된다.

도 6은 가변 주파수 변환기(309)를 도시한 것으로서, 가변 주파수 변환기는 로컬 발진기(308)의 출력신호를 주파수 4 분주기(600)에 의해 4 분주하여 뒷단의 직접 디지털 합성기(601, 605, DDS)의 클럭으로 사용하게 되며, 그 클럭 대비 1/3 이하의 주파수의 신호가 제어 신호에 따라 주파수가 가변되어 출력되게 되고, 각각의 경로에서 주파수 4 체배기(602, 606), 대역 통과 여파기(603, 607), 증폭기(604, 608)를 거쳐 출력되게 된다.

이때, 두 출력의 주파수의 차이가 도플러 주파수 성분으로 되게 되고, 직접 디지털 합성기(601, 605)의 주파수를 가변하여 도플러 주파수를 양, 음의 성분 포함하여 세밀하게 조절할 수 있다.

도 7은 도플러 주파수 생성에 관한 개념도로, f1은 RF 신호부 입력 신호 주파수, fLO1은 로컬 발진기의 주파수, f2는 주파수 하향 변환 후 주파수, f3은 DDS1 신호를 이용해 주파수 하향 변환 후 출력 신호의 주파수를 가리킨다. 또한, f4는 DDS2 신호를 이용해 주파수 상향 변환 후 출력 신호의 주파수, f5는 로컬 발진기 신호를 이용해 주파수 상향 변환 후 최종 출력 신호의 주파수를 가리킨다.

한편, 도 3에서 가변 시간 지연기(304, 여파기)는 세밀하게 시간 지연을 줄 수 있는 장치로써, 도 8처럼 동일한 군지연 특성을 갖는 유닛으로 구성되게 된다. 이 장치는 크기 축소를 위해 집적회로를 이용하여 SoC(System on Chip)의 형태로 구현할 수 있다.

이때, 유닛은 도 9처럼 대역통과 여파기(900) 및 증폭기(901)로 구성되어 주파수 대역 내에서 0 dB 이득을 갖도록 설계되어야 한다.

각 단의 출력 및 입력 신호를 그대로 통과시키는 출력을 제어 신호에 따라 N:1 선택 장치(N은 임의의 숫자, 803)에서 선택하여 출력하는 기능을 가짐으로써, 입력 신호를 그대로 혹은 시간 지연을 준 후 출력하게 된다.

도 10은 대역통과 여파기(900)의 군지연 특성을 나타내는 모식도로, 일반적으로 여파기는 대역 내에서 일정한 군지연 특성을 가진다.

도 11은, 대역통과 여파기(900)의 주파수 대역이 낮을수록 군지연의 절대값이 커지게 되어 시간 지연을 보다 크게 할 수 있음을 보인다.

도 12는 광지연 소자를 이용한 가변 시간 지연기(302)에 의해 coarse tuning을 하고, 대역통과 여파기(900)를 이용한 가변 시간 지연기(304)에 의해 fine tuning을 모두 활용하면 큰 범위 내에서 세밀하게 시간을 조절할 수 있음을 보인다. 이때, 코드는 임의로 설정한 값이다.

도 3에서 주파수 하향 변환기(303), 가변 시간 지연기(304, 여파기), 주파수 상향 변환기(305)를 거친 신호는 가변 전력 증폭기(306)를 거쳐 원하는 레이더 단면적을 줄 수 있는 전력으로 증폭된 후, 송신 안테나(307)로 방사되게 되다.

레이더 시험 시에는 원하는 레이더 단면적으로 설정하기 위하여, 피드백을 통하여 가변 전력 증폭기(306)의 이득을 단계적으로 가변하여 이득을 설정한다.

이와 같은 절차를 통하여 모의 표적에 인가한 초기 시간 지연, 실제 레이더와의 거리 및 인가한 도플러 주파수 성분을 바탕으로, 레이더에서의 수신 전력의 변동량을 실제 움직이는 표적과 가깝게 모사하는 시간 지연, 레이더 단면적 변동 프로파일을 설정해야 한다.

100: 능동형 모의 표적 생성 장치
101: 송신(TX) 안테나 102: 수신(RX) 안테나
103: 고각(El.) 제어 모터 104: 방위각(Az.) 제어 모터
200: 원격 조정 안테나 201: 원격 조정 및 디지털 신호 처리기 202: 전원부 203: RF 신호부 204: 모터 제어부
300: 수신(RX) 안테나 301: 가변 저잡음 증폭기
302: 가변 시간 지연기 (광지연, coarse tuning)
303, 305: 주파수 하향 변환기
304: 가변 시간 지연기 (여파기, fine tuning)
306: 가변 전력 증폭기 307: 송신 안테나
308: 로컬 발진기 309: 가변 주파수 변환기
400, 401, 402, 403: 시간 지연 광지연 소자
404: 4:1 셀렉터
500, 502: 주파수 상/하향 변환 혼합기
501: 대역통과 여파기 503: 증폭기
600: 주파수 4 분주기
601, 605: 직접 디지털 합성기 (DDS:Direct Digital Synthesizer)
602, 606: 주파수 4 체배기
603, 607: 대역통과 여파기
604, 608: 증폭기
800, 801, 802: 시간 지연 소자
803: N:1 선택 장치(N: 임의의 숫자)
900: 대역통과 여파기(시간 지연 소자)
901: 증폭기

Claims (5)

1. 모의 표적의 레이더 단면적의 크기 가변이 가능하고, 시간 지연 및 도플러 주파수를 변환하여 임의로 거리 및 속도 성분을 모의 표적에 인가 가능한 것을 특징으로 하는,
   능동형 모의 표적 생성 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   시간 지연 기능을 가진 광지연 소자를 포함하는 가변 시간 지연기를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   능동형 모의 표적 생성 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   주파수를 상향 또는 하향시키기 위한 주파수 변환기; 및
   도플러 주파수를 생성하여 상기 주파수 변환기에 입력하는 가변 주파수 변환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   능동형 모의 표적 생성 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   대역통과 여파기를 포함하여 시간 지연을 임의로 조절 가능한 가변 시간 지연기를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   능동형 모의 표적 생성 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 가변 시간 지연기는 상기 대역통과 여파기의 군지연 특성을 이용하는 것을 특징으로 하는,
   능동형 모의 표적 생성 장치.

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