KR960016390B1 - 레이다 시스템의 지시기 인터페이스 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

요약 없음.

Description

레이다 시스템의 지시기 인터페이스 장치 및 방법

제 1 도는 일반적인 선박용 레이다 시스템의 블럭도이고.

제 2 도는 본 발명인 레이다 시스템의 지시기 인터페이스 장치의 블럭도이고,

제3A도는 본 발명의 업링크(Up link) 데이타 포맷(format) 1을 도시한 것이고,

제3B도는 본 발명의 업링크 데이타 포맷 2을 도시한 것이고,

제3C도는 본 발명의 업링크 데이타 포맷 3을 도시한 것이고,

제4A도는 본 발명의 다운링크의 하위 20비트 데이타 포맷을 도시한 것이고,

제4B도는 본 발명의 다운링크의 상위 20비트의 데이타 포맷을 도시한 것이고,

제 5 도는 본 발명의 스피드 로그의 데이타 포맷을 도시한 것이고,

제 6 도는 본 발명의 자이로 로그의 데이타 포맷을 도시한 것이고,

제 7 도는 본 발명의 인터스위치의 데이타 포맷을 도시한 것이고,

제 8 도는 본 발명에 의한 매 반복주파수(PRF)마다 수행되는 인터럽트 서비스루틴의 흐름을 도시한 흐름도이고,

제 9 도는 본 발명에 의한 100msec마다 수행되는 데이타를 갱신하는 루틴의 흐름을 도시한 흐름도이고,

제10도는 본 발명에 의한 레이다 시스템의 송수신기를 검사하는 흐름을 도시한 흐름도이고,

제11A도는 본 발명에 의한 선박의 항해 방향을 계산하는 흐름을 도시한 흐름도이고,

제11B도는 제11A도의 새로운 항해 방향을 계산하는 단계 144을 상세히 도시한 흐름도이고,

제11C도는 제11B도의 방향 데이타의 차가 양수일 경우 계산 단계인 단계 155를 상세히 도시한 흐름도이고,

제11D도는 제11B도의 방향 데이타의 차가 음수일 경우 계산 단계인 단계 156을 상세히 도시한 흐름도이고,

제12도는 본 발명에 의한 스피드 로그 인터럽트의 서비스루틴의 흐름을 도시한 흐름도이고,

제13A도는 본 발명에 의한 선박의 속도를 계산하는 단계 221의 흐름을 도시한 상세 흐름도이고,

제13B도는 제13A도의 전후방 속도를 계산하는 단계 223의 흐름을 도시한 상세 흐름도이고,

제13C도는 제13A도의 좌우현 속도를 계산하는 흐름을 도시한 흐름도이다.

본 발명은 선박용 레이다의 송수신기와 지시기와 스피드 로그와 자이로 콤파스 로그를 상호 인터페이스하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래의 선박용 레이다의 인터페이스 장치는 별도의 인터페이스 유니트를 사용하지 않고, 각 유니트에서 개별적으로 분산되어 처리되거나, 설계자에 따라 임의로 구성되었기 때문에 비효율적이었다.

따라서 본 발명은 송수신기와 지시기와 외부센서를 구비한 선박용 레이다에서 송수신기와 지시기를 인터페이스하고 외부의 속도센서(Speed Log)와 방향센서(Gyro Compass Log)를 레이다 시스템에 인터페이스하는 레이다 시스템의 지시기 인터페이스 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 송수신기와 지시기와 외부센서를 구비한 선박용 레이다에서 송수신기와 지시기를 인터페이스하고 외부의 속도센서(Speed Log)와 외부의 방향센서(Gyro Compass Log)를 레이다 시스템에 인터페이스하는 레이다 시스템의 지시기 인터페이스 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 레이다 시스템의 지시기 인터페이스 장치는 송수신기와 지시기와 외부센서를 구비한 선박용 레이다 시스템에 있어서, 상기 지시기의 제어정보를 입력하여 업 링크 포맷에 따라 상기 송수신기로 전달하는 업링크 인터페이스 수단과 상기 송수신기의 상태정보를 직렬 다운링크 포맷에 따라 입력하여 병렬 데이타로 변환한 후 출력하고 인터럽트 제 1 요구신호를 발생하는 다운링크 인터페이스 수단과 상기 외부센서인 스피드 로그로부터 스피드 로그 데이타 포맷에 따라 속도 데이타를 입력하여 출력하고 인터럽트 제 2 요구신호를 발생하는 스피드 로그 인터페이스수단과 상기 외부센서인 자이로 콤파스 로그로부터 방향 데이타를 입력하여 인터럽트 제 1 요구신호에 따라 출력하는 자이로 콤파스 인터페이스수단과 상기 병렬 데이타와 상기 속도 데이타와 상기 방향 데이타를 입력하여 시스템 버스를 통해 출력하고 상기 시스템 버스로부터 상기 제어정보를 입력하여 상기 업링크 인터페이스수단에 전달하고 상기 인터럽트 제 1 요구신호와 제 2 요구신호를 입력하여 출력하는 주 프로세서 인터페이스수단 및 상기 시스템 버스에 연결되어 상기 제어정보와 상기 상태정보를 관리하고 상기 속도 데이타와 방향 데이타에 의해 선박의 항해속도와 항해방향을 계산하는 주 프로세서 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 위하여 본 발명인 레이다 시스템의 지시기 인터페이스 방법은 송수신기와 지시기와 자이로 콤파스와 스피드 로그를 구비한 선박용 레이다 시스템에 있어서, 상기 송수신기를 제어하기 위한 제어 정보를 업링크 포맷에 따라 상기 지시기로부터 상기 송수신기로 전달하는 단계와 상기 제어정보에 따라 조치된 결과와 상기 송수신기의 상태와 안테나 방향정보를 다운링크 포맷에 따라 상기 송수신기로부터 상기 지시기로 전달하는 단계와 상기 안테나 방향정보와 상기 자이로 콤파스로부터 입력되는 데이타에 따라 선박의 항해방향을 계산하는 단계 ; 및 상기 스피드 로그로부터 데이타를 입력하여 상기 선박의 항해 속도를 계산하는 단계를 구비한 것을 특징으로 한다.

이어서 첨부한 도면을 이용하여 상세히 설명하기로 한다.

제 1 도는 일반적인 선박용 레이다의 블럭도로서, 송수신기(2)와 지시기(1)로 크게 구분되며 선박용 레이다의 송신출력은 변조기(14)의 펄스 입력에 따라 송수신단(11)의 송신부분에서 발생되어 안테나(9)를 통해 협대역 빔(Narrow Beam) 형태로 되어 외부로 방사한다. 안테나(9)가 회전함에 따라 출력빔은 모든 방향의 주위표면을 탐색하며 임의의 타켓을 통해 반사되어 다시 안테나(9)로 되돌아온다. 송수신단(11)을 안테나(9)에 연결시키는 부분은 서큘레이터(미도시)로 접속되어, 송수신신호가 단일 안테나(9)를 통해 처리된다. 타켓으로부터 반사되어온 신호는 안테나(9)를 통해 수신하여, 서큘레이터(미도시)를 거쳐 송수신기(11)의 수신부로 입력되어 무선주파(RF)단(12)의 저잡음증폭기와 주파수 하강기에서 중간주파신호(IF)로 변환된 후 IF단(13)의 중간증폭기를 거치게된다. 반사되어 검출된 신호는 송수신기(Modulator/Transmitter and Receiver 이하 MTR이라 한다) 인터페이스 유니트(이하 MIU라 한다)(15)에서 다른 신호들과 다중화가 된 후에 다운링크(down link)를 통해 지시기(Indicator)(1)로 전달된다. 안테나(9)가 회전을 할 때, 회전에 따라 같은 동기로 신호를 전달하는 샤프트 엔코더(미도시)는 안테나의 위치정보를 MlU(15)에 전달하여 다른 신호와 같이 다중화된 후에 다운링크를 통해 지시기(1)로 전달된다. 송수신기(2)의 전원 공급기(7)는 지시기(1)에서 공급하는 시스템 인에이블(SYSENAB)신호를 지시기 인터페이스 유니트(Indicator Interface Unit : 이하 IIU라 한다)(20)를 통해 받아 동작한다. 또한 송수신기(2)의 전원공급기(7)는 MIU(15)에서 전달하는 안테나 인에이블(AEN) 신호를 이용하여 페데스탈(10)에 위치한 안테나의 회전모터(미도시)로 공급되는 전원의 온/오프를 수행한다. 즉 스탠바이(STAND_BY) 타이머(미도시)의 일정시간이 지나고, 안테나 안전 스위치가 온(ON) 상태에 있을 때 MIU(15)에 송신(TX)신호가 인가되면, 안테나 인에이블(AEN) 신호가 송수신기의 전원공급기(7)로 접속된다. 전원공급기(7)에서 임의의 펄스반복주파수(Pulse Repetition Frequency 이하 PRF라 한다)로 변조된 고전압은 송수신기의 변조기(14)로 공급되며 트리거 동기(75)신호로 사용하기 위해 일부가 분리되어 MIU(15)로 연결된다. IIU(20)는 직렬 링크로 구성된 업링크(Up link)를 통해 MIU(15)로 데이타를 전송하며 스피드 로그(Speed_Log)(미도시)와 자이로 콤파스 로그(Gyro_Compass_Log)(미도시)같은 외부 센서에서 들어오는 데이타를 받아들인다. 송수신기(2)를 거친 비디오신호는 다운링크(down link)를 통해 비디오 프로세서 유니트(이하 VPU라 한다)(16)로 연결되며, 여기서 비디오, 트리거 직렬 데이타 등으로 복조된다. 비디오 신호는 VPU(16)에서 클러터가 제거된 후 디스플레이단(17)에서 각종 디스플레이가 가능하도록 조작된 후 음극선관(CRT)(18)에서 화면으로 표시된다. 한편 직렬 데이타는 IIU(20)에서 병렬 데이타로 바뀌어 주 프로세서단(이하 MPU라 한다)(19)의 시스템 버스(8)상에 실려, 인터럽트 서비스 루틴에 의해서 자이로 값(Gyro data)과 함께 MPU(19)에 전달된다. 이 데이타는 MPU(19)의 프로그램에 의해 송수신기(MTR) 점검과 안테나의 위치 및 선박의 이동방향 산출의 소스(Source)로 작용한다. 이에 따른 경보정보는 CRT(18)에 화면으로 표시된다.

제 2 도는 본 발명인 레이다 시스템의 지시기 인터페이스 장치의 블럭도로서, 업링크 인터페이스(Up Link Interface)수단(21), 다운링크 인터페이스(Down Link Interface)수단(22), 주 프로세서 인터페이스(MPU Interface)수단(23), 스피드 로그 인터페이스(Speed Log Interface)수단(25), 자이로 로그 인터페이스(Gyro Log Interface)수단(26), 인터스위치 인터페이스(Interswitch Interface)수단(24)을 구비하였다.

제 2 도에 있어서, 업링크 인터페이스수단(21)은 비동기 직렬 제어기(Ascynchronous Serial Controller)인 82510칩과 RS422 드라이버를 구비하여 송수신기에 지시기의 정보를 패리티 없는 8비트 데이타를 62.5kbps로 전송한다. 이때 전송되는 정보의 포맷과 내용은 제3A도, 제3B도, 제3C도에 도시하였다. 제3A도는 업링크의 데이타 제 1 포맷으로 D0∼D7까지 8비트로 이루어지며, D0는 여유 비트(Spare bit)이고, D1은 안테나 제어(RPM.ENB) Bit이고, D2~D4는 PRF 비트이고, D5는 송신 온/오프(TX on/off bit)이고, D6과 D7은 머리 비트(Head Bit)로 포맷의 종류를 구분해주며 제 1 포맷에서 D6, D7은 '0','1'이다. 여기서 여유 비트(Spare bit)란 사용하지 않는 여분의 비트로 차후에 정의한 후 사용될 수 있다. 제3B도는 업링크의 데이타 제 2 포맷으로 D0~D7까지 8비트로, D0~D3은 상위 4비트의 튜닝 데이타(Tune bit)이고, D4~D5는 여유비트(Spare bit)이고, D6과 D7은 머리 비트(head bit)로 '1','0'이다. 제3C도는 업링크의 데이타 제 3 포맷으로, D0~D3은 하위 4비트 튜닝 데이타(Tune bit)이고, D4~D5는 여유 비트(Spare bit)이고,D6, D7은 머리(Head) 비트로 '0','0'이다. 여기서 튜닝 비트(Tune bit)는 모두 8비트로 수신기에서 RF로부터 IF를 만드는 데 사용된다. 제 1 포맷의 PRF에 따른 주파수 내역은 아래 표 <1>과 같다.

[표 1]

표 <1>에 있어서, 주파수는 펄스반복주파수(Pulse Repetition Frequency)로 PRFI, PRF2, PRF3 비트의 내용에 따라 변경 가능하다. 즉 만일 PRF1 비트가 '0'이고, PRF2 비트가 '1'이고, PRF3 비트가 '1'이면 PRF는 2000Hz이다. 이와 같이 업링크는 레이다 시스템의 제어정보를 지시기로부터 송수신기로 전달한다.

한편, 송수신기에서 비디오 신호와 트리거와 다운링크 데이타를 VPU로 보내면 VPU에서 트리거 신호를 검출하여 매 PRF마다 비디오 신호와 다운링크 데이타를 분리 복조하여 비디오 신호는 클러터를 제거한 후 디스플레이단으로 보내고 다운링크 데이타는 트리거 신호와 함께 지시기 인터페이스장치로 직렬 데이타 형태로 보낸다.

제 2 도에 있어서, 다운링크 인터페이스수단(23)은 VPU로부터 입력되는 40비트의 직렬 데이타 스트림을 입력하여 병렬신호로 변환하여 MPU로 보낸다. 즉 직렬 40비트의 다운링크 데이타는 직병렬변환회로(미도시)에서 병렬신호로 변환된 후 MPU(19)의 16비트 버스상에 래치된 후 PRF 인터럽트 서비스 루틴에 의해 자이로 데이타와 함께 MPU로 읽혀진다 이러한 다운링크 데이타 포맷은 제4A도와 제4B도에 도시된 바와 같다. 제4A도는 D0∼D19까지 다운링크 데이타의 하위 20비트를 도시한 것으로, D0는 다운링크의 프레임 포맷을 구분하기 위한 스톱(Stop) 비트로 항시 '1'이고, D1은 다운링크 데이타의 짝수 패리티(Even Parity)비트로 패리티 첵크용 비트이고. D2∼D7은 수신기의 중간 주파(IF) 신호를 위한 동조 표시(Tune Indication) 데이타 비트이고, D8은 여유(Spare) 비트이고, D9~D11은 PRF 비트이고, D12∼D15는 마그네트론 전류(Magnetron Current) 비트이고, D16은 방향(Heading) 비트이고, D17은 루프 테스트(Loop Test) 비트로 정상시 '1'이고 이상시 '0'이다 D18은 RF 모니터 (Monitor)비트로 정상시 '1'이고 이상시 '0'이며, D19는 마그네트론의 방열을 위한 팬 경보(Fan Alarm) 비트로 정상시 '0'이고 이상시 '1'이다.

제5B도는 D20∼D39까지 다운링크 데이타의 상위 20비트를 도시한 것으로, D20은 송신 온/오프(TX on/off) 비트로 송신 온(TX on)이면 '1'이고 송신 오프(TX off)이면 '0'이며, D21은 안테나 안전(Antenna Safty) 비트로 송신 온(TX on)이고 스위치 온(safty switch on)이면 '1'이고 송신 오프(TX off)이거나 스위치 오프(safty switch off)이면 '0'이다. D22는 대기(STAND BY) 비트로 워밍업을 위한 3분 타이머가 동작중이면 '0'이고 송신 준비완료이면 '1'이며, D23은 스캔 속도(Scan speed) 비트로 정상시 '1'이고 낮으면 '0'이다. D24~D36은 방위(Azimuth) 비트로 안테나의 방향을 계산하는데 사용되는 데이타이고, D37∼D39는 다운링크 데이타의 스타트(Start) 비트로 D39, D38, D37 순으로 '1','1','0'으로 고정되어 스톱(Stop) 비트와 함께 프레임을 구분할 수 있도록 한다. 이상과 같은 다운링크 데이타는 매번 프레임과 패리티가 검사되어 이상시 다운링크 경보를 발생하며 정상 데이타만을 수신할 수 있도록 한다.

제 2 도에 있어서, 주 프로세서 인터페이스수단(22)은 IIU의 내부버스(27)와 MPU의 시스템 버스(8)를 상호 인터페이스하여 내부버스의 데이타와 시스템 버스의 데이타를 양방향으로 전달하여, 다운링크 데이타에 실린 송수신기로부터의 정보를 MPU로 전달하고 MPU로부터의 제어정보를 업링크 페이타 포맷에 실어 송수신기로 보낼 수 있도록 한다. 또한 레이다 시스템 제어 패널의 전원 스위치 조작에 따라 MTR의 전원을 콘트롤하는 정보를 전달하며, 인터럽트 관련회로도 포함하고 있다. 즉 어드레스 및 콘트롤 신호는 단방향의 244칩을 사용하여 구현하고, 데이타 버스는 양방향의 245버퍼를 사용하여 구현하였으며 신뢰성을 유지하기 위하여 풀업(pull up) 저항을 추가하였다.

제 2 도에 있어서, 스피드 로그 인터페이스수단(25)은 외부의 스피드 로그로부터 스피드 로그 데이타를 입력하여 MPU(19)로 보내 선박의 항해속도를 계산할 수 있도록 하고, 스피드 로그의 인터럽트 요구신호를 발생하여 MPU 인터페이스수단(23)을 통해 MPU(19)로 출력한다. 여기서 스피드 로그(speed Log)란 선박이 이동하는 속력과 일정한 기간에 이동한 거리를 지시 하는 계기를 말하며, 근래에는 전자기적인 로그와 도플러 로그가 주로 사용되며, 일반적으로 선박에 사용되는 스피드 로그의 특성은 출력 펄스에 따라 200, 400, 800, 1000, 2000등으로 구분된다. 표준적인 200을 기준으로 하여 설명하면, 200[pulse/nmi]은 선박의 속도 측정에 있어서 실제적으로 필요한 정보인 출력펄스를 매 해리(nautical mile)마다 200개씩 발생한다. 즉 각 펄스의 간격이 속도에 반비례하므로 이 펄스간의 시간을 측정하여 선박의 속도를 구할 수 있다. 본 발명에서는 이 출력펄스를 MPU에 대한 인터럽트 요구 소스로 사용하여 매 펄스마다 MPU가 펄스의 시간을 내부에 있는 타이머로 측정하고, 이에 따른 속도를 계산하는 서비스루틴을 구동한다. 제 5 도는 스피드 로그 데이타 포맷으로, D0는 전후방 펄스(FOR/AFT Pulse) 비트로 200pulse/nmi이고, D1은 좌우현 펄스(PORT/STBD Pulse) 비트로 200pulse/nmi이다. D2는 전후방 센스(FOR/AFT Sense) 비트로 '1'이면 전방(Forward)을 나타내고, '0'이면 후방(Afterward)을 나타낸다. D3은 좌우현 센스(PORT/STBD) 비트로 '1'이면 좌현(Portside)을 나타내고, '0'이면 우현(Starbord)을 나타낸다. D4~D7은 여유(Spare) 비트이다.

제 2 도에 있어서, 자이로 콤파스 인터페이스수단(26)은 자이로 콤파스 로그(미도시)로부터 방향 데이타를 입력하여 MPU 인터페이스수단(23)을 통해 MPU(19)로 전달하여 선박의 항해방향을 계산하도록 한다. 여기서 자이로 콤파스 로그(Gyro Compass Log)란 선박의 이동 방위각을 측정하기 위한 장치로 싱크로(Synchro) 타입과 스텝퍼(Stepper) 타입이 있다. 선박의 항해방향을 인지하기 위한 자이로 콤자스 데이타는 매 PRF마다 수행되는 PRF 인터럽트 루틴에 의해 입력되며 10msec마다 수행되는 각도 계산값을 기존의 선박의 방향정보에 가산 혹은 감산하여 자선의 방향정보를 업데이트(Update)시킨다. 이러한 자이로 콤파스 데이타의 포맷은 제 6 도에 도시한 바와 같다. 제 6 도에 있어서, D0~D3는 1/12도의 스텝으로 변화하는 방향각도를 표시하는 데이타 비트로 D3, D2, D1, D0순으로 A, B, C, D 비트로 정의하며, D4~D7은 여유(Spare) 비트이다. 이러한 방향 데이타의 내용을 도시하면 표 <2>와 같다.

[표 2]

표 <2>에 있어서, A, B, C, D, 데이타의 내용에 따라 정상과 에러상태로 나뉘고 일종의 그레이 코드처럼 비트의 변화에 따라 방향변화의 정도가 결정된다.

제 2 도에 있어서, 인터스위치(Interswitch) 인터페이스수단(24)은 MPU(19)을 통해 전달되는 인디케이터 모드(Indicator Mode)와 MTR 타입 (MTR Type)을 외부 인터페이스 유니트(미도시)에 전달하기 위한 버퍼이다. 즉 송수신기를 2대 설치하여 'X'밴드와 'S'밴드를 선택적으로 운용하고, 지시기도 2대를 설치하여 마스터와 슬레이브로 분할하여 사용하고자 할 경우에 해당 장치들을 선택하기 위한 인터페이스수단이다. 이러한 인터페이스의 데이타 포맷은 제 7 도에 도시된 바와 같다. 제 7 도에 있어서, D0는 MTR 타입을 나타내며 '0'이면 'S'밴드(사용주파수 대역이 2000MHz~4000MHz)이고 '1'이면 'X'밴드(사용주파수 대역이 8000MHz~12000MHz)이다. D1은 인디케이터 모드를 나타내며 '0'이면 슬레이브(Slave) 모드이고 '1'이면 마스터(Master) 모드이다. D2~D7은 여유(Spare bit) 비트이다. D0와 D1에 따른 동작 모드 구분은 표 <3>과 같다.

[표 3]

표 <3>에 있어서, 'S'밴드와 'X'밴드는 레이다의 송수신기가 사용하는 주파수 대역에 따라 분류한 것으로, 'S'밴드는 사용 주파수 대역이 2000MHz~4000MHz이고 'X'밴드는 사용주파수 대역이 8000MHz~12000MHz이며, 마스터와 슬레이브 모드는 지시기를 2대 사용시에 하나는 마스터 모드로, 다른 하나는 슬레이브 모드로 동작시킬 수 있도록 한 것이다.

제 8 도는 40비트 다운링크 데이타를 처리하기 위하여 매 PRF마다 수행되는 인터럽트 서비스 루틴의 흐름(flow)을 도시한 흐름도로서, 다운링크 데이타와 자이로 데이타를 리드하는 단계(100), 다운링크 데이타의 프레임을 첵크하는 단계(101), 패리티를 체크하는 단계(102), 데이타를 갱신하는 단계(103), 안테나의 각도를 계산하는 단계(104) 및 에러 플래그를 셋(set)하는 단계(105)로 이루어진다. 즉, PRF 인터럽트 서비스 루틴은 직렬 40비트 다운링크 데이타 및 자이로 콤파스 데이타를 읽어 프레임 첵크 및 패리티 첵크를 수행한 후 이상이 없으면 다운링크 데이타 및 자이로 콤파스 데이타를 갱신하고 안테나의 각도를 계산한다. 단계 100에서는 VPU를 통해 입력되는 40비트의 다운링크 데이타를 읽어들이고, 자이로 콤파스 데이타를 읽어들인다. 40비트 다운링크 데이타 포맷은 제4A,B도에 도시한 바와 같고, 자이로 콤파스 데이타의 포맷은 제 6 도에 도시한 바와 같다. 단계 101에서는 다운링크 데이타의 프레임을 점검한다. 즉 40비트의 스타트 비트(110)와 스톱비트(1)를 검사하여 입력한 데이타의 신빙성을 확인하며, 에러 발생시에는 단계 105로 진행하여 다운링크 에러를 경보하며, 이때 입력된 데이타를 버린다. 단계 102에서는 다운링크 데이타의 짝수 패리티를 검사하여 에러 발생시 단계 105로 진행하여 다운링크 에러를 경보하며, 이때 입력된 데이타를 버린다. 단계 103에서는 다운링크 데이타와 자이로 데이타를 갱신하고 에러 플레그를 클리어(Clear)하여 데이타가 이상 없음을 알린다. 단계 104에서는 현 안테나의 방위각을 계산하여 자선에 대한 타켓트의 방위각을 얻기 위하여 다음식으로 계산한다.

자선에 대한 각도(Antenna angle)는

Antenna angle=(Ant_angle_to_rad)×(Azimuth_Value)[rad]

자북에 대한 각도(Antenna bearing)는

Antenna bearins=(Antenna angle)+(Ship heading)[rad]

여기서 Ship heading은 선박의 뱃머리 방향이고, Ant_angle_to_rad는 다운링크의 방위 데이타(Azimuth_Value)가 13비트이므로

Ant_angle_to_rad=2π/8192=0.00076699[rad]

이고, 방위 데이타(Azimuth_Value)는 40비트 다운링크의 D24∼D36까지의 13비트 데이타이다. 만일 Antenna bearing값이 2π 이상이면 2π를 감산하여 0∼360°를 유지하도록 한다. 단계 105에서는 다운링크 에러 플레그를 셋(set)하여 에러가 발생하였음을 경보한다.

제 9 도는 송수신기의 정보를 시스템의 환경에 갱신하는 100msec마다 수행되는 흐름(flow)을 도시한 흐름도로서, 시스템 상태를 읽는 단계(110), 마그네트론 전류를 계산하는 단계(111), PRF를 검사하는 단계(112), 업링크의 경보 플래그를 클리어하는 단계(113), 업링크의 경보 플래그를 셋(set)하는 단계(115), 튠 지시(Tune Indication)값을 계산하는 단계(114)로 이루어진다. 즉 PRF 인터럽트 서비스 루틴이 각각의 임시 레지스터에 저장한 40비트 다운링크 데이타를 시스템 레지스터에 100msec마다 저장하고, 수신된 PRF비트와 시스템에 저장되어 있는 송신된 PRF 비트를 비교하여 업링크를 체크하고, IF단의 60MHz 튜닝 정도를 알리는 Tune Indication 데이타의 평균을 구해 차후 CRT에 표시하기 위한 정보로 저장한다. 단계 110에서는 시스템 상태 비트를 읽어온다. 단계 111에서는 마그네트론 전류를 계산하는데, 이전 데이타가 있으면 새로운 데이타와 합산한 후 2분주하여 레지스터에 저장한다. 단계 112에서는 지시기에서 송수신기로 전송한 PRF 데이타와 송수신기에서 지시기로 전달된 PRF 데이타를 비교하여 불일치하면 단계 115로 진행하여 업링크 에러를 경보하여 CRT상에 표시하여 운용자가 알 수 있도록 한다. 단계 113에서는 PRF 비트가 일치하면 업링크 경보 플래그를 클리어한다. 단계 114에서는 이전 동조 지시기 값이 있으면 새로운 동조 지시값과 합산한 후 2분주하여 평균값을 레지스터에 저장한다. 단계 115에서는 업링크 경보 플래그를 셋(set)하여 업링크상의 경보를 표시한다.

제10도는 송수신기의 상태를 검사하는 흐름을 도시한 흐름도로서, 송수신기에 장착되어 마그네트론의 예열시간 동안 송신을 금지시키는 2분 30초의 타이머와 지시기에 장착되어 CRT에 3분간 표시하는 타이머의 논리합(AND)에 의해 대기 모드(Stand_By Mode)와 송신 온(Tx_On) 모드로 구분되어 테스트한다. 단계 120에서는 루프 테스트(Loop Test)를 하는데, 루프 테스트는 최상위의 에러 테스트로서 송수신기의 제어보드의 정상 동작유무를 알리며 대기 모드와 송신 온 모드에서 실시되며 에러 발생시는 단계 129로 진행하여 루프 실패 비트를 셋(set)하여 송신을 차단하고 CRT상에 경보 메세지를 표시한다. 단계 121에서는 마그네트론의 워밍업이 완료되었는지를 판단하여 완료되지 않았으면, 단계 130으로 진행하여 대기 플레그를 셋하고 종료한다. 단계 122에서는 MTR이 대기 모드인지를 판단하여 대기 모드이면 단계 130으로 진행하여 대기 플레그를 셋하고 종료한다. 단계 123에서는 송신 비트를 검사하여 '1'이면 단계 124로 계속하고 '0'이면 종료한다. 단계 124에서는 안테나 안전 스위치(Antenna Safety Switch) 상태를 점검한다. 즉 송수신기의 점검을 위해 안테나 부분에 설치된 안전 스위치의 온/오프 상태를 점검하여 오프시는 점검자를 보호하기 위하여 단계 130으로 진행하여 안테나 안전 플래그를 셋(set)하여 송신 명령을 차단하고 경보를 CRT상에 표시한 후 대기(Stand By) 상태로 진행한다. 단계 125에서는 안테나의 회전 속도를 검사하여 안테나 구동부를 보호하기 위한 것으로 비정상시에는 단계 132로 진행하여 느린 속도 플래그를 셋(set)하고 대기 상태(136)로 진행한다. 단계 126에서는 송신시 마그네트론의 방열을 위해 사용되는 팬(Fan)이 오프되었는가 검사하여 비정상이면 단계 133으로 가서 팬 경보 플래그를 셋(set)하여 경보를 CRT상에 표시한 후 종료한다. 단계 127에서는 수신단을 점검하기 위하여 RF 모니터가 정상인지를 확인하여 비정상이면 단계 134에서 RF fail 플래그를 셋(set)하여 송신 명령을 차단하고 경보를 표시한 후 대기 상태(136)로 진행한다. 단계 128에서는 마그네트론의 전류가 정상인지를 검사하여 송신기의 마그네트론에 과부하가 걸리는 것을 방지하여 수명을 연장시키기 위한 것으로, 미리 정의된 기준치보다 높으면 단계 135에서 마그네트론 과부하 비트를 셋하여 송신명령을 차단하고 경보를 표시한다. 이때 기준치는 마그네트론마다 다르므로 레이다 셋업(Set Up)시 이를 입력하여야 한다.

제11A도는 선박의 항해방향(Ship Heading)을 계산하는 흐름을 도시한 흐름도로서, 자이로 데이타를 리드하는 단계(140), 자이로 인덱스를 클리어하는 단계(141), 자이로 데이타를 비교하는 단계(142), 새 방향을 계산하는 단계(144), 자이로 인덱스를 1증가하는 단계(145), 자이로 출력 플래그를 셋(set)하는 단계(146)등으로 이루어진다.

자선의 항해 방향을 인지하기 위한 자이로 콤파스 데이타는 매 PRF마다 수행되는 PRF 인터럽트 서비스 루틴에 의해 입력되며, 10msec마다 수행되는 각도 계산값을 기존의 선박의 방향 정보에 가산 또는 감산하여 자선의 방향정보를 갱신한다. 자선의 방향을 계산하는 기본 이론을 설명하면, 자이로 정보는 레이다의 전원을 온하면 입력되는 자선의 항행 방향과 연관되며, IIU에 입력되는 자이로의 증감은 초기값에 1/12도의 변화량을 가지고 감산 또는 가산한다. 즉 PRF가 가장 낮은 주파수가 750Hz이므로 이때 자이로의 변화는 매 1333μsec마다 입력되므로 만약 이기간동안 자이로의 변화가 4스텝이면 선박의 초당회전은 약 256도가 된다. 그러므로 자이로의 스텝 변화가 4스텝 이상이 되는 것은 불가능하므로 에러로 처리되었다. 또한 본 레이다는 초당 30도 이상의 회전이 불가능한 것으로 간주되어 10msec마다 선박의 항행 방향을 계산하도록 설계하였다. 만일 선박의 초당 회전율이 높은 이동물에 장착시에는 타임 스케쥴을 변경하면 된다. 4스텝 변화를 10msec당 계산시 회전각도=(4/12)/(10e^-3)=33.3°가 된다.

제11A도에 있어서, 단계 140에서는 새로운 자이로 데이타(New_Gyro_Value)를 자이로 포트(Gyro_Port)에서 읽어온다. 단계 141에서는 자이로 입력 테이블을 인덱스하는 새 자이로 인덱스(New_Gyro_Index)값을 '0'으로 클리어한다. 이때 자이로 인덱스 테이블은 표 <4>와 같다.

[표 4]

단계 142에서는 자이로 입력 테이블의 새 자이로 인덱스가 지시하는 자이로 데이타 값이 새 자이로 데이타 값과 같은지를 비교하여 같으면 단계 145에서 새 자이로 인덱스를 1 증가한 후 단계 142로 돌아가 반복하고, 같지 않으면 단계 143으로 진행한다. 단계 143에서는 새 자이로 인덱스가 12보다 작은지를 판단하여 작으면 단계 144로 진행하여 새로운 항행 방향을 계산하고, 12 이상이면 단계 146에서 자이로 출력 플래그(Gyro_Out_Flag)를 셋한다.

제11B도는 제11도의 새로운 항해방향을 계산하는 단계 144를 세부적으로 도시한 흐름도로서, 초기의 항해 방향(Ship Heading)을 라디안 단위에서 각도(Degree)로 변환한 후 새 자이로 데이타에서 기존의 구 자이로 데이타를 뺌으로써 자이로의 변화량을 계산하여 그 결과가 음수냐 양수냐에 따라 계산한 후 그 결과가 360°이상이면 감산하고, 0°이하이면 360°을 가산함으로써 최종 항해 방향 각도를 계산한 후 라디안으로 변환한다. 단계 150에서는 초기의 항해 방향(Ship Heading)을 라디안에서 각도로 변환한다. 단계 151에서는 초기 항해 방향 데이타 값인지를 판단하여 초기 데이타이면 단계 152에서 최초 자이로 리드 플래그를 클리어하고 구 자이로 인덱스에 새 자이로 인덱스를 대입하고, 아니면 단계 153으로 진행한다. 단계 153에서는 새 자이로 데이타에서 구 자이로 데이타와의 차를 구한 후 단계 154에서 그 차가 양수인지 음수인지를 판단하여 양수이면 단계 155에서 계산하고, 음수이면 단계 156에서 계산한다. 단계 157에서는 자이로 출력 플래그가 '0'인가를 판단하여 '0'이면 단계 158에서 구 자이로 인덱스와 구 자이로 데이타 값에 새 자이로 인덱스와 새 자이로 데이타 값을 넣고, 아니면 단계 159로 진행한다. 단계 159에서는 계산된 결과 값인 항해 방향이 360도 이상인가를 판단하여 이상이면 계산된 결과에서 360도를 빼고, 아니면 단계 161에서 0도보다 작은지를 판단하여 작으면 계산된 결과에 360도를 더한 후 단계 163에서 각도를 라디안으로 변환한 후 종료하고, 0도와 360도 사이이면 단계 163에서 각도를 라디안으로 변환한 후 그대로 종료한다.

제11C도는 제11B도의 자이로 데이타의 차(GYRO_DIFF)가 양수인 경우의 계산 단계인 단계 155의 흐름을 도시한 상세 흐름도로서, 양수의 발생조건이 선박이 우회전인가 좌회전인가에 따라 계산한다. 단계 170에서는 자이로가 증가인가를 판단하여 증가이면 단계 171에서 다음식 <1>에 따라 계산하고, 아니면 단계 172에서 감소인가를 판단하여 감소이면 단계 174에서 다음식 <2>에서 계산하고, 아니면 단계 173에서 자이로 출력 플래그를 클리어한다.

SHIP_HEADING=SHIP_HEADING+(GYRO_DIFF/12) 식 <1>

SHIP_HEADING=SHIP_HEADING+(GYRO_DIFF/12) 식 <2>

여기서 SHIP_HEADING는 항해 방향이고, GYRO_DIFF는 이전 방향의 각도에서 새 방향의 각도를 뺀 차(자이로 데이타의 변화량)이다.

제11D도는 제11B도의 자이로 데이타의 차(GYRO_DIFF)가 음수인 경우의 계산 단계인 단계 156의 흐름을 도시한 상세 흐름도로서, 선박이 좌회전인가 우회전인가에 따라 구분하여 계산한다. 단계 180에서는 자이로 데이타의 차에 12을 더한 후 자이로 델타(GYRO_DELTA)란 변수에 기입한다. 단계 181에서는 자이로 델타(GYRO_DELTA)가 증가인가를 판단하여 증가이면 단계 182에서 식<3>에 따라서 계산하고, 아니면 단계 183에서 감소인가를 판단하여 감소이면 식<4>에 따라 계산하고, 아니면 자이로 출력 플래그(GYRO_OUT FLAG)를 셋(set)한다.

SHIP_HEADING=SHIP_HEADING+(GYRO_DELTA/12) 식 <3>

SHIP_HEADING=SHIP_HEADING+(GYRO_DIFF/12) 식 <4>

제12도는 스피드 로그의 인터럽트 서비스 루틴의 흐름을 도시한 흐름도로서, 인터럽트는 전/후방 펄스와 좌/우현 펄스의 '논리적 OR'에 의해 발생되며 속도계산을 위한 타이머를 초기화하여 사용하였다. 스퍼드 로그의 데이타를 이용하여 선박의 항해속도를 계산하는 원리를 설명하면 다음과 같다. 스피드 로그(Speed Log)는 선박이 이동한 일정한 거리당 일정수의 펄스를 발생하여 펄스구간의 시간을 측정하여 속도를 구한다. 즉 1해리당 200개의 펄스를 발생하는 표준적인 스피드 로그에 있어서, 선박의 속도(v)는

v=선박이동거리/시간=(1/200)/t[해리/초(nmi/sec)]

이다.

여기서 t는 스피드 로그의 1펄스간의 시간이다. 또한 선박의 전방 및 후방 속도(FOR/AFT Speed)는 선박의 전후방으로의 이동 속도를 알려주고 선박의 실제속도를 계산하는 척도이다. 좌현 및 우현 속도(PORT/STBD Speed)는 선박이 좌현 또는 우현으로 움직이는 속도를 나타내며 실제속도를 계산하는 척도이다. 즉 실제속도는 전/후방속도와 좌/우현속도의 벡터합으로 구할 수 있다. 속도 계산을 위한 요소로는 스피드 로그의 속도 범위(speed range)와 클럭 소스 등이 있는데, 시간을 측정하기 위한 타이머로는 82380의 '타이머 0'을 사용한다. 속도계산은 크게 좌우현의 속도와 전후방의 속도를 계산하는 방법으로 구분되는데, 계산하는 알고리즘은 동일하며 스피드 로그 인터럽트 마다 수행된다.

제12도에 있어서, 단계 200에서는 카운터 타이머(82380)를 초기화하는 단계이다. 단계 201에서는 카운터 타이머와 스피드 로그의 상태를 읽어오는 단계이다. 단계 202에서는 읽어온 데이타의 전후방 펄스(FOR/AFT Pulse) 비트가 '1'인가를 판단하여 '1'이면 단계 203에서 전후방 펄스 플래그(FOR/AFT Pulse Flag)를 셋(set)한 후 단계 204로 진행하고, 아니면 단계 207로 진행한다. 단계 204에서는 전후방 센스(FOR/AFT Sense) 비트가 '1'인지를 판단하여 '1'이면 전후방 센스 래지스터(FOR/AFT Sense Resister)를 '1'로 셋(set)하고 단계 206으로 진행하고, 아니면 단계 212에서 전후방센스(FOR/AFT Sense) 레지스터를 '0'으로 클리어(clear)한 후 단계 206으로 진행한다. 단계 206에서는 전후방 MSW 타임 스탬프(FOR_AFT_MSW_TIME_STAMP)에 시스템 타임 클럭(SYSTEM_TIME_CLOCK)을 넣고, 전후방 LSW 타임 스탬프(FOR_AFT_LSW_TIME_STAMP)에 타이머의 시간값(TIMER_VALUE)을 넣어둔다. 단계 207에서는 좌우현 펄스(PORT/STBD Pulse) 비트가 '1'인지를 판단하여 '1'이면 단계 208에서 좌우현 펄스 플래그(PORT/STBD Pulse Flag)를 '1'로 셋(set)하고, 아니면 곧바로 종료한다. 단계 209에서는 좌우현 센스(PORT/STBD Sense) 비트가 '1'인지를 판단하여 '1'이면 좌우현 센스 레지스터(PORT/STBD Sense Resister)를 '1'로 셋(set)하고, 아니면 단계 213에서 좌우현 센스(PORT/STBD Sense) 레지스터를 클리어(clear)한다. 단계 211에서는 좌우현 MSW 타임 스탬프(PORT_STBD_MSW_TIME_STAMP)에 시스템 시간 클럭(SYSTEM_TIME_CLOCK)을 기입하고, 좌우현 LSW 타임 스탬프(PORT_STBD_LSW_TIME_STAMP)에 타이머의 시간값(TIMER_VALUE)을 기입한다.

제13A도는 제12도에서 갱신한 데이타에 따라서 선박의 속도를 계산하는 흐름을 도시한 흐름도로서, 전후방 펄스 플래그(FOR/AFT Pulse Flag)가 '1'인가를 판단하여(단계 220) '1'이면 전후방 속도를 계산하고(단계 221), 아니면 좌우현 펄스 플래그(PORT/STBD Pulse Flag)가 '1'인가를 판단하여(단계 222) '1'이면 좌우현 속도를 계산하고(단계 223), 아니면 종료한다.

제13B도는 제13A도의 전/후방 속도를 계산하는 단계 221의 상세흐름을 도시한 흐름도로서, 단계 230에서는 새 시간(New_For_Aft_Delta_Time)을 계산한다. 단계 231에서는 단계 230에서 계산한 결과 새 시간(New_For_Aft_Delta_Time)이 '0'보다 작은가를 판단하여 '0'미만이면 단계 232에서 스피드 로그의 최대시간(Speed_Log_MAX_Timer_Value)을 새 시간(New_For_Aft_Delta_Time)에 더하고, 아니면 단계 233으로 곧바로 진행한다 단계 233에서는 방향이 바뀌었는지를 판단하여 바뀌었으면, 단계 239에서 구(Old)속도를 스피드 레지스터(For_Aft_Speed)에 저장한 후 단계 236으로 진행하고, 아니면 단계 234에서 새 시간(New_For_Aft_Delta_Time)이 평균 시간(Min_Delta_Time)보다 큰가를 비교하여 크지 않으면 단계 239로 진행하고, 크면 새 속도를 스피드 레지스터(For_Aft_Speed)에 저장하고, 새 시간(New_For_Aft_Delta_Time)을 구 시간 레지스터(Old_For_Aft_Delta_Time)에 저장한다. 단계 236에서는 후방(AFTWARD)으로 움직이는가를 판단하여 아니면 단계 238로 진행하고, 후방으로 움직이면 전후방속도(For_Aft_Speed)에 '-'부호를 기입한 후 단계 238에서 새 전후방시간(New_For_Aft_Time)을 최종 전후방시간 레지스터(Last_For_Aft_Time)에 저장한다.

제13C도는 제13A도의 좌/우현 속도를 계산하는 단계 223의 상세흐름을 도시한 흐름도로서, 단계 240에서는 새 시간(New_Port_Stbd_Delta_Time)을 계산한다. 단계 241에서는 단계 240에서 계산한 결과 새 시간(New_Port_Stbd_Delta_Time)이 '0'보다 작은가를 판단하여 '0'미만이면 단계 242에서 스피드 로그의 최대 시간(Speed_Log_MAX_Timer_Value)을 새 시간(New_Port_Stbd_Delta_Time)에 더하고, 아니면 단계 243으로 곧바로 진행한다. 단계 243에서는 방향이 바뀌었는지를 판단하여 바뀌었으면, 단계 249에서 구(Old) 속도를 스피드 레지스터(Port_Stbd_Speed)에 저장한 후 단계 246으로 진행하고, 아니면 단계 244에서 새 시간(New_Port_Stbd_Delta_Time)이 평균 시간(Min_Delta_Time)보다 큰 가를 비교하여 크지 않으면 단계 249로 진행하고, 크면 새 속도를 스피드 레지스터(Port_Stbd_Speed)에 저장하고, 새 시간(New_Port_Stbd_Delta_Time)을 구 시간 레지스터(Old_Port_Stbd_Delta_Time)에 저장한다. 단계 246에서는 좌현(PORTSIDE)으로 움직이는가를 판단하여 아니면 단계 248로 진행하고, 좌현으로 움직이면 좌우현속도(Port_Stbd_Speed)에 '-'부호를 기입한 후 단계 248에서 새 좌우현시간(New_Port_Stbd_Time)을 최종 좌우현시간 레지스터(Last_Port_Stbd_Time)에 저장한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 선박용 레이다의 인터페이스 장치에 응용되어 송수신부와 지시부간에 신뢰성 있는 정보전달을 구현하고, 외부의 속도센서인 스피드 로그와 인터페이스하여 자선의 항해 속도를 구할 수 있도록 하고, 외부의 방향센서인 자이로 콤파스 로그와 연결하여 자선의 항해 방향을 구할 수 있도록 하였다.

Claims (5)

1. 송수신기와 지시기와 외부센서를 구비한 선박용 레이다 시스템이 있어서, 상기 지시기의 제어정보를 입력하여 업링크 포맷에 따라 상기 송수신기로 전달하는 업링크 인터페이스수단 ; 상기 송수신기의 상태정보를 직렬 다운링크 포맷에 따라 입력하여 병렬 데이타로 변환한 후 출력하고 인터럽트 제 1 요구신호를 발생하는 다운링크 인터페이스수단 ; 상기 외부센서인 스피드 로그로부터 스피드 로그 데이타 포맷에 따라 속도 데이타를 입력하여 출력하고 인터럽트 제 2 요구신호를 발생하는 스피드 로그 인터페이스수단 ; 상기 외부센서인 자이로 콤파스 로그로부터 방향 데이타를 입력하여 인터럽트 제 1 요구신호에 따라 출력하는 자이로 콤파스 인터페이스수단 ; 상기 병렬 데이타와 상기 속도 데이타와 상기 방향 데이타를 입력하여 시스템 버스를 통해 출력하고 상기 시스템 버스로부터 상기 제어정보를 입력하여 상기 업링크 인터페이스수단에 전달하고 상기 인터럽트 제 1 요구신호와 제 2 요구신호를 입력하여 출력하는 주 프로세서 인터페이스수단 ; 및 상기 시스템 버스에 연결되어 상기 제어정보와 상기 상태정보를 관리하고 상기 속도 데이타와 방향 데이타에 의해 선박의 항해 속도와 항해 방향을 계산하는 주 프로세서 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 레이다 시스템의 지시기 인터페이스장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 지시기 인터페이스 장치는 상기 송수신기와 상기 지시기를 각각 하나 더 구비하여 상기 주 프로세서 수단으로부터 입력되는 주파수 밴드와 주종모드에 따라 동작모드를 선택할 수 있는 인터스위치 인터페이스수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 레이다 시스템의 지시기 인터페이스장치.
3. 송수신기와 지시기와 자이로 콤파스와 스피드 로그를 구비한 선박용 레이다 시스템에 있어서, 상기 송수신기를 제어하기 위한 제어정보를 업링크 포맷에 따라 상기 지시기로부터 상기 송수신기로 전달하는 단계 ; 상기 제어정보에 따라 조치된 결과와 상기 송수신기의 상태와 안테나 방향정보를 다운링크 포맷에 따라 상기 송수신기로부터 상기 지시기로 전달하는 단계 ; 상기 안테나 방향정보와 상기 자이로 콤파스로부터 입력되는 데이타에 따라 선박의 항해 방향을 계산하는 단계 ; 상기 스피드 로그로부터 데이타를 입력하여 상기 선박의 항해 속도를 계산하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 레이다 시스템의 지시기 인터페이스 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 항해 방향을 계산하는 단계는 자이로 콤파스로부터 데이타를 리드하는 단계와 자이로 인덱스를 클리어한 후 하나씩 증가하면서 인덱스가 지시하는 데이타를 비교하는 단계와 상기 새 데이타에서 구 데이타를 감산한 차가 양수일 경우 계산하는 단계와 상기 감산한 차가 음수일 경우 계산하는 단계와 상기 계산한 결과를 적당한 범위안으로 보정하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 레이다 시스템의 지시기 인터페이스방법.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 항해 속도를 계산하는 단계는 스피드 로그로부터 상태 데이타를 입력하는 단계와 상기 입력한 상태 데이타의 펄스 비트에 따라 인터럽트를 발생하여 펄스간의 시간을 계산하는 단계와 상기 상태 데이타와 상기 펄스간의 시간에 따라 좌우현 속도를 계산하는 단계와 상기 상태 데이타와 상기 펄스간의 시간에 따라 전후방속도를 계산하는 단계와 상기 계산한 결과에 따라 속도 데이타를 갱신하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 레이다 시스템의 지시기를 인터페이스하는 방법.