WO2023177000A1 - 원통형 어레이 레이더 - Google Patents

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WO2023177000A1
WO2023177000A1 PCT/KR2022/003827 KR2022003827W WO2023177000A1 WO 2023177000 A1 WO2023177000 A1 WO 2023177000A1 KR 2022003827 W KR2022003827 W KR 2022003827W WO 2023177000 A1 WO2023177000 A1 WO 2023177000A1
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transmitting
radar
signal processing
processing unit
array
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PCT/KR2022/003827
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이한석
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주식회사 파이온시스템즈
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    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
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    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S2013/0236—Special technical features
    • G01S2013/0245—Radar with phased array antenna

Definitions

  • the present invention relates to radar, and in particular to a cylindrical array radar that detects small unmanned aircraft such as drones in omnidirectional space and prevents risks and accidents caused by drones appearing in important facilities in advance. will be.
  • drones Industries using small unmanned aircraft called drones (hereinafter referred to as 'drones') and related technologies are rapidly developing around the world.
  • drones are attracting attention as a new growth industry, their value and utility are growing, but voices of concern are also growing as the threats and side effects of drones increase simultaneously.
  • illegal use of drones, such as terrorism, and side effects such as collisions with manned aircraft due to drones flying near airports are becoming very serious.
  • the present invention was developed to solve the problems of the prior art described above. It is easy to vary performance, and can facilitate the creation of a beam of an antenna radar for a specific direction and the rotation of the generated beam, so as to facilitate mechanical rotation or rotation of the generated beam.
  • the purpose is to provide a cylindrical array radar that can detect all directions without installing a device.
  • Another purpose is to provide a cylindrical array radar that can implement various additional functions in addition to radar purposes.
  • the cylindrical array radar according to the present invention to solve the above problems has a plurality of transmitting and receiving modules arranged in a circle for transmitting and receiving high frequency signals in the radar frequency band, and a ring array signal that processes signal data exchanged with the plurality of transmitting and receiving modules.
  • a processing unit includes a ring array disposed at the center of the array of transmitting and receiving modules; It is configured to include a main signal processing unit that performs antenna beamforming of the plurality of transmitting and receiving modules and performs signal processing to detect and track a target.
  • the ring array includes a plurality of transmitting and receiving modules arranged in a circle at the edge of the upper surface, the ring array signal processing unit is installed in the center of the upper surface, and further includes a bottom plate on which a plurality of through holes are formed.
  • multiple ring arrays may be stacked in the vertical direction.
  • At least one of a radio wave blocking device and an RF detection device may be installed on the upper surface of any one of the plurality of ring arrays stacked in the vertical direction.
  • the transmitting and receiving module includes a housing whose width gradually increases from the inner side facing the ring array signal processing unit to the outer side; an antenna unit installed on the open outer surface of the enclosure; a ground portion installed inside the enclosure; a high-frequency transmitting and receiving unit installed inside the enclosure; It consists of a high frequency transmitting and receiving processing unit installed inside the enclosure and connected to the high frequency transmitting and receiving unit.
  • the present invention further includes a radome consisting of a main body surrounding the ring array and the main signal processing unit, and a cover installed on the open upper surface of the main body.
  • a base on which the main body of the radome is seated is further installed at the lower part of the ring array, a plurality of heat dissipation fans are installed on the base, and a filter frame equipped with a filter is installed inside the cover of the radome to dissipate the heat.
  • the fan rotates the outside air that flows into the gap between the main body and the cover passes through the filter and is discharged downward out of the radome.
  • the forming of antenna beams radiated from the plurality of transmitting and receiving modules is generated through the following equation.
  • the cylindrical array radar of the present invention configured as described above, can implement omnidirectional rotation of the antenna beam without mechanical rotation by means of circularly arranged transmitting and receiving modules, so it not only detects all directions, but also detects omnidirectionally. This has the advantage of saving installation space and reducing costs because there is no need to install multiple radar devices.
  • Figures 1 to 3 show a cylindrical array radar according to the present invention.
  • Figure 4 is a diagram showing the transmission and reception module of a cylindrical array radar according to the present invention.
  • Figure 5 is a diagram showing heat dissipation of a cylindrical array radar according to the present invention.
  • Figures 6 and 7 show the transmission/reception relationship between the main signal processing unit of the cylindrical array radar and the ring array according to the present invention.
  • Figure 8 is a block diagram showing the beamforming method of a cylindrical array radar according to the present invention.
  • Figure 9 is a diagram showing dynamic selection of a transmitting and receiving module for omnidirectional detection scan of a cylindrical array radar according to the present invention.
  • the cylindrical array radar according to the present invention to solve the above problems has a plurality of transmitting and receiving modules arranged in a circle for transmitting and receiving high frequency signals in the radar frequency band, and a ring array signal that processes signal data exchanged with the plurality of transmitting and receiving modules.
  • a processing unit includes a ring array disposed at the center of the array of transmitting and receiving modules; It is configured to include a main signal processing unit that performs antenna beamforming of the plurality of transmitting and receiving modules and performs signal processing to detect and track a target.
  • Figures 1 to 3 are diagrams showing a cylindrical array radar according to the present invention
  • Figure 4 is a diagram showing the transmission and reception module of the cylindrical array radar according to the present invention
  • Figure 5 is a diagram showing the heat dissipation of the cylindrical array radar according to the present invention. This is the way shown.
  • Figures 6 and 7 are diagrams showing the transmission/reception relationship between the main signal processing unit and the ring array of the cylindrical array radar according to the present invention
  • Figure 8 is a block diagram showing the beamforming method of the cylindrical array radar according to the present invention
  • Figure 9 is a diagram showing dynamic selection of a transmitting and receiving module for omnidirectional detection scan of a cylindrical array radar according to the present invention.
  • the cylindrical array radar according to the present invention includes a ring array 100 and a main signal processing unit 200 that transmits and receives signals with the ring array 100.
  • the ring array 100 includes a plurality of transmitting and receiving modules 110 arranged in a circle, a ring array disposed at the center of the array of the plurality of transmitting and receiving modules 110 and electrically connected to the plurality of transmitting and receiving modules 110 through a cable.
  • (Ring array) It is composed of a signal processing unit 120, a bottom plate 130 on which the plurality of transmitting and receiving modules 110 and the ring array signal processing unit 120 are installed.
  • the transmitting and receiving modules 110 transmit and receive high-frequency signals in the radar frequency band, and a plurality of them are arranged in a circle along the upper edge of the bottom plate 130.
  • the transmitting and receiving module 110 of the present invention includes an enclosure 111, an antenna unit 112 installed in the enclosure 111, and the enclosure 111. ) It consists of a ground unit 113 installed inside, a high frequency transmission/reception unit 114, and a high frequency transmission/reception processing unit 115.
  • the enclosure 111 has a shape whose width gradually increases from the inner side facing the ring array signal processing unit 120 to the outer side. Therefore, when the enclosure 111 is viewed from above, it takes the shape of a trapezoid with a narrow inside and a wide outside.
  • the antenna unit 112 is installed on the open outer surface of the enclosure 111 and radiates an antenna beam.
  • the ground unit 113 is installed to be spaced apart from the antenna unit 112 and performs a grounding function.
  • the high frequency transmitting and receiving unit 114 is installed inside the enclosure 111 and spaced apart from the ground unit 113, and transmits and receives high frequency signals in the radar frequency band.
  • the high frequency transmitting and receiving processing unit 115 is installed inside the enclosure 111 and connected to the high frequency transmitting and receiving unit 114, and processes high frequency signals of the radar transmitted and received from the high frequency transmitting and receiving unit 114.
  • the ring array signal processing unit 120 is installed at the center of the upper surface of the bottom plate 130, and exchanges signal data with a plurality of transmitting and receiving modules 110 and processes the signal data.
  • a radar signal is transmitted from the ring array signal processing unit 120
  • this transmission signal is up-converted into a radar frequency band in the transmission/reception module 110, transmitted to the target drone, and returned after hitting the drone.
  • an on-high frequency signal is received by the transmission/reception module 110
  • the received signal is down-converted and transmitted to the ring array signal processing unit 120.
  • signals exchanged between the ring array signal processing unit 120 and the transmission/reception module 110 may be in digital or analog form.
  • the bottom plate 130 has an overall shape similar to a circle, and a transmission/reception module 110 and a ring array signal processing unit 120 are installed on the upper surface, and a plurality of through holes 130a are formed to dissipate heat. to facilitate it.
  • a plurality of ring arrays 100 which are composed of a transmission/reception module 110 and a ring array signal processing unit 120 installed on the bottom plate 130, may be stacked in a vertical direction.
  • the performance of the radar can be varied in various ways by adjusting the number of stacks of the ring array 100 and forming it into a cylindrical shape with different heights.
  • the present invention installs one or more devices that provide a radio wave blocking device, an RF detection device, and other functions on the upper surface of any one of the plurality of ring arrays 100 stacked in the vertical direction, thereby providing various Functions can be provided in a complex manner.
  • the main signal processing unit 200 applies AESA technology to perform antenna beamforming of a plurality of transmitting and receiving modules 110 and performs signal processing to detect and track targets, i.e. the inside of the radome 300, which will be described later. It is installed either on the upper or lower side of the ring array 100.
  • This main signal processing unit 200 can generate an antenna beam for a specific direction by dynamically grouping and selecting a plurality of transmission/reception modules 110 as shown in FIG. 9, and selects a group of a plurality of transmission/reception modules 110. You can easily rotate the antenna beam. Thanks to this function, the present invention can detect all directions without mechanical rotation or installing a plurality of radar devices.
  • the signal timing, frequency and phase need to be synchronized between the transmitting and receiving modules 110.
  • the main signal is used as shown in FIG. 7.
  • the common clock signal generation unit 210 and the common LO signal generation unit 220 of the processing unit 200 generate a common clock signal and an LO signal, respectively, and the common clock signal distribution unit 121 of the ring array signal processing unit 120 ) and the common LO signal distribution unit 122 distributes the common clock signal and the common LO signal to all transmitting and receiving modules 110. This allows synchronization of timing, frequency and phase between multiple transmitting and receiving modules 110.
  • the beam radiated from the antenna unit 112 of the transmitting and receiving module 110 is calculated using the equation below by applying weights of different sizes and phases to the signals of each transmitting and receiving module 110 and adding them up. It is formed as
  • each transmission/reception module 110 and the ring array signal processing unit 120 transmit and receive signals as digital data, and store the signal size and information in the memory of the ring array signal processing unit 120. Phase weights and transmitted/received signal data are stored.
  • each transmitting and receiving module 110 transmits an individual signal, thereby forming a transmitting antenna beam facing a specific direction and transmitting a radar signal.
  • the signal data input from each transmission/reception module 110 is stored in the memory of the ring array signal processing unit 120, and after selecting a specific signal group in the ring array signal processing unit 120, calculation processing is performed by applying each weight value.
  • the result is a radar reflection signal received through a receiving antenna beam formed in a specific direction, and through subsequent processing, it performs the function of detecting and tracking a radar target in that direction.
  • an antenna transmission and reception beam is formed in a specific direction and radar signals are transmitted and received, and the specific transmission and reception module group is By successively selecting, the direction of the antenna beam is determined, making it possible to perform antenna beam rotation for omni-directional detection.
  • the present invention further includes a radome 300, a base 400, and a filter frame 500.
  • the radome 300 consists of a main body 310 surrounding the ring array 100 and the main signal processing unit 200, and a cover 320 installed on the open upper surface of the main body 310.
  • the main body 310 has a shape similar to a pipe with an open upper and lower surface, and the ring array 100 and the main signal processing unit 200 are accommodated therein.
  • the cover 320 is installed on the upper surface of the main body 310, but when the cover 320 is installed on the main body 310, a gap is created between the cover 320 and the main body 310.
  • the base 400 is installed at the lower part of the ring array 100, and the main body 310 of the radome 300 is seated on the upper surface of the base 400.
  • a plurality of heat dissipation fans 410 are installed in this base 400.
  • the filter frame 500 equipped with the filter 510 is installed inside the cover 320 of the radome 300, the external air flowing into the radome 300 when the heat dissipation fan 410 rotates is first filtered ( After passing through 510), it flows into the radome 300 and is discharged downward.
  • the unexplained symbol 600 is a GPS for determining the location of the radar of the present invention.
  • the present invention relates to a cylindrical array radar, and can be used in the defense industry because it presents a technology for detecting and tracking a small flying chain draw.

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
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Abstract

본 발명은 원통형 어레이 레이더에 관한 것으로서, 특히 레이더 주파수 대역의 고주파 신호를 송수신하는 다수의 송수신 모듈이 원형으로 배열되고, 상기 다수의 송수신 모듈과 주고받는 신호 데이터를 처리하는 링 어레이 신호처리부가 송수신 모듈의 배열 중심부에 배치된 링 어레이와; 상기 다수의 송수신 모듈의 안테나 빔포밍을 수행하며, 표적을 탐지하고 추적하는 신호처리를 하는 메인 신호처리부;를 포함하여 구성되어, 기계적 회전 없이도 안테나 전(全)방향을 탐지할 수 있고, 성능 변경을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

Description

원통형 어레이 레이더
본 발명은 레이더에 관한 것으로서, 특히 전방향의 공간을 대상으로 드론과 같은 소형 무인 비행체를 탐지하여 중요시설에 출현하는 드론에 의해 발생하는 위험 및 사고를 사전에 예방할 수 있도록 하는 원통형 어레이 레이더에 관한 것이다.
드론으로 불리는 소형 무인 비행체(이하, '드론'으로 칭함)를 이용한 산업과 이에 관련된 기술이 전 세계적으로 급속히 발전하고 있다.
이렇게 드론이 새로운 성장산업으로 주목받으면서 그 가치와 효용성이 갈수록 커지고 있지만, 드론에 대한 위협과 부작용이 동시에 증가함에 따라 우려의 목소리도 높아지고 있다. 특히, 드론을 이용한 테러 등의 불법적인 활용과 드론의 공항 근처 비행에 따른 유인 항공기와의 충돌 등의 부작용도 매우 심각하게 대두되고 있는 상황이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 드론을 사전에 탐지하거나 무력화하기 위한 기술을 개발하고자 하는 시도들이 있어 왔으나, 최근의 드론은 크기가 작을 뿐만 아니라 비금속 재질로 제작이 되어 기존의 2차원 레이더로는 탐지하기가 매우 어려운 문제점을 안고 있다.
더욱이 폭탄 등과 같은 위험물질을 장착한 드론의 경우에는 대응시간을 확보하기 위해 드론의 접근을 원거리에서 사전에 탐지하는 것이 반드시 필요하며, 이에 따라 탐지 요구 성능에 부합하는 맞춤형 성능을 제공할 수 있는 탐지장치(레이더)가 필요하다.
드론을 감지하는 기존의 레이더는 전방향의 표적을 탐지하기 위해서 특정 섹터를 탐지할 수 있는 레이더를 다수로 설치하거나 레이더 안테나를 기계적으로 회전하는 방법이 대부분이며, 탐지 성능을 높이거나 낮추는 것과 같은 모델 변형을 위해서는 새로 하드웨어를 개발해야 하는 문제가 있다. 또한, 기존의 레이더는 레이더 용도로만 사용이 가능하여 다른 기능을 제공할 수 없기 때문에 복합 기능을 수행할 수 없는 한계가 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 성능 가변이 용이하고, 특정 방향에 대한 안테나 레이더의 빔 생성과 생성된 빔의 회전을 용이하게 할 수 있어서 기계적 회전이나 복수의 레이더 장치를 설치하지 않고도 전방향(全方向)을 탐지할 수 있는 원통형 어레이 레이더를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 레이더 용도와 더불어 추가적인 다양한 기능을 복합적으로 구현할 수 있는 원통형 어레이 레이더를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 원통형 어레이 레이더는 레이더 주파수 대역의 고주파 신호를 송수신하는 다수의 송수신 모듈이 원형으로 배열되고, 상기 다수의 송수신 모듈과 주고받는 신호 데이터를 처리하는 링 어레이 신호처리부가 송수신 모듈의 배열 중심부에 배치된 링 어레이와; 상기 다수의 송수신 모듈의 안테나 빔포밍을 수행하며, 표적을 탐지하고 추적하는 신호처리를 하는 메인 신호처리부;를 포함하여 구성된다.
여기에서, 상기 링 어레이는 상면 가장자리에 다수의 송수신 모듈이 원형으로 배열되고, 상면 중앙에 상기 링 어레이 신호처리부가 설치되며, 다수의 관통홀이 형성된 바닥판을 더 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 링 어레이는 상하방향으로 다수개가 적층될 수 있다.
또한, 상하방향으로 적층된 다수의 상기 링 어레이 중 어느 하나의 링 어레이 상면에는 전파차단장치와 RF 탐지장치 중 적어도 하나가 설치될 수 있다.
또한, 상기 송수신 모듈은 상기 링 어레이 신호처리부를 향하는 내측면에서 외측으로 갈수록 그 폭이 점점 커지는 함체와; 상기 함체의 개방된 외측면에 설치되는 안테나부와; 상기 함체의 내부에 설치되는 그라운드부와; 상기 함체의 내부에 설치되는 고주파 송수신부와; 상기 함체 내부에 설치되되 상기 고주파 송수신부에 연결되는 고주파 송수신 처리부;로 구성된다.
또한, 본 발명은 상기 링 어레이와 메인 신호처리부를 둘러싸는 본체와, 상기 본체의 개방된 상면에 설치되는 덮개로 이루어진 레이돔을 더 포함한다.
그리고, 상기 링 어레이의 하부에는 상기 레이돔의 본체가 안착되는 베이스가 더 설치되고, 상기 베이스에는 다수의 방열팬이 설치되며, 상기 레이돔의 덮개 내부에는 필터가 장착된 필터 프레임이 설치되어, 상기 방열팬의 회전시 본체와 덮개 사이의 틈으로 유입된 외부공기는 상기 필터를 통과한 후 레이돔 밖으로 하향 배출된다.
한편, 상기 다수의 송수신 모듈에서 방사되는 안테나 빔의 포밍은 하기의 수식을 통해 생성된다.
[수식]
Figure PCTKR2022003827-appb-img-000001
Figure PCTKR2022003827-appb-img-000002
상기와 같이 구성되는 본 발명의 원통형 어레이 레이더는 원형으로 배열된 송수신 모듈에 의하여 기계적 회전 없이도 안테나 빔의 전방향 회전을 구현할 수 있어서 전(全)방향을 탐지할 수 있을 뿐만 아니라, 전방향 탐지를 위해 복수의 레이더 장치를 설치하지 않아도 되므로 설치공간을 절약하고 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
또한, 필요에 따라 다수개의 링 어레이를 적층함으로써 성능 가변이 용이한 이점이 있다.
또한, 전파차단장치나 RF 탐지장치 등을 설치하여 다양한 복합 기능을 제공할 수 있도록 함으로써 시장 요구에 신속하게 대응할 수 있는 이점이 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 의한 원통형 어레이 레이더를 보인 도.
도 4는 본 발명에 의한 원통형 어레이 레이더의 송수신 모듈을 보인 도.
도 5는 본 발명에 의한 원통형 어레이 레이더의 방열 모습을 보인 도.
도 6 및 도 7은 본 발명에 의한 원통형 어레이 레이더의 메인 신호처리부와 링 어레이의 송수신 관계를 보인 도.
도 8은 본 발명에 의한 원통형 어레이 레이더의 빔포밍 방법을 보인 블록도.
도 9는 본 발명에 의한 원통형 어레이 레이더의 전방향 탐지스캔을 위해 송수신 모듈을 동적으로 선택하는 모습을 보인 도.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 원통형 어레이 레이더는 레이더 주파수 대역의 고주파 신호를 송수신하는 다수의 송수신 모듈이 원형으로 배열되고, 상기 다수의 송수신 모듈과 주고받는 신호 데이터를 처리하는 링 어레이 신호처리부가 송수신 모듈의 배열 중심부에 배치된 링 어레이와; 상기 다수의 송수신 모듈의 안테나 빔포밍을 수행하며, 표적을 탐지하고 추적하는 신호처리를 하는 메인 신호처리부;를 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명에 의한 원통형 어레이 레이더의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 의한 원통형 어레이 레이더를 보인 도이고, 도 4는 본 발명에 의한 원통형 어레이 레이더의 송수신 모듈을 보인 도이며, 도 5는 본 발명에 의한 원통형 어레이 레이더의 방열 모습을 보인 도이다.
그리고, 도 6 및 도 7은 본 발명에 의한 원통형 어레이 레이더의 메인 신호처리부와 링 어레이의 송수신 관계를 보인 도이며, 도 8은 본 발명에 의한 원통형 어레이 레이더의 빔포밍 방법을 보인 블록도이고, 도 9는 본 발명에 의한 원통형 어레이 레이더의 전방향 탐지스캔을 위해 송수신 모듈을 동적으로 선택하는 모습을 보인 도이다.
본 발명에 의한 원통형 어레이 레이더는 링 어레이(100)와, 상기 링 어레이(100)와 신호를 주고받는 메인 신호처리부(200)를 포함하여 구성된다.
상기 링 어레이(100)는 둥글게 배열되는 다수의 송수신 모듈(110)과, 상기 다수의 송수신 모듈(110)의 배열 중심부에 배치되고 다수의 송수신 모듈(110)과 케이블을 통해 전기적으로 연결되는 링 어레이(Ring array) 신호처리부(120)와, 상기 다수의 송수신 모듈(110)과 링 어레이 신호처리부(120)가 설치되는 바닥판(130)을 포함하여 구성된다.
상기 송수신 모듈(110)은 레이더 주파수 대역의 고주파 신호를 송수신하는 것으로서, 바닥판(130)의 상면 가장자리를 따라 다수개가 원형으로 배열된다.
여기에서 송수신 모듈(110)의 구성에 대해 좀 더 자세히 살펴보면, 본 발명의 송수신 모듈(110)은 함체(111)와, 상기 함체(111)에 설치되는 안테나부(112)와, 상기 함체(111) 내부에 설치되는 그라운드부(113)와 고주파 송수신부(114) 및 고주파 송수신 처리부(115)로 구성된다.
상기 함체(111)는 링 어레이 신호처리부(120)를 향하는 내측면에서 외측으로 갈수록 그 폭이 점점 커지는 형태를 취한다. 따라서 함체(111)를 위에서 봤을 때 안쪽이 좁고 바깥쪽이 넓은 사다리꼴과 같은 형태를 취한다.
이러한 함체(111)는 바닥판(130)의 상면 가장자리에 다수개가 원형으로 배치될 때 그 양쪽 측면이 서로 접하고, 안쪽면과 양쪽 측면에는 다수의 방열핀(111a)이 구비되어 방열을 용이하게 할 수 있도록 한다.
상기 안테나부(112)는 함체(111)의 개방된 외측면에 설치되며 안테나 빔을 방사한다.
상기 그라운드부(113)는 안테나부(112)와 이격되게 설치되며 접지 기능을 수행한다.
상기 고주파 송수신부(114)는 함체(111) 내부에 설치되되 그라운드부(113)와 이격되게 설치되며 레이더 주파수 대역의 고주파 신호를 송수신한다.
상기 고주파 송수신 처리부(115)는 함체(111) 내부에 설치되되 고주파 송수신부(114)에 연결되며, 고주파 송수신부(114)에서 송수신한 레이더의 고주파 신호를 처리한다.
상기 링 어레이 신호처리부(120)는 바닥판(130)의 상면 중앙에 설치되는 것으로서, 다수의 송수신 모듈(110)과 신호 데이터를 주고받고 이 신호 데이터를 처리한다.
좀 더 부연하면, 링 어레이 신호처리부(120)에서 레이더 신호가 전송되면 이 전송 신호를 송수신 모듈(110)에서 레이더 주파수 대역으로 상향 변환하여 표적(target)인 드론에 송신하고, 드론에 부딪힌 후 되돌아 온 고주파 신호를 송수신 모듈(110)에서 수신하면, 이 수신 신호를 하향 변환하여 링 어레이 신호처리부(120)로 전송한다. 이때, 링 어레이 신호처리부(120)와 송수신 모듈(110) 간에 교환되는 신호는 디지털 또는 아날로그 형태를 가질 수 있다.
상기 바닥판(130)은 그 전체적인 형태가 원형과 유사한 형태를 취하는 것으로서, 상면에 송수신 모듈(110)과 링 어레이 신호처리부(120)가 설치되고, 다수의 관통홀(130a)이 형성되어 방열을 촉진할 수 있도록 한다.
한편, 바닥판(130) 위에 송수신 모듈(110)과 링 어레이 신호처리부(120)가 설치되어 구성된 링 어레이(100)는 상하방향으로 다수개가 적층될 수 있다. 이렇게 링 어레이(100)의 적층 개수를 조정하여 높이가 다른 원통형으로 구성함으로써 레이더의 성능을 다양하게 변화시킬 수 있다.
부연하면, 적층되는 링 어레이(100)의 개수가 많을수록 레이더의 탐지 범위가 확장되고 탐지 성능의 정확도가 향상되며, 대상 타겟의 거리, 방향, 고도의 3차원 정보를 산출하는 3차원 레이더의 구현이 가능하다. 이에 따라 목표 성능과 가격에 필요한 맞춤형 모델의 손쉬운 구성이 가능하다.
더불어, 본 발명은 상하방향으로 적층된 다수의 링 어레이(100) 중 어느 하나의 링 어레이(100) 상면에 전파차단장치, RF 탐지장치, 그 외 다른 기능을 제공하는 장치들을 하나 이상 설치하여 여러 기능을 복합적으로 제공할 수 있도록 할 수 있다.
상기 메인 신호처리부(200)는 AESA 기술을 적용하여 다수의 송수신 모듈(110)의 안테나 빔포밍을 수행하며, 표적을 탐지하고 추적하는 신호처리를 하는 것으로서, 후술할 레이돔(300)의 내부, 즉 링 어레이(100)의 상측이나 하측 중 어느 한 곳에 설치한다.
이러한 메인 신호처리부(200)는 도 9에 도시된 것처럼 다수의 송수신 모듈(110)을 동적으로 그룹핑하여 선택함으로써 특정 방향에 대한 안테나 빔을 생성할 수 있으며, 다수의 송수신 모듈(110)의 그룹 선택에 의해 손쉽게 안테나 빔을 회전시킬 수 있다. 바로 이러한 기능에 의해 본 발명은 기계적 회전이나 복수의 레이더 장치를 설치하지 않고도 전(全)방향을 탐지할 수 있다.
구체적으로 설명하면, AESA 방식의 레이더와 빔포밍을 구현하기 위해서는 송수신 모듈(110) 간에 신호타이밍, 주파수와 위상이 동기화될 필요가 있으며, 이를 달성하기 위하여 본 발명에서는 도 7에 도시된 것처럼 메인 신호처리부(200)의 공통 클럭 신호 생성부(210)와 공통 LO 신호 생성부(220)에서 각각 공통의 클럭 신호와 LO 신호를 생성하고, 링 어레이 신호처리부(120)의 공통 클럭 신호 분배부(121)와 공통 LO 신호 분배부(122)를 통해 전체 송수신 모듈(110)에 공통 클럭 신호와 공통 LO 신호를 분배한다. 이로써 다수의 송수신 모듈(110) 간의 타이밍, 주파수와 위상의 동기화가 가능해진다.
그리고, 본 발명에서 송수신 모듈(110)의 안테나부(112)에서 방사되는 빔은 각 송수신 모듈(110)들의 신호에 각각 크기와 위상을 달리하는 가중치를 적용하여 합하는 아래의 수식과 같은 연산처리 방식으로 포밍된다.
Figure PCTKR2022003827-appb-img-000003
Figure PCTKR2022003827-appb-img-000004
도 6 내지 도 8을 참조하여 좀 더 설명을 하면, 각 송수신 모듈(110)과 링 어레이 신호처리부(120)는 디지털 데이터로 신호를 송수신하며, 링 어레이 신호처리부(120)의 메모리에 신호크기 및 위상 가중치와 송수신하는 신호 데이터가 저장된다.
링 어레이 신호처리부(120)에서 생성한 기저대역 신호
Figure PCTKR2022003827-appb-img-000005
들에 각 가중치 값을 적용하여 송수신 모듈(110)의 특정 그룹에 전송하면, 각 송수신 모듈(110)에서 개별 신호를 송신함으로써 특정 방향을 향한 송신 안테나 빔이 형성되어 레이더 신호가 송신된다.
각 송수신 모듈(110)로부터 입력된 신호 데이터는 링 어레이 신호처리부(120)의 메모리에 저장되며, 링 어레이 신호처리부(120)에서 특정 신호 그룹을 선택한 후에 각 가중치 값을 적용하여 연산 처리를 수행한 결과는 특정 방향에 형성된 수신 안테나 빔을 통해서 수신한 레이더 반사 신호이며, 후속 처리를 통해서 해당 방향에서의 레이더 표적을 탐지 및 추적하는 기능을 수행하게 된다.
위에서 기술한 바와 같이, 링 어레이 신호처리부(120)의 메모리에 저장된 가중치 값을 선택된 특정 송수신 모듈 그룹과 송수신함으로써, 특정 방향에 안테나 송수신 빔을 형성하고 레이더 신호를 송수신하게 되며, 특정 송수신 모듈 그룹을 연속적으로 선택함에 따라 안테나 빔의 방향이 결정되어 전(全)방향 탐지를 위한 안테나 빔 회전을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명은 레이돔(300)과, 베이스(400) 및 필터 프레임(500)을 더 포함하여 구성된다.
상기 레이돔(300)은 링 어레이(100)와 메인 신호처리부(200)를 둘러싸는 본체(310)와, 상기 본체(310)의 개방된 상면에 설치되는 덮개(320)로 구성된다.
상기 본체(310)는 상면과 하면이 개방된 파이프와 유사한 형상으로서, 그 내부에 링 어레이(100)와 메인 신호처리부(200)가 수용된다.
상기 덮개(320)는 본체(310)의 상면에 설치되지만, 덮개(320)를 본체(310)에 설치하였을 때 덮개(320)와 본체(310) 사이에는 빈틈이 발생된다.
상기 베이스(400)는 링 어레이(100)의 하부에 설치되는 것으로서, 베이스(400)의 상면에는 레이돔(300)의 본체(310)가 안착된다. 이러한 베이스(400)에는 다수의 방열팬(410)이 설치된다.
따라서, 방열팬(410)이 회전을 하면 레이돔(300)의 본체(310)와 덮개(320) 사이의 빈틈을 통해 외부공기가 레이돔(300)의 본체(310) 내부로 유입된 후 하향기류로 변환하여 방열팬(410)을 통해 레이돔(300) 밖으로 하향 배출된다. 이로써 링 어레이(100)와 메인 신호처리부(200) 등에서 발생되는 열을 신속하게 외부로 배출할 수 있다.
그리고, 레이돔(300)의 덮개(320) 내부에는 필터(510)가 장착된 필터 프레임(500)이 설치되므로, 방열팬(410) 회전시 레이돔(300) 내부로 유입되는 외부공기는 먼저 필터(510)를 통과한 후 레이돔(300) 내부로 유입되어 하향 배출된다.
미설명 부호 600은 본 발명의 레이더의 위치를 파악하기 위한 GPS이다.
본 발명은 원통형 어레이 레이더에 관한 것으로서, 소형 비행체인 드로을 탐지하고 추적하는 기술을 제시하고 있기 때문에 방위 산업에 이용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 레이더 주파수 대역의 고주파 신호를 송수신하는 다수의 송수신 모듈(110)이 원형으로 배열되고, 상기 다수의 송수신 모듈(110)과 주고받는 신호 데이터를 처리하는 링 어레이 신호처리부(120)가 송수신 모듈(110)의 배열 중심부에 배치된 링 어레이(100)와;
    상기 다수의 송수신 모듈(110)의 안테나 빔포밍을 수행하며, 표적을 탐지하고 추적하는 신호처리를 하는 메인 신호처리부(200);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 원통형 어레이 레이더.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 링 어레이(100)는 상면 가장자리에 다수의 송수신 모듈(110)이 원형으로 배열되고, 상면 중앙에 상기 링 어레이 신호처리부(120)가 설치되며, 다수의 관통홀(130a)이 형성된 바닥판(130)을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 원통형 어레이 레이더.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 링 어레이(100)는 상하방향으로 다수개가 적층되는 것을 특징으로 하는 원통형 어레이 레이더.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상하방향으로 적층된 다수의 상기 링 어레이(100) 중 어느 하나의 링 어레이(100) 상면에는 전파차단장치와 RF 탐지장치 중 적어도 하나가 설치되는 것을 특징으로 하는 원통형 어레이 레이더.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 송수신 모듈(110)은 상기 링 어레이 신호처리부(120)를 향하는 내측면에서 외측으로 갈수록 그 폭이 점점 커지는 함체(111)와;
    상기 함체(111)의 개방된 외측면에 설치되는 안테나부(112)와;
    상기 함체(111)의 내부에 설치되는 그라운드부(113)와;
    상기 함체(111)의 내부에 설치되는 고주파 송수신부(114)와;
    상기 함체(111) 내부에 설치되되 상기 고주파 송수신부(114)에 연결되는 고주파 송수신 처리부(115);로 구성된 것을 특징으로 하는 원통형 어레이 레이더.
  6. 청구항 2에 있어서.
    상기 링 어레이(100)와 메인 신호처리부(200)를 둘러싸는 본체(310)와, 상기 본체(310)의 개방된 상면에 설치되는 덮개(320)로 이루어진 레이돔(300)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 어레이 레이더.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 링 어레이(100)의 하부에는 상기 레이돔(300)의 본체(310)가 안착되는 베이스(400)가 더 설치되고, 상기 베이스(400)에는 다수의 방열팬(410)이 설치되며, 상기 레이돔(300)의 덮개(320) 내부에는 필터(510)가 장착된 필터 프레임(500)이 설치되어,
    상기 방열팬(410)의 회전시 본체(310)와 덮개(320) 사이의 틈으로 유입된 외부공기는 상기 필터(510)를 통과한 후 레이돔(300) 밖으로 하향 배출되는 것을 특징으로 하는 원통형 어레이 레이더.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 다수의 송수신 모듈(110)에서 방사되는 안테나 빔의 포밍은 하기의 수식을 통해 생성되는 것을 특징으로 하는 원통형 어레이 레이더.
    [수식]
    Figure PCTKR2022003827-appb-img-000006
    Figure PCTKR2022003827-appb-img-000007
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