KR101213043B1 - 탐지추적 레이더, 이를 구비한 고속 이동체 방어시스템 및 탐지추적 레이더의 고속 이동체 추적방법 - Google Patents

탐지추적 레이더, 이를 구비한 고속 이동체 방어시스템 및 탐지추적 레이더의 고속 이동체 추적방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르는 탐지추적 레이더는 레이더가 장착되는 본체를 기준으로 일정 반경 이내를 포함하도록 설정되는 위험 영역과, 상기 위험 영역을 방위각을 기준으로 복수의 탐지 영역으로 분할하고, 상기 탐지 영역 내에서 상기 본체를 향하여 접근하는 고속 이동체를 탐지할 수 있도록 형성되는 복수의 탐지 추적 섹터 및 상기 탐지 추적 섹터들로부터 수신되는 신호들을 근거로 상기 고속 이동체를 표적으로 인식하고, 이를 추적할 수 있도록 형성되는 제어부를 포함함으로써, 고속 접근 이동체를 신속하게 탐지하고, 이를 추적할 수 있으며, 탐지 추적 섹터들이 독립적으로 작동하므로, 탐지 추적 섹터들을 추가하여 레이더 시스템의 확장 또는 축소를 자유롭게 할 수 있다.

Description

탐지추적 레이더, 이를 구비한 고속 이동체 방어시스템 및 탐지추적 레이더의 고속 이동체 추적방법{DETECTING AND TRACKING RADAR, ANTI HIGH SPEED MOBILE DEFENCE SYSTEM HAVING THE SAME AND TRACKING METHOD OF HIGH SPEED MOBILE}
본 발명의 실시예들은 지상무기체계에 대한 위협체에 대해 능동적으로 대처할 수 있는 탐지추적 레이더에 관한 것이다.
최근 대전차 미사일, 로켓, 포 등 대전차 무기의 발전으로 관통력이 크게 증가되고 있다. 특히 대전차 미사일은 발전 속도가 빨라서 관통력이 크게 증대됨은 물론 유도 방식의 경우, 종전의 가시선상 유도 방식에서 독자적인 탐색기 장착으로 사격 후 망각 방식으로 발전하는 추세이다.
이상과 같은 이유로 지상무기체계에 대한 위협체를 대비할 수 있는 능동방호기술이 제시되고 있다. 능동방호기술은 지상무기체계 승무원의 생존을 보장하기 위해 90년대 초부터 각국에서 비밀로 취급하여 집중적으로 연구 개발된 분야로써 탐지/추적된 위협체에 대응하는 방법에 따라 소프트킬(Soft-Kill)과 하드킬(Hard-Kill)로 구분되어 진다.
소프트킬은 위협체의 접근을 조기에 원거리에서 탐지/추적하여 빠른 시간 내에 위협 여부를 판단한다. 이후 위협체의 접근 방향으로 연막탄을 급속 발사하여 위협체의 관측/조준 및 자체 유도 기능을 불가능하게 하면서 연막 속으로 전차를 급속 회피기동함으로써 승무원의 생존성을 보장한다.
이와 달리 하드킬은 위협체를 향해 대응탄을 발사하여 직접 위협체를 무력화시키는 방법이다.
최근 기술 발전 추세에 따라 소프트킬로 위협체회피할 수 있는 가능성은 점점 줄어들고 있다.
이에 따라, 하드킬에 적용할 수 있으며, 지상무기체계라고 하는 제한된 공간 내에 장착되는 특수성 및 근거리에서 접근하는 광범위 고속 표적을 신속/정밀하게 탐지추적할 수 있는 레이더 장치가 고려될 수 있다.
본 발명의 일실시예들은 레이더가 장착되는 본체에 대하여 위협적인 고속 이동체를 신속하게 탐지하고 정보를 추적하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 일실시예들은 레이더를 구성하는 각 모듈의 확장 및 축소가 자유로운 레이더를 이용한 방어 시스템을 구축하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 탐지추적 레이더는 레이더가 장착되는 본체를 기준으로 일정 반경 이내를 포함하도록 설정되는 위험 영역과, 상기 위험 영역을 방위각을 기준으로 복수의 탐지 영역으로 분할하고, 상기 탐지 영역 내에서 상기 본체를 향하여 접근하는 고속 이동체를 탐지할 수 있도록 형성되는 복수의 탐지 추적 섹터 및 상기 탐지 추적 섹터들로부터 수신되는 신호들을 근거로 상기 고속 이동체를 표적으로 인식하고, 이를 추적할 수 있도록 형성되는 제어부를 포함하고, 상기 탐지 추적 섹터는, CW(Continuous Wave) 또는 LFM(Linear Frequency Modulation)으로 파형신호를 방사할 수 있도록 형성되는 송신 안테나부와 송신부 및 상기 고속 이동체로부터 반사된 상기 파형신호를 수신하도록 형성되는 수신 안테나부와 수신부를 구비하고, 상기 각 탐지 추적 섹터별로, 상기 송신 안테나부, 수신 안테나부, 송신부 및 수신부가 일체로 형성된다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 송신부는, 상기 파형 신호를 생성할 수 있는 송신기 및 상기 탐지 영역 내에서 고각을 적어도 두 개의 고각 구간으로 분할하고, 상기 각각의 고각 구간에 대하여 상기 파형 신호의 송신 여부를 스위칭할 수 있도록 형성되는 송신용 스위치를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 송신 안테나부는, 상기 분할된 각 고각 구간에 대하여 상기 파형 신호를 방사할 수 있도록 형성되는 송신 안테나들을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 수신부는, 상기 수신 안테나부로부터 수신된 신호를 증폭하거나 변환하는 수신기 및 상기 송신용 스위치의 스위칭에 대응하여, 상기 수신 안테나부를 구성하는 각 수신 안테나의 동작 여부를 스위칭할 수 있도록 형성되는 수신용 스위치를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 수신 안테나부는, 상기 고속 이동체로부터 반사된 상기 파형 신호를 수신하여, 상기 고속 이동체의 고각 방향 이동 정보를 획득할 수 있도록 형성되는 제1 안테나 그룹과 상기 고속 이동체의 방위각 방향 이동 정보를 획득할 수 있도록 형성되는 제2 안테나 그룹을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 각 안테나 그룹들은, 각각 전파 간섭계 원리에 의하여 상기 고속 이동체의 고각 방향 이동 정보 또는 방위각 방향 이동 정보를 획득할 수 있도록 서로 이격되어 배치되는 복수의 안테나를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제어부는, 각 탐지 추적 섹터에서 수신된 신호에 기 설정된 윈도우 함수를 곱하여 버스트 데이터(burst data)를 형성하도록 이루어지는 윈도우 모듈과, 상기 버스트 데이터에 대하여 FFT(fast fourier transformation)을 수행하도록 형성되는 주파수 변환 모듈과, 상기 주파수 변환 모듈로부터 입력되는 신호 중 일정한 오경보율이 되도록 기 결정된 임계값을 통과하는 신호를 검출하도록 형성되는 CFAR(constant false alarm rate) 모듈 및 상기 CFAR 모듈로부터 입력되는 신호가 기 설정된 조건에 해당하는 경우 이를 표적인 고속 이동체로 인식하도록 형성되는 탐지 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 탐지 모듈이 표적인 고속 이동체를 인식하면, 상기 탐지 모듈로부터 입력되는 신호들을 연산하여 상기 표적인 고속 이동체의 이동정보를 추출할 수 있도록 형성되는 추적 모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 표적이 인식된 제1 탐지 추적 섹터에 인접한 제2 탐지 추적 섹터로 고속 이동체가 이동하는 경우, 상기 고속 이동체의 이동정보의 연속성을 유지하기 위하여, 상기 제2 탐지 추적 섹터의 좌표계를 상기 제1 탐지 추적 섹터의 좌표계로 변환시키도록 형성되는 좌표 변환 모듈을 더 포함할 수 있다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 분할된 복수의 탐지 영역에 대하여, 각 탐지 추적 섹터별로 CW(Continuous Wave) 또는 LFM(Linear Frequency Modulation)형의 반사신호를 수신하는 단계와, 상기 수신된 신호에 기 설정된 윈도우 함수를 곱하여 버스트 데이터(burst data)를 형성하는 단계와, 상기 버스트 데이터에 대하여 FFT(fast fourier transformation)을 수행하여 주파수 변환 데이터를 형성하는 단계와, 상기 주파수 변환 데이터로부터 일정한 오경보율이 되도록 기 결정된 임계값을 통과하는 데이터를 검출하는 단계 및 상기 검출된 데이터가 기 설정된 조건에 해당하는 경우, 이를 표적으로 인식하는 단계를 포함하는 탐지추적 레이더의 고속 이동체 추적방법을 개시한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 고속 이동체 추적방법은 상기 표적으로 인식된 고속 이동체로부터 입력되는 신호들을 근거로 기설정 함수를 곱하고, 주파수 변환하여 상기 고속 이동체의 이동정보를 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 고속 이동체 추적방법은 상기 고속 이동체의 이동정보의 연속성을 유지하기 위하여, 탐지된 제1 탐지 추적 섹터에 인접한 제2 탐지 추적 섹터의 좌표계를 상기 제1 탐지 추적 섹터의 좌표계로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 본체와, 상기 본체를 기준으로 일정 반경으로 형성되는 위험 영역과, 상기 위험 영역을 일정 방위각에 해당하는 복수의 탐지 영역으로 분할하고, 상기 탐지 영역 내에서 상기 본체를 향하여 접근하는 고속 이동체를 탐지할 수 있도록 안테나부, 송신부와 수신부를 각각 일체로 포함하는 복수의 탐지 추적 섹터 및 상기 각 탐지 추적 섹터로부터 수신되는 신호들을 근거로 상기 고속 이동체를 표적으로 인식하고, 이를 추적할 수 있도록 형성되는 제어부를 포함하고. 상기 제어부는 제1 탐지 영역 내에서 추적 중인 고속 이동체가 인접한 제2 탐지 영역으로 이동하는 경우, 이동정보의 연속성을 유지할 수 있도록, 좌표 변환을 수행하는 좌표 변환 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 이동체 방어 시스템을 개시한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 탐지추적 레이더는 각 탐지 추적 섹터별로 독립적으로 고속 이동체에 관한 정보를 추출할 수 있으면서도, 복수의 탐지 추적 섹터를 통과하는 고속 이동체에 관한 정보의 연속성을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 레이더가 실리는 본체에 대한 근거리 고속 접근 이동체를 신속하게 탐지하고, 이를 추적할 수 있으며, 탐지 추적 섹터들이 독립적으로 작동하므로, 탐지 추적 섹터들을 추가하여 레이더 시스템의 확장 또는 축소를 자유롭게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 일체형 탐지추적 레이더가 장착된 본체를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 일체형 탐지추적 레이더의 블록 구성도(block diagram).
도 3은 도 2의 송신 안테나 및 송신부의 개념도.
도 4는 도 2의 수신 안테나 및 수신부의 개념도.
도 5는 도 2의 제어부의 개념도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따르는 좌표 변환방법과 관련된 개념도.
도 7은 본 발명의 일 실시예와 관련된 일체형 탐지추적 레이더의 표적 정보 추적의 일 예를 도시한 순서도.
이하, 본 발명의 일실시예에 따르는 탐지추적 레이더, 이를 구비한 고속 이동체 방어시스템 및 탐지추적 레이더의 고속 이동체 추적방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일?유사한 구성에 대해서는 동일?유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 일체형 탐지추적 레이더가 장착된 본체를 도시한 개략도이다.
본 발명의 일실시예에 따르는 탐지추적 레이더는 본체(100)에 장착되며, 복수의 탐지 추적 섹터(110, 110a, 110b, 110c) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다.
본체(100)는 지상, 해상 또는 공중에 존재하며, 미사일 등에 의해 위협받는 무기 체계일 수 있다.
본체(100)를 주위로 일정 반경 이내에는 위험 영역(400)이 설정된다. 위험 영역(400)은 본체(100)를 향하여 접근하는 고속 이동체(500)를 감지하고, 고속 이동체(500)의 이동 정보를 추적하여 위험 여부를 판단하고 이에 대응할 수 있는 충분한 시간을 갖도록 일정 반경 내로 형성된다.
위험 영역(400)은 방위각을 기준으로 복수의 탐지 영역(410)으로 분할된다. 각 탐지 영역(410)을 방위각을 일정 각도로 분할한 일정 영역이다. 각 탐지 영역(410)은 송신 안테나부(210), 수신 안테나부(310), 송신부(120) 및 수신부(130)가 일체로 형성된 탐지 추적 섹터(110)에 의해 각각 독립적으로 탐지 영역(410)내의 고속 이동체(500)의 이동을 탐지한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 일체형 탐지추적 레이더의 블록 구성도(block diagram)이다.
탐지추적 레이더는 복수의 탐지 추적 섹터(110)를 구비한다. 각 탐지 추적 섹터(110)는 CW(Continuous Wave) 또는 LFM(Linear Frequency Modulation)으로 파형신호를 방사할 수 있도록 형성되는 송신 안테나부(210)와 송신부(120) 및 고속 이동체(500)로부터 반사된 상기 파형신호를 수신하도록 형성되는 수신 안테나부(310)와 수신부(130)를 구비한다.
이와 같은 레이더 장치는 CW-LFM 레이더 방식을 채용하는 것이며, CW-LFM 레이더 방식에서 고속 이동체(500)의 거리 및 속도 정보를 추출하는 방법은 다음과 같다.
CW 구간에서 표적의 속도를 LFM 구간에서 표적의 거리와 속도를 추출하게 된다. CW 구간에서는 거리 정보를 예측하고 LFM 구간에서는 이전의 CW 구간 정보를 이용하여 거리 정보를 추출하게 되어 오차가 발생하게 된다. 정확도 향상을 위하여 아래의 수학식 1 또는 수학식 2와 같이 3개 파형을 이용하여 표적의 거리, 속도 정보를 추출한다.
송신 안테나부(210)를 통하여, 현재 CW 파형을 송신할 경우 수학식 1과 같이 표적의 거리, 속도 정보를 추출한다.
Figure 112011029134410-pat00001
여기서
Figure 112011029134410-pat00002
는 현재 CW 파형에 대한 표적의 비트 정보이고,
Figure 112011029134410-pat00003
는 바로 이전 CW 파형에 대한 표적의 비트 정보이다.
Figure 112011029134410-pat00004
는 바로 이전 LFM 파형에 대한 표적의 비트 정보이다.
Figure 112011029134410-pat00005
,
Figure 112011029134410-pat00006
은 현재의 속도와 거리정보이다. c는 빛의 속도이며,
Figure 112011029134410-pat00007
는 중심 주파수, T는 파형의 길이, BW는 LFM 파형의 변조폭이다.
송신 안테나부(210)를 통하여, 현재 LFM 파형을 송신할 경우 수학식 2와 같이 표적의 거리, 속도 정보를 추출할 수 있다.
Figure 112011029134410-pat00008
이와 같이, 임의의 빔방향에 대하여 목표물의 거리(
Figure 112011029134410-pat00009
) 및 속도(
Figure 112011029134410-pat00010
)를 구할 수 있으므로, 빔주사를 행하면서 거리(
Figure 112011029134410-pat00011
) 및 속도(
Figure 112011029134410-pat00012
)를 순차 산출하면, 목표물의 방위, 거리, 속도에 관한 정보를 추출할 수 있다.
도 3은 도 2의 송신 안테나 및 송신부(120)의 개념도이고, 도 4는 도 2의 수신 안테나 및 수신부(130)의 개념도이다.
도시한 바와 같이, 도 3은 하나의 독립 탐지 추적 섹터(110)를 구성하는 CW(Continuous Wave) 또는 LFM(Linear Frequency Modulation)으로 파형신호를 방사할 수 있도록 형성되는 송신 안테나부(210)와 송신부(120)를 개시하고 있다.
송신 안테나부(210)는 레이더 파형 신호를 상향으로 방사하는 상향 송신 안테나(212)와 하향으로 방사하는 하향 송신 안테나(211)를 포함할 수 있다. 이로써, 후술하는 분할된 각 고각 구간에 대하여 상기 파형 신호를 방사할 수 있다. 탐지 추적 레이다 안테나는 지상 클러터 환경하에서 저고도 접근 표적을 신속히 탐지하여 정밀하게 추적하기 위해서 가능하면 낮은 부엽 준위를 가져야 한다. 이를 위해 송신 안테나는 다중 개구 혼 안테나 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 송신부(120)는 CW(Continuous Wave) 또는 LFM(Linear Frequency Modulation)으로 파형 신호를 생성할 수 있는 송신기(122) 및 상기 탐지 영역(410) 내에서 고각을 적어도 두 개의 고각 구간으로 분할하고, 상기 각각의 고각 구간에 대하여 상기 파형 신호의 송신 여부를 스위칭할 수 있도록 형성되는 송신용 스위치(121)를 포함할 수 있다.
이러한 송신용 스위치(121)로 인하여, 고각 방향으로의 탐지/추적영역 확장을 위해 안테나의 상향 또는 하향을 선택할 수 있다.
도시한 바와 같이, 도 4는 하나의 독립 탐지 추적 섹터(110)를 구성하는 수신 안테나부(310)와 수신부(130)를 개시하고 있다.
수신부(130)는, 수신 안테나부(310)로부터 수신된 신호를 증폭하거나 변환하는 수신기(132) 및 상기 송신용 스위치(121)의 스위칭에 대응하여, 상기 수신 안테나부(310)를 구성하는 각 수신 안테나의 동작 여부를 스위칭할 수 있도록 형성되는 수신용 스위치(131)를 포함하여 이루어질 수 있다.
수신 안테나부(310)는, 고속 이동체(500)로부터 반사된 상기 파형 신호를 수신하여, 상기 고속 이동체(500)의 고각 방향 이동 정보를 획득할 수 있도록 형성되는 제1 안테나 그룹과 상기 고속 이동체(500)의 방위각 방향 이동 정보를 획득할 수 있도록 형성되는 제2 안테나 그룹을 포함하여 이루어질 수 있다. 각 수신 안테나는 마이크로스트립 평면 배열 안테나 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
여기서 제1안테나 그룹은 레이더 상향 송신시 레이더 반사 신호를 수신하는 상향 수신 안테나일 수 있으며, 제2 안테나 그룹은 레이더 하향 송신시의 레이더 반사 신호를 수신하는 하향 수신 안테나일 수 있다.
상기 각 안테나 그룹들은, 각각 전파 간섭계 원리에 의하여 상기 고속 이동체(500)의 고각 방향 이동 정보 또는 방위각 방향 이동 정보를 획득할 수 있도록 서로 이격되어 배치되는 복수의 안테나를 포함할 수 있다.
이 때, 송신부(120)의 송신용 스위치(121)와 수신부(130)의 수신용 스위치(131)는 동일한 신호로 제어되어, 상향 신호시에는 상향 송신 및 상향 수신하고 하향 신호시에는 하향 송신 및 하향 수신하여 고각 방향으로 탐지/추적 영역이 확장될 수 있다.
일예로, 각 안테나 그룹들은 5개의 수신 안테나를 이용하여 간섭계 원리에 따라 표적의 고각과 방위각 정보를 추출하도록 하였으며, 각각의 수신 안테나로 수신된 신호를 동시에 처리하기 위하여 5채널 수신기(132)를 구성할 수 있다.
5채널 수신기(132)로 구성하는 경우, 다중 베이스 라인 간섭계 방식으로 형성되는 데, 각 채널별 안테나는 8개 안테나 복사 소자의 배열구조 (2×4)로 형성할 수 있으며, 탐지 추적 레이다의 장착 허용 크기 및 송신 안테나와의 이격도 등을 고려하여 표 1에서와 같이 소자간 전력 크기 및 위상 가중치를 달리하여 상향 및 하향 고정 빔을 공간상에 분리하여 형성시킬 수 있다. 또한, 상향 수신 단일 안테나의 경우 복사 소자의 상하에 기생 소자를 두어 부엽준위를 개선시킬 수 있다. 상단의 기생 소자 크기를 하단의 기생 소자에 비해 작게 하여 급전 회로와의 간섭을 줄이도록 할 수 있고, 하향 고정 빔은 지면에 의한 반사를 줄이는 빔 패턴 구조로 설계할 수 있다.
수직 배열
소자 번호		 하향 빔 상향 빔
전력 크기 위상 전력 크기 위상
1 0.62 0 0.62 0
2 1.0 -0.86 1.0 75.7
3 1.0 -17.0 1.0 1515
4 0.62 -25.6 0.62 2272
보다 자세하게, 표적의 고각 정보는 하향 수신 안테나의 경우 제1 그룹 하향 수신 안테나(321, 322, 324)를 이용하여 추출하며, 방위각 정보는 하향 수신 안테나의 경우 제2 그룹 하향 수신 안테나(322, 323, 324, 325)를 이용하여 추출할 수 있다.
표적 탐지 시에는 수신 안테나 중 하나의 안테나를 정하여 표적 유무를 판단하고, 표적이 탐지될 경우 수신안테나의 나머지 4개 안테나에 연결된 수신기를 동작시켜 표적을 추적할 수 있다.
또 다른 예로서, 수신 안테나부(310)는 레이더 상향 송신 시 고속 이동체(500)로부터 반사된 상기 파형 신호를 수신하는 제 1안테나 그룹(331, 332, 333, 334, 335)과 레이더 하향 송신 시 고속 이동체(500)로부터 반사된 상기 파형 신호를 수신하는 제 2안테나 그룹(321, 322, 323, 324, 325)을 포함하여 이루어질 수 있다. 이 경우, 표적의 고각 정보는 상향 송신 신호를 수신하는 경우 상향 수신 안테나(331, 332, 334)를 이용하여 추출하며, 하향 송신 신호를 수신하는 경우 하향 수신 안테나(321, 322, 324)를 이용하여 추출할 수 있다. 방위각 정보는 상향 송신 신호를 수신하는 경우 상향 수신 안테나(332, 333, 334, 335)를 이용하여 추출하며, 하향 송신 신호를 수신하는 경우 하향 수신 안테나(322, 323, 324, 325)를 이용하여 추출할 수 있다.
도 5는 도 2의 제어부(140)의 개념도이다. 제어부(140)는 송신부(120)와 수신부(130)의 신호제어 및 표적 유무를 판단하고, 표적 정보를 추출하는 기능을 수행한다.
제어부(140)는, 윈도우 모듈(141), 주파수 변환 모듈(142), CFAR 모듈(143) 및 탐지 모듈(144)을 포함하여 이루어질 수 있다.
윈도우 모듈(141)은, 각 탐지 추적 섹터(110)에서 수신된 신호에 기 설정된 윈도우 함수를 곱하여 버스트 데이터(burst data)를 형성한다. 윈도우 함수로는 예컨대, 해밍(Hamming), 해닝(Hanning), 블랙만(Blackman), 가우시안(Gaussian) 등이 있다. 이러한 윈도우 함수를 이용한 필터를 적용함으로써 거리 저엽(Range sidelobe) 레벨을 메인 빔에 비하여 수십 dB 이상 낮출 수 있으며, 클러터(clutter)와 같은 신호에 의한 영향을 감소시킬 수 있다.
주파수 변환 모듈(142)은, 상기 버스트 데이터에 대하여 FFT(fast fourier transformation)을 수행하도록 형성된다.
CFAR(constant false alarm rate) 모듈은, 상기 주파수 변환 모듈(142)로부터 입력되는 신호 중 일정한 오경보율이 되도록 기 결정된 임계값을 통과하는 신호를 검출하도록 형성된다.
탐지 모듈(144)은, 상기 CFAR 모듈(143)로부터 입력되는 신호가 기 설정된 조건에 해당하는 경우 이를 표적인 고속 이동체(500)로 인식하도록 형성된다.
또한, 상기 제어부(140)는 탐지 모듈(144)이 표적인 고속 이동체(500)를 인식하면, 상기 탐지 모듈(144)로부터 입력되는 신호들을 연산하여 상기 표적인 고속 이동체(500)의 이동정보를 추출할 수 있도록 형성되는 추적 모듈(145)을 더 포함할 수 있다.
좌표 변환 모듈(146)은 표적이 인식된 제1 탐지 추적 섹터(110)에 인접한 제2 탐지 추적 섹터(110)로 고속 이동체(500)가 이동하는 경우, 상기 고속 이동체(500)의 이동정보의 연속성을 유지하기 위하여, 상기 제2 탐지 추적 섹터(110)의 좌표계를 상기 제1 탐지 추적 섹터(110)의 좌표계로 변환시키도록 형성된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따르는 좌표 변환방법과 관련된 개념도이다.
탐지 후 추적 종료시까지 동일한 탐지 추적 섹터(110)에서만 이동한 고속 이동체(500)의 경우에는 섹터 내에서 추출한 위치 및 속도에 관한 정보를 탐지 추적레이더의 시스템 좌표계로 변환하여 관리한다. 즉, 극좌표상의 위치 및 속도에 관한 정보를 시스템 상의 직교좌표계에 관한 정보로 변환하는 과정을 거친다.
그러나, 표적이 현재 추적중인 섹터에서 인접하는 다른 섹터로 이동하는 경우에는, 초기에 탐지된 섹터의 극좌표로 변환하여, 표적 정보의 연속성을 유지한다. 이로 인하여, 표적 정보의 정확도 향상 및 표적이 이후 방향 및 속도의 예측이 가능하다.
이와 같이 변환된 이후에는 다시 시스템 좌표계에 관한 정보로 변환한다.
도시한 바와 같이, 제1탐지 영역(410a)의 제1 좌표(r1, θ1, z1)에서 처음 탐지된 고속 이동체(500)는 이후 제2탐지 영역(410b)의 제2 좌표(r2, θ2, z2)로 이동한다. 좌표 변환 모듈(146)은 제2 좌표(r2, θ2, z2)를 연산을 통하여, 제1탐지 영역의 극좌표(r2', θ2', z2')로 변환하게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예와 관련된 일체형 탐지추적 레이더의 표적 정보 추적의 일 예를 도시한 순서도이다.
먼저, 분할된 복수의 탐지 영역(410)에 대하여, 각 탐지 추적 섹터(110)별로 송신 안테나는 CW(Continuous Wave) 또는 LFM(Linear Frequency Modulation)형의 파형 신호를 방사한다. 이에 대해 수신 안테나는 탐지 영역(410)내에 존재하는 고속 이동체(500)로부터 반사되는 신호를 수신하게 된다.
수신된 신호에 대하여는 A/D 변환기(147, 도 4 참조) 및 DDC(Digital Down Converter, 148, 도 4 참조)에 의해 디지털 기저 대역 신호로 변환하고, 기설정된 신호로 복조하게 된다.
이후, 상기한 과정을 거쳐 수신된 신호에 기 설정된 윈도우 함수를 곱하여 버스트 데이터(burst data)를 형성하게 된다.
그리고, 상기 버스트 데이터에 대하여 FFT(fast fourier transformation)를 수행하여 주파수 변환 데이터를 형성하고, 상기 주파수 변환 데이터로부터 일정한 오경보율이 되도록 기 결정된 임계값을 통과하는 데이터를 검출하는 탐지 임계치 처리(CFAR, constant false alarm rate) 단계를 수행한다.
이후, 상기 검출된 데이터가 기 설정된 조건에 해당하는 경우, 제어부(140)를 구비하는 시스템은 이를 표적으로 인식하게 된다.
이와 같이 표적으로 인식한 탐지 추적 섹터(110a)는 추적 섹터로 전환되어, 상기 고속 이동체(500)로부터 이동 방위각, 속도, 위치 등에 관한 정보를 추출하게 된다. 고속 이동체(500)가 인접한 다른 탐지 추적 섹터(110b)로 넘어가면, 좌표 변환 모듈(146)이 좌표에 관한 정보를 변환하여, 정보의 연속성을 유지하게 된다.
그리고, 표적에 관한 정보가 계속 추출되면서, 시스템 좌표계로 변환된다.
상기와 같이 설명된 탐지추적 레이더, 이를 구비한 고속 이동체 방어시스템 및 탐지추적 레이더의 고속 이동체 추적방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (13)

  1. 레이더가 장착되는 본체를 기준으로 일정 반경 이내를 포함하도록 설정되는 위험 영역;
    상기 위험 영역을 방위각을 기준으로 복수의 탐지 영역으로 분할하고, 상기 탐지 영역 내에서 상기 본체를 향하여 접근하는 고속 이동체를 탐지할 수 있도록 형성되는 복수의 탐지 추적 섹터; 및
    상기 탐지 추적 섹터들로부터 수신되는 신호들을 근거로 상기 고속 이동체를 표적으로 인식하고, 이를 추적할 수 있도록 형성되는 제어부를 포함하고,
    상기 탐지 추적 섹터는,
    CW(Continuous Wave) 또는 LFM(Linear Frequency Modulation)으로 파형신호를 방사할 수 있도록 형성되는 송신 안테나부와 송신부; 및
    상기 고속 이동체로부터 반사된 상기 파형신호를 수신하도록 형성되는 수신 안테나부와 수신부를 구비하고,
    상기 각 탐지 추적 섹터별로, 상기 송신 안테나부, 수신 안테나부, 송신부 및 수신부가 일체로 형성되고,
    상기 송신부는,
    상기 파형 신호를 생성할 수 있는 송신기; 및
    상기 탐지 영역 내에서 고각을 적어도 두 개의 고각 구간으로 분할하고, 상기 각각의 고각 구간에 대하여 상기 파형 신호의 송신 여부를 스위칭할 수 있도록 형성되는 송신용 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 탐지추적 레이더.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 송신 안테나부는,
    상기 분할된 각 고각 구간에 대하여 상기 파형 신호를 방사할 수 있도록 형성되는 송신 안테나들을 포함하는 것을 특징으로 하는 탐지추적 레이더.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수신부는,
    상기 수신 안테나부로부터 수신된 신호를 증폭하거나 변환하는 수신기; 및
    상기 송신용 스위치의 스위칭에 대응하여, 상기 수신 안테나부를 구성하는 각 수신 안테나의 동작 여부를 스위칭할 수 있도록 형성되는 수신용 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 탐지추적 레이더.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수신 안테나부는,
    상기 고속 이동체로부터 반사된 상기 파형 신호를 수신하여,
    상기 고속 이동체의 고각 방향 이동 정보를 획득할 수 있도록 형성되는 제1 안테나 그룹과 상기 고속 이동체의 방위각 방향 이동 정보를 획득할 수 있도록 형성되는 제2 안테나 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 탐지추적 레이더.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 수신 안테나부는,
    제1방향으로 상기 파형 신호를 송신시, 상기 고속 이동체로부터 반사된 상기 파형 신호를 수신하는 제1안테나 그룹과,
    제1방향과 다른 제2방향으로 상기 파형 신호를 송신시, 상기 고속 이동체로부터 반사된 상기 파형 신호를 수신하는 제2안테나 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 탐지추적 레이더.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 각 안테나 그룹들은,
    각각 전파 간섭계 원리에 의하여 상기 고속 이동체의 고각 방향 이동 정보 또는 방위각 방향 이동 정보를 획득할 수 있도록 서로 이격되어 배치되는 복수의 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 탐지추적 레이더.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    각 탐지 추적 섹터에서 수신된 신호에 기 설정된 윈도우 함수를 곱하여 버스트 데이터(burst data)를 형성하도록 이루어지는 윈도우 모듈;
    상기 버스트 데이터에 대하여 FFT(fast fourier transformation)을 수행하도록 형성되는 주파수 변환 모듈;
    상기 주파수 변환 모듈로부터 입력되는 신호 중 일정한 오경보율이 되도록 기 결정된 임계값을 통과하는 신호를 검출하도록 형성되는 CFAR(constant false alarm rate) 모듈; 및
    상기 CFAR 모듈로부터 입력되는 신호가 기 설정된 조건에 해당하는 경우 이를 표적인 고속 이동체로 인식하도록 형성되는 탐지 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 탐지추적 레이더.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 탐지 모듈이 표적인 고속 이동체를 인식하면, 상기 탐지 모듈로부터 입력되는 신호들을 연산하여 상기 표적인 고속 이동체의 이동정보를 추출할 수 있도록 형성되는 추적 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탐지추적 레이더.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 표적이 인식된 제1 탐지 추적 섹터에 인접한 제2 탐지 추적 섹터로 고속 이동체가 이동하는 경우, 상기 고속 이동체의 이동정보의 연속성을 유지하기 위하여, 상기 제2 탐지 추적 섹터의 좌표계를 상기 제1 탐지 추적 섹터의 좌표계로 변환시키도록 형성되는 좌표 변환 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탐지추적 레이더.
  11. 분할된 복수의 탐지 영역에 대하여, 각 탐지 추적 섹터별로 CW(Continuous Wave) 또는 LFM(Linear Frequency Modulation)형의 반사신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 신호에 기 설정된 윈도우 함수를 곱하여 버스트 데이터(burst data)를 형성하는 단계;
    상기 버스트 데이터에 대하여 FFT(fast fourier transformation)을 수행하여 주파수 변환 데이터를 형성하는 단계;
    상기 주파수 변환 데이터로부터 일정한 오경보율이 되도록 기 결정된 임계값을 통과하는 데이터를 검출하는 단계;
    상기 검출된 데이터가 기 설정된 조건에 해당하는 경우, 조건에 해당하는 파형신호를 반사하는 고속 이동체를 표적으로 인식하는 단계; 및
    상기 고속 이동체의 이동정보의 연속성을 유지하기 위하여, 탐지된 제1 탐지 추적 섹터에 인접한 제2 탐지 추적 섹터의 좌표계를 상기 제1 탐지 추적 섹터의 좌표계로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탐지추적 레이더의 고속 이동체 추적방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 고속 이동체가 표적으로 인식되면,
    상기 고속 이동체로부터 입력되는 신호들을 근거로 기설정 함수를 곱하고, 주파수 변환하여 상기 고속 이동체의 이동정보를 추출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탐지추적 레이더의 고속 이동체 추적방법.
  13. 삭제
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