KR101295756B1 - 디지털 스펙트럼을 이용한 레이더 분석시스템 및 분석방법 - Google Patents

디지털 스펙트럼을 이용한 레이더 분석시스템 및 분석방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디지털 스펙트럼을 이용한 레이더 분석시스템 및 분석방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이더 시스템에서 안테나를 통해 송신되는 신호를 루프백시키거나, 별도의 신호발생기로부터 발신된 신호를 입력하여 디지털 스펙트럼을 분석함으로써 레이더 시스템이 정상적으로 동작하고 있는지를 파악하도록 하는 디지털 스펙트럼을 이용한 레이더 분석시스템 및 분석방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 레이더 시스템의 장비의 이상 유무를 원격지에서 쉽게 확인할 수 있으며, 송수신장치를 통해 입출력되는 신호의 스펙트럼 분석이 가능해지며, 실제 운용중인 레이더 송수신장비의 사용 대역의 안이나 바깥에서 스퓨리어스 신호를 분석할 수 있는 효과가 있다.

Description

디지털 스펙트럼을 이용한 레이더 분석시스템 및 분석방법{A SYSTEM OF ANALYZING RADAR USING DIGITAL SPECTRUM AND A METHOD THEREOF}
본 발명은 디지털 스펙트럼을 이용한 레이더 분석시스템 및 분석방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이더 시스템에서 안테나를 통해 송신되는 신호를 루프백시키거나, 별도의 신호발생기로부터 발신된 신호를 입력하여 디지털 스펙트럼을 분석함으로써 레이더 시스템이 정상적으로 동작하고 있는지를 파악하도록 하는 디지털 스펙트럼을 이용한 레이더 분석시스템 및 분석방법에 관한 것이다.
레이더 시스템은 항공기나 구름, 동물 등을 식별하기 위한 장치로서, 피탐지체의 상태를 측정하기 위해서 안테나를 통해 RF신호를 송신하고, 피탐지체로부터 반사된 RF신호를 분석하여 피탐지체의 위치, 속도, 이동방향 등을 파악한다.
레이더 시스템은 디지털 신호를 발생시키는 장치와, 디지털 신호를 RF신호로 변환하는 장치와, RF신호의 출력을 조절하여 안테나를 통해 송신하는 장치로 이루어진다.
개별 장치에는 신호의 변환과 출력 변환, 신호의 합성 등의 기능을 수행하는 장치들이 포함되어 있는데, 각각의 장치들이 모두 정상적으로 동작하고 있어야 레이더 시스템이 정상적으로 대상물을 식별할 수 있다.
레이더 시스템에서 각각의 장치들이 정상적으로 동작하는지를 분석하기 위해서 안테나를 통해 송신되는 신호와 안테나로 전해지는 신호를 루프백 경로(Loop-Back Path)로 우회시켜 신호의 출력이나 품질을 비교하는 기술들이 개시되어 있다.
도 1은 종래기술의 실시예에 따른 잡음 측정시스템의 구조를 나타낸 블럭도이다.
도 1에는 시험 유닛(3)에 의하여 반송파 신호(39)에 추가된 잡음을 측정하기 위한 개선된 잡음 측정시스템(1)이 도시된다. 시험 유닛(3)은 출력포트(7)를 통하여 잡음 측정시스템(1)으로부터 송신된 저잡음 반송파 신호(39)를 수신하기 위한 한 입력(4)을 포함한다. 시험 유닛(3)은 반송파 신호(3)를 변조하고 증폭하거나 조정하며, 한 출력포트(5)로부터 UUT신호(35)를 출력시킨다. UUT 신호(35)는 측정시험 시스템 출력포트(6)에 의해 수신되며 여기서 한 입력포트(17)와 한 출력포트(19)를 갖는 가변증폭기(15)를 통해 보내진다. 가변 증폭기(15)를 통하여 보내진 뒤에, 상기 UUT 신호(35)는 첫 번째 믹서 입력(23)을 통해 믹서(21)에 의해 수신된다.
잡음 측정시스템(1)은 시험 유닛으로 제공된 저잡음 반송파 신호(39)를 발생시키는 가변 저잡음 소스(9)를 포함한다. 저잡음 소스는 또한 반송파 신호(39)에서와 같은 주파수를 가지는 두 번째 저잡음 신호(37)를 제공하며, 이 신호는 출력포트(13)를 통해 제공된다. 다음에 두 번째 저잡음 신호(37)가 한 입력포트(31)를 통하여 가변위상 이동장치(29)로 보내지며, 여기서 그 위상이 조정되어 출력포트(33)를 통해 출력된다. 가변 이동장치(29)에 의해 위상이 조정된 후에 두 번째 저잡음 신호(37)는 입력포트(25)을 통하여 믹서(21)로 보내진다.
가변위상 이동장치(29)는 두 번째 저잡음 신호(37)의 위상을 조정하여 믹서(11)에 의해 수신되는 때 UUT 신호(35)와 90도의 위상차를 가질 수 있도록 한다. 또한, 가변 증폭기(15)는 UUT 신호(35)를 증폭하도록 조정될 수 있어서 믹서(21)에 의해 수신되는 때 두 번째 저잡음 신호(37)의 진폭과 정합하는 진폭을 가질 수 있도록 한다. 믹서(21)는 UUT 신호(35)와 두 번째 저잡음 신호(37)를 결합하여 신호들이 90도의 위상차를 가질 수 있도록 한다. 가변 증폭기(15), 가변 저잡음 소스(9), 가변 위상 이동장치(29) 및 믹서(21)에서 무시할 수 있는 잡음이 있다고 가정하면, 측정 시험 신호로 언급되는 출력신호는 시험 유닛(3)의 잡음을 나타낸다. 이 같은 측정시험 신호(41)는 다음에 저잡음 정합 증폭기(43)의 입력(45) 및 출력(47)을 통하여 경로가 정해진다.
저잡음 정합 증폭기(43)는 측정시험 신호(41)의 진폭을 증폭하여 시험 신호내에 어떠한 잡음도 더욱 용이하게 측정될 수 있도록 한다. 또한 저잡음 정합 증폭기(43)는 버퍼로서 작용하여 임피던스가 믹서(21)와 저잡음 정합 증폭기(43)를 통하여 경로 되어진 후에 측정 시험 신호(41)를 수신하는 아날로그-디지탈 변환기(49) 사이에서 최적으로 유지될 수 있도록 한다.
아날로그-디지탈 변환기(49)는 한 입력포트(51)를 가져서 측정시험 신호(41)를 수신할 수 있도록 한다.
아날로그-디지탈 변환기(49)에 의해 수신된 후에 측정 시험 신호(41)는 선출 방식으로 디지털 포맷으로 변환된 다음, 출력포트(53)를 통하여 출력된다. 이제 디지털 포맷으로 되어 있는 측정시험 신호(41)는 입력포트(57)를 통하여 처리기(55)로 보내진다. 처리기 (55)는 측정 시험 신호(41)의 여러 평가 작업을 수행하며, 변경되지 않은 채로 신호를 한 입력포트(59)를 통하여 입력포트(63)를 가지는 스펙트럼 분석기(61)로 보낸다.
종래기술에서는 스펙트럼 분석기(61)로 보내진 신호를 어떤 방식으로 처리할 것인지에 대한 내용이 나타나 있지 않으며, 분석대상이 되는 신호로서 시험 유닛(3)에서 발생된 신호를 사용하기 때문에 실제 레이더 시스템의 운용중에 발생하는 신호와는 차이가 발생할 수 있는 문제점이 있었다.
KR 10-2002-0044109 A
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 레이더 시스템에서 송신되는 신호, FPGA에서 발생된 CW신호, 시험신호발생기에서 발생된 신호 중 어느 하나의 신호를 루프백시켜 분석함으로써 신호의 송수신 경로상에 존재하는 장치들의 이상 유무를 확인할 수 있도록 하는 디지털 스펙트럼을 이용한 레이더 분석시스템 및 분석방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 루프백되어 들어오는 신호를 주파수상에서 신호 분석이 가능하도록 주파수 합성부를 이용하여 분석하고자 하는 주파수로 신호를 이동시킬 수 있도록 하는 디지털 스펙트럼을 이용한 레이더 분석시스템 및 분석방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 피탐지체를 측정하는 레이더 시스템의 상태를 분석하는 시스템으로서, 신호처리부(210)로부터 입력되는 제어신호에 따라 디지털 신호를 발생시키고, 상기 디지털 신호를 아날로그 RF신호로 변환하여 출력하며, 상기 레이더 시스템이 정상적으로 동작하고 있는지를 파악하는 디지털제어조립체(110)와; 상기 디지털제어조립체(110)가 출력한 RF신호를 안테나(220)로 전달하며, 상기 신호처리부(210)의 제어에 따라 상기 디지털제어조립체(110) 또는 TSG(Test Signal Generator, 시험신호발생기; 212)에서 발생된 신호를 선택적으로 상기 디지털제어조립체(110)에 전달하는 송수신장치(120)를 포함하며, 상기 디지털제어조립체(110)는 상기 디지털 신호를 생성하며, 상기 송수신장치(120)로부터 전달되는 신호의 스펙트럼을 분석하여 상기 디지털제어조립체(110) 및 상기 송수신장치(120)의 이상 유무를 확인하는 FPGA(110-3)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 FPGA(110-3)는 ADC(Analog to Digital converter; 110-5)에 의해 변환된 디지털 IF신호를 I(In-phase)신호와 Q(Quadrature-phase)신호를 포함하는 수평기저대역신호 및 수직기저대역신호로 각각 변환하는 제1믹서(110-3a) 및 제2믹서(110-3b)와; 제1믹서(110-3a) 및 제2믹서(110-3b)에서 출력되는 광대역 신호를 스펙트럼 분석 대상이 되는 특정 대역의 신호로 분리하는 제1CIC필터(110-3d) 및 제2CIC필터(110-3e)와; 상기 스펙트럼 분석 대상이 되는 특정 주파수 영역의 신호 파형만 남고 나머지는 제거하는 제1RBW필터(110-3f) 및 제2RBW필터(110-3g)와; 제1RBW필터(110-3f) 및 제2RBW필터(110-3g)를 통과한 신호를 시각적으로 평활하게 변환시키는 VBW필터(110-3i);를 포함한다.
상기 송수신장치(120)는 좌측에 있는 두 개의 접접은 커플러(120-3)와 TSG(212)의 출력단에 각각 연결되며, 우측의 접점은 분배기(120-5)의 입력단에 연결되는 제1스위치(120-4)와; 우측에 있는 두 개의 접점은 상기 안테나(220)와 분배기(120-5)의 출력단에 각각 연결되며, 좌측의 접점은 H수신전단조립체(120-8)에 연결되어 수평신호를 전달하는 제2스위치(120-6)와; 우측에 있는 두 개의 접점은 상기 안테나(220)와 분배기(120-5)의 출력단에 각각 연결되며, 좌측의 접점은 V수신전단조립체(120-9)에 연결되어 수직신호를 전달하는 제3스위치(120-7);를 포함한다.
다른 실시예에 따른 본 발명은 피탐지체를 측정하는 레이더 시스템의 상태를 분석하는 방법으로서, 상기 레이더 시스템의 상태를 분석하기 위해서 디지털제어조립체(110)에서 발생하는 신호를 이용할 것인지, 아니면 TSG(212)로부터 발생된 신호를 이용할 것인지를 신호처리부(210)가 결정하는 제1단계와; 상기 디지털제어조립체(110)에서 발생된 신호 또는 상기 TSG(212)로부터 발생된 신호를 송수신장치(120) 내부의 루프백 경로를 통해 우회시켜 상기 디지털제어조립체(110)로 전달하는 제2단계와; FPGA(110-3)가 상기 송수신장치(120)로부터 전달되는 신호의 스펙트럼을 분석하여 상기 디지털제어조립체(110) 및 상기 송수신장치(120)의 이상 유무를 확인하는 제3단계;를 포함한다.
상기 제3단계는 상기 FPGA(110-3)에 포함된 제1믹서(110-3a) 및 제2믹서(110-3b)가 ADC(Analog to Digital converter; 110-5)에 의해 변환된 디지털 IF신호를 I(In-phase)신호와 Q(Quadrature-phase)신호를 포함하는 수평기저대역신호 및 수직기저대역신호로 각각 변환하는 제3-1단계와; 제1CIC필터(110-3d) 및 제2CIC필터(110-3e)가 상기 제1믹서(110-3a) 및 상기 제2믹서(110-3b)에서 출력되는 광대역 신호를 스펙트럼 분석 대상이 되는 특정 대역의 신호로 분리하는 제3-2단계와; 제1RBW필터(110-3f) 및 제2RBW필터(110-3g)가 상기 스펙트럼 분석 대상이 되는 특정 주파수 영역의 신호 파형만 남고 나머지는 제거하는 제3-3단계와; VBW필터(110-3i)가 상기 제1RBW필터(110-3f) 및 상기 제2RBW필터(110-3g)를 통과한 신호를 시각적으로 평활하게 변환시키는 제3-4단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면 레이더 시스템의 장비의 이상 유무를 원격지에서 쉽게 확인할 수 있으며, 송수신장치를 통해 입출력되는 신호의 스펙트럼 분석이 가능해지며, 실제 운용중인 레이더 송수신장비의 사용 대역의 안이나 바깥에서 스퓨리어스 신호를 분석할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술의 실시예에 따른 잡음 측정시스템의 구조를 나타낸 블럭도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 분석시스템의 구성과 연결상태를 나타낸 블럭도.
도 3은 FPGA의 내부구조와 연결상태를 나타낸 블럭도.
도 4는 본 발명의 분석시스템을 이용한 레이더 분석방법의 과정을 나타낸 순서도.
도 5는 송수신장치로부터 전송되는 IF신호의 파형을 나타낸 그래프.
도 6은 디지털 신호로 변환된 IF신호의 파형을 나타낸 그래프.
도 7은 I신호와 Q신호를 포함하는 기저대역신호의 파형을 나타낸 그래프.
도 8은 기저대역신호로부터 분리된 협대역신호의 파형을 나타낸 그래프.
도 9는 RBW필터에 의해 좀 더 세밀하게 분리된 스펙트럼 신호의 파형을 나타낸 그래프.
도 10은 VBW필터에 의해 평활도가 커진 스펙트럼 신호의 파형을 나타낸 그래프.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 "디지털 스펙트럼을 이용한 레이더 분석시스템 및 분석방법"을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 분석시스템의 구성과 연결상태를 나타낸 블럭도이며, 도 3은 FPGA의 내부구조와 연결상태를 나타낸 블럭도이다.
본 발명의 "디지털 스펙트럼을 이용한 레이더 분석시스템"(이하, '분석시스템'이라 함)은 레이더 시스템에서 안테나(220)를 통해 출력되는 신호를 발생시키고, 수신된 신호로부터 피탐지체의 존재와 이동정보를 파악하는 신호처리부(210)와 연결된다. 분석시스템(100)은 신호처리부(210)와 광케이블로 연결되어 신호처리부(210)의 제어에 따라 레이더 신호를 출력하고, 안테나(220)를 통해 반사되어 입력되는 신호를 분석하여 분석시스템(100)에 포함된 장치들의 이상 유무를 파악한다.
신호처리부(210)는 안테나(220)가 수신하여 전송하는 RF신호에 포함된 측정데이터를 분석하여 특정 지역의 기상상태나 이동 물체의 위치를 파악하고, 분석된 피탐지체의 측정데이터를 영상신호로 변환하여 제공한다.
분석시스템(100)에 포함되는 디지털제어조립체(110)는 신호처리부(210)로부터 입력되는 제어신호에 따라 RF신호를 발생시켜 송수신장치(120)로 전달한다. 송수신장치(120)는 감시대상이 되는 피탐지체에 방사할 송신신호를 안테나(220)를 통해 전송하거나, 피탐지체로부터 반사된 수신신호를 입력받아서 디지털제어조립체(110)에 전달한다.
디지털제어조립체(110)에 포함되는 광신호송수신모듈(110-1)은 광선로를 통해 신호처리부(210)와 연결되며, 레이더 시스템의 동작에 관한 제어신호와 안테나(220)를 통해 취득한 피탐지체에 대한 측정데이터를 주고받는다.
CPU(110-2)는 디지털제어조립체(110)에 포함된 구성요소들의 동작과 각 과정에서의 신호변환 과정을 제어한다.
FPGA(Field Proigrammable Gate Array; 110-3)는 신호처리부(210)의 제어신호에 따라 피탐지체에 발사될 송신신호를 출력하며, 송수신장치(120)로부터 입력되는 루프백 신호의 스펙트럼을 분석하여 레이더 시스템의 구성요소들이 정상적으로 동작하고 있는지를 파악하는 기능을 한다. 또한 FPGA(110-3)는 스펙트럼 분석의 기준이 되는 CW(Continuous Wave)신호를 발생하여 출력할 수도 있다.
DAC(Digital to Analog converter; 110-4)는 FPGA(110-3)에서 발생되는 디지털 신호를 아날로그 형식의 IF(Intermediate Frequency)신호로 변환하여 송수신장치(120)로 전달한다. 또한 ADC(Analog to Digital converter; 110-5)는 아날로그 형식의 IF신호를 디지털 신호로 변환하여 FPGA(110-3)로 전달한다.
디지털제어조립체(110)에서 발생된 RF신호는 송신조립체(120-1)와 고출력 증폭기(SSPA(120-2))를 거쳐서 안테나(220)로 전달된다. SSPA(120-2)에 의해 출력이 증폭된 송신신호(RF신호)는 안테나(220)를 통해 방사되어 목표하는 물체 등의 피탐지체에 전송된다.
주파수합성조립체(120-12)는 국부 발진 신호를 출력한다. 국부 발진 신호의 출력을 위하여 항온조 제어 수정발진기(OCXO) 등이 주파수합성조립체(120-12)에 포함되어 사용될 수 있다. 주파수합성조립체(120-12)가 출력한 국부 발진 신호는 클럭처리모듈(110-6)에 전달되어 동기화 정보의 생성에 사용된다.
SSPA(120-2)와 안테나(220)의 사이에는 커플러(120-3)가 설치되는데, 커플러(120-3)는 안테나(220)로 전달되는 신호의 일부를 분기시켜 루프백 경로로 신호가 우회할 수 있도록 안내한다.
커플러(120-3)에서 분기된 신호는 제1스위치(120-4)를 거쳐서 분배기(120-5)에 전달된다. 제1스위치(120-4)에는 TSG(Test Signal Generator, 시험신호발생기; 212)가 연결된다. 제1스위치(120-4)의 좌측에 있는 두 개의 접접은 커플러(120-3)와 TSG(212)의 출력단에 각각 연결되며, 우측의 접점은 분배기(120-5)의 입력단에 연결된다. 제1스위치(120-4)의 절체 동작에 의해 분배기(120-5)는 커플러(120-3) 또는 TSG(212)와 선택적으로 연결되어 FPGA(110-3)가 발생시킨 레이더 송신신호 또는 TSG(212)가 발생시킨 시험신호를 분배기(120-5)에 전달한다.
분배기(120-5)는 입력된 신호에서 수평방향 RF신호와 수직방향 RF신호를 분리하여 출력한다.
H수신전단조립체(120-8)와 V수신전단조립체(120-9)는 안테나(220)로부터 입력되는 수평방향 RF신호와 수직방향 RF신호를 각각 수신하여 출력을 증폭시킨다. 증폭된 RF신호는 H수신조립체(120-10)와 V수신조립체(120-11)에 각각 전달되는데, H수신조립체(120-10)와 V수신조립체(120-11)는 주파수합성조립체(120-12)로부터 입력되는 국부 발진 신호를 이용하여 수평방향 RF신호와 수직방향 RF신호를 하향 변환하여 IF신호를 출력한다.
기상용 레이더의 경우에는 크기가 큰 피탐지체(구름 등)를 측정하기 때문에 수평신호와 수직신호를 별개로 구분하여 분석하지만, 군사용이나 선박용 레이더는 비행기나 미사일, 선박과 같이 비교적 작은 크기의 피탐지체를 감시하는 것이어서 수평신호와 수직신호를 구분하여 분석하지 않는다. 따라서 기상용 레이더가 아닌 경우에는 H수신조립체(120-10)와 V수신조립체(120-11)로 나뉘어지지 않으며, 하나로 합쳐진 '수신조립체'가 사용되어 IF신호를 출력한다.
이하 본 발명에 대한 설명에서 사용되는 '수신전단조립체' 또는 '수신조립체'라는 용어는 H수신전단조립체(120-8)와 V수신전단조립체(120-9), H수신조립체(120-10)와 V수신조립체(120-11)를 각각 결합한 모듈을 의미한다.
수신조립체(120-10, 120-11)가 출력한 변환된 IF신호는 ADC(110-5)에 의해 디지털 신호로 변환되어 FPGA(110-3)에 전달된다.
분배기(120-5)와 수신전단조립체(120-8, 120, 9)의 사이에는 제2스위치(120-6)와 제3스위치(120-7)가 연결된다.
제2스위치(120-6)의 우측에 있는 두 개의 접점은 안테나(220)와 분배기(120-5)의 출력단에 각각 연결되며, 좌측의 접점은 H수신전단조립체(120-8)에 연결된다. 그리고 제3스위치(120-7)의 우측에 있는 두 개의 접점은 안테나(220)와 분배기(120-5)의 출력단에 각각 연결되며, 좌측의 접점은 V수신전단조립체(120-9)에 연결된다. 제2스위치(120-6)와 제3스위치(120-7)의 절체 동작에 의해 H수신전단조립체(120-8)와 V수신전단조립체(120-9)는 각각 안테나(220) 또는 분배기(120-5)와 연결되어 안테나(220) 또는 분배기(120-5)로부터 전달되는 신호를 선택적으로 전달받게 된다.
제1스위치(120-4)와 제2스위치(120-6), 제3스위치(120-7)는 신호처리부(210) 또는 CPU(110-2)의 제어에 따라 절체 동작이 이루어져서 송신신호의 전달과 신호의 루프백 경로 설정이 번갈아가면서 이루어진다.
한편, FPGA(110-3)는 ADC(110-5)로부터 전달되는 디지털 신호의 주파수를 기준신호에 맞게 이동시키고, 대역폭을 줄여서 신호의 스펙트럼을 용이하게 분리할 수 있도록 한다.
디지털 스펙트럼 분석은 Swept 스펙트럼 분석기의 아날로그 컴포넌트를 디지털 컴포넌트로 대체한 것으로서, 디지털 스펙트럼 분석의 핵심기술은 DDC(Digital Down Conversion)이다.
본 발명에서 기재하는 DDC는 IF신호를 디지털 방식으로 신호 처리하는 블록을 의미하는데, 이러한 DDC기법은 IF신호를 아날로그/디지털 변환 후, 디지털 영역의 믹서와 저역통과필터(LPF, Low-pass Filter)를 사용하여 Baseband 신호로 바꾼다. LPF는 효율적인 직렬 연결 구조로 설계되었으며, 단계적으로 샘플링 속도를 낮추어주는 Decimation 필터의 기능도 함께 수행한다.
도 3에는 FPGA(110-3)의 구성요소가 도시되어 있는데, CIC(Cascaded Integrator-Comb)필터(110-3d, 110-3e)와 RBW(Resolution BandWidth)필터(110-3f, 110-3g)가 저역통과필터의 단계적 기능을 수행한다.
제1믹서(110-3a)와 제2믹서(110-3b)는 샘플링되어 입력된 디지털 형식의 IF신호(수평신호와 수직신호)와 DDS(Digital Sine Synthesizer; 110-3c)에서 생성된 신호를 혼합하여 I(In-phase)신호와 Q(Quadrature-phase)신호를 포함하는 기저대역신호(수평기저대역신호와 수직기저대역신호로 구성)로 변환한다.
LPF의 첫 번째 단계로 기능하는 제1CIC필터(110-3d)와 제2CIC필터(110-3e)는 곱셈기가 필요없이 덧셈기만으로 구현 가능한 간단한 형태의 필터로 광대역 신호(기저대역신호)에서 협대역 신호를 분리하는데 유용하다.
그 다음 단에 있는 제1RBW필터(110-3f)와 제2RBW필터(110-3g)는 CIC필터(110-3d, 110-3e)를 통해 필터링된 협대역 신호를 좀더 세밀하게 분리하는 필터로서 신호의 대역을 나눠서 필터링을 한다. RBW에 따라 출력 스펙트럼의 모양과 측정시간이 달라진다.
파워측정부(110-3h)는 RBW필터(110-3f, 110-3g)를 통과한 협대역 신호의 출력을 측정하는 것으로서, 컴플렉스(Complex) 신호의 요소인 I신호와 Q신호의 출력을 각각 제곱하여 더함으로써 구할 수 있다. 본 발명에서는 파워측정부(110-3h)는 대략 30㎑ 정도의 대역폭에 속하는 신호의 출력을 측정한다.
VBW(Video BandWidth)필터(110-3i)는 LPF를 통과한 신호의 스펙트럼을 시각적으로 보정하여 파형이 좀 더 부드럽게 표현되도록 한다.
한편, 도 4는 본 발명의 분석시스템을 이용한 레이더 분석방법의 과정을 나타낸 순서도이다. 도 1 내지 4를 참조하여 본 발명의 분석시스템(100)의 동작 과정을 단계적으로 설명한다.
신호처리부(210) 또는 CPU(110-2)는 레이더 시스템의 안테나(220)를 통해 송신신호를 방사하여 피탐지체의 위치를 파악하는 과정에서 특정한 이벤트가 발생했을 때 또는 일정한 주기마다 레이더 시스템의 정상동작 여부를 파악하기 위해서 신호 분석의 시작을 결정한다.
신호처리부(210)의 제어에 따라 디지털제어조립체(110)가 발생하는 신호를 이용하여 분석할 것인지, 아니면 TSG(212)로부터 발생된 신호를 이용할 것인지가 결정된다.(S102)
송수신장치(120)에 포함된 세 개의 스위치는 신호처리부(210)의 결정에 따라 적절한 방식으로 절체되어 신호의 입력경로를 결정한다.(S104)
FPGA(110-3)에서 발생되는 송신신호(피탐지체에 방사되는 신호) 또는 CW신호를 이용하는 경우에는 제1스위치(120-4)의 좌측 접점은 커플러(120-3)의 출력단과 연결된다. 만약 TSG(212)에서 발생되는 신호를 이용하는 경우에는 제1스위치(120-4)의 좌측 접점이 TSG(212)의 출력단과 연결되도록 절체될 것이다.
제2스위치(120-6)와 제3스위치(120-7)의 우측 접점은 평상시 정상적인 레이더 시스템의 운용중에는 안테나(220)와 연결되는데, 신호의 분석을 위한 루프백 경로의 형성을 위해서는 절체되어 분배기(120-5)의 출력단과 각각 연결된다. 따라서 FPGA(110-3)에서 발생된 신호가 송신조립체(120-1)와 SSPA(120-2), 커플러(120-3), 제1스위치(120-4), 분배기(120-5), 제2스위치(120-6) 및 제3스위치(120-7)를 통과하여 수신전단조립체(120-8, 120-9)에 입력된다. 이 신호는 IF신호로 변환되어 수신조립체(120-10, 120-11)를 거쳐서 ADC(110-5)에 전달된다.
도 5는 송수신장치로부터 전송되는 IF신호의 파형을 나타낸 그래프이다.
ADC(110-5)는 수신된 IF신호를 디지털 신호로 변환하여 FPGA(110-3)에 입력한다.(S106) 도 6은 디지털 신호로 변환된 IF신호의 파형을 나타낸 그래프로서, ADC(110-5)의 출력단에서 나오는 신호의 파형을 나타내고 있다.
디지털 IF신호는 수평신호와 수직신호가 분리된 상태에서 제1믹서(110-3a)와 제2믹서(110-3b)를 각각 통과하면서 수평기저대역신호와 수직기저대역신호로 변환된다.(S108) 도 7은 I신호와 Q신호를 포함하는 기저대역신호의 파형을 나타낸 그래프로서, 제1믹서(110-3a)와 제2믹서(110-3b)의 출력단에서 나오는 신호의 파형을 나타내고 있다.
제1CIC필터(110-3d)와 제2CIC필터(110-3e)에 입력되는 신호는 광대역 신호로서, 여기에서 스펙트럼 분석 대상이 되는 특정 대역의 신호가 분리된다.(S110) 도 8은 기저대역신호로부터 분리된 협대역신호의 파형을 나타낸 그래프로서, 제1CIC필터(110-3d)와 제2CIC필터(110-3e)의 출력단에서 나오는 신호의 파형을 나타내고 있다.
제1RBW필터(110-3f)와 제2RBW필터(110-3g)에 입력된 협대역 신호는 스펙트럼 분석 대상이 되는 특정 주파수 영역의 신호 파형만 남고 나머지는 제거된다.(S112) 도 9는 RBW필터에 의해 좀 더 세밀하게 분리된 스펙트럼 신호의 파형을 나타낸 그래프로서, 제1RBW필터(110-3f)와 제2RBW필터(110-3g)의 출력단에서 나오는 신호의 파형을 나타내고 있다.
제1RBW필터(110-3f)와 제2RBW필터(110-3g)에서 출력된 신호는 파워측정부(110-3h)에 전달되어 신호의 출력을 비롯한 특성을 측정한다.(S114) 그리고 VBW필터(110-3i)에 입력되어 시각적으로 평활하게 변환된다. 도 10은 VBW필터에 의해 평활도가 커진 스펙트럼 신호의 파형을 나타낸 그래프이다.
도 10과 같이 최종적으로 변환된 신호의 스펙트럼을 분석함으로써 레이더 시스템을 통해 송신되는 신호에 대비한 분석대상이 되는 신호의 출력(power)이나 이득(gain), 스퓨리어스(spurious) 등을 측정할 수 있으며, 추가적으로 STC(Sensitivity Time Control), AGC(Auto Gain Control), ALC(Auto Level Control) 등의 기능도 본 발명의 분석시스템(100)을 이용하여 확인할 수 있다.
FPGA(110-3)에서 발생한 CW신호의 특성은 일정하게 유지되는데, 안테나(220)를 통해 방사된 송신신호와 루프백 경로를 통해 들어온 신호는 실제 장비의 운용과정에서 각 모듈을 거치면서 신호의 변형이 이루어진 상태이므로, 이미 알고 있는 송수신 경로상의 이득을 적용하면 송수신장치(120)에 속한 장치들의 이상 유무를 확인할 수 있다.
또한 분석된 신호의 특성과 규격에서 이상이 있는지를 자체 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 통하여 확인할 수 있고, 광 인터페이스를 이용하여 신호처리부(210)로 전송함으로써 원격으로 이상 유무를 확인할 수도 있다.
또한 TSG(212)를 이용하거나 송신 경로상에 이득조절 기능을 추가하여 송수신장치(120)의 수신 경로의 교정(Calibration)에도 사용할 수 있는 효과가 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 분석시스템 110 : 디지털제어조립체
110-1 : 광신호송수신모듈 110-2 : CPU
110-3 : FPGA 110-4 : DAC
110-5 : ADC 110-6 : 클럭처리모듈
120 : 송수신장치 120-1 : 송신조립체
120-2 : SSPA 120-3 : 커플러
120-4 : 제1스위치 120-5 : 분배기
120-6 : 제2스위치 120-7 : 제3스위치
120-8 : H수신전단조립체 120-9 : V수신전단조립체
120-10 : H수신조립체 120-11 : V수신조립체
120-12 : 주파수합성조립체 210 : 신호처리부
212 : TSG 220 : 안테나

Claims (5)

  1. 피탐지체를 측정하는 레이더 시스템의 상태를 분석하는 시스템으로서,
    신호처리부(210)로부터 입력되는 제어신호에 따라 디지털 신호를 발생시키고, 상기 디지털 신호를 아날로그 RF신호로 변환하여 출력하며, 상기 레이더 시스템이 정상적으로 동작하고 있는지를 파악하는 디지털제어조립체(110)와;
    상기 디지털제어조립체(110)가 출력한 RF신호를 안테나(220)로 전달하며, 상기 신호처리부(210)의 제어에 따라 상기 디지털제어조립체(110) 또는 TSG(Test Signal Generator, 시험신호발생기; 212)에서 발생된 신호를 선택적으로 상기 디지털제어조립체(110)에 전달하는 송수신장치(120)를 포함하며,
    상기 디지털제어조립체(110)는
    상기 디지털 신호를 생성하며, 상기 송수신장치(120)로부터 전달되는 신호의 스펙트럼을 분석하여 상기 디지털제어조립체(110) 및 상기 송수신장치(120)의 이상 유무를 확인하는 FPGA(110-3)를 포함하며,
    상기 송수신장치(120)는
    좌측에 있는 두 개의 접접은 커플러(120-3)와 TSG(212)의 출력단에 각각 연결되며, 우측의 접점은 분배기(120-5)의 입력단에 연결되는 제1스위치(120-4)와;
    우측에 있는 두 개의 접점은 상기 안테나(220)와 분배기(120-5)의 출력단에 각각 연결되며, 좌측의 접점은 H수신전단조립체(120-8)에 연결되어 수평신호를 전달하는 제2스위치(120-6)와;
    우측에 있는 두 개의 접점은 상기 안테나(220)와 분배기(120-5)의 출력단에 각각 연결되며, 좌측의 접점은 V수신전단조립체(120-9)에 연결되어 수직신호를 전달하는 제3스위치(120-7);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 디지털 스펙트럼을 이용한 레이더 분석시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 FPGA(110-3)는
    ADC(Analog to Digital converter; 110-5)에 의해 변환된 디지털 IF신호를 I(In-phase)신호와 Q(Quadrature-phase)신호를 포함하는 수평기저대역신호 및 수직기저대역신호로 각각 변환하는 제1믹서(110-3a) 및 제2믹서(110-3b)와;
    제1믹서(110-3a) 및 제2믹서(110-3b)에서 출력되는 광대역 신호를 스펙트럼 분석 대상이 되는 특정 대역의 신호로 분리하는 제1CIC필터(110-3d) 및 제2CIC필터(110-3e)와;
    상기 스펙트럼 분석 대상이 되는 특정 주파수 영역의 신호 파형만 남고 나머지는 제거하는 제1RBW필터(110-3f) 및 제2RBW필터(110-3g)와;
    제1RBW필터(110-3f) 및 제2RBW필터(110-3g)를 통과한 신호를 시각적으로 평활하게 변환시키는 VBW필터(110-3i);를 포함하는, 디지털 스펙트럼을 이용한 레이더 분석시스템.
  3. 삭제
  4. 피탐지체를 측정하는 레이더 시스템의 상태를 분석하는 방법으로서,
    상기 레이더 시스템의 상태를 분석하기 위해서 디지털제어조립체(110)에서 발생하는 신호를 이용할 것인지, 아니면 TSG(212)로부터 발생된 신호를 이용할 것인지를 신호처리부(210)가 결정하는 제1단계와;
    상기 디지털제어조립체(110)에서 발생된 신호 또는 상기 TSG(212)로부터 발생된 신호를 송수신장치(120) 내부의 루프백 경로를 통해 우회시켜 상기 디지털제어조립체(110)로 전달하는 제2단계와;
    FPGA(110-3)가 상기 송수신장치(120)로부터 전달되는 신호의 스펙트럼을 분석하여 상기 디지털제어조립체(110) 및 상기 송수신장치(120)의 이상 유무를 확인하는 제3단계;를 포함하며,
    상기 제3단계는
    상기 FPGA(110-3)에 포함된 제1믹서(110-3a) 및 제2믹서(110-3b)가 ADC(Analog to Digital converter; 110-5)에 의해 변환된 디지털 IF신호를 I(In-phase)신호와 Q(Quadrature-phase)신호를 포함하는 수평기저대역신호 및 수직기저대역신호로 각각 변환하는 제3-1단계와;
    제1CIC필터(110-3d) 및 제2CIC필터(110-3e)가 상기 제1믹서(110-3a) 및 상기 제2믹서(110-3b)에서 출력되는 광대역 신호를 스펙트럼 분석 대상이 되는 특정 대역의 신호로 분리하는 제3-2단계와;
    제1RBW필터(110-3f) 및 제2RBW필터(110-3g)가 상기 스펙트럼 분석 대상이 되는 특정 주파수 영역의 신호 파형만 남고 나머지는 제거하는 제3-3단계와;
    VBW필터(110-3i)가 상기 제1RBW필터(110-3f) 및 상기 제2RBW필터(110-3g)를 통과한 신호를 시각적으로 평활하게 변환시키는 제3-4단계;를 포함하는, 디지털 스펙트럼을 이용한 레이더 분석방법.
  5. 삭제
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