KR20160017974A - Radar element and radar system - Google Patents

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KR20160017974A
KR20160017974A KR1020140101754A KR20140101754A KR20160017974A KR 20160017974 A KR20160017974 A KR 20160017974A KR 1020140101754 A KR1020140101754 A KR 1020140101754A KR 20140101754 A KR20140101754 A KR 20140101754A KR 20160017974 A KR20160017974 A KR 20160017974A
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가민호
김석
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

Disclosed is a radar radiation element. According to an embodiment of the present invention, the radiation element comprises: a power generation unit; an antenna irradiating an electromagnetic wave to a random object and receiving a returned electromagnetic wave reflected by the random object; a communications unit transmitting random object information; and a control unit controlling the power generation unit to control a location and a position of the radiation element. According to the present invention, the position and direction of the radiation element configuring the radar can be moved tridimensionally.

Description

레이더의 복사소자 및 레이더 시스템{RADAR ELEMENT AND RADAR SYSTEM}[0001] RADAR ELEMENT AND RADAR SYSTEM [0002]

본 발명은 레이더의 복사소자 및 레이더 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 레이더의 복사소자의 위치 및 자세를 제어함으로써 배열 레이더의 구조를 동적으로 조절할 수 있는 레이더의 복사소자 및 레이더 시스템에 관한 것이다.Field of the Invention [0002] The present invention relates to a radiating element and a radar system of a radar, and more particularly, to a radiating element and a radar system of a radar capable of dynamically adjusting the structure of an array radar by controlling the position and attitude of the radiating element of the radar.

레이더(Radar)란 전자파를 이용하여 표적을 탐지하고 표적까지의 거리, 방위각, 고도 등의 정보를 획득하는 전천후 장비로서 전장감시, 조기경보 및 정밀타격 무기체계 등의 핵심 센서이다. 최근의 레이더 기술은 첨단기술과 접목하면서 급속히 발전하여 수동위상배열 레이더에서 능동위상배열 레이더로 발전하였다.Radar is an all-weather equipment that uses electromagnetic waves to detect a target and obtain information such as distance to target, azimuth, and altitude. It is a core sensor such as battlefield surveillance, early warning and precision strike weapon system. Recent radar technology has evolved rapidly from a passive phased array radar to an active phased array radar, coupled with advanced technology.

레이더에서 사용되는 위상배열은 여러 개의 안테나 복사소자(福射素子)를 통하여 공간으로 방사되는 전자파의 위상을 변위기로 조정함으로써 방사 빔의 지향방향을 형성하는 기술인데, 특히 능동위상배열 레이더는 복사소자 각각이 HPA(High-Power Amplifers), LNA(Low-Noise Amplifiers) 및 MMIC(Monolithic Microwave Intergrated Circuits) 등의 능동소자를 포함한 레이더를 의미한다. The phased array used in the radar is a technique of forming the direction of the radiation beam by adjusting the phase of an electromagnetic wave radiated into the space through a plurality of antenna radiation elements using a displacement device. Particularly, Refers to a radar including active elements such as high-power amplifiers (HPA), low-noise amplifiers (LNA), and monolithic microwave integrated circuits (MMIC).

이 경우, 복사소자 레벨에서 송신파형의 송신출력 및 위상을 조절할 수 있게 된다.In this case, the transmission output and phase of the transmission waveform can be adjusted at the radiation element level.

한편, 위상배열 레이더에서 조사되는 빔의 형태 즉, 빔폭()은 다음과 같은 수식에 의해 결정될 수 있다.On the other hand, the shape of the beam irradiated in the phased array radar, that is, the beam width (), can be determined by the following equation.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기에서, λ는 각 복사소자에서 조사되는 전자파의 파장이고, D는 안테나 개구면의 크기를 의미한다.Here,? Is the wavelength of the electromagnetic wave radiated from each radiation element, and D is the size of the antenna aperture.

도 1은 복사소자 배열에 따른 빔 형태를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a beam shape according to a radiation element arrangement.

도 1에 도시된 바와 같이 방위각(11) 방향으로 다수의 복사소자(15)가 배열되어 있으면 능동위상배열 레이더(10)의 방위각 방향의 개구면이 커지므로, 상술한 수학식 1에 의해 방위각(11) 방향의 빔폭은 작아지게 된다.As shown in FIG. 1, when the plurality of radiation elements 15 are arranged in the direction of the azimuth angle 11, the opening surface in the azimuth direction of the active phased array radar 10 is enlarged. 11) direction becomes smaller.

반대로, 고각(13) 방향으로 다수의 복사소자(15)가 배열되어 있으면, 고각 방향의 개구면이 작아지게 되므로 상술한 수학식 1에 의해 고각(13) 방향의 빔폭이 커지게 된다.On the contrary, if a plurality of radiation elements 15 are arranged in the direction of the elevation angle 13, the opening surface in the elevation angle becomes smaller, so that the beam width in the elevation angle 13 direction becomes larger by the above-mentioned expression (1).

결과적으로, 능동위상배열 레이더(10)의 개구면이 방위각(11) 방향으로 길고 고각(13) 방향으로 짧으면 도 1과 같은 빔(17)이 형성된다. 이때, 각 복사소자(15)에서 조사되는 전자파의 위상을 달리함으로써 빔이 조사되는 방향을 변경할 수 있다. 빔 조향은 아래와 같은 수식에 의해 계산될 수 있다.As a result, if the opening face of the active phased array radar 10 is long in the azimuth angle 11 direction and short in the elevation angle 13 direction, the beam 17 as shown in Fig. 1 is formed. At this time, by changing the phase of the electromagnetic wave radiated from each radiation element 15, the direction in which the beam is irradiated can be changed. The beam steering can be calculated by the following equation.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기에서, F(r)은 결과적인 전체 안테나 패턴을 의미하고, 각 복사소자는 크기 ai, 안테나 패턴 EPi(θ, Φ), 위상 Kri·r을 갖는다. 그리고, k는 전파상수(wave number)를 의미하고, ri은 복사소자의 위치벡터이고, r은 공간 상의 단위벡터(spatial unit vector)이다.Here, F (r) denotes a resultant whole antenna pattern, and each radiation element has a size a i , an antenna pattern EP i (θ, Φ), and a phase Kr i · r. Where k is the wave number, r i is the position vector of the radiating element, and r is the spatial unit vector.

도 2는 송신 주파수 3GHz, 10x10 복사소자를 이용하여 나타낸 빔 패턴의 시뮬레이션 결과이다.2 is a simulation result of a beam pattern using a 10x10 radiation element at a transmission frequency of 3 GHz.

도 2를 참고하면 상술한 바와 같이 방위각(11) 방향의 빔 폭이 좁아진 형태로 빔이 조사되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that the beam is irradiated in the form of a narrow beam width in the azimuth angle 11 direction as described above.

도 3은 복사소자의 배열이 달라진 경우 빔 형태를 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a beam shape when the arrangement of radiation elements is changed.

도 3에 도시된 바와 같이 능동위상배열 레이더(10)의 개구면이 방위각(11) 방향으로 짧고 고각(13) 방향으로 길게 형성되면, 상술한 수학식 1에 의해 고각(13)의 빔폭이 좁고 방위각(11)의 빔폭이 넓은 빔(17)이 형성된다. 마찬가지로, 도 2에 따른 능동위상배열 레이더(10) 도 각각의 복사소자(150)에서 조사되는 전자파의 위상을 제어함으로써 빔이 조사되는 방향을 변경할 수 있다.3, when the opening face of the active phased array radar 10 is formed to be long in the direction of the azimuth angle 11 and long in the direction of the elevation angle 13, the beam width of the elevation angle 13 is narrowed by the above- A beam 17 having a wide beam width of the azimuth angle 11 is formed. Similarly, the active phased array radar 10 according to FIG. 2 can also change the direction in which the beam is irradiated by controlling the phase of the electromagnetic wave radiated from each radiation element 150.

도 4는 송신 주파수 3GHz, 10x10 복사소자를 이용하여 나타낸 빔 패턴의 시뮬레이션 결과이다.4 is a simulation result of a beam pattern using a 10x10 radiation element at a transmission frequency of 3 GHz.

도 4를 참고하면 상술한 바와 같이 고각(13) 방향의 빔 폭이 좁아진 형태로 빔이 조사되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the beam is irradiated in a shape in which the beam width in the direction of the elevation angle 13 is narrowed as described above.

그러나, 종래의 레이더 시스템은 레이더를 구성하는 복사소자들이 레이더에 물리적으로 고정되어 있어 안테나 송신 출력, 안테나 빔 형태 등 안테나의 성능들이 특정 값으로 결정됨에 따라 안테나의 성능이 제한된다는 문제점이 있었다.However, in the conventional radar system, since the radiation elements constituting the radar are physically fixed to the radar, the performances of the antennas such as the antenna transmission power and the antenna beam shape are determined to be specific values, so that the performance of the antenna is limited.

이에, 레이더를 구성하는 복사소자의 배열을 변경함으로써 안테나 성능을 가변적으로 조절할 수 있는 레이더 시스템의 필요성이 대두되었다.Therefore, a need has arisen for a radar system capable of variably controlling the antenna performance by changing the arrangement of the radiation elements constituting the radar.

한국 공개특허공보 10-2013-0130702호Korean Patent Publication No. 10-2013-0130702

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 레이더를 구성하는 복사소자들의 위치와 방향을 3차원적으로 움직일 수 있게 함으로써, 안테나의 성능을 시스템 목적에 맞추어 시간에 따라 가변적으로 최적화하여 조절할 수 있는 레이더 시스템을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a radar device capable of three-dimensionally moving the position and direction of radiating elements, And a radar system that can be variably optimized and controlled.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical objects of the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical subjects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더의 복사소자는 동력발생부; 임의의 물체에 전자파를 조사하고 상기 임의의 물체에서 반사되어 돌아온 상기 전자파를 수신하는 안테나; 상기 임의의 물체 정보를 송신하는 통신부; 및 상기 동력발생부를 제어하여 복사소자의 위치 및 자세를 결정하는 제어부;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a radiating element of a radar device including: a power generating unit; An antenna for irradiating an electromagnetic wave to an arbitrary object and receiving the electromagnetic wave reflected from the arbitrary object; A communication unit for transmitting the arbitrary object information; And a control unit for controlling the power generating unit to determine the position and posture of the radiating element.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 통신부는, 상기 복사소자의 위치 및 자세 정보를 수신하고, 상기 제어부는 상기 수신받은 정보로 상기 복사소자의 위치 및 자세를 결정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the communication unit receives the position and attitude information of the radiating element, and the controller may determine the position and attitude of the radiating element based on the received information.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 동력발생부는, 고정익 또는 회전익 기반의 동력을 발생시시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the power generating unit may generate the power based on the fixed wing or the rotor.

본 발명의 다른 실시예에 따른 레이더의 복사소자는 동력발생부; 임의의 물체에 전자파를 조사하고 상기 임의의 물체에서 반사되어 돌아온 상기 전자파를 수신하는 안테나; 상기 임의의 물체 정보로 상기 임의의 물체의 형상, 물체의 크기, 이동 방향 및 이동 속도 중 적어도 하나의 정보를 생성하는 신호 처리부; 상기 신호 처리부에서 생성된 정보와 복사소자의 위치 및 자세 정보를 다른 복사소자에 전송하는 통신부; 및 상기 동력발생부를 제어하여 복사소자의 위치 및 자세를 결정하는 제어부;를 포함한다.A radiating element of a radar according to another embodiment of the present invention includes a power generating unit; An antenna for irradiating an electromagnetic wave to an arbitrary object and receiving the electromagnetic wave reflected from the arbitrary object; A signal processing unit for generating at least one of the shape of the arbitrary object, the size of the object, the moving direction, and the moving speed with the arbitrary object information; A communication unit for transmitting the information generated by the signal processing unit and the position and attitude information of the radiating element to another radiating element; And a control unit for controlling the power generating unit to determine the position and posture of the radiating element.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 동력발생부는, 고정익 또는 회전익 기반의 동력을 발생시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the power generating unit may generate a fixed-wing or a rotor-based power.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공간적으로 분포된 복수의 복사소자 및 이를 제어하는 제어 장치를 포함하는 레이더 시스템에서, 상기 복사소자는, 동력발생부; 임의의 물체에 전자파를 조사하고 상기 임의의 물체에서 반사되어 돌아온 상기 전자파를 수신하는 안테나; 상기 임의의 물체 정보를 송신하는 제1 통신부; 및 상기 동력발생부를 제어하여 복사소자의 위치 및 자세를 결정하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어 장치는, 상기 임의의 물체 정보를 수신하고, 상기 복사소자의 위치 및 자세 제어신호를 송신하는 제2 통신부; 상기 수신받은 물체 정보로 상기 임의의 물체의 형상, 물체의 크기, 이동 방향 및 이동 속도 중 적어도 하나의 정보를 생성하는 신호 처리부;를 포함한다.In a radar system including a plurality of spatially distributed radiation elements and a control device for controlling the same, according to another embodiment of the present invention, the radiation element includes a power generating unit; An antenna for irradiating an electromagnetic wave to an arbitrary object and receiving the electromagnetic wave reflected from the arbitrary object; A first communication unit for transmitting the arbitrary object information; And a control unit for controlling the power generating unit to determine a position and an attitude of the radiating element, wherein the control apparatus includes a control unit for receiving the arbitrary object information, A communication unit; And a signal processing unit for generating at least one of the shape of the arbitrary object, the size of the object, the moving direction, and the moving speed using the received object information.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복사소자의 제1 통신부는, 상기 제어 장치의 제2 통신부로부터 상기 복사소자의 위치 및 자세 제어신호를 수신하고, 상기 제어부는, 상기 수신받은 제어신호로 상기 복사소자의 위치 및 자세를 결정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first communication unit of the radiating element receives the position and attitude control signal of the radiating element from the second communication unit of the controller, The position and attitude of the radiation element can be determined.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 동력발생부는 고정익 또는 회전익 기반의 동력을 발생시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the power generating unit may generate a fixed-wing or a rotor-based power.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더의 복사소자 및 레이더 시스템에 따르면, 상황에 따라 레이더의 형태를 변경함으로써, 레이더의 빔 형태, 이득, 부엽레벨, 스캔 범위 및 송신 출력을 변경할 수 있는 레이더 시스템을 제공할 수 있다는 효과를 달성할 수 있다.According to the radiating element and the radar system of the radar according to the embodiment of the present invention, by changing the shape of the radar according to the situation, it is possible to change the radar shape, the gain, the side lobe level, System can be provided.

또한, 요구되는 탐지 영역에 대해 표적 탐지 및 추적 성능을 극대화할 수 있다는 효과를 달성할 수 있다.It is also possible to achieve the effect of maximizing the target detection and tracking performance for the required detection region.

또한, 복수의 복사소자 각각을 개별적으로 제어할 수 있게 됨에 따라 하나의 복사소자에 오류가 발생됨에 따라 나타날 수 있는 전체 레이더 시스템의 성능 저하를 최소화시킬 수 있다는 효과를 달성할 수 있게 된다.In addition, since each of the plurality of radiation elements can be individually controlled, it is possible to minimize the performance degradation of the entire radar system that may occur as a failure occurs in one radiation element.

또한, 복수의 복사소자가 3차원 공간상에 분포됨에 따라 협소한 공간의 복사소자가 배열된 경우에 비하여 보다 용이하게 냉각시킬 수 있게 됨에 따라 시스템의 신뢰성을 높이고 비용을 낮출 수 있다는 효과를 달성할 수 있게 된다.In addition, as the plurality of radiation elements are distributed in the three-dimensional space, the radiation elements can be more easily cooled than in the case where the radiation elements in a narrow space are arranged, thereby achieving an effect of improving the reliability of the system and lowering the cost .

도 1은 복사소자의 배열에 따라 고각 방향으로 넓은 빔이 방사되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 고각 방향으로 넓은 빔이 방사되는 것에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
3 은 복사 소자의 배열에 따라 방위각 방향으로 넓은 빔이 방사되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 고각 빔폭이 좁아진 빔 패턴을 설명하기 위한 시뮬레이션 결과이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더의 복사소자를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 각각의 복사소자에서 신호가 처리되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 복사소자의 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 배열된 복수의 복사소자를 설명하기 위한 도면이다.Fig. 1 is a view for explaining that a wide beam is radiated in a high-angle direction according to the arrangement of radiation elements.
Fig. 2 is a diagram showing a result of a simulation for radiating a wide beam in an elevation direction. Fig.
3 is a view for explaining that a wide beam is radiated in an azimuth angle direction according to the arrangement of radiation elements.
4 is a simulation result for explaining a beam pattern in which the high-angle beam width is narrowed.
5 is a block diagram for explaining a radiation element of a radar according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram for explaining a radar system according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram for explaining a case where signals are processed in each radiation element according to an embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining the shape of a radiation device according to an embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining a plurality of radiation elements arranged according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더의 복사소자(300)를 설명하기 위한 블록도이다.5 is a block diagram for explaining a radiation device 300 of a radar device according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 레이더의 복사소자(300)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 도 5에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 알 수 있다.Only the components related to the present embodiment are shown in the radiation element 300 of the radar shown in Fig. Accordingly, those skilled in the art will recognize that other general-purpose components other than the components shown in FIG. 5 may be further included.

도 5에 도시된 레이더의 복사소자(300)는 동력발생부(310), 안테나(320), 통신부(300) 및 제어부(340)를 포함한다.5 includes a power generation unit 310, an antenna 320, a communication unit 300, and a control unit 340. The power generation unit 310 includes an antenna 320, a communication unit 300,

동력발생부(310)는 3차원 공간에서 복사소자(300)의 위치 및 X, Y, Z, Roll, Pitch, Yaw 방향의 자세를 결정하기 위한 동력을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 동력발생부(310)는 회전익 기반의 동력을 제공할 수 있다. 동력발생부(310)가 회전익 기반의 동력을 제공하는 경우, 동력발생부(310)는 양력이나 추력을 발생시키는 로터(rotor) 동력을 발생시키는 모터 등을 포함할 수 있다.The power generating unit 310 provides power for determining the position of the radiating element 300 and the posture in the X, Y, Z, Roll, Pitch, and Yaw directions in the three-dimensional space. According to an embodiment of the present invention, the power generating unit 310 may provide power based on the rotor blades. When the power generating unit 310 provides the power based on the rotor, the power generating unit 310 may include a motor or the like that generates rotor power to generate lift or thrust.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 동력발생부(310)는 고정익 기반의 동력을 제공할 수도 있다. 동력발생부(310)가 고정익 기반의 동력을 제공하는 경우, 동력발생부(310)는 양력을 제공하는 날개 및 동력을 발생시키는 모터나 엔진을 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the power generating unit 310 may provide a fixed-wing-based power. When the power generating portion 310 provides the fixed-wing-based power, the power generating portion 310 may include a motor for generating lift and a motor or an engine for generating power.

그리고, 복사소자(300)를 평면상에서 움직이도록 하기 위해 바퀴를 이용할 수도 있음은 물론이다.It goes without saying that a wheel may be used to move the radiating element 300 in a plane.

이를 위해 아래 수식에서와 같이 복사소자의 위치벡터 ri (t)를 시간에 따라 가변적으로 제어할 수 있다.To do this, the position vector r i ( t) of the radiating element can be variably controlled over time as shown in the following equation.

Figure pat00003
Figure pat00003

안테나(320)는 임의의 물체에 전자파를 조사하고 임의의 물체에서 반사되어 돌아온 전자파를 수신한다. 안테나(320)에 포함된 마그네트론(Magnetron)을 자극하면 고주파의 전파가 발진하는데 이때 나오는 전자파는 동기기(Synchronizer)와 변조기(Modulator)를 거쳐 도파관(Wave Guides)으로 전달된다. 그 다음 전자파는 진행파관(Travelling Wave Tube)을 거쳐 넓은 파장으로 증폭되고 최종적으로 빔 형태로 방사된다.The antenna 320 irradiates an electromagnetic wave to an arbitrary object and receives the electromagnetic wave reflected back from the arbitrary object. When a magnetron included in the antenna 320 is excited, a radio wave of a high frequency oscillates, and the electromagnetic wave is transmitted to a waveguide through a synchronizer and a modulator. Next, the electromagnetic wave is amplified to a wide wavelength through a traveling wave tube, and finally, it is radiated as a beam.

안테나에서 방사된 전자파는 일정한 속도로 직진하려는 특성을 가지고 있고, 물체에 부딪히면 재방사되어 반사되는 특징을 지니고 있다. 따라서 전자파를 공중에 빔 형태로 방사시키고 임의의 물체로부터 반사된 전파를 분석하면 물체의 형상, 물체의 크기, 이동 방향 및 이동 속도를 산출할 수 있다.The electromagnetic wave emitted from the antenna has a characteristic of going straight at a constant speed, and has a characteristic of being re-radiated and reflected when it hits an object. Therefore, the shape of the object, the size of the object, the moving direction, and the moving speed can be calculated by radiating the electromagnetic wave in the form of a beam in the air and analyzing the reflected wave from the arbitrary object.

통신부(330) 임의의 물체 정보를 송신한다. 여기서 물체 정보란, 임의의 물체로부터 반사되어 돌아온 전파에 관한 정보로, 신호 처리를 거쳐 물체의 형상, 크기 이동 방향 및 이동 속도와 같은 정보를 산출하는데 필요한 정보를 의미한다. 이때, 통신부(330)는 NFC, 블루투스(Bluetooth), 와이파이(Wi-fi), UMTS/GPRS, 이더넷(Ethernet) 등의 통신 방식을 이용할 수 있다.The communication unit 330 transmits arbitrary object information. Here, the object information is information about a radio wave reflected back from an arbitrary object, and means information required to calculate information such as the shape of the object, the magnitude moving direction, and the moving velocity through signal processing. At this time, the communication unit 330 can use a communication method such as NFC, Bluetooth, Wi-fi, UMTS / GPRS, Ethernet, and the like.

제어부(340)는 동력발생부(330)를 제어하여 복사소자의 위치 및 자세를 제어한다. 레이더의 송신출력, 빔폭, 이득 부엽 레벨 등과 같은 레이더 특성은 복사소자의 배열에 따라 달라질 수 있다.The control unit 340 controls the power generating unit 330 to control the position and posture of the radiating element. The radar characteristics such as the transmission output of the radar, the beam width, the gain level, and the like may vary depending on the arrangement of the radiation elements.

따라서, 제어부(340)가 동력발생부(330)를 제어하여 복사소자의 X, Y, Z 방향 및 Roll, Pitch, Yaw 회전을 제어하면 안테나 특성을 동적으로 조절할 수 있게 된다. 또한, 주어진 환경 또는 시나리오에 맞게 레이더를 적응적으로 활용할 수 있다는 효과를 달성할 수 있다.Accordingly, the control unit 340 controls the power generating unit 330 to control the X, Y, and Z directions of the radiating element and the roll, pitch, and yaw rotations, thereby dynamically adjusting the antenna characteristics. In addition, the effect of adapting the radar to a given environment or scenario can be achieved.

예를 들어, 고각 방향으로 넓은 탐색 범위를 갖는 빔 파형을 방사하고자 하는 경우, 각각의 동력발생부(310)를 제어하여 고각 방향으로는 작은 수의 복사소자(300)가 위치되도록 하고 방위각 방향으로 다수의 복사소자(300)가 위치하도록 제어할 수 있다. 또는 임의의 물체에 대한 3차원 정보를 얻기 위해 다수의 복사소자(300)를 중첩시키는 형태로 배열할 수도 있다.For example, when it is desired to radiate a beam waveform having a wide search range in an elevation angle direction, each power generation unit 310 is controlled so that a small number of radiating elements 300 are positioned in the elevation direction, It is possible to control the plurality of radiation elements 300 to be positioned. Or a plurality of radiation elements 300 may be arranged in a superposition manner to obtain three-dimensional information about an arbitrary object.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 시스템을 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining a radar system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 시스템(400)은 복수의 복사소자(300) 및 제어 장치(410)를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 레이더 시스템(400)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 도 6에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 알 수 있다.The radar system 400 according to an embodiment of the present invention may include a plurality of radiation devices 300 and a control device 410. Only the components related to the present embodiment are shown in the radar system 400 shown in Fig. Accordingly, those skilled in the art will recognize that other general-purpose components other than the components shown in FIG. 6 may be further included.

도 6에 도시된 복사소자(300)에는 도 3에 도시된 동력발생부(310), 안테나(320), 통신부(330) 및 제어부(340)를 포함한다. 각 구성요소에 관한 설명은 도 3에서 설명한 내용과 동일하므로 중복되는 설명은 생략하도록 한다.6 includes a power generation unit 310, an antenna 320, a communication unit 330, and a control unit 340 shown in FIG. The description of each constituent element is the same as that described with reference to FIG. 3, so that a duplicate description will be omitted.

제어 장치(410)는 공간적으로 분포된 복수의 복사소자(300)들의 위치 및 자세를 제어하고, 복사소자(300)들로부터 수신한 물체 정보를 처리하여 물체의 형상, 크기, 이동 방향 및 이동 속도에 관한 정보를 생성한다.The controller 410 controls the position and attitude of the plurality of spatially distributed radiation elements 300 and processes the object information received from the radiation elements 300 to calculate the shape, size, moving direction, and moving speed of the object As shown in FIG.

이때, 제어 장치(410)는 복수의 복사소자(300) 각각의 움직임을 개별적으로 제어하거나 동시에 전체적으로 제어할 수도 있다.At this time, the controller 410 may individually control the motion of each of the plurality of radiation elements 300 or may control the motion of the radiation elements 300 as a whole.

구체적으로, 제어 장치(410)는 제2 통신부(411) 및 신호 처리부(413)을 포함한다. 도 6에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 장치(410)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 도 6에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 알 수 있다.Specifically, the control device 410 includes a second communication unit 411 and a signal processing unit 413. [ Only the components related to the present embodiment are shown in the control device 410 according to the embodiment of the present invention shown in Fig. Accordingly, those skilled in the art will recognize that other general-purpose components other than the components shown in FIG. 6 may be further included.

제2 통신부(411)는 복수의 복사소자(300)들로부터 임의의 물체 정보를 수신하고, 복사소자(300)의 3차원 공간상에서의 위치 및 자세를 제어하기 위한 신호를 송신한다.The second communication unit 411 receives arbitrary object information from the plurality of radiation elements 300 and transmits a signal for controlling the position and attitude of the radiation element 300 in the three-dimensional space.

상술한 바와 같이 레이더의 특성, 특히 레이더에서 방사되는 빔의 형태는 복사소자들의 배열에 따라 달라지게 된다. 따라서, 제어 장치(410)가 3차원 공간상에 분포된 복수의 복사소자(300)들 각각의 위치를 제어하여 배열을 달리하면 레이더 성능을 적응적으로 변경할 수 있다는 효과를 달성할 수 있게 된다.As described above, the characteristics of the radar, especially the shape of the beam emitted from the radar, depend on the arrangement of the radiation elements. Accordingly, it is possible to achieve an effect that the control device 410 can adaptively change the radar performance by controlling the positions of the plurality of radiation elements 300 distributed in the three-dimensional space to change the arrangement.

예를 들어, 고각 방향으로 넓은 탐색 범위를 갖는 빔 파형을 방사하고자 하는 경우, 각각의 복사소자(300)를 제어하여 고각 방향으로는 작은 수의 복사소자(300)가 위치되도록 하고 방위각 방향으로 다수의 복사소자(300)가 위치하도록 제어할 수 있다. 또는 임의의 물체에 대한 3차원 정보를 얻기 위해 다수의 복사소자(300)를 중첩시키는 형태로 배열할 수도 있다.For example, when it is desired to radiate a beam waveform having a wide search range in the elevation direction, it is necessary to control each radiation element 300 so that a small number of radiation elements 300 are located in the elevation direction, The radiating element 300 of FIG. Or a plurality of radiation elements 300 may be arranged in a superposition manner to obtain three-dimensional information about an arbitrary object.

신호 처리부(413)는 복수의 복사소자(300)들로부터 수신한 물체 정보를 이용하여 임의의 물체의 형상, 물체의 크기, 이동 방향 및 이동 속도 중 적어도 하나의 정보를 생성한다.The signal processing unit 413 generates at least one of an object shape, an object size, a moving direction, and a moving speed by using the object information received from the plurality of radiation elements 300.

한편, 본 실시예에서는 복수의 복사소자(300)로부터 제어 장치(410)가 물체 정보를 수신받고, 물체 정보에 대한 신호 처리를 수행하여 임의의 물체의 형상, 크기, 이동 방향 및 속도 등에 관한 정보를 생성하는 것을 예로 들었으나, 각각의 복사소자(300)에서 신호 처리를 분산하여 수행하는 형태로 발명을 구현할 수도 있다.On the other hand, in the present embodiment, the control device 410 receives object information from a plurality of radiation elements 300 and performs signal processing on the object information to obtain information about the shape, size, moving direction and speed of an arbitrary object However, it is also possible to implement the invention in which the signal processing is dispersedly performed in each of the radiation elements 300.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 전체 신호처리를 각 복사소자에서 분산하여 처리하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 7 is a diagram for explaining a case where the entire signal processing is dispersed and processed in each radiation element according to an embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 복사소자(300)는 동력발생부(310), 안테나(320), 통신부(330), 제어부(340) 및 신호 처리부(350)를 포함한다. 도 5에 도시된 구성 중 도 3에 도시된 구성과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.7 includes a power generation unit 310, an antenna 320, a communication unit 330, a control unit 340, and a signal processing unit 350. The description of the configuration shown in FIG. 5, which is the same as the configuration shown in FIG. 3, will be omitted.

다수의 복사소자(300)로부터 수신되는 물체 정보를 이용하여 물체의 형상, 크기, 위치 이동 방향 및 이동 속도를 산출하기 위해서는 많은 양의 데이터 처리를 필요로 한다. 따라서, 이러한 데이터를 정확하고 신속하게 처리할 수 있는 제어 장치(410)를 구비하기 위해서는 많은 비용을 필요로 할 뿐만 아니라 제어 장치(410)의 냉각에도 많은 노력을 필요로 한다.A large amount of data processing is required to calculate the shape, size, position moving direction, and moving speed of an object by using object information received from a plurality of radiation elements 300. Therefore, in order to provide the control device 410 capable of processing such data accurately and quickly, not only a large cost is required, but also much effort is required to cool the control device 410.

이에, 신호처리를 각 복사소자(300)들에 분산해서 수행하도록 구현할 수도 있다. 이 경우 복사소자(300)에 포함된 신호 처리부(350)는 안테나에서 수신된 물체 정보를 처리하여 물체의 형상, 크기, 이동 방향 및 이동 속도 중 적어도 하나의 정보를 생성하고, 생성된 정보를 다른 복사소자(300)와 공유하도록 할 수 있다.Therefore, it is also possible to implement such that the signal processing is distributed to the respective radiation elements 300. In this case, the signal processing unit 350 included in the radiating element 300 processes the object information received from the antenna to generate at least one of the shape, size, moving direction, and moving speed of the object, It can be shared with the radiation element 300.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 복사소자(300)를 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining a radiation element 300 according to an embodiment of the present invention.

도 8에 도시된 복사소자(300)의 동력발생부(310)는 복수의 로터를 갖는 회전익 기반의 동력을 제공하는 것을 예로 들었으나 이에 한정되지 않으며 한 개의 로터를 갖거나, 고정익 기반의 동력을 제공하는 형태로 발명을 구현할 수도 있다.The power generating part 310 of the radiating element 300 shown in FIG. 8 has been described as providing a rotor-based power having a plurality of rotors, but not limited thereto, The invention may be implemented in a form that provides.

제어부(340)는 동력발생부(310)를 제어하여 복사소자(300)의 위치 및 자세를 제어할 수 있다. 레이더에서 방사되는 빔폭, 이득 및 부엽레벨 등의 성능은 복사소자(300)의 배열에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 제어부(340)는 레이더가 운용되는 환경과 시나리오에 맞게 적응적으로 동력발생부(310)를 제어하여 복수의 복사소자(300) 각각의 배열을 변경함으로써, 레이더의 성능을 극대화시키게 된다.The control unit 340 controls the power generation unit 310 to control the position and attitude of the radiation device 300. The performance such as the beam width, gain, and side lobe level radiated from the radar may vary depending on the arrangement of the radiation elements 300. Therefore, the control unit 340 maximizes the performance of the radar device by changing the arrangement of each of the plurality of radiation devices 300 by controlling the power generation unit 310 adaptively according to the environment and the scenario in which the radar is operated.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 복사소자가 배열된 형태를 설명하기 위한 도면이다.9 is a view for explaining a configuration in which a plurality of radiation elements are arranged according to an embodiment of the present invention.

레이더의 성능, 특히 레이더에서 방사되는 빔의 형태는 레이더를 구성하는 복사소자의 배열에 따라 달라질 수 있게 된다. 따라서, 복사소자(300)를 3차원 공간상에 분포시킨 후, 그의 위치 및 자세를 제어하여 배열을 변경하면 원하는 레이더 특성을 얻을 수 있게 된다.The performance of the radar, especially the shape of the beam emitted from the radar, can be changed according to the arrangement of the radiation elements constituting the radar. Therefore, it is possible to obtain desired radar characteristics by changing the arrangement by controlling the position and attitude of the radiating element 300 after distributing the radiating element 300 in a three-dimensional space.

예를 들어, 복수의 복사소자(300)를 제어하는 제어 장치(400)가 복수의 복사소자(300) 각각의 위치 및 자세를 제어하기 위한 신호를 전송하면, 복사소자(300)의 통신부(330)가 이를 수신한다.For example, when the control device 400 controlling the plurality of radiation elements 300 transmits a signal for controlling the position and attitude of each of the plurality of radiation elements 300, the communication unit 330 of the radiation element 300 ) Receives it.

이후, 수신받은 제어 신호에 따라 복사소자(300)의 제어부(340)가 동력발생부(310)를 제어하여 복사소자(300)의 위치 및 자세를 결정한다. 상술한 과정을 거쳐 도 9에 도시된 바와 같이 복사소자(300)를 배열시키면 임의의 물체에 대한 3차원 영상을 얻을 수 있게 된다.The control unit 340 of the radiating element 300 controls the power generating unit 310 to determine the position and attitude of the radiating element 300 according to the received control signal. By arranging the radiating elements 300 as shown in FIG. 9 through the above-described process, a three-dimensional image of an arbitrary object can be obtained.

다만, 복사소자(300)의 배열 형태는 도 9에 도시된 실시예에 한정되지 않으며, 레이더가 운용되는 환경 및 시나리오에 맞게 적응적으로 변경될 수 있음은 물론이다.However, it should be understood that the arrangement of the radiating element 300 is not limited to the embodiment shown in FIG. 9, and may be adaptively changed according to the environment and the scenario in which the radar is operated.

한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.Meanwhile, the above-described method can be implemented in a general-purpose digital computer that can be created as a program that can be executed by a computer and operates the program using a computer-readable recording medium. In addition, the structure of the data used in the above-described method can be recorded on a computer-readable recording medium through various means. The computer-readable recording medium includes a storage medium such as a magnetic storage medium (e.g., ROM, floppy disk, hard disk, etc.), optical reading medium (e.g., CD ROM,

본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed methods should be considered from an illustrative point of view, not from a restrictive point of view. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

300 : 레이더의 복사소자 310 : 동력발생부
320 : 안테나 330 : 통신부
340 : 제어부300: Radiation element of radar 310: Power generator
320: antenna 330:
340:

Claims (8)

동력발생부;
임의의 물체에 전자파를 조사하고 상기 임의의 물체에서 반사되어 돌아온 상기 전자파를 수신하는 안테나;
상기 임의의 물체 정보를 송신하는 통신부; 및
상기 동력발생부를 제어하여 복사소자의 위치 및 자세를 결정하는 제어부;를 포함하는 레이더의 복사소자.A power generating unit;
An antenna for irradiating an electromagnetic wave to an arbitrary object and receiving the electromagnetic wave reflected from the arbitrary object;
A communication unit for transmitting the arbitrary object information; And
And a controller for controlling the power generating unit to determine a position and an attitude of the radiating element. 제1항에 있어서,
상기 통신부는,
상기 복사소자의 위치 및 자세 정보를 수신하고,
상기 제어부는 상기 수신받은 정보로 상기 복사소자의 위치 및 자세를 결정하는 레이더의 복사소자.The method according to claim 1,
Wherein,
Receiving position and attitude information of the radiating element,
Wherein the control unit determines the position and posture of the radiating element based on the received information. 제1항에 있어서,
상기 동력발생부는,
고정익 또는 회전익 기반의 동력을 발생시키는 레이더의 복사소자.The method according to claim 1,
The power generation unit includes:
Radiation element of radar generating power based on fixed wing or rotor. 동력발생부;
임의의 물체에 전자파를 조사하고 상기 임의의 물체에서 반사되어 돌아온 상기 전자파를 수신하는 안테나;
상기 임의의 물체 정보로 상기 임의의 물체의 형상, 물체의 크기, 이동 방향 및 이동 속도 중 적어도 하나의 정보를 생성하는 신호 처리부;
상기 신호 처리부에서 생성된 정보와 복사소자의 위치 및 자세 정보를 다른 복사소자에 전송하는 통신부; 및
상기 동력발생부를 제어하여 복사소자의 위치 및 자세를 결정하는 제어부;를 포함하는 레이더의 복사소자.A power generating unit;
An antenna for irradiating an electromagnetic wave to an arbitrary object and receiving the electromagnetic wave reflected from the arbitrary object;
A signal processing unit for generating at least one of the shape of the arbitrary object, the size of the object, the moving direction, and the moving speed with the arbitrary object information;
A communication unit for transmitting the information generated by the signal processing unit and the position and attitude information of the radiating element to another radiating element; And
And a controller for controlling the power generating unit to determine a position and an attitude of the radiating element. 제1항에 있어서,
상기 동력발생부는,
고정익 또는 회전익 기반의 동력을 발생시키는 레이더의 복사소자.The method according to claim 1,
The power generation unit includes:
Radiation element of radar generating power based on fixed wing or rotor. 공간적으로 분포된 복수의 복사소자 및 이를 제어하는 제어 장치를 포함하는 레이더 시스템에 있어서,
상기 복사소자는,
동력발생부;
임의의 물체에 전자파를 조사하고 상기 임의의 물체에서 반사되어 돌아온 상기 전자파를 수신하는 안테나;
상기 임의의 물체 정보를 송신하는 제1 통신부; 및
상기 동력발생부를 제어하여 복사소자의 위치 및 자세를 결정하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어 장치는,
상기 임의의 물체 정보를 수신하고, 상기 복사소자의 위치 및 자세 제어신호를 송신하는 제2 통신부;
상기 수신받은 물체 정보로 상기 임의의 물체의 형상, 물체의 크기, 이동 방향 및 이동 속도 중 적어도 하나의 정보를 생성하는 신호 처리부;를 포함하는 레이더 시스템.1. A radar system including a plurality of spatially distributed radiation elements and a control device for controlling the same,
Wherein the radiation element comprises:
A power generating unit;
An antenna for irradiating an electromagnetic wave to an arbitrary object and receiving the electromagnetic wave reflected from the arbitrary object;
A first communication unit for transmitting the arbitrary object information; And
And a control unit for controlling the power generating unit to determine a position and an attitude of the radiating element,
The control device includes:
A second communication unit which receives the arbitrary object information and transmits a position and attitude control signal of the radiating element;
And a signal processing unit for generating at least one of the shape of the object, the size of the object, the moving direction, and the moving speed based on the received object information. 제6항에 있어서,
상기 복사소자의 제1 통신부는,
상기 제어 장치의 제2 통신부로부터 상기 복사소자의 위치 및 자세 제어신호를 수신하고,
상기 제어부는,
상기 수신받은 제어신호로 상기 복사소자의 위치 및 자세를 결정하는 레이더 시스템.The method according to claim 6,
The first communication unit of the radiation device includes:
A position and an attitude control signal of the radiation element from a second communication unit of the control device,
Wherein,
And determines the position and posture of the radiating element with the received control signal. 제6항에 있어서,
상기 동력발생부는
고정익 또는 회전익 기반의 동력을 발생시키는 레이더 시스템.The method according to claim 6,
The power-
Radar system that generates power based on fixed wing or rotor.
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KR102602716B1 (en) * 2022-11-14 2023-11-16 한국 천문 연구원 Beam Steering Device of Phased Array Antenna for Grating Lobe Reduction

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KR20130130702A (en) 2010-10-21 2013-12-02 로카타 코퍼레이션 피티와이 리미티드 Method and apparatus for forming a remote beam

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