본 논문에서는 일반적인 3채널 구조의 모노펄스수신기와 대비해서 비용, 크기, 무게 및 소모전력 측면에서 유리한 단일채널 구조의 모노펄스수신기를 적용한 추적시스템에 관한 연구를 진행하였다. 안테나, 모노펄스수신기, 구동체, RF 신호처리기 및 전원분배기를 제작 및 통합하여 단일채널 모노펄스시스템을 구현한 후, 지향오차각 산출정확도와 포인팅 손실을 측정하여 기본 추적성능을 확인하였다. 그리고 야외환경에서 실제 이동하는 목표물에 대한 추적성능을 검증하였다. 시험결과 분석을 통해 단일채널 모노펄스시스템이 일반적인 3 채널 모노펄스시스템과 동등 이상의 추적성능을 가지면서 시스템의 구현측면에서 이점이 있음을 확인하였다. 또한, 이 연구로 향후 모노펄스 추적시스템 개발 시 제작비용 및 제품 소형화에 유리한 단일채널 모노펄스수신기 적용이 가능함을 확인하였다.
본 논문에서는 일반적인 3채널 구조의 모노펄스수신기와 대비해서 비용, 크기, 무게 및 소모전력 측면에서 유리한 단일채널 구조의 모노펄스수신기를 적용한 추적시스템에 관한 연구를 진행하였다. 안테나, 모노펄스수신기, 구동체, RF 신호처리기 및 전원분배기를 제작 및 통합하여 단일채널 모노펄스시스템을 구현한 후, 지향오차각 산출정확도와 포인팅 손실을 측정하여 기본 추적성능을 확인하였다. 그리고 야외환경에서 실제 이동하는 목표물에 대한 추적성능을 검증하였다. 시험결과 분석을 통해 단일채널 모노펄스시스템이 일반적인 3 채널 모노펄스시스템과 동등 이상의 추적성능을 가지면서 시스템의 구현측면에서 이점이 있음을 확인하였다. 또한, 이 연구로 향후 모노펄스 추적시스템 개발 시 제작비용 및 제품 소형화에 유리한 단일채널 모노펄스수신기 적용이 가능함을 확인하였다.
In this paper, we have studied the tracking system with a single channel monopulse receiver that has a comparative advantage of costs, size, weight, and power consumption over the general 3-channel monopulse receivers. After the single channel monopulse system was composed of an antenna, a monopulse...
In this paper, we have studied the tracking system with a single channel monopulse receiver that has a comparative advantage of costs, size, weight, and power consumption over the general 3-channel monopulse receivers. After the single channel monopulse system was composed of an antenna, a monopulse receiver, a servo unit, a RF signal processor unit and a power supply unit, we analyzed the basic tracking performance of the tracking error angle and the pointing loss. And we proved the tracking performance to a moving target in the outdoor environment. On the Analysis of the tracking test results, the single channel monopulse system shows a equal or higher performance over the general 3-channel monopulse system and also has advantages of the system implementation. Also, it is concluded that this study is useful to apply a single channel monopulse receiver with benefits of production price and miniaturization when the monopulse tracking systems will be developed in the future.
In this paper, we have studied the tracking system with a single channel monopulse receiver that has a comparative advantage of costs, size, weight, and power consumption over the general 3-channel monopulse receivers. After the single channel monopulse system was composed of an antenna, a monopulse receiver, a servo unit, a RF signal processor unit and a power supply unit, we analyzed the basic tracking performance of the tracking error angle and the pointing loss. And we proved the tracking performance to a moving target in the outdoor environment. On the Analysis of the tracking test results, the single channel monopulse system shows a equal or higher performance over the general 3-channel monopulse system and also has advantages of the system implementation. Also, it is concluded that this study is useful to apply a single channel monopulse receiver with benefits of production price and miniaturization when the monopulse tracking systems will be developed in the future.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
기본 설계목표로 방위각/앙각 2축 방향으로 모노펄스추적 수행과 동시에 통신신호를 송수신하는 시스템 구현을 목표로 하였다. 단일채널 모노펄스시스템은 안테나, 송수신부를 담당하는 RF 처리기, 모노펄스수신부를 담당하는 단일채널 모노펄스수신기, 구동부를 담당하는 구동체 및 전원분배기로 구성된다.
단일채널 모노펄스시스템은 일반적인 모노펄스시스템과 동등한 추적성능을 가지면서 단일채널 수신기를 이용하기 때문에 무게, 크기, 비용, 소모전력 측면에서 이점을 갖는다. 본 논문에서는 안테나, 모노펄스수신기, 구동체, RF 처리기 및 전원분배기 등을 통합하여 지속적으로 높은 추적정확도를 갖는 단일채널모노펄스시스템을 구현하고, 추적시스템의 성능을 검증하였다.
제안 방법
단일채널 모노펄스시스템은 전면부에 안테나, 상단부에 RF 처리기 및 모노펄스수신기, 하단에 전원분배기를 배치하고, 케이블을 연결하여 제작하였다. 모노펄스수신기는 제작된 모노펄스시스템의 운용주파수에 해당하는 위상, 기울기 보정 값이 저장되며, 합/차 신호를 수신하여 알고리즘을 통해 지향오차각을 산출한다.
단일채널 모노펄스시스템의 성능 검증은 지향오차각 산출정확도, 포인팅 손실 및 이동 추적성능의 세 가지 측면에서 검증을 수행하였다.
단일채널 모노펄스시스템은 합/차신호의 동위상 및 역위상 결합 전력차에 의한 모노펄스기울기로부터 지향오차각을 산출한다. 따라서, 위상측면에서의 시스템 보정을 위한 보정 소프트웨어를 개발하였으며, 다음의 절차에 따라 보정을 수행하였다.
따라서, 제작된 시스템을 모션시뮬레이터 상단에 설치하여 송신장비를 추적하는 상태에서 특정 각속도로 방위각방향으로 모션시뮬레이터를 구동시켜 시스템의 추적유지 여부와 수신레벨을 확인함으로써 포인팅 손실를 분석하였다.
송신측은시험용 혼 안테나, 신호발생기, 안테나 받침대로 구성하였으며, 수신측은 모노펄스시스템과 데이터저장 및 분석을 위한 노트북으로 구성하였다. 또한, 송신측과 수신측은 운용주파수 대역에서의 far-field 시험환경에서 수행될 수 있도록 이격하여 설치하였다.
본 논문에서는 일반적인 모노펄스시스템 구성인 고이득 안테나, 모노펄스수신기, 구동체, RF신호처리기 및 전원공급장치로 구성하였으며, 이중 모노펄스수신기를 단일채널로 제작 후 적용하여 단일채널 모노펄스시스템을 새롭게 구성하였다.
빔축의 중심에서 ±0.7° 범위 내에서0.1° 간격으로 모노펄스시스템을 구동시킨 후, 모노펄스수신기로부터 산출된 지향오차각을 구동 값과 비교/분석하여 산출 정확도를 도출하였다.
그림 8은 지향오차각 산출정확도 분석을 위한 시험구성도를 보여준다. 송신측은시험용 혼 안테나, 신호발생기, 안테나 받침대로 구성하였으며, 수신측은 모노펄스시스템과 데이터저장 및 분석을 위한 노트북으로 구성하였다. 또한, 송신측과 수신측은 운용주파수 대역에서의 far-field 시험환경에서 수행될 수 있도록 이격하여 설치하였다.
안테나는 고이득 규격을 만족하기 위해 ADE(Axially Displaced Ellipse) 반사경안테나의 형태를 가지며, 내부에 모노펄스비교기를 적용한 급전혼조립체와 60 λ 직경의 반사판으로 구성되었다.
이동하는 항공장비에 대한 제작된 모노펄스시스템의 추적성능 분석을 위해 실 야외환경에서 시험을 수행하였다. 항공장비는 차량에 설치하여 남포방조제(왕복 약 7 km)를 70 km 속도(각속도 0.
제작된 모노펄스시스템은 랑데부 지점에서 탐색을 수행하여 추적전환 후 항공모의장비의 A-B 구간 이동경로를 따라 지속적인 추적을 유지하였다.
제작된 모노펄스시스템은 지향오차각 산출 범위(±0.7°) 내에 단일기울기 및 알고리즘을 통해 안테나 지향각을 산출하고 구동한다.
12°/s)로 달리며, GPS 기반으로 모노펄스시스템을 지속적으로 지향하였다. 제작된 시스템은 탐색지점을 지정하여 모노펄스 기반의 탐색 및 추적으로 항공장비를 추적하였다.
제작한 단일채널 모노펄스시스템의 시스템 설계목표 충족 여부를 검증하기 위해 모션시뮬레이터, 신호발생기, 혼 안테나 등을 이용하여 기본적인 지향오차각 산출정확도 및 포인팅 손실을 확인한 후, 야외 시험장소에서 실제 이동하는 목표물에 대한 추적성능을 수행하고, 결과를 분석하였다.
항공장비는 차량에 설치하여 남포방조제(왕복 약 7 km)를 70 km 속도(각속도 0.12°/s)로 달리며, GPS 기반으로 모노펄스시스템을 지속적으로 지향하였다.
성능/효과
결론적으로 단일채널 모노펄스시스템이 일반적인 3 채널 모노펄스시스템과 동등 이상의 추적성능을 가지고 있음을 증명하였다. 또한, 3 채널 모노펄스수신기 대비해서 1채널 모노펄스수신기를 적용하여 단일채널 모노펄스시스템을 구현함으로써 무게, 크기, 비용, 소모전력 측면에서 이점이 있음을 확인할 수 있었다.
단일채널 모노펄스시스템의 지향오차각 산출정확도는 안테나 빔폭인 ±0.7° 범위 내에서 0.1° RMS 이하의 결과를 보여주었으며, 포인팅 손실은 0.5 dB RMS 이하의 결과를 보여주었다.
결론적으로 단일채널 모노펄스시스템이 일반적인 3 채널 모노펄스시스템과 동등 이상의 추적성능을 가지고 있음을 증명하였다. 또한, 3 채널 모노펄스수신기 대비해서 1채널 모노펄스수신기를 적용하여 단일채널 모노펄스시스템을 구현함으로써 무게, 크기, 비용, 소모전력 측면에서 이점이 있음을 확인할 수 있었다.
제작된 모노펄스시스템의 지향오차각 산출 정확도 분석결과, 산출범위(±0.7°) 내에서 0.1° RMS 이하의 정확도를 나타내었다.
제작된 모노펄스시스템의 포인팅손실 분석결과, 약 5 °/s의 각속도로 움직이는 항공 비행기에 대한 방위각방향의 추적정확도는 0.5 dB RMS 이하의 성능을 나타내었다.
5 dB RMS 이하의 결과를 보여주었다. 최종적으로 야외환경에서 수행한 추적성능 확인 시험에서 이동하는 항공장비의 지속적인 추적유지가 가능함을 확인하였다.
그림 12는 항공모의장비의 A-B 구간 이동경로의 위도와 경도 기준으로 나타낸 그래프이며, 그림 13 및 그림 14는 방위각과 앙각에 대해서 계산된 지향각(true angle)과 추적 중 지향각(tracking error)를 표시하고, 두 지향각 사이의 오차각을 나타내고, 그때 측정된 합채널 수신레벨을 나타낸 그래프이다. 최초 랑데부 지점에서의 박스스캔 탐색 후 추적을 유지하고, 다시 B지점에서 선회 후 A지점으로 복귀하는 동안의 기록을 확인할 수 있으며, 표 5와 같이 두 지향각 사이의 오차각으로부터 추적정확도를 확인할 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
단일채널 모노펄스시스템이 가진 이점은 무엇인가?
그림 2는 일반적인 모노펄스시스템의 구조와 달리 단일채널 모노펄스수신기를 적용한 단일채널 모노펄스시스템의 구조를 보여준다. 단일채널 모노펄스시스템은 일반적인 모노펄스시스템과 동등한 추적성능을 가지면서 단일채널 수신기를 이용하기 때문에 무게, 크기, 비용, 소모전력 측면에서 이점을 갖는다. 본 논문에서는 안테나, 모노펄스수신기, 구동체, RF 처리기 및 전원분배기 등을 통합하여 지속적으로 높은 추적정확도를 갖는 단일채널모노펄스시스템을 구현하고, 추적시스템의 성능을 검증하였다.
모노펄스시스템을 구성하는 기기들은 각각 어떤 기능을 수행하는가?
안테나부는 수신신호로부터 합신호, 방위각/앙각방향차신호를 생성하며, 모노펄스수신부는 합/차 신호를 이용하여 지향오차각을 산출한다. 또한, 구동부는 지향오차각을 전송받아 구동부의 모터를 제어하고, 송수신부는 통신및 레이다신호를 송수신하는 역할을 수행한다. 따라서, 모노펄스시스템은 추적안테나로부터 합신호(A+B+C+D), 방위각 차신호((A+D)—(B+C)), 앙각차신호((A+B)—(D+C))를 수신하고, 수신된 합/차신호의 진폭과 위상으로부터 송수신 장비의 LOS(안테나 boresight 축)에서 옵셋된 오차각을 산출하여 구동부의 모터를 제어함으로써 추적을 지속적으로 유지하면서 통신 및 레이다신호를 송수신하는시스템이다[1],[2].
모노펄스시스템은 무엇인가?
모노펄스시스템은 표적과의 오차각 정보를 추출하여 표적을 추적하는 시스템으로써 레이다, 위성통신 및 데이터링크 등의 응용분야에 표적탐지 및 통신신호 추적을위해 널리 적용되고 있다. 모노펄스란 단일펄스로부터 완전한 각도 오차정보를 획득함을 의미하는 것으로, 모노펄스시스템은 수신신호를 4개의 혼안테나와 모노펄스비교기를 통해 합신호 및 차신호(방위각방향, 앙각방향)를 형성하고, 합/차 신호의 진폭 비(monopulse ratio : 모노펄스기울기)를 이용하여 표적을 추적하는 시스템이다.
참고문헌 (3)
Dean D. Howard, Tracking Radar, in Radar Handbook, 2nd edition. edited by Merrill Skolnik, McGraw-Hill, New York and London, 1990, Chapter 18.
Bassem R. Mahafza, Radar Systems Analysis and Design Using MATLAB, Chapman & Hall/CRC, 2000.
Hyuk-Ja Kwon, Young-Jin Lee, and Jin-Woo Jung, "단일채널 모노펄스수신기에 관한 연구", 전자공학회논문지, 51(1), pp. 71-76, 2014년 1월.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.