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KR100852103B1 - 고도 추정 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR100852103B1
KR100852103B1 KR1020037014387A KR20037014387A KR100852103B1 KR 100852103 B1 KR100852103 B1 KR 100852103B1 KR 1020037014387 A KR1020037014387 A KR 1020037014387A KR 20037014387 A KR20037014387 A KR 20037014387A KR 100852103 B1 KR100852103 B1 KR 100852103B1
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리차드에이. 로드위그
본니엘. 아담스
그레고리에이. 베이커
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록히드 마틴 코포레이션
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Abstract

타깃 오브젝트의 고도 계산을 포함하는 타깃 오브젝트를 검출하고 추적하는 시스템 및 방법이 개시된다. 수신기에 의해 수신되는 신호들의 처리동안, 시스템은 송신기에 의해 방송되는 신호들에 의해 형성되는 간섭 효과 패턴에 의해 수정되는 신호들 또는 3개 이상의 송신된 것과 연관된 기하학적 형상들의 계산과 이들 형상들의 교차점을 계산하는 것으로부터 타깃 오브젝트의 고도를 선택적으로 계산한다.
Figure R1020037014387
타깃 오브젝트, 고도, 위치, 범위, 송신기, 수신기

Description

고도 추정 시스템 및 방법{Altitude estimation system and method}
본 출원은 참조로서 여기에 통합된 2001년 5월 4일 출원된 발명의 명칭이 "PCL Altitude Estimation Method and System"인 미국 임시 출원 번호 60/288,449호의 우선권의 이익을 주장한다.
발명의 배경
발명의 분야
본 발명은 타깃 오브젝트 검출 및 추적에 관한 것이며, 특히, 고도를 포함하는 타깃 오브젝트의 위치를 결정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
관련 기술의 설명
타깃 오브젝트의 검출 및 추적은 통상적으로 레이더로 알려진 무선 검출 및 레인징(ranging)으로 통상적으로 성취되었다. 레이더는 전자기 에너지를 방출하고 타깃 오브젝트에 의해 흩어지는 반사되는 에너지를 검출한다. 반사되는 신호의 방향 및 도달 시간 차이(TDOA)를 분석하여, 타깃 오브젝트의 위치가 분간될 수 있다. 도플러 효과에 기인하는 에너지 빔의 주파수 편이를 분석하여, 이동하는 타깃들이 정지 오브젝트들로부터 차별된다.
레이더는 통상적으로 자신의 송신기들 및 수신기들을 포함하는 능동 장치이다. 송신기들에 의해 보내진 신호들은 전형적으로 2개의 타입들-펄스 빔들 또는 연속파이다.
펄스 빔 송신기는 각 신호 사이의 명세된 지연으로 단속적 신호(intermittent signal)들을 발생한다. 펄스된 신호 사이의 지연은 타깃 오브젝트들로부터 반사들을 검출하기 위해 레이더 시스템에 청취 기간을 제공한다. 펄스 빔 레이더 시스템은 TDOA를 관찰하여 타깃 오브젝트의 범위를 결정하고 시스템이 타깃 오브젝트로 및 으로부터의 신호에 의해 이동된 종합 거리를 계산하도록 한다.
연속파 송신기는 일정한 방해없는 신호를 제공한다. 연속파 레이더 시스템은 자신의 직접 신호를 또한 방송하는 동안 반사되는 신호들을 검출해야 한다. 연속파 레이더 시스템은 수신기로의 타깃 오브젝트의 시선 속도(radial velocity)를 결정하기 위해 도플러 효과에 의존한다. 수정되지 않은 연속파 레이더 시스템은 오브젝트의 범위를 결정하는 것이 불가능하다. 이것은 그것이 신호가 보내지고 수신되는 시간을 마크할 수 없기 때문이다; 따라서 신호내의 TDOA를 관찰하 수 없다. 반면에, 수정된 또는 코딩된 연속파는 신호의 특정 섹션이 언제 보내지고 수신되었는지를 결정하는 방법을 제공한다. 마크된 신호로, 시스템이 TDOA를 결정할 수 있으며, 타깃 오브젝트의 범위의 결정을 허락한다.
레이더 시스템에 사용되는 전자기 방사는 검출 가능한 반사되는 신호를 제공하는데 충분한 신호 강도인 한, 위에 설명되는 연속파 예로서 변화하는 주파수들 또는 그 어떠한 주파수일 수 있다. 다양한 이익에 기인하여, 마이크로파들이 현대 레이더 시스템들에 주로 사용된다. 마이크로파들은 그들의 로브 사이즈 즉 신호의 1/2전력 포인트들 사이의 거리에 기인하여 레이더에 특히 잘 맞는다. 마이크로파 신호의 빔 폭들은 약 1 정도이거나 단면에서 단지 몇 센티미터이며, 적당한 수신기 사이즈들과 함께 정확한 각도들의 결정을 허용한다.
또한 레이더 시스템들은 모노스테틱, 바이스테틱, 및 멀티스테틱과 같은 다양한 수신기/송신기 구성들로 나타난다. 모노스테틱 시스템들은 수신기와 송신기를 결합한다. 잡음 및 시스템 통합 이슈들은 그러한 시스템들에서 고유하다. 더욱이, 수신기와 같이 위치되는 검출 가능한 신호를 방송하는 송신기는 군사 응용에서 단점을 분명하게 나타낸다.
바이스테틱 레이더 시스템들은 상당한 거리들 만큼 수신기와 송신기를 서로서로 분리한다. 군사 응용에서, 송신기와 수신기의 분리는 적군이 송신기의 위치를 검출한 경우 송신기와 수신기 둘 다의 파괴 가능성을 감소시킨다. 바이스테틱 레이더 시스템은 바이스테틱 삼각형으로서 알려진 송신기, 타깃, 및 수신기 사이의 거리들을 결정하여 타깃 오브젝트의 위치를 통상적으로 계산한다.
멀티스테틱 레이더 시스템들은 송신기들 및 수신기들이 어느 거리 떨어져 위치된다는 점에서 바이스테틱 시스템들과 유사하다. 차이는 멀티스테틱 시스템들이 특정 영역을 모니터링하기 위해 조정되는 다중 수신기들 또는 송신기들을 구현한다는 것이다.
레이더 시스템들에 의해 만들어지는 상승 계산 추정들은 순차 로빙 또는 동 시 로빙의 두 방법들 중 하나의 방법으로 일반적으로 성취된다. 순차 로빙은 고도의 변화하는 각도들에서 빔들의 시퀀스를 발생하는 단계를 포함한다. 각각의 빔으로부터 반사되는 신호들의 비율은 수신기로의 오브젝트의 상승 각도가 결정되도록 한다. 그러면 타깃 오브젝트의 고도가 상승의 각도와 타깃 오브젝트의 범위로부터 계산된다.
순차 로빙 시스템에 의해 만들어지는 계산들은 이동 타깃의 상승을 결정하는 것을 시도할 때 복잡해진다. 로빙 시스템의 이 타입의 순차적 특성은 이동 타깃이 연속적인 로브들 사이의 위치를 변경하는 것을 허용한다. 부가적으로, 마이크로파 주파수들에서, 비행기와 같은 오브젝트는 사이즈가 몇 천 파장들이다. 이동을 견딜 수 없는 그러한 복잡한 오브젝트는 빔 반사에 대해 흩어지는 단면들의 넓은 범위를 제공할 것이다.
모노 펄스로 또한 알려진 동시 로빙은 두 개 또는 그 이상의 빔들을 동시에 방송하여 복잡하고 이동하는 타깃과 연관된 복잡성을 감소시킨다. 이들 빔들은 차이 및 합 빔들로서 알려져 있다. 동시 로빙 시스템은 오브젝트가 위치하는 상승 각도를 결정하기 위해 1과 -1 사이의 선형 측정을 가정하면 두 개 또는 그 이상의 빔들의 비율을 계산한다.
레이더 시스템들에 의해 계산되는 상승 각도들은 측정되는 수량보다는 항상 유도되는 것이다. 마이크로파 레이더로부터의 높이의 정확한 계산은 레이더 안테나의 위치 및 방향, 지구의 곡률, 대기의 굴절비들, 및 지구 표면의 굴절특성을 항상 고려해야 한다.
또한, 날씨와 습도가 대기에서 습도에 의해 생성되는 굴절에 기인하여 측정들에서 다양성을 또한 생성할 것이다. 예를 들어, 구름들 또는 비는 타깃 오브젝트로부터의 반사 만 아니라 직접 빔의 방향을 구부리거나 왜곡시킬 것이다.
타깃 오브젝트의 검출 및 추적에서 정밀성을 또한 제한하는 요소는 그 어떠한 전자기 신호의 송신기들에 의해 발생되는 간섭 효과 패턴들이다. 간섭 효과 패턴들은 송신기에 의해 방송되는 신호들과 송신기에 의해 방송되고 둘러싸인 지형에 의해 반사되는 신호들의 조합이다. 지형에 의해 반사되는 신호들에 의해 이동되는 부가적인 거리에 기인하여 이들은 신호들의 위상 차이들에 의해 변경된 조합된 신호를 생성하는 직접 신호들과 조합한다.
이들 및 다른 부족한 것들은 현재의 오브젝트 검출 및 추적 시스템들에 존재한다. 그러므로, 이들 문제들의 해결방안이 필요하며, 그것은 타깃 오브젝트의 고도를 더욱 정밀하게 계산하도록 특별히 설계된 오브젝트 검출 및 추적 시스템을 제공하는 것이다.
발명의 요약
따라서, 본 발명은 추적 및 검출 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 부가적인 특성들 및 장점들은 다음의 상세한 설명에서 열거될 것이며, 부분적으로 상세한 설명으로부터 명백해질 것이며, 또는 본 발명의 실시에 의해 배울 수 있을 것이다. 본 발명의 목적들 및 다른 장점들은 첨부된 도면들 뿐 만 아니라 기재된 설명 및 청구항들에서 특히 지적된 구조에 의해 실현되고 얻어질 것이다.
한 실시예에서, 본 발명은 하나 이상의 독립 송신기들에 의해 송신되는 신호들을 사용하여 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템을 포함하며, 상기 시스템은 송신되는 신호들을 수신하는 안테나, 상기 안테나에 의해 수신되는 신호들을 처리하여 신호 데이터를 발생하는 상기 안테나에 연결된 신호 처리 서브시스템, 상기 신호 처리 서브시스템으로부터 수신되는 상기 신호 데이터에 기초하여 상기 타깃 오브젝트의 위치를 포함하는 타깃 데이터를 계산하기 위한 상기 신호 처리 서브시스템에 연결되는 오브젝트 위치 처리 서브시스템으로서 상기 타깃 오브젝트에 의해 반사되는 상기 하나 이상의 송신기들로부터의 간섭 효과 패턴의 상기 안테나에 의해 수신되는 하나 이상의 신호들로부터의 신호 데이터를 포함하는 신호 데이터로부터 상기 타깃 오브젝트의 고도 데이터를 계산할 수 있는 상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템, 및 상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템으로부터 타깃 데이터를 수신하고 상기 타깃 오브젝트의 상기 타깃 데이터를 선택적으로 디스플레이하는 디스플레이 서브시스템을 포함한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 하나 이상의 독립 송신기들에 의해 송신되는 신호들을 사용하여 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템을 포함하며, 상기 시스템은 송신되는 신호들을 수신하는 안테나, 상기 안테나에 의해 수신되는 신호들을 처리하여 신호 데이터를 발생하는 상기 안테나에 연결된 신호 처리 서브시스템, 상기 신호 처리 서브시스템으로부터 수신되는 상기 신호 데이터에 기초하여 상기 타깃 오브젝트의 위치를 포함하는 타깃 데이터를 계산하기 위한 상기 신호 처리 서브시스템에 연결되는 오브젝트 위치 처리 서브시스템으로서, 3개 이상의 송신기들과 연관된 기하학적 형상들의 교차점들을 계산하여 상기 타깃 오브젝트의 위치를 계산할 수 있는 상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템, 및 상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템으로부터 타깃 데이터를 수신하고 상기 타깃 오브젝트의 상기 타깃 데이터를 선택적으로 디스플레이하는 디스플레이 서브시스템을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 하나 이상의 독립 송신기들에 의해 송신되는 신호들을 사용하여 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템을 포함하며, 상기 시스템은 송신되는 신호들을 수신하는 안테나, 수신되는 신호들을 처리하기 위한 상기 안테나에 연결된 신호 처리 서브시스템, 상기 신호 처리 서브시스템에 의해 수신되는 상기 신호 데이터에 기초하여 상기 타깃 오브젝트의 위치를 포함하는 타깃 데이터를 계산하기 위한 상기 신호 처리 서브시스템에 연결되는 오브젝트 위치 처리 서브시스템으로서 하나 이상의 송신기들의 간섭 효과 패턴으로부터의 신호 데이터를 사용하거나 3개 이상의 송신기들과 연관된 기하학적 형상들의 교차점들을 계산하여 상기 타깃 오브젝트의 위치 데이터를 선택적으로 계산할 수 있는 상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템, 및 상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템으로부터 타깃 데이터를 수신하고 상기 타깃 오브젝트의 상기 타깃 데이터를 선택적으로 디스플레이하는 디스플레이 서브시스템을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템을 포함하며, 상기 시스템은 신호들을 송신하는 하나 이상의 송신기들, 송신되는 신호들을 수신하는 안테나, 수신되는 신호들을 처리하기 위한 상기 안테나에 연결된 신호 처리 서브시스템, 상기 신호 처리 서브시스템에 의해 수신되는 상기 신호 데이터에 기초하여 상기 타깃 오브젝트의 위치를 포함하는 타깃 데이터를 계산하기 위한 상기 신호 처리 서브시스템에 연결되는 오브젝트 위치 처리 서브시스템으로서 하나 이상의 송신기들의 간섭 효과 패턴으로부터의 신호 데이터를 사용하거나 3개 이상의 송신기들과 연관된 기하학적 형상들의 교차점들을 계산하여 상기 타깃 오브젝트의 고도 데이터를 선택적으로 계산할 수 있는 상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템, 및 상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템으로부터 타깃 데이터를 수신하고 상기 타깃 오브젝트의 상기 타깃 데이터를 선택적으로 디스플레이하는 디스플레이 서브시스템을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 3개 이상의 송신기들에 의해 송신되는 신호들을 사용하여 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 방법을 포함하며, 상기 방법은 상기 3개 이상의 송신기들에 의해 방송되는 직접 신호들을 수신하는 단계, 상기 3개 이상의 송신기들에 의해 방송되고 상기 타깃 오브젝트에 의해 반사되는 반사되는 신호들을 수신하는 단계, 상기 3개 이상의 송신기들의 각각과 연관된 기하학적 형상을 계산하는 단계, 및 상기 기하학적 형상들을 사용하여 상기 타깃 오브젝트의 위치를 계산하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 하나 이상의 송신기들에 의해 송신되는 신호들을 사용하여 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 방법을 포함하고, 이것은 상기 송신기에 의한 신호 방송과 상기 송신기에 의해 방송되고 둘러싸인 지형에 의해 반사되는 신호와 조합하여 간섭 효과 패턴을 형성하며, 상기 방법은 상기 하나 이상의 송신기들에 의해 방송되는 하나 이상의 신호들을 수신하는 단계, 상기 하나 이상의 송신기들에 의해 방송되고 상기 타깃 오브젝트에 의해 반사되는 하나 이상의 반사되는 신호들을 수신하는 단계로서 상기 반사되는 신호는 상기 간섭 효과 패턴에 의해 수정되는 상기 수신하는 단계, 및 상기 간섭 효과 패턴에 의해 수정되는 상기 반사되는 신호와 상기 직접 신호를 사용하여 상기 타깃 오브젝트의 위치를 계산하는 단계를 포함한다.
앞의 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명 둘 다는 예시적이고 설명적인 것이며 청구된 바와 같은 본 발명의 부가적인 설명을 제공하는 목적이라는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 더 낳은 이해를 제공하기 위해 포함되고 통합되며 이 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면들은 본 발명의 실시예들을 도시하며 이와 함께 설명은 본 발명의 원리들을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명에 따른 수신기, 타깃 오브젝트, 및 복수의 송신기들을 도시한다.
도 2는 송신기에 의해 발생하는 간섭 효과 패턴을 묘사한다.
도 3은 본 발명에 따른 수신기의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 수신기의 또다른 실시예의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따라 3개 이상의 송신기들로부터 기하학적 측정들의 교차점들을 사용하여 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따라 하나 이상의 송신기들로부터 간섭효과 패턴을 사용하여 타깃 오브젝트의 고도를 검출 및 추적하는 방법을 보여주는 흐름도이다.
양호한 실시예들의 상세한 설명
본 발명의 다양한 실시예들에 참조가 이제 상세히 이루어질 것이며, 이것의 예들은 첨부된 도면들에 도시된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 수신기(100), 타깃 오브젝트(110), 및 복수의 송신기들(120,130, 및 140)을 보여준다. 따라서, 수신기(100)는 송신기들(120,130, 및 140)에 의해 방송되는 직접 신호들(122,132, 및 142) 및 반사되는 신호들(126,136, 및 146)을 수신한다. 반사되는 신호들(126,136, 및 146)은 송신기들(120,130, 및 140)에 의해 방송되고 타깃 오브젝트(110)에 의해 반사되는 신호들(124,134, 및 144)이다. 수신기(100)는 도달 시간 차이(TDOA), 도달 주파수 차이(FDOA, 또한 도플러 편이로 알려짐), 또는 타깃 오브젝트(110)의 위치를 검출 및 추적하기 위한 반사되는 신호들(126,136, 및 146)과 직접 신호들(122,132, 및 142)로 부터의 다른 정보를 계산한다.
하기에서 보다 상세히 논의되는 또다른 실시예들에 있어서, 송신기(120, 130, 140)들에 의해 발생되고 타깃 오브젝트(110)에 의해 반사된 추가 신호 패턴들(도 2에 도시됨) 또한 타깃 오브젝트의 위치 계산에 이용될 수 있다.
수신기(100)에 의해 사용된 송신기들(120, 130, 140)은 전형적으로는 VHF(30MHz∼300MHz) 범위의 신호들을 방송한다. 이 범위의 주파수들은 VHF Omni-directional Range(VOR) 네비게이션 시스템들 등의 무선 및 텔레비전 방송국들, 국내 기상 서비스 송신기들, 및 무선 네비게이션 비콘들을 포함할 수 있다. 또다른 실시예들 역시 VHF 범위 이외의 또는 VHF 범위와 조합한 주파수 범위들을 이용할 수 있다.
송신기들(120, 130, 140)은 수신기(100)를 제어하는 실체의 동작 제어하에 있을 수도 있고 있지 않을 수도 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는, 송신기들(120, 130, 140)에 의해 방송된 신호들은 수신기(100)를 제어하는 실체와 무관하다(즉 제어받지 않음). 예컨대, 수신기(100)는 상업용 무선 또는 텔레비전 방송들을 이용할 수 있다. 또다른 실시예들은 제어되고 독립적인 송신기들의 임의의 조합뿐만 아니라 제어된 송신기들을 이용할 수 있게 한다. 또한, 본 발명의 또 다른 실시예들은 도 1에 도시된 3개의 송신기들보다 더 적거나 더 많이 포함할 수도 있다.
본 발명의 한 실시예에서, 수신기(100)는 수신기의 수신 주파수 범위내에 수 신된 임의의 신호를 처리한다. 또다른 실시예에서, 수신기(100)는 신호들의 서브세트를 선택할 수 있다. 이 서브세트는 타깃 오브젝트의 검출 및 추적에 사용된 방송 송신기의 위치, 신호 세기, 신호 주파수 또는 임의의 다른 조건(qualification)에 기초한 최적의 서브세트일 수 있다.
본 발명은 전형적으로는 멀티스테틱 구성이다. 또다른 실시예들은 또한 수동 또는 바이스테틱 구성을 포함할 수 있다. 또한 본 발명에 따라 사용된 송신기들에 의해 발생된 신호들은 전형적으로는 VHF(very high frequency) 범위내의 연속파(continuous wave; CW) 신호들이지만, 추가적인 실시예들은 펄스된 신호들이나 CW 및 펄스된 신호들의 조합들을 이용할 수도 있다. 또다른 실시예들은 또한 VHF 이외의 주파수 범위들이나 VHF와는 다른 주파수 범위들을 이용할 수도 있다.
본 발명의 한 실시예는 각각의 송신기에 대해 타원체 등의 기하학적 형상을 계산함으로써 타깃 오브젝트의 위치의 계산을 제공한다. 기하학적 형상은 반사되는 신호, 송신기 및 수신기 위치가 이동한 전체 거리에 기초할 수 있다. 3개 이상의 형상들의 교차점은 3차원에서의 타깃 오브젝트의 위치를 제공한다. 또다른 실시예는 송신기를 둘러싸는 간섭 효과 패턴에 타깃 오브젝트가 들어간 위치를 결정함으로써 타깃 오브젝트의 고도의 계산을 포함한다.
도 2는 송신기에 의해 발생된 간섭 효과 패턴을 도시한다. 간섭 효과 패턴에 따른 고도 측정을 결정하기 위하여 수신기(100)에 대한/의한 간섭 효과 패턴의 측정이 이루어진다. 구체적으로 도 2를 참조하면, 간섭 효과 패턴(200)은 일반적으로 무선 주파수 신호들을 방송하는 장치를 둘러싼다. 송신기(230) 근방에서, 신 호(240)는 간섭 효과 패턴(200)을 전개하도록 신호들(252, 262)과 조합된다. 신호들(252, 262)이 이동한 거리에 의존하여, 신호(240)와의 조합은 동위상(in-phase), 이위상(out-of-phase) 또는 그들 사이일 수 있다. 동위상 조합은 그 결과로 얻어지는 신호의 진폭을 두 배로 하며, 이위상 조합은 상기 신호를 소거한다. 또한, 상기 조합된 신호의 빔 폭은 대략 원래 신호 것의 1/3이다. 송신기(230)에 대한 결과로 얻어지는 간섭 효과 패턴(200)은 동위상 층들(210) 및 이위상 층들(220) 간에 변화하는 양호하게 규정된 신호 층들을 제공한다. 간섭 효과 패턴(200)의 형상으로 인해, 특유의 신호 패턴은 고도가 상승할 때 간섭 효과 패턴(200)의 수평 횡단면에서 이용 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 간섭 효과 패턴(200)은 타깃 오브젝트(270)의 고도를 효과적으로 계산하는데 사용될 수 있다. 간섭 효과 패턴(200)에 들어가는 타깃 오브젝트(270)는 신호(240) 또는 다른 반사되는 신호들과 같은 방식으로 간섭 효과 패턴(200)의 신호들(252, 262)을 반사할 것이다. 본 발명의 수신기는 또한 신호(240) 또는 다른 반사되는 신호들과 같은 방식으로 상기 반사되는 신호들(252, 262)을 수신할 것이다.
본 발명에 따르면, 수신기는 타깃 오브젝트(270)에 의해 반사된 간섭 효과 패턴(200)으로부터 타깃 오브젝트의 고도를 계산한다. 간섭 효과 패턴은 수신기에 저장된다. 수신기는 간섭 효과 패턴(200)에 들어간 타깃 오브젝트가 어느 고도점에 있는가는 결정하도록 타깃 오브젝트(270)의 범위 및 방위와 상기 저장된 간섭 효과 패턴 데이터를 비교함으로써 타깃 오브젝트의 고도를 계산한다. 수신기의 실 시예는 타깃 오브젝트(270)에 대한 범위, 바위 및 고도를 동시에 계산한다. 또다른 실시예들은 임의의 시퀀스나 타임프레임에서의 범위, 방위 및 고도를 계산할 수 있다. 타깃 오브젝트의 고도의 최초 결정 이후에, 수신기는 간섭 효과 패턴(200)을 통과할 때 타깃 오브젝트(270)의 고도를 추적한다.
평탄면에 위치한 송신기(230)에 대해, 간섭 패턴(200)과 연관된 간섭 패턴 데이터는 송신기의 신호에 대해 알려진 기본적인 기하 및 데이터를 이용하여 계산될 수 있다. 평타하지 않은 지형에 대해서는, 다른 표면 구조 데이터뿐만 아니라 토포그라피 데이터가 도입되어 간섭 패턴 데이터의 계산의 추가적인 정확도를 제공할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 간섭 패턴 데이터는 외부 간섭 계산 도구에 의해 개개의 송신기들에 대해 계산되어진다. 다음으로 간섭 계산 도구에 의해 생성된 데이터는 수신기에 로딩된다. 또다른 실시예는 수신기와 통합되도록 간섭 계산 도구를 제공한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따르는 수신기(100)의 블록도이다. 수신기(100)는 안테나(310), 신호 처리 서브시스템(320), 타깃 오브젝트 위치 처리 서브시스템(330) 및 디스플레이 서브시스템(340)을 포함한다. 서브시스템 각각은 통신 링크에 의해 상호접속되고, 상기 통신 링크는 시스템 버스, 네트워크 접속, 무선 네트워크 접속 또는 임의의 다른 적당한 통신 링크일 수 있다.
안테나(310)는 타깃 오브젝트에 의해 반사된 각종 신호들뿐만 아니라 송신기에 의해 방송된 신호들을 포함하는 전자기 전송들을 수신한다. 안테나(310)는 수 신기(100)의 수반된 실시예에 의해 이용된 신호들의 주파수 범위를 수신할 수 있는 임의의 유형일 수 있다. 예컨대, 안테나(310)의 각종 실시예들은 선형 위상 어레이, 단일 소자 안테나 또는 윕 안테나를 포함한다. 또다른 실시예들은 또한 각종 안테나 유형들의 조합들을 포함한다.
신호 처리 서브시스템(320)은 안테나(310)의 출력을 수신한다. 한 실시예에서, 신호 처리 서브시스템(320)은 특정 주파수 범위 플러스 또는 마이너스 예정된 편차의 전송들을 수신하도록 동조될 수 있다. 편차는 신호 주파수들에서의 예측된 도플러 편이를 허용하도록 조정(coordinated)될 수 있다. 신호 처리 서브시스템의 한 실시예는 신호들 및 반사되는 신호들을 디지털화하고, 타깃 오브젝트 위치 처리 서브시스템(330)에 신호들을 나타내는 디지털화된 데이터를 출력한다. 또다른 실시예는 타깃 오브젝트 위치 처리 서브시스템(330)에 아날로그 데이터를 출력할 수도 있다.
타깃 오브젝트 위치 처리 서브시스템(330)은 신호 처리 서브시스템(320)으로부터 신호 데이터를 수신한다. 타깃 오브젝트 위치 처리 서브시스템(330)은 범위 처리 소자(332), 방위 처리 소자(334) 및 고도 처리 소자(336)를 포함한다. 타깃 오브젝트 위치 처리 서브시스템(330)은 타깃 오브젝트의 3차원 위치를 계산한다. 범위 처리 소자(332), 방위 처리 소자(334) 및 고도 처리 소자(336)에 의해 이루어진 각종 계산들은 리던던트해질 수도 있다.
또다른 실시예들에서, 리던던트한 계산들은 각종 소자들(332, 334, 336)에 의해 이루어진 측정들을 유효화하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 고도 계산은 또한 범위 또는 방위 측정을 제공한다. 이들 범위 및 방위 측정들은 상기 측정들이나 고도 처리 소자(336)의 허용오차들을 유효화하도록 범위 처리 소자(332) 또는 방위 처리 소자(334)에 의해 계산된 범위 또는 방위 측정들에 비교될 수 있다. 또다른 실시예는 이들 측정이 고도 소자(336)에 의해 이루어질 때, 범위 소자(332) 및 방위 소자(334)의 계산을 제거하는 등의 리던던트한 정보의 계산을 회피할 수도 있다.
타깃 오브젝트의 범위, 방위 및 고도 소자들(332, 334, 336)을 포함하는 타깃 오브젝트 위치 처리 서브시스템(330)은 단일 처리 유닛으로 존재할 수도 있다. 마찬가지로, 신호 처리 서브시스템(320) 및 타깃 오브젝트 위치 처리 서브시스템(330)은 단일 처리 유닛으로 존재할 수 있다. 또다른 실시예들은 하나 이상의 처리 유닛들상에 상주하도록 또는 하나 이상의 처리기들에 걸친 각종 조합들로 조합되어 상주하도록 각각의 서브시스템 및 특징을 제공한다.
고도 처리 소자(336)는 간섭 효과 패턴 또는 기하학적 형상 계산의 이용을 포함하여, 타깃 오브젝트의 고도를 계산하는 각종 방법들을 제공한다. 기하학적 형상 계산들은 수신기(100) 및 송신기들의 알려진 위치, 및 각각의 송신기와 연관된 기하학적 형상들을 계산하도록 반사되는 신호가 이동한 거리를 이용할 수도 있다.
3개의 송신기들에 대한 기하학적 형상의 교차점은 타깃 오브젝트가 위치해 있는 2개의 점을 제공한다. 일반적으로, 점들 중 하나는 타깃 오브젝트에 대한 가망없는 위치로서 실행될 수 있다. 예컨대, 두 개의 교차점들중 하나는 지구의 표 면 아래에 있을 수도 있다. 비행 타깃 오브젝트를 추적하는 경우, 이 점은 명확하게 제외될 수 있다. 3개 이상의 기하학적 형상들의 교차점은 단일 점을 제공하고 추가적인 송신기들이 기하학적 형상 측정들을 생성하는데 사용될 때 정밀도를 향상시킬 수 있게 한다. 정밀도 증대는 추가적인 측정들에 의해 제공된 각종 교차점 계산들의 통계적 확인에 의해 제공된다. 또다른 실시예에서, 명확하게 통계적으로 허용 가능한 정확도 밖에 있는 기하학적 형상 측정들을 제공하는 송신기들은 현재 측정들로부터 제외될 수 있다.
또다른 실시예에 따라, 고도 처리 소자(336)는 또한, 고도 계산에 이용된 각각의 송신기에 대해 계산된 간섭 효과 패턴 데이터를 사용하여 타깃 오브젝트의 고도의 계산을 제공한다. 앞서 논의한 바와 같이, 전자기 에너지를 방송하는 송신기들은 다중 방향에서 신호의 사이드로브(side-lobe)를 포함하여 에너지를 방송한다. 지형(terrain)을 향한 에너지는 반사되고, 반사되는 신호가 이동한 거리에 의존하여 동위상 및 이위상 간의 가변 정도에서 신호들과 조합한다. 조합된 신호들은 동위상 및 이위상 층들 간에 변화하는 에너지의 패턴들을 형성하는 송신기를 둘러싸는 간섭 효과 패턴을 생성한다.
각각의 층은 송신기로부터 떨어져서 상승하는 고도의 증가시에 송신기로부터의 거리를 증가시킨다. 일반적으로 고도 증가시에 확장된 간섭 효과 패턴의 수평 횡단면은 고도의 상이한 레벨들에서 특유의 패턴을 제공한다. 특정 범위, 방위 및 고도에서 간섭 효과 패턴에 들어가는 타깃은 송신기로부터의 특정 위치에서의 간섭 패턴에 들어갈 것이다. 일단 타깃 오브젝트가 간섭 효과 패턴에 들어가면, 그것의 고도는 그것이 패턴의 각 층들에 들어가고 나올 때 모니터링될 수 있다.
타깃 오브젝트 위치 처리 서브시스템(330)은 디스플레이 서브시스템(340)과 접속되고, 디스플레이 서브시스템(340)에 타깃 오브젝트 데이터를 제공한다. 디스플레이 서브시스템(340)은 타깃 오브젝트 위치 처리 서브시스템(330)에 의해 계산된 정보를 선택적으로 디스플레이한다. 디스플레이 서브시스템(340)은 LCD 또는 CRT 디스플레이 튜브, 프로젝션 스크린, 또는 사용자에게 디스플레이 정보를 나타낼 수 있는 임의의 다른 장치를 포함할 수 있다.
디스플레이 정보는 범위, 방위 및 고도에서의 타깃 오브젝트 위치, 현재 속도, 이동 거리 등을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예들은 타깃 오브젝트의 아이콘 표현을 제공한다. 속도, 고도 등의 추가적인 타깃 오브젝트 정보는 아이콘 이미지에 선택적으로 부가될 수 있다. 한 실시예에서, 디스플레이 서브시스템(340)은 수신기에 의해 모니터링되는 영역의 맵 이미지 배경을 디스플레이한다. 맵 이미지는 통상적인 도로 아틀라스 스타일 맵, 위성 이미지 또는 모니터링된 위치를 나타내는 임의의 다른 이미지일 수 있다. 타깃 오브젝트는 맵 이미지상에 각종 방식으로 나타내어질 수 있다. 또다른 실시예는 그 타깃 오브젝트에 의한 경로를 나타내는 타깃 오브젝트에 대해 디스플레이되는 경로 추적을 제공한다. 또다른 실시예들은 수신기, 송신기 또는 지표 표시자들의 디스플레이를 제공한다.
도 4는 본 발명에 따르는 수신기(100)의 또다른 실시예의 블록도이다. 이 실시예는 또한, 안테나(310), 신호 처리 서브시스템(320), 타깃 오브젝트 위치 처리 서브시스템(330), 디스플레이 서브시스템(340)을 포함한다. 서브시스템들 각각 은 통신 링크에 의해 상호접속되고, 상기 통신 링크는 시스템 버스, 네트워크 접속, 무선 네트워크 접속 또는 임의의 다른 적당한 통신 링크일 수 있다.
도 4를 참조하면, 안테나(310)는 전자기 전송들을 수신하고 그것들을 신호 처리 서브시스템(320)에 제공한다. 신호 처리 서브시스템(320)은 신호 데이터를 타깃 오브젝트 위치 처리 서브시스템(330)에 제공한다. 타깃 오브젝트 위치 처리 서브시스템(330) 내에서, 타깃 오브젝트 위치 처리기(410)는 신호 데이터를 수신한다. 타깃 오브젝트 위치 처리기(410)는 범위 처리 소자(332), 방위 처리 소자(334), 및 고도 처리 소자(336)와 상호접속된다. 타깃 오브젝트 위치 처리기는 신호 처리 서브시스템(320)으로부터 디지털화된 신호 데이터를 수신하고, 타깃 오브젝트 위치 처리 서브시스템(330)의 처리 소자들(332,334,336) 중에서 타깃 오브젝트의 위치의 3차원 성분들의 처리를 조정한다. 타깃 오브젝트 위치 처리기(410)는 또한 검출 시에 사용되는 데이터를 기억하고 검출하며 타깃 오브젝트의 계산들을 추적(track)하기 위한 데이터 저장소(420)에 액세스한다.
타깃 오브젝트 위치 처리기(410)는 단일 처리기 또는 복수의 처리기들일 수 있다. 범위 처리 소자(332), 방위 처리 소자(334), 및 고도 처리 소자(336)에 의해 사용되는 처리기, 또는 처리기들은 타깃 오브젝트 위치 처리기(410)로서 사용되는 동일한 처리기 또는 처리기들일 수 있다. 또 다른 실시예들은 다양한 처리 소자들을 위한 전용 처리기 또는 처리기들 또는 그 소자들과 처리기들의 다양한 조합들을 제공한다.
도 4에 도시된 실시예의 고도 처리 소자(336)는 고도 처리기(430), 기하학적 형상 소자(geometric shape element:440), 및 간섭 효과 소자(interference effect element:450)를 포함한다. 고도 처리기(430)는 타깃 오브젝트의 고도를 계산할 때 기하학적 형상 소자(440) 및 간섭 효과 소자(450)의 선택을 조정한다. 또 다른 실시예들은 기하학적 형상 소자(440) 및 간섭 효과 소자(450) 양자에 대한 고도 계산을 초기화하거나, 다양한 환경들 하에서 간섭 효과 계산들이나 기하학적 계산들을 제거하는 성능을 갖춘 고도 처리기를 제공한다. 또 다른 실시예에서, 고도 처리기(430)는 타깃 오브젝트의 고도를 계산하기 위해서 최상의 고도 소자, 기하학적 형상 소자(440), 또는 간섭 효과 소자(450)를 선택한다.
다양한 환경들에서의 계산들의 저하된 효율성들로 인해, 고도 소자의 선택이 유용하다. 예를 들면, 정확도의 기하학적 희석(dilution)은 기하학적 형상 접근(geometric shape approach)에 대해 증가하는 거리들을 넘어 증대된다. 넓은 거리들에 대해, 수신기, 송신기들, 및 타깃 오브젝트는 실질적으로 공통평면이며, 따라서, 높이의 함수가 0에 접근할 때 신호의 도달 시간차의 부분 도함수(partial derivative)이다.
간섭 효과 측정은 타깃 오브젝트가 간섭 효과 패턴에 의해 수정된 신호로 비추어지게 되는 경우, 시도되며, 가능하다. 그러므로, 간섭 효과 계산은 타깃 오브젝트가 하나 이상의 송신기들의 간섭 효과 패턴 내에 있을 때에만 유용하다.
기하학적 형상 소자는 구성 데이터 저장소(442), 기하학적 형상 처리기(444), 및 초점들 데이터 저장소(446)를 포함한다. 구성 데이터 저장소(442) 는 기하학적 형상 계산에 사용되는 구성 데이터를 유지한다. 구성 데이터는 계산을 위해 허용 가능한 범위 한계들과 같은 정보를 포함할 수 있어, 기하학적 형상 소자(440)로 하여금 기하학적 형성 계산들, 계산을 위해 사용될 다수의 송신기들, 또는 계산에 유용할 수 있는 임의의 다른 구성 정보를 포함하거나 배제하도록 고도 처리기(430)에 알리는 것을 가능하게 한다.
기하학적 형상 처리기(440)는 기하학적 형상 계산들을 처리한다. 상술한 바와 같이, 이 처리기는 기하학적 형성 계산에 전용된 단일 처리기 또는 다수의 처리기들일 수 있으며, 또는 수신기(100)의 다른 기능들과 공유되는 처리기 또는 처리기들일 수 있다.
초점들 데이터 저장소(446)는 각각의 송신기 및 수신기의 물리적인 위치들을 유지한다. 기하학적 형상 계산에 사용되는 수신기와 각각의 송신기가 개개의 기하학적 형상 측정들에 대한 초점이 될 수 있다.
이제, 간섭 효과 소자(450)로 돌아가 보자. 간섭 효과 소자(450)는 간섭 데이터 저장소(454)에 접속된 간섭 효과 처리기(452)를 포함한다. 앞서 상술한 처리기들과 같이, 간섭 효과 처리기는 간섭 효과 고도 계산에 전용된 단일 처리기 또는 다수의 처리기들일 수 있으며, 또는 수신기(100)의 다른 기능들과 공유되는 처리기 또는 처리기들일 수 있다.
간섭 데이터 저장소들(454)은 모니터링된 영역 내의 송신기들 각각에 대한 간섭 효과 계산 도구에 의해 생성되는 간섭 효과 패턴 데이터를 기억한다. 각각의 송신기에 대한 간섭 효과 패턴 데이터는 송신기에 의해 출력된 신호, 송신기 주변 지형에 대한 토포그라피컬 정보(topographical information), 송신기 주변에서 생성되는 간섭 효과의 정확한 시뮬레이션을 제공하는 임의의 다른 상수 또는 가변 데이터에 기초한다. 또 다른 실시예는 간섭 효과 소자(450)에 의해 기억되고 사용될 각각의 송신기에 대한 다수 세트들의 간섭 효과 데이터를 제공한다.
일 실시예에서, 간섭 효과 계산 도구(460)는 간섭 효과 패턴 데이터를 로딩(loading)하기 위한 간섭 데이터 저장소(454)에 접속되고, 그 데이터가 로딩된 후에 접속해제된다. 또 다른 실시예는 수신기에 간섭 효과 계산 도구(460)를 포함시킨다.
데이터는 타깃 오브젝트 위치 처리 서브시스템(330)에 의해 디스플레이를 위해 디스플레이 서브시스템(340)으로 출력된다. 디스플레이 데이터 저장소(470)는 디스플레이 서브시스템(340)에 대한 위치를 제공하는 디스플레이 서브시스템에 접속되어 역사적인 타깃 오브젝트 데이터 또는 다양한 다른 디스플레이 데이터를 기억한다.
도 5는 본 발명에 따른 3개 이상의 송신기들로부터의 기하학적 측정들의 간섭을 이용하여 타깃 오브젝트를 검출하고 추적하기 위한 방법을 보여주는 흐름도이다. 특히, 그 과정은 3개 이상의 송신기들로부터 방송된 신호들을 수신함으로써 초기화한다(단계 510). 본 발명에 따라, 3개 이상의 송신기들로부터 신호들을 수신하는 단계(단계 510)는 송신기들로부터 방송되고 타깃 오브젝트에 의해 반사되는 신호들을 수신할 뿐만 아니라, 송신기들로부터 직접 방송되는 신호들을 수신하는 것을 포함한다(단계 512). 일 실시예에서, 신호들 수신하는 단계(단계 512) 및 신호를 반사하는 단계(단계 514)가 동시에 일어난다. 수신 단계들의 시퀀스 또는 타임프레임(timeframe)이 필요에 따라 수정되거나 조절될 수 있으며 도시된 것으로부터 변경될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
그후, 반사되는 신호들 각각에 의해 이동된 거리가 계산된다(단계 520). 반사되는 신호에 의해 이동된 거리는 송신기와 수신기간의 알려진 거리, 및 반사되는 신호의 이동시간으로 결정될 수 있다. 송신기 및 수신기의 알려진 위치들로, 그것들 간의 거리가 수신기에 의해 용이하게 계산될 수 있으며 수신기에 입력될 수 있다. 직접 및 반사되는 신호들이 이동하는 일정한 속도, 빛의 속도로 인해, 반사되는 신호에 의해 이동된 부가적인 시간을 계산하는 것은 반사되는 신호의 총 이동거리를 계산하기 위한 성능을 제공한다. 직접 신호 및 반사되는 신호 양자를 모니터링함으로써, 이동시간은 직접 신호와 반사되는 신호간의 도달 시간차를 판정함으로써 계산될 수 있다.
반사되는 신호에 의해 이동된 총 거리를 알면, 기하학적 형상은 그 형상의 위치 상에 위치되는 타깃 오브젝트로 공식화된다(단계 530). 예를 들면, 타원체와 같은 기하학적 형상은 수신기의 위치, 반사되는 신호를 방송하는 송신기의 위치, 및 반사되는 신호에 의해 이동된 총 거리를 이용하여 계산될 수 있다. 타원체의 초점은 두 개의 초점들로부터 동일한 총 거리(즉, 반사되는 신호에 의해 이동된 거리)를 갖는 모든 지점들로부터 형성된다. 그러므로, 타깃 오브젝트는 계산된 타원체의 위치 상에 위치된다.
일단 3개 이상의 기하학적 형상들이 계산되며, 기하학적 형상들의 교차(intersection)가 해소된다(단계 540). 각각의 기하학적 형상이 위치 상에 위치되는 타깃 오브젝트로 유도되므로, 기하학적 형상들에 대한 교차점은 타깃 오브젝트의 위치를 나타낸다. 계산된 기하학적 형상으로서 타원체 또는 구(sphere)를 계산하는 실시예에 대해, 3개의 송신기들은 타깃 오브젝트가 위치될 수 있는 두 개의 교차점들을 제공한다. 위에 상술한 바와 같이, 이들 지점들 중 하나는 일반적으로 이용할 수 없는 것으로서 배제될 수 있다. 교차하는 형상 계산들을 제공하는 4개의 송신기들은 단일 교차점을 가능하게 한다. 부가적인 송신기들은 타깃 오브젝트의 위치를 나타내는 교차점의 부가적인 수정을 가능하게 함으로써 높은 정확도를 제공한다.
타원체 측정을 이용한 실시예에 대해, 각 타원체에 대한 초점 위치들은 수신기 FR 및 각각의 송신기들 F1,F2,F3,...,FN 로 알려진다. 각 초점 쌍(FR,FN)에 대해, 타깃 오브젝트는 타원체의 초점 상의 지점 PN에 위치되고, 반사되는 신호(송신기(FN) -> 타깃 오브젝트(P)-> 수신기(F))에 의해 이동된 총 거리(DN)는 초점에 대한 거리를 제공한다. 총 거리(DN)는 또한 타원체의 반-축들(semi-axes)(aN,bN,cN)을 계산하기 위해 필요한 측정치이다. 예를 들면, FR 및 FN은 x 축(F(f,0.0) 및 FN(-f,0,0) 상에 위치되고, 타원
Figure 112003041604204-pct00001
의 공식에 기초하며, 반사되는 신호의 총 이동거리(DN)는 2aN과 같다. 일정한 거리 2aN를 갖는 타원에 대 해, y와 z 거리에서 반-축들의 거리는 bN=cN과 같을 것이다; 그러므로, y와 z의 반-축들의 교차에 대한 초점으로부터의 거리는 a이다. 따라서, y와 z 방향에서 반-축들은 다음의 방식으로 계산될 수 있다. aN 2=bN 2+fN 2
반-축들(aN,bN,cN)은 송신기들 각각에 대해 유사한 방식으로 계산된다. 타깃 오브젝트의 위치인 교차점이 풀리는데, 여기에서 3차원 좌표들 x,y,z는 타깃 오브젝트의 3차원 위치가 되는 타원들 각각에 대해 등가이다.
이동하는 타깃 오브젝트의 위치를 모니터링하기 위해서, 기하학적 형상들의 계산들은 오브젝트가 위치를 수정함에 따라 갱신된다. 일 실시예에서, 계산들은 타깃 오브젝트의 현재 위치를 제공하기 위해 실시간으로 처리된다. 또 다른 실시예들은 처리를 위해 신호 데이터를 기억하거나, 차후에 리뷰(review)할 수 있다.
도 6은 하나 이상의 송신기들로부터 간섭 효과 패턴을 사용하여 타깃 오브젝트의 고도를 검출하고 추적하기 위한 방법을 보여주는 흐름도이다. 도 6에서 단계들의 시퀀스 또는 타임프레임은 필요에 따라 수정되거나 조절될 수 있으며 도시된 것에서 변할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 앞서 상술한 바와 같이, 간섭 효과 패턴은 무선-주파수 신호들(radio-frequency signals)을 방송하는 송신기 주변에서 발생된다. 송신기에 의해 방송된 신호들은 간섭 효과 패턴을 생성하기 위해 지형(terrain)에 의해 반사되는 신호들과 조합한다.
도 6을 참조하면, 각각의 송신기 또는 송신기들의 세트에 대한 간섭 효과 패턴을 나타내는 간섭 효과 패턴 데이터는 선택된 영역이 수신기에 의한 사용을 위해 계산되고 기억되는 모니터링에 사용된다(단계 610). 계산된 간섭 효과 패턴 데이터는 일반적으로 고도 계산 동안 액세스를 용이하게 하기 위해 데이터 저장소에 저장된다. 일 실시예에서, 간섭 효과 계산 도구는 수신기 내의 간섭 효과 데이터 저장소에 간섭 효과 패턴 데이터를 준비하고 로딩한다. 또 다른 실시예에서, 간섭 효과 계산 도구는 수신기와 통합된다.
상기 방법에 따라, 수신기는 송신기에 의해 방송된 신호들, 및 송신기에 의해 방송되고 타깃 오브젝트에 의해 반사되는 신호들을 수신한다(단계 620). 타깃 오브젝트가 간섭 효과 패턴에 입력하므로, 타깃 오브젝트는 간섭 효과 패턴에 의해 수정되는 것에 따라 신호를 반사한다.
수신기는 신호들 및 반사되는 신호들을 모니터링함으로써 타깃 오브젝트의 범위 및 방위를 계산한다(단계 630). 신호들 및 반사되는 신호들을 모니터링함으로써, 반사되는 신호들의 도달 주파수 차뿐만 아니라 도달 시간차는 상기 범위 및 방위의 계산에 대한 데이터를 제공하는데 사용될 수 있다.
수신기는, 간섭 효과 패턴 데이터가 타깃 오브젝트의 고도를 결정하기 위해 데이터 저장소 내에 위치되는 간섭 효과 패턴에 의해 수정됨에 따라, 범위, 방위, 및 반사되는 신호를 비교한다(단계 740). 증가하는 고도에서 간섭 효과 패턴의 확장 특성은 다른 고도들에서 독특한 수평 횡단면들(horizontal cross-sections)을 제공한다. 교차점은 간섭 효과 패턴에 의해 수정되고 타깃 오브젝트에 의해 반사되는 신호와, 어떠한 고도에서 타깃 오브젝트가 입력되어야 하고, 또는 간섭 효과 패턴 내에 현재 위치되는 지를 결정하기 위해 간섭 효과 패턴 데이터를 갖는 타깃 오 브젝트의 현재 범위와 방위를 비교하기 위해 템플릿을 제공한다. 간단히, 특정 범위, 방위, 및 고도에서 타깃 오브젝트는 간섭 효과 패턴의 식별가능부에 의해 수정된 신호를 반사할 것이다.
타깃 오브젝트가 간섭 효과 패턴에 입력된 후, 간섭 효과 패턴에 의해 수정되는 바에 따른 반사되는 신호는 타깃 오브젝트가 간섭 효과 패턴을 통해 이동함에 따른 고도의 임의 변경들을 추적하도록 모니터링된다(단계 650). 위에서 논의된 것과 동일한 방식으로, 간섭 효과 패턴의 교차점들은 수신기가 타깃 오브젝트의 고도를 모니터링하게 하는 간섭 효과 패턴에 대해 비교하기 위해 반사되는 신호를 제공한다.
기술분야의 숙련자들에게는, 본 발명의 사상이나 범위에서 벗어남이 없이 본 발명 내에서 다양한 변형들 및 변경들을 만들 수 있다는 것이 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명은 임의의 청구항들 및 그것들의 등가물의 범위내에 있는 본 발명의 변형들 및 변경들을 포괄하고자 한다.

Claims (42)

  1. 하나 이상의 독립 송신기들에 의해 송신된 직접 신호들(direct signals) 및 상기 하나 이상의 독립 송신기들에 의해 송신되고, 타깃 오브젝트에 의해 반사된 반사 신호들을 사용하여 상기 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템에 있어서,
    상기 직접 및 반사 신호들을 수신하는 안테나;
    상기 안테나에 의해 수신된 상기 직접 및 반사 신호들을 처리하여 신호 데이터를 생성하는 상기 안테나에 연결된 신호 처리 서브시스템;
    상기 신호 처리 서브시스템으로부터 수신된 상기 신호 데이터에 기초하여 상기 타깃 오브젝트의 위치를 포함하는 타깃 데이터를 계산하기 위해 상기 신호 처리 서브시스템에 연결된 오브젝트 위치 처리 서브시스템으로서, 상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템은 상기 하나 이상의 송신기들 중 하나의 송신기로부터의 표면 반사 신호와 상기 직접 신호의 조합에 의해 생성된 간섭 효과 패턴 신호로부터 계산되고, 상기 타겟 오브젝트에 의해 반사되며, 상기 안테나에 의해 수신된 신호 데이터를 사용하여 상기 타겟 오브젝트의 고도 데이터를 계산하는, 상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템; 및
    상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템으로부터, 상기 고도 데이터를 포함하는, 타깃 데이터를 수신하고 상기 타깃 오브젝트의 상기 타깃 데이터를 선택적으로 디스플레이하는 디스플레이 서브시스템을 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템은 상기 신호 처리 서브시스템으로부터 수신된 상기 신호 데이터로 상기 타깃 오브젝트의 범위를 계산하는 범위 처리 소자를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템은 상기 신호 처리 서브시스템으로부터 수신된 상기 신호 데이터로 상기 타깃 오브젝트의 방위를 계산하는 방위 처리 소자를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템은 상기 신호 처리 서브시스템으로부터 수신된 상기 신호 데이터로 상기 타깃 오브젝트의 고도를 계산하는 고도 처리 소자를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템은 상기 간섭 효과 패턴 신호의 전용 처리를 위한 간섭 효과 소자를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 간섭 효과 소자는 상기 간섭 효과 패턴 신호로부터의 상기 신호 데이터를 처리하는 간섭 효과 처리기를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 간섭 효과 소자는 상기 하나 이상의 독립 송신기들 각각에 대한 간섭 효과 패턴 데이터를 수신하고 저장하는 간섭 효과 패턴 데이터 저장소를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 독립 송신기들에 대한 상기 간섭 효과 패턴 데이터는 상기 시스템에 적응적으로 접속하고 상기 간섭 효과 패턴 데이터를 상기 간섭 효과 패턴 데이터 저장소에 전송하는 간섭 효과 계산 도구에 의해 미리-계산되는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 독립 송신기들에 대한 상기 간섭 효과 패턴 데이터는 상기 간섭 효과 처리기에 의해 계산되는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 간섭 효과 패턴 서브시스템은 로컬 토포그라피(local topography)에 상기 하나 이상의 독립 송신기들에 대한 간섭 효과 패턴 데이터를 조정하는 토포그라피컬 데이터 저장소를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템은 상기 신호 처리 서브시스템으로부터 신호 데이터를 수신하고 상기 타깃 오브젝트의 위치 계산들을 조정하는 타깃 오브젝트 위치 처리기를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  12. 하나 이상의 독립 송신기들에 의해 송신된 신호들을 사용하여 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템에 있어서,
    상기 송신된 신호들을 수신하는 안테나;
    상기 안테나에 의해 수신된 신호들을 처리하여 신호 데이터를 생성하는 상기 안테나에 연결된 신호 처리 서브시스템;
    상기 신호 처리 서브시스템으로부터 수신된 상기 신호 데이터에 기초하여 상기 타깃 오브젝트의 위치를 포함하는 타깃 데이터를 계산하기 위해 상기 신호 처리 서브시스템에 연결된 오브젝트 위치 처리 서브시스템으로서, 상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템은 3개 이상의 송신기들과 연관된 기하학적 형상들의 교차점들을 계산하여 상기 타깃 오브젝트의 위치를 계산하고, 각 기하학적 형상은 하나의 송신기, 고정된 점들로서 상기 안테나 및 상기 기하학적 형상의 궤적 상의 점으로서 상기 타깃 오브젝트를 사용하여 계산되는, 오브젝트 위치 처리 서브시스템; 및
    상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템으로부터 타깃 데이터를 수신하고 상기 타깃 오브젝트의 상기 타깃 데이터를 선택적으로 디스플레이하는 디스플레이 서브시스템을 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템은 상기 신호 처리 서브시스템으로부터 수신된 상기 신호 데이터로 상기 타깃 오브젝트의 범위를 계산하는 범위 처리 소자를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템은 상기 신호 처리 서브시스템으로부터 수신된 상기 신호 데이터로 상기 타깃 오브젝트의 방위를 계산하는 방위 처리 소자를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템은 상기 신호 처리 서브시스템으로부터 수신된 상기 신호 데이터로 상기 타깃 오브젝트의 고도를 계산하는 고도 처리 소자를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템은 각 송신기, 타깃 오브젝트 및 안테나 집단화(antenna grouping)와 관련된 기하학적 형상들 및 상기 계산된 기하학적 형상들의 교차점을 계산하는 기하학적 형상 소자를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 기하학적 형상 소자는 상기 기하학적 소자 계산에서 사용된 구성 데이터를 저장하는 구성 데이터 저장소를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 기하학적 형상 소자는 기하학적 형상 처리기를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 기하학적 형상 소자는 상기 안테나 및 상기 하나 이상의 송신기들의 물리적 위치들을 저장하는 포커스들 데이터 저장소를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템은 상기 신호 처리 서브시스템으로부터 신호 데이터를 수신하고 상기 타깃 오브젝트의 위치 계산들을 조정하는 타깃 오브젝트 위치 처리기를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  21. 하나 이상의 독립 송신기들에 의해 송신된 신호들을 사용하여 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템에 있어서,
    상기 송신된 신호들을 수신하는 안테나;
    수신된 신호들을 처리하기 위한 상기 안테나에 연결된 신호 처리 서브시스템;
    상기 신호 처리 서브시스템에 의해 수신된 상기 신호 데이터에 기초하여 상기 타깃 오브젝트의 위치를 포함하는 타깃 데이터를 계산하기 위해 상기 신호 처리 서브시스템에 연결된 오브젝트 위치 처리 서브시스템으로서, 상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템은 상기 하나 이상의 송신기들 중 하나의 송신기에 의해 생성되고 상기 타깃 오브젝트에 의해 반사된 간섭 효과 패턴으로부터 계산된 신호 데이터를 사용하거나 3개 이상의 송신기들과 연관된 기하학적 형상들의 교차점들을 계산함으로써, 상기 타깃 오브젝트의 고도 데이터를 선택적으로 계산하고, 각 기하학적 형상은 하나의 송신기, 고정된 점들로서 상기 안테나 및 상기 기하학적 형상의 궤적 상의 점으로서 상기 타깃 오브젝트를 사용하여 계산되는, 상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템; 및
    상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템으로부터 타깃 데이터를 수신하고 상기 타깃 오브젝트의 상기 타깃 데이터를 선택적으로 디스플레이하는 디스플레이 서브시스템을 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템은 상기 신호 처리 서브시스템으로부터 수신된 상기 신호 데이터로 상기 타깃 오브젝트의 고도를 계산하는 고도 처리 소자를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 고도 처리 소자는 상기 타깃 오브젝트에 의해 반사된 상기 간섭 효과 패턴으로부터의 데이터를 사용하여 타깃 오브젝트의 고도를 계산하는 간섭 효과 소자를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 간섭 효과 소자는 간섭 효과 처리기를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 간섭 효과 소자는 상기 하나 이상의 송신기들 각각에 대한 간섭 효과 패턴 데이터를 수신하고 저장하기 위한 간섭 효과 패턴 데이터 저장소를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 고도 처리 소자는 3개 이상의 송신기들과 연관된 상기 기하학적 형상들의 교차점을 결정하여 상기 타깃 오브젝트의 위치를 계산하는 기하학적 형상 처리 소자를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  27. 제 21 항에 있어서,
    상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템은 상기 신호 처리 서브시스템으로부터 신호 데이터를 수신하고 상기 타깃 오브젝트의 위치 계산들을 조정하는 타깃 오브젝트 위치 처리기를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  28. 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템에 있어서,
    신호들을 송신하는 하나 이상의 송신기들;
    상기 송신된 신호들을 수신하는 안테나;
    수신된 신호들을 처리하기 위한 상기 안테나에 연결된 신호 처리 서브시스템;
    상기 신호 처리 서브시스템에 의해 수신된 상기 신호 데이터에 기초하여 상기 타깃 오브젝트의 위치를 포함하는 타깃 데이터를 계산하기 위해 상기 신호 처리 서브시스템에 연결된 오브젝트 위치 처리 서브시스템으로서, 상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템은 상기 하나 이상의 송신기들 중 하나의 송신기에 의해 생성되고 상기 타깃 오브젝트에 의해 반사된 간섭 효과 패턴으로부터 계산된 신호 데이터를 사용하거나 3개 이상의 송신기들과 연관된 기하학적 형상들의 교차점들을 계산함으로써, 상기 타깃 오브젝트의 고도 데이터를 선택적으로 계산하고, 각 기하학적 형상은 하나의 송신기, 고정된 점들로서 상기 안테나 및 상기 기하학적 형상의 궤적 상의 점으로서 상기 타깃 오브젝트를 사용하여 계산되는, 상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템; 및
    상기 오브젝트 위치 처리 서브시스템으로부터 타깃 데이터를 수신하고 상기 타깃 오브젝트의 상기 타깃 데이터를 선택적으로 디스플레이하는 디스플레이 서브시스템을 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 시스템.
  29. 3개 이상의 송신기들에 의해 송신된 신호들을 사용하여 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 방법에 있어서,
    상기 3개 이상의 송신기들에 의해 방송된 직접 신호들을 수신기에 의해 수신하는 단계;
    상기 3개 이상의 송신기들에 의해 방송되고 상기 타깃 오브젝트에 의해 반사된 반사 신호들을 상기 수신기에 의해 수신하는 단계;
    상기 송신기 및 고정된 참조 점들로서 상기 수신기 및 상기 기하학적 형상의 궤적 상의 점으로서 상기 타깃 오브젝트의 위치를 사용하여 상기 3개 이상의 송신기들의 각각에 대한 기하학적 형상을 계산하는 단계; 및
    상기 기하학적 형상들의 궤적 값들로 상기 타깃 오브젝트의 위치를 계산하는 단계를 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    기하학적 형상을 계산하는 상기 단계는:
    상기 송신기와 상기 수신기 사이의 거리를 계산하는 단계;
    상기 송신기로부터 상기 수신기까지 상기 반사 신호에 의해 이동된 거리를 계산하는 단계; 및
    계산된 거리들에 기초하여 상기 기하학적 형상에 대한 위치 값들과 상기 송신기 및 수신기의 위치들을 계산하는 단계를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 반사 신호에 의해 이동된 거리를 계산하는 상기 단계는 상기 반사 신호의 도달 시간 차이를 계산하는 단계를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 방법.
  32. 제 29 항에 있어서,
    기하학적 형상을 계산하는 상기 단계는 타원체를 계산하는 단계를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 방법.
  33. 제 29 항에 있어서,
    상기 타깃 오브젝트의 위치를 계산하는 상기 단계는 상기 기하학적 형상들의 교차점을 계산하는 단계를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 방법.
  34. 제 29 항에 있어서,
    디스플레이를 위해 디스플레이 시스템에 상기 타깃의 위치를 나타내는 정보를 제공하는 단계를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 방법.
  35. 하나 이상의 송신기들에 의해 송신된 신호들을 사용하여 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 방법에 있어서,
    각 송신기는 상기 송신기에 의해 방송된 신호와 상기 송신기에 의해 방송되고 둘러싸인 지형에 의해 반사된 신호의 조합에 의해 간섭 효과 패턴을 형성하며,
    상기 방법은:
    상기 하나 이상의 송신기들에 의해 방송된 하나 이상의 신호들을 수신하는 단계;
    상기 하나 이상의 송신기들에 의해 방송되고 상기 타깃 오브젝트에 의해 반사된 하나 이상의 반사 신호들을 수신하는 단계;
    상기 타깃 오브젝트에 의해 반사된 상기 간섭 효과 패턴 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 직접 신호, 상기 반사 신호 및 상기 간섭 효과 패턴 신호를 사용하여 상기 타깃 오브젝트의 위치를 계산하는 단계를 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 방법.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 타깃 오브젝트의 위치를 계산하는 상기 단계는:
    상기 직접 및 반사 신호들로부터 상기 타깃 오브젝트에 대한 범위 데이터를 계산하는 단계;
    상기 직접 및 반사 신호들로부터 상기 타깃 오브젝트에 대한 방위 데이터를 계산하는 단계; 및
    상기 간섭 효과 패턴 신호로부터 고도 데이터를 계산하는 단계를 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 방법.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 타깃 오브젝트에 의해 반사된 상기 간섭 효과 패턴에 대응하는 간섭 효과 패턴 데이터와 상기 범위, 방위 및 고도 데이터를 비교하는 단계; 및
    상기 간섭 효과 패턴 데이터와의 비교로부터 대응하는 고도 측정을 생성하는 단계를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 방법.
  38. 제 35 항에 있어서,
    상기 타깃 오브젝트의 위치를 계산하는 상기 단계는 상기 하나 이상의 반사 신호들의 도달 시간 차이를 계산하는 단계를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 방법.
  39. 제 35 항에 있어서,
    상기 타깃 오브젝트의 위치를 계산하는 상기 단계는 상기 하나 이상의 반사 신호들의 도달 주파수 차이를 계산하는 단계를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 방법.
  40. 제 35 항에 있어서,
    다음의 고도 계산들을 위해 상기 간섭 효과 패턴 신호를 모니터링하는 단계를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 방법.
  41. 제 35 항에 있어서,
    고도 계산들을 위해 사용된 상기 하나 이상의 송신기들의 각각의 주위에 형성된 간섭 효과 패턴들에 대응하는 간섭 패턴 데이터를 계산하는 단계를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 방법.
  42. 제 35 항에 있어서,
    디스플레이를 위해 디스플레이 시스템에 상기 타깃 오브젝트의 위치를 나타내는 상기 데이터를 제공하는 단계를 또한 포함하는, 타깃 오브젝트의 위치를 검출 및 추적하는 방법.
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