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KR102196733B1 - 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치 및 이를 포함하는 영상 레이더 시스템 - Google Patents

초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치 및 이를 포함하는 영상 레이더 시스템 Download PDF

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KR102196733B1
KR102196733B1 KR1020200083678A KR20200083678A KR102196733B1 KR 102196733 B1 KR102196733 B1 KR 102196733B1 KR 1020200083678 A KR1020200083678 A KR 1020200083678A KR 20200083678 A KR20200083678 A KR 20200083678A KR 102196733 B1 KR102196733 B1 KR 102196733B1
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KR
South Korea
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antenna
azimuth
vibration
elevation
fixing flange
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Active
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KR1020200083678A
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English (en)
Inventor
전영범
이종은
권순구
김진우
유응노
전치경
Original Assignee
엘아이지넥스원 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 발명에 따르면, 무인 이동체의 하단에 결합하며, 상기 안테나가 방위각 방향으로 회전하도록 구동하는 방위각 구동부 및 상기 방위각 구동부의 하단에 조립되고, 일측에 상기 안테나 조립부를 결합하며, 안테나가 고각 방향으로 회전하도록 구동하는 고각 구동부를 포함하여 무인 이동체에 탑재되어 이용할 수 있도록 초경량 소형으로 제작되는 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치 및 이를 포함하는 영상 레이더 시스템이 개시된다.

Description

초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치 및 이를 포함하는 영상 레이더 시스템 {Ultra-Light, Compact Unmanned Mobile Antenna Gimbal and Synthetic Aperture Radar System including the same}
본 발명은 안테나 김발 장치에 관한 것으로, 특히 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치 및 이를 포함하는 영상 레이더 시스템에 관한 것이다.
합성 개구 레이더(Synthetic Aperture Radar, 이하 SAR)는 일반적으로 비행기 또는 인공 위성 등에 탑재되어 이동하는 동안, 여러 차례 지표로 빔을 방사하고 반사되어 수신된 신호에서 감지되는 도플러 주파수의 상대적 변화 특성을 이용하여 지표의 고분해능 정밀 이미지를 획득할 수 있는 레이더를 의미한다.
SAR은 극초단파 영역의 초고주파를 활용하기 때문에 아지랑이, 가랑비, 눈, 구름, 연기 등의 기후 환경에 영향을 받지 않고, 육상 지형이나 바다를 관측할 수 있으며, 스스로 관측에 사용하는 에너지원을 전파하는 능동시스템이기 때문에 밤과 낮에 상관없이 이미지를 얻을 수 있다.
현재 SAR은 비행기 또는 인공 위성 등에 탑재되어 이용되므로, 무인 이동체에 탑재되어 이용할 수 있도록 초경량 소형으로 제작할 수 있는 영상 레이더 시스템이 필요하며, 무인 이동체에 탑재되는 SAR 시스템을 위한 김발의 진동 억제 마운트 장치가 필요하다.
본 발명은 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치 및 이를 포함하는 영상 레이더 시스템에 관한 것으로, 무인 이동체의 하단에 결합하며, 상기 안테나가 방위각 방향으로 회전하도록 구동하는 방위각 구동부 및 상기 방위각 구동부의 하단에 조립되고, 일측에 상기 안테나 조립부를 결합하며, 안테나가 고각 방향으로 회전하도록 구동하는 고각 구동부를 포함하여 무인 이동체에 탑재되어 이용할 수 있도록 초경량 소형으로 제작하는데 그 목적이 있다.
또한, 상부 고정 플랜지와 상기 하부 고정 플랜지를 연결하는 방진 마운트를 포함하여 무인 이동체에 탑재되는 SAR 시스템을 위한 김발의 진동을 억제하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치는 안테나를 조립하도록 마련되는 안테나 조립부, 상기 무인 이동체의 하단에 결합하며, 상기 안테나가 방위각 방향으로 회전하도록 구동하는 방위각 구동부 및 상기 방위각 구동부의 하단에 조립되고, 일측에 상기 안테나 조립부를 결합하며, 상기 안테나가 고각 방향으로 회전하도록 구동하는 고각 구동부를 포함한다.
여기서, 상기 방위각 구동부는, 상기 무인 이동체의 하단에 밀착되는 상부 고정 플랜지, 상기 상부 고정 플랜지의 하부에 이격되어 위치하는 하부 고정 플랜지 및 상기 하부 고정 플랜지의 내측에 위치하는 방위각 모터를 포함한다.
여기서, 상기 방위각 구동부는, 상기 상부 고정 플랜지와 상기 하부 고정 플랜지를 연결하는 방진 마운트를 더 포함한다.
여기서, 상기 방위각 구동부는, 적어도 일부가 상기 무인 이동체의 하단에 삽입되어 상기 방위각 구동부를 결합시키는 고정 지주를 더 포함하며, 상기 고정 지주는, 일측이 상기 하부 고정 플랜지에 결합되고, 상기 상부 고정 플랜지를 통과하여 상기 무인 이동체에 삽입된다.
여기서, 상기 상부 고정 플랜지는, 상기 방진 마운트를 끼워서 조립할 수 있는 방진 마운트 장착홀들을 다수개 포함하며, 상기 방진 마운트는 상기 방진 마운트 장착홀들에 선택적으로 조립된다.
여기서, 외부의 항법 제어 장치로부터 구동 제어 신호를 전송 받아 상기 방위각 구동부와 상기 고각 구동부의 구동을 제어하는 구동 제어부를 더 포함한다.
여기서, 상기 고각 구동부는, 상기 방위각 모터의 하단에 연결되는 고각 프레임, 상기 고각 프레임의 내측에 위치하는 고각 모터 및 상기 고각 모터의 양측에 연결되어, 상기 고각 모터의 회전 시 일체로 회전하는 회전 프레임을 포함한다.
여기서, 상기 고각 구동부는, 상기 안테나 조립부의 일면을 장착하기 위한 안테나 프레임을 더 포함하며, 상기 회전 프레임은, 상기 안테나 조립부와 연결되어 상기 고각 모터의 회전에 따라 상기 안테나가 회전한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치를 포함하는 영상 레이더 시스템은 상기 무인 이동체에 탑재되도록 마련되는 안테나 김발 장치, 상기 안테나 김발 장치에 조립되며, 전파의 빔을 방사하여 대상물로부터의 반사를 수신하는 안테나 장치, 상기 안테나 장치로 송신 신호를 전송하고, 상기 안테나 장치로부터 수신 신호를 수신 받는 송수신 장치 및 상기 송수신 장치의 RF 송수신을 제어하며 타이밍 신호와 전원을 제어하는 항법 제어 장치를 포함하며, 상기 안테나 김발 장치는, 상기 안테나 장치를 조립하도록 마련되는 안테나 조립부, 상기 무인 이동체의 하단에 결합하며, 상기 안테나가 방위각 방향으로 회전하도록 구동하는 방위각 구동부 및 상기 방위각 구동부의 하단에 조립되고, 일측에 상기 안테나 조립부를 결합하며, 상기 안테나가 고각 방향으로 회전하도록 구동하는 고각 구동부를 포함한다.
여기서, 상기 방위각 구동부는, 상기 무인 이동체의 하단에 밀착되는 상부 고정 플랜지, 상기 상부 고정 플랜지의 하부에 이격되어 위치하는 하부 고정 플랜지, 상기 하부 고정 플랜지의 내측에 위치하는 방위각 모터 및 상기 상부 고정 플랜지와 상기 하부 고정 플랜지를 연결하는 방진 마운트를 포함한다.
여기서, 상기 상부 고정 플랜지는, 상기 방진 마운트를 끼워서 조립할 수 있는 방진 마운트 장착홀들을 다수개 포함하며, 상기 방진 마운트는 상기 방진 마운트 장착홀들에 선택적으로 조립된다.
여기서, 상기 항법 제어 장치로부터 구동 제어 신호를 전송 받아 상기 방위각 구동부와 상기 고각 구동부의 구동을 제어하는 구동 제어부를 더 포함한다.
여기서, 상기 고각 구동부는, 상기 방위각 모터의 하단에 연결되는 고각 프레임, 상기 고각 프레임의 내측에 위치하는 고각 모터, 상기 고각 모터의 양측에 연결되어, 상기 고각 모터의 회전 시 일체로 회전하는 회전 프레임 및 상기 안테나 조립부의 일면을 장착하기 위한 안테나 프레임을 포함하며, 상기 회전 프레임은, 상기 안테나 조립부와 연결되어 상기 고각 모터의 회전에 따라 상기 안테나가 회전한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 무인 이동체의 하단에 결합하며, 상기 안테나가 방위각 방향으로 회전하도록 구동하는 방위각 구동부 및 상기 방위각 구동부의 하단에 조립되고, 일측에 상기 안테나 조립부를 결합하며, 안테나가 고각 방향으로 회전하도록 구동하는 고각 구동부를 포함하여 무인 이동체에 탑재되어 이용할 수 있도록 초경량 소형으로 제작할 수 있다.
또한, 상부 고정 플랜지와 상기 하부 고정 플랜지를 연결하는 방진 마운트를 포함하여 무인 이동체에 탑재되는 SAR 시스템을 위한 김발의 진동을 억제할 수 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치를 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치의 방위각 구동부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치를 포함하는 영상 레이더 시스템을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치의 구동 범위를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 관련된 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치 및 이를 포함하는 영상 레이더 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 “모듈” 및 “부”는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치 및 이를 포함하는 영상 레이더 시스템에 관한 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치(10)는 안테나 조립부(100), 방위각 구동부(200), 고각 구동부(300), 구동 제어부(400)를 포함하며, 무인 이동체에 장착 가능하도록 설계된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치(10)는 무인 이동체에 탑재되도록 마련되어 안테나를 장착하기 위한 김발 장치에 관한 것으로 소형 드론용 SAR 시스템을 위한 김발의 진동 억제 마운트 장치를 이용한다.
본 발명에 따르면 진동의 주파수 대역 및 하부 구조물의 하중에 따라 방진 마운트를 병렬로 추가하여 특정주파수 진동을 감쇠할 수 있다.
김발시스템을 포함하는 SAR 센서 시스템은 다양한 플랫폼에 장착되어 운용될 수 있다. 각 플랫폼마다 진동 주파수 특성이 다르게 나타나므로 본 발명에 따르면 성능에 영향을 줄 수 있는 고주파를 억제하여 다양한 플랫폼에 적용이 가능하도록 하여 보다 넓은 분야에서 활용이 가능해진다.
안테나 김발 장치는 크게 방위각부와 고각부로 구분되며, 안테나 장치가 결합된다. 방위각부에 상부 고정플랜지와 하부 고정플랜지가 있으며, 두 고정플랜지는 방진마운트로 연결된다.
안테나 조립부(100)는 안테나를 조립하도록 마련된다.
본 발명에 따른 안테나 조립부에 결합하는 안테나 장치는 소정 두께를 갖는 플레이트 형상으로 형성될 수 있으므로, 안테나 조립부는 플레이트 형상을 조립할 수 있는 평면형으로 설계되는 것이 바람직하다.
방위각 구동부(200)는 상기 무인 이동체의 하단에 결합하며, 상기 안테나가 방위각 방향으로 회전하도록 구동한다.
도 2를 참조하면, 방위각 구동부(200)는 상부 고정 플랜지(210), 하부 고정 플랜지(220), 방위각 모터(230), 방진 마운트(240), 고정 지주(250)를 포함한다.
상부 고정 플랜지(210)는 상기 무인 이동체의 하단에 밀착된다.
상부 고정 플랜지(210)는 상기 방진 마운트를 끼워서 조립할 수 있는 방진 마운트 장착홀(211)들을 다수개 포함하며, 상기 방진 마운트는 상기 방진 마운트 장착홀들에 선택적으로 조립된다.
고주파 진동을 감쇄할 수 있는 방진마운트 장착홀은 진동 특성 및 구조의 하중에 따라 종류와 개수를 12개까지 장착이 가능하도록 설계된다.
또한, 상부 고정 플랜지의 중앙부에 방위각 모터의 일측을 조립할 수 있는 모터 조립홀(213)을 포함한다.
상부 고정 플랜지(210)는 무인 이동체의 결합에 적합하도록 경량 소재로 구현되는 것이 바람직하다.
하부 고정 플랜지(220)는 상기 상부 고정 플랜지의 하부에 이격되어 위치한다.
방위각 모터(230)는 상기 하부 고정 플랜지의 내측에 위치한다.
SAR센서를 이용한 촬영 영역인 좌측방, 우측방의 지향이 가능한 경량 고정밀 모터가 방위각/고각부에 각각 장착되며, 케이블 간섭으로 각도는 방위각 최대 -140 ~ 140deg, 고각 최대 0 ~ 85deg로 제한된다. 안테나로 송/수신되는 RF신호선에 대한 경로 또한 김발 장치에서 제공한다.
방진 마운트(240)는 상기 상부 고정 플랜지와 상기 하부 고정 플랜지를 연결한다.
구체적으로, 방진 마운트가 상부 고정 플랜지와 하부 고정 플랜지의 조립홀에 결합하여 상/하부 고정 플랜지를 연결한다.
고주파 진동을 감쇄하는 방진 마운트를 적용하여 고주파 진동에 의한 빔포인팅 오차가 감소로 성능저하를 억제할 수 있다.
고정 지주(250)는 적어도 일부가 상기 무인 이동체의 하단에 삽입되어 상기 방위각 구동부를 결합시킨다.
고정 지주(250)는, 일측이 상기 하부 고정 플랜지에 결합되고, 상기 상부 고정 플랜지를 통과하여 상기 무인 이동체에 삽입된다.
따라서, 고정 지주를 이용하여 무인 이동체의 플랫폼과 하부 고정플랜지는 높은 강성을 갖도록 체결이 되므로 진동이 하부 고정 플랜지까지는 전달되지만 상부 고정 플랜지와 김발 구조물은 하부 고정플랜지와 방진 마운트로만 체결되어 김발구조물까지 고주파 진동은 억제되고, 저주파 진동만 전달이 가능하다.
고각 구동부(300)는 상기 방위각 구동부의 하단에 조립되고, 일측에 상기 안테나 조립부를 결합하며, 상기 안테나가 고각 방향으로 회전하도록 구동한다.
여기서, 방위각과 고각은 안테나의 구동 방향을 의미하는 것으로, 방위각 모터에 의해 안테나 김발 장치에 연결된 안테나가 방위각 방향으로 회전하고, 고각 모터에 의해 안테나 김발 장치에 연결된 안테나가 고각 방향으로 회전하게 된다.
도 2를 참조하면, 고각 구동부(300)는 고각 프레임(310), 고각 모터(320), 회전 프레임(330), 안테나 프레임(340)을 포함한다.
고각 프레임(310)은 상기 방위각 모터의 하단에 연결된다.
고각 모터(320)는 상기 고각 프레임의 내측에 위치한다.
구체적으로, 고각 프레임(310)은 하부 고정 플랜지의 양측에 수직으로 결합하는 구조이며, 양측의 내부에 고각모터가 위치하게 된다.
회전 프레임(330)은 상기 고각 모터의 양측에 연결되어, 상기 고각 모터의 회전 시 일체로 회전한다.
안테나 프레임(340)은 상기 안테나 조립부의 일면을 장착한다.
상기 회전 프레임은, 상기 안테나 조립부와 연결되어 상기 고각 모터의 회전에 따라 상기 안테나가 회전한다.
구동 제어부(400)는 외부의 항법 제어 장치로부터 구동 제어 신호를 전송 받아 상기 방위각 구동부와 상기 고각 구동부의 구동을 제어한다.
또한, 케이블을 연결할 수 있는 케이블 클램프(350)를 포함할 수 있다.
SAR(영상레이더) 센서로 촬영 시 저주파 진동이나 플랫폼의 요동 특성은 시스템 내부에 장착된 자세 센서 등으로 감지가 가능하며, 이러한 특성을 반영하여 신호처리를 수행하여야 한다. 그러나 자세 센서 데이터 획득주기보다 빠른 고주파 진동 특성은 측정할 수 없는 Unknown 요소이며, 촬영지역의 중심을 지향하고 있는 빔 포인팅이 진동에 의해 지향 오차가 발생되어 성능저하가 발생될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치는, 고주파 진동을 감쇄하는 방진 마운트를 적용하여 고주파 진동에 의한 빔포인팅 오차가 감소로 성능저하를 억제할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치의 방위각 구동부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상부 고정플랜지와 하부 고정플랜지가 있으며, 두 고정플랜지는 방진마운트로 연결된다.
도 3을 참조하면, 상부 고정 플랜지(210)는 상기 방진 마운트를 끼워서 조립할 수 있는 방진 마운트 장착홀(211)들을 다수개 포함하며, 상기 방진 마운트는 상기 방진 마운트 장착홀들에 선택적으로 조립된다.
하부 고정 플랜지(220)는 상기 상부 고정 플랜지의 하부에 이격되어 위치한다.
방진 마운트(240)는 상기 상부 고정 플랜지와 상기 하부 고정 플랜지를 연결한다.
구체적으로, 상부 고정 플랜지와 하부 고정 플랜지는 중앙부와 사방으로 연장된 부분을 포함하는 구조이며, 사방으로 연장된 부분에 방진 마운트를 결합시키게 된다.
이에 따라, 제1 부분에서의 방진 마운트(240a), 제2 부분에서의 방진 마운트(240b), 제3 부분에서의 방진 마운트(240c), 제4 부분에서의 방진 마운트(240d)가 결합되며, 이 때 방진 마운트의 체결 개수는 조정이 가능하다.
중앙부에는 방위각 모터(230)가 결합된다.
또한, 상부 고정 플랜지는 고정 지주(250)를 통과시킬 수 있는 홀들을 포함하여 고정 지주가 상부 고정 플랜지를 투과하여 무인 이동체에 결합하게 된다.
도 4를 참조하면, 상부 고정 플랜지(210)는 안테나 김발 장치에 유입되는 고주파 진동 감쇠를 위한 방진 마운트 장착홀(211)을 다수개 보유한다. 또한, 고정 지주가 통과되는 통과 홀(215)을 포함한다.
도 4의 (a)는 방진 마운트 미체결 시를 나타낸 것이고, 도 4의 (b)는 방진 마운트 체결 시를 나타낸 것이다.
본 발명의 실시예에서는 방진 마운트 장착홀을 12개로 예로 들어 도시하였으나, 크기와 개수는 이에 한정되는 것은 아니고 장치의 크기에 따라 변경이 가능하다.
이에 따라, 무인 이동체와 연결되는 플랫폼의 고주파 진동 특성 및 하부 구조물의 중량에 따라 그에 맞는 방진 마운트 종류 및 알맞은 개수를 선택적으로 장착할 수 있도록 설계되어 있다.
상부 고정 플랜지는 방진 마운트를 이용하여 하부 고정 플랜지와 결합한다.
상부 고정 플랜지는 높은 강성과 경량성을 확보하도록 카본 복합소재를 사용하였으며, 하부 고정 플랜지와 방진마운트로 결합된다.
따라서, 플랫폼과 하부 고정플랜지는 높은 강성을 갖도록 체결이 되므로 진동이 하부 플랜지까지는 전달되지만 상부 고정플랜지와 김발 구조물은 하부 고정플랜지와 방진 마운트로만 체결되어 김발구조물까지 고주파 진동은 억제되고, 저주파 진동만 전달되는 구조이다.
도 5를 참조하면, 하부 고정 플랜지(220)는 안테나 김발 장치에 유입되는 고주파 진동 감쇠를 위한 방진 마운트 장착홀(223)을 다수개 보유하여 방진 마운트(240)를 장착할 수 있으며, 고정 지주를 고정할 수 있는 고정 지주 체결부(225)를 포함한다.
또한, 하부 고정 플랜지(220)는 육면체 형태의 방위각 모터를 내측에 결합할 수 있도록 사각형의 공간부(221)를 포함한다.
고정 지주(250)의 하단은 하부 고정플랜지와 연결되며, 상단은 플랫폼에 장착되고 강성을 유지할 수 있도록 서스 재질로 설계되는 것이 바람직하다.
고정 지주(250)를 이용하여 하부 고정플랜지와 무인 비행체의 플랫폼이 결합되며, 체결성이 높은 강성을 갖도록 서스로 설계한다.
즉, 하부 고정 플랜지에 결합한 고정 지주가 상부 고정 플랜지의 홀을 통과하여 무인 비행체에 결합하게 되는 것이다.
SAR(영상레이더)센서가 장착될 수 있는 다양한 플랫폼은 구동방식(엔진, 모터)이나 플랫폼 형상(고정익, 회전익 등), 속도 등에 따라 진동 특성이 다르게 나타나며, 이러한 진동 특성 중 자세/가속도 측정 센서로 측정할 수 없는 고주파 진동 특성은 SAR센서 성능 저하를 발생 시킬 수 있다.
고주파 진동을 감쇄할 수 있는 방진마운트 장착홀은 진동 특성 및 구조의 하중에 따라 종류와 개수를 12개까지 장착이 가능하도록 설계된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치를 포함하는 영상 레이더 시스템을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치를 포함하는 영상 레이더 시스템(1)는 안테나 김발 장치(10), 안테나 장치(20), 항법 제어 장치(30), 송수신 장치(40)를 포함하며, 무인 이동체에 장착 가능하도록 설계된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초경량 소형의 무인 이동체용 영상 레이더 시스템은 무인 이동체에 탑재되어 이미지를 획득하는 장치이다.
합성 개구 레이더(Synthetic Aperture Radar, 이하 SAR)는 일반적으로 비행기 또는 인공 위성 등에 탑재되어 이동하는 동안, 여러 차례 지표로 빔을 방사하고 반사되어 수신된 신호에서 감지되는 도플러 주파수의 상대적 변화 특성을 이용하여 지표의 고분해능 정밀 이미지를 획득할 수 있는 레이더를 의미한다.
SAR은 극초단파 영역의 초고주파를 활용하기 때문에 아지랑이, 가랑비, 눈, 구름, 연기 등의 기후 환경에 영향을 받지 않고, 육상 지형이나 바다를 관측할 수 있으며, 스스로 관측에 사용하는 에너지원을 전파하는 능동시스템이기 때문에 밤과 낮에 상관없이 이미지를 얻을 수 있다.
무인 이동체는 조종사 없이 무선전파의 유도에 의해서 비행 및 조종이 가능한 비행기나 헬리콥터 모양의 이동체이다.
본 발명의 일 실시예에서는 카메라, 센서, 통신시스템 등이 탑재되어 구현되는 드론을 예로 들어 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니고, 무인으로 이동하는 이동체에 모두 탑재 가능하도록 설계되는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초경량 소형의 무인 이동체용 영상 레이더 시스템은 탑재체에 해당하며, IMU를 제외한 무게는 2.0 내지 3.0 kg인 것이 바람직하다.
종래의 레이더 탑재체 보다 무게를 가볍게 하여 무인 이동체의 탑재가 가능하도록 하며, 지상체와의 통신을 수행하도록 설계하여 무인 이동체에서 비행하는 경우에도 정보를 전달하고 임무를 수행하는 것이 가능하도록 한다.
영상 해상도는 0.3, 0.5, 1 [m], 운용 고도는 1400 내지 1600 ft (400 내지 500[m])인 것이 바람직하다.
중심 주파수는 X-band 이며, 소비 전력은 40 내지 60 W인 것이 바람직하다.
거리방향 영상폭은 200 내지 400 (@ 해상도 0.3) [m], 방위방향 영상폭은 무제한 (전원용량), 크기는 (15 내지 20) X (20 내지 25) X (25 내지 30) [cm]으로 설계되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초경량 소형의 무인 이동체용 영상 레이더 시스템(1)의 체계요구조건검토(SRR)/체계기능검토(SFR) 목적은 사용자 요구조건(임무중심)으로부터 도출된 체계 요구조건(기능/성능 중심)의 타당성 (외부 인터페이스 포함)과 체계 요구조건으로부터 하위 구성품으로의 요구조건 할당 및 이에 대한 적절성을 구현하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초경량 소형의 무인 이동체용 영상 레이더 시스템(1)은 운용모드는 SAR 모드 (Stripmap)으로 구현되는 것이 바람직하다.
거리 방향 해상도는 0.3, 0.5, 1 [m], 거리 방향 영상폭은 0.3, 0.5, 1 [km] 이상인 것이 바람직하며, 최대 탐지 거리는 1km 이하로 설계되는 것이 바람직하다.
기본설계검토(PDR) 목적은 CI(HW 및 SW) 사양에서 하위 레벨로 할당된 기능 및 사양들의 적절성을 구현하고자 하는 것이다. 또한, HW 및 S/W 설계의 효율성 및 타당성을 검증하고 인터페이스와 관련된 문서들의 적절성과 상세설계 단계로의 추진여부 결정하고자 하는 것이다.
상세설계검토(CDR) 목적은 상위 요구조건들이 구성품 설계에 적절히 반영되어 있는지 여부를 확인하고 할당 하드웨어 규격의 제작 가능 여부 및 도면 준비 상태와 할당 소프트웨어 규격에 근거한 CSCI 코딩 가능 여부와 상세설계를 통한 기술적 위험 경감 및 대안 수립 여부를 확인하고자 하는데 있다.
안테나 김발 장치(10)는 상기 무인 이동체에 탑재되도록 마련된다.
안테나 김발 장치(10)는 안테나 조립부(100), 방위각 구동부(200), 고각 구동부(300), 구동 제어부(400)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치(10)는 무인 이동체에 탑재되도록 마련되어 안테나를 장착하기 위한 김발 장치에 관한 것으로 소형 드론용 SAR 시스템을 위한 김발의 진동 억제 마운트 장치를 이용한다.
본 발명에 따르면 진동의 주파수 대역 및 하부 구조물의 하중에 따라 방진 마운트를 병렬로 추가하여 특정주파수 진동을 감쇠할 수 있다.
안테나 김발 장치(10)의 요구규격은 PDR 기준으로 중량은 0.5kg 이하, 구동 방식은 2축 구동, 방위각은 -130 내지 130도 이내, 고각은 0 내지 85도 이내인 것이 바람직하며, 자체 고장 진단을 수행할 수 있도록 모니터링부와 제어부를 포함할 수 있다.
안테나 김발 장치(10)는 속도 센서, 가속도 센서, 자이로 센서, 지면과 차체 사이의 거리 측정 센서 등 다양한 센서를 포함할 수 있으며 센서를 통해, 현재 속도, 진행 방향, 가속 및 감속 정보를 감지 및 측정하여 항법 제어 장치에 전송할 수 있다.
안테나 장치(20)는 상기 안테나 김발 장치에 조립되며, 전파의 빔을 방사하여 대상물로부터의 반사를 수신한다.
안테나 장치(20)는 급전부, 방사부 패치, 기생패치, 차폐벽을 포함한다.
안테나 장치(20)의 요구규격은 SRR/SFR 기준으로 중량은 0.3Kg 이하, 운용 주파수는 X-band (X-band 는 6.2~10.9GHz의 주파수대를 말한다.), 편파는 HH, VV, HV, VH, 안테나 이득은 15 dBi 이상, 부엽 준위는 -20 dB 이하로 설계되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
안테나 장치(20)는 송신 안테나와 수신 안테나를 포함한다.
송신 안테나는 마이크로스트립 패치형 안테나 구조인 것이 바람직하다.
또한, 송신 안테나와 수신 안테나 사이에 차폐벽을 포함하며, 급전 구조 V-pol을 형성한다.
안테나 장치는 소정 두께를 갖는 플레이트 형상으로 형성될 수 있다. 다중대역 주파수를 모두 수신하는 특성을 갖도록 급전부에 발룬 또는 광대역 매칭 기법을 이용할 수 있다. 안테나 장치는 그 평면 형상이나 종류가 한정되는 것은 아니며, 다중대역의 특성을 갖는 플레이트 형상의 안테나라면 모두 가능하다.
안테나 장치의 요구 규격은 CDR 기준으로 중량 0.2kg 이하, 운용 주파수 X-band, 안테나 이득 15 dBi 이상, 안테나 빔폭 거리 방향 25도 이상, 방위 방향 10도 이상으로 설계되는 것이 바람직하며 이에 한정되는 것은 아니다.
항법 제어 장치(30)는 송수신 장치의 RF 송수신을 제어하며 타이밍 신호와 전원을 제어한다. 또한, 항법 제어 장치(30)는 안테나 김발 장치의 지향각을 제어하며, 상태 정보를 전송하고 전원을 공급한다.
항법 제어 장치는 외부의 GNSS 안테나로부터 GPS 신호를 전달 받고, 외장 배터리로부터 전원을 공급받는다.
항법 제어 장치(30)는 제어모듈, GPS 모듈, IMU 모듈, 하우징을 포함한다.
항법 제어 장치(30)의 요구규격은 CDR 기준으로 중량 500g 이하 (IMU 제외), 소모전력 입력전원 5V 이하 소모전류 5A 이하 소모전력 25W 이하인 것이 바람직하며 운용 상태를 제어할 수 있도록 운용 제어부를 포함할 수 있다.
항법 제어 장치는 지상체의 외부 연동 모의 장비로 항법 및 상태 정보를 전송하고, 제어, MDF 정보, EGI 모의 정보를 전달 받는다. 항법 제어 장치는 지상체의 비행 시험 장비로 항법 정보를 전송한다.
송수신 장치(40)는 상기 안테나 장치로 송신 신호를 전송하고, 상기 안테나 장치로부터 수신 신호를 수신 받는다.
송수신 장치(40)는 RF 송수신 장치이며 RF 모듈, 디지털 모듈, 전원 모듈, 하우징을 포함한다.
송수신 장치는 지상체의 표적 모의 장비로 송신 신호와 타이밍 신호를 전송하고, 표적 모의 신호를 수신한다. 송수신 장치는 지상체의 지상 신호 처리 장비로 SAR Raw 데이터를 전송한다.
송수신 장치(40)의 요구규격은 SRR/SFR 기준으로 중량 1.5kg 이하, 운용 주파수 X-band, 송신 출력 1W 이상, 펄스폭 45us 이상, 수신 IF 중심주파수 1.25 Mhz 이상, 수신 IF 대역폭 200 Mhz 이상, 수신 동적범위 60 dB 이상로 설계되는 것이 바람직하며, 이에 한정되는 것은 아니다.
이외에도, 신호 처리 장비, 외부 연동 모의 장비, 표적 모의 장비를 포함할 수 있다.
신호 처리 장비는 워크 스테이션을 포함한다.
외부 연동 모의 장비는 제어 노트북을 포함한다.
표적 모의 장비는 제어 모듈, 표적 발생 모듈, IF 수신 모듈, 표적 IF 모듈, 송수신 RF 모듈, 국부 발생 모듈, 전원 모듈, 하우징을 포함한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치의 구동 범위를 나타낸 도면이다.
김발 장치의 요구 규격은 CDR 기준으로 중량 0.5kg 이하, 구동 방식 2축 구동인 것이 바람직하며, 도 7에 나타난 바와 같이 방위각 구동 범위는 -130 내지 130도 이내, 고각 구동 범위는 0 내지 85도 이내인 것이 바람직하다.
이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구 범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
10: 초경량 소형의 무인 이동체용 안테나 김발 장치
100: 안테나 조립부
200: 방위각 구동부
300: 고각 구동부

Claims (13)

  1. 무인 이동체와 연결되는 플랫폼의 고주파 진동 특성 및 하부 구조물의 중량에 대응되는 방진 마운트 종류 및 개수를 선택적으로 장착할 수 있도록 설계되고, 상기 무인 이동체에 장착 가능한 안테나 김발 장치에 있어서,
    안테나를 조립하도록 마련되는 안테나 조립부;
    상기 무인 이동체의 하단에 결합하며, 상기 안테나가 방위각 방향으로 회전하도록 구동하는 방위각 구동부; 및
    상기 방위각 구동부의 하단에 조립되고, 일측에 상기 안테나 조립부를 결합하며, 상기 안테나가 고각 방향으로 회전하도록 구동하는 고각 구동부;를 포함하고,
    상기 방위각 구동부는,
    카본 복합소재로 이루어지고 상기 무인 이동체의 하단에 밀착되는 상부 고정 플랜지; 상기 상부 고정 플랜지의 하부에 이격되어 위치하는 하부 고정 플랜지; 상기 하부 고정 플랜지의 내측에 위치하는 방위각 모터; 상기 상부 고정 플랜지와 상기 하부 고정 플랜지를 연결하는 방진 마운트; 및 적어도 일부가 상기 무인 이동체의 하단에 삽입되어 상기 방위각 구동부를 결합시키는 고정 지주;를 포함하며,
    상기 상부 고정 플랜지는, 상기 방진 마운트를 끼워서 조립할 수 있는 방진 마운트 장착홀들을 다수개 포함하고, 상기 고정 지주를 통과시킬 수 있는 통과 홀들을 더 포함하며,
    상기 방진 마운트는, 상기 방진 마운트 장착홀들에 선택적으로 조립되고,
    상기 상부 고정 플랜지와 상기 하부 고정 플랜지는, 중앙부와 사방으로 연장된 부분을 포함하는 구조이며, 사방으로 연장된 부분에 상기 방진 마운트가 결합되고,
    상기 고정 지주는, 서스 재질로 이루어지며 일측이 상기 하부 고정 플랜지에 고정 지주 체결부를 통해 고정되게 결합되며, 상기 상부 고정 플랜지를 통과하여 상기 무인 이동체에 삽입되는 것을 특징으로 하는 안테나 김발 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    외부의 항법 제어 장치로부터 구동 제어 신호를 전송 받아 상기 방위각 구동부와 상기 고각 구동부의 구동을 제어하는 구동 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 김발 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고각 구동부는,
    상기 방위각 모터의 하단에 연결되는 고각 프레임;
    상기 고각 프레임의 내측에 위치하는 고각 모터; 및
    상기 고각 모터의 양측에 연결되어, 상기 고각 모터의 회전 시 일체로 회전하는 회전 프레임;을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 김발 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고각 구동부는,
    상기 안테나 조립부의 일면을 장착하기 위한 안테나 프레임;을 더 포함하며,
    상기 회전 프레임은, 상기 안테나 조립부와 연결되어 상기 고각 모터의 회전에 따라 상기 안테나가 회전하는 것을 특징으로 하는 안테나 김발 장치.
  9. 무인 이동체와 연결되는 플랫폼의 고주파 진동 특성 및 하부 구조물의 중량에 대응되는 방진 마운트 종류 및 개수를 선택적으로 장착할 수 있도록 설계되고, 상기 무인 이동체에 장착 가능한 영상 레이더 시스템에 있어서,
    상기 무인 이동체에 탑재되도록 마련되는 안테나 김발 장치;
    상기 안테나 김발 장치에 조립되며, 전파의 빔을 방사하여 대상물로부터의 반사를 수신하는 안테나 장치;
    상기 안테나 장치로 송신 신호를 전송하고, 상기 안테나 장치로부터 수신 신호를 수신 받는 송수신 장치; 및
    상기 송수신 장치의 RF 송수신을 제어하며 타이밍 신호와 전원을 제어하는 항법 제어 장치;를 포함하며,
    상기 안테나 김발 장치는,
    상기 안테나 장치를 조립하도록 마련되는 안테나 조립부;
    상기 무인 이동체의 하단에 결합하며, 상기 안테나가 방위각 방향으로 회전하도록 구동하는 방위각 구동부; 및
    상기 방위각 구동부의 하단에 조립되고, 일측에 상기 안테나 조립부를 결합하며, 상기 안테나가 고각 방향으로 회전하도록 구동하는 고각 구동부;를 포함하고,
    상기 방위각 구동부는,
    카본 복합소재로 이루어지고 상기 무인 이동체의 하단에 밀착되는 상부 고정 플랜지; 상기 상부 고정 플랜지의 하부에 이격되어 위치하는 하부 고정 플랜지; 상기 하부 고정 플랜지의 내측에 위치하는 방위각 모터; 상기 상부 고정 플랜지와 상기 하부 고정 플랜지를 연결하는 방진 마운트; 및 적어도 일부가 상기 무인 이동체의 하단에 삽입되어 상기 방위각 구동부를 결합시키는 고정 지주;를 포함하며,
    상기 상부 고정 플랜지는, 상기 방진 마운트를 끼워서 조립할 수 있는 방진 마운트 장착홀들을 다수개 포함하고, 상기 고정 지주를 통과시킬 수 있는 통과 홀들을 더 포함하며,
    상기 방진 마운트는, 상기 방진 마운트 장착홀들에 선택적으로 조립되고,
    상기 상부 고정 플랜지와 상기 하부 고정 플랜지는, 중앙부와 사방으로 연장된 부분을 포함하는 구조이며, 사방으로 연장된 부분에 상기 방진 마운트가 결합되고,
    상기 고정 지주는, 서스 재질로 이루어지며 일측이 상기 하부 고정 플랜지에 고정 지주 체결부를 통해 고정되게 결합되며, 상기 상부 고정 플랜지를 통과하여 상기 무인 이동체에 삽입되는 것을 특징으로 하는 영상 레이더 시스템.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서,
    상기 항법 제어 장치로부터 구동 제어 신호를 전송 받아 상기 방위각 구동부와 상기 고각 구동부의 구동을 제어하는 구동 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 레이더 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 고각 구동부는,
    상기 방위각 모터의 하단에 연결되는 고각 프레임;
    상기 고각 프레임의 내측에 위치하는 고각 모터;
    상기 고각 모터의 양측에 연결되어, 상기 고각 모터의 회전 시 일체로 회전하는 회전 프레임; 및
    상기 안테나 조립부의 일면을 장착하기 위한 안테나 프레임;을 포함하며,
    상기 회전 프레임은, 상기 안테나 조립부와 연결되어 상기 고각 모터의 회전에 따라 상기 안테나가 회전하는 것을 특징으로 하는 영상 레이더 시스템.
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