위상 간섭 회피를 위한 지향성 패턴 기반 원형 배열 인터페로미터 방향 탐지 기법

강종진,김재현 한국통신학회 2022 韓國通信學會論文誌 Vol.47 No.9

Interferometer direction finding system estimates the direction of arrival by comparing the phase difference of the received signals. To improve probability of interception, circular array antenna structure is usually applied for covering in all directions. Conventional direction finding system is used omni-directional dipole elements but phase interference occurs due to the antenna geometric structure and thus direction finding accuracy is degraded. In this paper, we propose interference avoidance technique which use directional spiral antenna to configure circular array and applying weight value to amplitude ratio of received signal to remove ambiguity of phase differences. By applying proposed technique, a digital direction finding system is implemented and conduct performance verification by measuring the real radar pulse signal. Through the measurement result, proposed technique obtained a high direction finding accuracy of less than RMS 1° only using 5 antenna and receiving channels in the broadband frequency range. This technique can be widely applied to the field of precision direction finding applications against radar and communication signals. 미상의 신호원에 대하여 수신된 신호의 위상차를 비교하여 방향을 추정하는 인터페로미터 방향 탐지 장치는 탐지 확률 향상을 위하여 360° 전 방향에 대하여 신호의 도래 방향 추정이 가능한 원형 배열 안테나를 사용한다. 기존의 등 방향성 다이폴 소자가 적용된 원형 배열 안테나는 지지대 및 구조물의 영향으로 위상 간섭이 발생하고방향 탐지 정확도가 열화된다. 본 논문에서는 위상 간섭 회피를 위하여 지향성 패턴을 가지는 스파이럴 안테나를적용하여 위상차 비교를 위한 섹터를 선택하고, 신호 세기 비율을 조합하여 위상차 측정 모호성을 제거하는 방향탐지 기법을 제안한다. 제안한 기법을 적용하여 방향 탐지 장치를 제작하고 전자파 무반향 챔버에서 실제 레이다펄스 신호를 측정하여 성능을 확인하였다. 측정 결과로부터 넓은 주파수 범위에서 단지 5개의 안테나 및 수신 채널을 사용하여 RMS 1° 이하의 높은 방향 탐지 정확도를 확보하였다. 제안한 기법은 레이다 및 통신 신호의 정밀방향 탐지 분야에 광범위하게 적용이 가능할 것으로 기대된다.

항공 시스템 기반의 통신신호 방향 탐지를 위한 비행 보정 기법

장재원,주증민 한국전자파학회 2019 한국전자파학회논문지 Vol.30 No.4

Direction-finding equipment with multiple antennas are used to estimate the direction of a signal emitted by a source; they can be used to rescue a victim or locate a specified source. During direction finding, reflection waves are present and signal distortion is observed depending on the external shape and material of a system that incorporates the direction-finding equipment and multiple antennas. Therefore, to accurately estimate the azimuth of the signal source and develop the direction-finding equipment, a calibration should be performed to reflect the influence of the antenna arrangement(layout) and system contour. In this paper, we describe an in-flight calibration method to develop direction-finding equipment to locate communication signals using an aviation system, and we analyze the direction-finding performance when applying phase calibration data obtained through the in-flight calibration.

2차원 위상비교 방향탐지 정확도 시뮬레이션 소프트웨어를 이용한 방향탐지용 광대역 배열 안테나 설계 기법

김동호,이명식,김재윤,문병호 한국전자파학회 2022 한국전자파학회논문지 Vol.33 No.7

In this paper, a design technique for a wideband array antenna for direction finding using two-dimensional phase-comparison DOA estimation accuracy simulation software is presented. The direction-finding root-mean-square error results were analyzed by varying the radius of the circular array antenna and the elevation angle of the incident signal. Based on the results of the direction-finding accuracy calculation program, a wideband array antenna for direction finding was designed using an electromagnetic (EM) simulation tool. In addition, the effects of EM coupling and interference among the unit antennas were analyzed. The development process of a wideband direction-finding antenna will be effective when using a direction-finding accuracy calculation program.

Apollonius Circle 기법을 활용한 드론 방향탐지 연구

최홍락,정원호,김경석,Choi, Hong-Rak,Jeong, Won-Ho,Kim, Kyung-Seok 한국인터넷방송통신학회 2018 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.18 No.3

본 논문은 빠르게 확대되고 있는 산업으로 각광 받고 있는 드론을 활용하여 특정 신호를 발생하는 목표물의 위치를 추정하고자 Apollonius Circle 기법을 활용하였다. 기존의 방향탐지 방법은 지상에서 차량을 통해 실시하거나 높은 위치에 안테나를 설치하여 목표물의 위치를 탐지했지만 기존의 방향탐지 방법은 LOS 신호 수신 환경을 구성하기 어렵고 또한 장비의 무게와 크기 때문에 이동 측정이 어렵다. 그러나 드론을 활용한 방향탐지는 높은 고도에서 비행하는 드론을 이용해 LOS 신호 수신 환경을 구성 및 이동 측정이 쉽다. 본 연구에서는 지상 방향탐지의 측정데이터를 이용하여 드론의 신호 수신환경을 3차원 800MHz Path-Loss Model를 활용하여 신호를 재구성하여 드론 수신 Power로 재구성하였으며 목표물의 위치를 추정하고자Apollonius Circle 기법을 활용하여 목표물의 위치를 추정하는 시뮬레이션을 구성하였다. 시뮬레이션은 지상 방향탐지와 드론 방향탐지를 구성하여 목표물의 위치추정 성능을 분석하였다. This paper uses the Apollonius Circle technique to estimate the position of a target that generates a specific signal by using a drone, which is rapidly becoming a rapidly expanding industry. The existing direction finding method is performed through the vehicle on the ground or installed the antenna at a high position to detect the position of the target. However, the conventional direction finding method is difficult to configure the reception environment of the LOS signal, It is difficult. However, the direction finding using the drone is easy to construct and measure the LOS signal receiving environment using the drone flying at high altitude. In this study, we use the 3D 800MHz Path-Loss Model to reconstruct the signal by using the measurement data of the ground direction finding, reconstruct the signal by using the 3-D 800MHz Path-Loss Model, and use the Apollonius Circle method to estimate the position of the target. A simulation was performed to estimate the position of the target. Simulation was performed to determine the target position estimation performance by configuring the ground direction finding and the dron direction finding.

지상용 전자전장비의 방향 탐지 프로세스 개선을 통한 정확도 향상에 관한 연구

진희철(Huicheol Chin),김승우(Seung-Woo Kim),최재인(Jae-In Choi),이재민(Jae-Min Lee) 한국산학기술학회 2017 한국산학기술학회논문지 Vol.18 No.6

현대전은 점차 네트워크 중심전으로 변하고 있으며, 이의 중심인 정보․전자전 역시 지속적으로 발전하고 있다. 현대전에서 전자전은 전자파 사용과 관련된 군사 활동을 총망라하는 것으로 적의 전파 수집, 감청, 정보 분석 및 전파를 이용한 대응공격으로 대변된다. 그중 적에 대한 정보를 획득하기 위한 전파 수집 기능 중 방향 탐지 기능은 적의 방향으로부터 방사되는 신호를 수집하여 적의 방향을 계산하는 것으로 전자전 장비의 핵심 기능 중 하나이다. 본 논문은 방향 탐지 장치에 적용되는 Watson-Watt 알고리즘 및 CVDF 알고리즘에 대해 고찰한 후, 해당 알고리즘이 적용된 장치에 대해 전자파 환경이 양호한 지역에서의 방향 탐지 정확도와 실 운용 환경에서의 방향 탐지 정확도의 차이를 분석 하였다. 실 환경에서는 주변지형지물에 의한 반사파가 방향 탐지 정확도 감소에 영향을 끼침을 확인하여 이를 개선하기 위한 개선된 프로세스를 제안하였으며, 개선된 프로세스를 통해 방향 탐지 정확도가 기존 운용 장비에 적용된 프로세스 대비 최소 1.24° 이상 개선됨을 확인하였다. Modern warfare is gradually changing into a network war, and information electronic warfare is also progressing. In modern war, electronic warfare is all military activity concerned with electromagnetic field use, such as signal collecting, communication monitoring, information analysis, and electronic attack. The one key function of signal collecting for enemy signal analysis, direction finding, collects the signal radiated from enemy area and then calculates the enemy direction. This paper examined the Watson-Watt algorithm for an amplitude direction finding system and CVDF algorithm for phase direction finding system and analyzed the difference in the direction finding accuracy between in the clean electromagnetic field environment and in the real operating field environment of electronic warfare system. In the real field, the direction finding accuracy was affected by the reflected field from the surrounding obstacles. Therefore, this paper proposesan enhanced direction finding process for reducing the effect.The result of direction finding by applying the proposed process was enhanced above 1.24° compared to the result for the existing process.

광대역 GPS신호의 2차원 방향탐지를 위한 방사보정 기법 및 시험 방안

주형준,박슬기,김동환 한국산학기술학회 2020 한국산학기술학회논문지 Vol.21 No.1

In this paper, we present a radiation compensation method and experiment method for two-dimensional direction finding by elevation and azimuth angles of broadband GPS signal, and then produce experimental results. Previous studies have performed direction finding by only using the azimuth angle of the detected signal. So, the compensation table utilizes compensation data by azimuth angles only. However, the presented method in this study has compensation data by azimuth and elevation angles for two-dimensional direction finding. Because of direction finding systems and applications are diversified, recently. So, we present a two-dimensional radiation compensation method. For evaluation of the presented compensation method, we calculate the ideal phase differences on the antenna for two-dimensional direction finding and simulate phase differences using a FEKO EM simulator. Subsequently, we analyze experimental data by radiation compensation experiments using the presented compensation method in an anechoic chamber. 본 논문에서는 광대역 GPS 신호의 방위각 및 고각의 2차원 방향 탐지를 위한 방사 보정 기법을 제안하고, 이를 이용한 시험 방안 및 시험 결과를 제시한다. 기존의 방향 탐지 기법들은 탐지된 신호의 방위각 방향으로만 방향 탐지를 수행하여, 방향 탐지를 위한 시스템 보정 시 전파의 입사 각도에 따른 방위각 방향으로만 보정 값을 가지고 테이블을 형성하였다. 그러나 최근 시스템 및 방향 탐지의 응용 대상이 다양화함에 따라 본 논문에서 제안한 방법은 2차원 방향 탐지가 가능하도록 고각 및 방위각 모두의 위상차를 가지는 보정 테이블을 형성한다. 우리는 2차원 보정 테이블을 이용해 방향 탐지가 가능한지 확인하기 위해, 고각 및 방위각의 2차원 방향 탐지가 가능한 안테나를 기준으로 이론적 위상차 데이터를 산출하였다. 그리고, FEKO EM 시뮬레이터를 이용하여 위상차를 시뮬레이션 하여 보정테이블을 산출하였으며, 제시된 2차원 보정 기법을 이용하여 방사 보정 시험을 통해 그 결과를 확인하였다.

단원형배열안테나와 공간분할테이블을 이용한 방향탐지 및 추적

박현규,우대웅,김재식,박진성 한국군사과학기술학회 2022 한국군사과학기술학회지 Vol.25 No.2

Single-ring circular array antennas can be applied to direction finding systems in order to use nose-section in other purposes, and the interferometry is a proper direction finding method to those systems. We usually make the interferometer baseline long enough to achieve good angular accuracy. However, an interferometer with baseline longer than a half-wavelength has the ambiguity problem. In this paper, we present a novel method for solving the ambiguity problem in interferometry systems. This technique is based on the amplitude comparison method and the space division table, and it can place a target within the angular region in which the ambiguity problem does not occur by roughly estimating direction-of-arrival. The Monte Carlo simulation results show that proposed method can effectively remove the ambiguity problem in the system.

A Compact Rx Antenna Integration for 3D Direction-Finding Passive Radar

Hojoo Lee,Jaesik Kim,Jaehoon Choi 한국전자파학회JEES 2019 Journal of Electromagnetic Engineering and Science Vol.19 No.3

A compact receiving (Rx) antenna integration for 3D direction-finding passive radar is proposed. The proposed antenna integration consists of two Yagi antennas and two waveguide slot antennas. The antennas are mounted on four sides of a parallelepiped polycarbonate module with the same type of antennas facing each other on the opposite sides of the module. The antenna is designed for a direction-finding radar system as an Rx terminal on an avionic vehicle with a separate Tx base station on the ground. The proposed antenna integration demonstrates a maximum return loss of 9.6 dB (voltage standing wave ratio 2:1) ranging from 9.7 to 10.2 GHz in the X band and has suitable radiation patterns for direction-finding system in both the xz and yz planes. In addition, the proposed antenna integration has the compact size and light gross weight of 37 mm × 46 mm × 50 mm and 97 g, respectively, making it suitable for application in an avionic system.

Low-VHF 대역 방향탐지용 소형 안테나의 탱크 장착 위치에 따른 방사특성 연구

문상만,우종명 한국인터넷방송통신학회 2014 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.14 No.2

본 논문은 방향탐지용 Low-VHF 대역 소형 안테나의 탱크 장착 위치에 따른 방사특성에 관한 연구이다. 먼 저, 안테나를 평면 접지면상 장착시, 다음으로 탱크 위 장착시 방사특성에 대하여 각각 시뮬레이션(40MHz)과 1/10 축 소된 모델에 대하여 제작 측정(400MHz)으로 확인하였다. 평면 접지면상 장착시 급전점이 Φ=0°, 180°(xz-면)에 위치 할 경우, yz-면 EΦ 성분(H-면)과 xz-면 EΦ 성분(E-면) 방사패턴이 좁은 접지면의 영향으로 상반구상 무지향성 방사 특성을 유지함을 확인 하였다. 다음으로 탱크 장착시에도 평면 접지면상 장착시 방사특성과 동일하게 상반구상에서 yz-면 EΦ 성분(H-면)과 xz-면 EΦ 성분(E-면) 방사패턴 모두 장착위치에 거의 영향이 없는 상반구상 무지향성 방사 특성을 나타내었다. 이로써, 제안된 방향탐지용 소형 안테나를 탱크에 장착 할 경우, 급전점을 접지면이 좁은 xz-면(E- 면)에 위치시킨다면, 방향탐지용 안테나로써 보다 안정적인 방사특성을 유지함을 확인 할 수 있었다. This paper presents a study on the radiation characteristics of low-VHF band electrically small antenna for direction finding. Firstly, it is simulated the antenna for mounting on flat ground and tank model(in 40MHz), and measured for mounting 1/10 scaled model(in 400 MHz). In case of flat ground feed at Φ=0°, 180°(xz-plane), yz-plane EΦ (H-plane) and xz-plane EΦ (E-plane) radiation patterns are hemispheric omni- direction due to effect of narrow ground side. Then, in case of tank model, it is shown equally in case of the flat ground, yz-plane EΦ (H-plane) and xz-plane EΦ (E-plane) radiation patterns are hemispheric omni-direction nearly without effect of mounting position. Therefore, the suggested electrically small antenna for direction finding, in case of mounting on ground narrow side xz-plane(E-plane), is shown more stable radiation patterns as direction finding antenna.

A Direction-Finding Antenna Inserted into the Surface of Cylindrical Conductor Body

김재식 한국전자파학회 2022 Journal of Electromagnetic Engineering and Science Vol.22 No.4

In this letter, a direction-finding (DF) antenna inserted into the surface of a cylindrical conductor body, with the conductor material in front of the antenna, is presented. To minimize a gain reduction in the axis direction of the cylindrical conductor, an aperture of an openended waveguide antenna is modified, and the conductor body is deformed. The antenna is operated at the X-band, and its direction finding performance using an amplitude comparison method is analyzed. To verify the validation of the performance of the antenna, the analyzed results are compared to the measurement results.