The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science (한국전자파학회논문지)

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In-Flight Calibration Method for Direction Finding of Communication Signals based on Aviation Systems

항공 시스템 기반의 통신신호 방향 탐지를 위한 비행 보정 기법

  • Received : 2019.01.18
  • Accepted : 2019.04.04
  • Published : 2019.04.30
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Abstract

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.

신호를 송출하는 신호원의 방향을 추정하기 위하여 다수개의 안테나를 이용하는 방향 탐지 장치는 조난자를 구출하거나 규정된 송신원의 위치를 파악하기 위하여 사용된다. 방향 탐지를 수행할 때에는 방향 탐지 장치와 다수개의 안테나를 탑재한 시스템의 외형과 재질에 따라서 반사파가 존재하고 신호의 왜곡이 발생된다. 따라서 신호원의 방위각을 정확하게 추정하기 위해서는 방향 탐지 장치 개발 간에 안테나 배치와 시스템 외형에 따른 영향성을 반영하기 위한 보정을 수행해야만 한다. 본 논문에서는 항공 시스템을 이용한 통신신호 방향 탐지 장치 개발을 위하여 수행되는 비행 보정기법을 설명하고, 비행 보정을 통하여 얻게 된 위상 보정 데이터를 적용할 경우의 방향 탐지 성능을 분석한다.

Keywords

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그림 1. 전자파 무반향실(anechoic chamber) 시험 시설 Fig. 1. Electromagnetic anechoic chamber test facility.

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그림 2. 항공 시스템 기반의 야외 시험 시설(BAE systems) Fig. 2. Outdoor test facility based on aviation systems(BAE systems).

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그림 3. N개 수신안테나를 이용한 위상비교 방향 탐지 장치의 블록도 Fig. 3. Block diagram of correlative interferometer DF equipment using N receive antennas.

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그림 4. 비행 보정을 위한 시스템 구성도 Fig. 4. System configuration for in-flight calibration.

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그림 5. 비행 보정을 위한 순서도 Fig. 5. Flow chart for in-flight calibration.

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그림 6. 비행 보정을 위한 항공기의 이동 경로 Fig. 6. Flight path of the aircraft for in-flight calibration.

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그림 7. 비행 보정 수행 시 항공기의 자세정보(roll, pitch) 및 보정 신호의 항공기에서의 수신 레벨 Fig. 7. Aircraft attitude information(roll, pitch) and calibration signal reception level during in-flight calibration.

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그림 8. 비행 보정을 통하여 수집된 50 MHz 주파수에 대한 위상차 패턴 (1번 vs. 2번 안테나) Fig. 8. Phase difference pattern at 50 MHz frequency collected through in-flight calibration.

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그림 9. 비행 보정 데이터 생성을 위한 유효 범위의 항공기 자세 및 보정 신호 수신 레벨 필터링 Fig. 9. Aircraft attitude and calibration signal reception level filtering of the effective range for in-flight calibration data generation.

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그림 10. 필터링된 50 MHz 주파수에 대한 위상차 패턴(1 번 vs. 2번 안테나) Fig. 10. Filtered phase difference pattern at 50 MHz frequency(Ant. 1 vs. Ant. 2).

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그림 11. 50 MHz 주파수에 대한 방위각 별 위상 보정 데이터 비교(1번 vs. 2번 안테나 간 위상차) Fig. 11. Comparison of phase calibration data by azimuth angle at 50 MHz frequency(Phase difference between ant. 1 and ant. 2).

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그림 12. 450 MHz 주파수에 대한 방위각 별 위상 보정 데이터 비교(1번 vs. 2번 안테나 간 위상차) Fig. 12. Comparison of phase calibration data by azimuth angle at 450 MHz frequency(Phase difference between ant. 1 and ant. 2).

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그림 13. 항공기에 적용된 위상 보정 데이터 종류에 따른 방향 탐지 오차의 확률 분포(50 MHz) Fig. 13. Probability distribution of DF error according to phase calibration data type applied to aircraft(50 MHz).

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그림 14. 항공기에 적용된 위상 보정 데이터 종류에 따른 방향 탐지 오차의 확률 분포(450 MHz) Fig. 14. Probability distribution of DF error according to phase calibration data type applied to aircraft(450 MHz).

표 1. 비행 보정을 통한 위상 보정 데이터 적용 시 방향 탐지 정확도 개선량 Table 1. Improved DF accuracy when applying phase calibration data through in-flight calibration.

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