KR870000138B1 - 자동 방향 탐지기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

자동 방향 탐지기

제1도는 본 발명에 따른 자동 방향 탐지기의 제1실시예 구성을 도시한 블럭선도.

제2도는 본 발명에 따른 자동 방향 탐지기의 제2실시예 구성을 도시한 블럭선도.

본 발명은 선박, 차량 및 항공기등에 이용되는 자동 방향 탐지기에 관한 것이다.

일반적으로 고니오미터(goniomerer)가 삽입된 직교 루우프 안테나 회로를 포함하는 자동방향 탐지기가 공지되어 있는바, 이러한 자동탐지기에 있어서, 고니오 미터의 출력은 저주파 신호로 변조되고, 그 변조된 신호는 수직 안테나의 출력을 90°이상(phase shift) 시컨신호와 합성된다. 그후, 이 합성신호는 수신기에 의해 증폭 및 검파된다 : 검파된 신호는 서어보모터의 구동코일에 공급되도, 이와 동시에 상기의 변조용 저주파신호가 서어보모터의 여자코일에 인가된다. 이 서어보 모터는 고니오미터와 기계적으로 결합되어 도래전자파의 방향을 고니오미터의 지침(pointer) 각 위치를 표시하게 된다.

직교 루우프 안테나는 한쌍의 변조기를 이용하여 서로 90°의 위상차를 갖는 동일한 주파수의 두 개의 저주파 신호로 각각 변조되는 두개의 출력을 발생시킨다고 알려져 있다. 변조된 신호들은 수직안테나의 출력을 90°이상 시킨 신호와 하나의 신호로합성되고, 그 합성된 신호는 수신기에 의해 증폭 및 검파된 후에 상기의 변조용 주파수를 제외한 모든 주파수 성분을 여파하는 필터를 통과하게 된다. 그 다음, 상기 변조용 저주파에 대한 기준 주파수 신호의 위상이 필터의 출력주파수의 위상과 비교되고, 이에 따라 수신전자파의 방향을 지시하는데 사용되는 위상차 각 신호(phase difference angle signal)가 발생된다.

상술한 바와같은 종래 기술의 방향탐지기들은 몇가지 단점을 지니고 있다. 구체적으로, 상기 방향탐지기들이 선박등에 설치된 경우, 안테나 주위에는 마스트(돛대 : mast)나 스테이(받침줄 : stay)와 같은 많은 장애물들이 존재하게 되어 전자파를 교란시키게 된다. 특히 측정되어야할 주파수가 VHF 대에 가까와질수록, 센스(sense)결정에 사용되는 수직안테나와 관련소자들의 고주파 접지들은 안정되질 못하게 된다. 따라서 수직안테나 내의 신호의 진폭과 위상은 마스트와 스테이의 영향으로 인해 실질적으로 도래전자파의 방향이 변하게되고, 그에 따라 센스결정이 부정확해져서 오차가 증가하게 된다.

따라서, 본 발명의 주 목적은 상기한 문제점들을 제거한 개량된 자동방향탐지기를 제공하는데 있다. 본 발명에 따르면, 종래 기술의 장치에 있어서와 마찬가지로, 초기측정 단계에서는 수직안테나의 출력과 루우프 안테나의 출력들이 함께 사용된다. 그러나, 측정된 각도를 지시하는 최종단계에서, 도래 전자파의 방향은 상기에 언급한 바와같이 위상과 진폭에 있어서 결함을 갖는 어떠한 수직안테나도 사용하지 않고 측정된다.

이하, 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

제1도에 도시된 바와같이, 본 발명의 일실시예에 따른 자동방향탐지기는 서로 직교하는 방향으로 배치된 1쌍의 루우프안테나(1),(2)와 ; 서로 직각으로 배치되는 고니오미터의 1쌍의 고정자코일(3),(4) ; 서로 직각으로 배치되는 1쌍의 서어치코일(5),(6)과 ; 90°이상기(phase shifter)(9)와 ; 합성회로(11)에 대해 출력을 공급하는 스윗칭장치(10)를 포함하고 있다. 보통, 이상기(9)의 출력은 합성회로(11)에 연결되지만, 초기 측정을 마친 후에는, 이상기(9)의 출력이 합성회로(11)와 단절되도록하고, 서어치코일(6)의 출력을 합성회로(11)에 연결시킨다. 이 동작을 위한 제어신호는 후술하는 레벨비교기(15)에 의해 발생된다. 합성회로(11)의 출력은 수신기(12)에 연결된다. 본 발명의 자동 방향 탐지기는 또한 검파기(13)와 출력이 서오보모터(17)의 구동코일에 연결되는 저주파 증폭기(14)를 포함하는데, 이 서어보모터(17)는 상기 고니오미터에 기계적으로 결합된다, 방향지침(18)는 서어보모터(17)에 기계적으로 결합된다. 저주파 발진기(16)는, 예를들면 서오보모터(17)의 여자코일로 공급되는 135Hz의 교류 신호를 발생시킨다. 이 발진기(16)의 출력은 고니오미터의 출력을 변조하기 위해 고니오미터의 서어치코일(5)의 출력측에 연결된 평형변조기(7)에 인가된다. 이 평형변조기(7)의 출력은 합성회로(11)에 연결된다.

공지의 자동 방향 탐지기에 있어서는, 서어치코일(6)이 사용되고 있지 않으며, 또한 이상기(9)는 스윗칭장치(10)에 의해 합성회로(11)와 항상 연결되어 있다. 본 발명에 따른 신규한 구성을 제외한 공지부분의 동작원리에 대해서는 설명할 필요가 없을 것으로 생각된다.

상기 레벨비교기(15)는 수신기(12)의 중간주파수의 레벨과 검파기(13)의 복조파의 레벨을 비교한다. 만일 중간주파수의 레벨이 0이거나, 중간주파수가 존재할지라도 저주파발진기(16)의 출력과 동일한 주파수를 갖는 복조파의 주파수 성분의 레벨이 특정레벨을 초과하게 되면, 비교기는 어떠한 제어신호도 발생시키지 않고 이상기(9)의 출력을 합성회로(11)에 인가시킨다. 한편, 중간주파수의 레벨이 0보다 크고, 동시에 복조된 저주파 성분의 레벨이 특정레벨보다 작다면 레벨비교기(15)는 스윗칭장치(10)에 제어신호를 공급하게 된다. 결과적으로, 이상기(9)의 출력은 전송되지 않고, 이상기(9) 대신에 서어치코일(6)이 합성회로(11)에 연결된다.

상기 장치에 의해 수행되는 스윗칭 동작과 초기 및 최종 측정단계들은 다음과 같다. 어떠한 전자파도 조달하고 있지 않은 경우에는, 레벨비교기(15)는 어떠한 제어신호도 발생시키지 않고, 종래의 자동 방향 탐지기에서와 마찬가지로 전자파가 도달할때까지 기다리게 된다. 신호파가 수신되면, 수직안테나의 출력은 이상기(9)를 거쳐 합성회로(11)로 전송된다. 또한, 서어치코일(5)의 출력에 평형변조기(7)를 거쳐 합성회로(11)에 인가된다. 합성된 신호는 수신기(12)에서 증폭되고, 검파기(13)에 의해 검파되어, 예를들면, 135Hz의 변조 주파수와 동일한 주파수를 갖는 신호로 된다. 이 신호는 서어보모터(17)을 회전시키기 위해 증폭기(14)에서 증폭된 다음에, 최소감도방향(aural nwl direction)으로 고니오모터를 회전시킨다. 고니오미터가 최소 감도 방향으로 접근함에 따라 검파기(13)로 부터의 135Hz의 출력레벨은 감소하게 된다. 이 출력레벨은 레벨비교기(15)에 의해 검파된다. 만일 각 위치가 최소감도에서 ±(20-30)°범위내에 놓여있음을 나타내는 특정 레벨보다 상기 출력 레벨이 작으면, 초기 측정은 완결된다. 그 다음, 레벨비교기(15)는 이상기(9)의 출력과 서어치코일(6)의 출력을 교체하는 제어신호를 발생시켜 최종측정을 할 수 있게한다. 이와같이 함으로써, 방향측정에서 미소 오차를 일으키는 수직안테나의 영향을 피할 수 있게된다. 어떠한 후속파도 수신되질 않을때, 레벨비교기(15)는 제어신호 발생을 중지시킨다. 이로써, 그 장치는 수직안테나가 사용된 초기측정 상태로 되돌아가게 된다. 레벨비교기(15)가 적당한 시정수를 갖도록 구성되었다면, 전신파(telegraph wave)와 같은 단속파를 탐지하는데 있어서, 본 장치는 하등의 지장이 없다는 것을 주목할 만하다.

서어치코일(6)로부터 파생된 신호전압에 관해서, 고니오미터는 초기측정을 완결하자마자 최소감도 방향에 있게되며, 따라서 서어치코일(6)은 최대 감도방향에 있게된다. 또한 서어치코일(6)의 신호의 위상에 관해서 코일(5),(6)들은 고정배치된채 서로 직각으로 감겨져 있다. 따라서 초기측정에서 고니오미터는 비록 서어치코일(5)이 오차를 발생시킬지라도 180°의 불확정성이 없이 실제 방위를 지시하게 된다. 게다가 자연적인 결과로써 이 신호는 수직안테나의 출력을 90°이상시킨 신호와 동상으로 된다.

상기 실시예에서, 서어치코일(6)의 출력이 스윗칭장치(10)을 거쳐 합성회로(11)에 연결될지라도, 서어치코일(6)의 출력은 스윗칭장치(10)를 거치지 않고 영구적으로 합성회로(11)에 직접 연결될 수도 있을 것이다 이 또 다른 구성은 도면엔 도시되지 않았지만 그것이 동작하는 방법을 상세하게 설명하기로 한다.

서어치코일(6)의 출력은 도래전자파의 방위에 따라, 이상기(9)의 출력과 동상(in phase) 또는 이상(out lf phase)으로 될 것이다. 그리고 그 출력전압 역시 변하게 될 것이다. 그러나, 초기측정에서 이상기(9)의 출력이 서어치코일(6)의 최대출력을 어느정도 초과하게 되면, 서어치 코일의 출력위상은, 도래전자파의 방향에 관련된 서어치코일의 각 위치와 무관하게, 이상기(9)의 출력과 항상 동상으로 된다. 따라서, 서어치코일(6)이 고립되든지 또는 합성회로에 접속되든지간에 초기측정에서 동일한 동작들의 결과가 나타나게 될 것이다. 초기측정을 완결한 후 동일한 최종측정이 상기 실시예대로 이루어진다. 따라서 이러한 측정에 대해 더이상 설명하지 않기로 하겠다.

제2도에 도시된 바와같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 자동방향 탐지기는 직각으로 배치된 한쌍의 루우프 안테나(31),(32)를 포함하고 있다. 각 루우프 안테나로 부터의 각각의 출력은 평형 변조기(33),(34)에 각각 공급되어, 저주파발진기(35)로부터 발생된 신호 "a" 및 신호 "b"로 변조된다. 신호 "a"와 신호 "b"는 예를들면, 135Hz의 주파수를 갖고, 서로에 대해 90°의 위상차로 갖는다. 루우프 안테나의 각 출력은, 제어신호발생기(38)의 출력을 수신함으로써 무선주파수 신호들의 극성을 제어하도록 동작을 하는 극성제어기(36),(37)들에 또한 인가된다. 무지향성 안테나(39)의 안테나의 출력을 90°만큼 이상시키는 이상기로 구성된 초기 측정을 위한 센스회로는 스윗칭회로(41)에 인가되는 출력을 발생시킨다. 스윗칭회로(41)와, 변조기(33),(34) 및 극성제어기(36),(37)들의 출력들은 모두 합성회로(42)에 인가되고, 그 출력은 수신기(43)에 인가되어 증폭 및 복조된다. 상기 135Hz의 저주파를 가진 복조신호는 상기주파수를 갖는 신호들만을 통과시키는 협대역 필터를 거쳐 레벨검파기(45)와 위상 검파기로(46)에 인가된다. 그 필터의 출력이 미리 결정된 레벨을 초과할때, 레벨검파기(45)는 약 0.5초 정도의 짧은 시간이 경과된 후에 스윗칭회로(41)을 개방(open)시켜서 제어신호 발생기(38)을 동작시키는 신호를 발생한다.

위상검파기(46)에는 또한 발진기(35)의 위상기준신호와 같이 고정된 위상을 갖는 적당한 저주파신호가 공급된다. 위상검파기의 출력신호는, 도래파방향을 디스플레이 또는 지시하는 음극선관이나 디지탈 위상지시기(47)와 같은 디스플레이장치(47)에만 인가될뿐만 아니라, 신호발생기(38)에도 역시 인가된다.

제2도 장치의 동작에 있어서, 상기 레벨 검파기가 어떤 신호도 발생시키질 않을때, 스윗칭회로(41)은 폐쇄(close)되고, 신호발생기(38)는 극성제어기들의 루우프 안테나(31),(32)들의 출력에 의해 동작하지 못하도록 두 극성제어기(36),(37)에 대해서 금지신호(inhibiting signal)"0"을 공급한다. 이러한 초기 측정단계에 있어서, 그 장치가 시동될때, 루우프 안테나(31),(32)들의 출력들은 각 평형변조기에서 서로 90°의 위상차를 갖는 신호 "a"와 신호"b"에 의해 각각 변조된다. 동시에, 수직안테나(39)의 출력은 90°의 위상차를 갖는 신호 "a"와 신호 "b"에 의해 각각 변조된다. 동시에, 수직안테나(39)의 출력은 90°이상기(40)와 스윗칭회로(41)를 거쳐 합성회로(42)에 인가된다. 그 다음, 그 합성신호는 발진기(35)의 출력의 저주파 성분이 복조되는 수신기(43)에 인가되며, 그후, 협대역 필터(44)에서 잡음성분들이 완전히 제거된다. 다음에, 필터(44)의 출력은 위상검파회로(46)에서 위상이 검파되어 도래전파방향을 위상디스플레이장치(47)에 디스플레이할 수 있게된다. 이런 초기 측정에서의 동작들은 종래방법으로 수행되었다고 이해될 것이다.

초기측정 동작들은 완결한 후, 레벌검파기(45)는 스윗칭회로(41)가 개방되고 또한 수직안테나(39)의 출력이 후속단계들에 대해 어떠한 신호도 내보내지 못하도록, 상기 약간의 시간지연후에 제어신호를 발생시킨다 그와 동시에, 검파기(45)의 출력은 제어신호 발생기(38)에 인가된다. 여기에서, 그 신호 발생기는 극성제어기(36),(37)들에 두 신호중 한 신호를 위상검파기(46)의 출력측에 인가시킨다. 즉 그것이 아래표에 나타낸 바와같이 도래전자파의 방향이 된다. 구체적으로 설명을 하면, 신호 "1"이 양 제어기(36),(37)들에 인가된다면, 발생기(38)는 루우프 안테나(31),(32)들의 출력과 같은 극성을 갖는 신호들을 내보내게된다. 한편 신호 "-1"이 인가되면, 발생기(38)는 반대 극성의 신호들을 전송할 것이다.

[표]

상기 제어관계가 유지된다면, 극성제어기(36),(37)들로부터 전송된 무선주파수 신호들은 도래전자파의 방향과는 관계없이 수직안테나(39)를 떠난후 이상기(40)를 통과하는 신호와 동상이 된다. 따라서, 안테나(39)로부터 수신전자파가 초기측정 완결후 방해받게 될지라도, 이상기(40)의 출력과 동상인 입력들이 루우프 안테나(31),(32)로부터 얻어질 수 있게된다. 이와같이, 최종측정에 있어서, 안테나의 입력위상이 주위물체나 그밖의 유사현상으로 야기된 외란들에 의해 악영향을 받는 수직안테나(39)를 쓸 필요가 없게된다. 이로써 미소오차를 갖는 방위치를 얻을 수 있게된다.

예를들면, 초기측정에서 ±10°상태의 오차를 포함한다고 가정하자. 그러면, 0°,90°, 180°, 및 270°중 어느 한 각도 부근의 방향으로 전자파가 도래할때, 극성제어기(36),(37)들이 각각 미소 오차에 기인한 그릇된 신호 "1" 또는 "-1"을 수신하게 될지도 모른다. 그러나 다음 설명에서 명백해지는 바대로, 극성제어기(36),(37)에서 합성회로(42)로 인가되는 합성신호들의 각 위상에 영향을 미치지는 않게 된다.

한 전자파가 80°방향에서 도래하지만, 외란등에 의해 초기 측정치가 100°방향이 된다고 가정해보자, 한 루우프안테나(32)가 남북(NS)방향으로 설치되고 다른 안테나(31)는 동서(EW)방향으로 설치되었다면, 도래파의 방향이 80°또는 100°이든지간에, 그때 동서(EW) 방향인 루우프안테나(31)는 상기 표와같이 극성"1"을 갖게될 것이다. 각 루우프안테나의 효과파고치와 전개강도를 각각 "h"와 "E"로 표시하면, 그 출력은 다음과 같이 주어진다.

Eh sin80°=Eh×0.98……(1)

도래차의 방향이 80°라면, 남북(NS) 방향의 안테나(32)의 출력은 다음과 같이 주어지게 된다.

Eh cos80°=Eh×0.17……(2)

측정 도래방향이 측정오차로 인해 100°라고하면, 출력은 다음과 같이 주어지게 된다.

Eh cos100°=-(Eh×0.17)……(3)

이론적으로, 식(1)+식(2)=Eh(0.98+0.17)=Eh×1.15가 얻어지게 된다 : 반면에 오차에 관련된 경우에 있어서, 식(1)+식(3)=Eh(0.98-0.17)=Eh×0.81이 초기측정에서 얻어지게 된다. 따라서, 측정오차가 초기측정에서 45°를 초과하지 않은한, 정상적인 위상이 얻어지게 된다는 것이 명백해졌다.

본 기술에 숙달된 사람에게 있어서 명백하듯이, 상기 설명의 관점내에서 다양한 수정이 이룩될 수가 있게 된다. 그 기술분야에 숙달된 사람의 능력에 달려있는 이러한 수정은 본 발명의 일부를 형성하고 다음 특허 청구범위에서 채택될 것이다.

Claims (4)

1. 방향이 서로 직교되도록 배치된 한쌍의 루우프 안테나(1),(2)와, 서로 직각으로 배치되어 각기 한개의 출력을 발생시키는 한쌍의 서어치코일(5),(6)을 포함하는 고니오미터와, 저주파 신호를 발생시키는 최소한 하나의 저주파발진기(16)와 상기 서어치코일(5),(6)의 출력들중 한개의 출력을 변조하기 위해 상기 저주파 발진기(16)의 저주파 신호를 수신하는 최소한 하나의 변조기(7)와, 한개의 출력을 발생시키는 무지향성 수직 안테나(8)와, 이 수직안테나(8)의 출력을 위상변이시키는 이상기(9)와 변조된 신호와 이상기로 부터의 위상 변이된 신호를 합성하는 수단(11)과, 합성된 신호를 증폭하고 검파하는 수단(12)을 포함하고 있는 자동방향 탐지기에 있어서, 방향의 초기 측정을 완결한 후 상기 수직안테나를 격리시키는 제어회로(10)를 포함하며 초기 측정기에는 상기 한쌍의 루우프안테나(1),(2)와 수직안테나(8)를 모두 사용하고, 최종 측정에서는 상기 루우프 안테나만을 사용하도록 하는 것을 특징으로 하는 자동방향탐지기.
2. 제1항에 있어서, 한개의 서어치 코일의 출력이 변조기(7)에서 변조된 후 그 서어치 코일이 합성회로(11)에 연결되고, 다른 서어치 코일은 초기측정에서는 합성회로(11)에 연결되지 않으며, 초기측정을 완결한 후 수직안테나(8)에 대한 이상기(9)의 출력대신에 상기한 서어치코일이 합성회로(11)에 연결되어 최종 측정을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 자동방향탐지기.
3. 제1항에 있어서, 변조기(7)가 고니오미터에서 서로 직각으로 감긴 서어치코일 중 단 하나와 연결되고 초기측정에서 수직안테나(8)에 대한 이상기(9)의 출력이 합성회로(11)에 연결되어 최종측정에서는 수직안테나가 격리되도록 하는 것을 특징으로하는 자동방향탐지기.
4. 제1항에 있어서, 상기 한쌍의 루우프 안테나(1),(2)/(31),(32)중 하나의 안테나와 합성회로(11)/(42)사이에 추가 배치되어, 도래전자파의 방향에 따라 서로 반대의 극성을 발생시키는 한쌍의 극성제어기(36),(37)를 포함하되, 이 경우에는, 상기 최소한 하나의 저주파발진기(16)는 서로 90°의 위상차를 갖는 출력을 발생시키는 한쌍의 발진기(35)이고, 상기 최소한 하나의 변조기(7)는 상기 루우프안테나와 합성회로(11)/(42)사이에 배치되어 각 루우프 안테나로 부터의 출력을 저주파 발진기들로 부터의 상기 출력으로 각각 변조시키는 한쌍의 변조기(33),(34)인 것을 특징으로 하며, 또한 이러한 경우에서는 초기 방향 측정시에만 무지향성 수직안테나(8)/(39)에 대한 이상기(9)/(40)의 출력과 변조기(33),(34)로부터의 변조출력들이 사용되고 그 후에 상기 이상기(9)/(40)는 격리되어 상기 극성제어기(36),(37)로 하여금 최종 측정을 위해 초기 측정된 각의 사분원에 따르는 루우프 안테나들의 출력 극성을 선택적으로 결정하도록 하는 것을 특징으로하는 자동방향탐지기.

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