KR100299247B1 - 펄스신호분석장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펄스신호분석장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실시간으로 입력되는 펄스신호를 디지털방식에 의해서 분석하는 펄스신호분석장치에 관한 것이다.

본 발명의 펄스신호분석장치는, 펄스신호의 +3dB 변곡점과 -3dB 변곡점을 검출하는 3dB 검출수단과; 상기 3dB 검출수단에서 검출된 +3dB 변곡점과 -3dB 변곡점 사이를 측정하여 펄스폭을 검출하는 펄스폭검출수단과; 상기 3dB 검출수단에서 검출된 +3dB 변곡점의 도착시간을 측정하여 펄스 도착시간을 검출하는 도착시간검출수단과; 상기 3dB 검출수단에서 검출된 -3dB 변곡점과 변곡점이 검출된 이후의 특정번째 값을 이용하여, n번째 펄스신호의 세기를 검출하는 펄스세기검출수단을 포함하여 구성된다.

Description

펄스신호분석장치{Pulse signal analysis apparatus}

본 발명은 펄스신호분석장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실시간으로 입력되는 펄스신호를 디지털방식에 의해서 분석하는 펄스신호분석장치에 관한 것이다.

레이다장치 또는 미사일 가이던스, 레이다 방해장치는 펄스신호에 대한 정교한 분석을 실시간으로 요구한다.

종래의 펄스신호분석은 도 1에 도시하고 있는 바와 같이, 제어장치(도시하지 않음)에서 분석에 필요한 기준문턱값을 제공받고, 상기 기준문턱값을 디지털/아날로그 변환기(Digital/Analog Convertor:10)를 사용하여 아날로그 전압으로 변경해서 기준전압으로 이용하였다. 그리고 비교기(30)는 분석을 위한 펄스신호와 상기 디지털/아날로그 변환기(10)의 출력값인 기준전압을 비교한다. 상기 두 신호의 비교에 의해서 비교기(30)로부터 추출된 TTL 비디오신호는 카운터(50,60)에 의해서 펄스폭, 도착시간 분석에 사용된다. 또한, 상기 비교기(30)로부터 추출된 TTL 비디오신호는 펄스세기를 측정하기 위한 아날로그/디지털 변환기(Analog /Digital Convertor:20)의 변환시점을 알려주는 신호로도 사용되었다.

즉, 종래의 펄스신호 분석은 수신기(Receiver) 또는 신호원(Signal Source)으로부터 발생되는 비디오신호(Video Signal)를 선정된 또는 분석하고자 하는 기준문턱점(Index Threshold)과 비교하여 TTL 비디오신호로 변환한 후, 펄스폭(PulseWidth) 및 도착시간(Time of Arrival)을 분석하였다. 그리고 펄스세기(Pulse Amplitude)는 별도의 아날로그/디지털 변환기를 사용하여 분석하였다.

그런데 펄스세기를 분석하기 위하여 실제 입력되는 비디오의 파형은 오버슈트(Overshoot)와 언더슈트(Undershoot) 때문에 분석시점이 매우 정교하여야 한다. 그러나 상기 아날로그/디지털 변환기(20)에서의 펄스신호분석은 TTL화된 비디오신호로부터 분석 시점을 산출하는데, 이것은 기준문턱점의 값에 따라 TTL 비디오의 상승시점이 유동적이기 때문에 기준문턱점이 변경되면 동일신호에 대하여 측정되는 펄스세기에 오차가 발생하였다.

즉, 도 2의 종래 기술의 펄스세기 측정오차에서 볼 수 있듯이 기준문턱값이 변경되면 펄스세기를 측정하기 위한 시점이 변경되고, 이에 따라 서로 다른 세기가 측정될 수 있음을 살펴볼 수 있다. 더구나 매우 짧은 펄스(약 200ns 미만의)를 처리하려는 경우 펄스세기의 측정시점은 오버슈트 구간내 존재하게 될 수도 있다. 따라서 종래기술의 펄스세기 측정에는 많은 오차가 포함되는 문제점이 있었다.

또한, 일반적으로 분석을 위하여 입력되는 펄스신호는 정형화된 신호가 아니다. 즉, 펄스 비디오는 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 상승부분(Rising Edge)과 하강부분(Falling Edge)에서 수직커브가 아니기 때문에 상단의 폭보다 하단의 폭이 더 넓고, 따라서 기준문턱점에 따라 비교기에서 출력되는 TTL신호는 서로 다른 폭을 갖게 된다. 따라서 종래는 포함된 오차를 제거하기 위하여 분석된 데이터를 사용하기 전에 컴퓨터나 MPU(Micro Processor Unit)를 사용하여 보상을 하였다. 펄스폭 보상을 위하여 입력된 신호세기와 설정된 기준문턱점을 사용한다. 이때 펄스세기 분석시 발생되는 오차가 존재하기 때문에 정교한 보상은 매우 어려운 문제점이 있었다.

따라서 종래기술은 기준문턱점에 의하여 TTL 비디오를 만들고 모든 분석을 TTL 비디오에 의존하므로 기준문턱점 값을 얼마 사용하느냐가 매우 중요한 요소였다. 더구나 도 4에 도시된 바와 같이 기준문턱점에 따른 분석오차와 같이 백그라운드 노이즈(BackGround Noise) 또는 다른 지속파(CW)에 의하여 입력되는 비디오신호가 전체적으로 상승하게 되면 어떤 펄스신호는 아예 제거되거나 또는 펄스를 분석하고자 함에도 지속파(CW) 또는 매우 넓은 펄스폭으로 분석될 수 있다.

일 예로 도 4에 도시한 바와 같이, 기준문턱점이 상단(기준문턱점1)인 경우, 펄스1을 분석할 수 없으며, 하단(기준문턱점3)인 경우 펄스2를 분석할 수 없었다. 따라서 종래는 이러한 과정에서 발생되는 에러를 줄이기 위하여 능동문턱점(Adaptive Threshold) 방법을 추가 사용하였으나, 백그라운드가 상승되는 경우 펄스신호와 구분이 잘 되지 않아 효율성이 매우 떨어지는 문제점이 있었다.

즉, 종래기술은 펄스 비디오 검출시 잡음이나 지속파에 크게 영향을 받으며, 펄스세기 및 펄스폭 측정시에 많은 오차를 갖게되는 문제점이 있었다.

또한, 종래는 상당수의 아날로그 소자를 사용하였다. 그 결과 온도에 따라 측정 및 분석 오차가 크게 변동되며, 입력신호는 측정하기에 적합한 최소 수준을 유지하여야 분석이 가능하였다. 또한, 약간의 잡음이나 드리프트에 의한 변화, 지속파를 제거하거나 보상하기가 매우 어려운 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 3dB 변곡점을 디지털 로직에서 검출하여 펄스신호를 분석하는 펄스신호분석장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 펄스신호분석장치의 구성도,

도 2는 종래 기술에서 펄스세기의 측정오차를 설명하는 파형도,

도 3은 종래 기술에서 펄스폭 측정오차를 설명하는 파형도,

도 4는 종래 기술에서 기준문턱점에 따른 분석 오차를 설명하는 파형도,

도 5는 본 발명에 따른 펄스신호분석장치의 구성도,

도 6은 본 발명에 따른 펄스신호의 분석을 위한 3dB 변곡점 검출 파형도,

도 7은 본 발명에 따른 펄스폭 측정시간과 오차에 대한 검출 파형도,

도 8은 본 발명에 따른 검출효과를 도시한 파형도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 디지털/아날로그 변환기 20 : 아날로그/디지털 변환기

30 : 비교기 40 : 클럭발생기

50,140: 펄스폭 카운터 60,150 : 카운터

110 : 컨트롤러 120 : m단 피포 레지스터

130 : 펄스세기검출기 160 : 변곡점 검출기

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 펄스신호분석장치는, 펄스신호의 +3dB 변곡점과 -3dB 변곡점을 검출하는 3dB 검출수단과; 상기 3dB 검출수단에서 검출된 +3dB 변곡점과 -3dB 변곡점 사이를 측정하여 펄스폭을 검출하는 펄스폭검출수단과; 상기 3dB 검출수단에서 검출된 +3dB 변곡점의 도착시간을 측정하여 펄스 도착시간을 검출하는 도착시간검출수단과; 상기 3dB 검출수단에서 검출된 -3dB 변곡점과 변곡점이 검출된 이후의 특정번째 값을 이용하여, n번째 펄스신호의 세기를 검출하는 펄스세기검출수단을 포함하여 구성된다.

본 발명의 펄스신호분석장치는, 펄스 비디오신호의 +/- 3dB 변곡점(Way Point)을 실시간으로 검출하여 분석에 정확성을 높이고 오차를 최소화하는 것을 특징으로 한다.

특히, 본 발명의 펄스신호분석장치는, 일반적인 신호의 폭을 정의할때 기준으로 하는 +/- 3dB 변곡점을 단순한 비교기를 사용하지 않고 디지털 펄스세기 값을 이용하여 직접 검출하고, 따라서 검출된 신호의 펄스 폭에 대한 신호보상이 불필요하도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 펄스신호분석장치에 대해서 상세하게 설명한다.

본 발명의 펄스신호분석장치는 도 5에 도시하고 있는 바와 같이, 펄스 비디오신호가 인가되면, m단 피포(First In First Out; 선입선출방식) 레지스터(120)에 m차 과거 데이터를 보관하고, 현재 입력되는 펄스세기를 포함하여 (m+1) 타임 데이터를 이용하여 변곡점 검출기(160)에서 필요한 변곡점을 검출한다.

그리고 본 발명의 펄스신호분석장치는 상기 변곡점 검출기(160)에서 검출된 두 개의 +/- 3dB 변곡점을 사용하여, 두 변곡점 간 구간(폭)을 검출하는 펄스폭 카운터(140)를 포함한다. 상기 펄스폭 카운터(140)에 입력되는 상기 두 변곡점 간 구간은 정량적인 펄스 폭이기 때문에, 실제 펄스폭과 거의 동일하여 별도의 보상을 필요로 하지 않는다.

다음, 본 발명의 펄스신호분석장치는 펄스 비디오가 입력되는 시점에서부터 +3dB 변곡점이 검출되기까지의 클럭수를 카운트하여, 펄스신호의 도착시간을 계수하는 도착시간 카운터(150)를 포함한다.

또한, 본 발명의 펄스신호분석장치는, 상기 변곡점 검출기(160)에서 검출된 -3dB 변곡점과 n-4 번째 입력된 펄스신호를 이용하여, n번째 펄스신호의 세기를 검출하는 펄스세기검출기(130)를 포함한다.

그리고 본 발명의 펄스신호분석장치는, 상기 펄스세기검출기(130), 펄스폭 카운터(140) 그리고 카운터(150) 및 변곡점 검출기(160)의 동작을 제어하는 컨트롤러(110)를 포함한다. 그리고 도 5에 도시된 클럭(Clock)신호는 상기 모든 구성요소에 공급되고, 각 구성요소의 클럭신호로 이용된다.

그리고 도시하지는 않고 있지만, 상기 m단 피포 레지스터(120)에 입력되는 펄스 비디오는 디지털신호이다. 따라서 그 앞단에 아날로그 펄스 비디오신호를 디지털신호로 변환하기 위한 수단이 구비되고 있다.

다음은 상기 구성에 따른 본 발명의 펄스신호분석장치의 동작에 대해서 설명한다.

본 발명의 펄스신호분석장치에서 변곡점 검출은 도 6에 도시하고 있는 바와 같이 m단 피포 레지스터 내에 이동되는 펄스세기의 데이터에서 검출되며, 예를 들어 m이 3인 경우는 최종 입력되는 An과 An-3의 차에 의하여 결정된다. 그러나 이는 상승시점 또는 상승구간 어느 곳에서나 검출된 가능성이 있으므로 변곡상태를 검출하여야 한다. 상기 변곡상태는 An과 An-2 를 연결한 직선보다 An-1이 높은 값을 가지면 실제 커브는 회전 또는 변곡하였다고 볼 수 있으므로, An + An-2가 두배의 An-1 값보다 작으면 An-1 에서 변곡된 것이다.

즉, 변곡의 조건은 (An - An-3) >3 dB 이고, (An + An-2) < 2 * An-1이다.

상기 수식은 개념적으로 클럭에 의하여 An 값이 과거로 이동되므로 클럭의 비율은 펄스 비디오신호를 제공하는 장치 또는 디바이스의 상승비율, 하강비율에 의존되어야 한다. 그렇지 않으면 상기 조건 (An - An-3) >3 dB 을 만족하지 못할 수도 있다.

상기와 같이 구해진 +3 dB 변곡점과 -3dB 변곡점은 펄스폭 카운터(140)와 카운터(150) 그리고 펄스세기검출기(130)에 각각 입력된다.

상기 펄스세기검출기(130)는, 상기 -3dB 변곡점과 m단 피포 레지스터(120)에서 출력되는 An-4번째 데이터를 이용하여 펄스 세기를 검출한다. 즉, 앞서 언급한 바와 같이, 변곡점의 검출은 m = 3인 경우에, 최종 입력되는 An과 An-3의 차에 의해서 이루어진다.

이후, 상기 변곡점의 검출이 이루어진 후, 다음 입력되는 An-4번째 신호가 펄스세기 검출을 위한 기준신호로 설정된다. 따라서 상기 펄스 세기 검출기(130)는, 상기 검출된 -3dB 변곡점과 An-4 값의 차를 펄스세기로 검출하는 것이다. 물론 여기서 상기 기준신호로 설정되는 An-4의 값은 사용자에 의해서 임의로 조절 가능하다.

따라서 본 발명은 종래와 같이 특정 기준문턱값에 의한 펄스세기를 검출하지 않고, 검출된 변곡점을 기준으로 기준문턱값이 변화되면서 펄스세기가 검출되는 효과가 있다. 즉, 본 발명의 지능적인 검출효과를 도시하고 있는 도 8에서 볼 수 있듯이 필요하지 않는 구간에서 변곡점은 검출되지 않기 때문에 기준문턱점에 의하여 오분석하게 되는 경우가 없다. 따라서 검출된 변곡점을 기준으로 정확히 처리된다.

또한, 상기 컨트롤러(110)의 제어하에 상기 변곡점 검출 기준을 위한 하단 검출범위(lower limit), 상단 검출범위(higher limit)를 설정하면, 설정된 범위 내에서 디지털 값에 의해서 변곡점이 검출이 가능하게 된다.

따라서 실시간으로 제어가 불가능하여 응답시간이 늦는 적응형문턱값 (Adaptive Thresold)의 방법에 비하여 본 발명의 펄스분석은 효과가 뛰어나며 신뢰성이 높다.

다음, 상기 펄스폭 카운터(140)는 상기 도 7에 도시하고 있는 바와 같이, 검출된 두개의 +/- 3dB 변곡점을 이용해서 펄스폭을 검출한다. 상기 두 변곡점 간 구간은 정량적인 펄스 폭이 되며, 이러한 펄스폭은 실제 펄스폭과 거의 동일하여 별도의 보상을 필요로 하지 않는다.

또한, 상기 카운터(150)는, 펄스 비디오가 입력되는 시점에서부터 상기 +3dB 변곡점이 검출되는 시점까지 기준클럭을 카운트하여, 펄스신호의 도착시간을 검출한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 펄스신호분석장치는, 아날로그회로의 감소로 측정오차가 현저하게 개선되며, 디지털회로로 구성되기 때문에 온도보상대상회로도 감소된다. 또한, 아이삭(ASIC) 또는 피지에이(PGA)화하여 전체회로의 크기를 축소시킬 수 있고, 분석된 데이터에 대하여 별도의 오차보정이 필요없는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 펄스신호분석장치는, 기준문턱점을 사용하지 않으므로 측정 최소범위와 최대범위를 숫자적으로 정의하거나 제어할 수 있으며, 응답시간이 늦은 적응형 문턱값의 방법에 비하여 검출효과가 뛰어나며, 신뢰성이 높은 잇점이 있다.

Claims (1)

1. 펄스신호의 +3dB 변곡점과 -3dB 변곡점을 검출하는 3dB 검출수단과;

   상기 3dB 검출수단에서 검출된 +3dB 변곡점과 -3dB 변곡점 사이를 측정하여 펄스폭을 검출하는 펄스폭검출수단과;

   상기 3dB 검출수단에서 검출된 +3dB 변곡점의 도착시간을 측정하여 펄스 도착시간을 검출하는 도착시간검출수단과;

   상기 3dB 검출수단에서 검출된 -3dB 변곡점과 변곡점이 검출된 이후의 특정번째 값을 이용하여, n번째 펄스신호의 세기를 검출하는 펄스세기검출수단을 포함하여 구성되는 펄스신호분석장치.