KR100561555B1 - 레이더 펄스의 분석방법 - Google Patents

레이더 펄스의 분석방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이더 펄스의 분석방법에 관한 것이다. 본 발명은, 레이더의 펄스를 수신하는 전자장비의 레이더 펄스의 분석방법에 있어서, 상기 레이더의 펄스를 수신하는 전자장비를 통해서 입력되는 펄스에 대해서 시간에 따른 입력펄스의 반복주기 또는 시간에 따른 주파수 값으로 이루어진 형태의 디지털 입력 펄스 신호로 재배열하는 신호 수신단계(10)와; 저역통과 필터 및 메디안 필터를 이용하여, 상기 신호 수신단계에서 발생되는 가우시안 잡음 및 누락 펄스, 다른 신호의 존재에 의한 임펄스성 잡음에 대한 영향을 최소화하면서, 디지털 신호처리를 위해 등간격 샘플신호를 생성하는 전처리 단계(20)와; 입력 펄스 신호의 반복주기 또는 주파수의 평균값을 계산하고, 그 평균값을 모든 입력 펄스 신호의 반복주기 또는 주파수의 값에서 감산함으로써 입력 펄스 신호의 반복주기 또는 주파수의 평균값을 0으로 한 후, 선형 자기 상관관계를 계산한 후, 0시간 인덱스 이후의 가장 큰 피크를 조사하여 상기 입력 펄스 신호의 반복주기 또는 주파수의 변경주기를 추정하는 변경주기 추정단계(30)와; 지터, 어자일, 사인, 삼각, 톱니(+/-) 등의 변경형태를 수학적으로 모델링한 변경 모델함수와, 상기 전처리 단계 및 상기 변경주기 추정단계에서 추정된 변경 주기, 입력 펄스 신호의 샘플의 수 및 상기 변경 모델함수를 이용해서 분석하고자 하는 변경 모델신호를 생성하는 모델신호 생성단계(40)와; 상기 변경 모델신호를 정규화하여 선형 자기 상관관계를 계산하는 계산단계(50)와; 상기 입력 펄스 신호와 이것의 변경형태를 판단하기 위해 생성한 변경 모델신호의 정규 화된 선형 자기 상관관계들간의 유클리드 거리를 모두 계산하고, 그 중에서 가장 작은 유클리드 거리를 가지는 변경 모델신호를 입력 펄스 신호의 반복주기 또는 주파수의 변경형태로 추정하는 변경형태 추정단계(60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
펄스, 저역통과 필터, 메디안 필터, 정규화, 선형 자기 상관관계,

Description

레이더 펄스의 분석방법{A method for analyzing a radar pulse}
도 1은 본 발명에 따른 레이더 펄스의 분석방법을 설명하기 위한 개략적인 블록도,
도 2는 본 발명의 실시예에 있어서 수신되는 펄스가 톱니(-) 형태를 갖는 펄스 반복주기의 펄스 신호에 대한 정규화된 선형 자기상관관계와, 분석하고자 하는 변경형태의 모델함수를 이용하여 생성한 모델신호에 대한 정규화된 선형 자기상관관계를 나타내는 도면이다.
본 발명은 레이더 펄스의 분석방법에 관한 것으로서, 특히 레이더의 펄스를 수신하는 전자장비에서 수신된 펄스에 대한 식별율을 향상시키고, 정밀한 재밍(Jamming)을 구사하는데 필요한 변경된 레이더 펄스의 반복주기 및 주파수를 분석하는 레이더 펄스의 분석방법에 관한 것이다.
일반적으로, 레이더의 펄스를 수신하는 전자장비에서 사용되고 있는 변경된 레이더 펄스의 반복주기 및 주파수의 특성에 대한 분석방법은, 수신되는 신호의 연속성을 기반으로 기울기의 변화 정보를 이용하여, 단순 증가하거나 또는 단순 감소 하는 형태와, 단순 증가와 단순 감소가 교대로 발생되는 형태를 분석하는 것이다.
이와 같이, 종래의 레이더 펄스의 분석방법은, 수신되는 신호의 연속성에 기반하고 있으므로, 실제로 고밀도의 전자파가 발생되는 복잡한 환경하에서 수신되는 펄스는 누락 펄스, 가우시안 및 임펄스 잡음 등의 성분에 매우 취약하고, 또 정확한 펄스의 변경형태를 분석할 수 없다.
또한, 여기서 말하는 펄스의 변경형태란 펄스마다의 간격인 펄스 반복주기 또는 펄스마다의 주파수 값의 변조(modulation)에 의해 변화된 형태, 즉 펄스마다 일정한 주파수나 펄스 반복주기를 가지는 것이 아니라, 펄스 단위로 그 값들이 특정 형태로 변화하는 것을 말한다. 일반적으로, 가장 많이 사용되는 변경형태로는 지터(펄스 반복주기의 변경에서 랜덤하게 변하는 경우를 지터라 함) 또는 어자일(agile, 주파수 값의 변경시 랜덤하게 변하는 경우를 어자일이라 함), 사인, 삼각, 톱니(+/-) 등이 있으며, 이외에도 삼각과 사인 형태를 클리핑시킨 형태와 부채꼴 형태 등도 있다.
따라서, 종래의 레이더의 펄스를 수신하는 전자장비에서는 수신된 펄스에서의 펄스 반복주기 및 주파수의 변경형태를 정확하게 분석하지 못하므로, 수신된 펄스를 사용하는 레이더에 대한 식별율이 떨어지고, 또한 변경 주기 및 변경형태에 따라 시간적으로 동기된 정밀한 재밍(Jamming)을 일으킬 수 없다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 레이더의 펄스를 수신하는 전자장비에서 수신된 펄스의 반복주기 및 주파수에 대한 정확한 변경형태를 제공하여 펄스의 식별율을 높이고, 정밀한 재밍을 일으키는 레이더 펄스의 분석방법을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 레이더의 펄스를 수신하는 전자장비의 레이더 펄스의 분석방법에 있어서, 상기 레이더의 펄스를 수신하는 전자장비를 통해서 입력되는 펄스에 대해서 시간에 따른 입력펄스의 반복주기 또는 시간에 따른 주파수 값으로 이루어진 형태의 디지털 입력 펄스 신호로 재배열하는 신호 수신단계와; 저역통과 필터 및 메디안 필터를 이용하여, 상기 신호 수신단계에서 발생되는 가우시안 잡음 및 누락 펄스, 다른 신호의 존재에 의한 임펄스성 잡음에 대한 영향을 최소화하면서, 디지털 신호처리를 위해 등간격 샘플신호를 생성하는 전처리 단계와; 입력 펄스 신호의 반복주기 또는 주파수의 평균값을 계산하고, 그 평균값을 모든 입력 펄스 신호의 반복주기 또는 주파수의 값에서 감산함으로써 입력 펄스 신호의 반복주기 또는 주파수의 평균값을 0으로 한 후, 선형 자기 상관관계를 계산한 후, 0시간 인덱스 이후의 가장 큰 피크를 조사하여 상기 입력 펄스 신호의 반복주기 또는 주파수의 변경주기를 추정하는 변경주기 추정단계와; 지터, 어자일, 사인, 삼각, 톱니(+/-) 등의 변경형태를 수학적으로 모델링한 변경 모델함수와, 상기 전처리 단계 및 상기 변경주기 추정단계에서 추정된 변경 주기, 입력 펄스 신호의 샘플의 수 및 상기 변경 모델함수를 이용해서 분석하고자 하는 변경 모델신호를 생성하는 모델신호 생성단계와; 상기 변경 모델신호를 정규화하여 선형 자기 상관관계를 계산하는 계산단계와; 상기 입력 펄스 신호와 이것의 변경형태를 판단하기 위해 생성한 변경 모델신호의 정규화된 선형 자기 상관관계들간의 유클리드 거리를 모두 계산하고, 그 중에서 가장 작은 유클리드 거리를 가지는 변경 모델신호를 입력 펄스 신호의 반복주기 또는 주파수의 변경형태로 추정하는 변경형태 추정단계 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 본 발명의 신호 수신단계에서는, 상기 수신되는 입력 펄스 신호중 수신 감도를 초과하는 펄스 신호에 대해서도, 입력 펄스 신호의 세기, 주파수, 방위, 펄스 폭, 펄스 도착시간 등을 측정하여 미리 설정된 디지털 비트맵의 형태로 저장하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 전처리 단계에서는, 상기 메디안(median) 필터를 이용하여 가우시안 잡음과 임펄스성 잡음의 영향을 최소화하고, 이웃하는 2개의 펄스 사이를 등간격으로 분할하여 가상으로 펄스가 존재하는 것과 같이 보간함으로써 누락 펄스를 보상함과 동시에 미리 설정된 등간격 샘플신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 변경주기 추정단계에서는, 0시간 인덱스 이후 주기마다 피크가 존재하는 경우에는 이것을 변경주기로 추정하고, 피크가 존재하지 않는 경우에는 펄스의 마지막 시간을 변경주기로 추정하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 변경주기 추정단계에서는, 0시간 인덱스 이후 주기마다 피크가 존재하지 않는 경우에는 펄스의 반복주기 변경 형태가 지터이거나 또는 펄스의 주파수 변경 형태가 어자일(agile)인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 변경형태 추정단계에서 사용되는 유클리드 거리(D)의 계산 은,
Figure 112003043194086-pat00001
여기서, R(k)는 전처리 단계를 거친 입력 펄스 신호에 대해 정규화된 선형 자기 상관관계이고, Gm(k)는 입력 펄스 신호로부터 추정된 변경 주기 및 샘플 수 그리고 변경형태 모델함수를 이용하여 생성한 모델신호에 대해 계산된 정규화된 선형 자기 상관관계, P는 입력 펄스 신호의 선형 자기 상관관계에서 크기가 0이 되는 첫번째 시간 인덱스, 그리고 m = 1(지터 또는 랜덤 어자일), 2(사인), 3(톱니), 4(삼각)이다.
또한, 본 발명의 펄스의 변경형태는 지터나 랜덤 어자일, 사인, 톱니(+/-) 및 삼각 형태중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명에 따른 레이더 펄스의 분석방법을 설명하기 위한 개략적인 블록도가 도시되어 있다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 신호 수신단계(10)에서는, 레이더의 펄스를 수신하는 전자장비를 이용하여 펄스를 수신한다. 그 후, 수신된 입력 펄스를 소정 의 형태, 예를 들면, 입력 펄스에 대해서 시간에 따른 입력펄스의 반복주기 또는 시간에 따른 주파수 값으로 이루어진 형태의 디지털 입력 펄스 신호로 재배열한다. 이때, 상기 수신되는 입력 펄스 신호중 수신 감도를 초과하는 펄스 신호에 대해서도, 입력 펄스 신호의 세기, 주파수, 방위, 펄스 폭, 펄스 도착시간 등을 측정하여 미리 설정된 디지털 비트맵의 형태로 저장한다.
다음에, 전처리 단계(20)에서는, 저역통과 필터 및 메디안 필터를 이용하여, 상기 신호 수신단계에서 발생되는 가우시안 잡음 및 누락 펄스, 다른 신호의 존재에 의한 임펄스성 잡음에 대한 영향을 최소화하면서, 디지털 신호처리를 위해 등간격 샘플신호를 생성한다. 또한, 상기 메디안(median) 필터를 이용해서는 가우시안 잡음과 임펄스성 잡음의 영향을 최소화한다. 그리고, 이웃하는 2개의 펄스 사이를 등간격으로 분할하여 가상으로 펄스가 존재하는 것과 같이 보간함으로써 누락 펄스를 보상함과 동시에 미리 설정된 등간격 샘플신호를 생성한다.
또한, 변경주기 추정단계(30)에서는, 상기 입력 펄스 신호의 반복주기 또는 주파수의 평균값을 계산하고, 그 평균값을 모든 입력 펄스 신호의 반복주기 또는 주파수의 값에서 감산함으로써 입력 펄스 신호의 반복주기 또는 주파수의 평균값을 0으로 한 후, 선형 자기 상관관계를 계산한다. 이후, 0시간 인덱스 이후의 가장 큰 피크를 조사하여 상기 입력 펄스 신호의 반복주기 또는 주파수의 변경주기를 추정한다. 이후, 0시간 인덱스 이후 주기마다 피크가 존재하는 경우에는 이것을 변경주기로 추정하고, 피크가 존재하지 않는 경우에는 펄스의 마지막 시간을 변경주기로 추정한다. 또, 0시간 인덱스 이후 주기마다 피크가 존재하지 않는 경우에는 펄스의 반복주기 변경 형태가 지터이거나 또는 펄스의 주파수 변경 형태가 어자일(agile)이다.
다음에, 모델신호 생성단계(40)에서는 분석하고자 하는 변경형태, 예를 들면, 지터, 어자일, 사인, 삼각, 톱니(+/-) 등의 변경형태를 수학적으로 모델링한 변경 모델함수와, 상기 전처리 단계(20) 및 상기 변경주기 추정단계(30)에서 추정된 변경 주기, 입력 펄스 신호의 샘플의 수 및 상기 변경 모델함수를 이용해서 분석하고자 하는 변경 모델신호를 생성한다.
또한, 계산단계(50)에서는, 상기 모델신호 생성단계(40)에서 생성된 형태별 변경 모델신호를 정규화하여 선형 자기 상관관계를 계산한다.
다음에, 변경형태 추정단계(60)에서는 상기 입력 펄스 신호와 이것의 변경형태를 판단하기 위해 생성한 변경 모델신호의 정규화된 선형 자기 상관관계들간의 유클리드 거리를 모두 계산하고, 그 중에서 가장 작은 유클리드 거리를 가지는 변경 모델신호를 입력 펄스 신호의 반복주기 또는 주파수의 변경형태로 추정한다. 이때, 최소 값의 유클리드 거리를 가지는 변경형태가 톱니파 형태로 추정되면, 상기 펄스와 톱니(+) 및 톱니(-) 형태를 가지는 모델신호간에 각각의 정규화된 선형교차 상관관계를 계산하여 그 최대값을 비교함으로서 최종 변경형태를 결정한다.
또한, 유클리드 거리(D)는,
Figure 112003043194086-pat00002
이다. 여기서, R(k)는 전처리 단계를 거친 입력 펄스 신호에 대해 정규화된 선형 자기 상관관계이고, Gm(k)는 입력 펄스 신호로부터 추정된 변경 주기 및 샘플 수 그리고 변경형태 모델함수를 이용하여 생성한 모델신호에 대해 계산된 정규화된 선형 자기 상관관계, P는 입력 펄스 신호의 선형 자기 상관관계에서 크기가 0이 되는 첫번째 시간 인덱스, 그리고 m = 1(지터 또는 랜덤 어자일), 2(사인), 3(톱니), 4(삼각)이다.
또한, 본 발명의 펄스의 변경형태는 지터나 랜덤 어자일, 사인, 톱니(+/-) 및 삼각 형태중 어느 하나이다.
다음에, 도 2는 본 발명의 실시예에 있어서 수신되는 펄스가 톱니(-) 형태를 갖는 펄스 반복주기의 펄스 신호에 대한 정규화된 선형 자기상관관계와, 분석하고자 하는 변경형태의 모델함수를 이용하여 생성한 모델신호에 대한 정규화된 선형 자기상관관계를 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 부호 a는 레이더의 펄스를 수신하는 전자장비를 통해 수신되는 입력 펄스가 톱니(-) 형태를 가지는 펄스 반복주기의 펄스 신호에 대한 정규화된 선형 자기 상관관계의 일부를 나타내고, 부호 b, c, d 및 e는 각각 분석하고자 하는 변경형태인 지터, 사인, 톱니(+/-) 및 삼각 형태의 모델함수를 이용하여 생성한 모델신호에 대한 정규화된 선형 자기 상관관계의 일부를 나타내고 있다. 이와 같이, 수신되는 입력 펄스와 분석하고자 하는 펄스 신호의 변경 모델함수를 이용하여 생성된 변경형태의 모델신호간의 정규화된 선형 자기상관관계로부터 유사도를 비교한다.
또한, 수신되는 입력 펄스와 분석하고자 하는 변경형태의 모델신호간의 정규화된 선형자기 상관관계에서의 유클리드 거리는 지터(b)는 13.461, 사인(c)은 3.05, 톱니(d)는 0.028, 삼각(e)는 2.165로 각각 계산된다.
따라서, 변경모델 추정단계(60)에서는 수신되는 펄스의 펄스 반복주기 변경형태를 톱니 형태로 추정한 후, 톱니(+)와 톱니(-)를 변별하기 위해 정규화된 선형 교차 상관관계를 계산하게 된다. 이어서, 톱니(+)와 톱니(-)에 대한 정규화된 선형교차 상관관계에서의 최대값이 각각 0.139, 0.241로 추출되어 최종적으로 수신되는 펄스는 펄스 반복주기의 변경형태가 톱니(-) 형태로 분석된다.
이상, 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 고밀도의 복잡한 전자파 환경에서 발생되는 다양한 잡음 성분이 포함된 레이더 펄스를 수신하여 분석하는 경우에도, 수신되는 레이더 펄스에 대해 별도의 위상 정보의 고려없이 정확하게 펄스의 변경형태를 분석함으로써, 각종 전자시스템에서 레이더 펄스에 대한 식별율을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 분석된 변경주기와 변경형태의 정보가 시간적으로 동기된 정밀한 재밍을 구현할 수 있다는 효과도 있다.

Claims (6)

  1. 레이더의 펄스를 수신하는 전자장비의 레이더 펄스의 분석방법에 있어서,
    상기 레이더의 펄스를 수신하는 전자장비를 통해서 입력되는 펄스에 대해서 시간에 따른 입력펄스의 반복주기 또는 시간에 따른 주파수 값으로 이루어진 형태의 디지털 입력 펄스 신호로 재배열하는 신호 수신단계(10)와;
    저역통과 필터 및 메디안 필터를 이용하여, 상기 신호 수신단계에서 발생되는 가우시안 잡음 및 누락 펄스, 다른 신호의 존재에 의한 임펄스성 잡음에 대한 영향을 최소화하면서, 디지털 신호처리를 위해 등간격 샘플신호를 생성하는 전처리 단계(20)와;
    입력 펄스 신호의 반복주기 또는 주파수의 평균값을 계산하고, 그 평균값을 모든 입력 펄스 신호의 반복주기 또는 주파수의 값에서 감산함으로써 입력 펄스 신호의 반복주기 또는 주파수의 평균값을 0으로 한 후, 선형 자기 상관관계를 계산한 후, 0시간 인덱스 이후의 가장 큰 피크를 조사하여 상기 입력 펄스 신호의 반복주기 또는 주파수의 변경주기를 추정하는 변경주기 추정단계(30)와;
    지터, 어자일, 사인, 삼각, 톱니(+/-) 등의 변경형태를 수학적으로 모델링한 변경 모델함수와, 상기 전처리 단계 및 상기 변경주기 추정단계에서 추정된 변경 주기, 입력 펄스 신호의 샘플의 수 및 상기 변경 모델함수를 이용해서 분석하고자 하는 변경 모델신호를 생성하는 모델신호 생성단계(40)와;
    상기 변경 모델신호를 정규화하여 선형 자기 상관관계를 계산하는 계산단계(50) 및;
    상기 입력 펄스 신호와 이것의 변경형태를 판단하기 위해 생성한 변경 모델신호의 정규화된 선형 자기 상관관계들간의 유클리드 거리를 모두 계산하고, 그 중에서 가장 작은 유클리드 거리를 가지는 변경 모델신호를 입력 펄스 신호의 반복주기 또는 주파수의 변경형태로 추정하는 변경형태 추정단계(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 펄스의 분석방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전처리 단계(20)에서는, 상기 메디안(median) 필터를 이용하여 가우시안 잡음과 임펄스성 잡음의 영향을 최소화하고, 이웃하는 2개의 펄스 사이를 등간격으로 분할하여 가상으로 펄스가 존재하는 것과 같이 보간함으로써 누락 펄스를 보상함과 동시에 미리 설정된 등간격 샘플신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 레이더 펄스의 분석방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 변경주기 추정단계(30)에서는, 0시간 인덱스 이후 주기마다 피크가 존재하는 경우에는 이것을 변경주기로 추정하고, 피크가 존재하지 않는 경우에는 펄스의 마지막 시간을 변경주기로 추정하는 것을 특징으로 하는 레이더 펄스의 분석방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 변경주기 추정단계(30)에서는, 0시간 인덱스 이후 주기마다 피크가 존재하지 않는 경우에는 펄스의 반복주기 변경 형태가 지터이거나 또는 펄스의 주파수 변경 형태가 어자일(agile)인 것을 특징으로 하는 레이더 펄스의 분석방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 변경형태 추정단계(60)에서 사용되는 유클리드 거리(D)의 계산은,
    Figure 112003043194086-pat00003
    여기서, R(k)는 전처리 단계를 거친 입력 펄스 신호에 대해 정규화된 선형 자기 상관관계이고, Gm(k)는 입력 펄스 신호로부터 추정된 변경 주기 및 샘플 수 그리고 변경형태 모델함수를 이용하여 생성한 모델신호에 대해 계산된 정규화된 선형 자기 상관관계, P는 입력 펄스 신호의 선형 자기 상관관계에서 크기가 0이 되는 첫번째 시간 인덱스, 그리고 m = 1(지터 또는 랜덤 어자일), 2(사인), 3(톱니), 4(삼각)인 것을 특징으로 하는 레이더 펄스의 분석방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스의 변경형태는, 지터나 랜덤 어자일, 사인, 톱니(+/-) 및 삼각 형태중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 레이더 펄스의 분석방법.
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