KR100912251B1 - 도래각 추정 방법, 표적 탐지 방법 및 도래각 추정 장치 - Google Patents

도래각 추정 방법, 표적 탐지 방법 및 도래각 추정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도래각 추정 방법, 표적 탐지 방법 및 도래각 추정 장치에 관한 것으로, 상기 도래각 추정 방법은 안테나 소자에서 복수의 빔을 형성하는 단계와, 상기 빔으로부터 신호를 수신하고, 상기 신호의 표본을 측정하는 단계와, 상기 표본에 대한 공분산 행렬을 산출하는 단계 및 상기 공분산 행렬로부터 도래각을 계산하는 단계를 포함하고, 상기 빔들에는 각각 일정한 위상차로 널(null)들이 배치되고 상기 빔들은 어느 하나가 다른 하나에 대하여 상기 위상차로 편향되도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 본 발명은 빔의 낮은 부엽 준위를 형성하고, 도래각 추정시 간섭신호의 영향을 완화시킬 수 있다.
도래각, 부엽, 널(null)

Description

도래각 추정 방법, 표적 탐지 방법 및 도래각 추정 장치{METHOD FOR ESTIMATING DIRECTION OF ARRIVAL, METHOD FOR DETECTING TARGET AND APPARATUS FOR ESTIMATING DIRECTION OF ARRIVAL}
본 발명은 신호가 어느 방향에서 오는지를 알아내는 신호 도래각 추정 방법 및 장치와 상기 신호 도래각 추정 방법을 이용하여 표적을 탐지하는 방법에 관한 것이다.
신호처리의 여러 연구 영역 가운데에서 신호가 어느 방향에서 오는지를 알아내는 신호 도래각(direction of arrival) 추정은 수중 음향탐지기(sonar)나 전파탐지기(radar) 등에서 많이 쓰인다. 또한 군사적 목적으로 신호 도래각 추정은 저고도 표적을 추적할 때 많이 사용되고 있다.
저고도 표적 추적 관련 기법으로는 모노펄스의 복소 켤레각을 이용하거나 다중신호분류 방법(MUSIC, multiple signal classification) 등을 이용하는 방법이 있으나, 이들은 많은 계산량을 필요로 한다.
상기 방법들보다 적은 계산량이 소요되는 최대우도(mximum likelihood) 방법은 빔의 부엽 준위가 높고 고정된 모양의 빔을 사용해야 하는 단점이 있다.
이에 따라, 빔의 부엽 준위가 낮고, 적은 계산량으로 도래각을 추정할 수 있는 방법 및 장치가 제안될 수 있다.
본 발명의 일 목적은 빔의 부엽이 완화 또는 제거된 도래각 추정 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 계산량이 적으면서도 적응형 빔을 사용할 수 있는 도래각 추정 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 저고도 표적을 보다 정확하게 탐지하는 표적 탐지 방법을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 도래각 추정 방법은 빔을 형성하는 단계, 표본을 측정하는 단계, 공분산 행렬을 산출하는 단계 및 도래각을 계산하는 단계를 포함한다. 빔을 형성하는 단계는 안테나 소자에서 복수의 빔을 형성한다. 빔들에는 각각 일정한 위상차로 널(null)들이 배치되고, 빔들은 어느 하나가 다른 하나에 대하여 상기 위상차로 편향되도록 형성된다. 표본을 측정하는 단계는 빔으로부터 신호를 수신하고, 신호의 표본을 측정한다. 공분산 행렬을 산출하는 단계는 표본에 대한 공분산 행렬을 산출한다. 도래각을 계산하는 단계는 공분산 행렬로부터 도래각을 계산한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 안테나 소자의 개수에서 상기 널들 중 동일한 위상을 가지는 널들의 개수를 뺀 값은 4 이상이 된다. 안테나 소자의 개수에서 상 기 동일한 위상을 가지는 널들의 개수를 뺀 값은 5가 될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 도래각을 계산하는 단계는 고유벡터를 산출하는 단계, 방정식을 형성하는 단계 및 도래각을 선정하는 단계를 포함한다. 고유벡터를 산출하는 단계는 상기 공분산 행렬의 최소 고유값에 해당하는 고유벡터를 산출한다. 방정식을 형성하는 단계는 상기 고유벡터의 값으로부터 방정식을 형성한다. 도래각을 선정하는 단계는 상기 방정식의 해를 비교하여 도래각을 선정한다. 상기 방정식은 사차방정식으로 형성되고, 상기 도래각은 상기 사차방정식의 일반해 중에서 선정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 빔은 적응형 빔으로 형성된다. 상기 빔을 형성하는 단계는 선정하는 단계 및 처리하는 단계를 포함한다. 선정하는 단계 는 상기 빔 형성의 선형 제한조건을 선정한다. 처리하는 단계는 신호를 선형 제한조건과 각각 관련되는 제1 및 제2 경로를 통하여 처리한다. 제1 경로는 신호가 선형 제한조건에 의하여 결정되는 침묵 계수에 의하여 처리되도록 형성될 수 있다. 제2 경로는 신호가 선형 제한조건과 직교 공간에 위치한 차단 행렬 및 신호에 따라 구현되는 적응형 계수에 의하여 처리되도록 형성될 수 있다. 상기 빔을 형성하는 단계는 상기 빔의 패턴을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은 표적 탐지 방법을 제공한다. 상기 표적 탐지 방법은 도래각을 추정하는 단계 및 표적을 탐지하는 단계를 포함한다. 도래각을 추정하는 단계는 상기 도래각 추정 방법을 이용하고, 표적의 직접 경로 및 반사 경로로 수신되는 신호에 대한 도래각을 추정한다. 표적을 탐지하는 단 계는 상기 도래각으로부터 표적을 탐지한다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은 도래각 추정 장치를 제공한다. 도래각 추정 장치는 안테나 소자부, 빔 형성부, 및 도래각 계산부를 포함한다. 안테나 소자부는 무선 전자기파를 수신하고, 복수의 안테나 소자를 포함한다. 빔 형성부는 안테나 소자부에서 복수의 빔을 형성하도록 이루어진다. 도래각 계산부는 수신된 신호의 표본을 측정하고, 표본에 대한 공분산 행렬을 산출하며, 공분산 행렬로부터 도래각을 계산하도록 형성된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 빔 형성부는 빔들에 각각 일정한 위상차로 널(null)들을 배치하고, 빔들 중 어느 하나를 다른 하나에 대하여 위상차로 편향시키도록 형성된다. 빔 형성부는 안테나 소자의 개수에서 널들 중 동일한 위상을 가지는 널들의 개수를 뺀 값이 5가 되도록 형성될 수 있다. 빔 형성부는 처리부를 포함할 수 있다. 처리부는 상기 신호를 각각 다른 조건으로 처리하도록 서로 병렬로 연결된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 도래각 추정 방법 및 도래각 추정 장치는 동일한 위상을 가지는 널들을 형성함에 따라 적은 계산량으로 도래각을 추정한다.
또한 상기 안테나 소자의 개수에서 상기 동일한 위상을 가지는 널들의 개수를 뺀 값이 4 이상이 됨에 따라, 부엽준위가 낮은 빔이 형성된다. 또한 이를 통하 여 간섭신호의 영향이 적은 도래각 추정이 구현된다.
또한 본 발명에 관련된 표적 탐지 방법은 상기 도래각 추정 방법을 이용하여 표적을 탐지하므로써 보다 신속하고 정확하게 표적을 탐지한다.
이하, 본 발명에 관련된 도래각 추정 방법, 표적 탐지 방법 및 도래각 추정 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명과 관련한 도래각 추정 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 2는 도 1의 도래각 추정 방법을 이용한 표적 탐지 방법을 나타내는 개념도이다.
본 도면을 참조하면, 도래각 추정 방법은 먼저 안테나 소자에서 복수의 빔을 형성한다(S100).
상기 안테나 소자는, 예를 들어 배열 안테나 소자(array antenna element)가 될 수 있다. 상기 안테나 소자에 의하여 구현되는 안테나는 적응형 배열 안테나(Adaptive Array Systems)가 될 수 있다.
상기 빔은 적응형 빔(adaptive beam)으로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 반드시 한정되는 것은 아니며, 상기 빔은 고정형 빔으로 형성될 수도 있다.
다음은, 상기 빔으로부터 신호를 수신하고, 상기 신호의 표본을 측정한 다(S200). 상기 표본에 대한 공분산 행렬을 산출하고(S300), 상기 공분산 행렬로부터 도래각을 계산한다(S400).
상기 표본으로 부터 상기 도래각을 계산하는 단계들은, 예를 들어 3차원 빔 영역 최대 우도(3D BDML, 3 dimension beam domain mximum likelihood) 알고리즘에 의하여 구현될 수 있다.
도 2를 참조하여, 표적 탐지 방법을 설명한다. 도시한 바와 같이, 신호에 대응되는 무선 전자기파가 표적(101)에서 안테나(102)로 수신된다. 상기 신호는 직접 경로(103) 및 반사 경로(104)를 통하여 안테나로 수신된다.
표적 탐지 방법은, 먼저 상기 직접 경로 및 반사 경로로 수신되는 신호들의 도래각들(θ1, θ2)들을 상기 도래각 추정 방법을 통하여 추정한다. 다음은 상기 도래각들(θ1, θ2)로부터 표적을 탐지한다.
도 3은 도 1의 도래각 추정 방법을 상세하게 나타내는 흐름도이고, 도 4는 빔이 형성되는 모습을 나타내는 개념도이고, 도 5는 도 1의 빔을 형성하는 단계에서 널의 배치를 보여주는 개념도이고, 도 6은 동일한 위상을 가지는 널들의 배치를 보여주는 개념도이다.
빔을 형성하는 단계(S100)는 제한조건을 선정하는 단계(S110) 및 상기 신호를 처리하는 단계(S120)를 포함한다.
제한조건을 선정하는 단계(S110)는 상기 빔 형성의 선형 제한조건을 선정한다. 신호를 처리하는 단계(S120)는 입력되는 신호를 상기 선형 제한조건과 각각 관련되는 제1 및 제2 경로를 통하여 처리한다.
상기 제1 경로는 신호가 선형 제한조건에 의하여 결정되는 침묵 계수에 의하여 처리되도록 형성된다. 상기 제2 경로는 신호가 선형 제한조건과 직교 공간에 위치한 차단 행렬 및 신호에 따라 구현되는 적응형 계수에 의하여 처리되도록 형성된다. 상기 단계들(S110, S120)에 의하여 형성된 빔은 적응형 빔이 될 수 있다. 상기 단계들(S110, S120)에 의하여 빔을 형성하는 예로써, 상기 빔 형성은 일반화된 부엽제거기(GSC, generalized sidelobe canceller) 알고리즘에 의하여 이루어질 수 있다.
다음은, 상기 단계들(S110, S120)에 의하여 형성된 빔의 패턴을 제어한다(S130). 이를 통하여 형성된 빔은 고정 빔의 형태와 유사한 형태를 이룰 수 있게 된다. 상기 빔의 패턴 제어 방법은, 예를 들어 Griffiths가 IEEE TRANSACTIONS ON ACOUSTICS, SPEECH, AND SIGNAL PROCESSING, VOL. ASSP-35, NO. 7, JULY 1987에서 발표한 "Quiescent Pattern Control in Linearly Constrained Adaptive Arrays"에서 제안한 패턴 제어 방법이 될 수 있다.
상기 복수의 빔은, 예를 들어 3개로 형성될 수 있다. 3개의 빔은 상위 빔(105), 중간 빔(106) 및 하위 빔(107)으로 형성될 수 있다.
상위 빔(105), 중간 빔(106) 및 하위 빔(107)에는 각각 일정한 위상차로 널(null)들이 배치된다. 상위 빔(105), 중간 빔(106) 및 하위 빔(107)은 어느 하나가 다른 하나에 대하여 상기 위상차로 편향되도록 형성된다.
상위 빔(105), 중간 빔(106) 및 하위 빔(107)을 형성하는 방법을 예를 들어 설명한다. 먼저, 일반화된 부엽제거기(120, 도 9 참조)를 이용하여 빔을 형성한다. 상기 3개의 빔은 각안테나 소자(108)에서 형성될 수 있다. 다음은 Griffiths가 제안한 패턴 제어 방법을 이용하여 빔의 형태를 중간 빔(106)의 형태로 제어한다. 중간 빔(106)은 안테나 축(106a)를 중심으로 상하 방향으로 일정한 크기로 형성된다. 이 때 중간 빔(106)은 고정 빔과 유사한 형태로 이루어질 수 있다.
다음은, 상기 중간 빔(106)을 상하로 편향시켜, 상위 빔(105) 및 하위 빔(107)을 형성한다. 이 때, 편향시키는 정도를 상기 위상차로 한다.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 널들이 빔에 배치되는 형태를 설명한다. 도 5에서 빈 원은 널을 표시하는 것이고, 채워진 원은 빔이 바라보는 방향을 표시하는 것이다. 도 6에서 빈 원은 상위 빔, 중간 빔 및 하위 빔에서 각각 동일한 위상을 가지는 널을 표시하는 것이고, X로 표시된 부분은 동일하지 않은 위상을 가지는 널을 표시한다.
도 5를 참조하면, 상위 빔, 중간 빔 및 하위 빔에 널들이 배치된다. 널들은 복소평면상에서 일정한 위상차의 간격으로 배치된다. 상기 위상차는, 예를 들어 2π/M가 될 수 있다. 여기서 M은 안테나 소자의 개수를 말한다. 널들 중 일부는 상위 빔, 중간 빔 및 하위 빔에서 모두 동일한 위상을 가지도록 형성된다. 본 도면을 참조하면, 상위 빔, 중간 빔 및 하위 빔에서 고정적으로 배치되는 널의 개수는 각각 M-3개가 된다.
널들은 안테나 소자의 개수에서 상기 널들 중 동일한 위상을 가지는 널들의 개수를 뺀 값이 4 이상이 되도록 배치될 수 있다. 도 6을 참조하면, 안테나 소자의 개수에서 상기 동일한 위상을 가지는 널들의 개수를 뺀 값은 5가 될 수 있다. 다시 말하면, 동일한 위상을 가지는 널의 개수는 M-5가 될 수 있다.
상기 널의 배치 방법에 의하여, 2개의 자유도를 확보된다. 확보한 2개의 자유도 중 하나는 Griffiths의 방법으로 빔 패턴을 제어하는데 사용될 수 있고, 다른 하나는 신호를 처리하는 단계(S120)에서 차단 행렬을 설정하는데 사용될 수 있다.
이하에서는, 다시 도 3을 참조하여 도래각을 계산하는 단계(S400)를 설명한다.
도래각을 계산하는 단계는 고유벡터를 산출하는 단계(S410), 방정식을 형성하는 단계(S420) 및 도래각을 선정하는 단계(S430)를 포함할 수 있다.
고유벡터를 산출하는 단계(S410)는 상기 공분산 행렬의 최소 고유값에 해당하는 고유벡터를 산출한다. 방정식을 형성하는 단계(S420)는 상기 고유벡터의 값으로부터 방정식을 형성한다. 상기 방정식은 사차방정식으로 형성될 수 있다.
도래각을 선정하는 단계(S430)는 상기 방정식의 해를 비교하여 도래각을 선정한다. 상기 도래각은 상기 사차방정식의 일반해 중에서 선정될 수 있다.
이하, 상기 표본으로 부터 상기 도래각을 계산하는 단계들을 예를 들어 설명한다.
M개의 안테나 소자에 입력된 신호는 아래의 식 (1)과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009011682988-pat00001
W: 빔형성 계수
H: 허미션(hermitian)
A: 조향벡터(steering vector)
c(n): 수신 신호의 복소 포락선의 n번째 샘플 값
n(n): 잡음
최대 우도(mximum likelihood)) 알고리즘에 의하면, 표본의 공분산 행렬의 최소 고유값에 해당하는 고유벡터(v)와 빔형성 계수와 조향 벡터의 곱은 직교하는 성질을 나타낸다.
상기 직교하는 성질에 의하여 조향 벡터를 이루는 도래각의 사인(sine)값을 위상으로 하는 지수함수는 M-1차 방정식을 형성한다. 상기 방정식으로부터 도래각을 계산한다.
일반화된 부엽제거기(122a)는 주어진 선형 제한 조건에 의해 결정되는 침묵 계수(Wq, quiescent weight, 123)와 제한 조건과의 직교 공간(orthogonal space)에 위치한 차단 행렬(B, 124), 입력 신호(X(t))의 값에 따라 구현되는 적응형 계수(Wa, 125, 이상 도 9 참조)로 구성된다.
침묵 계수(Wq, 123)는 식 (2)과 같이 정의된다.
Figure 112009011682988-pat00002
C: 제한조건 행렬
f: 각 제한조건 하에서의 출력 값
이 때, C의 각 열은 각 제한조건에서 배열 안테나에 도달하는 신호의 방향에 대한 조향벡터로 구성된다.
C와 f의 각 열과 원소들을 Cm, fm이라 하면, Cm은 특정 신호의 방향에 대한 배열 안테나 소자의 조향벡터가 되고 fm은 이 조향벡터에 계수를 곱하였을 때 출력되는 상수가 된다. 이를 수식으로 표현하면 아래의 식 (3)과 같이 표현된다.
Figure 112009011682988-pat00003
상기 식 (3)에서 빔이 바라보는 방향에 해당하는 fm은 1로 정하고, 재머나 잡음 등으로 인하여 빔에 널을 배치해야 할 방향에 해당하는 fm은 0으로 정한다. 여기에서 정의된 빔의 바라보는 방향과 널의 방향은 도 5와 같이 단위원 상에 표현할 수 있다.
동일한 위상을 가지는 널이 M-5개가 있으므로 그렇지 않은 나머지 4개의 널을 찾아서 구하면 신호의 방향을 알 수 있다.
조향 벡터를 이루는 도래각의 사인(sine)값을 위상으로 하는 지수함수를 z라라 하면, 고유벡터(v)와 빔형성 계수, 조향 벡터의 곱은 수직인 성질로부터 다음 식 (4)가 성립한다.
Figure 112009011682988-pat00004
e(z): z의 M-1차 다항식
d(z): 동일한 위상을 가지는 널로 이루어진 부분
q(z): 동일한 위상을 가지는 널 외의 부분
상기 식 (4)에서 e(z)의 널을 단위원 상에 위상 순으로 배치하고 이를 순서대로 zi(i=1, 2,.., M-1)라 하면 동일한 위상을 가지는 널은 3 번째에서 M-3 번째 널이 된다. 따라서 d(z)는 (z-zi)(i=3, 4,..., M-3)의 곱으로 표현될 수 있다. e(z)의 계수는 빔형성 계수와 고유벡터(v)의 곱으로 알 수 있다.
d(z)의 계수는 동일한 위상을 가지는 널(zi (i=3, 4,..., M-3))이 빔형성 시 정의된 값이므로 다항식의 곱으로 알 수 있다. 따라서 e(z)와 d(z)의 계수를 가지고 다항식의 나눗셈으로 계산하면 q(z)의 계수를 알 수 있다. M-1개의 널 중 공통인 M-5개의 널을 제외시킨 것이므로 q(z)는 사차 방정식이 된다.
사차 방정식의 일반해를 구하는 방법은 여러 가지가 알려져 있으며 대표적인 것이 Ferrari의 방법이다. 이를 이용하여 해를 구할 수 있으며, 예를 들어 구한 네 개의 해 중 빔이 바라보는 방향에 가까운 양의 값이 실제의 해가 된다.
도 7a 및 도 7b은 각각 고정빔을 형성한 경우의 빔 모양과 본 발명과 관련한 도래각 추정 방법에 의한 빔 모양의 일 실시예들을 나타내는 그래프이고, 도 8은 본 발명과 관련한 도래각 추정 방법에 의한 모의 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7a는 고정빔을 형성하고, 3차원 빔 영역 최대 우도의 알고리즘을 이용한 경우의 빔 모양을 나타낸 것이다. 도 7a을 참조하면, 부엽 준위가 상당히 높게 나타난다. 이에 반해 본 발명과 관련한 도래각 추정 방법에 의한 빔 모양을 나타내는 도 7b의 그래프에서는 부엽 준위가 상당히 낮음을 알 수 있다. 상기 도 7b의 그래프는 기준 계수로 테일러 계수를 선택하였을 때의 빔 모양을 도시한 것이다.
도 8은 수신 신호 대 잡음비에 따른 평균 제곱오차(mean square error)를 타나낸 것으로, 직접 경로의 신호의 방향이 안테나의 축선을 기준으로 1도이고 반사 경로의 신호의 방향이 -1.2도이며 12도 방향에 재머가 잡음을 기준으로 10dB의 크기이다. 본 발명과 관련한 도래각 추정 방법에서의 평균 제곱오차의 값은 고정빔을 사용하는 경우의 값보다 1/5 정도 작다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 도래각 추정 방법, 표적 탐지 방법은 해상용 탐색레이더, 추적레이더의 저고도 표적 추적 등에 이용될 수 있다. 뿐만 아니라 본 발명에 관련된 도래각 추정 방법, 표적 탐지 방법은 편대 비행하는 2개의 표적에 대한 도래각 추정에도 사용될 수 있으며 무선 통신 시스템 분야에서 퍼지는 신호원에 대한 2개의 주요 신호의 도래각을 구하여 위치 추적을 하는 데에도 이용할 수 있다.
도 9는 본 발명과 관련한 도래각 추정 장치(100)를 나타내는 개념도이다.
도래각 추정 장치는 안테나 소자부(110), 빔 형성부(120) 및 도래각 계산부(130)을 포함한다.
안테나 소자부(110)는 무선 전자기파를 수신하도록 형성된다. 안테나 소자부(110)는 복수의 안테나 소자를 포함한다. 안테나 소자부(110)는, 예를 들어 적응형 배열 안테나(Adaptive Array Systems)가 될 수 있다.
빔 형성부(120)는 안테나 소자부(110)에서 복수의 빔을 형성하도록 형성된다.
빔 형성부(120)는 빔들에 각각 일정한 위상차로 널(null)들을 배치하고, 상 기 빔들 중 어느 하나를 다른 하나에 대하여 상기 위상차로 편향시키도록 형성될 수 있다. 빔 형성부(120)는 상기 안테나 소자의 개수에서 상기 널들 중 동일한 위상을 가지는 널들의 개수를 뺀 값이 5가 되도록 형성될 수 있다.
빔 형성부(120)는 처리부(121)를 포함할 수 있다. 처리부(121)는 상기 신호를 각각 다른 조건으로 처리하도록 서로 병렬로 연결된다.
처리부(121)는 주어진 선형 제한 조건에 의해 결정되는 침묵 계수(Wq, quiescent weight, 122)와 제한 조건과의 직교 공간(orthogonal space)에 위치한 차단 행렬(B, 123), 입력 신호(X(t))의 값에 따라 구현되는 적응형 계수(Wa, 124)로 구성된다. 상기와 같이 형성되는 처리부(121)의 일 예로, 처리부(121)는 일반화된 부엽제거기(121a)가 될 수 있다.
도래각 계산부(130)은 상기 수신된 신호의 표본을 측정하고, 상기 표본에 대한 공분산 행렬을 산출하며, 상기 공분산 행렬로부터 도래각을 계산하도록 형성된다.
상기와 같은 본 발명에 관련된 도래각 추정 방법, 표적 탐지 방법 및 도래각 추정 장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
도 1은 본 발명과 관련한 도래각 추정 방법을 나타내는 흐름도.
도 2는 도 1의 도래각 추정 방법을 이용한 표적 탐지 방법을 나타내는 개념도.
도 3은 도 1의 도래각 추정 방법을 상세하게 나타내는 흐름도.
도 4는 빔이 형성되는 모습을 나타내는 개념도.
도 5는 도 1의 빔을 형성하는 단계에서 널의 배치를 보여주는 개념도.
도 6은 동일한 위상을 가지는 널들의 배치를 보여주는 개념도.
도 7a 및 도 7b은 각각 고정빔을 형성한 경우의 빔 모양과 본 발명과 관련한 도래각 추정 방법에 의한 빔 모양의 일 실시예들을 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명과 관련한 도래각 추정 방법에 의한 모의 실험 결과를 나타내는 그래프.
도 9는 본 발명과 관련한 도래각 추정 장치를 나타내는 개념도.

Claims (13)

  1. 안테나 소자에서 복수의 빔을 형성하는 단계;
    상기 빔으로부터 신호를 수신하고, 상기 신호의 표본을 측정하는 단계;
    상기 표본에 대한 공분산 행렬을 산출하는 단계; 및
    상기 공분산 행렬로부터 도래각을 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 빔들에는 각각 일정한 위상차로 널(null)들이 배치되고,
    상기 빔들은 어느 하나가 다른 하나에 대하여 상기 위상차로 편향되도록 형성되고, 상기 안테나 소자의 개수에서 상기 널들 중 동일한 위상을 가지는 널들의 개수를 뺀 값은 4 이상이 되는 것을 특징으로 하는 도래각 추정 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 소자의 개수에서 상기 동일한 위상을 가지는 널들의 개수를 뺀 값은 5가 되는 것을 특징으로 하는 도래각 추정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도래각을 계산하는 단계는,
    상기 공분산 행렬의 최소 고유값에 해당하는 고유벡터를 산출하는 단계;
    상기 고유벡터의 값으로부터 방정식을 형성하는 단계; 및
    상기 방정식의 해를 비교하여 상기 도래각을 선정하는 단계를 포함하는 도래각 추정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방정식은 사차방정식으로 형성되고, 상기 도래각은 상기 사차방정식의 일반해 중에서 선정되는 것을 특징으로 하는 도래각 추정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 빔은 적응형 빔(adaptive beam)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 도래각 추정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 빔을 형성하는 단계는,
    상기 빔 형성의 선형 제한조건을 선정하는 단계; 및
    상기 신호를 상기 선형 제한조건과 각각 관련되는 제1 및 제2 경로를 통하여 처리하는 단계를 포함하는 도래각 추정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 경로는 상기 신호가 상기 선형 제한조건에 의하여 결정되는 침묵 계수에 의하여 처리되도록 형성되고,
    상기 제2 경로는 상기 신호가 상기 선형 제한조건과 직교 공간에 위치한 차단 행렬 및 상기 신호에 따라 구현되는 적응형 계수에 의하여 처리되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 도래각 추정 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 빔을 형성하는 단계는,
    상기 빔의 패턴을 제어하는 단계를 더 포함하는 도래각 추정 방법.
  10. 제1항, 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따르는 도래각 추정 방법을 이용하고, 표적의 직접 경로 및 반사 경로로 수신되는 신호에 대한 도래각을 추정하는 단계; 및
    상기 도래각으로부터 표적을 탐지하는 단계를 포함하는 표적 탐지 방법.
  11. 무선 전자기파를 수신하고, 복수의 안테나 소자를 포함하는 안테나 소자부;
    상기 안테나 소자부에서 복수의 빔을 형성하는 빔 형성부; 및
    상기 수신된 신호의 표본을 측정하고, 상기 표본에 대한 공분산 행렬을 산출하며, 상기 공분산 행렬로부터 도래각을 계산하는 도래각 계산부를 포함하고,
    상기 빔 형성부는,
    상기 빔들에 각각 일정한 위상차로 널(null)들을 배치하고, 상기 빔들 중 어느 하나를 다른 하나에 대하여 상기 위상차로 편향시키도록 형성되고, 상기 안테나 소자의 개수에서 상기 널들 중 동일한 위상을 가지는 널들의 개수를 뺀 값은 4 이상이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 도래각 추정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 빔 형성부는 상기 안테나 소자의 개수에서 상기 널들 중 동일한 위상을 가지는 널들의 개수를 뺀 값이 5가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 도래각 추정 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 빔 형성부는 상기 신호를 각각 다른 조건으로 처리하도록 서로 병렬로 연결되는 처리부를 포함하는 도래각 추정 장치.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101062861B1 (ko) 2010-11-12 2011-09-07 삼성탈레스 주식회사 표적 탐지 방법
KR101137793B1 (ko) 2010-08-09 2012-04-18 국방과학연구소 방향 탐지 시스템, 장치 및 방법
KR101345748B1 (ko) 2012-11-30 2013-12-30 한국전자통신연구원 무선주파수 신호의 방향 추정 장치 및 방법
KR101375425B1 (ko) 2013-02-28 2014-03-17 충북대학교 산학협력단 배열 안테나에서 전파의 도래각 추정 방법
KR101432932B1 (ko) 2013-04-15 2014-09-23 광운대학교 산학협력단 재머 환경에서의 표적 방향 추정 방법 및 장치
KR101555996B1 (ko) 2014-08-14 2015-10-13 국방과학연구소 저피탐 표적 탐지를 위한 주파수 다이버시티를 이용한 공분산 행렬 합성 장치 및 방법
KR20150142278A (ko) 2014-06-11 2015-12-22 국방과학연구소 고속이동 다중 표적 도래각 추정 방법
KR20160012284A (ko) * 2014-07-23 2016-02-03 국방과학연구소 송신신호 파형의 직교성을 이용한 재머 신호 억제 및 원신호 도래각 추정 방법 및 장치
KR20180119412A (ko) * 2017-04-25 2018-11-02 서강대학교산학협력단 행렬의 거듭제곱기법을 이용한 도래방향각 추정방법, 상기 방법을 이용한 도래방향각 추정장치, 및 상기 방법을 이용한 도래방향각 추정시스템
KR20200033571A (ko) * 2018-09-20 2020-03-30 한국전자통신연구원 Sml 비용함수 및 가설검증을 고려한 신호개수 추정 방법 및 장치
KR102098862B1 (ko) 2019-08-22 2020-05-15 국방과학연구소 하이브리드 빔포밍 시스템에서 도래각을 추정하는 방법 및 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000013268A (ko) * 1998-08-06 2000-03-06 윤종용 무선통신 시스템의 신호원 방향 탐지 방법
KR20070057429A (ko) * 2005-12-02 2007-06-07 한국전자통신연구원 Ｏｆｄｍ 기지국 시스템에서의 스마트 안테나 빔 형성 방법및 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000013268A (ko) * 1998-08-06 2000-03-06 윤종용 무선통신 시스템의 신호원 방향 탐지 방법
KR20070057429A (ko) * 2005-12-02 2007-06-07 한국전자통신연구원 Ｏｆｄｍ 기지국 시스템에서의 스마트 안테나 빔 형성 방법및 장치

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101137793B1 (ko) 2010-08-09 2012-04-18 국방과학연구소 방향 탐지 시스템, 장치 및 방법
KR101062861B1 (ko) 2010-11-12 2011-09-07 삼성탈레스 주식회사 표적 탐지 방법
US9322898B2 (en) 2012-11-30 2016-04-26 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus and method for estimating direction of radio frequency signal
KR101345748B1 (ko) 2012-11-30 2013-12-30 한국전자통신연구원 무선주파수 신호의 방향 추정 장치 및 방법
KR101375425B1 (ko) 2013-02-28 2014-03-17 충북대학교 산학협력단 배열 안테나에서 전파의 도래각 추정 방법
KR101432932B1 (ko) 2013-04-15 2014-09-23 광운대학교 산학협력단 재머 환경에서의 표적 방향 추정 방법 및 장치
US9869746B2 (en) 2014-06-11 2018-01-16 Agnecy For Defence Development Method for estimating angle of arrival of multi-target moving at high speed
KR20150142278A (ko) 2014-06-11 2015-12-22 국방과학연구소 고속이동 다중 표적 도래각 추정 방법
KR101647478B1 (ko) 2014-06-11 2016-08-10 국방과학연구소 고속이동 다중 표적 도래각 추정 방법
KR101603630B1 (ko) 2014-07-23 2016-03-15 국방과학연구소 송신신호 파형의 직교성을 이용한 재머 신호 억제 및 원신호 도래각 추정 방법 및 장치
KR20160012284A (ko) * 2014-07-23 2016-02-03 국방과학연구소 송신신호 파형의 직교성을 이용한 재머 신호 억제 및 원신호 도래각 추정 방법 및 장치
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KR20180119412A (ko) * 2017-04-25 2018-11-02 서강대학교산학협력단 행렬의 거듭제곱기법을 이용한 도래방향각 추정방법, 상기 방법을 이용한 도래방향각 추정장치, 및 상기 방법을 이용한 도래방향각 추정시스템
KR101956449B1 (ko) * 2017-04-25 2019-03-08 서강대학교산학협력단 행렬의 거듭제곱기법을 이용한 도래방향각 추정방법, 상기 방법을 이용한 도래방향각 추정장치, 및 상기 방법을 이용한 도래방향각 추정시스템
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