KR101030745B1 - 피아 식별기 및 그 신호 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 피아 식별기(IFF) 및 상기 피아 식별기에서 응답 신호 처리 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 피아 식별기의 일 예는, 합 채널과 차 채널을 통해 해당 표적에 대하여 수신되는 응답 신호의 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부; 응답 신호를 거리에 따라 미리 결정된 감쇄량을 적용하여 그 이득을 제어하는 이득 제어부; 응답 신호를 슬라이딩하여 미리 정해진 구간 내 최대값을 추출하고, 추출된 최대값을 이용하여 유효한 펄스 데이터만을 출력하는 최대값 적용부; 응답 신호의 유효 펄스 데이터 중 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터가 차 채널로부터 수신된 펄스 데이터보다 미리 정해진 이득 레벨 이상이면, 상기 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터와 AD 값을 출력하는 수신 부엽 억제부; 출력되는 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터의 펄스 폭에 근거하여 펄스를 복원하는 펄스 복원부; 및 상기 AD 값과 복원된 각 펄스의 위치에서 코드를 추출하는 코드 추출부;를 포함하여 응답 신호를 처리하여 표적의 피아를 식별한다. 여기서, 상기 입력되는 응답 신호의 신호 파워 정규화를 위하여 상기 미리 결정된 감쇄량 테이블을 저장하는 저장부;를 더 포함할 수 있다.

Description

피아 식별기 및 그 신호 처리 방법{An apparatus of identification friend or foe and a method of processing a signal therof}
본 발명은 피아 식별기(IFF: Identification Friend or Foe) 및 그 신호 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표적(target)으로부터 수신되는 응답 신호를 처리하여 해당 표적의 피아를 식별하는 피아 식별기(IFF) 및 상기 피아 식별기(IFF)에서 신호 처리 방법에 관한 것이다.
피아 식별기(IFF)는 군용으로 사용되는 장비로, 표적의 피아를 식별 특히, 아군을 식별하기 위한 용도로 주로 사용된다.
예를 들어, 표적이 감시 영역으로 접근을 하고 있다고 하자. 이 경우, 상기 표적이 아군인지 아닌지 피아 식별이 우선되어야만 그에 따른 다음 단계의 대응을 할 수 있다.
이를 위해, 피아 식별기(IFF)는 접근하고 있는 표적 즉, 관심 표적에 피아 식별을 위한 요청 신호를 송신한다. 그리고 관심 표적은 상기 피아 식별기의 요청 신호에 대응하여 응답 신호를 리턴(return)한다.
피아 식별기(IFF)는, 관심 표적으로부터 리턴되는 응답 신호를 수신하고, 이를 분석함으로써 상기 관심 표적에 대한 피아를 식별할 수 있다.
본 발명의 목적은, 관심 표적으로부터 리턴되는 응답 신호를 처리하여 피아를 식별하기 위한 피아 식별 알고리즘(algorithm)을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 피아 식별 알고리즘에 따라 표적의 피아를 식별하는 피아 식별기(IFF)를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 피아 식별기(IFF) 및 그 신호 처리 방법를 제공한다.
본 발명에 따른 피아 식별기의 일 예는, 합 채널과 차 채널을 통해 해당 표적에 대하여 수신되는 응답 신호의 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부; 응답 신호를 거리에 따라 미리 결정된 감쇄량을 적용하여 그 이득을 제어하는 이득 제어부; 응답 신호를 슬라이딩하여 미리 정해진 구간 내 최대값을 추출하고, 추출된 최대값을 이용하여 유효한 펄스 데이터만을 출력하는 최대값 적용부; 응답 신호의 유효 펄스 데이터 중 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터가 차 채널로부터 수신된 펄스 데이터보다 미리 정해진 이득 레벨 이상이면, 상기 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터와 AD 값을 출력하는 수신 부엽 억제부; 출력되는 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터의 펄스 폭에 근거하여 펄스를 복원하는 펄스 복원부; 및 상기 AD 값과 복원된 각 펄스의 위치에서 코드를 추출하는 코드 추출부;를 포함하여 응답 신호를 처리하여 표적의 피아를 식별한다.
여기서, 상기 입력되는 응답 신호의 신호 파워 정규화를 위하여 상기 미리 결정된 감쇄량 테이블을 저장하는 저장부;를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 노이즈 제거부는, 연속적으로 입력되는 합 채널과 차 채널의 펄스 데이터의 미리 정한 구간의 펄스 데이터에 대해 평균값을 취할 수 있다.
또한, 상기 미리 정한 구간은, 원 신호가 왜곡되지 않을 정도의 3클록 구간의 펄스 데이터일 수 있다.
그리고 상기 이득 제어부는, 상기 합 채널로부터 수신되는 응답 신호의 펄스가 상기 저장부에 저장된 감쇄량 테이블 내 적용되는 감쇄량보다 큰 경우에만 해당 응답 신호의 펄스를 출력하고, 그렇지 않은 경우 해당 응답 신호의 펄스를 제거할 수 있다.
또한, 상기 최대값 적용부는, 상기 최대값에 대하여 미리 정한 유효 레벨을 감한 기준값을 구하고, 상기 구한 기준값보다 입력되는 응답 신호의 펄스 데이터 값이 크면 해당 펄스 데이터를 출력하고, 그렇지 않으면 해당 펄스 데이터를 제거할 수 있다.
그리고 상기 미리 정해진 이득 레벨은, 요구되는 방위각과 연관하여 결정될 수 있다.
또한, 상기 펄스 복원부는, 상기 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터의 펄스 폭이 미리 정한 구간 이내의 폭이면, 하나의 표적으로부터의 응답 신호로 간주하고, 상기 미리 정한 구간 이상이면 복수 개의 표적으로부터 수신된 응답으로 간주할 수 있다.
그리고 상기 코드 추출부는, 상기 AD 값을 이용하여 복원된 펄스에 의한 코드 추출시 복수 응답의 겹침 또는 주변의 간섭 펄스로 인하여 발생한 코드 에러를 제거할 수 있다.
또한, 상기 코드 추출부는, 상기 복원된 펄스 데이터의 타이밍을 측정 프레임의 시작 펄스와 종료 펄스를 일치한 후 각 펄스 위치에서 코드를 추출하고, 추출된 펄스의 지터링을 고려하여 각 펄스의 가운데에서 미리 정한 마진의 범위 값을 취해 유효한 코드만을 추출할 수 있다.
본 발명에 따라 피아 식별기에서 응답 신호를 처리하여 표적의 피아를 식별하는 방법의 일 예는, 합 채널과 차 채널을 통해 해당 표적에 대하여 수신되는 응답 신호의 노이즈를 제거하는 단계; 응답 신호를 거리에 따라 미리 결정된 감쇄량을 적용하여 그 이득을 제어하는 단계; 응답 신호를 슬라이딩하여 미리 정해진 구간 내 최대값을 추출하고, 추출된 최대값을 이용하여 유효한 펄스 데이터만을 출력하는 단계; 응답 신호의 유효 펄스 데이터 중 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터가 차 채널로부터 수신된 펄스 데이터보다 미리 정해진 이득 레벨 이상이면, 상기 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터와 AD 값을 출력하는 단계; 출력되는 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터의 펄스 폭에 근거하여 펄스를 복원하는 단계; 및 상기 AD 값과 복원된 각 펄스의 위치에서 코드를 추출하는 단계;를 포함하여 피아 식별기에서 응답 신호를 처리하여 표적의 피아를 식별한다.
여기서, 상기 입력되는 응답 신호의 신호 파워 정규화를 위하여 상기 미리 결정된 감쇄량 테이블을 저장하는 단계;를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
그리고 상기 노이즈 제거 단계에서, 연속적으로 입력되는 합 채널과 차 채널의 펄스 데이터의 미리 정한 구간의 펄스 데이터에 대해 평균값을 취할 수 있다.
또한, 상기 미리 정한 구간은, 원 신호가 왜곡되지 않을 정도의 3클록 구간의 펄스 데이터일 수 있다.
그리고 상기 이득 제어 단계에서, 상기 합 채널로부터 수신되는 응답 신호의 펄스가 상기 저장된 감쇄량 테이블 내 적용되는 감쇄량보다 큰 경우에만 해당 응답 신호의 펄스를 출력하고, 그렇지 않은 경우 해당 응답 신호의 펄스를 제거할 수 있다.
또한, 상기 유효한 펄스 데이터만 출력하는 단계에서, 상기 최대값에 대하여 미리 정한 유효 레벨을 감한 기준값을 구하고, 상기 구한 기준값보다 입력되는 응답 신호의 펄스 데이터 값이 크면 해당 펄스 데이터를 출력하고, 그렇지 않으면 해당 펄스 데이터를 제거할 수 있다.
그리고 상기 미리 정해진 이득 레벨은, 요구되는 방위각과 연관하여 결정될 수 있다.
또한, 상기 펄스 복원 단계에서, 상기 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터의 펄스 폭이 미리 정한 구간 이내의 폭이면, 하나의 표적으로부터의 응답 신호로 간주하고, 상기 미리 정한 구간 이상이면 복수 개의 표적으로부터 수신된 응답으로 간주할 수 있다.
그리고 상기 코드 추출 단계에서, 상기 AD 값을 이용하여 복원된 펄스에 의한 코드 추출시 복수 응답의 겹침 또는 주변의 간섭 펄스로 인하여 발생한 코드 에러를 제거할 수 있다.
또한, 상기 코드 추출 단계에서, 상기 복원된 펄스 데이터의 타이밍을 측정 프레임의 시작 펄스와 종료 펄스를 일치한 후 각 펄스 위치에서 코드를 추출하고, 추출된 펄스의 지터링을 고려하여 각 펄스의 가운데에서 미리 정한 마진의 범위 값을 취해 유효한 코드만을 추출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 피아 식별 알고리즘을 이용하여 관심 표적으로부터 리턴되는 응답 신호로부터 해당 표적의 피아를 식별할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 표적의 응답 펄스 구성의 일 예를 설명하기 위해 도시한 도면,
도 2는 본 발명과 관련하여, 합/차 채널 수신 신호를 설명하기 위해 도시한 도면,
도 3은 본 발명과 관련된 로그 앰프 출력을 A/D 변환한 응답 펄스의 일 예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 피아 식별기(IFF) 내 신호 처리 구성의 일 예에 대한 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 노이즈 제거 알고리즘의 일 예를 설명하기 위해 도시한 도면,
도 6 내지 7은 도 5의 노이즈 제거 알고리즘에 따른 노이즈 제거 효과를 설명하기 위해 도시한 그래프의 일 예,
도 8은 본 발명에 따른 GTC 동작을 설명하기 위해 도시한 순서도,
도 9는 도 8의 GTC 적용 효과를 설명하기 위해 도시한 그래프의 일 예,
도 10은 본 발명에 따른 최대값 적용 알고리즘의 일 예를 설명하기 위해 도시한 도면,
도 11은 도 10의 최대값 적용의 효과를 설명하기 위해 도시한 그래프의 일 예,
도 12는 본 발명에 따른 수신 부엽 억제 처리 알고리즘의 일 예를 설명하기 위해 도시한 도면,
도 13은 도 12의 수신 부엽 억제 처리 과정의 일 예를 설명하기 위해 도시한 순서도,
도 14는 본 발명에 따른 펄스 복원 개념의 일 예를 설명하기 위해 도시한 도면,
도 15는 도 14의 펄스 복원 과정의 일 예를 설명하기 위해 도시한 순서도,
도 16은 본 발명에 따른 코드 검출하는 알고리즘의 일 예를 설명하기 위해 도시한 도면, 그리고
도 17은 본 발명에 따라 전술한 피아 식별기(IFF)에서의 전체 신호 처리 과정의 일 예를 설명하기 위해 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 피아 식별기(IFF: Identification Friend or Foe) 및 상기 피아 식별기(IFF)에서 신호 처리 방법의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
피아 식별기(IFF)는, 군용으로 사용되는 것으로 주로 항공기, 선박 등과 같은 관심 표적(target)에 대한 피아 식별을 위해 사용된다. 본 명세서에서는 본 발명의 이해를 돕고 설명의 편의를 위해, 이하에서 표적은 항공기를 예로 하여 설명한다. 다만, 본 발명이 반드시 상기한 예시에 한정되는 것은 아니며, 본 명세서에서 설명되는 본 발명의 과제 해결 수단이 적용될 수 있는 모든 분야에 본 발명의 권리 범위가 미침은 자명하다 할 것이다.
이러한 피아 식별기(IFF)는 감시 영역으로 접근하는 관심 표적과의 교신을 통해 해당 표적에 대한 피아를 식별한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 피아 식별기(IFF)에서 표적에 대한 피아 식별을 위한 신호 처리에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.
표적이 감시 영역으로 접근하면, 피아 식별기(IFF)는 해당 표적에 대한 대응을 위하여 우선 상기 표적의 피아를 식별하여야 한다. 이를 위해, 피아 식별기(IFF)는 질문을 담은 요청 신호를 해당 표적으로 전송한다. 이러한 피아 식별기(IFF)의 요청 신호에 대하여, 표적은 응답하지 않으면 아군이 아닌 것으로 간주될 수 있으므로, 일반적으로 상기 요청 신호에 대응하여 응답 신호를 전송한다. 그러면, 피아 식별기(IFF)는 응답 신호를 수신하여 이를 분석함으로써 해당 표적의 피아를 식별한다.
피아 식별기(IFF)에서는 안테나를 통하여 표적으로부터 L-밴드(Band)로 수신되는 응답 신호를 IF(Intermediate Frequency)로 변환하고, 로그 앰프(logarithmic amplifier)를 사용하여 펄스의 포락선을 검출한다. 이렇게 검출된 포락선 신호는, A/D 변환되어 펄스 복원 및 코드 추출 등의 신호 처리 과정을 통해 피아 식별할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명과 관련된 표적의 응답 펄스 구성의 일 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
응답 신호는 도 1에 도시된 바와 같이 펄스 열(pulse low)이며, 코드(code)를 구성한다. 각 알파벳의 조합이 코드를 구성하며, 펄스 열에서 F1 펄스와 F2 펄스는 해당 펄스 열의 시작과 끝을 나타낸다. 이러한 펄스를 브래킷 펄스(Bracket Pulse)라고 부른다. 도 1에서 펄스 열에서 X 펄스는 사용하지 않는다. 또한, 설명의 편의를 위해 도 1에 도시된 펄스 열에서, 각 열의 펄스 폭은 0.45㎲, 펄스의 주기는 1.45±0.05㎲, 그리고 F1 펄스에서 F2 펄스 간의 폭은 20.3±0.05㎲로 예시하였다.
관련하여, 피아 식별기(IFF)에서 표적으로 전송하는 요청 신호는, SIF(Selective Identification Feature) 모드라고 한다. 이러한 SIF 모드에는, 모드 1(Mode 1) 내지 모드 A(Mode A)가 포함될 수 있으며, 각 모드에 따라 구성되는 응답 펄스 열이 서로 상이할 수 있다. 즉, 표 1에서 기술된 바와 같이, SIF 모드에는 모드1,2,3(A)가 있습니다.
표 1에서는 상술한 각 모드에 따른 응답 펄스의 조합의 일 예를 예시하였다.
Mode 응답 코드 코드위치(8진수)
1 　32개 코드 　A1, A2, A4, B1, B2
2 　4096개 코드 A1, A2, A4, B1, B2, B4, C1, C2, C4, D1, D2, D4
3/A 　4096개 코드 A1, A2, A4, B1, B2, B4, C1, C2, C4, D1, D2, D4
표 1을 참조하면, 각 코드는 8진수로 동일한 알파벳이 하나의 코드를 구성하며 A4, A2, A1의 순으로 코드 조합이 이루어지고, A, B, C, D 순으로 전체 코드가 구성될 수 있다. 여기서, 모드 A(Mode A)는 모드 3과 동일한 구조를 가지며 민간용으로 사용된다.
도 2는 본 발명과 관련하여, 합/차 채널 수신 신호를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명과 관련된 로그 앰프 출력을 A/D 변환한 응답 펄스의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2와 3을 참조하면, AD 변환된 응답 파형에는 두 가지 타입이 섞여 있다. 첫번째 타입은 합 채널(235)에 대한 수신 파형이고, 두번째 타입은 차 채널(245)의 수신 파형이다.
피아 식별기(IFF)의 안테나는, 지향성을 위하여 송수신시 합 채널과 차 채널의 두 가지 빔 영역(230,240)으로 구분된다.
피아 식별을 수행하고자 하는 표적(210)에 대하여 지향하는 방향이 합 채널(230)이고, 그 외가 차 채널(240)이 된다. 합 채널(230)로 수신되는 응답 펄스(235)는 차 채널(240)로 수신되는 응답 펄스(245)보다 더 크게 수신된다.
그러므로 피아 식별을 수행하려는 표적의 응답이라면, 합 채널(230)로 수신되는 신호의 진폭이 더 크다는 의미이다. 즉, 지향하는 표적의 응답이면 합 채널(230) > 차 채널(240) + K(245)의 관계가 형성되고 K의 값에 따라 방위각도 결정된다. 이 관계로 차 채널(240)에 수신되는 신호를 무시하는 것을 수신 부엽 억제(RSLS: Receive SideLobe Suppression)라고 한다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
이하에서는 상술한 내용을 참조하여, SIF 모드의 응답 펄스로부터 정보 코드를 추출하는 신호 처리 과정에 대해 보다 상세하게 기술한다.
도 4는 본 발명에 따른 피아 식별기(IFF) 내 신호 처리 구성의 일 예에 대한 블록도이다.
본 발명에 따른 피아 식별기(IFF) 내 신호 처리 구성의 일 예는, 노이즈 제거부(420), 이득 제어부(GTC: Gain Time Control)(430), 최대값 적용부(440), 수신 부엽 억제부(RSLS)(450), 펄스 복원부(460) 및 코드 검출부(470)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 구성들은 예를 들어, FPGA(field programmable gate array)와 같은 하나의 모듈 내에 포함될 수 있으며, A/D 입력 데이터는 클록에 동기되어 순차로 처리될 수 있다.
본 발명에 따른 피아 식별기의 일 예는, 합 채널과 차 채널을 통해 해당 표적에 대하여 수신되는 응답 신호의 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부(420); 응답 신호를 거리에 따라 미리 결정된 감쇄량을 적용하여 그 이득을 제어하는 이득 제어부(430); 응답 신호를 슬라이딩하여 미리 정해진 구간 내 최대값을 추출하고, 추출된 최대값을 이용하여 유효한 펄스 데이터만을 출력하는 최대값 적용부(440); 응답 신호의 유효 펄스 데이터 중 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터가 차 채널로부터 수신된 펄스 데이터보다 미리 정해진 이득 레벨 이상이면, 상기 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터와 AD 값을 출력하는 수신 부엽 억제부(450); 출력되는 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터의 펄스 폭에 근거하여 펄스를 복원하는 펄스 복원부(460); 및 상기 AD 값과 복원된 각 펄스의 위치에서 코드를 추출하는 코드 추출부(470);를 포함하여 응답 신호를 처리하여 표적의 피아를 식별한다.
여기서, 상기 입력되는 응답 신호의 신호 파워 정규화를 위하여 상기 미리 결정된 감쇄량 테이블을 저장하는 저장부(미도시);를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 노이즈 제거부(420)는, 연속적으로 입력되는 합 채널과 차 채널의 펄스 데이터의 미리 정한 구간의 펄스 데이터에 대해 평균값을 취할 수 있다.
또한, 상기 미리 정한 구간은, 원 신호가 왜곡되지 않을 정도의 3 클록 구간의 펄스 데이터일 수 있다.
그리고 상기 이득 제어부(430)는, 상기 합 채널로부터 수신되는 응답 신호의 펄스가 상기 저장부에 저장된 감쇄량 테이블 내 적용되는 감쇄량보다 큰 경우에만 해당 응답 신호의 펄스를 출력하고, 그렇지 않은 경우 해당 응답 신호의 펄스를 제거할 수 있다.
또한, 상기 최대값 적용부(440)는, 상기 최대값에 대하여 미리 정한 유효 레벨을 감한 기준값을 구하고, 상기 구한 기준값보다 입력되는 응답 신호의 펄스 데이터 값이 크면 해당 펄스 데이터를 출력하고, 그렇지 않으면 해당 펄스 데이터를 제거할 수 있다.
그리고 상기 미리 정해진 이득 레벨은, 요구되는 방위각과 연관하여 결정될 수 있다.
또한, 상기 펄스 복원부(460)는, 상기 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터의 펄스 폭이 미리 정한 구간 이내의 폭이면, 하나의 표적으로부터의 응답 신호로 간주하고, 상기 미리 정한 구간 이상이면 복수 개의 표적으로부터 수신된 응답으로 간주할 수 있다.
그리고 상기 코드 추출부(470)는, 상기 AD 값을 이용하여 복원된 펄스에 의한 코드 추출시 복수 개의 응답이 겹친 경우 또는 주변의 간섭 펄스로 인한 코드 에러를 제거할 수 있다.
또한, 상기 코드 추출부(470)는, 상기 복원된 펄스 데이터의 타이밍을 측정 프레임의 시작 펄스와 종료 펄스를 일치한 후 각 펄스 위치에서 코드를 추출하고, 추출된 펄스의 지터링을 고려하여 각 펄스의 가운데에서 미리 정한 마진의 범위 값을 취해 유효한 코드만을 추출할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 노이즈 제거 알고리즘의 일 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
노이즈 제거부(420)는, A/D 변환부(410)에서 출력되는 A/D 입력 데이터가 노이즈(noise)에 의해 최대값 적용 처리 과정에서 펄스가 분할되거나 코드 검출시 코드 에러(code error)를 없애기 위하여 노이즈 제거를 수행한다.
이하 본 명세서에서 노이즈 제거부(420)는 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같은 노이즈 제거 알고리즘을 이용하여 연속적으로 입력되는 합, 차 채널 각각의 연속적인 데이터를 일정 클록 샘플 데이터(예를 들어, 도 5에서는 3 클록 샘플 데이터)의 평균값을 취함으로써 노이즈를 제거한다.
도 6 내지 7은 도 5의 노이즈 제거 알고리즘에 따른 노이즈 제거 효과를 설명하기 위해 도시한 그래프의 일 예이다.
도 6을 참조하면, 노이즈 입력(610)에 대해 평균값(avg) 출력(620)은 노이즈가 감쇄된 것을 알 수 있다. 도 7(a)는 노이즈 입력(610)에 대한 그래프를, 도 7(b)는 상술한 도 5에 따라 노이즈 제거된 평균값 출력(620)에 대한 그래프를 도시하였다. 상술한 노이즈 제거는, 합 채널 및 차 채널에 모두 적용한다.
여기서, 도 5에서는 3 클록 샘플 데이터의 평균값을 취하는 방식을 예로 하였다. 이때, 평균값을 취하는 방식은, 일반적으로는 노이즈의 형태에 따라 평균값 구간을 정하면 되나, 너무 많은 구간을 선택하여 평균값을 적용하는 경우에는 원래 신호가 왜곡(distortion)될 수 있으므로 신호의 왜곡이 일어나지 않을 정도의 적절한 평균값 구간을 선택하는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명에 따른 GTC 동작을 설명하기 위해 도시한 순서도이다.
이득 제어부(GTC)(430)는, 시간에 따른 감쇄를 적용한다. 일반적으로, 수신 신호의 크기는 거리에 따라 감쇄된다. 여기서, 피아 식별기(IFF)는 레이더와는 달리 단방향이므로 수신 신호의 파워(power)는 거리가 멀어질수록 거리의 제곱에 반비례하여 파워가 작아진다. 즉, 근거리에서는 파워가 큰 신호가 수신되고, 반대로 원거리에서는 파워가 작은 신호가 수신된다.
이러한 환경에서 입력되는 신호의 처리를 위해서는 신호 파워에 대한 정규화(regulation)가 필요하다. 예를 들어, 근거리에서 입력되는 신호는 파워가 크므로 큰 감쇄를 적용하고, 거리의 증가에 따라 감쇄 정도를 줄인다.
이를 위해 본 발명에서는 거리에 따라 정규화된 감쇄값 테이블(GTC 테이블)을 미리 정의하여 예를 들어, 롬(ROM: Read Only Memory)와 같은 저장 매체에 저장한다.
그리고 입력되는 신호에 대해 롬에 저장된 감쇄값 테이블(GTC 테이블)을 적절하게 적용함으로써, 상기 입력 신호를 정규화한다. 여기서, 거리는 곧 시간에 대응되므로 시간에 따른 감쇄를 적용하는 것이다. 이를 GTC라고 한다.
도 8을 참조하면, 응답 펄스의 샘플 데이터(A)가 입력이 되면(S810), 이득 제어부(GTC)(430)는 저장 매체로부터 감쇄값 테이블(GTC 테이블)(B)(S820)을 추출한다.
이후 추출된 감쇄값 테이블(GTC 테이블)의 값(B)이 입력되는 응답 펄스의 샘플 데이터(A)보다 작은지 판단한다.
상기 판단 결과, 만약 응답 펄스의 샘플 데이터(A)가 감쇄값 테이블의 값(B)보다 작으면, 입력되는 상기 응답 펄스의 샘플 데이터(A)를 제거(clear)하고(S830), 반대의 경우에는 응답 펄스의 샘플 데이터를 출력한다(S840).
도 9는 도 8의 GTC 적용 효과를 설명하기 위해 도시한 그래프의 일 예이다.
도 9(a)와 입력되는 응답 펄스의 샘플 데이터에 대해 전술한 바와 같이, GTC를 적용하면, 도 9(b)와 같은 펄스를 얻을 수 있게 된다.
도 9(b)를 참조하면, 입력 응답 펄스에 대하여 GTC를 적용한 결과 즉, GTC를 적용함에 따라 유효 펄스들의 아래쪽 신호들은 제거되고 코드 추출을 위해 의미 있는 상위 펄스들만 출력되게 된다. 다만, 여기서, GTC는 합 채널에 대하여만 적용한다. 그리고 차 채널은 수신 부엽 억제(RSLS)를 위하여 GTC 처리 시간만큼 지연시킨다.
도 10은 본 발명에 따른 최대값 적용 알고리즘의 일 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
최대값 적용부(440)는, GTC 적용 후 제거되지 않은 노이즈를 제거하고 유효한 펄스 정보만 취하도록 한다.
이를 위해 최대값 적용부(440)는, 입력 데이터를 슬라이딩(sliding)하면서 일정 구간 동안에 최대값을 찾는다. 여기서, 최대값을 찾는 것은, 입력되는 데이터가 최대값 아래쪽으로 유효한 레벨보다 큰 경우에만 의미 있는 데이터로 판단하고 출력하기 위함이다.
즉, 펄스의 '최대값과 최대값-유효 펄스 레벨' 사이의 값만 출력하고 나머지는 제거한다.
도 10을 참조하면, 일정 구간을 주기로 최대값(B,C)을 찾는다. 도 10에서는 제1 최대값(B)는 '8'이고, 제2 최대값(C)은 '9'이다. 따라서, 제2 최대값(C)가 제1 최대값(B)보다 더 큰 값을 가지므로, 상기 제2 최대값(C)를 최대값으로 선택한다. 여기서, 유효 펄스 레벨은 '2'로 가정하자. 또한, 기준값(D)은 최대값(C)에서 유효 펄스 레벨을 뺀 값이므로 '7'이 된다.
이렇게 계산된 기준 값과 입력을 쉬프트한 값(A)('1')과 비교한다. 도 10에서는 입력 쉬프트 값(A)이 '1'이고, 기준 값(D)('7')보다 작으면 상기 입력 쉬프트 값(A)를 제거한다. 여기서, 최대값 추출을 위한 처리 시간이 필요하므로 입력값 1은 지연시킨 후 비교되는 것이다.
도 11은 도 10의 최대값 적용의 효과를 설명하기 위해 도시한 그래프의 일 예이다.
최대값 적용 결과 도 9(b)와 같이 GTC 적용 후의 펄스들은 예를 들어, 도 11과 같이, 고유 정보를 포함한 펄스만이 남게 되고, 나머지는 제거된다.
상술한 바와 같은 과정을 통해 피아 식별기(IFF)는 표적으로부터 수신되는 응답 펄스의 펄스 폭에 최대한 가깝게 복원할 수 있게 된다.
도 11에서는 예를 들어, 최대값이 동일한 것으로 보고 유효 펄스 레벨(1110)만이 도시되었다. 다만, 이 과정은 합 채널에 대해서만 적용하며, 차 채널의 경우에는 전술한 바와 같이, 이후 수신 부엽 억제(RSLS)를 위해 최대값 적용을 위해 지연된 시간만큼 지연하여 출력한다.
도 12는 본 발명에 따른 수신 부엽 억제 처리 알고리즘의 일 예를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 13은 도 12의 수신 부엽 억제 처리 과정의 일 예를 설명하기 위해 도시한 순서도이다.
도 12 내지 13을 참조하면, 수신 부엽 억제부(RSLS)(450)는, 합 채널, 차 채널 ADC 값이 입력되면(S1310), 합 채널에서 차 채널을 뺀 값이 이득 레벨보다 큰 지 판단한다(S1320). 이는 합 채널을 통하여 수신되는 응답 펄스가 피아 식별을 수행하는 표적에 대한 응답이므로, 합 채널의 신호가 차 채널보다 정해진 이득 레벨 이상인 경우에 안테나가 지향하는 표적의 응답 신호로 간주하고, 그렇지 않은 경우에는 제거하기 위함이다.
여기서, 이득 레벨은 요구하는 방위각과 연관성이 있으므로 요구 규격에 따라 결정된다. 예를 들어, 이득 레벨이 낮아지면 방위각이 넓어지고, 반대로 이득 레벨이 높아지면 방위각이 좁아진다.
수신 부엽 억제(RSLS) 이후 합 채널 응답 펄스는, A/D 값과 디지털 펄스로 출력이 된다. 여기서, 디지털 펄스는 펄스 복원을 위한 것이며, A/D 값은 복원된 펄스에 의한 코드 추출시 여러 응답이 겹친 경우나 주변의 간섭 펄스로 인한 코드 에러(code error)를 제거하기 위해 사용된다.
즉, S1320 단계 판단 결과 합 채널에서 차 채널을 뺀 값이 이득 레벨보다 작은 경우에는 '0'을 출력 즉, 제거하고(S1340), 반대 경우에는 '1'과 합 채널 ADC 값을 출력한다(1330).
도 14는 본 발명에 따른 펄스 복원 개념의 일 예를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 15는 도 14의 펄스 복원 과정의 일 예를 설명하기 위해 도시한 순서도이다.
도 14를 참조하면, 펄스 복원부(460)는 수신 부엽 제거(RSLS) 처리 후 입력되는 디지털 펄스의 펄스 폭을 점검하여 코드 추출을 위한 펄스를 생성한다.
예를 들어, 단일 표적의 응답인 경우에는, 응답 펄스들은 도 1에 도시된 펄스 폭과 유사하게 나타날 수 있다. 반면, 표적이 다수 개인 경우에 응답이 동일 시간대에 수신되면, 각 펄스들이 중복되어 펄스 폭이 증가할 수 있다.
따라서, 펄스 폭이 미리 설정한 기준값 예를 들어, 250㎱≤펄스 폭≤600㎱ 인 경우에는, 단일 표적의 응답으로 판단하고, 펄스 폭이 600㎱ 이상인 경우 다수 개의 표적으로 간주하여 코드 펄스를 생성할 수 있다.
도 15를 참조하여, 상기 펄스 복원 과정을 다시 설명하면, 펄스가 입력되면(S1510), 입력되는 펄스의 펄스 폭을 확인하여 확인된 펄스 폭이 제1 기준값(250ns)보다 작거나 같은지 판단한다(S1520).
S1520 단계 판단 결과 만약, 확인된 펄스 폭이 제1 기준값 미만이면, '0'을 출력 즉, 제거한다(S1540). 그러나 상기 확인된 펄스 폭이 제1 기준값 이상이면, 제1 코드 펄스를 생성한다(S1530).
상기 생성된 제1 코드 펄스가 다시 제2 기준값(600ns)보다 크거나 같은지 판단하여(S1550), 판단 결과 제1 코드 펄스가 제2 기준값 이하이면, '0'을 출력 즉, 단일 표적 응답으로 간주하고(S1570), 그렇지 않고 제1 코드 펄스가 제2 기준값을 초과하면 제2 코드 펄스를 생성하여 복수 개의 표적으로부터 응답 신호가 수신됨을 확인할 수 있다(S1560).
도 16은 본 발명에 따른 코드 검출하는 알고리즘의 일 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 16을 참조하면, 코드 검출부(470)는, 기본적으로 F1, F2 프레임 펄스 일 치 후에 각 펄스 위치에서 코드를 추출한다. 예를 들어, 전술한 펄스 복원부(460)에서 펄스 복원으로 생성된 펄스들에 대해 도 1의 타이밍을 측정하여 각 펄스의 위치에서 코드(code)를 추출한다.
이때, 펄스 복원 과정에서 펄스의 지터링(jittering)을 고려하여 각 펄스의 위치가 이론적인 위치에서 편차가 발생할 수 있으므로, 이론적인 펄스의 가운데 위치를 기준으로 미리 정해진 클록의 마진(예를 들어, ±3 클록)을 부여할 수 있다.
즉, 첫 번째 펄스의 가운데에서 두 번째 펄스의 위치는 '1.45㎲의 클록 수 ± 3 클록'의 간격이 된다.
도 16에 도시된 바와 같이, 각 위치의 값들에 논리 소자(예를 들어, OR 게이트)를 사용하여 값을 추출할 수 있다.
따라서, 디지털 펄스는 논리적인 값 즉, 1 또는 0의 값만을 가지므로 만약 큰 차이가 없는 거리에서 다수의 표적의 응답 펄스가 혼재하면 코드 값이 섞일 수가 있다. 그러므로, 본 발명에서는 코드를 추출하는 각 위치에서 '펄스의 최대 ADC 값 - 각 펄스의 ADC 값 ＞ 편차범위'인 경우에만, 동일한 펄스 열로 판단하도록 한다. 즉, 하나의 항공기에 의한 응답이라면 각 펄스들의 진폭 크기가 편차 범위 내에 존재한다고 보는 것이다.
또한, 코드 추출시 F1, F2 펄스가 20.3㎲의 시간임을 보여주는 브래킷 펄스가 발생시 각 위치에서 코드를 추출한다. 브래킷 펄스는 F1 펄스가 입력되고 20.3㎲ 후에 F2 펄스가 입력되는 시점이므로 입력 펄스를 계속 쉬프트(shift)하다가 해당 시간에 다른 논리 소자(예를 들어, AND 게이트)를 사용하여 두 펄스가 겹쳐지게 되면 브래킷 펄스를 추출한다.
브래킷 펄스는 펄스 열의 처음과 끝에 위치하므로 신호 처리 과정에서 편차가 가장 크게 발생할 수 있으므로 미리 설정한 기준 마진 예를 들어, ±7 클록의 마진을 적용할 수 있다. 예를 들어, 도 16에서 작은 블록들이 이러한 샘플 주기를 나타내는 것이다.
도 17은 본 발명에 따라 전술한 피아 식별기(IFF)에서의 전체 신호 처리 과정의 일 예를 설명하기 위해 도시한 그래프이다.
도 17(a)에 도시된 바와 같이, 합 채널과 차 채널이 함께 입력(여기서, 입력되는 응답 펄스는 합 채널의 신호가 더 큰 것으로 보아 안테나가 지향하는 방향에서 수신된 것으로 알 수 있다.)되면, 도 17(b)에 도시된 바와 같이, 노이즈를 제거하고 GTC 처리 및 최대값을 적용한 후, 도 17(c)에 도시된 바와 같이, 수신 부엽 억제(RSLS) 후, 도 17(d)에 도시된 바와 같이 펄스를 복원(펄스 복원의 파형은 샘플 1 클록을 1개의 코드 bit로 변환하여 펄스폭이 작아 보인다.)하고, 최종적으로 도 17(e)에 도시된 바와 같이, 코드를 추출하여, 입력되는 응답 신호의 주체 즉, 표적의 피아를 식별한다. 도 17(e)에서 추출된 코드 아래의 숫자는 샘플 클록의 수를 말하며, 이로부터 거리 정보를 알 수 있다.
이상 본 명세서에서는 본 발명에 따라 피아 식별을 위한 표적의 응답 펄스의 코드 검출 신호 처리에 대하여 설명하였다. 이러한 신호 처리 알고리즘은 피아 식별이 필요한 다양한 분야에 이용될 수 있다. 또한, 상술한 내용 중 최대값 적용 레벨, 수신 부엽 억제(RSLS) 적용 이득 레벨, 펄스 복원시 판단 펄스 폭, 코드 검출시 펄스 간격 마진, 각 펄스 레벨의 편차 범위 등은, 주변 환경에 따라 유동적인 파라미터(parameter)로 시험을 통하여 적절히 선택할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
410: A/D 변환부 420: 노이즈 제거부
430: GTC부 440: 최대값 적용부
450: 수신 부엽 억제(RSLS)부 460: 펄스 복원부
470: 코드 검출부

Claims (14)

  1. 합 채널과 차 채널을 통해 해당 표적에 대하여 수신되는 응답 신호의 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부;
    응답 신호를 거리에 따라 미리 결정된 감쇄량을 적용하여 그 이득을 제어하는 이득 제어부;
    응답 신호를 슬라이딩하여 미리 정해진 구간 내 최대값을 추출하고, 추출된 최대값을 이용하여 유효한 펄스 데이터만을 출력하는 최대값 적용부;
    응답 신호의 유효 펄스 데이터 중 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터가 차 채널로부터 수신된 펄스 데이터보다 미리 정해진 이득 레벨 이상이면, 상기 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터와 AD 값을 출력하는 수신 부엽 억제부;
    출력되는 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터의 펄스 폭에 근거하여 펄스를 복원하는 펄스 복원부; 및
    상기 AD 값과 복원된 각 펄스의 위치에서 코드를 추출하는 코드 추출부;
    를 포함하여 응답 신호를 처리하여 표적의 피아를 식별하는 피아 식별기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력되는 응답 신호의 신호 파워 정규화를 위하여 상기 미리 결정된 감쇄량 테이블을 저장하는 저장부;를 더 포함하되,
    상기 미리 정해진 이득 레벨은, 요구되는 방위각과 연관하여 결정되는 것을 특징으로 하는 피아 식별기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 노이즈 제거부는, 연속적으로 입력되는 합 채널과 차 채널의 펄스 데이터의 미리 정한 구간의 펄스 데이터에 대해 평균값을 취하되,
    상기 미리 정한 구간은, 원 신호가 왜곡되지 않을 정도의 3클록 구간의 펄스 데이터인 것을 특징으로 하는 피아 식별기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 이득 제어부는,
    상기 합 채널로부터 수신되는 응답 신호의 펄스가 상기 저장부에 저장된 감쇄량 테이블 내 적용되는 감쇄량보다 큰 경우에만 해당 응답 신호의 펄스를 출력하고, 그렇지 않은 경우 해당 응답 신호의 펄스를 제거하는 것을 특징으로 하는 피아 식별기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 최대값 적용부는,
    상기 최대값에 대하여 미리 정한 유효 레벨을 감한 기준값을 구하고, 상기 구한 기준값보다 입력되는 응답 신호의 펄스 데이터 값이 크면 해당 펄스 데이터를 출력하고, 그렇지 않으면 해당 펄스 데이터를 제거하는 것을 특징으로 하는 피아 식별기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 펄스 복원부는,
    상기 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터의 펄스 폭이 미리 정한 구간 이내의 폭이면, 하나의 표적으로부터의 응답 신호로 간주하고, 상기 미리 정한 구간 이상이면 복수 개의 표적으로부터 수신된 응답으로 간주하는 것을 특징으로 하는 피아 식별기.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 코드 추출부는,
    상기 AD 값을 이용하여 복원된 펄스에 의한 코드 추출시 복수 응답의 겹침 또는 주변의 간섭 펄스에 의하여 발생한 코드 에러를 제거하거나, 또는 상기 복원된 펄스 데이터의 타이밍을 측정 프레임의 시작 펄스와 종료 펄스를 일치한 후 각 펄스 위치에서 코드를 추출하여 추출된 펄스의 지터링을 고려하여 각 펄스의 가운데에서 미리 정한 마진의 범위 값을 취해 유효한 코드만을 추출하는 것을 특징으로 하는 피아 식별기.
  8. 합 채널과 차 채널을 통해 해당 표적에 대하여 수신되는 응답 신호의 노이즈를 제거하는 단계;
    응답 신호를 거리에 따라 미리 결정된 감쇄량을 적용하여 그 이득을 제어하는 단계;
    응답 신호를 슬라이딩하여 미리 정해진 구간 내 최대값을 추출하고, 추출된 최대값을 이용하여 유효한 펄스 데이터만을 출력하는 단계;
    응답 신호의 유효 펄스 데이터 중 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터가 차 채널로부터 수신된 펄스 데이터보다 미리 정해진 이득 레벨 이상이면, 상기 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터와 AD 값을 출력하는 단계;
    출력되는 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터의 펄스 폭에 근거하여 펄스를 복원하는 단계; 및
    상기 AD 값과 복원된 각 펄스의 위치에서 코드를 추출하는 단계;
    를 포함하여 피아 식별기에서 응답 신호를 처리하여 표적의 피아를 식별하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 입력되는 응답 신호의 신호 파워 정규화를 위하여 상기 미리 결정된 감쇄량 테이블을 저장하는 단계;를 더 포함하되,
    상기 미리 정해진 이득 레벨은, 요구되는 방위각과 연관하여 결정되는 것을 특징으로 하는 표적의 피아를 식별하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 노이즈 제거 단계에서, 연속적으로 입력되는 합 채널과 차 채널의 펄스 데이터의 미리 정한 구간의 펄스 데이터에 대해 평균값을 취하되,
    상기 미리 정한 구간은, 원 신호가 왜곡되지 않을 정도의 3클록 구간의 펄스 데이터인 것을 특징으로 하는 표적의 피아를 식별하는 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 이득 제어 단계에서,
    상기 합 채널로부터 수신되는 응답 신호의 펄스가 상기 저장된 감쇄량 테이블 내 적용되는 감쇄량보다 큰 경우에만 해당 응답 신호의 펄스를 출력하고, 그렇지 않은 경우 해당 응답 신호의 펄스를 제거하는 것을 특징으로 하는 표적의 피아를 식별하는 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 유효한 펄스 데이터만 출력하는 단계에서,
    상기 최대값에 대하여 미리 정한 유효 레벨을 감한 기준값을 구하고, 상기 구한 기준값보다 입력되는 응답 신호의 펄스 데이터 값이 크면 해당 펄스 데이터를 출력하고, 그렇지 않으면 해당 펄스 데이터를 제거하는 것을 특징으로 하는 표적의 피아를 식별하는 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 펄스 복원 단계에서,
    상기 합 채널로부터 수신된 펄스 데이터의 펄스 폭이 미리 정한 구간 이내의 폭이면, 하나의 표적으로부터의 응답 신호로 간주하고, 상기 미리 정한 구간 이상이면 복수 개의 표적으로부터 수신된 응답으로 간주하는 것을 특징으로 하는 표적의 피아를 식별하는 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 코드 추출 단계에서,
    상기 AD 값을 이용하여 복원된 펄스에 의한 코드 추출시 복수 응답의 겹침 또는 주변의 간섭 펄스에 의하여 발생한 코드 에러를 제거하거나, 또는 상기 복원된 펄스 데이터의 타이밍을 측정 프레임의 시작 펄스와 종료 펄스를 일치한 후 각 펄스 위치에서 코드를 추출하여 추출된 펄스의 지터링을 고려하여 각 펄스의 가운데에서 미리 정한 마진의 범위 값을 취해 유효한 코드만을 추출하는 것을 특징으로 하는 표적의 피아를 식별하는 방법.
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