KR101040989B1 - Gain and Bandwidth control apparatus and method on Array Antenna for anti-jamming in GPS system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 GPS 안티-재밍을 위한 배열안테나의 이득 및 대역폭 조절 장치 및방법을 제공한다.The present invention provides an apparatus and method for adjusting the gain and bandwidth of an array antenna for GPS anti-jamming.

상기 장치는 배열안테나로부터 입력신호를 수신하는 수신기, 상기 수신부로부터 입력신호를 수신하여 입력신호의 크기에 관계없이 일정한 이득을 출력하는 자동이득제어기, 상기 수신된 입력신호에 재밍신호의 포함 여부를 판단하여 재밍신호가 존재하는 경우, 상기 재밍신호가 커서 상기 입력신호가 커질 경우 최소이득으로 자동제어이득을 변환하고 상기 재밍신호가 작아져 상기 입력신호가 작아질 경우 다시 최대이득으로 자동제어이득을 변환하는 Hysteresis 이득설정기, 상기 Hysteresis 이득설정기를 통과한 상기 입력신호를 필터링 함에 있어서, 상기 재밍신호의 크기에 대역폭이 반비례하고 최소 및 최대 대역폭을 제한한 가변대역 저주파수통과 필터를 포함하는 배열안테나의 신호처리 시스템을 포함한다.The apparatus includes a receiver for receiving an input signal from an array antenna, an automatic gain controller for receiving an input signal from the receiver and outputting a constant gain regardless of the magnitude of the input signal, and determining whether to include a jamming signal in the received input signal. If a jamming signal is present, the automatic control gain is converted to the minimum gain when the jamming signal is large and the input signal is large, and the automatic control gain is converted to the maximum gain again when the input signal is small due to the jamming signal becoming smaller. In the filtering of the input signal passing through the hysteresis gain setter, the hysteresis gain setter, the array antenna signal including a variable band low-frequency filter in which the bandwidth is inversely proportional to the size of the jamming signal and limited the minimum and maximum bandwidth A processing system.

배열안테나, 자동이득제어, 전자파 재밍, Hysteresis, 가변대역 저주파통과 필터링, ＧＰＳ 수신기, 안티-재밍(anti-jamming) Array Antenna, Automatic Gain Control, Electromagnetic Jamming, Hysteresis, Variable Band Low Pass Filtering, WiFi Receiver, Anti-jamming

Description

ＧＰＳ 시스템에 있어서 안티-재밍을 위한 배열안테나의 이득 및 대역폭 조절 장치 및 방법{Gain and Bandwidth control apparatus and method on Array Antenna for anti-jamming in GPS system}Gain and bandwidth control apparatus and method for array antenna for anti-jamming in WPS system {Gain and Bandwidth control apparatus and method on Array Antenna for anti-jamming in GPS system}

본 발명은 GPS 안티-재밍을 위한 배열안테나의 이득 및 대역폭 조절 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 전파간섭에 약한 GPS 시스템에 있어서 배열안테나의 이득을 조정함으로써 동적범위를 확대하여 큰 재밍신호를 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for adjusting the gain and bandwidth of an array antenna for GPS anti-jamming, and more particularly, to adjust a gain of the array antenna in a GPS system vulnerable to radio interference, thereby expanding a dynamic range to generate a large jamming signal. It relates to an apparatus and a method for processing.

GPS는 지상 20,000km 상공의 6개 궤도면에 총 28개의 위성을 배치하여 지구상 어디에서나 항상 5개 이상의 위성이 보일 수 있도록 설계된 위성항법시스템이다. 이러한 GPS는 크게 위성부분, 관제부분, 사용자부분으로 나누어지며, 사용자부분인 GPS 수신기는 다수의 위성 신호를 사용하여 매우 정확한 위치, 속도, 시간 등의 정보를 제공한다. 디지털칩 제작기술이 발전함에 따라 GPS 수신기의 가격은 매우 저렴해졌으며, 2000년 의도적인 오차성분이었던 SA(Selective Availability)가 해제됨에 따라 10m 이내의 위치 정확도 제공이 가능해져 카네비게이션/측지 등의 분야에서 폭발적으로 시장이 성장하고 있다.GPS is a satellite navigation system designed to place a total of 28 satellites on six orbits over 20,000 km above the ground, allowing five or more satellites to be visible from anywhere on Earth. The GPS is divided into satellite, control, and user parts. The GPS receiver, which is a user part, provides a very accurate location, speed, and time information using a plurality of satellite signals. With the development of digital chip manufacturing technology, GPS receivers have become very inexpensive, and in 2000, when SA (Selective Availability), which was an intentional error component, was released, it was possible to provide positioning accuracy within 10m, such as in car navigation / geodesy. Market is growing explosively.

다만, GPS 수신기는 위성신호 수신구조가 공개되어 있고, 20,000km 이상의 장거리에서 전송되기 때문에, 매우 미약한 수신 신호를 갖는 통신 단말기이다. GPS 수신기에 도달하는 위성신호의 크기는 약 -160dBW(

Figure 112009036748113-pat00001
)인데 비해 휴대폰에 도달하는 이동통신 신호는 -60dBW(
Figure 112009036748113-pat00002
)로서 GPS 신호가 100억배 정도 약하다.However, the GPS receiver is a communication terminal having a very weak reception signal since a satellite signal reception structure is disclosed and is transmitted over a long distance of 20,000 km or more. The satellite signal reaching the GPS receiver is approximately -160 dBW (
Figure 112009036748113-pat00001
), The mobile signal reaching the phone is -60 dBW (
Figure 112009036748113-pat00002
GPS signal is about 10 billion times weaker.

전자파 재밍(jamming)이란 전파를 수신함에 있어 다른 전파 등에 의해서 수신에 장애가 생기는 것을 말하며, 수신되는 신호의 크기가 작을수록 전자파 재밍의 영향을 많이 받는다. 따라서 미약한 위성신호를 사용하는 GPS는 전자파 재밍에 매우 취약하다. 즉, 방송/통신/전기 등의 RF 응용분야에서 발생할 수 있는 비의도적인 전파간섭이나 GPS 신호 주파수에 의도적인 잡음 전파신호를 발생시키는 재밍신호에 매우 취약하다. 일례로 미국 San Diego 항구에서 2007년 1월에 전파간섭으로 인해 반경 15km 이내에 위치한 의료서비스 호출시스템을 포함한 모든 GPS 사용자가 불능상태에 처해졌다. 또한, 러시아에서 제작된 24Watt GPS 재머는 반경 400km 이내의 GPS 사용자에 대한 정상 운용을 방해할 수 있는 것으로 발표되었다. Electromagnetic jamming (jamming) means that the reception is interrupted by other radio waves in receiving radio waves, the smaller the size of the received signal is affected by the electromagnetic jamming. Therefore, GPS using weak satellite signals is very vulnerable to electromagnetic jamming. That is, it is very vulnerable to jamming signals which intentionally generate radio wave signals or unintentional radio interference which may occur in RF applications such as broadcasting / communication / electricity. In January 2007, for example, radio interference interfered with all GPS users, including a medical calling system, within a 15 km radius. In addition, a 24Watt GPS jammer made in Russia has been announced to interfere with normal operation for GPS users within a radius of 400 km.

이와 같이, GPS에 심각한 위협이 되는 전파간섭 또는 재밍에 대응하기 위한 가장 효과적인 종래기술로서 배열안테나를 사용하여 재밍신호를 제거하는 방법이 있었다. 배열안테나는 여러 개의 안테나 소자를 사용하여 각각의 위상을 변화시킴으로써 원하는 신호를 증대시키고 원치않는 재밍신호를 감소시키는 장치이다. 종래에는 배열안테나 시스템에서 아날로그 위상변환기(Phase shifter)를 사용하여 GPS 의 L밴드 신호의 위상을 변화시켜 특정방향으로 널(Null)을 형성하여 재밍신호를 제거하였다.As such, there has been a method of eliminating jamming signals using array antennas as the most effective prior art for coping with radio interference or jamming, which is a serious threat to GPS. Array antennas are devices that amplify a desired signal and reduce unwanted jamming signals by varying each phase using multiple antenna elements. Conventionally, in an array antenna system, an analog phase shifter is used to change a phase of an L-band signal of a GPS to form a null in a specific direction, thereby removing a jamming signal.

상기한 바와 같이 전자파 재밍을 개선하기 위해서 널리 쓰이는 종래 기술로서, 배열안테나를 이용한 수신방법은 이러한 재밍 취약성을 효과적으로 극복할 수 있는 기술로서 다중 RF 입력신호를 A/D(아날로그에서 디지털로)변환하여 디지털 방식으로 안티-재밍 신호처리를 수행하였다. As described above, a conventional technique widely used to improve electromagnetic jamming, and a reception method using an array antenna is a technique that can effectively overcome such jamming vulnerabilities by converting multiple RF input signals to A / D (analog to digital). Anti-jamming signal processing was performed digitally.

도 1은 종래의 GPS 배열안테나를 통한 신호처리 구성도이다.1 is a signal processing configuration diagram through a conventional GPS array antenna.

최근에는 도 1과 같이 안테나 소자(110)에서 수신된 신호를 하향변환기(120)를 통해 중간주파수로 변환하고, 주파수가 낮은 중간주파수(IF, Intermediate Frequency)에서 A/D 변환(130) 후 디지털 위상변환기(140)와 디지털 신호처리 프로세서(150)을 통해서 안티-재밍 신호처리를 구현하는 디지털 배열안테나 시스템 방식으로 널리 쓰이고 있다. 다만, 이러한 디지털 방식의 배열안테나 시스템에서는 일반적으로 RF 변환기에서 A/D 변환기까지의 전체 이득이 고정되어 있고 신호처리 대역폭도 고정되어 있어 배열안테나의 안티-재밍 성능이 제한적이라는 문제점이 있다.Recently, the signal received from the antenna element 110 is converted into an intermediate frequency through the down-converter 120, and after the A / D conversion 130 at an intermediate frequency (IF) having a low frequency, It is widely used as a digital array antenna system that implements anti-jamming signal processing through the phase converter 140 and the digital signal processing processor 150. However, in such a digital array antenna system, the overall gain from the RF converter to the A / D converter is fixed, and the signal processing bandwidth is fixed, thereby limiting the anti-jamming performance of the array antenna.

전술한 종래 기술에서, 단순히 배열안테나를 이용하여 다수의 안테나로 입력 신호의 위상에 변화를 주어 원하는 신호는 증대시키고 잡음을 감소시키는 기술은, 출력의 이득이 고정되어 있고, 신호처리 대역폭도 고정된다는 문제점이 있었다.In the above-described prior art, a technique in which the phase of the input signal is changed by a plurality of antennas by simply using an array antenna to increase a desired signal and reduce noise has a fixed output gain and a fixed signal processing bandwidth. There was a problem.

즉, 종래의 문제점을 상세히 분석하면, 일반적으로 배열안테나는 입력신호의 위상을 측정하여 안티-재밍 신호처리 알고리즘을 실행한다. 따라서 효과적인 안티-재밍 신호처리를 위해서는 입력신호의 위상을 왜곡 없이 정확하게 측정하는 것이 무엇보다 중요하다.That is, in detail analyzing the conventional problems, the array antenna generally measures the phase of the input signal to execute an anti-jamming signal processing algorithm. Therefore, for effective anti-jamming signal processing, it is important to accurately measure the phase of the input signal without distortion.

일반적으로 입력신호의 위상을 정확하게 측정하는데 있어서는 입력신호의 동적범위가 문제되는데, 동적범위란 배열안테나에 입사되는 잡음 대비 가장 큰 입력신호로 정의되며, 일반적으로 A/D 변환기의 양자화 비트수인 b에 의해서 수식(1)과 같이 결정되고 단위는 dB로 표현된다.In general, the dynamic range of the input signal is a problem in accurately measuring the phase of the input signal. The dynamic range is defined as the largest input signal relative to the noise incident on the array antenna, and is generally the number of quantized bits of the A / D converter. Is determined by Equation (1), and the unit is expressed in dB.

DR = 1.76 + 6.02 ×b (1)DR = 1.76 + 6.02 × b (1)

최근 IC(integrated Circuit)칩 제작기술의 발전에 따라 A/D 변환기의 비트수가 점점 증가하고 있는데, 14bit A/D 변환이 일반적이며 이때의 이론적인 동적범위는 86.04dB이나 실질적으로 가용한 동적범위는 70dB 정도로 표현되고 있다. 배열안테나 시스템의 안티-재밍 성능은 가장 큰 입력신호 처리 수준인 A/D 변환기의 동 적범위 내에서 결정되기 때문에 이를 확장시키는 방법이 필요하다. 일반적으로 알려진 방법은 A/D 변환기 전단에서 이득을 조정하는 자동이득제어(ACG, Automatic Gain Control)를 적용하는 방법이다. 즉, 자동이득제어란 입력신호의 크기에 관계없이 일정한 출력을 갖도록 만들어주는 것인데, 기존 자동이득제어는 출력신호를 일정하게 조절하기 위해서 이득을 연속적으로 변화시키는데 이는 입력신호의 위상을 왜곡시킬 뿐만아니라 입력신호의 신호세기 판별을 복잡하게 한다.Recently, the number of bits of A / D converter is increasing with the development of IC (Integrated Circuit) chip manufacturing technology. 14bit A / D conversion is common, and the theoretical dynamic range is 86.04dB, but the practically available dynamic range is It is expressed as 70dB. Since the anti-jamming performance of the array antenna system is determined within the dynamic range of the A / D converter, which is the largest input signal processing level, a method of extending this is needed. A commonly known method is to apply an automatic gain control (ACG) that adjusts gain at the front end of an A / D converter. In other words, automatic gain control is to make a constant output irrespective of the magnitude of the input signal. Existing automatic gain control continuously changes the gain to constantly adjust the output signal, which not only distorts the phase of the input signal. Complicate the signal strength discrimination of the input signal.

따라서 재밍신호를 효과적으로 차단하기 위해서는 큰 동적범위를 갖는 입력신호의 위상을 왜곡 없이 정밀하게 측정하는 것이 무엇보다 중요하다.Therefore, in order to effectively block the jamming signal, it is important to accurately measure the phase of the input signal having a large dynamic range without distortion.

또한, 배열안테나 및 RF단에 의해 자연적으로 발생하는 열잡음(Thermal Noise)은 아래 수식(2)와 같이 계산되는데, 이는 신호처리 대역폭(B)과 밀접한 관련을 가지고 있음을 알 수 있다.In addition, the thermal noise naturally generated by the array antenna and the RF stage is calculated as in Equation (2) below, which is closely related to the signal processing bandwidth (B).

Pthermal = kTB (2)P thermal = kTB (2)

여기서 k는 볼츠만 상수(

Figure 112009036748113-pat00003
), T는 열잡음 절대온도, B는 신호처리 대역폭.Where k is Boltzmann's constant (
Figure 112009036748113-pat00003
), T is absolute thermal noise, B is signal processing bandwidth.

수식(2)에서 알 수 있듯이 잡음 및 재밍신호를 줄이기 위해서는 신호처리 대역폭을 줄여야한다. 그런데 고성능 GPS 수신기 설계시 위치정확도를 향상시키기 위해 2MHz 대역폭인 주엽(Main lobe) 이외의 2~24MHz의 부엽(Side lobe) 신호도 사용하도록 설계하고 있어 대역폭이 필연적으로 넓어지는 문제점이 있다.As can be seen from Equation (2), it is necessary to reduce the signal processing bandwidth in order to reduce noise and jamming signals. However, when designing a high performance GPS receiver, a 2 to 24 MHz side lobe signal other than the main lobe, which is a 2 MHz bandwidth, is also designed to improve position accuracy.

본 발명은 이와 같은 배열안테나 시스템의 안티-재밍 성능을 향상시키기 위한 것으로, 도 2, 도 3, 그리고 도 4와 같이 나타낼 수 있으며, 이와 관련하여 크게 두 가지의 새로운 방법을 제안한다. The present invention is to improve the anti-jamming performance of such an array antenna system, which can be represented as shown in Figures 2, 3, and 4, and in this regard, two new methods are proposed.

첫 번째 방법은 배열안테나 시스템에서 입력신호의 왜곡을 최소화 하면서 동적범위를 확장시키는 방법으로서, 이 경우 더 큰 재밍신호를 처리할 수 있으므로 안티-재밍 성능이 향상될 수 있다. The first method is to extend the dynamic range while minimizing the distortion of the input signal in the array antenna system. In this case, the anti-jamming performance can be improved by processing a larger jamming signal.

즉, 본 발명은 상기 동적범위를 확대하기 위하여 이득을 높이는 과정에서 위상이 왜곡되는 종래기술의 문제점을 보완하기 위해서 도 4와 같은 Hysteresis 이득조정 방법으로, 재밍신호 크기의 증감에 따라 서로 다른 이득을 계단식으로 조정하여 A/D 변환기의 포화를 막고 재밍신호 제거 알고리즘 동작에 필요한 최소 이득을 얻는 방법을 제공한다.That is, the present invention is a hysteresis gain adjustment method as shown in FIG. 4 to compensate for the problem of the prior art, in which a phase is distorted in the process of increasing the gain in order to increase the dynamic range. The stepwise adjustment provides a way to prevent saturation of the A / D converter and to obtain the minimum gain needed to operate the jamming signal cancellation algorithm.

두 번째 방법은 재밍신호를 탐지하여 가변적으로 신호처리 대역폭을 조정함으로써 잡음 및 재밍신호를 줄이는 효과를 발생시켜 안티-재밍 성능을 향상시키는 방법이다. 본 발명은 이렇게 광역 대역폭을 사용하는 GPS 수신기용 배열안테나 시스템에서 재밍신호를 탐지하여 재밍신호가 존재할 경우 대역폭을 디지털 필터인 min-max 가변대역 저주파수 통과필터로 감소시켜 열잡음 및 재밍신호를 줄이는 방법이다.The second method improves anti-jamming performance by detecting jamming signals and variably adjusting signal processing bandwidth to reduce noise and jamming signals. The present invention is a method of detecting a jamming signal in a GPS antenna array antenna system that uses a wide bandwidth to reduce the thermal noise and jamming signal by reducing the bandwidth to a min-max variable band low pass filter, which is a digital filter when a jamming signal is present. .

따라서, 본 발명의 목적은 GPS 시스템에서 배열안테나를 통하여 안티-재밍 성능을 향상시키는데 있어서 기존의 방법과는 달리 첫 번째로, A/D 변환의 동적범위를 안정적으로 확장하여 안티-재밍 신호처리를 수행하고 두 번째로, GPS 시스템 에 있어서 재밍 신호의 크기를 판단하여, 재밍 신호의 크기가 작은 경우에는 신호처리 대역을 min-max 가변대역 저주파수 통과필터로 감소시켜 안티-재밍 능력을 증대시키는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to improve anti-jamming performance through an array antenna in a GPS system. First, unlike the conventional method, the dynamic range of A / D conversion is stably extended to provide anti-jamming signal processing. Secondly, in the GPS system, the size of the jamming signal is determined. When the size of the jamming signal is small, the signal processing band is reduced by a min-max variable band low frequency pass filter to increase the anti-jamming capability.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 GPS 시스템에 있어서 안티-재밍을 위한 배열안테나의 이득 및 대역폭 조절 장치 및 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an apparatus and method for adjusting the gain and bandwidth of an array antenna for anti-jamming in a GPS system.

상기 장치는 (1) 배열안테나로부터 입력신호를 수신하는 수신기, (2) 상기 수신부로부터 입력신호를 수신하여 입력신호의 크기에 관계없이 일정한 이득을 출력하는 자동이득제어기, (3) 상기 수신된 입력신호에 재밍신호의 포함 여부를 판단하여 재밍신호가 존재하는 경우, 상기 재밍신호가 커서 상기 입력신호가 커질 경우 최소이득으로 자동제어이득을 변환하고 상기 재밍신호가 작아져 상기 입력신호가 작아질 경우 다시 최대이득으로 자동제어이득을 변환하는 Hysteresis 이득설정기, (4) 상기 Hysteresis 이득설정기를 통과한 상기 입력신호를 필터링 함에 있어서, 상기 재밍신호의 크기에 대역폭이 반비례하고 최소 및 최대 대역폭을 제한한 가변대역 저주파수통과 필터를 포함한다.The apparatus includes (1) a receiver for receiving an input signal from an array antenna, (2) an automatic gain controller for receiving an input signal from the receiver and outputting a constant gain regardless of the magnitude of the input signal, and (3) the received input. When the jamming signal is present by judging whether the jamming signal is included in the signal, when the jamming signal is large and the input signal is large, the automatic control gain is converted to the minimum gain and the jamming signal is small and the input signal is small. A hysteresis gain setter which converts the automatic control gain back to the maximum gain; and (4) filtering the input signal passing through the hysteresis gain setter, wherein bandwidth is inversely proportional to the magnitude of the jamming signal and limits the minimum and maximum bandwidth. A variable band low pass filter is included.

또한 상기 방법은 (1) 배열안테나로부터 입력신호를 수신하는 수신부, (2) 상기 수신부로부터 입력신호를 수신하여 입력신호의 크기에 관계없이 일정한 이득을 출력하는 자동이득제어부, (3) 상기 수신된 입력신호에 재밍신호의 포함 여부를 판단하여 재밍신호가 존재하는 경우, 상기 재밍신호가 커서 상기 입력신호가 커질 경우 최소이득으로 자동제어이득을 변환하고 상기 재밍신호가 작아져 상기 입력신 호가 작아질 경우 다시 최대이득으로 자동제어이득을 변환하는 Hysteresis 이득설정부, (4) 상기 Hysteresis 이득설정부를 통과한 상기 입력신호를 필터링 함에 있어서, 상기 재밍신호의 크기에 대역폭이 반비례하고 최소 및 최대 대역폭을 제한한 가변대역 저주파수통과 필터링 단계를 포함한다.In addition, the method includes (1) a receiver for receiving an input signal from an array antenna, (2) an automatic gain controller for receiving an input signal from the receiver and outputting a constant gain regardless of the magnitude of the input signal, and (3) the received signal. When the jamming signal is present by judging whether or not the jamming signal is included in the input signal, when the jamming signal is large, the automatic control gain is converted to the minimum gain when the input signal is large, and the jamming signal becomes small, thereby reducing the input signal. A hysteresis gain setting unit for converting the automatic control gain to the maximum gain in the case; (4) in filtering the input signal passing through the hysteresis gain setting unit, the bandwidth is inversely proportional to the magnitude of the jamming signal and the minimum and maximum bandwidth are limited. A variable band low pass filtering step is included.

본 발명은 GPS에 심각한 위협이 되는 전파간섭 또는 재밍에 대응하기 위한 배열안테나의 안티-재밍 성능의 향상에 적용되는 기술이다. 즉, 재밍신호의 크기에 따라 가변 증폭기를 조절하는 Hysteresis 자동이득제어는 배열안테나 시스템의 동적범위를 안정적으로 증대시켜 큰 재밍신호도 안티-재밍 알고리즘에 의해 제거가 가능하다. 또한 min-max 가변대역 저주파수 통과필터는 재밍신호 탐지여부에 따라 신호처리 대역폭을 가변적으로 조절함으로써 잡음 및 재밍신호를 감소시켜 안티-재밍 성능 향상에 기여한다.The present invention is a technique applied to the improvement of anti-jamming performance of an array antenna for coping with radio interference or jamming, which poses a serious threat to GPS. That is, Hysteresis automatic gain control that adjusts the variable amplifier according to the size of the jamming signal stably increases the dynamic range of the array antenna system, so that the large jamming signal can be removed by the anti-jamming algorithm. In addition, the min-max variable band low pass filter reduces the noise and jamming signal by variably adjusting the signal processing bandwidth according to the detection of the jamming signal, thereby improving the anti-jamming performance.

이러한 GPS 배열안테나의 가변 안티-재밍 신호처리에 대한 발명은 정밀한 위치/속도/시각 정보가 필요한 GPS 수신기 응용 시스템뿐만 아니라, 휴대폰 및 기지국의 RF전력에 대한 동적범위를 증대시킬 수 있어 원거리까지 통신이 가능케 한다.The invention of the variable anti-jamming signal processing of the GPS array antenna can increase the dynamic range of the RF power of mobile phones and base stations as well as the GPS receiver application system that requires precise position / speed / visual information. Make it possible.

본 발명은 재밍신호 및 위성신호의 위상특성을 최대한 보존하면서 배열안테나 시스템의 안티-재밍 성능을 향상시키는 장치 및 방법에 적용된다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 통신장치 및 통신방법에도 적용될 수 있다.The present invention is applied to an apparatus and method for improving the anti-jamming performance of an array antenna system while preserving the phase characteristics of the jamming signal and the satellite signal as much as possible. However, the present invention is not limited thereto and may be applied to all communication devices and communication methods to which the technical spirit of the present invention can be applied.

도 2는 본 발명에 있어서 재밍신호 크기의 증감에 따라 서로 다른 이득을 계단식으로 조정하여 A/D 변환기의 포화를 막고 재밍신호 제거 알고리즘 동작에 필요한 최소 이득을 얻는 방법의 GPS 배열안테나를 통한 가변 안티-재밍 신호처리 구성도이다.FIG. 2 is a variable anti-alias method using a GPS array antenna according to the present invention. -Jamming signal processing diagram.

위성신호 또는 재밍신호는 안테나 소자(210)에 입력되어 RF단(120)의 증폭기(121), 대역통과필터(122)를 거친 후, 지역주파수(123)에서 생성된 신호와 혼합기(124)에서 곱해진다. 곱해진 신호들은 기생주파수를 제거하기 위해서 SAW필터(125)를 통과한 후 증폭기(126) 및 가변 증폭기(220)를 거친 후 A/D 변환(230)되어 배열안테나 신호처리기(240)로 입력된다. 물론 이와 같은 RF단(120) 신호처리 방식은 설계자에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 본 발명은 A/D 변환기(230) 직전의 가변증폭기(220)를 조정하고 디지털 안티-재밍 모듈(242)에 입력되는 신호를 조절하는 부분에 적용되는 방법에 관한 것이다.The satellite signal or the jamming signal is input to the antenna element 210, passes through the amplifier 121 and the bandpass filter 122 of the RF terminal 120, and then the signal generated by the local frequency 123 and the mixer 124 Multiply. The multiplied signals are passed through the SAW filter 125 to remove the parasitic frequency, then through the amplifier 126 and the variable amplifier 220, and then A / D converted 230 and input to the array antenna signal processor 240. . Of course, such an RF stage 120 signal processing scheme may be variously changed according to the designer. The present invention adjusts the variable amplifier 220 immediately before the A / D converter 230 and the digital anti-jamming module 242. It relates to a method applied to the part for adjusting the signal input to.

이 부분을 개략적으로 설명하면, 배열안테나 신호처리기(240)에 입력된 디지털 신호는 Hysteresis 자동이득제어를 위한 부분(243, 244, 245)과 min-max 가변대역 저주파수 통과필터(241)부분으로 입력된다. Hysteresis 자동이득제어를 위한 부분은 가변증폭기(220)를 조정하여 시스템 동적범위를 증대시키기 위한 부분이고, min-max 가변대역 저주파수 통과필터는 재밍신호 탐지여부에 따라 신호처리 대역폭을 가변적으로 조절함으로써 잡음 및 재밍신호를 감소시켜 안티-재밍 모듈(242)에 전달하는 부분이다.To explain this part schematically, the digital signal inputted to the array antenna signal processor 240 is input to the parts 243, 244 and 245 for the hysteresis automatic gain control and the min-max variable band low frequency pass filter 241. do. Hysteresis automatic gain control is a part for increasing the dynamic range of the system by adjusting the variable amplifier 220, and the min-max variable band low-pass filter variably adjusts the signal processing bandwidth according to whether the jamming signal is detected. And reducing and transmitting the jamming signal to the anti-jamming module 242.

도 3은 본 발명에 있어서, 안티-재밍 성능향상을 위한 가변 신호처리 세부 흐름도이다. 먼저 Hysteresis 자동이득제어 부분을 설명하면 다음과 같다.안테나 소자 k(210)에서 입력된 위상 및 재밍신호의 크기는 inphase and quadrature의 I-Q 정보를 통해서

Figure 112009036748113-pat00004
값으로 파워를 측정하는 신호파워 측정부분(224)에서 계산되고, 이는 잡음이 크므로 저주파수 통과필터(225)를 거쳐 안정적인 값을 계산한 후 문턱치 비교(226)를 실행한다. 이를 통해서 계산된 상기 입력된 위상 및 재밍신호의 크기가 문턱치보다 작다면 안테나 소자 k 및 해당 RF단의 오동작으로 인해 신호가 충분히 증폭되고 있지 못하다고 판단될 수 있다. 이와 같이 자동이득제어를 이용하여 안테나 및 RF단의 오동작과 재밍신호 탐지가 1차적으로 가능하다. 입력신호의 크기는 자동이득제어 부분(244)을 거치고 Hysteresis적으로 가변증폭기(220)를 조절하는 Hysteresis 이득설정기(245)와 D/A 변환기(250)를 거친다.3 is a detailed flowchart of variable signal processing for improving anti-jamming performance in the present invention. First, Hysteresis automatic gain control will be described as follows. The magnitude of the phase and jamming signal input from the antenna element k 210 is determined through the IQ information of the inphase and quadrature.
Figure 112009036748113-pat00004
It is calculated by the signal power measurement unit 224 for measuring the power by the value, and since the noise is large, the threshold value comparison 226 is performed after calculating the stable value through the low frequency pass filter 225. If the magnitude of the input phase and jamming signal calculated through this is smaller than the threshold value, it may be determined that the signal is not sufficiently amplified due to a malfunction of the antenna element k and the corresponding RF terminal. As described above, the automatic gain control is used to detect the malfunction of the antenna and the RF stage and the jamming signal. The magnitude of the input signal passes through the automatic gain control portion 244 and passes through a hysteresis gain setter 245 and a D / A converter 250 that hysteresis adjusts the variable amplifier 220.

도 4는 본 발명에 있어서, 입력신호의 이득조정을 위한 Hysteresis 이득설정 방법을 나타낸 것이다. Hysteresis 이득설정기(235)는 도4와 같이 작동하는데, 고정된 최대이득(404, A/D변환 최소변환)과 최소이득(402, A/D변환 포화방지)의 2가지로 동작한다. 재밍신호가 커서 입력신호가 커질 경우(403) 최소이득으로 변환하고 재밍신호가 작아져 입력신호가 작아질 경우(401) 최소 A/D 변환을 보장하기 위해 다시 최대이득으로 변환한다. 이와 같은 Hysteresis 자동이득제어는 시스템 동적범위를 약 최대이득과 최소이득의 차이(Gainmax - Gainmin)만큼 증대시킬 수 있으며, 이득을 최소한으로 변화시키기 때문에 재밍신호의 위상을 보존할 수 있으며, 펄스(Pulse)재밍처럼 급격히 변화하는 신호에 대해서도 대처가 가능하다.4 illustrates a hysteresis gain setting method for gain adjustment of an input signal according to the present invention. The hysteresis gain setter 235 operates as shown in Fig. 4, which operates in two ways: a fixed maximum gain (404, A / D conversion minimum conversion) and a minimum gain (402, A / D conversion saturation prevention). When the jamming signal is large and the input signal becomes large (403), it is converted to the minimum gain, and when the jamming signal becomes smaller (401), the input signal is reduced (401). Hysteresis automatic gain control can increase the dynamic range of the system by about the difference between the maximum gain and the minimum gain (Gain max - Gain min ), change the gain to the minimum, and preserve the phase of the jamming signal. (Pulse) Able to cope with rapidly changing signals such as jamming.

min-max 가변대역 저주파수 통과필터(231)을 설명하면 다음과 같다. 위에서 설명한 Hysteresis 자동이득제어 부분에서는 재밍신호 크기를 탐지(233)하였는데 상기 재밍신호의 크기에 반비례하고 최소 및 최대 대역폭으로 제한된 저주파수 통과필터(231)를 사용하여 입력신호를 필터링한다. 최소 대역폭은 GPS 신호처리가 가능한 값으로 CA코드의 경우 2MHz이며, 최대 대역폭은 GPS 수신기 설계사양에 따라 결정된다. 이와 같은 입력신호를 가변적으로 필터링하면 재밍신호가 존재할 경우 열잡음 크기를 줄임으로써 상대적으로 GPS 위성신호 크기를 증대시켜 안티-재밍 성능이 향상되며, 설정한 대역폭 이외의 재밍신호는 원천적으로 제거될 수 있다. 잔존하는 재밍신호는 안티-재밍모듈(232)에 의해 제거되는 구조이다.  The min-max variable band low frequency pass filter 231 is described as follows. The hysteresis automatic gain control unit described above detects the jamming signal size (233). The input signal is filtered using a low frequency pass filter 231 inversely proportional to the magnitude of the jamming signal and limited to a minimum and maximum bandwidth. The minimum bandwidth is a value that can process GPS signals. The CA code is 2MHz, and the maximum bandwidth is determined by the GPS receiver design specifications. If the input signal is variably filtered, anti-jamming performance can be improved by increasing the size of the GPS satellite signal by reducing the thermal noise in the presence of the jamming signal, and jamming signals other than the set bandwidth can be removed at source. . The remaining jamming signal is a structure that is removed by the anti-jamming module 232.

한편 안테나 소자 k(301)의 입력신호는 FFT(Fast Fourier Transform)(221) 과정을 거친 후 Noise Floor에서 잡음수준(222)을 결정하면 협대역 재밍신호인 경우 최대치의 크기비교(223)에 따라 재밍신호 탐지가 가능하다. 잡음수준(303)의 결정은 아래와 같은 방법으로 판단한다.On the other hand, the input signal of the antenna element k (301) is subjected to the Fast Fourier Transform (FFT) process 221 and then determines the noise level 222 in the Noise Floor according to the maximum size comparison 223 in the case of a narrow-band jamming signal. Jamming signal detection is possible. The noise level 303 is determined in the following manner.

Figure 112009036748113-pat00005
Figure 112009036748113-pat00005

여기서, No는 잡음수준, a는 FFT bin의 총 개수, b는 제거할 bin 수, Fi는 FFT에서 i번째 bin의 크기, maxsort()는 값이 큰 순서대로 정렬하는 것을 의미한다.Where N o is the noise level, a is the total number of bins in the FFT, b is the number of bins to be removed, F i is the size of the i-th bin in the FFT, and maxsort () means sorting in order of the largest values.

min-max 가변대역 저주파수 통과필터(231)는 위와 같은 재밍신호 탐지(233) 를 위한 2가지 방법에 의해 결정된 재밍신호의 크기에 따라 대역폭이 반비례하여 동작한다. 다만, 도 3에 나타나 있듯이 GPS 배열안테나는 여러개의 안테나 입력을 가지므로 여러개의 대역폭이 계산된다. 최종 대역폭은 즉, N개 배열안테나 소자에서 계산된 재밍신호 크기 중에서 최대 재밍신호 크기(236)를 선택하여 모든 채널이 일괄적으로 동일한 대역폭을 갖도록 한다.The min-max variable band low frequency pass filter 231 operates in inverse bandwidth according to the magnitude of the jamming signal determined by the two methods for the jamming signal detection 233 as described above. However, as shown in FIG. 3, since the GPS array antenna has multiple antenna inputs, multiple bandwidths are calculated. The final bandwidth is selected by selecting the maximum jamming signal size 236 among the jamming signal sizes calculated in the N array antenna elements so that all channels have the same bandwidth in a batch.

여기까지 설명된 본 발명에 따른 방법은 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 방법은 저장매체(예를 들어, 메모리, 하드 디스크, 기타 등등)에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해서 실행될 수 있는 소프트웨어 프로그램 내에 코드 또는 명령어들로 구현될 수 있다.The method according to the invention described thus far can be implemented in software, hardware, or a combination thereof. For example, the method according to the present invention may be stored on a storage medium (eg, memory, hard disk, etc.) and may be implemented as code or instructions within a software program that may be executed by a processor.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에만 한정되는 것은 아니므로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있다.Since the present invention is not limited only to the preferred embodiments of the present invention, the present invention can be modified, changed, or improved in various forms within the scope of the spirit and claims of the present invention.

도 1은 종래의 GPS 배열안테나를 통한 신호처리 구성도이다.1 is a signal processing configuration diagram through a conventional GPS array antenna.

도 2는 본 발명에 있어서 재밍신호 크기의 증감에 따라 서로 다른 이득을 계단식으로 조정하여 A/D 변환기의 포화를 막고 재밍신호 제거 알고리즘 동작에 필요한 최소 이득을 얻는 방법의 GPS 배열안테나를 통한 가변 안티-재밍 신호처리 구성도이다.FIG. 2 is a variable anti-alias method using a GPS array antenna according to the present invention. -Jamming signal processing diagram.

도 3은 본 발명에 있어서, 안티-재밍 성능향상을 위한 가변 신호처리 세부 흐름도이다.3 is a detailed flowchart of variable signal processing for improving anti-jamming performance in the present invention.

도 4는 본 발명에 있어서, 입력신호의 이득조정을 위한 Hysteresis 이득설정 방법을 나타낸 것이다4 illustrates a hysteresis gain setting method for gain adjustment of an input signal according to the present invention.

Claims (8)

배열안테나로부터 입력신호를 수신하는 수신기;A receiver for receiving an input signal from the array antenna; 상기 수신기로부터 입력신호를 수신하여 입력신호의 크기에 관계없이 일정한 이득을 출력하는 자동이득제어기;An automatic gain controller that receives an input signal from the receiver and outputs a constant gain regardless of the magnitude of the input signal; 상기 수신된 입력신호에 재밍신호의 포함 여부를 판단하여 재밍신호가 존재하는 경우, 상기 재밍신호가 커서 상기 입력신호가 커질 경우 최소이득으로 자동제어이득을 변환하고 상기 재밍신호가 작아져 상기 입력신호가 작아질 경우 다시 최대이득으로 자동제어이득을 변환하는 Hysteresis 이득설정기; 및When the jamming signal is present by judging whether the jamming signal is included in the received input signal, when the jamming signal is large and the input signal is large, the automatic control gain is converted to the minimum gain and the jamming signal is small so that the input signal is reduced. A hysteresis gain setter which converts the automatic control gain back to the maximum gain when the gain becomes small; And 상기 Hysteresis 이득설정기를 통과한 상기 입력신호를 필터링 함에 있어서, 상기 재밍신호의 크기에 대역폭이 반비례하고 최소 및 최대 대역폭을 제한한 가변대역 저주파수통과 필터를 포함하고, In the filtering the input signal passed through the hysteresis gain setter, the bandwidth is inversely proportional to the size of the jamming signal and includes a variable band low frequency pass filter limiting the minimum and maximum bandwidth, 상기 수신된 입력신호에 재밍신호의 포함 여부를 판단함에 있어서, 재밍신호의 신호 크기는
Figure 112011000220954-pat00012
로 계산되는 신호파워 측정부분에서 계산되고, 저주파 통과필터를 거쳐서 문턱치 비교를 실시하는 것을 특징으로 하는 배열안테나의 신호처리 시스템.In determining whether the jamming signal is included in the received input signal, the signal size of the jamming signal is
Figure 112011000220954-pat00012
A signal processing system of an array antenna, characterized in that the signal is measured in the signal power measurement portion, and the threshold comparison is performed through a low pass filter. 제 1 항에 있어서, 상기 Hysteresis 이득설정기는 상기 재밍신호의 크기의 증감에 따라 서로 다른 이득을 계단식으로 조정하는 것을 특징으로 하는 배열안테나의 신호처리 시스템.2. The signal processing system of an array antenna according to claim 1, wherein the hysteresis gain setter adjusts different gains stepwise according to the increase or decrease of the magnitude of the jamming signal. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 가변대역 저주파수통과 필터는 상기 입력신호가 다수의 배열안테나로부터 수신되는 경우, 최대 재밍신호에 맞춰 계산된 대역폭을 모든 채널에 일괄적으로 적용하는 것을 특징으로 하는 배열안테나의 신호처리 시스템.The array antenna of claim 1, wherein the variable band low frequency filter applies the bandwidth calculated according to the maximum jamming signal to all channels collectively when the input signal is received from a plurality of array antennas. Signal processing system. 수신부에 의해, 배열안테나로부터 입력신호를 수신하는 단계;Receiving, by the receiving unit, an input signal from the array antenna; 자동이득제어부가 상기 수신부로부터 입력신호를 수신하여 입력신호의 크기에 관계없이 일정한 이득을 출력하는 단계;An automatic gain control unit receiving an input signal from the receiving unit and outputting a constant gain regardless of the magnitude of the input signal; 상기 수신된 입력신호에 재밍신호의 포함 여부를 판단하여 재밍신호가 존재하는 경우, 상기 재밍신호가 커서 상기 입력신호가 커질 경우 최소이득으로 자동제어이득을 변환하고 상기 재밍신호가 작아져 상기 입력신호가 작아질 경우, Hysteresis 이득설정부에 의해, 다시 최대이득으로 자동제어이득을 변환하는 단계;When the jamming signal is present by judging whether the jamming signal is included in the received input signal, when the jamming signal is large and the input signal is large, the automatic control gain is converted to the minimum gain and the jamming signal is small so that the input signal is reduced. When is lowered, by the hysteresis gain setting unit, converting the automatic control gain to the maximum gain again; 상기 Hysteresis 이득설정부를 통과한 상기 입력신호를 필터링 함에 있어서, 상기 재밍신호의 크기에 대역폭이 반비례하고 최소 및 최대 대역폭을 제한한 가변대역 저주파수통과 필터링 단계; 및 Filtering the input signal passing through the hysteresis gain setting unit, the variable band low frequency pass filtering having a bandwidth inversely proportional to the magnitude of the jamming signal and limiting a minimum and maximum bandwidth; And 상기 수신된 입력신호에 재밍신호의 포함 여부를 판단함에 있어서, 재밍신호의 신호 크기는
Figure 112011000220954-pat00013
인 신호파워 측정부분에서 계산되고, 저주파통과 필터링 단계를 거쳐서 문턱치 비교방법을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열안테나의 신호처리방법.In determining whether the jamming signal is included in the received input signal, the signal size of the jamming signal is
Figure 112011000220954-pat00013
The signal processing method of the array antenna characterized in that it is calculated in the signal power measurement portion, and performing a threshold comparison method through a low pass filtering step. 제 5 항에 있어서, 상기 Hysteresis 이득설정부는 상기 재밍신호의 크기의 증감에 따라 서로 다른 이득을 계단식으로 조정하는 방법을 특징으로 하는 배열안테나의 신호처리방법.6. The signal processing method of an array antenna according to claim 5, wherein the hysteresis gain setting unit adjusts different gains stepwise according to the increase or decrease of the magnitude of the jamming signal. 삭제delete 제 5 항에 있어서, 상기 가변대역 저주파수통과 필터링 단계는 상기 입력신호가 다수의 배열안테나로부터 수신되는 경우, 최대 재밍신호에 맞춰 계산된 대역폭을 모든 채널에 일괄적으로 적용하는 것을 특징으로 하는 배열안테나의 신호처리방법.The array antenna according to claim 5, wherein the variable band low frequency filtering step applies the bandwidth calculated according to the maximum jamming signal to all channels collectively when the input signal is received from a plurality of array antennas. Signal processing method.
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