KR101137793B1 - System, apparatus and method for detecting direction - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 방향 탐지 장치는 안테나 간의 위상차를 이용한 도래 방위각 추정에 사용되는 룩업 테이블에서 상기 위상차와 가장 유사한 제1 위상차 데이터를 추출하는 위상차 데이터 추출부, 상기 룩업 테이블에서 상기 제1 위상차 데이터에 인접한 제2 위상차 데이터를 추출한 후 선형 보간을 이용해 상기 제1 위상차 데이터와 상기 제2 위상차 데이터 사이의 제3 위상차 데이터를 하나 이상 산출하는 위상차 데이터 보간부 및 상기 제1 위상차 데이터와 상기 제3 위상차 데이터 중에서 상기 위상차와 가장 유사한 위상차 데이터에 포함된 도래 방위각을 실 도래 방위각으로 추정하는 도래 방위각 추정부를 포함함으로써, 적은 용량의 룩업 테이블을 이용하는 상태에서도 높은 신뢰도로 신속하게 수신 전파의 방위 도래각을 추정할 수 있다.A direction detection apparatus according to the present invention is a phase difference data extraction unit for extracting the first phase difference data most similar to the phase difference from the look-up table used for the azimuth angle estimation using the phase difference between the antenna, adjacent to the first phase difference data in the look-up table A phase difference data interpolator for extracting one or more third phase difference data between the first phase difference data and the second phase difference data by extracting second phase difference data, and among the first phase difference data and the third phase difference data. By including an azimuth azimuth estimator for estimating the azimuth azimuth included in the retardation data most similar to the phase difference as a real azimuth, it is possible to quickly estimate the azimuth azimuth angle of the received radio wave with high reliability even when using a small capacity lookup table. have.
Description
본 발명은 방향 탐지 시스템, 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 위상차를 이용한 수신 전파의 도래 방위각을 적은 데이터량의 룩업 테이블을 이용하면서도 높은 정확도로 신속하게 추정할 수 있는 방향 탐지 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a direction detection system, apparatus, and method, and more particularly, to a direction detection system and apparatus capable of quickly estimating the azimuth of a received radio wave using a phase difference with a high accuracy while using a lookup table having a small amount of data. And to a method.
일반적으로 광대역의 전파을 수신하는 방향 탐지 시스템에서 신호의 도래 방위각을 추정하는 방식으로 위상 비교 방식과 크기 비교 방식이 있다. 도래 방위각을 추정하기 위해서는 방향 탐지 이전에 수신된 주파수에 따른 룩업 테이블(LUT:Look Up Table)을 만들어 두어야 한다.In general, there are a phase comparison method and a magnitude comparison method for estimating the azimuth angle of a signal in a direction detection system that receives a wide wave. In order to estimate the azimuth angle, a look up table (LUT) according to the received frequency must be created before the direction detection.
위상 비교를 하여 방위각을 추정하는 경우 룩업 테이블에는 주파수별로 도래 방위각 대 안테나 간 위상차가 저장되며, 크기 비교를 하여 방위각을 추정하는 경우 주파수에 따라 도래 방위각 대 안테나 간의 전파 크기차가 저장된다. 룩업 테이블은 방향 탐지 시스템 제작이 완료된 후 설정된 실험 환경에서 도래 방위각의 해상도에 따라 각 도래 방위각별로 위상차 혹은 신호 수신 세기를 측정함으로써 작성된다.In the case of estimating the azimuth by phase comparison, the lookup table stores the phase difference between the azimuth angle and the antenna for each frequency, and when estimating the azimuth angle by the magnitude comparison, the difference in propagation magnitude between the azimuth angle and the antenna according to the frequency is stored. The lookup table is prepared by measuring the phase difference or the signal reception intensity for each arrival azimuth according to the resolution of the arrival azimuth in the set experimental environment after the manufacture of the direction detection system is completed.
방위 해상도가 세밀할수록 도래 방위각을 정확하게 추정할 수 있다. 이를 위해 룩업 테이블은 세밀한 방위 해상도로 작성된다. 하지만, 세밀한 측정점 모두에 대한 실험이 어려운 관계로 일정 간격의 방위 해상도로 실험을 한 후 실험이 이루어지지 않은 측정점에 대해서는 보간을 통해 위상차 혹은 신호 수신 세기를 산출함으로써 룩업 테이블을 작성하고 있다.The finer the azimuth resolution, the more accurate the azimuth angle can be estimated. To this end, lookup tables are created with fine orientation resolution. However, since it is difficult to experiment with all the detailed measurement points, a lookup table is prepared by calculating the phase difference or the signal reception intensity through interpolation for the measurement points where the experiments are not carried out after performing experiments with constant azimuth resolution.
즉, 일부 측정점에서 실험을 통해 획득한 데이터와 일부 측정점에 대해 보간을 수행하여 획득한 데이터로서 룩업 테이블이 형성되는데, 수신 전파의 주파수 범위가 넓을수록 또한 방위 해상도가 높을수록 룩업 테이블을 형성하는 데이터량이 증가한다. 따라서, 세밀한 방위 해상도를 소망할수록 룩업 테이블을 저장하는 메모리 또한 대용량이 요구된다.That is, a lookup table is formed as data obtained through experiments at some measurement points and data obtained by interpolating some measurement points. The lookup table is formed as the frequency range of the received radio wave is wider and the azimuth resolution is higher. The amount increases. Therefore, as the detailed azimuth resolution is desired, the memory for storing the lookup table is also required.
방향 탐지 시스템에서는 수신 전파의 방위각을 추정할 때 룩업 테이블에서 수신 전파의 주파수에 해당되는 최소 방위각으로부터 최대 방위각까지 저장된 크기 또는 위상을 안테나에서 측정 산출된 값과 비교 검색함으로써 도래 방위각을 추정한다.When estimating the azimuth angle of the received radio wave, the azimuth angle is estimated by comparing and searching the magnitude or phase stored from the minimum azimuth angle to the maximum azimuth angle corresponding to the frequency of the received radio wave in the lookup table with a value calculated by the antenna.
이러한 방식은 룩업 테이블에 저장되어 있는 모든 데이터와 안테나에서 측정 산출된 값을 비교하는 방식에 해당하는데 방위 해상도가 높을수록 비교 검색할 데이터량이 증가하며 그 결과 비교 검색에 많은 시간이 소요된다. 즉, 방위 해상도가 높을수록 수신 전파의 도래 방위각 추정에 많은 시간이 소요된다.
This method corresponds to a method of comparing all the data stored in the lookup table with the values calculated by the antenna. As the azimuth resolution is higher, the amount of data to be compared and searched is increased. In other words, the higher the azimuth resolution, the more time it takes to estimate the azimuth angle of the received radio wave.
본 발명은 위상차를 이용한 수신 전파의 도래 방위각을 적은 데이터량의 룩업 테이블을 이용하면서도 높은 정확도로 신속하게 추정할 수 있는 방향 탐지 시스템, 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
The present invention provides a direction detection system, apparatus, and method capable of quickly estimating the azimuth angle of a received radio wave using a phase difference with high accuracy while using a look-up table of a small amount of data.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise forms disclosed. Other objects, which will be apparent to those skilled in the art, It will be possible.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방향 탐지 장치는 안테나 간의 위상차를 이용한 도래 방위각 추정에 사용되는 룩업 테이블에서 상기 위상차와 가장 유사한 제1 위상차 데이터를 추출하는 위상차 데이터 추출부, 상기 룩업 테이블에서 상기 제1 위상차 데이터에 인접한 제2 위상차 데이터를 추출한 후 선형 보간을 이용해 상기 제1 위상차 데이터와 상기 제2 위상차 데이터 사이의 제3 위상차 데이터를 하나 이상 산출하는 위상차 데이터 보간부 및 상기 제1 위상차 데이터와 상기 제3 위상차 데이터 중에서 상기 위상차와 가장 유사한 위상차 데이터에 포함된 도래 방위각을 실 도래 방위각으로 추정하는 도래 방위각 추정부를 포함할 수 있다.A direction detection apparatus of the present invention for achieving the above object is a phase difference data extraction unit for extracting the first phase difference data most similar to the phase difference from the look-up table used for the arrival azimuth estimation using the phase difference between the antenna, the look-up table in the A phase difference data interpolation unit for extracting second phase difference data adjacent to first phase difference data, and calculating one or more third phase difference data between the first phase difference data and the second phase difference data using linear interpolation; The azimuth angle estimator may be configured to estimate the azimuth angle included in the phase difference data most similar to the phase difference among the third phase difference data to be the actual azimuth angle.
이때, i(i는 1이상의 자연수)개 존재하는 상기 제3 위상차 데이터는 안테나 간 위상차 Pn과 등간격의 도래 방위각 AOAn을 포함하고, 상기 안테나 간 위상차 Pn은 다음의 수학식에 의해 산출될 수 있다.In this case, i (i is one or more natural number) pieces present the third phase data is a phase difference P n between the antenna includes a phase P n and the like arrival azimuth AOA n of the distance between antennas, are calculated by the following equation in which Can be.
여기서, Pn(1≤n≤i)은 n번째 위상차이고,Where P n (1 ≦ n ≦ i) is the n-th phase difference,
AOAn은 n번째 도래 방위각이고,AOA n is the nth azimuth angle,
상기 AOAk -1은 제1 위상차 데이터보다 작은 제2 위상차 데이터의 도래 방위각이고,AOA k −1 is an azimuth angle of the second phase difference data smaller than the first phase difference data,
AOAk는 제1 위상차 데이터의 도래 방위각이고,AOA k is the arrival azimuth of the first phase difference data,
AOAk +1은 제1 위상차 데이터보다 큰 제2 위상차 데이터의 도래 방위각이고,AOA k +1 is the arrival azimuth of the second phase difference data that is greater than the first phase difference data,
Pk -1은 제1 위상차 데이터보다 작은 제2 위상차 데이터의 위상차이고,P k -1 is a phase difference of the second phase difference data smaller than the first phase difference data,
Pk는 제1 위상차 데이터의 위상차이고,P k is the phase difference of the first phase difference data,
Pk +1은 제1 위상차 데이터보다 큰 제2 위상차 데이터의 위상차이다.
P k + 1 is a phase difference of the second phase difference data which is larger than the first phase difference data.
또한, 상기 Pk-1, Pk 및 Pk+1는 다음의 수학식에 의해 2π의 주기성을 고려하는 것을 특징으로 하는 방향 탐지 장치.In addition, the P k-1 , P k and P k + 1 is a direction detection device, characterized in that considering the periodicity of 2π by the following equation.
여기서,here,
and 
m+1은 k-1, k, k+1 중 하나이고,m + 1 is one of k-1, k, k + 1,
K는 위상차의 오차를 고려하여 설정된 값이고,K is a value set in consideration of the error of the phase difference,
dab는 안테나 a와 안테나 b 간의 거리이고,d ab is the distance between antenna a and antenna b,
ΔΩ는 룩업 테이블에 저장된 도래 방위각의 증분값이고,ΔΩ is the increment of the azimuth angle stored in the lookup table,
λ는 수신 전파의 파장이다.λ is the wavelength of the received radio wave.
또한, 상기 Pn은 최종적으로 다음의 수학식에 의해 산출될 수 있다.In addition, the P n can be finally calculated by the following equation.
최종 Pn = mod(Pn, 2π)Final P n = mod (P n , 2π)
여기서, mod(A,B)는 A를 B로 나눈 나머지를 나타내는 함수이다.
Here, mod (A, B) is a function representing the remainder of A divided by B.
한편, 본 발명의 방향 탐지 시스템은 사전 실험을 통해 일정 간격의 도래 방위각과 상기 도래 방위각에 대응되는 위상차를 포함하는 위상차 데이터로 형성되는 룩업 테이블을 저장하는 룩업 테이블 저장부, 복수의 안테나로 형성되는 안테나 어레이, 상기 각 안테나의 신호를 전송받아 안테나 간 위상차를 산출하는 위상차 산출기 및 상기 룩업 테이블에서 상기 산출된 위상차와 가장 유사한 위상차를 갖는 제1 위상차 데이터와 상기 제1 위상차 데이터에 인접한 제2 위상차 데이터를 추출한 후 선형 보간을 통해 상기 제1 위상차 데이터와 상기 제2 위상차 데이터 사이의 제3 위상차 데이터를 하나 이상 산출하고, 상기 제1 위상차 데이터와 상기 제3 위상차 데이터 중에서 상기 산출된 위상차와 가장 유사한 위상차 데이터에 포함된 도래 방위각을 실 도래 방위각으로 추정하는 방향 탐지기를 포함할 수 있다.On the other hand, the direction detection system of the present invention is a look-up table storage unit for storing a look-up table formed of phase difference data including a phase difference corresponding to the coming azimuth angle and the coming azimuth angle at a predetermined interval through a preliminary experiment, is formed of a plurality of antennas An antenna array, a phase difference calculator for receiving a signal of each antenna to calculate a phase difference between antennas, and first phase difference data having a phase difference most similar to the calculated phase difference in the lookup table, and a second phase difference adjacent to the first phase difference data. After extracting the data, one or more third phase difference data between the first phase difference data and the second phase difference data are calculated through linear interpolation, and the closest to the calculated phase difference among the first phase difference data and the third phase difference data. Actual arrival azimuth included in phase difference data It may include an orientation detector for estimating a wigak.
이때, 상기 위상차 산출기는 상기 방향 탐지기와 일체로 형성될 수 있다.
In this case, the phase difference calculator may be integrally formed with the direction detector.
한편, 본 발명의 방향 탐지 방법은 외부로부터 복수의 안테나로 수신된 전파의 안테나 간 위상차를 전송받는 단계, 도래 방위각 추정에 사용되는 룩업 테이블에서 상기 위상차와 가장 유사한 제1 위상차 데이터를 추출하는 단계, 상기 룩업 테이블에서 상기 제1 위상차 데이터에 인접한 제2 위상차 데이터를 추출하는 단계, 상기 제1 위상차 데이터와 상기 제2 위상차 데이터를 이용한 선형 보간을 통해 상기 제1 위상차 데이터와 상기 제2 위상차 데이터 사이의 제3 위상차 데이터를 하나 이상 산출하는 단계 및 상기 제1 위상차 데이터와 상기 보정된 제3 위상차 데이터 중에서 상기 위상차와 가장 유사한 위상차 데이터에 포함된 도래 방위각을 실 도래 방위각으로 추정하는 단계를 포함할 수 있다.On the other hand, the direction detection method of the present invention comprises the steps of receiving the phase difference between the antenna of the radio wave received from the plurality of antennas from the outside, extracting the first phase difference data most similar to the phase difference from the look-up table used for the azimuth angle, Extracting second phase difference data adjacent to the first phase difference data from the lookup table; between the first phase difference data and the second phase difference data through linear interpolation using the first phase difference data and the second phase difference data. Calculating one or more third phase difference data and estimating the azimuth angle included in the phase difference data most similar to the phase difference among the first phase difference data and the corrected third phase difference data to be the actual azimuth angle. .
한편, 본 발명의 방향 탐지 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 프로그램으로서 기록될 수 있다.
On the other hand, the direction detecting method of the present invention can be recorded as a program on a computer-readable recording medium.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명의 방향 탐지 시스템, 장치 및 방법은 위상차에 근사한 위상차 데이터 및 상기 위상차 데이터의 인접 위상차 데이터를 룩업 테이블에서 추출하여 그 사이의 위상차 데이터를 산출한 후 상기 위상차와 가장 유사한 위상차 데이터에 포함된 도래 방위각을 실 도래 방위각으로 추정함으로써, 간소한 룩업 테이블을 통해서도 신속하면서도 신뢰성 있는 도래 방위각의 추정이 가능하다.As described above, the direction detection system, apparatus and method of the present invention extract the phase difference data approximating the phase difference and the adjacent phase difference data of the phase difference data from the lookup table to calculate the phase difference data therebetween, and then most similar to the phase difference. By estimating the arrival azimuth included in the phase difference data as the actual arrival azimuth, it is possible to quickly and reliably estimate the arrival azimuth through the simple lookup table.
종래에는 방향 탐지 시스템 제작이 완료된 후 룩업 테이블 작성을 위해 전대역의 주파수와 수신 각도 범위 내에서 일정한 해상도로 측정 후 보간을 수행하여 측정/산출된 값을 저장하였다. 하지만, 본 발명에 따르면 도래 방위각 추정시에 보간을 수행함으로써 보간을 통해 산출된 값을 저장하지 않는 룩업 테이블로도 신뢰성 있는 도래 방위각의 추정이 가능하다. 그 결과 룩업 테이블의 위상차 데이터는 실 측정된 위상차 데이터로 제한되어도 무방하며, 이에 따라 기측정된 위상차 데이터의 전체 용량, 즉 룩업 테이블의 용량을 줄일 수 있다.Conventionally, after fabrication of a direction detection system is completed, interpolation is performed after measurement at a constant resolution within a frequency and reception angle range of the entire band to prepare a lookup table, and then stores measured / calculated values. However, according to the present invention, it is possible to reliably estimate the arrival azimuth by using a look-up table that does not store a value calculated through interpolation by performing interpolation when the arrival azimuth is estimated. As a result, the phase difference data of the lookup table may be limited to the actual measured phase difference data, thereby reducing the total capacity of the previously measured phase difference data, that is, the capacity of the lookup table.
따라서, 룩업 테이블을 저장하는 저장부의 용량을 줄일 수 있어 생산성이 향상되며, 수많은 위상차 데이터와의 비교에 소요되는 시간이 줄어들게 됨으로써 도래 방위각 추정 시간을 단축시킬 수 있다.
Therefore, the capacity of the storage unit storing the lookup table can be reduced, thereby improving productivity, and reducing the time required for comparison with a large number of phase difference data, thereby shortening the arrival azimuth estimation time.
도 1은 본 발명과 관련된 방향 탐지 장치를 나타낸 블럭도.
도 2는 수신 전파의 도래 방위각을 4개의 안테나로서 추정하는 시스템의 룩업 테이블의 예와 룩업 테이블을 이용하여 제3 위상차 데이터를 산출한 상태를 나타낸 개략도.
도 3은 룩업 테이블의 위상차 데이터가 갖는 주기성을 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명과 관련된 방향 탐지 장치에서 산출된 제3 위상차 데이터에 포함된 위상차의 주기성을 나타낸 개략도.
도 5는 본 발명과 관련된 방향 탐지 시스템을 나타낸 블럭도.
도 6은 본 발명과 관련된 방향 탐지 방법을 나타낸 흐름도.
도 7에 종래의 룩업 테이블 작성 과정을 나타낸 흐름도.1 is a block diagram showing a direction detecting apparatus according to the present invention.
Fig. 2 is a schematic diagram showing an example of a lookup table of a system for estimating the azimuth angle of the received radio wave as four antennas and a state in which the third phase difference data is calculated using the lookup table.
3 is a schematic diagram showing periodicity of phase difference data of a lookup table.
Figure 4 is a schematic diagram showing the periodicity of the phase difference contained in the third phase difference data calculated by the direction detecting apparatus according to the present invention.
5 is a block diagram illustrating a direction detection system related to the present invention.
6 is a flow chart showing a direction detection method associated with the present invention.
7 is a flowchart illustrating a conventional lookup table creation process.
이하, 본 발명과 관련된 방향 탐지 시스템, 장치 및 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a direction detection system, an apparatus, and a method according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명과 관련된 방향 탐지 장치를 나타낸 블럭도이다.1 is a block diagram showing a direction detecting apparatus according to the present invention.
도 1에 도시된 방향 탐지 장치는 안테나 간의 위상차를 이용한 도래 방위각 추정에 사용되는 룩업 테이블에서 상기 위상차와 가장 유사한 제1 위상차 데이터를 추출하는 위상차 데이터 추출부(110), 상기 룩업 테이블에서 상기 제1 위상차 데이터에 인접한 제2 위상차 데이터를 추출한 후 선형 보간을 이용해 상기 제1 위상차 데이터와 상기 제2 위상차 데이터 사이의 제3 위상차 데이터를 하나 이상 산출하는 위상차 데이터 보간부(130) 및 상기 제1 위상차 데이터와 상기 제3 위상차 데이터 중에서 상기 위상차와 가장 유사한 위상차 데이터에 포함된 도래 방위각을 실 도래 방위각으로 추정하는 도래 방위각 추정부(150)를 포함하고 있다.The apparatus for detecting a direction illustrated in FIG. 1 includes a phase
위상차 데이터 추출부(110)는 안테나 간의 위상차를 이용하여 룩업 테이블에서 상기 위상차와 가장 유사한 기저장 위상차가 포함된 제1 위상차 데이터를 추출한다.The phase
위상차는 위상차 데이터 추출부의 전단에 위치하는 위상차 산출부에서 산출된다. 구체적으로 안테나 a와 안테나 b의 위상차 Φab는 다음의 수학식 1에 의해 산출된다.The phase difference is calculated by the phase difference calculating unit located at the front end of the phase difference data extracting unit. Specifically, the phase difference phi ab between the antenna a and the antenna b is calculated by the following equation (1).
여기서, N은 자연수이고,Where N is a natural number,
λ는 수신 전파의 파장이고,λ is the wavelength of the received radio wave,
dab는 안테나 a와 안테나 b의 거리이고,dab is the distance between antenna a and antenna b,
AOA(Angle Of Arrival)는 도래 방위각이다.
Angle of Arrival (AOA) is the azimuth angle of arrival.
수학식 1을 살펴보면 도래 방위각에 따라 위상차가 달라짐을 알 수 있다. 또한 주파수, 즉 파장에 따라서도 위상차가 달라짐을 알 수 있다. 정리하면 수신 전파의 도래 방위각을 추정하기 위해서는 주파수와 위상차를 알아야 한다. 따라서 위상차를 이용한 도래 방위각 추정에 이용되는 룩업 테이블을 형성하는 위상차 데이터에는 주파수와 위상차가 포함되며 그 결과에 해당하는 도래 방위각 또한 포함된다.Looking at
도 7에 종래의 룩업 테이블 작성 과정을 나타내었다.7 shows a conventional lookup table creation process.
살펴보면, 송신기를 통해 일정 각도로 전파를 송신한다(S 910). 방향 탐지 수신기에서 전파를 수신받아 주파수를 분석하고 안테나 간 위상차를 산출한다. 이때 분석된 주파수와 산출된 위상차에 대응하는 도래 방위각은 이미 알고 있는 송신기의 위치를 통해 획득될 수 있다. 이런 식으로 일정 주파수의 전파에 대해서 여러 도래 방위각에 대응되는 위상차를 획득하게 되는데(S 920) 이때 모든 도래 방위각에 대한 측정은 현실적으로 어렵다. 이는 측정에 많은 시간이 소요되고 물리적으로 세밀한 도래 방위각 상황을 구현하기 어렵기 때문이다.Looking at it, it transmits a radio wave at a certain angle through the transmitter (S 910). It receives the radio wave from the direction detection receiver, analyzes the frequency and calculates the phase difference between antennas. In this case, the azimuth angle corresponding to the analyzed frequency and the calculated phase difference may be obtained through a known position of the transmitter. In this way, a phase difference corresponding to various coming azimuth angles is obtained with respect to propagation of a predetermined frequency (S 920). At this time, it is difficult to measure all coming azimuth angles. This is because the measurement is time consuming and it is difficult to realize the physically detailed azimuth situation.
따라서, 일정 간격의 각도 단위로 측정하여 위상차 데이터를 획득하고 상기 일정 간격 사이의 각도에 대해서는 보간을 통해 위상차 데이터를 획득한다(S 930). 이렇게 보간을 통해 획득한 위상차 데이터와 실험을 통해 획득한 위상차 데이터로서 룩업 테이블을 작성한다(S 940).
Therefore, phase difference data is obtained by measuring the angle unit at a predetermined interval, and phase difference data is obtained through interpolation for the angle between the predetermined intervals (S 930). The lookup table is created as the phase difference data obtained through the interpolation and the phase difference data obtained through the experiment (S 940).
위상차 산출부에서 산출된 안테나 간 위상차와 룩업 테이블의 위상차 데이터를 비교하여 도래 방위각(AOA)을 추정하며, 대체로 수학식 2와 같은 최소벡터거리(MVD, Minimum Vector Distance) 산출 방법을 이용한다.The azimuth angle (AOA) is estimated by comparing the phase difference between the antennas calculated by the phase difference calculator and the phase difference data of the lookup table, and a method of calculating a minimum vector distance (MVD) as shown in Equation 2 is generally used.
여기서, Φab(i)는 룩업 테이블의 n(n은 자연수)번째 위상차 데이터에 포함된 위상차이고,Here, φ ab (i) is a phase difference included in the n (n is a natural number) th phase difference data of the lookup table,
Φab는 위상차 산출부에서 산출된 안테나 a와 안테나 b의 위상차이다.
Φ ab is the phase difference of the antenna a and b calculated by the phase difference calculating section antenna.
즉, 위상차 산출부에서 산출된 위상차와 룩업 테이블에 저장된 위상차 데이터의 위상차의 비교를 통해 MVD가 최소가 되는 위상차가 포함된 위상차 데이터의 도래 방위각을 실 도래 방위각으로 추정한다.That is, the azimuth angle of arrival of the phase difference data including the phase difference of which the MVD is minimum is estimated by comparing the phase difference of the phase difference data stored in the lookup table with the phase difference calculated by the phase difference calculating unit as the actual azimuth angle.
룩업 테이블이 세밀한 도래 방위각 단위의 위상차 데이터로서 작성된 경우 많은 횟수로 수학식 2를 반복 적용하게 되고 그 결과 도래 방위각 추정에 많은 시간이 소요된다. 또한 룩업 테이블의 데이터 용량이 증가함에 따라 룩업 테이블을 저장할 수 있는 고용량의 메모리가 요구된다.When the lookup table is created as phase difference data of detailed azimuth azimuth units, Equation 2 is repeatedly applied a large number of times, and as a result, it takes much time to estimate the azimuth angle. In addition, as the data capacity of the lookup table increases, a large amount of memory for storing the lookup table is required.
본 발명에서는 보간이 이루어지지 않은 상태이거나 보간이 이루어졌어도 세밀하게 이루어지지 않은 상태의 적은 용량의 룩업 테이블을 이용하여 신속하면서도 신뢰성 있는 도래 방위각의 추정이 가능하도록 한다.In the present invention, it is possible to quickly and reliably estimate the arrival azimuth angle by using a small capacity lookup table that is not interpolated or finely interpolated.
위상차 데이터 추출부(110) 역시 수학식 2를 통해 제1 위상차 데이터를 추출한다. 다만 종래와 비교하여 세밀하게 보간이 이루어지지 않은 상태 또는 보간이 이루어지지 않은 상태의 룩업 테이블도 추출 대상이 될 수 있다.The phase
따라서, 위상차 데이터 추출부에서 추출된 제1 위상차 데이터는 종래에 비하여 신속하게 추출이 이루어진 상태이나 이로써 실 도래 방위각을 추정하기에는 신뢰도가 낮은 상태이다.Accordingly, the first phase difference data extracted by the phase difference data extracting unit is extracted more quickly than in the prior art, and thus the reliability of the first phase difference data is low to estimate the actual azimuth angle.
신뢰도 개선을 위해 위상차 데이터 보간부(130)가 이용된다.The phase
위상차 데이터 보간부(130)는 룩업 테이블에서 제1 위상차 데이터에 인접한 제2 위상차 데이터를 추출한 후 선형 보간을 이용해 제1 위상차 데이터와 제2 위상차 데이터 사이의 제3 위상차 데이터를 하나 이상 산출한다.The phase
제2 위상차 데이터는 제1 위상차 데이터에 인접하면서 제1 위상차 데이터의 도래 방위각보다 작은 도래 방위각을 갖는 제2 위상차 데이터 1개와 제1 위상차 데이터에 인접하면서 제1 위상차 데이터의 도래 방위각보다 큰 도래 방위각을 갖는 제2 위상차 데이터 1개로 총 2개가 있을 수 있다. 따라서, 각 제2 위상차 데이터와 제1 위상차 데이터 사이에 i개의 제3 위상차 데이터가 존재한다면 제3 위상차 데이터의 총 개수는 2×i개가 된다.The second retardation data includes one second retardation data having an adjoining azimuth angle adjacent to the first retardation data and having a lower azimuth angle than that of the first retardation data and a coming azimuth angle larger than the arrival azimuth angle of the first retardation data. There may be two in total with one second phase difference data having. Therefore, if there are i third phase difference data between each second phase difference data and the first phase difference data, the total number of third phase difference data is 2 × i.
이때, i의 수가 커질수록 도래 방위각 추정의 정확도가 향상되나, 위상차 데이터 보간부의 제3 위상차 데이터의 산출 시간이 증가하고, 도래 방위각 추정부에서의 실 도래 방위각 추정 시간이 증가한다. 그렇다 하더라도, 제1 위상차 데이터를 신속하게 추출하고, 제1 위상차 데이터와 제2 위상차 데이터 사이의 제3 위상차 데이터만 산출하여 위상차와 비교하는 관계로 전체적으로 도래 방위각 추정 시간이 감소된다. 또한, 적은 용량으로 작성된 룩업 테이블을 이용함으로써 룩업 테이블의 저장에 적은 용량의 저장부가 이용될 수 있다.At this time, as the number of i increases, the accuracy of the arrival azimuth estimation is improved, but the calculation time of the third phase difference data of the phase difference data interpolation unit increases, and the actual arrival azimuth estimation time of the arrival azimuth estimation unit increases. Even so, the azimuth estimation time as a whole is reduced by quickly extracting the first phase difference data, calculating only the third phase difference data between the first phase difference data and the second phase difference data, and comparing the phase difference. Also, by using a lookup table created with a small capacity, a small storage unit may be used to store the lookup table.
i(i는 1이상의 자연수)개 존재하는 제3 위상차 데이터는 안테나 간 위상차 Pn과 등간격의 도래 방위각 AOAn을 포함한다. 제3 위상차의 도래 방위각 AOAn이 등간격으로 설정되는 관계로 AOAn은 제1 위상차 데이터의 도래 방위각과 제2 위상차 데이터의 도래 방위각 차를 i등분한 값이 된다. 즉 AOAn은 알고 있는 상태가 된다. 따라서, 제3 위상차 데이터의 안테나 간 위상차 Pn(n은 n1 또는 n2)은 다음의 수학식 3의 선형 보간을 통해 산출될 수 있다.The third phase difference data having i (i is one or more natural numbers) includes the phase difference P n between the antennas and the arrival azimuth AOA n equally spaced. AOA n is a value obtained by dividing the arrival azimuth angle of the first phase difference data by the arrival azimuth angle of the second phase difference data by i equality since the arrival azimuth AOA n of the third phase difference is set at equal intervals. That is, AOA n is in a known state. Therefore, the phase difference P n (n is n1 or n2) between antennas of the third phase difference data may be calculated through linear interpolation of Equation 3 below.
여기서, Pn1(1≤n≤i)은 제1 위상차 데이터보다 작은 제2 위상차 데이터(비교 대상은 도래 방위각임)와 제1 위상차 데이터 사이의 n번째 위상차이고,Here, P n1 (1 ≦ n ≦ i) is the n-th phase difference between the second phase difference data (the comparison object is the azimuth angle) smaller than the first phase difference data and the first phase difference data,
Pn2(1≤n≤i)는 제1 위상차 데이터보다 큰 제2 위상차 데이터와 제1 위상차 데이터 사이의 n번째 위상차이고,P n2 (1 ≦ n ≦ i) is an n-th phase difference between the second phase difference data and the first phase difference data that is larger than the first phase difference data,
AOAn은 n번째 도래 방위각이고,AOA n is the nth azimuth angle,
상기 AOAk -1은 제1 위상차 데이터보다 작은 제2 위상차 데이터의 도래 방위각이고,AOA k −1 is an azimuth angle of the second phase difference data smaller than the first phase difference data,
AOAk는 제1 위상차 데이터의 도래 방위각이고,AOA k is the arrival azimuth of the first phase difference data,
AOAk +1은 제1 위상차 데이터보다 큰 제2 위상차 데이터의 도래 방위각이고,AOA k +1 is the arrival azimuth of the second phase difference data that is greater than the first phase difference data,
Pk -1은 제1 위상차 데이터보다 작은 제2 위상차 데이터의 위상차이고,P k -1 is a phase difference of the second phase difference data smaller than the first phase difference data,
Pk는 제1 위상차 데이터의 위상차이고,P k is the phase difference of the first phase difference data,
Pk +1은 제1 위상차 데이터보다 큰 제2 위상차 데이터의 위상차이다.P k + 1 is a phase difference of the second phase difference data which is larger than the first phase difference data.
살펴보면, 수학식 3의 위 식에서 i개의 제3 위상차 데이터가 도출되고, 아래 식에서 i개의 제3 위상차 데이터가 도출된다.Looking at it, i third phase difference data is derived from Equation 3 above, and i third phase difference data is derived from Equation 3 below.
이렇게, 도출된 제3 위상차 데이터의 예를 도 2에 나타내었다.Thus, an example of the derived third phase difference data is shown in FIG. 2.
도 2는 수신 전파의 도래 방위각을 4개의 안테나로서 추정하는 시스템의 룩업 테이블의 예와 룩업 테이블을 이용하여 제3 위상차 데이터를 산출한 상태를 나타낸 개략도이다.Fig. 2 is a schematic diagram showing an example of a lookup table of a system for estimating the azimuth angle of the received radio wave as four antennas and a state in which the third phase difference data is calculated using the lookup table.
도 2는 예를 들어 실 측정을 통해 1도 간격의 도래 방위각을 갖는 위상차 데이터들로 형성된 룩업 테이블과 수학식 3을 이용하여 0.1도 간격이 도래 방위각을 갖는 제3 위상차 데이터를 산출한 상태로 제1 위상차 데이터의 도래 방위각이 37도이고 제2 위상차 데이터의 도래 방위각이 36도와 38도인 상태이다.FIG. 2 shows a lookup table formed of phase difference data having azimuth angles of 1 degree intervals through actual measurement, and third phase difference data having azimuth angles of 0.1 degree intervals using Equation 3; The azimuth angle of the first phase difference data is 37 degrees and the azimuth angle of the second phase difference data is 36 degrees and 38 degrees.
제3 위상차 데이터의 도래 방위각을 0.1도 단위로 한 상태이므로 제1 위상차 데이터와 각 제2 위상차 데이터의 사이의 제3 위상차 데이터는 각각 i=9개이므로 총 2×i=18개가 존재한다.Since the azimuth angle of the third phase difference data is in the unit of 0.1 degree, since the third phase difference data between the first phase difference data and each second phase difference data is i = 9, respectively, there are a total of 2 × i = 18 pieces.
다만, 제3 위상차 데이터의 산출시 다음을 고려할 필요가 있다.However, it is necessary to consider the following when calculating the third phase difference data.
대체로 룩업 테이블을 형성하는 위상차 데이터의 도래 방위각은 수학식 1과 같이 2π의 주기성을 갖고 있다. 즉, 도 2에서 제2 위상차 데이터의 안테나34 위상차가 338도인데 비하여 제1 위상차 데이터의 안테나34 위상차는 3.2도이다. 원래는 360도(2π)보다 큰 값인데 주기성을 감안하여 3.2도로 되어 있는 상태이다. 따라서 수학식 3을 그대로 적용할 경우에 문제가 발생될 수 있다.In general, the azimuth angle of the phase difference data forming the lookup table has a periodicity of 2π as shown in Equation (1). That is, the antenna 34, the phase difference between the first phase difference data as compared to the antenna 34, the phase difference between the second
도 3은 룩업 테이블의 위상차 데이터가 갖는 주기성을 나타낸 개략도이다. 살펴보면 룩업 테이블에서 안테나34의 위상차가 338, 3.2, 28.2도와 같이 338도 다음의 값이 주기성으로 인하여 3.2도로 되어 있는 것을 알 수 있다.3 is a schematic diagram showing the periodicity of the phase difference data of the lookup table. In the lookup table, it can be seen that the phase difference of the antenna 34 in the lookup table is 338, 3.2, 28.2, and the following values are 338 degrees due to the periodicity.
룩업 테이블의 위상차 데이터에 포함된 도래 방위각은 일정 간격으로 측정이 된 상태이며 이때 각 도래 방위각에 의한 위상 변화율은 다음의 수학식 4와 같다.The azimuth angles included in the phase difference data of the lookup table are measured at predetermined intervals, and the phase change rate by each azimuth angle is expressed by
여기서, ΔΩ는 룩업 테이블에 저장된 도래 방위각의 증분값이다.Is the increment of the azimuth angle that is stored in the lookup table.
수학식 4를 살펴보면, 방향 탐지 수신기의 시야각(FOV, Field Of View) 내에서 위상 변화율이 가장 큰 경우는 도래 방위각(AOA)가 0일 때이다. 따라서, 룩업 테이블의 전 구간에서 위상차가 나타낼 수 있는 최대 범위는 360도에서 수학식 4의 최대값을 뺀 구간으로 수학식 5와 같다.Referring to
따라서, 수학식 3을 통해 제3 위상차 데이터를 산출하고자 할 때 제3 위상차 데이터에 포함된 위상차가 360도를 넘는 구간에 해당하는지 점검할 필요가 있다.Therefore, when the third phase difference data is to be calculated through Equation 3, it is necessary to check whether the phase difference included in the third phase difference data corresponds to a section over 360 degrees.
도 4는 본 발명과 관련된 방향 탐지 장치에서 산출된 제3 위상차 데이터에 포함된 위상차의 주기성을 나타낸 개략도이다.4 is a schematic diagram showing the periodicity of the phase difference included in the third phase difference data calculated by the direction detecting apparatus according to the present invention.
도 4는 도래 방위각대 위상차가 360도를 넘는 구간을 도시한 것으로, 360도를 넘는 구간에서 룩업 테이블에 저장된 Pk와 Pk +1의 차는 다음의 수학식 6을 만족한다.4 illustrates a section in which the azimuth angle phase difference is more than 360 degrees, and the difference between P k and P k +1 stored in the lookup table in the section over 360 degrees satisfies Equation 6 below.
여기서, K는 위상차의 오차를 고려하여 설정된 값이다.Here, K is a value set in consideration of the error of the phase difference.
수학식 3을 사용하여 보간을 수행할 때 360도를 더해야 하는 경우는 수학식 5와 수학식 6을 모두 만족하는 경우이며, 그 외의 경우는 룩업 테이블에 저장된 위상차 그대로 사용한다.When the interpolation is performed using Equation 3, the addition of 360 degrees is a case where both Equation 5 and Equation 6 are satisfied. Otherwise, the phase difference stored in the lookup table is used.
정리하면, 수학식 3의 연산에 이용되는 Pk 및 Pk + 1는 다음의 수학식 7에 의해 2π의 주기성이 고려되어야 한다.In summary, P k and P k + 1 used in the calculation of Equation 3 should be considered to have a periodicity of 2π by Equation 7 below.
여기서,here,
m+1은 k(이때, m은 k-1) 또는 k+1(이때, m은 k)이고,m + 1 is k (where m is k-1) or k + 1 (where m is k),
K는 위상차의 오차를 고려하여 설정된 값이고,K is a value set in consideration of the error of the phase difference,
dab는 안테나 a와 안테나 b 간의 거리이고,d ab is the distance between antenna a and antenna b,
ΔΩ는 룩업 테이블에 저장된 도래 방위각의 증분값이고,ΔΩ is the increment of the azimuth angle stored in the lookup table,
λ는 수신 전파의 파장이다.λ is the wavelength of the received radio wave.
위 조건을 만족하는 경우 외에는 Pm +1 = Pm +1이다.P m +1 = P m +1 except when the above conditions are satisfied.
이와 같이 수학식 7과 수학식 3을 이용하면 주기성이 고려된 상태에서 Pn을 산출할 수 있으며, 이에 따라 제3 위상차 데이터를 획득할 수 있다.Using Equations 7 and 3 as described above, P n can be calculated in a state where periodicity is considered, and thus third phase difference data can be obtained.
이렇게 산출 획득된 제3 위상차 데이터를 통해 실 도래 방위각을 추정하기 위해 도래 방위각 추정부(150)가 이용된다.The
도래 방위각 추정부(150)는 제1 위상차 데이터와 제3 위상차 데이터 중에서 수신 전파의 위상차와 가장 유사한 위상차 데이터에 포함된 도래 방위각을 실 도래 방위각으로 추정한다. 실 도래 방위각 추정에는 수학식 2가 적용되나 적은 개수(2i+1)의 위상차 데이터를 대상으로 함으로써 신속한 추정이 가능하다.The
다만, 수학식 7에서 360도가 추가된 경우 수학식 2를 적용하기 위해 360도 추가분을 제거해야 한다. 결과적으로 수학식 2에 적용되는 Φab(i), 즉 제3 위상차 데이터에 포함되는 최종 위상차 Pn은 다음의 수학식 8에 의해 산출된다.However, when 360 degrees are added in Equation 7, an addition of 360 degrees must be removed to apply Equation 2. As a result, φ ab (i) applied to Equation 2, that is, the final phase difference P n included in the third phase difference data is calculated by Equation 8 below.
여기서, n은 n1 또는 n2이고,Where n is n1 or n2,
mod(A,B)는 A를 B로 나눈 나머지를 나타내는 함수이다.mod (A, B) is a function representing the remainder of A divided by B.
이렇게 하여 도출된 제3 위상차 데이터가 도 2의 데이터들이다. 이때 도래 방위각 추정부에 의해서 전단에서 산출된 위상차와 제3 위상차 데이터를 비교하기 위해서는 제3 위상차 데이터를 저장하는 저장부(미도시)가 필요하다.The third phase difference data derived in this way are the data of FIG. 2. At this time, in order to compare the third phase difference data and the phase difference calculated at the front end by the azimuth angle estimator, a storage unit (not shown) for storing the third phase difference data is required.
이와 같이 마련된 제3 위상차 데이터와 제1 위상차 데이터를 앞에서 산출된 위상차와 비교하여 가장 가까운 위상차를 갖는 위상차 데이터의 도래 방위각을 실 도래 방위각으로 추정한다.The azimuth angle of arrival of the phase difference data having the closest phase difference is estimated as the actual azimuth angle by comparing the third phase difference data and the first phase difference data thus prepared with the phase difference calculated above.
이하에서는 앞에서 살펴본 방향 탐지 장치를 포함하는 방향 탐지 시스템 전체의 구성에 대해서 살펴보도록 한다.
Hereinafter, the configuration of the entire direction detecting system including the direction detecting apparatus described above will be described.
도 5는 본 발명과 관련된 방향 탐지 시스템을 나타낸 블럭도이다.5 is a block diagram showing a direction detection system related to the present invention.
도 5에 도시된 방향 탐지 시스템은 사전 실험을 통해 일정 간격의 도래 방위각과 상기 도래 방위각에 대응되는 위상차를 포함하는 위상차 데이터로 형성되는 룩업 테이블을 저장하는 룩업 테이블 저장부(210), 복수의 안테나로 형성되는 안테나 어레이(230), 상기 각 안테나의 신호를 전송받아 안테나 간 위상차를 산출하는 위상차 산출기(250) 및 상기 룩업 테이블에서 상기 산출된 위상차와 가장 유사한 위상차를 갖는 제1 위상차 데이터와 상기 제1 위상차 데이터에 인접한 제2 위상차 데이터를 추출한 후 선형 보간을 통해 상기 제1 위상차 데이터와 상기 제2 위상차 데이터 사이의 제3 위상차 데이터를 하나 이상 산출하고, 상기 제1 위상차 데이터와 상기 제3 위상차 데이터 중에서 상기 산출된 위상차와 가장 유사한 위상차 데이터에 포함된 도래 방위각을 실 도래 방위각으로 추정하는 방향 탐지기(270)를 포함하고 있다.The direction detection system shown in FIG. 5 includes a lookup
상기 룩업 테이블 저장부(210)는 실험을 통해 측정되고 산출된 위상차 데이터가 저장된다. 이때 각 위상차 데이터는 일정 간격의 도래 방위각을 포함하고 있으며, 보간을 통한 위상차 데이터의 추가 획득은 이루어지지 않아도 무방하다.The lookup
위상차 산출기(250)는 복수의 안테나로부터 수신된 전파를 전송받아 안테나 간 위상차를 산출한다. 위상차 산출에 대해서는 자세한 언급을 생략하도록 한다. 한편, 위상차 산출기는 방향 탐지기와 일체로 형성될 수 있다.The
방향 탐지기(270)는 도 1의 방향 탐지 장치일 수 있다. 구체적으로 제1 위상차 데이터를 추출하는 위상차 데이터 추출부, 제2 위상차 데이터를 추출하고 제3 위상차 데이터를 산출하는 위상차 데이터 보간부, 제1 및 제3 위상차 데이터를 위상차 산출기에서 산출된 위상차와 비교함으로써 실 도래 방위각을 추정하는 도래 방위각 추정부를 포함할 수 있다.The
본 실시예에 따르면 방향 탐지기의 구성에 의하여 세밀한 방위각 해상도의 룩업 테이블을 요하지 않는다. 따라서, 룩업 테이블을 신속하고 용이하게 작성할 수 있으며 룩업 테이블 저장부도 저용량으로 구성이 가능하다. 또한 제3 위상차 데이터의 산출에 시간이 소모되기는 하지만 제1 위상차 데이터의 추출 시간이 종래보다 단축되며, 빠르게 추출된 제1 위상차 데이터 근방의 제3 위상차 데이터를 통해 실 도래 추정각을 추정함으로써 전체적으로 고속화가 가능하다.
According to the present embodiment, the lookup table of fine azimuth resolution is not required by the configuration of the direction detector. Therefore, the lookup table can be created quickly and easily, and the lookup table storage unit can be configured with a low capacity. In addition, although it takes time to calculate the third phase difference data, the extraction time of the first phase difference data is shorter than before, and the overall speed is increased by estimating the actual angle of arrival based on the third phase difference data near the first phase difference data extracted quickly. Is possible.
도 6은 본 발명과 관련된 방향 탐지 방법을 나타낸 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a direction detecting method according to the present invention.
도 6에 도시된 방향 탐지 방법은 도 1의 방향 탐지 장치의 동작으로서 설명될 수도 있다.The direction detecting method shown in FIG. 6 may be described as an operation of the direction detecting apparatus of FIG. 1.
먼저, 외부로부터 복수의 안테나로 수신된 전파의 안테나 간 위상차를 전송받는다(S 510). 위상차 데이터 추출부(110)에서 이루어지는 동작으로 수신된 위상차는 이후 제1 위상차 데이터의 추출에 이용된다.First, a phase difference between antennas of radio waves received by a plurality of antennas from the outside is received (S510). The phase difference received by the operation performed in the phase difference
도래 방위각 추정에 사용되는 룩업 테이블에서 상기 위상차와 가장 유사한 제1 위상차 데이터를 추출한다(S 520). 위상차 데이터 추출부에서 이루어지는 동작으로 수신된 위상차와 룩업 테이블을 형성하는 위상차 데이터에 포함된 위상차를 비교하여 가장 유사/근사한 위상차를 포함한 위상차 데이터를 제1 위상차 데이터로서 추출한다. 룩업 테이블에 수신된 위상차와 동일한 위상차 데이터가 존재하면 바로 도래 방위각을 추정하게 되는데, 이는 본 실시예에서는 논외로 한다.The first phase difference data most similar to the phase difference is extracted from the lookup table used to estimate the azimuth (S 520). A phase difference data including the most similar / approximate phase difference is extracted as the first phase difference data by comparing the received phase difference with the phase difference included in the phase difference data forming the lookup table by the operation performed by the phase difference data extracting unit. If there is phase difference data equal to the received phase difference in the lookup table, the azimuth angle is estimated immediately, which is not discussed in the present embodiment.
상기 룩업 테이블에서 상기 제1 위상차 데이터에 인접한 제2 위상차 데이터를 추출한다(S 530). 제3 위상차 데이터 산출의 사전 조치로서 제2 위상차 데이터를 추출하며 위상차 데이터 보간부(130)에서 이루어지는 동작이다.The second phase difference data adjacent to the first phase difference data is extracted from the lookup table (S530). The second phase difference data is extracted in the phase difference
상기 제1 위상차 데이터와 상기 제2 위상차 데이터를 이용한 선형 보간을 통해 상기 제1 위상차 데이터와 상기 제2 위상차 데이터 사이의 제3 위상차 데이터를 하나 이상 산출한다(S 540). 선형 보간을 통해 제1 및 제2 위상차 데이터 사이의 제3 위상차 데이터를 적정 개수 및 적정 도래 방위각 단위로 산출한다. 필요한 경우 제3 위상차 데이터의 산출 과정에서 360도의 주기성을 고려하여 제3 위상차 데이터를 보정할 수 있다. 역시 위상차 데이터 보간부에서 이루어지는 동작이다.At least one third phase difference data between the first phase difference data and the second phase difference data is calculated through linear interpolation using the first phase difference data and the second phase difference data (S540). Through linear interpolation, third phase difference data between the first and second phase difference data is calculated in an appropriate number and an appropriate arrival azimuth unit. If necessary, the third phase difference data may be corrected in consideration of the periodicity of 360 degrees during the calculation of the third phase difference data. This is also an operation performed by the phase difference data interpolator.
상기 제1 위상차 데이터와 상기 보정된 제3 위상차 데이터 중에서 상기 위상차와 가장 유사한 위상차 데이터에 포함된 도래 방위각을 실 도래 방위각으로 추정한다(S 550). 도래 방위각 추정부에서 이루어지는 동작으로 제1 위상차 데이터와 제3 위상차 데이터 중에서 위상차 데이터 추출부에서 수신된 위상차와 가장 유사/근사한 위상차를 갖는 위상차 데이터의 도래 방위각을 실 도래 방위각으로 추정한다. 제2 위상차 데이터를 도래 방위각 추정의 대상으로 하지 않는 이유는 제2 위상차 데이터가 도래 방위각으로 추정된다면 제1 위상차 데이터의 추출에 오류가 있었음을 의미하기 때문이다. 물론, 방향 탐지 장치를 구성하는 소자의 오류 등에 의해 이와 같은 현상이 예상될 경우에는 제2 위상차 데이터까지 도래 방위각 추정의 대상으로 할 수도 있다.The arrival azimuth included in the phase difference data most similar to the phase difference among the first phase difference data and the corrected third phase difference data is estimated as the actual arrival azimuth (S550). The azimuth azimuth of the phase difference data having a phase difference most similar to or close to the phase difference received from the phase difference data extraction unit among the first phase difference data and the third phase difference data may be estimated as the actual azimuth angle. The reason why the second phase difference data is not the target of the arrival azimuth angle is that, if the second phase difference data is estimated as the arrival azimuth, there is an error in the extraction of the first phase difference data. Of course, when such a phenomenon is expected due to an error of an element constituting the direction detecting device, the second phase difference data may be the object of arrival azimuth estimation.
본 발명의 방향 탐지 방법에 따르면 룩업 테이블에 보간에 의한 위상차 데이터가 형성되어 있는지 여부와 상관없이 신뢰성 있고 신속한 도래 방위각의 추정이 가능하다. 따라서 본 실시예에 따르면 룩업 테이블의 작성 과정은 실험 환경(도 7의 S 910)에서 측정/산출된 전파의 주파수, 위상차, 도래 방위각으로 위상차 데이터를 형성하는(도 7의 S 920) 것만으로 충분하고, 세밀한 방위각 해상도의 확보를 위한 보간은 실시하지 않아도 무방하다. 룩업 테이블 작성에서 수행될 보간을 위상차 데이터 보간부에서 수행하기 때문이다.According to the direction detection method of the present invention, it is possible to reliably and quickly estimate the arrival azimuth angle regardless of whether or not phase difference data by interpolation is formed in the lookup table. Therefore, according to the present embodiment, the preparation of the lookup table is sufficient to form phase difference data with the frequency, phase difference, and azimuth angle of the radio wave measured / calculated in the experimental environment (S910 of FIG. 7) (S920 of FIG. 7). In addition, interpolation may not be performed to ensure fine azimuth resolution. This is because the phase difference data interpolation unit performs interpolation to be performed in lookup table creation.
한편, 이상에서 설명된 방향 탐지 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 프로그램으로서 기록될 수 있다.
On the other hand, the direction detecting method described above can be recorded as a program on a computer-readable recording medium.
한편, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative in all respects and not as restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
방향 탐지 시스템에 적용할 수 있다.Applicable to the direction detection system.
특히, 위상차를 이용한 방향 탐지 시스템임과 동시에 룩업 테이블 저장부를 고용량으로 마련하기 어려운 시스템에 적용하는 것이 유리하다.In particular, it is advantageous to be applied to a system that is difficult to provide a lookup table storage unit at the same time as a direction detection system using a phase difference.
룩업 테이블의 도래 방위각 해상도와 상관없이 높은 방위각 해상도의 방향 탐지 시스템을 구현하고자 할 때 적용할 수 있다.
It can be applied to implement a direction detection system with high azimuth resolution irrespective of the azimuth resolution.
110...위상차 데이터 추출부 130...위상차 데이터 보간부
150...도래 방위각 추정부 210...룩업 테이블 저장부
230...안테나 어레이 250...위상차 산출기
270...방향 탐지기110 ... phase
150 ...
230 ...
270 ... direction finder
Claims (8)
상기 룩업 테이블에서 상기 제1 위상차 데이터에 인접하면서 제1 위상차 데이터의 도래 방위각보다 작은 도래 방위각을 갖는 제2 위상차 데이터 1개와 상기 제1 위상차 데이터에 인접하면서 제1 위상차 데이터의 도래 방위각보다 큰 도래 방위각을 갖는 제2 위상차 데이터 1개를 추출한 후, 선형 보간을 이용해 상기 제1 위상차 데이터와 상기 제2 위상차 데이터 사이의 제3 위상차 데이터를 각각 하나 이상 산출하는 위상차 데이터 보간부; 및
상기 제1 위상차 데이터와 상기 제3 위상차 데이터의 위상차를, 각각 상기 안테나 간의 위상차와 비교를 통해 최소벡터거리(MVD)가 되는 위상차 데이터에 포함된 도래 방위각을 실 도래 방위각으로 추정하는 도래 방위각 추정부;
를 포함하는 방향 탐지 장치.
In the lookup table used to estimate the azimuth angle using the phase difference between the antennas, first phase difference data including the phase difference that becomes the minimum vector distance (MVD) is extracted by comparing the phase difference between the antennas and the phase difference data stored in the lookup table. A phase difference data extractor;
One second phase difference data having an adjoining azimuth angle adjacent to the first phase difference data and smaller than the azimuth angle of first phase difference data in the look-up table and an azimuth angle larger than the arrival azimuth angle of the first phase difference data and adjacent to the first phase difference data A phase difference data interpolation unit for extracting one second phase difference data having a second phase difference data and calculating at least one third phase difference data between the first phase difference data and the second phase difference data using linear interpolation; And
The azimuth angle estimator which estimates the azimuth angle included in the phase difference data which becomes the minimum vector distance MVD by comparing the phase difference between the said 1st phase difference data and the said 3rd phase difference data with the phase difference between the said antennas, respectively. ;
Direction detection device comprising a.
i(i는 1이상의 자연수)개 존재하는 상기 제3 위상차 데이터는 안테나 간 위상차 Pn(n은 n1 또는 n2), 등간격의 도래 방위각 AOAn을 포함하고, 상기 안테나 간 위상차 Pn은 다음의 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 방향 탐지 장치.
여기서, Pn1(1≤n≤i)은 제1 위상차 데이터보다 작은 제2 위상차 데이터(비교 대상은 도래 방위각임)와 제1 위상차 데이터 사이의 n번째 위상차이고,
Pn2(1≤n≤i)는 제1 위상차 데이터보다 큰 제2 위상차 데이터와 제1 위상차 데이터 사이의 n번째 위상차이고,
AOAn은 n번째 도래 방위각이고,
상기 AOAk -1은 제1 위상차 데이터보다 작은 제2 위상차 데이터의 도래 방위각이고,
AOAk는 제1 위상차 데이터의 도래 방위각이고,
AOAk +1은 제1 위상차 데이터보다 큰 제2 위상차 데이터의 도래 방위각이고,
Pk -1은 제1 위상차 데이터보다 작은 제2 위상차 데이터의 위상차이고,
Pk는 제1 위상차 데이터의 위상차이고,
Pk +1은 제1 위상차 데이터보다 큰 제2 위상차 데이터의 위상차이다.
The method of claim 1,
The third phase difference data including i (i is one or more natural numbers) includes the phase difference P n (n is n1 or n2) between antennas, and the azimuth angle AOA n of equal intervals, and the phase difference P n between antennas is Direction detection device, characterized in that calculated by the equation.
Here, P n1 (1 ≦ n ≦ i) is the n-th phase difference between the second phase difference data (the comparison object is the azimuth angle) smaller than the first phase difference data and the first phase difference data,
P n2 (1 ≦ n ≦ i) is an n-th phase difference between the second phase difference data and the first phase difference data that is larger than the first phase difference data,
AOA n is the nth azimuth angle,
AOA k −1 is an azimuth angle of the second phase difference data smaller than the first phase difference data,
AOA k is the arrival azimuth of the first phase difference data,
AOA k +1 is the arrival azimuth of the second phase difference data that is greater than the first phase difference data,
P k -1 is a phase difference of the second phase difference data smaller than the first phase difference data,
P k is the phase difference of the first phase difference data,
P k + 1 is a phase difference of the second phase difference data which is larger than the first phase difference data.
상기 Pk 및 Pk + 1는 다음의 수학식에 의해 2π의 주기성을 고려하는 것을 특징으로 하는 방향 탐지 장치.
여기서,
m+1은 k(이때, m은 k-1) 또는 k+1(이때, m은 k)이고,
K는 위상차의 오차를 고려하여 설정된 값이고,
dab는 안테나 a와 안테나 b 간의 거리이고,
ΔΩ는 룩업 테이블에 저장된 도래 방위각의 증분값이고,
λ는 수신 전파의 파장이다.
The method of claim 2,
Wherein P k and P k + 1 is a direction detection device, characterized in that considering the periodicity of 2π by the following equation.
here,
m + 1 is k (where m is k-1) or k + 1 (where m is k),
K is a value set in consideration of the error of the phase difference,
d ab is the distance between antenna a and antenna b,
ΔΩ is the increment of the azimuth angle stored in the lookup table,
λ is the wavelength of the received radio wave.
상기 Pn은 최종적으로 다음의 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 방향 탐지 장치.
최종 Pn = mod(Pn, 2π)
여기서, n은 n1 또는 n2이고,
mod(A,B)는 A를 B로 나눈 나머지를 나타내는 함수이다.
The method of claim 3, wherein
The P n is finally calculated by the following equation.
Final P n = mod (P n , 2π)
Where n is n1 or n2,
mod (A, B) is a function representing the remainder of A divided by B.
복수의 안테나로 형성되는 안테나 어레이;
상기 각 안테나의 신호를 전송받아 안테나 간 위상차를 산출하는 위상차 산출기; 및
상기 룩업 테이블에서 상기 산출된 위상차와 룩업 테이블에 저장된 위상차 데이터의 위상차의 비교를 통해 최소벡터거리(MVD)가 되는 위상차가 포함된 제1 위상차 데이터와, 상기 룩업 테이블에서 상기 제1 위상차 데이터에 인접하면서 제1 위상차 데이터의 도래 방위각보다 작은 도래 방위각을 갖는 제2 위상차 데이터 1개와 상기 제1 위상차 데이터에 인접하면서 제1 위상차 데이터의 도래 방위각보다 큰 도래 방위각을 갖는 제2 위상차 데이터 1개를 추출한 후, 선형 보간을 통해 상기 제1 위상차 데이터와 상기 제2 위상차 데이터 사이의 제3 위상차 데이터를 각각 하나 이상 산출하고, 상기 제1 위상차 데이터와 상기 제3 위상차 데이터의 위상차를, 각각 상기 안테나 간의 위상차와 비교를 통해 최소벡터거리(MVD)가 되는 위상차 데이터에 포함된 도래 방위각을 실 도래 방위각으로 추정하는 방향 탐지기;
를 포함하는 방향 탐지 시스템.
A lookup table storage unit configured to store a lookup table formed of phase difference data including a phase difference corresponding to the arrival azimuth angle and the arrival azimuth angle by a predetermined experiment;
An antenna array formed of a plurality of antennas;
A phase difference calculator for receiving a signal of each antenna and calculating a phase difference between antennas; And
First phase difference data including a phase difference that becomes a minimum vector distance (MVD) by comparing the phase difference calculated in the lookup table with the phase difference data stored in the lookup table, and adjacent to the first phase difference data in the lookup table. While extracting one second phase difference data having an azimuth angle smaller than the arrival azimuth angle of the first phase difference data and one second phase difference data having an adjoining azimuth angle adjacent to the first phase difference data and larger than the arrival azimuth angle of the first phase difference data. And calculating one or more third phase difference data between the first phase difference data and the second phase difference data through linear interpolation, and calculating the phase difference between the first phase difference data and the third phase difference data, respectively, Arrival direction included in phase difference data to be the minimum vector distance (MVD) through comparison Direction Finder for estimating in real arrival azimuth a;
Direction detection system comprising a.
상기 위상차 산출기는 상기 방향 탐지기와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 방향 탐지 시스템.
The method of claim 5, wherein
And the phase difference calculator is integrally formed with the direction detector.
도래 방위각 추정에 사용되는 룩업 테이블에서, 상기 안테나 간의 위상차와 룩업테이블에 저장된 위상차 데이터의 위상차의 비교를 통해 최소벡터거리(MVD)가 되는 위상차가 포함된 제1 위상차 데이터를 추출하는 단계;
상기 룩업 테이블에서 상기 제1 위상차 데이터에 인접하면서 제1 위상차 데이터의 도래 방위각보다 작은 도래 방위각을 갖는 제2 위상차 데이터 1개와 상기 제1 위상차 데이터에 인접하면서 제1 위상차 데이터의 도래 방위각보다 큰 도래 방위각을 갖는 제2 위상차 데이터 1개를 추출하는 단계;
상기 제1 위상차 데이터와 상기 제2 위상차 데이터를 이용한 선형 보간을 통해 상기 제1 위상차 데이터와 상기 제2 위상차 데이터 사이의 제3 위상차 데이터를 하나 이상 산출하는 단계;
주기성을 고려하여 상기 제3 위상차 데이터를 보정하는 단계; 및
상기 제1 위상차 데이터와 상기 보정된 제3 위상차 데이터의 위상차를, 각각 상기 안테나 간의 위상차와 비교를 통해 최소벡터거리(MVD)가 되는 위상차 데이터에 포함된 도래 방위각을 실 도래 방위각으로 추정하는 단계;
를 포함하는 방향 탐지 방법.
Receiving a phase difference between antennas of radio waves received from a plurality of antennas from the outside;
Extracting first phase difference data including a phase difference that becomes a minimum vector distance (MVD) by comparing a phase difference between the phase difference between the antennas and the phase difference data stored in the lookup table in the lookup table used to estimate the azimuth angle;
One second phase difference data having an adjoining azimuth angle adjacent to the first phase difference data and smaller than the azimuth angle of first phase difference data in the look-up table and an azimuth angle larger than the arrival azimuth angle of the first phase difference data and adjacent to the first phase difference data Extracting one second phase difference data having;
Calculating one or more third phase difference data between the first phase difference data and the second phase difference data through linear interpolation using the first phase difference data and the second phase difference data;
Correcting the third phase difference data in consideration of periodicity; And
Estimating the azimuth angle included in the phase difference data that is the minimum vector distance (MVD) by comparing the phase difference between the first phase difference data and the corrected third phase difference data with the phase difference between the antennas, respectively;
Direction detection method comprising a.
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