KR101235034B1 - 상관정렬 합필터를 이용한 ｆｍ 표적신호 검출기 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래 “도플러 상관기 결과의 재 정렬 및 합을 이용한 고성능 FM 표적신호 검출기법”을 이용하여 실제 표적 검출에 적용하기 위한 구현 방법에 관한 것이다. 본 발명을 통해 FM 도플러 상관기의 변조 주파수 간격을 최대한 작게 하여 표적 도플러 천이 주파수 변화에 따른 고정밀의 상관결과를 얻어 상관기 결과를 재정렬시키고 합을 구하는 고속의 구현 방법을 제시함으로써, 실제 다른 FM 검출기보다 고속 고정밀의 FM 표적 신호 검출이 가능하도록 한다.

Description

상관정렬 합필터를 이용한 ＦＭ 표적신호 검출기 및 그 방법{DETECTOR OF FM TARGET SIGNAL USING CORRELATED ARRANGING FILTER AND METHOD THEREOF}

본 발명은 FM 표적신호 검출기 및 표적신호를 검출하는 방법에 관한 것이다.

소나시스템(sonar system)은 음파를 이용하여 수중에서 기동하는 표적의 방위 및 거리를 추정하는 장치이다.

일반적으로 수중에서 기동하는 잠수함 표적을 탐지하기 위한 수단으로써 음파가 이용된다. 음파는 전달 속도는 느린 특징이 있지만, 전파에 비하여 파장이 길기 때문에 장거리 탐지가 가능하다. 따라서, 군사적인 목적으로 음파를 수단으로 수중의 표적을 탐지하기 위해 소나시스템이 사용되고 있다.

소나시스템의 종류는 수동형과 능동형으로 구분된다.

즉, 표적에서 방출되는 소음을 탐지하는 수동형 소나시스템과, 음파펄스를 쏘아서 표적으로부터 반사되어 되돌아오는 에코를 탐지하는 능동형 소나시스템으로 구분할 수 있다. 수동형 소나시스템는 표적의 거리를 탐지하기 위해서는 복잡한 음향센서와 오랜 시간이 소요된다는 단점이 있으나, 은밀하게 표적을 탐지할 수 있을 뿐 아니라 능동형 소나시스템에 비해 탐지거리가 긴 장점이 있다. 반면, 능동형 소나시스템은 수동형과 같이 은밀하지도, 탐지거리가 길지도 않지만, 표적의 방위와 거리를 짧은 시간에 동시에 탐지할 수 있는 장점이 있다.

한편, 상술한 소나 시스템(또는 레이더 시스템)으로 표적을 탐지할 경우, 일정 간격으로 신호를 송신한 후 물체에 반사되어 되돌아오는 신호를 이용하여 탐지하는 능동 탐지기법이 널리 사용되고 있다. 일반적으로 능동 탐지방법에서 사용하는 능동 송신신호의 유형으로는 CW(Continuous Wave) 신호나 FM(Frequency Modulated) 신호가 있다. 그 중, CW 신호는 구현이 편리하고 표적 속도 변화에 따른 주파수 변화가 나타나는 도플러 효과 (Doppler Effect)를 이용하여 표적 속도를 추정하기에는 유용하지만, 거리분해능이 신호 길이에 영향을 받는다는 단점을 있다. 다시 말해서, 좋은 거리분해능을 가지기 위해서는 CW 신호의 길이를 짧게 해야 하는데, 이러한 경우 송신신호에 대한 표적 반사신호 강도를 높이기 위해 송신압을 크게 증폭하여야 하는 기술적 한계가 있다. 이러한 기술적 한계에 의해 신호 대 잡음비(SNR:Signal to Noise Ratio)가 낮아지기 때문에, 잡음이 심한 통신 환경인 경우 표적을 탐지하기 어렵게 된다. 반면, 송신신호 길이를 길게 하여 신호 대 잡음비를 높일 경우에는, 거리분해능의 저하가 일어난다. 나아가, 거리분해능이 저하되면, 다수 표적을 분별(탐지)하기가 어려워지는 데에 문제가 발생한다. 또한, 송신신호에 의해 잔향 잡음(Reverberation Noise)이 발생되는 수중환경에서는, CW 신호를 이용한 정지 표적탐지는 오탐지 반사신호가 커지는 기술적 한계가 있다.

따라서, 이러한 CW 신호의 송신신호 길이에 따른 기술적 한계점을 극복하고자, FM 신호를 이용하는 표적 탐지 방법이 사용되고 있다.

이하, FM 신호를 이용한 표적 탐지 방법을 설명한다.

FM 신호는 중심 주파수를 기준으로 일정 주파수 대역을 가지는 신호이다. 따라서, FM 신호의 특성으로 인해, 거리분해능은 FM 신호의 주파수 대역폭에 반비례하여 나타나게 된다. 이는 FM 신호의 길이를 길게 하여 잡음에 강인한 특성을 가지면서 FM 신호의 주파수 대역폭을 조절함으로써, CW 신호를 이용한 경우보다 거리분해능이 향상될 수 있다. 그러나, FM 신호의 향상된 분해능을 얻기 위해서는, 표적 속도 변화에 따른 도플러 효과를 정확히 알아야 하는 기술적 한계점이 있다.

일반적으로 표적 속도변화에 의한 수신신호의 주파수 이동 현상을 도플러 천이 (Doppler Shift)라 한다. FM 신호를 이용한 표적 탐지 방법에서, 도플러 천이를 고려하여 신호처리를 하지 않을 경우, 신호 대 잡음비의 저하와 거리 오차가 발생한다. 하지만, FM 신호는 CW 신호와는 다르게 넓은 주파수 대역에 신호가 존재하기 때문에, 주파수 영역 상에서 표적의 속도에 따른 도플러 천이를 알아내기에는 CW 신호에 비해 어렵다. 그리고, 표적의 속도 변화에 따른 도플러 천이를 알 수 없을 경우, 다수의 주파수가 변조된 FM 송신신호를 이용하여 수신신호와 서로 상관시킨다. 이와 같이 상관된 결과들 중, 상관정도가 최대인 값을 이용하여 표적 신호 검출에 이용한다.

이때, FM신호의 거리분해능은, CW 신호와 비슷한 결과가 나타나고 따라서 거리분해능이 저하된다. 이와 같은 거리분해능 저하 문제를 해결하기 위해, FM 신호 외에 CW 신호를 이용하여 표적 속도 정보를 구하여 FM 신호 검출에 이용하거나, 다수의 주파수가 변조된 FM 송신신호들을 수신신호와 상관시킨 결과들을 저장하여 이용하는 등의 방법을 사용할 수도 있다. 그러나 이러한 방법들은 FM 표적신호 탐지시스템을 복잡하게 할 뿐만 아니라 실시간 구현에 큰 제약이 된다.

도 1은 종래 FM 표적 검출기법의 구성도이다.

이하, 도 1을 참조하여, FM 표적 검출기법을 설명한다.

도 1에 도시된 종래 FM 신호 검출기는 2M+1개의 FM 도플러 상관기 결과를 저장하고 있다가, 상관결과의 크기인 상관정도를 비교하는 것이 아니라, 매 들어오는 수신신호 x(n)에 대한 FM 도플러 상관기 결과의 상관정도를 구하고, 그 중 최대값을 선택한다. 이후 비교기에서 표적의 검출 기준치와 비교하여 표적의 유무 및 표적 위치를 판단하여 검출기의 반응성을 증대시킨다. 도 1에서 f(·)은 상관정도를 구하는 함수이고 구현에 따라 절대값 또는 다른 값을 사용하여도 무방하다.

그런데, 이와 같은 종래 FM 신호 검출기는 반응 속도는 빠르게 되지만 표적을 식별하는 분해능의 저하가 발생한다. 또한, 종래 FM 신호 검출기는 분해능이 저하된다는 문제점 외에 다른 속도 정보를 가진 다수 표적이 다른 방향에 같은 거리에 있을 경우 다수 표적을 하나의 표적으로 검출하여 다수 표적 식별 능력이 떨어진다.

이하, 도플러 상관기 결과의 재정렬 및 합을 이용한 종래 FM 표적신호 검출기법을 설명한다.

이러한 종래 검출기법은 기존 2M+1개 FM 도플러 상관기들의 결과를 재정렬시킨 후, 합한 결과의 상관정도에 스케일 S_f를 곱한 값을 비교기에서 표적검출 기준값과 비교하여 표적을 검출한다. 이와 같이 FM 도플러 상관기 결과들을 재정렬시키고 합을 구하여 이용함으로써, 종래 FM 신호 검출기에 비해 거리분해능이 향상되고, 또한 다수 표적 식별 능력 및 잡음에 대한 강인성이 증대된다.

한편, 종래 기술의 기술적 문제점은 다음과 같다.

도 1의 종래 FM 표적 검출기법과, 또한 도 2의 FM 도플러 상관기 결과를 재 정렬시키고 합을 이용한 표적신호 검출기법은 FM 도플러 상관기를 동일하게 사용한다. 송신신호 s(n)이 시간간격 T(= 1/f_s, f_s ·샘플링주파수) 만큼 N개로 이루어져 있다고 한다면, 매 검출시간 간격마다 각 FM 도플러 상관기는 N번의 MACs (Multiplication and Addition)을 수행하여야 상관결과를 얻을 수 있다. 이로부터 2M+1개의 상관기들로부터 상관결과를 얻기 위해서는 T 시간 간격마다 (2M+1)번의 MACs를 수행하여야 한다.

그런데, 속도를 알지 못하는 표적에 대해 고정밀의 상관결과를 얻기 위해서는 FM 도플러 상관기의 변조 주파수 간격이 조밀해야하며, 이는 FM 도플러 상관기의 개수를 증대시켜 M의 값이 커지게 된다. M의 값이 커짐에 따라 연산량도 증대되며, 실제 구현하고자 하는 연산기의 성능을 고려하여 FM 도플러 상관기의 변조 주파수 간격을 크게 하여 M의 값을 작게 하거나, 매 상관 간격을 송신신호의 시간간격 T 보다 크게 하여 상관에 따른 연산량을 줄여 사용한다. 이와 같이 연산량을 감소시키는 것은, 결국 FM 도플러 상관기의 정밀성을 떨어뜨린다.

또한, 연산량의 증가뿐만 아니라, 각 FM 도플러 상관기의 필터 계수는 송신신호 s(t)에 일정 주파수를 변조시켜 생성한다. 고속의 상관결과를 얻기 위해서는, 각 상관기의 필터 계수를 저장하였다가 사용하는 것이 일반적이며, 고정밀의 상관결과를 얻기 위해 상관기 개수를 증가시키면 필터 계수들을 저장하기 위한 메모리양의 증가하게 된다.

즉, 종래기술에서, 다수의 FM 도플러 상관기를 이용하여 정밀한 표적 탐지를 하기 위해서는, 고속의 연산기 및 메모리 용량의 증가가 요구되며, 이는 경제적으로 고가의 시스템 구성을 필요로 하는 기술적 한계가 있다.

상술한 바와 같이, 종래 FM 신호 검출기는 반응성을 증대시키기 위해 수신신호의 매 입력간격마다 각 FM 도플러 상관기 결과에 대한 상관정도 최대값을 구하고, 최대값을 통해 표적을 검출하기 때문에 거리분해능의 저하와 동일 거리 내의 다수 표적 식별 능력이 저하됨을 보여주었다. 또한 종래 FM 신호 검출기법은 FM 도플러 상관기 결과의 재정렬 및 합을 이용하여, 종래 FM 신호 검출기의 반응 속도와 비슷하지만 향상된 거리분해능을 제공하고 다수 표적 식별 능력을 향상시키면서 잡음에 강인한 성능을 나타냄을 보여주었다.

본 발명은 이러한 종래의 기술적 한계를 해결하는 것으로서, 본 발명은 FM 도플러 상관기의 변조 주파수 간격을 최대한 작게 하여; 표적 도플러 천이 주파수 변화에 따른 고정밀의 상관결과를 얻어; 상관기 결과를 재 정렬시키고 합을 구하는 고속의 구현 방법을 제시함으로써; 실제 다른 FM 검출기보다 고속 및 고정밀의 FM 표적 신호 검출이 가능하도록 하는 것이다.

상기와 같은 종래 기술적 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 FM 표적신호 검출기는,

매 검출시간 마다 표적 신호를 수신하여, 상기 수신한 표적 신호에 다수의 FM 도플러 상관필터들을 곱하여 다수의 FM 도플러 상관 결과들을 구하고,

상기 구한 다수의 FM 도플러 상관 결과들 각각에 재정렬을 위한 시간 지연시켜서 재정렬하고,

상기 시간 지연시켜 재정렬한 상기 다수의 FM 도플러 상관 결과들을 합하여 상기 수신한 표적 신호에 대한 상관정도의 함수를 구하는 동작을 수행하는 상관정렬 합필터와;

상기 상관정렬 합필터의 결과값과 기 지정한 스케일값을 곱하는 곱셈기와;

상기 곱셈기의 결과값을 표적의 검출 기준치와 비교하여 표적의 유무 및 표적 위치를 판단하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 상관정렬 합필터는

수학식

를 통하여 결과값을 획득하고,

여기서, s＇(n) 는 상관정렬 합필터이고, τ(i)는 i번째 상관기의 변조 주파수에 따른 상대적인 시간지연이고, i는 각 FM 도플러 상관기의 인덱스(index)를 의미하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상관정렬 합필터의 길이는

N + max(τ(-M), τ(M)) - min(τ(-M), τ(M)) 인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 FM 표적신호 검출기에서의 상관정렬 합필터는,

매 검출시간 마다 표적 신호를 수신하여, 상기 수신한 표적 신호에 다수의 FM 도플러 상관필터들을 곱하여지는 다수의 FM 도플러 상관기와;

상기 다수의 FM 도플러 상관기의 결과값들 각각에 재정렬을 위한 시간 지연시켜는 시간 지연부와;

상기 시간 지연시켜 재정렬한 상기 다수의 FM 도플러 상관 결과들을 합하여 상기 수신한 표적 신호에 대한 상관정도의 함수를 구하는 연산부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 FM 표적신호 검출 방법은,

(a) 매 검출시간 마다 표적에 대한 신호를 수신하여, 상기 수신 신호에 다수의 FM 도플러 상관기들을 곱하여 다수의 FM 도플러 상관 결과들을 구하는 단계와;

(b) 상기 구한 다수의 FM 도플러 상관결과들을 시간 지연시켜서 재정렬하는 단계와;

(c) 상기 재정렬한 상기 다수의 FM 도플러 상관기들의 결과값을 합하여 상관정도의 함수를 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 (c) 단계에서

상기 구한 상관정도의 함수에 기 지정한 스케일(S_f)를 곱하는 단계와;

상기 곱한 결과값을 표적검출 기준값과 비교하여 표적 검출 정보 및 표적 위치를 획득하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 상관정도의 함수는

수학식

를 통하여 결과값을 획득하고,

여기서, s＇(n) 는 상관정렬 합필터이고, τ(i)는 i번째 상관기의 변조 주파수에 따른 상대적인 시간지연이고, i는 각 FM 도플러 상관기의 인덱스(index)를 의미하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 상관정도의 함수는 상관정렬 합필터이고,

상기 상관정렬 합필터의 길이는

N + max(τ(-M), τ(M)) - min(τ(-M), τ(M)) 인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 FM 표적 검출기는 표적에 대한 신호를 FM 상관필터로 곱하고, 재정렬을 위한 시간지연을 시켜 상기 신호의 FM 상관 결과를 재정렬 및 합하는 기능 한개의 필터로 구현함으로써, FM 표적 검출기의 연산량을 줄이고, 고속 및 정밀한 표적을 검출할 수 있고, 또한 상기 한개의 필터로 구성되어 상관필터를 저장할 메모리양을 감소시킬 수 있다.

도 1은 종래 FM 표적 검출기법의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예로서, 도플러 상관기 결과의 재정렬 및 합을 이용한 고성능 FM 표적신호 검출기법에 관한 구성도이다.
도 3은 다수 FM 도플러 상관기 결과의 재정렬 및 합을 구하는 연산 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예로서, 본 발명에 따른 상관정렬 합필터를 이용한 FM 표적신호 탐지기 구조도이다.

본 발명은 FM 표적신호 검출기에 적용된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 관련 기술에도 적용될 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 설명고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항복들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은 기본 개념은: (1) FM 도플러 상관기의 변조 주파수 간격을 최대한 작게 하여, 표적 도플러 천이 주파수 변화에 따른 고정밀의 상관결과를 얻어; (2) 상관기 결과를 재정렬시키고 합을 구함으로써, 고속 및 고정밀의 FM 표적 신호 검출을 하는 것이다.

이하, 본 발명의 상관정렬 합필터 구현 방법을 통하여, 다수의 FM 도플러 상관기 결과를 재 정렬시키고 합을 구하는 것에 대해 설명한다. 또한, 상관정렬 합필터를 이용하여 고정밀의 표적 탐지를 고속으로 구현하는 방법을 설명한다.

본 발명의 FM 신호 검출기법은 다음과 같다.

FM 송신신호 s(n)이 시간간격 T(= 1/f_s, f_s ·샘플링주파수) 만큼 N개로 이루어져 있다고 한다면, 도 1 및 도 2의 각 FM 도플러 상관 필터는 수학식 1과 같이 나타내어진다.

이때, 수학식 1에서, i는 각 FM 도플러 상관기의 인덱스(index)를 의미하며, i번째 상관기는 i × f_dc만큼 주파수를 일정간격으로 변조시켰다고 가정한다. 도 2의 구성을 다시 살펴보면, FM 도플러 상관기 결과를 재 정렬하여 합을 이용하는 방법으로 구성되어있다. 이때, 시간간격 T인 N개의 샘플로 구성된 수신신호는, 매 시간간격 T마다 새로운 신호가 들어오고, 수신신호에 수학식 1의 각 상관 필터를 곱하여 더한 값을 상관결과로 하여, τ(i)만큼 시간지연을 시켜 정렬시킨 후 합한다. 이때, τ(i)는 i번째 상관기의 변조 주파수에 따른 상대적인 시간지연을 의미한다.

도 3은 다수 FM 도플러 상관기 결과의 재정렬 및 합을 구하는 연산 구조를 도시한 도면이다.

도 3은 각 FM 도플러 상관기에서 상관 필터와 곱하여 더한 값을 정렬시킨 후 합하는 과정만을 나타낸 것이다. 이때, 각 FM 도플러 상관기에 시간지연 τ(i)를 반영시키면 수학식 2와 같이 된다.

수학식 2의 시간 지연된 상관 필터 2M+1개의 s_i＇(n)를 합한 결과 s＇(n)은 수학식 3과 같이 나타난다.

여기서, FM 도플러 상관기의 개수는 2M+1이고, s_i＇(n)의 샘플 개수는 N이며, 상기 M 및 N은 자연수이다.

수학식 3의 s＇(n)는 min(τ(-M), τ(M))에서 N + max(τ(-M), τ(M))사이에서 값을 가지게 되며, 길이는 N + max(τ(-M), τ(M)) - min(τ(-M), τ(M))만큼이 된다. 이때, min(a,b)는 두 수 a, b중 최소값을 의미하며, max(a, b)는 a, b중 최대값을 의미한다. 수학식 3의 s＇(n)을 필터로 하여 s＇(n)의 길이만큼의 수신신호와 상관시킨 결과는 도 3의 각 FM 도플러 상관기의 결과를 재정렬하여 합한 결과와 일치한다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예로서, 본 발명에 따른 상관정렬 합필터를 이용한 FM 표적신호 탐지기 구조도이다.

도 4는 각 FM 도플러 상관기 결과를 재정렬하여 합을 구하여 이용하는 도 2의 결과를, 하나의 상관 정렬 합필터 s＇(n)로 구현한 것이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 통해 얻게 되는 효과를 연산량, 정밀성 및 저장 메모리 관점에서 설명한다.

(1) 연산량 비교

종래 FM 도플러 상관기 결과를 얻기 위해서는 송신신호 s(n)이 시간간격 T(= 1/f_s, f_s ·샘플링주파수) 만큼 N개로 이루어져 있다고 한다면, 표적에 반사되어온 수신신호에 대해 매 검출 시간간격 T마다 각 FM 도플러 상관기는 N번의 MACs을 수행하며 이로부터 2M + 1개의 상관기들은 매 시간간격 T 마다 연산량 (2M + 1)번의 MACs가 요구됨을 설명하였다.

반면, 본 발명을 통해 구현한 상관정렬 합필터를 이용하면, 상관결과를 구해 정렬시키고 합을 구한 연산량은 상관정렬 합필터 s＇(n)의 길이 N + max(τ(-M), τ(M)) - min(τ(-M), τ(M)) 만큼의 MACs가 필요하다. 일 예로, 송신 FM 신호 s(t)가 선형(Linear) FM 신호이고, 시간 변화에 따른 주파수 변화율인 스위 래이트(Seep Rate) m이 양수라고 하면 τ(-M) ＜τ(M)이 된다. 또한, 표적 속도의 변화에 따른 천이 주파수 변화 범위를 중심 주파수 f₀를 기준으로 f₀ - mNT ≤ f ≤ f₀ + mNT라고 한다면 s＇(n)의 신호 길이는 3N만큼의 샘플을 가지게 된다. 또한, 기존 FM 도플러 상관기의 정밀성을 높이기 위해 각 상관기의 변조 주파수 간격 Δf_dc을 시스템이 가질 수 있는 최소간격 mT Hz (샘플시간 당 변화될 수 있는 최소 주파수 변화량)로 하면 FM 도플러 상관기의 개수는 2N + 1이 된다. 이로부터 연산량을 비교하면 다음과 같다:

즉, 종래 2N + 1 개의 상관기 연산량 : (2N + 1)N MACs;

본 발명의 s＇(n) 상관기 연산량 : 3N MACs

요약하여 말하면, 종래 2N + 1개 상관기 연산량은 2N²에 비례하는 반면, 본 발명의 실시 예의 구현 방식을 이용하면 3N에 비례하는 매우 작은 연산량이 요구됨을 알 수 있다.

(2) 고정밀성

종래 FM 도플러 상관기들은 연산기 성능에 따라 변조 주파수 간격 Δf_dc를 최소 간격 mT Hz가 아닌 더 큰 값을 사용하여 연산량을 조절하여 상관기 개수를 조절한다. 하지만, 본 발명 실시 예의 s＇(n)를 이용한 상관기는 s＇(n)의 신호 길이에만 영향을 받으며, 신호 길이는 표적의 속도 변화의 따른 도플러 천이 주파수 범위에 따라 달라진다. 다시 말해 변조 주파수 간격 Δf_dc의 크기를 작게 하거나 크게 하여도 s＇(n)의 신호 길이가 같다면 연산량은 같으며, 본 발명은 같은 연산량으로 Δf_dc가 최소간격으로 하여 표적 속도변화에 따른 정밀한 도플러 천이 주파수 상관이 가능하다.

(3) 저장 메모리 비교

종래 2M + 1개의 FM 도플러 상관기를 이용할 경우, 각 상관기의 계수를 저장하여 사용하기 위해서는 (2M + 1)N × B bits/sample 만큼의 메모리 공간이 필요하나, 본 발명의 실시 예를 이용할 경우에는 s＇(n)의 신호 길이 만큼만 필요하다. 이는 필요 메모리가 종래 FM 도플러 상관기는 MN에 비례하는 반면, 본 발명은 N에 비례하는 양으로 매우 작음을 나타낸다.

이상, 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야에 대한 통상적인 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

1. 매 검출시간 마다 표적 신호를 수신하여, 상기 수신한 표적 신호에 다수의 FM 도플러 상관필터들을 곱하여 다수의 FM 도플러 상관 결과들을 구하고,
   상기 구한 다수의 FM 도플러 상관 결과들 각각에 재정렬을 위한 시간 지연시켜서 재정렬하고,
   상기 시간 지연시켜 재정렬한 상기 다수의 FM 도플러 상관 결과들을 합하여 상기 수신한 표적 신호에 대한 상관정도의 함수를 구하는 동작을 수행하는 상관정렬 합필터와;
   상기 상관정렬 합필터의 결과값과 기 지정한 스케일값을 곱하는 곱셈기와;
   상기 곱셈기의 결과값을 표적의 검출 기준치와 비교하여 표적의 유무 및 표적 위치를 판단하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 FM 표적신호 검출기.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 상관정렬 합필터는
   수학식

   

   
   를 통하여 결과값을 획득하고,
   여기서, s＇(n) 는 상관정렬 합필터이고, τ(i)는 i번째 상관기의 변조 주파수에 따른 상대적인 시간지연이고, i는 각 FM 도플러 상관기의 인덱스(index)를 의미하는 것을 특징으로 하는 FM 표적신호 검출기.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 다수의 FM 도플러 상관필터들의 개수는 2M+1이고,
   상관정렬 합필터의 길이는
   N + max(τ(-M), τ(M)) - min(τ(-M), τ(M)) 이되,
   상기 N은 s'(n)의 샘플 개수를 의미하고, 상기 M 및 N은 자연수인 것을 특징으로 하는 FM 표적신호 검출기.
   
4. 매 검출시간 마다 표적 신호를 수신하여, 상기 수신한 표적 신호에 다수의 FM 도플러 상관필터들을 곱하여지는 다수의 FM 도플러 상관기와;
   상기 다수의 FM 도플러 상관기의 결과값들 각각에 재정렬을 위한 시간 지연시켜는 시간 지연부와;
   상기 시간 지연시켜 재정렬한 상기 다수의 FM 도플러 상관 결과들을 합하여 상기 수신한 표적 신호에 대한 상관정도의 함수를 구하는 연산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 FM 표적신호 검출기에서의 상관정렬 합필터.
   
5. (a) 매 검출시간 마다 표적에 대한 신호를 수신하여, 상기 수신 신호에 다수의 FM 도플러 상관기들을 곱하여 다수의 FM 도플러 상관 결과들을 구하는 단계와;
   (b) 상기 구한 다수의 FM 도플러 상관결과들을 시간 지연시켜서 재정렬하는 단계와;
   (c) 상기 재정렬한 상기 다수의 FM 도플러 상관기들의 결과값을 합하여 상관정도의 함수를 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 FM 표적신호 검출 방법.
   
6. 제5항에 있어서, 상기 (c) 단계에서
   상기 구한 상관정도의 함수에 기 지정한 스케일(S_f)를 곱하는 단계와;
   상기 곱한 결과값을 표적검출 기준값과 비교하여 표적 검출 정보 및 표적 위치를 획득하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 FM 표적신호 검출 방법.
   
7. 제5항에 있어서, 상기 상관정도의 함수는
   수학식

   

   
   를 통하여 결과값을 획득하고,
   여기서, s＇(n) 는 상관정렬 합필터이고, τ(i)는 i번째 상관기의 변조 주파수에 따른 상대적인 시간지연이고, i는 각 FM 도플러 상관기의 인덱스(index)를 의미하는 것을 특징으로 하는 FM 표적신호 검출 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 다수의 FM 도플러 상관기들의 개수는 2M+1이고,
   상기 상관정도의 함수는 상관정렬 합필터이고,
   상기 상관정렬 합필터의 길이는
   N + max(τ(-M), τ(M)) - min(τ(-M), τ(M)) 이되,
   상기 N은 s'(n)의 샘플 개수를 의미하고, 상기 M 및 N은 자연수인 것을 특징으로 하는 FM 표적신호 검출 방법.
   
   
   

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