KR101286060B1 - 적응형 신호 처리 방법 및 그 장치 - Google Patents

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    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications

Abstract

본 명세서는, 탐사하고자 하는 표적으로부터 반사된 복수의 탐사 신호를 획득하는 단계; 상기 복수의 탐사 신호를 각각 직교 신호로 분할하여, 상기 복수의 탐사 신호 각각에 대응하는 복수의 직교 신호들을 형성하는 단계; 상기 복수의 직교 신호들을 동일 성분끼리 중첩하여 복수의 중첩된 직교 신호를 생성하는 단계; 상기 복수의 중첩된 직교 신호의 특정 윈도우 내에서 상기 복수의 중첩된 직교 신호 간 상관도를 계산하는 단계; 및 상기 상관도를 기초로 상기 탐사 신호로부터 상기 표적의 불균일성에 의한 클러터 신호를 제거하고, 표적 신호를 강화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법에 관한 것이다.
또한, 본 명세서는, 탐사하고자 하는 표적으로 신호를 송신하고, 상기 표적으로부터 반사된 신호를 수신하여 복수의 탐사 신호를 형성하는 신호 획득부; 상기 복수의 탐사 신호로부터 상기 표적의 불균일성에 의한 클러터 신호를 제거하고, 표적 신호를 강화하는 신호 처리부; 및 상기 클러터 신호가 제거되고, 표적 신호가 강화된 복수의 탐사 신호를 기초로 영상을 형성하고 출력하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치에 관한 것이다.

Description

적응형 신호 처리 방법 및 그 장치{ADAPTIVE SIGNAL PROCESSING METHOD AND APPARATUS THEREOF}
본 명세서는 적응형 신호 처리 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
최근 산업화가 급속도로 발전하면서, 대상체 내부의 정보를 얻기 위해 무침습 및 비파괴 특성을 지니고 있는 탐사 레이더(Probing Radar) 시스템이 널리 이용되고 있다.
예를 들어, 탐사 레이더 시스템은 고속도로, 교각, 고층 빌딩 등과 같은 대형 인공 구조물의 건설을 위한 지반조사와 구조물의 안전 진단을 비롯하여, 군용으로 지하에 매설된 지뢰의 탐지, 의료 분야에서 암 조직 등을 조기 탐지하기 위한 인체 내부 탐지 및 공항 또는 항만 검색대에서 출입자의 몸에 소지한 물체를 탐지하는 등의 다양한 분야에 사용되고 있다.
탐사 레이더 시스템을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
탐사 레이더 시스템은 우선, 탐사하고자 하는 매질(medium)의 표면에 송수신 안테나를 위치시키고, 송신 안테나를 통하여 건물, 땅 또는 인체 등과 같은 매질에 전자기파(Electromagnetic Wave) 또는 초음파(Ultrasonic Wave) 등의 신호를 보낸다. 그 후, 균열, 매설물 또는 암 조직 등과 같은 표적(target)에서 반사되어 돌아오는 탐사 신호를 수신 안테나로 획득한 뒤, 반사 신호의 후처리 및 분석을 통하여 표적을 탐사한다.
한편, 표적을 탐사하기 위한 탐사 신호는 표적 신호(target signal) 외에 안테나, 매질 표면 또는 매질 내부의 불균일성(inhomogeneity)의 영향에 의해 원치않게 발생하는 클러터 신호(clutter signal)를 포함한다. 일반적으로 표적 신호는 매우 미약한 반면 클러터 신호는 매우 강해서 정확하게 표적을 검출하는데 방해가 되기 때문에, 탐사 신호에서 클러터 신호를 제거하는 것이 필수적이다.
종래에는 클러터 신호 제거를 위해 특정 클러터 신호를 임의의 모델로 가정하거나, 특정 주파수 대역을 필터링하는 방법을 사용하고 있다. 그러나 이러한 방법은 클러터 신호가 표적 신호에 비해 공간적인 변화가 상대적으로 낮은 경우에만 적용이 가능하므로, 안테나 또는 매질 표면의 영향으로 발생하는 클러터 신호는 제거가 가능하지만 매질 내부의 불균일성에 의한 클러터 신호는 제거되지 않는다.
본 명세서는 획득된 탐사 신호에서 매질의 불균일성에 의한 클러터 신호를 제거하고, 원하는 표적 신호를 강화하는 신호 처리 방법 및 그 장치를 제공한다.
또한, 본 명세서는 획득된 탐사 신호를 직교성(orthogonality)을 갖는 복수의 신호에 대한 중첩(superposition)으로 나타내고, 중첩 신호들간의 상관도(correlation)를 평가하여, 상관도에 따라 클러터 신호와 표적 신호를 분리하고, 클러터는 저감하면서 표적신호는 강화하는 신호 처리 방법 및 그 장치를 제공한다.
본 명세서에 개시된 신호 처리 방법은, 탐사하고자 하는 표적으로부터 반사된 복수의 탐사 신호를 획득하는 단계, 상기 복수의 탐사 신호를 각각 직교 신호로 분할하여, 상기 복수의 탐사 신호 각각에 대응하는 복수의 직교 신호들을 형성하는 단계, 상기 복수의 직교 신호들을 동일 성분끼리 중첩하여 복수의 중첩된 직교 신호를 생성하는 단계, 상기 복수의 중첩된 직교 신호의 특정 윈도우 내에서 상기 복수의 중첩된 직교 신호 간 상관도를 계산하는 단계, 및 상기 상관도를 기초로 상기 탐사 신호로부터 상기 표적의 불균일성에 의한 클러터 신호를 제거하고, 표적 신호를 강화하는 단계를 포함 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 클러터 신호를 제거하고, 표적 신호를 강화하는 단계는, 상기 상관도가 기 결정된 문턱값을 초과하는지 판단하는 단계, 및 상기 판단 결과 상기 상관도가 문턱값을 초과하는 경우, 상기 윈도우를 구성하는 픽셀 전체의 신호 값을 상기 복수의 중첩된 직교 신호의 평균 값으로 설정하고, 상기 상관도가 문턱값을 초과하지 않는 경우, 상기 신호 값을 0으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 특정 윈도우 및 상기 문턱값을 입력받는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 클러터 신호가 제거되고, 표적 신호가 강화된 상기 탐사 신호를 기초로 상기 표적의 탐사 결과를 영상으로 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 신호 처리 장치는, 탐사하고자 하는 표적으로 신호를 송신하고, 상기 표적으로부터 반사된 신호를 수신하여 복수의 탐사 신호를 형성하는 신호 획득부, 상기 복수의 탐사 신호로부터 상기 표적의 불균일성에 의한 클러터 신호를 제거하고, 표적 신호를 강화하는 신호 처리부, 및 상기 클러터 신호가 제거되고, 표적 신호가 강화된 복수의 탐사 신호를 기초로 영상을 형성하고 출력하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호 처리부는, 상기 복수의 탐사 신호를 각각 직교 신호로 분할하여, 상기 복수의 탐사 신호 각각에 대응하는 복수의 직교 신호들을 형성하고, 상기 복수의 직교 신호들을 동일 성분끼리 중첩하여 복수의 중첩된 직교 신호를 생성하는 직교 신호 분할 처리부, 상기 복수의 중첩된 직교 신호의 특정 윈도우 내에서 상기 복수의 중첩된 직교 신호 간 상관도를 계산하는 신호 상관도 조사부, 및 상기 상관도를 기초로 상기 탐사 신호로부터 상기 표적의 불균일성에 의한 클러터 신호를 제거하고, 표적 신호를 강화하는 클러터 신호 제거 및 표적 신호 강화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 클러터 신호 제거 및 표적 신호 강화부는, 상기 상관도가 기 결정된 문턱값을 초과하는지 판단하고, 상기 판단 결과 상기 상관도가 문턱값을 초과하는 경우, 상기 윈도우를 구성하는 픽셀 전체의 신호 값을 상기 복수의 중첩된 직교 신호의 평균 값으로 설정하고, 상기 상관도가 문턱값을 초과하지 않는 경우, 상기 신호 값을 0으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 윈도우 및 상기 문턱값(threshold)을 입력받는 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에 개시된 적응형 신호 처리 방법 및 그 장치에 따르면, 매질의 불균일성이 탐사 수행시마다 심하게 변동하더라도 환경 변화에 적응하며 클러터 신호와 표적 신호 간 상관도를 계산할 수 있으므로, 상관도를 기초로 클러터 신호와 표적 신호를 분리한 후 클러터는 제거하면서 표적신호를 강화할 수 있으므로 표적의 탐사율을 증대할 수 있다.
또한, 본 명세서에 개시된 적응형 신호 처리 방법 및 그 장치에 따르면, 상관도에 따라 클러터 신호와 표적 신호를 반복 계산 없이 분리할 수 있으므로, 처리속도가 빨라 실시간 신호 처리 기법으로 적용할 수 있어 효율적으로 표적을 탐사할 수 있다.
본 명세서에 개시된 적응형 신호 처리 방법 및 그 장치에 따르면, 표적 탐지의 정확도를 향상시켜 불균일한 지하에 매설된 파이프, 지뢰 등의 탐지뿐만 아니라, 대표적인 불균일 매질인 인체 내부에서 미세한 암 조직을 발견하기 위한 의료 영상 시스템 및 다양한 탐사 레이더 시스템에 응용될 수 있다.
도 1은 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 신호 처리 장치의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 신호 처리 장치의 신호 처리부의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 신호 처리 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 신호 처리 장치가 획득한 탐사 자료의 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 신호 처리 장치가 탐사 신호를 복수의 직교 신호로 분할한 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 신호 처리 장치가 복수의 직교 신호를 중첩한 결과의 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 신호 처리 장치가 원치 않는 클러터 신호는 제거하고, 원하는 표적 신호를 강화한 결과의 예를 나타낸 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다." 또는 "포함한다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 신호 처리 장치의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 상기 신호 처리 장치(100)는 입력부(110), 신호 획득부(120), 신호 처리부(130) 및 디스플레이부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 입력부(110)는 사용자가 상기 신호 처리 장치(100)의 동작 제어를 위한 입력 데이터를 발생시킨다. 상기 입력부(110)는 키 패드(key pad) 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(정압/정전), 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예에 따르면, 상기 입력부(110)는 사용자로부터 클러터 신호와 표적 신호를 분리할 공간 영역의 최대 범위를 입력받을 수 있다. 또한, 상기 입력부(110)는 사용자로부터 윈도우(window) 및 상관도의 문턱값(threshold)을 입력받을 수 있다.
상기의 값들은 상기 신호 처리 장치(100) 설계 시 사용자의 입력과 무관하게 최적의 값으로 미리 정해질 수 있으며, 이 경우 상기 입력부(110)는 별도로 구비되지 않을 수 있다.
상기 신호 획득부(120)는 탐사하고자 하는 표적으로 신호를 송신하고, 상기 표적으로부터 반사된 탐사 신호를 수신한다. 상기 신호 획득부(120)는 상기 송신 신호 또는 탐지 신호의 송수신을 처리하기 위한 복수의 변환 소자(transducer element)를 포함할 수 있다.
상기 신호 획득부(120)는 상기 표적으로 송신할 송신 신호를 형성할 수 있다. 상기 송신 신호는 상기 표적을 탐지하는 동안 순차적 및 반복적으로 형성되고, 상기 표적을 탐사하고자 하는 관심 영역으로 송신될 수 있다.
또한, 상기 신호 획득부(120)는 상기 형성된 송신 신호를 전자기파 또는 초음파로 변환하여 상기 표적에 송신하고, 상기 표적으로부터 반사되는 반사 신호를 수신할 수 있다. 상기 신호 획득부(120)는 상기 표적을 탐지하는 동안 상기 순차적으로 형성되는 송신 신호에 따라 상기 반사 신호의 수신을 순차적 및 반복적으로 수행하여 복수의 반사 신호를 형성할 수 있다. 이를 위해, 상기 신호 획득부(120)는 안테나 또는 반사파 프로브(prob)로 구성될 수 있다.
상기 신호 획득부(120)는 상기 복수의 반사 신호를 이용하여 상기 표적을 탐지하고자 하는 관심 영역을 영상으로 나타내는 각 픽셀에 대응하는 복수의 탐지 신호를 형성할 수 있다. 상기 신호 획득부(120)는 상기 복수의 탐지 신호로 구성된 탐사 자료를 상기 신호 처리부(130)로 전송할 수 있다.
상기 신호 처리부(130)는 상기 신호 획득부(120)에서 형성된 상기 복수의 탐사 신호로부터 안테나 또는 지표면의 영향뿐만 아니라 지하의 불균일성에 의한 클러터 신호를 제거한다.
상기 신호 처리부(130)는 상기 신호 획득부(120)에서 탐사 자료를 획득할 수 있다. 상기 신호 처리부(130)는 상기 복수의 탐사 신호를 분석하고, 분석 결과에 따라 직교 신호 분할, 상관도 조사 및 표적 신호 강화를 수행하여 클러터 신호를 제거하여 표적 신호만을 출력할 수 있다.
상기 신호 처리부(130)의 구체적인 구성에 대하여는 하기에서 도 2를 참조하여 설명한다.
본 명세서에 개시된 신호 처리 장치(100)는 디스플레이부(140)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 디스플레이부(140)는 상기 신호 처리부(130)에 의해 클러터 신호가 제거된 신호를 기초로 표적 영상을 형성하고, 그 결과를 표시(출력)한다.
상기 디스플레이부(140)는 상기 신호 처리부(130)에 의해 클러터 신호가 제거 된 신호를 입력받아 보정, 분해능 조정 및 파형 분석 등을 통하여 최적의 결과 영상을 표시할 수 있다. 이때, 상기 결과는 이미지, 그래프 또는 도표 등의 형태로 표시할 수 있다.
상기 신호 처리 장치(100)는 상기 디스플레이부(140)를 통하여 영상을 표시하기 위해, 이미지 출력 가능한 프로그램(예를 들어, 보정 기능, 분해능 조정 기능, 파형 분석 기능이 수록된 프로그램 등)을 저장할 수 있다.
상기 디스플레이부(140)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 디스플레이부(140)는 상기 신호 처리 장치(100)의 구현 형태에 따라 2개 이상 존재할 수 있다.
상기 디스플레이부(140)와 터치 동작을 감지하는 센서(이하, '터치 센서'라 함)가 상호 레이어 구조를 이루는 경우(이하, '터치 스크린'이라 함)에, 상기 디스플레이부(140)는 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있다.
본 명세서에 개시된 신호 처리 장치(100)는 저장부(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 저장부는 상기 신호 처리 장치(100)의 기능을 수행하는 모듈을 포함하는 소프트웨어 컴포넌트들을 저장할 수 있다. 또한, 상기 저장부는 신호 처리와 관련된 프로그램을 저장할 수 있다.
또한, 상기 저장부는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 xD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
상기 저장부는 상기 신호 처리 장치(100)의 설계 시 기 설정되거나, 사용자로부터 상기 입력부(110)를 통해 입력받은 클러터 신호와 표적 신호를 분리할 공간 영역의 최대 범위, 윈도우(window) 및 상관도의 문턱값(threshold)을 저장할 수 있다.
또한, 상기 저장부는 상기 신호 처리부(130)에서 처리되는 신호의 중간 단계에서 형성되는 데이터들, 예를 들어, 상기 신호 획득부(120)를 통해 형성된 상기 탐사 신호, 복수의 직교 신호, 복수의 중첩 신호 및 상관도 등을 저장할 수 있다.
도 1에 도시한 신호 처리 장치(100)의 구성 요소가 모두 필수 구성 요소인 것은 아니며, 도 1에 도시한 구성 요소보다 많거나 적은 구성 요소에 의해 신호 처리 장치(100)가 구현될 수 있다.
도 2는 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 신호 처리 장치의 신호 처리부의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 상기 신호 처리부(130)는 직교 신호 분할 처리부(131), 신호 상관도 조사부(132) 및 클러터 신호 제거 및 표적 신호 강화부(133)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 직교 신호 분할 처리부(131)는 상기 신호 획득부(120)에서 형성된 상기 복수의 탐사 신호를 각각 직교(orthogonal) 신호로 분할하여 복수의 직교 신호를 형성할 수 있다. 상기 직교 신호 분할 처리부(131)는 상기 탐사 신호를 복수의 직교 신호로 분할하기 위해, 다양한 직교 변환(orthogonal transform)을 이용할 수 있다. 상기 직교 변환은, 상기 표적에 송신하는 송신 신호의 특성에 따라 푸리에 변환(Fourier transform), 웨이블릿 변환(Wavelet transform), 고유영상변환(Eigenimage Transform) 또는 영상 분할(Image Segmentation) 기법 등을 이용하여 수행될 수 있다.
또한, 상기 직교 신호 분할 처리부(131)는 상기 복수의 탐사 신호 각각에 대해 형성된 상기 복수의 직교 신호를 각 성분별로 중첩하여, 복수의 중첩된 직교 신호, 즉 복수의 중첩 신호를 생성할 수 있다.
상기 신호 상관도 조사부(132)는 상기 복수의 중첩 신호, 즉 복수의 중첩된 직교 신호 간의 상관도를 계산한다. 상기 상관도는 상기 중첩 신호의 조합 방식에 따라 1차원, 2차원 또는 3차원 영역에 대하여 계산될 수 있다.
또한, 상기 신호 상관도 조사부(132)는 상기 복수의 중첩 신호의 특정 윈도우 즉, 특정 영역에 대하여 상기 상관도를 계산할 수 있다. 상기 윈도우는 상기 신호 처리 장치(100)의 설계 시 기 설정되어 저장되거나, 사용자에 의해 입력받을 수 있다.
상기 클러터 신호 제거 및 표적 신호 강화부(133)는 상기 상관도를 기초로 상기 탐사 신호로부터 상기 클러터 신호를 제거한다. 상기 클러터 신호 제거 및 표적 신호 강화부(133)는 상기 상관도가 문턱값을 초과하는 경우, 해당 윈도우를 표적으로 판단하여 상기 윈도우를 구성하는 픽셀의 신호 값을 상기 복수의 중첩 신호의 평균값으로 설정할 수 있다. 반면, 상기 클러터 신호 제거 및 표적 신호 강화부(133)는 상기 상관도가 문턱값 이하인 경우, 해당 윈도우를 클러터로 판단하여 상기 신호 값을 0으로 설정하여 제거할 수 있다.
도 2에 도시한 신호 처리부(130)의 구성 요소가 모두 필수 구성 요소인 것은 아니며, 도 2에 도시한 구성 요소보다 많거나 적은 구성 요소에 의해 신호 처리부(130)가 구현될 수 있다.
이하에서는, 상기 신호 처리부(130)의 보다 구체적인 동작을 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 명세서에 개시된 실시 예에 따른 신호 처리 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3을 참조하면 먼저, 상기 신호 처리 장치(100)는 탐사 신호를 복수의 직교 신호로 분할한다(s311).
상기 신호 처리 장치(100)는 상기 신호 획득부(120)로부터 도 4에 도시된 바와 같은 상기 탐사 자료(400)를 획득할 수 있다. 도 4를 참조하면, 상기 탐사 자료(400)는 전자파를 이용하여 불균일한 지하 매질 속에 매설된 파이프를 촬영한 결과를 예로 든다. 상기 탐사 자료(400)는 복수의 탐사 신호(410, 420, 430)를 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 상기 탐사 자료(400)의 가로축은 상기 신호 처리 장치(100)의 수평 이동 거리(단위 : m)를, 세로축은 상기 신호 처리 장치(100)의 수신신호의 응답 시간(단위 : ns)을 나타낸다. 또한 탐사 대상 매질에서의 파동의 전달 속도를 알고 있는 경우에는 상기 세로축을 깊이(단위: m)로 환산하여 나타낼 수 있다.
상기 신호 처리 장치(100)는 상기 복수의 탐사 신호(410, 420, 430)를 각각 대하여, 도 5에 도시된 바와 같이 직교 신호(411 내지 414)로 분할하여 복수의 직교 신호(411 내지 414, 421 내지 424, 431 내지 434)를 형성할 수 있다. 직교 신호란, 복수의 신호 간 내적(Inner Product)의 연산 결과가 0인 신호, 즉 상호 독립적인 신호를 말한다.
상기 신호 처리 장치(100)는 다양한 직교 변환, 예를 들어 상기 표적에 송신하는 송신 신호의 특성에 따라 푸리에 변환(Fourier transform), 웨이블릿 변환(Wavelet transform), 고유영상변환 (Eigenimage Transform) 또는 영상 분할(Image Segmentation) 기법 등을 이용하여 상기 직교 신호(411 내지 414)를 형성할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 신호 처리 장치(100)는 상기 복수의 탐사 신호(410, 420, 430) 각각에 다양한 직교 분할 기법을 사용하여 상기 직교 신호(411 내지 414)를 형성할 수 있다. 도 5에 도시된 각각의 영상은 상기 복수의 탐사 신호(410, 420, 430) 중 하나의 탐사 신호(410)를 분할하여 형성된 상기 직교 신호(411 내지 414)를 가시화하여 형성된 직교 영상들을 나타낸다.
그 다음, 상기 신호 처리 장치(100)는 상기 복수의 직교 신호(411 내지 414, 421 내지 424, 431 내지 434)를 서로 다른 개수로 중첩하여 복수의 중첩 신호(500)를 생성한다(s312).
상기 신호 처리 장치(100)는 상기 복수의 직교 신호(411 내지 414, 421 내지 424, 431 내지 434)를 각 성분별로 중첩하여, 도 6에 도시된 바와 같이 복수의 중첩된 직교 신호(501 내지 504), 즉 중첩 신호(500)를 생성할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 각각의 탐사 신호(410)는 복수의 직교 신호(411 내지 414)로 분할되고, 분할된 각각의 직교 신호(411 내지 414)를 하나의 성분이라 할 수 있다. 상기 복수의 탐사 신호(410, 420, 430)는 동일한 방법에 의해 상기 복수의 직교 신호(411 내지 414, 421 내지 424, 431 내지 434)로 분할되므로, 상기 복수의 직교 신호(411 내지 414, 421 내지 424, 431 내지 434)는 동일한 성분을 갖게 된다.
따라서, 상기 신호 처리 장치(100)는 상기 복수의 직교 신호(411 내지 414, 421 내지 424, 431 내지 434)를 동일 성분(예를 들어, 411과 421과 431) 별로 중첩하여, 복수의 중첩된 직교 신호(501 내지 504)를 생성할 수 있다.
이와는 별도로, 상기 신호 처리 장치(100)는 클러터 신호와 표적 신호를 분리할 공간 영역의 최대 범위를 지정한다(s321).
상기 신호 처리 장치(100)는 상기 신호 처리 장치(100)가 탐사하고자 하는 표적이 매설된 매질의 전체 탐사 영역 중, 상기 표적을 정확하기 탐사하기 위해 클러터 신호와 표적 신호를 분리할 최대 공간 영역을 지정할 수 있다. 이는, 상기 신호 처리 장치(100)가 상기 탐사 신호의 지나치게 방대한 데이터를 처리하게 되는 과부하를 막는다.
그리고 상기 신호 처리 장치(100)는 윈도우와 문턱값을 결정한다(s322).
상기 신호 처리 장치(100)는 상기 중첩 신호(500)를 구성하는 복수의 중첩된 직교 신호(501 내지 504) 전체 영역 중, 각각의 중첩된 직교 신호를 비교하여 상관도를 계산할 특정 영역, 즉 윈도우를 결정할 수 있다.
상기 윈도우는 좁을수록 표적 탐사의 정확도가 향상되나, 처리해야 할 데이터의 양이 많아지므로, 표적 탐사의 오차를 줄이는 필요한 최대 크기로 결정할 수 있다.
또한, 상기 신호 처리 장치(100)는 상기 윈도우가 표적인지 클러터인지 결정하기 위한 임계 수치를 나타내는 문턱값을 결정할 수 있다.
상기 문턱값이 너무 작으면 표적을 클러터로 잘못 판단할 수 있고, 상기 문턱값이 너무 크면 클러터를 효율적으로 제거할 수 없으므로, 상기 문턱값은 클러터와 표적을 정확하게 판단하기 위해 적절한 값으로 결정할 수 있다.
상기 윈도우와 상기 문턱값은 상기 신호 처리 장치(100) 설계 시 최적의 값으로 미리 결정되거나, 사용자의 입력에 의해 결정될 수 있다.
그 후, 상기 신호 처리 장치(100)는 특정 윈도우 내에서 상기 중첩 신호(500)를 이루는 직교 신호(501 내지 504) 간 상관도를 계산한다(s330).
상기 신호 처리 장치(100)는 상기 중첩 신호(500)를 구성하는 복수의 중첩된 직교 신호(501 내지 504)에 대하여 특정 윈도우마다 상기 복수의 중첩된 직교 신호(501 내지 504) 간 상관도를 계산할 수 있다.
상기 상관도는 복수의 서로 다른 신호 간 상관성 또는 유사성을 나타내는 것으로, 상기 탐사 자료(400)의 조합 방식에 따라 1차원, 2차원 또는 3차원 영역에 대하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 상기 탐사 자료(400)가 2차원 데이터 조합 방식을 갖는 경우, 상기 신호 처리 장치(100)는 다양한 2차원 함수를 사용하여 상기 윈도우 내의 수평 및 수직 방향 분포에 따른 상관도를 계산할 수 있다. 예를 들어, 상기 2차원 함수는 2차원 가우스 함수일 수 있다.
그 다음, 상기 신호 처리 장치(100)는 상기 상관도가 상기 문턱값을 초과하는지 판단한다(s340).
상기 상관도는 상기 윈도우가 표적인 경우, 상기 탐사 신호(410)를 구성하는 복수의 직교 신호(411 내지 414)가 서로 유사하여 상관도가 높다. 반면, 상기 윈도우가 클러터인 경우, 매질의 불균일성에 의해 상기 탐사 신호(410)를 구성하는 복수의 직교 신호(411 내지 414)가 서로 유사하지 않아 상관도가 낮다.
따라서, 상기 표적과 상기 클러터를 구별하기 위해 상기 신호 처리 장치(100)는 적절하게 결정된 상기 문턱값을 기준으로 상기 상관도가 상기 문턱값을 초과하는지 판단할 수 있다.
상기 상관도가 상기 문턱값을 초과하는 경우, 상기 신호 처리 장치(100)는 상기 윈도우를 구성하는 픽셀의 신호 값을 상기 중첩 신호(500)의 평균값으로 설정한다(s351).
상기 신호 처리 장치(100)는 상기 상관도가 상기 문턱값을 초과하는 경우, 상기 윈도우 내에는 표적이 존재하는 것으로 결정할 수 있다. 따라서 상기 윈도우 내의 전체 픽셀의 신호 값을 상기 중첩 신호(500)의 평균값으로 설정하여, 상기 윈도우 내의 탐사 신호에 포함된 일부 클러터의 영향을 최소화할 수 있다.
상기 상관도가 상기 문턱값을 초과하지 않는 경우, 상기 신호 처리 장치(100)는 상기 윈도우를 구성하는 픽셀의 신호 값을 0으로 설정한다(s352).
상기 신호 처리 장치(100)는 상기 상관도가 상기 문턱값을 초과하지 않는 경우, 상기 윈도우 내에는 표적이 존재하지 않고 매질의 불균일성에 의한 클러터가 존재하는 것으로 결정할 수 있다. 따라서 상기 윈도우 내의 전체 픽셀의 신호 값을 0으로 설정하여, 클러터를 제거할 수 있다.
마지막으로, 상기 신호 처리 장치(100)는 클러터 신호가 제거된 결과 신호(600)를 출력한다(s360).
상기 신호 처리 장치(100)는 표적으로 판단된 픽셀의 신호 값과 클러터로 판단된 픽셀의 0인 신호 값을 조합하여, 도 7에 도시된 바와 같이 클러터가 제거된 결과 신호(600)를 출력할 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 결과 신호(600)는 클러터가 제거되고 원하는 표적의 영상만을 선택적으로 추출해낸 결과를 나타낼 수 있다.
상기와 같은 신호 처리 방법은 도 3에 나타난 과정에 의해 수행되는 것이 일반적이나 당업자가 실시 가능한 범위 내에서 구성 요소 또는 실시 과정에 일부 변경이 있을 수 있다.
또한, 도 4 내지 도 7은 상기 신호 처리 장치(100)가 지하에 매설된 표적을 탐지하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 상기 신호 처리 방법은 이에 한정되지 않고, 상기 신호 처리 장치(100)가 인체 내부를 탐지하는 의료 장치를 포함하여 다양한 목적으로 사용되는 탐지 장치를 위하여 적용될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석 되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 신호 처리 장치
110: 입력부
120: 신호 획득부
130: 신호 처리부
140: 디스플레이부

Claims (8)

  1. 탐사하고자 하는 표적으로부터 반사된 복수의 탐사 신호를 획득하는 단계;
    상기 복수의 탐사 신호를 각각 직교 신호로 분할하여, 상기 복수의 탐사 신호 각각에 대응하는 복수의 직교 신호들을 형성하는 단계;
    상기 복수의 직교 신호들을 동일 성분끼리 중첩하여 복수의 중첩된 직교 신호를 생성하는 단계;
    상기 복수의 중첩된 직교 신호의 특정 윈도우 내에서 상기 복수의 중첩된 직교 신호 간 상관도를 계산하는 단계; 및
    상기 상관도를 기초로 상기 탐사 신호로부터 상기 표적의 불균일성에 의한 클러터 신호를 제거하고, 표적 신호를 강화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 클러터 신호를 제거하고, 표적 신호를 강화하는 단계는,
    상기 상관도가 기 결정된 문턱값을 초과하는지 판단하는 단계; 및
    상기 판단 결과 상기 상관도가 문턱값을 초과하는 경우, 상기 윈도우를 구성하는 픽셀 전체의 신호 값을 상기 복수의 중첩된 직교 신호의 평균 값으로 설정하고, 상기 상관도가 문턱값을 초과하지 않는 경우, 상기 신호 값을 0으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 특정 윈도우 및 상기 문턱값을 입력받는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 클러터 신호가 제거되고, 표적 신호가 강화된 상기 탐사 신호를 기초로 상기 표적의 탐사 결과를 영상으로 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.
  5. 탐사하고자 하는 표적으로 신호를 송신하고, 상기 표적으로부터 반사된 신호를 수신하여 복수의 탐사 신호를 형성하는 신호 획득부;
    상기 복수의 탐사 신호를 각각 직교 신호로 분할하여, 상기 복수의 탐사 신호 각각에 대응하는 복수의 직교 신호들을 형성하고, 상기 복수의 직교 신호들을 동일 성분끼리 중첩하여 복수의 중첩된 직교 신호를 생성하는 직교 신호 분할 처리부;
    상기 복수의 중첩된 직교 신호의 특정 윈도우 내에서 상기 복수의 중첩된 직교 신호 간 상관도를 계산하는 신호 상관도 조사부;
    상기 상관도를 기초로 상기 탐사 신호로부터 상기 표적의 불균일성에 의한 클러터 신호를 제거하고, 표적 신호를 강화하는 클러터 신호 제거 및 표적 신호 강화부; 및
    상기 클러터 신호가 제거되고, 표적 신호가 강화된 복수의 탐사 신호를 기초로 영상을 형성하고 출력하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서, 상기 클러터 신호 제거 및 표적 신호 강화부는,
    상기 상관도가 기 결정된 문턱값을 초과하는지 판단하고, 상기 판단 결과 상기 상관도가 문턱값을 초과하는 경우, 상기 윈도우를 구성하는 픽셀 전체의 신호 값을 상기 복수의 중첩된 직교 신호의 평균 값으로 설정하고, 상기 상관도가 문턱값을 초과하지 않는 경우, 상기 신호 값을 0으로 설정하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 윈도우 및 상기 문턱값을 입력받는 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
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