KR101345748B1 - 무선주파수 신호의 방향 추정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

실내 공간에서 사용자가 휴대하면서 임의의 송신장치로부터 방사되는 무선주파수 신호의 발생 위치를 직관적으로 추정할 수 있는 장치 및 방법을 제시한다. 제시된 장치는 무선주파수 신호를 수신하는 안테나, 상기 안테나의 지향 방향 변화에 따라 그에 상응하는 지향 방향 및 지향 각도 정보를 생성하는 전자나침반, 상기 안테나의 지향 방향 변화에 따른 상기 안테나의 수신신호 및 상기 전자나침반의 정보를 근거로 상기 안테나의 지향 각도별 수신신호 강도값을 결정하고 상기 지향 각도별 수신신호 강도값중에서 최대 수신신호 강도값을 추출하여 상기 최대 수신신호 강도값 및 그에 상응하는 지향 방향을 저장하는 제어부, 및 상기 제어부의 제어에 의해 상기 지향 각도별 수신신호 강도값 및 상기 지향 각도별 수신신호 강도값의 궤적을 표시하는 표시부를 포함한다.

Description

무선주파수 신호의 방향 추정 장치 및 방법{Apparatus and method for estimating direction of radio frequency signal}
본 발명은 무선주파수 신호의 방향 추정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지향성 안테나 및 전자나침반을 이용하여 방향 추정대상인 임의의 송신장치로부터 방사되는 무선주파수 신호의 방향을 추정하도록 하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선주파수 신호의 방향추정 관련 기술은 RF 수신장치를 이용하여 신호의 세기를 기반으로 하는 방법, 신호의 세기와 위상을 이용하는 방법, 다중 안테나 또는 다중 측정점에서의 신호 세기 또는 위상의 비교 결과를 이용하는 방법 등이 있다.
전파관리, 국방 분야 등에서는 정밀한 방향탐지 성능이 필요하므로 대역별 특성이 우수한 안테나, 고감도 수신장치, 다양한 측정 데이터 보정 및 신호처리 과정이 포함되는 방향탐지 알고리즘을 구현해야 한다. 보다 상세하게는, 통상의 방향탐지 알고리즘은 루프안테나와 다이폴안테나 등 두 개 이상의 안테나를 배열하여 각각의 안테나로 수신되는 무선주파수 신호의 진폭과 위상을 추출하고 상관형 벡터, MUSIC(Multiple Signal Classification), ML(Maximum Likelihood) 등의 초분해능 알고리즘을 이용하여 정확한 도래방향을 계산한다.
일반적으로, 아날로그 수신장치로 무선주파수 신호를 수신하여 특정 중간주파수(IF) 신호로 변환한 뒤, 아날로그/디지털변환(ADC) 과정을 거쳐 고속푸리에변환(FFT)을 수행하여 진폭과 위상을 추출한 뒤 상술한 방향탐지 알고리즘을 적용하는 것이 전통적인 방법이다. 이러한 전통적인 방법은 디지털 신호처리를 이용한 알고리즘이라고 할 수 있다. 이러한 디지털 신호처리를 이용한 알고리즘 방식은 탐지 영역에 대한 측정데이터의 변환, 계산, 판단 등을 수행할 수 있는 전용 디바이스 및 소프트웨어를 탐지장비에 구현해 두어야만 한다.
한편, 실내공간에서 간이 측정을 통한 즉각적인 방향추정이 필요한 불법신호 탐지업무 현장에서는 상술한 디지털 신호처리를 이용한 알고리즘 방식보다는 안테나의 지향 방향에 따른 수신신호 세기의 비교를 통한 직관적인 방향추정 방식이 탐지시스템 구현복잡도 감소와 사용자 편의 측면에서 장점을 가질 것이다. 그러나, 일반적으로 실내 환경에서 전자파의 전파 특성은 벽, 천장과 바닥 및 가구물 등에 의해 다중경로를 통한 반사파가 혼재하는 상황으로서 방향추정을 함에 있어 오탐율이 높다.
선행기술로는 대한민국 등록특허 1071202호(광대역 신호의 방향 탐지 장치 및 방법)의 내용이 있다. 대한민국 등록특허 1071202호에 개시된 장치는 안테나를 통해 광대역 신호를 수신하여 적어도 하나 이상의 협대역 신호를 추출하고, 추출된 협대역 신호를 주파수 변환하여 IF(intermediate frequency) 신호를 출력하는 광대역 수신부; 협대역 채널별로 마련된 A/D 컨버터(analog/digital converter)와 PDC(programmable digital downconverter)를 통하여 상기 출력된 IF 신호로부터 I/Q(Inphase/Quadrature) 데이터를 추출하여 출력하는 데이터 추출부; 상기 출력된 I/Q 데이터에 대해 FFT(fast fourier transform)를 수행하여 상기 협대역 신호의 진폭 또는 위상을 추출하는 FFT 수행부; 및 상기 추출된 진폭 또는 위상을 이용하여 방향 탐지 알고리즘을 수행하여 적어도 하나 이상의 협대역 신호의 도래 방향을 동시에 탐지하는 방향 탐지부를 포함한다. 그 대한민국 등록특허 1071202호에 개시된 발명에 따르면, 광대역 신호를 수신하여 FFT를 수행함으로써 협대역 신호를 분리하여 방향 탐지할 수 있고, 한정된 개수의 안테나를 이용하더라도 협대역 신호의 개수에 무관하게 동시에 방향 탐지를 수행할 수 있다. 이와 같은 대한민국 등록특허 1071202호에 개시된 발명은 휴대용 방향 탐지 장치를 목표로 한 것이 아니고 2개 이상의 안테나를 사용하여 방향 탐지 알고리즘 수행 및 데이터 보정 과정 등을 통한 방향 탐지에 초점을 맞춘 기술이다. 그리고, 그 대한민국 등록특허 1071202호에 개시된 발명은 정밀한 방향 탐지 성능 구현을 위해 IF신호로부터 I/Q(integer/quadrature) 데이터 추출, 방향 탐지 알고리즘 수행 등을 행하는 방향 탐지 전용의 하드웨어 및 소프트웨어의 구현이 필요하다.
다른 선행기술로는 대한민국 등록특허 1174443호(위치파악장치)의 내용이 있다. 대한민국 등록특허 1174443호에 개시된 장치는 차량에 설치되어 신호를 송출하는 무선주파수송신부; 및 위치파악의 대상인 상기 차량으로부터 신호를 무선으로 수신하는 지향성 수신안테나와, 상기 지향성 수신안테나에서 수신한 신호의 세기를 측정하는 수신세기 검출부, 상기 지향성 수신안테나가 놓인 방향을 탐지하는 지자기 센서 및 상기 수신세기 검출부에서 측정한 신호의 세기를 표시하는 표시부를 포함하여 상기 표시부에서 상기 수신세기 검출부에서 측정한 신호의 세기와 함께 상기 지자기센서에서 탐지한 지향성 수신안테나가 놓인 방향을 표시하고, 상기 차량이 두 개 이상인 경우 상기 지향성 수신안테나에서 상기 두 개 이상의 차량 중 어느 하나로부터 신호를 수신하는 경우 목적물을 식별하는 정보를 더 수신하고, 상기 표시부에서 상기 수신세기 검출부에서 측정한 신호의 세기와 함께 상기 차량을 식별하는 정보를 표시하는 휴대용 위치파악장치;를 포함한다. 그 대한민국 등록특허 1174443호에 개시된 발명에 따르면 위치파악이 필요한 물건의 위치를 별도의 장비나 이동통신 단말기를 통해 파악할 수 있다. 이와 같은 대한민국 등록특허 1174443호에 개시된 발명은 차량 등에 미리 설치된 송신기와 무선통신을 하여 위치파악을 하는 것으로서, 목적물과 위치파악장치간의 무선통신을 전제로 하므로 특정 통신 주파수 대역에 대해서만 방향 탐지가 가능하다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 실내 공간에서 사용자가 휴대하면서 임의의 송신장치로부터 방사되는 무선주파수 신호의 발생 위치를 직관적으로 추정할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 무선주파수 신호의 방향 추정 장치는. 무선주파수 신호를 수신하는 안테나; 상기 안테나의 지향 방향 변화에 따라 그에 상응하는 지향 방향 및 지향 각도 정보를 생성하는 전자나침반; 상기 안테나의 지향 방향 변화에 따른 상기 안테나의 수신신호 및 상기 전자나침반의 정보를 근거로 상기 안테나의 지향 각도별 수신신호 강도값을 결정하고, 상기 지향 각도별 수신신호 강도값중에서 최대 수신신호 강도값을 추출하여 상기 최대 수신신호 강도값 및 그에 상응하는 지향 방향을 저장하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 의해 상기 지향 각도별 수신신호 강도값 및 상기 지향 각도별 수신신호 강도값의 궤적을 표시하는 표시부;를 포함한다.
상기 표시부는 상기 지향 각도별 수신신호 강도값을 숫자, 바그래프, 및 극좌표 형태중에서 하나 이상으로 표시한다.
상기 표시부는 상기 안테나의 움직임에 따른 지향 방향을 지시하는 지시선을 극좌표에 표시한다.
상기 무선주파수 신호의 도래방향을 추정하는 모드의 시작 및 종료를 설정하는 모드 설정부를 추가로 포함하고, 상기 제어부는 상기 모드 설정부에서의 설정에 따라 작동한다.
상기 표시부는 상기 무선주파수 신호의 도래방향을 추정하는 모드가 종료되면 측정시간 동안의 상기 지향 각도별 수신신호 강도값의 궤적 및 상기 최대 수신신호 강도값의 방향을 가리키는 지시선을 극좌표 형태로 표시한다.
상기 제어부는 상기 안테나의 수신신호를 케이블을 통해 입력받는 스펙트럼 분석기와 연결되고, 상기 제어부는 상기 스펙트럼 분석기로부터 지향 각도별로 다수의 수신신호강도를 수신하여 평균값을 계산하고 상기 계산된 평균값을 해당 지향 각도의 수신신호 강도값으로 결정한다.
상기 케이블은, 케이블 몸체, 상기 케이블 몸체의 일측에 설치되고 상기 안테나의 임피던스와의 정합을 위한 RF커넥터, 및 상기 케이블 몸체의 일측에 설치되되 상기 RF커넥터와는 별개로 설치된 데이터통신용 커넥터를 포함한다.
상기 안테나는 단일의 지향성 안테나로 구성됨이 바람직하다.
그리고, 본 발명의 다른 바람직한 실시양태에 따른 무선주파수 신호의 방향 추정 장치는, 무선주파수 신호를 수신하는 안테나; 상기 안테나의 지향 방향 변화에 따라 그에 상응하는 지향 방향 및 지향 각도 정보를 생성하는 전자나침반; 상기 안테나에 수신되는 상기 무선주파수 신호를 입력받아 그에 상응하는 수신신호강도를 산출하는 디지털 신호 처리부; 상기 디지털 신호 처리부로부터의 수신신호강도 및 상기 전자나침반의 정보를 근거로 상기 안테나의 지향 방향 변화에 따른 상기 안테나의 지향 각도별 수신신호 강도값을 결정하고, 상기 지향 각도별 수신신호 강도값중에서 최대 수신신호 강도값을 추출하여 상기 최대 수신신호 강도값 및 그에 상응하는 지향 방향을 저장하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 의해 상기 지향 각도별 수신신호 강도값 및 상기 지향 각도별 수신신호 강도값의 궤적을 표시하는 표시부;를 포함한다.
바람직하게, 상기 제어부는 상기 디지털 신호 처리부로부터 지향 각도별로 다수의 수신신호강도를 수신하여 평균값을 계산하고 상기 계산된 평균값을 해당 지향 각도의 수신신호 강도값으로 결정한다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 무선주파수 신호의 방향 추정 방법은, 제어부가, 안테나의 수신신호 및 전자나침반에 의한 상기 안테나의 지향 방향 및 지향 각도 정보를 근거로 상기 안테나의 지향 각도별 수신신호 강도값을 결정하는 단계; 상기 제어부가, 상기 지향 각도별 수신신호 강도값중에서 최대 수신신호 강도값을 추출하여 상기 최대 수신신호 강도값 및 그에 상응하는 지향 방향을 저장하는 단계; 및 표시부가, 상기 지향 각도별 수신신호 강도값 및 상기 지향 각도별 수신신호 강도값의 궤적을 표시하는 단계;를 포함한다.
상기 안테나의 지향 각도별 수신신호 강도값을 결정하는 단계는, 상기 안테나의 지향 각도별로 생성되는 다수의 수신신호강도에 대한 평균값을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 평균값을 해당 지향 각도의 수신신호 강도값으로 결정하는 단계;를 포함한다.
상기 표시하는 단계는 상기 지향 각도별 수신신호 강도값을 숫자, 바그래프, 및 극좌표 형태중에서 하나 이상으로 표시한다.
상기 표시하는 단계는 상기 안테나의 움직임에 따른 지향 방향을 지시하는 지시선을 극좌표에 표시한다.
상기 표시하는 단계는 측정시간 동안의 상기 지향 각도별 수신신호 강도값의 궤적 및 상기 최대 수신신호 강도값의 방향을 가리키는 지시선을 극좌표 형태로 표시한다.
이러한 구성의 본 발명에 따르면, 사용자가 안테나를 수평으로 회전하여 획득한 무선주파수 신호의 방향별 신호강도 궤적을 즉각적으로 확인함으로써 빠르고 직관적으로 목표 신호의 도래방향 또는 대상 송신기의 은닉 위치를 추정할 수 있다.
또한, 표시부를 통해 안테나의 지향 방향 및 수신신호의 강도 등을 직관적으로 관찰할 수 있으므로, 종래의 일반 나침반만 부착되어 있는 안테나와 스펙트럼 분석기를 이용한 방향추정 방식에서 매 측정방향에 따른 수신신호 강도를 읽기 위해 스펙트럼 분석기 표시화면을 확인해야만 하는 불편함을 해소할 수 있다.
그리고, 본 발명은 종래의 디지털 신호처리 과정을 거치지 않고 실시간으로 특정 구간 또는 360도 전체 스캔을 할 수 있어 반복측정을 통한 수신신호 방향추정의 산술적 확률을 높일 수 있다. 또한, 고정 거치대를 사용할 수 없는 휴대 운용 상황에서 사용자가 손에 쥐고 안테나를 회전함에 따른 손떨림에 의한 신호세기 값의 오차에 대해 실시간 평균화 계산을 수행함으로써 보상을 하여 방향추정 오차범위를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선주파수 신호의 방향 추정 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 케이블의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선주파수 신호의 방향 추정 장치의 내부 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선주파수 신호의 방향 추정 방법을 설명하는 플로우차트이다.
도 5는 본 발명의 실시예 설명에 채용되는 화면예이다.
본 발명은 실내 공간에서 특정 장소에 은닉되어 있는 불법 송신장치의 위치를 추정하는 불법신호 탐지업무에 있어 탐지 주파수 대역별 안테나 교체의 불편함을 해소하기 위해 단일 지향성 안테나와 그 안테나 기구물에 일체화된 전자나침반을 활용하며, 별도의 방향탐지 알고리즘 수행 과정을 거치지 않고도 무선주파수 신호의 도래 방향을 추정할 수 있도록 구현된 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 무선주파수 신호의 방향 추정 장치 및 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선주파수 신호의 방향 추정 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 방향 추정 장치(30)는 지향성 안테나(32)의 반사 구조체(20)와 같은 기구물에 장착될 수 있다.
사용자는 안테나 손잡이(70)를 파지하고, 대상 송신기(10)의 송신 안테나(12)로부터 임의 방향으로 방사되는 무선주파수 신호(14)에 대해 지향성 안테나(32)를 왼쪽 또는 오른쪽으로 수평회전하여 운용한다.
방향 추정 장치(30)는 무선주파수 신호/데이터 케이블(60)을 통해 휴대형 광대역 스펙트럼 분석기(50)의 구성품인 RF 수신부(52; 도 2 참조)의 입력 포트와 연결된다. 방향 추정 장치(30)는 RF 수신부(52; 도 2 참조)의 입력 포트에 연결되면 전원을 공급받을 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 케이블(60)의 구성도이다.
휴대형 광대역 스펙트럼 분석기(50)의 RF 수신부(710)의 입력 포트는 무선주파수 신호/데이터 케이블(60)을 통해 지향성 안테나(32)에 수신된 무선주파수 신호(14) 및 방향 추정 장치(30)의 제어부(42; 도 3 참조)의 수신신호강도값 전송 명령을 전달받는다. 물론, 휴대형 광대역 스펙트럼 분석기(50)에서의 수신신호 강도값은 그 무선주파수 신호/데이터 케이블(60)을 통해 방향 추정 장치(30)의 제어부(42)에게로 전달된다.
이를 위해, 무선주파수 신호/데이터 케이블(60)은 케이블 몸체(61), 케이블 몸체(61)의 일측에 설치되고 지향성 안테나(32)의 임피던스와 정합하기 위한 MCX 형태의 50옴(Ω) RF 커넥터(68), 및 케이블 몸체(61)의 일측에 설치되되 RF커넥터(68)와는 별개로 설치된 미니 USB 형태의 RS-232 데이터통신용 커넥터(64)를 포함한다. 여기서, 데이터통신용 커넥터(62)는 케이블 몸체(61)의 데이터 케이블(62)의 끝단에 설치되고, RF커넥터(68)는 케이블 몸체(61)의 50옴(Ω) 동축 케이블(66)의 끝단에 설치된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무선주파수 신호의 방향 추정 장치의 내부 구성을 나타낸 도면이다. 도 3에서, 본 발명의 실시예에 따른 무선주파수 신호의 방향 추정 장치는 참조부호 30이고, 참조부호 50은 휴대형 광대역 스펙트럼 분석기이다. 본 발명의 실시예에 따른 방향 추정 장치(30)는 소형의 지향성 안테나(32)와 전자나침반(34)을 갖춘 휴대용 간이 방향 추정용으로 적합하다.
방향 추정 장치(30)는 지향성 안테나(32), 전자나침반(34), 모드 설정부(36), 통신부(38), 표시부(40), 제어부(42), 및 전원부(44)를 포함한다.
지향성 안테나(32)는 양호한 전후방비 특성을 가지는 단일 구조의 안테나이다. 지향성 안테나(32)는 대상 송신기(10)의 송신 안테나(12)로부터 임의 방향으로 방사되는 무선주파수 신호(14)를 수신한다. 지향성 안테나(32)는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 안테나의 일 예이다.
전자나침반(34)은 지향성 안테나(32)의 지향 방향 변화에 따라 그에 상응하는 지향 방향 및 지향 각도 정보를 생성한다. 물론, 전자나침반(34)은 지향성 안테나(32)가 움직이지 않고 있는 초기의 지향 방향 및 초기의 지향 각도 정보를 생성할 수 있다. 전자나침반(34)은 I2C통신방식으로 제어부(42)와 통신한다.
모드 설정부(36)는 무선주파수 신호의 도래방향을 추정하는 모드의 시작 및 종료를 설정하는데 사용된다. 바람직하게, 모드 설정부(36)는 푸시 버튼으로 형성된다.
모드 설정부(36)를 구성하는 푸시 버튼을 누르지 않은 초기 상태에서는 지향성 안테나(32)의 현재 지향 방향에 따른 실시간 수신신호 강도값이 표시부(40)에 표시된다. 사용자가 모드 설정부(36)를 구성하는 푸시 버튼을 누른 경우(즉, 탐지대상인 무선주파수 신호의 도래방향을 추정하는 모드의 시작)에는 지향성 안테나(32)의 지향 방향 변화에 따른 수신신호 강도값들을 제어부(42)에 포함되는 메모리(도시 생략)에 저장하며, 사용자의 손떨림 등에 의한 수신신호 강도값의 오차를 최소화하기 위해 정해진 특정 회전구간 동안 N개의 데이터에 대해 평균값을 계산하는 동작이 이루어지도록 한다. 그 평균값은 해당 지향 각도별 수신신호강도의 대표값이 된다. 사용자가 모드 설정부(36)를 구성하는 푸시 버튼을 다시 한 번 누른 경우(즉, 탐지대상인 무선주파수 신호의 도래방향을 추정하는 모드의 종료)에는 측정 시간 동안의 방향 정보 및 수신신호강도의 결과값(즉, 지향 각도별 수신신호강도의 대표값)을 극좌표 형태로 표시해 주는 동작이 이루어지도록 한다.
이와 같이 모드 설정부(36)는 제어부(42)의 하나의 포트에 할당되며, 사용자가 지향 방향에 따른 수신신호강도값을 측정하기 위해 지향성 안테나(32)를 오른쪽 또는 왼쪽으로 수평회전하는 스캔 모드로 운용할 때 제어부(42)를 통해 모드의 시작 및 종료를 제어할 수 있도록 한다.
통신부(38)는 제어부(42)와 휴대형 광대역 스펙트럼 분석기(50)의 RF수신부(52)간의 통신을 위한 것이다. 바람직하게, 통신부(38)는 RS-232 드라이버를 포함한다. 통신부(38)는 제어부(42)의 수신신호강도 데이터 요청 명령을 RF수신부(52)에게로 전달하고, RF수신부(52)를 통한 수신신호강도 데이터를 제어부(42)에게로 전달한다.
표시부(40)는 제어부(42)의 제어에 의해 지향성 안테나(32)의 지향 각도별 수신신호 강도값(즉, 지향 각도별 수신신호강도들의 평균값) 및 그 수신신호 강도값의 궤적(즉, 무선주파수 신호의 방향별 신호강도 궤적)을 표시한다. 즉, 표시부(40)는 지향성 안테나(32)의 지향 방향과 수신신호 강도값을 전송받아 숫자, 바그래프, 및 극좌표 형태 등으로 표시해 준다. 그리고, 표시부(40)는 지향성 안테나(32)의 지향 방향을 지시하는 지시선을 극좌표에 표시한다. 바람직하게, 표시부(40)는 LCD 디스플레이를 포함한다.
제어부(42)는 지향성 안테나(32)의 지향 방향 변화에 따른 그 지향성 안테나(32)의 수신신호 및 전자나침반(34)의 정보를 근거로 지향성 안테나(32)의 지향 각도별 수신신호강도들을 저장한다. 보다 구체적으로, 지향성 안테나(32)의 수신신호는 휴대형 광대역 스펙트럼 분석기(50)의 RF수신부(52)를 통해 디지털 신호 처리부(54)에게로 전송되고, 그 디지털 신호 처리부(54)는 해당 수신신호에 상응하는 수신신호강도를 제어부(42)에게로 보낸다. 따라서, 제어부(42)는 그 수신신호강도를 해당 지향 각도의 수신신호강도로 취급한다. 여기서, 지향 각도별로 복수개의 수신신호강도가 발생되므로, 제어부(42)는 지향 각도별 수신신호강도들을 제어부(42)의 메모리(도시 생략)에 저장해 둔다.
그리고, 제어부(42)는 사용자의 손떨림 등에 의한 수신신호 강도값의 오차를 최소화하기 위해 지향성 안테나(32)의 지향 방향 변화에 따른 지향 각도별 수신신호강도들에 대한 평균값을 계산한다. 평균값을 계산하는 이유는 하기와 같다. 추정하고자 하는 방향에 대한 각도 분해능만큼 지향성 안테나(32)를 움직이는 동안에 수신신호 강도값은 여러번 측정이 가능하여 이 신호강도값들을 평균하는 것이 필요하다. 장거리의 방향탐지에서는 분해능이 낮을수록 방향오차를 줄일 수 있지만, 실내의 근거리에 대한 방향추정에서는 1도 ~ 2도 정도의 분해능으로 추정해도 충분하다. 반면 실내에서 수신신호 강도값은 주변의 반사환경에 따라 파동(fluctuation)이 심하다. 따라서, 1도 ~ 2도 움직이는 동안에 측정된 수신신호강도들을 평균하여 해당 지향 각도별 수신신호강도의 대표값으로 한다. 결국, 사용자가 지향성 안테나(32)를 회전시키게 되면 표시부(40)의 극좌표에는 지향 각도별 수신신호강도의 대표값이 해당 지향 각도의 수신신호 강도값으로 표현된다.
제어부(42)는 모드 설정부(36)로부터 무선주파수 신호의 도래방향을 추정하는 모드를 종료시키는 명령이 입력되면 측정 시간 동안의 방향 정보 및 수신신호 강도값의 결과를 표시부(40)에 극좌표 형태로 표시되도록 제어한다.
또한, 제어부(42)는 지향 각도별 수신신호 강도값(즉, 평균값 계산에 의해 해당 지향 각도의 수신신호강도의 대표값으로 결정된 수신신호 강도값) 중에서 최대 수신신호 강도값을 추출하고, 그 최대 수신신호 강도값 및 그에 상응하는 지향 방향을 저장한다.
물론, 제어부(42)는 지향 각도별 수신신호 강도값중에서 최대 수신신호 강도값을 추출하여 그에 상응하는 지향 방향을 임의의 송신장치로부터 방사되는 특정 무선주파수 신호의 도래방향으로 추정할 수도 있다. 보다 구체적으로, 제어부(42)는 무선주파수 신호의 도래방향을 추정함에 있어서, 전자나침반(34)으로부터의 각도 정보를 근거로 최대 수신신호 강도값에 대응되는 지향 방향을 파악하고 그 파악된 지향 방향을 임의의 송신장치로부터 방사되는 특정 무선주파수 신호의 도래방향으로 추정할 수도 있다.
제어부(42)는 마이크로컨트롤러로 구성됨이 바람직하다.
전원부(44)는 휴대형 광대역 스펙트럼 분석기(50)의 RF 수신부(52)의 전원모듈(도시 생략)로부터 DC전원을 공급받는다. 보다 구체적으로, 전원부(44)는 방향 추정 장치(30)가 휴대형 광대역 스펙트럼 분석기(50)와 연결됨에 따라 휴대형 광대역 스펙트럼 분석기(50)의 RF수신부(52)로부터 DC전원을 공급받는다. 그리고, 전원부(44)는 공급받은 DC전원을 전자나침반(34)과 표시부(40) 및 제어부(42)에서 필요한 DC전원으로 변환시켜 그 각각에게로 공급한다.
한편, 휴대형 광대역 스펙트럼 분석기(50)는 RF수신부(52), 디지털 신호 처리부(54), 제어부(56), 및 표시부(58)를 포함한다.
RF수신부(52)는 지향성 안테나(32)에 수신되는 임의의 송신장치로부터 방사되는 무선주파수 신호를 일정한 대역폭을 갖는 특정 중간주파수(IF)로 변환한다.
디지털 신호 처리부(54)는 RF수신부(52)에서의 특정 중간주파수(IF)를 아날로그/디지털 변환함과 더불어 디지털 변환된 값을 근거로 디지털 신호처리를 수행하여 정밀한 수신신호강도(RSSI)를 산출한다. 예를 들어, 디지털 신호 처리부(54)는 지향성 안테나(32)를 통하여 수신한 신호의 세기를 dBm 단위로 계산한다. 그 디지털 신호 처리부(54)의 결과는 스펙트럼 형태로 보여질 수 있다. 여기서, 그 산출된 수신신호강도는 휴대형 광대역 스펙트럼 분석기(50)의 제어부(56), 디지털 신호 처리부(54), 및 RF수신부(52)를 순서적으로 거친 후에 방향 추정 장치(30)에게로 전송된다. RF수신부(52)와 디지털 신호 처리부(54)는 SPI(Serial Peripheral Interface) 통신방식으로 운용될 수 있다.
제어부(56)는 해당 휴대형 광대역 스펙트럼 분석기(50)의 전체적인 동작을 제어한다. 제어부(56)는 표시부(58)의 사용자 인터페이스(GUI) 화면에서 탐지대상이 되는 무선주파수 신호가 선택됨에 따라 그 선택된 탐지대상 정보를 방향 추정 장치(30)에게로 전송한다.
표시부(58)는 탐지대상인 무선주파수 신호를 스펙트럼 상에서 첨두치(PEAK) 또는 마커(Marker) 검색 기능을 통해 사용자가 선택할 수 있도록 표시한다.
상술한 휴대형 광대역 스펙트럼 분석기(50)의 RF수신부(52) 및 디지털 신호 처리부(54)는 필요에 따라서는 방향 추정 장치(30)에 포함되는 것으로 구성시켜도 무방하다. 만약, RF수신부(52) 및 디지털 신호 처리부(54)가 방향 추정 장치(30)에 포함되는 것이라면, 방향 추정 장치(30)의 제어부(42)는 디지털 신호 처리부(54)로부터의 수신신호강도 및 전자나침반(34)의 정보를 근거로 상기 지향성 안테나(32)의 지향 방향 변화에 따른 지향 각도별 수신신호 강도값을 계산할 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선주파수 신호의 방향 추정 방법을 설명하는 플로우차트이다.
먼저, 사용자는 방향 추정 장치(30) 및 휴대형 광대역 스펙트럼 분석기(50)의 전원을 온(ON)시킨 후에(S10), 탐지 대상 주파수를 선택한다(S12). 여기서, 탐지 대상 주파수는 휴대형 광대역 스펙트럼 분석기(50)의 표시부(58)에 표시되는 스펙트럼 상에서 첨두치(PEAK) 또는 마커(Marker) 검색 기능을 통해 사용자가 선택할 수 있다. 탐지 대상 주파수의 방향 추정 대역폭은 휴대형 광대역 스펙트럼 분석기(50)에서 사전에 설정하도록 한다.
이러한 준비과정이 끝나면, 방향 추정 장치(30)를 RF수신부(52)에 연결시 MCX 형태의 50옴(Ω) RF 커넥터(68) 및 미니 USB 형태의 RS-232 통신용 커넥터(64)를 통해 전원의 공급 및 수신신호강도의 전송이 이루어지게 된다.
사용자가 방향 추정 장치(30)의 모드 설정부(36)를 조작하지 않은 초기 상태에서는 지향성 안테나(32)의 현재의 지향 방향에 따른 실시간 수신신호강도가 표시부(40)에 바그래프(40a; 도 5 참조) 및 dBm 단위의 숫자(40b; 도 5 참조)로 표시된다.
이후, 탐지 대상 주파수의 방향 추정을 위해, 사용자가 모드 설정부(36)의 푸시 버튼을 누른다(S14). 푸시 버튼이 눌리어짐에 따라 그에 상응하는 신호가 해당 방향 추정 장치(30)의 제어부(42)에게로 인가되고, 그에 따라 제어부(42)는 방향 추정 모드의 시작으로 인식하게 된다.
방향 추정 모드가 시작된 상태에서, 사용자(100)가 지향성 안테나(32)를 수평으로 좌 또는 우로 일정 간격을 유지하면서 회전시키면 방향 추정 장치(30)의 제어부(42)는 휴대형 광대역 스펙트럼 분석기(50)의 디지털 신호 처리부(54)로부터 지향 각도별로 생성되는 다수의 수신신호강도(RSSI)를 제공받는다(S16). 이때, 제어부(42)는 제공받은 지향 각도별 다수의 수신신호강도(RSSI)를 자신의 메모리(도시 생략)에 저장한다.
그리고 나서, 방향 추정 장치(30)의 제어부(42)는 입력받은 지향 각도별로 생성되는 수신신호강도(RSSI)를 바그래프(40a; 도 5 참조) 형태로 표시부(40)에 표시한다(S18).
상기 S16 및 S18의 동작이 수행되는 동안, 전자나침반(34)은 지향성 안테나(32)의 지향 방향 변화에 따라 그에 상응하는 지향 방향 및 지향 각도 정보를 생성한다(S20). 그 전자나침반(34)은 방향 추정 장치(30)의 제어부(42)에게로 지향성 안테나(32)의 지향 방향 변화에 따른 지향 방향 및 지향 각도 정보를 전송한다.
이후, 제어부(42)는 사용자의 손떨림 등에 의한 수신신호 강도값의 오차를 최소화하기 위해, 지향성 안테나(32)의 지향 방향 변화에 따른 지향 각도별 다수의 수신신호강도에 대한 평균값을 계산한다(S22). 그 평균값은 해당 지향 각도별 수신신호강도의 대표값이 되고, 그 평균값(대표값)은 해당 지향 각도의 수신신호 강도값으로 표시부(40)에 표현될 것이다.
그리고, 제어부(42)는 지향 각도별 수신신호 강도값(즉, 평균값 계산에 의해 해당 지향 각도의 수신신호강도의 대표값으로 결정된 수신신호 강도값) 중에서 최대 수신신호 강도값을 추출하고, 그 추출한 최대 수신신호 강도값 및 그 최대 수신신호 강도값에 대응되는 지향 방향과 지향 각도를 저장한다(S24).
이와 함께, 제어부(42)는 지향성 안테나(32)의 회전 각도에 따른 수신신호강도값을 표시부(40)의 극좌표(40d)에 궤적(40f) 형태로 표시한다(S26). 물론, 이때에는 제어부(42)는 표시부(40)의 바그래프(40a) 및 표시영역(40b)에도 해당 값을 표시할 수 있다.
그리고, 제어부(42)는 저장한 최대 수신신호 강도값 및 그 최대 수신신호 강도값에 대응되는 지향 방향과 지향 각도를 표시부(40)에 표시한다(S28). 이 경우, 예를 들어, 그 최대 수신신호 강도값은 표시영역(40b)에 "-50dBm"(도 5 참조)와 같이 표시되고, 그 최대 수신신호 강도값에 대응되는 지향 방향은 지시선(40g)(도 5 참조)으로 표시되고, 그 최대 수신신호 강도값에 대응되는 지향 각도는 표시영역(40c)에 "45도"(도 5 참조)와 같이 표시된다.
이후, 제어부(42)는 사용자가 모드 설정부(36)의 푸시 버튼을 다시 눌렀는지를 체크한다(S30).
만약, 사용자가 모드 설정부(36)의 푸시 버튼을 다시 누르지 않았다면(S30에서 "No") 제어부(42)는 지향성 안테나(32)의 수평 회전 방향 전환(S32)에 따른 상술한 과정(S16 ~ S30)을 반복 수행한다.
반대로, 사용자가 모드 설정부(36)의 푸시 버튼을 다시 누른 경우(S30에서 "Yes")에는 측정 시간 동안의 방향 정보 및 수신신호 강도값의 결과를 최종적으로 극좌표에 표시한다(S34). 즉, 사용자가 방향 추정 모드를 시작하면 지향성 안테나(32)의 수평 회전에 따라 실시간으로 변화하는 지향 각도별 수신신호 강도값을 도 5의 극좌표 등에 표시할 뿐만 아니라, 사용자가 방향 추정 모드를 종료한 경우에도 그동안의 측정 시간 동안의 방향 정보 및 지향 각도별 수신신호 강도값을 도 5의 형태로 다시 한번 디스플레이한다.
그에 따라, 사용자는 측정 시간 동안의 방향 정보 및 지향 각도별 수신신호 강도값의 결과를 다시 한번 확인할 수 있게 된다.
상술한 본 발명의 실시예는 무선주파수 신호의 도래방향을 추정하는 모드가 종료되기 전에도 지향성 안테나(32)가 수평회전됨에 따라 실시간으로 지향 각도별 수신신호 강도값 및 그 궤적이 표시부(40)에 표시되지만, 무선주파수 신호의 도래방향을 추정하는 모드가 종료되면 도 5의 극좌표(40d)에서와 같이 측정 시간 동안의 지향 각도별 수신신호 강도값(최대 수신신호 강도값 포함)의 궤적 및 최대 수신신호 강도값의 방향을 가리키는 지시선을 다시 한번 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방향추정 결과 표시화면의 예시이다. 도 5에서, 참조부호 40a는 수신신호강도를 표시하는 바그래프이고, 참조부호 40b는 수신전력을 표시하는 표시영역이고, 참조부호 40c는 방위각을 표시하는 표시영역이고, 참조부호 40d는 지향성 안테나(32)의 지향 방향 및 수신신호강도를 표시하는 극좌표이고, 참조부호 40e는 수신신호강도의 크기를 표시하는 등고선이고, 참조부호 40f는 지향성 안테나(32)의 지향 방향에 따른 수신신호의 궤적이고, 참조부호 40g는 지향성 안테나(32)의 지향 방향 지시선이다.
사용자가 모드 설정부(36)의 푸시 버튼을 한번 누른 후에 지향성 안테나(32)를 수평으로 좌 또는 우로 회전함에 따라 안테나 지향 방향 지시선(40g)이 움직이게 된다. 이를 통해 극좌표 상에서의 최대 수신신호 강도값이 관찰되는 점과 일치하는 지향성 안테나(32)의 지향 방향이 대상 송신기(10)로부터 방사되는 무선주파수 신호(14)의 도래방향임을 직관적으로 추정할 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
30 : 방향 추정 장치 32 : 지향성 안테나
34 : 전자나침반 36 : 모드 설정부
38 : 통신부 40, 58 : 표시부
42, 56 : 제어부 44 : 전원부
50 : 휴대형 광대역 스펙트럼 분석기
52 : RF수신부 54 : 디지털 신호 처리부
60 : 무선주파수 신호/데이터 케이블

Claims (19)

  1. 무선주파수 신호를 수신하는 안테나;
    상기 안테나의 지향 방향 변화에 따라 그에 상응하는 지향 방향 및 지향 각도 정보를 생성하는 전자나침반;
    상기 안테나의 지향 방향 변화에 따른 상기 안테나의 수신신호 및 상기 전자나침반의 정보를 근거로 상기 안테나의 지향 각도별 수신신호 강도값을 결정하고, 상기 지향 각도별 수신신호 강도값중에서 최대 수신신호 강도값을 추출하여 상기 최대 수신신호 강도값 및 그에 상응하는 지향 방향을 저장하는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어에 의해 상기 지향 각도별 수신신호 강도값 및 상기 지향 각도별 수신신호 강도값의 궤적을 표시하는 표시부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 신호의 방향 추정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 표시부는 상기 지향 각도별 수신신호 강도값을 숫자, 바그래프, 및 극좌표 형태중에서 하나 이상으로 표시하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 신호의 방향 추정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 표시부는 상기 안테나의 움직임에 따른 지향 방향을 지시하는 지시선을 극좌표에 표시하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 신호의 방향 추정 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 무선주파수 신호의 도래방향을 추정하는 모드의 시작 및 종료를 설정하는 모드 설정부를 추가로 포함하고,
    상기 제어부는 상기 모드 설정부에서의 설정에 따라 작동하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 신호의 방향 추정 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 표시부는 상기 무선주파수 신호의 도래방향을 추정하는 모드가 종료되면 측정시간 동안의 상기 지향 각도별 수신신호 강도값의 궤적 및 상기 최대 수신신호 강도값의 방향을 가리키는 지시선을 극좌표 형태로 표시하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 신호의 방향 추정 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 안테나의 수신신호를 케이블을 통해 입력받는 스펙트럼 분석기와 연결되고, 상기 제어부는 상기 스펙트럼 분석기로부터 지향 각도별로 다수의 수신신호강도를 수신하여 평균값을 계산하고 상기 계산된 평균값을 해당 지향 각도의 수신신호 강도값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 신호의 방향 추정 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 케이블은, 케이블 몸체, 상기 케이블 몸체의 일측에 설치되고 상기 안테나의 임피던스와의 정합을 위한 RF커넥터, 및 상기 케이블 몸체의 일측에 설치되되 상기 RF커넥터와는 별개로 설치된 데이터통신용 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 신호의 방향 추정 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 안테나는 단일의 지향성 안테나로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선주파수 신호의 방향 추정 장치.
  9. 무선주파수 신호를 수신하는 안테나;
    상기 안테나의 지향 방향 변화에 따라 그에 상응하는 지향 방향 및 지향 각도 정보를 생성하는 전자나침반;
    상기 안테나에 수신되는 상기 무선주파수 신호를 입력받아 그에 상응하는 수신신호강도를 산출하는 디지털 신호 처리부;
    상기 디지털 신호 처리부로부터의 수신신호강도 및 상기 전자나침반의 정보를 근거로 상기 안테나의 지향 방향 변화에 따른 상기 안테나의 지향 각도별 수신신호 강도값을 결정하고, 상기 지향 각도별 수신신호 강도값중에서 최대 수신신호 강도값을 추출하여 상기 최대 수신신호 강도값 및 그에 상응하는 지향 방향을 저장하는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어에 의해 상기 지향 각도별 수신신호 강도값 및 상기 지향 각도별 수신신호 강도값의 궤적을 표시하는 표시부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 신호의 방향 추정 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어부는 상기 디지털 신호 처리부로부터 지향 각도별로 다수의 수신신호강도를 수신하여 평균값을 계산하고 상기 계산된 평균값을 해당 지향 각도의 수신신호 강도값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 신호의 방향 추정 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 표시부는 상기 지향 각도별 수신신호 강도값을 숫자, 바그래프, 및 극좌표 형태중에서 하나 이상으로 표시하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 신호의 방향 추정 장치.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 표시부는 상기 안테나의 움직임에 따른 지향 방향을 지시하는 지시선을 극좌표에 표시하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 신호의 방향 추정 장치.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 무선주파수 신호의 도래방향을 추정하는 모드의 시작 및 종료를 설정하는 모드 설정부를 추가로 포함하고,
    상기 제어부는 상기 모드 설정부에서의 설정에 따라 작동하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 신호의 방향 추정 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 표시부는 상기 무선주파수 신호의 도래방향을 추정하는 모드가 종료되면 측정시간 동안의 상기 지향 각도별 수신신호 강도값의 궤적 및 상기 최대 수신신호 강도값의 방향을 가리키는 지시선을 극좌표 형태로 표시하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 신호의 방향 추정 장치.
  15. 제어부가, 안테나의 수신신호 및 전자나침반에 의한 상기 안테나의 지향 방향 및 지향 각도 정보를 근거로 상기 안테나의 지향 각도별 수신신호 강도값을 결정하는 단계;
    상기 제어부가, 상기 지향 각도별 수신신호 강도값중에서 최대 수신신호 강도값을 추출하여 상기 최대 수신신호 강도값 및 그에 상응하는 지향 방향을 저장하는 단계; 및
    표시부가, 상기 지향 각도별 수신신호 강도값 및 상기 지향 각도별 수신신호 강도값의 궤적을 표시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 신호의 방향 추정 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 안테나의 지향 각도별 수신신호 강도값을 결정하는 단계는,
    상기 안테나의 지향 각도별로 생성되는 다수의 수신신호강도에 대한 평균값을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 평균값을 해당 지향 각도의 수신신호 강도값으로 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 신호의 방향 추정 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 표시하는 단계는 상기 지향 각도별 수신신호 강도값을 숫자, 바그래프, 및 극좌표 형태중에서 하나 이상으로 표시하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 신호의 방향 추정 방법.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 표시하는 단계는 상기 안테나의 움직임에 따른 지향 방향을 지시하는 지시선을 극좌표에 표시하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 신호의 방향 추정 방법.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 표시하는 단계는 측정시간 동안의 상기 지향 각도별 수신신호 강도값의 궤적 및 상기 최대 수신신호 강도값의 방향을 가리키는 지시선을 극좌표 형태로 표시하는 것을 특징으로 하는 무선주파수 신호의 방향 추정 방법.
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