KR101490821B1 - 입체 음향 기술 적용 방법 및 이를 이용한 지상 감시 레이더 시스템 - Google Patents

입체 음향 기술 적용 방법 및 이를 이용한 지상 감시 레이더 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입체 음향 기술 적용 방법 및 이를 이용한 지상 감시 레이더 시스템에 관한 것으로서, 레이더 시스템에 입체 음향 기술을 적용하는 방법은 안테나를 이용하여 표적을 탐지하는 단계, 상기 탐지된 표적의 종류와 속도 정보를 포함하는 도플러(Doppler) 신호에 상기 표적의 거리 정보에 따른 거리 가중치를 곱하는 단계, 상기 탐지된 표적의 방향 정보를 분석하여 미리 설정된 머리전달함수(HRTF) 데이터베이스에서 해당 방향의 머리전달함수를 선택하는 단계, 상기 선택된 머리전달함수와 상기 거리 가중치를 곱한 도플러 신호의 콘볼루션(convolution)을 수행하여 상기 표적의 방향 정보와 거리 정보가 추가된 바이노럴(binaural) 신호를 생성하는 단계 및 상기 생성된 바이노럴 신호를 출력하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기와 같은 입체 음향 기술 적용 방법 및 이를 이용한 지상 감시 레이더 시스템에 따르면, 도플러음에 표적의 속도뿐만 아니라 방향과 거리정보도 함께 포함하는 입체 음향을 제공함으로써, 표적의 방향을 일차적으로 파악할 수 있어 종래보다 좀 더 신속하고 정확하게 상황을 인지할 수 있다. 또한, 여러 표적들이 동시에 나타날 경우 청음만으로도 표적들의 식별력이 높아져 주요한 주변 상황을 이해하는 데 유리하다.

Description

입체 음향 기술 적용 방법 및 이를 이용한 지상 감시 레이더 시스템{METHOD FOR APPLYING STEREOPHONIC SOUND TECHNIQUE AND GROUND SURVEILLANCE RADAR SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 지상 감시 레이더 시스템에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 지상 감시 레이더 시스템에서의 입체 음향 기술 적용 방법 및 입체 음향 기술을 적용한 지상 감시 레이더 시스템에 관한 것이다.
레이더(RAdio Detection And Ranging)는 전자기파를 물체에 발사시켜 그 물체에서 반사되어 돌아오는 반사파를 수신, 검파하는 장비로 전자기파의 왕복시간과 안테나의 지향특성에 의해 목표물의 위치(방위 및 거리)를 측정할 수 있다.
최근에는 도플러 효과를 이용하여 목표를 향해 송신하는 레이더 전파의 주파수와 반사하는 주파수의 차이로 이동하는 목표물을 검출하고 목표물의 종류와 속도를 측정할 수 있는 도플러 레이더가 항공기의 자립항법장치나 기상용 또는 군사용으로 많이 쓰이고 있다. 도플러 효과란 파동을 발생하는 파원(波源)과 파동을 관찰하는 관찰자 사이의 상대적인 운동에 의해 관찰자가 관측하는 파동의 진동수와 파원이 발생하는 진동수가 다르게 관측되는 현상을 말한다.
이러한 도플러 레이더를 이용한 지상 감시 레이더 시스템은 주변의 고정지형지물 속에서 움직이는 물체를 찾아내어 신속히 보고 및 전투조치를 취하기 위한 목적으로 군에서 주로 사용된다. 지상 감시 레이더 시스템에서 운용자의 식별수단은 모니터를 통해 레이더 탐색지역을 보는 시각적 수단과 도플러음을 들으며 이상물체의 출현을 감지하는 청각적인 수단이 있다.
종래의 지상 감시 레이더 시스템에서의 도플러음은 일차적 인지수단이 되는 경고음으로 물체의 특성에 따른 다른 톤의 소리를 재생함으로 물체의 종류를 파악할 수는 있지만 소리만으로 물체의 방향이나 거리는 파악할 수 없다. 또한 단순히 모노음의 소리만을 재생하기 때문에 훈련된 운용자가 아니면 즉각적으로 상황을 파악하기가 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 레이더 시스템에 입체 음향 기술을 적용하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 입체 음향 기술을 적용한 레이더 시스템을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적에 따른 레이더 시스템에 입체 음향 기술을 적용하는 방법은, 안테나를 이용하여 표적을 탐지하는 단계, 상기 탐지된 표적의 종류와 속도 정보를 포함하는 도플러(Doppler) 신호에 상기 표적의 거리 정보에 따른 거리 가중치를 곱하는 단계, 상기 탐지된 표적의 방향 정보를 분석하여 미리 설정된 머리전달함수(HRTF) 데이터베이스에서 해당 방향의 머리전달함수를 선택하는 단계, 상기 선택된 머리전달함수와 상기 거리 가중치를 곱한 도플러 신호의 콘볼루션(convolution)을 수행하여 상기 표적의 방향 정보와 거리 정보가 추가된 바이노럴(binaural) 신호를 생성하는 단계 및 상기 생성된 바이노럴 신호를 출력하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 탐지된 표적의 방향 정보를 분석하여 미리 설정된 머리전달함수 데이터베이스에서 해당 방향의 머리전달함수를 선택하는 단계는, 상기 머리전달함수 데이터베이스에서 상기 표적이 나타난 방향과 가장 가까운 방향의 머리전달함수를 선택하도록 구성될 수 있다. 상기 머리전달함수 데이터베이스는, 전방향을 8개 또는 16개 방향으로 나누어 각 방향에 대해 설정된 머리전달함수가 저장되어 있는 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명의 다른 목적에 따른 입체 음향 기술을 적용한 지상 감시 레이더 시스템은, 표적 신호로부터 거리, 방향 및 도플러 신호를 포함한 표적의 정보를 산출하는 신호처리기, 상기 신호처리기에서 분석된 도플러 신호에 표적의 거리 및 방향 정보를 반영한 입체 음향 신호를 생성하는 통제기, 상기 신호처리기에서 분석된 표적의 거리 및 방향 정보를 화면에 전시하고 상기 통제기에서 생성된 입체 음향 신호를 재생하는 출력기를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 상기 통제기는, 상기 탐지된 표적의 종류와 속도 정보를 포함하는 도플러 신호에 상기 표적의 거리 정보를 분석하여 거리 가중치를 곱하고, 상기 탐지된 표적의 방향 정보를 분석하여 미리 저장된 머리전달함수(HRTF) 데이터베이스에서 해당 방향의 머리전달함수를 선택하고, 상기 선택된 머리전달함수와 상기 거리 가중치를 곱한 도플러 신호의 콘볼루션(convolution)을 수행하여 입체 음향 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 출력기는, 상기 생성된 입체 음향 신호를 스피커를 통해 재생 시 발생하는 크로스토크(cross talk) 현상을 제거하기 위한 트랜스오럴 필터(Trans-aural Filter)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
상기와 같은 입체 음향 기술 적용 방법 및 이를 이용한 지상 감지 레이더 시스템에 따르면, 도플러음에 표적의 속도뿐만 아니라 방향과 거리정보도 함께 포함하는 입체 음향을 제공함으로써, 표적의 방향을 일차적으로 파악할 수 있어 종래보다 좀 더 신속하고 정확하게 상황을 인지할 수 있다. 또한, 여러 표적들이 동시에 나타날 경우 청음만으로도 표적들의 식별력이 높아져 주요한 주변 상황을 이해하는 데 유리하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지상 감시 레이더 시스템의 입체 음향 기술 적용 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지상 감시 레이더 시스템의 입체 음향 기술 적용 과정을 나타내는 신호의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 음향 기술을 적용한 지상 감시 레이더 시스템의 블록 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 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 항목들 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 있다고 이해되어야 할 것이다. 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 실시예를 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 명세서상에 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, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지상 감시 레이더 시스템의 입체 음향 기술 적용 방법의 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 먼저 지상감시 레이더 시스템의 안테나를 이용하여 전자파를 방사하고 표적에 의해 반사되어 돌아오는 반사파를 통해 표적을 탐지한다(S110).
그리고, 안테나를 통해 탐지된 표적의 종류와 속도 정보를 가지는 도플러(Doppler) 신호에 상기 표적의 거리 정보에 상응하는 거리 가중치를 곱한다(S120).
또한, 지상 감시 레이더 시스템은 표적의 방향 정보를 분석하여 미리 설정된 머리전달함수(HRTF) 데이터베이스에서 해당 방향의 머리전달함수를 선택한다(S130). 여기에서, 머리전달함수 데이터베이스는, 전방향을 8개 또는 16개 방향으로 나누어 각 방향에 대해 설정된 머리전달함수가 저장되어 있는 것일 수 있다. 표적의 방향에 해당하는 머리전달함수를 선택할 때에는 머리전달함수 데이터베이스에 저장된 머리전달함수 중에서 표적이 나타난 방향과 가장 가까운 방향의 머리전달함수를 선택하도록 구성될 수 있다.
만약, 방향 차가 크지 않은 곳에서 두 개 이상의 표적이 나타날 경우에는, 머리전달함수 데이터베이스로부터 같은 방향의 머리전달함수를 선택하게 된다. 하지만, 인접한 두 개 이상의 표적에 대한 음향 신호가 같은 방향에서 난다고 해도 관측자는 화면을 통해 정확한 표적의 위치와 방향을 확인할 수 있으므로 큰 문제가 되지 않는다. 따라서, 계산량을 고려하여 머리전달함수 데이터베이스에 저장하는 방향의 개수를 적절하게 선택할 필요가 있다.
다음으로, 지상 감시 레이더 시스템은 선택된 머리전달함수와 거리 가중치를 곱한 도플러 신호의 콘볼루션(convolution)을 수행하여 상기 표적의 방향 정보와 거리 정보가 추가된 바이노럴(binaural) 신호를 생성한다(S140).
마지막으로, 지상 감시 레이더 시스템은 생성된 바이노럴 신호를 스피커 또는 헤드폰을 통해 출력한다(S150).
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지상 감시 레이더 시스템의 입체 음향 기술 적용 과정을 나타내는 신호의 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 안테나를 통해 탐지된 하나의 표적을 T1이라 한다(S110). 표적 T1의 종류와 속도 정보를 포함하는 도플러 신호 XT1(n)에 표적 T1의 거리 정보에 따른 거리 가중치 α를 곱한다(S120). 또한, 표적 T1의 방향 정보를 분석하여 미리 저장된 머리전달함수 데이터베이스에서 표적의 방향과 가장 가까운 방향의 머리전달함수 HLT1(n)와 HRT1(n)를 선택한다(S130). HLT1(n)는 좌측의 머리전달함수이며, HRT1(n)는 우측의 머리전달함수이다. 선택된 머리전달함수 HLT1(n), HRT1(n)와 도플러 신호에 거리 가중치를 곱한 신호 αXT1(n)의 콘볼루션을 수행하면 바이노럴 신호 YLT1(n)와 YRT1(n)가 생성된다(S140). 마지막으로, 생성된 바이노럴 신호 YLT1(n)와 YRT1(n)는 출력기로 전해져서 스피커 또는 헤드폰을 통해 입체 음향이 출력한다(S150).
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 음향 기술을 적용한 지상 감시 레이더 시스템의 블록 구성도이다.
도 3을 참조하면, 입체 음향 기술을 적용한 지상 감시 레이더 시스템은, 안테나(110), 송수신기(120), 신호처리기(130), 통제기(140), 출력기(150)을 포함하도록 구성될 수 있다.
안테나(110)는 관측하고자 하는 곳으로 전자파를 방사하고 표적에 의해 반사되어 돌아오는 반사파를 수신한다. 여기에서 안테나(110)는, 표적의 종류가 일정하지 않고, 수가 많으므로 표적으로부터 반사파를 이용하는 1차 레이더가 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 표적이 어느 방향에서 출현할지 예측할 수 없으므로 모든 방향을 감시할 수 있도록 안테나를 회전시켜 브라운관 위에 표적의 방향과 거리가 그대로 나타나는 PPI(plane position indicator)가 사용될 수 있다.
송수신기(120)는 송신할 전자파를 생성하고, 안테나를 구동하여 전자파를 방사하고, 반사파를 수신하여 신호처리기로 출력하도록 구성될 수 있다.
신호처리기(130)는 송수신기(120)에서 수신된 표적 신호를 분석하여 표적과 안테나 사이의 거리, 표적이 나타난 방향을 측정하고, 표적의 종류와 속도를 나타내는 음성 신호, 즉 도플러 신호를 생성한다. 이때, 도플러 신호는 표적이 나타난 것을 알리기 위한 경고음으로, 물체의 특성에 따라 다른 톤의 모노음으로 이루어질 수 있다.
통제기(140)는 신호처리기(130)로부터 수신된 도플러 신호에 표적의 거리 및 방향 정보를 반영하여 입체 음향 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 좀 더 상세하게는, 탐지된 표적의 종류와 속도 정보를 가지는 도플러 신호에 표적의 거리 정보를 분석하여 거리 가중치를 곱하고, 표적의 방향 정보를 분석하여 머리전달함수(HRTF) 데이터베이스에 미리 저장된 머리전달함수 중에 표적의 방향과 가장 가까운 방향의 머리전달함수를 선택하고, 선택된 머리전달함수와 거리 가중치를 곱한 도플러 신호의 콘볼루션(convolution)을 수행하여 입체 음향 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
출력기(150)는 신호처리기(130)에서 분석된 표적의 거리 및 방향 정보를 화면에 전시하고 통제기(140)에서 생성된 입체 음향 신호를 스피커 또는 헤드폰을 통해 재생한다. 이때, 생성된 입체 음향 신호를 스피커를 통해 재생 시에는 발생하는 크로스토크(Cross Talk) 현상을 제거하기 위해 트랜스오럴 필터(Trans-aural Filter)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 헤드폰이나 이어폰으로 재생할 경우 크로스토크 현상이 발생하지 않으므로 별도의 후처리가 필요하지 않다.
또한, 출력기는 생성된 입체 음향 신호를 스피커를 통해 재생 시 발생하는 크로스토크(cross talk) 현상을 제거하기 위한 트랜스오럴 필터(Trans-aural Filter)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 안테나 120: 송수신기
130: 신호처리기 140: 통제기
150: 출력기

Claims (6)

  1. 안테나를 이용하여 표적을 탐지하는 단계;
    상기 탐지된 표적의 종류와 속도 정보를 포함하는 도플러(Doppler) 신호에 상기 표적의 거리 정보에 따른 거리 가중치를 곱하는 단계;
    상기 탐지된 표적의 방향 정보를 분석하여 미리 설정된 머리전달함수(HRTF) 데이터베이스에서 해당 방향의 머리전달함수를 선택하는 단계;
    상기 선택된 머리전달함수와 상기 거리 가중치를 곱한 도플러 신호의 콘볼루션(convolution)을 수행하여 상기 표적의 방향 정보와 거리 정보가 추가된 바이노럴(binaural) 신호를 생성하는 단계;
    상기 생성된 바이노럴 신호를 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 탐지된 표적의 방향 정보를 분석하여 미리 설정된 머리전달함수 데이터베이스에서 해당 방향의 머리전달함수를 선택하는 단계는,
    상기 머리전달함수 데이터베이스에서 상기 표적이 나타난 방향과 가장 가까운 방향의 머리전달함수를 선택하고,
    상기 머리전달함수 데이터베이스는,
    전방향을 8개 또는 16개 방향으로 나누어 각 방향에 대해 설정된 머리전달함수가 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 지상 감시 레이더 시스템의 입체 음향 기술 적용 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 표적 신호로부터 거리, 방향 및 도플러 신호를 포함한 표적의 정보를 산출하는 신호처리기;
    상기 신호처리기에서 분석된 도플러 신호에 표적의 거리 및 방향 정보를 반영한 입체 음향 신호를 생성하는 통제기;
    상기 신호처리기에서 분석된 표적의 거리 및 방향 정보를 화면에 전시하고 상기 통제기에서 생성된 입체 음향 신호를 재생하는 출력기를 포함하고,
    상기 통제기는,
    상기 탐지된 표적의 종류와 속도 정보를 포함하는 도플러 신호에 상기 표적의 거리 정보를 분석하여 거리 가중치를 곱하고, 상기 탐지된 표적의 방향 정보를 분석하여 전방향을 8개 또는 16개 방향으로 나누어 각 방향에 대해 설정된 머리전달함수가 저장되어 있는 머리전달함수(HRTF) 데이터베이스에서 상기 표적의 방향 정보와 가장 가까운 방향의 머리전달함수를 선택하고, 상기 선택된 머리전달함수와 상기 거리 가중치를 곱한 도플러 신호의 콘볼루션(convolution)을 수행하여 입체 음향 신호를 생성하고,
    상기 출력기는,
    상기 생성된 입체 음향 신호를 스피커를 통해 재생 시 발생하는 크로스토크(cross talk) 현상을 제거하기 위한 트랜스오럴 필터(Trans-aural Filter)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 음향 기술을 적용한 지상 감시 레이더 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
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JP2005201727A (ja) 2004-01-14 2005-07-28 Toshiba Corp レーダ装置
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JP2008032437A (ja) 2006-07-26 2008-02-14 Toshiba Corp ウェイト算出方法、ウェイト算出装置、アダプティブアレーアンテナ、及びレーダ装置
JP2008046088A (ja) 2006-08-21 2008-02-28 Toshiba Corp レーダ装置

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