KR101522204B1 - 협대역 분석에서 주파수선 자동 추적 방법 - Google Patents

협대역 분석에서 주파수선 자동 추적 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소나(센서)에서 획득한 신호에 대해 협대역 주파수 분석을 통하여 얻어진 특정 신호의 주파수선 정보를 자동으로 추적하는 방법에 관한 것으로, 센서에서 측정된 표적 신호의 추적 주파수를 설정하고 설정된 추적 주파수를 중심으로 하는 윈도우셀 범위에서 신호 스펙트럼의 최대값을 탐지하는 단계; 상기 탐지된 최대값을 포함하는 주변 주파수 값들을 대수 변환하는 단계; 상기 대수 변환된 데이타에 대한 주파수선 추적 타당성을 판단하는 단계; 상기 주파수선 추적 타당성을 통과한 데이타를 보간하는 단계; 및 상기 보간된 데이터의 최대값에 해당하는 주파수를 탐지하여 상기 추적 주파수로 다시 제공하는 단계; 및 협대역 분석에서 주파수선 자동 추적을 위한 로파분석과 확대 로파분석사이의 상호 화면 전환 시 주파수선 추적 연속성 보장을 위한 추적 연계를 수행하는 단계;를 포함한다.

Description

협대역 분석에서 주파수선 자동 추적 방법{AUTOMATIC FREQUENCY LINE TRACKING METHOD AT NARROWBAND ANALYSIS}
본 발명은 소나(센서)에서 획득한 신호에 대해 협대역 주파수 분석을 통하여 얻어진 특정 신호의 주파수선 정보를 자동으로 추적하는 방법에 관한 것이다.
플랫폼에 탑재되어 있는 다양한 소나(센서)에서 획득한 신호로부터 필요한 정보를 추출하기 위하여 광대역 분석, 협대역 분석 및 순간소음 분석 등이 수행된다. 이 중에서 협대역 분석은 분석된 주파수 정보를 통하여 어떤 장비(기계류, 추진기 등)의 작동상태 및 작동정보를 얻을 수 있다.
상기와 같은 장비의 작동정보는 사용자의 목적에 따라 지속적으로 모니터링이 필요하다. 특히 외부 소음을 탐지/추적하기 위한 특정 소나에서 외부 소음을 용이하게 판단하기 위해서는 플랫폼의 자체소음 정보를 모니터링 하여 특정 소나에 제공할 필요가 있다. 이를 위해 협대역 분석에서 플랫폼의 자체소음 주파수를 지속적으로 추적하는 방안이 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은 소나(센서)에서 획득한 신호에 대해 협대역 주파수 분석을 통하여 얻어진 특정 신호의 주파수선을 자동으로 추적하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 협대역 분석 조건에 따라 주파수선의 추적 연속성을 유지할 수 있는 주파수선 자동 추적 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 협대역 분석에서 주파수선 자동 추적 방법은, 센서에서 측정된 표적 신호의 추적 주파수를 설정하고 설정된 추적 주파수를 중심으로 하는 윈도우셀 범위에서 신호 스펙트럼의 최대값을 탐지하는 단계; 상기 탐지된 최대값을 포함하는 주변 주파수 값들을 대수 변환하는 단계; 상기 대수 변환된 데이타에 대한 주파수선 추적 타당성을 판단하는 단계; 상기 주파수선 추적 타당성을 통과한 데이타를 보간하는 단계; 및 상기 보간된 데이터의 최대값에 해당하는 주파수를 탐지하여 상기 추적 주파수로 다시 제공하는 단계;를 포함한다.
상기 주파수선 추적 타당성을 판단하는 단계는, 상기 탐지된 최대값이 노이즈 + 3 dB보다 큰지 비교하는 단계; 상기 탐지된 최대값이 노이즈 + 3 dB보다 크면 1, 작거나 같으면 0를 할당하여 가중치와 곱하여 추적 타당성값을 계산하는 단계; 최대값 탐지 회수별로 상기 동작을 반복 수행하여 추적 타당성값을 누적하는 단계; 및 상기 누적된 추적 타당성값이 기 설정된 값보다 크면 대수 변환된 데이타가 주파수선 추적 타당성을 통과한 것으로 간주하는 단계;를 포함한다.
상기 가중치값은 최대값 탐지 회수가 증가할수록 큰 값을 갖는다.
상기 보간은 최대값을 중심으로 양쪽의 2개의 스펙트럼 값에 대해 포물선 보간을 수행한다.
상기 협대역 분석에서 주파수선 자동 추적 방법은, 협대역 분석에서 주파수선 자동 추적을 위한 로파분석과 확대 로파분석사이의 상호 화면 전환 시 주파수선 추적 연속성 보장을 위한 추적 연계를 수행하는 단계;를 더 포함한다.
본 발명은 소나(센서)에서 획득한 소음(신호)에 대해 협대역 주파수 분석을 통하여 얻어진 신호의 주파수선을 자동으로 추적하고, 협대역 분석 조건에 따라 주파수선의 추적 연속성을 유지함으로써 자함 소음에 대한 모니터링이 용이하게된다.
본 발명을 통해 추적된 자함 소음 주파수선 정보는 외부 소음을 탐지/추적하기 위한 특정 소나에서 탐지된 신호가 외부 소음인지 자함 소음인지 용이하게 판단할 수 있는 기본 정보를 제공함으로써 용이한 외부 표적 탐지가 가능하다.
도 1은 협대역 분석에서의 주파수선 자동 추적 방법에 관한 흐름도.
도 2는 로파분석(Overview Analysis)에서 분석주파수 대역 전환에 따른 추적 방법을 나타낸 예시도.
도 3은 확대 로파분석(Magnifier Analysis)에서 분석주파수 대역 전환에 따른 추적 방법을 나타낸 예시도.
도 4는 로파분석(Overview Analysis)과 확대 로파분석(Magnifier Analysis)간의 상호 전환에 따른 추적 방법을 나타낸 예시도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 협대역 분석에서 주파수선 자동 추적 방법(100)에 관한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 협대역 분석에서 주파수선 자동 추적 방법(100)은, 소나(센서)로부터 측정된 신호의 협대역 분석을 위해 먼저 추적하고자 하는 주파수 설정 및 그 설정된 주파수를 중심으로 하는 윈도우 셀 범위 안에서 스펙트럼의 최대값을 탐지하는 단계(101); 상기 탐지된 스펙트럼의 최대값을 포함하여 주변 값들을 대수변환하는 단계(102); 상기 대수변환된 최대값에 대한 주파수선의 추적 타당성을 판단하는 단계(103); 상기 주파수선의 추적 타당성을 통과한 데이터에 대해 보간을 수행하는 단계(104); 상기 보간된 데이터에 대해 최대값에 해당하는 주파수를 탐지하여 상기 단계(101)의 최대값으로 제공하는 단계(105); 및 협대역 분석시 로파분석(LOFAR Analysis, Overview Analysis)과 확대 로파분석(Vernier LOFAR Analysis, Magnifier LOFAR Analysis) 사이의 상호 화면 전환에 따른 주파수선 추적 연속성 보장을 위해 추적 연계를 수행하는 단계를 포함한다.
이하, 협대역 주파수 분석을 통하여 얻어진 특정 신호의 주파수선을 자동으로 추적하는 방법 및 협대역 분석 조건에 따라 주파수선의 추적 연속성을 가지는 방법에 관해 설명한다.
도 1을 참조하면, 협대역 분석에서의 주파수선 자동 추적을 위하여, 운용자는 협대역 분석(로파분석, 확대로파분석)상에서 추적하고자 하는 주파수를 설정하고, 설정된 추적 주파수를 중심으로 협대역 분석 해상도에 따라 고정 또는 가변 윈도우 셀(Variable Window Cell) 크기(범위)를 설정한 다음 윈도우 셀 범위 안에서 스펙트럼의 최대값을 탐지한다(101).
다음으로, 탐지된 스펙트럼의 최대값을 중심으로 하여 양쪽의 2개의 스펙트럼 값에 대해 대수 변환(dB변환)을 수행한다(102).
다음으로, 상기 대수 변환된 데이타를 이용하여 주파수선의 추적 타당성을 검토하여, 추적 타당성이 만족되면 주파수선을 계속 추적하고 추적 타당성이 만족되지 않으면 추적 손실로 처리한다(103). 상기 주파수선의 추적 타당성을 검토하기 위한 방법은 다음 수학식 1과 같다.
Figure 112013119796618-pat00001
여기서, ω는 가중치이고, T는 신호의 존재 유무를 판단하는 값이며, S는 추적 타당성 값을 나타낸다.
수학식 1에 도시된 바와같이, 상기 대수 변환된 데이타의 최대값이 노이즈 + 3 dB보다 큰지 비교하여, 노이즈 + 3 dB보다 크면 1, 작거나 같으면 0를 할당하여 가중치와 곱하여 추적 타당성값을 계산한다. 이후 최대값 탐지 회수별로 상기 동작을 반복 수행하여 추적 타당성값을 누적한다. 이때, 가중치(ω)는 최근에 탐지된 최대값에 더 큰 값을 부여한다(예를들어, ω0가 ω5보다 크다).
따라서, 상기 누적된 추적 타당성값(S)이 0.5보다 크거나 같으면 상기 대수 변환된 데이타가 주파수선 추적 타당성을 통과한 것으로 간주하고 0.5보다 작으면 손실로 간주한다. 여기서, 상기 0.5보다 작다는 것은 표적의 신호가 미약하여 해당 신호의 주파수가 노이즈 또는 주변 주파수와 구별이 잘 안되어 추적할 수 없음을 의미한다.
만약 주파수선의 추적 타당성이 만족되면 주파수선을 계속 추적하기 위하여 최대값을 중심으로 양쪽의 2개의 스펙트럼 값에 대해 3점 포물선(Parabolic) 보간을 수행한다(104).
다음으로, 상기 보간된 스펙트럼에 대해 최대값에 해당하는 주파수 값을 재 탐지한다(105). 상기 재탐지된 주파수 값이 이전 단계(101)의 스펙트럼의 최댓값 탐지(101)를 위해 필요한 주파수로 재입력된다.
도 2는 로파분석(Overview Analysis)에서 분석주파수 대역 전환에 따른 추적 방법(200)을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명은 로파분석(Overview Analysis)에서 넓은 분석주파수 대역(낮은 해상도)에서 좁은 분석주파수 대역(높은 해상도)으로 전환될 때의 주파수선 추적 연계 방법을 수행할 수 있다.
상기 분석주파수 대역 전환에 따른 추적 연계는 넓은 분석주파수 대역(201)에서 주파수선 ①, ②, ③, ④에 대한 추적을 수행하고 있다가 좁은 분석주파수 대역(202)으로 전환되면 주파수선 ①, ②는 추적을 계속 하지만 주파수선 ③, ④는 추적이 종료된다.
다른 실시예로서, 본 발명은 로파분석(Overview Analysis)에서 좁은 분석주파수 대역(높은 해상도)에서 넓은 분석주파수 대역(낮은 해상도4)으로 전환될 때 주파수선 추적 연계 방법을 수행할 수 있다.
상기 분석주파수 대역 전환에 따른 추적 연계는 좁은 분석주파수 대역(203)에서 주파수선 ①, ②에 대한 추적을 수행하고 있다가 넓은 분석주파수 대역(204)으로 전환될 때 주파수선 ①, ②가 동일 윈도우 셀(Window Cell)에 동시 포함(즉, ①을 기준으로 윈도우를 설정할 때도 ②가 포함되며, ②를 기준으로 윈도우를 설정할 때 ①이 포함됨)되면, 두 값 중에서 신호대 잡음비(SNR : Signal to Noise Ratio)이 높은 주파수를 추적한다. 만약 두 주파수의 SNR값이 동일하면 낮은 주파수를 먼저 추적한다. 상기에서 SNR은 최근 6 프레임의 SNR 평균값으로 산정한다.
도 3은 확대 로파분석(Magnifier Analysis)에서 분석주파수 대역 전환에 따른 추적 방법(300)을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 로파분석(Overview Analysis, 301)에서 주파수선 ②을 추적하고 있는 상태에서 확대 로파분석(Magnifier Analysis, 302)을 수행하여 새로운 주파수선 ①, ③을 추적하다가 새로운 확대 로파분석 대역(303)으로 전환되면, 상기 주파수선 ①, ②에 대한 추적은 새로운 확대 로파분석(303)에서는 수행하지 않고 로파분석(301)에서 수행하며, 만약 ①, ②가 동일 윈도우 셀에 포함되면 SNR이 큰 주파수선만 추적한다.
그리고, 주파수선 ③은 새로운 확대 로파분석(303)에서 자동으로 계속 추적 하고 로파분석(Overview Analysis, 301)에서는 추적을 수행하지 않는다. 주파수선 ④는 운용자가 새로 설정하여 확대 로파분석에서 추적을 수행한다.
다은 실시예에서, 로파분석(304)에서 주파수선 ②을 추적하고 있는 상태에서, 확대 로파분석(305)을 수행하여 새로운 주파수선 ①을 포함한 주파수선 ①, ②에 대해 추적을 수행하다가 새로운 확대 로파분석 대역(306)으로 전환되면, 주파수선 ①, ②에 대한 추적은 확대 로파분석(306)에서는 수행하지 않고 로파분석(304)에서 추적을 수행하며, 만약 주파수선 ①, ②가 동일 윈도우에 포함되면 SNR이 큰 주파수선만 추적한다. 또한 주파수선 ③은 확대 로파분석(306)에서 운용자가 추적을 새로 설정하여 추적한다.
도 4는 로파분석과 확대 로파분석간의 상호 전환에 따른 추적 방법(400)을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 확대 로파분석(402 및 403)에서 주파수선 ①, ②, ③, ④, ⑤을 추적하고 있는 상태에서 확대 로파분석(402 및 403)을 종료하면, 주파수선 ①, ②, ③, ④, ⑤는 로파분석(401)에서 추적을 수행하는데, 만약 주파수선 ①, ②와 같이 추적 주파수선이 인접하여 동일 윈도우 셀에 포함되면 SNR이 높은 주파수선 ②만 추적을 수행한다.
다른 실시예로, 로파분석(404)에서 주파수선 ①, ②, ③, ④를 추적하고 있는 상태에서, 확대 로파분석(405 및 406)을 수행하면 로파분석(404)에서 추적하고 있던 주파수선 ①, ②, ③, ④는 로파분석(404)에서 추적하지 않고 확대 로파분석(405 및 406)에서 자동으로 추적을 수행한다.
상술한 바와같이 본 발명은 소나(센서)에서 획득한 소음(신호)에 대해 협대역 주파수 분석을 통하여 얻어진 신호의 주파수선을 자동으로 추적하고, 협대역 분석 조건에 따라 주파수선의 추적 연속성을 유지함으로써 자함 소음에 대한 모니터링이 용이하게 된다.
또한, 본 발명을 통해 추적된 자함 소음 주파수선 정보는 외부 소음을 탐지/추적하기 위한 특정 소나에서 탐지된 신호가 외부 소음인지 자함 소음인지 용이하게 판단할 수 있는 기본 정보를 제공함으로써 용이한 외부 표적 탐지가 가능하다.
상술한 본 발명에 따른 협대역 분석에서 주파수선 자동 추적 방법은, 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

Claims (3)

  1. 센서에서 측정된 표적 신호의 추적 주파수를 설정하고 설정된 추적 주파수를 중심으로 하는 윈도우셀 범위에서 신호 스펙트럼의 최대값을 탐지하는 단계;
    상기 탐지된 최대값을 포함하는 주변 주파수 값들을 대수 변환하는 단계;
    상기 대수 변환된 데이타에 대한 주파수선 추적 타당성을 판단하는 단계;
    상기 주파수선 추적 타당성을 통과한 데이타를 보간하는 단계; 및
    상기 보간된 데이터의 최대값에 해당하는 주파수를 탐지하여 상기 추적 주파수로 다시 제공하는 단계;를 포함하는 협대역 분석에서 주파수선 자동 추적 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 주파수선 추적 타당성을 판단하는 단계는
    상기 탐지된 최대값이 노이즈 + 3 dB보다 큰지 비교하는 단계;
    상기 탐지된 최대값이 노이즈 + 3 dB보다 크면 1, 작거나 같으면 0를 할당하여 가중치와 곱하여 추적 타당성값을 계산하는 단계;
    최대값 탐지 회수별로 상기 비교 및 계산 단계를 반복 수행하여 추적 타당성값을 누적하는 단계; 및
    상기 누적된 추적 타당성값이 기 설정된 값보다 크면 대수 변환된 데이타가 주파수선 추적 타당성을 통과한 것으로 간주하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 협대역 분석에서 주파수선 자동 추적 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 협대역 분석에서 주파수선 자동 추적을 위한 로파분석과 확대 로파분석사이의 상호 화면 전환 시 주파수선 추적 연속성 보장을 위한 추적 연계를 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 협대역 분석에서 주파수선 자동 추적 방법.
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