KR101680155B1 - 마할라노비스 거리 기반 펄스모호성 해결을 위한 대상펄스 선정방법 - Google Patents

마할라노비스 거리 기반 펄스모호성 해결을 위한 대상펄스 선정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마할라노비스 거리 기반 펄스모호성 해결을 위한 대상펄스 선정방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 마할라노비스 거리 기반 펄스모호성 해결을 위한 대상 펄스 선정방법은 LOB(Line Of Bearing) 간의 교점을 계산하는 단계(S100); 상기 계산하는 단계(S100)에서 계산된 상기 교점이 이상치(Outlier)인지 여부를 각각 판단하는 단계(S200); 및 상기 판단하는 단계(S200)에서 이상치(Outlier)로 판단된 교점을 제외한 나머지 교점을 이용하여 탐지영역을 설정하는 단계(S300);를 포함한다. 본 발명에 따르면, 수신기 사이의 이격거리에 비해 작은 PRI값을 가지는 위협에 대한 레이더 펄스 모호성을 해결하기 위하여, 대상펄스 영역을 설정할 때 다수의 LOB 교점에 마할라노비스 거리 개념을 도입하여 교점들 중 이상치를 제거함으로써 과대 대상펄스 설정영역 문제를 해결할 수 있다.

Description

마할라노비스 거리 기반 펄스모호성 해결을 위한 대상펄스 선정방법 {A method of selecting pulses to resolve pulse ambiguity based on Mahalanobis distance}
본 발명은 마할라노비스 거리 기반 펄스모호성 해결을 위한 대상펄스 선정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각 수신기에서의 레이더 신호에 대한 방향탐지 결과인 AOA를 바탕으로 LOB(Line Of Bearing)를 계산하고 LOB들의 교점을 이용하여 대상펄스 영역을 설정하여 펄스모호성을 해결하려고 할 때, 다수의 LOB 교점에 마할라노비스 거리 개념을 도입하여 교점들 중 이상치(Outlier)를 제거함으로써 과대 대상펄스 설정영역 문제를 해결하는 마할라노비스 거리 기반 펄스모호성 해결을 위한 대상 펄스 선정방법에 관한 것이다.
TDOA(Time Difference Of Arrival) 시스템은 각 수신기에서 수신되는 위협 신호의 신호도착시간을 이용하여 위협의 위치를 탐지한다. TDOA 시스템은 TDOA 값을 추출하기 위하여 다수의 수신기를 이격하여 운용한다. 레이더에서 방사되는 펄스 신호는 펄스반복주기(Pulse Repetition Interval, PRI)를 가지는데, 이 PRI값이 수신기간 이격거리 대비 작은 거리값(
Figure 112015014551714-pat00001
)을 가지는 경우 각 수신기에서 수신된 펄스 중 동일한 펄스를 선정하는데 있어서 모호성이 발생하며, 이를 펄스모호성이라 한다.
펄스모호성을 해결하기 위한 방법으로 위협에 대한 방향탐지 결과인 AOA(Angle of Arrival)를 이용하여 모호성을 해결하기 위한 대상 펄스의 영역을 설정한다. 하지만, 방향탐지 정확도가 높지 않거나, 각 수신기의 방향탐지 결과인 AOA들의 차이가 크지 않은 경우에는 전체 대상펄스 선정의 영역이 크게 증가하여 모호성 해결에 문제를 일으킨다.
공개특허공보 제10-2006-0035805호 (2006.04.26)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 펄스모호성 해결을 위하여 마할라노비스 거리를 기반으로 대상 펄스를 선정하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 마할라노비스 거리 기반 펄스모호성 해결을 위한 대상 펄스 선정방법은 LOB(Line Of Bearing) 간의 교점을 계산하는 단계(S100); 상기 계산된 교점이 이상치(Outlier)인지 여부를 판단하는 단계(S200); 및 상기 판단하는 단계(S200)에서 이상치(Outlier)로 판단된 교점을 제외한 나머지 교점을 이용하여 탐지영역을 설정하는 단계(S300);를 포함한다.
상기 계산하는 단계(S100)는 수신기에서 수집한 레이더 신호를 분석하여 AET(Active Emitter Table)를 산출하는 단계(S110); 상기 AET(Active Emitter Table) 내의 AOA(Angle of Arrival) 정보를 이용하여 상기 LOB(Line Of Bearing)를 계산하는 단계(S120); 및 상기 LOB(Line Of Bearing)를 이용하여, 상기 LOB(Line Of Bearing) 간의 교점을 계산하는 단계(S130);를 포함한다.
상기 판단하는 단계(S200)는 상기 LOB(Line Of Bearing)간의 교점의 좌표를 이용하여 입력데이터(P)를 생성하는 단계(S210); 상기 입력데이터(P)를 이용하여 마할라노비스 거리(D)를 계산하는 단계(S220); 상기 마할라노비스 거리(D)를 이용하여 이상치 판단을 위한 임계치(T)를 설정하는 단계(S230); 및 상기 마할라노비스 거리(D)가 상기 임계치(T) 이상인 경우에는 상기 교점을 이상치(Outlier)로 판단하는 단계(S240);를 포함한다.
상기 LOB(Line Of Bearing)를 계산하는 단계(S120)는 하기의 조건별 수학식에 의해 상기 LOB(Line Of Bearing)를 계산하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112015014551714-pat00002
(여기서, θ는 AOA값을 의미하고, ex, ey는 직교좌표계에서 수신기의 좌표를 의미함.)
상기 LOB(Line Of Bearing) 간의 교점을 계산하는 단계(S130)는 하기의 조건에 따른 하기의 수학식에 의해 상기 LOB(Line Of Bearing) 간의 교점(Cx, Cy)을 계산하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112015014551714-pat00003
Figure 112015014551714-pat00004
Figure 112015014551714-pat00005
(여기서, xj, yj와 xk, yk는 각각 수신기 j와 k의 위치좌표를 나타내고, detj와 detk는 수신기 j와 k에서의 방향탐지정확도를 반영한 위협으로의 기울기를 나타내며, θ는 AOA값을 의미함.)
상기 탐지영역을 설정하는 단계(S300)는 하기의 수학식에 의해 탐지영역(Rx , Ry)을 설정하는 것을 특징으로 한다.
P'=P-Po
Rx = [min(P'[1]), max(P'[1])]
Ry = [min(P'[2]), max(P'[2])]
(여기서, P는 LOB의 교점이고, P'는 LOB 교점들 중 이상치를 나타내며, Po는 이상치가 제거된 LOB의 교점을 의미하고, Rx는 탐지영역의 x좌표 영역, Ry는 탐지영역의 y좌표 영역을 의미함.)
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 수신기 사이의 이격거리에 비해 작은 PRI값을 가지는 위협에 대한 레이더 펄스 모호성을 해결하기 위하여, 대상펄스 영역을 설정할 때 다수의 LOB 교점에 마할라노비스 거리 개념을 도입하여 교점들 중 이상치를 제거함으로써 과대 대상펄스 설정영역 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명은 연산이 간단하고 이상치 제거 정확도가 높으므로, TDOA를 이용하여 위치추정 시스템의 약점을 보완할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 마할라노비스 거리 기반 펄스모호성 해결을 위한 대상펄스 선정방법의 순서도.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 마할라노비스 거리 기반 펄스모호성 해결을 위한 대상펄스 선정방법의 순서도이다. 도 1을 참조할 때, 마할라노비스 거리 기반 펄스모호성 해결을 위한 대상 펄스 선정방법은 LOB(Line Of Bearing) 간의 교점을 계산하는 단계(S100); 상기 계산된 교점이 이상치(Outlier)인지 여부를 판단하는 단계(S200); 및 상기 판단하는 단계(S200)에서 이상치(Outlier)로 판단된 교점을 제외한 나머지 교점을 이용하여 탐지영역을 설정하는 단계(S300);를 포함한다.
상기 LOB(Line Of Bearing) 간의 교점을 계산하는 단계(S100)는 상기 계산하는 단계(S100)는 수신기에서 수집한 레이더 신호를 분석하여 AET(Active Emitter Table)를 산출하는 단계(S110); 상기 AET(Active Emitter Table) 내의 AOA(Angle of Arrival) 정보를 이용하여 상기 LOB(Line Of Bearing)를 계산하는 단계(S120); 및 상기 LOB(Line Of Bearing)를 이용하여, 상기 LOB(Line Of Bearing) 간의 교점을 계산하는 단계(S130);를 포함한다.
AET(Active Emitter Table)를 산출하는 단계(S110)에서는 LOB를 계산하기 위하여 AET(Active Emitter Table)를 산출한다. 상기 AET(Active Emitter Table)는 각 수신기에서 수집/분석결과로서, AOA, PRI 등의 정보를 포함한다.
LOB(Line Of Bearing)를 계산하는 단계(S120)는 각 수신기에서 산출한 AET내의 AOA 정보를 이용하여 LOB를 계산하는 단계로서, 그 방법은 하기의 표 1과 같다. 표 1에서 θ는 AOA값을 의미하고, ex, ey는 직교좌표계에서 수신기의 좌표를 의미한다.
Figure 112015014551714-pat00006
LOB(Line Of Bearing) 간의 교점을 계산하는 단계(S130)는 각 수신기 기준으로 계산된 LOB의 수학식을 이용하여 LOB들의 교점(Cx, Cy)을 계산하는 단계로서, 그 방법은 하기의 수학식 1 및 표 2와 같다. 수학식 1에서 xj, yj와 xk, yk는 각각 수신기 j와 k의 위치좌표를 나타내고, detj와 detk는 수신기 j와 k에서의 방향탐지정확도를 반영한 위협으로의 기울기를 나타낸다. 또한, 표 2에서 θ는 AOA값을 의미한다.
Figure 112015014551714-pat00007
Figure 112015014551714-pat00008

Figure 112015014551714-pat00009
교점이 이상치(Outlier)인지 여부를 각각 판단하는 단계(S200)는 상기 LOB(Line Of Bearing)간의 교점의 좌표를 이용하여 입력데이터(P)를 생성하는 단계(S210); 상기 입력데이터(P)를 이용하여 마할라노비스 거리(D)를 계산하는 단계(S220); 상기 마할라노비스 거리(D)를 이용하여 이상치 판단을 위한 임계치(T)를 설정하는 단계(S230); 및 상기 마할라노비스 거리(D)가 상기 임계치(T) 이상인 경우에는 상기 교점을 이상치(Outlier)로 판단하는 단계(S240);를 포함한다.
입력데이터(P)를 생성하는 단계(S210)는 LOB 교점들의 좌표를 이용하여 하기의 수학식 2와 같이 입력데이터 P를 생성한다. 상기 입력데이터 P는 행렬로 생성될 수 있다.
Figure 112015014551714-pat00010
Figure 112015014551714-pat00011

마할라노비스 거리(D) 계산(S500)은 입력데이터 P에 대하여 하기의 수학식 3을 이용하여 거리를 계산한다. 수학식 3에서
Figure 112015014551714-pat00012
는 x좌표 및 y좌표의 평균값을 의미하고, C는 P행렬의 x좌표, y좌표들간의 공분산을 의미한다.
Figure 112015014551714-pat00013
임계치(T)를 설정하는 단계(S230)는 계산된 마할라노비스 거리를 기반으로 이상치여부를 판단하기 위한 임계치(T)를 설정하는 것으로, 임계치(T)는 하기의 수학식 4와 같이 설정한다.
Figure 112015014551714-pat00014
교점을 이상치(Outlier)로 판단하는 단계(S240)에서는 각 교점에 대하여 계산된 마할라노비스 거리(D)를 임계치(T)와 비교하여, 상기 마할라노비스 거리(D)가 상기 임계치(T) 이상인 경우에는 상기 교점을 이상치(Outlier)로 판단한다.
탐지영역을 설정하는 단계(S300)는 LOB 교점 중 상기 판단하는 단계(S200)에서 이상치(Outlier)로 판단된 교점을 제외한 나머지 교점들을 이용하여 하기의 수학식 5와 같이 탐지영역을 설정한다. 수학식 5에서 P는 LOB의 교점이고, P'는 LOB 교점들 중 이상치를 나타내며, Po는 이상치가 제거된 LOB의 교점을 의미한다. 또한, Rx는 탐지영역의 x좌표 영역, Ry는 탐지영역의 y좌표 영역을 의미한다.
Figure 112015014551714-pat00015
Figure 112015014551714-pat00016
Figure 112015014551714-pat00017

상기와 같이 본 발명에 따르면, 수신기 사이의 이격거리에 비해 작은 PRI값을 가지는 위협에 대한 레이더 펄스 모호성을 해결하기 위하여, 대상펄스 영역을 설정할 때 다수의 LOB 교점에 마할라노비스 거리 개념을 도입하여 교점들 중 이상치를 제거함으로써 과대 대상펄스 설정영역 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명은 연산이 간단하고 이상치 제거 정확도가 높으므로, TDOA를 이용하여 위치추정 시스템의 약점을 보완할 수 있다.
앞서 살펴본 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 '당업자'라 한다)가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시 예일 뿐, 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.

Claims (6)

  1. LOB(Line Of Bearing) 간의 교점을 계산하는 단계(S100);
    상기 계산된 교점이 이상치(Outlier)인지 여부를 판단하는 단계(S200); 및
    상기 판단하는 단계(S200)에서 이상치(Outlier)로 판단된 교점을 제외한 나머지 교점을 이용하여 탐지영역을 설정하는 단계(S300);를 포함하며,
    상기 계산하는 단계(S100)는 수신기에서 수집한 레이더 신호를 분석하여 AET(Active Emitter Table)를 산출하는 단계(S110);
    상기 AET(Active Emitter Table) 내의 AOA(Angle of Arrival) 정보를 이용하여 상기 LOB(Line Of Bearing)를 계산하는 단계(S120); 및
    상기 LOB(Line Of Bearing)를 이용하여, 상기 LOB(Line Of Bearing) 간의 교점을 계산하는 단계(S130);를 포함하며,
    상기 LOB(Line Of Bearing)를 계산하는 단계(S120)는 하기의 조건별 수학식에 의해 상기 LOB(Line Of Bearing)를 계산하는 것을 특징으로 하는 마할라노비스 거리 기반 펄스모호성 해결을 위한 대상 펄스 선정방법.
    Figure 112016090378693-pat00023

    (여기서, θ는 AOA값을 의미하고, ex, ey는 직교좌표계에서의 수신기의 좌표를 의미함.)
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 판단하는 단계(S200)는 상기 LOB(Line Of Bearing)간의 교점의 좌표를 이용하여 입력데이터(P)를 생성하는 단계(S210);
    상기 입력데이터(P)를 이용하여 마할라노비스 거리(D)를 계산하는 단계(S220);
    상기 마할라노비스 거리(D)를 이용하여 이상치 판단을 위한 임계치(T)를 설정하는 단계(S230); 및
    상기 마할라노비스 거리(D)가 상기 임계치(T) 이상인 경우에는 상기 교점을 이상치(Outlier)로 판단하는 단계(S240);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 마할라노비스 거리 기반 펄스모호성 해결을 위한 대상 펄스 선정방법.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 LOB(Line Of Bearing) 간의 교점을 계산하는 단계(S130)는 하기의 조건에 따른 하기의 수학식에 의해 상기 LOB(Line Of Bearing) 간의 교점(Cx, Cy)을 계산하는 것을 특징으로 하는 마할라노비스 거리 기반 펄스모호성 해결을 위한 대상 펄스 선정방법.
    Figure 112016090378693-pat00019

    Figure 112016090378693-pat00020

    Figure 112016090378693-pat00021

    (여기서, xj, yj와 xk, yk는 각각 수신기 j와 k의 위치좌표를 나타내고, detj와 detk는 수신기 j와 k에서의 방향탐지정확도를 반영한 위협으로의 기울기를 나타내며, θ는 AOA값을 의미함.)
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 탐지영역을 설정하는 단계(S300)는 하기의 수학식에 의해 탐지영역(Rx , Ry)을 설정하는 것을 특징으로 하는 마할라노비스 거리 기반 펄스모호성 해결을 위한 대상 펄스 선정방법.

    P'=P-Po
    Rx = [min(P'[1]), max(P'[1])]
    Ry = [min(P'[2]), max(P'[2])]

    (여기서, P는 LOB의 교점이고, P'는 LOB 교점들 중 이상치를 나타내며, Po는 이상치가 제거된 LOB의 교점을 의미하고, Rx는 탐지영역의 x좌표 영역, Ry는 탐지영역의 y좌표 영역을 의미함.)
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