KR101712893B1 - 펄스 신호의 펄스 정보 추정을 위한 신호 감지 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

펄스 신호의 펄스 정보 추정을 위한 신호 감지 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 입력 신호의 펄스 정보를 산출하는 신호 감지 장치의 제어 방법에 있어서, 입력 신호의 펄스 정보를 산출하는 신호 감지 장치의 제어 방법에 있어서, 입력 신호를 수신하는 단계와 제1필터 길이를 갖는 차동 이동평균 필터에 근거하여, 상기 입력 신호에 대응되는 제1출력 신호를 산출하는 단계와 상기 제1필터 길이와 다른 제2필터 길이를 갖는 차동 이동평균 필터에 근거하여, 상기 입력 신호에 대응되는 제2출력 신호를 산출하는 단계 및 상기 제1출력 신호 및 제2출력 신호에 근거하여, 상기 입력 신호의 펄스 정보를 추정하는 단계를 포함하고, 상기 제1출력 신호를 산출하는 단계는 상기 제1필터 길이를 갖는 차동 이동평균 필터의 출력 초기값을 설정하는 단계와 기 설정된 제1수식에 따라 상기 설정된 출력 초기값을 이용하여, 제1필터 길이를 갖는 차동 이동평균 필터의 제1서브 신호를 산출하는 단계 및 상기 제1수식과 다른 제2수식에 따라 상기 제1서브 신호를 이용하여, 제2서브 신호를 산출하는 단계를 포함하고, 상기 제2수식은 제2서브 신호의 산출 시, 계산량을 감소하기 위하여, 복수의 시간 인덱스 중 이전에 산출된 시간 인덱스의 서브 신호를 이용하여 그 다음에 산출될 시간 인덱스의 서브 신호를 계산하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

펄스 신호의 펄스 정보 추정을 위한 신호 감지 장치 및 그 제어 방법{SIGNAL DETECTION DEVICE FOR ESTIMATION OF PULSE INFORMATION OF PULSE SIGNAL AND METHOD THEREOF}
본 발명은 레이더 펄스 신호의 펄스 정보를 추정하는 펄스 추정 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전장에서는 다양한 레이더 신호들이 끊임없이 감지될 수 있다. 이에, 전자전 환경에서는, 이러한 레이더 신호를 분석하여, 전장에서 다양한 방식으로 활용하는 것이 중요하다. 한편, 이러한 레이더 신호는 레이더 신호와 관련된 정보를 사전에 인지할 수 없는데, 이렇게 레이더 신호와 관련된 정보가 없는 신호를 비협조적 신호라고 하며, 이러한 비협조적 신호를 발생시키는 주체를 비협조적 신호원이라고 한다.
한편, 이러한 비협조적 신호원의 펄스 신호를 식별하기 위하여, pulse description word(PDW)로 명명되는 펄스폭, 펄스 도착 시각, 중심 주파수, 펄스 세기, 도래각을 활용할 수 있다. 이러한 PDW를 이용하여, 펄스 신호의 종류 및 제원을 파악할 수 있다. 예를 들어, 펄스 도착 시간을 이용하여, 펄스 신호의 펄스 반복 주기를 산출할 수 있고, 펄스폭 및 전송 주파수를 함께 활용하여 아군이 사전에 보유하고 있는 라이브러리와 비교함으로써, 비협조적 신호원의 펄스 신호의 신호원의 종류 및 제원을 파악할 수 있다.
종래의 펄스 신호 식별 방법의 일 예로, 가장 간단한 방법인 펄스 도착 시간 및 펄스폭 추정 방법은 입력 신호가 존재하지 않고 잡음 신호만 존재하는 경우, 잡음 신호의 평균 전력을 연산하고, 상기 평균 전력으로부터 잡음 신호의 검출 임계값을 설정할 수 있다. 이때, 상기 종래의 펄스 도착 시간 및 펄스폭 추정 방법은 잡음 신호의 전력이 임계값 이상인 경우, 입력 신호의 도착 시간을 펄스 도착 시각으로 추정하고, 상기 잡음 신호의 전력이 임계값 이하로 떨어지는 시각과 잡음 신호의 도착 시각의 차이로부터 펄스폭을 추정하는 방법이 있다.
그러나, 종래의 펄스 도착 시간 및 펄스폭 추정 방법은 잡음 신호에 취약하다는 문제점이 존재한다. 또한, 최근 기술의 발달과 함께 펄스 압축, 주파수 도약 등의 피탐 확률을 줄이기 위하여, 다양한 방법의 변조 방식을 사용하여, 비협조적 위협 신호를 생성한다. 이에, 종래 방식만으로는 다양한 방법의 변조 방식을 사용하는 비협조적 위협 신호의 식별에 어려움이 있다.
본 발명에 배경이 되는 기술은 James Tsui, “Special design topics in digital wideband receivers,” Artech House, p.154~171, 2010. 에 개시되어 있습니다.
본 발명은 펄스 신호를 신속하고 민첩하게 감지할 수 있는 신호 감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 펄스 신호의 신호 감지 시, 불필요한 연산량을 감소시키는 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은, 입력 신호의 펄스 정보를 산출하는 신호 감지 장치의 제어 방법에 있어서, 입력 신호를 수신하는 단계와 제1필터 길이를 갖는 차동 이동평균 필터에 근거하여, 상기 입력 신호에 대응되는 제1출력 신호를 산출하는 단계와 상기 제1필터 길이와 다른 제2필터 길이를 갖는 차동 이동평균 필터에 근거하여, 상기 입력 신호에 대응되는 제2출력 신호를 산출하는 단계 및 상기 제1출력 신호 및 제2출력 신호에 근거하여, 상기 입력 신호의 펄스 정보를 추정하는 단계를 포함하고, 상기 제1출력 신호를 산출하는 단계는 상기 제1필터 길이를 갖는 차동 이동평균 필터의 출력 초기값을 설정하는 단계와 상기 설정된 출력 초기값을 이용하여, 제1필터 길이를 갖는 차동 이동평균 필터의 제1서브 신호를 산출하는 단계 및 상기 제1서브 신호를 이용하여, 제2서브 신호를 산출하는 단계를 포함하고, 상기 제2수식은 제2서브 신호의 산출 시, 계산량을 감소하기 위하여, 복수의 시간 인덱스 중 이전에 산출된 시간 인덱스의 서브 신호를 이용하여 그 다음에 산출될 시간 인덱스의 서브 신호를 계산하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1출력 신호는, 상기 제1출력 신호는,
상기 복수의 시간 인덱스에 대하여, 상기 제2수식을 이용하여 출력된 복수의 출력 신호들인 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2출력 신호를 산출하는 단계는, 상기 제2필터 길이를 갖는 차동 이동평균 필터의 출력 초기값을 설정하는 단계와 상기 설정된 출력 초기값을 이용하여, 제2필터 길이를 갖는 차동 이동평균 필터의 제1서브 신호를 산출하는 단계 및 상기 제1서브 신호를 이용하여, 제2서브 신호를 산출하는 단계를 포함하고, 상기 제2수식은 제2서브 신호의 산출 시, 계산량을 감소하기 위하여, 복수의 시간 인덱스 중 이전에 산출된 시간 인덱스의 서브 신호를 이용하여 그 다음에 산출될 시간 인덱스의 서브 신호를 계산하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2출력 신호는, 상기 복수의 시간 인덱스에 대하여, 상기 제2수식을 이용하여 출력된 복수의 출력 신호들인 것을 특징으로 하는 신호 감지 장치의 제어 방법.
일 실시 예에 있어서, 상기 펄스 정보를 추정하는 단계에서는, 상기 제1출력 신호에 대응되는 제1신호대잡음비 및 제2출력 신호에 대응되는 제2신호대잡음비 중 더 큰 값을 갖는 차동 이동평균 필터를 선택하고, 상기 선택된 차동 이동평균 필터에 근거하여, 펄스 정보를 추정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 출력 초기값을 설정하는 단계에서는, 하기의 수학식 ①을 이용하는 것을 특징으로 한다.
수학식 ①
Figure 112016102542791-pat00001
(n : 시간 인덱스, Li : 100 ns ~100 μs의 범위)
일 실시 예에 있어서, 상기 제1서브 신호 및 제2서브 신호를 산출하는 단계에서는, 하기의 수학식 ②를 이용하는 것을 특징으로 한다.
수학식 ②
Figure 112016102542791-pat00002
(n : 시간 인덱스, Li : 100 ns ~ 100 μs의 범위)
본 발명에 따른 신호 감지 장치는 신호 발생원을 알 수 없는 비협조적 신호의 인식 및 식별을 위하여, 신호와 관련된 정보들의 산출 시, 동일 연산을 반복적으로 수행하는 것을 방지함으로써, 신호와 관련된 정보들의 산출 연산량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 전자전 환경 하에서, 보다 신속하게 신호를 분석하여, 보다 민첩하게 전장에서 대응할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 신호 감지 장치는, 신속하고 민첩한 대응이 요구되는 전자전 환경에서의 신호 인식 및 식별 분야에서, 신호와 관련된 정보의 산출 속도를 향상시킴으로써, 아군의 전술적 우위를 확보하는 데 크게 기여할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 신호 감지 장치의 구성 요소들을 나타낸 블록도이다.
도 2는 입력 신호의 펄스 정보를 산출하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 필터 길이와, 입력 신호의 펄스폭에 따른 출력 신호를 나타낸 그래프이다.
도 4는 서로 다른 필터 길이를 가지는 복수의 차동 이동평균 필터의 각 필터의 연산 구조를 도시한 도이다.
도 5는 도 4의 흐름도를 모식적으로 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 차동 이동평균 필터의 전체 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
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.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 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.
종래에는, 신호 감지 장치의 잡음 취약성을 보상하기 위하여, 이동평균필터를 활용하였다.
보다 구체적으로, 종래의 신호 감지 장치는 임펄스 응답 신호가 [수학식 1] 과 같은 이동평균 필터를 활용하여, 펄스 도착 시간을 추정할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016102542791-pat00003
(
Figure 112016102542791-pat00004
: 이동평균 필터의 임펄스 응답 신호, L : 이동평균 필터의 필터 길이)
보다 구체적으로, 종래의 신호 감지 장치는 [수학식 1]을 이용하여, 입력 신호에 대응되는 임펄스 응답 신호가 최대가 되는 시점을 추정하고, 상기 임펄스 응답 신호가 최대가 되는 시점에서, 이동평균 필터의 필터 길이만큼 지연된 값을 보상하여 입력 신호의 펄스 도착 시각을 추정할 수 있다.
한편, 상기 신호 감지 장치는 상기 이동평균 필터의 신호대잡음비(SNR, Signal to Noise Ratio) 향상을 위하여, 입력 신호의 신호 길이와 동일한 필터 길이를 설정하는 것이 필요하다. 그러나, 적의 레이더 신호를 식별하기 위한 전자전 환경에서는 입력 신호인 비협조적 신호원의 펄스 신호에 대한 사전 정보가 전무한 상황이기 때문에, 이동평균 필터의 필터 길이를 입력 신호의 신호 길이와 동일하게 하는 것이 사실상 불가능하다. 이에, 신호 감지 장치는, 다양한 필터 길이를 갖는 복수의 이동평균 필터를 이용하여, 펄스 도착 시간을 추정할 수 있다.
보다 구체적으로, 신호 감지 장치는 복수의 이동평균 필터를 이용하여, 임펄스 응답 신호를 산출하고, 상기 산출된 임펄스 응답 신호 중 신호대잡음비가 가장 높은 필터에서의 임펄스 응답 신호를 최종 출력 신호로 설정하여, 펄스 도착 신호를 추정할 수 있다.
한편, 상기 이동평균 필터는 필터 길이와 입력 신호의 길이가 정확하게 일치하지 않는 경우, 최대값이 지속적으로 유지되는 구간이 존재하며, 이 중에서 최대값이 가장 먼저 발생하는 지점을 이용하여, 펄스 도착 시각을 추정해야 한다.
하지만, 잡음이 신호의 전력보다 큰 0 dB 이하의 환경에서는 최대값이 유지되는 구간 중 가장 먼저 발생하는 지점을 추정하는 데 여전히 어려움이 있다.
이에, 본 발명에서는, 차동 이동평균 필터를 활용하여, 보다 신속하고, 빠르게 펄스 정보를 추정하는 방법을 제안한다. 나아가, 본 발명에서는, 차동 이동평균 필터의 사용 시, 출력 신호를 계산하기 위한 연산량을 감소시킴으로써, 입력 신호의 펄스 정보를 보다 빠르게 추정하는 방법을 제안한다.
이하에서는, 도면과 함께, 비협조적 신호원의 펄스 신호 검출을 위한 신호 감지 장치에 있어서, 입력 신호의 펄스 정보를 추정하는 방법을 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 신호 감지 장치의 구성 요소들을 나타낸 블록도이다.
우선, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 신호 감지 장치(100)는 신호 수신부(110), 저장부(120), 출력부(130) 및 처리부(140)로 구성될 수 있다.
상기 신호 수신부(110)는 외부에서 발생하는 신호를 감지하는 적어도 하나의 안테나들로 구성될 수 있다. 상기 외부는 신호를 발생시킬 수 있는 신호 발생 장치들을 의미하는 것으로, 예를 들어, 전투기, 레이더 발생기 등이 될 수 있다.
상기 저장부(120)는 신호 감지 장치(100)의 동작과 관련된 다양한 정보들이 저장될 수 있다. 예를 들어, 상기 저장부(120)는 신호 감지 장치(100)에서 감지한 입력 신호와 관련된 펄스 정보들, 출력 신호와 관련된 펄스 정보들, 필터와 관련된 필터 정보들을 저장할 수 있다.
상기 출력부(130)는 신호 감지 장치(100)의 동작과 관련된 정보를 시각적 및 청각적 방식 중 적어도 하나의 방식으로 출력하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 출력부(130)는 시각적으로 정보를 출력하는 디스플레이부이거나, 청각적으로 정보를 출력하는 스피커일 수 있다.
상기 처리부(140)는 상기 신호 수신부(110), 저장부(120) 및 출력부(130)를 제어하여, 입력 신호의 펄스 정보를 산출할 수 있다. 예를 들어, 상기 처리부(140)는 기 설정된 필터 길이를 갖는 차동 이동평균 필터를 이용하여, 입력 신호에 대응되는 출력 신호를 산출하고, 상기 산출된 출력 신호의 펄스 정보를 이용하여, 입력 신호의 펄스 정보를 추정할 수 있다.
이상에서는, 본 발명에 따른 신호 감지 장치의 구성 요소들에 대하여 설명하였다. 이하에서는, 상기 구성 요소들 중 적어도 하나의 구성 요소를 포함하는 신호 감지 장치에 있어서, 입력 신호의 펄스 정보를 산출하는 방법을 살펴본다. 도 2는 입력 신호의 펄스 정보를 산출하는 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 3 내지 도 5는 도 2의 제어 방법을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 신호 감지 장치(100)의 처리부(140)는 신호 수신부(110)를 통하여, 외부에서 생성된 입력 신호를 감지할 수 있다(s100).
신호 수신부(110)는 외부에서 발생한 입력 신호를 감지할 수 있다. 상기 입력 신호는 펄스 신호일 수 있다.
상기 처리부(140)는 신호 수신부(110)에서 입력 신호가 감지되면, 차동 이동평균 필터의 초기값을 0으로 설정할 수 있다.
상기 처리부(140)는 상기 신호 수신부(110)로부터 입력 신호가 감지되는 경우, 복수의 차동 이동평균 필터를 이용하여, 출력 신호를 계산할 수 있다(S200).
본 발명에 따른 처리부(140)는 잡음 취약성을 보완하기 위하여, 차동 이동평균 필터를 이용하여, 입력 신호의 펄스 정보를 추정할 수 있다.
상기 차동 이동평균 필터는, 수학식 2와 같은 임펄스 응답 신호(
Figure 112016102542791-pat00005
)를 가질 수 있다. 여기에서, 임펄스 응답 신호는 출력 신호를 의미한다.
[수학식 2]
Figure 112016102542791-pat00006
(
Figure 112016102542791-pat00007
: 차동 이동평균 필터의 임펄스 응답 신호, 2L : 차동 이동평균 필터의 길이)
한편, 상기 처리부(140)는 입력 신호의 펄스폭을 알 수 없기 때문에, 복수의 차동 이동평균 필터를 이용하여, 입력 신호에 대응되는 각각의 출력 신호를 계산할 수 있다. 이때, 상기 처리부(140)는 사용자 입력 또는 기 설정된 조건에 따라, 차동 이동평균 필터의 필터 길이 및 필터 개수를 설정할 수 있다.
상기 복수의 차동 이동평균 필터는 서로 다른 필터 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 일반적인 입력 신호는 펄스폭이 100 ns에서 100 μs 이므로, 처리부(140)는 100 ns에서 1 μs까지 100 ns 간격, 1 μs에서 10 μs까지 1 μs 간격, 10 μs에서 100μs까지 10 μs 간격으로 차동 이동평균 필터의 필터 길이를 설정할 수 있다.
서로 다른 필터 길이를 갖는 복수의 차동 이동평균 필터는, 동일한 입력 신호에 대하여, 서로 다른 출력 신호를 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 도 3은 필터 길이와, 입력 신호의 펄스폭에 따른 출력 신호를 나타낸 그래프이다. 여기서 TOA(time of arrival)는 펄스 도착 시각, PW(pulse width)는 펄스폭, FL(filter length)는 필터 길이이다.
우선, 차동 이동평균 필터의 필터 길이가, 펄스폭의 1/2보다 작은 경우, 출력 신호는 도 3의 (a)와 같이, 대칭적인 형태로 이루어질 수 있다. 이때, 출력 신호는 특정 시점에서 최대값을 가질 수 있다.
다음으로, 차동 이동평균 필터의 필터 길이가, 펄스폭의 1/2과, 펄스폭 사이의 길이를 갖는 경우, 출력 신호는 도 3의 (b)와 같은 형태를 가질 수 있다. 이때에도, 출력 신호는 도 3의 (a)와 같이 특정 시점에서 최대값을 가질 수 있다.
다음으로, 차동 이동평균 필터의 필터 길이가, 펄스폭과 동일한 경우, 도 3의 (c)와 같은 출력 신호를 가질 수 있다. 마찬가지로, 출력 신호는 특정 시점에서 최대값을 가질 수 있다.
다음으로, 차동 이동평균 필터의 필터 길이가 펄스폭보다 큰 경우, 도 3의 (d)와 같은 출력 신호를 가질 수 있다. 이 경우, 출력 신호는 최대값이 소정 시간 동안 유지되는 시간 구간을 가질 수 있다. 즉, 도 3의 (a) 내지 (c )와 달리, 소정 시간 구간 동안 최대값을 가질 수 있다.
상기 살펴본 바와 같이, 차동 이동평균 필터는, 필터 길이가 펄스폭보다 짧은 경우, 최대값을 갖는 시점을 용이하게 추정할 수 있지만, 필터 길이가 펄스폭보다 긴 경우, 차동 이동평균 필터의 성능이 열화되는 문제점이 있다. 또한, 차동 이동 평균 필터는, 필터 길이가 펄스폭보다 긴 경우, 차동 이동평균 필터의 성능은 저하되지 않으나, 최대값이 소정 시간 동안 유지되어, 최대값을 갖는 시점을 용이하게 추정할 수 없는 문제점이 있다.
이에, 도 6과 같이, 처리부(140)에서는 서로 다른 필터 길이를 가지는 복수의 차동 이동평균 필터마다, 입력 신호에 대한 출력 신호를 계산한다.
한편, 처리부(140)는 차동 이동평균 필터를 이용하여 출력 신호의 계산 시, 입력 신호
Figure 112016102542791-pat00008
에 대한 출력 신호
Figure 112016102542791-pat00009
을 하기의 [수학식 3]으로, 계산할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112016102542791-pat00010
(2L : 차등 이동평균 필터의 필터 길이,
Figure 112016102542791-pat00011
: 임펄스 응답 n : 시간 인덱스)
이때, 상기 처리부(140)는 새로운 입력이 수신될 때마다, 수학식 3의 연산을 필터의 개수만큼 수행해야 한다. 즉, 처리부(140)의 연산량은 펄스 정보의 추정 정확도를 향상시키기 위하여, 필터의 개수가 많아질수록, 비례하여 증가한다.
한편, 상기 처리부(140)는 n번째 출력 신호와, n+1번째 출력 신호에 대한 상당수의 연산량이 중복된다는 것에 기인하여, n+1번째 출력신호 연산 시에 n번째 출력신호를 활용할 수 있다.
이하에서는, n+1번째 출력신호를 연산하는 방법을 구체적으로 설명한다.
도 5를 참조하면, 처리부(140)는 차동 이동평균 필터의 출력 초기값을 설정할 수 있다(S210).
우선, 처리부(140)는 출력 신호를 산출하기 위하여, 복수의 차동 이평균 필터 중 출력 신호 산출의 대상이 되는 특정 길이를 갖는 차동 이동평균 필터의 출력 초기값을 0으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 제1필터 길이를 갖는 차동 이동 평균 필터의 출력 초기값을 0으로 설정할 수 있다.
다음으로, 처리부(140)는 상기 특정 길이를 갖는 차동 이동평균 필터에 대하여, 제1수식에 따라, 출력 초기값을 이용하여, 제1서브 신호를 계산할 수 있다(S220).
처리부(140)는 기 설정된 제1수식에 따라 제1서브 신호를 계산할 수 있다. 상기 제1수식은 하기의 수학식 4이다.
[수학식 4]
Figure 112016102542791-pat00012
(n은 시간 인덱스, Li는 100 ns부터 100 μs 사이의 값)
그 다음으로, 상기 처리부(140)는, 제2수식에 따라, 제2서브신호를 계산할 수 있다(S230).
처리부(140)는 제1서브 신호가 계산된 후, 기 설정된 제2수식에 따라 제2서브 신호를 계산할 수 있다. 여기에서, 제2서브 신호는 제1서브 신호의 다음 시간 인덱스에서의 출력 신호를 의미한다.
상기 제2수식은 하기의 수학식 5이다.
[수학식 5]
Figure 112016102542791-pat00013
(
Figure 112016102542791-pat00014
: 필터 개수,
Figure 112016102542791-pat00015
: 필터 인덱스,
Figure 112016102542791-pat00016
: 필터 길이,
Figure 112016102542791-pat00017
: 입력 신호,
Figure 112016102542791-pat00018
: 각 필터에 대한 출력값)
상기 처리부(140)는, 상기 제2수식을 n회 반복하여 수행한다. 즉, 상기 처리부(140)는 각각의 시간 인덱스(즉, 1~N 사이의 값)에서의 출력을 산출하기 위하여, 제2수식을 n회 반복하여 수행할 수 있다.
한편, 상기 제2수식의 출력값 산출 원리에 적용되는 샘플들의 특징에 대하여 살펴보면, n+1번째 연산에 필요한 샘플은 n번째 연산에 필요한 샘플 중에서, 도 4에서 표시한 사각형(510, 520, 530) 안의 샘플을 제외하고 모두 동일한 값을 가질 수 있다.
이에, 처리부(140)는 수학식 5와 같이 n+1번째 출력값의 연산을 위해서 n번째 출력값에 사각형 안의 샘플인 n번째, n+2L i 번째, n+L i +1번째 샘플만을 추가로 연산하면 된다. 즉, 본 발명은 n+1번째 출력값을 계산하기 위하여, 모든 샘플들에 대한 출력값을 계산하는 것이 아니라, n번째 샘플에 없던 새롭게 추가된 샘플들에 대해서만 출력값을 계산함으로써, 연산량을 획기적으로 감소시킬 수 있다.
일 실시 예로, 100 ns에서 1 μs 까지 100 ns 간격, 1 μs에서 10 μs까지 1 μs간격, 10 μs에서 100 μs까지 10 μs 간격의 총 28개의 윈도우를 사용한다고 가정하고, 샘플링 주파수는 150 MHz로 설정하면, 100 ns일 때는 기존대비 10%, 1 μs는 기존대비 1%, 10 μs는 기존대비 0.1%의 연산량만 소요되며, 총 연산량은 수학식 5에 비해 0.12%의 적은 연산량만 필요한 것을 확인할 수 있다.
따라서, 처리부(140)는 초기값
Figure 112016102542791-pat00019
연산만을 제외하면, n번째 출력 신호와 총 3개의 덧셈 연산만을 추가하여, n+1번째 출력 신호를 산출할 수 있다.
이를 통하여, 처리부(140)는 특정 길이를 갖는 차동 이동평균 필터의 출력 신호 계산을 위한 연산량을 감소함으로써, 출력 신호의 빠른 검출을 가능하게 한다.
처리부(140)는 제2수식의 계산을 기 설정된 N회 반복한 경우, 각각의 시간 인덱스에 대한 출력값을 특정 길이를 갖는 차동 이동평균 필터의 출력 신호로 설정할 수 있다(S250).
처리부(140)는 제1수식 및 제2수식을 이용하여, 특정 길이를 갖는 차동 이동평균 필터의 출력 신호들을 산출할 수 있다.
그리고, 상기 처리부(140)는 상기 특정 길이를 갖는 차동 이동평균 필터의 출력 신호 산출 후, 상기 특정 길이와 다른 길이를 갖는 차동 이동평균 필터의 출력 신호도 앞서 설명한 방식과 동일한 방식으로 계산할 수 있다. 즉, 상기 처리부(140)는 앞서 도 5에서 계산한 방식을 반복하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 처리부(140)는 제2필터 길이를 갖는 차동 이동평균 필터에 대하여, 앞서 도 5에서 계산한 방식을 반복하여 수행할 수 있다.
따라서, 처리부(140)는 서로 다른 차동 이동평균 필터에 대하여, 각각의 서로 다른 출력 신호를 계산할 수 있다.
다시, 도 2를 참조하면, 상기 처리부(140)는 상기 계산된 복수의 출력 신호들에 근거하여, 입력 신호의 펄스 정보를 산출할 수 있다(S300). 여기에서, 상기 펄스 정보는, 펄스폭 및 펄스 도착 신호일 수 있다.
상기 처리부(140)는 서로 다른 필터 길이를 갖는 복수의 차동 이동평균 필터를 이용하여, 입력 신호에 대응되는 출력 신호를 각각 계산한 후, 상기 복수의 차동이동 평균 필터 중, 출력 신호의 신호대잡음비가 최대가 되는 필터를 검출할 수 있다.
상기 출력신호의 신호대잡음비는, 하기의 [수학식 5]으로 계산할 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112016102542791-pat00020
(
Figure 112016102542791-pat00021
: 신호대잡음비,
Figure 112016102542791-pat00022
: 필터 개수,
Figure 112016102542791-pat00023
: 필터 인덱스,
Figure 112016102542791-pat00024
: 필터 출력의 최대값,
Figure 112016102542791-pat00025
: 필터 임계값)
상기 필터 임계값(
Figure 112016102542791-pat00026
)은 필터마다 서로 다른 값을 갖는 상수로써, 각 필터에서, 잡음만 존재하는 경우의 필터 출력값에 대한 표준편차의 6배 값일 수 있다.
한편, 상기 신호대잡음비는, 입력 신호의 펄스폭과, 필터 길이가 가장 가까울 때, 최대가 될 수 있다. 즉, 신호대잡음비는, 필터 길이가 펄스폭보다 길수록 더 큰 값을 갖게 되고, 이에, 필터 길이가 펄스폭보다 길어, 최대값이 소정 시간 동안 유지되는 경우, 신호대잡음비가 커질 수 있다.
이에, 상기 처리부(140)는 최대값이 소정 시간 동안 유지되어, 정확한 펄스폭을 추정할 수 없게 되는 문제점을 해결하기 위하여, 신호대잡음비가 최대가 되는 필터보다 필터 길이가 한 단계 짧은(예: 3 μs의 필터 길이가 신호대잡음비가 최대라면, 2 μs의 필터 길이를 가지는 차동 이동평균 필터 선택) 차동 이동평균 필터를 선택할 수 있다.
그 후, 상기 처리부(140)는, 상기 선택된 차동 이동평균 필터의 펄스폭 및 펄스 도착 시각을 입력 신호의 펄스폭 및 펄스 도착 시간으로 산출할 수 있다.
즉, 도 5와 같이, 처리부(140)는 서로 다른 필터 길이를 갖는 차동 이동평균 필터마다, 동일한 입력 신호에 대응되는 서로 다른 출력 신호를 신출하고, 그 중, 신호대잡음비가 최대가 되는 필터의 펄스폭 및 펄스 신호를 입력 신호의 펄스폭 및 펄스 신호로 산출할 수 있다.
상기 살펴본 바와 같이, 본 발명은 차동 이동평균 필터의 출력 신호 산출 시, 출력 신호 산출의 연산량을 획기적으로 감소시킴으로써, 입력 신호의 펄스 정보를 보다 정확하고 빠르게 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 신호 감지 장치는 신호 발생원을 알 수 없는 신호의 인식 및 식별을 위하여, 신호와 관련된 정보들의 산출 시, 동일 연산을 반복적으로 수행하는 것을 방지함으로써, 신호와 관련된 정보들의 산출 연산량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 전자전 환경 하에서, 보다 신속하게 신호를 분석하여, 보다 민첩하게 전장에서 대응할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 신호 감지 장치는, 신속하고 민첩한 대응이 요구되는 전자전 환경에서의 신호 인식 및 식별 분야에서, 신호와 관련된 정보의 산출 속도를 향상시킴으로써, 아군의 전술적 우위를 확보하는 데 크게 기여할 수 있다는 장점이 있다.
이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (7)

  1. 입력 신호의 펄스 정보를 산출하는 신호 감지 장치의 제어 방법에 있어서,
    입력 신호를 수신하는 단계;
    제1필터 길이를 갖는 차동 이동평균 필터에 근거하여, 상기 입력 신호에 대응되는 제1출력 신호를 산출하는 단계;
    상기 제1필터 길이와 다른 제2필터 길이를 갖는 차동 이동평균 필터에 근거하여, 상기 입력 신호에 대응되는 제2출력 신호를 산출하는 단계 ; 및
    상기 제1출력 신호 및 제2출력 신호에 근거하여, 상기 입력 신호의 펄스 정보를 추정하는 단계를 포함하고, 상기 제1출력 신호를 산출하는 단계는
    상기 제1필터 길이를 갖는 차동 이동평균 필터의 출력 초기값을 설정하는 단계 ;
    기 설정된 제1수식에 따라 상기 출력 초기값을 이용하여, 제1필터 길이를 갖는 차동 이동평균 필터의 제1서브 신호를 산출하는 단계 및
    상기 제1수식과 다른 제2수식에 따라 상기 제1서브 신호를 이용하여, 제2서브 신호를 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 제2수식은 제2서브 신호의 산출 시, 계산량을 감소하기 위하여, 복수의 시간 인덱스 중 이전에 산출된 시간 인덱스의 서브 신호를 이용하여 그 다음에 산출될 시간 인덱스의 서브 신호를 계산하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 신호 감지 장치의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1출력 신호는,
    상기 복수의 시간 인덱스에 대하여, 상기 제2수식을 이용하여 출력된 복수의 출력 신호들인 것을 특징으로 하는 신호 감지 장치의 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2출력 신호를 산출하는 단계는,
    상기 제2필터 길이를 갖는 차동 이동평균 필터의 출력 초기값을 설정하는 단계 ;
    기 설정된 제1수식에 따라, 상기 설정된 출력 초기값을 이용하여, 제2필터 길이를 갖는 차동 이동평균 필터의 제1서브 신호를 산출하는 단계 및
    상기 제1수식과 다른 제2수식에 따라, 상기 제1서브 신호를 이용하여, 제2서브 신호를 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 제2수식은 제2서브 신호의 산출 시, 계산량을 감소하기 위하여, 복수의 시간 인덱스 중 이전에 산출된 시간 인덱스의 서브 신호를 이용하여 그 다음에 산출될 시간 인덱스의 서브 신호를 계산하도록 이루어진 것 특징으로 하는 신호 감지 장치의 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2출력 신호는,
    상기 복수의 시간 인덱스에 대하여, 상기 제2수식을 이용하여 출력된 복수의 출력 신호들인 것을 특징으로 하는 신호 감지 장치의 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 정보를 추정하는 단계에서는,
    상기 제1출력 신호에 대응되는 제1신호대잡음비 및 제2출력 신호에 대응되는 제2신호대잡음비 중 더 큰 값을 갖는 차동 이동평균 필터를 선택하고,
    상기 선택된 차동 이동평균 필터에 근거하여, 펄스 정보를 추정하는 것을 특징으로 하는 신호 감지 장치의 제어 방법.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1수식은
    하기의 수학식 ①인 것을 특징으로 하는 신호 감지 장치의 제어 방법.
    수학식 ①
    Figure 112017008528500-pat00027

    (n : 시간 인덱스, Li : 100 ns ~100 μs의 범위의 필터 길이, D:필터 개수)
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제2수식은
    하기의 수학식 ②인 것을 특징으로 하는 신호 감지 장치의 제어 방법.
    수학식 ②
    Figure 112017008528500-pat00028

    (n : 시간 인덱스, Li : 100 ns ~ 100 μs의 범위의 필터 길이, D:필터 개수)
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20020026214A (ko) * 2002-01-31 2002-04-06 이승학 엠보싱 가능한 에폭시마감재

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Title
James Tsui, "Special design topics in digital wideband receivers," Artech House, p.154~171, 2010 *
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