KR101733035B1 - 표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 pcl 시스템 - Google Patents

표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 pcl 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 PCL 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 각 송신기에서 방사된 신호원이 복수의 표적으로부터 반사된 반사 신호들을 빔포밍이 형성된 반사 안테나 및 기준 안테나로 이루어진 수신기를 통해 수신하고, 상기 수신된 반사 신호들을 이용하여 송신기별 바이스태틱 거리(bistatic range)들을 측정하는 바이스태틱 거리 측정부; 상기 측정된 송신기별 바이스태틱 거리들, 기설정된 송신기 위치 및 기설정된 수신기 위치를 이용하여 송신기별 바이스태틱 거리에 의한 위치선(LOP: Line of position)들을 생성하는 위치선 생성부; 상기 생성된 송신기별 위치선들의 교차 지점을 확인하여 동일 표적에 대한 송신기별 신호들 간의 연관관계 후보군을 분류하는 후보군 분류부; 및 상기 반사 안테나의 빔포밍 정보를 이용하여 상기 분류된 연관관계 후보군으로부터 연관관계를 생성하고, 상기 생성된 연관관계에 따라 상기 확인된 교차 지점으로부터 동일 표적의 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함한다.

Description

표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 PCL 시스템{PCL SYSTME FOR ESTIMATING POSITION USING REFLECTED SIGNAL FROM TARGET}
본 발명은 위치 추정 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 송신기별 바이스태틱 거리(bistatic range)들 및 수신기의 반사 안테나에 대한 빔포밍 정보를 이용하여 수신기에서 수신한 신호들 중에서 동일 표적으로부터 반사된 신호들을 서로 연관시킬 수 있는, 표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 PCL 시스템에 관한 것이다.
비행체는 레이더에 탐지되지 않기 위해 레이더 전파 신호의 반사를 최소화하는 도료 및 형상을 가져 RCS(Radar Cross Section)를 낮추는 스텔기 기능을 보유하고 있다.
반면, 통신신호는 레이더신호와 주파수 대역이 다르기 때문에 비행체로부터의 신호의 반사량이 상대적으로 많다. 이에 따라, 방송국 신호와 같은 통신대역 신호(예컨대, FM 신호)가 방사되어 비행체에 반사되는 신호와 직접 방송국 신호를 수신하는 원리를 이용하는 수신기 시스템인 PCL(Passive Coherent Location) 시스템이 연구되고 있다.
종래의 수동형 시스템에서는 표적원에서 방사되는 신호원 자체를 이용한다. 하지만, PCL 시스템은 표적원 자체에서 신호가 방사되지 않고, 제3의 방사원(예컨대, 방송국)의 신호가 표적원에 반사된 것을 이용한다.
따라서 종래의 수동형 시스템에서는 표적원에서 신호가 방사되지 않는다면 표적원의 위치탐지가 불가하다.
이러한 수신기 시스템에서 여러 비행체가 동시에 출몰할 경우, 특정 방송국에서 반사된 신호를 수신기에서 수신 시에 여러 적군 비행체 중 어떤 비행체로부터 반사된 신호인지 알 수 없어 위치추정이 불가능하다는 문제점이 있다.
한편, 국내에는 이와 같은 수신기 기술은 연구되고 있지 않다. 국외 선진 방위산업계에서는 PCL 시스템이 연구되고 있다. 하지만, 이러한 PCL 시스템에서도 여러 비행체가 존재할 때 여러 방송국의 반사 신호들이 임의의 동일 표적(위협)임을 알 수 있는 구체적인 방법이 제안되지 않고 있다.
본 발명의 실시 예들은 송신기별 바이스태틱 거리(bistatic range)들 및 수신기의 반사 안테나에 대한 빔포밍 정보를 이용하여 수신기에서 수신한 신호들 중에서 동일 표적(예컨대, 비행체)으로부터 반사된 신호들을 서로 연관시킬 수 있는, 표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 PCL 시스템을 제공하고자 한다.
구체적으로, 본 발명의 실시 예들은 빔포밍이 형성된 반사 안테나 및 기준 안테나가 구비된 수신기에서 반사된 반사 신호와 반사 없이 수신한 신호의 시간 차를 거리의 관계를 나타낸 바이스태틱 거리 및 반사 안테나의 빔포밍 정보를 이용하여 수신기에서 수신한 신호가 어떤 표적에서 반사된 신호들인지를 연관(association)시킬 수 있는 연관관계 후보군을 통해 연관관계를 생성하고, 그 표적의 위치를 추정할 수 있는, 표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 PCL 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시 예들은 연관관계에서 모호성 발생시 반사 안테나에서 설정했던 빔포밍 정보를 이용하여 모호성을 해결할 수 있고, 이러한 모호성이 해결된 연관관계를 표적의 위치추정을 위한 초기 표적 값으로 이용할 수 있는, 표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 PCL 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시 예들은 PCL 시스템에서 위치추정을 위해 각 방송국에서 수신한 신호들이 동일 표적에서 수신한 신호들임을 알 수 있도록 연관시켜 표적의 위치를 추정하고, 그 추정된 표적의 위치를 정밀 위치추정을 위한 비선형 위치추정 알고리즘의 초기 위치 값으로 제공할 수 있는, 표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 PCL 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 각 송신기에서 방사된 신호원이 복수의 표적으로부터 반사된 반사 신호들을 빔포밍이 형성된 반사 안테나 및 기준 안테나로 이루어진 수신기를 통해 수신하고, 상기 수신된 반사 신호들을 이용하여 송신기별 바이스태틱 거리(bistatic range)들을 측정하는 바이스태틱 거리 측정부;상기 측정된 송신기별 바이스태틱 거리들, 기설정된 송신기 위치 및 기설정된 수신기 위치를 이용하여 송신기별 바이스태틱 거리에 의한 위치선(LOP: Line of position)들을 생성하는 위치선 생성부;상기 생성된 송신기별 위치선들의 교차 지점을 확인하여 동일 표적에 대한 송신기별 신호들 간의 연관관계 후보군을 분류하는 후보군 분류부; 및상기 반사 안테나의 빔포밍 정보를 이용하여 상기 분류된 연관관계 후보군으로부터 연관관계를 생성하고, 상기 생성된 연관관계에 따라 상기 확인된 교차 지점으로부터 동일 표적의 위치를 추정하는 위치 추정부를 포함하는,표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 PCL 시스템이 제공될 수 있다.
상기 바이스태틱 거리 측정부는서로 다른 주파수 대역을 이용하는 방송국의 각 송신기에서 방사된 신호원이 복수의 표적으로부터 반사된 반사 신호들을 수신할 수 있다.
상기 위치선 생성부는상기 측정된 바이스태틱 레인지들, 기설정된 송신기 위치 및 기설정된 수신기 위치를 이용하여 위치선들을 도식화하는 위치선 도식화부; 상기 도식화된 위치선들을 X축 및 Y축 해상도에 맞춰 양자화를 수행하는 양자화부; 및상기 양자화가 수행된 위치선들을 경우의 수에 따라 누적하여 도식화하는 누적 도식화부를 포함할 수 있다.
상기 후보군 분류부는상기 생성된 송신기별 위치선들의 교차 지점을 확인하여 동일 표적에 대한 송신기별 신호들 간의 제1 연관관계 후보군을 지정하고, 상기 지정된 제1 연관관계 후보군 중에서 동일 송신기 및 동일 바이스태틱 거리로 이루어진 연관관계 후보군을 제2 연관관계 후보군으로 분류할 수 있다.
상기 위치 추정부는상기 반사 안테나의 빔포밍 정보를 이용하여 상기 분류된 연관관계 후보군 중에서 중복된 바이스태틱 거리를 이용한 연관관계 후보군을 제거하고, 상기 제거된 연관관계 후보군을 제외한 나머지 연관관계 후보군을 연관관계로 생성할 수 있다.
상기 위치 추정부는상기 반사 안테나의 빔포밍 정보와 상기 분류된 연관관계 후보군 간의 차이가 최소인 신호원들 간의 제3 연관관계 후보군을 선택하고, 상기 연관관계 후보군 중에서 상기 선택된 제3 연관관계 후보군과 동일한 송신기 신호가 반사된 동일 바이스태틱 거리를 이용한 연관관계 후보군을 제거할 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 각 송신기에서 방사된 신호원이 복수의 표적으로부터 반사된 반사 신호들을 빔포밍이 형성된 반사 안테나 및 기준 안테나로 이루어진 수신기를 통해 수신하고, 상기 수신된 반사 신호들을 이용하여 송신기별 바이스태틱 거리(bistatic range)들을 측정하는 바이스태틱 거리 측정부;상기 측정된 송신기별 바이스태틱 거리들, 기설정된 송신기 위치 및 기설정된 수신기 위치를 이용하여 송신기별 바이스태틱 거리에 의한 위치선(LOP: Line of position)들을 생성하는 위치선 생성부;상기 생성된 송신기별 위치선들의 교차 지점을 확인하여 동일 표적에 대한 송신기별 신호들 간의 연관관계 후보군을 분류하는 후보군 분류부;상기 반사 안테나의 빔포밍 정보를 이용하여 상기 분류된 연관관계 후보군으로부터 연관관계를 생성하고, 상기 생성된 연관관계에 따라 상기 확인된 교차 지점으로부터 동일 표적의 위치를 추정하는 위치 추정부; 및상기 추정된 동일 표적의 위치를 기설정된 비선형 최소자승법 또는 확장 칼만 필터의 초기 위치 값으로 이용하여 상기 동일 표적의 위치를 산출하는 위치 산출부를 포함하는,표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 PCL 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 송신기별 바이스태틱 거리(bistatic range)들 및 수신기의 반사 안테나에 대한 빔포밍 정보를 이용하여 수신기에서 수신한 신호들 중에서 동일 표적(예컨대, 비행체)으로부터 반사된 신호들을 서로 연관시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시 예들은 빔포밍이 형성된 반사 안테나 및 기준 안테나가 구비된 수신기에서 반사된 반사 신호와 반사 없이 수신한 신호의 시간 차를 거리의 관계를 나타낸 바이스태틱 거리 및 반사 안테나의 빔포밍 정보를 이용하여 수신기에서 수신한 신호가 어떤 표적에서 반사된 신호들인지를 연관(association)시킬 수 있는 연관관계 후보군을 통해 연관관계를 생성하고, 그 표적의 위치를 추정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들은 연관관계에서 모호성 발생시 반사 안테나에서 설정했던 빔포밍 정보를 이용하여 모호성을 해결할 수 있고, 이러한 모호성이 해결된 연관관계를 표적의 위치추정을 위한 초기 표적 값으로 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들은 PCL 시스템에서 위치추정을 위해 각 방송국에서 수신한 신호들이 동일 표적에서 수신한 신호들임을 알 수 있도록 연관시켜 표적의 위치를 추정하고, 그 추정된 표적의 위치를 정밀 위치추정을 위한 비선형 위치추정 알고리즘의 초기 위치 값으로 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 바이스태틱 거리 및 빔포밍을 이용한 위치 추정 장치가 포함된 PCL 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 송신기, 수신기 및 표적 간의 바이스태틱 거리를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예가 적용된 송신기, 빔포밍이 형성된 수신기 및 표적들의 지오메트리를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 송신기별로 측정된 바이스태틱 거리 및 바이스태틱 속도에 대한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 타원체의 형태를 가지는 위치선에 대한 설명도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 X축 및 Y축 해상도에 따른 위치선의 양자화를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 송신기별 바이스태틱 거리를 경우의 수에 따라 분류한 도면이다.
도 8a 내지 도 8g는 본 발명의 실시 예에 따른 송신기별 바이스태틱 거리 및 빔포밍을 이용한 연관관계 생성 과정을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예를 설명하면서, 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려졌고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시 예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시 예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시 예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 바이스태틱 거리 및 빔포밍을 이용한 위치 추정 장치가 포함된 PCL 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 바이스태틱 거리 및 빔포밍을 이용한 위치 추정 장치(100)가 포함된 수동 코히어런트 위치(PCL: Passive Coherent Location) 시스템은 복수의 송신기(11), 수신기(12) 및 위치 추정 장치(100)를 포함한다.
일례로, 도 1에는 표적(101)은 표적 #1, 표적 #2를 포함하고, 송신기(11)는 송신기 #1, 송신기 #2를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 실시 예는 특정 표적의 개수나 특정 송신기의 개수로 한정되지 않는다.
우선, 송신기(11)는 신호원을 표적(101)인 표적 #1, 표적 #2에 방사한다. 예컨대, 표적(101)에는 비행체 등이 포함될 수 있다. 여기서, 송신기 #1은 방송국의 fA 주파수를 가진 신호원을 방사하고, 송신기 #2는 송신기 #1의 fA 주파수와는 서로 다른 방송국의 fB 주파수를 가진 신호원을 복수의 표적 즉, 표적 #1 및 표적 #2에 방사한다.
수신기(12)는 각 송신기인 송신기 #1, 송신기 #2에서 방사된 신호원이 복수의 표적(101)으로부터 반사된 반사 신호들을 수신한다. 여기서, 수신기(12)는 빔포밍(13)이 형성된 반사 안테나 및 기준 안테나를 구비한다. 반사 안테나는 반사 신호 #1 및 반사 신호 #2를 수신한다. 기준 안테나는 기준 신호를 수신한다. 수신기(12)는 서로 다른 주파수 대역을 이용하는 방송국의 각 송신기(11)에서 방사된 신호원이 복수의 표적(101)으로부터 반사된 반사 신호들을 수신할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 위치 추정 장치(100)는 수신기(12)에서 반사된 반사 신호와 반사 없이 수신한 신호의 시간 차를 거리의 관계로 나타낸 바이스태틱 거리들 및 반사 안테나의 빔포밍 정보를 이용한다. 위치 추정 장치(100)는 이러한 바이스태틱 거리들을 이용하여 수신기(12)에서 수신한 신호가 어떤 표적에서 반사된 신호들인지에 대한 연관관계 후보군을 분류한다. 그리고 위치 추정 장치(100)는 수신기(12)의 반사 안테나에 대한 빔포밍 정보를 이용하여 그 분류된 연관관계 후보군으로부터 연관관계를 생성하고, 그 생성된 연관관계를 이용해 표적(101)의 위치를 추정할 수 있다.
이하, 도 1의 위치 추정 장치(100)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 위치 추정 장치(100)는 바이스태틱 거리 측정부(110), 위치선 생성부(120), 후보군 분류부(130) 및 위치 추정부(140)를 포함한다. 여기서, 위치 추정 장치(100)는 위치 산출부(150)를 더 포함할 수 있다.
바이스태틱 거리 측정부(110)는 수신기(12)에서 수신된 반사 신호들을 이용하여 송신기별 바이스태틱 거리(bistatic range)들을 측정한다. 여기서, 바이스태틱 거리 측정부(110)는 수신기(12)에서 수신된 반사 신호들로부터 기설정된 시간(예컨대, 5초)마다 바이스태틱 거리들 및 바이스태틱 속도를 측정할 수 있다. 이때, 바이스태틱 거리는 수신기(12)에서 반사된 반사 신호와 반사 없이 수신한 신호의 시간 차를 거리의 관계를 나타낸다.
위치선 생성부(120)는 바이스태틱 거리 측정부(110)에서 측정된 송신기별 바이스태틱 거리들, 기설정된 송신기 위치 및 기설정된 수신기 위치를 이용하여 송신기별 바이스태틱 거리에 의한 위치선(LOP: Line of position)들을 생성한다.
후보군 분류부(130)는 위치선 생성부(120)에서 생성된 송신기별 위치선들의 교차 지점을 확인하여 동일 표적에 대한 송신기별 신호들 간의 연관관계 후보군을 분류한다. 여기서, 후보군 분류부(130)는 위치선 생성부(120)에서 생성된 송신기별 위치선들이 송신기 개수만큼 겹쳐지는 교차 지점을 확인하여 동일 표적에 대한 송신기별 신호의 연관관계 후보군으로 분류할 수 있다.
위치 추정부(140)는 수신기(12)의 반사 안테나에 대한 빔포밍 정보를 이용하여 후보군 분류부(130)에서 분류된 연관관계 후보군으로부터 연관관계를 생성한다. 그리고 위치 추정부(140)는 그 생성된 연관관계에 따라 확인된 교차 지점으로부터 동일 표적의 위치를 추정한다.
후보군 분류부(130)에서 분류된 연관관계 후보군을 제1 내지 제3 연관관계 후보군으로 나누어서 살펴보면 다음과 같다.
후보군 분류부(130)는 위치선 생성부(120)에서 생성된 송신기별 위치선들의 교차 지점을 확인하여 동일 표적에 대한 송신기별 신호들 간의 제1 연관관계 후보군을 지정한다. 여기서, 제1 연관관계 후보군은 공통의 교차 지점을 가지는 연관관계들로 지정된다.
그리고 후보군 분류부(130)는 그 지정된 제1 연관관계 후보군 중에서 동일 송신기 및 동일 바이스태틱 거리로 이루어진 연관관계 후보군을 제2 연관관계 후보군으로 분류할 수 있다. 여기서, 제2 연관관계 후보군은 신호원들 간의 제1 연관관계 후보군 중에서 동일 송신기로부터 반사된 동일 바이스태틱 거리로 이루어진 연관관계 후보군이며, 연관관계 모호성 후보군으로 분류될 수 있다.
그리고 위치 추정부(140)는 반사 안테나의 빔포밍 정보를 이용하여 후보군 분류부(130)에서 분류된 제2 연관관계 후보군 중에서 중복된 바이스태틱 거리를 이용한 연관관계 후보군을 제거한다. 이때, 위치 추정부(140)는, 반사 안테나의 빔포밍 정보와 후보군 분류부(130)에서 분류된 제2 연관관계 후보군 간의 차이가 최소인 신호원들 간의 제3 연관관계 후보군을 선택한다. 그리고 위치 추정부(140)는, 제2 연관관계 후보군 중에서 그 선택된 제3 연관관계 후보군과 동일한 송신기 신호가 반사된 동일 바이스태틱 거리를 이용한 연관관계 후보군을 제거할 수 있다.
그리고 위치 추정부(140)는 그 제거된 연관관계 후보군을 제외한 나머지 연관관계 후보군을 연관관계로 생성할 수 있다.
한편, 위치선 생성부(120)는 위치선 도식화부(121), 양자화부(122) 및 누적 도식화부(123)를 포함하여 이루어질 수 있다.
위치선 도식화부(121)는 바이스태틱 거리 측정부(110)에서 측정된 바이스태틱 레인지들, 기설정된 송신기 위치 및 기설정된 수신기 위치를 이용하여 위치선들을 도식화한다. 위치선 도식화부(121)는 기설정된 송신기 위치 및 기설정된 수신기 위치인 2개의 중점을 가지고, 바이스태틱 거리 측정부(110)에서 측정된 바이스태틱 거리들에서 송신기(11) 및 수신기(12) 사이의 거리를 뺀 값이 타원체의 형태를 가지는 위치선을 도식화할 수 있다.
그리고 양자화부(122)는 위치선 도식화부(121)에서 도식화된 위치선들을 X축 및 Y축 해상도에 맞춰 양자화를 수행한다. 이때, 양자화부(122)는 위치선 도식화부(121)에서 도식화된 위치선들이기설정된 거리(예컨대, 4km)의 해상도로 표시되도록, X축 및 Y축의 셀(cell) 간 해상도를 기설정된 거리(예컨대, 4km)로 설정하여 양자화를 수행할 수 있다.
누적 도식화부(123)는 양자화부(122)에서 양자화가 수행된 위치선들을 경우의 수에 따라 누적하여 도식화한다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 위치 추정 장치(100)는 표적 비행체가 2개 이상 즉, 복수의 표적일 경우에 적용된다. 위치 추정 장치(100)는 반사 안테나를 통해 수신한 표적(101)으로부터 반사된 신호들 중에 동일 표적으로부터 반사된 신호들끼리 연관(association)시킨다. 그래서 위치 추정 장치(100)는 표적(101)의 위치를 추정할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 위치 추정 장치(100)는 PCL 시스템(100)에서 정밀 위치추정을 위한 비선형 위치추정 알고리즘에 따라 위치를 산출하는 위치 산출부(150)를 더 포함할 수 있다.
위치 산출부(150)는 위치 추정부(140)에서 추정된 동일 표적의 위치를 기설정된 비선형 최소자승법 또는 확장 칼만 필터의 초기 위치 값으로 이용하여 동일 표적의 위치를 산출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 송신기, 수신기 및 표적(101) 간의 바이스태틱 거리를 나타낸 도면이다.
송신기(11) 및 표적(101) 간의 거리(RT), 표적(101) 및 수신기(12) 간의 거리(RR) 및 송신기(11) 및 수신기(12) 간의 베이스라인 거리(L)가 도 2에 도시되어 있다.
바이스태틱 거리 측정부(110)는 송신기별 표적에 반사된 신호를 수신하여 바이스태틱 거리를 하기의 [수학식 1]과 같이 측정한다.
[수학식 1]
Bistatic Range = RT + RR - L
여기서, Bistatic Range는 바이스태틱 거리, RT는 송신기(11) 및 표적(101) 간의 거리, RR는 표적(101) 및 수신기(12) 간의 거리, L은 송신기(11) 및 수신기(12) 간의 베이스라인 거리를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예가 적용된 송신기, 빔포밍이 형성된 수신기 및 표적들의 지오메트리(Geometry)를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 송신기(11) 및 수신기(12)와 함께 표적 #1, 표적 #2 및 표적 #3이 X축 및 Y축에 도시되어 있다.
X축 및 Y축 상에서 수신기(12)는 정삼각형 모양인 ' Rx'로 표시되고, 송신기(11)는 역삼각형 모양의 ' Tx #1~3'으로 표시된다.
수신기(12)는 X축 및 Y축의 중점에 위치하고, 3개의 송신기(11)는 수신기(12)와 각각 다른 방향으로 이격되어 있다. 또한, 도 3에는 수신기(12)를 중점으로 하는 표적 #1, 표적 #2, 표적 #3에 대한 PCL 지오메트리(Geometry)가 도시되어 있다.
수신기(12)에서 구비된 반사 안테나는 빔포밍(13)이 형성되어 있다. 이러한 빔포밍(13)은 기설정된빔포밍 방향을 가지고 있다.
여기서, 빔포밍(13)이 형성된 빔포밍 방향으로 반사 신호가 들어올 경우 반사 신호의 세기가 가장 세지만, 빔포밍(13)의 사이드 로브(side-lobe)로 다른 방향의 반사 신호가 수신될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 송신기별로 측정된 바이스태틱 거리 및 바이스태틱 속도에 대한 예시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 바이스태틱측정부는 개별 송신기(11)로부터 수신한 신호로부터 기설정된 시간(예컨대, 5초)마다 바이스태틱 거리와 바이스태틱 속도(bistatic velocity)를 측정할 수 있다.
수신기(12)에서는 FM(Frequency Modulation) 신호의 경우에 방송국마다 사용하는 주파수 대역이 다르다. 그러므로 수신기(12)는 어떤 송신기로부터 반사되어 수신한 신호인지 구분할 수 있어야 한다.
그러나 수신기(12)는 어떤 표적으로부터 반사된 신호인지 알 수 없게 된다. 예컨대, 수신기 #1인 TX #1에 대한 바이스태틱 거리 및 바이스태틱 속도를 살펴보면, 빨간 곡선이 3종류가 있다. 이는 각각 표적 3개에 대한 측정값을 나타낸다. 하지만, 수신기는 어떤 표적으로부터 반사된 신호의 측정값인지는 알 수 없게 된다.
이러한 상황에서, 본 발명의 실시 예에 따른 위치 추정 장치(100)는 송신기별 바이스태틱 거리들, 송신기 위치 및 수신기 위치를 이용하여 송신기별 바이스태틱 거리에 의한 위치선(LOP: Line of Position)들을 생성한다. 이를 통해, 위치 추정 장치(100)는 어떤 표적으로부터 반사된 반사 신호의 측정값인지를 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 타원체의 형태를 가지는 위치선에 대한 설명도이다.
위치선생성부(120)는 송신기별 바이스태틱 거리에 의한 위치선(501)들을 생성한다. 또한, 위치선생성부(120)는 위치선(501)을 도식할 수 있는 데이터를 저장한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 위치선(501)은 기설정된 송신기 위치 및 기설정된 수신기 위치인 2개의 중점을 가지고 있다.
위치선생성부(120)는 C라는 고정 값(bistatic range - L)을 통해 타원체의 형태를 가지는 위치선(501)을 생성한다. 여기서, C는 하기의 [수학식 2]와 같이, 바이스태틱 거리에서 송신기(11) 및 수신기(12) 간의 베이스라인 거리를 뺀 값으로 계산할 수 있다.
[수학식 2]
C = Bistatic Range + L = RT + RR
여기서, C는 바이스태틱 거리에서 송신기(11) 및 수신기(12) 간의 베이스라인 거리를 뺀 값, Bistatic Range는 바이스태틱 거리, RT는 송신기(11) 및 표적(101) 간의 거리, RR는 표적(101) 및 수신기(12) 간의 거리, L은 송신기(11) 및 수신기(12) 간의 베이스라인 거리를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 X축 및 Y축 해상도에 따른 위치선의 양자화를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 양자화부(122)는 X축 및 Y축의 셀(cell) 간 해상도를 기설정된 거리(예컨대, 4km)로 설정할 수 있다.
그러면, 위치선에 대한 타원체의 모양(601)이 기설정된 거리(예컨대, 4km)의 해상도로 표현될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 송신기별 바이스태틱 거리를 경우의 수에 따라 분류한 도면이다.
누적 도식화부(123)는 양자화부(122)에서 양자화가 수행된 위치선들을 경우의 수에 따라 누적하여 도식화한다.
송신기 3개, 수신기 1개 및 표적들 3개인 환경을 일례로 살펴보면, 위치 추정 장치(100)는 송신기별 바이스태틱 거리들을 경우의 수에 따라 양자화를 수행한다. 송신기 1개에 대해서, 표적들 3개 각각에 대한 바이스태틱 거리들을 가진다. 예컨대, 송신기 #1은 3개의 바이스태틱 거리들 즉, 바이스태틱 거리 #1, 바이스태틱 거리 #2, 바이스태틱 거리 #3을 가진다. 또한, 송신기 #2도 3개의 바이스태틱 거리들 즉, 바이스태틱 거리 #1, 바이스태틱 거리 #2, 바이스태틱 거리 #3을 가진다. 또한, 송신기 #3도 3개의 바이스태틱 거리들 즉, 바이스태틱 거리 #1, 바이스태틱 거리 #2, 바이스태틱 거리 #3를 가진다.
그리고 위치 추정 장치(100)는 양자화가 수행한 위치선을 상기 경우의 수에 따라 누적 도식화하여 위치선이 송신기 개수만큼 겹치는 교차 지점의 위치들을 저장한다.
위치 추정 장치(100)는 그 송신기 개수 조건에 부합하는지를 확인하여 신호원들 간의 연관(association)을 가지는 것으로 판단할 수 있다. 이때, 송신기 개수만큼 겹치는 교차 지점은 표적의 초기 위치로도 이용될 수 있다.
도 8a 내지 도 8g는 본 발명의 실시 예에 따른 송신기별 바이스태틱거리 및 빔포밍을 이용한 연관관계 생성 과정을 나타낸 도면이다.
도 8a에는 송신기별 바이스태틱 거리에 의한 LOP의 누적 연산이 도식화되어 있다.
예를 들어, '#2/#3/#1'라는 의미는 송신기 #1에서 방사한 신호 #2의 위치선(LOP)과, 송신기 #2에서 방사한 신호 #3의 위치선(LOP)과, 송신기 #3에서 방사한 신호 #1의 위치선(LOP)의 조합을 나타낸다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 각 채널에서 동일 표적에 대한 바이스태틱 거리(bistatic range)를 이용한 위치선의 경우에서 '#1/#1/#1', '#2/#2/#2', '#2/#3/#3', '#3/#3/#2', '#3/#3/#3'인 5개의 경우(801)에서 3개의 타원의 교차 지점이 발생하고 있다. 표적이 3개임에도 불구하고 5개의 표적에 대한 연관관계 후보군이 발생하고 있다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 후보군 분류부(130)는 위치선 생성부(120)에서 생성된 송신기별 위치선들의 교차 지점을 확인하여 동일 표적에 대한 송신기별 신호들 간의 제1 연관관계 후보군(810)을 지정한다. 여기서, 제1 연관관계 후보군(810)은 공통의 교차 지점을 가지는 연관관계들로 지정된다.
도 8c에 도시된 바와 같이, 제1 연관관계 후보군(810)에서 동일 송신기로부터 반사된 동일 바이스태틱 거리로 이루어진 제2 연관관계 후보군(820)이 연관관계 모호성 후보군으로 분류된다. 즉, 후보군 분류부(130)는 신호원들간의 제1 연관관계 후보군(810) 중에서 동일 송신기로부터 반사된 동일 바이스태틱 거리로 이루어진 제2 연관관계 후보군(820)을 연관관계 모호성 후보군으로 분류한다. 이와 같이, 동일 송신기로부터 반사된 반사 신호에서 추출한 동일 바이스태틱 거리를 가지는 여러 신호원들(821 내지 824) 간의 제2 연관관계 후보군(820)은 잘못된 연관관계가 존재하는 것을 나타낸다.
그리고 위치 추정부(140)는 도 8d 및 도 8e와 같이, 신호원들간의 제2 연관관계 후보군(820)에 수신기(12)에 적용된 반사 안테나의 빔포밍 정보를 이용하여 연관관계 모호성 해결하고, 중복된 바이스태틱 거리를 이용한 경우를 제거한다.
도 8d에 도시된 바와 같이, 수신기(12)에 구비된 반사 안테나의 빔포밍(13)이 제2 연관관계 후보군(820)에 적용되어, 제3 연관관계 후보군(830)이 선택될 수 있다. 즉, 위치 추정부(140)는 빔포밍 정보와 표적의 위치추정의 차이가 최소인 즉, 가장 작은 신호원들 간의 연관관계 후보군을 제3 연관관계 후보군(830)으로 선택하여 모호성을 해결할 수 있다.
도 8e에 도시된 바와 같이, 제2 연관관계 후보군(820) 중에서 제3 연관관계 후보군(830)과 중복된 바이스태틱 거리를 이용한 연관관계 후보군이 제거된다. 즉, 위치 추정부(140)는 모호성이 해결된 연관관계를 이용하여 제2 연관관계 후보군(820)에서 동일 송신기 신호가 반사된 동일 바이스태틱 거리를 이용한 중복된 연관관계 후보군을 제거할 수 있다.
도 8f에 도시된 바와 같이, 제2 연관관계 후보군(820)에서 제거된 연관관계 후보군을 제외한 나머지 연관관계 후보군(840)이 선택된다.
도 8g에 도시된 바와 같이, 위치 추정부(140)는 제2 연관관계 후보군(820)에서 제거된 연관관계 후보군을 제외한 나머지 연관관계 후보군을 연관관계(840)로 최종 선정한다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 위치 추정 장치(100)는 송신기 개수 즉, 3개만큼 교차 지점이 발생한 '#1/#1/#1', '#2/#2/#2', '#2/#3/#3', '#3/#3/#2', '#3/#3/#3'인 5개의 경우(801)에서 연관관계 후보군을 분류하고, 그 분류된 연관관계 후보군에서빔포밍 정보를 이용해 연관관계 모호성을 해결하고, 중복된 바이스태틱 거리를 이용한 경우를 제거하여 연관관계를 최종 선정할 수 있다. 이때, 연관관계가 이루어지는 신호는 타원들의 교차 지점이 표적원의 초기 위치 값으로 이용될 수 있다.
이상에서 설명한 실시 예들은 그 일 예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: PCL 시스템
11: 송신기
12: 수신기
13: 빔포밍
101: 표적
100: 위치 추정 장치
110: 바이스태틱 거리 측정부
120: 위치선 생성부
121: 위치선 도식화부
122: 양자화부
123: 누적 도식화부
130: 후보군 분류부
140: 위치 추정부
150: 위치 산출부

Claims (12)

  1. 각 송신기에서 방사된 신호원이 복수의 표적으로부터 반사된 반사 신호들을 빔포밍이 형성된 반사 안테나 및 기준 안테나로 이루어진 수신기를 통해 수신하고, 상기 수신된 반사 신호들을 이용하여 송신기별 바이스태틱 거리(bistatic range)들을 측정하는 바이스태틱 거리 측정부;
    상기 측정된 송신기별 바이스태틱 거리들, 기설정된 송신기 위치 및 기설정된 수신기 위치를 이용하여 송신기별 바이스태틱 거리에 의한 위치선(LOP: Line of position)들을 생성하는 위치선 생성부;
    상기 생성된 송신기별 위치선들의 교차 지점을 확인하여 동일 표적에 대한 송신기별 신호들 간의 연관관계 후보군을 분류하는 후보군 분류부; 및
    상기 반사 안테나의 빔포밍 정보를 이용하여 상기 분류된 연관관계 후보군으로부터 연관관계를 생성하고, 상기 생성된 연관관계에 따라 상기 확인된 교차 지점으로부터 동일 표적의 위치를 추정하는 위치 추정부
    를 포함하고,
    상기 위치선 생성부는,
    상기 측정된 바이스태틱 거리들, 기설정된 송신기 위치 및 기설정된 수신기 위치를 이용하여 위치선들을 도식화하는 위치선 도식화부;
    상기 도식화된 위치선들을 X축 및 Y축 해상도에 맞춰 양자화를 수행하는 양자화부; 및
    상기 양자화가 수행된 위치선들을 경우의 수에 따라 누적하여 도식화하는 누적 도식화부
    를 포함하는, 표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 PCL 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 바이스태틱 거리 측정부는,
    서로 다른 주파수 대역을 이용하는 방송국의 각 송신기에서 방사된 신호원이 복수의 표적으로부터 반사된 반사 신호들을 수신하는, 표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 PCL 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 후보군 분류부는,
    상기 생성된 송신기별 위치선들의 교차 지점을 확인하여 동일 표적에 대한 송신기별 신호들 간의 제1 연관관계 후보군을 지정하고, 상기 지정된 제1 연관관계 후보군 중에서 동일 송신기 및 동일 바이스태틱 거리로 이루어진 연관관계 후보군을 제2 연관관계 후보군으로 분류하는, 표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 PCL 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 위치 추정부는,
    상기 반사 안테나의 빔포밍 정보를 이용하여 상기 분류된 연관관계 후보군 중에서 중복된 바이스태틱 거리를 이용한 연관관계 후보군을 제거하고, 상기 제거된 연관관계 후보군을 제외한 나머지 연관관계 후보군을 연관관계로 생성하는, 표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 PCL 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 위치 추정부는,
    상기 반사 안테나의 빔포밍 정보와 상기 분류된 연관관계 후보군 간의 차이가 최소인 신호원들 간의 제3 연관관계 후보군을 선택하고, 상기 연관관계 후보군 중에서 상기 선택된 제3 연관관계 후보군과 동일한 송신기 신호가 반사된 동일 바이스태틱 거리를 이용한 연관관계 후보군을 제거하는, 표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 PCL 시스템.
  7. 각 송신기에서 방사된 신호원이 복수의 표적으로부터 반사된 반사 신호들을 빔포밍이 형성된 반사 안테나 및 기준 안테나로 이루어진 수신기를 통해 수신하고, 상기 수신된 반사 신호들을 이용하여 송신기별 바이스태틱 거리(bistatic range)들을 측정하는 바이스태틱 거리 측정부;
    상기 측정된 송신기별 바이스태틱 거리들, 기설정된 송신기 위치 및 기설정된 수신기 위치를 이용하여 송신기별 바이스태틱 거리에 의한 위치선(LOP: Line of position)들을 생성하는 위치선 생성부;
    상기 생성된 송신기별 위치선들의 교차 지점을 확인하여 동일 표적에 대한 송신기별 신호들 간의 연관관계 후보군을 분류하는 후보군 분류부;
    상기 반사 안테나의 빔포밍 정보를 이용하여 상기 분류된 연관관계 후보군으로부터 연관관계를 생성하고, 상기 생성된 연관관계에 따라 상기 확인된 교차 지점으로부터 동일 표적의 위치를 추정하는 위치 추정부; 및
    상기 추정된 동일 표적의 위치를 기설정된 비선형 최소자승법 또는 확장 칼만 필터의 초기 위치 값으로 이용하여 상기 동일 표적의 위치를 산출하는 위치 산출부;
    를 포함하고,
    상기 위치선 생성부는,
    상기 측정된 바이스태틱 거리들, 기설정된 송신기 위치 및 기설정된 수신기 위치를 이용하여 위치선들을 도식화하는 위치선 도식화부;
    상기 도식화된 위치선들을 X축 및 Y축 해상도에 맞춰 양자화를 수행하는 양자화부; 및
    상기 양자화가 수행된 위치선들을 경우의 수에 따라 누적하여 도식화하는 누적 도식화부
    를 포함하는, 표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 PCL 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 바이스태틱 거리 측정부는,
    서로 다른 주파수 대역을 이용하는 방송국의 각 송신기에서 방사된 신호원이 복수의 표적으로부터 반사된 반사 신호들을 수신하는, 표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 PCL 시스템.
  9. 삭제
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 후보군 분류부는,
    상기 생성된 송신기별 위치선들의 교차 지점을 확인하여 동일 표적에 대한 송신기별 신호들 간의 제1 연관관계 후보군을 지정하고, 상기 지정된 제1 연관관계 후보군 중에서 동일 송신기 및 동일 바이스태틱 거리로 이루어진 연관관계 후보군을 제2 연관관계 후보군으로 분류하는, 표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 PCL 시스템.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 위치 추정부는,
    상기 반사 안테나의 빔포밍 정보를 이용하여 상기 분류된 연관관계 후보군 중에서 중복된 바이스태틱 거리를 이용한 연관관계 후보군을 제거하고, 상기 제거된 연관관계 후보군을 제외한 나머지 연관관계 후보군을 연관관계로 생성하는, 표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 PCL 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 위치 추정부는,
    상기 반사 안테나의 빔포밍 정보와 상기 분류된 연관관계 후보군 간의 차이가 최소인 신호원들 간의 제3 연관관계 후보군을 선택하고, 상기 연관관계 후보군 중에서 상기 선택된 제3 연관관계 후보군과 동일한 송신기 신호가 반사된 동일 바이스태틱 거리를 이용한 연관관계 후보군을 제거하는, 표적으로부터 반사된 신호를 기반으로 위치를 추정하기 위한 PCL 시스템.
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