KR101829384B1 - 상관관계를 이용한 표적 신호 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상관관계를 이용한 표적 신호 검출 장치로서, 특히 지연 클록 신호들을 이용하여 표적으로부터 반사된 신호를 샘플링하여 웨이블릿 신호를 생성하고, 상기 웨이블릿 신호와 기준 신호의 상관관계을 이용하여 유효한 표적 신호를 검출하는 표적 신호 검출 장치를 개시한다. 본 발명의 표적 신호 검출 장치는 표적에서 반사된 반사 신호를 수신하는 신호 수신부; 상기 반사 신호를 서로 다른 클록 신호를 이용하여 샘플링 하는 샘플링부; 및 상기 샘플링된 반사 신호에 대한 웨이블릿 변환을 통해서 웨이블릿 신호를 생성하고, 상기 웨이블릿 신호를 미리 정의된 기준 신호와 상관시켜 상기 반사 신호 중 상기 표적으로부터 반사된 표적 신호를 검출하는 디지털 신호 처리부; 를 포함한다.

Description

상관관계를 이용한 표적 신호 검출 장치 {Target Signal Detection Apparatus Using Correlation based Wavelet Signal}
본 발명은 상관관계를 이용한 표적 신호 검출 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 표적에서 반사된 수신신호를 미리 결정된 지연 클록 신호들에 동기화하여 샘플링하고, 상관신호를 이용하여 유효한 표적 신호를 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
초광대역 임펄스 레이더 센서는 임펄스 신호를 송신하여 목표 대상에서 반사되어 돌아오는 신호를 분석함으로써 표적의 거리와 위치를 검출할 수 있다. 초광대역 임펄스 신호는 초근거리 무선통신 및 고해상도를 필요로 하는 분야의 레이더 신호로 많이 활용되고 있는데, 기존의 스펙트럼에 비해 매우 넓은 대역에 걸쳐 낮은 전력으로 대용량의 정보를 전송할 수 있는 장점을 가진다.
초광대역 임펄스(Impulse Radio Ultra-Wideband) 신호를 이용한 기술은 고 해상도를 요구하는 초광대역 임펄스 레이더 수신기에 적용할 수 있으며, 근거리 고속통신을 위한 무선 통신 센서에도 적용 가능하다. 초광대역 임펄스 신호를 감지하기 위해서는 수신 신호 처리를 위한 고속 클록을 활용한 ADC 회로 설계가 필요하며, 이에 대한 HW 회로 설계의 어려움이 존재한다.
또한, 고속 클록을 활용한 ADC 회로를 이용한 수신 신호 검출 방법은 검출 성능이 우수한 장점이 있으나, 계산이 복잡하고 연산 지연 시간이 큰 단점이 있어, 고속의 신호 처리가 요구되는 초근거리 통신에는 사용하기가 어려운 문제점이 있다.
또한, 종래의 표적 검출을 위한 신호 처리 방법으로 Wavelet packet decomposition, Principal component analysis 및 Singular value decomposition 등의 방법이 있는데, 이와 같은 방법들 역시 계산이 복잡하고, 신호 수신 이후 표적 검출까지 많은 지연 시간이 소요되어 빠른 시간 내 표적 검출을 실시하기 위한 용도에는 적합하지 않은 단점이 있다.
따라서, 해당기술분야에 있어서, 고속의 ADC를 사용하지 않고도 고속의 신호 처리를 통하여 표적으로부터 반사된 유효한 표적 신호를 검출하기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.
한국 공개 특허 제 10-2006-0114581 (공개)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고속의 ADC를 사용하지 않고도, 표적에서 반사된 신호 중 유효한 표적 신호를 검출하는 표적 신호 검출 장치 및 방법을 개시한다. 특히, 기준 클록 신호를 소정의 시간 간격만큼 지연시켜 복수개의 지연 클록 신호들을 생성하고, 이를 이용하여 표적에서 반사된 임펄스 신호를 처리하여 유효한 표적 신호를 검출하는 표적 신호 검출 장치 및 방법을 개시한다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 표적 신호 검출 장치는, 표적에서 반사된 반사 신호를 수신하는 신호 수신부; 상기 반사 신호를 서로 다른 클록 신호를 이용하여 샘플링 하는 샘플링부; 및 상기 샘플링된 반사 신호에 대한 웨이블릿 변환을 통해서 웨이블릿 신호를 생성하고, 상기 웨이블릿 신호를 미리 정의된 기준 신호와 상관시켜 상기 반사 신호 중 상기 표적으로부터 반사된 표적 신호를 검출하는 디지털 신호 처리부; 를 포함한다.
본 발명에서 상기 반사 신호는, 상기 표적에서 반사된 임펄스 신호를 포함하고, 상기 샘플링된 반사 신호는 일련의 표본화된 샘플 데이터로써 상기 클록 신호에 동기화하여 생성될 수 있다.
본 발명에서 상기 샘플링부는 상기 반사 신호를 반복하여 샘플링 하고, 동일 샘플링 시점을 가지는 샘플링값의 평균을 상기 샘플 데이터로써 생성할 수 있다.
상기 서로 다른 클록 신호는 기준 클록 신호 및 상기 기준 클록 신호를 순차적으로 지연 시켜 생성된 지연 클록 신호를 포함할 수 있다.
상기 샘플링부는 기준 클록 신호를 소정의 시간 간격만큼 지연시키는 복수개의 지연 소자들을 포함하는 전압 제어 지연 라인; 및 상기 지연 소자들에서 생성된 지연 클록 신호들 중 적어도 하나의 지연 클록 신호를 선택하여 병렬 출력하는 클록 먹스부; 를 포함하고, 상기 병렬 출력된 지연 클록 신호들을 이용하여 샘플링 할 수 있다.
상기 기준 클록 신호의 주파수는 최대 탐지 거리를 고려하여 설정되고, 상기 소정의 시간 간격은 기 설정된 초광대역 신호의 주파수 및 상기 샘플링된 반사 신호와 상기 수신된 반사 신호의 왜곡 정도를 고려하여 설정될 수 있다.
본 발명에서 상기 디지털 신호 처리부는 상기 웨이블릿 변환을 통하여 상기 표적의 정지 상태에 따른 클러터가 제거된 상기 웨이블릿 신호를 생성하는 웨이블릿 신호 생성부; 및 상기 생성된 웨이블릿 신호와 상기 기준 신호를 상관시켜 상관 신호를 출력하고, 상기 출력된 상관 신호의 영역을 구분하며, 상기 구분된 영역의 구분 상관값들을 이용하여 상기 웨이블릿 신호와 상기 기준 신호의 상관 관계를 판단하는 상관부; 를 포함하고, 상기 판단된 상관 관계를 이용하여 상기 표적 신호를 검출할 수 있다.
상기 웨이블릿 변환은 상기 샘플 데이터 내 인접하는 데이터 셀들의 평균값을 연산하여 데이터 신호를 생성하고, 상기 생성된 데이터 신호를 상기 데이터 셀 별로 차감 하여 수행될 수 있다.
상기 웨이블릿 신호는 상기 생성된 데이터 신호가 쌍을 이루는 경우에 생성되고, 상기 쌍을 이루는 데이터 신호를 상기 데이터 셀 별로 차감함으로써 상기 표적의 정지 상태에 따른 클러터가 제거되도록 마련될 수 있다.
바람직하게는, 상기 기준 신호는 상기 임펄스 신호 수신부를 임펄스 신호의 송신부에 루프백하여 생성될 수 있다.
본 발명에서 상기 상관부는 상기 구분 상관값들로부터 최대 상관값 및 최소 상관값을 검출하고, 상기 최대 상관값 및 최소 상관값의 순서와 크기를 고려하여 상관 관계를 판단할 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 표적 신호 검출 방법은 표적에서 반사된 신호를 수신하는 단계; 상기 반사 신호를 서로 다른 클록 신호를 이용하여 샘플링 하는 단계; 및 상기 샘플링된 반사 신호에 대한 웨이블릿 변환을 통해서 웨이블릿 신호를 생성하고, 상기 웨이블릿 신호를 미리 정의된 기준 신호와 상관시켜 상기 반사 신호 중 상기 표적으로부터 반사된 표적 신호를 검출하는 단계; 를 포함한다.
본 발명에서 상기 샘플링 하는 단계는 기준 클록 신호를 소정의 시간 간격만큼 지연시켜서 복수개의 지연 클록 신호들을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 지연 클록 신호들 중 적어도 하나의 지연 클록 신호를 선택하여 병렬 출력하는 단계; 를 포함하고, 상기 병렬 출력된 지연 클록 신호들에 동기화하여 샘플링할 수 있다.
본 발명에서 상기 검출하는 단계는 상기 웨이블릿 변환을 통하여 상기 표적의 정지 상태에 따른 클러터가 제거된 상기 웨이블릿 신호를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 웨이블릿 신호와 상기 기준 신호를 상관시켜 상관 신호를 출력하고, 상기 출력된 상관 신호의 영역을 구분하며, 상기 구분된 영역의 최대 상관값 및 최소 상관값의 순서와 크기를 이용하여 상기 웨이블릿 신호와 상기 기준 신호의 상관 관계를 판단할 수 있다.
또한 본 발명은 컴퓨터에서 상기한 표적 신호 검출 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 개시한다.
본 발명에 따르면, 표적 신호 검출 장치는 고속의 클록 신호를 사용하지 않고도 신속하게 표적으로부터 반사된 신호를 샘플링 할 수 있는 잇점이 있다. 특히 기준 신호와의 상관관계를 이용하여 유효한 표적 신호를 검출할 수 있는 잇점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표적 신호 검출 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1의 실시예에서 샘플링부의 확대 블록도이다.
도 3은 도 1의 실시예에서 디지털 신호 처리부의 확대 블록도이다.
도 4는 도 1의 실시예에서 샘플링부의 샘플 데이터를 생성하는 과정을 나타내는 예시도이다.
도 5는 도 3의 실시예에서 웨이블릿 변환 과정을 나타내는 예시도이다.
도 6은 반복하여 생성된 웨이블릿 신호의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 샘플링부의 확대 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준 신호의 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 상관 신호의 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준 신호를 생성하기 위한 루프백 테스트 모듈의 예시도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 용어를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하에서 설명하는 각 단계는 하나 또는 여러 개의 소프트웨어 모듈로도 구비가 되거나 또는 각 기능을 담당하는 하드웨어로도 구현이 가능하며, 소프트웨어와 하드웨어가 복합된 형태로도 가능하다.
각 용어의 구체적인 의미와 예시는 각 도면의 순서에 따라 이하 설명 한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 표적 신호 검출 장치의 구성과 관련된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표적 신호 검출 장치의 블록도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
표적 신호 검출 장치(10)는 신호 수신부(100), 샘플링부(200) 및 디지털 신호 처리부(300)를 포함한다.
표적 신호 검출 장치(10)는 표적에서 반사된 신호를 수신하여 웨이블릿 신호를 생성하고, 기준 신호와 상관 시켜 유효한 표적 신호를 검출한다.
일 실시 예로, 상기 표적으로부터 반사된 신호는 표적으로부터 반사된 임펄스 신호를 포함한다. 임펄스 신호는 정상파(Continous Wave)에 비하여 목표물까지의 거리를 계산하기 용이하고, 표적으로부터 반사된 신호의 변화를 관찰하기가 쉬운 잇점이 있다.
또 다른 실시 예로, 본 발명에서의 임펄스 신호는 초광대역 신호(Ultra-WideBand, UWB)일 수 있다. 초광대역 신호(Ultra-WideBand, UWB)는 일반적으로 500Mhz 이상의 대역폭을 사용하는 무선 통신 또는 중심 주파수 대비 대역폭이 20% 이상의 신호를 의미한다. 초광대역 임펄스 신호는 초근거리 무선통신 및 고해상도를 필요로 하는 분야의 레이더 신호 또는 근거리 고속 통신을 위한 무선통신 센서에 적용될 수 있다. 초광대역 임펄스 신호를 식별 하기 위해서는 고속의 ADC(Analog to Digital Converter)가 필요한데, 이는 표적 신호 외의 클러터 신호가 존재하는 상황에서도 검출 성능이 우수한 장점이 있으나, 연산 시간 지연이 긴 단점이 있다.
표적 신호 검출 장치(10)가 표적으로부터 반사된 신호를 수신하여 반사 신호 중 표적 신호를 검출함에 있어서, 표적 외의 물체로부터 반사된 신호 또는 클러터들이 존재할 수 있고, 표적 신호만을 검출하기 위해서 기준 신호와 상관시켜 구분 상관값을 이용하여 표적 신호를 검출할 수 있다.
표적 신호 검출 장치(10)는 초광대역 임펄스 신호를 샘플링하기 위해 고속의 ADC를 사용하지 않고, 상대적으로 저속의(낮은 주파수)의 클록 신호를 소정의 시간 간격만큼 지연 시켜서 지연 클록 신호들을 생성하고, 이를 이용하여 표적으로부터 반사된 신호를 샘플링함으로써 신속하게 표적 신호를 검출할 수 있다.
신호 수신부(100)는 안테나를 통해 표적에서 반사된 임펄스 신호를 수신한다.
샘플링부(200)는 기준 클록 생성부(220), 전압 제어 지연 라인(240) 및 클록 먹스부(260)를 포함한다.
샘플링부(200)는 표적으로부터 반사된 신호를 서로 다른 클록 신호들에 동기화하여 샘플링함으로써 샘플 데이터를 생성한다. 샘플링부(200)는 미리 결정된 시간 동안 반복하여 상기 샘플 데이터를 생성하고, 동일 샘플링 시점을 가지는 샘플링값의 평균을 데이터 셀에 저장하는 새로운 샘플 데이터를 생성할 수 있다.
예를 들어, 샘플링부(200)는 아날로그 신호를 샘플링하여 디지털 데이터로써 추출하는데, 디지털 데이터를 추출하여 표본화를 함에 있어 각기 다른 신호를 구분하지 못하게 되는 앨리어싱(Aliasing)을 방지하기 위해서는 최소 실제 신호가 가지는 가장 높은 주파수 보다 2배 이상의 주파수로 샘플링 하여야 한다. 상기 주파수를 나이키스트(Nyquist) 샘플링 주파수 라고 한다.
구체적으로, 초광대역 임펄스 신호의 주파수는 500Mhz 이상이며, 따라서 나이키스트(Nyquist) 샘플링 주파수를 고려하면 최소 1Ghz 이상의 고속 샘플링이 필요하다. 전술한 바와 같이 1Ghz 이상의 고속 샘플링 클록을 이용하는 ADC는 검출 성능이 우수하지만 연산 시간의 지연이 큰 문제점이 있다.
샘플링부(200)는 저속 샘플링 클록을 소정의 동일한 시간 간격(Equivalent Time)만큼 지연 시켜서 지연된 클록 신호들을 생성하고, 지연된 클록 신호들을 병렬적으로 선택하여 샘플링에 이용할 수 있다. 본 발명에서 서로 다른 클록 신호는 기준 신호와 소정의 시간 간격만큼 지연된 지연 클록 신호들을 포함한다. 병렬적으로 선택된 지연 클록 신호들은 동일한 시간(Equivalent Time) 간격을 가지기 때문에, 이러한 클록 신호들의 집합은 등가 시간 샘플링 클록(Equivalent Time Sampling Clock)이며, 상기 클록 신호의 집합을 이용하여 아날로그 신호를 샘플링하는 기법은 등가 시간 샘플링(Equivalent Time Sampling)을 의미한다.
샘플링부(200)는 전압 제어 지연 라인(240) 및 클록 먹스부(260)를 포함하는 지연 고정 루프(Delay Lock Loop, DLL)를 포함할 수 있다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 샘플링부(200)는 최대 탐지 거리가 15m 인 영역을 탐지하기 위하여, 표적으로부터 반사된 반사 신호를 샘플링하고, 샘플링된 반사 신호를 일련의 표본화된 샘플 데이터로(275, 285)써 생성할 수 있다. 생성된 샘플 데이터는 데이터를 저장하는 100개의 데이터 셀(272, 273, 282 및 283)을 가질 수 있다.
예를 들어, 샘플링부(200)는 표적으로부터 반사된 하나의 반사 신호를 반복하여 샘플링하여 복수의 샘플 데이터(275, 285)를 생성할 수 있고, 동일 샘플링 시점을 가지는 샘플링값의 평균을 데이터 셀(272, 273, 282 및 283) 각각에 저장할 수 있다. 본 발명에서, 샘플링부(200)는 하나의 수신된 반사 신호에 대하여 지연 클록 신호들에 동기화 하여 8번 샘플링함으로써 8개의 샘플 데이터를 생성할 수 있고, #001셀(272)에 저장된 8개의 샘플링된 샘플링값의 평균을 새로운 샘플 데이터 내의 #001셀(272)에 저장할 수 있다.
기준 클록 생성부(220)는 기준 클록 신호를 생성한다. 기준 클록 신호의 주파수는 레이더의 최대 탐지 거리를 고려하여 설정될 수 있다.
Figure 112017064020969-pat00001
여기에서, R은 레이더의 최대 탐지 거리, C는 빛의 속도
Figure 112017064020969-pat00002
및 fp는 임펄스 반복 주파수를 의미한다. 예를 들어, 레이더의 최대 탐지 거리를 15m로 하는 경우 필요한 임펄스 신호의 주파수는 10Mhz(주기 100ns)가 된다. 따라서, 기준 클록 신호의 주파수 역시 10Mhz(주기 100ns)로 설정될 수 있다. 기준 클록 생성부(220)은 샘플링부(200) 외부에 위치하여, 최대 탐지 거리를 고려한 주파수의 기준 클록 신호를 샘플링부(200)에 송신할 수 있다.
전압 제어 지연 라인(240)은 복수개의 지연 소자들을 포함하고, 기준 클록 신호를 소정의 시간 간격만큼 지연시켜서 복수 개의 지연 클록 신호들을 생성할 수 있다.
전압 제어 지연 라인(240, Voltage Controlled Delay Line)은 복수개의 지연 소자들을 포함하고, 지연 소자들 각각에서 지연 클록 신호들을 생성할 수 있다. 전압 제어 지연 라인(240)에서 생성되는 지연 클록 신호들의 개수는 샘플 데이터 내 데이터 셀의 수와 동일하고, 이는 기 설정된 초광대역 신호의 주파수, 샘플링시 표적으로부터 반사된 신호의 왜곡 정도 및 레이더의 최대 탐지 거리에 따른 샘플링 주파수를 고려하여 설정될 수 있다.
예를 들어, 레이더의 최대 탐지 거리가 15m 이면, 상기 수학식 1에 따라 임펄스 반복 주파수 fp는 10Mhz(주기 100ns)이다. 따라서 표적으로부터 반사된 반사 신호의 주파수 역시 10Mhz(주기 100ns)이다. 초광대역 임펄스 신호의 정의에 따른 최소 주파수는 500Mhz 이고, 나이키스트(Nyquist) 샘플링 주파수를 고려하면 최소 1Ghz(주기 1ns)의 샘플링 주파수가 필요하다. 따라서, 15m거리를 탐지하기 위해서는 100ns/1ns=100개의 샘플링 구간이 필요하고, 100개의 샘플링 구간에서 샘플링된 데이터를 저장하기 위하여 샘플 데이터는 100개의 데이터 셀을 필요로 하며, 1ns 시간 간격만큼 지연된 100개의 지연 클록 신호들이 필요하다. 즉, 샘플 데이터 내 1개 셀은 15cm의 해상도를 가질 수 있다.
클록 먹스부(260)는 생성된 지연 클록 신호들 중 적어도 하나의 지연 클록 신호를 선택하여 병렬 출력한다. 클록 먹스부(260)는 지연 클록 신호들을 선택하여 사용할 수 있고, 선택에 따라 초광대역 송신 펄스를 triggering 할 수 있다.
디지털 신호 처리부(300)는 웨이블릿 신호 생성부(320) 및 상관부(340)를 포함한다. 디지털 신호 처리부(300)는 샘플 데이터로부터 클러터가 제거된 웨이블릿 신호(375)를 생성하고, 생성된 웨이블릿 신호(375)와 기준 신호를 상관시켜 유효한 표적 신호를 검출한다.
예를 들어, 디지털 신호 처리부(300)는 표적으로부터 반사된 반사 신호가 샘플링 되어 샘플 데이터로 생성된 경우, 상기 생성된 샘플 데이터 내 데이터 셀 각각에 저장된 샘플링값들을 이용하여 평균 연산(1st step, 305) 및 차감 연산(2nd step, 315)을 수행하여 웨이블릿 신호(375)를 생성할 수 있다. 또한, 생성된 웨이블릿 신호와 기준 신호를 상관시켜 상관 신호를 생성하고, 생성된 상관 신호의 영역을 구분하며, 구분된 상관 신호의 각 영역마다 구분 상관값들을 계산함으로써 구분 상관값들을 이용하여 유효한 표적 신호를 검출할 수 있다.
웨이블릿 신호 생성부(320)는 샘플링부(200)에서 생성된 샘플 데이터로부터 웨이블릿 신호를 생성한다.
일 실시 예로, 웨이블릿 신호 생성부(320)는 생성된 샘플 데이터 내 인접한 데이터 셀들의 평균을 각각의 데이터 셀들에 저장하고 있는 데이터 신호를 생성(1st step, 305)하고 생성된 각각의 데이터 신호를 데이터 신호 내 각각의 데이터 셀별로 차감(2nd step, 315)하여 웨이블릿 신호(375)를 생성한다. 구체적으로, 웨이블릿 신호 생성부(320)는 샘플 데이터(275,285)내의 인접한 데이터 셀들(272 및 273, 282 및 283)의 평균값을 셀별(352,362)로 가지는 데이터 신호를 생성하고, 생성된 데이터 신호(355,365)를 데이터 신호 내의 각각의 데이터 셀 별로 차감하여 웨이블릿 신호(375)를 생성한다.
Figure 112017064020969-pat00003
여기에서, n은 관찰횟수, k는 샘플 데이터 내 데이터 셀의 위치, r( )은 1개 데이터 셀에 대하여 반복하여 샘플링 한 후의 평균값을 계산하는 함수 및 1st는 샘플 데이터 내 인접한 데이터 셀들의 평균을 계산하여 데이터 신호를 생성하는 연산을 의미한다. 일 실시 예로, 웨이블릿 신호 생성부(320)는 100개의 데이터 셀을 가지는 샘플 데이터로부터 상기 수학식 2에 정의된 연산을 수행하여 50개의 셀을 가지는 데이터 신호(355, 365)를 생성하고, 생성된 데이터 신호(355, 365)를 이용하여 웨이블릿 신호(375)를 생성할 수 있다.
Figure 112017064020969-pat00004
여기에서, n은 관찰횟수, k는 데이터 신호 내 데이터 셀의 번호 및 2nd는 데이터 신호를 데이터 신호 내 각각의 데이터 셀 별로 차감 하는 연산을 의미한다.
예를 들어, 웨이블릿 신호 생성부(320)는 1번째 관찰을 통하여 생성된 샘플 데이터(355) 및 2번째 관찰을 통하여 생성된 샘플 데이터(365)의 차감을 통하여 웨이블릿 신호(375)를 생성할 수 있다. 상기 수학식 3에 정의된 연산을 적용하면 셀(352)-셀(362)=셀(372) 이고, 셀(353)-셀(363)=셀(373) 과 같이 계산될 수 있다.
상관부(240)는 웨이블릿 신호와 기준 신호를 상관 시켜 상관 신호를 출력하고, 상기 출력된 상관 신호의 영역을 구분하며, 상기 구분된 영역별 상관값을 나타내는 구분 상관값들을 이용하여 유효한 표적 신호를 검출한다.
예를 들어, 상관부(240)는 상관 신호를 소정의 영역으로 구분하고, 상기 구분된 영역마다 구분 상관값들을 도출하며, 도출된 구분 상관값들을 이용하여 웨이블릿 신호로부터 유효한 표적 신호를 검출한다. 구분 상관값들의 최대 상관값, 최소 상관값, 이들의 순서 및 크기를 이용하여 유효한 상기 표적 신호를 검출하는 구체적인 방법은 후술한다.
도 2는 도 1의 실시예에서 샘플링부의 확대 블록도이다.
샘플링부(200)는 기준 클록 생성부(220), 전압 제어 지연 라인(240) 및 클록 먹스부(260)를 포함한다.
샘플링부(200)에 대한 중복되는 사항은 전술한 바와 같으므로 생략한다.
샘플링부(200)는 미리 결정된 시간 동안 반복하여 샘플 데이터를 생성하고, 동일 샘플링 시점 별 상기 샘플된 데이터 내 각각의 데이터 셀들에 저장된 샘플링값의 평균을 상기 샘플 데이터 내 데이터 셀 별로 저장할 수 있다.
일 실시 예로, 미리 결정된 시간은 상기 수학식 1에서 최대 탐지 거리를 고려한 주파수 fp의 역수 및 관측 횟수를 고려하여 설정할 수 있다. 관측 횟수가 8번이고, 최대 탐지 거리가 15m이면, 임펄스 반복 주파수 fp는 10Mhz(주기 100ns) 이고, 표적으로부터 반사된 반사 신호의 주파수 역시 10 Mhz(100ns) 이며, 샘플링부(200)는 100ns*8=80us 동안 반복하여 상기 샘플 데이터를 생성할 수 있다.
도 3은 도 1의 실시예에서 디지털 신호 처리부의 확대 블록도이다. 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.
디지털 신호 처리부(300)는 웨이블릿 신호 생성부(320) 및 상관부(340)을 포함한다.
디지털 신호 처리부(300)는 샘플 데이터로부터 클러터가 제거된 웨이블릿 신호(375)를 생성하고, 생성된 웨이블릿 신호(375)와 기준 신호를 상관시켜 유효한 임펄스 신호의 위치를 검출한다. 디지털 신호 처리부(300)에 대한 중복되는 사항은 전술한 바와 같으므로 생략한다.
웨이블릿 신호 생성부(320)는 샘플링부(200)에서 생성된 샘플 데이터로부터 웨이블릿 신호를 생성한다.
일 실시 예로, 웨이블릿 신호 생성부(320)는 데이터 신호를 각 데이터 셀 별로 차감하여 웨이블릿 신호를 생성하는데, 차감하는 과정에서 표적의 정지 상태에 따른 클러터를 제거할 수 있다. 즉, 웨이블릿 신호(375)는 각 데이터 셀 별로 관찰 횟수에 따른 데이터 신호 내 각 데이터 셀 별 데이터값의 변화량을 저장하므로 이동하는 표적에서 반사되는 신호의 데이터 값을 검출할 수 있다.
상관부(240)는 웨이블릿 신호와 기준 신호를 상관 시켜 상관 신호를 출력하고, 상기 출력된 상관 신호의 영역을 구분하며, 상기 구분된 영역의 상관값을 나타내는 구분 상관값들을 이용하여 웨이블릿 신호와 기준 신호의 상관관계를 판단할 수 있다. 상기 판단된 상관 관계를 이용하여 유효한 표적 신호를 검출하는 방법은 후술한다.
도 4는 도 1의 실시예에서 샘플링부의 샘플 데이터를 생성하는 과정을 나타내는 예시도이다.
샘플링부(200)는 수신된 반사 신호를 서로 다른 클록 신호들에 동기화하여 샘플 데이터 (275, 285)를 생성한다.
예를 들어, 샘플 데이터(275)는 첫번째 수신된 표적으로부터 반사된 하나의 반사 신호에 대하여 샘플링된 샘플링값들을 데이터 셀 별로 저장할 수 있다. 샘플 데이터(275)는 표적에서 반사된 하나의 임펄스 신호를 반복하여 샘플링함으로써 동일 샘플링 시점별 샘플링값의 평균을 데이터 셀 별로 저장할 수 있음은 전술한 바와 같다.
웨이블릿 신호의 생성은 샘플 데이터를 생성하기 위한 1st step(305) 및 웨이블릿 신호를 생성하기 위한 연산 2nd step(315)에 따라 수행될 수 있다.
도 5는 도 3의 실시예에서 웨이블릿 신호 생성부의 연산 과정을 나타내는 예시도이다. 도 4를 참조하여 설명한다.
웨이블릿 신호 생성부(320)는 샘플링부(200)에서 생성된 샘플 데이터로부터 웨이블릿 신호를 생성한다.
예를 들어, 웨이블릿 신호 생성부(320)는 샘플 데이터(275, 285)내 인접한 각 데이터 셀들의 평균을 각 데이터 셀 별로 저장하는 데이터 신호(355, 365)를 생성하고, 데이터 신호(355, 365)를 각 데이터 셀 별로 차감하여 웨이블릿 신호(375)를 생성한다. 웨이블릿 신호에 대한 중복되는 사항은 전술한 바와 같으므로 생략한다.
도 6은 반복하여 생성된 웨이블릿 신호의 예시도이다.
샘플 데이터(275, 285)에서 1st step(305)연산을 수행하여 데이터 신호(355, 365)를 생성할 수 있음은 전술한 바와 같다. 도 6의 차트(305)는 데이터 신호(355, 365)내의 각 데이터 셀에 저장된 표본화된 샘플링값들을 이미지화 한 것이다. 데이터 신호(355, 365)는 2nd step(315) 연산을 수행하기 전이므로 표적으로부터 반사된 반사 신호에 정지 상태의 클러터가 존재한다. 데이터 신호(355, 365)를 각 데이터 셀 별로 차감하여 생성하는 웨이블릿 신호(375)는 표적의 정지 상태에 따른 클러터가 제거된 상태이며, 도 6의 차트(295)에서 도시된 웨이블릿 신호(375)에서 이를 관찰할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 샘플링부의 확대 블록도이다.
샘플링부(200)는 기준 클록 생성부(220), 전압 제어 지연 라인(240) 및 클록 먹스부(260)를 포함한다. 기준 클록 생성부(220)는 샘플링부(200)내에 위치할 수도 있지만, 샘플링부(200)외에 위치하여 기준 클록 신호를 샘플링부(200)에 송신할 수 있다.
전압 제어 지연 라인(240)은 복수개의 지연 소자들을 포함하고, 기준 클록 신호를 소정의 시간 간격만큼 지연 시켜서 복수개의 지연 클록 신호들을 생성한다. 필요한 지연 클록 신호 및 지연 소자의 개수에 대한 중복되는 사항은 전술한 바와 같으므로 생략한다.
클록 먹스부(260)는 생성된 지연 클록 신호들 중 적어도 하나의 지연 클록 신호를 선택하여 병렬 출력한다. 기준 클록 신호를 소정의 시간 간격만큼 지연시켜 생성된 지연 클록 신호들은 동일한 주파수를 가지고, 따라서 지연된 클록 신호들 내의 상승 엣지는 동일한 상승 시간 간격을 가진다. 클록 먹스부(260)가 지연 클록 신호들 중 적어도 하나의 지연 클록 신호를 선택하면 샘플링부(200)는 지연 클록 신호들에 동기화 하여 표적으로부터 반사된 반사 신호를 샘플링하고, 각각의 지연 클록 신호들을 이용하여 샘플링된 샘플링 값들을 합산하여 샘플 데이터에 이용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준 신호의 그래프이다.
기준 신호는 웨이블릿 신호와 상관 되어서 웨이블릿 신호가 유효한 표적 신호인지 판별하는 기준이 된다. 기준 신호는 이상적인 초광대역 임펄스 신호를 수신했다고 가정했을 때 생성되는 웨이블릿 신호와 유사한 신호 파형으로 설정될 수 있다.
예를 들어, 초광대역 임펄스 레이더 모듈의 송신부와 수신부를 루프백 함으로써 이상적인 초광대역 임펄스 신호를 획득할 수 있다. 기준 신호는 음의 영역과 양의 영역으로 나눌 수 있고, 시작 순서는 초광대역 임펄스 레이더 모듈의 설정 구성에 따라 변경될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 상관 신호의 그래프이다.
상관부(340)는 기준 신호와 웨이블릿 신호(375)를 상관시켜 상관 신호를 생성할 수 있다. 상관 신호는 3개의 영역으로 구분될 수 있고, 크기가 음수인 영역(602,606) 과 양수인 영역(604)로 분류될 수 있다. 도 11의 가로축은 상관 신호 내 데이터 셀의 넘버이고, 세로축은 상관 신호의 크기를 의미한다.
상관부(340)는 표적에서 반사된 임펄스 신호로부터 생성된 웨이블릿 신호가 기준 신호와 상관관계가 있는지를 판단하는데, 해당 상관 신호의 구분된 영역의 상관값을 나타내는 구분 상관값들의 크기 및 순서를 고려하여 판단할 수 있다. 예를 들어, 상관 신호 내의 구분 상관값들이 음의 상관값, 양의 상관값 순으로 배열된 상태이고, 양의 상관값의 크기가 음의 상관값의 절대값의 크기보다 1.25배 이상인 경우 유효한 상관신호로 판단한다. 표적 신호 검출 장치(10)는 유효한 상관 신호가 존재하는 상관 신호 내 데이터 셀의 넘버를 인식하고, 샘플 데이터 내에서 대응 되는 넘버의 데이터 셀을 검색하여 해당 데이터 셀의 샘플링값을 출력함으로써 표적 신호를 검출한다.
구체적으로, 상관부(340)는 검출된 구분 상관값들의 순서가 미리 결정된 기준에 일치하는 경우(음의 상관값이 먼저 배열되는 경우), 구분 상관값들에서 최소 상관값 및 최대 상관값을 선택하고, 최대 상관값과 최소 상관값의 크기를 고려하여 해당 상관신호 내에서 최대 상관값이 저장된 데이터 셀의 번호를 저장할 수 있다. 저장된 데이터 셀의 번호를 이용하여 샘플 데이터 내의 대응되는 데이터 셀을 검색하여 표적 신호를 검출할 수 있음은 전술한 바와 같다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기준 신호를 생성하기 위한 루프백 테스트 모듈의 예시도이다.
루프백 테스트 모듈은 전원부(670), 오실로스코프(680), 제어부(690), 및 초광대역 임펄스 모듈(660)을 포함한다.
일 실시 예로, 초광대역 임펄스 레이더 모듈(660)의 송신부(662)와 수신부(664)를 루프백 하고, 전송 라인에 가변 감쇄기(666) 및 거리 지연기(668)를 배치하여 송신 신호가 루프백 되어 수신부에 입력 되는 경우 신호의 에너지와 위상을 조절하여 이상적인 기준 신호를 생성할 수 있다. 루프백 테스트 모듈은 스스로 임펄스 신호를 송수신하고, 루프백 테스트 모듈 내 에서 송수신된 임펄스 신호는 이상적인 초광대역 임펄스 신호로 가정할 수 있다. 본 발명에서, 기준 신호는 이상적인 초광대역 임펄스 신호를 수신했다고 가정했을 때 생성되는 웨이블릿 신호와 유사한 신호 파형으로 설정될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 표적에서 반사된 반사 신호를 수신하는 신호 수신부;
    상기 반사 신호를 서로 다른 클록 신호를 이용하여 샘플링 하는 샘플링부; 및
    상기 샘플링된 반사 신호에 대한 웨이블릿 변환을 통해서 웨이블릿 신호를 생성하고, 상기 웨이블릿 신호를 미리 정의된 기준 신호와 상관시켜 상기 반사 신호 중 상기 표적으로부터 반사된 표적 신호를 검출하는 디지털 신호 처리부; 를 포함하고,
    상기 디지털 신호 처리부는 상기 웨이블릿 변환을 통하여 상기 표적의 정지 상태에 따른 클러터가 제거된 상기 웨이블릿 신호를 생성하는 웨이블릿 신호 생성부; 및
    상기 생성된 웨이블릿 신호와 상기 기준 신호를 상관시켜 상관 신호를 출력하고, 상기 출력된 상관 신호의 영역을 구분하며, 상기 구분된 영역의 구분 상관값들을 이용하여 상기 웨이블릿 신호와 상기 기준 신호의 상관관계를 판단하는 상관부; 를 포함하여, 상기 판단된 상관관계를 이용하여 상기 표적 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 표적 신호 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사 신호는 상기 표적에서 반사된 임펄스 신호를 포함하고,
    상기 샘플링된 반사 신호는 일련의 표본화된 샘플 데이터로써 상기 클록 신호에 동기화하여 생성되는 것을 특징으로 하는 표적 신호 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 샘플링부는,
    상기 반사 신호를 반복하여 샘플링 하고, 동일 샘플링 시점을 가지는 샘플링값의 평균을 상기 샘플 데이터로써 생성하는 것을 특징으로 하는 표적 신호 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 서로 다른 클록 신호는 기준 클록 신호 및 상기 기준 클록 신호를 소정의 시간 간격만큼 지연 시켜 생성된 지연 클록 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 표적 신호 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기준 클록 신호의 주파수는 최대 탐지 거리를 고려하여 설정되고,
    상기 소정의 시간 간격은 기 설정된 초광대역 신호의 주파수 및 상기 샘플링된 반사 신호와 상기 수신된 반사 신호의 왜곡 정도를 고려하여 설정되는 것을 특징으로 하는 표적 신호 검출 장치.
  6. 삭제
  7. 제2항에 있어서, 상기 웨이블릿 신호 생성부는,
    상기 샘플 데이터 내 인접하는 데이터 셀들의 평균값을 연산하여 데이터 신호를 생성하고, 상기 생성된 데이터 신호를 상기 데이터 셀 별로 차감 하여 상기 웨이블릿 변환을 수행 하는 것을 특징으로 하는 표적 신호 검출 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 웨이블릿 신호 생성부는,
    상기 생성된 데이터 신호가 쌍을 이루는 경우에 상기 웨이블릿 신호를 생성하고, 상기 쌍을 이루는 데이터 신호를 상기 데이터 셀 별로 차감함으로써 상기 표적의 정지 상태에 따른 클러터를 제거하는 것을 특징으로 하는 표적 신호 검출 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 상관부는,
    스스로 임펄스 신호를 송수신하는 루프백 테스트 모듈로부터 상기 임펄스 신호를 획득하고, 상기 획득된 임펄스 신호를 웨이블릿 변환하여 생성된 상기 기준 신호와 상기 웨이블릿 신호를 상관시키는 것을 특징으로 하는 표적 신호 검출 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 상관부는,
    상기 구분 상관값들로부터 최대 상관값 및 최소 상관값을 검출하고, 상기 최대 상관값 및 최소 상관값의 순서와 크기를 고려하여 상관관계를 판단하는 것을 특징으로 하는 표적 신호 검출 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001305218A (ja) 2000-04-18 2001-10-31 Mitsubishi Electric Corp レーダ装置
JP2005140542A (ja) * 2003-11-04 2005-06-02 Omron Corp 検出装置
JP2011141236A (ja) * 2010-01-08 2011-07-21 Ihi Inspection & Instrumentation Co Ltd 減衰材の肉厚算出方法及びその装置

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