KR101889005B1 - 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치 및 방법 - Google Patents

밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치 및 방법으로서, 특히 선별된 회전 인자들을 이용하여 푸리에 변환 연산을 수행하는 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치를 개시한다. 본 발명의 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치는 표적을 탐지하기 위한 안테나로부터 수신되는 수신 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환부; 상기 변환된 디지털 신호를 기 설정된 회전 인자들을 이용하여 푸리에 변환하며, 상기 푸리에 변환된 디지털 신호를 출력하는 제1 신호 처리부; 및 상기 푸리에 변환된 디지털 신호로부터 상기 표적에 대한 표적 정보를 분석하여 상기 표적을 탐지하고, 상기 표적 정보를 이용하여 제1 신호 처리부를 제어하는 제2 신호 처리부; 를 포함한다.

Description

밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치 및 방법 {Signal Processing Apparatus for Millimeter Wave Seeker using Fast Fourier Transform and Method thereof}
본 발명은 탐색기용 신호 처리 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 밀리미터파 탐색기에서 푸리에 변환을 이용하는 신호 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
탐색기는 전파의 반사 및 산란 특성을 이용하여 표적을 탐지하는 장치인데 전파를 송신하고, 표적에서 반사된 반사파를 수신하여 표적의 위치 및 각도 등을 측정하여 표적을 탐지한다.
종래의 탐색기는 유도 무기에 장착되어 주파수가 12~18Ghz인 ku 대역 또는 27~40Ghz인 ka 대역의 신호를 사용하여 표적을 탐지하였다. 탐색기는 점차 탐색기의 소형화 및 높은 표적 식별 성능을 위하여 높은 주파수 대역(예 56~110Ghz)을 이용한 신호 처리 기술 개발이 요구되고 있다. 다만, 고주파수 특성으로 인하여 사이즈가 작은 안테나를 사용하여야 하기 때문에 슬롯 어레이 방식으로 안테나 빔을 구현하기가 어려운 점이 있다.
일반적으로 밀리미터파 탐색기는 아날로그 신호를 수신하여 국부 발진 신호와 합성하여 수신 신호의 주파수를 하향 변환한 후 하향 변환된 수신 신호를 샘플링 하여 프로세서에서 신호를 분석하여 표적을 탐지하도록 한다. 밀리미터파 탐색기는 기존 탐색기보다 많은 양의 데이터를 처리하기 때문에 시스템 내 장치간 신호의 처리속도가 표적 탐색에 있어 중요한 문제이다.
종래의 탐색기는 FPGA에서 디지털다운 변환된 데이터를 프로세서에 전송하여 푸리에 변환하고, 상기 푸리에 변환된 신호로부터 표적을 탐지하였는데, 종래의 탐색기와 동일한 방법으로 밀리리터파 탐색기의 신호처리를 할 경우 처리해야 하는 데이터의 증가로 메모리의 추가 또는 프로세서의 추가가 필요하다. 메모리 또는 프로세서의 추가는 이를 수반하는 전기적, 기계적 부하가 증가하여 탐색기의 크기가 증가하게 된다.
따라서, 추가적인 메모리나 프로세서를 포함하지 않고도 목적하는 주파수 대역 신호를 확인하기 위하여, 밀리미터파 탐색기의 많은 데이터를 처리할 수 있는 신호 처리 기술의 개발이 요구되고 있다.
한국 등록 특허 제 10-0947215호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치 및 방법을 개시한다. 특히, 고속 푸리에 변환 시 제한된 주파수 영역만을 선 처리하기 위한 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치 및 방법을 개시한다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치는 표적을 탐지하기 위한 안테나로부터 수신되는 수신 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환부; 상기 변환된 디지털 신호를 기 설정된 회전 인자들을 이용하여 푸리에 변환하며, 상기 푸리에 변환된 디지털 신호를 출력하는 제1 신호 처리부; 및 상기 푸리에 변환된 디지털 신호로부터 상기 표적에 대한 표적 정보를 분석하여 상기 표적을 탐지하고, 상기 표적 정보를 이용하여 제1 신호 처리부를 제어하는 제2 신호 처리부; 를 포함한다.
상기 표적 정보는 상기 표적으로부터 반사된 표적 신호의 주파수 대역 정보를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 제1 신호 처리부는 상기 변환된 디지털 신호를 디지털 기저대역 신호로 하향 변환하는 디지털다운 컨버터; 및 상기 하향 변환된 디지털 기저대역 신호를 상기 기 설정된 회전 인자들을 이용하여 푸리에 변환하는 푸리에 변환부; 를 더 포함하고, 상기 하향 변환된 디지털 기저대역 신호를 푸리에 변환하여 출력하며, 상기 푸리에 변환은 이산 푸리에 변환으로 고속 푸리에 변환 연산을 이용하도록 마련될 수 있다.
본 발명에서 상기 제1 신호 처리부는 상기 기 설정된 회전 인자들 중에서 상기 표적 신호의 주파수 대역에 상응하는 회전 인자들을 선별하고, 상기 선별된 회전 인자들을 이용하여 상기 변환된 디지털 신호를 푸리에 변환할 수 있다.
본 발명에서 상기 제1 신호 처리부는 상기 푸리에 변환된 디지털 기저대역 신호를 소수점 위치에 따른 미리 결정된 데이터 포맷으로 출력하여 상기 제2 신호 처리부로 전송할 수 있다.
본 발명에서 상기 디지털다운 컨버터는 상기 표적 정보에 따른 디지털 국부 신호를 생성하고, 상기 생성된 디지털 국부 신호와 상기 변환된 디지털 신호를 합성하여 상기 디지털 기저대역 신호로 하향 변환하는 주파수 하향 변환부; 및 상기 하향 변환된 디지털 기저대역 신호의 목적대역 외 신호를 대역제한 하기 위한 디지털 필터부; 를 더 포함하고, 상기 디지털 국부 신호와 합성된 디지털 신호의 목적대역 외 신호를 대역제한하여 상기 디지털 기저대역 신호로 하향 변환할 수 있다.
본 발명에서 상기 디지털다운 컨버터는 상기 목적대역 외 신호가 대역제한된 디지털 기저대역 신호를 상기 표적 정보에 따라 다운 샘플링하는 다운 샘플링부; 를 더 포함하고, 상기 변환된 디지털 신호를 다운 샘플링된 디지털 기저대역 신호로 하향 변환하도록 마련될 수 있다.
본 발명에서 상기 제1 신호 처리부는 FPGA(field-programmable gate array)를 이용하여 구현될 수 있다.
본 발명에서 상기 제2 신호 처리부는 상기 선별된 회전 인자들을 이용하여 푸리에 변환된 상기 디지털 신호를 누적하여 저장함으로써 상기 표적을 탐지할 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 방법은 표적을 탐지하기 위한 안테나로부터 수신되는 수신 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 상기 변환된 디지털 신호를 기 설정된 회전 인자들을 이용하여 푸리에 변환하는 단계; 및 상기 푸리에 변환된 디지털 신호로부터 상기 표적에 대한 표적 정보를 분석하여 상기 표적을 탐지하는 단계; 를 포함한다.
본 발명에서 상기 푸리에 변환하는 단계는 상기 변환된 디지털 신호를 디지털 국부 신호와 합성하여 디지털 기저대역 신호로 하향 변환하는 단계; 상기 하향 변환된 디지털 기저대역 신호의 목적대역 외 신호를 대역제한 하는 단계; 및 상기 목적대역 외 신호가 대역 제한된 디지털 기저대역 신호를 상기 표적 정보에 따라 다운 샘플링하는 단계; 를 포함하고, 상기 다운샘플링되어 목적대역 외 신호가 대역제한된 디지털 기저대역 신호를 푸리에 변환하며, 상기 푸리에 변환은 이산 푸리에 변환이고, 고속 푸리에 변환 연산을 이용할 수 있다.
본 발명에서 상기 푸리에 변환하는 단계는 상기 기 설정된 회전 인자들 중에서 상기 표적으로부터 반사된 표적 신호의 주파수 대역에 상응하는 회전 인자들을 선별하고, 상기 선별된 회전 인자들을 이용하여 상기 다운샘플링된 디지털 기저대역 신호를 푸리에 변환하도록 마련될 수 있다.
또한, 본 발명은 컴퓨터에서 상기한 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 개시한다.
본 발명에 따르면, 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치를 소형화 할 수 있다.
특히, FPGA에서 표적 신호의 주파수 대역 정보를 반영하여 푸리에 변환함으로써 효과적으로 표적을 탐지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1의 실시예에서 제1 신호 처리부의 확대 블록도이다.
도 3은 도 2의 실시예에서 디지털다운 컨버터의 확대 블록도이다.
도 4는 도 1의 실시예에서 제2 신호 처리부의 확대 블록도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 방법의 흐름도이다.
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 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치의 구성을 관련된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치의 블록도이다.
밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치(10)는 아날로그 디지털 변환부(100), 제1 신호 처리부(300) 및 제2 신호 처리부(500)를 포함한다. 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치(10)는 안테나로부터 수신된 신호를 푸리에 변환하고, 푸리에 변환된 신호로부터 표적 정보를 분석하여 상기 표적 정보를 푸리에 변환에 이용함으로써 표적을 탐지한다.
밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치(10)는 표적을 탐지 하기 위하여 필요한 안테나부, 송출부 및 서큘레이터를 더 포함할 수 있다. 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치(10)는 소형화와 높은 해상도의 표적 식별 기능을 달성하기 위하여 밀리미터파를 이용하여 표적을 탐지할 수 있다. 따라서, 기존의 마이크로파 대역의 신호를 사용하여 표적을 탐지하는 탐색기에 비하여 표적을 정확하게 탐지할 수 있다.
아날로그 디지털 변환부(100)는 표적을 탐지하기 위한 안테나로부터 수신되는 수신 신호를 디지털 신호로 변환한다.
예를 들어, 아날로그 디지털 변환부(100)는 밀리미터파 탐색기의 신호 처리 장치(10)에 입력되는 신호를 샘플링하여 제1 신호 처리부로 전송할 수 있다. 본 발명에서, 수신 신호는 밀리미터파 신호를 포함하고, 종래 탐색기에서 사용하는 신호에 비하여 상대적으로 높은 주파수 대역의 신호를 사용할 수 있다. 또한, 상기 수신 신호는 모노펄스 기법이 적용된 펄스 신호를 포함한다. 도 2를 참조하여 설명한다.
제1 신호 처리부(300)는 디지털다운 컨버터(320), 푸리에 변환부(340) 및 데이터 형식 변환부(360)를 포함한다.
제1 신호 처리부(300)는 아날로그 디지털 변환부에서 변환된 디지털 신호를 디지털 기저대역 신호로 변환하고, 제2 신호 처리부(500)의 제어에 따라 상기 하향 변환된 디지털 기저대역 신호를 기 설정된 회전 인자들을 이용하여 푸리에 변환하며, 상기 푸리에 변환된 디지털 기저대역 신호를 출력한다. 제1 신호처리부는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA)로 구현될 수 있다.
예를 들어, 제1 신호 처리부(300)는 제2 신호 처리부(500)로부터 표적 신호의 주파수 대역 정보를 포함하는 제어 신호를 수신하여, 상기 표적 신호의 주파수 대역에 상응하는 기 설정된 회전 인자들만 이용하여 주파수 하향 변환된 디지털 기저대역 신호를 푸리에 변환할 수 있다. 도 3을 참조하여 설명한다.
디지털다운 컨버터(320)는 주파수 하향 변환부(322), 디지털 필터부(324) 및 다운 샘플링부(326)을 포함한다. 디지털다운 컨버터(320)는 아날로그 디지털 변환부에서 디지털 신호로 변환된 수신 신호를 디지털 기저대역 신호로 변환하고, 상기 기저대역 신호의 목적대역 외 신호를 대역제한 하며, 기저대역 신호의 주파수를 고려하여 다운 샘플링할 수 있다. 디지털다운 컨버터(320)는 아날로그 디지털 변환부에서 디지털 신호로 변환된 수신 신호를 디지털 기저대역 신호로 변환함에 있어 앨리어싱을 고려하여 디지털다운 변환할 수 있다. 즉, 디지털다운 컨버터(320)는 앨리어싱을 고려하여 디지털 기저대역 신호를 다운샘플링 할 수 있다.
주파수 하향 변환부(322)는 제2 신호 처리부(500)의 표적 정보에 따른 디지털 국부 신호를 생성하고, 상기 생성된 디지털 국부 신호와 상기 변환된 디지털 신호를 합성하여 디지털 기저대역 신호로 하향 변환할 수 있다. 주파수 하향 변환부(322)는 디지털 국부 신호를 생성하는 디지털 신시사이저(DDS)를 포함할 수 있다. 주파수 하향 변환부(322)는 디지털 신시사이저에서 생성된 복소 정현파를 이용하여 디지털 변환된 신호의 주파수를 하향 또는 상향 변환할 수 있다.
디지털 필터부(324)는 주파수 하향 변환된 디지털 기저대역 신호의 목적대역 외 신호를 대역제한하여 고주파 잡음을 제거한다. 예를 들어, 디지털 필터부(324)는 저역통과 필터(Low Pass Filter)로 구현되어 목적대역 외의 고역 주파수 영역대의 잡음을 제거할 수 있다. 또한, 주파수 하향 변환부(322) 및 디지털 필터부(324)의 기능은 데시메이터 필터를 포함한 데시메이터로 구현될 수 있다.
다운 샘플링부(326)는 주파수 하향 변환된 디지털 기저대역 신호를 아날로그 디지털 변환부의 샘플링 주파수보다 낮은 주파수로 다운샘플링 한다.
예를 들어, 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치(10)가 표적을 탐색하기 위하여 밀리미터파 신호를 송신하고, 상기 송신된 신호가 반사되어 수신되는 수신 신호를 처리하기 위하여서는 낮은 주파수 영역대의 변환된 신호를 필요로 한다. 이를 위하여, 주파수 하향 변환부(322)에서 디지털 신호로 변환된 신호를 기저대역 신호로 주파수 하향 변환하고, 하향 변환된 디지털 기저대역 신호는 하향된 목적대역의 주파수에 비하여 높은 주파수로 샘플링된 상태이다.
다운 샘플링부(326)는 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치(10)의 메모리 및 신호 처리 속도를 향상시키기 위해서 높은 주파수로 샘플링된 주파수 하향 변환된 디지털 기저대역 신호를 다운 샘플링한다. 다운 샘플링부(326)가 다운 샘플링시 사용하는 주파수는 디지털 기저대역 신호의 주파수 및 앨리어싱을 고려하여 설정될 수 있다.
푸리에 변환부(340)는 주파수 하향 변환된 디지털 기저대역 신호를 기 설정된 회전인자들을 이용하여 푸리에 변환한다. 푸리에 변환부(340)가 수행하는 푸리에 변환 연산은 이산 푸리에 변환을 포함하고, 상기 이산 푸리에 변환을 수행하기 위하여 고속 푸리에 변환 알고리즘을 이용할 수 있다. 또한, 본 발명에서 푸리에 변환은 샘플의 개수가 2의 제곱수 인지 여부를 결정하여 알고리즘의 연산과정을 줄인 쿨리터키 알고리즘(Cooley-Turkey Algorithms), 쿨리터키 알고리즘과 유사한, 증감된 가상의 회전 인자를 사용하여 수치 안정성과 상호 형량하여 연산과정을 줄이는 Rader-Brenner 알고리즘, 다항식의 재귀적 인수 분해로, 변환된 실수 계수 다항식을 이용하는 Bruun의 알고리즘, 1,0 또는 -1의 계수를 가지고, 곱셈이 거의 필요하지 않아 최소 곱셈 FFT를 얻을 수 있는 Winograd 알고리즘 및 QFT 알고리즘등을 이용하여 변환할 수 있다.
예를 들어, 푸리에 변환부(340)는 기 설정된 회전 인자들을 이용하여 푸리에 변환할 수 있다. 여기서 회전 인자들은 복소 영역의 인자들로써, 주파수 성분을 포함하고, 주기성을 가지도록 마련될 수 있다. 푸리에 변환부(340)는 제2 신호 처리부(500)로부터 표적 신호의 주파수 대역 정보를 수신하여, 상기 표적 신호의 주파수 대역 정보에 해당하는 회전 인자들만 이용함으로써 실시간으로 푸리에 변환을 수행할 수 있다.
본 발명에서, 푸리에 변환부(340)가 수행하는 푸리에 변환 연산은 종래의 탐색기에서의 푸리에 변환 연산과 달리, 모든 회전 인자들을 이용하지 않기 때문에 연산 처리 속도가 신속한 장점이 있다.
Figure 112017081076475-pat00001
여기에서, X[k]는 이산 푸리에 변환 계수이고, x[n] 주파수 하향 변환된 디지털 기저대역 신호, k는 인덱스로서 유리수로써 균등간격으로 구분된 이산 주파수, n은 정수로써 n번째 항의 번호 및 N은 주기를 의미한다.
Figure 112017081076475-pat00002
여기에서, X[k]는 이산 푸리에 변환 계수이고, x[n] 주파수 하향 변환된 디지털 기저대역 신호, k는 인덱스로서 유리수로써 균등간격으로 구분된 이산 주파수, n은 정수로써 n번째 항의 번호 및 N은 주기를 의미한다. W는 수학식 1의 복소 지수 항으로써 회전 인자를 간결하게 표현한 것이다.
Figure 112017081076475-pat00003
여기에서, X[k]는 이산 푸리에 변환 계수이고, x[n] 주파수 하향 변환된 디지털 기저대역 신호, k는 인덱스로서 유리수로써 균등간격으로 구분된 이산 주파수, n은 정수로써 n번째 항의 번호 및 N은 주기를 의미한다. W는 수학식 1의 복소 지수 항으로써 회전 인자를 간결하게 표현한 것이다. 예를 들어, 푸리에 변환부(340)는 제2 신호 처리부(500)로부터 표적 신호의 주파수 대역 정보를 수신하여, 상기 표적 신호의 주파수 대역 정보에 해당하는 회전 인자들만 이용함으로써 실시간으로 푸리에 변환을 수행할 수 있다.
밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치(10)는 샘플링 레이트가 10Msps인 경우 0~10Mhz까지의 주파수 대역을 탐지할 수 있다. 종래의 탐색기의 경우 해당 샘플링 레이트에 상응하는 주파수 대역 모두에 해당하는 회전 인자들을 이용하여 푸리에 변환을 수행하였지만, 본 발명에서 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치(10)는 제2 신호 처리부(500)에서 반사된 표적 신호의 주파수 대역 정보를 이용하여 표적 신호가 있는 주파수 대역(예를 들어 1.5Mhz~3Mhz)에 해당하는 회전 인자들을 선별하고, 선별된 회전 인자들만 이용하여 우선 푸리에 변환하기 때문에 표적을 효과적으로 탐지할 수 있다. 제2 신호 처리부(500)는 선별된 회전 인자들을 이용하여 푸리에 변환한 결과들을 누적하여 저장하고, 합산하여, 종래의 탐색기에서와 같이, 해당 샘플링 레이트에 상응하는 주파수 대역 모두에 해당하는 회전 인자들을 이용하여 푸리에 변환 한 것과 같은 효과를 가질 수 있다.
데이터 형식 변환부(360)는 푸리에 변환부(340)에서 푸리에 변환된 디지털 기저대역 신호의 데이터 포맷을 변환한다. 데이터를 포맷은 부동 소수점 방식 및 고정 소수점 방식을 포함한다.
예를 들어, 데이터 형식 변환부(360)는 제2 신호 처리부(500)에 적합한 데이터 포맷으로 변환하여 출력할 수 있다. 제2 신호 처리부(500)는 부동 소수점 방식 및 고정 소수점 방식 모두 지원가능하고, 바람직하게는 메모리 저장 용량 및 푸리에 변환 신호의 처리 연산의 특성을 고려하여 부동 소수점 방식을 사용할 수 있다.
제2 신호 처리부(500)는 표적 탐지부(520) 및 제어부(540)를 포함한다.
제2 신호 처리부(500)는 제1 신호 처리부(300)에서 출력된 푸리에 변환된 디지털 기저대역 신호로부터 표적에 대한 표적 정보를 분석하여 표적을 탐지하고, 상기 표적 정보를 이용하여 제1 신호 처리부를 제어한다.
예를 들어, 제2 신호 처리부(500)는 상기 표적 정보를 포함하는 제어 신호를 제1 신호 처리부(300)로 전송하고, 제1 신호 처리부(300)는 제어 신호를 디지털다운 컨버터(320) 및 푸리에 변환부(340) 각각에서 수신함으로써 목적대역을 설정하여 디지털 신호를 디지털 기저대역 신호로 하향 변환하거나 기 설정된 회전 인자들을 선별하여 푸리에 변환할 수 있다. 제2 신호 처리부(500)는 프로세서 또는 디지털 신호 처리 장치로 구현될 수 있다.
표적 탐지부(520)는 제2 신호 처리부(300)에서 푸리에 변환된 기저대역 신호로부터 상기 표적에 대한 표적 정보를 분석하여 표적을 탐지한다. 예를 들어, 표적 탐지부(520)는 푸리에 변환된 기저대역 신호로부터 표적으로부터 반사된 표적 신호를 검출하고, 검출된 표적 신호를 이용하여 표적 정보를 분석하여 표적을 탐지한다. 상기 표적 정보는 표적 신호의 주파수 대역 정보, 탐색기에서 탐지한 표적의 각도, 속도 및 거리 정보를 포함한다.
제어부(540)는 표적 탐지부(520)에서 검출한 표적 신호의 주파수 대역 정보를 제1 신호 처리부(300)로 전송한다. 예를 들어, 제어부(540)는 검출된 표적 신호의 주파수 대역 정보를 제1 신호 처리부(300)로 전송하고, 제1 신호 처리부(300)는 표적 신호의 주파수 대역 정보를 이용하여 디지털다운 컨버터(320) 및 푸리에 변환부(340)의 기능을 수행할 수 있다.
도 2는 도 1의 실시예에서 제1 신호 처리부의 확대 블록도이다.
제1 신호 처리부(300)는 디지털다운 컨버터(320), 푸리에 변환부(340) 및 데이터 형식 변환부(360)를 포함한다.
제1 신호 처리부(300)는 제2 신호처리부의 제어 신호에 따라, 디지털 변환된 수신 신호를 디지털 기저대역 신호로 하향 변환하고, 상기 하향 변환된 디지털 기저대역 신호를 기 설정된 회전 인자들을 이용하여 푸리에 변환하며, 푸리에 변환된 디지털 기저대역 신호를 제2 신호 처리부(500)의 데이터 포맷에 맞게 변환하여 출력한다.
디지털다운 컨버터(320)는 변환된 디지털 신호를 목적하는 목적대역으로의 주파수 하향 변환한다. 디지털다운 컨버터(320)는 데시메이터 필터 또는 CIC 필터를 포함하고, 데시메이터 또는 CIC 필터를 이용하여 목적대역 외의 신호를 차단하고, 주파수 하향 변환된 디지털 기저 대역 신호를 다운 샘플링할 수 있다.
푸리에 변환부(340)는 제2 신호 처리부(500)의 표적으로부터 반사된 표적 신호의 주파수 대역 정보를 포함하는 표적 정보에 따라, 회전 인자들을 선별하고, 선별된 회전 인자들만을 이용하여 주파수 하향 변환된 디지털 기저대역 신호를 푸리에 변환한다.
데이터 형식 변환부(360)는 푸리에 변환부(340)에서 푸리에 변환된 디지털 기저대역 신호의 데이터 포맷을 변환한다. 데이터를 포맷은 부동 소수점 방식 및 고정 소수점 방식을 포함한다.
제1 신호 처리부(300)에서 중복되는 사항은 전술한 바와 같으므로 생략한다.
도 3은 도 2의 실시예에서 디지털다운 컨버터의 확대 블록도이다.
디지털다운 컨버터(320)는 주파수 하향 변환부(322), 디지털 필터부(324) 및 다운 샘플링부(326)를 포함한다. 디지털다운 컨버터(320)는 제2 신호 처리부(500)로부터 표적 신호의 주파수 대역 정보를 포함하는 표적 정보에 따라 디지털 신호로 변환된 수신 신호를 디지털 기저대역 신호로 변환하고, 상기 기저대역 신호의 목적대역 외 신호를 대역제한 하며, 기저대역 신호의 주파수를 고려하여 다운 샘플링할 수 있다. 디지털다운 컨버터(320)는 아날로그 디지털 변환부(100)에서 변환된 디지털 신호를 디지털 기저대역 신호로 하향 변환하는 경우 제2 신호 처리부의 표적 정보를 포함하는 제어 신호에 따라 목적대역의 주파수를 설정할 수 있다.
주파수 하향 변환부(322)는 디지털 신호로 변환된 수신 신호를 목적대역의 디지털 기저대역 신호로 하향 변환한다. 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치(10)가 신호를 처리함에 있어 밀리미터파 대역의 신호는 주파수가 높기 때문에, 이를 적절한 목적대역의 주파수로 하향 변환하는 것이 필요하다. 주파수 하향 변환부(322)에 대한 중복되는 사항은 전술한 바와 같으므로 생략한다.
디지털 필터부(324)는 주파수 하향 변환된 디지털 기저대역 신호의 목적대역 외의 잡음을 차단한다. 예를 들어, 디지털 필터부(324)는 목적대역 외의 신호의 잡음을 차단함으로써 제2 신호 처리부(500)로 하여금 정확한 표적 신호를 탐지할 수 있게 한다.
다운 샘플링부(326)는 디지털 기저대역 신호로 주파수 하향 변환된 신호를 아날로그 디지털 변환부(100)의 샘플링 주파수 보다 낮은 주파수로다운 샘플링 한다. 다운 샘플링부(326)는 주파수 하향 변환부(320)에서 주파수 하향 변환된 디지털 신호는 제2 신호 처리부(500)에서 표적을 탐지하기에 오버 샘플링된 상태이기 때문에, 신호 처리의 효율성을 위하여 다운 샘플링을 수행한다. 다운 샘플링부(326)의 중복되는 사항은 전술한 바와 같으므로 생략한다.
도 4는 도 1의 실시예에서 제2 신호 처리부의 확대 블록도이다.
제2 신호 처리부(500)는 표적 탐지부(520) 및 제어부(540)를 포함한다.
제2 신호 처리부(500)는 푸리에 변환된 제1 신호 처리부(300)의 디지털 기저대역 신호를 이용하여 표적 정보를 분석하여 표적을 탐지하고, 표적 정보를 포함하는 제어 신호를 제1 신호 처리부(300)로 전송하여 제1 신호 처리부를 제어한다.
예를 들어, 제2 신호 처리부(500)는 제1 신호 처리부(300)에서 선별된 회전 인자들만을 이용하여 푸리에 변환한 디지털 기저대역 신호를 수신하고, 이를 누적하여 저장함으로써 표적을 탐지할 수 있다.
표적 탐지부(520)는 제1 신호 처리부(300)에서 푸리에 변환된 디지털 기저대역 신호를 이용하여 표적으로부터 반사된 표적 신호를 검출하고, 검출된 표적 신호를 이용하여 표적 정보를 분석함으로써 표적을 탐지한다. 표적 정보는 탐색기에서 관측된 표적의 각도, 속도 및 위치 정보를 포함하고, 표적 신호의 주파수 대역 정보를 포함한다. 표적 탐지부(520)의 중복되는 사항은 전술한 바와 같으므로 생략한다.
제어부(540)는 표적 탐지부(520)의 표적 정보를 포함하는 제어 신호를 생성하고, 생성된 제어 신호를 제1 신호 처리부(300)로 전송하여 제1 신호 처리부를 제어한다. 제어부(540)에 대한 중복되는 사항은 전술한 바와 같으므로 생략한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치의 블록도이다.
밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치(10)는 아날로그 디지털 변환부(100), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array)(200) 및 제2 디지털 신호 처리부(400)를 포함한다.
아날로그 디지털 변환부(100)는 표적을 탐지하기 위한 안테나에서 수신된 신호를 디지털 신호로 변환한다. 아날로그 디지털 변환부(100)에서 출력된 신호는 디지털 신호이며, 시간 영역의 신호(218)이다.
필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array)(200)는 디지털다운 컨버터(220), 이산 푸리에 변환(240) 및 데이터 형식 변환부(260)를 포함한다. 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array)(200)는 시간 영역에서 디지털 변환된 신호를 디지털 신호 처리부(400)에서 수신된 주파수 영역 설정 정보에 따라 주파수 하향 변환하고, 다운 샘플링 하며, 다운 샘플링된 디지털 기저대역 신호를 푸리에 변환하여 미리 결정된 데이터 포맷으로 출력한다.
디지털다운 컨버터(220)는 디지털 신호 처리부(400)의 주파수 영역 설정 정보에 따라 목적대역으로 변환된 디지털 신호를 디지털 기저대역 신호로 하향 변환한다. 하향 변환된 디지털 기저대역 신호(222)는 시간 영역의 신호이고, 아날로그 디지털 변환부(100)에서 출력된 시간 영역의 신호에 비하여 주파수가 하향 변환된 것을 볼 수 있다.
이산 푸리에 변환부(240)는 주파수 하향 변환된 디지털 기저대역 신호를 디지털 신호 처리부(400)의 주파수 영역 설정 정보를 고려하여, 푸리에 변환한다. 이산 푸리에 변환부(240)는 주파수 영역 설정 정보를 수신하여 표적 신호의 주파수 영역 설정 정보에 대응하는 회전 인자들을 선별하고, 선별된 회전 인자들을 이용하여 이산 푸리에 변환한다. 이산 푸리에 변환부(240)는 회전 인자들의 주기성을 이용하여 버터플라이 연산 알고리즘을 이용할 수 있고, 푸리에 변환된 디지털 기저대역 신호는 도 5에 도시된 주파수 영역 신호(242)와 같다.
데이터 형식 변환부(260)는 부동 소수점 방식 및 고정 소수점 방식을 포함하는 데이터 포맷 중 적어도 하나의 포맷으로 푸리에 변환된 디지털 기저대역 신호의 포맷을 변환하여 출력한다.
디지털 신호 처리부(400)는 표적 정보 분석부(420) 및 표적 위치 예상부(440)를 포함한다. 표적 정보 분석부(420) 및 표적 위치 예상부(440)는 각각 본 발명에서의 표적 탐지부 및 제어부에 대응될 수 있다. 디지털 신호 처리부(400)는 표적의 위치를 예상하고, 예상된 표적의 위치를 이용하여 주파수 영역을 설정하여 이를 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array)(200)로 전송한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 방법의 흐름도이다.
밀리미터파 탐색기용 신호 처리 방법은 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치(10)에서 시계열적으로 수행되는 하기의 단계들을 포함한다.
S100에서, 아날로그 디지털 변환부(100)는 표적을 탐지하기 위한 안테나로부터 수신된 신호를 디지털 신호로 변환한다. 아날로그 디지털 변환부에 관한 중복되는 사항은 전술한 바와 같으므로 생략한다.
S200에서, 디지털다운 컨버터(320)는 변환된 디지털 신호를 기저대역 신호로 하향 변환한다. 디지털다운 컨버터(320)는 아날로그 디지털 변환부(100)에서 변환된 디지털 신호를 목적대역의 기저대역 신호로 변환시 제2 신호 처리부(500)의 표적 정보를 포함하는 제어신호를 고려하여 주파수 하향 변환할 수 있다.
S300에서, 제1 신호 처리부(300)는 주파수 하향 변환된 디지털 기저대역 신호를 제2 신호 처리부(500)의 표적 정보에 따라 회전 인자들을 선별하고, 상기 선별된 회전 인자들을 이용하여 푸리에 변환한다. 제1 신호 처리부(300)의 중복되는 사항은 전술한 바와 같으므로 생략한다.
S400에서, 제2 신호 처리부(500)는 푸리에 변환된 디지털 기저대역 신호를 이용하여 표적을 탐지한다. 제2 신호 처리부(500)의 중복되는 사항은 전술한 바와 같으므로 생략한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 방법의 흐름도이다.
또 다른 실시 예에 따른 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 방법은 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치(10)에서 시계열적으로 수행되는 하기의 단계들을 포함한다.
밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치(10)는 표적을 탐지하기 위한 신호를 송수신 하고(S702), 수신된 신호를 디지털 신호로 변환한다(S704). 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치(10)는 디지털 신호로 변환된 수신 신호를 목적대역의 디지털 기저대역 신호로 디지털다운 변환(S706)한다. 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치(10)는 디지털다운 변환된 신호를, 신호 처리의 효율을 위하여 다운 샘플링(S708)하고, 표적 신호의 주파수 대역 정보의 수신 여부를 판단(S710)하여 표적 신호의 주파수 대역 정보에 상응하는 회전 인자들을 선별(S714)하고, 선별된 회전 인자들을 이용하여 다운 샘플링된 디지털 기저대역 신호를 이산 푸리에 변환(S714)할 수 있다.
밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치(10)는 푸리에 변환된 다운 샘플링된 상태의 디지털 기저대역 신호를 이용하여 표적으로부터 반사된 표적 신호를 검출하고, 검출된 표적 신호를 이용하여 표적 정보를 분석(S716)한다. 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치(10)는 분석된 표적 정보를 이용하여 표적 도달 여부를 판단(S718)하고, 도달하지 않은 경우 분석된 표적 정보를 바탕으로 표적을 탐지하기 위한 새로운 신호를 송신하고, 동시에 분석된 표적 정보를 피드백하여 표적 정보를 반영한 푸리에 변환을 재수행한다.
밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치(10)는 푸리에 변환된 디지털 기저대역 신호로부터 표적 신호의 주파수 대역 정보를 획득하고, 이를 이용하여 소정의 회전 인자들만을 선별하여 푸리에 변환함으로써, 효과적으로 표적을 탐지할 수 있다.
상기 설명된 본 발명의 일 실시예의 방법의 전체 또는 일부는, 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 기록 매체의 형태로 구현될 수 있다. 여기에서, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르는 방법의 전체 또는 일부는 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하며, 매체에 기록된 컴퓨터 프로그램(또는 컴퓨터 프로그램 제품)으로 구현될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램은 프로세서에 의해 처리되는 프로그래밍 가능한 기계 명령어를 포함하고, 고레벨 프로그래밍 언어(High-level Programming Language), 객체 지향 프로그래밍 언어(Object-oriented Programming Language), 어셈블리 언어 또는 기계 언어 등으로 구현될 수 있다. 또한 컴퓨터 프로그램은 유형의 컴퓨터 판독가능 기록매체(예를 들어, 메모리, 하드디스크, 자기/광학 매체 또는 SSD(Solid-State Drive) 등)에 기록될 수 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따르는 방법은 상술한 바와 같은 컴퓨터 프로그램이 컴퓨팅 장치에 의해 실행됨으로써 구현될 수 있다. 컴퓨팅 장치는 프로세서와, 메모리와, 저장 장치와, 메모리 및 고속 확장포트에 접속하고 있는 고속 인터페이스와, 저속 버스와 저장 장치에 접속하고 있는 저속 인터페이스 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 이러한 성분들 각각은 다양한 버스를 이용하여 서로 접속되어 있으며, 공통 머더보드에 탑재되거나 다른 적절한 방식으로 장착될 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 (13)

  1. 표적을 탐지하기 위한 안테나로부터 수신되는 수신 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환부;
    상기 변환된 디지털 신호를 기 설정된 회전 인자들을 이용하여 푸리에 변환하며, 상기 푸리에 변환된 디지털 신호를 출력하는 제1 신호 처리부; 및
    상기 푸리에 변환된 디지털 신호로부터 상기 표적에 대한 표적 정보를 분석하여 상기 표적을 탐지하고, 상기 표적 정보를 이용하여 제1 신호 처리부를 제어하는 제2 신호 처리부; 를 포함하고,
    상기 표적 정보는 상기 표적으로부터 반사된 표적 신호의 주파수 대역 정보를 포함하며, 상기 제1 신호 처리부는 상기 기 설정된 회전 인자들 중에서 상기 표적 신호의 주파수 대역에 상응하는 회전 인자들을 선별하고, 상기 선별된 회전 인자들을 이용하여 상기 변환된 디지털 신호를 푸리에 변환하며, 상기 제2 신호 처리부는 상기 선별된 회전 인자들을 이용하여 푸리에 변환된 상기 디지털 신호를 누적하여 저장함으로써 상기 표적을 탐지하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 신호 처리부는
    상기 변환된 디지털 신호를 디지털 기저대역 신호로 하향 변환하는 디지털다운 컨버터; 및
    상기 하향 변환된 디지털 기저대역 신호를 상기 기 설정된 회전 인자들을 이용하여 푸리에 변환하는 푸리에 변환부; 를 더 포함하고,
    상기 하향 변환된 디지털 기저대역 신호를 푸리에 변환하여 출력하며, 상기 푸리에 변환은 이산 푸리에 변환으로 고속 푸리에 변환 연산을 이용하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서, 상기 제1 신호 처리부는
    상기 푸리에 변환된 디지털 기저대역 신호를 소수점 위치에 따른 미리 결정된 데이터 포맷으로 출력하여 상기 제2 신호 처리부로 전송하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 디지털다운 컨버터는
    상기 표적 정보에 따른 디지털 국부 신호를 생성하고, 상기 생성된 디지털 국부 신호와 상기 변환된 디지털 신호를 합성하여 상기 디지털 기저대역 신호로 하향 변환하는 주파수 하향 변환부; 및
    상기 하향 변환된 디지털 기저대역 신호의 목적대역 외 신호를 대역제한 하기 위한 디지털 필터부; 를 더 포함하고,
    상기 디지털 국부 신호와 합성된 디지털 신호의 목적대역 외 신호를 대역제한하여 상기 디지털 기저대역 신호로 하향 변환하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 디지털다운 컨버터는
    상기 목적대역 외 신호가 대역제한된 디지털 기저대역 신호를 상기 표적 정보에 따라 다운 샘플링하는 다운 샘플링부; 를 더 포함하고,
    상기 변환된 디지털 신호를 다운 샘플링된 디지털 기저대역 신호로 하향 변환하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 신호 처리부는
    FPGA(field-programmable gate array)를 이용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 장치.
  9. 삭제
  10. 표적을 탐지하기 위한 안테나로부터 수신되는 수신 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
    상기 변환된 디지털 신호를 기 설정된 회전 인자들을 이용하여 푸리에 변환하는 단계; 및
    상기 푸리에 변환된 디지털 신호로부터 상기 표적에 대한 표적 정보를 분석하여 상기 표적을 탐지하는 단계; 를 포함하고,
    상기 푸리에 변환하는 단계는 상기 기 설정된 회전 인자들 중에서 상기 표적으로부터 반사된 표적 신호의 주파수 대역에 상응하는 회전 인자들을 선별하고, 상기 선별된 회전 인자들을 이용하여 상기 변환된 디지털 신호를 푸리에 변환하며,
    상기 탐지하는 단계는 상기 선별된 회전 인자들을 이용하여 푸리에 변환된 상기 디지털 신호를 누적하여 저장함으로써 상기 표적을 탐지하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 푸리에 변환하는 단계는
    상기 변환된 디지털 신호를 디지털 국부 신호와 합성하여 디지털 기저대역 신호로 하향 변환하는 단계;
    상기 하향 변환된 디지털 기저대역 신호의 목적대역 외 신호를 대역제한 하는 단계; 및
    상기 목적대역 외 신호가 대역 제한된 디지털 기저대역 신호를 상기 표적 정보에 따라 다운 샘플링하는 단계; 를 포함하고,
    상기 다운샘플링되어 목적대역 외 신호가 대역제한된 디지털 기저대역 신호를 상기 선별된 회전 인자들을 이용하여 푸리에 변환하며, 상기 푸리에 변환은 이산 푸리에 변환이고, 고속 푸리에 변환 연산을 이용하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 방법.
  12. 삭제
  13. 프로세서에 의해 실행되는 것을 통하여 제10항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 밀리미터파 탐색기용 신호 처리 방법을 실현하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램.
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