KR102077461B1 - 반능동 레이저 신호를 탐지하는 장치, 방법 및 시스템 - Google Patents

반능동 레이저 신호를 탐지하는 장치, 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

반능동 레이저(semi-active laser) 신호를 탐지하는 장치에 있어서, 표적에 조사되는 지시 신호가 표적으로부터 반사됨에 따라 생성되고, 잡음을 포함하는 반사 신호를 감지하는 센서; 반사 신호를 나타내는 아날로그 신호에 대한 샘플링을 수행함으로써 디지털 신호를 생성하는 컨버터; 및 지시 신호의 특성 및 샘플링의 특성을 반영하는 참조 신호를 생성하고, 디지털 신호 및 참조 신호에 대한 제1 교차상관관계(cross-correlation)를 계산하고, 제1 교차상관관계에 기초하여 디지털 신호로부터 반능동 레이저 신호를 선별하는 제어부를 포함하는 장치가 개시된다.

Description

반능동 레이저 신호를 탐지하는 장치, 방법 및 시스템{Apparatus, method and system for detecting semi-active laser signal}
본 개시는 반능동 레이저 신호를 탐지하는 장치, 방법 및 시스템에 관한 것이다.
지시 신호로서 표적에 조사되는 레이저 신호가 표적으로부터 반사되는 신호를 활용하여 비행체 등이 표적으로 항해하는 방식에 있어서, 표적에 지시 신호를 조사하는 레이저 지시기 및 표적으로 항해하는 비행체 등이 별개의 장치로 구현되는 반능동 레이저(semi-active laser) 방식에 대한 연구가 진행되고 있다.
반능동 레이저 방식에서는 비행체 등이 표적으로부터 반사되는 신호를 매우 작은 세기로 수신하고, 무작위한 잡음 및 시스템에 의한 잡음을 함께 수신한다는 점에서, 잡음으로부터 유효한 신호를 검출하는 과정이 필수적으로 수반되어야 한다.
종래에는 비행체 등이 수신하는 잡음을 포함하는 신호 중 기준값보다 큰 세기를 갖는 신호를 대상으로 지시 신호와 동일한 주파수를 갖는 신호를 검출하는 방식으로 유효한 신호가 검출될 수 있었다. 무작위한 잡음은 특정한 주파수를 갖지 않고, 시스템에 의한 잡음은 지시 신호와 상이한 주파수를 가진다는 점에서, 종래 방식에 의해 잡음이 상당 수준 필터링될 수 있었다.
다만, 종래의 방식에서는 주변 환경이 변함에 따라 기준값을 조절하기 위한 각종 파라미터들이 적절하게 설정될 것이 요구되므로, 종래의 방식에 따른 잡음을 필터링하는 방식은 그 운용 범위가 제한적일 수 있다. 그에 따라, 주변 환경 변화에 영향을 받지 않으면서도, 잡음으로부터 유효한 신호를 보다 정확하게 검출하는 기술이 요구된다.
다양한 실시예들은 반능동 레이저 신호를 탐지하는 장치, 방법 및 시스템을 제공하는 데 있다. 본 개시가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 개시의 일 측면에 따른 반능동 레이저(semi-active laser) 신호를 탐지하는 장치는, 표적에 조사되는 지시 신호가 상기 표적으로부터 반사됨에 따라 생성되고, 잡음을 포함하는 반사 신호를 감지하는 센서; 상기 반사 신호를 나타내는 아날로그 신호에 대한 샘플링을 수행함으로써 디지털 신호를 생성하는 컨버터; 및 상기 지시 신호의 특성 및 상기 샘플링의 특성을 반영하는 참조 신호를 생성하고, 상기 디지털 신호 및 상기 참조 신호에 대한 제1 교차상관관계(cross-correlation)를 계산하고, 상기 제1 교차상관관계에 기초하여 상기 디지털 신호로부터 상기 반능동 레이저 신호를 선별하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따른 반능동 레이저 신호를 탐지하는 방법은, 표적에 조사되는 지시 신호가 상기 표적으로부터 반사됨에 따라 생성되고, 잡음을 포함하는 반사 신호를 감지하는 단계; 상기 반사 신호를 나타내는 아날로그 신호에 대한 샘플링을 수행함으로써 디지털 신호를 생성하는 단계; 상기 지시 신호의 특성 및 상기 샘플링의 특성을 반영하는 참조 신호를 생성하는 단계; 상기 디지털 신호 및 상기 참조 신호에 대한 제1 교차상관관계를 계산하는 단계; 및 상기 제1 교차상관관계에 기초하여 상기 디지털 신호로부터 상기 반능동 레이저 신호를 선별하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면에 따른 반능동 레이저 신호를 탐지하는 시스템은, 표적; 상기 표적에 지시 신호를 조사하는 레이저 지시기(laser designator); 및 반능동 레이저 신호를 탐지하는 반능동 레이저 탐색기(semi-active laser seeker)를 포함하고, 상기 반능동 레이저 탐색기는, 표적에 조사되는 지시 신호가 상기 표적으로부터 반사됨에 따라 생성되고, 잡음을 포함하는 반사 신호를 감지하는 센서, 상기 반사 신호를 나타내는 아날로그 신호에 대한 샘플링을 수행함으로써 디지털 신호를 생성하는 컨버터, 및 상기 지시 신호의 특성 및 상기 샘플링의 특성을 반영하는 참조 신호를 생성하고, 상기 디지털 신호 및 상기 참조 신호에 대한 제1 교차상관관계를 계산하고, 상기 제1 교차상관관계에 기초하여 상기 디지털 신호로부터 상기 반능동 레이저 신호를 선별하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 개시에 따른 반능동 레이저 신호를 탐지하는 방식에 의해 주변 환경의 변화가 있는 경우에도 그로 인한 제한 없이 동작이 가능할 수 있게 되므로 반능동 레이저 신호를 탐지하는 시스템의 운용 범위가 확장될 수 있다. 또한, 교차상관관계를 계산하여 반능동 레이저 신호를 선별한다는 점에서 통계적으로 잡음을 걸러내는 정확도가 증대될 수 있다.
한편, 교차상관관계를 계산하는 과정이 참조 신호의 펄스를 구성하는 샘플의 개수에 관하여 선별적으로 수행될 수 있고, 한 주기에 대해서만 반능동 레이저 신호를 선별하고, 나머지 주기들에 대해서는 주기성을 이용한 추적이 수행될 수 있다는 점에서, 반능동 레이저 신호를 탐지하기 위해 요구되는 연산량이 대폭 감소할 수 있다.
도 1은 일부 실시예에 따른 반능동 레이저 신호를 탐지하는 시스템을 나타내는 개요도이다.
도 2는 일부 실시예에 따른 반능동 레이저 신호를 탐지하는 장치를 구성하는 요소들을 나타내는 블록도이다.
도 3은 일부 실시예에 따른 참조 신호를 설명하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.
도 4는 일부 실시예에 따른 선별적으로 제1 교차상관관계를 계산하는 과정을 설명하기 위한 의사코드(pseudocode)를 나타내는 도면이다.
도 5는 일부 실시예에 따른 반능동 레이저 신호를 선별하는 과정을 설명하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.
도 6은 일부 실시예에 따른 반능동 레이저 신호를 추적하는 방법을 구성하는 단계들을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 일부 실시예에 따른 반능동 레이저 신호를 추적하는 과정을 설명하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.
도 8은 일부 실시예에 따른 반능동 레이저 신호를 탐지하는 방법을 구성하는 단계들을 나타내는 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 하기 설명은 실시예들을 구체화하기 위한 것일 뿐 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 상세한 설명 및 실시예로부터 당해 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
본 명세서에서 사용되는 '구성된다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
본 실시예들은 반능동 레이저 신호를 탐지하는 장치, 방법 및 시스템에 관한 것으로서 이하의 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서는 자세한 설명을 생략한다.
도 1은 일부 실시예에 따른 반능동 레이저 신호를 탐지하는 시스템을 나타내는 개요도이다.
도 1을 참조하면, 반능동 레이저 신호를 탐지하는 시스템(1)은 표적(300), 레이저 지시기(200) 및 반능동 레이저 신호를 탐지하는 장치(100)를 포함할 수 있다. 다만 이는 예시에 불과하고, 시스템(1)에는 도 1에 도시되어 있는 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 더 포함될 수 있다.
표적(300)은 시스템(1)의 목표물일 수 있다. 예를 들면, 표적(300)은 비행 또는 항해의 목표 위치에 해당할 수 있다. 레이저 지시기(200)를 포함하는 시스템(1)은 장치(100)를 포함하는 비행체 등이 반능동 레이저 방식에 따라 표적(300)으로 비행 또는 항해하도록 보조할 수 있다.
레이저 지시기(200)는 표적(300)에 지시 신호를 조사할 수 있다. 표적(300)에 조사되는 지시 신호가 표적(300)으로부터 반사됨에 따라 반사 신호가 생성될 수 있다. 레이저 지시기(200)는 장치(100)와는 다른 별개의 장비에 탑재될 수 있다.
레이저 지시기(200)가 조사하는 지시 신호는 일정한 주기(period)를 갖는 펄스(pulse) 형태의 광 신호일 수 있다. 지시 신호의 펄스는 특정 수치의 펄스폭(pulse width)을 가질 수 있다.
장치(100)는 표적(300)으로부터 반사되는 반사 신호를 탐지 및 추적하는 반능동 레이저 탐색기(semi-active laser seeker)일 수 있다. 장치(100)는 비행체 등에 탑재될 수 있다. 예를 들면, 비행체 등은 특정 위치로 물건을 배송하는 비행 장치일 수 있다. 장치(100)는 지시 신호가 표적(300)으로부터 반사되는 반사 신호를 수신하고, 반사 신호를 처리하여 장치(100)를 탑재하는 비행체 등을 표적(300) 근방으로 인도할 수 있다.
반능동 레이저 방식은 지시 신호를 조사하는 레이저 지시기(200) 및 반사 신호를 수신하는 장치(100)가 별개의 장치들에 탑재된다는 점에서, 비행체 등에 레이저 지시기(200) 및 장치(100) 모두가 구비되는 능동 레이저 방식과 구별될 수 있다.
장치(100)가 감지하는 반사 신호는 그 세기가 상당히 미약할 수 있고, 장치(100)가 감지하는 반사 신호는 다양한 잡음을 포함할 수 있다. 그에 따라, 장치(100)가 감지하는 잡음을 포함하는 반사 신호로부터, 레이저 지시기(200)에 의해 조사되는 지시 신호로부터 생성되는 반능동 레이저 신호를 구별해내는 작업이 요구될 수 있다.
본 개시에서는 장치(100)가 감지하는 잡음을 포함하는 반사 신호로부터 반능동 레이저 신호를 구별해내는 과정이 제시될 수 있다. 구체적으로, 장치(100)는 아날로그-디지털 컨버터를 통해 반사 신호를 샘플링할 수 있고, 참조 신호를 생성하여 샘플링된 신호와의 교차상관관계를 계산하는 방식으로 반능동 레이저 신호를 탐지할 수 있다.
도 2는 일부 실시예에 따른 반능동 레이저 신호를 탐지하는 장치를 구성하는 요소들을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 반능동 레이저 신호를 탐지하는 장치(100)는 센서(110), 컨버터(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 장치(100)는 도 2에 도시되어 있는 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들을 더 포함할 수 있다.
센서(110)는 표적(300)에 조사되는 지시 신호가 표적(300)으로부터 반사됨에 따라 생성되고, 잡음을 포함하는 반사 신호를 감지할 수 있다. 센서(110)는 지시 신호 또는 지시 신호가 반사, 산란 및 회절되는 신호를 감지하는 광 센서일 수 있다.
반사 신호는 레이저 조사기(200)에 의해 조사되는 지시 신호가 표적(300)에서 반사되는 신호일 수 있다. 레이저 조사기(200)가 지시 신호의 펄스를 조사하는 시간 및 센서(110)가 반사 신호를 수신하는 시간의 차이로부터 표적(300)의 위치 또는 장치(100)의 표적(300)으로부터의 거리 등이 도출되어 시스템(1)이 동작할 수 있다.
반사 신호는 주변 환경으로부터 발생하는 무작위 잡음 및 장치(100)의 내부 구조로부터 발생하는 시스템 잡음 등의 잡음을 포함할 수 있다. 반사 신호를 구성하는 신호 성분들 중에서 어떠한 신호 성분이 잡음을 나타내고, 어떠한 신호 성분이 반능동 레이저 신호를 나타내는지가 구별되어야 시스템(1)이 동작할 수 있다.
컨버터(120)는 반사 신호를 나타내는 아날로그 신호에 대한 샘플링을 수행함으로써 디지털 신호를 생성할 수 있다. 컨버터(120)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(ADC, analog to digital converter)일 수 있다.
반사 신호는 각종 잡음 및 반능동 레이저 신호를 포함하는 신호로서 시간에 대하여 연속적인 값을 갖는 아날로그 신호일 수 있다. 다만, 반사 신호에 대한 정밀한 신호 처리가 수행되기 위해서는 이산적인 값을 갖는 신호로 샘플링될 것이 필요할 수 있다. 그에 따라, 반사 신호는 컨버터(120)에 의해 샘플링되어 이산적인 값을 갖는 디지털 신호로 변환될 수 있다.
컨버터(120)는 반사 신호로부터 최대한 많은 수의 샘플들을 추출할 수 있도록, 높은 주파수를 갖는 고속 ADC일 수 있다. 반사 신호에는 각종 잡음이 포함되고, 반사 신호에 포함되는 반능동 레이저 신호는 매우 미약한 세기를 가질 수 있다는 점에서, 본 개시에 따른 반능동 레이저 신호를 탐지하는 방식을 구현하기 위해서는 많은 수의 샘플들에 대한 정교한 신호 처리가 필요할 수 있다.
컨버터(120)는 일반적으로 알려진 방식에 따라 램프 생성기(ramp generator), 비교기(comparator) 및 계수기(counter) 등을 포함하는 집적 회로로 구현될 수 있다.
장치(100)는 제어부(130)를 포함할 수 있다. 제어부(130)는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 제어부(130)는 복수 개의 프로세싱 엘리먼트들(processing elements)로 구성될 수도 있다.
제어부(130)는 레이저 조사기(200)에 의해 조사되는 지시 신호의 특성 및 컨버터(120)에 의해 수행되는 샘플링의 특성을 반영하는 참조 신호(reference signal)를 생성할 수 있다.
참조 신호는 지시 신호가 나타내는 주기적 펄스 신호에 대응되는 형태를 가질 수 있다. 참조 신호는 지시 신호의 주기와 동일한 주기를 가질 수 있고, 지시 신호의 펄스폭(pulse width)에 대응되는 펄스폭을 가질 수 있다. 참조 신호의 펄스 세기는 단위 세기로서 펄스의 피크(peak)값은 1일 수 있다. 참조 신호에 대한 구체적인 내용은 도 3을 참조하여 설명될 수 있다.
도 3은 일부 실시예에 따른 참조 신호를 설명하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 참조 신호의 일 예를 나타내는 그래프(310) 및 참조 신호를 구성하는 하나의 펄스를 확대한 모습을 나타내는 그래프(320)가 도시되어 있다.
그래프(310)를 참조하면, 참조 신호는 레이저 지시기(200)에 의해 조사되는 지시 신호가 펄스를 갖는 시간값에서 펄스를 가질 수 있다. 참조 신호가 갖는 펄스의 펄스폭(pulse width)은 지시 신호가 갖는 펄스의 펄스폭과 동일할 수 있다.
다만, 참조 신호가 갖는 지시 신호의 펄스에 대응되는 펄스는 복수 개의 세부 펄스들로 이루어질 수 있다. 그래프(310)에서, 참조 신호에 포함되는 지시 신호의 펄스에 대응되는 펄스(311)는 그래프(320)에서와 같이 복수 개의 세부 펄스들로 구성될 수 있다.
복수 개의 세부 펄스들은 컨버터(120)가 수행하는 샘플링에 의해 생성될 수 있다. 구체적으로, 지시 신호의 펄스가 갖는 지속 시간이 dL이고, 컨버터(120)가 수행하는 샘플링의 주기가 TADC인 경우, 지시 신호의 펄스는 참조 신호의 dL/TADC = Nref 개의 세부 펄스들로 구성될 수 있다. 참조 신호는 아래의 수학식 1과 같이 구현될 수 있다.
Figure 112018114866908-pat00001
수학식 1에서, Aref는 참조 신호의 세기로서 단위 세기인 1로 설정될 수 있다. TL은 지시 신호의 주기일 수 있다. NL은 특정 시구간에서 지시 신호에 포함되는 펄스들의 개수일 수 있다. dL은 지시 신호가 갖는 펄스의 지속 시간일 수 있다. 즉, 참조 신호 r(t)는 NL 개의 펄스들에 대하여, (n-1)TL - dL/2 ≤ t ≤ (n-1)TL + dL/2에 해당하는 dL 동안의 구간에서 Aref의 세기를 갖는 주기 펄스 신호일 수 있고, dL 동안의 구간에서 Aref의 세기를 갖는 펄스는 전술한 바와 같이 Nref 개의 세부 펄스들로 구성될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 제어부(130)는 디지털 신호 및 참조 신호에 대한 제1 교차상관관계를 계산할 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 컨버터(120)가 수행하는 샘플링에 의해 생성되는 디지털 신호 및 지시 신호의 특성 및 샘플링의 특성을 반영하는 참조 신호에 대한 제1 교차상관관계를 계산할 수 있다.
교차상관관계(cross-correlation)는 신호 처리 분야에서 널리 활용되는 지표로서 통계적 방식으로 계산되어 상이한 두 변량 사이에 어느 정도의 관련성이 있는지를 나타내는 척도를 의미할 수 있다. 교차상관관계는 아래의 수학식 2와 같이 구현될 수 있다.
Figure 112018114866908-pat00002
수학식 2에서, r(t+τ)는 참조 신호를 의미할 수 있다. s(t)는 컨버터(120)가 수행하는 샘플링에 의해 생성되는 디지털 신호를 의미할 수 있다. Nxcorr은 교차상관관계의 계산에 소요되는 연산 횟수로서 Nxcorr = 2Nsignal - 1일 수 있고, Nsignal = NL * Nperiod일 수 있고, Nperiod는 반사 신호의 한 주기에 대한 샘플링의 횟수일 수 있다. NL은 펄스들의 개수로서 주기들의 개수이므로, Nsignal은 주어진 신호 전체에 대한 샘플링의 횟수일 수 있다. 결국, 제어부(130)는 참조 신호 r(t+τ) 및 디지털 신호 s(t)에 대한 제1 교차상관관계 CC(τ)를 계산할 수 있다.
제어부(130)는 제1 교차상관관계에 기초하여 디지털 신호로부터 반능동 레이저 신호를 선별할 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 제1 교차상관관계에 기초하여 컨버터(120)가 수행하는 샘플링에 의해 생성되는 디지털 신호로부터 표적(300)의 위치에 관한 정보를 포함하는 반능동 레이저 신호를 선별할 수 있다.
디지털 신호는 잡음을 포함하는 반사 신호를 나타내는 아날로그 신호에 대한 샘플링을 통해 생성된다는 점에서, 디지털 신호 역시 잡음 성분을 포함할 수 있다. 제어부(130)가 제1 교차상관관계에 기초하여 디지털 신호로부터 반능동 레이저 신호를 선별함에 따라 잡음으로부터 표적(300)의 위치에 관한 정보가 검출될 수 있다.
제어부(130)는 제1 교차상관관계의 최대값에 대응되는 신호를 반능동 레이저 신호로 선별할 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 디지털 신호 및 참조 신호에 대해 계산되는 제1 교차상관관계가 최대인 경우 디지털 신호 중 최대의 제1 교차상관관계에 대응되는 신호를 반능동 레이저 신호로 선별할 수 있다.
제1 교차상관관계는 반사 신호를 나타내는 아날로그 신호로부터 샘플링되는 디지털 신호 및 레이저 지시기(200)에 의해 조사되는 지시 신호와 동일한 주기 및 대응되는 펄스폭을 갖는 참조 신호로부터 계산된다는 점에서, 제1 교차상관관계의 값이 크다는 것은 지시 신호와의 관련성이 크다는 것을 의미할 수 있고, 따라서 제어부(130)는 디지털 신호 중 제1 교차상관관계의 최대값에 대응되는 신호를 지시 신호와 가장 관련성이 큰 신호로서 표적(300)의 위치에 관한 정보를 포함하는 반능동 레이저 신호로 선별할 수 있다.
장치(100)는 센서(110), 컨버터(120) 및 제어부(130)가 수행하는 일련의 동작들을 통해 반능동 레이저 신호를 탐지할 수 있다. 장치(100)에 포함되는 센서(110), 컨버터(120) 및 제어부(130)가 수행하는 일련의 동작들은 주변 환경의 변화에 따라 기준값(threshold)이 적합하게 설정될 것을 요구하지 않는다는 점에서, 장치(100)는 주변 환경 변화에 의해 보다 적은 영향을 받을 수 있고, 그에 따라 장치(100)의 운용 범위가 확장될 수 있다.
장치(100)는 반능동 레이저 신호를 탐지하는 과정에서 디지털 신호 및 참조 신호에 대한 제1 교차상관관계를 계산할 수 있다. 다만, 장치(130)는 제1 교차상관관계를 선별적으로 계산함으로써 반능동 레이저 신호에 대한 탐지에 요구되는 연산량을 감소시킬 수 있다. 제1 교차상관관계를 선별적으로 계산하는 것에 대한 구체적인 내용은 도 4를 참조하여 설명될 수 있다.
도 4는 일부 실시예에 따른 선별적으로 제1 교차상관관계를 계산하는 과정을 설명하기 위한 의사코드(pseudocode)를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 선별적으로 제1 교차상관관계를 계산하는 과정에 대한 의사코드에 따라, 제어부(130)는 참조 신호의 펄스를 구성하는 샘플의 개수에 관해 선택적으로 제1 교차상관관계를 계산할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 레이저 지시기(200)에 의해 조사되는 지시 신호가 갖는 펄스의 지속 시간이 dL인 경우 참조 신호 역시 dL에 대응되는 지속 시간을 갖는 펄스를 포함할 수 있고, 다만 참조 신호의 펄스는 그래프 320에서와 같이 Nref 개의 세부 펄스들로 구성될 수 있다. 컨버터(120)의 샘플링 주기가 TADC일 때 참조 신호의 펄스를 구성하는 샘플의 개수는 dL/TADC = Nref 개일 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 의사코드의 라인 3 및 4에서, 선별적으로 제1 교차상관관계를 계산하는 과정에서, 루프 변수 i에 관한 Nxcorr회의 루프 및 루프 변수 j에 관한 Nref회의 루프에 의해 총 Nxcorr * Nref회의 루프가 수행된다는 점이 도시되어 있다.
의사코드의 라인 5에서, 앞서 설명된 수학식 2에 따른 제1 교차상관관계의 계산이 수행될 수 있다. 그에 따라, 제어부(130)는 디지털 신호 및 참조 신호에 대한 제1 교차상관관계를 계산할 수 있다.
의사코드의 라인 7-10에서, 디지털 신호 중 제1 교차상관관계의 최대값에 대응되는 신호에 대한 인덱스가 결정될 수 있다. 그에 따라, 제어부(130)는 디지털 신호 중 제1 교차상관관계의 최대값에 대응되는 신호를 반능동 레이저 신호로 선별할 수 있다. 제1 교차상관관계의 최대값에 대응되는 신호는 아래의 수학식 3에서와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112018114866908-pat00003
수학식 3에서, L-idx는 디지털 신호에 포함되는 샘플들 중에서 반능동 레이저 신호를 나타내는 샘플의 인덱스(index)를 의미할 수 있다. argmaxCC(τ)는 수학식 2에서의 제1 교차상관관계 CC(τ)의 최대값에서의 샘플 인덱스일 수 있다. 다만, 수학식 2에서의 제1 교차상관관계 CC(τ)는 Nxcorr = 2Nsignal - 1 회의 연산을 통해 도출되므로, L-idx는 Nsignal 등의 수치에 의해 보정되는 값일 수 있다.
의사코드의 라인 11-14에서, 루프 변수 i 및 지시 신호의 한 주기에 포함되는 샘플의 개수 Nperiod에 관하여, 몇 번째의 주기에 해당하는지를 나타내는 k 및 각각의 주기에서 몇 번째의 인덱스에 해당하는지를 나타내는 ip가 계산될 수 있다.
제1 교차상관관계를 선별적으로 계산하지 않고 전체를 계산하는 경우, 루프 변수 j에 관해서도 Nxcorr회의 루프가 수행되고, 그에 따라 총 (Nxcorr)2회의 루프가 수행됨에 비해, 제1 교차상관관계를 선별적으로 계산하는 경우 Nxcorr * Nref회의 루프만이 수행될 수 있다. 일반적으로 Nxcorr >> Nref라는 점에서, 제1 교차상관관계가 선별적으로 계산됨에 따라 반능동 레이저 신호를 탐지하기 위해 요구되는 연산량이 대폭 감소할 수 있다.
도 5는 일부 실시예에 따른 반능동 레이저 신호를 선별하는 과정을 설명하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 장치(100)가 반사 신호를 감지하고, 디지털 신호를 생성하고, 참조 신호를 생성하고, 제1 교차상관관계를 계산하고, 반능동 레이저 신호를 선별하는 과정이 도시되어 있다.
디지털 신호(510)에 관하여, 장치(100)는 센서(110)를 통해 잡음을 포함하는 반사 신호를 감지하고, 컨버터(120)를 통해 반사 신호를 나타내는 아날로그 신호에 대한 샘플링을 수행함으로써 디지털 신호(510)를 생성할 수 있다. 장치(100)에 의해 처리되지 않은 디지털 신호(510)는 각종 잡음의 영향으로 인해 반능동 레이저 방식을 구현하는 데 직접 사용되기 어려울 수 있다.
참조 신호(520)에 관하여, 장치(100)는 제어부(130)를 통해 지시 신호의 특성 및 샘플링의 특성을 반영하는 참조 신호(520)를 생성할 수 있다.
선별적으로 제1 교차상관관계를 계산하는 과정(530)에 관하여, 장치(100)는 제어부(130)를 통해 디지털 신호(510) 및 참조 신호(520)에 대한 제1 교차상관관계(cross-correlation)를 선별적으로 계산할 수 있다.
선별적으로 계산되는 제1 교차상관관계(540)에 기초하여, 장치(100)는 제어부(130)를 통해 디지털 신호(510)로부터 반능동 레이저 신호를 선별할 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 디지털 신호(510) 중 제1 교차상관관계(540)의 최대값에 대응되는 신호를 반능동 레이저 신호를 선별할 수 있다.
본 개시에서 장치(100)가 반능동 레이저 신호를 선별하는 방식이 설명되었다. 다만, 레이저 조사기(200)에 의해 조사되는 지시 신호, 제어부(130)에 의해 생성되는 참조 신호 등은 모두 주기성을 가지므로, 한 주기에 대해 반능동 레이저 신호를 선별하고, 나머지의 이후 주기들에 대해서는 주기성을 이용하여 반능동 레이저 신호를 추적하는 방식이 적용될 수 있다.
전술한 바와 같은 방식에 따라 신호의 전체 주기에 대해 반능동 레이저 신호를 선별하는 경우에 비해, 어느 하나의 주기에 대해서만 반능동 레이저 신호를 선별하고, 이후 주기들에 대해서는 주기성을 이용하여 반능동 레이저 신호를 추적하는 경우 반능동 레이저 방식을 구현하기 위한 효율성이 증대될 수 있고, 연산량이 감소할 수 있다.
도 6은 일부 실시예에 따른 반능동 레이저 신호를 추적하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 제어부(130)는 일련의 동작을 거쳐 반능동 레이저 신호를 추적할 수 있다.
단계 610에서, 제어부(130)는 한 주기에 대해 기준 신호를 설정할 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 한 주기에 대해 반능동 레이저 신호를 선별하고, 선별되는 반능동 레이저 신호를 기준 신호로 설정할 수 있다.
지시 신호, 반사 신호, 디지털 신호 및 참조 신호는 모두 주기성을 가지므로, 디지털 신호 중에서 기준 신호로부터 한 주기에 해당하는 샘플 개수만큼 후행하는 신호는 다음 주기에서의 반능동 레이저 신호이어야 하지만, 무작위 잡음 등의 외부적 요인 및 시스템 잡음 등의 내부적 요인 등에 의해 반능동 레이저 신호에 해당하는 신호의 위치에는 변동이 있을 수 있다. 다만, 그 변동의 폭이 크지 않다는 점에서, 기준 신호로부터 한 주기에 해당하는 샘플 개수만큼 후행하는 신호의 근방에서 추적이 수행될 수 있다.
단계 620에서, 제어부(130)는 다음 주기에 대해 추적 범위를 설정할 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 디지털 신호 중 기준 신호로부터 한 주기에 해당하는 샘플 개수만큼 후행하는 신호의 전후로 일정 범위를 추적 범위로 설정할 수 있다.
다음 주기에 속하는 모든 신호들이 아닌 추적 범위에 속하는 신호들에 대해서만 추적 과정이 진행되므로, 주기성이 활용되어 연산량이 감소할 수 있다. 추적 범위는 통계적인 방식으로 최적의 값이 되도록 조정될 수 있다. 예를 들면, 추적 범위는 한 주기의 1%로 설정될 수 있고, 이후 수치 변경과 추적 성능의 관계를 파악해 최적의 값으로 조정될 수 있다.
단계 630에서, 제어부(130)는 추적용 참조 신호를 생성할 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 도 3을 통해 설명된 참조 신호와 동일한 방식으로, 추적용 참조 신호를 생성할 수 있다. 다만, 다음 주기 전체에 대해서가 아닌 추적 범위에 대해서만 추적용 참조 신호가 생성될 수 있어 연산 효율이 증대될 수 있다.
단계 640에서, 제어부(130)는 제2 교차상관관계를 계산할 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 도 4를 통해 설명된 제1 교차상관관계와 동일한 방식으로, 제2 교차상관관계를 계산할 수 있다. 다만, 다음 주기 전체에 대해서가 아닌 추적 범위에 대해서만 제2 교차상관관계가 계산될 수 있어 연산 효율이 증대될 수 있다.
단계 650에서, 제어부(130)는 반능동 레이저 신호를 추적할 수 있다. 구체적으로, 도 5 등을 통해 설명된 바와 같이 제2 교차상관관계의 최대값에 대응되는 신호를 다음 주기에서의 반능동 레이저 신호로 설정하는 방식으로 추적이 수행될 수 있다.
단계 660에서, 다음 주기에 후행하는 그 다음 주기가 존재하는 경우 제어부(130)는 그 다음 주기에 대해서도 단계 610 내지 단계 650에 따라 반능동 레이저 신호를 추적할 수 있다. 다음 주기에 후행하는 그 다음 주기가 존재하지 않고 신호가 종료되는 경우 장치(100)의 동작도 종료될 수 있다.
도 7은 일부 실시예에 따른 반능동 레이저 신호를 추적하는 과정을 설명하기 위한 그래프를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 어느 하나의 주기 T1 및 다음 주기 T2에 대한 반능동 레이저 신호를 추적하는 과정을 설명하기 위한 그래프가 도시되어 있다.
주기 T1의 그래프(710)에서, 제어부(130)는 기준 신호로부터 한 주기에 해당하는 샘플 개수만큼 후행하는 신호(711)의 전후로 일정 범위를 추적 범위(712)로 설정할 수 있다. 제어부(130)는 추적 범위(712)에 대해 도 6을 통해 설명된 바와 같이 추적을 수행함으로써 주기 T1에서의 반능동 레이저 신호(713)를 결정할 수 있다. 다음 주기 T2의 그래프(720)에서 역시 주기 T1에서와 동일한 방식으로 제어부(130)는 반능동 레이저 신호를 추적할 수 있다.
도 8은 일부 실시예에 따른 반능동 레이저 신호를 탐지하는 방법을 구성하는 단계들을 나타내는 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 반능동 레이저 신호를 탐지하는 방법은 도 2에 도시된 장치(100)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 2의 장치(100)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 8의 반능동 레이저 신호를 탐지하는 방법에도 적용될 수 있다.
단계 810에서, 장치(100)는 목표에 조사되는 지시 신호가 목표로부터 반사됨에 따라 생성되는 반사 신호를 감지할 수 있다.
단계 820에서, 장치(100)는 반사 신호를 나타내는 아날로그 신호에 대한 샘플링을 수행함으로써 디지털 신호를 생성할 수 있다.
단계 830에서, 장치(100)는 지시 신호의 특성 및 샘플링의 특성을 반영하는 참조 신호를 생성할 수 있다.
단계 840에서, 장치(100)는 디지털 신호 및 참조 신호에 대한 제1 교차상관관계를 계산할 수 있다.
단계 850에서, 장치(100)는 제1 교차상관관계에 기초하여 디지털 신호로부터 반능동 레이저 신호를 선별할 수 있다.
한편, 반능동 레이저 신호를 탐지하는 방법은 그 방법을 실행하는 명령어들을 포함하는 하나 이상의 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 기록될 수 있다.
컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 프로그램 명령어의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드가 포함될 수 있다.
이상에서 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
1: 반능동 레이저 신호를 탐지하는 시스템
100: 반능동 레이저 신호를 탐지하는 장치
200: 레이저 지시기
300: 표적
110: 센서
120: 컨버터
130: 제어부

Claims (9)

  1. 반능동 레이저(semi-active laser) 신호를 탐지하는 장치에 있어서,
    표적에 조사되는 지시 신호가 상기 표적으로부터 반사됨에 따라 생성되고, 잡음을 포함하는 반사 신호를 감지하는 센서;
    상기 반사 신호를 나타내는 아날로그 신호에 대한 샘플링을 수행함으로써 디지털 신호를 생성하는 컨버터; 및
    상기 지시 신호의 특성 및 상기 샘플링의 특성을 반영하는 참조 신호를 생성하고,
    상기 디지털 신호 및 상기 참조 신호에 대한 제1 교차상관관계(cross-correlation)를 계산하고,
    상기 제1 교차상관관계에 기초하여 상기 디지털 신호로부터 상기 반능동 레이저 신호를 선별하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    한 주기에 대해 상기 반능동 레이저 신호를 선별함으로써 기준 신호를 설정하고, 이후 주기들에 대해 상기 반능동 레이저 신호의 주기성(periodicity)을 이용하여 상기 반능동 레이저 신호를 추적하는, 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 디지털 신호 중 상기 기준 신호로부터 다음 주기에 위치하는 신호의 전후로 일정 범위를 추적 범위로 설정하고,
    상기 디지털 신호 중 상기 추적 범위에 속하는 신호로부터 계산되는 제2 교차상관관계에 기초하여 상기 다음 주기에서의 상기 반능동 레이저 신호를 추적하는, 장치.
  4. 반능동 레이저(semi-active laser) 신호를 탐지하는 장치에 있어서,
    표적에 조사되는 지시 신호가 상기 표적으로부터 반사됨에 따라 생성되고, 잡음을 포함하는 반사 신호를 감지하는 센서;
    상기 반사 신호를 나타내는 아날로그 신호에 대한 샘플링을 수행함으로써 디지털 신호를 생성하는 컨버터; 및
    상기 지시 신호의 특성 및 상기 샘플링의 특성을 반영하는 참조 신호를 생성하고,
    상기 디지털 신호 및 상기 참조 신호에 대한 제1 교차상관관계(cross-correlation)를 계산하고,
    상기 제1 교차상관관계에 기초하여 상기 디지털 신호로부터 상기 반능동 레이저 신호를 선별하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 참조 신호의 펄스를 구성하는 샘플의 개수에 관해 선택적으로 상기 제1 교차상관관계를 계산하는, 장치.
  5. 반능동 레이저(semi-active laser) 신호를 탐지하는 장치에 있어서,
    표적에 조사되는 지시 신호가 상기 표적으로부터 반사됨에 따라 생성되고, 잡음을 포함하는 반사 신호를 감지하는 센서;
    상기 반사 신호를 나타내는 아날로그 신호에 대한 샘플링을 수행함으로써 디지털 신호를 생성하는 컨버터; 및
    상기 지시 신호의 특성 및 상기 샘플링의 특성을 반영하는 참조 신호를 생성하고,
    상기 디지털 신호 및 상기 참조 신호에 대한 제1 교차상관관계(cross-correlation)를 계산하고,
    상기 제1 교차상관관계에 기초하여 상기 디지털 신호로부터 상기 반능동 레이저 신호를 선별하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 디지털 신호 중 상기 제1 교차상관관계의 최대값에 대응되는 신호를 상기 반능동 레이저 신호로 선별하는, 장치.
  6. 반능동 레이저(semi-active laser) 신호를 탐지하는 장치에 있어서,
    표적에 조사되는 지시 신호가 상기 표적으로부터 반사됨에 따라 생성되고, 잡음을 포함하는 반사 신호를 감지하는 센서;
    상기 반사 신호를 나타내는 아날로그 신호에 대한 샘플링을 수행함으로써 디지털 신호를 생성하는 컨버터; 및
    상기 지시 신호의 특성 및 상기 샘플링의 특성을 반영하는 참조 신호를 생성하고,
    상기 디지털 신호 및 상기 참조 신호에 대한 제1 교차상관관계(cross-correlation)를 계산하고,
    상기 제1 교차상관관계에 기초하여 상기 디지털 신호로부터 상기 반능동 레이저 신호를 선별하는 제어부를 포함하고,
    상기 참조 신호는 상기 지시 신호의 주기(period)와 동일한 주기 및 상기 지시 신호의 펄스폭(pulse width)에 대응되는 펄스폭을 갖는, 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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