KR102135896B1 - 수동형 센서 시스템을 위한 강인 추적 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수동형 센서 시스템을 위한 강인 추적 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 강인 추적 장치는, 외부에 존재하는 표적으로부터 수신되는 신호를 검출하는 신호 검출기, 상기 신호 검출기에서 검출된 신호에 대한 시간 영역 탐색을 수행하고, 상기 신호의 운용 대역을 결정하는 시간 영역 탐색부, 상기 결정된 운용 대역에 대하여 상기 검출된 신호의 주파수 영역 탐색을 수행하는 주파수 영역 탐색부 및 상기 신호 검출기, 상기 시간 영역 탐색부 및 주파수 영역 탐색부를 제어하고, 상기 신호를 출력하는 표적의 표적존재확률을 산출하는 제어부를 포함한다.

Description

수동형 센서 시스템을 위한 강인 추적 장치 및 방법{A Robust Tracking Device and Method for Passive Sensor System}
본 발명은 수동형 센서 시스템을 위한 강인 추적 장치 및 방법에 관한 것이다.
수동형 센서 시스템은 일반적으로 송신모듈이 필요하지 않기 때문에 상대적으로 저비용(low cost)으로 개발할 수 있고, 자신의 위치를 노출시키지 않으며, 클러터(Clutter) 등의 주변 환경에 의한 영향에 둔감한 장점을 가진다.
그러나 수동형 센서 시스템의 운용 성능은 표적의 신호원(signal source) 특성에 따라 달라지는 단점이 있다.
예를 들어, 표적의 신호원에서 출력되는 방사신호를 수동형 센서 시스템이 연속적으로 탐지할 수 있다면 시스템의 추적 성능은 향상될 것이나, 그렇지 않은 경우에는 표적 신호원의 최대 전력, 반송(carrier) 주파수, 송신 안테나 지향 각도, 송신 안테나 패턴 등의 특성에 따라 추적 성능이 민감하게 달라질 수 있다.
그리고 표적의 신호원에 대한 특성 정보를 사전에 파악하기 어려운 한계도 존재한다. 그래서 수동형 센서 시스템은 미지(unknown)의 신호원에 대한 주파수 탐색을 통해 표적 신호를 탐지하고, 간헐적인 탐지 결과에도 안정적으로 추적 상태를 유지할 수 있는 강인 추적 장치 및 방법이 필요하다.
광대역 주파수 범위 탐색시 배경 기술인 수신부의 중심주파수 변경을 통한 주파수 탐색 기술을 이용하게 되면, 신호처리 대역폭 제한으로 인해 넓은 주파수 범위를 빠른 시간 내에 탐색하는 것은 현실적으로 불가능한 문제점이 있다.
그리고 간헐적인 탐지결과에 대하여 고정 상태천이행렬 계수를 이용한 표적존재확률 기반의 강인 추적기술을 이용하게 되면, 모든 간헐적인 탐지 환경에서 우수한 성능을 보장할 수 없는 한계가 존재한다.
- 선행문헌 1: 등록특허공보 제10-1786511호(2017.10.18.공고)
- 선행문헌 2: [1] Musicki, D., Evans, R., Stankovic, S. : ‘Integrated probabilistic data association(IPDA)’, IEEE Trans. Autom. Control, 1994, 39, (6), pp. 1237-1241
- 선행문헌 3: Challa, S., Evans, R., Morelande, M., et al. : ‘Fundamentals of object tracking’(Cambridge University Press, New York, NY, 2011)
본 발명은 앞서 언급한 배경 기술의 한계를 극복하기 위하여 안출된 것으로, 효율적인 광대역 주파수 탐색 및 모든 간헐적인 탐지 환경에서 안정적인 추적 상태를 유지할 수 있는 강인 추적 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 강인 추적 장치는, 외부에 존재하는 표적으로부터 수신되는 신호를 검출하는 신호 검출기, 상기 신호 검출기에서 검출된 신호에 대한 시간 영역 탐색을 수행하고, 상기 신호의 운용 대역을 결정하는 시간 영역 탐색부, 상기 결정된 운용 대역에 대하여 상기 검출된 신호의 주파수 영역 탐색을 수행하는 주파수 영역 탐색부 및 상기 신호 검출기, 상기 시간 영역 탐색부 및 주파수 영역 탐색부를 제어하고, 상기 신호를 출력하는 표적의 표적존재확률을 산출하는 제어부를 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 신호 검출기는, 상기 수신된 신호에서 특정 대역에 포함되는 신호를 검출하도록 대역 제어를 수행하고, 상기 특정 대역에 포함되는 신호를 상기 시간 영역 탐색부로 출력하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 시간 영역 탐색부는, 상기 특정 대역에 포함되는 신호에 대한 시간 영역 탐색을 수행하여, 상기 특정 대역보다 좁은 운용 대역을 파악하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 주파수 영역 탐색부는, 상기 운용 대역에서 상기 신호에 대한 주파수 영역 탐색을 수행하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 시간 영역 탐색부는, 상기 신호에 대한 시간 영역 탐색을 통해, 상기 신호에 대한 탐지 구간 및 상기 탐지 구간의 반복주기를 결정하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 시간 영역 탐색부에서 결정된 탐지 구간 및 상기 탐지 구간의 반복주기에 근거하여, 상태천이행렬 계수를 가변하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 가변된 상태천이행렬 계수와, 상기 주파수 영역 탐색에서 결정된 정보를 이용하여, 상기 표적에 대한 표적존재확률을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 본 발명은 수동형 센서 시스템의 근본적인 단점인 표적의 신호원 특성에 의해 성능이 달라질 수 있는 문제점을 극복할 수 있다.
또한, 광대역 주파수 탐색 장치의 시간 영역 탐색 결과를 이용하여 표적존재확률을 위한 상태천이행렬의 계수를 변경함으로써, 고정 상태천이행렬 계수를 이용하는 일반적인 표적존재확률의 성능 한계를 보완할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 강인 추적 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2은 본 발명의 강인 추적 장치의 제어방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 강인 추적 장치의 제어에 의해 광대역 주파수를 2단계로 구분 탐색하는 과정 중 시간 영역 탐지 결과를 나타낸 그래프이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 강인 추적 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 강인 추적 장치(100)는, 외부에 존재하는 표적으로부터 수신되는 신호를 검출하는 신호 검출기(detector)(110), 상기 신호 검출기(110)에서 검출된 신호에 대한 시간 영역 탐색을 수행하고, 상기 신호의 운용 대역을 결정하는 시간 영역 탐색부(120), 상기 결정된 운용 대역에 대하여 상기 검출된 신호의 주파수 영역 탐색을 수행하는 주파수 영역 탐색부(130) 및 상기 신호 검출기(110), 상기 시간 영역 탐색부(120) 및 주파수 영역 탐색부(130)를 제어하고, 상기 신호를 출력하는 표적의 표적존재확률을 산출하는 제어부(140)를 포함할 수 있다.
상기 신호 검출기(110)는 수신된 신호 중 특정 대역에 포함되는 신호를 검출하도록 대역 제어를 수행할 수 있다. 이 경우, 신호 검출기(110)는, 대역 제어를 통해 상기 특정 대역에 포함되는 신호만을 검출할 수 있다.
상기 신호 검출기(110)는, 외부에 존재하는 표적(또는 표적 신호원)으로부터 신호(또는 표적 신호)가 수신되면, 상기 특정 대역에 해당하는 신호를 검출할 수 있다. 이후, 상기 신호 검출기(110)는 상기 검출된 신호를 시간 영역 탐색부(120)로 출력할 수 있다.
시간 영역 탐색부(120)는, 상기 신호 검출기(110)에서 출력된 신호에 대하여 시간 영역 탐색을 수행할 수 있다. 구체적으로, 시간 영역 탐색부(120)는, 상기 신호 검출기(110)에서 출력된 신호의 운용 대역을 파악(결정, 판단)하도록, 우선적으로 시간 영역에서 탐색을 수행할 수 있다.
시간 영역 탐색부(120)는, 상기 운용 대역이 파악되면, 상기 운용 대역에 대한 정보를 주파수 영역 탐색부(130)로 전송할 수 있다.
주파수 영역 탐색부(130)는, 상기 신호 검출기(110) 또는 시간 영역 탐색부(120)로부터, 상기 신호 검출기(110)에서 수신된 특정 대역에 포함되는 신호를 수신할 수 있다.
또한, 주파수 영역 탐색부(130)는, 상기 시간 영역 탐색부(120)로부터 상기 운용 대역에 대한 정보를 수신할 수 있다.
주파수 영역 탐색부(130)는, 상기 특정 대역에 포함되는 신호 중 상기 시간 영역 탐색부(120)에서 파악된 운용 대역에서 주파수 영역 탐색을 수행할 수 있다.
상기 운용 대역은 상기 특정 대역보다 좁을 수 있다(또는 짧을 수 있다).
즉, 주파수 영역 탐색부(130)는, 특정 대역보다 좁은 운용 대역에서 상기 신호에 대한 주파수 영역 탐색을 수행할 수 있다.
이를 통해, 주파수 영역 탐색부(130)는, 표적 신호원에서 출력된 신호에 대하여 모든 대역 또는 특정 대역에 대하여 주파수 영역 탐색을 수행하는 것이 아니라, 상기 시간 영역 탐색부(120)에서 파악된 운용 대역에 대해서만 주파수 영역 탐색을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 강인 추적 장치는, 대역 제어를 통해 검출되는 신호에 대하여 1차적으로 시간 영역 탐색을 수행하고, 그 이후에 시간 영역 탐색에서 파악된 운용 대역에서 주파수 영역을 탐색할 수 있는 2단계 구분 탐색 과정을 수행할 수 있다.
주파수 영역 탐색부(130)는, 상기 운용 대역에 대한 주파수 영역 탐색을 수행하여, 강인 추적 장치에 의해 센싱 가능한 공간에서 표적의 존재 유무를 확률적으로 표현한 표적존재확률을 산출하는데 필요한 정보를 파악(추출, 산출, 결정)할 수 있다.
제어부(140)는, 상기 주파수 영역 탐색부(130)에서 파악된 정보와 상태천이행렬 계수를 이용하여, 표적존재확률을 산출할 수 있다.
여기서, 종래에는, 상태천이행렬 계수를 고정값 하나만을 이용하는 것에 대해서만 개시되어 있다. 상태천이행렬 계수를 고정값으로 이용하는 경우, 모든 간헐적인 탐지 환경에서 우수한 성능을 보장할 수 없다는 한계가 있다.
이러한 한계를 극복하기 위해, 본 발명의 강인 추적 장치는, 상태천이행렬 계수를 적응적으로 변경할 수 있다.
구체적으로, 시간 탐색 영역부(120)는, 도 3에 도시된 것과 같이, 시간 영역 탐색을 통해, 신호 검출기(110)에서 수신된 신호에 대한 탐지 구간 및 탐지 구간의 반복주기를 파악(또는 추정(estimate), 결정)할 수 있다.
상기 탐지 구간은, 도 3에 도시된 것과 같이, 소정 시간 간격(또는 탐지가 되는 일정 시간)을 의미할 수 있다.
시간 탐색 영역부(120)는, 상기 탐지 구간에 대한 정보 및 상기 탐지 구간의 반복주기에 대한 정보를 제어부(140)로 전송할 수 있다.
제어부(140)는, 상기 탐지 구간에 대한 정보 및 상기 탐지 구간의 반복주기에 대한 정보에 근거하여, 상태천이행렬 계수를 결정/가변할 수 있다.
즉, 제어부(140)는, 시간 영역 탐색에서 파악(추정, 결정)된 탐지 구간과 상기 탐지 구간의 반복주기에 근거하여, 상태천이행렬 계수를 적응적으로 변경(또는 가변)할 수 있다.
상기 상태천이행렬 계수는, 상기 탐지 구간에 대한 정보 및 상기 탐지 구간의 반복주기에 대한 정보에 근거하여 결정/가변될 수 있다.
제어부(140)는, 상기 탐지 구간에 대한 정보 및 상기 탐지 구간의 반복주기에 대한 정보에 근거하여 결정된 상태천이행렬 계수를 이용하여, 표적존재확률을 산출할 수 있다.
즉, 제어부(140)는, 상기 가변된 상태천이행렬 계수와, 상기 주파수 영역 탐색에서 결정된 정보를 이용하여, 상기 표적에 대한 표적존재확률을 산출할 수 있다.
이러한 구성을 통해, 본 발명은, 표적으로부터 출력된 신호에 대하여 시간 영역과 주파수 영역을 순차적으로 구분하여 탐색하며, 시간 영역 탐색에서 파악된 운용 대역에 대해서만 주파수 영역 탐색을 수행함으로써, 표적존재확률을 산출하는 시간을 현저히 줄일 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 시간 영역 탐색에서 파악된 탐지 구간과 탐지 구간의 반복주기를 이용하여, 표적존재확률을 산출하는데 이용되는 상태천이행렬 계수를 적응적으로 변경함으로써, 모든 간헐적인 상황에 대하여 우수한 성능을 보장할 수 있는 강인 추적 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
앞서 설명한 내용은 도 2 및 도 3을 참조하면 보다 명확해질 것이다.
도 2은 본 발명의 강인 추적 장치의 제어방법을 설명하기 위한 개념도이고, 도 3은 본 발명의 강인 추적 장치의 제어에 의해 광대역 주파수를 2단계로 구분 탐색하는 과정 중 시간 영역 탐지 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 효율적인 광대역 주파수 탐색을 수행하기 위한 강인 추적 장치는, 외부에 존재하는 표적으로부터 신호가 수신되면, 대역 제어를 통해 특정 대역에서의 신호(즉, 특정 대역에 포함되는 신호)를 검출할 수 있다.
이후, 상기 특정 대역에 포함되는 신호에 대한 시간영역 탐색을 수행하여 표적 신호의 운용 대역을 우선적으로 파악할 수 있다. 이후, 해당 운용 대역에 대하여 주파수 영역 탐색을 수행하는 것이다.
그리고, 강인 추적 장치는, 현재까지 시간 영역 탐색 또는 주파수 영역 탐색을 통해 획득된 정보(또는 측정 정보)를 기반으로 측정 영역(강인 추적 장치의 센싱 가능 공간)에 대한 표적의 존재 유무를 확률적으로 표현한 지수인 표적존재확률을 산출할 수 있다.
이 때, 종래에는, 상기 표적존재확률을 산출하기 위해, 일반적으로 예측 과정을 위한 상태천이행렬의 계수를 고정값으로 미리 정의해야 했다.
그러나, 본 발명은, 도 3에서 보는 바와 같이 강인 추적 장치의 시간 영역 탐색 결과에서 탐지 구간과 탐지 구간의 반복주기(또는 이에 대한 정보)를 추정(estimation)하고 이를 기반으로 상태천이행렬 계수를 적응적으로 변경할 수 있다.
이후, 상기 적응적으로 변경된 상태천이행렬 계수와, 상기 측정 정보를 이용하여 표적존재확률을 산출함으로써, 보다 안정적인 추적 상태를 유지하고, 표적존재확률의 신뢰도를 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명은 수동형 센서 시스템의 근본적인 단점인 표적의 신호원 특성에 의해 성능이 달라질 수 있는 문제점을 극복할 수 있다.
또한, 광대역 주파수 탐색 장치의 시간 영역 탐색 결과를 이용하여 표적존재확률을 위한 상태천이행렬의 계수를 변경함으로써, 고정 상태천이행렬 계수를 이용하는 일반적인 표적존재확률의 성능 한계를 보완할 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 강인 추적 장치를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (7)

  1. 외부에 존재하는 표적으로부터 수신되는 신호를 검출하는 신호 검출기;
    상기 신호 검출기에서 검출된 신호에 대한 시간 영역 탐색을 수행하고, 상기 신호의 운용 대역을 결정하는 시간 영역 탐색부;
    상기 결정된 운용 대역에 대하여 상기 검출된 신호의 주파수 영역 탐색을 수행하는 주파수 영역 탐색부 및
    상기 신호 검출기, 상기 시간 영역 탐색부 및 주파수 영역 탐색부를 제어하고, 상기 신호를 출력하는 표적의 표적존재확률을 산출하는 제어부를 포함하는 강인 추적 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 검출기는,
    상기 수신된 신호에서 특정 대역에 포함되는 신호를 검출하도록 대역 제어를 수행하고,
    상기 특정 대역에서 검출되는 신호를 상기 시간 영역 탐색부로 출력하는 것을 특징으로 하는 강인 추적 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 시간 영역 탐색부는,
    상기 특정 대역에 포함되는 신호에 대한 시간 영역 탐색을 수행하여, 상기 특정 대역보다 좁은 운용 대역을 파악하는 것을 특징으로 하는 강인 추적 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 주파수 영역 탐색부는,
    상기 운용 대역에서 상기 신호에 대한 주파수 영역 탐색을 수행하는 것을 특징으로 하는 강인 추적 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간 영역 탐색부는,
    상기 신호에 대한 시간 영역 탐색을 통해, 상기 신호에 대한 탐지 구간 및 상기 탐지 구간의 반복주기를 결정하는 것을 특징으로 하는 강인 추적 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 시간 영역 탐색부에서 결정된 탐지 구간 및 상기 탐지 구간의 반복주기에 근거하여, 상태천이행렬 계수를 가변하는 것을 특징으로 하는 강인 추적 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가변된 상태천이행렬 계수와, 상기 주파수 영역 탐색에서 결정된 정보를 이용하여, 상기 표적에 대한 표적존재확률을 산출하는 것을 특징으로 하는 강인 추적 장치.
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