KR102175951B1

KR102175951B1 - 광대역 펄스 탐지기 및 그것의 동작 방법

Info

Publication number: KR102175951B1
Application number: KR1020190001772A
Authority: KR
Inventors: 김동민; 조희래; 김기백; 윤민석; 김상규; 유승갑
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2019-01-07
Filing date: 2019-01-07
Publication date: 2020-11-09
Also published as: US20200217941A1; US10928497B2; KR20200085534A

Abstract

본 발명에 따른 광대역 펄스 탐지기는, 전자기파 펄스를 수신하는 신호 수집부, 상기 전자기파 펄스를 대응하는 주파수 성분에 따라 N(2 이상 정수) 개의 채널로 분류하는 신호 분류부, 상기 분류된 펄스를 탐지 및 홀딩시키는 신호 탐지부, 및 상기 홀딩된 펄스를 디지털 신호로 변환하고, 탐지 분류 알고리즘을 이용하여 상기 변환된 디지털 신호에 대응하는 상기 전자기파 펄스의 종류를 구분하고, 신호 세기 판단 후, 연속 신호탐지를 위한 초기화 회로를 제어하는 신호 처리부를 포함할 수 있다.

Description

광대역 펄스 탐지기 및 그것의 동작 방법{WIDEBAND PULSE DETECTOR AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 광대역 펄스 탐지기 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 펄스는 짧은 시간 동안에 순간적으로 큰 진폭을 발생시키는 파동을 의미한다. 이러한 펄스는 전자기기에 예기치 못한 과전류를 발생시킬 수 있고, 이에 따라서 전자기기의 영구적인 파손을 일으킬 수 있다. 주로 핸드폰이나 컴퓨터와 같은 전자기기를 이용하여 통신을 하는 현대 시대에서 위와 같은 전자기기의 마비는 큰 사회적 혼란을 야기할 수 있기 때문에, 펄스를 즉시 감지하여 대응함으로써 전자기기의 피해를 최소화하는 것이 중요하다. 일반적으로, 광대역 펄스 탐지기는 자유 공간을 통해 전자기파 신호의 존재를 탐지 할 수 있다.

등록특허: 10-0990538, 등록일: 2010년 10월 21일, 제목: 무선 LAN 물리층에서 레이더 펄스를 탐지 및 추정하기 위한 방법 및 장치 등록특허: 10-1367882, 등록일: 2014년 2월 20일, 제목: 피크 검출기를 포함하는 광대역 재머 검출기

David Blake Jackson 외 2명, "High Dynamic Range, Wide Bandwidth Electromagnetic Field Threat Detector"Ultra- Wideband, Short-Pulse Electro-magnetic 10. Springer New York, 2014, pp. 355-368

본 발명의 목적은 임의의 전자기파 펄스에 노출되어 피해를 입을 수 있는 설비, 장치, 시설 등에 위치하여 해당 전자기파 펄스를 탐지하고 구분하여, 감시/경보할 수 있는 저비용의 효율적인 광대역 펄스 탐지기 및 그것의 동작 방법을 제안하는데 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 광대역 펄스 탐지기는, 전자기파 펄스를 수신하는 신호 수집부; 상기 전자기파 펄스를 대응하는 주파수 성분에 따라 N(2 이상 정수) 개의 채널로 분류하는 신호 분류부; 상기 분류된 펄스를 탐지 및 홀딩시키는 신호 탐지부; 및 상기 홀딩된 펄스를 디지털 신호로 변환하고, 분류 알고리즘을 이용하여 상기 변환된 디지털 신호에 대응하는 상기 전자기파 펄스의 종류를 구분하고, 상기 전자기파의 세기를 판단하는 신호 처리부를 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 신호 수집부는, 상기 전자기파 펄스를 수신하는 안테나; 및 상기 안테나의 주파수 응답을 보상하는 이퀄라이저를 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 신호 분류부는, 상기 신호 수집부로부터 상기 전자기파 펄스를 입력신호의 강도를 측정하는 경로와 신호의 종류를 구분하는 경로로 나누어 주는 분할기; 상기 신호 수집부로부터 상기 전자기파 펄스를 수신하는 (N-1)개의 커플러들; 및 서로 다른 주파수 대역을 가지면서, 상기 커플러들의 각각의 출력들을 수신하는 필터들을 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 신호 탐지부는, 상기 분할기의 출력을 수신하는 제 1 신호 탐지기 및 상기 필터들의 각각의 출력을 수신하는 신호 탐지기들을 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 신호 탐지부는 N개의 채널에 대응하는 신호 탐지기들을 포함하고, 상기 신호 탐지기들의 각각은, 대응하는 전자기파 펄스를 검출하는 포락선 검출기; 및 상기 포락선 검출기로부터 검출된 신호를 홀딩하는 피크 홀딩 회로를 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 신호 탐지기들의 각각은, 상기 신호 처리부의 제어에 따라 상기 피크 홀딩 회로의 출력을 접지로 리셋시키는 연속신호 탐지 회로를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 신호 처리부의 제어에 따라 감쇠기를 대응하는 신호 탐지기에 연결하는 동적 범위 보완 및 장비 보호 회로를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 신호 처리부의 제어에 따라 대응하는 신호 탐지기의 고장 및 정상 동작 여부를 판단하는 자가 점검 회로를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 신호 처리부로부터 구분된 전자기파 펄스의 종류 및 상기 전자기파 펄스의 세기를 표시하는 신호 표시부를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 전원을 정류하여 상기 신호 분류부, 상기 신호 탐지부 및 상기 신호 처리부에 제공하는 전원부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 광대역 펄스 탐지기의 동작 방법은, 포락선 검출기에서 주파수 대역별 필터로부터 수신된 신호를 탐지하는 단계; 피크 홀딩 회로에서 디지털 샘플링을 위하여 상기 포락선 검출기에서 탐지된 신호를 홀딩하는 단계; 및 연속신호 탐지 회로에서 상기 홀딩된 신호를 접지로 리셋하는 단계를 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 홀딩된 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및 상기 변환된 디지털 신호에 대응하는 전자기파 펄스의 종류 및 세기를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 탐지된 신호를 홀딩하는 단계는, 피크 홀딩 회로에서 상기 검출된 신호의 최대 전압을 유지하는 단계를 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 안테나를 통하여 전자기파 펄스를 수신하는 단계; 및 상기 수신된 전자기파 펄스를 이퀄라이징 하는 단계를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 있어서, 상기 이퀄라이징된 펄스를 주파수 대역별로 필터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 광대역 펄스 탐지기 및 그것의 동작 방법은, 다양한 종류의 광대역 전자기파 펄스 신호 구분 및 연속적 전자기파 존재 여부를 구분함으로써, 사후 증거확보와 대응에 유리한 정보를 제공할 수 있다.

이하에 첨부되는 도면들은 본 실시 예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 실시예의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 일반적인 펄스 탐지기를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 펄스 탐지기를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 분류기를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 신호 탐지부 및 연속 신호 탐지 회로, 동적 범위 보완 및 장비 보호 회로, 자가 점검 회로를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 신호 탐지부의 연속신호 탐지 회로의 동작 효과를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 펄스 탐지기의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다.

아래에서는 도면들을 이용하여 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 내용을 명확하고 상세하게 기재할 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 혹은 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.

구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 혹은 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 혹은 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 혹은 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것들의 존재 혹은 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 일반적인 펄스 탐지기(10)를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 펄스 탐지기(1)는 전자기 펄스를 수집하는 안테나(11)에 대응하는 저잡음 증폭기(LNA, 12), 이퀄라이저(13), 복조 대수 증폭기(demodulating logarithmic amplifier, 14), 피크 검출기(15), 아날로그-디지털 변환기(ADC, 16), 마이크로프로세서(17) 및 디스플레이 장치(18)를 포함한다.

이퀄라이저(13)는 안테나(11)의 주파수 응답을 보상할 수 있다. 즉, 이퀄라이징 필터(13)를 통과한 신호원은 평탄한 주파수 응답 특성을 보인다. 복조 대수 증폭기(14)는 CW(continuous wave) 형태의 캐리어 신호가 포함된 RF(radio frequency) 신호를 탐지하여 신호 크기에 비례하는 전압 신호로 출력하며, 10ns 이상의 펄스폭을 나타내는 신호까지 탐지할 수 있다. 피크 검출기(15)는 복조된 신호 크기에 비례하는 전압 신호를 포착하고, ADC(16)가 포착할 수 있을 만큼 유지하도록 구현될 수 있다. 복조 대수 증폭기(14)에서 출력되는 10ns 정도의 신호 크기에 비례하는 전압 신호를 감지하고 이를 저속의 ADC(16) 성능에 맞춰 충분히 유지하기 위해, 피크 검출기(15)는 2 단계로 신호를 검출할 수 있다. 즉, 첫 단계에서 빠른 신호 크기에 비례하는 전압을 감지하고, 두 번째 단계에서 저속의 ADC를 위해 탐지한 신호를 길게 유지한다.

마이크로프로세서(17)는 ADC(16)를 통해 디지털로 변환된 신호를 광 신호로 변환하여 사용자 GUI(graphic user interface)인 디스플레이 장치(18)에 전달한다. 시스템 아키텍처는 비정상적인 전자기장 활동을 위해 여러 사이트를 모니터링 하도록 설계될 수 있다. 각 사이트에서 여러 개의 탐지기를 모니터링 할 수 있다.

일반적인 펄스 탐지기(10)는 복조 대수 증폭기(14)를 사용하기 때문에 CW 형태의 캐리어 신호를 포함하지 않는 RF 신호를 정확한 탐지할 수 없다. 즉, 일반적인 펄스 탐지기(10)는 IEMI(intentional electromagnetic interference; IEC 61000-4-36 기술기준 근거, UWB(ultra-wideband): 광대역, DS(damped sinusoid): 중간대역, HPM(high power microwave): 협대역을 일컬음)의 협대역 신호만을 탐지할 수 있고, 중간대역 및 광대역의 빠른 과도(fast transient) 신호의 경우 탐지할 수 없거나 매우 어렵다.

또한, 일반적인 펄스 탐지기(10)는 상승 시간 및 펄스 폭이 10ns 수준의 신호만 탐지할 수 있으며, 펄스 폭이 매우 작은 신호원, 예를 들어, UWB 신호원(수 ns이하)은 탐지하기 어렵다. 또한, 일반적인 펄스 탐지기(10)는 전자기파 신호원의 신호 세기만 측정 가능하며, 종류 구분이 불가능하다. 즉, IEMI (UWB, DS, HPM) 신호원 구분이 불가능하다. 또한, 일반적인 펄스 탐지기(10)는 연속신호 탐지 회로의 부재로 탐지한 신호를 홀딩하는 중에 제 2의 신호원 혹은 고속의 연속 전자기파 펄스 출현시 이를 구분하기 어렵다.

본 발명은 임의의 전자기파 펄스에 노출되어 피해를 입을 수 있는 설비·장치·시설 등에 위치하여 해당 전자기파 펄스를 탐지하고 구분하여, 감시·경보할 수 있는 저비용의 효율적인 광대역 펄스 탐지기 구조를 제안한다. 발명이 제안하는 탐지기 구조는 다양한 종류의 광대역 전자기파 펄스 신호 구분 및 연속적 전자기파 존재 여부를 구분할 수 있어 사후 증거확보와 대응에 유리한 정보를 제공할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 펄스 탐지기(100)를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 광대역 펄스 탐지기(100)는 신호 수집부(110), 신호 분류부(120), 신호 탐지부(130), 신호 처리부(140), 표시부(150), 및 전원부(160)를 포함할 수 있다.

신호 수집부(110)는 광대역 안테나를 이용해 전자기파 펄스를 수집하도록 구현될 수 있다. 신호 수집부(110)는 전자기파 펄스를 수신할 수 있는 광대역 안테나와 안테나의 주파수 응답을 보상할 수 있는 이퀄라이저를 포함할 수 있다.

신호 분류부(120)는 수집된 신호를 주파수 성분에 따라 분류하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 신호 분류부(120)는 수신된 전자기파 펄스를 원하는 주파수 성분에 따라 분류하기 위한 N(2이상의 정수) 채널의 분류기를 포함할 수 있다.

신호 탐지부(130)는 수집된 신호의 세기를 탐지하도록 구현될 수 있다. 신호 탐지부(130)는 N개의 채널에 대응하는 복수의 신호 탐지기들(131, 132, … , 13N)을 포함할 수 있다.

신호 처리부(140)는 분류된 신호를 통해 전자기파 종류를 구분하도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 신호 처리부(140)는 탐지 및 분류된 아날로그 신호들을 디지털 신호로 변환하고, 이를 간단한 트리 기반의 분류 알고리즘 혹은 딥러닝 기반의 분류 알고리즘을 적용하여 사전에 정의된 전자기파 펄스의 종류를 구분하고, 그 세기를 판단할 수 있다. 실시 예에 있어서, 신호 처리부(140)는 해당 정보들을 신호 표시부(150)로 전달하기 위한 통신 인터페이스를 제공할 수 있다. 신호 처리부(140)는 해당 기능을 수행하기 위해 ADC, 마이크로프로세서(Microprocessor), 광 송수신기, 광 케이블 등을 포함할 수 있다.

신호 표시부(150)는 검출한 신호를 표시하도록 구현될 수 있다. 신호 표시부(150)는 검출한 광대역 전자기파 펄스의 신호 세기 및 구분 정보를 사용자에게 편리하게 표시할 수 있다. 또한 신호 표시부(150)는 단일 혹은 복수의 탐지기 단말과 네트워크로 연결되어 실시간 원격 관제를 할 수 있다.

전원부(160)는 광대역 펄스 탐지기(100)의 내부 구성들(신호 수집부(110), 신호 분류부(120), 신호 탐지부(130), 신호 처리부(140), 표시부(150))에 전원을 제공하도록 구현될 수 있다. 또한, 전원부(160)는 전원을 정류하여 전체 시스템에 필요한 전원을 생성하며, 외부 전자기파 펄스에 의한 영향을 최소화하기 위해 전원 필터 등을 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 신호 분류부(120)를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 신호 분류부(120)는 분할기(121), 복수의 커플러들(122_1, 122_2, …, 122_N-1), 및 주파수 대역별 복수의 필터들(123_1, 123_2, …, 123_N-1)을 포함할 수 있다. 분할기는 입력신호의 강도를 측정하는 경로와 신호의 종류를 구분하는 경로로 나누어 주는 역할을 한다.

신호 분류부(120)는 입력신호의 강도를 측정하기 위한 직접 연결회로가 제 1 신호 탐지기(131)로 연결되며, 입력신호의 종류를 구분하기 위한 대역별 필터 회로 출력이 그 외 신호 탐지기들(132, 133, … , 13N)로 연결될 수 있다.

신호 수집부(110)가 수집한 전자기파 신호는 신호 분류부(120)의 주파수 대역별 필터를 통과하고, 신호 탐지부(130)는 각 필터 출력 신호의 크기를 측정하여 주파수 성분을 분석함으로써 신호 종류를 구분할 수 있다.

신호 탐지부(130)의 신호 탐지기들(131, 132, 133, … , 13N)의 각각은, HPM과 같은 CW 형태의 캐리어 신호 종류만을 정확히 탐지할 수 있는 대수 증폭기(Log amp.) 대신 포락선 검출기(envelope detector)를 사용함으로써 수 ns 상승시간 및 수 ns 펄스폭의 빠른 신호원 탐지를 할 수 있다.

실시 예에 있어서, 신호 탐지부(130)의 신호 탐지기들(131, 132, 133, … , 13N)의 각각은 펄스폭(수 ns)이 매우 작고 빠른 상승 시간(수 ns)의 전자기파 펄스를 탐지하는 포락선 검출기(envelope detector)와 탐지된 신호를 홀딩함으로써 저속의 디지털 샘플링이 가능케 하기 위한 피크 홀딩 회로를 포함하여 구성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 신호 탐지기(131) 및 연속 신호 탐지 회로, 동적 범위 보완 및 장비 보호 회로, 자가 점검 회로를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 신호 탐지기(131)는 포락선 검출기(131_1), 피크 홀딩 회로(131_2), 및 연속신호 탐지 회로(131_3)를 포함할 수 있다.

한편, 탐지한 신호를 빠르게 리셋하기 위하여 도 4에 도시된 바와 같이 신호 탐지기(131)의 피크 홀딩 회로(131_2) 다음단에 병렬로 연결된 RF 스위치를 포함할 수 있다. 신호 처리부(140)가 전자기파 펄스 신호 존재를 인지하면, 신호 처리부(140)는 즉시 제어 신호(#3)를 발생하고, 제어 신호(#3)에 응답하여 스위치(SW4)를 턴온 시킴으로써 신호 탐지기(131)의 출력 신호를 접지(ground)로 흘려 보내는 초기화(리셋) 동작을 수행하고, 다음 전자기파 펄스 신호 탐지를 준비할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 신호 탐지기의 연속 신호 탐지 회로(131_3)의 동작 효과를 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 연속 신호 탐지 회로가 없는 경우, 현재 탐지 결과(1차 탐지 신호)보다 낮은 레벨의 신호(2차 탐지 신호)가 연속으로 발생할 때, 신호 탐지기(131)는 이를 인지하거나 구분하지 못한다. 반면, 연속 신호 탐지 회로가 동작할 경우, 신호 탐지기(131)는 각 신호를 개별적으로 인지하여 구분 및 판단할 수 있다.

신호 탐지부(130)의 신호 탐지기들(131, 132, 133, … , 13N)의 각각은, 종래의 대수 증폭기(Log amp.)를 대신하여 포락선 검출기(131_1)를 사용함으로써, 동적 범위(dynamic range)를 보완하고, RF(radio frequency) 소자의 보호를 위해 도 4에 도시된 바와 같이 감쇠기(attenuator; Atten.)를 제어할 수 있다.

소자들의 최대 정격 전력(power rating)이 정해져 있으므로 일정 레벨 이상의 전압값을 신호 처리부(140)에서 탐지하면, 신호 탐지부(130)의 신호 탐지기들(131, 132, 133, … , 13N)의 각각은 신호 처리부(140)의 제어 신호(#1)를 통하여 스위치들(SW1, SW2)을 동작시킬 수 있다. 스위치(SW1, SW2)가 동작하게 되면, 신호 탐지기(131)에 감쇠기가 연결됨으로써 장비 내부 소자를 보호함과 동시에 전계 세기가 큰 신호가 수신될 수 있다. 한편, 본 발명의 소자 보호 구성이 여기에 제한되는 않는다고 이해되어야 할 것이다. 스위치를 사용하지 않고 digital step 감쇠기가 이용될 수도 있다.

신호 탐지기(131)의 고장 및 정상 동작 여부를 판단하기 위하여 도 4에 도시된 바와 같이 자가점검 회로(104)가 이용될 수 있다. 본 발명이 탐지하고자 하는 사건은, 발생할 확률이 매우 낮으나, 신호 탐지기(131)는 탐지 대상에 상시 위치하여 운용될 수 있다. 이러한 신호 탐지기(131)는 장기적 운용 시 고장 혹은 정상 동작 여부를 확인하기 위하여 장비를 분해하여 계측기로 측정하는 등 어려움이 있을 수 있다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 자체적으로 정상 동작 여부를 즉시 확인할 수 있는 자가점검 회로(104) 및 동작 프로세스를 제공할 수 있다. 네트워크 등을 이용하여 원격으로 연결되어 있는 신호 표시부에서 자가점검 명령을 실행하면, 신호 처리부(140)의 제어신호(#2)를 통하여 스위치(SW3)를 동작시켜 간단한 펄스 신호를 생성한 뒤, 입력시킨다. 입력한 펄스 신호에 맞추어 신호가 탐지 및 분류되면, 정상 동작 여부가 확인될 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 펄스 탐지기(100)의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다. 도 2 내지 도 6을 참조하면, 광대역 펄스 탐지기(100)의 동작 방법은 다음과 같이 진행될 수 있다.

포락선 검출기(예, 도 4의 131_1)는 대응하는 주파수 대역별 필터로부터 수신된 신호를 탐지할 수 있다(S110). 피크 홀딩 회로(예, 도 4의 131_2)는 포락선 검출기(131_1)에서 탐지된 신호의 최대 전압을 홀딩할 수 있다(S120). 신호 처리부(140)는 피크 홀딩 회로(131_2)의 홀딩된 신호를 수신한 뒤에, 신호 처리과정을 거쳐 신호 존재여부, 신호의 세기, 신호의 종류를 최종 판정할 수 있다(S130). 그리고 다음 신호를 탐지하기 위하여 피크 홀딩 회로(131_2)의 홀딩된 신호를 리셋 할 수 있다(S140).

실시 예에 따라서는, 단계들 및/혹은 동작들의 일부 혹은 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/혹은 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 혹은 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/혹은 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/혹은 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.

본 발명의 실시 예들의 하나 이상의 동작들/단계들/모듈들을 구현/수행하기 위한 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체 및/혹은 수단들은 ASICs(application-specific integrated circuits), 표준 집적 회로들, 마이크로 컨트롤러를 포함하는, 적절한 명령들을 수행하는 컨트롤러, 및/혹은 임베디드 컨트롤러, FPGAs(field-programmable gate arrays), CPLDs(complex programmable logic devices), 및 그와 같은 것들을 포함할 수 있지만, 여기에 한정되지는 않는다.

본 발명의 실시 예에 따른 광대역 펄스 탐지기 및 그것의 동작 방법은 종래의 그것보다 뛰어난 탐지성능 (상승시간 수 ns, 펄스폭 수 ns 이상)을 보유하고 다양한 전자기파 펄스(UWB, DS, HPM 등)를 구분할 수 있는 광대역 전자기파 펄스 신호 탐지기술을 확보할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 광대역 펄스 탐지기 및 그것의 동작 방법은, 탐지 및 초기화(reset) 방식을 적용하여 연속 혹은 복수의 신호 발생(수~수십 kHz 간격) 시 이를 개별적으로 구분하여 판단함으로써 광대역 전자기파 펄스 탐지 시 더 많은 정보를 수집하여 제공할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 광대역 펄스 탐지기 및 그것의 동작 방법은, 기존의 센서 네트워크 기반 관제 시스템과 호환하여 실시간 원격 관제 가능하며, 고성능의 신호분석 계측 장비 없이 광대역 전자기파 펄스 피해에 대한 예방/대책을 강구할 수 있다.

한편, 상술 된 본 발명의 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들에 불과하다. 본 발명은 구체적이고 실제로 이용할 수 있는 수단 자체뿐 아니라, 장차 기술로 활용할 수 있는 추상적이고 개념적인 아이디어인 기술적 사상을 포함할 것이다.

10, 100: 광대역 펄스 탐지기
110: 신호 수집부
120: 신호 분류부
130: 신호 탐지부
140: 신호 처리부
150: 신호 표시부
160: 전원부
121: 분할기
122_1, 122_2, …, 122_N-1: 커플러
123_1, 123_2, …, 123_N-1: 필터
131, 132, 133, … , 13N: 신호 탐지기
131_1: 포락선 검출기
131_2: 피크 홀딩 회로
131_3: 연속 신호 탐지 회로
102: 동적 범위 보완 및 장비 보호 회로
104: 자가 검검 회로

Claims

광대역 안테나를 이용해 전자기파 펄스를 수신하는 신호 수집부;
상기 전자기파 펄스를 대응하는 주파수 성분에 따라 N(2 이상 정수) 개의 채널로 분류하는 신호 분류부;
상기 분류된 펄스를 탐지 및 홀딩시키는 신호 탐지부; 및
상기 홀딩된 펄스를 디지털 신호로 변환하고, 트리 기반의 분류 알고리즘 혹은 딥러닝 기반의 분류 알고리즘을 이용하여 상기 변환된 디지털 신호에 대응하는 상기 전자기파 펄스의 종류를 구분하고, 상기 전자기파의 세기를 판단하는 신호 처리부를 포함하되,
상기 신호 탐지부는 N개의 채널에 대응하는 신호 탐지기들을 포함하고,
상기 신호 탐지기들의 각각은,
대응하는 전자기파 펄스를 검출하는포락선 검출기; 및
상기 포락선 검출기로부터 검출된 신호를 홀딩하는 피크 홀딩 회로를 포함하는 광대역 펄스 탐지기.
제 1 항에 있어서,
상기 신호 수집부는,
상기 전자기파 펄스를 수신하는 안테나; 및
상기 안테나의 주파수 응답을 보상하는 이퀄라이저를 포함하는 광대역 펄스 탐지기.
제 1 항에 있어서,
상기 신호 분류부는,
상기 신호 수집부로부터 상기 전자기파 펄스를 신호 크기 측정 경로와 신호 분류 경로로 구분하는 분할기;
상기 신호 수집부로부터 상기 전자기파 펄스를 수신하는 (N-1)개의 커플러들; 및
서로 다른 주파수 대역을 가지면서, 상기 커플러들의 각각의 출력들을 수신하는 필터들을 포함하는 광대역 펄스 탐지기.
제 3 항에 있어서,
상기 신호 탐지부는,
상기 분할기의 출력을 수신하여 신호세기를 측정하기 위한 제 1 신호 탐지기 및 상기 필터들의 각각의 출력을 수신하여 신호의 종류를 구분하기 위한 신호 탐지기들을 포함하는 광대역 펄스 탐지기.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 신호 탐지기들의 각각은,
상기 신호 처리부의 제어에 따라 상기 피크 홀딩 회로의 출력을 접지로 리셋시키는 연속 신호 탐지 회로를 더 포함하는 광대역 펄스 탐지기.
제 1 항에 있어서,
상기 신호 처리부의 제어에 따라 감쇠기를 대응하는 신호 탐지기에 연결하는 동적 범위 보완 및 장비 보호 회로를 더 포함하는 광대역 펄스 탐지기.
제 1 항에 있어서,
상기 신호 처리부의 제어에 따라 대응하는 신호 탐지기의 고장 및 정상 동작 여부를 판단하는 자가 점검 회로를 더 포함하는 광대역 펄스 탐지기.
제 1 항에 있어서,
상기 신호 처리부로부터 구분된 전자기파 펄스의 종류 및 상기 전자기파 펄스의 세기를 표시하는 신호 표시부를 더 포함하는 광대역 펄스 탐지기.
제 1 항에 있어서,
전원을 정류하여 상기 신호 분류부, 상기 신호 탐지부 및 상기 신호 처리부에 제공하는 전원부를 더 포함하는 광대역 펄스 탐지기.
광대역 펄스 탐지기의 동작 방법에 있어서,
포락선 검출기에서 주파수 대역별 필터로부터 수신된 신호를 탐지하는 단계;
피크 홀딩 회로에서 디지털 샘플링을 위하여 상기 포락선 검출기에서 탐지된 신호를 홀딩하는 단계;
상기 홀딩된 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및
상기 변환된 디지털 신호에 대응하는 전자기파 펄스의 종류 및 세기를 트리 기반의 분류 알고리즘 혹은 딥러닝 기반의 분류 알고리즘을 이용하여 판단하는 단계를 포함하되,
상기 신호를 탐지하는 단계는
N개의 채널에 대응하는 신호를 탐지하되,
대응하는 전자기파 펄스를 검출하는 포락선 검출기; 및
상기 포락선 검출기로부터 검출된 신호를 홀딩하는 피크 홀딩 회로애 의해 동작되는 포함하는 방법.
제 11 항에 있어서,
연속 신호 탐지 회로에서 상기 홀딩된 신호를 접지로 리셋하는 단계를
더 포함하는 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 탐지된 신호를 홀딩하는 단계는,
고속 피크 검출기에서 상기 탐지된 신호로부터 최대전압을 검출하는 단계; 및 저속 피크 검출기에서 상기 검출된 최대 전압을 유지하는 단계를 포함하는 방법.
제 11 항에 있어서,
안테나를 통하여 전자기파 펄스를 수신하는 단계; 및
상기 수신된 전자기파 펄스를 이퀄라이징 하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 이퀄라이징된 펄스를 주파수 대역별로 필터링하는 단계를 더 포함하는 방법.