KR102240369B1 - Measuring device for angle of arrival and measuring methdo for angle of arrival - Google Patents
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Abstract
Description
실시예는 도래각 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 자세히는 수신 신호의 개수 및 수신 신호의 도래각을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다. The embodiment relates to an apparatus and method for measuring an angle of arrival, and more particularly, to an apparatus and method for measuring the number of received signals and an angle of arrival of a received signal.
공항이나 국경과 같은 지역에서는 통신 시스템 보호를 위한 다양한 전파 감지 시스템을 운용하고 있는데, 전파 송신원의 위치를 찾는 것은 전파 감지 시스템의 중요한 역할 중 하나이다. 삼각측량 기법이나 복수의 전파를 감시 시스템에서 측정되는 도래각(신호가 안테나에 수신되는 각도) 정보를 이용하면 전파 송신원의 위치를 계산할 수 있는데, 배열안테나에 수신되는 전파에 대한 신호처리를 통하여 도래각 측정이 가능하다. In areas such as airports and borders, various radio wave detection systems are operated to protect communication systems, and finding the location of a radio wave transmission source is one of the important roles of the radio wave detection system. The location of the radio wave transmission source can be calculated by using the triangulation technique or information on the angle of arrival (angle at which the signal is received by the antenna) measured by the monitoring system for multiple radio waves. It arrives through signal processing for the radio waves received by the array antenna. Each measurement is possible.
Multiple Signal Classification(MUSIC)은 대표적인 도래각 측정 알고리즘이나, 신호의 도래각을 측정하기 위해서는 입력되는 신호의 개수를 미리 알아야 한다. 또한 기존의 도래각 측정 방식은 공분산 행렬의 고유값을 이용하여 신호의 개수를 측정하였다. 그러나 이와 같은 종래의 도래각 측정 방식은 입력 신호가 상관특성이 높은 경우 정확도가 크게 열화 된다는 문제점이 존재한다. 따라서, 잡음 부공간의 차원이 실제와 다르게 계산되어 신호의 도래각 측정 정확도가 낮아진다는 문제점이 존재한다. Multiple Signal Classification (MUSIC) is a representative angle of arrival measurement algorithm, but in order to measure the angle of arrival of a signal, the number of input signals must be known in advance. Also, in the conventional method of measuring the angle of arrival, the number of signals is measured using the eigenvalues of the covariance matrix. However, such a conventional method of measuring the angle of arrival has a problem that the accuracy is greatly deteriorated when the input signal has a high correlation characteristic. Therefore, there is a problem in that the dimension of the noise subspace is calculated differently from the actual one, and thus the accuracy of measuring the angle of arrival of the signal is lowered.
실시예에 따른 도래각 측정 장치 및 방법은 MUSIC 알고리즘을 이용하여 신호의 도래각을 측정할 때 고유값을 사용하지 않음으로써 상관 특성이 높은 복수의 신호가 수신되었을 경우에도 입력 신호의 개수와 도래각을 정확히 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다. The apparatus and method for measuring the angle of arrival according to the embodiment do not use the eigenvalue when measuring the angle of arrival of the signal using the MUSIC algorithm, so that even when a plurality of signals having high correlation characteristics are received, the number of input signals and the angle of arrival are It is to provide an apparatus and a method capable of accurately measuring a value.
실시예가 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the embodiment are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the description of the present invention.
실시예는 도래각 측정 장치로서, 복수의 안테나 소자를 포함하는 배열 안테나, 상기 배열 안테나에 수신된 입력 신호를 디지털 신호로 변환하는 수신부, 그리고 상기 디지털 신호를 이용하여 공간 스펙트럼을 생성하고, 상기 공간 스펙트럼의 첨두치를 이용하여 히스토그램을 생성하고, 상기 공간 스펙트럼의 첨두치의 카운트 수가 미리 설정된 임계 값 이상의 카운트 수를 가지는 빈(bin)을 이용하여 상기 수신된 입력 신호의 개수 및 상기 수신된 입력 신호의 도래각을 측정하는 신호 처리부를 포함한다. An embodiment is an angle of arrival measuring apparatus, comprising: an array antenna including a plurality of antenna elements, a receiver for converting an input signal received from the array antenna into a digital signal, and a spatial spectrum using the digital signal, and the space The histogram is generated by using the peak-to-peak value of the spectrum, and the number of the received input signals and the arrival of the received input signal are performed using a bin having a count number equal to or greater than a preset threshold. It includes a signal processing unit that measures the angle.
또한, 실시예에 따른 도래각 측정 장치의 상기 신호 처리부는, 상기 디지털 신호의 공간 스펙트럼을 반복 계산하여 첨두치를 누적하고, 상기 누적된 첨두치를 이용하여 상기 히스토그램을 생성할 수 있다. In addition, the signal processor of the apparatus for measuring an angle of arrival according to an embodiment may repeatedly calculate a spatial spectrum of the digital signal to accumulate a peak-to-peak value, and generate the histogram using the accumulated peak-to-peak value.
또한, 실시예에 따른 도래각 측정 장치의 상기 신호 처리부는, 상기 임계 값을 초과하는 카운트 수를 가지는 상기 히스토그램의 빈의 개수를 이용하여 수신된 신호의 개수를 측정할 수 있다. In addition, the signal processor of the apparatus for measuring an angle of arrival according to an embodiment may measure the number of received signals by using the number of bins of the histogram having a count exceeding the threshold value.
또한, 실시예에 따른 도래각 측정 장치의 상기 신호 처리부는, 상기 임계 값을 초과하는 빈의 원소의 평균 값을 구하여 도래각을 측정할 수 있다. In addition, the signal processing unit of the apparatus for measuring the angle of arrival according to the embodiment may measure the angle of arrival by obtaining an average value of the elements of the bin exceeding the threshold value.
또한, 실시예 따른 도래각 측정 방법은, 복수의 안테나 소자를 포함하는 배열 안테나를 이용하여 신호를 수신하는 단계, 수신부에서 상기 수신된 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계, 신호 처리부가 상기 디지털 신호를 이용하여 공간 스펙트럼을 생성하는 단계, 상기 신호 처리부가 상기 공간 스펙트럼의 첨두치를 이용하여 히스토그램을 생성하는 단계, 그리고 상기 신호 처리부가 상기 공간 스펙트럼의 첨두치의 카운트 수가 미리 설정된 임계 값 이상의 카운트 수를 가지는 빈(bin)을 이용하여 상기 수신된 입력 신호의 개수 및 상기 수신된 입력 신호의 도래각을 측정하는 단계를 포함한다. In addition, the method of measuring the angle of arrival according to the embodiment includes receiving a signal using an array antenna including a plurality of antenna elements, converting the received signal into a digital signal at a receiving unit, and a signal processing unit converting the digital signal. Generating a spatial spectrum by using, the signal processing unit generating a histogram using the peak-to-peak value of the spatial spectrum, and the signal processing unit having the number of counts equal to or greater than a preset threshold and measuring the number of the received input signals and the angle of arrival of the received input signals using (bin).
또한, 실시예에 따른 도래각 측정 방법의 상기 히스토그램을 생성하는 단계는, 상기 디지털 신호의 공간 스펙트럼을 반복 계산하여 첨두치를 누적하는 단계, 그리고 상기 누적된 첨두치를 이용하여 상기 히스토그램을 생성하는 단계를 더 포함한다. In addition, generating the histogram of the method for measuring the angle of arrival according to the embodiment includes accumulating peak-to-peak values by repeatedly calculating the spatial spectrum of the digital signal, and generating the histogram using the accumulated peak-to-peak values. Include more.
또한 실시예에 따른 도래각 측정 방법은, 상기 신호 처리부가 상기 임계 값을 초과하는 카운트 수를 가지는 상기 히스토그램의 빈의 개수를 이용하여 수신된 신호의 개수를 측정하는 단계를 더 포함한다. In addition, the method of measuring an angle of arrival according to an embodiment further includes the step of measuring, by the signal processing unit, the number of received signals by using the number of bins of the histogram having a count number exceeding the threshold value.
또한, 실시예에 따른 도래각 측정 방법은, 상기 신호 처리부가 상기 임계 값을 초과하는 빈의 원소의 평균 값을 구하여 도래각을 측정하는 단계를 더 포함한다. In addition, the method of measuring the angle of arrival according to the embodiment further includes the step of measuring the angle of arrival by obtaining, by the signal processing unit, an average value of the elements of the bin exceeding the threshold value.
실시예에 따른 도래각 측정 장치 및 방법은 MUSIC 알고리즘을 이용하여 신호의 도래각을 측정할 때 고유값을 사용하지 않음으로써 상관 특성이 높은 복수의 신호가 수신되었을 경우에도 입력 신호의 수와 도래각을 정확히 측정할 수 있는 효과가 있다.The apparatus and method for measuring the angle of arrival according to the embodiment do not use the eigenvalue when measuring the angle of arrival of the signal using the MUSIC algorithm, so that even when a plurality of signals having high correlation characteristics are received, the number of input signals and the angle of arrival are There is an effect that can be accurately measured.
도 1은 실시예에 따른 도래각 측정 장치의 개략적인 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는 실시예에 따른, 배열 안테나의 방향에 따른 전력 크기를 나타내는 공간 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 3는 실시예에 따른, 측정 도래각에 따른 공간 스펙트럼의 첨두치의 카운트 수를 나타내는 히스토그램을 나타내는 그래프의 예시이다.
도 4은 실시예에 따른 도래각 측정 방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an apparatus for measuring an angle of arrival according to an embodiment.
2 is a graph showing a spatial spectrum indicating a power magnitude according to a direction of an array antenna according to an embodiment.
3 is an example of a graph showing a histogram showing the number of counts of peak-to-peak values of a spatial spectrum according to a measurement angle of arrival according to an embodiment.
4 is a flowchart illustrating a flow of a method for measuring an angle of arrival according to an embodiment.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 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 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 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. Hereinafter, exemplary embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar reference numerals are assigned to the same or similar elements, and redundant descriptions thereof will be omitted. The suffixes "module" and "unit" for constituent elements used in the following description are given or used interchangeably in consideration of only the ease of preparation of the specification, and do not have meanings or roles that are distinguished from each other by themselves. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, when it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the subject matter of the embodiments disclosed in the present specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical idea disclosed in the present specification is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention It should be understood to include equivalents or substitutes.
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.Terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.
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.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. It should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
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.In this application, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof does not preclude in advance.
이하, 도 1을 참조하여 실시예에 따른 도래각 측정 장치를 설명한다. Hereinafter, an apparatus for measuring an angle of arrival according to an embodiment will be described with reference to FIG. 1.
도 1은 실시예에 따른 도래각 측정 장치의 개략적인 구성을 나타내는 구성도이다. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an apparatus for measuring an angle of arrival according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 도래각 측정 장치(1)는 배열 안테나(110), 수신부(120), 및 신호 처리부(130)를 포함한다. Referring to FIG. 1, an apparatus for measuring an angle of
배열 안테나(110)는 복수의 안테나 소자(101a~101e)를 포함한다. 설명의 편의를 위해 도 1에는 배열 안테나(110)가 5개의 안테나 소자(101a~101e)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 배열 안테나(110)는 5개 이상의 안테나 소자를 포함할 수 있다. The
복수의 안테나 소자(101a~101e) 각각은 입력 신호(S)를 수신하며, 수신된 입력 신호(S)는 아날로그 신호일 수 있다.Each of the plurality of
수신부(120)는 입력 신호(S)의 주파수를 변환하여 디지털 신호(Sd)를 생성한다. 따라서 수신부(120)는 복수의 안테나 소자(101a~101e) 각각에서 입력 신호(S)를 수신하기 위해서 복수의 안테나 소자(101a~101e)의 수에 대응하는 복수의 채널로 구성된다. The
신호 처리부(130)는 수신부(120)에서 생성된 디지털 신호(Sd)를 이용하여 공간 스펙트럼과 히스토그램을 생성하고, 히스토그램을 이용하여 수신된 입력 신호(S)의 개수 및 수신된 입력 신호(S)의 도래각을 계산한다. The
이하, 신호 처리부(130)가 입력 신호(S)의 개수 및 도래각을 계산하는 구체적 방법을 설명한다. Hereinafter, a specific method of calculating the number and angle of arrival of the input signals S by the
먼저, 신호 처리부(130)는 수신부(120)에서 생성된 디지털 신호(Sd)를 벡터의 형태로 변환한다. 그리고, 신호 처리부(130)는 벡터를 이용하여 공분산 행렬(R)을 계산한다. 신호 처리부(130)가 계산한 공분산 행렬(R)은 이하의 수학식 1과 같다. First, the
[수학식 1][Equation 1]
여기에서 x(i)는 디지털 신호의 벡터, N은 샘플 수를 의민한다. Here, x(i) is the vector of the digital signal, and N is the number of samples.
신호 처리부(130)는 벡터를 이용하여 계산한 공분산 행렬(R)을 고유분해한다. 이러한 고유분해는 이하의 수학식 2와 같다. The
[수학식 2][Equation 2]
여기서 λ는 고유값, v는 고유벡터를 의미한다. Here, λ is an eigenvalue and v is an eigenvector.
신호 처리부(130)는 고유벡터(v)를 이용하여 입력 신호(S)의 수가 D개 일 때의 잡음 부공간(vN)과 신호 부공간(vS)을 계산할 수 있으며, 이하의 수학식 3을 이용하여 계산할 수 있다. The
[수학식 3][Equation 3]
여기에서 D는 입력된 신호(S)의 수, M은 안테나 소자의 수 이다.Here, D is the number of input signals S, and M is the number of antenna elements.
신호 처리부(130)는 입력된 신호(S)의 개수가 1개인 경우부터 M-1개인 경우에 대해 모든 차원의 잡음 부공간(vk)을 계산할 수 있다. 계산된 모든 차원의 잡음 부공간(vk)은 이하의 수학식 4와 같다. The signal processing unit 130 may calculate noise subspaces (v k ) of all dimensions from a case where the number of input signals S is 1 to M-1. The noise subspace (v k ) of all the calculated dimensions is shown in Equation 4 below.
[수학식 4][Equation 4]
여기에서 vk는 입력 신호(S)의 수가 k개 일 때의 잡음 부공간, M은 안테나 소자 수, k는 입력된 신호의 수(k=1, 2,……, M-1)를 의미한다. Here, v k is the noise subspace when the number of input signals (S) is k, M is the number of antenna elements, and k is the number of input signals (k=1, 2,……, M-1). do.
신호 처리부(130)는 모든 차원의 잡음 부공간(vk)을 이용하여 공간 스펙트럼을 계산할 수 있다. 공간 스펙트럼은 배열 안테나(110)의 방향에 따른 전력 크기를 나타낸다. 따라서 스펙트럼 상의 첨두치는 입력 신호(S)가 존재함을 뜻한다. The
공간 스펙트럼(Pk(θ))은 이하의 수학식 5와 같다.The spatial spectrum (P k (θ)) is as shown in Equation 5 below.
[수학식 5][Equation 5]
여기에서 a(θ)는 배열 안테나(110) 조향 벡터를 의미하며, 배열 안테나(110)의 조향 벡터는 배열 안테나의 물리적 특성에 의하여 결정된다.Here, a(θ) denotes a steering vector of the
신호 처리부(130)는 공간 스펙트럼의 첨두치를 이용하여 히스토그램을 생성하며, 공간 스펙트럼을 반복 계산하여 첨두치를 누적한다. 신호 처리부(130)는 누적된 첨두치를 이용하여 히스토그램을 생성할 수 있다. The
누적된 첨두치는 입력 신호(S)의 수가 1개에서 M-1개 일 때 공간 스펙트럼에서 획득된 결과이다. 실제 입력 신호(S)의 방향에 대응되는 배열 안테나(110)의 각도 범위에서는 첨두치의 위치가 반복된다. The accumulated peak value is a result obtained in the spatial spectrum when the number of input signals S is 1 to M-1. In the angular range of the
따라서, 반복 수집된 첨두치의 카운트 수로써 히스토그램을 구성하면 실제 입력 신호(S)가 존재하는 각도 범위에서의 카운트 수가 높게 나타난다. 그러므로, 신호 처리부(130)는 첨두치의 카운트 수가 미리 설정된 임계 값을 초과하는 빈(bin)의 개수를 이용하여 입력 신호(S)의 개수를 측정할 수 있다. Therefore, when a histogram is constructed with the number of counts of the peak-to-peak values repeatedly collected, the number of counts in the angular range in which the actual input signal S exists is high. Therefore, the
또한, 신호 처리부(130)는 임계 값을 초과하는 빈에 포함된 원소의 평균 값을 획득하여 도래각을 측정할 수 있다. 신호 처리부(130)가 도래각을 측정하는 구체적인 방법은 후술한다. Also, the
이하, 도 2를 참조하여 실시예에 따른 신호 처리부(130)가 공간 스펙트럼을 이용하여 입력 신호(S)의 개수를 카운트하는 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of counting the number of input signals S using a spatial spectrum by the
도 2는 실시예에 따른, 배열 안테나의 방향에 따른 전력 크기를 나타내는 공간 스펙트럼을 도시한 그래프이다. 2 is a graph showing a spatial spectrum indicating a power magnitude according to a direction of an array antenna according to an embodiment.
도 2를 참조하면, x축은 배열 안테나(110)의 각도를 나타내고, y축은 배열 안테나(110)의 방향에 따른 전력 크기를 나타낸다. 입력 신호(S)가 존재하는 방향에서는 공간 스펙트럼의 전력 세기가 크게 나타난다. 따라서, 공간 스펙트럼의 첨두치(P1, P2)가 측정되는 각도에 입력 신호(S)가 존재할 가능성이 높다는 것을 의미한다. Referring to FIG. 2, the x-axis represents the angle of the
신호 처리부(130)는 측정된 2개의 첨두치에 따라 입력 신호(S)를 2개로 카운트할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리부(130)는 제1 각도(-52°)에서 제1 첨두치(P1), 제2 각도(42°)에서 제2 첨두치(P2)를 측정한다. 신호 처리부(130)는, 측정된 제1 첨두치(P1) 및 측정된 제2 첨두치(P2)의 개수에 따라 입력 신호(S)가 2개인 것으로 카운트할 수 있다.The
또한, 신호 처리부(130)는 공간 스펙트럼을 반복 계산하여, 첨두치 및 첨두치가 측정되는 각도를 누적하여 저장하고 저장된 첨두치의 개수를 이용하여 히스토그램을 생성할 수 있다. In addition, the
이하, 도 3을 참조하여 실시예에 따른 신호 처리부(130)가 첨두치의 카운트 수를 누적하여 입력 신호(S)의 개수를 측정하고 도래각을 측정하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of measuring the number of input signals S by accumulating the number of peak-to-peak counts and measuring the angle of arrival by the
도 3은 실시예에 따른, 측정 도래각에 따른 공간 스펙트럼의 첨두치의 카운트 수를 나타내는 히스토그램을 나타내는 그래프의 예시이다.3 is an example of a graph showing a histogram showing the number of counts of peak-to-peak values of a spatial spectrum according to a measurement angle of arrival according to an embodiment.
도 3을 참조하면, x축은 측정 도래각을 나타내며, 측정 도래각은 배열 안테나(110)의 각도에 대응될 수 있다. 빈(bin)은 10°의 간격으로 설정될 수 있다. Referring to FIG. 3, the x-axis represents a measurement angle of arrival, and the measurement angle of arrival may correspond to an angle of the
y축은 공간 스펙트럼의 첨두치의 누적 카운트 수를 나타낸다. The y-axis represents the cumulative count of the peak-to-peak value of the spatial spectrum.
신호 처리부(130)는 소정의 빈에 포함된 첨두치의 카운트 수를 누적하고 누적된 카운트 수를 임계 값(th)과 비교한다. 신호 처리부(130)는 임계 값(th)을 초과한 누적 카운트에 대응하는 빈의 개수를 입력 신호(S)의 개수로 측정한다. The
예를 들어, 신호 처리부(130)는 제1 빈(B1)에 포함된 첨두치의 카운트 수를 누적한다. 구체적으로, -50°~-40°간격에 포함된 l1개의 누적 카운트 수와 임계 값(th)을 비교한다. l1개의 누적 카운트 수는 임계 값(th)을 초과하므로, 신호 처리부(130)는 제1 빈(B1)에 대응하여 입력 신호(S)의 개수를 카운트 한다. For example, the
또한, 신호 처리부(130)는 제2 빈(B2)에 포함된 첨두치의 카운트 수를 누적한다. 구체적으로, -20°~-10°간격에 포함된 l2개의 누적 카운트 수와 임계 값(th)을 비교한다. l2개의 누적 카운트 수는 임계 값(th)을 초과하므로, 신호 처리부(130)는 제2 빈(B2)에 대응하여 입력 신호(S)의 개수를 카운트 한다. In addition, the
이러한 방법으로, 신호 처리부(130)는 제1 빈(B1) 및 제2 빈(B2)에 따라 입력 신호(S)의 개수를 2로 카운트 한다. In this way, the
또한, 신호 처리부(130)는 임계 값(th)을 초과하는 카운트 수를 가지는 빈에 포함된 원소의 평균 값을 이용하여 도래각을 측정할 수 있다. 이러한 원소는 도 2를 참조하여 설명한 공간 스펙트럼의 첨두치의 측정 각도에 대응한다. 원소의 평균 값은 아래의 수학식 6과 같이 정의된다. In addition, the
[수학식 6][Equation 6]
여기에서 θ1, θ2는도래각, y1(i),y2(i)는 해당 빈의 원소, l1,l2는 원소의 개수를 의미한다. Here, θ 1 and θ 2 are the angles of arrival, y 1 (i), y 2 (i) are the elements of the bin, and l 1 and l 2 are the number of elements.
예를 들어, 수학식 6을 이용하여 제1 빈(B1)에 포함된 l1개의 원소(y1(i))의 평균 값으로 제1 도래각(θ1)을 측정할 수 있다. For example, it is possible to measure a first arrival angle (θ 1) to the average value of l 1 of elements (y 1 (i)) contained in the first bin (B1) using the equation (6).
또한, 수학식 6을 이용하여 제2 빈(B2)에 포함된 l2개의 원소(y2(i))의 평균 값으로 제2 도래각(θ2)을 측정할 수 있다. In addition, the second angle of arrival θ 2 may be measured as an average value of l 2 elements y 2 (i) included in the second bin B2 using Equation 6.
이러한 방식으로, 신호 처리부(130)는 두 개의 입력 신호(S)의 각각의 제1 도래각(θ1)과 제2 도래각(θ2)을 측정할 수 있다. In this way, the
설명의 편의를 위해, 도3의 히스토그램에는 2개의 신호만 표시되었으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 임계 값을 초과하는, 2개 이상의 입력 신호의 개수 및 입력 신호의 도래각을 측정할 수 있다. For convenience of explanation, only two signals are displayed in the histogram of FIG. 3, but embodiments are not limited thereto, and the number of two or more input signals exceeding a threshold value and an angle of arrival of the input signals may be measured.
설명의 편의를 위해, 신호 처리부(130)가 2개의 입력 신호(S)를 카운트 하고 2개의 입력 신호(S)의 도래각을 측정하는 것으로 설명하였으나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. For convenience of explanation, it has been described that the
또한, 빈(bin)은 10°의 간격을 가진 것으로 설명하였으나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. In addition, although it has been described that the bin has an interval of 10°, the embodiment is not limited thereto.
이하, 도 4를 참조하여 실시예에 따른 도래각 측정 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of measuring an angle of arrival according to an embodiment will be described with reference to FIG. 4.
도 4는 실시예에 따른 도래각 측정 방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 4 is a flowchart illustrating a flow of a method for measuring an angle of arrival according to an exemplary embodiment.
도 4를 참조하면, 단계(S210)에서, 배열 안테나(110)를 이용하여 입력 신호(S)를 수신한다. 배열 안테나(110)는 복수의 안테나 소자(101a~101e)를 포함하며, 복수의 안테나 소자(101a~101e) 각각은 입력 신호(S)를 수신한다. 입력 신호(S)는 아날로그 신호일 수 있다. Referring to FIG. 4, in step S210, an input signal S is received using an
단계(S220)에서, 수신부(120)가 배열 안테나(110)를 이용하여 수신된 입력 신호(S)의 주파수를 변환하여 디지털 신호(Sd)를 생성한다. In step S220, the receiving
단계(S230)에서, 신호 처리부(130)는 수신부(120)에서 생성된 디지털 신호(Sd)를 이용하여 공간 스펙트럼을 생성한다. In step S230, the
먼저, 신호 처리부(130)는 수신부(120)에서 생성된 디지털 신호(Sd)를 벡터의 형태로 변환한다. 그리고, 신호 처리부(130)는 벡터를 이용하여 공분산 행렬(R)을 수학식 1을 이용하여 계산한다. First, the
신호 처리부(130)는 벡터를 이용하여 계산한 공분산 행렬(R)을 수학식 2를 이용하여 고유분해한다. The
신호 처리부(130)는 고유벡터(v)를 이용하여 입력 신호(S)의 수가 D개 일 때의 잡음 부공간(vN)과 신호 부공간(vS)을 수학식 3을 이용하여 계산할 수 있다. The signal processing unit 130 can calculate the noise subspace (v N ) and the signal subspace (v S ) when the number of input signals (S) is D using the eigenvector (v) using Equation 3. have.
또한, 신호 처리부(130)는 수학식 4를 이용하여 입력 신호(S)의 개수가 1개인 경우부터 M-1개인 경우에 대해 모든 차원의 잡음 부공간(vk)을 계산할 수 있다. 신호 처리부(130)는 계산된 모든 차원의 잡음 부공간(vk)과 수학식 5를 이용하여 공간 스펙트럼(Pk(θ))을 계산할 수 있다. In addition, the signal processing unit 130 may calculate noise subspaces (v k ) of all dimensions from a case where the number of input signals S is 1 to a case of M-1 using Equation (4). The
공간 스펙트럼은 배열 안테나(110)의 방향에 따른 전력 크기를 나타낸다. 따라서 공간 스펙트럼 상의 첨두치는 입력 신호(S)가 존재할 가능성이 높음을 의미한다. 따라서, 신호 처리부(130)는 공간 스펙트럼의 첨두치를 누적하고, 누적된 첨두치를 이용하여 히스토그램을 생성할 수 있다. The spatial spectrum represents the power magnitude according to the direction of the
단계(S240)에서, 신호 처리부(130)가 공간 스펙트럼을 이용하여 획득한 첨두치를 이용하여 히스토그램을 생성하며, 공간 스펙트럼을 반복하여 계산하여 누적된 첨두치를 이용하여 히스토그램을 생성할 수 있다. In step S240, the
누적된 첨두치는 입력 신호(S)의 수가 1개에서 M-1개 일 때 공간 스펙트럼에서 획득된 결과이다. 실제 입력 신호(S)의 방향에 대응되는 배열 안테나(110)의 각도 범위에서는 첨두치의 위치가 반복된다. The accumulated peak value is a result obtained in the spatial spectrum when the number of input signals S is 1 to M-1. In the angular range of the
따라서, 반복 수집된 첨두치의 카운트 수로써 히스토그램을 구성하면 입력 신호(S)가 존재하는 각도 범위에서 카운트 수가 높게 나타난다. 그러므로, 신호 처리부(130)는 첨두치의 카운트 수가 미리 설정된 임계 값을 초과하는 빈(bin)의 개수 및 빈의 원소를 이용하여 입력 신호(S)의 개수 및 입력 신호(S)의 도래각을 측정할 수 있다. Accordingly, when a histogram is constructed with the number of counts of the peak-to-peak values repeatedly collected, the number of counts appears high in the angular range in which the input signal S exists. Therefore, the
단계(S250)에서, 신호 처리부(130)는 히스토그램의 소정의 빈에 포함된 첨두치의 카운트 수를 누적하고 누적된 카운트 수를 임계 값과 비교한다. 신호 처리부(130)는 임계 값을 초과한 누적 카운트에 대응하는 빈의 개수를 입력 신호(S)의 개수로 측정한다. In step S250, the
또한, 신호 처리부(130)는 임계 값을 초과하는 카운트 수를 가지는 빈에 포함된 원소의 평균 값을 이용하여 도래각을 측정할 수 있으며, 원소의 평균 값은 수학식 6을 이용하여 계산한다. In addition, the
이상에서 본 발명의 실시예에 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 속하는 것이다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 안되 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.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights. Therefore, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects, but should be considered as illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.
1: 도래각 측정 장치 S: 입력 신호
Sd: 디지털 신호 th: 임계 값
101a, 101b, 101c, 101d, 101e: 안테나 소자 110: 배열 안테나
120: 수신부 130: 신호 처리부1: angle of arrival measuring device S: input signal
SD: digital signal th: threshold
101a, 101b, 101c, 101d, 101e: antenna element 110: array antenna
120: receiving unit 130: signal processing unit
Claims (8)
상기 배열 안테나에 수신된 입력 신호를 디지털 신호로 변환하는 수신부, 그리고
상기 디지털 신호를 이용하여 공간 스펙트럼을 생성하고, 상기 공간 스펙트럼의 첨두치를 이용하여 히스토그램을 생성하고, 상기 공간 스펙트럼의 첨두치의 카운트 수가 미리 설정된 임계 값 이상의 카운트 수를 가지는 빈(bin)을 이용하여 상기 수신된 입력 신호의 개수 및 상기 수신된 입력 신호의 도래각을 측정하는 신호 처리부
를 포함하는, 도래각 측정 장치.Array antenna including a plurality of antenna elements,
A receiver for converting the input signal received by the array antenna into a digital signal, and
Generate a spatial spectrum using the digital signal, generate a histogram using the peak-to-peak value of the spatial spectrum, and use a bin having a count number equal to or greater than a preset threshold Signal processing unit for measuring the number of received input signals and the angle of arrival of the received input signals
Containing, the angle of arrival measuring device.
상기 신호 처리부는,
상기 디지털 신호의 공간 스펙트럼을 반복 계산하여 첨두치를 누적하고, 상기 누적된 첨두치를 이용하여 상기 히스토그램을 생성하는, 도래각 측정 장치.The method of claim 1,
The signal processing unit,
An angle of arrival measuring apparatus for accumulating a peak-to-peak value by repeatedly calculating the spatial spectrum of the digital signal, and generating the histogram using the accumulated peak-to-peak value.
상기 신호 처리부는,
상기 임계 값을 초과하는 카운트 수를 가지는 상기 히스토그램의 빈의 개수를 이용하여 수신된 신호의 개수를 측정하는, 도래각 측정 장치.The method of claim 2,
The signal processing unit,
An angle of arrival measuring apparatus for measuring the number of received signals by using the number of bins of the histogram having a count exceeding the threshold value.
상기 신호 처리부는, 상기 임계 값을 초과하는 빈의 원소의 평균 값을 구하여 도래각을 측정하는, 도래각 측정 장치.The method of claim 3,
The signal processing unit measures the angle of arrival by obtaining an average value of the elements of the bin exceeding the threshold value.
수신부에서 상기 수신된 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계,
신호 처리부가 상기 디지털 신호를 이용하여 공간 스펙트럼을 생성하는 단계,
상기 신호 처리부가 상기 공간 스펙트럼의 첨두치를 이용하여 히스토그램을 생성하는 단계, 그리고
상기 신호 처리부가 상기 공간 스펙트럼의 첨두치의 카운트 수가 미리 설정된 임계 값 이상의 카운트 수를 가지는 빈(bin)을 이용하여 상기 수신된 입력 신호의 개수 및 상기 수신된 입력 신호의 도래각을 측정하는 단계
를 포함하는, 도래각 측정 방법.Receiving a signal using an array antenna including a plurality of antenna elements,
Converting the received signal into a digital signal in a receiving unit,
Generating a spatial spectrum using the digital signal by a signal processing unit,
Generating a histogram using the peak-to-peak value of the spatial spectrum by the signal processing unit, and
The signal processing unit measuring the number of the received input signals and the angle of arrival of the received input signals using bins having the number of counts of the peak-to-peak value of the spatial spectrum using a bin having a count number equal to or greater than a preset threshold value.
Containing, the angle of arrival measurement method.
상기 히스토그램을 생성하는 단계는,
상기 디지털 신호의 공간 스펙트럼을 반복 계산하여 첨두치를 누적하는 단계, 그리고
상기 누적된 첨두치를 이용하여 상기 히스토그램을 생성하는 단계
를 더 포함하는, 도래각 측정 방법.The method of claim 5,
Generating the histogram,
Accumulating peak-to-peak values by iteratively calculating the spatial spectrum of the digital signal, and
Generating the histogram using the accumulated peak-to-peak values
The method of measuring the angle of arrival further comprising.
상기 신호 처리부가 상기 임계 값을 초과하는 카운트 수를 가지는 상기 히스토그램의 빈의 개수를 이용하여 수신된 신호의 개수를 측정하는 단계
를 더 포함하는, 도래각 측정 방법.The method of claim 6,
Measuring, by the signal processing unit, the number of received signals using the number of bins of the histogram having a count number exceeding the threshold value
The method of measuring the angle of arrival further comprising.
상기 신호 처리부가 상기 임계 값을 초과하는 빈의 원소의 평균 값을 구하여 도래각을 측정하는 단계
를 더 포함하는, 도래각 측정 방법.
The method of claim 7,
The signal processing unit measuring the angle of arrival by obtaining an average value of the elements of the bin exceeding the threshold
The method of measuring the angle of arrival further comprising.
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