KR102511555B1 - 추정치 갱신 시간을 줄이기 위한 순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치 및 방법 - Google Patents

추정치 갱신 시간을 줄이기 위한 순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치 및 방법 Download PDF

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양희성
황규영
권보준
박진성
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국방과학연구소
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    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array

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Abstract

순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치는 빔 정보, 빔조향 영역 위치 및 크기 정보 및 요구된 각도 추정치 갱신 시간을 포함하는 입력 정보 또는 갱신 정보를 입력받는 정보 처리부, 및 상기 입력 정보에 따른 빔조향각 정보 전체 집합 및 시간 전체 집합의 초기값을 설정하고, 상기 갱신 정보를 이용하여 상기 빔조향각 정보 전체 집합의 부분 집합과 상기 시간 전체 집합의 부분 집합을 선택하여 갱신함으로써 상기 빔조향각 정보 전체 집합 및 상기 시간 전체 집합을 갱신하고, 갱신된 빔조향각 정보 전체 집합과 갱신된 시간 전체 집합에 대응되는 원시 데이터를 이용한 무게 중심을 계산하여 갱신된 각도 추정치를 산출하는 각도 추정부를 포함한다.

Description

추정치 갱신 시간을 줄이기 위한 순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치 및 방법{SEQUENTIAL BEAM STEERING-BASED ANGLE ESTIMATION APPARATUS AND METHOD FOR REDUCING ESTIMATE UPDATE PERIOD}
본 발명은 추정치 갱신 시간을 줄이기 위한 순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.
안테나를 포함하고 빔을 형성할 수 있는 무선 주파수 대역 센서 시스템을 이용하여 수신 신호의 도래각을 추정하고자 할 때, 순차적으로 다양한 각도에 대해 빔을 조향한 후 얻어진 신호들의 세기에 가중치를 두어 그 무게 중심으로부터 각도를 추정하는 무게 중심 계산법이 적용될 수 있다.
무게 중심 계산법을 적용하기 위해서는 도 1에 예시한 바와 같이 각도 추정 축(예를 들어, 방위각 및 고각)별로 2개 이상의 빔(B1, B2, B3, B4)에 대한 수신 신호가 확보되어야 한다. 신호 대 잡음비(Signal to noise ratio, SNR)가 낮은 경우, 각 빔별 머무는 시간(Beam dwell time)을 늘리고 그 시간 동안 수신된 신호를 적분(Integration)하여 원시 데이터(Raw data)의 신뢰도를 높여야 정확한 각도 추정이 수행될 수 있다. 하지만 시스템이 빠른 각도 추정치 갱신을 요구하는 경우, 일반적인 순차적 빔조향을 수행하면서 각도 추정에 필요한 모든 빔에 대해 갱신을 수행하면 충분한 적분 시간을 확보할 수 없어 정확한 각도 추정이 수행될 수 없다. 예를 들어, 한 시스템이 2.5 Hz의 방위각 및 고각 추정치 갱신을 요구한다고 가정하면 4개 빔을 이용할 경우 각 빔별 머무는 시간은 0.1초 이하로 제한된다. 즉, 원시 데이터의 신뢰도를 확보하기 위해 요구되는 적분 시간이 0.1초보다 확연히 크다면 결과적으로 정확한 각도 추정이 수행될 수 없다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 빔조향을 선택적으로 갱신하여 각 빔별 머무는 시간(즉, 원시 데이터 신뢰도)을 확보하면서 최종적으로 각도 추정치 갱신 주기를 빠르게 만드는 빔조향과 이에 대응하여 선택적으로 갱신된 원시 데이터를 이용한 무게 중심을 계산하여 각도를 추정하는 순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치는 빔 정보, 빔조향 영역 위치 및 크기 정보 및 요구된 각도 추정치 갱신 시간을 포함하는 입력 정보 또는 갱신 정보를 입력받는 정보 처리부, 및 상기 입력 정보에 따른 빔조향각 정보 전체 집합 및 시간 전체 집합의 초기값을 설정하고, 상기 갱신 정보를 이용하여 상기 빔조향각 정보 전체 집합의 부분 집합과 상기 시간 전체 집합의 부분 집합을 선택하여 갱신함으로써 상기 빔조향각 정보 전체 집합 및 상기 시간 전체 집합을 갱신하고, 갱신된 빔조향각 정보 전체 집합과 갱신된 시간 전체 집합에 대응되는 원시 데이터를 이용한 무게 중심을 계산하여 갱신된 각도 추정치를 산출하는 각도 추정부를 포함한다.
상기 각도 추정부는 상기 초기값에 대응되는 빔조향각 정보 전체 집합 및 시간 전체 집합 내의 모든 원소에 대응되는 빔조향을 수행하여 수신된 원시 데이터를 이용한 무게 중심을 계산하여 초기의 각도 추정치를 산출할 수 있다.
상기 각도 추정부는 상기 초기의 각도 추정치를 상기 갱신된 각도 추정치로 갱신할 수 있다.
상기 각도 추정부는 현재의 각도 추정치와 차이가 일정치 이상인 빔조향각 또는 탐색이 요구되는 신호원의 예상 위치 및 불확실성 영역에 대응되는 각도와 차이가 일정치 이상인 빔조향각을 선택하여 상기 빔조향각 정보 전체 집합의 부분 집합을 구성할 수 있다.
상기 각도 추정부는 상기 빔조향각 정보 전체 집합에 속한 빔조향각들이 현재의 각도 추정치를 중심으로 고르게 분포하거나, 또는 탐색이 요구되는 신호원의 예상 위치 및 불확실성 영역을 상기 빔조향각 정보 전체 집합을 기반으로 조향된 전체 빔의 영역이 커버할 수 있도록 상기 빔조향각 정보 전체 집합의 부분 집합의 갱신 결과를 산출할 수 있다.
상기 각도 추정부는 지속적으로 크기가 큰 신호가 관측되는 영역에 조향된 빔 또는 사용자에 의해 우선순위가 높게 설정된 빔에 더 많은 조향 시간을 할당하여 상기 시간 전체 집합의 부분 집합을 갱신할 수 있다.
상기 빔 정보는 빔별 조향 시각 및 순서, 빔별 각도 추정치와 빔조향각 간의 차이를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 순차적 빔조향 기반 각도 추정 방법은 빔 정보, 빔조향 영역 위치 및 크기 정보 및 요구된 각도 추정치 갱신 시간을 포함하는 입력 정보에 따른 빔조향각 정보 전체 집합 및 시간 전체 집합의 초기값을 설정하는 단계, 상기 입력 정보에 대한 갱신 정보를 이용하여 상기 빔조향각 정보 전체 집합의 부분 집합과 상기 시간 전체 집합의 부분 집합을 선택하여 갱신함으로써 상기 빔조향각 정보 전체 집합 및 상기 시간 전체 집합을 갱신하는 단계, 및 갱신된 빔조향각 정보 전체 집합과 갱신된 시간 전체 집합에 대응되는 원시 데이터를 이용한 무게 중심을 계산하여 갱신된 각도 추정치를 산출하는 단계를 포함한다.
상기 순차적 빔조향 기반 각도 추정 방법은 상기 초기값에 대응되는 빔조향각 정보 전체 집합 및 시간 전체 집합 내의 모든 원소에 대응되는 빔조향을 수행하여 수신된 원시 데이터를 이용한 무게 중심을 계산하여 초기의 각도 추정치를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 초기의 각도 추정치는 상기 갱신된 각도 추정치로 갱신될 수 있다.
현재의 각도 추정치와 차이가 일정치 이상인 빔조향각 또는 탐색이 요구되는 신호원의 예상 위치 및 불확실성 영역에 대응되는 각도와 차이가 일정치 이상인 빔조향각을 선택하여 상기 빔조향각 정보 전체 집합의 부분 집합을 구성할 수 있다.
상기 빔조향각 정보 전체 집합에 속한 빔조향각들이 현재의 각도 추정치를 중심으로 고르게 분포하거나, 또는 탐색이 요구되는 신호원의 예상 위치 및 불확실성 영역을 상기 빔조향각 정보 전체 집합을 기반으로 조향된 전체 빔의 영역이 커버할 수 있도록 상기 빔조향각 정보 전체 집합의 부분 집합의 갱신 결과를 산출할 수 있다.
지속적으로 크기가 큰 신호가 관측되는 영역에 조향된 빔 또는 사용자에 의해 우선순위가 높게 설정된 빔에 더 많은 조향 시간을 할당하여 상기 시간 전체 집합의 부분 집합을 갱신할 수 있다.
상기 빔 정보는 빔별 조향 시각 및 순서, 빔별 각도 추정치와 빔조향각 간의 차이를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 순차적 빔조향 기반 각도 추정 방법은 빔 정보, 빔조향 영역 위치 및 크기 정보 및 요구된 각도 추정치 갱신 시간을 포함하는 정보에 따라 복수의 순차적 빔조향 중에서 갱신될 빔조향을 선택하는 단계, 선택된 빔 조향에 대한 빔조향각과 빔 머무는 시간을 갱신하여 갱신된 빔조향을 생성하는 단계, 상기 갱신된 빔조향을 이용하여 선택적으로 빔조향 후 원시 데이터를 갱신하는 단계, 및 상기 갱신된 빔조향을 포함하는 복수의 순차적 빔조향 중에서 각도 추정에 사용될 빔조향과 원시 데이터 쌍을 선택하고 가중치를 차등하여 무게 중심 기반으로 각도 추정치를 계산하는 단계를 포함한다.
상기 빔 정보는 빔별 조향 시각 및 순서, 빔별 각도 추정치와 빔조향각 간의 차이를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치 및 방법은 빔조향을 선택적으로 갱신하여 각 빔별 원시 데이터 신뢰도를 확보하면서 각도 추정치 갱신 주기를 빠르게 할 수 있다.
도 1은 각도 추정을 위한 순차적 빔조향의 일 예를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 순차적 빔조향 기반 각도 추정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 순차적 빔조향 기반 각도 추정 방법에 대한 개념도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도 2 내지 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치 및 방법에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치를 나타내는 블록도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 순차적 빔조향 기반 각도 추정 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 순차적 빔조향 기반 각도 추정 방법에 대한 개념도이다.
도 2 내지 4를 참조하면, 순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치(100)는 빔조향을 선택적으로 갱신하여 각 빔별 머무는 시간(즉, 원시 데이터 신뢰도)을 확보하면서 최종적으로 각도 추정치 갱신 주기를 빠르게 만드는 빔조향과 이에 대응하여 선택적으로 갱신된 원시 데이터를 이용한 무게 중심을 계산하여 각도를 추정하는 장치로써, 안테나부(110), 빔조향 제어부(120), 정보 처리부(130) 및 각도 추정부(140)를 포함할 수 있다.
안테나부(110)는 조향된 빔을 통해 신호를 송수신하는 장치이다. 안테나부(110)는 복수의 안테나 소자를 포함할 수 있으며, 복수의 안테나 소자는 일정한 간격으로 배열될 수 있다. 즉, 안테나부(110)는 배열 안테나를 포함할 수 있다.
빔조향 제어부(120)는 입력/갱신 정보 및 각도 추정치를 이용하여 빔조향을 제어하는 장치이다. 입력/갱신 정보는 빔 정보, 빔조향 영역 위치 및 크기 정보, 요구된 각도 추정치 갱신 시간 등을 포함할 수 있다. 입력/갱신 정보는 정보 처리부(130)에서 실시간으로 획득 및 갱신되는 정보이다.
정보 처리부(130)는 입력/갱신 정보를 초기화 과정을 통해 메모리에 입력하거나 외부 통신 인터페이스 또는 별도의 센서 시스템을 통해 실시간으로 획득 및 갱신하고, 획득 및 갱신된 입력/갱신 정보를 각도 추정부(140)에 제공할 수 있다.
각도 추정부(140)는 빔별 신호에 대한 무게 중심 계산을 수행하여 각도를 추정하는 장치이다. 빔조향을 위한 정보 갱신에 외부 정보를 이용하지 않는다면 정보 처리부(130)와 각도 추정부(140)는 통합되어 구성될 수 있다.
정보 처리부(130)는 정보를 입력받는다(S110). 정보 처리부(130)에 입력되는 정보는 빔 정보, 빔조향 영역 위치 및 크기 정보, 요구된 각도 추정치 갱신 시간 등을 포함할 수 있다. 빔 정보는 빔별 조향 시각 및 순서, 빔별 각도 추정치와 빔조향각 간의 차이를 포함할 수 있다. 초기에 입력되는 정보를 초기 정보라 할 수 있다.
이하, k번째 각도 추정치를
Figure 112021123064362-pat00001
라 하고, k번째 각도 추정치 갱신을 위해 사용될 n번째 빔조향각 정보를
Figure 112021123064362-pat00002
라 하고, 빔조향각 정보 전체 집합을
Figure 112021123064362-pat00003
라 하고,
Figure 112021123064362-pat00004
에 대응되는 빔이 머무는 시간을
Figure 112021123064362-pat00005
라 하고, 빔이 머무는 시간 전체 집합을
Figure 112021123064362-pat00006
라 한다. 여기서
Figure 112021123064362-pat00007
의 빔조향각 정보는
Figure 112021123064362-pat00008
를 기준으로 하는 상대 빔조향각을 의미하며, 초기값인
Figure 112021123064362-pat00009
,
Figure 112021123064362-pat00010
,
Figure 112021123064362-pat00011
는 미리 알고 있는 값이다.
Figure 112021123064362-pat00012
과
Figure 112021123064362-pat00013
는 2차원 각도 추정 시 고각과 방위각의 경우처럼 각각 쌍으로 존재할 수 있다.
각도 추정부(140)는 정보에 따른 빔조향각 정보 전체 집합
Figure 112021123064362-pat00014
및 시간 전체 집합의 초기값
Figure 112021123064362-pat00015
을 설정한다(S120). 이때, 각도 추정부(140)는 카운트 변수(counter variable)를 0으로 설정할 수 있다(k=0).
각도 추정부(140)는 초기값에 의한 빔조향을 수행하고, 각도 추정부(140)는 초기값에 의한 빔조향 후 수신된 원시 데이터를 이용한 무게 중심을 계산하여 각도 추정치
Figure 112021123064362-pat00016
를 산출할 수 있다(S130). 다시 말해, 각도 추정부(140)는 빔조향각 정보 전체 집합 및 시간 전체 집합의 초기값 내의 모든 원소에 대응되는 빔조향을 수행하거나, 또는 빔조향각 정보 전체 집합의 일부(부분 집합) 및 시간 전체 집합의 일부(부분 집합)에 대응되는 빔조향을 수행할 수 있다. 각도 추정부(140)는 빔조향에 따라 수신된 원시 데이터를 이용한 무게 중심을 계산하여 초기의 각도 추정치
Figure 112021123064362-pat00017
를 산출할 수 있다. 이때, 무게 중심 계산을 위한 원시 데이터별 가중치는 원시 데이터의 세기, 생성 시각, 대응되는 빔별 머무는 시간에 따라 차등될 수 있다. 만약, 초기의 각도 추정치
Figure 112021123064362-pat00018
를 계산하기 위해
Figure 112021123064362-pat00019
개의 빔이 선택되었고 대응되는 빔 인덱스가
Figure 112021123064362-pat00020
라면 초기의 각도 추정치
Figure 112021123064362-pat00021
는 수학식 1과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112021123064362-pat00022
여기서,
Figure 112021123064362-pat00023
는 빔별 수신 신호 값(원시 데이터)을 이용하여 구한 가중치로써 전체 합이 1이 되어야 한다. 가중치의 경우, 빔에 대응되는 원 데이터의 세기가 클수록 또는 생성 시각(빔조향 시각)이 최근일수록 또는 빔 머무는 시간이 길수록 큰 값으로 설정될 수 있다.
각도 추정부(140)는 카운터 변수를 1 증가시킨다(k=k+1)(S140).
정보 처리부(130)는 정보를 갱신한다(S150). 갱신된 정보는 빔 정보, 빔조향 영역 위치 및 크기 정보, 요구된 각도 추정치 갱신 시간 등을 포함할 수 있다. 갱신된 정보는 앞서 입력된 정보에 대한 갱신 정보일 수 있다.
각도 추정부(140)는 정보에 따라 빔조향각 정보 전체 집합 및 시간 전체 집합을 갱신할 수 있다(S160). 도 4에 예시한 바와 같이, 정보가 입력/갱신되면 정보에 따라 복수의 순차적 빔조향 중에서 갱신될 빔조향(Ba)이 선택되고, 선택된 빔조향(Ba)에 대한 빔조향각과 빔 머무는 시간이 갱신되어 갱신된 빔조향(Bb)이 생성될 수 있다. 도 4에서 동그라미는 빔조향각을 나타내고, 빔조향각 내부의 색칠된 면적은 빔 머무는 시간을 나타낸다.
더욱 상세하게, 각도 추정부(140)는 정보 처리부(130)에서 갱신된 정보를 이용하여 갱신이 필요한 빔조향각 정보 전체 집합
Figure 112021123064362-pat00024
과 시간 전체 집합
Figure 112021123064362-pat00025
각각의 부분 집합
Figure 112021123064362-pat00026
과
Figure 112021123064362-pat00027
을 선택하고 갱신을 수행한다(
Figure 112021123064362-pat00028
). 갱신이 필요한 빔조향각 정보 전체 집합의 부분 집합
Figure 112021123064362-pat00029
과 시간 전체 집합의 부분 집합
Figure 112021123064362-pat00030
의 갱신 결과를
Figure 112021123064362-pat00031
과
Figure 112021123064362-pat00032
라 했을 때, 갱신된 빔조향각 전체 집합과 빔이 머무는 시간 전체 집합은
Figure 112021123064362-pat00033
과
Figure 112021123064362-pat00034
이다. 여기서
Figure 112021123064362-pat00035
는
Figure 112021123064362-pat00036
의 여집합을 의미한다.
각도 추정부(140)는 갱신 대상인 빔조향각 정보 부분 집합
Figure 112021123064362-pat00037
을 구성하기 위해 다음 중 적어도 하나를 만족하는 빔조향각
Figure 112021123064362-pat00038
을 선택 우선순위에 둘 수 있다. (1) 현재의 각도 추정치
Figure 112021123064362-pat00039
와 차이가 많이 나는(일정치 이상인) 빔조향각
Figure 112021123064362-pat00040
, (2) 탐색이 요구되는 신호원의 예상 위치 및 불확실성 영역에 대응되는 각도와 차이가 많이 나는(일정치 이상인) 빔조향각
Figure 112021123064362-pat00041
, (3) 빔조향 시각이 오래된 빔조향각
Figure 112021123064362-pat00042
. 즉, 각도 추정부(140)는 상기의 (1) 내지 (3)의 빔조향각 중 적어도 하나를 선택하여 갱신 대상인 빔조향각 정보 부분 집합
Figure 112021123064362-pat00043
을 구성할 수 있다.
각도 추정부(140)는 (1) 빔조향각 정보 전체 집합
Figure 112021123064362-pat00044
에 속한 빔조향각들이 각도 추정치
Figure 112021123064362-pat00045
를 중심으로 하여 고르게 분포하며 각도 추정치
Figure 112021123064362-pat00046
에서 너무 멀리 떨어지지 않도록 하거나, 또는 (2) 탐색이 요구되는 신호원의 예상 위치 및 불확실성 영역을 빔조향각 정보 전체 집합
Figure 112021123064362-pat00047
을 기반으로 조향된 전체 빔의 영역이 최대한 커버할 수 있도록 빔조향각 정보 부분 집합의 갱신 결과
Figure 112021123064362-pat00048
를 산출할 수 있다.
각도 추정부(140)는 빔조향각 정보 부분 집합의 갱신 결과
Figure 112021123064362-pat00049
에 대응되는 시간 부분 집합의 갱신 결과
Figure 112021123064362-pat00050
를 결정하기 위해 신호 대비 잡음 신호의 변동(fluctuation) 크기가
Figure 112021123064362-pat00051
에 비례한다는 사실에 기반하여, 지속적으로 크기가 큰 신호가 관측되는 영역에 조향된 빔 또는 사용자에 의해 우선순위가 높게 설정된 빔에 더 많은 조향 시간을 할당하여 시간 부분 집합을 갱신할 수 있다. 또한, 각도 추정부(140)는 전체 빔이 머무는 시간의 총합이 요구된 각도 추정치 갱신 시간보다 작거나 같도록 시간 전체 집합
Figure 112021123064362-pat00052
을 정규화하여 시간 부분 집합을 갱신할 수 있다.
각도 추정부(140)는 빔조향각 정보 부분 집합의 갱신 결과
Figure 112021123064362-pat00053
와 시간 부분 집합의 갱신 결과
Figure 112021123064362-pat00054
를 기반으로 빔조향 후 수신된 원시 데이터로 기존 원시 데이터를 갱신할 수 있다(S170). 도 4에 예시한 바와 같이, 갱신된 빔조향(Bb) 정보를 이용하여 선택적으로 빔조향 후 원시 데이터가 갱신될 수 있다. 이후, 정보에 따라 갱신된 빔조향(Bb)을 포함하는 복수의 순차적 빔조향 중에서 각도 추정에 사용될 빔조향(Bc)과 원시 데이터 쌍을 선택하고 가중치를 차등하여 무게 중심 기반으로 각도 추정치가 계산될 수 있다.
각도 추정부(140)는 빔조향각 정보 전체 집합
Figure 112021123064362-pat00055
과 시간 전체 집합
Figure 112021123064362-pat00056
(또는 빔조향각 정보 전체 집합
Figure 112021123064362-pat00057
의 부분 집합과 시간 전체 집합
Figure 112021123064362-pat00058
의 부분 집합(도 4의 Bc 참조)) 내의 모든 원소에 대응되는 원시 데이터를 이용하여 무게 중심을 계산하고, 무게 중심을 이용하여 갱신된 각도 추정치
Figure 112021123064362-pat00059
를 산출할 수 있다(S180). 각도 추정부(140)는 초기의 각도 추정치
Figure 112021123064362-pat00060
또는 현재의 각도 추정치
Figure 112021123064362-pat00061
를 갱신된 각도 추정치
Figure 112021123064362-pat00062
로 갱신할 수 있다.
이때, 무게 중심 계산을 위한 원시 데이터별 가중치는 원시 데이터의 세기, 생성 시각, 대응되는 빔별 머무는 시간에 따라 차등될 수 있으며, 갱신된 각도 추정치
Figure 112021123064362-pat00063
는 수학식 1과 유사하게 아래의 수학식 2와 같이 산출될 수 있다.
Figure 112021123064362-pat00064
각도 추정부(140)는 각도 추정을 종료할지 판단하고(S190), 각도 추정을 종료하지 않는 경우 카운터 변수를 1 증가시키는 과정(S140)부터 각도 추정치를 산출하는 과정(S180)까지를 반복하여 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치(100)는 빔조향을 선택적으로 갱신하여 빔별 원시 데이터의 신뢰도를 확보하면서 각도 추정치 갱신 주기를 빠르게 할 수 있다. 예를 들어, 갱신 시간 1초에 10개의 빔을 동등하게 이용하여 각도를 추정할 경우 빔별 머무르는 시간은 0.1초이고 빔별 신호의 신호 대비 잡음의 변동 크기는
Figure 112021123064362-pat00065
에 비례한다. 하지만 본 발명의 실시예에 따는 순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치(100)가 5개의 빔에 대한 원시 데이터는 이전에 얻은 것을 그대로 이용하고 5개의 빔에 대한 갱신을 수행한다고 가정하면, 동일 시간 대비 빔별 머무는 시간이 0.2초가 되어 신호 대비 잡음 변동 크기는
Figure 112021123064362-pat00066
에 비례하기 때문에 약
Figure 112021123064362-pat00067
배의 잡음 향상 효과가 있다. 또한, 빔별 머무는 시간을 0.1초로 제한하면 5개의 전체 빔 머무는 시간은 0.5초가 되기 때문에 1초 대비 갱신 시간이 1/2이 되는 효과가 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치
110: 안테나부
120: 빔조향 제어부
130: 정보 처리부
140: 각도 추정부

Claims (16)

  1. 빔 정보, 빔조향 영역 위치 및 크기 정보 및 요구된 각도 추정치 갱신 시간을 포함하는 입력 정보 또는 갱신 정보를 입력받는 정보 처리부; 및
    상기 입력 정보에 따른 빔조향각 정보 전체 집합 및 시간 전체 집합의 초기값을 설정하고, 상기 갱신 정보를 이용하여 상기 빔조향각 정보 전체 집합의 부분 집합과 상기 시간 전체 집합의 부분 집합을 선택하여 갱신함으로써 상기 빔조향각 정보 전체 집합 및 상기 시간 전체 집합을 갱신하고, 갱신된 빔조향각 정보 전체 집합과 갱신된 시간 전체 집합에 대응되는 원시 데이터를 이용한 무게 중심을 계산하여 갱신된 각도 추정치를 산출하는 각도 추정부를 포함하는 순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 각도 추정부는 상기 초기값에 대응하는 빔조향각 정보 전체 집합 및 시간 전체 집합 내의 모든 원소에 대응되는 빔조향을 수행하여 수신된 원시 데이터를 이용한 무게 중심을 계산하여 초기의 각도 추정치를 산출하는 순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 각도 추정부는 상기 초기의 각도 추정치를 상기 갱신된 각도 추정치로 갱신하는 순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 각도 추정부는 현재의 각도 추정치와 차이가 일정치 이상인 빔조향각 또는 탐색이 요구되는 신호원의 예상 위치 및 불확실성 영역에 대응되는 각도와 차이가 일정치 이상인 빔조향각을 선택하여 상기 빔조향각 정보 전체 집합의 부분 집합을 구성하는 순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 각도 추정부는 상기 빔조향각 정보 전체 집합에 속한 빔조향각들이 현재의 각도 추정치를 중심으로 고르게 분포하거나, 또는 탐색이 요구되는 신호원의 예상 위치 및 불확실성 영역을 상기 빔조향각 정보 전체 집합을 기반으로 조향된 전체 빔의 영역이 커버할 수 있도록 상기 빔조향각 정보 전체 집합의 부분 집합의 갱신 결과를 산출하는 순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 각도 추정부는 지속적으로 크기가 큰 신호가 관측되는 영역에 조향된 빔 또는 사용자에 의해 우선순위가 높게 설정된 빔에 더 많은 조향 시간을 할당하여 상기 시간 전체 집합의 부분 집합을 갱신하는 순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 빔 정보는 빔별 조향 시각 및 순서, 빔별 각도 추정치와 빔조향각 간의 차이를 포함하는 순차적 빔조향 기반 각도 추정 장치.
  8. 빔 정보, 빔조향 영역 위치 및 크기 정보 및 요구된 각도 추정치 갱신 시간을 포함하는 입력 정보에 따른 빔조향각 정보 전체 집합 및 시간 전체 집합의 초기값을 설정하는 단계;
    상기 입력 정보에 대한 갱신 정보를 이용하여 상기 빔조향각 정보 전체 집합의 부분 집합과 상기 시간 전체 집합의 부분 집합을 선택하여 갱신함으로써 상기 빔조향각 정보 전체 집합 및 상기 시간 전체 집합을 갱신하는 단계; 및
    갱신된 빔조향각 정보 전체 집합과 갱신된 시간 전체 집합에 대응되는 원시 데이터를 이용한 무게 중심을 계산하여 갱신된 각도 추정치를 산출하는 단계를 포함하는 순차적 빔조향 기반 각도 추정 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 초기값에 대응되는 빔조향각 정보 전체 집합 및 시간 전체 집합 내의 모든 원소에 대응되는 빔조향을 수행하여 수신된 원시 데이터를 이용한 무게 중심을 계산하여 초기의 각도 추정치를 산출하는 단계를 더 포함하는 순차적 빔조향 기반 각도 추정 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 초기의 각도 추정치는 상기 갱신된 각도 추정치로 갱신되는 순차적 빔조향 기반 각도 추정 방법.
  11. 제8 항에 있어서,
    현재의 각도 추정치와 차이가 일정치 이상인 빔조향각 또는 탐색이 요구되는 신호원의 예상 위치 및 불확실성 영역에 대응되는 각도와 차이가 일정치 이상인 빔조향각을 선택하여 상기 빔조향각 정보 전체 집합의 부분 집합을 구성하는 순차적 빔조향 기반 각도 추정 방법.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 빔조향각 정보 전체 집합에 속한 빔조향각들이 현재의 각도 추정치를 중심으로 고르게 분포하거나, 또는 탐색이 요구되는 신호원의 예상 위치 및 불확실성 영역을 상기 빔조향각 정보 전체 집합을 기반으로 조향된 전체 빔의 영역이 커버할 수 있도록 상기 빔조향각 정보 전체 집합의 부분 집합의 갱신 결과를 산출하는 순차적 빔조향 기반 각도 추정 방법.
  13. 제8 항에 있어서,
    지속적으로 크기가 큰 신호가 관측되는 영역에 조향된 빔 또는 사용자에 의해 우선순위가 높게 설정된 빔에 더 많은 조향 시간을 할당하여 상기 시간 전체 집합의 부분 집합을 갱신하는 순차적 빔조향 기반 각도 추정 방법.
  14. 제8 항에 있어서,
    상기 빔 정보는 빔별 조향 시각 및 순서, 빔별 각도 추정치와 빔조향각 간의 차이를 포함하는 순차적 빔조향 기반 각도 추정 방법.
  15. 빔 정보, 빔조향 영역 위치 및 크기 정보 및 요구된 각도 추정치 갱신 시간을 포함하는 정보에 따라 복수의 순차적 빔조향 중에서 갱신될 빔조향을 선택하는 단계;
    선택된 빔 조향에 대한 빔조향각과 빔 머무는 시간을 갱신하여 갱신된 빔조향을 생성하는 단계;
    상기 갱신된 빔조향을 이용하여 선택적으로 빔조향 후 원시 데이터를 갱신하는 단계; 및
    상기 갱신된 빔조향을 포함하는 복수의 순차적 빔조향 중에서 각도 추정에 사용될 빔조향과 원시 데이터 쌍을 선택하고 가중치를 차등하여 무게 중심 기반으로 각도 추정치를 계산하는 단계를 포함하는 순차적 빔조향 기반 각도 추정 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 빔 정보는 빔별 조향 시각 및 순서, 빔별 각도 추정치와 빔조향각 간의 차이를 포함하는 순차적 빔조향 기반 각도 추정 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20050113773A (ko) * 2004-05-31 2005-12-05 주식회사 극동통신 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치
KR102156137B1 (ko) * 2013-07-02 2020-09-15 삼성전자주식회사 지향성 제어 장치 및 방법

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