KR20010091602A

KR20010091602A - 추적 주파수 선택 방법

Info

Publication number: KR20010091602A
Application number: KR1020000013455A
Authority: KR
Inventors: 도재원
Original assignee: 송재인; 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2001-10-23

Abstract

본 발명에 따른 추적 주파수 선택 방법은, 수신된 신호에 대한 고속 푸리에 변환을 통하여, 수신된 신호의 주파수 성분을 분석하는 단계와, 분석된 신호의 주파수 성분 데이터를 규준화하고, 그 규준화된 주파수 성분 데이터에서 변곡점이 나타나는 피크를 추출하는 단계와, 추출된 주파수 성분 데이터의 피크 점의 정보로부터, 소정의 제 1 탐지 문턱치(DT1) 및 제 2 탐지 문턱치(DT2)를 설정하는 단계와, 설정된 DT1과 비교하여, 추출된 피크 중에서 상기 DT1 이상인 피크를 토널로 가정하여 추출하는 단계와, 추출된 토널에 대한 인접 주파수 빈 및 인접 시간에 대한 주파수 분석 결과를 패턴화하는 단계 및 패턴화된 결과를, 설정되어 있는 패턴 맵과 비교하여, 구성된 패턴이 패턴 맵 중의 하나와 일치하고, 또한 패턴을 구성하는 토널 값의 합이 설정된 DT2 이상인 경우에, 토널을 추적 주파수로 선택하는 단계를 포함한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 주파수 추적 장치에서 추적 주파수를 선택함에 있어, 유효하지 않은 추적 주파수의 선택을 최소화함으로써, 유효하지 않은 주파수 추적에 의한 연산량 증가를 배제하여, 주파수 추적을 실시간으로 처리할 수 있는 장점이 있다.

Description

추적 주파수 선택 방법{Selection method for tracking frequency}

본 발명은 주파수 추적 장치에 관한 것으로서, 더 상세히는 주파수 추적 장치의 추적 주파수 선택 방법에 관한 것으로, 특히 유효하지 않은 추적 주파수의 선택을 최소화함으로써, 유효하지 않은 주파수 추적에 의한 연산량 증가를 배제하여, 주파수 추적을 실시간으로 처리할 수 있는 추적 주파수 선택 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래의 추적 주파수 선택 방법의 실행에 의하여 추적 주파수를 선택하는 과정을 나타낸 순서도이다. 도 1을 참조하여, 종래의 추적 주파수 선택 방법의 실행에 의하여 추적 주파수를 선택하는 과정을 설명해 보기로 한다.

먼저, 신호가 수신되면(단계 101), 수신된 신호의 주파수 성분을 분석하기 위하여 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform:FFT)을 수행한다(단계 102). 이때, 상기 단계 102에서의 FFT 수행으로부터 분석되는 결과는 시간에 따른 순시 (instantaneous) 잡음 변화 영향으로 신호 대 잡음 비가 떨어지게 된다. 이에 따라, 이를 향상시키기 위하여 평균 처리를 수행한다(단계 103).

한편, 수중에서는 백색 잡음(white noise)이 아닌 유색 잡음(colored noise) 특성을 보이기 때문에 주파수 별 잡음 준위가 다르게 나타나며, 상대적인 신호 준위를 추정하는데 어려움이 있다. 따라서, 이들 유색 잡음을 소정의 방법으로 추정 후 규준화(normalization)시킨다(단계 104).

또한, 상기 단계 104에서 규준화된 신호로부터, 변곡점이 나타나는 피크 (peak)를 추출한다(단계 105). 그리고, 설정된 탐지 문턱치(Detection Threshold: DT)를 적용하여 그 탐지 문턱치 이상인 모든 피크를 추적 주파수로 선택한다(단계 106).

이에 따라, 주파수 추적 장치는 상기 단계 106에서 선택된 추적 주파수에 대하여, 주파수 추적을 수행하고, 그 결과를 산출한다.

그런데, 주파수 추적 장치가 종래의 추적 주파수 선택 방법의 실행에 의해 주파수 추적을 수행하는 경우에는, 변곡점이 나타나는 피크를 추출한 후, 탐지 문턱치를 적용하여 그 탐지 문턱치 이상인 모든 피크에 대해 추적 주파수로 선택하기 때문에, 유효하지 않은 주파수에 대한 추적이 수행될 수 있다.

이에 따라, 유효하지 않은 주파수에 대한 추적의 수행으로 인하여 데이터 연산량이 증가하게 됨으로써, 주파수를 추적하는 데 있어 실시간 처리가 불가능하게 되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 주파수 추적 장치에서 추적 주파수를 선택함에 있어, 유효하지 않은 추적 주파수의 선택을 최소화함으로써, 유효하지 않은 주파수 추적에 의한 연산량 증가를 배제하여, 주파수 추적을 실시간으로 처리할 수 있는 추적 주파수 선택 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 추적 주파수 선택 방법의 실행에 의하여 추적 주파수를 선택하는 과정을 나타낸 순서도.

도 2는 본 발명에 따른 추적 주파수 선택 방법의 실행에 의하여 추적 주파수를 선택하는 과정을 나타낸 순서도.

도 3은 본 발명에 따른 추적 주파수 선택 방법의 실행에 있어서, 인접 주파수 빈과 인접 시간에 의해 구성되는 패턴의 형태를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명에 따른 추적 주파수 선택 방법의 실행에 있어서, 추적 주파수로 선택할 것인지의 여부를 판단하기 위하여, 도 3과 같이 구성된 패턴과 비교하기 위하여 설정된 패턴 맵을 나타낸 도면.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 추적 주파수 선택 방법은,

(a) 수신된 신호에 대한 고속 푸리에 변환(FFT)을 통하여, 수신된 신호의 주파수 성분을 분석하는 단계와;

(b) 상기 단계 (a)에서 분석된 신호의 주파수 성분 데이터를 규준화하고, 그 규준화된 주파수 성분 데이터에서 변곡점이 나타나는 피크를 추출하는 단계와;

(c) 상기 단계 (b)에서 추출된 주파수 성분 데이터의 피크 정보로부터, 소정의 제 1 탐지 문턱치(DT1) 및 제 2 탐지 문턱치(DT2)를 설정하는 단계와;

(d) 상기 단계 (c)에서 설정된 DT1과 비교하여, 상기 단계 (b)에서 추출된피크 중에서, 상기 DT1 이상인 피크를 토널(tonal)로 가정하여 추출하는 단계와;

(e) 상기 단계 (d)에서 추출된 토널에 대한 인접 주파수 빈(bin) 및 인접 시간에 대한 주파수 분석 결과를 패턴(pattern)화 하는 단계; 및

(f) 상기 단계 (e)에서 패턴화된 결과를, 설정되어 있는 패턴 맵(pattern map)과 비교하여, 상기 단계 (e)에서 구성된 패턴이 상기 패턴 맵 중의 하나와 일치하고, 또한 상기 패턴을 구성하는 토널 값의 합이 상기 단계 (c)에서 설정된 DT2 이상인 경우에, 상기 토널을 추적 주파수로 선택하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 단계 (e)에서 주파수 분석 결과로부터 구성되는 패턴은, 인접 주파수 빈과 인접 시간의 데이터로부터 다음과 같이,

t-2, k-1	t-2, k	t-2, k+1
t-1, k-1	t-1, k	t-1, k+1
t, k-1	t, k	t, k+1

매트릭스(matrix) 형태의 패턴(여기서, t는 현재 데이터 프레임(data frame ), (t-1)은 1 프레임 전의 데이터 프레임, (t-2)는 2 프레임 전의 데이터 프레임, k는 토널의 주파수 빈, (k-1)과 (k+1)은 k의 인접 주파수 빈을 각각 나타낸다.)으로 구성된다.

또한, 상기 단계 (f)의 상기 패턴 맵은, 인접 주파수 빈과 인접 시간의 데이터로부터 다음과 같은 매트릭스 형태의 패턴을 구성하며,

t-2, k-1	t-2, k	t-2, k+1
t-1, k-1	t-1, k	t-1, k+1
t, k-1	t, k	t, k+1

상기 매트릭스의 (t-2, k-1), (t-2, k) 또는 (t-2, k+1) 중의 어느 한 성분과, 상기 매트릭스의 (t-1, k) 성분 및 상기 매트릭스의 (t, k-1), (t, k) 또는 (t, k+1) 중의 어느 한 성분으로 형성된다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 추적 주파수 선택 방법의 실행에 의하여 추적 주파수를 선택하는 과정을 나타낸 순서도이다.

도 2를 참조하면, 신호가 수신되면(단계 201), 수신된 신호의 주파수 성분을 분석하기 위하여 FFT를 수행한다(단계 202). 이때, 상기 단계 202에서의 FFT 수행으로부터 분석되는 결과는 시간에 따른 순시 잡음 변화 영향으로 신호 대 잡음 비가 떨어지게 된다. 이에 따라, 이를 향상시키기 위하여 평균 처리를 수행한다(단계 203).

한편, 수중에서의 음향 표적이 되는 이동 물체들은 백색 잡음이 아닌 유색 잡음 특성을 보이기 때문에 주파수 별 잡음 준위가 다르게 나타나며, 상대적인 신호 준위를 추정하는 데 어려움이 있다. 따라서, 이들 유색 잡음을 추정 후 규준화시키고(단계 204), 그 규준화된 신호로부터 변곡점이 나타나는 피크를 추출한다(단계 205).

또한, 상기 단계 205에서의 피크 추출 결과로부터, 모든 피크에 대한 절삭평균(trimming average)과 분산(dispersion)을 구하고, 이 값들로부터 소정의 제 1 탐지 문턱치(DT1)와, 제 2 탐지 문턱치(DT2)를 설정한다(단계 206). 그리고, 상기 단계 206에서 설정된 DT1을 적용하여, 상기 단계 205에서 추출된 피크 중에서 상기 DT1 이상인 값을 갖는 피크를 토널로 가정하여 추출한다(단계 207). 여기서, 토널이란 주파수 분석 후 나타나는 피크 중에서 표적에 의해 나타나는 신호 성분을 나타낸다.

한편, 상기 단계 207에서 추출된 토널에 대한 인접 주파수 빈 및 인접 시간에 대한 주파수 분석 결과를 도 3과 같이 패턴화 한다(단계 208). 도 3은 본 발명에 따른 추적 주파수 선택 방법의 실행에 있어서, 인접 주파수 빈과 인접 시간에 의해 구성되는 패턴의 형태를 나타낸 도면이다. 여기서, t는 현재 데이터 프레임, (t-1)은 1 프레임 전의 데이터 프레임, (t-2)는 2 프레임 전의 데이터 프레임, k는 토널의 주파수 빈, (k-1)과 (k+1)은 k의 인접 주파수 빈을 각각 나타낸다.

도 3을 참조하면, 상기 단계 208에서 형성되는 패턴은, 현재 데이터 프레임 (t)과, 현재 데이터 프레임(t)에 대한 1 프레임 전의 데이터 프레임(t-1) 및 2 프레임 전의 데이터 프레임(t-2)과, 토널의 주파수 빈(k)과, 토널의 주파수 빈(k)을 기준으로 한 인접 주파수 빈(k-1, k+1)으로 구성되는 매트릭스 형태의 패턴을 형성한다.

이와 같이, 주파수 분석에 의한 토널의 데이터로부터 도 3과 같은 패턴이 형성되면, 도 4에 나타낸 바와 같이 설정되어 있는 패턴 맵과 상기 패턴을 비교한다(단계 209). 도 4는 본 발명에 따른 추적 주파수 선택 방법의 실행에 있어서, 추적주파수로 선택할 것인지의 여부를 판단하기 위하여, 도 3과 같이 구성된 패턴과 비교하기 위하여 설정된 패턴 맵을 나타낸 도면이다.

이때, 상기 단계 209에서의 비교 결과, 상기 토널의 데이터로부터 형성된 패턴이 상기 패턴 맵 중의 한 패턴과 일치하고, 상기 패턴을 구성하는 토널 값의 합이 상기 단계 206에서 설정된 DT2 이상인 경우에는, 그 토널을 추적 주파수로 선택한다(단계 210).

여기서, 상기 패턴 맵은, 도 4에 나타낸 바와 같이, (t-2, t-1, t)와 (k-1, k, k+1)로 구성되는 매트릭스 형태의 패턴에서, 상기 매트릭스의 (t-2, k-1), (t-2, k) 또는 (t-2, k+1) 중의 어느 한 성분과, 상기 매트릭스의 (t-1, k) 성분 및 상기 매트릭스의 (t, k-1), (t, k) 또는 (t, k+1) 중의 어느 한 성분으로 형성된다.

이와 같은 패턴을 형성하는 토널은 시간에 대해 지속적으로 신호가 감지되는 것을 의미한다. 따라서, 이러한 패턴을 만족시키는 토널에 대해서만 추적 주파수로 선택함으로써, 유효하지 않은 주파수에 대하여 주파수 추적 장치가 추적을 수행하는 것을 배제할 수 있다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 추적 주파수 선택 방법은, 주파수 추적 장치에서 추적 주파수를 선택함에 있어, 유효하지 않은 추적 주파수의 선택을 최소화함으로써, 유효하지 않은 주파수 추적에 의한 연산량 증가를 배제하여, 주파수 추적을 실시간으로 처리할 수 있는 장점이 있다.

Claims

(a) 수신된 신호에 대한 고속 푸리에 변환을 통하여, 수신된 신호의 주파수 성분을 분석하는 단계와;

(b) 상기 단계 (a)에서 분석된 신호의 주파수 성분 데이터를 규준화하고, 그 규준화된 주파수 성분 데이터에서 변곡점이 나타나는 피크를 추출하는 단계와;

(c) 상기 단계 (b)에서 추출된 주파수 성분 데이터의 피크 점의 정보로부터, 소정의 제 1 탐지 문턱치(DT1) 및 제 2 탐지 문턱치(DT2)를 설정하는 단계와;

(d) 상기 단계 (c)에서 설정된 DT1과 비교하여, 상기 단계 (b)에서 추출된 피크 중에서, 상기 DT1 이상인 피크 점을 토널로 가정하여 추출하는 단계와;

(e) 상기 단계 (d)에서 추출된 토널에 대한 인접 주파수 빈 및 인접 시간에 대한 주파수 분석 결과를 패턴화하는 단계와;

(f) 상기 단계 (e)에서 패턴화된 결과를, 설정되어 있는 패턴 맵과 비교하여, 상기 단계 (e)에서 구성된 패턴이 상기 패턴 맵 중의 하나와 일치하고, 또한 상기 패턴을 구성하는 토널 값의 합이 상기 단계 (c)에서 설정된 DT2 이상인 경우에, 상기 토널을 추적 주파수로 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 추적 주파수 선택 방법.
제 1항에 있어서,

상기 단계 (e)에서 주파수 분석 결과로부터 구성되는 패턴은,

인접 주파수 빈과 인접 시간의 데이터로부터 다음과 같이,

t-2, k-1 t-2, k t-2, k+1 t-1, k-1 t-1, k t-1, k+1 t, k-1 t, k t, k+1

매트릭스 형태의 패턴(여기서, t는 현재 데이터 프레임, (t-1)은 1 프레임 전의 데이터 프레임, (t-2)는 2 프레임 전의 데이터 프레임, k는 토널의 주파수 빈, (k-1)과 (k+1)은 k의 인접 주파수 빈을 각각 나타낸다.)을 구성하는 것을 특징으로 하는 추적 주파수 선택 방법.
제 1항에 있어서,

상기 단계 (f)의 상기 패턴 맵은,

인접 주파수 빈과 인접 시간의 데이터로부터 다음과 같은 매트릭스 형태의 패턴을 구성하며,

t-2, k-1 t-2, k t-2, k+1 t-1, k-1 t-1, k t-1, k+1 t, k-1 t, k t, k+1

상기 매트릭스의 (t-2, k-1), (t-2, k) 또는 (t-2, k+1) 중의 어느 한 성분과,

상기 매트릭스의 (t-1, k) 성분 및

상기 매트릭스의 (t, k-1), (t, k) 또는 (t, k+1) 중의 어느 한 성분으로 형성되는 것을 특징으로 하는 추적 주파수 선택 방법.