KR20030016040A

KR20030016040A - 신호원 방향 탐지방법

Info

Publication number: KR20030016040A
Application number: KR1020010049948A
Authority: KR
Inventors: 강현상
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2001-08-20
Filing date: 2001-08-20
Publication date: 2003-02-26
Also published as: KR100430255B1

Abstract

본 발명은 RF 신호 발생 위치를 정확히 탐지할 수 있는 신호원 방향 탐지방법을 개시한다. 개시된 본 발명은 지표 상에서 RF 신호들을 수신하는 i번째 및 i+1번째 DFS의 좌표와 방위각을 구한 다음, 교차점 산출 공식에 대입하여 교차점의 좌표를 구하는 단계; 상기 i번째 DFS의 방위각이 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은지를 판단하는 단계; 상기 i+1번째 DFS 방위각이 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은지를 판단하는 단계; 상기 i+1번째 DFS 방위각을 판단한 결과 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은 범위에 존재하면, 상기 교차점의 경도 좌표가 상기 i번째 DFS의 경도 좌표보다 작거나 같은지와 동시에 상기 i+1번째 DFS의 경도 좌표보다 작은지를 판단하는 단계; 상기 비교된 결과로부터 교차점의 좌표가 실제 RF 신호들에 의한 교점인가 혹은 가상의 RF 신호와는 교점인가를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

신호원 방향 탐지방법{METHOD FOR FINDING DIRECTION SIGNAL SOURCE}

본 발명은 방향 탐지방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 실제 신호원들간의 교차점을 파악하여 정확한 신호원을 추정할 수 있는 신호원 방향 탐지방법에 관한 것이다.

일반적으로, 현대의 데이터 송수신 방법은 대부분 RF(Radio Frequency) 신호에 의하여 이루어진다. 핸드폰, 무전기 등의 통신 장비들은 먼 거리를 사이에 두고 원하는 정보를 주고받기 위하여 음성 신호를 RF신호로 변환한 다음, 송수신 한다.

따라서, 넓은 지역의 임의의 지점에서 RF 신호를 발생하는 신호원의 위치를 파악하는 방법은, 이러한 RF 신호들을 수신할 수 있는 기지국을 여러 개 설치한 다음, RF 신호가 수신되는 방향을 분석하는 방법으로 위치를 추정한다. 최근 이와 같은 위치 추적 시스템에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.

또한, 이와 같은 RF 신호원의 방향을 탐지하는 방법은 비행기의 블랙 박스의 위치를 파악하거나, 상업적으로만 사용할 수 있는 주파수대를 허락 없이 사용하는 신호원을 찾거나, 해난 사고를 당해 표류하는 선박 및 해저 신호원 등을 찾는데 그 적용 범위가 대단히 넓다.

도 1은 일반적으로 좌표축 상에서 두 점을 각각 지나는 직선이 만나는 교점을 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 공간상에 위치하는 두개의 점을 포함하는 하나의 평면상에 X와 Y축을 긋고, 두개의 점(m, n)에서 θ₁(x₁, y₁)또는 θ₂(x₂, y₂)의 각도를 이루는 직선들이 서로 교차할 때, 그 교차점(x, y)을 구하는 방법이다.

먼저, 평면상의 교점을 구하기 위한 일차 방정식은 다음과 같다.

y-y₁= cotθ₁(x-x₁)

y-y₂= cotθ₂(x-x₂)

상기 수학식 (1)은 교점(x, y)과 (x₁, y₁)으로 이루어지는 직선의 방정식이고, 상기 수학식 (2)는 교점(x, y)과 (x₂, y₂)으로 이루어지는 직선의 방정식을 나타낸다.

상기 수학식 (1)과 (2)를 풀면,

cotθ₁x-y = cotθ₁x₁-y₁

cotθ₂x-y = cotθ₂x₂-y₂를 구할 수 있다.

상기 수학식 (3)과 수학식 (4)에서 x와 y를 구하기 위하여, 행렬식으로 쓰면 다음과 같다.

상기 수학식 (5)에서 좌변에 역 행렬을 곱하고, 우변에 역 행렬을 곱하면,

이 되고,

상기 역 행렬을 풀면 다음과 같은 식을 얻는다.

상기 수학식 (7)의 우변의 행렬을 풀면

을 얻어 (x, y)의 교점의 좌표를 얻을 수 있다.

상기에서 얻은 공식을 이용하여 실제 RF 신호를 수신하고, 그 신호원을 구하는 방식에 도입하면 다음과 같다.

도 2는 종래 기술에 의하여 신호원의 방향을 탐지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 지표 상에 전파를 탐지할 수 있는 다수개의 DFS(Direction Finding Station: 이하, DFS라 한다)가 배치(DFS₁, DFS₂, DFS₃,...)되어 있다. 이렇게 배치된 DFS들 중에서 두개를 선택하여 방향을 선택한다. 이하, DFS₁, DFS₂를 중심으로 설명하면, 상기 DFS₁이 어느 일방향으로 부터 RF 신호를 수신하고, 상기 수신된 RF 신호의 수신각(θ₁)을 지표 상의 도북을 기준으로 시계 방향으로 측정하여 구한다.

마찬가지로, DFS₂의 경우에도 일 방향으로 RF를 신호를 수신한 후, 상기 수신된 RF 신호의 수신각(θ₂)을 지표 상의 도 북을 기준으로 시계 방향으로 측정하여 구한다. 그런 다음, 상기 DFS₁과 DFS₂를 포함하는 임의의 평면 X, Y축을 정하고, DFS₁의 좌표를 (x₁, y₁) DFS₂의 좌표를 (x₂, y₂)로 놓는다. 즉, DFS₁의 (x₁, y₁)와 DFS₂의 (x₂, y₂)는 지표 상에서 경도/위도 좌표로 볼 수 있다.

상기와 같이 구한 각도와 좌표를 두 직선의 교점 산출 공식에 대입하면,

P₁의 좌표(x, y)를 구할 수 있다.

P₁의 x = 1/(cotθ₁-cotθ₂)×{-(cotθ₂x₂-y₂)+(cotθ₁x₁-y₁)}

y = 1/(cotθ₁-cotθ₂)×{-cotθ₁(cotθ₂x₂-y₂)+cotθ₂(cotθ₁x₁-y₁)}

그러나, 상기와 같이 RF 신호를 수신한 DFS₁과 DFS₂의 좌표와 각도를 일반적인 교점 산출 공식에 대입할 경우, 도 2에서 보는 바와 같이, 교점은 실제로 RF를 수신하는 직선과 이를 연장한 가상의 RF와 교차되는 교점(P₂, P₃)을 구하게 되는 경우가 발생하여, 정확한 신호원을 구할 수 없게되는 문제가 발생한다.

상기 도 2에 나타난 P₃의 교점은 DFS₁과 DFS₃가 실제적으로 수신한 RF 신호의 교점이지만, P₂와 P₃는 실제 RF 신호와 수신된 RF 신호에서 연장된 가상의 RF 신호와의 교점이다. 하지만, 교점 공식에 대입할 경우 실제 수신된 RF 신호들의 교점인지 그렇지 않은지를 판단할 수 없게 되어 신호원의 방향 탐지의 오차율을 크게하는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 지표상에 위치하는 각각의 DFS들의 경도/위도 좌표와 각각의 RF 신호를 수신한 각도들을 비교하여 교점 공식에 의하여 산출된 교점이 실제 RF 신호들의 교점인가를 파악하여 정확한 신호원의 위치를 추정할 수 있는 방향 탐지방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적으로 좌표축 상에서 두 점을 각각 지나는 직선이 만나는 교점을 구하는 방법을 설명하기 위한 도면.

도 2는 종래 기술에 의하여 신호원의 방향을 탐지하는 방법을 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 신호원 방향 탐지방법을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 신호원 방향 탐지방법을 나타낸 플로차트.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

Q: RF 신호의 교점

θ₁, θ₂: RF 신호의 수신 각도

상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 신호원 방향 탐지방법은,

지표 상에서 RF 신호들을 수신하는 i번째 및 i+1번째 DFS의 좌표와 방위각을 구한 다음, 교차점 산출 공식에 대입하여 교차점의 좌표를 구하는 단계;

상기 i번째 DFS의 방위각이 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은지를 판단하는 단계;

상기 i+1번째 DFS 방위각이 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은지를 판단하는 단계;

상기 i+1번째 DFS 방위각을 판단한 결과 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은 범위에 존재하면, 상기 교차점의 경도 좌표가 상기 i번째 DFS의 경도 좌표보다 작거나 같은지와 동시에 상기 i+1번째 DFS의 경도 좌표보다 작은지를 판단하는 단계;

상기 비교된 결과로부터 교차점의 좌표가 실제 RF 신호들에 의한 교점인가 혹은 가상의 RF 신호와는 교점인가를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 i번째 DFS의 방위각이 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은지를 판단한 다음, 상기 i번째 DFS의 방위각이 180°보다 크고 360°보다 작거나 같은 범위에 존재하지 않으면, 상기 i+1 번째 DFS의 방위각이 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은지를 판단한 후, 교차점의 경도 좌표와 상기 i번째 DFS와 i+1 번째 DFS의 경도 좌표를 비교하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 i+1 번째의 DFS의 방위각이 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같고, 상기 교차점의 경도 좌표가 상기 i번째 DFS의 경도 좌표보다 크거나 같고, 상기 교차점의 경도 좌표가 상기 i+1번째의 DFS의 경도 좌표보다 작은 경우에는 정상적인 실제 RF 신호들의 교차점으로 판단하고, 상기 i+1 번째의 DFS의 방위각이 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은 범위에 있지 않고, 상기 교차점의 경도 좌표가 i번째의 DFS의 경도 좌표보다 크거나 같고, 상기 교차점의 경도 좌표가 상기 i+1번째의 DFS의 경도 좌표보다 작은 경우에는 비정상적인 가상의 RF 신호들의 교차점으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 i번째 DFS의 방위각이 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은지를 판단한 다음, 상기 i번째 DFS의 방위각이 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은 범위에 존재하면, 상기 i+1 번째 DFS의 방위각이 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은지를 판단하여 상기 i+1 번째 DFS의 방위각이 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은 범위에 존재하지 않으면 상기 교차점의 경도 좌표와 상기 i 번째 및 i+1 번째의 DFS의 경도 좌표와 비교하며, 상기 교차점의 경도 좌표가 상기 i번째의 DFS의 경도 좌표보다 크거나 같고, 상기 i+1 번째의 DFS의 경도 좌표 보다 작은 범위에 존재하는 경우에는 상기 교차점은 비정상적인 가상의 RF 신호원의 교점으로 판단하고, 상기 교차점의 경도 좌표가 상기 i번째 DFS의 경도 좌표보다 작거나 같은지와 동시에 상기 i+1번째 DFS의 경도 좌표보다 작은지를 판단하는 단계에 있어서, 상기 교차점의 경도 좌표가 상기 i번째 DFS의 경도 좌표보다 작거나 같고, 상기 i+1번째 DFS의 경도 좌표보다 작은 경우에는 상기 교차점의 좌표는 정상적인 실제 RF 신호원의 교차점인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 신호원 방향 탐지방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 지표 상에 배치된 다수개의 DFS 중 임의의 위치에 있는 두개의 DFS₁과 DFS₂를 선택하여, 하나의 평면상에 오도록 한 다음, 각각의 DFS₁과 DFS₂에서 수신되는 RF 신호의 방위각을 도 북을 기준으로, 시계 방향으로 측정한다. 이때, DFS₁과 DFS₂는 지표상 고정 배치되므로, 각각의 경도와 위도 값은 알고 있다.

상기의 교점 Q(x₃, y₃)를 구하는 공식에 대입하게 되면,

x₃= 1/(cotθ₁-cotθ₂)×{-(cotθ₂x₂-y₂)+(cotθ₁x₁-y₁)}

y₃= 1/(cotθ₁-cotθ₂)×{-cotθ₁(cotθ₂x₂-y₂)+cotθ₂(cotθ₁x₁-y₁)}의 교점의좌표 값을 구할 수 있다.

이렇게 구한 좌표 값이 실제의 RF 신호들의 교점인가 아니면, 수학 상 나타나는 가상의 RF 신호들의 교점인가를 파악한다.

첫째, 상기 DFS₁에서 측정한 RF 신호의 방위 값이 180°＜θ₁＜360°이고, 상기 DFS₂에서 측정한 RF 신호의 방위 값이 180°＜θ₂＜360°일 때에는, 실제 RF 신호들이 교차하는 교점은 반드시 DFS₂보다 좌측 평면상에 위치한다.

따라서, 교점의 공식에 의하여 구한 Q(x₃, y₃)의 DFS₂의 우측 영역의 좌표 값일 때에는 실제 수신된 RF 신호의 교점이 아니다.

둘째, 상기 DFS₁에서 측정한 RF 신호의 방위 값이 180°＜θ₁＜360°이고, 상기 DFS₂에서 측정한 RF 신호의 방위 값이 0°＜θ₂＜180°일 때에는, 실제 RF 신호들이 교차하는 교점은 반드시 DFS₁와 DFS₂의 사이의 평면상에 위치한다.

셋째, 상기 DFS₁에서 측정한 RF 신호의 방위 값이 0°＜θ₁＜180°이고, 상기 DFS₂에서 측정한 RF 신호의 방위 값이 0°＜θ₂＜180°일 때에는, 실제 RF 신호들이 교차하는 교점은 반드시 DFS₁의 우측 평면상에 위치한다.

따라서, 교점 좌표 공식에 의하여 구한 좌표는 DFS들의 위치와 RF 수신 방위각에 의하여 실제 RF 신호들의 교점인가를 정확히 파악할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 신호원 방향 탐지방법을 나타낸 플로차트로서, 도시된 바와 같이, 먼저, 두 점을 지나는 RF 신호의 교점을 구하는 공식에 대입하여 임의의 두개의 DFS들(i번째, i+1번째)의 교점을 구한다(s401). 여기서, 구한 교점이 실제 RF 신호들의 교점인지를 판단하는 방법은, i번째 DFS의 수신 방위각이 180°에서 360°사이인 경우(s402)에는 교점을 구하고자하는 i+1번째 DFS의 수신 방위각을 파악한다(s403).

상기 i+1번째 DFS의 수신 방위각이 180°에서 360°사이인 경우에는 다음, 단계인 교점의 경도 값과 두개의 DFS의 경도 값을 비교한다(s404). 교점의 경도 값이 두개의 DFS의 경도 값보다 작으면 이점은 실제 RF 신호들의 교점 좌표로 판단한다(s405).

그러나, i번째 DFS의 방위각이 180°에서 360°의 값(s402)이 아닌 경우에는 i+1번째 DFS의 방위각이 180。에서 360。인가를 파악한다(s406). 상기 i+1번째 DFS의 방위각이 180。에서 360。이고, 교차점 경도 좌표 x가 i번째 DFS의 경도 좌표보다 크고, i+1번째 DFS 경도 좌표보다는 작은 경우(s407)에는 정상적 RF 신호의 교차점(s405)이지만, 그렇지 않은 경우에는 실제 RF 신호들의 교차점(s410)이 아니다.

그리고, i+1번째 DFS의 방위각이 180。에서 360。의 각이 아니고, 교차점의 경도 좌표 x가 i번째 DFS의 경도 좌표 보다 크거나 같고, i+1번째 DFS의 경도 좌표 보다 작은 경우에는 실제 RF 신호들간의 교차점이 존재하지 않고(s410), 교차점의 경도 좌표 x가 i번째 DFS의 경도 좌표보다 작고, i+1번째 DFS의 경도 좌표보다 크거나 같은 경우에는 정상적인 RF 신호의 교점(s405)이 존재한다.

또한, i+1번째 DFS의 방위각이 180。에서 360。사이(s403)가 아닌 경우에는 교차점의 경도 좌표 x가 i번째 DFS의 경도 좌표보다 작고, i+1번째 DFS의 경도 좌표보다는 큰 경우(s408)에는 정상적인 RF 신호들의 교차점(s405)이지만, 그렇지 않은 경우에는 실제 RF 신호들의 교차점(s410)이 아니다.

또한, i+1번째 DFS의 방위각이 180°에서 360°의 값을 갖지 않은 경우에는 세 점등의 경도 좌표를 비교하여 정상적인 RF 신호들의 교점인가를 파악한다.

따라서, 본 발명은 종래의 교점 공식을 이용하되 실제 RF 신호들의 교점인가 수학적으로 나타나는 가상의 교차점인가를 분명히 파악 할 수 있다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 RF 신호들을 발생하는 신호원의 방향을 탐지하는 방법 중에서 수학적 공식만을 사용하는 경우 발생하는 문제점을 각각의 좌표와 방위 각 개념을 도입하여 진실한 신호간의 교점인가 가상의 교점인가를 분명히 파악할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims

지표 상에서 RF 신호들을 수신하는 i번째 및 i+1번째 DFS의 좌표와 방위각을 구한 다음, 교차점 산출 공식에 대입하여 교차점의 좌표를 구하는 단계;

상기 i번째 DFS의 방위각이 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은지를 판단하는 단계;

상기 i+1번째 DFS 방위각이 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은지를 판단하는 단계;

상기 i+1번째 DFS 방위각을 판단한 결과 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은 범위에 존재하면, 상기 교차점의 경도 좌표가 상기 i번째 DFS의 경도 좌표보다 작거나 같은지와 동시에 상기 i+1번째 DFS의 경도 좌표보다 작은지를 판단하는 단계;

상기 비교된 결과로부터 교차점의 좌표가 실제 RF 신호들에 의한 교점인가 혹은 가상의 RF 신호와는 교점인가를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호원 방향 탐지방법.
제 1 항에 있어서,

상기 i번째 DFS의 방위각이 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은지를 판단한 다음, 상기 i번째 DFS의 방위각이 180°보다 크고 360°보다 작거나 같은 범위에 존재하지 않으면, 상기 i+1 번째 DFS의 방위각이 180°보다 크고, 360°보다작거나 같은지를 판단한 후, 교차점의 경도 좌표와 상기 i번째 DFS와 i+1 번째 DFS의 경도 좌표를 비교하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 신호원 방향 탐지방법.
제 2 항에 있어서,

상기 i+1 번째의 DFS의 방위각이 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같고, 상기 교차점의 경도 좌표가 상기 i번째 DFS의 경도 좌표보다 크거나 같고, 상기 교차점의 경도 좌표가 상기 i+1번째의 DFS의 경도 좌표보다 작은 경우에는 정상적인 실제 RF 신호들의 교차점으로 판단하는 것을 특징으로 하는 신호원 방향 탐지방법.
제 2 항에 있어서,

상기 i+1 번째의 DFS의 방위각이 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은 범위에 있지 않고, 상기 교차점의 경도 좌표가 i번째의 DFS의 경도 좌표보다 크거나 같고, 상기 교차점의 경도 좌표가 상기 i+1번째의 DFS의 경도 좌표보다 작은 경우에는 비정상적인 가상의 RF 신호들의 교차점으로 판단하는 것을 특징으로 하는 신호원 방향 탐지방법.
제 1 항에 있어서,

상기 i번째 DFS의 방위각이 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은지를 판단한 다음, 상기 i번째 DFS의 방위각이 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은 범위에 존재하면, 상기 i+1 번째 DFS의 방위각이 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은지를 판단하여 상기 i+1 번째 DFS의 방위각이 180°보다 크고, 360°보다 작거나 같은 범위에 존재하지 않으면 상기 교차점의 경도 좌표와 상기 i 번째 및 i+1 번째의 DFS의 경도 좌표와 비교하는 것을 특징으로 하는 신호원 방향 탐지방법.
제 5 항에 있어서,

상기 교차점의 경도 좌표가 상기 i번째의 DFS의 경도 좌표보다 크거나 같고, 상기 i+1 번째의 DFS의 경도 좌표 보다 작은 범위에 존재하는 경우에는 상기 교차점은 비정상적인 가상의 RF 신호원의 교점으로 판단하는 것을 특징으로 하는 신호원 방향 탐지방법.
제 1 항에 있어서,

상기 교차점의 경도 좌표가 상기 i번째 DFS의 경도 좌표보다 작거나 같은지와 동시에 상기 i+1번째 DFS의 경도 좌표보다 작은지를 판단하는 단계에 있어서, 상기 교차점의 경도 좌표가 상기 i번째 DFS의 경도 좌표보다 작거나 같고, 상기 i+1번째 DFS의 경도 좌표보다 작은 경우에는 상기 교차점의 좌표는 정상적인 실제 RF 신호원의 교차점인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 신호원 방향 탐지방법.