KR20110046956A - 방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 전파를 이용한 방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 장치는, 단일 채널 방향탐지용 디지털 스펙트럼 분석 장치로서, 안테나로부터 수신된 RF 신호를 입력받아 중간주파수 신호로 변환하는 RF 다운 변환부와, 중간주파수 신호로 변환된 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하고, 디디씨(DDC)를 이용하여 변환된 디지털 신호의 샘플링 속도를 줄여 기저대역 복소수 신호로 변환하는 디지털 처리부와, 미리 설정한 주파수 대역에서 복소수 신호의 레벨을 계산하고, RF 신호의 송신 방위각을 추정하기 위해, 방위각에 따른 각도와 계산된 레벨을 각각 x 축 및 y 축에 맵핑한 후 해당 각도에서 계산되는 레벨들에 대해 설정된 관측모드에서 각각의 누적율에 따라 색상을 달리 할당하는 스펙트럼 처리부를 포함한다.
스펙트럼, 방향탐지

Description

방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석 장치 및 방법{Apparatus and method of digital Cumulative Spectrum Analyzer for Direction Finding}
본 발명은 방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 전파를 이용한 방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석 장치 및 방법에 관한 것이다.
“본 발명은 방송통신위원회의 IT원천기술개발의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제고유번호: 2008-F-012-02, 과제명: 유비쿼터스 전파 측정 및 감시기술 개발].”
일반적으로 전자파란 전기 및 자기의 흐름에서 발생하는 에너지로 일명 전파라고도 한다. 즉, 전기가 흐르면서 진동이 일어날 때 그 주위에는 전기장과 자기장이 동시에 발생하는데, 이것이 주기적으로 바뀌면서 생기는 파동을 전파라고 한다. 이러한 전파는 우리 주변에 항상 존재한다.
전파는 언제 어디에서나 존재하기 때문에 전파를 사용하는 장치들간 많은 간 섭 문제가 발생한다. 따라서 허가 주파수대역에서 작동하는 휴대전화기 같은 장치는 인접 주파수에 RF 레벨을 누설하여 간섭을 일으키지 않도록 제작해야 한다. 그러나 무선 네트워크상에 휴대폰, 무선 랜, DMB(Digital Multimedia Broadcasting), RFID(Radio-Frequency IDentification) 등과 같은 디지털 RF 장치들이 존재하기 때문에 간섭을 일으키지 않도록 하는 것은 쉽지 않다. 비허가 주파수 대역에서 작동하는 장치는 간섭 신호가 있는 상태에서도 정상동작 해야 하고, 상호간 간섭을 줄이기 위해서 저출력으로 짧은 시간 동안만 송신하는 것이 필요하다.
위와 같은 각각의 무선통신 시스템들은 모든 지역에서 동일한 양의 무선 자원을 가지게 된다. 그런데, 동일한 특정 지역에서 어떤 무선 통신 시스템의 경우 무선 자원이 부족하게 되는 현상이 발생하고, 다른 무선 통신 시스템의 무선 자원은 사용되지 않는 경우가 발생하기도 한다. 따라서 이러한 현상들에 기인하여 최근에는 새로운 방식의 무선통신 시스템에 대한 논의가 진행 중에 있다. 새로운 무선통신 방식을 예로 들면, SDR(Software-defined radio)과 CR(Cognitive Radio) 기술이 있다.
SDR과 CR 기술은 장치들 간 상호 간섭을 최소화하여 부족한 자원인 전파 스펙트럼을 효율적으로 사용할 수 있도록 한다. 이러한 RF 기술의 발전으로 인해 복잡 다양해진 전파환경에서도 전파 스펙트럼을 효율적으로 사용하기 위해 RF 서비스를 모니터링 하는 계측장비들은 저출력, 짧은 신호지속시간 특성을 갖는 RF 신호를 확실하게 탐지 및 분석하며 간섭원의 위치를 찾아 제거할 수 있어야 한다.
RF 신호를 탐지 및 분석하는 장치로 스펙트럼 분석기를 예로 들 수 있다. 일 반적으로 스펙트럼 분석기(Spectrum Analyzer)는 시간영역의 신호를 주파수 영역으로 측정하여 화면에 표시하여 주는 장비로서, 시간 영역에서의 전파 신호를 이산 퓨리에 변환(DFT)을 이용하여 주파수 영역에서 신호의 크기를 구할 수 있다.
스펙트럼 분석기는 어느 주파수 성분의 신호들이 어느 정도의 세기를 가지고 있는지를 표시해 주며, 이때 수평축의 단위는 kHz/Div, MHz/Div등으로 표시되며, 수평축 주파수 간격(Span/Div)으로 부른다. 주사 스펙트럼 분석기는 자체의 CRT(cathode-ray tube) 화면에 이와 비슷한 그림을 만들어 준다.
그러나 이러한 스펙트럼 분석기는 신호의 측정 시 신호가 출발점으로 돌아가는 회귀시간 및 스위프(Sweep) 시간을 가지고 있어 신호의 측정이 불연속적이어서 실제 신호가 누락되고, 이 누락된 신호가 중요한 정보인 경우 중요 정보를 인지하지 못하는 문제점이 있다. 그리고, 기존의 방향탐지용 디지털 스펙트럼 분석기에서 디스플레이의 화면도시 횟수(number of spectrum per frame)의 한계로 인해 고속으로 처리한 데이터의 손실이 발생한다. 또한, 기존의 방향탐지용 디지털 스펙트럼 분석기에서는 잡음레벨(noise floor) 근처에 있는 낮은 레벨의 신호 혹은 높은 레벨의 광대역 신호 내에 있는 낮은 레벨의 신호를 관측할 수 없었다.
그리고, 지향성안테나의 회전을 이용하는 기존의 고정형 혹은 휴대형 방향탐지 시스템의 경우 회전기 혹은 운용자가 각도(bearing) 측면에서 여러 번 스캔 및 평균화하여야만 신호원의 방향을 보다 정확하게 추정할 수 있었다.
도 1과 도 2는 기존의 방향탐지용 디지털 스펙트럼 분석기에서 각도 대 레벨 도시파형을 보여준다.
도 1은 기존의 방향탐지용 디지털 스펙트럼 분석기에서 현재(current) 모드에서 각도 대 레벨 도시 파형을, 도 2는 맥스홀드(maxhold) 모드에서 각도 대 레벨 도시 파형을 보여준다.
기존의 방향탐지용 디지털 스펙트럼 분석기는 도 1과 도 2처럼 초당 수십 프레임 정도인 파형 갱신속도(update rate)로 단일 파형만 도시할 수 있어 실제 스펙트럼 분석기에서 고속으로 처리한 데이터의 손실이 발생하는 문제가 있다.
따라서 본 발명은, 초당 수 백개 이상의 스펙트럼을 측정할 수 있는 방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석 장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 측정된 스펙트럼을 디스플레이 화면에 실시간으로 갱신하여 기존에는 관측할 수 없었던 각도별 입력신호의 특성을 제공할 수 있는 방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 장치는, 단일 채널 방향탐지용 디지털 스펙트럼 분석 장치로서, 안테나로부터 수신된 RF 신호를 입력받아 중간주파수 신호로 변환하는 RF 다운 변환부와, 상기 중간주파수 신호로 변환된 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하고, 디디씨(DDC)를 이용하여 상기 변환된 디지털 신호의 샘플링 속도를 줄여 기저대역 복소수 신호로 변환하는 디지털 처리부와, 미리 설정한 주파수 대역에서 상기 복소수 신호의 레벨을 계산하고, 상기 RF 신호의 송신 방위각을 추정하기 위해, 상기 방위각에 따른 각도와 상기 계산된 레벨을 각각 x 축 및 y 축에 맵핑한 후 해당 각도에서 계산되는 레벨들에 대해 설정된 관측모드에서 각각의 누적율에 따라 색상을 달리 할당하는 스펙트럼 처리부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 방법은, 단일 채널 방향탐지용 디지털 스펙트럼 분석 방법으로, 안테나로부터 수신된 RF 신호를 입력받아 중간주파수 신호로 변환하는 과정과, 상기 중간주파수 신호로 변환된 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하고, 디디씨(DDC)를 이용하여 변환된 디지털 신호의 샘플링 속도를 줄여 기저대역 복소수 신호로 변환하는 과정과, 미리 설정한 주파수 대역에서 상기 복소수 신호의 레벨을 계산하고, 상기 RF 신호의 송신 방위각을 추정하기 위해, 방위에 따른 각도와 계산된 레벨을 각각 x 축 및 y 축에 할당한 후 해당 각도에서 계산되는 레벨들에 대해 각각의 누적율에 따라 색상을 달리 할당하는 과정과, 상기 맵핑된 값과 결정된 색상을 화면에 표시하는 과정을 포함한다.
본 발명을 적용하면, 송신 신호의 포착하기 어려운 현상을 탐지 및 위치 추적할 수 있도록 실시간으로 스펙트럼을 메모리에 저장함으로써 측정 및 분석을 용이하게 할 수 있다. 또한, 잡음레벨(noise floor) 근처에 있는 낮은 레벨의 신호를 탐지 및 높은 레벨의 광대역 신호 내에 있는 낮은 레벨의 신호를 관측할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한 이하에서 설명되는 각 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 사용된 것일 뿐이며, 각 제조 회사 또는 연구 그룹에서는 동일한 용도임에도 불구하고 서로 다른 용어로 사용될 수 있음에 유의해야 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른, 누적 스펙트럼을 이용한 단일 채널 방향탐지용 디지털 스펙트럼 분석기의 블록도이다.
방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석기는 RF 다운 변환부 (301), 디지털 처리부(310), 스펙트럼 처리부(320), 디스플레이부(330)로 구성된다.
초단에 위치한 RF 다운 변환부(301)는 안테나부(미도시)로부터 수신된 RF 신호를 입력받아 디지털 신호처리 가능한 중간주파수(Intermediate Frequency) 신호로 변환한다. RF 다운 변환부(301)는 프리셀렉터(302), 믹서(303), 국부발진기(304), 필터(307)로 구성되어 있다.
프리셀렉터(302)는 안테나부로부터 수신된 RF 신호를 입력받는다. 입력된 RF 신호는 여러 주파수 대역의 신호들이 같이 존재한다. 프리셀렉터(302)는 트랙킹 필터로서 믹서(303) 앞에 위치한다. 프리셀렉터(302)는 분석기의 주파수를 따라가면서 측정 범위 내의 신호만 통과시켜 믹서(303)로 넣어준다. 즉, 분석기에서 선택한 대역의 주파수들만을 통과시킨다. 필터의 전환에 의하여 분석기는 원하는 주파수 대역을 따라가게 된다. 이 방법으로 여러 주파수 대역들 중 필요한 하나의 주파수 신호만을 검출할 수 있다. 또 다른 이점으로 주파수 대역이 다른 큰 신호가 입력에 연결되어 믹서에 도달하는 것을 예방할 수 있다. 즉 믹서를 보호하는 추가적인 감쇄기의 역할을 한다.
국부발진기(304)는 특정 주파수원을 만들어내는 주파수원 소스로 동작하며, RF 시스템에서 믹서(303)에 기준 주파수원을 공급해주기 위한 주파수 소스원을 말한다. 국부발진기(304)는 믹서(303)와 중간주파수에 의존하여 발진주파수가 결정되는, 한정적이고 국한된 발진기이다.
믹서(303)는 국부발진기(304)에서 제공하는 기준 주파수원과 프리셀렉터(302)를 통해 출력되는 RF 신호를 혼합하여 중간주파수(IF) 대역으로 주파수를 하향변환 한다.
필터(307)는 중간주파수로 변환된 신호들은 여러 채널들을 다 포함하고 있기 때문에, 이들 중에서 원하는 채널만을 대역통과 필터링하여 선택한다.
디지털 처리부(310)는 RF 다운 변환부(301)에서 출력된 신호를 입력받아 기저대역 신호로 변환한다. 디지털 처리부(310)는 아날로그 디지털 변환기(Analog to Digital Converter; ADC)(313)와 DDC(Digital Down Converter; 이하 DDC'라 칭 함)(315)로 구성되어 있다.
아날로그 디지털 변환기(313)는 RF 다운 변환부(301)에서 출력된 신호를 입력받아 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. DDC(315)는 아날로그 디지털 변환기(313)에서 변화된 디지털 신호를 기저대역 신호로 변환하여 데이터 샘플링 속도를 대폭 줄여 스펙트럼 처리부(320)의 부하를 줄이고, 복소수 디지털 데이터(multiple complex digital data)로 변환한다.
스펙트럼 처리부(320)는 디지털 처리부(310)에서 입력된 복소수 디지털 데이터 신호를 처리하여 디스플레이부(330)를 이용하여 실시간으로 화면에 도시한다.
스펙트럼 처리부(320)는 검출기(322), 복합파형발생기(324) 그리고 복합파형 영상맵 메모리(326)로 구성되어 있다.
검출기(322)는 스펙트럼 분석기에서 설정한 주파수에서 복소수 디지털 데이터의 레벨(power level)을 계산한다.
복합파형발생기(324)는 각도(bearing)별 레벨(power level) 데이터에 대한 파형 픽셀 맵핑(mapping)과 감쇄(decay) 처리를 포함한다. 파형 픽셀 맵핑처리는 복소수 데이터를 디스플레이창을 의미하는 복합파형 영상맵 메모리(326)에 맵핑한다. 복합파형 영상맵 메모리(326)에서 맵핑하는 방법은 x축은 각도(bearing), y축은 레벨(power level)을 의미하며, 해당 각도에서 출력되는 레벨들에 대해 각각의 누적율에 따라 색상을 달리 할당하여 누적 스펙트럼을 완성한다.
예를 들어 해당 레벨의 누적율이 적을수록 청색으로, 많을수록 적색으로 표현하여 잡음레벨(noise floor) 근처에 있는 낮은 레벨의 신호 혹은 높은 레벨의 광 대역 신호내에 있는 낮은 레벨의 신호를 볼 수 있도록 한다.
감쇄(decay) 처리는 기존의 스펙트럼 도시 방식 중 현재(current)/맥스홀드(maxhold) 모드와 유사하게 잔상(persistent)/중첩(overwrite) 모드를 가지고 있다. 시간적으로 간헐적으로 발생하는 신호를 탐지하기 위해서는 중첩 모드로 설정하여 기존 프레임에 있던 레벨 정보들을 측정이 멈추기 전까지 새로운 프레임에 계속 중첩하여 해당하는 각도에서 측정시간동안 출현한 모든 레벨을 표시한다. 그리고 현재의 신호만 관측하기 위해서는 잔상 모드를 설정하여 기존 프레임에 있던 레벨 정보들을 감소시키면서 새로운 프레임에 계속 중첩하여 해당하는 각도에서 현재 출현하는 모든 레벨을 표시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른, 다중 채널을 이용한 방향탐지용 디지털 스펙트럼 분석기의 블록도이다.
도 4는 단일 채널 방식과 유사하며 채널 선택기(401)와 방향탐지 선처리기(Direction Finding(DF) pre-processing)(410), 방향탐지 추정기(Direction Finding Estimator)(420) 부분이 추가 되었다.
다중 채널을 이용한 방향탐지용 디지털 스펙트럼 분석기는 다중 채널부(400), 방향탐지 선처리기(410), 방향탐지 추정기(420) 그리고 스펙트럼 처리부(430)로 구성된다.
다중 채널부(400)는 채널선택기(401)와 채널 1부터 채널 n까지 다수의 채널들로 구성되어 있다. 각각의 채널은 RF 다운 변환부(301)와 디지털 처리부(310)로 구성되어 있다. 각각의 채널들은 안테나부(미도시)로부터 수신된 RF 신호를 각각 입력받는다.
선택사항인 채널 선택기(401)는 시스템 제작비용을 줄이기 위해 안테나의 개수보다 수신 채널수가 적을 때 다수의 안테나 신호를 순차적으로 수신할 수 있도록 스위칭 기능을 수행한다.
RF 다운 변환부(301)는 입력받은 RF 신호를 중간 주파수(IF)신호로 변환한다. 디지털 처리부(310)는 RF 다운 변환부(301)에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 그리고, 변환된 디지털 신호를 기저대역 신호로 변환하여 데이터 샘플링 속도를 줄여 부하정도를 줄이며, 복소수 디지털 데이터(multiple complex digital data)로 변환한다.
선택사항인 방향탐지 선처리기(410)는 광대역을 고속으로 방향탐지를 수행할 경우에 필요하며, 방향탐지 추정처리에 앞서 윈도우(window function)와 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT)을 수행한다.
윈도우는 고속 푸리에 변환(FFT) 알고리즘이 이론적으로 주기적인 함수에만 적용가능 하나 실제환경에서도 적용할 수 있도록 비주기적인 샘플링에 의한 불연속성으로 인해 발생하는 레벨 누설현상을 줄이기 위해 사용하며, 메인 로브(main lobe)의 폭과 사이드 로브 롤 오프 율(side lobe roll-off rate) 등의 채널 특성을 정의한다.
고속 푸리에 변환(FFT)은 시간영역의 샘플들을 주파수영역으로 변환하여 광대역에 걸쳐 고속으로 방향탐지를 수행할 수 있도록 한다.
방향탐지 추정기(420)는 이미 널리 알려진 빔 합성법, 인터페로미터법, 초분 해능 방향탐지법 등 다양한 기법을 수행하여 최종적인 신호원의 방향을 추정한다.
스펙트럼 처리부(430)는 방향탐지 추정기(420)에서 입력된 디지털 신호를 처리하여 실시간으로 화면에 도시하며, 복합파형발생기(324) 그리고 복합파형 영상맵 메모리(326)로 구성되어 있다.
복합파형발생기(324)는 주파수(frequency)별 각도(bearing) 데이터에 대한 파형 픽셀 맵핑(mapping)과 감쇄(decay) 처리를 포함한다.
파형 픽셀 맵핑처리는 복소수 데이터를 디스플레이창을 의미하는 복합파형 영상맵 메모리(326)에 맵핑한다. 복합파형 영상맵 메모리(326)에서 맵핑하는 방법은, x축은 주파수(frequency)를, y축은 각도(bearing)를 의미하며, 해당 주파수에서 추정하는 각도들에 대해 각각의 누적율에 따라 색상을 달리 할당하여 누적 스펙트럼을 완성한다. 상기 도 3에서 언급했던 것과 마찬가지로, 해당 각도의 누적율이 적을수록 청색으로, 많을수록 적색으로 표현하여 동일 주파수에서 여러 각도에서 출현하는 다중 신호들을 볼 수 있도록 한다.
감쇄(decay) 처리는 기존의 스펙트럼 도시 방식 중 현재(current)/맥스홀드(maxhold) 모드와 유사하게 잔상(persistent)/중첩(overwrite) 모드를 가지고 있다. 시간적으로 간헐적으로 발생하는 신호를 탐지하기 위해서는 중첩 모드로 설정하여 기존 프레임에 있던 각도 정보들을 측정이 멈추기 전까지 새로운 프레임에 계속 중첩하여 해당하는 주파수에서 측정시간동안 출현한 모든 각도를 표시한다. 그리고 현재의 신호만 관측하기 위해서는 잔상 모드를 설정하여 기존 프레임에 있던 각도 정보들을 감소시키면서 새로운 프레임에 계속 중첩하여 해당하는 주파수에서 현재 출현하는 모든 각도들을 표시한다.
다수의 파형들은 복합파형 영상맵 메모리(326)에 저장되어 디스플레이 갱신 시간마다 데이터 프레임을 만든다. 측정장치의 디스플레이에 프레임을 디스플레이 갱신속도로 전달하여 누적된 복소수 데이터의 레벨(power level) 기반의 히스토리를 제공하여 아날로그와 같은 느낌을 주도록 한다.
따라서 본 발명은 디지털 스펙트럼 분석기에 고속 파형 픽셀 맵핑(mapping)과 감쇄(decay) 처리하여 아날로그 CRT 기반의 디스플레이와 유사한 효과를 낸다. 이는 각도 스팬(bearing span)에 걸쳐 수집한 많은 파형들을 고속으로 단일 영상 버퍼에 담고 합성 파형을 프레임 갱신속도로 디스플레이에 전달함으로써 기존에는 관측할 수 없었던 주파수별 입력신호의 특성을 제공한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른, 누적 스펙트럼을 이용한 방향탐지용 디지털 스펙트럼 분석기에서 각도 대 레벨 도시 파형이다.
도 5는 누적 스펙트럼을 이용한 복합파형으로 도 1과 도 2에서와 같이 단일 파형으로는 명확하게 보이지 않는 낮은 레벨의 신호를 보여줄 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른, 누적 스펙트럼을 이용한 광대역 주파수 대 각도 도시 파형이다.
도 6은 다중 채널 방향탐지 기능 수행 시 주파수 스팬(frequency span)에 걸쳐 다수의 각도(bearing) 데이터를 누적하여 파형 갱신속도(update rate)로 복합 파형을 도시한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른, 누적 스펙트럼을 이용한 방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석기를 이용하면, 디지털 처리부(310)에서 출력되는 고속 다량의 데이터를 손실없이 화면에 도시함으로써 한번의 스캔으로도 신호원의 방향을 보다 정확하게 추정할 수 있을 뿐만 아니라 감도, 정확도, 속도, 그리고 다중 신호 탐지 측면에서 시스템 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 방향탐지용 디지털 스펙트럼 분석기에서 현재(current) 모드에서 각도 대 레벨 도시 파형,
도 2는 방향탐지용 디지털 스펙트럼 분석기에서 맥스홀드(maxhold) 모드에서 각도 대 레벨 도시 파형,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른, 누적 스펙트럼을 이용한 단일 채널 방향탐지용 디지털 스펙트럼 분석기의 블록도,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른, 다중 채널을 이용한 방향탐지용 디지털 스펙트럼 분석기의 블록도,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른, 누적 스펙트럼을 이용한 방향탐지용 디지털 스펙트럼 분석기에서 각도 대 레벨 도시 파형,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른, 다중 채널 방향탐지 기능 수행 시 주파수 스팬에 걸쳐 다수의 각도 데이터를 누적하여 파형 갱신속도로 복합 파형을 도시한 것이다.

Claims (13)

  1. 단일 채널 방향탐지용 디지털 스펙트럼 분석 장치에 있어서,
    안테나로부터 수신된 RF 신호를 입력받아 중간주파수 신호로 변환하는 RF 다운 변환부와,
    상기 중간주파수 신호로 변환된 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하고, 디디씨(DDC)를 이용하여 상기 변환된 디지털 신호의 샘플링 속도를 줄여 기저대역 복소수 신호로 변환하는 디지털 처리부와,
    미리 설정한 주파수 대역에서 상기 복소수 신호의 레벨을 계산하고, 상기 RF 신호의 송신 방위각을 추정하기 위해, 상기 방위각에 따른 각도와 상기 계산된 레벨을 각각 x 축 및 y 축에 맵핑한 후 해당 각도에서 계산되는 레벨들에 대해 설정된 관측모드에서 각각의 누적율에 따라 색상을 달리 할당하는 스펙트럼 처리부를 포함함을 특징으로 하는 방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석 장치.
  2. 제 1 항 있어서, 상기 스펙트럼 처리부는,
    상기 미리 설정한 주파수 대역에서 상기 복소수 신호의 레벨을 계산하는 검출기와,
    상기 계산된 레벨들을 x 축은 각도, y 축은 레벨에 맵핑한 후 해당 각도에서 계산되는 레벨들에 대해 각각의 누적율에 따라 색상을 달리 할당하는 복합파형 영 상맵 메모리를 포함함을 특징으로 하는 방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 스펙트럼 처리부는,
    상기 해당 각도에서 계산되는 레벨들에 대해 설정된 관측모드는 상기 RF 신호의 측정시간동안 출현한 모든 레벨을 표시하기 위한 중첩모드와 현재의 신호만 관측하기 위한 잔상 모드를 포함함을 특징으로 하는 방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 설정된 관측모드가 중첩모드인 경우,
    시간적으로 연속적이 아니면서 비주기적으로 발생하는 신호를 탐지하기 위해, 측정되어 계산된 프레임에 있던 레벨 정보들을 측정이 멈추기 전까지 새로 측정되어 계산한 프레임에 계속 중첩하여 해당하는 각도에서 측정시간동안 출현한 모든 레벨을 표시함을 특징으로 하는 방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 설정된 관측모드가 잔상모드인 경우,
    현재의 신호만 관측하기 위해 측정되어 계산된 프레임에 있던 레벨 정보들을 감소시키면서 현재 새로 측정되어 계산한 프레임의 모든 레벨을 표시함을 특징으로 하는 방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석 장치.
  6. 다중 채널 방향탐지용 디지털 스펙트럼 분석 장치에 있어서,
    다수의 안테나와,
    상기 각 안테나로부터 입력된 각 RF 신호들을 각각 중간주파수로 변환하여 디지털 신호로 변환하고, 디디씨(DDC)를 이용하여 상기 변환된 디지털 신호의 샘플링 속도를 줄여 기저대역 복소수 신호로 변환하는 상기 안테나의 개수 이하의 수로 구비된 다중 채널부와,
    상기 RF 신호에 대해 시간영역의 샘플들을 주파수영역으로 변환하는 방향탐지 선처리기와,
    미리 결정된 채널 추정 방법으로 신호원의 방향을 추정하는 방향탐지 추정기와,
    미리 설정한 주파수 대역에서 상기 복소수 신호의 레벨을 계산하고, 상기 RF 신호의 송신 방위각을 추정하기 위해, 주파수와 추정한 각도를 각각 x 축 및 y 축에 맵핑한 후 해당 주파수에서 추정한 각도들에 대해 각각의 누적율에 따라 색상을 달리 할당하는 스펙트럼 처리부를 포함함을 특징으로 하는 방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 다중 채널부는,
    상기 안테나의 개수보다 수신 채널수가 적을 때 상기 다수의 안테나 신호를 순차적으로 수신할 수 있도록 스위칭 기능을 수행하는 채널 선택기와,
    상기 안테나로부터 수신된 RF 신호를 중간주파수 신호로 변환하는 RF 다운 변환부와,
    상기 중간주파수 신호로 변환된 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하고, 상기 변환된 디지털 신호를 기저대역 신호로 변환하여 데이터의 샘플링 속도를 줄이고 복소수 디지털 데이터로 변환하는 디지털 처리부를 포함함을 특징으로 하는 방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 방향탐지 선처리기는,
    비주기적인 샘플링에 의한 불연속성으로 인해 발생하는 레벨 누설현상을 줄이기 위해 사용하는 윈도우와,
    주기적인 샘플링에 의한 시간영역의 샘플들을 주파수영역으로 변환하여 고속 푸리에 변환을 포함함을 특징으로 하는 방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석 장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 방향탐지 추정기는
    빔 합성법, 인터페로미터법, 초분해능 방향탐지법을 포함함을 특징으로 하는 방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석 장치.
  10. 단일 채널 방향탐지용 디지털 스펙트럼 분석 방법에 있어서,
    안테나로부터 수신된 RF 신호를 입력받아 중간주파수 신호로 변환하는 과정과,
    상기 중간주파수 신호로 변환된 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하고, 디디씨(DDC)를 이용하여 변환된 디지털 신호의 샘플링 속도를 줄여 기저대역 복소수 신호로 변환하는 과정과,
    미리 설정한 주파수 대역에서 상기 복소수 신호의 레벨을 계산하고, 상기 RF 신호의 송신 방위각을 추정하기 위해, 방위에 따른 각도와 계산된 레벨을 각각 x 축 및 y 축에 할당한 후 해당 각도에서 계산되는 레벨들에 대해 각각의 누적율에 따라 색상을 달리 할당하는 과정과,
    상기 맵핑된 값과 결정된 색상을 화면에 표시하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 수신한 모든 레벨을 표시하기 위한 과정은,
    상기 미리 설정한 주파수 대역에서 복소수 디지털 데이터의 레벨을 계산하는 과정과,
    상기 복소수 데이터를 x 축은 각도, y 축은 레벨에 맵핑한 후, 상기 레벨의 누적율이 미리 결정된 임계값보다 적으면 제 1 색상으로 표시하고, 임계값보다 크면 제 2 색상으로 표현하여 서로 다른 색상으로 할당하는 과정과,
    측정시간동안 출현한 상기 레벨들을 표시하기 위한 모드를 설정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석 방법.
  12. 다수의 안테나와, 상기 안테나의 개수 이하의 수로 구비된 채널부들을 갖는 다중 채널 방향탐지용 디지털 스펙트럼 분석 방법에 있어서,
    상기 각 안테나로부터 입력된 각 RF 신호들을 안테나의 개수보다 수신 채널수가 적을 때 다수의 안테나 신호를 순차적으로 수신할 수 있도록 스위칭 기능을 수행하는 과정과,
    상기 각 안테나로부터 입력된 각 RF 신호들을 각각 중간주파수로 변환하여 디지털 신호로 변환하고, 디디씨(DDC)를 이용하여 기저대역 신호로 변환하여 상기 디지털 신호의 샘플링 속도를 줄이고 복소수 디지털 데이터로 변환하는 과정과,
    상기 RF 신호에 대해 시간영역의 샘플들을 주파수영역으로 변환하는 과정과,
    미리 결정된 방향탐지 추정 방법으로 신호원의 방향을 추정하는 과정과,
    미리 설정한 주파수 대역에서 상기 RF 신호의 송신 방위각을 추정하기 위해, 주파수와 추정한 각도를 각각 x 축 및 y 축에 맵핑한 후 해당 주파수에서 추정한 각도들에 대해 각각의 누적율에 따라 색상을 달리 할당하는 과정과,
    상기 설정된 모드에 따라 레벨을 화면에 표시하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 방향탐지를 수행하는 과정은,
    비주기적인 샘플링에 의한 불연속성으로 인해 발생하는 레벨 누설현상을 줄이는 과정과,
    주기적인 샘플링에 의한 시간영역의 샘플들을 주파수영역으로 변환하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방향탐지용 디지털 누적 스펙트럼 분석 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101420194B1 (ko) * 2013-01-08 2014-07-30 한남대학교 산학협력단 상관된 안테나 잡음 환경에서 상관된 다중신호들을 위한 고해상도 방향 탐지 방법
KR101884122B1 (ko) * 2017-04-26 2018-08-01 국방과학연구소 무선 통신 신호의 활동 감시 장치 및 그 방법
KR20180119421A (ko) * 2017-04-25 2018-11-02 국방과학연구소 레이더 신호 특성 판별 방법

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130143455A (ko) * 2012-06-21 2013-12-31 한국전자통신연구원 전파감시 융합 장치
US9443490B2 (en) * 2012-06-29 2016-09-13 Tektronix, Inc. Selective display of waveforms governed by measured parameters
US10161975B2 (en) * 2016-12-05 2018-12-25 Harris Corporation Method and system for radio frequency (RF) spectral imager on an integrated circuit
US11163032B2 (en) * 2018-12-06 2021-11-02 Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg Measurement system and method for identifying a source direction of a wireless electromagnetic emitter signal
CN115835372A (zh) * 2021-09-18 2023-03-21 华为技术有限公司 一种用于定位的信号的发送方法及装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050057253A1 (en) 2003-09-03 2005-03-17 Gee Edward C. Digital phosphor spectrum analyzer
JP4784976B2 (ja) 2005-09-02 2011-10-05 Ｋｄｄｉ株式会社 電波到来方向推定装置、電波到来方向推定プログラム、および記録媒体
JP5061297B2 (ja) 2005-09-02 2012-10-31 テクトロニクス・インターナショナル・セールス・ゲーエムベーハー シグナル・アナライザのデータ処理方法
US7905305B2 (en) 2006-07-07 2011-03-15 Mattel, Inc. Blow-molded wheels having undulating treads, methods for producing the same, and children's ride-on vehicles including the same
KR101023759B1 (ko) 2008-03-28 2011-03-21 금호타이어 주식회사 타이어 트레드 고무조성물

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101420194B1 (ko) * 2013-01-08 2014-07-30 한남대학교 산학협력단 상관된 안테나 잡음 환경에서 상관된 다중신호들을 위한 고해상도 방향 탐지 방법
KR20180119421A (ko) * 2017-04-25 2018-11-02 국방과학연구소 레이더 신호 특성 판별 방법
KR101884122B1 (ko) * 2017-04-26 2018-08-01 국방과학연구소 무선 통신 신호의 활동 감시 장치 및 그 방법

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