KR20170092032A

KR20170092032A - 광대역에서의 방향 탐지 시스템

Info

Publication number: KR20170092032A
Application number: KR1020160013047A
Authority: KR
Inventors: 태기철; 김강희
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2017-08-10

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 광대역에서의 방향 탐지 시스템은 복수개의 안테나로부터 수신한 아날로그 멀티 데이터를 디지털 멀티 데이터로 변환하는 멀티 채널 수신기; 상기 디지털로 변환된 멀티 채널 데이터로부터 방향 탐지 알고리즘을 수행할 주파수신호, 빔 방향, 상기 주파수신호의 공분산 행렬을 출력하는 방향탐지 신호 검출부; 및 상기 공분산 행렬을 이용하여 방위각과 양각을 산출하는 방향 탐지 실행부를 포함할 수 있다.

Description

광대역에서의 방향 탐지 시스템{SYSTEM FOR PROVIDING DIRECTION FINDING IN THE WIDEBAND}

본 발명은 광대역에서의 방향 탐지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광대역 방향탐지 시스템에서 방향탐지 하고자 하는 주파수를 검출하는 기술에 관한 것이다.

무선신호에 대한 방향탐지 기술은 동시 탐지 범위에 따라 협대역(narrowband) 방향탐지 기술과 광대역 방향탐지 기술로 크게 구분될 수 있다.

협대역 방향탐지 기술은 하나의 관심 신호가 존재하는 좁은 주파수 대역에 대한 단일 방향탐지 기술로서 방향탐지 정확도가 우수한 편이다. 광대역 방향탐지는 다수의 협대역 관심 신호가 존재하는 넓은 주파수 대역의 신호에 대한 방향탐지 기술로서, 방향탐지 정확도는 협대역 방향탐지에 비해서 떨어지지만 하나의 시스템으로 넓은 대역을 탐지할 수 있기 때문에 전파 감시 분야의 자동화 과정에서 필수적으로 사용되고 있다.

광대역 및 협대역 방향탐지 기술이 모두 안고 있는 문제점은, 대상신호의 신호세기가 미약하거나 전체 관심 시간에 비해 탐지 시간이 짧을 경우에 방향탐지 정확도가 떨어진다는 것이다. 방향탐지 정확도가 떨어지는 세부 원인은 다르지만, 공통적으로는 신호를 제대로 검출(추출)할 수 없는 환경 요소들에 의해서 발생한다.

특히, 광대역 방향탐지 시스템에서는 멀티개의 안테나로부터 아날로그 신호를 수신하여 디지털화하고 수신된 신호의 위상차를 이용하여 방향탐지를 수행하는데, 대역폭내에서 방향탐지 할 주파수를 검출할 때 대역폭이 넓을수록 신호의 SNR(Signal to Noise Ratio)이 감소하여 신호의 검출이 어려운 문제점이 있다.

특허공개번호 KR 10-2014-0058330호

본 발명의 실시예는 SBF(Spatial Beam Forming)를 이용한 채널의 평균파워를 사용하여 방향탐지 할 주파수를 검출함으로써 신호의 SNR 향상 및 알고리즘부로 전송되는 주파수의 개수를 감소시켜 시스템 성능을 향상시킬 수 있는 광대역에서의 방향 탐지 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 광대역에서의 방향 탐지 시스템은, 복수개의 안테나로부터 수신한 아날로그 멀티 데이터를 디지털 멀티 데이터로 변환하는 멀티 채널 수신기; 상기 디지털로 변환된 멀티 채널 데이터로부터 방향 탐지 알고리즘을 수행할 주파수신호, 빔 방향, 상기 주파수신호의 공분산 행렬을 출력하는 방향탐지 신호 검출부; 및 상기 공분산 행렬을 이용하여 방위각과 양각을 산출하는 방향 탐지 실행부를 포함할 수 있다.

본 기술은 광대역 방향탐지 시스템에서 SBF(Spatial Beam Forming)를 이용한 채널의 평균파워를 사용하여 방향탐지 할 주파수를 검출함으로써 신호의 SNR 향상 및 알고리즘부로 전송되는 주파수의 개수를 감소시켜 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광대역에서의 방향 탐지 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 방향탐지 신호 검출부의 세부 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광대역에서의 방향 탐지 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방향탐지 신호 검출부의 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 도 4의 방향탐지 신호 검출부의 처리 방법을 설명하기 위한 상세 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광대역에서의 방향 탐지를 위한 신호 검출 기법을 적용한 컴퓨터 시스템의 구성도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명은 광대역 방향 탐지 시스템에서 방향 탐지할 검출신호의 SNR을 향상시켜 미약신호를 검출하고, 동일 신호에 대한 검출 주파수의 개수를 줄여 시스템 성능을 향상시킬 수 있는 기술을 개시한다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광대역에서의 방향 탐지 시스템의 구성도이다.

본 발명의 실시예에 따른 광대역에서의 방향 탐지 시스템은 멀티 채널 수신기(100), 방향탐지 신호 검출부(200), 방향 탐지 실행부(300)를 포함한다.

멀티 채널 수신기(100)는 복수개의 안테나로부터 수신한 아날로그 멀티 데이터를 디지털 멀티 데이터로 변환한다. 또한, 멀티 채널 수신기(100)는 디지털 멀티 데이터의 위상 보정을 수행한다.

방향탐지 신호 검출부(200)는 멀티 채널 데이터로부터 방향 탐지 알고리즘을 수행할 주파수, 빔 방향, 해당 주파수의 공분산 행렬을 산출하여 방향 탐지 실행부(300)로 전송한다. 즉, 방향 탐지 신호 검출부(200)는 M개의 멀티채널 디지털 데이터가 입력되면 M 채널 N 포인트 FFT(fast Fourier transform)를 수행하고 공분산 행렬(Covariance Matrix)을 추출한다. 또한, 방향탐지 신호 검출부(200)는 각 주파수별 공간 빔 포밍을 수행하고 각 주파수별 빔포밍 채널에 대한 평균 파워를 산출하여 채널마다의 파워가 임계치보다 큰지를 판단한다. 이때, 임계치는 통신상황에 따라 설정될 수 있다. 또한, 방향탐지 신호 검출부(200)는 임계치 이상인 채널파워를 갖는 채널에 대한 공분산 행렬을 방향 탐지 실행부(300)로 전송한다.

방향 탐지 실행부(300)는 방향탐지 신호 검출부(200)로부터 수신한 공분산 행렬을 이용하여 방위각과 양각을 산출하여 출력한다. 이때, 방위각 및 양각을 통해 해당 주파수의 방향을 알 수 있다.

종래에는 방향 탐지 실행부(300)가 모든 대역의 모든 신호에 대해 방향 탐지를 실행해야 했으나, 본 발명의 방향 탐지 신호 검출부(200)가 특정 주파수 의 공분산 행렬을 방향 탐지 실행부(300)에 제공해줌으로써, 특정 방향의 신호에 대해서만 방향 탐지를 하게 되어 방향 탐지 실행부(300)의 연산량 및 연산시간을 최소화할 수 있다.

도 2는 도 1의 방향탐지 신호 검출부의 세부 구성도이다.

방향탐지 신호 검출부(200)는 고속 푸리에 변환부(210), 주파수 공간 빔 포밍부(220), 평균 파워 산출부(230), 채널 파워 선택부(240), 공분산 행렬 추출부(250), 저장부(260), 공분산 행렬 출력부(270)를 포함한다.

고속 푸리에 변환부(210)는 멀티 채널 수신기(100)로부터 수신한 M채널 디지털 데이터를 N 포인트(point) 고속푸리에 변환(FFT)을 수행한다. 예를 들어, M개의 안테나를 가진 시스템의 경우 N-포인트 FFT를 M번 수행하게 되며 M*N*T 매트릭스(320)가 생성된다. 여기서, M은 안테나 개수, N은 FFT-point 즉 주파수, T는 FFT 수행 횟수를 나타낸다. 생성된 매트릭스에서 각 주파수별(330)로 공간빔을 형성한다.

주파수 공간 빔 포밍부(220)는 주파수 공간 빔 포밍을 수행한다.

평균 파워 산출부(230)는 각 주파수별 공간빔에 대한 평균 파워를 산출한다.

채널 파워 선택부(240)는 각 주파수별 공간빔들의 평균 파워가 임계치 이상인지를 판단하여 임계치 이상인 공간빔을 채널로 선택한다.

공분산 행렬 추출부(250)는 M 개의 멀티 채널 디지털 데이터에 대한 공분산 행렬을 추출한다. 이때, 공분산 행렬 추출부(250)는 고속 푸리에 변환부(210), 주파수 공간 빔 포밍부(220), 평균 파워 산출부(230)의 동작과 동시에 수행될 수 있다.

저장부(260)는 공분산 행렬 추출부(250)에 의해 추출된 채널별 공분산 행렬을 저장한다.

공분산 행렬 출력부(270)는 채널 파워 선택부(240)에 의해 선택된 채널에 해당하는 공분산 행렬을 저장부(260)에서 추출하여 방향 탐지 실행부(300)로 출력한다.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광대역에서의 방향 탐지 방법을 설명하기로 한다.

먼저, 멀티 채널 수신기(100)는 복수개의 안테나로부터 수신한 아날로그 멀티 데이터를 디지털 멀티 데이터로 변환하고, 멀티 채널 수신기(100)는 디지털 멀티 데이터의 위상 보정을 수행한 후 디지털 멀티 데이터를 방향탐지 신호 검출부(200)로 전송한다(S100).

이어, 방향탐지 신호 검출부(200)는 멀티 채널 데이터로부터 방향 탐지 알고리즘을 수행할 주파수, 빔 방향, 해당 주파수의 공분산 행렬을 산출하여 방향 탐지 실행부(300)로 전송한다(S200).

그 후 방향 탐지 실행부(300)는 방향탐지 신호 검출부(200)로부터 수신한 공분산 행렬을 이용하여 방위각과 양각을 산출하여 출력한다(S300). 이때, 방위각 및 양각을 통해 해당 주파수의 방향을 알 수 있다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 방향탐지 신호 검출부의 처리 방법(S200)을 구체적으로 설명하기로 한다.

먼저, M 채널 디지털 데이터가 입력되면(S201), 고속 푸리에 변환부(210)는 멀티 채널 수신기(100)로부터 수신한 M채널 디지털 데이터를 N 포인트(point) 고속푸리에 변환(FFT)을 수행하고(310), 공분산 행렬 추출부(250)는 공분산 행렬을 추출한다(S202). 예를 들어, M개의 안테나를 가진 시스템의 경우 N-포인트 FFT를 M번 수행하게 되며 M*N*T 매트릭스(320)가 생성된다. 여기서, M은 안테나 개수, N은 FFT-point 즉 주파수, T는 FFT 수행 횟수를 나타낸다. 생성된 매트릭스에서 각 주파수별(330)로 공간빔을 형성다.

주파수 공간 빔 포밍부(220)는 주파수 공간 빔 포밍을 수행한다(S203). 이때, 각 주파수별로 p개의 공간 빔이 형성되며 생성된 공간빔의 신호에 대한 파워를 구하여 주파수-공간 매트릭스(340)가 생성된다.

이어, 평균 파워 산출부(230)는 각 주파수별 공간빔에 대한 평균 파워를 산출한다(S204). 즉, 평균 파워 산출부(230)는 주파수-공간 매트릭스(340)에서 각 주파수별 공간빔에 대한 평균 파워를 산출한다. 예를 들어, 주파수가 N개이고 N개의 주파수마다 P개의 공간빔이 있다고 하면 N*P개의 채널에 대한 평균 파워가 산출된다.

그 후, 채널 파워 선택부(240)는 각 주파수별 공간빔들의 평균 파워가 임계치 이상인지를 판단하여 임계치 이상인 공간빔을 채널로 선택한다(S205). 즉 채널 파워 선택부(240)는 N*P개의 채널 중 평균파워가 임계치 이상인 채널만 선택한다.

이에, 공분산 행렬 출력부(270)는 채널 파워 선택부(240)에 의해 선택된 채널에 해당하는 공분산 행렬을 저장부(260)에서 추출하여 방향 탐지 실행부(300)로 출력한다.

이에 탐지 실행부(300)는 수신한 주파수 신호의 공분산 행렬과 공간정보를 토대로 알고리즘을 수행 함으로서 방향 탐지 시간 감소와 방향탐지 개수를 증가시켜 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 신호 검출시 멀티개의 빔(Spatial Beam Forming; 이하 SBF)을 구성하여 검출신호의 SNR을 향상시켜 신호 검출율을 높이고 동일신호에 대한 주파수 대표값을 추출함으로서 방향탐지 알고리즘 실행 시간을 단축시킨다. 또한, 본 발명은 주파수 신호에 대한 방향을 방향탐지 신호 검출부(200)에서 미리 특정지음으로써 방향탐지 실행부(300)의 알고리즘 실행 횟수를 최소화할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광대역에서의 방향 탐지를 위한 신호 검출 기법을 적용한 컴퓨터 시스템의 구성도이다.

도 6을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.

프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.

따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다.

예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 멀티 채널 수신기
200 : 디지털 프로세싱부
300 : 알고리즘부
210 : FFT부
220 : 주파수 공간 빔 포밍부
230 : 평균 파워 산출부
240 : 채널 파워 선택부
250 : 공분산 행렬 추출부
260 : 저장부
270 : 공분산 행렬 출력부

Claims

복수개의 안테나로부터 수신한 아날로그 멀티 데이터를 디지털 멀티 데이터로 변환하는 멀티 채널 수신기;
상기 디지털로 변환된 멀티 채널 데이터로부터 방향 탐지 알고리즘을 수행할 주파수신호, 빔 방향, 상기 주파수신호의 공분산 행렬을 출력하는 방향탐지 신호 검출부; 및
상기 공분산 행렬을 이용하여 방위각과 양각을 산출하는 방향 탐지 실행부
를 포함하는 광대역에서의 방향 탐지 시스템.