KR20180047194A - 전파예측모델을 이용한 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 장치 및 방법 - Google Patents

전파예측모델을 이용한 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 장치 및 방법이 개시된다. 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 방법은 전파교란원을 추적하기 위해 복수의 측정 위치들 각각에서 측정된 전파교란신호의 수신세기, 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 수신하는 단계; 상기 측정된 전파교란신호의 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 이용하여 상기 전파교란원의 초기 위치를 추정하는 단계; 상기 추정된 전파교란원의 초기 위치를 중심으로 설정된 영역을 복수의 셀(Cell)들로 분할하는 단계; 전파예측모델 및 상기 측정된 전파교란신호의 수신 세기를 이용하여 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들에서 측정되는 전파교란신호의 초기 송신출력을 추정하는 단계; 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들까지의 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 계산하는 단계; 및 상기 추정된 전파교란신호의 초기 송신출력, 계산된 방향탐지 각도 및 전파도달 시간 차를 이용하여 상기 전파교란원의 최종 위치 및 최종 송신출력을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 장치 및 방법{A LOCATION OF A RADIO WAVE DISTURBANCE SOURCE AND THE TRANSMISSION POWER ESTIMATION APPARATUS}
본 발명은 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 장치 및 방법에 관한 것으로 보다, 구체적으로는 복수의 전파교란신호 측정 위치에서 측정된 전파교란신호의 수신세기(Received Signal Strength, RSS), 방향탐지 각도(Angle of Arrival, AOA) 및 전파도달시간 차(Time Difference of Arrival, TDoA)를 수집하고, 전파교란원 위치로 추정되는 후보 위치들과 전파교란신호 측정 위치들 간의 지형 및 건물들의 특성을 고려한 전파예측모델을 이용하여, 최종적으로 전파교란원의 위치 및 송신출력을 정밀하게 추정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
전파교란은 합법적으로 허가된 주파수 대역에서 사용되는 신호를 방해할 목적으로 불법신호를 송출하는 것이다. 이러한 전파교란은 다양한 형태로 나타날 수 있으며, 대표적인 예로 GPS 전파교란이 있다. GPS 신호는 코드 분할 접속 방식(CDMA)을 사용하여 확산이득만큼 교란신호에 강인한 특성을 갖는다. 그러나 확산이득을 초과하는 강한 교란신호가 동시에 수신되면 전파교란이 발생할 수 밖에 없다. GPS 전파교란은 항공기, 선박, 이동통신기지국 등 GPS 수신 장비에 장애 발생시켜 사회적 혼란을 발생시킬 수 있으며, 특히 국민 안전 및 국가 인프라와 관련된 분야에 전파교란이 발생할 경우 그 피해는 치명적일 수 있다. 따라서, 전파교란이 발생하면, 전파교란원을 제거하거나 전파교란으로 인한 피해를 정확하게 분석하고 대책마련에 활용하기 위하여, 전파교란원의 위치 및 송신출력을 정밀하게 추정할 필요가 있다.
본 발명은 복수의 전파교란신호 측정 위치에서 측정된 전파교란신호의 수신세기, 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 수집하고, 전파교란원 위치로 추정되는 후보 위치들과 전파교란신호 측정 위치들 간의 지형 및 건물들의 특성을 고려한 전파예측모델을 이용함으로써 최종적으로 전파교란원의 위치 및 송신출력을 정밀하게 추정하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 방법은 전파교란원을 추적하기 위해 복수의 측정 위치들 각각에서 측정된 전파교란신호의 수신세기, 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 수신하는 단계; 상기 측정된 전파교란신호의 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 이용하여 상기 전파교란원의 초기 위치를 추정하는 단계; 상기 추정된 전파교란원의 초기 위치를 중심으로 설정된 영역을 복수의 셀(Cell)들로 분할하는 단계; 전파예측모델 및 상기 측정된 전파교란신호의 수신 세기를 이용하여 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들에서 측정되는 전파교란신호의 초기 송신출력을 추정하는 단계; 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들까지의 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 계산하는 단계; 및 상기 추정된 전파교란신호의 초기 송신출력, 계산된 방향탐지 각도 및 전파도달 시간 차를 이용하여 상기 전파교란원의 최종 위치 및 최종 송신출력을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전파예측모델은 상기 전파교란신호에 대한 장애물이 존재하는 비가시선(Non-Line Of Sight)에 의한 전파환경을 고려한 전파예측모델일 수 있다.
상기 전파교란신호의 초기 송신출력을 추정하는 단계는 상기 전파예측모델을 이용하여 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들까지의 전파경로손실을 계산하는 단계; 상기 측정된 전파교란신호의 수신 세기와 상기 계산된 전파경로손실을 이용하여 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들에서 측정되는 전파교란신호의 초기 송신 출력을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전파교란원의 최종 위치 및 최종 송신출력을 추정하는 단계는 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들에서 추정된 초기 송신출력들의 평균을 결정하는 단계; 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들에서 측정된 방향탐지 각도 및 계산된 방향탐지 각도를 비교하여 방향탐지 각도의 오차를 결정하는 단계; 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들에서 측정된 전파도달시간 차 및 계산된 전파도달시간 차를 비교하여 전파도달시간 차의 오차를 결정하는 단계; 및 상기 복수의 셀들 각각에 대해 계산된 송신출력들의 평균, 방향탐지 각도의 오차 및 전파도달시간 차의 오차를 이용하여 상기 전파교란원의 최종 위치 및 최종 송신출력을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전파교란원의 최종 위치 및 최종 송신출력을 추정하는 단계는 상기 복수의 셀들 각각에 대해 계산된 송신출력들의 평균, 방향탐지 각도의 오차 및 전파도달시간 차의 오차를 합산한 결과를 결정하는 단계; 상기 복수의 셀들 중 합산한 결과가 최소인 셀을 추출하는 단계; 상기 추출된 셀을 상기 전파교란원의 최종 위치로 추정하는 단계; 및 상기 추출된 셀에서 계산된 평균송신출력을 상기 전파교란원의 최종 송신출력으로 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 계산하는 단계는 상기 분할된 복수의 셀들 각각과 상기 복수의 측정 위치들 간의 지정학적 위치를 이용할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 장치는 전파교란원을 추적하기 위해 복수의 측정 위치들 각각에서 측정된 전파교란신호의 수신세기, 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 수신하는 수신부; 및 상기 수신된 전파교란신호의 수신세기, 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 이용하여 상기 전파교란원의 최종 위치 및 최종 송신출력을 추정하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 측정된 전파교란신호의 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 이용하여 상기 전파교란원의 초기 위치를 추정하고, 상기 추정된 전파교란원의 초기 위치를 중심으로 설정된 영역을 복수의 셀(Cell)들로 분할하며, 전파예측모델 및 상기 측정된 전파교란신호의 수신 세기를 이용하여 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들에서 측정되는 전파교란신호의 초기 송신출력을 추정하고, 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들까지의 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 계산하며, 상기 추정된 전파교란신호의 초기 송신출력, 계산된 방향탐지 각도 및 전파도달 시간 차를 이용하여 상기 전파교란원의 최종 위치 및 최종 송신출력을 추정할 수 있다.
상기 전파예측모델은 상기 전파교란신호에 대한 장애물이 존재하는 비가시선(Non-Line Of Sight)에 의한 전파환경을 고려한 전파예측모델일 수 있다.
상기 프로세서는 상기 전파예측모델을 이용하여 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들까지의 전파경로손실을 계산하고, 상기 측정된 전파교란신호의 수신 세기와 상기 계산된 전파경로손실을 이용하여 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들에서 측정되는 전파교란신호의 초기 송신 출력을 추정할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들에서 추정된 초기 송신출력들의 평균을 결정하고, 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들에서 측정된 방향탐지 각도 및 계산된 방향탐지 각도를 비교하여 방향탐지 각도의 오차를 결정하며, 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들에서 측정된 전파도달시간 차 및 계산된 전파도달시간 차를 비교하여 전파도달시간 차의 오차를 결정하고, 상기 복수의 셀들 각각에 대해 계산된 송신출력들의 평균, 방향탐지 각도의 오차 및 전파도달시간 차의 오차를 이용하여 상기 전파교란원의 최종 위치 및 최종 송신출력을 추정할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 복수의 셀들 각각에 대해 계산된 송신출력들의 평균, 방향탐지 각도의 오차 및 전파도달시간 차의 오차를 합산한 결과를 결정하고, 상기 복수의 셀들 중 합산한 결과가 최소인 셀을 추출하며, 상기 추출된 셀을 상기 전파교란원의 최종 위치로 추정하고, 상기 추출된 셀에서 계산된 평균송신출력을 상기 전파교란원의 최종 송신출력으로 추정할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 분할된 복수의 셀들 각각과 상기 복수의 측정 위치들 간의 지정학적 위치를 이용하여 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들까지의 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 계산할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 복수의 전파교란신호 측정 위치에서 측정된 전파교란신호의 수신세기, 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 수집하고, 전파교란원 위치로 추정되는 후보 위치들과 전파교란신호 측정 위치들 간의 지형 및 건물들의 특성을 고려한 전파예측모델을 이용함으로써 최종적으로 전파교란원의 위치 및 송신출력을 정밀하게 추정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전파교란원 추정 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 방법을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 방법을 구체적으로 설명하기 위해 도시한 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전파교란원 추정 시스템을 도시한 도면이다.
본 발명은 전파교란원에서 복수의 전파교란신호 측정 위치까지 전파가 도달될 때, 장애물이 없는 가시선(Line of Sight, 이하 LOS)에 의한 자유경로손실이 적용되는 것이 아니고, 지형 또는 건물 등의 장애물이 존재하는 비가시선(이하 Non-LOS) 전파환경에 의한 경로손실이 발생하게 된다는 점을 착안하였다. 즉, 본 발명은 전파교란원에서 복수의 전파교란신호 측정 위치들까지의 지형 또는 건물 등이 존재하는 전파환경을 고려한 전파예측모델에 따른 경로손실을 적용하여 전파교란원의 송신출력을 추정하는 방법을 제공한다.
따라서, 본 발명은 전파교란신호의 수신세기(이하 RSS), 방향탐지 각도(이하 AOA) 및 전파도달시간 차(이하 TDoA)에 대한 측정 정보와 지형 및 건물들의 특성을 고려한 전파예측모델을 이용하여 결정된 전파경로손실을 적용함으로써 전파교란원의 위치 및 송신출력을 정밀하게 추정할 수 있다.
구체적으로 본 발명의 전파교란원 추정 장치(100)는 전파교란원을 추적하기 위하여 복수의 측정 위치들(111~113)에서 측정된 파라미터들을 수신하는 수신부(110) 및 수신된 파라미터들을 이용하여 전파교란원의 최종 위치 및 최종 송신출력을 추정하는 프로세서(120)를 포함할 수 있다.
먼저, 전파교란신호가 전파교란원으로부터 다양한 지형 및 건물이 존재하는 경로를 통해 전파되면, 각각의 측정 위치들(111~113)에서는 전파교란신호의 RSS, AOA 및 TDoA가 측정될 수 있다. 그리고 각각의 측정 위치들(111~113)에서 측정된 전파교란신호의 RSS, AOA 및 TDoA는 전파교란원 추정 장치(100)의 수신부(110)로 수신될 수 있다.
이때, 각각의 측정 위치들(111~113)에서 수행되는 TDoA 측정에는 시각동기(114)가 사용될 수 있다. 즉, 각각의 측정 위치들(111~113)에서 전파도달시간(Time of Arrival, 이하 ToA)를 측정하고, 측정된 ToA 중에서 기준이 되는 ToA 값을 정의할 수 있다. 그 이후 각각의 측정 위치들(111~113)에서 측정된 ToA에서 기준 ToA를 빼주면 TDoA를 측정할 수 있다. 본 발명에서는 측정 위치 #1의 ToA를 기준값으로 정의하였다.
전파교란원 추정 장치(100)의 프로세서(120)는 각각의 측정 위치들(111~113)에서 측정된 AOA 및 TDoA들을 이용하면 전파교란원의 초기 위치를 대략적으로 추정할 수 있다. 그리고, 프로세서(120)는 추정된 전파교란원의 초기 위치를 중심으로 AOA 및 TDoA 측정 오차로 인해 전파교란원이 발생할 가능성이 있는 영역(130)을 정의할 수 있다. 이때, 프로세서(120)는 이 영역(130)을 복수의 작은 셀(131)들로 분할할 수 있는데 분할되는 셀(131)의 개수는 요구되는 전파교란원 추정의 오차 성능에 따라 결정될 수 있다. 즉, 영역(130) 내의 셀(131) 크기를 매우 작게 설정하면 셀(131)의 개수가 증가하여 추정하려는 전파교란원의 위치 및 송신출력의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
한편, 전파교란원 추정 장치(100)의 프로세서(120)는 각각의 셀(131) 위치에서 추정된 전파교란원에 대한 송신출력들의 평균, AOA의 오차 및 TDoA의 오차를 구할 수 있다. 최종적으로 프로세서(120)는 이러한 평균 및 오차들에 가중치를 곱하여 더한 값들이 최소값을 갖는 특정 셀(131)을 선택하여 전파교란원의 최종 위치 및 최종 송신출력을 추정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 방법을 도시한 도면이다.
단계(210)에서, 전파교란원 추정 장치(100)는 전파교란원을 추적하기 위해 복수의 측정 위치들(111~113) 각각에서 측정된 전파교란신호의 RSS, AOA 및 TDoA를 수신할 수 있다.
이때, 각각의 측정 위치들(111~113)에서 수행되는 TDoA 측정에는 시각동기(114)가 사용될 수 있다. 즉, 각각의 측정 위치들(111~113)에서 전파도달시간(Time of Arrival, 이하 ToA)를 측정하고, 측정된 ToA 중에서 기준이 되는 ToA 값을 정의할 수 있다. 그 이후 각각의 측정 위치들(111~113)에서 측정된 ToA에서 기준 ToA를 빼주면 TDoA를 측정할 수 있다.
단계(220)에서, 전파교란원 추정 장치(100)는 측정된 전파교란신호의 AOA 및 TDoA를 이용하여 전파교란원의 초기 위치를 추정할 수 있다.
단계(230)에서, 전파교란원 추정 장치(100)는 추정된 전파교란원의 초기 위치를 중심으로 설정된 영역(130)을 복수의 셀(Cell)들로 분할할 수 있다. 구체적으로 전파교란원 추정 장치(100)는 추정된 전파교란원의 초기 위치를 중심으로 AOA 및 TDoA 측정 오차로 인해 전파교란원이 발생할 가능성이 있는 영역(130)을 정의할 수 있다. 이때, 전파교란원 추정 장치(100)는 이 영역(130)을 복수의 작은 셀(131)들로 분할할 수 있는데 분할되는 셀(131)의 개수는 요구되는 전파교란원 추정의 오차 성능에 따라 결정될 수 있다. 즉, 영역(130) 내의 셀(131) 크기를 매우 작게 설정하면 셀(131)의 개수가 증가하여 추정하려는 전파교란원의 위치 및 송신출력의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
단계(240)에서, 전파교란원 추정 장치(100)는 전파예측모델 및 측정된 전파교란신호의 RSS를 이용하여 복수의 셀(131)들 각각에 대해 복수의 측정 위치들(111~113)에서 측정되는 전파교란신호의 초기 송신출력을 추정할 수 있다.
구체적으로 전파교란원 추정 장치(100)는 전파예측모델을 이용하여 복수의 셀(131)들 각각에 대해 복수의 측정 위치들까지의 전파경로손실을 계산할 수 있다. 이때, 전파경로손실을 계산하고자 하는 영역 내에 지형과 건물들이 존재하므로, 전파교란원 추정 장치(100)는 전파교란신호의 송신지점과 수신지점간의 장애물이 존재하는 비가시선(Non-LOS)에 의한 전파환경을 고려한 전파예측모델을 이용하여 전파경로손실을 예측할 수 있다.
이후 전파교란원 추정 장치(100)는 측정된 전파교란신호의 RSS와 계산된 전파경로손실을 이용하여 복수의 셀들 각각에 대해 복수의 측정 위치들에서 측정되는 전파교란신호의 초기 송신 출력을 추정할 수 있다.
한편 단계(250)에서, 전파교란원 추정 장치(100)는 복수의 셀들 각각에 대해 복수의 측정 위치들까지의 AOA 및 TDoA를 계산할 수 있다. 이때, 전파교란원 추정 장치(100)는 복수의 셀들 각각과 복수의 측정 위치들 간의 지정학적 위치를 이용하여 복수의 셀들 각각에 대한 복수의 측정 위치들까지의 AOA 및 TDoA를 계산할 수 있다.
마지막으로 단계(260)에서, 전파교란원 추정 장치(100)는 추정된 전파교란신호의 초기 송신출력, 계산된 AOA 및 TDoA를 이용하여 전파교란원의 최종 위치 및 최종 송신출력을 추정할 수 있다.
구체적으로 전파교란원 추정 장치(100)는 복수의 셀들 각각에 대해 복수의 측정 위치들에서 추정된 초기 송신출력들의 평균송신출력을 이용하여 송신출력의 분산(Variance)을 결정할 수 있다.
또한, 전파교란원 추정 장치(100)는 복수의 셀들 각각에 대해 복수의 측정 위치들에서 측정된 AOA 및 계산된 AOA를 비교하여 AOA의 평균제곱오차(Mean Square Error)를 결정할 수 있다.
그리고 전파교란원 추정 장치(100)는 복수의 셀들 각각에 대해 복수의 측정 위치들에서 측정된 TDoA 및 계산된 TDoA를 비교하여 TDoA의 평균제곱오차를 결정할 수 있다.
이후 전파교란원 추정 장치(100)는 복수의 셀들 각각에 대해 결정된 송신출력의 분산, AOA의 평균제곱오차 및 TDoA의 평균제곱오차를 이용하여 전파교란원의 최종 위치 및 최종 송신출력을 추정할 수 있다.
구체적으로 전파교란원 추정 장치(100)는 복수의 셀들 각각에 대해 결정된 송신출력의 분산, AOA의 평균제곱오차 및 TDoA의 평균제곱오차에 가중치를 적용하여 합할 수 있다. 전파교란원 추정 장치(100)는 복수의 셀들 중에서 가중치가 적용되어 합해진 결과가 최소값을 가지는 셀을 추출하고, 추출된 셀을 전파교란원의 최종 위치로 추정할 수 있다. 그리고 전파교란원 추정 장치(100)는 추출된 셀에서 계산된 평균송신출력을 해당 전파교란원의 최종 송신출력으로 추정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 방법을 구체적으로 설명하기 위해 도시한 도면이다.
전파교란신호의 측정 위치#N(113)에서는 전파교란신호의 수신세기인
Figure pat00001
, 방향탐지 각도인
Figure pat00002
, 전파도달지연시간 차인
Figure pat00003
이 측정된다. 전파교란신호 추정 장치(100)는 전파예측모델을 이용하여 전파교란원의 초기 위치 중 Cell #1(311)의 위치에서 전파교란신호 측정위치#1~#N(111~113)까지 각각의 전파경로손실을
Figure pat00004
,
Figure pat00005
, …
Figure pat00006
으로 계산할 수 있다. 그러면 전파교란신호 추정 장치(100)는 Cell #1(311)의 위치에서 전파교란신호 측정위치#1(111)간의 전파경로손실인
Figure pat00007
을 적용하여 초기 송신출력
Figure pat00008
을 하기의 식 1과 같이 추정할 수 있다.
[식 1]
Figure pat00009
그리고 전파교란신호 추정 장치(100)는 Cell #1(311)의 위치와 전파교란신호 측정위치#1(111)간의 지정학적 위치를 이용하여 전파교란신호 측정위치#1(111)에서의 방향탐지 각도
Figure pat00010
를 계산할 수 있고, 전파도달시간
Figure pat00011
을 계산한 후 전파도달시간 차인
Figure pat00012
를 계산할 수 있다.
유사한 방법으로 일반화시키면,
Figure pat00013
은 Cell #M(313)의 위치에서 전파교란신호 측정위치#N(113)간의 전파경로손실을 의미하며,
Figure pat00014
은 Cell #M(313)의 위치에서 전파교란신호 측정위치#N(113)에서 측정된 전파교란신호의 수신세기인
Figure pat00015
에서
Figure pat00016
를 반영하여 추정된 교란신호 초기 송신출력을 의미할 수 있다. 그리고
Figure pat00017
,
Figure pat00018
은 Cell #M(313)의 위치와 전파교란신호 측정위치#N(113) 간의 지정학적 위치를 이용하여 계산되는 AOA 및 TDoA를 각각 의미한다.
전파교란원 추정 장치(100)는 추정된 전파교란신호의 초기 송신출력, 계산된 AOA 및 TDoA를 이용하여 전파교란원의 최종 위치 및 최종 송신출력을 추정할 수 있다. 이를 위해 전파교란원 추정 장치(100)는 초기 송신출력들의 분산(Variance)과 AOA의 평균제곱오차 및 TDoA의 평균제곱오차를 결정할 수 있다.
구체적으로 전파교란원 추정 장치(100)는 전파교란신호가 발생할 가능성이 있는 영역(130)내의 특정 셀(131) 위치에서 추정된 각각의 송신출력들을 이용하여 평균송신출력을 결정할 수 있다. 이후 전파교란원 추정 장치(100)는 추정된 송신출력들과 계산된 평균송신출력과의 오차를 계산한 후 평균제곱근을 구하여 초기 송신출력의 분산을 결정할 수 있다.
그리고 AOA 평균제곱오차(Mean Square Error, MSE)는 전파교란신호가 발생할 가능성이 있는 영역(130) 내의 특정 셀(131) 위치에서 계산된 각각의 AOA와 실제 측정된 AOA 간의 오차를 계산한 후 평균제곱을 구하여 결정될 수 있다.
마찬가지로 TDoA 평균제곱오차(Mean Square Error, MSE)는 전파교란신호가 발생할 가능성이 있는 영역(130) 내의 특정 셀(131) 위치에서 계산된 각각의 TDoA와 실제 측정된 TDoA 간의 오차를 계산한 후 평균제곱을 구하여 결정될 수 있다.
도 3을 이용하여 Cell #1(311)에서 초기 송신출력들의 분산, AOA의 평균제곱오차 및 TDoA의 평균제곱오차에 대한 계산식을 설명하면 다음과 같다.
Cell #1(311)에서 초기 송신출력들의 분산은 하기의 식 2와 같다.
[식 2]
Figure pat00019
여기서,
Figure pat00020
,
Figure pat00021
,
Figure pat00022
를 의미한다.
그리고, Cell #1(311)에서 AOA의 평균제곱오차는 하기의 식 3과 같다.
[식 3]
Figure pat00023
여기서,
Figure pat00024
,
Figure pat00025
를 의미한다.
마지막으로 Cell #1(311)에서 TDoA의 평균제곱오차는 하기의 식 4와 같다.
[식 4]
Figure pat00026
여기서,
Figure pat00027
,
Figure pat00028
를 의미한다.
전파교란원 추정 장치(100)는 하기의 식 5와 같이 복수의 셀들 각각에 대해 결정된 초기 송신출력들의 분산, AOA의 평균제곱오차 및 TDoA 의 평균제곱오차에 가중치를 적용하여 모두 합할 수 있다.
[식 5]
Figure pat00029
전파교란원 추정 장치(100)는 초기 송신출력들의 분산, AOA의 평균제곱오차 및 TDoA의 평균제곱오차에 각각 w 1 , w 2 , w 3 의 가중치를 곱할 수 있다. 이때, 전파교란원 추정 장치(100)는 가중치를 통해 초기 송신출력, AOA 및 TDoA의 오차 반영비율을 조절할 수 있고, 이를 통해 전파교란원 추정을 위한 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 이와 같은 과정을 복수의 셀 각각에 대해(Cell # i)(314) 일반화시키면 하기의 식 6을 얻을 수 있다.
[식 6]
Figure pat00030
따라서, 전파교란원 추정 장치(100)는 위의 과정을 설정된 영역(130) 내의 모든 셀(131)에 대해서 계산할 수 있으며, 각각의 셀(131) 위치에서
Figure pat00031
를 산출할 수 있다.
이때, 전파교란원 추정 장치(100)는 산출된
Figure pat00032
중 최소값을 갖는 셀의 인덱스 k를 검출할 수 있으며, 이를 수식으로 설명하면 하기의 식 7과 같다.
[식 7]
Figure pat00033
최종적으로, 전파교란원 추정 장치(100)는 검출된 셀 인덱스 k 에 대응하는 지점을 전파교란원의 최종 위치로 추정하고, 검출된 셀 인덱스 k 에 대응하는 평균송신출력값,
Figure pat00034
를 전파교란원의 최종 송신출력으로 추정할 수 있다.
한편, 본 발명에서 전파교란원의 최종 위치 및 송신출력을 추정하기 위하여 복수의 측정 위치들 각각에서 측정된 전파교란신호의 AOA 및 TDoA가 필요하지만 반드시 AOA와 TDoA의 두 가지 형태의 측정정보를 모두 필요로 하지 않는다. 만약에 TDoA 측정값이 없는 경우에는 전파교란원 추정 장치(100)는 w 3 를 0으로 설정하고, AOA 측정값이 없는 경우에는 w 2 를 0으로 설정함으로써 전파교란원의 최종 위치 및 송신출력을 추정할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100 : 전파교란원 추정 장치
110 : 수신부
120 : 프로세서

Claims (12)

  1. 전파교란원을 추적하기 위해 복수의 측정 위치들 각각에서 측정된 전파교란신호의 수신세기, 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 수신하는 단계;
    상기 측정된 전파교란신호의 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 이용하여 상기 전파교란원의 초기 위치를 추정하는 단계;
    상기 추정된 전파교란원의 초기 위치를 중심으로 설정된 영역을 복수의 셀(Cell)들로 분할하는 단계;
    전파예측모델 및 상기 측정된 전파교란신호의 수신 세기를 이용하여 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들에서 측정되는 전파교란신호의 초기 송신출력을 추정하는 단계;
    상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들까지의 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 계산하는 단계; 및
    상기 추정된 전파교란신호의 초기 송신출력, 계산된 방향탐지 각도 및 전파도달 시간 차를 이용하여 상기 전파교란원의 최종 위치 및 최종 송신출력을 추정하는 단계
    를 포함하는 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전파예측모델은,
    상기 전파교란신호에 대한 장애물이 존재하는 비가시선(Non-Line Of Sight)에 의한 전파환경을 고려한 전파예측모델인 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전파교란신호의 초기 송신출력을 추정하는 단계는,
    상기 전파예측모델을 이용하여 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들까지의 전파경로손실을 계산하는 단계;
    상기 측정된 전파교란신호의 수신 세기와 상기 계산된 전파경로손실을 이용하여 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들에서 측정되는 전파교란신호의 초기 송신 출력을 추정하는 단계
    를 포함하는 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전파교란원의 최종 위치 및 최종 송신출력을 추정하는 단계는,
    상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들에서 추정된 초기 송신출력들의 평균을 결정하는 단계;
    상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들에서 측정된 방향탐지 각도 및 계산된 방향탐지 각도를 비교하여 방향탐지 각도의 오차를 결정하는 단계;
    상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들에서 측정된 전파도달시간 차 및 계산된 전파도달시간 차를 비교하여 전파도달시간 차의 오차를 결정하는 단계; 및
    상기 복수의 셀들 각각에 대해 계산된 송신출력들의 평균, 방향탐지 각도의 오차 및 전파도달시간 차의 오차를 이용하여 상기 전파교란원의 최종 위치 및 최종 송신출력을 추정하는 단계
    를 포함하는 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전파교란원의 최종 위치 및 최종 송신출력을 추정하는 단계는,
    상기 복수의 셀들 각각에 대해 계산된 송신출력들의 평균, 방향탐지 각도의 오차 및 전파도달시간 차의 오차를 합산한 결과를 결정하는 단계;
    상기 복수의 셀들 중 합산한 결과가 최소인 셀을 추출하는 단계;
    상기 추출된 셀을 상기 전파교란원의 최종 위치로 추정하는 단계; 및
    상기 추출된 셀에서 계산된 평균송신출력을 상기 전파교란원의 최종 송신출력으로 추정하는 단계
    를 포함하는 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 계산하는 단계는,
    상기 분할된 복수의 셀들 각각과 상기 복수의 측정 위치들 간의 지정학적 위치를 이용하는 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 방법.
  7. 전파교란원을 추적하기 위해 복수의 측정 위치들 각각에서 측정된 전파교란신호의 수신세기, 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 수신하는 수신부; 및
    상기 수신된 전파교란신호의 수신세기, 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 이용하여 상기 전파교란원의 최종 위치 및 최종 송신출력을 추정하는 프로세서
    를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 측정된 전파교란신호의 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 이용하여 상기 전파교란원의 초기 위치를 추정하고, 상기 추정된 전파교란원의 초기 위치를 중심으로 설정된 영역을 복수의 셀(Cell)들로 분할하며, 전파예측모델 및 상기 측정된 전파교란신호의 수신 세기를 이용하여 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들에서 측정되는 전파교란신호의 초기 송신출력을 추정하고, 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들까지의 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 계산하며, 상기 추정된 전파교란신호의 초기 송신출력, 계산된 방향탐지 각도 및 전파도달 시간 차를 이용하여 상기 전파교란원의 최종 위치 및 최종 송신출력을 추정하는 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전파예측모델은,
    상기 전파교란신호에 대한 장애물이 존재하는 비가시선(Non-Line Of Sight)에 의한 전파환경을 고려한 전파예측모델인 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 전파예측모델을 이용하여 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들까지의 전파경로손실을 계산하고, 상기 측정된 전파교란신호의 수신 세기와 상기 계산된 전파경로손실을 이용하여 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들에서 측정되는 전파교란신호의 초기 송신 출력을 추정하는 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들에서 추정된 초기 송신출력들의 평균을 결정하고, 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들에서 측정된 방향탐지 각도 및 계산된 방향탐지 각도를 비교하여 방향탐지 각도의 오차를 결정하며, 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들에서 측정된 전파도달시간 차 및 계산된 전파도달시간 차를 비교하여 전파도달시간 차의 오차를 결정하고, 상기 복수의 셀들 각각에 대해 계산된 송신출력들의 평균, 방향탐지 각도의 오차 및 전파도달시간 차의 오차를 이용하여 상기 전파교란원의 최종 위치 및 최종 송신출력을 추정하는 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 복수의 셀들 각각에 대해 계산된 송신출력들의 평균, 방향탐지 각도의 오차 및 전파도달시간 차의 오차를 합산한 결과를 결정하고, 상기 복수의 셀들 중 합산한 결과가 최소인 셀을 추출하며, 상기 추출된 셀을 상기 전파교란원의 최종 위치로 추정하고, 상기 추출된 셀에서 계산된 평균송신출력을 상기 전파교란원의 최종 송신출력으로 추정하는 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 분할된 복수의 셀들 각각과 상기 복수의 측정 위치들 간의 지정학적 위치를 이용하여 상기 복수의 셀들 각각에 대해 상기 복수의 측정 위치들까지의 방향탐지 각도 및 전파도달시간 차를 계산하는 전파교란원의 위치 및 송신출력 추정 장치.
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