KR20180103780A - Multistatic passive coherent location method for estimating target location using fm network - Google Patents

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KR20180103780A KR1020180075226A KR20180075226A KR20180103780A KR 20180103780 A KR20180103780 A KR 20180103780A KR 1020180075226 A KR1020180075226 A KR 1020180075226A KR 20180075226 A KR20180075226 A KR 20180075226A KR 20180103780 A KR20180103780 A KR 20180103780A
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Abstract

Disclosed are a method and a system for multi-static PCL target location estimation using an FM broadcast network. The system for multi-static PCL target location estimation using an FM broadcast network comprises: a receiver selection module to select an optimal receiver to estimate a location of a target among a plurality of receivers connected to an FM broadcast network and distributed on the ground; a target location estimation module to use time difference of arrival (TDOA) information of an FM signal received by the receiver selected by the receiver selection module to estimate the location of the target; and a filtering module to filter the location of the target estimated by the target location estimation module to output the filtered location of the target. According to the method and the system for multi-static PCL target location estimation using an FM broadcast network, three dimensional location information of a target is accurately calculated in real time in a complex commercial broadcast network environment to use an existing infra broadcast network to acquire accurate target information in a wide area. Specifically, expenses are reduced and realization is easy. Specifically, an optimal receiver for target location information calculation among multiple receivers is calculated in real time, and the optimal receiver is used to calculate the three dimensional location information to increase accuracy and efficiency of target information calculation.

Description

FM 방송망을 이용한 멀티스태틱 PCL 표적 위치 추정 방법{MULTISTATIC PASSIVE COHERENT LOCATION METHOD FOR ESTIMATING TARGET LOCATION USING FM NETWORK}[0001] MULTISTATIC PASSIVE COHERENT LOCATION METHOD FOR ESTIMATING TARGET LOCATION USING FM NETWORK [0002]

본 발명은 표적 위치 추정 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 상용 방송망을 이용한 표적 위치 추정 시스템 및 방법에 관한 것이며, 좀 더 구체적으로는 FM 방송망을 이용한 멀티스태틱 PCL 표적 위치 추정 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a target location estimation system and method, and more particularly, to a system and method for estimating a target location using a commercial broadcasting network, and more particularly to a system and method for estimating a multi-static PCL target location using an FM broadcasting network will be.

PCL(passive coherent location) 방식에 의해 상용 방송망의 방송 신호를 이용하여 표적(target)의 위치를 파악하는 기술이 관심을 끌고 있다.A technique of grasping the position of a target by using a broadcast signal of a commercial broadcasting network by a passive coherent location (PCL) method is attracting attention.

FM 방송과 같은 방송 신호의 수신기에서 표적으로부터 반사되는 간섭 신호를 수신하게 되는데, 이러한 간섭 신호에 의한 TDOA(Time Diffirect of Arrival)를 이용하여 표적의 위치를 추정할 수 있다.The receiver of a broadcasting signal such as an FM broadcast receives an interference signal reflected from a target. The position of the target can be estimated using TDOA (Time Difference of Arrival) based on the interference signal.

아직은 그 기술의 구현 단계라고 보기 어렵지만, 이론적으로는 충분히 표적 위치 추정이 가능하다.Although it is difficult to say that it is an implementation step of the technology yet, it is theoretically sufficient to estimate the target position.

기존에는 하나의 방송국 기지국과 여러 수신기로 구성되는 방송망에서 표적 주위의 어느 수신기를 선택하여 표적의 위치를 추정할 지에 아직까지 구체적인 기술이 구현되어 있지 않다.In the prior art, there is not yet a concrete technique for selecting a receiver around a target and estimating the position of the target in a broadcasting network composed of one broadcasting station base station and several receivers.

표적 위치 추정에 가장 적합한 수신기를 실시간으로 선택하기 위한 적절한 알고리즘이 요구되고 있다.A suitable algorithm for selecting a receiver that is most suitable for the target position estimation in real time is required.

또한, FM 방송 수신기와 같은 상용 방송망의 수신기는 대개 지상에 설치되는 데, 3차원 공간 상의 표적의 위치를 추적하기 위해서는 수신기에서 표적 정보를 3차원 위치 정보로 모델링(modeling)할 필요가 있다.In addition, a receiver of a commercial broadcasting network such as an FM broadcast receiver is usually installed on the ground. In order to track the position of a target on a three-dimensional space, the receiver needs to model the target information as three-dimensional position information.

이와 같이, 복잡한 방송망 환경에서 수신기의 선택과 3차원 위치 정보의 모델링과 같은 구체적인 최적화된 알고리즘에 의해 정확한 표적 정보를 실시간으로 산출하는 수단이 요구된다.Thus, a means for calculating accurate target information in real time by a specific optimized algorithm such as selection of a receiver and modeling of three-dimensional position information in a complex network environment is required.

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본 발명의 목적은 FM 방송망을 이용한 멀티스태틱 PCL 표적 위치 추정 시스템을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a multi-static PCL target position estimation system using an FM broadcasting network.

본 발명의 다른 목적은 FM 방송망을 이용한 멀티스태틱 PCL 표적 위치 추정 방법을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a method for estimating a multi-static PCL target position using an FM broadcasting network.

상술한 본 발명의 목적에 따른 FM 방송망을 이용한 멀티스태틱 PCL 표적 위치 추정 시스템은, FM 방송망과 연결된 지상에 분포하는 다수의 수신기 중에서 표적의 위치를 추정하기 위한 최적의 수신기를 선택하는 수신기 선택 모듈; 상기 수신기 선택 모듈에서 선택된 수신기에서 각각 수신되는 FM 신호의 TDOA(time difference of arrival) 정보를 이용하여 표적의 위치를 추정하는 표적 위치 추정 모듈; 상기 표적 위치 추정 모듈에서 추정된 표적의 위치를 필터링하여 출력하는 필터링 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a multi-static PCL target position estimation system using an FM broadcasting network, including: a receiver selection module for selecting an optimal receiver for estimating a position of a target among a plurality of terrestrially distributed receivers connected to an FM broadcasting network; A target position estimation module for estimating a position of a target using time difference of arrival (TDOA) information of an FM signal received from the receiver selected by the receiver selection module; And a filtering module for filtering and outputting the position of the target estimated by the target position estimation module.

여기서, 상기 수신기 선택 모듈은, 상기 지상에 분포하는 다수의 수신기 중에서 신호 대 잡음비가 큰 순서대로 수신기를 추출하고, 추출된 수신기 중에서 최고 고도 높이의 제1 수신기 및 최저 고도 높이의 제2 수신기를 선택하고, 상기 최고 고도 높이 및 상기 최저 고도 높이의 고도 차이 값을 3등분하고, 3등분된 고도의 1분위 지점을 기준으로 높이 편차값 이내의 수신기 중 신호 대 잡음비가 가장 높은 제3 수신기를 선택하고 3등분된 고도의 2분위 지점을 기준으로 높이 편차값 이내의 수신기 중 신호 대 잡음비가 가장 높은 제4 수신기를 선택하도록 구성될 수 있다.Here, the receiver selection module extracts the receivers in the descending order of the signal-to-noise ratios among the plurality of receivers distributed on the ground, selects the first receiver having the highest altitude and the second receiver having the lowest altitude And a third receiver having the highest signal-to-noise ratio among the receivers within the height deviation value with reference to the tertiary high-grade point divided by three is selected And selects the fourth receiver having the highest signal-to-noise ratio among the receivers within the height deviation value based on the third quadrants of the high-level quadrants.

그리고 상기 표적 위치 추정 모듈은, 상기 수신된 TDOA 정보를 바이스태틱(bistatic) 평면의 TDOA 정보에서 XY 평면 및 YZ 평면의 3차원 직교 좌표계의 TDOA 정보로 변환하여 표적의 위치를 추정하도록 구성될 수 있다.The target position estimation module may be configured to estimate the position of the target by converting the received TDOA information into TDOA information of a three-dimensional Cartesian coordinate system of an XY plane and a YZ plane in TDOA information of a bistatic plane .

그리고 상기 필터링 모듈은, X 좌표, Y 좌표 및 Z 좌표를 각각 독립적으로 고려하는 디커플 필터링(decoupled filtering)을 적용하도록 구성될 수 있다.The filtering module may be configured to apply decoupled filtering to independently consider the X coordinate, Y coordinate, and Z coordinate, respectively.

상술한 본 발명의 다른 목적에 따른 FM 방송망을 이용한 멀티스태틱 PCL 표적 위치 추정 방법은, 수신기 선택 모듈이 FM 방송망과 연결된 지상에 분포하는 다수의 수신기 중에서 표적의 위치를 추정하기 위한 최적의 수신기를 선택하는 단계; 표적 위치 추정 모듈이 상기 수신기 선택 모듈에서 선택된 수신기에서 각각 수신되는 FM 신호의 TDOA(time difference of arrival) 정보를 이용하여 표적의 위치를 추정하는 단계; 필터링 모듈이 상기 표적 위치 추정 모듈에서 추정된 표적의 위치를 필터링하여 출력하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for estimating a multi-static PCL target position using an FM broadcasting network, the method comprising: selecting a best receiver for estimating a target position among a plurality of terrestrial distributed receivers connected to an FM broadcasting network; ; Estimating a position of a target using a time difference of arrival (TDOA) information of an FM signal received from a receiver selected in the receiver selection module; The filtering module may be configured to filter and output the position of the estimated target in the target position estimation module.

여기서, 상기 수신기 선택 모듈이 FM 방송망과 연결된 지상에 분포하는 다수의 수신기 중에서 표적의 위치를 추정하기 위한 최적의 수신기를 선택하는 단계는, 상기 지상에 분포하는 다수의 수신기 중에서 신호 대 잡음비가 큰 순서대로 수신기를 추출하고, 추출된 수신기 중에서 최고 고도 높이의 제1 수신기 및 최저 고도 높이의 제2 수신기를 선택하고, 상기 최고 고도 높이 및 상기 최저 고도 높이의 고도 차이 값을 3등분하고, 3등분된 고도의 1분위 지점을 기준으로 높이 편차값 이내의 수신기 중 신호 대 잡음비가 가장 높은 제3 수신기를 선택하고 3등분된 고도의 2분위 지점을 기준으로 높이 편차값 이내의 수신기 중 신호 대 잡음비가 가장 높은 제4 수신기를 선택하도록 구성될 수 있다.The step of selecting an optimal receiver for estimating the position of a target among the plurality of receivers distributed on the ground connected to the FM broadcasting network may include selecting a receiver having a plurality of antennas Selecting a first receiver of the highest altitude height and a second receiver of the lowest altitude height among the extracted receivers, tripling the altitude difference value of the highest altitude height and the lowest altitude height, The receiver with the highest signal-to-noise ratio among the receivers within the height deviation value based on the high-order first-order points is selected and the signal-to-noise ratio among the receivers within the height deviation value based on the third- And select a higher fourth receiver.

그리고 상기 표적 위치 추정 모듈이 상기 수신기 선택 모듈에서 선택된 수신기에서 각각 수신되는 FM 신호의 TDOA(time difference of arrival) 정보를 이용하여 표적의 위치를 추정하는 단계는, 상기 수신된 TDOA 정보를 바이스태틱(bistatic) 평면의 TDOA 정보에서 XY 평면 및 YZ 평면의 3차원 직교 좌표계의 TDOA 정보로 변환하여 표적의 위치를 추정하도록 구성될 수 있다.And estimating the location of the target using the time difference of arrival (TDOA) information of the FM signal received by the target position estimation module in the receiver selected in the receiver selection module, bistatic) plane TDOA information of the three-dimensional Cartesian coordinate system of the XY plane and the YZ plane to estimate the position of the target.

그리고 상기 필터링 모듈이 상기 표적 위치 추정 모듈에서 추정된 표적의 위치를 필터링하여 출력하는 단계는, X 좌표, Y 좌표 및 Z 좌표를 각각 독립적으로 고려하는 디커플 필터링(decoupled filtering)을 적용하도록 구성될 수 있다.The step of the filtering module filtering and outputting the position of the target estimated by the target position estimation module may be configured to apply decoupled filtering to independently consider the X coordinate, the Y coordinate, and the Z coordinate, respectively .

상술한 FM 방송망을 이용한 멀티스태틱 PCL 표적 위치 추정 시스템 및 방법에 의하면, 복잡한 상용 방송망 환경에서 표적의 3차원 위치 정보를 정확하게 실시간 산출하도록 구성됨으로써, 기존의 인프라(infra) 방송망을 이용하여 광범위한 영역에서 정확한 표적 정보를 획득할 수 있는 효과가 있다. 특히, 비용 절감은 물론 그 구현이 용이하다는 장점이 있다.According to the system and method for estimating a multi-static PCL target position using the FM broadcasting network, it is possible to accurately calculate the three-dimensional position information of the target in a complex commercial broadcasting network environment in a real-time manner using an existing infra broadcasting network. It is possible to acquire accurate target information. In particular, it has advantages in cost reduction as well as ease of implementation.

특히, 방송망의 여러 수신기 중에서 표적 위치 정보 산출을 위한 최적의 수신기를 실시간으로 산출하고 이를 이용하여 3차원 위치 정보를 산출하도록 구성됨으로써, 표적 정보 산출의 정확도와 효율성을 높일 수 있는 효과가 있다.Particularly, it is possible to calculate an optimal receiver for calculating target position information from among receivers of a broadcasting network in real time and to calculate the three-dimensional position information using the calculated target, thereby improving the accuracy and efficiency of target information calculation.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 FM 방송망을 이용한 멀티스태틱 PCL 표적 위치 추정 알고리즘의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 FM 방송망을 이용한 멀티스태틱 PCL 표적 위치 추정 시스템의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 정보의 프로젝션 모델링에 대한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 FM 방송망을 이용한 멀티스태틱 PCL 표적 위치 추정 방법의 흐름도이다.
1 is a schematic diagram of a multi-static PCL target position estimation algorithm using an FM broadcasting network according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a multi-static PCL target position estimation system using an FM broadcasting network according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of projection modeling of target information according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart of a method for estimating a multi-static PCL target position using an FM broadcasting network according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail to the concrete inventive concept. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, A, B, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

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.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

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 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 FM 방송망을 이용한 멀티스태틱 PCL 표적 위치 추정 알고리즘의 모식도이다.1 is a schematic diagram of a multi-static PCL target position estimation algorithm using an FM broadcasting network according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 FM 방송망을 이용한 멀티스태틱 PCL 표적 위치 추정 시스템(100)은 FM 방송망과 같은 상용 방송망을 이용하여 표적의 3차원 위치 정보를 정확하게 실시간 산출하도록 구성된다.Referring to FIG. 1, a multi-static PCL target position estimation system 100 using an FM broadcasting network according to an embodiment of the present invention is configured to accurately calculate three-dimensional position information of a target in real time using a commercial broadcasting network such as an FM broadcasting network do.

구체적으로는 표적 위치 추정을 위한 최적의 수신기(10)의 선택, 표적 위치 추정, 필터링의 3 단계를 거치도록 구성된다.Specifically, it is configured to go through three steps: selection of the optimal receiver 10 for target position estimation, target position estimation, and filtering.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 FM 방송망을 이용한 멀티스태틱 PCL 표적 위치 추정 시스템의 블록 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 정보의 프로젝션 모델링에 대한 모식도이다.FIG. 2 is a block diagram of a multi-static PCL target position estimation system using an FM broadcasting network according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a schematic diagram of projection modeling of target information according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 FM 방송망을 이용한 멀티스태틱 PCL 표적 위치 추정 시스템(100)은 수신기 선택 모듈(110), 표적 위치 추정 모듈(120) 및 필터링 모듈(130)을 포함하도록 구성될 수 있다.2 and 3, a multi-static PCL target position estimation system 100 using an FM network according to an exemplary embodiment of the present invention includes a receiver selection module 110, a target position estimation module 120, and a filtering module 130).

이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.Hereinafter, the detailed configuration will be described.

수신기 선택 모듈(110)은 FM 방송망과 연결된 지상에 분포하는 다수의 수신기(10) 중에서 표적의 위치를 추정하기 위한 최적의 수신기를 선택하도록 구성될 수 있다.The receiver selection module 110 may be configured to select an optimal receiver for estimating the position of a target among a plurality of terrestrial distributed receivers 10 associated with an FM broadcast network.

구체적으로는 1개의 상용 방송망 기지국과 연결되는 지상의 64개의 수신기(10) 중에서 4 개의 수신기(10)를 선택하도록 구성될 수 있다.More specifically, it may be configured to select four receivers 10 out of 64 receivers 10 on the ground connected to one commercial network base station.

수신기 선택 모듈(110)은 표적의 고도 변화에 따른 최적의 수신기(10)를 선택하도록 구성되며, 표적이 탐지 영역에 진입하는 경우 지상의 수신기(10) 중에서 표적 위치 추정에 필요한 최적의 4 개의 수신기(10)를 선택하도록 구성될 수 있다.The receiver selection module 110 is configured to select an optimal receiver 10 according to a change in altitude of a target and is configured to select four optimal receivers for target position estimation among the terrestrial receivers 10 when the target enters the detection area (10). ≪ / RTI >

지상에 임의로 분포되어 있는 수신기(10)를 고려할 때 XY 평면에서는 수신기(10)가 상용 방송망 기지국의 서비스 반경 대략 20 km 이내에 위치하게 되어 각각의 수신기(10) 사이의 거리가 충분히 크다. 반면, 수신기(10)의 고도 정보인 Z 좌표는 지리적 고도의 제한으로 인해 XY 평면에서의 거리 차이 값보다 매우 작은 것을 알 수 있다. 여기서, 지리적 고도의 제한은 계룡산(고도 846m)과 같은 높은 산의 고도가 그 예가 될 수 있다.Considering the receiver 10 arbitrarily distributed on the ground, in the XY plane, the receiver 10 is positioned within a service radius of about 20 km of the commercial network base station, and the distance between the receivers 10 is sufficiently large. On the other hand, it can be seen that the Z coordinate, which is the altitude information of the receiver 10, is much smaller than the distance difference value in the XY plane due to the limitation of the geographical altitude. Here, the limitation of geographical altitude can be exemplified by the elevation of high mountains such as Gyeryongsan (altitude 846m).

표적의 위치 정보를 정확히 추정하기 위해서는 신호 대 잡음비가 높은 수신기(10)를 선택하는 것과 동시에 수신기(10)의 고도 분포를 고려하여 선택해야 한다.In order to accurately estimate the position information of the target, it is necessary to select the receiver 10 having a high signal-to-noise ratio and to select the receiver 10 considering the altitude distribution of the receiver 10.

다음은 고도 다변화에 따른 수신기(10) 선택의 알고리즘을 설명한다.The following describes the algorithm of selecting the receiver 10 according to the altitude diversification.

먼저 수신기 선택 모듈(110)은 표적 탐지 기준이 되는 신호 대 잡음비

Figure pat00001
, 수신기 집합
Figure pat00002
, 높이 편차 값
Figure pat00003
를 입력받도록 구성될 수 있다.First, the receiver selection module 110 calculates a signal-to-noise ratio
Figure pat00001
, Receiver set
Figure pat00002
, Height deviation value
Figure pat00003
As shown in FIG.

수신기 선택 모듈(110)은 먼저 표적 탐지 기준이 되는 신호 대 잡음비

Figure pat00004
보다 신호 대 잡음비가 더 큰 수신기(10)의 집합을 추출하도록 구성될 수 있다.The receiver selection module 110 first determines the signal-to-noise ratio
Figure pat00004
Can be configured to extract a set of receivers 10 with a higher signal-to-noise ratio.

이에 따른 탐지 가능한 수신기 집합은 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.The detectable receiver set thus can be expressed as: < EMI ID = 1.0 >

Figure pat00005
Figure pat00005

신호 대 잡음비가 큰 순서대로 정렬하면 다음 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.If the signal-to-noise ratios are sorted in descending order, the following equation (2) can be obtained.

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서, 수신기 선택 모듈(110)은 앞서 추출된 수신기 집합 중에서 최고 고도 높이의 제1 수신기 및 최저 고도 높이의 제2 수신기를 선택하도록 구성될 수 있다. 이들은 수학식 3 및 수학식 4에 의해 각각 선택될 수 있다.Here, the receiver selection module 110 may be configured to select a first receiver of the highest altitude height and a second receiver of the lowest altitude height among the receiver sets extracted earlier. These can be selected by Equation (3) and Equation (4), respectively.

Figure pat00007
Figure pat00007

Figure pat00008
Figure pat00008

그리고 최고 고도와 최저 고도 간의 높이차의 3등분 값은 다음 수학식 5와 같이 산출될 수 있다. Then, the ternary value of the height difference between the highest altitude and the lowest altitude can be calculated by the following equation (5).

Figure pat00009
Figure pat00009

한편, 수신기 선택 모듈(110)은 앞서 3등분된 고도의 하위 1분위 지점을 기준으로 높이 편차값

Figure pat00010
이내의 수신기(10)를 다음 수학식 6과 같이 선택하고, 선택된 수신기(10) 중에서 신호 대 잡음비가 가장 높은 제3 수신기를 수학식 7과 같이 선택하도록 구성될 수 있다.On the other hand, the receiver selection module 110 calculates the height difference value
Figure pat00010
And selects the third receiver having the highest signal-to-noise ratio among the selected receivers 10 as shown in Equation (7). &Quot; (7) "

Figure pat00011
Figure pat00011

Figure pat00012
Figure pat00012

그리고 수신기 선택 모듈(110)은 앞서 3등분된 고도의 하위 2분위 지점을 기준으로 높이 편차값

Figure pat00013
이내의 수신기(10)를 다음 수학식 8과 같이 선택하고, 선택된 수신기(10) 중에서 신호 대 잡음비가 가장 높은 제4 수신기를 수학식 9와 같이 선택하도록 구성될 수 있다.In addition, the receiver selection module 110 calculates the height difference value < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00013
And selects the fourth receiver having the highest signal-to-noise ratio among the selected receivers 10 as shown in Equation (9). &Quot; (9) "

Figure pat00014
Figure pat00014

Figure pat00015
Figure pat00015

표적 위치 추정 모듈(120)은 수신기 선택 모듈(110)에서 선택된 수신기(10)에서 각각 수신되는 FM 신호의 TDOA(time difference of arrival) 정보를 이용하여 표적의 위치를 추정하도록 구성될 수 있다.The target location estimation module 120 may be configured to estimate the location of the target using the time difference of arrival (TDOA) information of the FM signal received at the receiver 10 selected by the receiver selection module 110.

구체적으로는 표적 위치 추정 모듈(120)이 수신기 선택 모듈(110)에서 수신된 TDOA 정보를 바이스태틱(bistatic) 평면의 TDOA 정보에서 XY 평면 및 YZ 평면의 3차원 직교 좌표계의 TDOA 정보로 변환하여 표적의 위치를 추정하도록 구성될 수 있다.Specifically, the target position estimation module 120 converts the TDOA information received from the receiver selection module 110 into TDOA information of the three-dimensional Cartesian coordinate system of the XY plane and the YZ plane in the TDOA information of the bistatic plane, As shown in FIG.

기존에는 바이스태틱(bistatic) 평면에서 TDOA 정보를 획득하였으나, 본 발명에서는 표적 위치 추정을 위해 3차원 좌표 정보를 필요로 한다. 2차원 바이스태틱 평면에서 모델링한 TDOA 정보를 3차원 직교 좌표계의 정보로 변환하도록 구성될 수 있다.Conventionally, TDOA information is obtained on a bistatic plane, but in the present invention, three-dimensional coordinate information is required for target position estimation. And convert the TDOA information modeled in the two-dimensional bistatic plane into information in the three-dimensional Cartesian coordinate system.

도 2에서 송신기(미도시), 수신기(10) 및 표적의 위치 정보를 각각

Figure pat00016
,
Figure pat00017
,
Figure pat00018
로 정의하면, 수신기(10)와 표적 사이의 길이 벡터(vector)
Figure pat00019
및 송신기와 수신(10) 간의 길이 벡터
Figure pat00020
은 다음 수학식 10 및 수학식 11과 같이 정의될 수 있다.In FIG. 2, the transmitter (not shown), the receiver 10,
Figure pat00016
,
Figure pat00017
,
Figure pat00018
The length vector between the receiver 10 and the target,
Figure pat00019
And a length vector between the transmitter and the receiver (10)
Figure pat00020
Can be defined by the following equations (10) and (11).

Figure pat00021
Figure pat00021

Figure pat00022
Figure pat00022

XY 평면 법벡터, YZ평면의 법벡터를 각각

Figure pat00023
,
Figure pat00024
로 정의하면, 각각의 길이 벡터
Figure pat00025
와 XY 평면, YZ 평면이 이루는 각은 제2코사인 법칙을 적용하여 다음 수학식 12 내지 수학식 14와 같이 산출될 수 있다.The XY plane law vector, and the YZ plane law vector, respectively
Figure pat00023
,
Figure pat00024
, Each length vector
Figure pat00025
The XY plane, and the YZ plane may be calculated by the following equations (12) to (14) by applying a second cosine law.

Figure pat00026
Figure pat00026

Figure pat00027
Figure pat00027

Figure pat00028
Figure pat00028

여기서,

Figure pat00029
,
Figure pat00030
는 바이스태틱 평면에서의 길이 벡터
Figure pat00031
과 XY 평면, 길이 벡터
Figure pat00032
과 YZ 평면이 이루는 각을 나타내고,
Figure pat00033
,
Figure pat00034
는 바이스태틱 평면에서의
Figure pat00035
과 XY 평면 및 YZ평면이 이루는 각을 나타낸다.here,
Figure pat00029
,
Figure pat00030
Is a length vector in the bistatic plane
Figure pat00031
And XY plane, length vector
Figure pat00032
And the YZ plane,
Figure pat00033
,
Figure pat00034
In the bistatic plane
Figure pat00035
And the angle formed by the XY plane and the YZ plane.

이와 같이 산출한 각도를 기반으로 XY 평면 및 YZ 평면에서의 TDOA 정보를 수학식 15 내지 수학식 18과 같이 획득할 수 있다.TDOA information on the XY plane and the YZ plane can be obtained as shown in Equations (15) to (18) based on the angle thus calculated.

Figure pat00036
Figure pat00036

Figure pat00037
Figure pat00037

Figure pat00038
Figure pat00038

필터링 모듈(130)은 표적 위치 추정 모듈(120)에서 추정된 표적의 위치를 필터링하여 출력하도록 구성될 수 있다.The filtering module 130 may be configured to filter and output the position of the estimated target in the target position estimation module 120. [

필터링 모듈(130)은 X 좌표, Y 좌표 및 Z 좌표를 각각 독립적으로 고려하는 디커플 필터링(decoupled filtering)을 적용하도록 구성될 수 있다.The filtering module 130 may be configured to apply decoupled filtering to independently consider the X coordinate, Y coordinate, and Z coordinate, respectively.

알파-베타(alpha-beta) 필터와 칼만(kalman) 필터가 있으나, 알파-베타 필터는 복잡도가 낮은 대신 표적의 위치를 추정하는 성능이 떨어지며, 칼만 필터는 표적의 위치 추정 성능이 좋은 반면에 복잡도가 매우 높다는 단점이 있다. 이러한 트레이드-오프(trade-off)를 해결하기 위해서 [8]에서 제안하는 것처럼 디커플 칼만 필터를 이용한다.Although there are alpha-beta and kalman filters, the alpha-beta filter has poor performance in estimating the location of the target instead of low complexity. The Kalman filter has good positioning performance of the target, Is very high. To solve this trade-off, we use a decoupled Kalman filter as proposed in [8].

디커플 칼만 필터는 X 좌표, Y 좌표, Z 좌표의 정보를 동시에 고려하는 칼만 필터와 다르게 X 좌표, Y 좌표, Z 좌표의 정보를 각각 독립적으로 고려하는 칼만 필터 중 복잡도를 낮춘 필터이다. 시간

Figure pat00039
에서 표적의 X 좌표를 추정할 때(Y 좌표 및 Z 좌표도 동일), 뉴턴의 운동 법칙을 적용하면 다음 수학식 19의 상태 방정식을 얻을 수 있다.The decoupled Kalman filter is a Kalman filter that considers the X coordinate, Y coordinate, and Z coordinate information independently of the Kalman filter that simultaneously considers the X coordinate, Y coordinate, and Z coordinate information. time
Figure pat00039
(Assuming that the Y coordinate and the Z coordinate are the same), the state equation of the following equation (19) can be obtained by applying Newton's law of motion.

Figure pat00040
Figure pat00040

여기서, 상태 벡터

Figure pat00041
, 상태 변이 행렬
Figure pat00042
, 노이즈 벡터
Figure pat00043
는 다음 수학식 20 내지 수학식 22로 정의된다.Here, the state vector
Figure pat00041
, A state transition matrix
Figure pat00042
, Noise vector
Figure pat00043
Is defined by the following equations (20) to (22).

Figure pat00044
Figure pat00044

Figure pat00045
Figure pat00045

이때,

Figure pat00046
,
Figure pat00047
,
Figure pat00048
는 각각 X 축에서 표적의 위치, X 축에서 표적의 속도, 표적의 정보를 얻는 시간 간격, 필터 튜닝 파라미터를 나타낸다.At this time,
Figure pat00046
,
Figure pat00047
,
Figure pat00048
Represent the position of the target in the X-axis, the velocity of the target in the X-axis, the time interval at which the target information is obtained, and the filter tuning parameters.

디커플 칼만 필터를 적용하기 전에 표적의 X 좌표를 측정한 값은 다음 수학식 23과 같이 정의된다.The value obtained by measuring the X-coordinate of the target before applying the decoupling Kalman filter is defined by the following equation (23).

Figure pat00049
Figure pat00049

여기서,

Figure pat00050
로 첫번째 원소 (1,1)은 표적 추정 알고리즘을 적용하여 얻은 표적의 X 좌표값을 나타내고, 두번째 원소 (2,1)은 0으로 정의한다.
Figure pat00051
은 상태 이전 행렬,
Figure pat00052
는 위치 측정 에러(error)값이며
Figure pat00053
의 성질을 가지며,
Figure pat00054
는 측정을 통해 구해진 표적의 X 축 좌표를 나타낸다.here,
Figure pat00050
The first element (1,1) represents the X coordinate value of the target obtained by applying the target estimation algorithm, and the second element (2,1) is defined as zero.
Figure pat00051
State transition matrix,
Figure pat00052
Is a position measurement error value
Figure pat00053
And,
Figure pat00054
Represents the X-axis coordinate of the target obtained through measurement.

이를 바탕으로 상태 업데이트 방정식은 다음 수학식 24와 같이 정의된다.Based on this, the state update equation is defined by the following equation (24).

Figure pat00055
Figure pat00055

여기서,

Figure pat00056
는 위치 측정 후 현재 상태 벡터로 첫번째 원소 (1,1) 성분은 표적의 X 좌표값을 나타내고, 두번째 원소 (1,2) 성분은 X 축에서의 표적의 속도를 나타낸다. 마찬가지로
Figure pat00057
는 위치 측정 전 예측 상태 벡터를 나타내고,
Figure pat00058
는 칼만 필터 이득을 나타낸다.here,
Figure pat00056
(1, 1) represents the X coordinate value of the target, and the second element (1,2) represents the speed of the target in the X axis. Likewise
Figure pat00057
Represents a predicted state vector before position measurement,
Figure pat00058
Represents the Kalman filter gain.

위치 측정 값

Figure pat00059
와 위치 측정 전 예측 상태 벡터
Figure pat00060
중 더 신뢰성이 높은 값을 구하기 위해, 두 개 값의 차이에 칼만 필터 이득을 곱하여 상태 업데이트 방정식을 업데이트 하게 된다.Position measurement
Figure pat00059
And the predicted state vector
Figure pat00060
, The state update equation is updated by multiplying the difference between the two values by the Kalman filter gain.

칼만 필터 이득을 구하기 위해 이노베이션(innovation) 공분산 방정식, 상태 공분산 예측 방정식, 상태 공분산 업데이트 방정식을 정의해야 한다. 각각의 방정식은 다음 수학식 25 내지 수학식 27과 같이 정의 된다.To obtain the Kalman filter gain, we need to define the innovation covariance equation, state covariance prediction equation, and state covariance update equation. Each equation is defined by the following equations (25) to (27).

Figure pat00061
Figure pat00061

Figure pat00062
Figure pat00062

Figure pat00063
Figure pat00063

여기서, 이노베이션(=

Figure pat00064
)은 위치 측정 값과 위치 추정 전 예측 상태 값의 차이로 정의되고, 이노베이션 공분산 값
Figure pat00065
은 위치 추정 에러 값,
Figure pat00066
는 위치 측정 전 예측 상태의 공분산,
Figure pat00067
는 위치 측정 후 현재 상태의 공분산을 나타낸다.Here, Innovation (=
Figure pat00064
) Is defined as the difference between the position measurement value and the predicted state value before the position estimation, and the innovation covariance value
Figure pat00065
Lt; / RTI >
Figure pat00066
Is the covariance of the predicted state before the position measurement,
Figure pat00067
Represents the covariance of the current state after the position measurement.

각각의 이노베이션 공분산, 위치 추정 전후의 상태 공분산, 칼만 필터 이득은 다음 수학식 28 내지 수학식 31과 같이 계산된다.Each of the innovation covariances, the state covariance before and after the position estimation, and the Kalman filter gain are calculated by the following equations (28) to (31).

Figure pat00068
Figure pat00068

Figure pat00069
Figure pat00069

Figure pat00070
Figure pat00070

Figure pat00071
Figure pat00071

주어진 칼만 필터 이득은 벡터의 곱이 아닌 스칼라의 곱에 의해 기존의 커플 칼만 필터(coupled Kalman filter) 이득을 구할 때 발생하는 복잡도를 줄일 수 있다. 최종적으로는 상태 업데이트 방정식에서 얻는 위치 측정 후 현재 상태 벡터

Figure pat00072
의 첫번째 원소 값으로 표적 추정 X 좌표를 얻을 수 있다.A given Kalman filter gain can reduce the complexity of finding a conventional coupled Kalman filter gain by scalar multiplication rather than vector multiplication. Finally, after the position measurement obtained from the state update equation,
Figure pat00072
The target estimated X-coordinate can be obtained from the first element value of the target.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 FM 방송망을 이용한 멀티스태틱 PCL 표적 위치 추정 방법의 흐름도이다.4 is a flowchart of a method for estimating a multi-static PCL target position using an FM broadcasting network according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 수신기 선택 모듈(110)이 FM 방송망과 연결된 지상에 분포하는 다수의 수신기(10) 중에서 표적의 위치를 추정하기 위한 최적의 수신기(10)를 선택한다(S101).Referring to FIG. 4, the receiver selection module 110 selects an optimal receiver 10 for estimating the position of a target among a plurality of terrestrial distributed receivers 10 connected to the FM broadcasting network (S101).

이때, 수신기 선택 모듈(110)은 지상에 분포하는 다수의 수신기(10) 중에서 신호 대 잡음비가 큰 순서대로 수신기(10)를 추출하고, 추출된 수신기(10) 중에서 최고 고도 높이의 제1 수신기 및 최저 고도 높이의 제2 수신기를 선택하고, 상기 최고 고도 높이 및 상기 최저 고도 높이의 고도 차이 값을 3등분하고, 3등분된 고도의 1분위 지점을 기준으로 높이 편차값 이내의 수신기(10) 중 신호 대 잡음비가 가장 높은 제3 수신기를 선택하고 3등분된 고도의 2분위 지점을 기준으로 높이 편차값 이내의 수신기(10) 중 신호 대 잡음비가 가장 높은 제4 수신기를 선택하도록 구성될 수 있다.At this time, the receiver selection module 110 extracts the receiver 10 in order of the signal-to-noise ratios among the plurality of receivers 10 distributed on the ground, selects the first receiver having the highest altitude among the extracted receivers 10, A second receiver with the lowest altitude height is selected, and the altitude difference value of the highest altitude height and the lowest altitude altitude is divided into three equal parts, and among the receivers 10 within the height deviation value based on the third highest altitude, To select the third receiver having the highest signal-to-noise ratio and to select the fourth receiver having the highest signal-to-noise ratio among the receivers 10 within the height deviation value based on the third quadrant.

다음으로, 표적 위치 추정 모듈(120)이 상기 수신기 선택 모듈(110)에서 선택된 수신기(10)에서 각각 수신되는 FM 신호의 TDOA(time difference of arrival) 정보를 이용하여 표적의 위치를 추정한다(S102).Next, the target position estimation module 120 estimates the position of the target using the time difference of arrival (TDOA) information of the FM signal received by the receiver 10 selected by the receiver selection module 110 (S102 ).

이때, 표적 위치 추정 모듈(120)은 수신기 선택 모듈(110)에서 수신된 TDOA 정보를 바이스태틱(bistatic) 평면의 TDOA 정보에서 XY 평면 및 YZ 평면의 3차원 직교 좌표계의 TDOA 정보로 변환하여 표적의 위치를 추정하도록 구성될 수 있다.At this time, the target position estimation module 120 converts the TDOA information received from the receiver selection module 110 into TDOA information of the three-dimensional Cartesian coordinate system of the XY plane and the YZ plane from the TDOA information of the bistatic plane, May be configured to estimate the position.

다음으로, 필터링 모듈(130)이 상기 표적 위치 추정 모듈(120)에서 추정된 표적의 위치를 필터링하여 출력한다(S103).Next, the filtering module 130 filters and outputs the position of the target estimated by the target position estimation module 120 (S103).

이때, 필터링 모듈(130)은 X 좌표, Y 좌표 및 Z 좌표를 각각 독립적으로 고려하는 디커플 필터링(decoupled filtering)을 적용하도록 구성될 수 있다.At this time, the filtering module 130 may be configured to apply decoupled filtering to independently consider the X coordinate, Y coordinate, and Z coordinate.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the following claims. There will be.

110: 수신기 선택 모듈
120: 표적 위치 추정 모듈
130: 필터링 모듈
110: receiver selection module
120: target position estimation module
130: Filtering module

Claims (4)

수신기 선택 모듈이 FM 방송망과 연결된 지상에 분포하는 다수의 수신기 중에서 표적의 위치를 추정하기 위한 최적의 수신기를 선택하는 단계;
표적 위치 추정 모듈이 상기 수신기 선택 모듈에서 선택된 수신기에서 각각 수신되는 FM 신호의 TDOA(time difference of arrival) 정보를 이용하여 표적의 위치를 추정하는 단계;
필터링 모듈이 상기 표적 위치 추정 모듈에서 추정된 표적의 위치를 필터링하여 출력하는 단계를 포함하는 FM 방송망을 이용한 멀티스태틱 PCL(multistatic passive coherent location) 표적 위치 추정 방법.
Selecting an optimal receiver for estimating a location of a target among a plurality of terrestrial distributed receivers connected to an FM broadcast network;
Estimating a position of a target using a time difference of arrival (TDOA) information of an FM signal received from a receiver selected in the receiver selection module;
Filtering module for filtering the location of the target estimated by the target location estimation module and outputting the filtered location.
제1항에 있어서, 상기 수신기 선택 모듈이 FM 방송망과 연결된 지상에 분포하는 다수의 수신기 중에서 표적의 위치를 추정하기 위한 최적의 수신기를 선택하는 단계는,
상기 지상에 분포하는 다수의 수신기 중에서 신호 대 잡음비가 큰 순서대로 수신기를 추출하고, 추출된 수신기 중에서 최고 고도 높이의 제1 수신기 및 최저 고도 높이의 제2 수신기를 선택하고, 상기 최고 고도 높이 및 상기 최저 고도 높이의 고도 차이 값을 3등분하고, 3등분된 고도의 1분위 지점을 기준으로 높이 편차값 이내의 수신기 중 신호 대 잡음비가 가장 높은 제3 수신기를 선택하고 3등분된 고도의 2분위 지점을 기준으로 높이 편차값 이내의 수신기 중 신호 대 잡음비가 가장 높은 제4 수신기를 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 FM 방송망을 이용한 멀티스태틱 PCL 표적 위치 추정 방법.
2. The method of claim 1, wherein the step of selecting an optimal receiver for estimating a location of a target among a plurality of terrestrial distributed receivers,
Selecting a first receiver having the highest altitude and a second receiver having the lowest altitude among the extracted receivers, and selecting the second receiver having the highest altitude and the second highest altitude among the extracted receivers, Select the third receiver that has the highest signal-to-noise ratio among the receivers within the height deviation value based on the third-order high-order first-order points divided by the third altitude difference value of the lowest altitude height, And selecting a fourth receiver having the highest signal-to-noise ratio among the receivers within a height deviation value based on the received signal.
제2항에 있어서, 상기 표적 위치 추정 모듈이 상기 수신기 선택 모듈에서 선택된 수신기에서 각각 수신되는 FM 신호의 TDOA(time difference of arrival) 정보를 이용하여 표적의 위치를 추정하는 단계는,
상기 수신된 TDOA 정보를 바이스태틱(bistatic) 평면의 TDOA 정보에서 XY 평면 및 YZ 평면의 3차원 직교 좌표계의 TDOA 정보로 변환하여 표적의 위치를 추정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 FM 방송망을 이용한 멀티스태틱 PCL 표적 위치 추정 방법.
3. The method of claim 2, wherein the target position estimation module estimates a position of a target using time difference of arrival (TDOA) information of an FM signal received in each of the receivers selected in the receiver selection module,
And estimating the position of the target by converting the received TDOA information into TDOA information of a three-dimensional Cartesian coordinate system of an XY plane and a YZ plane in TDOA information of a bistatic plane. PCL target location estimation method.
제1항에 있어서, 상기 필터링 모듈이 상기 표적 위치 추정 모듈에서 추정된 표적의 위치를 필터링하여 출력하는 단계는,
X 좌표, Y 좌표 및 Z 좌표를 각각 독립적으로 고려하는 디커플 필터링(decoupled filtering)을 적용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 FM 방송망을 이용한 멀티스태틱 PCL 표적 위치 추정 방법.
3. The method of claim 1, wherein the filtering module is operable to filter and output the location of the estimated target in the target location module,
And decoupling filtering that considers the X coordinate, the Y coordinate, and the Z coordinate independently of each other.
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