KR20190138444A - Hopping-frequency coding based transmission and reception method and apparatus to estimate the information of a high-speed underwater vehicle in short range - Google Patents

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KR20190138444A
KR20190138444A KR1020180064911A KR20180064911A KR20190138444A KR 20190138444 A KR20190138444 A KR 20190138444A KR 1020180064911 A KR1020180064911 A KR 1020180064911A KR 20180064911 A KR20180064911 A KR 20180064911A KR 20190138444 A KR20190138444 A KR 20190138444A
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Abstract

The present invention relates to a method for transmitting and receiving a hopping frequency based on coding, and to an apparatus thereof. According to one embodiment of the present invention, the method for transmitting and receiving a hopping frequency based on coding in an active sonar system comprises the steps of: transmitting a continuous wave signal hopping at least three frequency bands at a period shorter than the delay time of a reflected signal in a transmitter; and obtaining a frequency, a hopping time point, and a hopping frequency of a received signal from a receiver, and estimating a distance of a target and a Doppler frequency from the obtained frequency, the obtained hopping time point, and the obtained hopping frequency.

Description

도약 주파수 코딩 기반 송수신 방법 및 장치{Hopping-frequency coding based transmission and reception method and apparatus to estimate the information of a high-speed underwater vehicle in short range}Hopping-frequency coding based transmission and reception method and apparatus to estimate the information of a high-speed underwater vehicle in short range}

본 발명은 근접 거리용 소나의 탐지 장치에서 고속으로 기동하는 표적의 거리와 도플러 추정을 위한 신호 송수신 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for transmitting and receiving a signal for estimating a distance and a Doppler of a target that operates at high speed in a sonar detecting apparatus for a close range.

소나 시스템(sonar system)은 수중에서 음파를 송신하고 반사된 신호에서 표적을 탐지하고 정보를 추정하는 장비를 의미한다. 소나 시스템은 표적이 방사하는 음향신호만을 수신하여 표적을 탐지하고 정보를 추출하는 수동 소나 시스템과 음향신호를 송신하고 반사신호를 수신하여 표적을 탐지하고 정보를 추정하는 능동 소나 시스템으로 구분되는데, 본 발명은 능동 소나 시스템 중에서 근거리에서 고속으로 기동하는 표적의 정보 추정에 관련된 것이다.A sonar system refers to equipment that transmits sound waves underwater and detects targets and estimates information from reflected signals. The sonar system is divided into passive sonar system which receives only the acoustic signal emitted by the target and detects the target and extracts the information, and active sonar system which transmits the acoustic signal and receives the reflected signal to detect the target and estimates the information. The present invention relates to the estimation of information of a target that is maneuvering at high speed in a short distance among active sonar systems.

근거리에서 고속으로 기동하는 표적의 거리 및 도플러 정보를 추정하기 위한 종래의 대표적인 기술에는 frequency modulated continuous wave (FMCW) 레이더가 있으며, 근접 신관, 레벨 측정 시스템, 충돌 방지 시스템 등과 같이 근거리 상황에서 거리의 정밀한 측정이 요구되는 응용 분야에서 널리 활용되고 있다.Conventional representative techniques for estimating the distance and Doppler information of a target maneuvering at high speed at close range include frequency modulated continuous wave (FMCW) radar, which provides precise range of distance at close range, such as proximity fuses, level measurement systems, and collision avoidance systems. It is widely used in applications requiring measurement.

FMCW 레이더에서 송·수신 신호의 주파수에서 표적의 정보를 추정하는 방법은 다음과 같다. 송·수신 신호를 믹싱(mixing)하여 도 1a와 같이 2개의 주파수

Figure pat00001
Figure pat00002
로 구성된 비트 신호(beat signal)를 획득하고(여기서,
Figure pat00003
Figure pat00004
는 송·수신 신호의 주파수 차이에 해당함), 2개의 주파수 중에서 다운 비트 주파수
Figure pat00005
를 추정하여 다음 수학식 1과 같이 지연시간을 획득한다.The FMCW radar estimates the target information at the frequency of the transmitted and received signal as follows. Mixing the transmit and receive signals to mix the two frequencies as shown in FIG.
Figure pat00001
Wow
Figure pat00002
Obtain a beat signal consisting of (where,
Figure pat00003
Wow
Figure pat00004
Corresponds to the frequency difference between the transmit and receive signals), and the down beat frequency of the two frequencies.
Figure pat00005
By estimating, obtain a delay time as in Equation 1 below.

Figure pat00006
Figure pat00006

(

Figure pat00007
: FM신호의 시간-주파수 기울기).(
Figure pat00007
: Time-frequency slope of the FM signal.

FMCW 레이더에서는 도 1a와 같이 비트 신호에서

Figure pat00008
의 신호가 차지하는 길이 비율을 높이기 위해서 FM 신호의 송신주기
Figure pat00009
를 지연시간
Figure pat00010
보다 매우 길게 사용한다. 비트 신호에서
Figure pat00011
의 신호 길이가 길수록 높은 신호 대 잡음 비 (SNR : signal to noise power ratio)와 거리 분해능을 확보할 수 있다.In the FMCW radar, as shown in FIG.
Figure pat00008
Transmit period of FM signal to increase the length ratio occupied by
Figure pat00009
Delay time
Figure pat00010
Use very long. In beat signal
Figure pat00011
The longer the signal length, the higher the signal-to-noise power ratio (SNR) and distance resolution.

레이더의 전자파보다 매우 느린 속력의 음파를 사용하는 소나에 FMCW를 적용할 경우, 근거리 표적에 대해서도 매우 긴

Figure pat00012
가 필수적으로 요구되고 사용 가능한 대역폭이 제한된 상황에서 신호 길이가 길어질수록 거리 분해능이 감소하고 추정치의 갱신 주기가 늘어나는 문제점이 발생한다. 뿐만 아니라, 수중 소나에서 발생하는 도플러 효과는 레이더에서 발생하는 도플러 효과보다 매우 크기 때문에 신호의 길이와 대역폭에서 무시할 수 없는 변화량이 발생한다. 수중 소나에서 발생되는 큰 도플러 효과 때문에 FMCW 소나에서는 도 1b와 같이 송수신 FMCW의 주파수 기울기와 대역폭이 달라져 일정한 주파수의 비트 신호가 발생하지 않는다. 이로 인해서 FMCW 소나에는 FMCW 레이더와 동일한 방법으로 표적의 정보를 추정할 수 없는 문제점이 있다. If the FMCW is applied to a sonar that uses sound waves that are much slower than the radar's electromagnetic waves, it will be very long for near targets.
Figure pat00012
In the situation where the required bandwidth is limited and the available bandwidth is limited, the longer the signal length, the smaller the distance resolution and the longer the update period of the estimate. In addition, the Doppler effect in the sonar is much larger than the Doppler effect in the radar, resulting in an insignificant amount of change in signal length and bandwidth. Due to the large Doppler effect generated in the underwater sonar, the frequency slope and bandwidth of the FMCW transmit / receive FMCW are different as shown in FIG. For this reason, there is a problem in that the FMCW sonar cannot estimate the target information in the same way as the FMCW radar.

[선행기술문헌번호][Prior art document number]

선행기술 1: 한국등록특허 10-1049704Prior Art 1: Korea Patent Registration 10-1049704

선행기술 2: 한국등록특허 10-0532803Prior Art 2: Korean Patent Registration 10-0532803

선행기술 3: 한국등록특허 10-1175087Prior Art 3: Korea Patent Registration 10-1175087

본 발명은 근거리에서 고속으로 기동하는 표적의 거리 및 도플러를 추정할 때, 반사신호의 지연시간과 도플러 효과에 관계없이 추정치를 짧은 주기로 갱신하기 위해서, 도약-주파수 코딩 기반 송신 방법과 이 신호에 적합한 거리 및 도플러 추정이 가능한 도약 주파수 코딩 기반의 송수신 방법 및 장치를 제공하는 것이다.When estimating the distance and Doppler of a target that operates at high speed in a short distance, the present invention is suitable for a hop-frequency coding based transmission method and a signal for updating the estimate with a short period regardless of the delay time of the reflected signal and the Doppler effect. A method and apparatus for transmitting and receiving based on hopping frequency coding capable of distance and Doppler estimation are provided.

일 실시 예에 따른 능동 소나 시스템에서 도약 주파수 코딩 기반의 송수신 방법은 송신기에서는 반사 신호의 지연시간보다 짧은 주기로 적어도 3개의 주파수 대역을 도약하는 도약 주파수 코딩 기반 연속파 신호를 송신하는 단계, 수신기에서 수신신호의 주파수, 도약 시점, 및 도약 주파수를 획득하고, 상기 획득된 주파수, 도약 시점 및 도약 주파수로부터 표적의 거리 및 도플러 주파수를 추정하는 단계를 포함한다.In an active sonar system according to an embodiment, a method for transmitting / receiving based on hopping frequency coding may include: transmitting, at a transmitter, a hopping frequency coding-based continuous wave signal that hops at least three frequency bands at a period shorter than a delay time of a reflected signal; Obtaining a frequency, a hop time, and a hop frequency of the Equation, and estimating a distance and a Doppler frequency of the target from the obtained frequency, the hop time and the hop frequency.

다른 실시 예에 따른 능동 소나 시스템에서 도약 주파수 코딩 기반 송수신 장치는 반사 신호의 지연시간보다 짧은 주기로 적어도 3개의 주파수 대역을 도약하는 도약 주파수 코딩 기반 연속파 신호를 송신하는 송신기, 수신신호의 주파수, 도약 시점, 및 도약 주파수를 획득하고, 상기 획득된 주파수, 도약 시점 및 도약 주파수로부터 표적의 거리 및 도플러 주파수를 추정하는 수신기를 포함한다.In an active sonar system, a hopping frequency coding-based transmitting / receiving apparatus includes a transmitter for transmitting a hopping frequency coding-based continuous wave signal that hops at least three frequency bands with a period shorter than a delay time of a reflected signal, a frequency of a reception signal, and a hopping time point And a receiver for obtaining the hopping frequency and estimating the distance of the target and the Doppler frequency from the obtained frequency, the time of hopping and the hopping frequency.

또 다른 실시 예에 따른 상기 송수신 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체를 포함한다. Another embodiment includes a recording medium recording a program for executing the transmission and reception method in a computer.

본 발명은 반사신호의 지연시간보다 짧은 주기로 근거리에서 고속으로 기동하는 표적의 정보를 실시간으로 갱신할 수 있다.The present invention can update in real time the information of a target that starts at high speed at a short distance with a period shorter than the delay time of the reflected signal.

도 1a는 FMCW 레이더의 비트 신호를 도시한 것이며, 1b는 도플러 효과가 큰 FMCW 소나에서의 비트 신호를 도시한 것이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 도약-주파수 코딩 기반 송신신호의 예를 도시한 것이다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 코드워드 길이가 3인 경우에 대한 코드와 상태 변환도를 도시한 것이다.
도 4는 또 다른 실시 예에 따른 코드워드 길이가 5인 경우에 대한 코드와 상태 변환도를 도시한 것이다.
도 5a는 또 다른 실시 예에 따른 송신 방법을 설명하는 흐름 도이다. 도 5b는 거리 및 도플러 주파수를 얻기 위한 수신 방법을 설명하는 흐름 도이다.
도 6은 또 다른 실시 예에 따른 길이가 2N인 차분 평균 필터의 예를 도시한 것이다.
도 7은 또 다른 실시 예에 따른 4개의 문턱값으로 주파수 도약 시점을 탐지하고 도약-주파수를 얻는 경우의 예를 도시한 것이다.
도 8은 또 다른 실시 예에 따른 도약-주파수 코딩 기반 송수신 신호와 송·수신 시점의 예를 도시한 것이다.
FIG. 1A shows a bit signal of an FMCW radar, and FIG. 1B shows a bit signal in an FMCW sonar having a large Doppler effect.
2 illustrates an example of a hopping-frequency coding based transmission signal according to an embodiment.
3 illustrates a code and state transition diagram for a case where a codeword length is 3 according to another embodiment.
4 is a diagram illustrating a code and state transition diagram when a codeword length is 5 according to another embodiment.
5A is a flowchart illustrating a transmission method according to another embodiment. 5B is a flow diagram illustrating a receiving method for obtaining distance and Doppler frequency.
6 illustrates an example of a differential average filter having a length of 2N according to another embodiment.
FIG. 7 illustrates an example of detecting a frequency hopping point with four threshold values and obtaining a hopping-frequency according to another embodiment.
8 illustrates an example of a hopping-frequency coding based transmission / reception signal and a transmission / reception time point according to another embodiment.

본 실시 예들에서 사용되는 용어는 본 실시 예들에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 기술분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 임의로 선정된 용어도 있으며, 이 경우 해당 실시 예의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서, 본 실시 예들에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 실시 예들의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terminology used in the present embodiments is a general term that is currently widely used as possible while considering the functions of the present embodiments, but may vary according to the intention or precedent of a person skilled in the art, the emergence of new technology, etc. . In addition, in certain cases, there is also a term arbitrarily selected, in which case the meaning will be described in detail in the description of the corresponding embodiment. Therefore, the terms used in the present exemplary embodiments should be defined based on the meanings of the terms and the contents throughout the present exemplary embodiments, rather than simply names of the terms.

실시 예들에 대한 설명에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 실시 예들에 기재된 “부”의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In the description of the embodiments, when a part is connected to another part, this includes not only a case in which the part is directly connected, but also a case in which another part is electrically connected in between. In addition, when a part includes a certain component, this means that it may further include other components, not to exclude other components unless otherwise stated. In addition, the term "unit" described in the embodiments refers to a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software, or a combination of hardware and software.

본 실시 예들에서 사용되는 “구성된다”또는“포함한다”등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계는 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Terms such as “consisting of” or “comprising” as used in the present embodiments should not be construed as necessarily including all of the various elements or steps described in the specification, and some or some of them It is to be understood that the steps may not be included or may further include additional components or steps.

하기 실시 예들에 대한 설명은 권리범위를 제한하는 것으로 해석되지 말아야 하며, 해당 기술분야의 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 것은 실시 예들의 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다. 이하 첨부된 도면들을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다.The description of the following embodiments should not be construed as limiting the scope of the right, it should be construed as belonging to the scope of the embodiments that can be easily inferred by those skilled in the art. Hereinafter, only exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 근거리에서 고속으로 기동하는 표적에 대해서 반사신호의 지연시간과 도플러 효과에 관계없이 정보 추정치를 짧은 주기로 갱신하기 위한 방법에 관한 것이다. 이를 위해서 송신기 측면에서는 3개의 주파수 대역을 일정 주기로 도약하는 신호와 도약 주파수에 코딩을 할당하고, 수신기 측면에서는 수신신호의 주파수, 도약 주파수, 주파수 도약 시점을 활용하여 표적의 정보를 추정한다. The present invention relates to a method for updating information estimates in a short period, regardless of the delay time and the Doppler effect of a reflected signal, for a target that operates at high speed in a short distance. To this end, the transmitter side allocates coding to the signal and the hopping frequency that hops three frequency bands at regular intervals, and the receiver side estimates the target information using the frequency, the hopping frequency, and the frequency hopping time of the received signal.

세부적으로 송신기 측면에서는 코드워드와 심볼의 설정 단계, 송신 파라미터의 설정 단계, 그리고 송신신호의 생성 단계를 포함한다. 수신기 측면에서는 수신신호의 주파수 추정 단계, 주파수 도약 시점의 탐지 및 도약-주파수 구분 단계, 표적 정보의 추정 단계를 포함한다.In detail, the transmitter includes a codeword and a symbol setting step, a transmission parameter setting step, and a transmission signal generation step. The receiver side includes a frequency estimation step of the received signal, a detection and hopping-frequency classification step of the frequency hopping point, and an estimation step of the target information.

본 발명은 근거리에서 고속으로 기동하는 표적의 정보를 짧은 주기로 갱신하기 위한 신호의 송신 방법과 이에 대응하는 수신 신호 처리 방법에 관련된 것이다. 구체적으로 송신기에서는 반사 신호의 지연시간보다 짧은 주기로 3개의 주파수 대역을 도약하는 도약-주파수 코딩 기반 연속파 신호를 송신한다. 송신신호에 주파수 도약과 이에 대응하는 코딩을 이용함으로써 연속파에서 정보를 추정할 수 있는 시점을 생성하고 다수의 주파수 도약 시점에 대응되는 각각의 송신 시점을 알 수 있다. 수신기에서는 다수의 도플러 상관기로부터 수신신호의 주파수, 도약 시점, 그리고 도약-주파수를 획득한다. 표적의 거리 정보는 탐지된 도약 시점과 송신 신호의 도약 시점으로부터 추정되고 도플러 정보는 추정된 수신신호의 주파수와 도약 주파수를 이에 대응하는 송신신호의 주파수와 도약 주파수를 비교하여 추정할 수 있다.The present invention relates to a method of transmitting a signal for updating information of a target that starts at high speed in a short distance at a short cycle, and a method of processing a received signal corresponding thereto. Specifically, the transmitter transmits a hopping-frequency coding based continuous wave signal that hops three frequency bands at a period shorter than a delay time of the reflected signal. By using the frequency hopping and the corresponding coding in the transmission signal, a time point at which information can be estimated in the continuous wave can be generated, and each transmission time point corresponding to a plurality of frequency hopping time points can be known. The receiver obtains the frequency of the received signal, the time of the jump, and the hopping-frequency from a plurality of Doppler correlators. The distance information of the target may be estimated from the detected hopping time and the hopping time of the transmission signal, and the Doppler information may be estimated by comparing the estimated frequency of the received signal with the hopping frequency by comparing the frequency of the corresponding transmission signal with the hopping frequency.

도 5a를 참조하면, 송신 단계는, 단계 500의 코드워드와 심볼의 설정, 단계 502의 송신 파라미터의 설정, 단계 504의 송신 신호의 생성을 포함한다.Referring to FIG. 5A, the transmitting step includes setting a codeword and a symbol of step 500, setting a transmission parameter of step 502, and generating a transmission signal of step 504.

단계 500에 도시된 코드워드와 심볼의 설정 단계를 설명한다.The step of setting the codeword and symbol shown in step 500 will be described.

코드워드 설정 단계는 도약-주파수와 코드(수학식 2)와 코드워드(수학식 3)을 설정하는 단계, 주파수와 상태(수학식 5)와 심볼(수학식 6)을 설정하는 단계를 포함한다.The codeword setting step includes setting a jump-frequency, a code (Equation 2) and a codeword (Equation 3), and setting a frequency and a state (Equation 5) and a symbol (Equation 6). .

도약-주파수 코딩 기반 송신 방법은 도 2와 같이

Figure pat00013
,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
3개의 주파수 대역을
Figure pat00016
간격으로 주파수를 도약하는 신호를 생성한다. 구체적으로 도약-주파수에 대응하는 코드
Figure pat00017
, 신호의 주파수에 대응하는 상태
Figure pat00018
, 주파수 도약이 L 번 발생한 신호의 집합을 나타내는 심볼
Figure pat00019
, 송·수신 심볼에서 발생한 도약-주파수의 코드 집합을 나타내는 코드워드
Figure pat00020
, 그리고 송신신호에서 주파수 도약이 발생한 시점
Figure pat00021
를 정의한다. The hopping-frequency coding based transmission method is shown in FIG.
Figure pat00013
,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
Three frequency bands
Figure pat00016
Generates a signal that hops frequency at intervals. Specifically, the code that corresponds to the jump-frequency
Figure pat00017
, The state corresponding to the frequency of the signal
Figure pat00018
, A symbol representing a set of signals in which frequency hopping has occurred L times
Figure pat00019
Code representing the code set of the hop-frequency generated by the Rx, Rx and Rx symbols.
Figure pat00020
And when the frequency hopping occurs in the transmission signal
Figure pat00021
Define.

코드

Figure pat00022
은 도약-주파수
Figure pat00023
에 직접적으로 대응하는 변수로 수학식 2와 같이 정의되며, 수신신호에서 발생한 주파수 도약 시점에 대응하는 송신 시점을 획득하기 위한 목적으로 적용된다. code
Figure pat00022
Silver jump-frequency
Figure pat00023
A variable corresponding directly to Equation 2 is defined as in Equation 2, and is applied for the purpose of obtaining a transmission time corresponding to a frequency hopping time generated from a received signal.

Figure pat00024
Figure pat00024

여기서

Figure pat00025
Figure pat00026
범위의 정수이고
Figure pat00027
은 코드워드의 길이이며, 하나의 심볼 안에서 주파수 도약이 발생한 순서(코드워드에서는 코드의 순서)를 나타낸다. 코드워드
Figure pat00028
는 하나의 심볼에서 발생한 주파수 도약에 대응하는 L 개의 코드
Figure pat00029
의 집합이며, 수학식 3으로 정의된다. here
Figure pat00025
silver
Figure pat00026
Is an integer in the range
Figure pat00027
Is the length of the codeword and indicates the order in which frequency hopping occurs within one symbol (the order of the codes in the codeword). Codeword
Figure pat00028
Are L codes corresponding to the frequency hopping in one symbol.
Figure pat00029
It is a set of and is defined by Equation 3.

Figure pat00030
Figure pat00030

송신신호에서 주파수 도약이 발생한 시점

Figure pat00031
은 수학식 4와 같이 하나의 벡터로 구성될 수 있다.When frequency hopping occurs in the transmission signal
Figure pat00031
May be composed of one vector as shown in Equation 4.

Figure pat00032
Figure pat00032

주파수 도약 시점

Figure pat00033
이전의 주파수를 수학식 5와 같이 상태
Figure pat00034
로 정의하고 송신 심볼 내에 존재하는 모든
Figure pat00035
을 수학식 6과 같이 하나의 벡터로 구성하며, 상태
Figure pat00036
과 코드
Figure pat00037
의 관계는 수학식 7과 같다.Frequency hopping point
Figure pat00033
State the previous frequency as shown in Equation 5
Figure pat00034
All defined within the transmit symbol
Figure pat00035
Is composed of one vector as in Equation 6, and
Figure pat00036
And code
Figure pat00037
The relationship of is as shown in Equation 7.

Figure pat00038
Figure pat00038

Figure pat00039
Figure pat00039

Figure pat00040
Figure pat00040

송신 방법에서 +1 또는 -1의 코드

Figure pat00041
은 심볼 내에서 상태
Figure pat00042
이 변하는 경우에 할당되는 코드이며, +2 또는 -2의 코드는 심볼
Figure pat00043
이 끝나고 다음 심볼
Figure pat00044
가 시작할 때 할당되는 코드이다. 송신 심볼의 시작 상태
Figure pat00045
과 마지막 상태
Figure pat00046
은 도면 3과 도면 4와 같이 항상 +1 또는 -1이며, 현재 심볼의 마지막 상태와 다음 심볼의 시작 상태는 항상 반대의 부호를 가진다. 도약-주파수 코딩 기반 신호는 주파수 도약이 발생하더라도 3개의 주파수
Figure pat00047
,
Figure pat00048
,
Figure pat00049
만 가지기 때문에, 도면 3과 도면 4와 같이 짝수 번째 상태
Figure pat00050
은 항상 0이고 홀수 번째 상태
Figure pat00051
은 +1 또는 -1이다.Code of +1 or -1 in the transmission method
Figure pat00041
Is a state within a symbol
Figure pat00042
Is a code that is assigned if it changes, and a code of +2 or -2 is a symbol
Figure pat00043
This symbol after the end
Figure pat00044
Is the code that is assigned at startup. Starting state of the transmission symbol
Figure pat00045
And last state
Figure pat00046
3 and 4 are always +1 or -1, and the last state of the current symbol and the start state of the next symbol always have opposite signs. Hopping-Frequency Coding-Based Signals Have Three Frequencies
Figure pat00047
,
Figure pat00048
,
Figure pat00049
Since only have an even numbered state, as shown in Figures 3 and 4
Figure pat00050
Is always 0 and the odd-numbered state
Figure pat00051
Is +1 or -1.

단계 502의 송신 파라미터의 설정 단계를 설명한다.The setting step of the transmission parameter of step 502 is described.

송신 파라미터의 설정 단계에서는 잔향음 환경에서 안정적으로 동작하기 위한 도약-주파수(수학식 8), 주파수 도약 주기(수학식 9), 코드워드의 길이(수학식 10)를 설정한다.In the setting step of the transmission parameter, the hop-frequency (Equation 8), the frequency hopping period (Equation 9), and the codeword length (Equation 10) for stably operating in the reverberation environment are set.

근거리에서 고속으로 기동하는 표적에 반사된 수신신호는 큰 도플러 효과가 반영된 반사신호와 높은 파워 레벨의 체적 잔향음이 함께 수신된다. 근거리에서 높은 파워 레벨의 체적 잔향음의 영향을 최소화하기 위해서는 체적 잔향음 대역과 수신 주파수 대역이 분리될 필요가 있다. 따라서 체적 잔향음 대역(송신 주파수의 상한)보다 수신 주파수의 하한이 높아야 하며, 이를 위해서는 초기 도플러 주파수

Figure pat00052
에 적합하게 도약-주파수
Figure pat00053
와 도약 주기
Figure pat00054
를 사용해야 한다. 그리고 코드워드의 길이
Figure pat00055
은 표적의 초기 거리
Figure pat00056
Figure pat00057
에 따라서 설정될 수 있다.The received signal reflected by the target which starts at high speed in the near field receives the reflected signal reflecting the large Doppler effect and the volume reverberation sound of the high power level. In order to minimize the influence of the volume reverberation sound of a high power level at a short distance, the volume reverberation band and the reception frequency band need to be separated. Therefore, the lower limit of the receiving frequency should be higher than the volume reverberation band (upper limit of the transmitting frequency).
Figure pat00052
Jump-frequency suitable for
Figure pat00053
And jump cycle
Figure pat00054
Should be used. And the length of the codeword
Figure pat00055
Is the initial distance of the target
Figure pat00056
Wow
Figure pat00057
It can be set according to.

도약-주파수 코딩 기반 송신신호는 도 2와 같이

Figure pat00058
,
Figure pat00059
,
Figure pat00060
3개의 주파수 대역을 주파수 도약 주기
Figure pat00061
간격으로 도약한다. 도약-주파수
Figure pat00062
, 주파수 도약 주기
Figure pat00063
, 그리고 코드워드 길이
Figure pat00064
은 능동 소나 시스템에서 원거리 탐색 과정으로 획득된 표적의 초기 거리
Figure pat00065
와 초기 도플러 주파수
Figure pat00066
를 기반으로 설정된다.The hopping-frequency coding based transmission signal is shown in FIG.
Figure pat00058
,
Figure pat00059
,
Figure pat00060
Frequency hopping cycle of three frequency bands
Figure pat00061
Leap at intervals. Jump-frequency
Figure pat00062
Frequency hopping cycle
Figure pat00063
, And codeword length
Figure pat00064
Is the initial distance of the target obtained by the remote search process in an active sonar system.
Figure pat00065
And initial Doppler frequency
Figure pat00066
Is set based on

근거리 수중 환경에서 체적 잔향음의 영향을 극복하기 위해서는 송신신호의 최대 주파수

Figure pat00067
보다 수신 신호의 최소 주파수
Figure pat00068
가 클 필요가 있다. 따라서 도약-주파수
Figure pat00069
는 초기 도플러 주파수
Figure pat00070
에 적합하게 수학식 8과 같이 설정한다. Maximum frequency of transmitted signal to overcome the effect of volume reverberation in near water environment
Figure pat00067
Than the minimum frequency of the received signal
Figure pat00068
Needs to be large. So jump-frequency
Figure pat00069
Initial Doppler frequency
Figure pat00070
Is set as shown in Equation 8.

Figure pat00071
Figure pat00071

또한 수신된 체적 잔향음의 주파수 대역은 상관기의 길이에 반비례하는 특정이 있고 상관기의 길이는 도약 주기

Figure pat00072
와 동일하게 설정된다. 따라서 체적 잔향음의 영향을 줄이기 위해서는
Figure pat00073
를 수학식 9와 같이 설정한다.Also, the frequency band of the received volume reverberation sound is inversely proportional to the length of the correlator and the length of the correlator is the hopping period.
Figure pat00072
Is set equal to Therefore, to reduce the effect of volume reverberation
Figure pat00073
Is set as in Equation 9.

Figure pat00074
Figure pat00074

여기서

Figure pat00075
는 초기 거리
Figure pat00076
에 대한 지연시간이다. 잔향음의 영향을 줄이기 위해서
Figure pat00077
Figure pat00078
보다 크게 설정하며, 하나의 심볼에 최소 3번의 주파수 도약을 발생시키기 위해서
Figure pat00079
보다 작게 설정한다. here
Figure pat00075
The initial distance
Figure pat00076
Is the delay for. To reduce the effects of reverberation
Figure pat00077
Is
Figure pat00078
To make it larger, to generate at least three frequency hops in one symbol
Figure pat00079
Set it smaller.

기본적으로 송신 심볼의 길이

Figure pat00080
는 송신 시점의 모호성을 제거하기 위해서 pulse repetition interval (PRI)의 설정과 유사하게 지연시간
Figure pat00081
보다 길게 사용한다. 따라서 코드워드의 길이
Figure pat00082
은 수학식 10의 범위에서 홀수를 선택하여 적용된다. The length of the transmission symbol by default
Figure pat00080
The delay time is similar to the pulse repetition interval (PRI) setting to remove ambiguity at the time of transmission.
Figure pat00081
Use longer. Thus the length of the codeword
Figure pat00082
Is selected by applying an odd number in the range of (10).

Figure pat00083
Figure pat00083

단계 504의 송신신호의 생성 단계를 설명한다. A generation step of the transmission signal in step 504 will be described.

도약-주파수 코딩 기반 신호는 인접한 심볼을 구분하기 위해서 초기 상태

Figure pat00084
과 마지막 상태
Figure pat00085
은 항상 +1 또는 -1이며, 제한된 주파수 대역을 벗어나지 않기 위해서 짝수 번째의 상태
Figure pat00086
은 항상 0이다. 도 3과 도 4는 각각
Figure pat00087
이 3과 5인 경우에서에 코드와 상태 변환도를 나타낸 것이며, 도약-주파수 코딩 기반 신호는 코드와 상태 변환도에 맞추어 신호를 생성한다. Hop-Frequency Coding-Based Signals Are Initially Distinct to Distinguish Adjacent Symbols
Figure pat00084
And last state
Figure pat00085
Is always +1 or -1, and is even-numbered in order not to deviate from the limited frequency band
Figure pat00086
Is always zero. 3 and 4 are respectively
Figure pat00087
In the case of 3 and 5, the code and the state transition diagram are shown, and the hopping-frequency coding based signal generates the signal according to the code and the state transition diagram.

예를 들어

Figure pat00088
,
Figure pat00089
인 경우에서는,
Figure pat00090
이 되어야 하며, 마지막 상태
Figure pat00091
는 +1 또는 -1인 두 가지 경우가 발생한다. 이 중에서
Figure pat00092
,
Figure pat00093
,
Figure pat00094
인 경우에 대한 송신신호의 주파수는
Figure pat00095
순으로 변경되며, 코드는
Figure pat00096
,
Figure pat00097
,
Figure pat00098
(
Figure pat00099
이기 때문에 항상 +2가 된다)가 된다. For example
Figure pat00088
,
Figure pat00089
If is
Figure pat00090
Must be the last state
Figure pat00091
There are two cases where +1 or -1. among these
Figure pat00092
,
Figure pat00093
,
Figure pat00094
The frequency of the transmission signal for
Figure pat00095
In order, and the code is
Figure pat00096
,
Figure pat00097
,
Figure pat00098
(
Figure pat00099
Because it always becomes +2).

상기의 방법으로 생성된 도약-주파수 코딩 기반 신호에 대한 수신 신호처리 방법은 도 5b에 도시된 바와 같이, 수신 신호의 주파수 추정 단계, 주파수 도약 시점 탐지와 도약-주파수 추정 단계, 그리고 거리 및 도플러 추정 단계로 구성된다. Received signal processing method for the hopping-frequency coding based signal generated by the above method, as shown in Figure 5b, the frequency estimation step of the received signal, frequency hopping point detection and hopping-frequency estimation step, and the distance and Doppler estimation It consists of steps.

단계 506의 수신 신호의 주파수 추정 단계를 설명한다.A frequency estimation step of the received signal in step 506 will be described.

수신 신호의 주파수는 다수의 도플러 상관기로 구성된 필터 뱅크를 통해서 추정한다. 도플러 상관기의 주파수 범위

Figure pat00100
는 체적 잔향음의 영향이 적은 초기 도플러 주파수
Figure pat00101
대역에서 수학식 11과 같은 범위를 만족하게 설정한다. The frequency of the received signal is estimated through a filter bank comprised of multiple Doppler correlators. Doppler Correlator Frequency Range
Figure pat00100
Is the initial Doppler frequency with less effect of volumetric reverberation
Figure pat00101
The band is set to satisfy the range shown in Equation (11).

Figure pat00102
Figure pat00102

도플러 상관기는 주파수 도약의 발생 전/후의 신호 구간에 대해서 연산이 수행되도록 설계된다. 이를 위해서 초기 도플러 주파수

Figure pat00103
에 대한 수신 신호 길이
Figure pat00104
과 송·수신 신호의 길이 비율
Figure pat00105
를 각각 수학식 12와 13과 같이 정리하고 상관기의 길이
Figure pat00106
는 수학식 14의 범위에 적합하게 사용되며, 도플러 상관기는 수학식 15와 같다. The Doppler correlator is designed such that the operation is performed on the signal interval before and after the frequency hopping occurs. For this purpose, the initial Doppler frequency
Figure pat00103
Received signal length for
Figure pat00104
Ratio of transmission and reception signals
Figure pat00105
Are plotted as Equations 12 and 13, respectively, and the length of the correlator
Figure pat00106
Is suitably used in the range of Equation 14, and the Doppler correlator is shown in Equation 15.

Figure pat00107
Figure pat00107

Figure pat00108
Figure pat00108

Figure pat00109
Figure pat00109

(

Figure pat00110
: 샘플링 주파수)(
Figure pat00110
: Sampling frequency)

Figure pat00111
Figure pat00111

다수의 상관기로 구성된 필터 뱅크의 출력

Figure pat00112
은 수신신호의 추정된 주파수이며, 수학식 16과 같이 최대 상관정도를 가지는 상관기의 주파수에 해당한다. Output of filter bank consisting of multiple correlators
Figure pat00112
Is an estimated frequency of the received signal and corresponds to the frequency of the correlator having the maximum correlation degree as shown in Equation 16.

Figure pat00113
Figure pat00113

(

Figure pat00114
: 수신 신호)(
Figure pat00114
: Received signal)

단계 508의 주파수 도약 시점의 탐지 및 도약-주파수 구분 단계를 설명한다. The detection of the frequency hopping point and the hopping-frequency separation step of step 508 are described.

이 단계에서는 차분 평균 필터

Figure pat00115
과 4개의 문턱값을 활용한다. 차분 평균 필터
Figure pat00116
은 주파수 도약이 발생하지 않는 시간에서는 0에 근접한 값을 가지고 주파수 도약이 발생하는 시점에서는 도약-주파수를 가지는 신호
Figure pat00117
을 안정적으로 생성하기 위해서 적용된다. 4개의 문턱값은 4개의 도약-주파수
Figure pat00118
,
Figure pat00119
,
Figure pat00120
,
Figure pat00121
의 발생 시점을 탐지하고 도약-주파수를 구분하기 위해서 사용된다. In this step, the difference average filter
Figure pat00115
And four thresholds. Differential average filter
Figure pat00116
Is a signal that has a value close to zero at the time when no frequency hopping occurs and has a hopping-frequency when the frequency hopping occurs.
Figure pat00117
It is applied to generate stably. Four thresholds are four jump-frequency
Figure pat00118
,
Figure pat00119
,
Figure pat00120
,
Figure pat00121
It is used to detect the time of occurrence and to distinguish jump-frequency.

차분 평균 필터

Figure pat00122
은 도 6과 같이 길이가 2
Figure pat00123
이며, 크기가
Figure pat00124
Figure pat00125
인 두 구간으로 구분되는 함수이다. 잡음 환경이 열악해지거나 도약 주파수에 비해서 도약 주기가 짧을수록
Figure pat00126
의 길이를 길게 사용할 필요가 있으며, 잔향음의 파워가 반사신호의 파워보다 매우 큰 환경에서는 충분한 길이의
Figure pat00127
을 적용하는 것이 안정적으로 도약-주파수를 추정하는 데 도움이 된다.
Figure pat00128
의 출력 신호
Figure pat00129
은 도 7과 같이 주파수의 도약이 발생하는 시점에서
Figure pat00130
,
Figure pat00131
,
Figure pat00132
,
Figure pat00133
의 값을 가진다. 이 과정에서는 표 1과 도 7과 같이 4개의 문턱값
Figure pat00134
,
Figure pat00135
,
Figure pat00136
,
Figure pat00137
Figure pat00138
을 5개의 구간으로 분할하여서 주파수 도약이 발생한 시점
Figure pat00139
를 탐지하고 각 구간의 도약-주파수
Figure pat00140
와 할당된 코드
Figure pat00141
를 얻는다. 이 단계의 최종 출력은 주파수 도약의 탐지된 시점
Figure pat00142
, 도약-주파수
Figure pat00143
, 그리고 코드
Figure pat00144
이다. 여기서, 예시적으로 5개의 구간으로 분할하여 주파수 도약이 발생한 시점을 탐지하는 것을 설명하였지만, 그 구간의 개수에 한정되는 것은 아니다.Differential average filter
Figure pat00122
Has a length of 2 as shown in FIG.
Figure pat00123
Is the size
Figure pat00124
and
Figure pat00125
This function is divided into two intervals. The worse the noise environment or the shorter the period of hopping relative to the hopping frequency,
Figure pat00126
It is necessary to use the length of. If the power of the reverberation sound is much larger than the power of the reflected signal,
Figure pat00127
Applying this helps to estimate the hop-frequency stably.
Figure pat00128
Output signal
Figure pat00129
Is the time when the frequency leap occurs as shown in FIG.
Figure pat00130
,
Figure pat00131
,
Figure pat00132
,
Figure pat00133
Has the value In this process, four threshold values are shown in Table 1 and FIG.
Figure pat00134
,
Figure pat00135
,
Figure pat00136
,
Figure pat00137
in
Figure pat00138
Is divided into 5 sections and frequency hopping occurs
Figure pat00139
Detects the leap-frequency of each interval
Figure pat00140
And assigned code
Figure pat00141
Get The final output of this stage is the detected point of frequency hopping
Figure pat00142
, Jump-frequency
Figure pat00143
, And code
Figure pat00144
to be. Here, for example, it has been described to detect the time when the frequency hopping occurs by dividing into five sections, but is not limited to the number of sections.

Figure pat00145
의 구간
Figure pat00145
Interval 탐지Detection 도약-주파수
Figure pat00146
Jump-frequency
Figure pat00146
코드
Figure pat00147
code
Figure pat00147
Figure pat00148
<
Figure pat00149
Figure pat00148
<
Figure pat00149
OnOn -2
Figure pat00150
-2
Figure pat00150
-2-2
Figure pat00151
Figure pat00152
<
Figure pat00153
Figure pat00151
Figure pat00152
<
Figure pat00153
OnOn -
Figure pat00154
-
Figure pat00154
-1-One
Figure pat00155
Figure pat00156
<
Figure pat00157
Figure pat00155
Figure pat00156
<
Figure pat00157
OffOff 00 없음none
Figure pat00158
Figure pat00159
<
Figure pat00160
Figure pat00158
Figure pat00159
<
Figure pat00160
OnOn
Figure pat00161
Figure pat00161
1One
Figure pat00162
Figure pat00163
Figure pat00162
Figure pat00163
OnOn 2
Figure pat00164
2
Figure pat00164
22

단계 510의 표적 정보의 추정 단계를 설명한다. An estimation step of the target information of step 510 will be described.

수학식 10의 조건에 맞게 코드워드 길이

Figure pat00165
을 사용하면 도 8과 같이 두 번째 심볼의 송신 시점
Figure pat00166
이전에 첫 번째 심볼의 반사신호가 수신된다(
Figure pat00167
<
Figure pat00168
). 주파수 도약 시점이 정상적으로 탐지되어
Figure pat00169
,
Figure pat00170
,
Figure pat00171
를 모두 획득하면
Figure pat00172
번째 주파수 도약 시점에서의 거리
Figure pat00173
와 도플러 주파수
Figure pat00174
는 다음 수학식 17 및 18과 같이 계산된다. Codeword Lengths According to Equation 10
Figure pat00165
When is used, the transmission time of the second symbol as shown in FIG.
Figure pat00166
Previously the reflected signal of the first symbol is received (
Figure pat00167
<
Figure pat00168
). Frequency hopping point is detected normally
Figure pat00169
,
Figure pat00170
,
Figure pat00171
Once you get all of
Figure pat00172
Distance at the first frequency hopping
Figure pat00173
Doppler Frequency
Figure pat00174
Is calculated by the following equations (17) and (18).

Figure pat00175
Figure pat00175

(c는 음파의 속도)( c is the speed of sound waves)

Figure pat00176
Figure pat00176

여기서

Figure pat00177
은 필터 뱅크의 출력으로 추정된 수신신호의 주파수이고,
Figure pat00178
Figure pat00179
구간에서 송신신호의 주파수이다. 최종적으로 수신 코드워드
Figure pat00180
과 송신 코드워드
Figure pat00181
가 동일하다면 거리 및 도플러 추정이 정상적으로 수행되는 것이다. here
Figure pat00177
Is the frequency of the received signal estimated at the output of the filter bank,
Figure pat00178
Is
Figure pat00179
The frequency of the transmission signal in the interval. Finally receive codeword
Figure pat00180
And transmit codewords
Figure pat00181
If is equal, the distance and Doppler estimation is normally performed.

본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다. One embodiment of the present invention can also be implemented in the form of a recording medium containing instructions executable by a computer, such as a program module executed by the computer. Computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. In addition, computer readable media may include both computer storage media and communication media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. Communication media typically includes computer readable instructions, data structures, program modules, or other data in a modulated data signal such as a carrier wave, or other transmission mechanism, and includes any information delivery media.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (10)

능동 소나 시스템의 도약 주파수 코딩 기반 송수신 방법에 있어서,
송신기에서는 반사 신호의 지연시간보다 짧은 주기로 적어도 3개의 주파수 대역을 도약하는 도약 주파수 코딩 기반 연속파 신호를 송신하는 단계; 및
수신기에서 수신신호의 주파수, 도약 시점, 및 도약 주파수를 획득하고, 상기 획득된 주파수, 도약 시점 및 도약 주파수로부터 표적의 거리 및 도플러 주파수를 추정하는 단계를 포함하는 도약 주파수 코딩 기반 송수신 방법.
A method for transmitting / receiving based on hopping frequency coding of an active sonar system,
At the transmitter, transmitting a hopping frequency coding based continuous wave signal that hops at least three frequency bands at a period shorter than a delay time of the reflected signal; And
And obtaining a frequency, a jump time, and a hop frequency of the received signal from the receiver, and estimating a distance and a Doppler frequency of a target from the obtained frequency, the jump time and the hop frequency.
제 1 항에 있어서,
상기 송신 단계는,
코드워드와 심볼의 설정 단계;
송신 파라미터의 설정 단계; 및
상기 설정된 코드워드, 심볼 및 송신 파라미터 기반으로 송신신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 송수신 방법.
The method of claim 1,
The transmitting step,
Setting a codeword and a symbol;
Setting a transmission parameter; And
And generating a transmission signal based on the set codeword, symbol, and transmission parameter.
제 2 항에 있어서,
상기 코드워드와 심볼의 설정 단계는,
상기 송신신호의 주파수를 상태로 정의하고 도약 주파수를 코드로 정의하며, 하나의 심볼 안에 포함된 코드를 코드워드로 정의하는 단계;
상기 심볼의 첫 상태와 마지막 상태는 +1 또는 -1의 값을 가지고 짝수 번째 상태는 0으로 설정하는 단계; 및
상기 심볼 안의 상태와 상태 사이에 발생하는 도약 주파수의 크기는
Figure pat00182
이며, 심볼과 심볼 사이에 발생하는 도약-주파수를
Figure pat00183
로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 송수신 방법.
The method of claim 2,
The step of setting the codeword and symbol,
Defining a frequency of the transmission signal as a state, defining a hopping frequency as a code, and defining a code included in one symbol as a codeword;
Setting the first and last states of the symbol to have a value of +1 or -1 and the even state to zero; And
The magnitude of the hopping frequency between the states in the symbol and
Figure pat00182
And the jump-frequency between the symbols
Figure pat00183
Transmitting and receiving method comprising the step of setting.
제 3 항에 있어서,
상기 송신 파라미터의 설정 단계는,
다음 수학식 8과 같이 도약-주파수를 설정하는 단계;
다음 수학식 9와 같이 주파수 도약 주기를 설정하는 단계; 및
다음 수학식 10과 같이 코드워드의 길이를 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도약 주파수 코딩 기반 송수신 방법.
[수학식 8]
Figure pat00184

[수학식 9]
Figure pat00185

[수학식 10]
Figure pat00186
The method of claim 3, wherein
The setting step of the transmission parameter,
Setting a jump-frequency as in Equation 8;
Setting a frequency hopping period as shown in Equation 9 below; And
And a step of setting a length of a codeword as in Equation 10 below.
[Equation 8]
Figure pat00184

[Equation 9]
Figure pat00185

[Equation 10]
Figure pat00186
제 1 항에 있어서,
상기 추정 단계는,
상기 수신신호의 주파수 추정 단계;
상기 주파수 도약 시점의 탐지 및 도약 주파수 구분 단계; 및
상기 표적의 정보 추정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도약 주파수 코딩 기반 송수신 방법.
The method of claim 1,
The estimating step,
Estimating a frequency of the received signal;
Detecting the frequency hopping point and classifying the hopping frequency; And
Hopping frequency coding-based transmission and reception method comprising the step of estimating the information of the target.
제 5 항에 있어서,
상기 수신신호의 주파수 추정 단계는,
다음 수학식 11의 주파수 범위에 대해서만 도플러 상관기를 구성하고 수신 신호의 주파수를 추정하는 단계; 및
상기 추정된 수신 신호의 주파수를 시간에 대한 함수 형태로 출력 신호 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도약 주파수 코딩 기반 송수신 방법.
[수학식 11]
Figure pat00187
The method of claim 5,
The frequency estimation step of the received signal,
Constructing a Doppler correlator only for the frequency range of Equation 11 and estimating the frequency of the received signal; And
And generating an output signal in the form of a function of time on the estimated frequency of the received signal.
[Equation 11]
Figure pat00187
제 5 항에 있어서,
상기 주파수 도약 시점의 탐지 및 도약-주파수 구분 단계는,
상기 주파수 도약 시점을 탐지하기 위해 차분 평균 필터를 적용하는 단계;
상기 차분 평균 필터가 적용된 출력 신호를 4개의 문턱값
Figure pat00188
,
Figure pat00189
,
Figure pat00190
,
Figure pat00191
을 기준으로 적어도 5개의 구간으로 분할하는 단계; 및
상기 주파수 도약이 탐지 되지 않은 경우에서는 *?*”이 출력되고, 주파수 도약이 탐지된 경우에서는 탐지된 시점
Figure pat00192
, 도약-주파수
Figure pat00193
, 코드
Figure pat00194
를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도약 주파수 코딩 기반 송수신 방법.
The method of claim 5,
The detecting and hopping-frequency classification step of the frequency hopping time,
Applying a differential average filter to detect the frequency hopping point;
Four threshold values for the output signal to which the difference average filter is applied
Figure pat00188
,
Figure pat00189
,
Figure pat00190
,
Figure pat00191
Dividing the data into at least five sections based on the result; And
*? * ”Is output when the frequency hopping is not detected, and when the frequency hopping is detected
Figure pat00192
, Jump-frequency
Figure pat00193
, code
Figure pat00194
Hopping frequency coding-based transmission and reception method comprising the step of outputting.
제 5 항에 있어서,
상기 표적의 정보 추정 단계는,
다음 수학식 17과 같이 송신 신호의 주파수 도약 시점
Figure pat00195
와 수신 신호의 주파수 도약 시점
Figure pat00196
를 활용하여 표적의 거리를 추정하는 단계; 및
다음 수학식 18과 같이 도플러 주파수를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도약 주파수 코딩 기반 송수신 방법.
[수학식 17]
Figure pat00197

[수학식 18]
Figure pat00198

(
Figure pat00199
은 추정된 수신신호의 주파수,
Figure pat00200
Figure pat00201
구간에서 송신신호의 주파수임)
The method of claim 5,
The information estimating step of the target,
Frequency hopping time of the transmission signal as shown in Equation 17
Figure pat00195
Frequency hopping point of the received signal with
Figure pat00196
Estimating the distance of the target by using; And
And estimating a Doppler frequency as shown in Equation 18.
[Equation 17]
Figure pat00197

Equation 18
Figure pat00198

(
Figure pat00199
Is the frequency of the estimated received signal,
Figure pat00200
Is
Figure pat00201
Is the frequency of the transmission signal in the interval)
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체. A recording medium having recorded thereon a program for executing a method according to any one of claims 1 to 8 on a computer. 능동 소나 시스템의 도약 주파수 코딩 기반 송수신 장치에 있어서,
반사 신호의 지연시간보다 짧은 주기로 적어도 3개의 주파수 대역을 도약하는 도약 주파수 코딩 기반 연속파 신호를 송신하는 송신기; 및
수신신호의 주파수, 도약 시점, 및 도약 주파수를 획득하고, 상기 획득된 주파수, 도약 시점 및 도약 주파수로부터 표적의 거리 및 도플러 주파수를 추정하는 수신기를 포함하는 도약 주파수 코딩 기반 송수신 장치.
A hopping frequency coding-based transceiver of an active sonar system,
A transmitter for transmitting a hopping frequency coding based continuous wave signal that hops at least three frequency bands at a period shorter than a delay time of the reflected signal; And
And a receiver for obtaining a frequency, a hop time, and a hopping frequency of a received signal, and estimating a distance and a Doppler frequency of a target from the obtained frequency, the hopping time, and the hopping frequency.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000304859A (en) * 1999-04-20 2000-11-02 Nec Corp Active sonar and its target detection method
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KR20160047008A (en) * 2014-10-21 2016-05-02 재단법인대구경북과학기술원 Apparatus For Detecting Position Information of Target

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