KR100987306B1 - 신호 처리 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

신호처리 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 신호처리 장치는 입력 디지털 신호를 주파수 스펙트럼으로 변환하는 고속푸리에변환부; 주파수 스펙트럼에서 고조파 성분을 제거하는 고조파 제거부; 고조파 성분이 제거된 스펙트럼과 기준 스펙트럼을 곱하는 곱셈부; 및 곱셈부의 결과를 시간영역 신호로 변환하는 역고속푸리에 변환부를 포함함을 특징으로 한다.
레이더, 제로 도플러, 고조파, 선형보간

Description

신호 처리 장치 및 그 방법{Signal processing apparatus and method }
본 발명은 신호 처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 레이더 신호에서 제로 도플러(zero doppler)를 처리하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
도플러 레이더 (Doppler RADAR)는 표적물이 레이더의 가시거리 내에서 움직이는 경우 레이더 송신기에서 출력한 신호는 목표물에 의한 도플러 효과에 의해 송신 주파수에서 천이된 주파수를 갖는 신호로 수신기에 수신됨으로써 탐지된다.
도플러 레이더의 전파 방식은 연속파와 펄스파로 구분된다. 펄스파를 이용하는 레이더는 펄스파를 목표물에 전파하여 그 목표물로부터의 돌아오는 펄스의 크기와 변화로 목표물을 식별 및 측정한다.
펄스파 레이더의 거리분석능력을 개선하기 위해 송신펄스의 폭 내에 주파수 변조를 더해 신호의 정보량을 늘리고 거리도 측정할 수 있도록 개선한 것이 펄스 압축 레이더이다.
이러한 펄스 압축 레이더의 파형 신호처리에는 선형 주파수 변조(Linear Frequency Modulation, LFM) 펄스가 사용된다. LFM 펄스의 처리는 주파수 도메인(domain)에서 정합 필터링(matched filtering)을 이용하여 디지털 펄스 압 축(digital pulse compression) 과정을 포함한다.
이때 신호처리기 설계에 필요한 내부의 동기신호 생성 보드에서 사용되는 레퍼런스 주파수(reference frequency)는 매우 높기 때문에 이를 낮은 주파수대로 하향변환하는 과정에서 중간 주파수(Intermediate Frequency)가 생성되고, 이와 함께 고조파(harmonics) 성분이 발생된다. 이 고조파 성분을 제거하지 않으면 정확한 목표물 목표물 탐지확률이 낮아지므로, 이 고조파 성분을 제거할 필요가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 주파수 영역에서 제로 도플러 인접 영역에 나타나는 고조파 성분을 제거하기 위해 복잡하고도 정교한 계산과정을 선택하지 않고, 신호처리 프로세서의 능력에 맞는 최적의 방법을 적용하여 효과적으로 제거하면서도 인접 주파수간 선형성을 유지하는 신호 처리 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 신호처리 장치는 입력 디지털 신호를 주파수 스펙트럼으로 변환하는 고속푸리에변환부; 상기 주파수 스펙트럼에서 고조파 성분을 제거하는 고조파 제거부; 상기 고조파 성분이 제거된 스펙트럼과 기준 스펙트럼을 곱하는 곱셈부; 및 곱셈부의 결과를 시간영역 신호로 변환하는 역고속푸리에 변환부를 포함함을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 신호처리 방법은 입력 디지털 신호를 고속푸리에변환하여 주파수 스펙트럼으로 변환하는 단계; 상기 주파수 스펙트럼에서 고조파 성분을 제거하는 단계; 상기 고조파 성분이 제거된 스펙트럼을 기준 스펙트럼과 곱하는 단계; 및 상기 단계에서 곱한 결과를 역고속푸리에변환하여 시간영역 신호로 변환하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 레이더 신호에서 제로 도플러 영역(zero doppler range)에 나타나는 고조파 성분을 제거함으로써 LFM 파형 처리에서 선형성을 유지하게 됨으로써 레이더의 표적탐지 성능을 개선할 수 있다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 레이더 신호 처리 장치에 대한 블록도이다.
도시된 레이더 신호 처리 장치는 아날로그-디지털 변환부(ADC, 1), 고속푸리에변환부(FFT, 2), 고조파제거부(3), 곱셈부(4) 및 역고속푸리에변환부(5)를 포함한다.
ADC(1)는 고조파가 포함되어 입력되는 LFM 신호를 디지털 신호로 변환한다. FFT(2)는 ADC(1)의 출력 신호를 주파수 영역 스펙트럼으로 변환한다. 고조파 제거부(3)는 주파수 영역 스펙트럼에서 고조파 성분을 제거한다. 곱셈부(4)는 고조파 성분이 제거된 스펙트럼을 기준 스펙트럼(reference spectrum)과 곱한다. 이때 기준 스펙트럼은 제로 도플러 주파수를 갖고, 신호처리할 LFM 신호와 편차 (deviation)가 일치하면서 부엽(side lobe)의 영향 감소를 위한 부가적인 윈도우 함수 특성을 갖는다.
도 2에는 주파수 영역에서 입력 스펙트럼과 기준 스펙트럼의 예를 도시한 것이다. 도 2(a)는 입력 스펙트럼을 도시한 것이고, 도 2(b)는 N 점 FFT 영역을 도시한 것이다. 도 2(c)는 FFT에 의해 계산된 스펙트럼의 일부분을 나타낸 것이다. 도 2(d) 및 2(e)는 각각 도 2(c)의 FFT 스펙트럼에서 유효한 부분과 교란이 있는 부분을 나타낸 것이다. 도 2(f)는 기준 스펙트럼을 도시한 것으로, 도 2(c)의 FFT 스펙트럼에서 유효한 부분에는 데이터가 존재하고, 교란이 있는 부분에는 제로 삽입 (zero padding)된 형태를 갖는다.
IFFT(5)는 고조파가 제거된 스펙트럼과 기준 스펙트럼을 곱한 결과를 다시 시간영역 신호로 변환한다.
도 3은 제로 도플러 영역(zero doppler range)에서 고조파 성분을 도시한 것으로, 도면에서 참조번호 31은 기본 성분을 나타내고, 참조번호 32는 고조파 성분을 나타낸다. 여기서 제로 도플러 영역은 비행 물체가 레이더 빔의 방향과 직각 방향으로 움직여서 도플러 신호가 발생되지 않는 주파수 영역이다.
도 4는 제로 도플러 영역의 고조파 성분을 제거하지 않았을 때 주파수 영역에서 스펙트럼 포락선을 비교하여 도시한 것이다. 참조번호 41은 고조파 성분이 제거된 때의 스펙트럼 포락선이고, 참조번호 42는 고조파 성분이 있을 때의 스펙트럼 포락선이다. 도시된 바에 따르면, 고조파 성분이 있는 경우 제거된 경우보다 포락선의 진폭이 늘어나는 것을 알 수 있다. 따라서 목표물의 탐지에 오류가 발생할 확률이 더 높다.
따라서 고조파 성분을 제거할 필요가 있다. 이러한 고주파 성분을 제거하기 위해 종래에는 제로 도플러 영역에 제로를 삽입하는 방법을 채용했다. 그러나 이 경우 선형성을 보장하지 못하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 보완하기 위해, 본 실시예의 고조파 제거부(3)는 제로 도플러 주파수의 진폭을 선형 보간(linear interpolation) 함으로써 고조파 성분을 제거한다. 선형 보간은 도 5에 도시된 바와 같이 FFT 결과에서 제로 도플러 주파수 f0의 진폭을 주변 주파수들과 그 진폭들을 이용하여 다음 식과 같이 보간하는 것이다.
Figure 112009028150335-pat00001
여기서, f0는 제로 도플러 주파수, A(f0)는 f0에서의 진폭, f1, f2는 제로 도플러 주파수의 이웃 주파수이다.
본 실시예에서는 LFM에서 선형성을 유지하기 위해 제로 도플러 영역의 샘플은 수학식 1에 따른 선형보간 방법을 이용하여 주파수 영역에서의 복소수값(real part, imaginary part)을 계산하고, f0 부분을 채운 후 기준 신호와의 곱셈계산 과정에 전달함으로써 선형성을 유지하면서 고조파 성분을 제거할 수 있다.
이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이 지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 레이더 신호 처리 장치에 대한 블록도이다.
도 2(a)는 입력 스펙트럼의 예를 도시한 것이다.
도 2(b)는 도 1의 입력 스펙트럼에서 N 점 FFT 영역을 도시한 것이다.
도 2(c)는 도 1의 입력 스펙트럼에서 FFT에 의해 계산된 스펙트럼의 일부분을 나타낸 것이다.
도 2(d) 및 2(e)는 각각 도 2(c)의 FFT 스펙트럼에서 유효한 부분과 교란이 있는 부분을 나타낸 것이다.
도 2(f)는 기준 스펙트럼의 예를 도시한 것이다.
도 3은 제로 도플러 영역에서 고조파 성분을 도시한 것이다.
도 4는 제로 도플러 영역의 고조파 성분을 제거하지 않았을 때 주파수 영역에서 스펙트럼 포락선을 비교하여 도시한 것이다.
도 5는 선형보간 방법의 예를 도시한 것이다.

Claims (5)

  1. 입력 디지털 신호를 주파수 스펙트럼으로 변환하는 고속푸리에변환부;
    상기 주파수 스펙트럼에서 고조파 성분을 제거하는 고조파 제거부;
    상기 고조파 성분이 제거된 스펙트럼과 기준 스펙트럼을 곱하는 곱셈부; 및
    곱셈부의 결과를 시간영역 신호로 변환하는 역고속푸리에 변환부를 포함하며, 상기 고조파 제거부는
    상기 주파수 스펙트럼에서 상기 고조파 성분에 해당하는 제1주파수의 스펙트럼 진폭을 상기 제1주파수의 이웃 주파수들의 스펙트럼 진폭들로부터 선형 보간하는 것을 특징으로 하는 신호처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1주파수는 제로 도플러 주파수임을 특징으로 하는 신호처리 장치.
  4. 입력 디지털 신호를 고속푸리에변환하여 주파수 스펙트럼으로 변환하는 단계;
    상기 주파수 스펙트럼에서 고조파 성분을 제거하는 단계;
    상기 고조파 성분이 제거된 스펙트럼을 기준 스펙트럼과 곱하는 단계; 및
    상기 단계에서 곱한 결과를 역고속푸리에변환하여 시간영역 신호로 변환하는 단계를 포함하며,
    상기 고조파 성분 제거는 상기 주파수 스펙트럼에서 상기 고조파 성분에 해당하는 제1주파수의 스펙트럼 진폭을 상기 제1주파수의 이웃 주파수들의 스펙트럼 진폭들로부터 선형 보간하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 신호처리 방법.
  5. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090027924A (ko) * 2007-09-13 2009-03-18 삼성탈레스 주식회사 표적 추적장치에서의 도플러 주파수를 추출하는 필터뱅크및 그 방법

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