KR101131058B1 - 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 방법 및 이를 이용하여 다중 빔을 형성하는 장치 - Google Patents

시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 방법 및 이를 이용하여 다중 빔을 형성하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 표적으로부터 반사되거나 방사된 신호를 다수의 센서에 입력하는 단계와, 상기 다수의 센서에 입력된 아날로그 신호를 디지털 병렬 신호로 샘플링하는 단계와, 상기 샘플링된 디지털 병렬 신호를 다수의 연산기 수에 맞춰 같은 양 또는 소정의 입력 전송량으로 분산시키는 단계와, 상기 분산된 디지털 병렬 신호를 디지털 직렬 신호로 변환하는 단계와, 상기 변환된 디지털 직렬 신호를 각각 연산기의 메모리로 전송하여 부분빔을 형성하는 단계와, 상기 형성된 부분빔을 합산하여 최종 빔을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 고속으로 다중 빔을 형성하는 방법을 이용하면, 연산기 별로 센서 입력의 중복된 전송을 피함으로써 고속으로 다중 빔을 형성할 수 있다.

Description

시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 방법 및 이를 이용하여 다중 빔을 형성하는 장치 {DEVICE AND METHOD FOR HIGH-SPEED MULTIPLE BEAMFORMING WITH DISTRIBUTED PROCESSING IN TIME DOMAIN}
본 발명은 다중 빔을 형성하는 방법 및 이를 이용하여 다중 빔을 형성하는 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 방법 및 이를 이용하여 다중 빔을 형성하는 장치에 관한 것이다.
수중음향탐지 분야에서 물체의 탐지는 음향신호를 송신하고 되돌아오는 수신신호를 이용하는 능동 음향탐지기술이나 물체가 방사하는 음향신호를 수신하여 물체를 탐지하는 수동 음향탐지기술 등이 이용되고 있다. 수중음향탐지에서는 수신되는 신호의 이득을 증대시키기 위하여 다수의 음향센서를 배열시키고, 다수의 음향센서로부터 수신되는 신호를 이용하여 빔을 형성한다. 이때, 형성된 빔에서 탐지에 이용하고자 하는 주파수 대역 폭에 따라 협대역 소나 신호처리기술 및 광대역 소나 신호처리기술로 구분이 된다. 일반적으로 광대역 신호처리를 하면 목표 대상에 의해 발생되는 신호 외에 다른 기만 신호나 오탐지 가능성이 있는 신호를 구분하여 정확히 목표를 탐지할 수 있으며, 분해능 또한 증대되는 것으로 알려져 있다. 하지만, 협대역 신호처리에 비해 광대역 신호처리는 주파수 대역이 수십 배 이상 커짐으로 인하여 빔형성을 위한 대용량의 신호처리가 필요한 문제점이 발생한다.
수중음향탐지에서는 목표물의 신호를 정확히 탐지하기 위한 광대역 신호처리 외에, 목표물의 방위를 정확히 알아내는 것 또한 중요하다. 정확한 목표물의 방위를 신속하게 알아내기 위해서는 넓은 방위각의 광범위 영역에 대하여 정밀한 다수의 조향빔을 동시에 형성하여야 한다. 일반적으로 정밀한 조향빔을 생성하기 위해서는 센서별 획득되는 신호의 샘플링 주파수가 높아야 하며, 동시에 광범위 영역을 탐지하기 위해서는 다수의 조향빔이 요구된다. 이는 빔형성 연산량을 증가시키기 때문에 빔형성기의 복잡도를 증대시킨다.
이상에서 살펴본 문제점 때문에, 종래 수중음향탐지 분야에서는 광대역 신호 특성을 가지는 신호의 빔형성을 고속 및 안정적으로 수행하기 위해 다수의 연산기를 사용하며, 연산기가 생성할 수 있는 빔 개수 별로 나누어 다중빔을 형성하였다. 그러나, 이러한 방법에 의할 때도 각 연산기의 입력으로 들어가는 센서 입력 전송량이 동일하므로, 입력 전송량이 클 경우에는 연산기에서 고속으로 형성할 수 있는 빔의 개수가 적어 많은 수의 연산기가 필요로 되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 장치을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적에 따른 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 장치는 표적으로부터 반사되거나 방사된 아날로그 신호를 디지털 병렬 신호로 샘플링하는 다수의 센서와, 상기 샘플링된 디지털 병렬 신호를 디지털 직렬 신호로 변환하는 다수의 신호변환기와, 상기 디지털 직렬 신호를 이용하여 빔형성하는 다수의 연산기와, 다수의 연산기로부터 형성된 부분빔을 합산하여 최종빔을 형성하는 합산기로 구성되며, 상기 다수의 연산기 수에 맞춰 같은 양 또는 소정의 입력 전송량으로 상기 디지털 직렬 신호가 분산 할당되어 있다.
본 발명에 따른 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 장치는 세부적으로는 상기 다수의 연산기가, 각각 변환된 디지털 직렬 신호가 전송되는 메모리와, 상기 메모리에 저장된 디지털 직렬 신호를 이용하여 빔을 형성하는 다수의 빔형성기로 구성된다.
본 발명에 따른 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 장치는 더욱 세부적으로 상기 다수의 연산기가 PC(Personal Computer)이거나 DSP(Digital Signal Processor)이다.
상기 본 발명의 다른 목적에 따른 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 방법은 표적으로부터 반사되거나 방사된 신호를 다수의 센서에 입력하는 단계와, 상기 다수의 센서에 입력된 아날로그 신호를 디지털 병렬 신호로 샘플링하는 단계와, 상기 샘플링된 디지털 병렬 신호를 다수의 연산기 수에 맞춰 같은 양 또는 소정의 입력 전송량으로 분산시키는 단계와, 상기 분산된 디지털 병렬 신호를 디지털 직렬 신호로 변환하는 단계와, 상기 변환된 디지털 직렬 신호를 각각 연산기의 메모리로 전송하여 부분빔을 형성하는 단계와, 상기 형성된 부분빔을 합산하여 최종 빔을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 방법은 세부적으로 상기 부분빔 형성 단계가, 상기 메모리로 전송되어 저장된 다수의 디지털 직렬 신호 각각에 가중치를 곱하는 단계와, 상기 가중치가 곱해진 디지털 직렬 신호들을 합하여 부분빔을 형성하는 단계와, 상기 형성된 다수 연산기들의 부분빔들을 합산하여 최종 빔을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 방법 및 이를 이용하여 다중 빔을 형성하는 장치에 의하면, 연산기 별로 센서 입력의 중복된 전송을 피함으로써 고속으로 다중 빔을 형성할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 단일 빔형성 방법의 개념도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 단일 빔형성 장치의 구성도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 시영역 빔형성기의 내부 처리도이다.
도 4는 종래 기술에 따른 단일 연산기를 이용한 다중 빔형성 장치의 구성도이다.
도 5는 종래 기술에 따른 다수의 연산기를 이용한 다중 빔형성 장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 장치의 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 방법의 흐름도이다.
도 8은 종래 기술에 따른 시영역 빔형성기의 내부 처리 흐름도이다
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 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.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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.
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.
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.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 방법 및 이를 이용하여 다중 빔을 형성하는 장치는 종래 기술에 따른 단일 빔형성 방법 및 그 장치를 기초로 하여 이루어진다. 따라서, 먼저 종래 기술에 따른 단일 빔형성 방법 및 그 장치에 대하여 살펴보도록 한다.
도 1은 수중 음향 탐지 분야에서 종래 기술에 따른 단일 빔형성 방법의 개념도를 나타낸다. 빔형성 방법에는 시영역 외에 주파수 영역에서 빔을 형성하는 방법이 있으나, 시영역 형성 방법이 보다 더 간단한 구조로 구현할 수 있다는 장점이 있기 때문에 널리 이용되고 있다. 도 1에 따르면, M개의 센서 입력 xi[n], i=1, ..., M(110)에 대해 각 센서별 입력에 대한 시간지연 k iτ(120)을 시킨 후 가중치를 곱(130)하고, 그 후 전체 센서들의 처리 결과를 합(140)하여 특정방향을 조향하는 y[n]이라는 빔을 형성(150)한다. 이 과정을 식으로 나타내면 수학식 1과 같다.
Figure 112010081602204-pat00001
이 때, τ는 센서입력을 디지털 신호로 샘플링(sampling)하는 시간 간격으로써, τ=1/f s로 정의된다. 여기서 f s는 샘플링 주파수이다. 또, k i는 각 센서별 시간 지연을 정하는 정수 값으로써, 형성하는 빔의 조향각과 관련이 있다. 일반적으로 시간 지연 단위 간격인 τ가 작을수록 특정 방향을 정밀하게 조향하는 빔을 생성할 수 있으며, 이는 샘플링 주파수(f s)가 커지게 되어 빔형성을 위한 센서 입력의 데이터양 및 연산량의 증가로 나타난다. 형성된 빔 y[n]은 조향 각도를 고려하여 정해진 샘플링 주파수(f s)의 신호로 나오며, 실제 탐지를 위한 신호는 y[n]에 대해 필터링을 수행하여 원하는 신호를 얻어 처리한다. 이때 원하는 신호특성에 따라 저역통과(Low-Pass), 고역통과(High-Pass), 대역통과(Band-Pass) 필터링 및 특성 주파수를 기저 대역으로 내려 처리하는 직교 복조(Quadrature Demodulation) 등을 이용한다. 이렇게 y[n]의 주파수 대역에 따라 협대역 및 광대역 신호로 구분이 된다. 일반적으로 빔형성을 위한 센서의 입력신호에 대한 샘플링 주파수(f s)는 빔의 조향각 및 빔의 필터링된 신호의 주파수 대역을 고려하여 정해지게 된다. 본 발명은 센서의 입력 데이터양이 많고 형성하고자 하는 빔의 개수가 많은 경우에 고속으로 빔을 형성하기 위한 방법 및 장치로, 형성된 빔에 대한 필터링에 대해서는 제한을 두지 않는다.
도 2는 수중 음향 탐지 분야에서 종래 기술에 따른 단일 빔형성 장치의 구성도를 나타낸다. 도 2에 따르면, 우선 센서별로 샘플링 주파수(f s)로 샘플링한 디지털 신호를 획득하고, 각 센서별로 획득된 병렬(Parallel) 신호들을 직렬(Serial) 신호들로 변환(220)시켜 연산기의 메모리(230)로 전송함으로써 빔을 형성(240)한다. 한편, 도 3은 종래 기술에 따른 시영역 빔형성기(240)의 내부 처리도를 나타내며 도 8은 종래 기술에 따른 시영역 빔형성기의 내부 처리 흐름도이다. 도 3과 도 8에서는 메모리(230)에 저장된 각 센서 신호들로부터 시간 지연이 고려된 입력을 받아들여 빔을 형성하는 과정을 나타낸다.
도 2에서 직렬(Serial) 신호들로 변환되어 메모리로 전송되는 빔형성을 위한 센서로부터의 입력 데이터량은 수학식 2와 같다.
Figure 112010081602204-pat00002
여기서, BI는 센서로 들어오는 신호를 디지털 신호로 샘플링 할 때 샘플 당 표현하는 비트수를 나타낸다. 예를 들어, 정밀한 조향각을 가지는 빔을 형성하기 위해 fs를 500 KHz로 하고 100개의 센서에 대해 16bits/sample로 입력을 획득하였다고 가정하였을 때의 입력 데이터 전송량은 800 Mbits/sec 정도의 큰 값을 가지게 된다.
다음으로, 입력 데이터로부터 형성된 한 개 빔의 데이터량은 수학식 3과 같다.
Figure 112010081602204-pat00003
도 4는 종래 기술에 따른 단일 연산기를 이용한 다중 빔형성 장치의 구성도를 나타낸다. 다중 빔을 동시에 형성하기 위하여 우선 M개의 센서 입력 xi[n], i=1, ..., M(410)들을 직렬(Serial) 신호들로 변환(420)시킨 후 연산기의 메모리(430)로 전송하여 다중 빔형성(440) 과정을 수행한다. 다중 빔 형성 과정에서는 형성하고자 하는 다중 빔 yj[n], j=1, ..., NB(450)에 맞는 시간지연 k(j,i)τ을 시키고 가중치 a(j,i)를 곱한 후 전체 센서들의 처리 결과를 합함으로써 다중 빔을 동시에 형성한다. 이 과정을 식으로 나타내면 수학식 4와 같다.
Figure 112010081602204-pat00004
또한 출력되는 다중 빔의 연산량은 형성되는 빔의 개수(NB)만큼 증대된다. 이때, 센서 수가 많거나 샘플링 주파수(fs)가 클 경우 입력 전송량(RI)이 클 뿐만 아니라, NB개의 다중 빔을 형성하기 위한 연산량 또한 증대된다. 이러한 전송량과 연산량의 문제 때문에 하나의 연산기 대신에 다수의 연산기를 사용하여 다중 빔을 생성한다.
도 5는 종래 기술에 따른 다수의 연산기를 이용한 다중 빔형성 장치의 구성도를 나타낸다. 일반적으로 형성하고자 하는 NB개의 다중 빔 중 하나의 연산기에서 처리할 수 있는 개수만큼의 빔을 각 연산기에 할당하여 처리한다. 다시 말해 N개의 연산기들(530) 중 하나의 연산기에서 형성되는 빔의 개수를 NBi(i=1, ..., N)라고 하였을 때 수학식 5와 같은 관계가 성립한다.
Figure 112010081602204-pat00005
이 때 사용되는 연산기는 PC이거나 DSP(Digital Signal Processor)가 될 수 있으며, 본 발명에서는 데이타를 받아들여 연산할 수 있는 기능이 있으면 족하므로 특정 연산기로 제한하지 않는다.
본 발명에 따른 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 방법 및 이를 이용하여 다중 빔을 형성하는 장치를 구현하기 위하여, 우선 시영역 분산 처리를 통한 빔형성 원리에 대하여 살펴볼 필요가 있다.
시영역 분산 처리를 위한 단일 빔의 형성과정은 수학식 1에 나온 것과 같이 센서 별 입력에 대한 시간지연 후 가중치를 곱하고 이를 합하는 과정을 따른다. 이때, 센서 개수(M)가 커질 경우 조향하고자 하는 방향에 대해 정해진 샘플링 주파수(fs)에 따른 입력 전송량은 수백 Mbps에서 수 Gbps에 이른다. 입력 전송량은 실제 곱하고 더하는 연산과는 별도로 빔형성을 수행하는데 많은 시간을 소요하게 한다. 다시 말해, 아무리 빠른 연산이 가능한 연산기라도 연산 대상인 데이터가 전송이 되지 않으면 연산이 수행되지 않기 때문에 빔을 형성하는데 시간이 많이 걸린다는 것이다. 이러한 입력 전송량의 문제를 해결하기 위한 단일 빔의 형성 과정을 센서의 입력 별로 다시 나타내면 수학식 6과 같다.
Figure 112010081602204-pat00006
수학식 6에 나타내는 바와 같이, 전체 M개의 센서 입력에 대하여 가중치를 곱하여 합하는 것은, 부분적으로 Mi,(i=1, ..., N)개로 센서 입력을 나누어 가중치를 곱하여 합한 N개의 부분 합을 합한 것과 같다는 것이다. 이를 통하여 가장 큰 전송량을 가지는 센서 입력 전송량을 분산시켜 빔 생성을 위한 전송 시간의 지연 없이 고속으로 처리할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 방법 및 이를 이용하여 다중 빔을 형성하는 장치에서는 시영역 빔형성에 있어 가장 많은 시간을 소요하는 입력의 전송량을 분산시켜 고속으로 다중 빔을 형성하고자 한다. 이를 위해서 도 5에서 나타내는 종래 기술에 따른 시영역 다중 빔형성 장치에서와 같이, 형성되는 빔들 별로 연산기를 할당하는 대신에 센서 입력 별로 연산기를 할당시켜 연산기의 입력 전송량을 줄임으로써 많은 수의 다중 빔을 고속으로 형성할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 장치를 설명하기 위한 구성도이다. 도 6에 따르면, 본 발명에 따른 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 장치는 표적으로부터 반사되거나 방사된 신호를 디지털 병렬 신호로 샘플링하는 다수의 센서(610), 상기 샘플링된 디지털 병렬 신호를 디지털 직렬 신호로 변환하는 다수의 신호변환기(620), 변환된 디지털 직렬 신호를 이용하여 부분빔을 형성하는 다수의 연산기(630)와 다수의 연산기로부터 형성된 부분빔을 합산하여 최종빔을 형성하는 합산기(640)로 구성되어 있으며, 상기 디지털 직렬 신호는 상기 다수의 연산기 수에 맞춰 같거나 소정의 입력 전송량으로 분산 할당되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 다수의 연산기는 각각 상기 변환된 디지털 직렬 신호가 전송되는 메모리와, 상기 메모리에 저장된 디지털 직렬 신호를 이용하여 빔을 형성하는 다수의 빔형성기로 구성되어 있다. 이 때 사용되는 연산기는 PC이거나 DSP(Digital Signal Processor)가 될 수 있으며, 본 발명에서는 데이타를 받아들여 연산할 수 있는 기능이 있으면 족하므로 특정 연산기로 제한하지 않는다.
도 7은 본 발명에 따른 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 방법의 흐름도이다. 도 7에 따르면, 본 발명에 따른 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 방법은 표적으로부터 반사되거나 방사된 신호를 다수의 센서에 입력한 후, 상기 다수의 센서에 입력된 아날로그 신호를 디지털 병렬 신호로 샘플링하고, 그 후 샘플링된 디지털 병렬 신호를 다수(N개)의 연산기들에 연산기 수(Mi(i=1, ..., N))에 맞춰 같거나 소정의 입력 전송량으로 분산시킨 후, 분산된 디지털 병렬 신호를 디지털 직렬 신호로 변환시킨다. 그 후, 변환된 디지털 직렬 신호를 각각 연산기의 메모리로 전송하여 부분빔을 형성한다. 상기 과정에 의하여 형성된 부분빔을 나타내는 y(j,i)은 다음과 같다.
Figure 112010081602204-pat00007
실제 최종빔인 i번째 빔 yi[n]은 수학식 7의 N개 연산기의 각 부분 형성빔의 합산이 수학식 8과 같이 이루어진다.
Figure 112010081602204-pat00008
이때, 상기 부분빔 형성 단계는, 상기 메모리로 전송된 다수의 디지털 직렬 신호 각각에 가중치를 곱하는 단계와, 상기 가중치가 곱해진 디지털 직렬 신호들을 합하여 부분빔을 형성하는 단계로 이루어진다.
상기, 본 발명에 따른 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 방법 및 이를 이용한 다중 빔을 형성하는 장치에 의할 경우, 큰 전송량을 가지는 센서 입력을 연산기 별로 분산시키고 각 연산기에서 분산된 센서 입력에 대하여 부분적으로 빔을 형성한 후 부분적으로 형성된 빔들을 합함으로써 원하는 빔을 형성하게 된다. 이때 입력 전송에 따른 시간 지연은 입력 센서를 분산하는 개수에 따라 정해지며, N개의 연산기에 M/N으로 동일하게 분산시킬 경우 시간 지연은 1/N으로 줄어드는 효과가 있어 고속으로 빔형성이 가능하게 된다. 일반적으로 연산기가 외부와의 통신보다는 내부의 연산 능력이 높기 때문에, 본 발명에서와 같이 센서 입력을 분산시키면 센서 입력을 전송하기 위한 시간 지연이 줄어들게 되며 연산기에서 빔형성을 위한 가용 시간이 증대되어 연산능력이 증대되는 장점이 있다. 이를 통해 적은 개수의 연산기를 사용하여 다수의 다중 빔을 형성할 수 있다. 또한, 실제 연산기에서는 고속의 연산을 위해 메모리로 내부 램(RAM)이나 캐쉬(cash)를 사용하는데, 이는 가격이 높을 뿐만 아니라 구현에 있어서의 문제 때문에 많은 공간을 가지지 못한다. 그러나, 본 발명에 의하면 각 연산기가 가지는 내부 메모리에 저장되는 센서 입력 데이터를 분산시켜 처리하기 때문에 내부 연산 능력이 향상되어 고속 처리가 가능하다. 이러한 내부 메모리의 효율적인 사용은 연산기 선정시 가격과 연관이 있기 때문에, 구현시 경제적 이득을 얻을 수 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 센서 입력부 111 : 센서 입력
112 : 센서 입력 120 : 시간 지연부
130 : 가중치 곱셈부 140 : 가산기부
150 : 빔 출력 210 : 센서 입력부
211 : 센서 입력 212 : 센서 입력
220 : 신호 변환기 230 : 메모리
240 : 빔형성기 250 : 빔 출력
241 : 시간 지연부 242 : 가중치 곱셈부
243 : 가산기부 410 : 센서 입력부
411 : 센서 입력 412 : 센서 입력
420 : 신호 변환기 430 : 메모리
440 : 빔형성기부 441 : 빔형성기
442 : 빔형성기 450 : 빔 출력부
451 : 빔 출력 452 : 빔 출력
510 : 센서 입력부 511 : 센서 입력
512 : 센서 입력 520 : 신호 변환기
530 : 연산부 531 : 메모리
532 : 메모리 533 : 빔형성기
534 : 빔형성기 535 : 빔형성기
536 : 빔형성기 540 : 빔 출력부
541 : 빔 출력 542 : 빔 출력
543 : 빔 출력 544 : 빔 출력
610 : 센서 입력부 611 : 센서 입력
612 : 센서 입력 613 : 센서 입력
614 : 센서 입력 620 : 신호 변환부
621 : 신호 변환기 622 : 신호 변환기
630 : 연산부 631 : 메모리
632 : 메모리 633 : 부분빔형성기
634 : 부분빔형성기 635 : 부분빔형성기
636 : 부분빔형성기 640 : 가산기부
641 : 가산기 642 : 가산기
643 : 가산기 644 : 가산기
650 : 빔 출력부 651 : 빔 출력
652 : 빔 출력

Claims (6)

  1. 표적으로부터 반사되거나 방사된 아날로그 신호를 디지털 병렬 신호로 샘플링하는 다수의 센서와,
    상기 샘플링된 디지털 병렬 신호를 디지털 직렬 신호로 변환하는 다수의 신호변환기와,
    상기 디지털 직렬 신호를 이용하여 빔형성하는 다수의 연산기와,
    다수의 연산기로부터 형성된 부분빔을 합산하여 최종빔을 형성하는 합산기로 구성되며,
    상기 다수의 연산기 수에 맞춰 같은 양 또는 소정의 입력 전송량으로 상기 디지털 직렬 신호가 분산 할당되어 있는 것을 특징으로 하는 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 연산기는, 각각 변환된 디지털 직렬 신호가 전송되는 메모리와, 상기 메모리에 저장된 디지털 직렬 신호를 이용하여 빔을 형성하는 다수의 빔형성기로 구성된 것을 특징으로 하는 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 다수의 연산기는 PC(Personal Computer)인 것을 특징으로 하는 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 다수의 연산기는 DSP(Digital Signal Processor)인 것을 특징으로 하는 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 장치.
  5. 표적으로부터 반사되거나 방사된 신호를 다수의 센서에 입력하는 단계와,
    상기 다수의 센서에 입력된 아날로그 신호를 디지털 병렬 신호로 샘플링하는 단계와,
    상기 샘플링된 디지털 병렬 신호를 다수의 연산기 수에 맞춰 같은 양 또는 소정의 입력 전송량으로 분산시키는 단계와,
    상기 분산된 디지털 병렬 신호를 디지털 직렬 신호로 변환하는 단계와,
    상기 변환된 디지털 직렬 신호를 각각 연산기의 메모리로 전송하여 부분빔을 형성하는 단계와,
    상기 형성된 부분빔을 합산하여 최종 빔을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 부분빔 형성 단계는,
    상기 메모리로 전송되어 저장된 다수의 디지털 직렬 신호 각각에 가중치를 곱하는 단계와,
    상기 가중치가 곱해진 디지털 직렬 신호들을 합하여 부분빔을 형성하는 단계와,
    상기 형성된 다수 연산기들의 부분빔들을 합산하여 최종 빔을 형성하는 것을 특징으로 하는 시영역 분산 처리를 통해 고속으로 다중 빔을 형성하는 방법.



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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002090445A (ja) 2000-09-21 2002-03-27 Toshiba Corp レーダ装置
JP2006524330A (ja) 2003-03-14 2006-10-26 ブエソニクス センサーズ インコーポレイテッド 多重ビームの形成方法および装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002090445A (ja) 2000-09-21 2002-03-27 Toshiba Corp レーダ装置
JP2006524330A (ja) 2003-03-14 2006-10-26 ブエソニクス センサーズ インコーポレイテッド 多重ビームの形成方法および装置

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