KR102011458B1 - 레이더 신호 특성 판별 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자전에서 가장 기본이 되는 위협신호인 레이더 신호 특성을 판별하기 위한 것으로 레이더 신호 특성 중 특히, 코히어런트/넌코히어런트 신호 특성을 판별하기 위한 것이다. 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 레이더 신호를 수신하는 단계, 수신된 레이더 신호의 주파수를 추정하는 단계, 상기 추정된 주파수를 기준으로 상기 수신된 신호를 기저대역으로 변환하는 단계, 상기 기저대역에서 상기 수신된 신호의 특성을 판별하는 단계를 포함하는 레이더 신호 특성 판별 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 수신된 신호에 대한 정보가 없는 상황에서도 코히어런트/넌코히어런트한 신호특성을 판별해 낼 수 있게 된다.
Description
본 발명은 전자전에서 가장 기본이 되는 위협신호인 레이더 신호 특성을 판별하기 위한 것으로 레이더 신호 특성 중 특히, 코히어런트/넌코히어런트 신호 특성을 판별하기 위한 것이다.
레이더는 표적을 탐지하기 위해 전자파 빔을 방사하고, 상대측(표적)은 레이더 전자파 신호(이하 레이더 신호)를 수신 및 분석, 식별하여 레이더 신호를 방해한다. 따라서 레이더 신호 특성을 판별하는 것은 전자전에서 무엇보다도 중요하다. 일반적으로 레이더 신호 식별은 일정 수집시간 동안 레이더 펄스신호들을 수집하여 주파수, 방위(AOA; Angle of Arrival), 도착시간(TOA; Time of Arrival), 펄스신호 세기(PA; Pulse Amplitude), 펄스폭(PW; Pulse Width), 펄스간 간격(PRI; Pulse Repetition Interval) 등의 특성을 측정하여 이를 비교 및 분석하여 이루어진다.
그러나, 최근에는 보다 다양한 신호 특성을 갖는 레이더들이 등장하여 신호 분석 및 식별이 어려워지고 있다. 본 발명은 보다 정밀한 레이더 신호 식별을 위하여 기존에는 분석하기 어려웠던 레이더 신호의 코히어런트/넌코히어런트 특성을 판별하는 방법을 제안하고자 한다.
도 1a 및 1b는 코히어런트, 넌코히어런트 레이더 신호특성을 각각 나타낸다. 도 1a를 참조하면, 코히어런트 신호(실선)는 펄스신호들의 위상이 기준전송신호(Carrier 신호, 점선) 위상과 일치한다. 이와 달리, 도 1b를 참조하면, 넌코히어런트 신호(실선)는 펄스신호들의 위상(Phase)이 기준전송신호(Carrier 신호, 점선)의 위상과 불일치 한다. 종래방법 중 리사주패턴 분석은 두 신호 사이의 위상 일치성을 분석하는 가장 고전적인 방법이다.
그러나, 이 방법은 기준전송신호(Carrier 신호)에 대한 정보를 알고 있어야 한다. 또한, 리사주패턴 자체가 수치화하기 어려운 기하학적 형태를 지니므로 신호특성을 자동적으로 분석해야 하는 전자전 장비에 적용하는 데는 한계가 있다.
본 발명은 종래의 기술로는 분석하지 못하였거나, 수신된 신호와 관련된 정보를 알고 있어야만 분석이 가능했던 레이더 신호의 코히어런트/넌코히어런트 신호특성을 수신된 레이더 신호만을 이용하여 분석할 수 있도록 하는 레이더 신호 특성 판별 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 레이더 신호를 수신하는 단계, 수신된 레이더 신호의 주파수를 추정하는 단계, 상기 추정된 주파수를 기준으로 상기 수신된 신호를 기저대역으로 변환하는 단계 및 상기 기저대역에서 상기 수신된 신호의 특성을 판별하는 단계를 포함하는 레이더 신호 특성 판별 방법을 제공한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 수신된 신호를 기저대역으로 변환하는 단계는, 하기 수학식 1을 통해 수행될 수 있다.
[수학식 1]
상기 수학식 1에서, 
는 기저대역으로 변환된 신호이고, 
는 상기 수신된 신호이고, X는 신호 수신시간이고, FRQ는 상기 추정된 주파수이다.
일 실시 예에 있어서, 상기 수신된 신호의 특성을 판별하는 단계는, Unwrapping phase 좌표계에서의 선형 회귀라인을 추정하는 단계 및 상기 기저대역으로 변환된 상기 수신된 신호와 상기 추정된 선형 회귀라인과의 오차를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, Unwrapping phase 좌표계에서의 선형 회귀라인을 추정하는 단계는, 하기 수학식 2 및 3을 통해 수행될 수 있다.
[수학식 2]
상기 수학식 2에서, 
는 상기 추정된 선형 회귀라인이고, 
는 신호 수신시간이고, 
는 상기 기저대역에서의 회귀라인 파라메터이다.
[수학식 3]
상기 수학식 3에서, 
는 선형 회귀라인의 기울기(slope)이고, 
는 y절편(intercept parameters)이고, 
는 1번째 펄스부터 N번째 펄스의 수신시간을 나타내는 벡터로서, 
에서 i(1≤i≤N)은 펄스 인덱스 번호, j(1≤j≤wN)는 펄스 내 샘플 인덱스 번호이고, 
는 기저대역 변환된 레이더 신호의 1번째 펄스부터 N번째 펄스의 Unwrapping phase 변이 값을 나타내는 벡터로서, 
에서, i(1≤i≤N)은 펄스 인덱스 번호, j(1≤j≤wN)는 펄스 내 샘플 인덱스 번호이다.
일 실시 예에 있어서, 상기 기저대역으로 변환된 상기 수신된 신호와 상기 추정된 선형 회귀라인과의 오차를 산출하는 단계는, 하기 수학식 4 및 5를 통해 수행될 수 있다.
[수학식 4]
상기 수학식 4에서 SSE는 
와 
간의 에러 분산(Sum of squares for error)이다.
[수학식 5]
상기 수학식 5에서 σ는 
와 
간의 에러 표준편차이다.
일 실시 예에 있어서, 상기 기저대역에서 상기 수신된 신호의 특성을 판별하는 단계는, 상기 에러 표준편차가 임계값보다 작은 경우, 상기 수신된 신호를 코히어런트 신호로 판별할 수 있다.
본 발명에 따르면, 수신된 신호에 대한 정보가 없는 상황에서도 코히어런트/넌코히어런트한 신호특성을 판별해 낼 수 있게 된다.
구체적으로 본 발명에 따르면, 수신된 신호에 대한 Carrier 신호를 알지 못하는 상황에서도 코히어런트/넌코히어런트한 신호특성을 판별해 낼 수 있게 된다.
도 1a는 코히어런트 레이더 신호의 특성을 나타내는 개념도이다.
도 1b는 넌코히어런트 레이더 신호의 특성을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 레이더 신호 특성 판별 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3a는 기저대역 변환 전 코히어런트 및 넌코히어런트 신호를 Unwrapping phase 좌표계에 도시한 개념도이다.
도 3b는 기저대역 변환 후 코히어런트 및 넌코히어런트 신호를 Unwrapping phase 좌표계에 도시한 개념도이다.
도 1b는 넌코히어런트 레이더 신호의 특성을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 레이더 신호 특성 판별 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3a는 기저대역 변환 전 코히어런트 및 넌코히어런트 신호를 Unwrapping phase 좌표계에 도시한 개념도이다.
도 3b는 기저대역 변환 후 코히어런트 및 넌코히어런트 신호를 Unwrapping phase 좌표계에 도시한 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 레이더 신호 특성 판별 방법에 대하여 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명은 레이더 신호를 수신하는 단계(S100), 수신된 레이더 신호의 주파수를 추정하는 단계(S200), 상기 추정된 주파수를 기준으로 상기 수신된 신호를 기저대역으로 변환하는 단계(S300), 상기 기저대역에서 상기 수신된 신호의 특성을 판별하는 단계(S400)를 포함한다.
먼저, 본 발명에서는 레이더 신호를 수신하고(S100), 수신된 레이더 신호의 주파수를 추정하는 단계(S200)가 진행된다.
본 발명은 레이더 신호를 수신하면, 레이더 신호의 주파수를 추정한다. 여기서, 수신된 레이더 신호에 대한 주파수 추정은 푸리에 변환 또는 수신된 신호의 위상변이량을 이용한 주파수 추정방법이 활용될 수 있다.
상기 주파수 추정의 정확도가 높을수록, 후술할 레이저 신호 판별의 정확도가 높아질 수 있으나, 상기 주파수 추정은 높은 정확도를 가질 필요는 없다. 예를 들어, 기준전송신호(Carrier 신호)와 위상이 90% 이상 일치하는 코히어런트 신호와 넌코히어런트 신호를 구분하기 위해, 허용되는 주파수 추정의 오차범위는 수 MHz이다. 즉, 상기 주파수 추정은 높은 정확도를 가질 필요는 없다.
다음으로, 상기 추정된 주파수를 기준으로 상기 수신된 신호를 기저대역으로 변환하는 단계(S300)가 진행된다.
일 실시 예에 있어서, 상기 수신된 신호는 하기 수학식 1을 통해 기저대역으로 변환될 수 있다.
상기 수학식 1에서, 
는 기저대역으로 변환된 신호이고, 
는 상기 수신된 신호이고, X는 신호 수신시간이고, FRQ는 상기 추정된 주파수이다.
마지막으로, 상기 기저대역에서 상기 수신된 신호의 특성을 판별하는 단계(S400)가 진행된다.
도 3a는 기저대역 변환 전 코히어런트 및 넌코히어런트 신호를 Unwrapping phase 좌표계에 도시한 것이고, 도 3b는 기저대역 변환 후 코히어런트 및 넌코히어런트 신호를 Unwrapping phase 좌표계에 도시한 것이다.
여기서, Unwrapping phase 좌표계란 수신시간(x)에 따라 변화하는 신호의 위상(y)을 최초 위상 값에 계속 누적하여 나타낸 좌표계로써, 위상은 -π∼π 사이 값을 가지므로, 누적된 신호의 위상 값(이하, 누적 위상 값)은 수신된 신호가 코히어런트 할수록 선형성을 나타낸다.
도 3a를 참조하면, 수신된 신호를 기저대역 변환하기 전에는, 코히어런트 신호와 넌코히어런트 신호를 구분하기 어렵다. 이와 달리, 도 3b를 참조하면, 수신된 신호를 기저대역 변환할 경우, 누적 위상 값이 선형성을 가지는 경우와 그렇지 못한 경우가 확연하게 드러나게 된다.
구체적으로, Unwrapping phase 좌표계에서 데이터 변량들의 기울기(위상 변화량)는 주파수가 되므로, 수신된 신호를 추정 주파수로 기저대역 변환할 경우, 주파수 추정 정확도가 높을수록 Unwrapping phase 좌표계에서 기울기(주파수 성분) 성분은 완화되고, 위상 성분은 더욱 두드러지게 된다. 이와 같은 특성을 이용하여 기저대역에서는 신호의 위상변이를 좀 더 정밀하게 분석할 수 있다.
본 발명에서는 기저대역 변환된 신호의 누적 위상 값이 신호 수신 시간에 대하여 선형성을 가지는지 여부에 따라, 코히어런트 신호와 넌코히어런트 신호를 구분한다.
일 실시 예에 있어서, 본 발명은 기저대역 변환된 신호의 누적 위상 값이 신호 수신 시간에 대하여 선형성을 가지는지 판단하기 위하여, 기저대역 변환된 신화와 Unwrapping phase 좌표계에서 추정한 위상의 선형 회귀라인과의 오차를 분석하는 방법을 활용한다.
이하에서는, 상기 오차 분석 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
상기 오차 분석 방법은 Unwrapping phase 좌표계에서 선형 회귀라인을 추정하는 단계 및 상기 기저대역으로 변환된 상기 수신된 신호와 상기 추정된 선형 회귀라인과의 오차를 산출하는 단계로 이루어진다.
먼저, Unwrapping phase 좌표계에서 선형 회귀라인을 추정하는 단계는 하기 수학식 2 및 3을 통해 수행될 수 있다.
상기 수학식 2에서, 
는 상기 추정된 선형 회귀라인이고, 
는 신호 수신시간이고, 
는 상기 기저대역에서의 회귀라인 파라메터이다.
상기 수학식 3에서, 
는 선형 회귀라인의 기울기(slope)이고, 
는 y절편(intercept parameters)이고, 
는 1번째 펄스부터 N번째 펄스의 수신시간을 나타내는 벡터로서, 
에서 i(1≤i≤N)은 펄스 인덱스 번호, j(1≤j≤wN)는 펄스 내 샘플 인덱스 번호이고, 
는 기저대역 변환된 레이더 신호의 1번째 펄스부터 N번째 펄스의 Unwrapping phase 변이 값을 나타내는 벡터로서, 
에서, i(1≤i≤N)은 펄스 인덱스 번호, j(1≤j≤wN)는 펄스 내 샘플 인덱스 번호이다.
한편, 상기 수학식 3에서, 특정 벡터 A에 대한 AT는 벡터 A에 대한 전치(Transform) 행렬을 의미한다.
상술한 방식으로, Unwrapping phase 좌표계에서의 선형 회귀라인 
를 산출할 수 있다. 상기 선형 회귀라인 
와 기저대역 변환된 
간의 오차를 산출하여, 기저대역 변환된 신호의 누적 위상 값이 신호 수신 시간에 대하여 선형성을 가지는지 판단한다.
상기 오차는 하기 수학식 4 및 5를 통해 산출될 수 있다.
상기 수학식 4에서 SSE는 
와 
간의 에러 분산(Sum of squares for error)이다.
상기 수학식 5에서 σ는 
와 
간의 에러 표준편차이다.
상기 수학식 5에서 산출된 표준 편차를 기준으로, 수신된 신호의 Coherency 를 판단할 수 있다. 구체적으로, 하기 수학식 6과 같이, 상기 에러 표준편차가 임계치 T보다 작은 경우, 해당 신호가 코히어런트 신호라고 판단할 수 있다.
여기서, 상기 임계치 T는 구현하고자 하는 레이더 신호 분석 정확도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 기준전송신호(Carrier 신호)와 위상이 90% 이상 일치하는 신호를 코히어런트 신호로 정의하는 경우, 상기 임계치 T는 0.1일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 수신된 신호에 대한 정보가 없는 상황에서도 코히어런트/넌코히어런트한 신호특성을 판별해 낼 수 있게 된다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
또한, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
Claims (6)
- 레이더 신호를 수신하는 단계;
수신된 레이더 신호의 주파수를 추정하는 단계;
상기 추정된 주파수를 기준으로 상기 수신된 신호를 기저대역으로 변환하는 단계; 및
상기 기저대역에서 상기 수신된 신호의 특성을 판별하는 단계를 포함하고,
상기 수신된 신호를 기저대역으로 변환하는 단계는 하기 수학식 1을 통해 수행되고,
상기 수신된 신호의 특성을 판별하는 단계는,
Unwrapping phase 좌표계에서의 선형 회귀라인을 추정하는 단계;
상기 기저대역으로 변환된 상기 수신된 신호와 상기 추정된 선형 회귀라인과의 오차를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 신호 특성 판별 방법.
[수학식 1]
상기 수학식 1에서,는 기저대역으로 변환된 신호이고,
는 상기 수신된 신호이고, X는 신호 수신시간이고, FRQ는 상기 추정된 주파수이다.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
Unwrapping phase 좌표계에서의 선형 회귀라인을 추정하는 단계는,
하기 수학식 2 및 3을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 레이더 신호 특성 판별 방법.
[수학식 2]
상기 수학식 2에서,는 상기 추정된 선형 회귀라인이고,
는 신호 수신시간이고,
는 상기 기저대역에서의 회귀라인 파라메터이다.
[수학식 3]
상기 수학식 3에서,는 선형 회귀라인의 기울기(slope)이고,
는 y절편(intercept parameters)이고,
는 1번째 펄스부터 N번째 펄스의 수신시간을 나타내는 벡터로서,
에서 i(1≤i≤N)은 펄스 인덱스 번호, j(1≤j≤wN)는 펄스 내 샘플 인덱스 번호이고,
는 기저대역 변환된 레이더 신호의 1번째 펄스부터 N번째 펄스의 Unwrapping phase 변이 값을 나타내는 벡터로서,
에서, i(1≤i≤N)은 펄스 인덱스 번호, j(1≤j≤wN)는 펄스 내 샘플 인덱스 번호이다.
- 제4항에 있어서,
상기 기저대역으로 변환된 상기 수신된 신호와 상기 추정된 선형 회귀라인과의 오차를 산출하는 단계는,
하기 수학식 4 및 5를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 레이더 신호 특성 판별 방법.
[수학식 4]
상기 수학식 4에서 SSE는와
간의 에러 분산(Sum of squares for error)이다.
[수학식 5]
상기 수학식 5에서 σ는와
간의 에러 표준편차이다.
- 제5항에 있어서,
상기 기저대역에서 상기 수신된 신호의 특성을 판별하는 단계는,
상기 에러 표준편차가 임계값보다 작은 경우, 상기 수신된 신호를 코히어런트 신호로 판별하는 것을 특징으로 하는 레이더 신호 특성 판별 방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020170053176A KR102011458B1 (ko) | 2017-04-25 | 2017-04-25 | 레이더 신호 특성 판별 방법 |
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| KR1020170053176A KR102011458B1 (ko) | 2017-04-25 | 2017-04-25 | 레이더 신호 특성 판별 방법 |
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2017
- 2017-04-25 KR KR1020170053176A patent/KR102011458B1/ko active IP Right Grant
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| KR20180119421A (ko) | 2018-11-02 |
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