KR20220136826A - 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 장치 및 방법 - Google Patents

압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 장치는 수신안테나, 상기 수신안테나를 통해 입력된 수신신호를 분석하여 전자공격 수행 여부를 판단하는 신호분석부, 및 상기 신호분석부로부터 상기 전자공격 수행이 필요하다는 제어명령이 수신되면 상기 수신안테나를 통해 입력된 수신신호를 저장하고, 상기 수신신호를 이용하여 첩잡음을 생성하고, 상기 수신신호와 상기 첩잡음을 합성하여 재밍신호를 생성하고, 상기 재밍신호를 송신하는 디지털 주파수 저장부를 포함한다.

Description

압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 장치 및 방법{CHIRP NOISE GENERATION DEVICE AND METHOD FOR COMPRESSION PULSE SIGNAL}
본 발명은 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 장치 및 방법에 관한 것이다.
전자전(electronic warfare)은 적의 전파사용을 탐지, 이용, 방해하고 아군의 전자파 사용을 보정하기 위한 전자에너지의 사용과 관련된 군사활동이다. 전자전의 수행기능 중 한 분야로서 적의 전투능력을 파괴, 무력화, 감소시킬 의도로 적의 지휘통제, 통신, 전자무기체계에 대하여 전파를 사용하거나 전자파를 직접 조사하는 전자공격(electronic attack)이 있다. 예를 들어, 표적의 반사 신호인 에코신호를 수신하여 표적을 추적하는 레이더에 대응하여 레이더의 추적을 방해하기 위한 다양한 형태의 전자공격이 수행될 수 있다.
전자공격은 크게 잡음(또는 잡음재밍) 및 기만의 형태로 분류될 수 있다. 전자공격 기법이 잡음인 경우, 잡음발생판을 사용하여 전자공격을 수행할 수 있다. 잡음은 절대적인 기준이 아닌 상대적 기준에 의해 협대역과 광대역으로 나누어질 수 있다. 전자공격 기법이 기만인 경우, 디지털 주파수 메모리(Digital Radio Frequency Memory, DRFM)를 사용하여 전자공격을 수행할 수 있다. 디지털 주파수 메모리는 기만뿐만 아니라 일정한 대역폭 내에서 임의의 주파수로 변경하면서 잡음을 생성하기도 한다.
디지털 주파수 메모리는 LSFR(Linear Feedback Shift Register)를 이용하여 일정시간 동안에 하나의 주파수의 잡음을 생성하기 때문에 생성하고자 하는 대역폭까지는 일정시간이 요구된다. 따라서, 디지털 주파수 메모리에서 위협신호에 대응한 잡음을 발생할 때 일정한 시간이 요구되는 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 종래 기술들이 갖고 있는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단일 펄스 내에서 잡음을 발생할 수 있는 첩잡음 발생 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상기에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에 의해 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 장치는 수신안테나, 상기 수신안테나를 통해 입력된 수신신호를 분석하여 전자공격 수행 여부를 판단하는 신호분석부, 및 상기 신호분석부로부터 상기 전자공격 수행이 필요하다는 제어명령이 수신되면 상기 수신안테나를 통해 입력된 수신신호를 저장하고, 상기 수신신호를 이용하여 첩잡음을 생성하고, 상기 수신신호와 상기 첩잡음을 합성하여 재밍신호를 생성하고, 상기 재밍신호를 송신하는 디지털 주파수 저장부를 포함한다.
상기 신호분석부는 상기 수신신호를 분석하여 상기 디지털 주파수 저장부에 펄스폭 및 첩잡음변조대역폭을 송신할 수 있다.
상기 디지털 주파수 저장부는 상기 신호분석부로부터 수신한 상기 펄스폭과 상기 첩잡음변조대역폭을 기반으로 상기 첩잡음을 생성할 수 있다.
상기 디지털 주파수 저장부는 상기 수신신호의 위상과 상기 첩잡음의 위상을 합해서 상기 재밍신호를 생성할 수 있다.
상기 수신신호의 위상은 수학식
Figure pat00001
으로 산출되고, 상기 θs는 상기 수신신호의 위상, 상기 I는 동위상의 크기, Q는 직교위상의 크기일 수 있다.
상기 디지털 주파수 저장부는 시간도메인에서 상기 수신신호와 상기 첩잡음을 곱하여 상기 재밍신호를 생성할 수 있다.
상기 재밍신호의 주파수대역폭은 상기 수신신호의 주파수대역폭과 상기 첩잡음변조대역폭의 합과 동일할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 방법은 수신안테나를 통해 입력된 수신신호의 분석 내용에 따른 첩잡음의 펄스폭 및 첩잡음변조대역폭을 수신하는 단계, 상기 펄스폭과 상기 첩잡음변조대역폭을 기반으로 첩잡음을 생성하는 단계, 및 상기 수신신호와 상기 첩잡음을 합성하여 재밍신호를 생성하고, 상기 재밍신호를 송신하는 단계를 포함한다.
상기 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 방법은 상기 수신신호를 분석하여 전자공격 수행 여부를 판단하는 단계, 및 상기 전자공격 수행이 필요하다는 제어명령에 따라 상기 수신신호를 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 수신신호의 위상과 상기 첩잡음의 위상을 합해서 상기 재밍신호를 생성할 수 있다.
상기 수신신호의 위상은 수학식
Figure pat00002
으로 산출되고, 상기 θs는 상기 수신신호의 위상, 상기 I는 동위상의 크기, Q는 직교위상의 크기일 수 있다.
시간도메인에서 상기 수신신호와 상기 첩잡음을 곱하여 상기 재밍신호를 생성할 수 있다.
상기 재밍신호의 주파수대역폭은 상기 수신신호의 주파수대역폭과 상기 첩잡음변조대역폭의 합과 동일할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 장치 및 방법은 수신신호를 이용하여 생선된 첩잡음을 수신신호와 합성하여 송신함으로써 레이더의 표적 탐지 및 추적을 효과적으로 방해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 레이더의 정합필터를 통과한 수신신호의 일예를 나타낸다.
도 4는 레이더의 정합필터를 거친 후 출력되는 출력신호의 일예를 나타낸다.
도 5는 표적지연 신호만이 레이더에 수신되는 경우 정합필터를 거친 후 출력되는 출력신호의 일예를 나타낸다.
도 6은 표적지연 신호에 첩잡음이 추가되어 레이더에 수신되는 경우 정합필터를 거친 후 출력되는 출력신호의 일예를 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 장치 및 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 장치를 나타내는 블록도이다.
압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 장치(100)는 수신안테나(101), 송신안테나(102), 신호분석부(110) 및 디지털 주파수 저장부(120)를 포함한다.
레이더(10)에서 송출되는 신호(11)는 수신안테나(101)를 통해 신호분석부(110)에 입력된다. 레이더(10)는 송출되는 신호(11)로써 압축펄스신호를 사용하여 표적을 탐색하고 추적하는 압축펄스 레이더일 수 있다.
신호분석부(110)는 수신안테나(101)를 통해 입력된 수신신호의 중심주파수, 펄스폭, 펄스주기 및 펄스 내 변조대역폭 등을 분석한다. 신호분석부(110)는 분석된 내용에 따라 디지털 주파수 저장부(120)에 필요한 정보를 송수신한다. 신호분석부(110)의 분석에 기반하여 전자공격 수행이 필요한 경우 수신안테나(101)로부터 동일한 수신신호가 디지털 주파수 저장부(120)에 입력된다. 즉, 수신안테나(101)를 통해 수신되는 수신신호는 신호분석부(110)와 디지털 주파수 저장부(120)에 동시에 수신되고, 신호분석부(110)는 수신안테나(101)를 통해 입력된 수신신호를 분석하여 전자공격 수행 여부를 판단하여 전자공격 수행이 필요하다고 판단하면 디지털 주파수 저장부(120)에 제어명령을 전송한다. 디지털 주파수 저장부(120)는 신호분석부(110)로부터 전자공격 수행이 필요하다는 제어명령이 수신되면 수신안테나(101)를 통해 입력된 수신신호를 저장한다. 디지털 주파수 저장부(120)에 저장된 수신신호는 잡음이나 기만을 위한 신호로 사용될 수 있다. 즉, 디지털 주파수 저장부(120)는 수신신호를 이용하여 첩잡음을 생성하고, 수신신호와 첩잡음을 합성하여 재밍신호(12)를 생성하고, 송신안테나(102)를 통해 재밍신호(12)를 송신할 수 있다.
레이더(10)의 압축펄스의 수신신호를 이용하여 첩잡음을 생성하고 수신신호와 첩잡음을 합성하여 재밍신호(12)를 생성하는 방법에 대하여 도 1과 함께 도 2 내지 6을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 3은 레이더의 정합필터를 통과한 수신신호의 일예를 나타낸다. 도 4는 레이더의 정합필터를 거친 후 출력되는 출력신호의 일예를 나타낸다. 도 5는 표적지연 신호만이 레이더에 수신되는 경우 정합필터를 거친 후 출력되는 출력신호의 일예를 나타낸다. 도 6은 표적지연 신호에 첩잡음이 추가되어 레이더에 수신되는 경우 정합필터를 거친 후 출력되는 출력신호의 일예를 나타낸다.
도 2 내지 6을 참조하면, 신호분석부(110)는 압축펄스 수신신호의 중심주파수, 펄스폭, 펄스주기 및 변조대역폭을 분석하고, 분석된 내용에 따라 디지털 주파수 저장부(120)에 필요한 정보를 송신한다. 즉, 신호분석부(110)는 수신신호의 펄스폭과 변조대역폭을 첩잡음의 펄스폭 및 첩잡음변조대역폭으로써 디지털 주파수 저장부(120)에 송신할 수 있다. 디지털 주파수 저장부(120)는 신호분석부(110)로부터 첩잡음의 펄스폭 및 첩잡음변조대역폭을 수신할 수 있다(S110).
일반적으로 압축펄스 수신신호는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00003
여기서, s(t)는 압축펄스 수신신호, f0은 수신신호의 중심주파수, ti는 시간 지연,
Figure pat00004
는 첩율(chirp rate)을 나타내고, Bs는 변조대역폭(주파수대역폭), Ts는 펄스폭을 나타낸다. 압축펄스 수신신호의 크기는 1로 가정한다.
표적에 반산된 신호는 레이더(10)의 수신기로 입력되고, 레이더(10)에 수신된 신호는 레이더(10)에 포함된 정합필터(Matched Filter)를 통과한 후 수학식 2와 같이 출력된다. 정합필터는 원하는 신호 성분에 부가적 잡음이 중첩된 입력에 대하여 출력의 어느 시점에서 신호 성분의 제곱 평균값과 잡음 성분의 제곱 평균값과의 비가 최대로 되는 선형 필터이다.
Figure pat00005
여기서, Sout(t)는 정합필터를 통과한 후 출력되는 신호, fc는 캐리어 주파수를 나타낸다. 정합필터에
Figure pat00006
,
Figure pat00007
가 사용된다.
수학식 2에 따라 정합필터를 거친 수신신호(200)는 도 3과 같이 나타난다. 펄스폭이 3[usec]이고, 지연시간이 10[usec]일 때 정합필터를 거친 후 출력되는 출력신호(210)는 도 4와 같이 sinc 신호 형태로 출력된다.
한편, 첩잡음 발생 장치(100)의 디지털 주파수 저장부(120)에서 수신되는 압축펄스 수신신호는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00008
여기서, s(t)는 압축펄스 수신신호, fd는 디지털 주파수 저장부(120)의 중심주파수이다.
디지털 주파수 저장부(120)는 신호분석부(110)에서 분석한 펄스폭(Ts)과 변조대역폭(Bs)과 동일한 펄스폭과 첩잡음변조대역폭을 신호분석부(110)로부터 수신한다. 즉, 신호분석부(110)는 압축펄스 수신신호의 펄스폭과 동일한 펄스폭, 압축펄스 수신신호의 변조대역폭과 동일한 첩잡음변조대역폭을 디지털 주파수 저장부(120)로 송신한다.
디지털 주파수 저장부(120)는 신호분석부(110)로부터 수신한 펄스폭과 첩잡음변조대역폭을 기반으로 첩잡음을 생성한다(S120). 디지털 주파수 저장부(120)는 수학식 4와 같이 첩잡음을 생성할 수 있다.
Figure pat00009
여기서, R(t)는 첩잡음,
Figure pat00010
는 첩잡음율(chirp noise rate)을 나타내고, Bj는 첩잡음변조대역폭, Tj는 펄스폭을 나타낸다. 첩잡음의 크기는 1로 가정한다. 이때, 첩잡음 위상은
Figure pat00011
[rad]이 된다.
디지털 주파수 저장부(120)는 수신신호와 첩잡음을 합성하여 송신한다(S130). 디지털 주파수 저장부(120)는 위상샘플링을 수행할 수 있으며, 위상샘플링으로 수신신호의 크기와 무관한 위상값을 검출하여 저장할 수 있다. 위상값은 수학식 5와 같이 동위상(inphase phase)과 직교위상(quadrature phase)에 대한 atan 함수로 나타낼 수 있다.
Figure pat00012
여기서, θs는 위상값, I는 동위상의 크기, Q는 직교위상의 크기를 나타낸다.
디지털 주파수 저장부(120)는 수신신호의 위상과 첩잡음의 위상을 합해서 수학식 6과 같이 재밍신호(12)를 생성할 수 있다.
Figure pat00013
여기서, θs는 수신신호(레이더(10)의 송출 신호(11))의 위상, θr은 디지털 주파수 저장부(120)에서 생성한 첩잡음의 위상, θj는 디지털 주파수 저장부(120)에서 송신되는 재밍신호(12)의 위상을 나타낸다. 즉, 디지털 주파수 저장부(120)는 레이더(10)의 송출 신호(11)의 위상과 첩잡음의 위상을 합하여 재밍신호(12)를 생성할 수 있다.
디지털 주파수 저장부(120)는 수학식 7과 같이 시간도메인에서 압축펄스 수신신호와 첩잡음을 곱하여 재밍신호를 생성할 수 있다.
Figure pat00014
여기서, J(t)는 재밍신호, B는 첩잡음의 신호 크기를 나타낸다. 수학식 6에 의한 위상합성으로 재밍신호를 생성하는 경우에 B는 1이 된다. 수학식 7과 같이 생성된 재밍신호를 송신하기 위해서는 디지털 주파수 저장부(120) 내부 또는 외부에 위치한 증폭기에서 증폭하여 송신하므로, 최종적으로 송신되는 재밍신호(12)는 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00015
여기서, A는 증폭기의 증폭률이다. 위상합성에 의한 경우 B는 1이 된다. 즉, 디지털 주파수 저장부(120)는 시간도메인에서 압축펄스 수신신호와 첩잡음을 곱하여 생성된 재밍신호를 증폭기의 증폭률만큼 증폭하여 최종적인 재밍신호(12)로서 송신할 수 있다.
디지털 주파수 저장부(120)에서 수신한 레이더(10)의 압축펄스 수신신호의 주파수대역폭은 Bs이고, 디지털 주파수 저장부(120)는 재밍신호(12) 송신시에 첩잡음을 추가하여 송신하므로 주파수대역폭 Bs+Bj의 재밍신호(12)가 송신된다. 즉, 재밍신호(12)의 주파수대역폭은 수신신호의 주파수대역폭과 첩잡음의 첩잡음변조대역폭의 합과 동일할 수 있다.
첩잡음이 추가된 재밍신호(12)는 레이더(10)의 정합필터를 거쳐 출력된다. 수학식 2와 동일한 방식으로, 첩잡음이 추가된 재밍신호(12)는 레이더(10)의 정합필터를 거쳐 수학식 9와 같이 출력될 수 있다.
Figure pat00016
여기서,
Figure pat00017
이고, 지연시간 및 중간주파수는 0으로 설정되었다.
수학식 9가 적용된 압축펄스의 신호가 지연시간 1[usec], 펄스폭 3[usec], 펄스 내 변조대역폭 20[MHz]인 경우, 표적지연 신호만이 레이더(10)에 수신되어 정합필터를 거친 후 출력되는 출력신호는 도 5와 같이 시간지연 1[usec]에 sinc 신호(300)로 출력된다.
반면, 표적지연 신호에 첩잡음 대역폭 20[MHz]의 첩잡음이 추가된 경우, 도 6과 같이 레이더(10)의 정합필터를 거친 후 출력되는 출력신호는 sinc 신호가 아닌 잡음신호로 출력된다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 장치 및 방법은 수신신호를 이용하여 생선된 첩잡음을 수신신호와 합성하여 송신함으로써 레이더(10)의 표적 탐지 및 추적을 효과적으로 방해할 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 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.
10: 레이더 100: 첩잡음 발생 장치
101: 수신안테나 102: 송신안테나
110: 신호분석부 120: 디지털 주파수 저장부

Claims (13)

  1. 수신안테나;
    상기 수신안테나를 통해 입력된 수신신호를 분석하여 전자공격 수행 여부를 판단하는 신호분석부; 및
    상기 신호분석부로부터 상기 전자공격 수행이 필요하다는 제어명령이 수신되면 상기 수신안테나를 통해 입력된 수신신호를 저장하고, 상기 수신신호를 이용하여 첩잡음을 생성하고, 상기 수신신호와 상기 첩잡음을 합성하여 재밍신호를 생성하고, 상기 재밍신호를 송신하는 디지털 주파수 저장부를 포함하는 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 신호분석부는 상기 수신신호를 분석하여 상기 디지털 주파수 저장부에 펄스폭 및 첩잡음변조대역폭을 송신하는 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 디지털 주파수 저장부는 상기 신호분석부로부터 수신한 상기 펄스폭과 상기 첩잡음변조대역폭을 기반으로 상기 첩잡음을 생성하는 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 디지털 주파수 저장부는 상기 수신신호의 위상과 상기 첩잡음의 위상을 합해서 상기 재밍신호를 생성하는 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 수신신호의 위상은 수학식
    Figure pat00018
    으로 산출되고,
    상기 θs는 상기 수신신호의 위상, 상기 I는 동위상의 크기, Q는 직교위상의 크기인 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 장치.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 디지털 주파수 저장부는 시간도메인에서 상기 수신신호와 상기 첩잡음을 곱하여 상기 재밍신호를 생성하는 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 장치.
  7. 제3 항에 있어서,
    상기 재밍신호의 주파수대역폭은 상기 수신신호의 주파수대역폭과 상기 첩잡음변조대역폭의 합과 동일한 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 장치.
  8. 수신안테나를 통해 입력된 수신신호의 분석 내용에 따른 첩잡음의 펄스폭 및 첩잡음변조대역폭을 수신하는 단계;
    상기 펄스폭과 상기 첩잡음변조대역폭을 기반으로 첩잡음을 생성하는 단계; 및
    상기 수신신호와 상기 첩잡음을 합성하여 재밍신호를 생성하고, 상기 재밍신호를 송신하는 단계를 포함하는 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 수신신호를 분석하여 전자공격 수행 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 전자공격 수행이 필요하다는 제어명령에 따라 상기 수신신호를 저장하는 단계를 더 포함하는 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 수신신호의 위상과 상기 첩잡음의 위상을 합해서 상기 재밍신호를 생성하는 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 수신신호의 위상은 수학식
    Figure pat00019
    으로 산출되고,
    상기 θs는 상기 수신신호의 위상, 상기 I는 동위상의 크기, Q는 직교위상의 크기인 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 방법.
  12. 제8 항에 있어서,
    시간도메인에서 상기 수신신호와 상기 첩잡음을 곱하여 상기 재밍신호를 생성하는 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 방법.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 재밍신호의 주파수대역폭은 상기 수신신호의 주파수대역폭과 상기 첩잡음변조대역폭의 합과 동일한 압축펄스신호에 대응한 첩잡음 발생 방법.
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