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KR102096531B1 - 표적의 거리 및 도플러 추정을 위한 송수신 방법 및 장치 - Google Patents

표적의 거리 및 도플러 추정을 위한 송수신 방법 및 장치 Download PDF

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KR102096531B1
KR102096531B1 KR1020180064912A KR20180064912A KR102096531B1 KR 102096531 B1 KR102096531 B1 KR 102096531B1 KR 1020180064912 A KR1020180064912 A KR 1020180064912A KR 20180064912 A KR20180064912 A KR 20180064912A KR 102096531 B1 KR102096531 B1 KR 102096531B1
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South Korea
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doppler
lfm
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distance
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 표적의 거리 및 도플러 추정을 위한 송수신 방법 및 장치에 관한 것으로, 상향 LFM과 하향 LFM의 조합으로 구성된 송신 신호와 상향 및 하향 상관정렬 합필터를 이용하여 정확한 거리와 속력을 추정할 수 있다.

Description

표적의 거리 및 도플러 추정을 위한 송수신 방법 및 장치{Transmission and receiving method and apparatus for distance and doppler estimation of a target}
본 발명은 능동 소나 시스템에서 원거리 기동 표적의 정보 추정치를 짧은 주기로 갱신하기 위한 LFM 신호 기반의 송수신 방법에 관한 것이다.
소나시스템은 음파를 이용하여 수중에서 기동 표적을 탐지하고 거리, 속력, 방위각 등의 정보를 추정하는 장치이다. 소나시스템은 표적에서 방사되는 신호와 소음을 탐지하는 수동형 소나 시스템과 음파를 송신하고 반사된 신호를 탐지하는 능동형 소나시스템으로 구분될 수 있다.
능동형 소나시스템에서는 CW(continuous wave)와 FM(frequency modulation) 신호가 널리 활용되고 있다. CW 신호는 구현이 용이하고 표적의 속력 추정에 적합하지만 높은 거리 분해능을 얻기 위해서는 신호의 길이가 짧아져야 하고, 이러한 상황에서 SNR (signal to noise power ratio)을 확보하기 위해서는 신호의 파워를 증가시켜야 하는 기술적인 한계점이 있다. 반면에, FM 신호는 길이가 길어도 대역폭을 증가시켜 높은 거리 분해능을 확보할 수 있다.
능동 소나 시스템에서는 반사신호의 시간 지연보다 긴 pulse repetition interval (PRI)로 신호를 송신한다. 반면에, 기동하는 표적의 정보를 짧은 주기로 갱신하기 위한 능동 소나시스템에서는 반사신호의 시간 지연보다 짧은 주기의 PRI로 신호를 송신할 필요가 있다. 반사신호의 지연시간보다 짧은 PRI로 신호를 송신할 경우, 다양한 거리에 위치한 다중 표적의 신호가 인접한 간격으로 수신될 수 있으며, 이러한 상황에는 높은 거리 분해능을 확보할 수 있는 FM 신호가 적합하다고 할 수 있다.
FM 신호 중에서 LFM (linear frequency modulation)은 시간에 따라 일정하게 주파수가 증가하는 신호이며, 수학식 1로 표현된다.
Figure 112018055382781-pat00001
(
Figure 112018055382781-pat00002
: 상향 LFM의 시작 주파수,
Figure 112018055382781-pat00003
: 대역폭,
Figure 112018055382781-pat00004
: 신호 길이)
송신된 LFM 신호가 고속 기동 표적에 반사되면 도플러 효과에 의해 압축 또는 팽창되며, 도플러 효과가 반영된 수신신호는 수학식 2로 나타낼 수 있다.
Figure 112018055382781-pat00005
(
Figure 112018055382781-pat00006
: 표적의 상대 속도,
Figure 112018055382781-pat00007
: 음속,
Figure 112018055382781-pat00008
: 지연시간)
능동 소나시스템에서 송·수신 신호 간의 정합 필터링은 표적 탐지를 수행하기 위한 기본적인 과정이다. 기동 표적에 대해서는 거리와 속력을 모두 추정하기 위해서 도플러 주파수가 반영된 상관기를 활용하며, 도플러 상관기와 수신신호와의 상관정도는 수학식 3과 같다.
Figure 112018055382781-pat00009
수학식 3에서
Figure 112018055382781-pat00010
는 잡음 신호이고
Figure 112018055382781-pat00011
는 도플러 상관기를 나타낸다. 수신 신호에 대한 도플러 정보를 모를 경우, 도 1과 같이 다수의 도플러 상관기를 설계하여 도플러 정보를 찾고 표적 탐지를 수행한다. LFM의 정합 필터링에서 도플러 주파수가 포함된 신호에 대한 상관기의 출력은 도 2와 같이 서로 다른 시간 지연이 발생하며, 상관기 출력의 시간 지연은 수학식 4와 같다.
Figure 112018055382781-pat00012
여기서
Figure 112018055382781-pat00013
는 도플러 주파수의 변화율을 의미하며,
Figure 112018055382781-pat00014
은 LFM의 시간-주파수 기울기이다.
일반적인 능동 소나시스템에서는 도플러가 발생한 수신신호를 탐지하고 정보 추정을 위해서는 도 1과 같이 다수의 상관기로 구성된 탐지기를 활용한다. 다수의 상관기를 이용한 표적 탐지 및 추정에서는 상관기의 수가 증가할수록 연산량도 증가한다.
상관정렬 합필터는 LFM 신호에 대해서 하나의 상관기로 표적 탐지를 수행할 수 있으며, 구현 복잡성과 연산량이 감소하는 장점이 있다. 또한, 같은 거리에 위치한 속력이 다른 다수의 표적에서 반사된 신호를 구분하여 식별할 수 있는 장점이 있다. 이러한 상관정렬 합필터는 도 3과 같이 상관기의 출력들이 같은 시간에서 최댓값을 가지도록 시간 지연을 계산하고, 도 4와 같이 상관기를 시간 지연만큼 재정렬하고 더한 것이다.
능동 소나시스템에서 FM 신호의 탐지 및 정보 추정을 수행할 때, 상관정렬 합필터는 하나의 상관기로 구현되기 때문에 구현 복잡성과 연산량이 감소하고 같은 거리에 위치한 속력이 다른 다수의 표적을 검출하고 구분할 수 있지만, 도플러 주파수에 대한 다수의 상관기가 하나의 상관기로 합쳐지면서 거리 추정은 가능하나 도플러 주파수에 따른 거리 추정 오차가 발생하고 정확한 도플러를 추정할 수 없는 문제점이 있다.
[선행기술문헌번호]
선행기술 1: 한국등록특허 10-1235034호
선행기술 2: 한국등록특허 10-1524550호
본 발명은 상관정렬 합필터를 이용하여 정보 추정 시에 발생하는 거리 추정 오차와 정확한 속력을 추정할 수 없는 문제점을 해결하기 위해서, 상향 LFM과 하향 LFM의 조합으로 구성된 송신 신호와 상향 및 하향 상관정렬 합필터를 이용하여 정확한 거리와 속력을 추정할 수 있는 송수신 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 능동 소나 시스템의 표적의 거리 및 도플러 추정을 위한 송수신 방법은 송신기에서, 상기 표적의 초기 거리에 따른 코드화된 LFM(Linear Frequency Modulation)의 코드워드 길이를 설정하고, 상기 설정된 코드워드 길이를 기초로 코드화된 상향 LFM 및 하향 LFM 신호를 생성 및 송신하는 단계; 및 수신기에서, 수신된 상향 LFM 신호 및 하향 LFM 신호에 대한 상향 상관정렬 합필터 및 하향 상관정렬 합필터의 출력에서 극댓값이 발생한 시점의 시간 간격인 도플러-시간 변화량을 획득하고, 상기 획득된 도플러-시간 변화량을 기초로 상기 표적의 거리 및 도플러를 추정하는 단계를 포함한다.
다른 실시 예에 따른 능동 소나 시스템의 표적의 거리 및 도플러 추정을 위한 송수신 장치는 상기 표적의 초기 거리에 따른 코드화된 LFM(Linear Frequency Modulation)의 코드워드 길이를 설정하고, 상기 설정된 코드워드 길이를 기초로 코드화된 상향 LFM 및 하향 LFM 신호를 생성 및 송신하는 송신기; 및 수신된 상향 LFM 신호 및 하향 LFM 신호에 대한 상향 상관정렬 합필터 및 하향 상관정렬 합필터의 출력에서 극댓값이 발생한 시점의 시간 간격인 도플러-시간 변화량을 획득하고, 상기 획득된 도플러-시간 변화량을 기초로 상기 표적의 거리 및 도플러를 추정하는 수신기를 포함한다.
또 다른 실시 예에 따른 상기 송수신 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체를 포함한다.
일반적으로, LFM 신호 기반의 능동 소나시스템에서 단일 상관정렬 합필터로 표적 정보를 추정할 때, 표적 속력에 대한 정확한 추정이 어렵고 도플러에 따른 거리 추정오차가 발생한다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하고 반사신호의 지연 시간보다 짧은 주기로 표적 정보를 갱신하기 위해서 상향 및 하향 LFM으로 코드화된 신호와 상향 및 하향 LFM의 상관정렬 합필터를 이용하여 표적의 거리 및 도플러를 정확하게 추정할 수 있다.
도 1은 다수의 도플러 상관기에 기반을 둔 표적 탐지기의 구성도를 나타낸 것이다.
도 2는 서로 다른 주파수의 LFM 상관기의 출력에서 극댓값이 시간지연을 가지며, 극댓값 시점을 이은 선의 기울기가 LFM의 시간-주파수의 기울기임을 보여주는 개념도이다.
도 3은 도플러에 따른 시간 지연만큼 상관기를 정렬하였을 경우, 모든 도플러 상관기의 출력 최댓값 시점이 같음을 보여준다.
도 4는 상향 상관정렬 합필터를 구성하기 위해서 상관기를 재정렬 한 것을 나타낸다.
도 5는 하향 상관정렬 합필터를 구성하기 위해서 상관기를 재정렬 한 것을 나타낸다.
도 6은 코드워드의 길이가 3인 경우에 대한 코드화된 LFM의 예를 나타낸 것이다.
도 7은 상향·하향 상관정렬 합필터를 적용한 개념도와 코드화된 LFM에 대한 출력에서 극댓값의 시점을 나타낸 것이다.
도 8은 도플러가 존재하는 경우, 상향·하향 상관정렬 합필터의 출력에서 최댓값의 위치가 변경되는 것을 나타낸 것이다.
도 9는 첫 코드의 부호에 따른 도플러 주파수 변화율의 추정치 의 획득 방법을 나타낸 것이다.
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.
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.
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.
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 도들을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다.
일 실시 예는 코드화된 LFM의 송신 방법과 상향·하향 상관정렬 합필터에 기반을 둔 기동 표적의 정보 추정 방법이다.
상관정렬 합필터의 출력은 수신신호의 도플러에 따라서 극댓값의 시점이 달라진다. 상향 LFM 신호에 대한 상관정렬 합필터의 경우, 수신신호에 양의 도플러가 발생하면 출력신호의 극댓값은 도플러가 없을 때보다 이전(advanced)에 나타난다. 하향 LFM 신호에 상관정렬 합필터의 경우에서는 반대로 극댓값의 시점이 도플러가 없을 때보다 이후(delayed)에 발생한다. 이 시간 차이는 상관정렬 합필터를 구현하는 과정에서 상관기를 재정렬하면서 발생하는 것이기 때문에 상관기의 재정렬을 위한 시간 지연과 동일하다. 이러한 특성을 활용하기 위해서 본 발명에서는 상향 LFM의 상관정렬 합필터와 하향 LFM의 상관정렬 합필터를 구성하고, 두 상관정렬 합필터의 출력에서 극댓값이 발생한 시점의 시간 간격으로부터 표적 정보의 추정 방법을 제공한다.
본 발명의 송신기 측면에서는 표적의 초기 거리에 따른 코드화된 LFM의 코드워드 길이를 설정하는 단계, 코드화된 LFM 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 수신기 측면에서는 상향·하향 상관정렬 합필터를 구성하는 단계, 도플러-시간 변화량을 획득하는 단계, 도플러-시간 변화량으로부터 거리 및 도플러 정보를 추정하는 단계를 포함한다.
이하, 송신기 측면에서 코드화된 LFM의 코드워드 길이를 설정하기 위한 조건과 코드화된 LFM 신호를 생성하는 것을 설명한다.
먼저, 코드화된 LFM의 코드워드 길이를 설정하는 단계를 설명한다.
코드화된 LFM은 표적의 초기 거리
Figure 112018055382781-pat00015
에 대한 시간 지연
Figure 112018055382781-pat00016
보다 짧은 주기
Figure 112018055382781-pat00017
로 송신된다. 코드화된 LFM을
Figure 112018055382781-pat00018
의 주기로 송신할 때, 요구되는 코드워드의 길이
Figure 112018055382781-pat00019
는 다음의 조건을 만족할 필요가 있다.
Figure 112018055382781-pat00020
코드화된 LFM 신호에서 표적의 속력 정보를 추정하기 위해서는 상향 LFM 신호와 하향 LFM 신호가 하나씩 총 2개가 최소한으로 필요하며, 시간 지연
Figure 112018055382781-pat00021
내에 코드화된 LFM 신호를 여러 번 송신하고 표적 정보를 자주 갱신하기 위해서
Figure 112018055382781-pat00022
를 짧게 설정하면
Figure 112018055382781-pat00023
는 증가한다.
다음으로, 코드화된 LFM 신호를 생성하는 단계를 설명한다.
코드화된 LFM은 수학식 2와 같이 주파수가 증가하는 상향 LFM과 수학식 6과 같이 주파수가 감소하는 하향 LFM을 각각 "1”과 "0”코드 또는 "0”과 "1”코드로 할당하여 사용한다.
Figure 112018055382781-pat00024
(
Figure 112018055382781-pat00025
: 하향 LFM의 시작 주파수)
코드화된 LFM을 생성한 예를 들면,
Figure 112018055382781-pat00026
인 경우에서는 모든 코드가 [1 1 1]인 경우와 [0 0 0]인 경우를 제외하면 (
Figure 112018055382781-pat00027
)개의 코드워드를 사용할 수 있다. 코드워드 신호를 생성한 예를 들면, 코드워드 [1 1 0]과 [1 0 1]을 수학식 7과 같이 설정하면 도 6과 같은 송신 신호가 생성된다.
Figure 112018055382781-pat00028
이하, 수신기 측면에서 상향 상관정렬 합필터와 하향 상관정렬 합필터를 구성하는 단계, 상향·하향 상관정렬 합필터 출력에서 극댓값의 시간 간격인 도플러-시간 변화량을 획득하는 단계, 그리고 도플러-시간 변화량을 활용한 표적 정보의 추정 단계를 설명한다.
먼저, 상향·하향 상관정렬 합필터 구성하는 것을 설명한다.
상관정렬 합필터는 수학식 4의 시간 지연을 활용하여 상관기들을 재정렬하며, 상향 상관정렬 합필터와 하향 상관정렬 합필터는 각각 도 4, 도 5와 같이 재정렬된 상관기를 합한 것으로 구현된다.
상관정렬 합필터를 구성하기 위한 상관기들 중에서
Figure 112018055382781-pat00029
번째 상관기가 도플러 주파수가 0인 경우이고,
Figure 112018055382781-pat00030
인 경우의 상관기가 양의 도플러 주파수에 대응하는 것이며,
Figure 112018055382781-pat00031
인 경우의 상관기가 음의 도플러 주파수에 대응하는 것이다. 상향 상관정렬 합필터를 구성하는 상관기
Figure 112018055382781-pat00032
는 수학식 8과 같이 설계되며, 하향 상관정렬 합필터를 구성하는 상관기
Figure 112018055382781-pat00033
는 수학식 9와 같이 설계된다.
Figure 112019124536410-pat00105
(
Figure 112018055382781-pat00035
: 도플러 상관기의 주파수 간격)
Figure 112019124536410-pat00106
코드화된 LFM 신호에 대한 상향·하향 상관정렬 합필터 출력에서 극댓값이 발생하는 순서는 다음의 예를 들어 설명한다. 코드워드의 길이가 3인 경우에서
Figure 112018055382781-pat00037
로 코드화된 LFM이 수신되면, 그 출력 결과는 도 7과 같은 형태로 발생한다. 상향 상관정렬 합필터의 출력
Figure 112018055382781-pat00038
에서 가정 먼저 극댓값이 발생하고 다음에 하향 상관정렬 합필터의 출력
Figure 112018055382781-pat00039
에서 극댓값이 발생하며, 마지막으로 다시
Figure 112018055382781-pat00040
에서 극댓값이 발생한다. 도플러가 발생하지 않은 경우에서는 이 극댓값들 사이의 간격이 일정하게 유지된다.
다음으로, 도플러-시간 변화량을 획득하는 단계를 설명한다.
도플러가 있는 수신신호에 대한
Figure 112018055382781-pat00041
와
Figure 112018055382781-pat00042
의 출력에서는 극댓값의 시점이 도 8과 같이 달라진다.
Figure 112018055382781-pat00043
의 극댓값은 도플러가 없는 경우보다 도플러-시간 변화량
Figure 112018055382781-pat00044
만큼 먼저(advanced) 발생하고,
Figure 112018055382781-pat00045
의 극댓값은
Figure 112018055382781-pat00046
만큼 지연되어(delayed) 이후에 발생하며, 도플러 주파수
Figure 112018055382781-pat00047
가 증가할수록
Figure 112018055382781-pat00048
도 증가한다. 이러한 도플러-시간 변화량
Figure 112018055382781-pat00049
와 도플러 변화량
Figure 112018055382781-pat00050
의 관계식은 수학식 4에 해당하며,
Figure 112018055382781-pat00051
와
Figure 112018055382781-pat00052
의 관계는 수학식 10과 같다.
Figure 112018055382781-pat00053
Figure 112018055382781-pat00054
는 도 8과 같이
Figure 112018055382781-pat00055
와
Figure 112018055382781-pat00056
의 극댓값 사이의 시간 간격에서 획득할 수 있다.
Figure 112018055382781-pat00057
의 극댓값에서 바로 다음에 위치한
Figure 112018055382781-pat00058
의 극댓값까지의 시간 간격을
Figure 112018055382781-pat00059
로 정의하고 반대의 경우를
Figure 112018055382781-pat00060
으로 정의하며, 이를 도 8에 나타내었다.
Figure 112018055382781-pat00061
는 도플러 효과로 수축된 LFM의 수신 간격
Figure 112018055382781-pat00062
에
Figure 112018055382781-pat00063
가 더해진 값이며, 반대로
Figure 112018055382781-pat00064
은
Figure 112018055382781-pat00065
에
Figure 112018055382781-pat00066
가 감소된 값이다. 따라서
Figure 112018055382781-pat00067
와
Figure 112018055382781-pat00068
으로부터
Figure 112018055382781-pat00069
는 수학식 11과 수학식 12와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112018055382781-pat00070
Figure 112018055382781-pat00071
다음으로, 도플러-시간 변화량으로부터 거리와 도플러를 도플러 추정 단계를 설명한다.
코드화된 LFM 수신 신호의 코드워드는
Figure 112018055382781-pat00072
와
Figure 112018055382781-pat00073
의 극댓값의 순서로부터 얻을 수 있다. 수신신호의 모든 코드를 획득하면, 이에 대응하는 송신 시점
Figure 112018055382781-pat00074
으로부터 표적의 정보를 추정한다.
표적의 거리
Figure 112019124536410-pat00075
은 추정된 코드워드의 송신 시점
Figure 112019124536410-pat00076
과
Figure 112019124536410-pat00077
와
Figure 112019124536410-pat00078
의 첫 극댓값의 시점
Figure 112019124536410-pat00079
, 그리고
Figure 112019124536410-pat00080
로부터 수학식 13과 같이 계산한다.
Figure 112018055382781-pat00081
도플러 주파수
Figure 112018055382781-pat00082
는
Figure 112018055382781-pat00083
와
Figure 112018055382781-pat00084
의 함수 값 그래프(데이터의 쌍을 생성)를 생성하고 도 9와 같이
Figure 112018055382781-pat00085
의 추정치
Figure 112018055382781-pat00086
을 획득할 수 있다.
Figure 112018055382781-pat00087
과
Figure 112018055382781-pat00088
의 관계식 10을 활용하여 수학식 14와 같이 도플러 주파수를 계산한다.
Figure 112018055382781-pat00089
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.
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.
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.

Claims (8)

  1. 능동 소나 시스템의 표적의 거리 및 도플러 추정을 위한 송수신 방법에 있어서,
    송신기에서, 상기 표적의 초기 거리에 따른 코드화된 LFM(Linear Frequency Modulation)의 코드워드 길이를 설정하고, 상기 설정된 코드워드 길이를 기초로 코드화된 상향 LFM 및 하향 LFM 신호를 생성 및 송신하는 단계; 및
    수신기에서, 수신된 상향 LFM 신호 및 하향 LFM 신호에 대한 상향 상관정렬 합필터 및 하향 상관정렬 합필터의 출력 신호들의 크기의 최대값인 극댓값이 발생한 시점의 시간 간격 - 상기 시간 간격은 상기 상향 상관정렬 합필터와 하향 상관정렬 합필터에서의 출력 신호들에서의 각각의 극대값이 발생한 시점의 시간 간격 임 - 인 도플러-시간 변화량을 획득하고, 상기 획득된 도플러-시간 변화량을 기초로 상기 표적의 거리 및 도플러를 추정하는 단계를 포함하는 표적의 거리 및 도플러 추정을 위한 송수신 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 코드워드의 길이(
    Figure 112019124536410-pat00107
    )는 다음 수학식 5를 이용하여 설정하는 것을 특징으로 하는 표적의 거리 및 도플러 추정을 위한 송수신 방법.
    [수학식 5]
    Figure 112019124536410-pat00090

    (여기서, 초기 거리
    Figure 112019124536410-pat00108
    에 대한 시간 지연
    Figure 112019124536410-pat00109
    , 주기
    Figure 112019124536410-pat00110
    임)
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코드화된 LFM의 신호는,
    상기 표적의 초기 거리에 대한 시간 지연보다 짧은 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 표적의 거리 및 도플러 추정을 위한 송수신 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 코드화된 LFM의 신호는,
    상기 상향 LFM 및 하향 LFM 신호 각각을 적어도 하나씩 포함한 합성된 신호인 것을 특징으로 하는표적의 거리 및 도플러 추정을 위한 송수신 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 획득된 도플러-시간 변화량을 기초로 상기 표적의 거리는 다음 수학식 13을 이용하여 계산하고,
    상기 획득된 도플러-시간 변화량을 기초로 상기 도플러는 다음 수학식 14를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 표적의 거리 및 도플러 추정을 위한 송수신 방법.
    [수학식 13]
    Figure 112019124536410-pat00091

    [수학식 14]
    Figure 112019124536410-pat00092

    (여기서, R은 표적의 거리이고, fD는 도플러 주파수 또는 도플러임)
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 상향 상관정렬 합필터를 구성하는 상관기는 다음 수학식 8과 같이 설계되고,
    상기 하향 상관정렬 합필터를 구성하는 상관기는 다음 수학식 9와 같이 설계되는 것을 특징으로 하는 표적의 거리 및 도플러 추정을 위한 송수신 방법.
    [수학식 8]
    Figure 112019124536410-pat00111

    [수학식 9]
    Figure 112019124536410-pat00112
    .
    (여기서,
    Figure 112019124536410-pat00113
    는 상향 상관정렬 합필터를 구성하는 상관기이고,
    Figure 112019124536410-pat00114
    는 하향 상관정렬 합필터를 구성하는 상관기이고,
    Figure 112019124536410-pat00115
    는 도플러 상관기의 주파수 간격이고, Su는 상향 LFM신호, Sd는 하향 LFM신호임)
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체.
  8. 능동 소나 시스템의 표적의 거리 및 도플러 추정을 위한 송수신 장치에 있어서,
    상기 표적의 초기 거리에 따른 코드화된 LFM(Linear Frequency Modulation)의 코드워드 길이를 설정하고, 상기 설정된 코드워드 길이를 기초로 코드화된 상향 및 하향 LFM 신호를 생성 및 송신하는 송신기; 및
    수신된 상향 LFM 신호 및 하향 LFM 신호에 대한 상향 상관정렬 합필터 및 하향 상관정렬 합필터의 출력 신호들의 크기의 최대값인 극댓값이 발생한 시점의 시간 간격 - 상기 시간 간격은 상기 상향 상관정렬 합필터와 하향 상관정렬 합필터에서의 출력 신호들에서의 각각의 극대값이 발생한 시점의 시간 간격 임 -인 도플러-시간 변화량을 획득하고, 상기 획득된 도플러-시간 변화량을 기초로 상기 표적의 거리 및 도플러를 추정하는 수신기를 포함하는 표적의 거리 및 도플러 추정을 위한 송수신 장치.
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