위치가 고정된 다수의 수신기를 이용하여 전파 송신기의 위치를 추정하는 기법으로 TOA, TDOA, AOA 기법이 있다. 이 중 TOA 기법은 송신기와 수신기의 시각이 동기 되었을 경우에만 적용할 수 있고, TDOA 기법은 광대역 신호에만 적용할 수 있으므로 재머의 위치를 추적하기 위해서는 AOA 기법을 적용하는 것이 적합하다. 따라서 본 논문에서는 AOA 측정치의 특성을 분석하고, 시스템 설계 파라미터에 따른 측위성능 민감도를 분석하였다. 분석한 결과를 토대로 하여 목표 성능을 만족시킬 수 있는 재머 위치추적시스템을 설계하였고, 모의실험을 통하여 10km거리의 재머에 대한 위치추적 오차가 38m보다 작게 나타나는 것을 확인하였다.
위치가 고정된 다수의 수신기를 이용하여 전파 송신기의 위치를 추정하는 기법으로 TOA, TDOA, AOA 기법이 있다. 이 중 TOA 기법은 송신기와 수신기의 시각이 동기 되었을 경우에만 적용할 수 있고, TDOA 기법은 광대역 신호에만 적용할 수 있으므로 재머의 위치를 추적하기 위해서는 AOA 기법을 적용하는 것이 적합하다. 따라서 본 논문에서는 AOA 측정치의 특성을 분석하고, 시스템 설계 파라미터에 따른 측위성능 민감도를 분석하였다. 분석한 결과를 토대로 하여 목표 성능을 만족시킬 수 있는 재머 위치추적시스템을 설계하였고, 모의실험을 통하여 10km거리의 재머에 대한 위치추적 오차가 38m보다 작게 나타나는 것을 확인하였다.
There are TOA, TDOA and AOA method to estimate the position of the electromagnetic wave transmitter by using the multiple receivers at the fixed position. Among these methods, AOA method is suitable for the jammer localization system. Because TOA method can be adopted for the clocks of the transmitt...
There are TOA, TDOA and AOA method to estimate the position of the electromagnetic wave transmitter by using the multiple receivers at the fixed position. Among these methods, AOA method is suitable for the jammer localization system. Because TOA method can be adopted for the clocks of the transmitter and the receiver are synchronized each other, and TDOA method can be only adopted for a broad-band jamming signal. This paper, therefore, analyzes the characteristics of the AOA measurements and the sensitivity of the positioning performance according to the system design parameters. Based on the analyzed results, the jammer localization system to meet the desired performance is designed, and it has been checked that the positioning error for the jammer located at a distance of 10km is lower than 38m through the simulation results.
There are TOA, TDOA and AOA method to estimate the position of the electromagnetic wave transmitter by using the multiple receivers at the fixed position. Among these methods, AOA method is suitable for the jammer localization system. Because TOA method can be adopted for the clocks of the transmitter and the receiver are synchronized each other, and TDOA method can be only adopted for a broad-band jamming signal. This paper, therefore, analyzes the characteristics of the AOA measurements and the sensitivity of the positioning performance according to the system design parameters. Based on the analyzed results, the jammer localization system to meet the desired performance is designed, and it has been checked that the positioning error for the jammer located at a distance of 10km is lower than 38m through the simulation results.
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문제 정의
또한, 재밍신호와 잡음과의 상관관계를 이용하여 입사 신호의 도달각을 찾기 때문에 잡음이 존재하지 않는 경우에는 입사 신호의 도달각을 구할 수 없다. 따라서 본 절에서는 설계한 MUSIC 알고리즘의 안테나 소자 수에 따른 성능을 비교함으로써 MUSIC을 이용한 AOA 측정치의 특성을 분석한다.
본 논문에서 목표로 하는 위치추적 성능은 10km 거리에 위치한 재머에 대하여 50m(RMS)이하의 수평 오차로 추적하는 것이다. 재밍 신호의 형태는 CW(Continuous Wave) 형태이며 최소 수신 전력이 JNR 0[dB] 이상으로 두었다.
본 논문에서는 AOA 측정치 특성을 관찰하고, 시스템 구성 요소에 따른 AOA 측위성능 민감도를 분석하였다. 분석한 결과를 토대로 하여 최종적으로 원하는 성능을 만족시킬 수 있는 시스템 사양을 도출하였고, 모의실험을 통하여 주어진 환경에서 재머 위치추적 오차가 목표치 보다 작게 나타나는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 협대역 및 광대역 재밍 신호에 대응할 수 있는 재머 위치추적시스템을 설계하기 위하여 AOA 측정치 특성을 분석하고, 시스템 설계 파라미터에 따른 AOA 측위성능 민감도를 분석한다. 분석한 결과를 토대로 하여 원하는 성능을 만족시킬 수 있는 재머 위치추적시스템을 설계한다.
본 절에서는 모의실험을 통하여 앞 절에서 설계한 시스템의 타당성을 검증한다. MATLAB기반에서 100회 Monte-Carlo 실험을 수행하였으며, 재밍 신호는 CW 형태이고 송신전력은 5mW로 두었다.
본 절에서는 일반적인 AOA 측정치의 생성 원리를 설명하고, AOA 측정치의 특성을 분석한다.
가설 설정
4. Concept of AOA positioning.
제안 방법
본 절에서는 모의실험을 통하여 앞 절에서 설계한 시스템의 타당성을 검증한다. MATLAB기반에서 100회 Monte-Carlo 실험을 수행하였으며, 재밍 신호는 CW 형태이고 송신전력은 5mW로 두었다.
그러나 ESPRIT는 선형 배열안테나에만 적용할 수 있으므로 MUSIC이 많이 활용되고 있는 상황이다. 따라서 본 논문에서는 MUSIC을 이용하여 도달각을 추정한다.
배열안테나 소자 수에 따른 MUSIC 알고리즘의 방향각 추정 성능을 분석하기 위해서 JNR(Jammer to Noise power Ratio)을 10[dB]로 설정하고, 입사 방위 각이 50도, 앙각이 80도인 신호를 MATLAB 기반에서 생성하여 모의실험을 수행하였다. 배열안테나 소자 수는 2×2, 4×4인 경우를 고려하였으며, 각각의 경우에 대한 전력 스펙트럼의 결과는 그림 2, 그림 3과 같다.
본 절에서는 원하는 성능을 만족시킬 수 있는 재머 위치추적시스템의 구성을 제시하고 사양을 도출한다.
본 논문에서는 협대역 및 광대역 재밍 신호에 대응할 수 있는 재머 위치추적시스템을 설계하기 위하여 AOA 측정치 특성을 분석하고, 시스템 설계 파라미터에 따른 AOA 측위성능 민감도를 분석한다. 분석한 결과를 토대로 하여 원하는 성능을 만족시킬 수 있는 재머 위치추적시스템을 설계한다.
본 논문에서 목표로 하는 위치추적 성능은 10km 거리에 위치한 재머에 대하여 50m(RMS)이하의 수평 오차로 추적하는 것이다. 재밍 신호의 형태는 CW(Continuous Wave) 형태이며 최소 수신 전력이 JNR 0[dB] 이상으로 두었다. 또한 그림 5와 같이 4개의 재밍 신호 수신용 센서를 사용하며, 한 변이 4km인 정사각형 형태로 배치한다.
성능/효과
본 논문에서는 AOA 측정치 특성을 관찰하고, 시스템 구성 요소에 따른 AOA 측위성능 민감도를 분석하였다. 분석한 결과를 토대로 하여 최종적으로 원하는 성능을 만족시킬 수 있는 시스템 사양을 도출하였고, 모의실험을 통하여 주어진 환경에서 재머 위치추적 오차가 목표치 보다 작게 나타나는 것을 확인하였다. 추후에는 실시간으로 동작하는 재머 위치추적시스템 테스트베드를 개발하여 그 성능을 평가할 계획이다.
위의 결과에서 볼 수 있듯이 배열안테나의 소자 수가 증가할수록 전력 스펙트럼의 첨예도(Sharpness)가 높아지며, 이에 따라 추정한 도달각(앙각, 방위 각)의 정확도가 증가함을 확인할 수 있다. 또한 식 3으로부터 검색 간격이 줄어들거나 스냅샷 수가 늘어날수록 스펙트럼의 첨예도가 높아질 것으로 예상할 수 있다.
그림에서 알 수 있듯이 재머와의 거리가 멀어짐에 따라 오차가 커지는 추세를 보이지만, 방위각에 따른 편차가 더 크게 나타나는 것을 알 수 있다. 즉 DOP에 의한 영향보다 검색 간격 오차에 의한 영향을 더 크게 받는 것을 확인할 수 있다.
재머와의 거리가 10km일 때 샘플링 주파수, 배열 안테나 소자 수와 스냅샷 시간에 따른 수평 위치 오차를 표 2에 나타내었다. 표 2에서 알 수 있듯이 48MHz의 샘플링 주파수와 4개의 안테나 소자, 2ms의 스냅샷 시간을 사용하는 경우에 10km의 거리에 위치한 재머에 대해서 목표 성능인 50m이하의 오차를 가짐을 알 수 있다.
후속연구
분석한 결과를 토대로 하여 최종적으로 원하는 성능을 만족시킬 수 있는 시스템 사양을 도출하였고, 모의실험을 통하여 주어진 환경에서 재머 위치추적 오차가 목표치 보다 작게 나타나는 것을 확인하였다. 추후에는 실시간으로 동작하는 재머 위치추적시스템 테스트베드를 개발하여 그 성능을 평가할 계획이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
재밍 신호에 대응하기 위한 대표적인 기법에는 무엇이 있는가?
GPS 신호는 약 -140dBm의 낮은 전력을 갖기 때문에 비고의적인 간섭에 취약할 뿐만 아니라, 신호 규격이 공개되어 있어서 재밍 신호에 영향을 받기도 쉽다. 이러한 재밍 신호에 대응하기 위한 대표적인 기법으로는 배열안테나 기법, 필터링 기법, 외부 센서 정보를 Aiding 받는 기법이 있다. 이 중에서 외부 센서 정보를 Aiding 받는 기법은 상대적으로 성능이 떨어지며 필터링 기법은 협대역 재밍 신호에만 효과적이라는 한계가 있다.
GPS 신호의 단점은?
GPS 신호는 약 -140dBm의 낮은 전력을 갖기 때문에 비고의적인 간섭에 취약할 뿐만 아니라, 신호 규격이 공개되어 있어서 재밍 신호에 영향을 받기도 쉽다. 이러한 재밍 신호에 대응하기 위한 대표적인 기법으로는 배열안테나 기법, 필터링 기법, 외부 센서 정보를 Aiding 받는 기법이 있다.
재밍 신호에 대응하기 위한 대표적인 기법 중 배열안테나 기법은 어떤 장단점을 가지고 있는가?
이 중에서 외부 센서 정보를 Aiding 받는 기법은 상대적으로 성능이 떨어지며 필터링 기법은 협대역 재밍 신호에만 효과적이라는 한계가 있다. 배열안테나 기법은 협대역 및 광대역 재밍 신호에 모두 효과적이라는 장점이 있지만 비용적인 측면과 휴대성 측면에서 단점을 보인다. 최근에는 위에서 언급한 기법들 이외에 재머의 위치를 추적하여 물리적인 대응을 하는 적극적인 방법도 활발히 연구되고 있다[1][2].
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