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TDOA/FDOA 융합 기반 신호원의 위치추정 및 성능 분석
Emitter Geolocation Based on TDOA/FDOA Measurements and Its Analysis 원문보기

한국통신학회논문지. The Journal of Korea Information and Communications Society. 통신이론 및 시스템, v.38C no.9, 2013년, pp.746 - 756  

김동규 (부산대학교 전자전기컴퓨터공학과) ,  김용희 (부산대학교 전자전기컴퓨터공학과) ,  한진우 (국방과학연구소) ,  송규하 (국방과학연구소) ,  김형남 (부산대학교 전자공학과)

초록
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TDOA (time difference of arrival)와 FDOA (frequency difference of arrival) 정보를 동시에 이용하는 신호원 위치추정 기법은 단일 정보를 이용하는 경우에 비해 높은 정확도를 가지는 장점을 가지고 있다. 이러한 위치추정 기법의 추정성능은 수신단 쌍의 조합, 수신단의 기하학적 배치 특성 및 속도 등의 다양한 운용변수에 따라 크게 달라진다. 그러므로 전자전 시스템의 효율적인 운용을 위해서는 다양한 운용 조건에 따른 사전 성능 분석이 요구된다. 하지만 기존의 비 반복적인 위치추정 방법은 기준 수신단의 설정 및 수신단 배치 형태에 제약을 가진다. 따라서 본 논문에서는 임의의 다양한 수신단 조합과 배치 형태에서 적용이 가능한 Gauss-Newton 기법을 유도하고 이를 통해 위치추정을 수행한다. 또한 모의실험을 통해 TDOA/FDOA 융합 기반 위치추정 방법과 단일 TDOA 또는 FDOA를 독립적으로 사용했을 때의 성능을 비교 분석하고 CEP (circular error probability) 평면을 이용하여 융합 기반 위치추정 방법이 독립적 방법에 비해 상대적으로 높은 추정 성능을 가짐을 보인다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The emitter geolocation method using the time difference of arrival (TDOA) and the frequency difference of arrival (FDOA) has more accurate performance comparing to the single TDOA or FDOA based method. The estimation performance varies with the sensor paring strategies, the deployment and velocitie...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 임의의 수신단 조합에 따른 다양한 운용조건에서 신호원의 위치를 추정하기 위해서 TDOA/FDOA 융합정보에 대한 Gauss-Newton 기법을 유도하고 이를 이용하여 신호원 위치를 추정하는 방법을 제시한다. 이 방법을 사용함에 있어서 문제가 될 수 있는 초기값 설정에 의한 수렴 여부 문제는 전자전 운용시스템에서 주어지는 사전 정보를 통해 해결할 수 있다[9].
  • . 본 장에서는 이러한 CRLB를 통하여 수신단의 기하학적 배치 및 속도와 TDOA 및 FDOA 기반 위치추정의 최적 성능을 분석하는 방법을 제시한다. 이를 위해 먼저 주어진 운용조건에 해당하는 TDOA/FDOA 신호모델을 통해 CRLB와 오차타원를 유도하고, 임의의 신호원 위치에서의 추정 정확도를 도시하기 위해 2차원 평면상의 모든 지점에서 CEP (circular error probability)를 도시한다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
TDOA와 FDOA는 무엇을 의미하나? 그 중 [1]은 TDOA 단일 정보를 기반으로 BLUE (best linear unbiased estimator) 추정기를 이용하여 연산량을 감소시켰으며, [2]는 FDOA단일 정보를 기반으로 위치추정 성능의 이론적 분석을 제시하였다. TDOA와 FDOA는 두 수신단에서 측정된 수신신호 간의 도착시간과 도플러 주파수 차이를 의미하며, 각 측정값에 대응하는 위치선(line of position, LOP)의 교점을 추정하여 신호원의 위치 정보를 얻어낸다. 이러한 신호원 위치추정은 잡음 및 채널환경을 고려하여 원 수신신호로부터 TDOA와 FDOA 정보를 측정(measurement)하는 단계와 측정값을 이용하여 신호원 위치를 추정(estimation)하는 단계로 구성된다[3].
TDOA는 어떤 것을 의미하나? TDOA는 신호원으로부터 전파된 신호가 두 수신단에 도착된 시간차이를 의미하며, 수신단과 각 수신단 사이의 거리 차에 의해 식 (1)과 같이 결정된다[8].
신호원 위치를 추정하는 방법을 사용함에 있어서 문제가 될 수 있는 초기값 설정에 의한 수렴 여부 문제는 무엇을 통해 해결할 수 있나? 따라서 본 논문에서는 임의의 수신단 조합에 따른 다양한 운용조건에서 신호원의 위치를 추정하기 위해서 TDOA/FDOA 융합정보에 대한 Gauss-Newton 기법을 유도하고 이를 이용하여 신호원 위치를 추정하는 방법을 제시한다. 이 방법을 사용함에 있어서 문제가 될 수 있는 초기값 설정에 의한 수렴 여부 문제는 전자전 운용시스템에서 주어지는 사전 정보를 통해 해결할 수 있다[9]. 또한 다양한 운용조건과 사용되는 측정 정보의 종류에 따른 추정 성능을 정량적이고 효과적으로 분석하고 비교하기 위해 CEP 평면을 도입한다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (13)

  1. Y.-K. Lee, S.-H. Yang, T.-Y. Kwon, C.-B. Lee, B.-K. Park, and W.-J. Lee, "A BLUE estimator for passive localization by TDOA method," J. KICS, vol. 36, no. 11, pp. 702-712, Nov. 2011. 

  2. R. K. Otnes, "Frequency difference of arrival accuracy," IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Process., vol. 37, no. 2, pp. 306-308, Feb. 1989. 

  3. L. R. Paradowski, "Microwave emitter position location: present and future," in Proc. Microwaves and Radar (MIKON '98), vol. 4, pp. 97-116, Krakow, Poland, May 1998. 

  4. M. Wax, "The joint estimation of differential delay, Doppler, and phase," IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 28, no. 5, pp. 817-820, Sep. 1982. 

  5. M. L. Fowler and X. Hu, "Signal models for TDOA/FDOA estimation," IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 44, no. 4, pp. 1543-1550, Oct. 2008. 

  6. D. L. Adamy, EW 101: First Course in Electronic Warfare, Artech House, 2001. 

  7. Y. T. Chan and K. C. Ho, "A simple and efficient estimator for hyperbolic location," IEEE Trans. Signal Process., vol. 42, no. 8, pp. 1905-1915, Aug. 1994. 

  8. K. C. Ho, "An accurate algebraic solution for moving source location using TDOA and FDOA measurements," IEEE Trans. Signal Process., vol. 52, no. 9, pp. 2453-2463, Sep. 2004. 

  9. W. H. Foy "Position-location solution by Taylor-series estimation," IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 12, no. 2, pp. 187-194, Mar. 1976. 

  10. S. Kay, Fundamentals of Statistical Signal Processing: Estimation Theory, Prentice Hall, 1993. 

  11. M. L. Fowler, "Analysis of single-platform passive emitter location With terrain data," IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 37, no. 2, pp. 495-507, Apr. 2001. 

  12. W. H. Press, Numerical Recipes in C : The Art of Scientific Computing, Cambridge, 1992. 

  13. L. Huie and M. L. Fowler, "Emitter location in the presence of information injection," in Proc. Conf. Inform. Sci. Syst., Princeton, U.S.A., Mar. 2010. 

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