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통신신호 추적을 위한 모노펄스 및 추적성능 향상 방안
Enhancement for Performance of Monopulse and Target Tracking for Communication Signal Tracking 원문보기

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers = 전자공학회논문지, v.51 no.5, 2014년, pp.35 - 43  

길현주 (성균관대학교) ,  이영진 (삼성탈레스) ,  김재신 (국방과학연구소) ,  이은석 (성균관대학교)

초록
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본 논문에서는 이동하는 항공기의 통신장비와 지상 통신장비 간의 무선통신 링크 유지 및 통신신호 추적을 위하여 모노펄스 시스템과 ${\alpha}{\beta}$ 필터가 결합된 통신신호 추적 시스템의 성능향상 방안을 제시한다. 모노펄스 오차각 추적을 위하여 일반적으로 사용되는 모노펄스 기울기 곡선(Monopulse Ratio Curve)에 의한 추적 방식이 아닌 최소거리 연산방식을 제안하며, 통신 신호의 일시적 단절 상황에서 모노펄스 추적 재연결 확률 및 추적 정확도 향상을 위하여 가변 이득 방식의 ${\alpha}{\beta}$ 필터 알고리즘을 제안한다. 프로토타입 안테나로 측정한 MR Curve를 이용하여 제안된 모노펄스 시스템의 성능향상을 확인할 수 있다. 또한, 통신 단절 및 연결 상황에서 항공기 모의궤적을 이용한 모의실험은 고정 이득 방식의 ${\alpha}{\beta}$ 필터 대비 가변 이득 방식의 ${\alpha}{\beta}$ 필터 알고리즘의 성능향상을 보여준다. 본 논문에서 제시한 방식은 기존 통신신호 추적 시스템의 하드웨어에 대한 변경 없이 알고리즘의 변경만으로 가능하기 때문에 최소비용을 통한 성능향상을 기대할 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose a performance enhancement method of the target tracking system for communication signal using the monopulse and the ${\alpha}{\beta}$ filter to keep the connection of the communication system between the airplane and the ground. We suggest the minimum distance me...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 기존 시스템에 알고리즘 변경만으로 일반적인 추적 상황에서 추적 오차를 향상시키고 일시적 추적 단절 후 신호 재 입사에 의한 재 연결 확률 향상을 위해 최소거리 연산방식의 모노펄스 오차각 산출방식을 제안한다. 또한 추적 중 시스템에서 예측되는 각속도에 따른 가변 이득 방식의 αβ 필터 방식을 제안함으로써 목표물의 운동모델에 대한 공정오차나 모노펄스 시스템의 측정오차의 표준편차를 알지 못해도 각속도에 따라 가변적으로 적용할 수 있도록 한다.
  • 따라서 본 논문에서는 추적 중 시스템에서 예측되는 추적 각속도의 변화에 따라 이득을 변화시켜 목표물에 대한 추적성능과 일시적 단절 시 재연결 확률을 향상 시킬 수 있는 가변이득 방식을 제안한다.
  • 본 논문에서는 항공기와 지상 통신장비 간의 통신링크를 형성하고, 통신신호 추적을 수행하는 진폭비교 방식의 단일채널 구조 모노펄스 시스템에 대한 추적 성능 향상 방안에 대하여 제안하였다.
  • 통신 신호 추적 성능 향상을 위해 본 논문에서는 모노펄스 오차각 산출 방식과 가변 이득 방식의 αβ 필터를 이용한 향상 방안을 제시한다.

가설 설정

  • 일시적 단절 후, 신호 재입사에 의한 재추적 확률 시험은 앞서 기술한 추적 오차 모의실험과 동일한 조건으로 수행하였다. 단, 일시적 단절 조건을 위해 그림-5의 궤적에서 10개의 구간에 임의 시간동안 모노펄스 추적이 단절됨을 가정하였다. 신호 재입사 시 실제 운용 상황에서는 그림-7의 모의실험 결과와 같이 적용 방식에 따라 재추적 확률은 크게 달라질 수 있지만, 고정/가변이득 방식의 αβ 필터에 대한 비교만을 위하여 재입사시 오차각과 상관없이 재추적 가능한 것으로 가정하였다.
  • 신호 재입사 시 실제 운용 상황에서는 그림-7의 모의실험 결과와 같이 적용 방식에 따라 재추적 확률은 크게 달라질 수 있지만, 고정/가변이득 방식의 αβ 필터에 대한 비교만을 위하여 재입사시 오차각과 상관없이 재추적 가능한 것으로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
모노펄스 추적 시스템의 추적가능범위와 정확도를 결정하는 요소는 무엇인가? 일반적으로 모노펄스 추적 시스템은 안테나의 빔폭(Beam Width)과 스퀸트 각(Squint Angle)에 의해 추적 가능 범위와 정확도가 결정된다[3]. 모노펄스 추적 범위가 넓으면 초기 추적 및 재연결 등이 용이하지만, 이를 위해 안테나 빔폭의 증가가 필요하며 이에 따른 주빔 (Main Beam)의 이득감소가 발생하여 통달거리가 감소 하게 된다.
무선통신에서 가장 중요한 것은 무엇인가? 고속으로 이동하는 항공기에 탑재된 통신장비와 지상의 고정 통신장비 간 이루어지는 무선통신은 최초 통신 링크를 연결하기 위한 시점부터 종료 시점까지 지속적인 통신 링크를 유지하는 것이 가장 중요하다.
레이더의 목표물 또는 통신신호 추적을 위하여 사용하는 빔형성 방식이나 MIMO 방식의 모노펄스가 가지고 있는 한계점은 무엇인가? 최근에는 레이더의 목표물 추적 또는 통신신호 추적을 위해 빔형성(Beamforming) 방식이나 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 방식의 모노펄스에 대한 많은 연구가 진행되었다[1~2]. 이러한 방식은 높은 추적 정확도를 제공하지만, 안테나 개수, 배열안테나 및 수신기 개수, 크기 및 비용 등이 증가하기 때문에 통신 신호 추적을 위한 응용분야에서는 4개의 급전을 가지는 파라볼라 안테나와 모노펄스 비교기를 적용한 장비들이 상용화 되고 있다. 또한 모노펄스 시스템의 측정 잡음을 최소화하기 위하여 칼만 필터 및 αβ 필터와 같은 예측 필터를 함께 적용한다. 본 연구에서는 실제 시스템의 공정오차에 대한 표준편차 계산이 어렵기 때문에 αβ 필터를 고려한다.
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참고문헌 (8)

  1. S. Haykin, J. Litva, and T. J. Shepherd, "Radar Array Processing", 1st Ed, New York, 1993. 

  2. Chan-ho An, Hyun Bo Jin, Janghoon Yang, Ui Young Pak, Young-Jae Ryu, Dong Ku Kim "On the Performance Enhancement of a Tactical Monopulse MIMO Radar", The Journal of Korea Information and Communications Society, vol.38A, no. 1, pp. 19-25, June 2013. 

  3. Mahafza and Bassem R., "Radar Systems Analysis and Design Using MATLAB", CRCPrILlc, 2005. 

  4. Heung-Su Kim, "Linear Region Extension of MR Curve in ML Based Monopulse", JKIEES 23(6), pp. 748-751, Jun 2012. 

  5. Nickel, U., "Monopulse estimation with adaptive arrays," Radar and Signal Processing, IEE Proceedings F, vol.140, no. 5, pp. 303-308, Oct 1993. 

  6. Hyuk-Ja Kwon, Young-Jin Lee, and Jin-Woo Jung, "A Study on 1-Channel Monopulse Receiver", Journal of The Institute of Electronics and Information Engineers Vol. 51, NO. 1, pp. 242-240, January 2014. 

  7. Chan-ho An, Janghoon Yang, Rong Ran, Ui Young Pak, Young-Jae Ryu and Dong Ku Kim, "Enhanced monopulse MIMO radar using reliable ${\alpha}$ ${\beta}$ filtering," MILITARY COMMUNICATIONS CONFERENCE, 2012-MILCOM 2012, vol., no., pp. 1,6, Oct. 29 2012-Nov. 1 2012. 

  8. Kalata, Paul R., "The Tracking Index: A Generalized Parameter for ${\alpha}-{\beta}$ and ${\alpha}-{\beta}-{\gamma}$ Target Trackers," Aerospace and Electronic Systems, IEEE Transactions on, vol. AES-20, no. 2, pp. 174,182, March 1984. 

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