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능동소나 linear frequency modulation 신호의 fractional Fourier transform 분석에 기반한 표적의 거리 추정
Estimation of target distance based on fractional Fourier transform analysis of active sonar linear frequency modulation signals 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.35 no.1, 2016년, pp.8 - 15  

형성웅 (경북대학교 전자공학부) ,  박명호 (국방과학연구소) ,  황수복 (국방과학연구소) ,  배건성 (경북대학교 전자공학부)

초록
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Fractional 푸리에 변환(Fractional Fourier Transform : FrFT)은 기존의 푸리에 변환의 일반화된 형태로서, 변환차수 ${\alpha}$에 따라 임의의 시간-주파수 영역에서의 신호해석이 가능하다. FrFT는 특히 LFM(Linear Frequency Modulation) 신호의 분석에 있어 잡음에 강한 특성으로 인해 많은 장점을 가진다. 본 논문에서는 능동소나에서 표적에 맞고 반향된 수신신호의 FrFT 스펙트럼으로부터 표적과의 거리를 추정하는 새로운 방법을 제안하였다. 합성한 표적 신호를 통해 제안한 방법의 타당성을 검증하였으며, 실제 수중 실험을 통해 얻은 잡음 및 잔향 환경에서의 신호에서도 신뢰성 있는 표적과의 거리 추정이 가능함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

As a generalized form of the conventional Fourier transform, fractional Fourier transform (FrFT) can analyze a signal at intermediate domain between time and frequency domains with a transform order ${\alpha}$. Especially, FrFT has a number of advantages in the analysis of LFM (Linear Fre...

주제어

#시간-주파수 영역   #능동소나   #표적탐지  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 시간-주파수 영역에서 선형적인 특성을 갖는 LFM 신호에 대해 FrFT는 피크 형태의 스펙트럼을 얻을 수 있으므로 잡음이나 잔향 환경에 강인한 탐지 및 거리 추정이 가능하다. 본 논문에서는 능동 LFM 신호에 대해 FrFT 스펙트럼 분석을 통해 수신된 신호 내에서의 LFM 신호 구간을 검출하여 표적과의 거리를 추정하는 새로운 방법을 제안하고, 실험을 통해 제안한 방법의 타당성을 검증한다.
  • 본 논문에서는 능동소나 수신신호의 FrFT 스펙트럼 분석을 통해 표적과의 거리를 추정할 수 있는 새로운 방법을 제안하였다. 능동소나 송신 LFM 신호의 파라미터 정보를 이용해 FrFT의 최적 변환차수를 구한 뒤 수신신호의 FrFT 스펙트럼을 얻고, 스펙트럼의 피크 위치로부터 수신신호 내의 LFM 신호 구간을 검출하고 표적거리를 추정할 수 있는 새로운 알고리즘을 개발하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Fractional 푸리에 변환이 LFM 신호의 처리에 가지는 장점은? Fractional 푸리에 변환은 기존의 푸리에 변환 개념을 일반화한 분석 방법으로 LFM 신호의 처리에 많은 장점을 가진다. 시간-주파수 영역에서 선형적인 특성을 갖는 LFM 신호에 대해 FrFT는 피크 형태의 스펙트럼을 얻을 수 있으므로 잡음이나 잔향 환경에 강인한 탐지 및 거리 추정이 가능하다. 본 논문에서는 능동 LFM 신호에 대해 FrFT 스펙트럼 분석을 통해 수신된 신호 내에서의 LFM 신호 구간을 검출하여 표적과의 거리를 추정하는 새로운 방법을 제안하고, 실험을 통해 제안한 방법의 타당성을 검증한다.
능동소나는 무엇인가? 능동소나는 송신펄스를 방사하여 표적에 맞고 반향 되는 신호를 수신하여 이를 분석하는 신호처리 시스템이다. 능동소나의 송신펄스로는 CW(Continuous Wave) 신호, LFM 신호 등이 사용되는데, 일반적으로 CW 신호는 도플러효과를 이용한 표적의 속도 추정에, LFM 신호는 표적의 탐지 및 거리 추정에 사용된다.
일반적으로 CW 신호는 어디에 사용되나? 능동소나는 송신펄스를 방사하여 표적에 맞고 반향 되는 신호를 수신하여 이를 분석하는 신호처리 시스템이다. 능동소나의 송신펄스로는 CW(Continuous Wave) 신호, LFM 신호 등이 사용되는데, 일반적으로 CW 신호는 도플러효과를 이용한 표적의 속도 추정에, LFM 신호는 표적의 탐지 및 거리 추정에 사용된다. 특히 LFM 신호를 이용한 표적의 탐지 및 거리 추정은 군사적 관점에서 매우 중요한 요소이므로 높은 정확성이 요구되는데, 수신 신호 내에서 표적에 반사된 LFM 신호 성분을 탐지하기 위한 방법으로는 푸리에 변환을 이용한 정합 필터 방식이 주로 사용된다.
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참고문헌 (7)

  1. H. M. Ozaktas, Z. Zalevsky, and M. A. Kutay, The Fractional Fourier Transform with Applications in Optics and Signal Processing (John Wiley, Chichester, New York, USA, 2001), pp. 117-137. 

  2. C. Capus and K. Brown, "Fractional Fourier transform of the Gaussian and fractional domain signal support," IEE Proc.-Vis. Image Signal Process., 150, 99-106 (2003). 

    상세보기 crossref

  3. A. W. Lohmann, D. Mendlovic, Z. Zalevsky, and R. G. Dorsch, "Some important fractional transformations for signal processing," Optics Comm., 125, 18-20 (1996). 

    상세보기 crossref

  4. V. Katkovnik, "A new form of the Fourier transform for time-varying frequency estimation," 1995 URSI International Symposium on. IEEE, 3, 179-182 (1995). 

  5. R. Jacob, A. Unnikrishnan, and T. Thomas, Development of Time-Frequency Techniques for Sonar Applications, (Ph.D. thesis, Cochin University, 2010). 

  6. J. W. Seok, T. H. Kim, and K. S. Bae, "LFM Signal Separation Using Fractional Fourier Transform" (in Korean), J. Korea Inst. Inf. Commun. Eng., 17, 540-545 (2013). 

    원문보기 상세보기 crossref

  7. S. W. Hyung, K. S. Bae, S. B. Hwang, and M. H. Park, "Detection Method of LFM Signal Interval from Noisy Received Signal" (in Korean), 2015 IEIE Summer Conference, 2015, 525-526 (2015). 

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