[논문]Adaptive Beamformer Using Signal Location Information for Satellite

Kim, Se-Yen; Hwang, Suk-seung

doi:10.11003/jpnt.2020.9.4.379

Adaptive Beamformer Using Signal Location Information for Satellite 원문보기

Journal of Positioning, Navigation, and Timing, v.9 no.4, 2020년, pp.379 - 385

Kim, Se-Yen (Department of Electronic Engineering, Chosun University) , Hwang, Suk-seung (School of Electronic Engineering, Chosun University)

Abstract ▼ AI-Helper

The satellite employs an adaptive beamformer to efficiently detect various signals and to suppress multiple interference signals, simultaneously. Although the adaptive beamforming satellite system needs Angle-of-Arrival (AOA) information of the desired signal, it is difficult to estimate the signal AOAs on the satellite environment. However, the AOA estimation on the ground control tower is more efficient and accurate comparing to the satellite environment. In this paper, we propose an adaptive beamforming satellite system based on the signal location information on the ground, consisting on an angle estimator, an adaptive beamformer, and signal processing & D/B unit. The ground control tower estimates the accurate location of the signal source, and it sends the estimated coordinates of the desired signal to the satellite. The angle estimator mounted on the satellite calculates the desired signal AOA, based on the signal location information transmitted from the ground control center. The satellite beamformer detects the desired signal and suppresses unwanted signals based on the signal AOA calculated by the angle estimator. We provide computer simulation results to present the performance of the proposed satellite adaptive beamforming system based on the signal location information.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1. Basic structure of adaptive beamforming satellite system based on signal location.
그림 Fig. 2. Conceptual diagram for angle estimation.
표 Table 1. The received signal parameter for the first scenario.
표 Table 2. The received signal parameter for the second scenario.
그림 Fig. 3. The received signal spectrum for the first scenario.
그림 Fig. 5. Relative signal coordinates for the first scenario.
그림 Fig. 7. MVDR beam pattern for azimuth angle for the first scenario (θ=120°).
그림 Fig. 4. The received signal spectrum for the second scenario.
그림 Fig. 6. Relative signal coordinates for the second scenario.
그림 Fig. 8. MVDR beam pattern for azimuth angle for the second scenario (θ=210°).
그림 Fig. 9. MVDR beamformer output spectrum for the first scenario.
그림 Fig. 11. Output SINR versus input SNR of MVDR beamformer for the first scenario.
그림 Fig. 10. MVDR beamformer output spectrum for the second scenario.
그림 Fig. 12. Output SINR versus input SNR of MVDR beamformer for the second scenario.

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 논문은 위성에서 직접 신호원의 도래각을 추정하지 않고, 지상관제센터로부터 신호원의 위치를 수신하여, 도래각을 계산한 후 이를 기반으로 간섭제거와 정확한 신호 수신을 수행하는 위성 빔형성 시스템을 제안한다. 지상 관제센터는 다양한 위치 추정 기법을 이용하여 신호원의 위치를 추정하고, 추정된 위치 좌표를 위성에 송신한다.

가설 설정

Fig. 6의 위성 좌표는 (0.48, 0.61, 0.88), 지상 관제센터의 좌표는 (0, 0, 0)으로 가정하였으며, 추정된 신호의 위성좌표 대비 상대좌표는 (0.3, 0.17 0), (-0.11, 0.34, 0), (-0.71, -0.27, 0), (0.52, 0.52, 0) 이다. 지상관제센터로부터 전송된 각 신호의 좌표를 바탕으로 계산된 고도각과 방위각은 (210.

제안 방법

8°)으로 Table 2에 요약된 실제 신호의 고도각 및 방위각과 큰 차이가 없음을 확인할 수 있다. 3.1장에서 설명하였듯이 원점이였던 지상 관제센터의 좌표를 위성이 X-Y 평면으로 투영된 점으로 원점을 이동하고 모든 좌표들을 다시 설정한 후, 고도각과 방위각을 계산하였다.
본 논문은 다양한 외부 환경 및 제한된 배열 안테나 크기로 인 해 위성 환경에서 신호의 정확한 도래각을 직접 추정하기 어렵다는 단점을 보완하기 위해, 신호위치 기반의 위성 빔형성 시스템을 제안하였다. 지상 관제센터에서 신호원의 위치를 추정한 후, 위치 정보를 위성으로 송신하고, 위성에 탑재된 각도 추정기는 수신된 신호의 위치를 기반으로 신호의 도래각을 계산한다.
본 장은 지상관제센터로부터 무지향성(omni-directional) 배열 안테나를 통해 수신된 신호의 위치정보를 기반으로, 원하는 신호의 도래각을 계산하는 각도 추정기, 계산된 도래각을 적용하여 수신신호에 포함된 간섭을 제거하고 원하는 신호를 효율적으로 추출하기 위한 MVDR 빔형성기, 수집된 정보의 가공 및 저장을 위한 신호처리 및 D/B 유닛으로 이루어진 적응 빔형성 위성 시스템을 제시한다. 제안된 신호위치 기반의 빔형성 위성시스템의 기본 구성도는 Fig.
지상 관제센터는 다양한 위치 추정 기법을 이용하여 신호원의 위치를 추정하고, 추정된 위치 좌표를 위성에 송신한다. 제안된 위성 시스템은 각도 추정기, 빔 형성기, 신호처리 및 D/B 유닛으로 구성된다. 각도 추정기는 지상 관제센터로부터 수신된 신호원의 추정 좌표로부터 신호원의 도래각 정보를 계산하고, 빔형성기는 계산된 도래각 정보를 기반으로 간섭신호 제거를 통한 정확한 신호를 수집하며, 신호처리 및 D/B 유닛은 수집된 신호로부터 정보를 가공하고 저장한다.
본 논문은 다양한 외부 환경 및 제한된 배열 안테나 크기로 인 해 위성 환경에서 신호의 정확한 도래각을 직접 추정하기 어렵다는 단점을 보완하기 위해, 신호위치 기반의 위성 빔형성 시스템을 제안하였다. 지상 관제센터에서 신호원의 위치를 추정한 후, 위치 정보를 위성으로 송신하고, 위성에 탑재된 각도 추정기는 수신된 신호의 위치를 기반으로 신호의 도래각을 계산한다. 빔형성기는 간섭신호들을 제거하고 원하는 신호를 획득하기 위해, 계산된 도래각 기반의 빔형성 가중치 벡터를 생성한다.

데이터처리

빔형성기를 통해 획득된 신호는 정보 가공과 저장을 위해 신호처리 및 D/B 유닛으로 전송된다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안된 빔형성 위성시스템의 성능평가를 실시하였다.

이론/모형

각도 추정기는 지상 관제센터로부터 수신된 신호원의 추정 좌표로부터 신호원의 도래각 정보를 계산하고, 빔형성기는 계산된 도래각 정보를 기반으로 간섭신호 제거를 통한 정확한 신호를 수집하며, 신호처리 및 D/B 유닛은 수집된 신호로부터 정보를 가공하고 저장한다. 본 논문에서는 적응 빔형성기에 우수한 간섭제거 성능을 가지는 MVDR 알고리즘을 적용한다.

성능/효과

Figs. 9와 10은 각각 첫 번째 시나리오와 두 번째 시나리오의 MVDR 빔형성기 출력에 대한 스펙트럼으로 두 그림 모두 원하는 신호를 제외한 간섭신호들이 효과적으로 제거되었음 을 확인할 수 있다. Figs.
8은 두 번째 시나리오의 θ=210°일 때 MVDR 빔형성기에 대한 방사각 빔 패턴을 보인다. 두 그림을 통해, 원하는 신호의 도래각 방향으로 빔이 효율적으로 형성되었 고, 간섭신호들의 도래각 방향으로 널이 형성되어 있음을 확인할 수 있다. Figs.
입력 SNR을 0 dB부터 20 dB까지 변화시켰으며, 간섭이 효과적으로 제거되어 출력 SINR이 입력 SNR과 비슷함을 확인할 수 있다. 위의 결과들로부터 제안된 신호원 위치 기반의 적응 빔 형성 위성 시스템이 효율적으로 동작한다는 결론을 도출할 수 있다.
11과 12는 첫 번째 시나리오와 두 번째 시나리오의 MVDR 빔형성기에 대한 입력 SNR 대비 출력 Signalto-Interference and Noise Ratio (SINR) 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 입력 SNR을 0 dB부터 20 dB까지 변화시켰으며, 간섭이 효과적으로 제거되어 출력 SINR이 입력 SNR과 비슷함을 확인할 수 있다. 위의 결과들로부터 제안된 신호원 위치 기반의 적응 빔 형성 위성 시스템이 효율적으로 동작한다는 결론을 도출할 수 있다.
지상 관제센터로부터 전송된 각 신호의 좌표를 바탕으로 계산된 고도각과 방위각은 (119.8°, 12.01°), (119.8°, 260.02°), (119.8°, 92.89°), (119.8°, 319.7), (119.8°, 84.9°)으로 Table 1에 요약된 실제 신호의 고도각 및 방위각과 큰 차이가 없음을 확인할 수 있다
지상관제센터로부터 전송된 각 신호의 좌표를 바탕으로 계산된 고도각과 방위각은 (210.01°, 330.02°), (210.01°, 110.03°), (210.01°, 196.78°), (210.01°, 44.8°)으로 Table 2에 요약된 실제 신호의 고도각 및 방위각과 큰 차이가 없음을 확인할 수 있다

참고문헌 (17)

Choi, G.-Y. 2014, The lonospheric Effects on GPS-based Control Systems, in 2014 KAIST KI Building, Daejeon, 164-168 Nov 2014.
Choi, M.-J. & Lee, J.-K. 2017, An Order-Switching Magnetic Distortion Compensation Mechanism for Accurate Azimuth Estimation, Journal of Institute of Control, Robotics and Systems, 23, 552-558. https://doi.org/10.5302/J.ICROS.2017.17.0047

상세보기
Ghadian, M., Jabbarian-Jahromi, M., & Kahaei, M.-H., 2016, Recursive Sparsity-based MVDR Algorithm for Interference Cancellation in Sensor Arrays, IETE J. Research, 62, 212-220. https://doi.org/10.1080/03772063.2015.1084246
Jeong, E.-R., Won, H.-H., Yang, G.-J., & Ahn, B.-S. 2017, A New Multi-Beam MVDR Technique for Removing Interference Signals in Array Antenna Based GPS Receivers, Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, 21, 491-498. https://doi.org/10.6109/jkiice.2017.21.3.491

원문보기 상세보기
Kim, C.-K. 2011, Performance of MIMO-OFDM systems with multi-beamforming based on MMSE, Journal of The Institute of Electronics Engineers of Korea, 48 ,6-13. http://www.dbpia.co.kr/journal/articleDetail?nodeIdNODE01645114
Kwon, S.-H., Kim, D.-O., Moon, S.-M., Lee, J.-H., Bae, S.-R., et al. 2018, 3D Localization for a Launch Vehicle using Virtual TOA, AOA, and TDOA, Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers, 55, 3-14. https://doi.org/10.5573/ieie.2018.55.1.3

상세보기
Lee, H., Kim, W., & Choi, T., & Oh, S., June 2019, An Analysis on the Propagation Prediction Model of Earthspace Communication Link using Local Data, J. of the Korea Institute of Electronics Communications Sciences, 14, 483-488. https://doi.org/10.13067/JKIECS.2019.14.3.483
Lee, H.-H. 2013, The History and Current Status of Signal Intelligence Satellites, Current Industrial and Technological Trends in Aerospace, 11, 111-118

상세보기
Lee, H.-S., Bok, Y.-S., Shin, H.-J., & Park, B.-W. 2009, In Basestation with Multi-channels Using the Second Law of Cosines the Position Estimation Method, The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences, 34, 1387-1398.
Lee, K.-H. 2019, Wideband Jamming Signal Remove Using Adaptive Array Algorithm, Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology, 12, 419-424. https://doi.org/10.17661/jkiiect.2019.12.4.419

원문보기 상세보기
Lee, S.-G., Lee, J.-T., Kang, E.-S., & Young, S.-S. 2013, Technical Trends Of X-band Antenna for Space Program, Current Industrial and Technological Trends in Aerospace, 11, 81-89.

상세보기
Lee, S.-Y., Jeong, S.-Y., Choi, Y.-H., & Cho, K.-D. 2014, Mechanism Modeling and Analysis of Deployable Satellite Antenna, Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, 42, 601-609. https://doi.org/10.5139/JKSAS.2014.42.7.601

원문보기 상세보기
Lee, Y.-W. 2018, Jamming Signal Rejection Algorithm for Uplink of Unmanned Aerial System, J. of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, 46, 182-188. https://doi.org/10.5139/JKSAS.2018.46.2.182

원문보기 상세보기
Mun, J.-Y., Bae, Y.-C., & Hwang, S.-S. 2017, Adaptive Beamforming System Architecture Based on AOA Estimator, Journal of the KIECS, 12, 777-782. https://doi.org/10.13067/JKIECS.2017.12.5.777

원문보기 상세보기
Mun, J.-Y. & Hwang, S.-S. 2017, Input Signal Model Analysis for Adaptive Beamformer, Journal of the KIECS, 12, 433-438. https://doi.org/10.13067/JKIECS.2017.12.3.433

원문보기 상세보기
Park, C., Kim, S.-M., & Hwang, S.-S. 2011, Interference Suppression Based on Switching Beamforming for TPMS, Journal of Korean Institute of Intelligent Systems, 21, 436-441. https://doi.org/10.5391/JKIIS.2011.21.4.436.
Park, D., Lee, J., & Choi, J. 1998, The Characteristic Analysis of Wave Propagation for ICO Communication Satellite, Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, 9, 199-210.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증