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가우스 요소함수 망에 기초한 재밍 파라미터 추정
Estimation of Jamming Parameters based on Gaussian Kernel Function Networks 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.23 no.1, 2020년, pp.1 - 10  

황태현 (성균관대학교 수학과) ,  길이만 (성균관대학교 소프트웨어대학) ,  이현구 (LIG넥스원(주) 전자전연구소) ,  김정호 (LIG넥스원(주) 전자전연구소) ,  고재헌 (LIG넥스원(주) 전자전연구소) ,  조제일 (국방과학연구소 제2기술연구본부) ,  이정훈 (국방과학연구소 제2기술연구본부)

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Effective jamming in electronic warfare depends on proper jamming technique selection and jamming parameter estimation. For this purpose, this paper proposes a new method of estimating jamming parameters using Gaussian kernel function networks. In the proposed approach, a new method of determining t...

주제어

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문제 정의

  • 뿐만 아니라 GKFN 모형은 높은 비선형성을 가진 비모수적 추정방법일 뿐 아니라 커널 함수의 국소 성(Locality)을 통한 증분 학습에도 적합하기 때문에 확장성 또한 뛰어난 것으로 알려졌다[4,5,8]. 기존의 GKFN의 파라미터를 학습하는 방법으로 [5]에서 효율적인 방법을 제시하고 있지만, 본 논문에서는 입력 값의 각 차원에 따른 분산을 고려한 Mahalanobis 거리를 사용한 GKFN을 제시하고, 출력 값에 근거한 입력공간의 군집화를 이용한 새로운 학습 알고리즘을 제시하고자 한다. 데이터의 각 차원의 분산 값을 이용한 GKFN은 다음과 같다 :
  • 본 논문에서는 이를 해결하기 위한 방법으로 방사체로부터 수집되는 레이더 신호 패턴에 따라 적절한 특징을 추출하고, 그 특징을 입력 값으로 사용하여 재밍 파라미터 값을 출력하는 임의의 비선형 함수를 근사하는 방법을 제공하고자 한다. 이와 관련하여 본 논문에서 제시하는 재밍 파라미터 추정의 과정은 Fig.
  • . 본 연구는 전자전 분야에서 다양한 레이더 신호 분석(항공기, 선박 등)을 통해, 유효한 재밍 신호를 발생하기 위한 파라미터를 자율적으로 추정하는 효과적인 방법론을 구현하고자 한다. 이와 관련된 기능을 수행하기 위하여, 레이더를 이용하여 방사체의 특성들로부터 적절한 재밍 파라미터를 추정하는 부분에 있어서 우수한 성능을 갖추는 것이 전자전에서 매우 중요하다.
  • 본 연구에서 대상 위협에 유효한 재밍 기법 및 신호 추정에 대해 현재 전자전 전문가의 경험적 판단에 의존하는 환경에서, 신뢰성 있는 대량의 데이터를 사용하여 수학적 모델을 통해 재밍 기법 및 신호를 추정 할 수 있는 알고리즘을 제시하였다. 본 연구의 방법론으로서 레이더 패턴으로부터 재밍 파라미터를 추정하기 위하여 가우스 요소함수 망(Gaussian Kernel Function Network, GKFN)의 최적화 및 학습 알고리즘을 제시하였고, 실험을 통하여 제안된 방법이 매우 효과적임을 보였다.
  • 본 연구에서 주어진 레이더 패턴은 PDW(Pulse Description Word)형태의 데이터 단위를 사용하는데, PDW의 리스트에는 ToA(Time of Arrival), AoA(Angle of Arrival), Frequency, FMOP(Frequency Modulation On Pulse), PW(Pulse Width), PA(Pulse Amplitude), PRI(Pulse Repetition Interval) 등으로 구성되어 있다. 이 중 해당 방사체가 사용하는 주파수 대역인 Frequency와 방사체가 운용하는 Pulse의 시간간격인 PRI, 그리고 Pulse의 폭을 나타내는 PW 수치의 3차원 입력벡터와 재밍 파라미터 사이의 함수 관계를 근사하고자 한다. 미지의 비선형 함수를 근사하는 모델로 방사 기저함수 네트워크(Radial Basis Function Network, RBFN)의 하나인 GKFN을 사용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전자전에서의 중요한 요소는? 현대전에서는 전자전(EW: Electronic Warfare)이 전쟁의 승패를 좌우하는 매우 중요한 요인이 되고 있으며 전자전에서는 특히 실시간 및 정확한 정보처리가 필수적인 요소로 부각되고 있다[1,2]. 본 연구는 전자전 분야에서 다양한 레이더 신호 분석(항공기, 선박 등)을 통해, 유효한 재밍 신호를 발생하기 위한 파라미터를 자율적으로 추정하는 효과적인 방법론을 구현하고자 한다.
기존의 재밍 파라미터를 추정하는 방법은 어떻게 이루어졌나? 이와 관련된 기능을 수행하기 위하여, 레이더를 이용하여 방사체의 특성들로부터 적절한 재밍 파라미터를 추정하는 부분에 있어서 우수한 성능을 갖추는 것이 전자전에서 매우 중요하다. 기존의 재밍 파라미터를 추정하는 방법은 상대측 레이더 신호로부터 적절한 특성들을 추출하여, 어떤 재밍 파라미터가 효과적인지에 대하여 전자전 관련 전문가가 데이터베이스(DB)에 저장되어있는 데이터를 바탕으로 경험적으로 선정하는 방식으로 이루어졌다. 이러한 방법의 수행을 위해서는 전자전 분야의 뛰어난 전문가가 필요할 뿐 아니라, 전자전 장비의 운용 중 신규 신호를 수신하여 실시간으로 수행되어야할 재밍의 특성상 촌각을 다투는 상황에서 전문가의 분석 및 재밍 파라미터 추정을 수행하는 것은 대단히 비효율적이다.
기존의 재밍 파라미터를 추정하는 방법이 비효율적인 이유는? 기존의 재밍 파라미터를 추정하는 방법은 상대측 레이더 신호로부터 적절한 특성들을 추출하여, 어떤 재밍 파라미터가 효과적인지에 대하여 전자전 관련 전문가가 데이터베이스(DB)에 저장되어있는 데이터를 바탕으로 경험적으로 선정하는 방식으로 이루어졌다. 이러한 방법의 수행을 위해서는 전자전 분야의 뛰어난 전문가가 필요할 뿐 아니라, 전자전 장비의 운용 중 신규 신호를 수신하여 실시간으로 수행되어야할 재밍의 특성상 촌각을 다투는 상황에서 전문가의 분석 및 재밍 파라미터 추정을 수행하는 것은 대단히 비효율적이다. 또한 탐지된 레이더 신호가 기존에 탐지된 적 없는 즉, 데이터베이스에 존재하지 않는 신호인 경우 재밍 파라미터 회귀 자체가 불가능하다.
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참고문헌 (12)

  1. D. Schleher, "Introduction to Electronic Warfare," Eaton Corp, AIL Div., Deer Park, NY, 1986. 

  2. D. Schleher, "Electronic Warfare in the Information Age," Artech House Publishers, 1999. 

  3. S. Lee, H. Bae, R. Kil, and C. Jo, "Classification of the Trained and Untrained Emitter Types based on Class Probability Output Networks," Neurocomputing, Vol. 248, pp. 67-75, 2017. 

  4. S. Lee and R. Kil, “A Gaussian Potential Function Network with Hierarchically Self-Organizing Learning,” Neural Networks, Vol. 4, No. 2, pp. 207-224, 1991. 

  5. R. Kil, “Function Approximation based on a Network with Kernel Functions of Bounds and Locality: an Approach of Non-Parametric Estimation,” ETRI Journal, Vol. 15, No. 2, pp. 35-51, 1993. 

  6. R. Wiley, "ELINT: The Interception and Analysis of Radar Signals," Artech House Publishers, 2006. 

  7. M. D. Buhmann, "Radial Basis Functions: Theory and Implementations," Volume 12, Cambridge University Press, 2013. 

  8. E. Parzen, "On the Estimation of a Probability Density Function and Mode," Annals of Mathematical Statistics, Vol. 33, pp. 1065-1076, 1962. 

  9. T. Hwang, "Combination of Gaussian Kernel Function Networks for Traffic Flow Prediction," Sungkyunkwan University, Thesis, 2018. 

  10. E. Brochu, V. M. Cora, N. Freitas, "A Tutorial on Bayesian Optimization of Expensive Cost Functions, with Application to Active User Modeling and Hierarchical Reinforcement Learning," eprint arXiv: 1012.2599, arXiv.org, 2010. 

  11. J. Snoek, H. Larochelle, R. P. Adams, "Practical Bayesian Optimization of Machine Learning Algorithm," eprint arXiv:1021.2599, arXiv.org, 2012. 

  12. Pedregosa, F. et al., "Scikit-Learn: Machine Learning in Python," Journal of Machine Learning Research, Vol. 12, pp. 2825-2830, 2011. 

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