The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science (한국전자파학회논문지)

The Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science (한국전자파학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Direct Position Determination Method with Improved Accuracy for Estimating Static Source Position

고정 신호원의 위치 추정을 위한 직접 위치 결정 기법의 정확도 향상 방법

  • Lim, Jaehyuk (Department of Computer and Communication Engineering, Korea University) ;
  • Lee, Seungjin (Department of Computer and Communication Engineering, Korea University) ;
  • Song, Jong-In (School of Electronic Engineering and Computer Science, Gwangju Institute of Science and Technology) ;
  • Chung, Wonzoo (Department of Computer and Communication Engineering, Korea University) ;
  • Lee, Jaehoon (Department of Computer and Communication Engineering, Korea University)
  • 임재혁 (고려대학교 컴퓨터전파통신공학과) ;
  • 이승진 (고려대학교 컴퓨터전파통신공학과) ;
  • 송종인 (광주과학기술원 전기전자컴퓨터공학부) ;
  • 정원주 (고려대학교 컴퓨터전파통신공학과) ;
  • 이재훈 (고려대학교 컴퓨터전파통신공학과)
  • Received : 2018.09.17
  • Accepted : 2018.11.08
  • Published : 2018.11.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

In this paper, an improved method of estimating static source location is proposed based on the direct position determination(DPD) method, which estimates a source position directly using received signals. When the source position is estimated using the conventional DPD method, the estimation accuracy and error depend on a pair of receivers: a reference receiver and one of the multiple moving receivers. Based on this, the weighting values of the estimating source location were obtained using the covariance matrix for the pair of receivers($S_1$, $S_{2i}$) and applied to the DPD algorithm. Finally, the source position was estimated using the proposed DPD algorithm, and it was verified that the estimation accuracy improved, compared to the conventional DPD algorithm.

본 논문에서는 신호원의 수신 신호 정보를 이용하여 직접 신호원 위치를 추정하는 DPD(Direct Position Determination) 기법을 기반으로 향상된 고정신호원 위치 추정 기법을 제안한다. 기존의 DPD 기법을 이용하여 위치 추정을 할 때, 기준 수신기와 다중 이동 수신기 쌍의 선택 방법에 따라 위치 추정 정확도 및 추정오차의 경향이 다르게 나타난다. 이러한 사실을 바탕으로, 각 수신기 쌍에서의 공분산행렬을 이용하여 신호원 위치 추정의 가중치를 얻었으며, DPD 기법에 적용하였다. 마지막으로 제안된 DPD 기법을 이용하여 신호원 위치를 추정하였으며, 기존 DPD 기법과 비교하여 추정 정확도가 향상됨을 확인하였다.

Keywords

JJPHCH_2018_v29n11_884_f0001.png 이미지

그림 1. 고정신호원 및 수신기 S1, S2i의 배치도 Fig. 1. The geometry of static source and receivers S1, S2i.

JJPHCH_2018_v29n11_884_f0002.png 이미지

그림 2. DPD 기법을 이용한 수신기쌍(S1, S2i)에 따른 고정신호원 위치 추정 결과 Fig. 2. Estimated results for static source position using DPD algorithm with respect to (S1, S2i).

JJPHCH_2018_v29n11_884_f0003.png 이미지

그림 3. 추정한 신호원의 위치 (x0i, y0i)에 따른 공분산행렬 Cxy 기반으로한 Pe % 신뢰도 타원 Fig. 3. The Pe %-confidence ellipse based on covariance matrix, Cxy, for estimated source's position (x0i, y0i).

JJPHCH_2018_v29n11_884_f0004.png 이미지

그림 4. 제안한 DPD 기법을 이용한 고정신호원 위치 추정 알고리즘 순서도 Fig. 4. Flowchart of the proposed DPD algorithm to estimatie static source location.

JJPHCH_2018_v29n11_884_f0005.png 이미지

그림 5. 이동수신기 개수에 따른 기존 DPD 및 가중치를 이용한 DPD 기법을 이용한 고정신호원 위치 추정 RMSE 결과 Fig. 5. RMSE results of position estimation for static source location using conventional and weighted DPD with respect to the number of moving receiver.

JJPHCH_2018_v29n11_884_f0006.png 이미지

그림 6. SNR 값에 따른 기존 DPD 및 가중치를 이용한 DPD 기법을 이용한 고정신호원 위치 추정 RMSE 결과 Fig. 6. RMSE results of position estimation for static source location using conventional and weighted DPD with respect to the value of SNR.

표 1. 고정 신호원 및 수신기단의 위치 및 속도 Table 1. Positions and velocities of static source and receivers.

JJPHCH_2018_v29n11_884_t0001.png 이미지

표 2. 고정 신호원 및 수신기단의 위치 및 속도 Table 2. Positions and velocities of source and receivers.

JJPHCH_2018_v29n11_884_t0002.png 이미지

References

  1. A. E. Spezio, "Electronic warfare systems," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 50, no. 3, pp. 633-644, Mar. 2002. https://doi.org/10.1109/22.989948
  2. S. Stein, "Differential delay/Doppler ML estimation with unknown signals," IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 41, no. 8, pp. 2717-2719, Aug. 1993. https://doi.org/10.1109/78.229901
  3. A. Yeredor, E. Angel, "Joint TDOA and FDOA estimation: A conditional bound and its use for optimally weighted localization," IEEE Transactions on Signal Process, vol. 59, no. 4, pp. 1612-1623, Apr. 2011. https://doi.org/10.1109/TSP.2010.2103069
  4. Y. T. Chan, K. C. Ho, "A simple and efficient estimator for hyperbolic location," IEEE Transactions on Signal Process, vol. 42, no. 8, pp. 1905-1915, 1994. https://doi.org/10.1109/78.301830
  5. 김용희, 김동규, 한진우, 송규하, 김형남 "TDOA/FDOA 정보를 이용한 Gauss-Newton 기법 기반의 이동 신호원 위치 및 속도 추정 방법과 성능 분석, 전자공학회논문지, 50(6), pp. 62-71, 2013년 6월. https://doi.org/10.5573/ieek.2013.50.6.062
  6. C. Steffes, M. Oispuu, "Direct position determination for TDOA-based single sensor localization," Journal of Advances in Information Fusion, vol. 11, no. 2, Dec. 2016.