항공기나 위성에 탑재되어 지표면의 영상을 획득하기 위한 합성 개구 레이더의 영상 분해능은 거리 방향 분해능(Range Resolution)과 이에 수직한 방향의 분해능(Azimuth Resolution)으로 구분할 수 있다. 레이더 센서를 이용한 영상의 해상도를 향상시키기 위해서는 신호처리를 위한 첩 펄스를 광대역화 할 필요가 있으며, 본 논문에서는 고해상도의 영상을 획득 할 수 있는 디지털 첩 펄스 발생기를 설계하였다. 디지털 첩 펄스 발생기는 크게 AWG방식과 DDS방식으로 구분할 수 있으며 본 연구에서는 DDS방식의 첩 펄스 발생기로 선형 주파수 변조(LFM) 파를 발생시키는 300MHz 대역의 광대역 디지털 첩 펄스 발생기를 개발하였다. 개발된 첩 펄스 발생기는 거리 방향 분해능이 50cm 이상 되는 고해상도 영상 레이더 시스템을 구현할 수 있는 성능을 가진다.
도플러 처리(Doppler processing) 기능은 잔류(residue) 클러터(clutter)의 제거뿐만 아니라 위상정합누적(coherent integration)을 수행하므로, 펄스 도플러 레이더에 있어서 가장 핵심적인 역할을 수행한다. 디지털 신호처리기(DSP : digital signal processor)의 성능향상과 더불어 DSP를 이용한 구현이 점점 일반화 되어가고 있다. 도플러 처리기가 입력신호를 실시간으로 처리하기 위해서는, 다중 DSP를 이용한 병렬처리 개념이 일반적으로 사용되어야 한다. 본 논문에서는 아날로그 디바이스사의 ADSP21060 8개를 탑재한 Morocco-2 보드를 사용하여 MTI(moving target indicator)필터, 도플러 필터뱅크(DFB : Doppler filter bank) 및 제곱검출기(square-law detector) 등으로 구성된 프로그램 가능한 구조의 도플러 처리기를 구성하였다. 위상정합처리구간(CPI : coherent processing interval) 동안 수신된 입력데이터의 분배(distribution)시간, 출력데이터의 전송(transfer)시간 및 알고리즘 수행에 소요되는 연산시간 등을 수식으로 표현하여, 전체 처리시간과 도플러 처리기 구현에 소요되는 DSP의 수를 예측하였다. 또한 레이더 운용에 필요한 각종 타이밍신호 및 모의 표적신호를 발생할 수 있는 TSG(timing signal generator)를 이용하여 도플러 처리기의 실시간 연산기능을 확인하였다.
레이더 신호처리론 포함하여 무선통신 시스템의 성능향상을 위한 수신신호의 도래방향 추정기술 중, MUSIC과 ESPRIT와 같은 방법들은 수신신호 벡터로부터 얻어진 상관행렬의 고유치 분해를 통하여 도래방향을 정도 높게 추정할 수 있는 초고분해 알고리즘들로 잘 이용되어 왔다. 그러나, 이러한 방법들은 계산의 복잡성으로 인하여 실시간 처리에 장애가 되어 왔으며, 어레이 안테나의 물리적인 결함에 대한 보정을 요구한다. 이에 대한 해결방법으로서 신경망 모델을 이용한 도래방향 추정방법들이 연구되어 왔으나, 복수의 신호가 존재할 경우 신경망 모델에 대한 대규모 학습량을 요구하고, 실시간 처리가능성에 대한 명확한 해를 제공하지 못한다. 본 연구에서는 상호결합형 신경망 모델을 이용하여 도래방향을 추정하기 위한 방법을 제안하고, 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 실시간 처리가능성을 보여주었으며, 제안된 방법이 MUSIC 보다 더 좋은 추정치를 제공한다. 게다가, 제안된 방법은 대규모 학습을 요구하지 않는다. 즉, 도래방향을 추정하기 전에 상호결합계수를 신경망에 할당할 뿐이다.
신호의 표현과 압축은 밀접하게 연관되어 있다. 만약 매우 효과적인 신호 표현 방식을 찾을 수 있다면 매우 높은 비율로 신호 압축이 가능하다. 또한 효과적인 신호 표현 방식을 통해 우수한 성능과 낮은 복잡도를 갖는 신호 추정 방식을 유도할 수도 있다. 효과적인 신호 표현 방식은 대상 신호 자체의 성질과 관련되어 있다. 영상 신호등 매우 일반적인 신호가 적절한 변환을 통해 산재된 신호(sparse signal)가 될 수 있음을 많은 연구를 통해 볼 수 있다. 이러한 사실이 compressive sensing(CS)의 기반이다. 즉 신호가 어떠한 변환을 통해 산재된 신호로 표현될 수 있다면 매우 적은 수의 샘플로 이러한 신호를 알아낼 수 있다는 것을 Donoho와 Candes 등이 보였고 이것이 가능한 다양한 조건에 등에 대해 연구되었다. CS는 신호 처리에 근본적인 문제인 효과적인 신호 표현 방식에 직접 연관되어 매우 다양한 분야에 적용될 수 있다. 이 논문에서 CS의 기본적인 개념을 소개한 후 CS가 레이더 신호 처리에 어떻게 도움이 될 수 있는지 살펴본다.
본 논문은 레이더 시스템에서 추적 제적을 갱신하기 위해서 측정값을 할당할 때의 관계를 결합 행렬식으로 표현하여 찾는 최적기법을 연구한다. 이를 위하여 클러터의 분포를 Gibbs의 분포로 가정하고서 마코프 랜덤필드를 이용하여 관계식을 유도하였다. 유도된 식은 MAP 추정기 형태를 갖고 이를 계산하기 위하여 제한사항을 고려한 Lagranglan 방법을 사용하였다.
최근 의료기기의 디지털화와 더불어 IT 기술의 융복합화에 따라 다양한 의료기기들이 등장하고 있다. 특히 의료분야에서 발생하는 파형을 디지털화 시킴으로써 컴퓨터 등과 같은 기기를 통하여 정확한 분석이 가능하며 장기적으로 보관이 가능하다. 또한 디지털 파형의 포맷 규격을 정형화 함으로써 HL7 이나 DICOM 과 같이 상호 호환성, 정보교환이 가능하다. 특히 ECG, EEG 등과 같은 파형들은 개개인의 건강정보를 분석하기 위해 필수적인 요소이다. 본 논문에서는 ISO/TS 11073-92001 규격으로 제정된 MFER (Medical waveform description Format Encoding Rules)를 기반으로 바이오 레이더 신호를 저장할 수 있는 모듈에 관하여 기술한다.
본 논문은 2단 스태거 펄스열을 사용하는 레이더 신호를 분리하는 전자전 장비의 알고리즘에 관한 연구이다. 일반적으로 레이더는 고정된 펄스열을 사용하였으나 최신 레이더들은 전자보호 기능을 강화하기 위해서 펄스열을 바꾸고 있다. 2단 스태거 펄스신호는 2가지의 펄스반복주기를 교대로 사용하여 레이더의 탐지 성능을 향상시키고 전자보호 능력을 향상시키는 좋은 방법이다. 종래에는 히스토그램 방법을 사용하여 스태거 신호를 식별하였으나, 본 논문에서는 펄스열의 2차 차분을 이용하는 방법으로 신호를 식별하였으며, 종래에 사용하던 방법과 비교해서 처리 속도가 매우 빠르다. 제안된 알고리즘은 2단 스태거 펄스열을 포함한 각종 펄스열을 분리하는 특성이 매우 양호하였다.
본 논문에서는 레이더용 다중채널 수신기를 제작하였다. 설계된 다중채널 수신기는 주파수 X-대역에서 8개의 동일 특성을 갖는 신호를 수신할 수 있으며, 80[dB]이상의 높은 수신 동적 특성을 갖는다. 또한 직접 수신처리를 위해 2개의 디지털복조처리기가 내장된 일체형이므로 수신경로의 손실을 최소화하였고, 자체점검 기능을 부여하여 시스템의 안정성을 확보하였다. 다중채널 수신기의 성능으로는 수신 잡음지수 19[dB], 수신이득 20${\pm}$2[dB], 수신 경로상의 크기와 위상 차이는 각각 ${\pm}$2[dB], $10^{\circ}$이하를 갖는다.
본 연구는 PPI Scop 레이더 장치에서 수신된 정보신호 중 영상신호 분리와 합성과정을 거쳐 영상신호 생성, 심볼생성, 양성 잔상 신호 생성 결합 처리 과정을 거쳐 레이더 정보 분석용 화면에서 운영자의 판별 용이성, 가독성 향상과 더불어 운영 편리성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 기술적 구현방안에 대하여 2가지 형태로 연구하였다. 첫째, FPGA기반 고속 프로세스 정보처리 연산시스템으로 구성된 하드웨어 자원을 이용하여 시스템의 고속화 안정성을 갖추도록 하였다. 둘째, 소프트웨어 자원인 함수곡선 알고리즘과 지능화된 알고리즘을 연계 구현하여 레이더 정보, 분석 시스템에서 필요한 제약요건을 충족할 수 있도록 연구하였다. 기존의 레이더 시스템에서 구현이 불가능 하였던 프레임 단위 영상데이터 분석을 위해 영상캡처와 저장, 레이더 정보 표출 영상을 MPEG4 동영상으로 저장을 할 수 있도록 하였다. 연구의 핵심은 영상 양성 처리 함수곡선 알고리즘을 통해 육안판별에서 관찰 목표물, 특정 감시 대상물체 정보를 강조, 지연표출 및 색상 표현도 할 수 있도록 하였다. 고속 FPGA기반에 탑재된 ARM Processor Support in Pro ASIC3 적용하여 지능화된 알고리을 부분적으로 탑재시켜 시스템의 신뢰성과 효율 제고로 운영자 정보판독 가독성 향상은 물론 최적화된 고해상도 영상, 고속의 정보 분석 및 다양한 정보 표출을 유지할 수 있도록 구현하였다.
본 논문에서는 최소의 하드웨어 요구사항으로 위성탑재용 고해상도 SAR의 광 대역 신호 생성 및 처리를 위한 스티칭(Chirp Stitching) 알고리듬과 이의 구현에 적합한 송.수신 부를 제안한다. 송신 부는 두 개의 협 대역 신호를 발생한 후 스티칭 기법을 사용, 협 대역보다 두 배의 주파수 대역폭을 갖는 광 대역 신호를 생성하며 수신부는 광 대역 신호 처리에 요구되는 데이터 고속처리의 어려움을 해결하기 위하여 송신 부에서 이루어진 방법을 역으로 처리하는 방법, 즉 광 대역 신호를 두 개의 협 대역 신호로 분리하여 저속으로 데이터를 처리하는 세그멘테이션 방법을 적용한다. 시뮬레이션을 통하여 100 MHz의 대역폭을 갖는 신호를 생성, 처리하였고 성능을 평가함으로써 제안된 스티칭 알고리듬 및 송.수신부의 타당성을 입증하였다.부의 타당성을 입증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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