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

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Chopping Frequency Extraction of JEM Signal Using MUSIC Algorithm

MUSIC 알고리즘을 이용한 JEM 신호의 Chopping 주파수 추출

  • 송원영 (한국과학기술원 전기 및 전자공학부) ;
  • 김형주 (한국과학기술원 전기 및 전자공학부) ;
  • 김성태 (한화시스템) ;
  • 신인선 (한화시스템) ;
  • 명로훈 (한국과학기술원 전기 및 전자공학부)
  • Received : 2019.01.24
  • Accepted : 2019.03.08
  • Published : 2019.03.31
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Abstract

Jet engine modulation(JEM) signals are widely used in the field of target recognition along with high-range resolution profile and inverse synthetic aperture radar because they provide specific information of the jet engine. To obtain the number of blades of the jet engine, the chopping frequency proportional to the number of blades must be extracted. In the conventional chopping frequency extraction method, an initial threshold value is defined and a method of detecting the chopping peak is used. However, this detection method takes time depending on the signal due to repetitive detection. Thus, in this study, we proposed to extract the chopping frequency using MUltiple SIgnal Classification(MUSIC) algorithm. We applied the MUSIC algorithm to a given JEM signal to find the chopping frequency and determine the blade number candidates. We also applied the MUSIC algorithm to other chopping frequency extractions to determine the score of the candidate groups. Unlike the conventional detection algorithm, which requires repetitive frequency detection, MUSIC algorithm quickly detects the accurate chopping frequency and reduces the calculation time.

제트 엔진 변조(jet engine modulation: JEM) 신호는 제트 엔진 고유 정보인 날개 수를 제공하기 때문에 HRRP(High-Range Resolution Profile), ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar)와 함께 표적 인식 분야에서 널리 이용된다. 제트 엔진의 날개 수를 얻기 위해서는 날개 수에 비례하는 chopping 주파수를 추출하는 것이 중요하다. 기존의 chopping 주파수 추출 방법은 초기 문턱값(threshold)를 정의하고, 이를 줄여가며, chopping peak를 탐지하는 방법을 사용한다. 하지만 이러한 탐지 방법은 반복적 찾음에 따라 신호에 따라 시간이 많이 소요되는 단점을 가지고 있다. 이에 본 논문에서는 MUSIC(MUltiple SIgnal Classification) 알고리즘을 이용하여 chopping 주파수를 추출하는 것을 제안한다. 주어진 JEM 신호에 MUSIC 알고리즘을 적용하여 chopping 주파수를 찾아 날개 수 후보군을 정하고, 후보군들의 점수를 위한 다른 chopping 주파수 추출에도 MUSIC 알고리즘을 적용하도록 한다. 반복적으로 찾는 기존의 탐지 알고리즘과 달리, 한번에 찾아내기 때문에 정확한 chopping 주파수를 찾을 뿐만 아니라, 계산 시간도 줄일 수 있음을 입증하였다.

Keywords

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그림 1. JEM 신호의 스펙트럼 Fig. 1. Spectrum of JEM signal.

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그림 2. 기존 날개 개수 추출 알고리즘의 간략 흐름도 Fig. 2. Simple flowchart of the conventional blade number extraction algorithm.

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그림 3. 기존 peak 탐지 알고리즘 간략 흐름도 Fig. 3. Simple flowchart of the conventional peak detection algorithm.

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그림 4. MUSIC 알고리즘을 이용하는 수정된 날개 개수 추출 알고리즘 Fig. 4. Flowchart of the modified blade number extraction algorithm with MUSIC algorithm.

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그림 5. 제작된 제트 엔진 모델 Fig. 5. Fabricated jet engine model.

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그림 6. MUSIC 알고리즘을 이용한 chopping 주파수 추출 결과 Fig. 6. Chopping frequency extraction result using MUSIC algorithm.

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그림 7. SNR에 따른 정확도 비교 Fig. 7. Accuracy comparison according to SNR.

표 1. 제트 엔진 모델 및 측정 파라미터 정보 Table 1. Information on the jet engine model and measurement parameters.

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표 2. 크기가 가장 큰 chopping 주파수 추출 결과 Table 2. Result of chopping frequency extraction with maximum amplitude.

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표 3. 날개 수 추출 결과 Table 3. Spool rate extraction result.

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표 4. Chopping 주파수/날개 수 추출 계산 시간 Table 4. Processing time for chopping frequency extraction.

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