Fast Preprocessing Technique based on High-Pass Filtering for Spool Rate Extraction of Weak JEM Signals

약한 제트 엔진 변조 신호의 Spool Rate 추출을 위한 High-Pass Filtering 기반의 빠른 전처리 기법

Abstract

Jet engine modulation(JEM) signals are widely used for target recognition. These signals coming from a potentially hostile aircraft provide specific information about the jet engine. In order to obtain the number of blades, which is uniquely provided by the JEM signal, one must extract the spool rate, which is the rotation speed of the blades. In this paper, we propose an algorithm to extract the spool rate from a weak JEM signal. A criterion is developed to extract the spool rate from the JEM signal by analyzing the intensity of the JEM signal component. The weak signal is first subjected to a high-pass filtering-based process, which modifies it to facilitate spool rate extraction. We then apply a peak detection process and extract the spool rate. The technique is simpler than the existing CEMD or WD method, is accurate, and greatly reduces the time required.

제트 엔진 변조(jet engine modulation: JEM) 신호는 제트 엔진 고유의 정보를 제공하기 때문에 표적 인식 분야에서 널리 이용된다. JEM 신호의 고유 정보인 날개 수를 얻기 위해서는 날개의 회전 속도, spool rate를 추출하는 것이 중요하다. 하지만 약한 JEM 신호에서는 회전 속도를 추출하는데 어려움을 겪는다. 이에 본 논문에서는 약한 JEM 신호에서 spool rate를 추출하는 알고리즘을 제안한다. 우선 JEM 신호에서 spool rate를 추출하기 위해서 JEM 신호 성분의 강약을 구분하는 기준을 정하여 신호를 구분한다. 그 중 약한 신호를 high-pass filtering 기반의 전처리 과정을 거쳐 spool rate 추출에 용의하도록 신호를 변형해준다. Spool rate를 추출할 수 있는 신호를 얻고 난 후, peak detection 과정을 통하여 spool peak를 찾고, spool period/rate를 추출한다. 기존의 CEMD(Complex Empirical Mode Decomposition), WD(Wavelet Decomposition)와 같은 방법보다 간단하기 때문에, 추출을 정확하게 할 뿐만 아니라 시간을 매우 절약할 수 있음을 입증하였다.

그림 1. JEM 신호의 자기상관도 Fig. 1. Autocorrelation of JEM signals.

그림 2. 자기상관도 평균값의 histogram Fig. 2. Histograms of mean of autocorrelation.

그림 3. 제안하는 알고리즘의 흐름도 Fig. 3. Flowchart of the proposed algorithm.

그림 5. Filtering 전후의 normalized 스펙트럼 Fig. 5. Normalized spectrum before filtering and after filtering.

그림 6. 제작된 제트 엔진 모델 Fig. 6. Fabricated jet engine model.

그림 7. Spool peak 탐지 결과 - 모델 A Fig. 7. Results of spool peak detection - model A.

그림 8. Spool peak 탐지 결과 - 모델 B Fig. 8. Results of spool peak detection - model B.

그림 4. JEM 신호 및 analytic 신호의 스펙트럼 Fig. 4. Spectrum of JEM signal and analytic signal.

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

표 2. Spool rate 추출 결과 Table 2. Spool rate extraction result.

표 3. 전처리 과정 소요 시간 Table 3. Processing time of pre-processing.

표 4. 전처리 과정 소요 시간 Table 4. Processing time of pre-processing.