REMI Lab강의 노트

Radar Signal Processing R15

15장 시간-주파수 해석과 micro-Doppler

윈도우 길이의 트레이드오프와 Gabor 변환

윈도우 길이를 어떻게 정하는가? 윈도우 하나는 길이 N/fsN/f_s의 시간을 덮고, 그 DFT의 bin 간격은 fs/Nf_s/N이다.

Δt=Nfs,Δf=fsN,Δt Δf=1\Delta t=\frac{N}{f_s},\qquad \Delta f=\frac{f_s}{N},\qquad \Delta t\,\Delta f=1

두 값의 곱이 일정하므로 하나를 줄이면 다른 하나가 는다. 짧은 윈도우는 주파수가 언제 바뀌었는지를 잘 잡지만 가까운 두 주파수를 가르지 못한다. 긴 윈도우는 그 반대이고, 윈도우 안에서 주파수가 바뀌면 그것을 한데 섞는다. 윈도우로 Gauss 함수를 쓰면 시간 폭과 주파수 폭의 곱이 가장 작아진다. Gauss 윈도우를 쓴 STFT를 Gabor 변환이라 한다.

그림은 앞 절의 그림에서 윈도우 길이를 32샘플로 바꾼 것이다. 버튼으로 NN을 바꾸면 ①의 윈도우 띠가 짧아지거나 길어지고, ②의 피크가 그만큼 넓어지거나 좁아지며, ③에서 번짐이 주파수 쪽과 시간 쪽 사이를 옮겨 간다.

앞 절과 같은 시험 신호이고, 윈도우를 옮기는 간격(hop 크기)은 N과 관계없이 32샘플이다.

해 보기

  1. 윈도우가 32샘플이면 chirp와 두 톤이 각각 어떻게 보이는지 확인하라.
    관찰

    Δt=16\Delta t=16 ms, Δf=62.5\Delta f=62.5 Hz이다. ③에서 chirp의 기울기가 또렷하지만, ②에서 60 Hz 떨어진 두 톤이 250.0 Hz의 넓은 피크 하나로 섞인다.

  2. 윈도우가 512샘플이면 두 톤이 어떻게 보이는지 확인하라.
    관찰

    Δf=3.91\Delta f=3.91 Hz이고, ②의 피크가 좁아져 두 톤이 199.2 Hz와 261.7 Hz에 또렷이 갈린다.

  3. 512샘플 윈도우가 chirp 구간에 놓이면 스펙트럼이 어떻게 되는지 확인하라.
    관찰

    윈도우 하나가 256 ms이고 chirp는 그동안 205 Hz를 쓸고 지나가므로, ②의 피크가 253.9 Hz 둘레로 넓게 퍼지고 ③의 chirp가 넓은 띠로 번진다.