ESPRIT 기반 실시간 DoA 측위 시스템의 FPGA 구현 및 검증
FPGA Implementation and Real-Time Verification of an ESPRIT-Based Real-Time DoA Positioning System
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초록
본 논문에서는 ESPRIT 알고리즘을 기반으로 스냅샷 수 조정을 통해 각도 분해능을 향상시킨 실시간 DoA 측위 시스템을 FPGA 기반으로 구현하고, 검증 플랫폼을 통해 실시간 동작 가능성을 확인하였다. 구현된 DoA 측위 시스템은 PCIe 인터페이스를 포함한 FPGA에 통합 구현되어 간단한구조의 실시간 검증용 testbed로 구성되었으며, FPGA와 결합된 USRP 기반 RF 신호 수신 testbed 실험을 통해 제안한 시스템의 실시간 DoA 추정가능성과 하드웨어 기반 처리 구조의 안정적인 동작을 검증하였다. 또한 제안하는 ESPRIT은 약 0.06° 수준의 각도 분해능을 가지며, 이를 토대로목표물과의 거리가 1 km인 환경에서도 0.54 m의 원형오차확률(CEP)을 달성할 수 있음을 확인하였다. 본 연구는 ESPRIT 기반 고정밀 실시간DoA 측위 시스템의 구현 가능성을 제시하며, 다양한 RF 기반 고정밀 측위 응용 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
Abstract
In this paper, a real-time DoA localization system based on the ESPRIT algorithm is implemented on an FPGAby improving angular resolution through adjustment of the number of snapshots, and real-time operational feasibilityis confirmed through a verification platform. The implemented DoA localization system is integrated into an FPGAincluding a PCIe interface and is configured as a real-time verification testbed with a simple structure, and throughUSRP-based RF signal reception testbed experiments combined with the FPGA, the real-time DoA estimationcapability of the proposed system and the stable operation of the hardware-based processing structure areverified. In addition, the proposed ESPRIT has an angular resolution of approximately 0.06°, and based on this, itis confirmed that a Circular Error Probable (CEP) of 0.54 m can be achieved even in an environment where thedistance to the target is 1 km. This study presents the feasibility of implementing a high-precision real-timeESPRIT-based DoA localization system and is expected to be applicable to various RF-based high-precisionlocalization application fields.