KR0164415B1 - 레이다 시스템의 저속이동 클러터 제거방법 및 이에 적합한 장치 - Google Patents

레이다 시스템의 저속이동 클러터 제거방법 및 이에 적합한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이다의 광범위한 사용분야에서 빠르게 이동하는 표적만을 정확하게 탐지하는 데에 유용하게 적용된다.
본 발명은 이동형 시스템의 이동방향과 일직선(L)이 이루는 각(θ)을 입력받아 기준신호에 대한 위상을 검출한 후 이동형 시스템의 속도성분(V1)과 승산하여 이동형 시스템의 자체 움직임에 대한 보정성분을 출력하는 제1단계; 이동형 시스템의 이동방향과 일직선(L)이 이루는 각(θ)과, 이동형 시스템의 이동방향각(Φ)과, 저속이동 클러터의 이동방향각(α)을 입력받아 삼각함수 변환을 수행한 후 저속이동 클러터를 제거하기 위한 소정의 연산을 수행하는 제2단계; 저속이동 클러터의 속도성분(V2)과 제2단계에서 연산된 소정값을 승산하여 저속이동 클러터에 대한 자체 움직임에 대한 보정성분을 출력하는 제3단계; 및 제1단계의 출력과 제3단계의 출력을 합산하여 저속이동 클러터에 대한 보정성분을 출력하는 제4단계를 포함한다.
따라서, 본 발명은 이동형 시스템의 속도와 방향 및 저속으로 이동하는 클러터의 속도와 방향을 측정하여 두 물체의 속도를 보상함으로써 이동표적들을 정확하게 탐지할 수 있다.

Description

레이다 시스템의 저속이동 클러터 제거방법 및 이에 적합한 장치
제1도는 일반적인 레이다 시스템의 구성을 보인 블록도.
제2도는 레이다를 탑재한 이동형 시스템과 저속으로 이동하는 클러터간의 속도보상원리를 설명하기 위한 도면.
제3a도는 본 발명에 의한 레이다 시스템의 저속이동 클러터 제거장치의 구성을 보인 블록도.
제3b도는 제3a도에 도시된 속도보상부의 구성을 보인 상세블록도.
본 발명은 레이다 시스템의 저속이동 클러터 제거방법 및 장치에 관한 것으로서 특히, 이동형 시스템에 탑재된 레이다에서 저속으로 이동하는 구름 또는 새 등 레이다의 목표로 하지 않는 이동물체(이하, 저속이동 클러터라 칭함)에 대한 영상을 속도보상회로를 통하여 제거하는 레이다 시스템의 저속이동 클러터 제거방법 및 장치에 관한 것이다.
레이다는 마이크로파를 사용하여 발사한 전파가 목표로 하는 물체에 닿아서 반사 귀환하는 것을 이용하여 물체의 방향, 거리를 측정하는 장치로서, 마이크로파의 펄스를 발사하여 스캐너의 날카로운 지향성에서 반사물체의 방향을 판정하여 전류의 왕복 시간으로 거리를 측정할 수 있으며, 레이다의 종류에는 선박용 레이다, 대공 레이다, 기상 레이다, 추미 레이다 등이 있다.
종래의 레이다 시스템은 용도에 따라 여러 가지의 기능을 가지고 있으며, 레이다에 의해서 감지된 표적을 레이다 전시기화면에 전시하는 방법은 크게 2가지로 대별된다. 즉, 레이다의 안테나에서 마이크로파를 발사한 후 주위의 물체로부터 반사되어온 신호를 전부 신호처리하여 고정영상비디오를 전시시키는 방법과, 레이다의 안테나에서 마이크로파를 발사한 후 반사되어온 신호중 고정물체로부터 반사되어온 신호는 제거하고, 이동물체에서 반사되어온 신호만을 처리하여 이동영상비디오를 전시하는 방법이 있다.
이동하는 차량에 탑재된 레이다 시스템은 마이크로파를 송신한 후 반사되어 오는 마이크로파를 수신하여 신호처리한 후 전시기에 나타내므로서 주위의 상황을 파악한다. 그러나, 최근에는 레이다 시스템의 사용욕구가 여러 가지 측면으로 다야화됨에 따라서 반드시 필요한 물체만을 탐지해야할 경우가 발생한다.
특히, 빠르게 이동하는 표적만을 정확하게 탐지해야 하는 경우에는 주변에 있는 고정물체를 제거해야 할 뿐만 아니라, 구름 또는 새 또는 풍선 등과 같이 천천히 이동하는 물체도 제거하여야 한다.
제1도는 종래의 레이다 시스템의 구성을 보인 블록도로서, 송신부(10)로부터 출력되는 신호를 입력받아 소정의 마이크로파를 발사하며 주변물체에서 반사되어오는 마이크로파를 수신하는 안테나(12)와, 안테나(12)로부터 출력되는 신호를 수신하는 수신부(14)와, 수신부(14)로부터 출력되는 신호를 입력받아 소정의 신호처리를 수행한 후 고정영상비디오(NON-MTI VIDEO) 또는 이동영상비디오(MTI VIDEO)를 출력하는 신호처리부(16)와, 신호처리부(16)로부터 출력되는 신호를 입력받아 디스플레이하는 전시부(18)를 포함한다.
제1도에 도시한 바와같이, 종래의 이동형 시스템에 탑재되어 사용하던 레이다는 고정물체 및 이동물체를 동시에 전시하거나 고정물체가 제거된 이동물체를 전시한다. 따라서, 관찰하고자 하는 이동표적들이 저속이동 클러터에 의해 감추어지게 되므로 원하는 이동표적을 탐지하기 못하는 경우가 발생하게 된다.
또한, 느리게 이동하는 물체들이 많이 존재하는 경우에는 레이다 전시기 화면전체가 저속이동 클러터에 의해 채워지므로서 운용자가 레이다 시스템을 효과적으로 이용할 수 없는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 상술한 바와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 이동형 시스템의 속도와 방향 및 저속이동 클러터의 속도와 방향을 입력하여 두 물체의 속도를 보상한 후 저속이동 클러터의 영상을 레이다 전시기에서 제거하는 레이다 시스템의 저속이동 클러터 제거방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 이동형 시스템에 탑재된 레이다 시스템에 속도보상회로를 추가하여 원하지 않는 저속이동 클러터를 제거하므로서 이동표적들을 정확하게 탐지하는 레이다 시스템의 저속이동 클러터 제거장치를 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 레이다 시스템의 저속이동 클러터 제거방법은 이동형 시스템의 속도성분이 V1이고 정북으로부터 이동방향각이 Φ이며, 저속이동 클러터의 속도성분이 V2이고 정남으로부터 이동방향각이 α이며, 이동형 시스템과 저속이동 클러터가 이루는 일직선을 L이라 하며, 이동형 시스템의 이동방향과 일직선(L)이 이루는 각을 θ라고 할 경우
이동형 시스템의 이동방향과 일직선(L)이 이루는 각(θ)을 입력받아 기준신호에 대한 위상을 검출한 후 이동형 시스템의 속도성분(V1)과 승산하여 이동형 시스템의 자체 움직임에 대한 보정성분을 출력하는 제1단계; 이동형 시스템의 이동방향과 일직선(L)이 이루는 각(θ)과, 이동형 시스템의 정북으로부터 이동방향각(Φ)과, 저속이동 클러터의 정남으로부터 이동방향각(α)을 입력받아 삼각함수 변환을 수행한 후 저속이동 클러터를 제거하기 위한 소정의 연산을 수행하는 제2단계; 저속이동 클러터의 속도성분(V2)과 제2단계에서 연산된 소정값을 승산하여 저속이동 클러터에 대한 자체 움직임에 대한 보정성분을 출력하는 제3단계; 및 제1단계의 출력과 제3단계의 출력을 합산하여 저속이동 클러터에 대한 보정성분을 출력하는 제4단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 레이다 시스템의 저속이동 클러터 제거장치는 송신부로부터 출력되는 신호를 입력받아 소정의 마이크로파를 전파하며 주변물체에서 반사되어오는 마이크로파를 수신하는 안테나; 안테나로부터 전송되는 신호를 수신하는 수신부; 수신부로부터 출력되는 신호를 입력받아 이동형 시스템의 속도성분(V1)과 이동방향각(Φ), 저속이동 클러터의 속도성분(V2)과 이동방향각(α), 이동형 시스템과 저속이동 클러터가 이루는 일직선(L), 이동형 시스템의 이동방향과 일직선(L)이 이루는 각(θ)을 사용하여 속도보상을 위한 소정의 연산을 수행하는 속도보상부; 속도보상부로부터 출력되는 신호를 입력받아 저속이동 클러터를 제거하기 위한 소정의 신호처리를 수행하여 신호처리부; 및 신호처리부로부터 출력되는 신호를 입력받아 디스플레이하는 전시부를 포함함을 특징으로 한다.
레이다 시스템의 저속이동 클러터 제거장치에 있어서 속도보상부는 이동형 시스템의 이동방향과 일직선(L)이 이루는 각(θ)을 사인/코사인 변환하는 제1사인/코사인 변환기; 제1사인/코사인 변환기로부터 출력되는 COSθ를 입력받아 기준신호에 대한 위상을 검출하는 위상검출기; 위상검출기로부터 출력되는 신호와 이동형 시스템의 속도성분(V1)을 승산하여 이동형 시스템의 자체 움직임에 대한 보정성분을 출력하는 제1승산기; 이동형 시스템의 이동방향각(Φ)에서 저속이동 클러터의 이동방향각(α)을 뺀 값을 사인/코사인 변환하는 제2사인/코사인 변환기; 제1사인/코사인 변환기에서 출력되는 SINθ와 제2사인/코사인 변환기에서 출력되는 SIN(Φ-α)를 승산하는 제2승산기; 제1사인/코사인 변환기에서 출력되는 COSθ와 제2사인/코사인 변환기에서 출력되는 COS(Φ-α)를 승산하는 제3승산기; 제2승산기의 출력에서 제3승산기의 출력을 감산하여 필터링하는 감산기; 감산기에서 출력되는 신호와 저속이동 클러터의 속도성분(V2)을 승산하여 저속이동 클러터의 자체 움직임에 대한 보정성분을 출력하는 제4승산기; 및 제1승산기의 출력과 제4승산기의 출력을 합산하여 신호처리부로 출력하는 합산기를 포함함이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 결부시켜 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
제2도는 레이다를 탑재한 이동형 시스템과 저속으로 이동하는 클러터 간의 속도보상원리를 설명하기 위한 도면으로서, 레이다를 탑재한 이동형 시스템(20)은 V1의 속도를 갖고 정북방향(N)으로부터 Φ방향으로 이동하며, 저속이동 클러터(22)는 V2의 속도를 갖고 정남방향(S)으로부터 α방향으로 이동하며, 이동형 시스템(20)과 저속이동 클러터(22)를 일직선으로 연결한 선을 L이라고 하며, 이동형 시스템(20)의 이동방향(22)과 일직선(L)이 이루는 각을 θ라 한다.
이동형 시스템(20)의 이동방향(Φ)은 이동형 시스템(20)에 설치된 방위계(COMPASS) 또는 자이로(GYRO)로부터 얻을 수 있고, 속도(V1)는 이동형 시스템(20)에 설치된 속도계(LOG)로부터 얻을 수 있으며, 제거하고자 하는 저속이동 클러터(22)의 이동방향(α)은 이동형 시스템(20)에 설치된 운용수판넬에 설치된 손잡이(knob)를 조절하여 얻을 수 있으며, θ는 레이다 시스템의 안테나 위치 검출기로부터 쉽게 구할 수 있다.
제3a도는 레이다를 탑재한 이동형 시스템(20)과 저속으로 이동하는 클러터(22)에 있어서 속도보상원리를 설명하기 위한 일실시예로서, 송신부(30)로부터 출력되는 신호를 입력받아 소정의 마이크로파를 전파하며 주변물체에서 반사되어오는 마이크로파를 수신하는 안테나(32)와 안테나(32)로부터 전송되는 신호를 수신하는 수신부(34)와, 수신부(34)로부터 출력되는 신호를 입력받아 이동형 시스템(20)의 속도(V1)와 방향(Φ) 및 저속이동 클러터(22)의 속도(V2)와 방향(α)을 입력하여 두 물체의 속도보상을 위한 소정의 연산을 수행하는 속도보상부(35)와, 속도보상부(35)로부터 출력되는 신호를 입력받아 저속이동 클러터(22)를 제거하기 위한 소정의 신호처리를 수행하여 신호처리(36)와, 신호처리부(36)로부터 출력되는 신호를 입력받아 디스플레이하는 전시부(38)를 구비한다.
제3b도는 제3a도에 도시된 속도보상부(35)의 구성을 보인 상세블록도로서, 이동형 시스템(20)의 이동방향과 일직선(L)이 이루는 각(θ)을 각각 사인/코사인 변환하는 제1사인/코사인 변환기(352,358); 제1코사인 변환기(352)로부터 출력되는 COSθ를 입력받아 기준신호에 대한 위상을 검출하는 위상검출기(354); 위상검출기(354)로부터 출력되는 신호와 이동형 시스템의 속도성분(V1)을 승산하여 이동형 시스템의 자체 움직임에 대한 보정성분을 출력하는 제1승산기(356); 이동형 시스템(20)의 이동방향각(Φ)에서 저속이동 클러터의 이동방향각(α)을 뺀 값(Φ-α)을 각각 사인/코사인 변환하는 제2사인/코사인 변환기(362,364); 제1코사인 변환기(358)에서 출력되는 SINθ와 제2사인 변환기(362)에서 출력되는 SIN(θ-α)를 승산하는 제2승산기(360); 제1코사인 변환기(352)에서 출력되는 COSθ와 제2코사인 변환기(364)에서 출력되는 COS(θ-α)를 승산하는 제3승산기(366); 제2승산기(360)의 출력에서 제3승산기(366)의 출력을 감산하는 감산기(368); 감산기의 출력을 필터링하는 필터(370); 필터(370)의 출력신호와 저속이동 클러터(22)의 속도성분(V2)을 승산하여 저속이동 클러터(22)의 자체 움직임에 대한 보정성분을 출력하는 제4승산기(372); 및 제1승산기(356)의 출력과 제4승산기(372)의 출력을 합산하여 신호처리부(35)로 출력하는 합산기(374)를 구비한다.
이동형 시스템(20)의 자체 움직임에 의해 보정되어야 할 성분(V1 x COSθ)은 이동형 시스템(20)의 자체속도(V1)에 이동형 시스템(20)의 이동방향과 일직선(L)이 이루는 각(θ)을 곱해 주어야 한다. 즉, 이동시스템(20)의 속도센서로부터 속도 V1을 받고, 레이다의 안테나(32)로부터 θ를 입력받아 위상검출기(354)와 제1승산기(356)을 통하여 구하면 된다.
또한, 저속이동 클러터의 보상성분(V2 x COS(θ+Φ-α)을 얻기 위해서는 저속이동 클러터(22)의 이동방향과 일직선(L)이 이루는 각(θ+Φ-α)에 코사인을 취하여 이동물체의 속도 V2를 곱하면 된다.
이동형 시스템(20)의 자체 움직임에 의해 보정되어야 할 성분(V1 x COSθ)과, 저속이동 클러터(22)의 보상성분(V2 x COS(θ + Φ - α))은 합산기(375)에서 가산되어 신호처리부(35)로 출력된다. 따라서, 제3B도와 같은 구성을 갖는 속도보상부(35)는 이동형 시스템(20)과 저속이동 클러터(22)의 일직선(L)상의 속도보상성분 데이터를 신호처리기(36)로 보냄으로써 저속이동 클러터의 영상이 제거된다.
이때, 사용하고자 하는 용도에 따라서 전시기에 고정물체와 이동물체를 동시에 전시시킬 수도 있고, 고정물체와 저속이동 클러터를 제거하고자 할 경우 운용자 조정판넬에 있는 속도 및 방향의 조정자를 조작하여 이동형 시스템(20)과 저속이동 클러터(22)의 속도를 보상하므로서 저속이동 클러터의 영상을 간단하게 제거할 수 있다.
상술한 바와같이 본 발명에 의한 레이다 시스템의 저속이동 클러터 제거장치는 이동형 시스템의 속도와 방향 및 저속이동 클러터의 속도와 방향을 입력받아 두 물체의 속도를 보상한 후 저속이동 클러터의 영상을 레이다 전시기에서 제거함으로써 이동표적들을 정확하게 탐지할 수 있다.

Claims (3)

  1. 이동형 시스템의 속도성분이 V1이고 정북으로부터 이동방향각이 Φ이며, 저속이동클러터의 속도성분이 V2이고 정남으로부터 이동방향각이 α이며, 상기 이동형 시스템과 상기 저속이동 클러터가 이루는 일직선을 L이라 하며, 상기 이동형 시스템의 이동방향과 상기 일직선(L)이 이루는 각을 θ라고 할 경우 레이다 시스템의 저속이동 클러터 제거방법에 있어서, 상기 이동형 시스템의 이동방향과 일직선(L)이 이루는 각(θ)을 입력받아 기준신호에 대한 위상을 검출한 후 상기 이동형 시스템의 속도성분(V1)과 승산하여 상기 이동형 시스템의 자체 움직임에 대한 보정성분을 출력하는 제1단계; 상기 이동형 시스템의 이동방향과 일직선(L)이 이루는 각(θ)과, 상기 이동형 시스템의 정북으로부터 이동방향각(Φ)과, 상기 저속이동 클러터의 정남으로부터 이동방향각(α)을 입력받아 삼각함수 변환을 수행한 후 저속이동 클러터를 제거하기 위한 소정의 연산을 수행하는 제2단계; 저속이동 클러터의 속도성분(V2)과 상기 제2단계에서 연산된 소정값을 승산하여 저속이동 클러터에 대한 자체 움직임에 대한 보정성분을 출력하는 제3단계; 및 상기 제1단계의 출력과 상기 제3단계의 출력을 합산하여 저속이동 클러터에 대한 보정성분을 출력하는 제4단계를 포함하여 레이다 시스템의 저속이동 클러터 제거방법.
  2. 송신부로부터 출력되는 신호를 입력받아 소정의 마이크로파를 전파하며 주변물체에서 반사되어오는 마이크로파를 수신하는 안테나; 상기 안테나로부터 전송되는 신호를 수신하는 수신부; 상기 수신부로부터 출력되는 신호를 입력받아 이동형 시스템의 속도성분(V1)과 이동방향각(Φ), 저속이동 클러터의 속도성분(V2)과 이동방향각(α), 이동형 시스템과 저속이동 클러터가 이루는 일직선(L), 이동형 시스템의 이동방향과 일직선(L)이 이루는 각(θ)을 사용하여 속도보상을 위한 소정의 연산을 수행하는 속도보상부; 상기 속도보상부로부터 출력되는 신호를 입력받아 저속이동 클러터를 제거하기 위한 소정의 신호처리를 수행하여 신호처리부; 및 상기 신호처리부로부터 출력되는 신호를 입력받아 디스플레이하는 전시부를 포함하는 레이다 시스템의 저속이동 클러터 제거장치.
  3. 제2항에 있어서, 속도보상부는 이동형 시스템의 이동방향과 일직선(L)이 이루는 각(θ)을 사인/코사인 변환하는 제1사인/코사인 변환기; 상기 제1사인/코사인 변환기로부터 출력되는 COSθ를 입력받아 기준신호에 대한 위상을 검출하는 위상검출기; 상기 위상검출기로부터 출력되는 신호와 이동형 시스템의 속도성분(V1)을 승산하여 이동형 시스템의 자체 움직임에 대한 보정성분을 출력하는 제1승산기; 이동형 시스템의 이동방향각(Φ)에서 저속이동 클러터의 이동방향각(α)을 뺀 값을 사인/코사인 변환하는 제2사인/코사인 변환기; 상기 제1사인/코사인 변환기에서 출력되는 SINθ와 상기 제2사인/코사인 변환기에서 출력되는 SIN(θ-α)를 승산하는 제2승산기; 상기 제1사인/코사인 변환기에서 출력되는 COSθ와 상기 제2사인/코사인 변환기에서 출력되는 COS(θ-α)를 승산하는 제3승산기; 상기 제2승산기의 출력에서 상기 제3승산기의 출력을 감산하여 필터링하는 감산기; 상기 감산기에서 출력되는 신호와 저속이동 클러터의 속도성분(V2)을 승산하여 저속이동 클러터의 자체 움직임에 대한 보정성분을 출력하는 제4승산기; 및 상기 제1승산기의 출력과 상기 제4승산기의 출력을 합산하여 상기 신호처리부로 출력하는 합산기를 포함하는 레이다 시스템의 저속이동 클러터 제거장치.
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WO2018135754A1 (ko) * 2017-01-18 2018-07-26 (주)디지탈엣지 레이더 시스템의 클러터 제거 및 다중 표적 추적방법

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