KR100248041B1 - 레이다의 인티그레이션 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이다 시스템의 인티그레이션 방법 및 인티그레이션 장치에 관한 것으로, 인티그레이션 방법은 레이다 시스템의 S/N비를 향상시키기 위한 인티그레이션 방법에 있어서, 현 송신펄스로부터 수신되는 신호 값 V(p,r)와 전 펄스까지의 인티그레이션 결과의 궤환된 값 E(p-1,r)값을 비교하는 단계, 상기 비교값에 따라 V(p,r)이 E(p-1,r)보다 크거나 같으면 인티그레이션의 수를 주파수에 따라 조정하는 단계, 상기 비교값에 따라 V(p,r)이 E(p-1,r)보다 작으면, 인티그레이션의 수를 표적 전시시 표적의 끌림현상을 방지하기 위하여 미리 설정된 소정수로 정하는 단계, 및 거리셀 r 및 p번째의 펄스반복주기에서의 인티그레이션된 평균신호의 크기를 산출하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명을 이용한 레이다 시스템은, 표적이 존재하지 않는 방위각에 대한 전시기에서의 표적 끌림현상을 방지하여 운용자의 혼란을 방지할 수 있으며 또한 S/N비를 향상시켜 미약한 신호에 대한 탐지확률을 높일 수 있다.

Description

레이다의 인티그레이션 방법 및 장치

제1도는 레이다 시스템의 일예로서 펄스 레이다 시스템의 구성을 보여주는 블럭도.

제2도는 레이다 시스템에서의 잡음과 신호의 검출을 나타내는 예시도.

제3도는 잡음과 잡음+신호의 문턱전압의 검출을 비교한 그래프.

제4도는 표시화면상에 레이다에 탐지된 목표물과 끌림현상이 발생한 것을 보여주는 예시도.

제5도는 방위각 인티그레이션 방식을 사용한 인티그레이션 과정을 보여주는 예시도.

제6도는 본 발명에 따른 인티그레이션 방법을 나타내는 흐름도.

제7도는 제6도의 방법을 구현하기 위한 본 발명에 따른 인티그레이션 장치의 구성 블럭도.

본 발명은 레이다의 인티그레이션에 관한 것으로, 특히 인티그레이션의 수를 조절가능하도록 하여 S/N비를 향상시키기 위한 인티그레이션 방법 및 이러한 인티그레이션 방법을 구현하기 위한 인티그레이션 장치에 관한 것이다.

레이다는 관측, 제어, 항해, 비행기의 가이드(guide), 지도, 로케이트(locate) 등 다양한 분야에서 이용되고 있는 시스템으로, 상기와 같은 다양한 분야에서 이용되기 위해서는 레이다 신호로부터 방위각, 속도, 가속도, 목표물의 크기, 범위, 목표물의 형태, 목표물의 형태의 변화등과 같은 많은 정보들을 알아내야 한다.

제1도는 가장 일반적으로 사용되는 레이다 시스템인 펄스 레이다 시스템의 구성을 보여주는 블럭도이다.

제1도를 참조하면, 펄스 발생부(pulse modulator)(1)로부터의 신호를 직접 또는 변조하여 송출하는 트랜스미터(transmitter)(2), 하나의 안테나(4)를 송신과 수신에 공통으로 사용하기 위하여 송신할때에는 송신출력부로부터 수신기를 보호하고 수신할때에는 반향신호(echo signal)를 수신기에 공급하는 듀플렉서(3), 저잡음 RF 증폭부(low noise Radio Frequency amplifier)(5), 상기 RF 신호를 IF(Intermediate Frequency) 주파수로 변조시키기 위한 믹서(mixer)(6)와 로컬 오실레이터(local osilator)(7), IF 증폭부(8), 세컨드 디텍터(second detector)(9), 비디오 증폭부(10) 및 표시장치(11)로 구성된다.

이러한 레이다 시스템에서 목표물의 탐지를 개선하기 위해 목표물로부터 반사되어오는 신호인 모든 반향신호를 가산하는 인티그레이션(integration)을 수행하는데, 제1도의 세컨드 디텍터의 앞이나 뒤에서 수행된다.

상기 세컨드 디텍션의 앞에서 수행되는 인티그레이션은 프리디텍션(predetection)이라 하며, 세컨드 디텍션의 뒤에서 수행되는 인티그레이션은 포스트디텍션(postdetection)이라 한다.

일반적으로는 경제적이고 적용이 용이한 포스트 디텍션을 이용하며 일단 인티그레이션된 신호는 CFAR(Constant False Alarm Rate)회로로 전송되는데, 이 회로에서는 제2도와 같이 수신된 신호에 임계값(threshold level)을 주어 상기 임계값 이상의 신호만을 전시기에 전시함으로써 잡음과 신호를 분리한다.

이것은 인티그레이션수와 S/N비가 제3도와 같은 관계를 가지므로써 가능한데 즉 1개의 S/N비와 n개의 S/N비의 효율 E_i(n)가로 만일 이상적으로 효율이 100%이면 1개의 펄스일 때의 S/N 비는 n개의 펄스를 인티그레이션한 S/N비값의 n배가 되고 이러한 결과는 마치 인티그레이션시 S/N값이 n배 감소하는 것처럼 보이나 표적 탐지 확률(P_d)과 잡음의 탐지확률이 동일한 경우 임계값(V_T)을 만족하기 위한 S/N비는 n배 감소하게 된다. 결과적으로 잡음이 아닌 신호 매우 작아도 상기 임계값을 넘어서 탐지되는 것이다.

상기와 같은 인티그레이션을 하기 위해서 여러가지 방법들이 고안되어 있으며 방위각 비디오 인티그레이션 방식(Azimuth Video Integration Algorithm)은 그중의 하나로 거리셀 r 및 p번째의 펄스반복주기(PRI : Pulse Repetition Interval)에서의 인티그레이션된 평균신호의 크기 E(p,r)를 구하는 방식이다.

상기 거리셀 r 및 p번째의 펄스반복주기(PRI : Pulse Repetition Interval)에서의 인티그레이션된 평균신호의 크기 E(p,r)는

이다.

즉, 방위각 비디오 인티그레이션 방식이란 레이다 신호처리기에서 표적의 탐지확률을 높이기 위해 안테나 빔폭(antenna beam width)내에서 송신가능한 N개의 펄스에 의해 수신되는 신호를 기억장치내에 저장하고 계속적으로 각각의 거리셀내에 있는 수신신호를 상기 (1)식으로 인티그레이션 함으로써 S/N를 향상시키는 방법이다.

이때 인티그레이션되는 펄스의 수(N)는 안테나에서 방사되는 빔폭내에서 송신할 수 있는 펄스의 수로 다음과 같다.

제4도는 상술한 인티그레이션의 과정을 보여주는 예시도이다.

제4도를 참조하면, 다음 펄스에 의해 입력되는 신호가 매주기마다 이동함으로써 인티그레이션의 수만큼 지속적으로 영향을 미치게 된다.

그러나 이러한 방법만을 사용하는 종래의 기술은 안테나에서 방사되는 빔의 폭은 일정한 것이 아니라 사용주파수가 고주파수인 경우 빔폭이 좁아지고, 저주파수인 경우 빔폭이 넓어지는 등 주파수에 따라 변화하는데 상기와 같은 방법은 이를 고려하지 않고 중간주파수를 기준으로 인티그레이션의 수를 결정함으로써 인티그레이션의 수가 고정일때는 평균값에 의한 S/N 비의 약화가 초래되어 레이다의 탐지 능력이 저하되며 또한 목표물이 수신신호가 큰 대형표적일 경우 인티그레이션 수 내에서 지속적으로 영향을 미치게 되므로 전시기에 표적전시시 제5도의 오른쪽 상부와 같은 끌림현상(smearing)이 발생하여 정확한 방위각 정보를 얻기 어려운 문제점이 있다.

이러한 끌림현상은, 표적신호는 표적의 크기에 따라 차이는 있지만 전시기에 거의 점의 형태로 나타나는데 이것이 점의 형태로 나타나지 않고 마치 유성처럼 꼬리를 단 형태로 표현되는 현상을 말한다.

끌림현상의 발생원인은 상기 제1식에 있어서 인티그레이션 수인 K값이 '20'이고 p-1번째까지 인티그레이션된 평균값이 '10'이라면 p번째의 표적으로부터의 신호 V(p,r)이 '0'이더라도 E(p,r)값은 9.5, p+1에서의 V(p+1,r)도 역시 '0'이라도 E(p,r)값은 상기 제1식에 따라 계산하여 9.025가 나오게 된다. 즉, p와 p+1펄스위치에서의 수신값이 없더라도 인티그레이션 회로의 출력이 지속적으로 나오게 되어 마치 표적이 있는 것처럼 보여지게 되는 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하여 정확한 탐지가 가능한 레이다 시스템의 인티그레이션 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법을 효율적으로 구현할 수 있는 레이다 시스템의 인티그레이션 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이다 시스템의 인티그레이션 방법은, 현 송신펄스로부터 수신되는 신호 값 V(p,r)와 전 펄스까지의 인티그레이션 결과의 궤환된 값 E(p-1,r)값을 비교하는 단계, 상기 비교값에 따라 V(p,r)이 E(p-1,r)보다 크거나 같으면 인티그레이션의 수를 주파수에 따라 조정하는 단계, 상기 비교값에 따라 V(p,r)이 E(p-1,r)보다 작으면, 인티그레이션의 수를 표적전시시 표적의 끌림현상을 방지하기 위하여 미리 설정된 소정수로 정하는 단계 및 거리셀 r 및 p번째의 펄스반복주기에서의 인티그레이션된 평균신호의 크기를 산출하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인티그레이션 장치는, 현 송신펄스로부터 수신되는 신호 값 V(p,r)와 전 펄스까지의 인티그레이션 결과의 궤환된 값 E(p-1,r)값을 비교하기 위한 비교부, 상기 비교값에 따라 V(p,r)이 E(p-1,r)보다 크거나 같으면 인티그레이션의 수를 주파수에 따라 조정하는 제1인티그레이션 결정부, 상기 비교값에 따라 V(p,r)이 E(p-1,r)보다 작으면 인티그레이션의 수를 표적 전시시 표적의 끌림현상을 방지하기 위하여 적절한 값으로 정하는 제2인티그레이션 결정부, 및 거리셀 r및 p번째의 펄스반복주기에서의 인티그레이션된 평균신호의 크기를 산출하는 인티그레이션부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명하고자 한다.

제6도는 본 발명에 따른 인티그레이션 방법을 나타내는 흐름도이다.

제6도를 참조하면, V(p,r)과 E(p-1,r)값을 비교하여 V(p,r)이 E(p-1,r)보다 크거나 같으면 주파수별로 상기 (2)식에 따라 계산된 K값을 적용하여 거리셀 r 및 p번째의 펄스반복주기에서의 인티그레이션된 평균신호의 크기 E(p,r)를 산출하고, V(p,r)이 E(p-1,r)보다 작으면 K값은 2~3으로 정하여 E(p,r)를 산출한다.

제7도는 제6도의 방법을 구현하기 위한 본 발명에 따른 인티그레이션 장치의 구성 블럭도이다.

제7도를 참조하면, 본 발명의 인티그레이션 장치는 현 송신펄스로부터 수신되는 신호 값 V(p,r)와 전 펄스까지의 인티그레이션 결과의 궤환된 값 E(p-1,r)값을 비교하기 위한 비교부(21), 상기 비교값에 따라 V(p,r)이 E(p-1,r)보다 크거나 같으면 인티그레이션의 수를 주파수에 따라 조정하는 제1인티그레이션 결정부(22), 상기 비교값에 따라 V(p,r)이 E(p-1,r)보다 작으면 인티그레이션의 수를 표적 전시시 표적의 끌림현상을 방지하기 위하여 적절한 값으로 정하는 제2인티그레이션 결정부(23), 및 거리셀 r 및 p번째의 펄스반복주기에서의 인티그레이션된 평균신호의 크기를 산출하는 인티그레이션부(24)로 구성된다.

즉 현 송신펄스로부터 수신되는 신호 값 V(p,r)와 전 펄스까지의 인티그레이션 결과의 궤환된 값 E(p-1,r)값이 비교부(21)로 입력되면 비교부에서는 이 두값을 비교하여 V(p,r)이 E(p-1,r)보다 크거나 같으면 인티그레이션의 수를 주파수에 따라 조정하는 제1인티그레이션 결정부(22)에서 인티그레이션의 수를 결정하고 V(p,r)이 E(p-1,r)보다 작으면 끌림현상을 제거하기 위한 제2인티그레이션 결정부(23)에서 인티그레이션의 수를 결정한다.

상기 제1인티그레이션 결정부(22)에서는 송신주파수에 따라 인티그레이션의 수를 결정하게 되는데, 예를들어 X밴드의 주파수로 운용되는 레이다의 주파수 대역폭이 900MHz, 안테나 회전율이 20RPM, 안테나 이득(gain)이 약 36dB, 안테나에서 송신되는 빔폭이 중간주파수에서 1.1°, 펄스반복주파수가 4000Hz인 경우 식(2)에 따라 주파수별 인티그레이션의 수를 산출해보면 다음과 같다.

먼저 저주파수 f_L=f_C(중간주파수)-450Hz (안테나 빔폭 : 약 1.2°)이고 고주파수 f_H=f_C(중간주파수) + 450Hz(안테나 빔폭 : 약 1.0°)이므로 중간주파수에서의 인티그레이션 수 N(f_C), 저주파수에서의 인티그레이션 수 N(f_L), 고주파수에서의 인티그레이션의 수 N(f_H)는 각각

이 된다. 단 빔폭은 안테나 패턴 테스트(antenna pattern test) 결과를 사용하며 주파수 정보는 송신부의 발진기에서 얻어진다.

반면, 상기 제2인티그레이션 결정부(23)에서는 전시기에 표적 전시시 표적의 끌림현상을 방지하기 위하여 K값을 2~3 범위내에서 적절한 값으로 선택한다. 이때의 상기 K값은 사전 테스트에 의해 최적의 값을 선택할 수 있도록 한다. 예를들면, 구형의 표적으로 상기 K값을 2~3 범위내에서 변경시키면서 전시기에 가장 적절한 값을 사전에 설정한다.

따라서 종래에는 V(p,r)값이나 E(p-1,r)값의 크기에 관계없이 동일한 방법으로 인티그레이션 수를 산출하는 경우 표적의 신호가 크면 인티그레이션 수인 N만큼의 펄스동안 지속적으로 영향을 미치게 되나, 상기와 같이 K값을 2~3 범위내에서 선택하면 이전의 결과값에 의한 영향이 급격히 감소하게 되어 표적이 존재하지 않는 방위각에 대한 전시기에서의 표적 끌림현상을 방지하여 운용자의 혼란을 방지할 수 있으며 또한 S/N비를 향상시켜 미약한 신호에 대한 탐지확률을 높일 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당분야의 통상의 지식을 가진자에 의한 다양한 응용이 가능함은 물론이다.

Claims (4)

1. 레이타 시스템의 인티그레이션 방법에 있어서, 현 송신펄스로부터 수신되는 신호 값 V(p,r)와 전 펄스까지의 인티그레이션 결과의 궤환된 값 E(p-1,r)값을 비교하는 단계; 상기 비교값에 따라 V(p,r)이 E(p-1,r)보다 크거나 같으면 인티그레이션의 수를 주파수에 따라 조정하는 단계; 상기 비교값에 따라 V(p,r)이 E(p-1,r)보다 작으면, 인티그레이션의 수를 표적 전시시 표적의 끌림현상을 방지하기 위하여 미리 설정된 소정수로 정하는 단계; 및 거리셀 r 및 p번째의 펄스반복주기에서의 인티그레이션된 평균신호의 크기를 산출하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이다 시스템의 인티그레이션 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 비교값에 따라 V(p,r)이 크거나 같으면 인티그레이션의 수를 주파수에 따라 조정하는 단계는, 안테나의 빔폭을 고주파수, 중간주파수 및 저주파수의 세단계별로 적용하여 인티그레이션의 수를 결정하는 것을 특징으로 하는 레이다 시스템의 인티그레이션 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 미리 설정된 소정수는 2~3임을 특징으로 하는 레이다 시스템의 인티그레이션 방법.
4. 레이다 시스템의 인티그레이션 장치에 있어서, 현 송신펄스로부터 수신되는 신호 값 V(p,r)와 전 펄스까지의 인티그레이션 결과의 궤환된 값 E(p-1,r)값을 비교하기 위한 비교부; 상기 비교값에 따라 V(p,r)이 E(p-1,r)보다 크거나 같으면 인티그레이션의 수를 주파수에 따라 조정하는 제1인티그레이션 결정부; 상기 비교값에 따라 V(p,r)이 E(p-1,r)보다 작으면 인티그레이션의 수를 표적 전시시 표적의 끌림현상을 방지하기 위하여 적절한 값으로 정하는 제2인티그레이션 결정부; 및 거리셀 r 및 p번째의 펄스반복주기에서의 인티그레이션된 평균신호의 크기를 산출하는 인티그레이션부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이다 시스템의 인티그레이션 장치.