KR101035267B1 - Doppler radar based target displacement detection method and apparatus to prevent false alarm due to the background motions - Google Patents

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문성필
이노복
강태인
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국방과학연구소
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Abstract

PURPOSE: Doppler radar based target displacement detection method and apparatus are provided to classify the movement of background and the movement of a real target. CONSTITUTION: A Doppler signal of a real target is received(S110). The phase of the Doppler signal is measured(S120). The real movement amount of the real target is measured based on the phase(S130). If the real movement amount of the real target is more than a pre-set critical value, the real target is verified as a detection target. If the real movement amount of the real target is lower than the pre-set critical value, the real target is eliminated(S140 to S160).

Description

배경 움직임에 의한 오경보를 제거한 도플러 레이더 기반의 표적이동 탐지 방법{Doppler RADAR based target displacement detection method and apparatus to prevent false alarm due to the background motions}Doppler RADAR based target displacement detection method and apparatus to prevent false alarm due to the background motions}

본 발명은 감시 및 정찰 센싱 기술에 관한 것으로서, 구체적으로는 도플러 레이더를 기반으로 배경 움직임에 의한 오경보를 방지하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to surveillance and reconnaissance sensing technology, and more particularly, to a method and apparatus for preventing false alarms caused by background motion based on a Doppler radar.

지금까지, 침입자의 탐지 및 식별을 목적으로 하는 감시 및 정찰 센서 네트워크에서는 표적 탐지를 위한 센서로서, 음향, 자기, 진동, 적외선 센서와 같은 수동형 센서를 주로 사용하였다.Until now, surveillance and reconnaissance sensor networks aimed at detecting and identifying intruders have mainly used passive sensors such as acoustic, magnetic, vibration, and infrared sensors as target sensors.

그러나 근래에 들어서는, 이러한 수동형 센서보다 더 먼곳의 표적을 탐지하고, 동시에 표적의 거리, 표적의 종류와 같은 더 많은 정보를 얻을 수 있는 능동형 센서가 적용되고 있으며, 대표적인 예로서 레이더(RADAR)가 있다.In recent years, however, active sensors are being applied that can detect targets farther away than these passive sensors, and at the same time obtain more information such as the target's distance and the type of target. Radar is a representative example. .

기본적으로 펄스 도플러 레이더에서는 송신기에서 탐지 영역을 향해 펄스를 방사하고 수신기에서 표적으로부터 반사된 신호를 받아 해석하여 표적의 정보를 알아낸다. 구체적으로, 송신 신호와 반사된 수신 신호 간의 시간차를 이용하여 표적 과 레이더 간의 거리를 측정할 수 있고, 반사된 신호에 포함된 도플러 신호를 이용하여 표적의 이동 속도를 측정할 수 있다.Basically, in pulsed Doppler radar, the transmitter emits a pulse toward the detection area and receives the signal reflected from the target at the receiver to interpret the target information. Specifically, the distance between the target and the radar may be measured using the time difference between the transmitted signal and the reflected received signal, and the moving speed of the target may be measured using the Doppler signal included in the reflected signal.

이러한 도플러 레이더를 사용할 경우, 도플러 신호의 유무를 판단하여 움직임이 없는 정적인 물체들로부터 움직임이 있는 동적인 물체를 쉽게 분리할 수 있다. 따라서 도플러 레이더는 표적 외에는 움직임이 없는 정적인 형태의 클러터(clutter)로부터 움직이는 표적을 탐지하는데 주로 적용된다.In the case of using such a Doppler radar, it is possible to determine whether the Doppler signal is present and to easily separate the moving dynamic object from the static static object. Therefore, Doppler radar is mainly used to detect moving targets from a static type of clutter which has no movement other than the target.

예를 들어, 정적인 환경의 공중에서 이동 중인 비행물체나 정적인 환경의 해상에서 이동중인 선박 등을 탐지하는데 적용되는 가장 일반적인 개념이다.For example, it is the most common concept used to detect a flying object moving in the air of a static environment or a ship moving in the sea of a static environment.

클러터는 표적을 제외하고 지면, 수풀, 나무, 장애물과 같이 불필요한 반사 신호를 생기게 하는 물체를 말하는데, 이와 같은 클러터가 탐지하고자 하는 표적과 마찬가지로 움직임을 가져 도플러 신호를 발생시키는 경우에는 표적을 탐지하는데 있어 오경보가 발생할 위험이 있다.A clutter is an object that generates unwanted reflections, such as ground, bushes, trees, and obstacles, except for the target.If the clutter moves like a target to detect and generates a Doppler signal, it detects the target. There is a risk of false alarms.

만약 클러터에 의해 발생한 도플러 신호가 표적에 의해서 발생한 도플러 신호에 비해서 그 크기가 현저히 작을 경우에는, 단순하게 클러터와 표적의 도플러 신호 크기 비교를 통해 클러터로부터 표적을 구분할 수가 있을 것이다. 하지만, 클러터로부터 발생한 도플러 신호와 표적으로부터 발생한 도플러 신호의 크기가 비슷하거나, 오히려 클러터로부터 발생한 도플러 신호가 더 큰 경우에는, 단순하게 클러터와 표적에서 발생하는 도플러 신호의 크기를 비교하는 것만으로는 클러터와 표적을 구분할 수가 없다.If the Doppler signal generated by the clutter is significantly smaller than the Doppler signal generated by the target, the target can be distinguished from the clutter by simply comparing the size of the Doppler signal between the clutter and the target. However, if the Doppler signal from the clutter is similar in magnitude to the Doppler signal from the target, or if the Doppler signal from the clutter is larger, simply compare the magnitudes of the Doppler signals from the clutter and the target. Can't distinguish clutter from target.

도 1은 종래 기술인 도플러 레이더를 통해 움직이는 표적을 탐지하는 경우, 발생하는 문제점을 나타낸 것이다.Figure 1 illustrates a problem that occurs when detecting a target moving through the prior art Doppler radar.

도 1에 의하면, 고정된 벽면, 이동중인 사람, 바람에 흔들리는 크기가 작은 수풀 또는 나무, 바람에 흔들리는 큰 수풀 또는 나무는 각기 다른 크기의 도플러 신호를 발생시킨다. 고정된 벽면은 움직임이 없기 때문에 도플러 신호가 발생하지 않지만, 이동하는 사람과 바람에 흔들리는 크고 작은 수풀 또는 나무는 움직임에 의해서 도플러 신호가 검출되며, 그 크기는 물체의 크기와 움직임의 크기게 비례한다.According to FIG. 1, fixed walls, moving people, small bushes or trees swaying in the wind, large bushes or trees swaying in the wind generate Doppler signals of different sizes. Doppler signals are not generated because the fixed wall has no motion, but the Doppler signal is detected by the movement of moving people and large and small bushes or trees swaying in the wind, and the size is proportional to the size of the object and the size of the movement. .

이와 같은 상황에서 만약 레이더의 관심 표적이 사람이고, 따라서 사람의 움직임에 의해서 발생하는 도플러 신호의 크기를 임계값으로 설정하여 표적과 비표적을 구분하려 하는 경우, 크기가 작은 수풀 또는 나무는 무시될 수 있으나 사람보다 크기가 큰 수풀이나 나무의 움직임은 임계값을 초과하기 때문에 사람의 움직임과 구분할 수 없다는 문제점이 발생한다.In such a situation, if the target of interest of the radar is a human, and therefore attempts to distinguish the target from the non-target by setting the magnitude of the Doppler signal generated by human movement as a threshold, the small bush or tree may be ignored. However, the problem is that the motion of the bush or tree larger than the person exceeds the threshold, and thus cannot be distinguished from the motion of the person.

상기 상황은 바람에 의해 흔들리는 수풀과 나무가 우거진 실외 환경에서, 사람과 같이 이동하는 표적을 탐지해야 하는 경우에 주로 발생한다. 움직이는 물체에 의해서 발생하는 도플러 신호의 크기는 주로 물체의 크기에 비례하는데, 만약 사람과 크기가 비슷하거나 더 큰 수풀이나 나무가 바람 등에 의해 흔들리는 경우 사람이 움직이는 것과 유사한 크기의 도플러 신호가 발생하기 때문에 단순히 도플러 신호의 크기만으로는 사람과 수풀을 구분할 수 없다는 문제점이 있다. 이와 같은 경우에 종래의 방법과 같이 도플러 신호의 크기만을 기반으로 움직이는 표적을 탐지한다면, 바람에 흔들리는 수풀과 나무 등의 배경움직임에 의한 오경보가 빈번하게 발생할 수 있다.This situation occurs mainly when it is necessary to detect moving targets with humans in the bushes and wooded outdoor environments shaken by the wind. The size of the Doppler signal generated by a moving object is mainly proportional to the size of the object, because if a similar size or larger bush or tree is swayed by the wind, a Doppler signal of a similar size to a person's moving will be generated. There is a problem in that the size of the Doppler signal alone cannot distinguish between a person and a bush. In such a case, if a target moving based only on the magnitude of the Doppler signal is detected as in the conventional method, false alarms due to background movement of trees and trees swaying in the wind may occur frequently.

이와 같이 도플러 레이더를 이용한 종래의 탐지 방법은 배경 움직임이 없는 실내 환경에서 물체의 움직임을 탐지하는 데는 적합하지만, 배경 움직임이 많은 실외 환경에 대해서는 적합하지 않다. 따라서 실외 환경에서 이동하는 표적을 탐지하기 위해서는 실제 표적과 배경 움직임을 구분하는 방법이 요구된다.As described above, the conventional detection method using the Doppler radar is suitable for detecting the motion of an object in an indoor environment without background motion, but is not suitable for an outdoor environment with a lot of background motion. Therefore, in order to detect a moving target in an outdoor environment, a method of distinguishing the actual target from the background movement is required.

본 발명은 이상과 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 동기식 펄스 도플러 레이더를 이용하여, 종래의 고전적인 도플러 레이더의 표적탐지 방법을 적용하기 어려운 실외 환경에서 배경 움직임에 의한 오경보를 획기적으로 감소시킬 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to use a synchronous pulsed Doppler radar to breakthrough false alarms caused by background motion in an outdoor environment in which it is difficult to apply a conventional target detection method of a conventional Doppler radar. It is to provide a method and apparatus that can be reduced.

본 발명의 다른 목적은, 동기식 펄스 도플러 레이더를 이용하여, 하드웨어 성능이 낮은 센서 노드에서도 탐지를 수행할 수 있도록 계산량이 적은 탐지 방법 및 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a detection method and apparatus having a low calculation amount so that detection can be performed even at a sensor node having low hardware performance using a synchronous pulsed Doppler radar.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 탐지된 물체의 도플러 신호에 대해서 일정기간 동안 도플러 신호의 위상 변화량을 누적시켜 순 이동량을 구하고, 배경 움직임과 실제 표적을 구분하는 방법 및 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method and apparatus for acquiring a net movement amount by accumulating the phase change amount of the Doppler signal for a predetermined period with respect to the Doppler signal of the detected object, and distinguishing the background motion from the actual target. .

상기 방법은 이동하는 표적의 탐지 방법에 있어서, 상기 표적의 도플러 신호를 수신하는 단계, 상기 도플러 신호에 대한 위상을 측정하는 단계, 상기 위상을 이용하여 상기 표적의 순 이동량을 측정하는 단계, 및 상기 순 이동량이 특정 임계값을 넘는 경우에는 추적해야할 표적으로 판단하고, 임계값에 미치지 않는 경우에는 추적해야할 표적에서 제외하는 단계를 포함한다.The method includes detecting a moving target, receiving a Doppler signal of the target, measuring a phase with respect to the Doppler signal, measuring a net moving amount of the target using the phase, and Determining the target to be tracked if the net movement amount exceeds a certain threshold value, and excluding the target from the target to be tracked if the net movement amount does not reach the threshold value.

상기 장치는 이동하는 표적의 탐지장치에 있어서, 상기 표적으로부터 반사된 신호를 수신하는 안테나, 상기 반사된 신호로부터 도플러 신호를 추출하는 도플러 신호 추출기, 상기 도플러 신호에 대한 위상을 측정하는 위상 측정기, 상기 위상을 이용하여 상기 표적의 순 이동량을 측정하는 이동량 측정기, 및 상기 순 이동량이 특정 임계값을 넘는 경우에는 추적해야할 표적으로 판단하고, 임계값에 미치지 않는 경우에는 탐지해야할 표적에서 제외하는 제어기를 포함한다.The apparatus for detecting a moving target, comprising: an antenna for receiving a signal reflected from the target, a Doppler signal extractor for extracting a Doppler signal from the reflected signal, a phase meter for measuring a phase with respect to the Doppler signal, and A movement measuring device for measuring a net moving amount of the target by using a phase, and a controller for determining a target to be tracked when the net moving amount exceeds a specific threshold, and excluding a target to be detected if the net moving amount does not reach the threshold. do.

본 발명에 의하면, 동기식 펄스 도플러 레이더를 이용하여, 종래의 고전적인 도플러 레이더의 표적탐지 방법을 적용하기 어려운 실외 환경에서 배경 움직임에 의한 오경보를 획기적으로 감소시키는 효과가 있다.According to the present invention, a synchronous pulsed Doppler radar has an effect of dramatically reducing false alarms caused by background motion in an outdoor environment in which a conventional target detection method of a conventional Doppler radar is difficult to apply.

본 발명에 의하면, 동기식 펄스 도플러 레이더를 이용하여, 하드웨어 성능이 낮은 센서 노드에서도 수행하는 것이 가능한 탐지 알고리즘을 제공할 수 있다.According to the present invention, a synchronous pulsed Doppler radar can be used to provide a detection algorithm that can be performed even at a sensor node having low hardware performance.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면의 절차도에서 각각의 절차에 참조부호를 부가하거나 도면에서 구성 요소들에 참조부호를 부가하거나 도면에서 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 절차 및 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 동일한 부호를 부여하고 있음에 유의한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. For the same procedures and components, in adding reference numerals to the respective procedures, adding reference numerals to the components in the drawings, or adding the reference numerals to the components in the drawings, the same procedures and components may be used in different drawings. Note that the same sign is used even if it is indicated in.

또한 하기 설명에서는 많은 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명에 대해 보다 전반적인 이해를 돕고자 제공된 것일 뿐, 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다고 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹 은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, many specific details appear in the following description, which is provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention may be practiced without these specific matters to those skilled in the art. Will be self-explanatory. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 발명에서는 배경 움직임에 의해 발생하는 움직임과 표적에 의해 발생하는 움직임을 구분함으로써, 실외 환경에서 표적의 이동을 탐지할 때 클러터 움직임에 의한 오경보가 많이 발생하는 제약점을 극복하기 위해서 "순 이동량"이라는 개념을 도입하였다.In the present invention, by distinguishing the movement caused by the background movement and the movement caused by the target, in order to overcome the limitation that a lot of false alarms caused by clutter movement when detecting the movement of the target in the outdoor environment, "net movement amount" "The concept of".

즉, 도 1과 같이 배경 움직임이 표적보다 더 큰 도플러 신호를 발생시켜 단순 도플러 신호의 크기 비교만으로는 표적과 배경 움직임을 구분할 수 없을 때, 두 물체의 순 이동량을 측정하여 표적인지 배경 움직임인지 여부를 판별하여, 이동하는 표적만 탐지하여 도플러 레이더의 오경보를 방지할 수 있다.That is, when the background motion generates a Doppler signal having a larger motion than the target to distinguish the target from the background motion only by comparing the magnitude of the simple Doppler signal, the net amount of movement of the two objects is measured to determine whether the target is the background motion or not. By detecting, only a moving target can be detected to prevent false alarms of the Doppler radar.

본 발명에서 정의된 "순 이동량"이라는 개념은 특정시간 동안 표적의 이동 량을 누적시킨 값으로서, 여기서 이동량은 도플러 레이더가 빔을 방사하는 방향을 기준으로 표적이 앞으로 움직이는 경우에는 양의 값을 가지고, 뒤로 이동할 때는 음의 값을 갖는다. The concept of "net movement amount" defined in the present invention is a value obtained by accumulating a movement amount of a target for a specific time, where the movement amount has a positive value when the target moves forward with respect to the direction in which the Doppler radar emits the beam. When moving backwards, it is negative.

한편, 바람에 의해 흔들리는 나무와 수풀과 같은 배경 움직임은 주로 앞뒤로 흔들리는 특성을 가지고 있어서 비록 도플러 신호는 발생하지만 일정시간동안 측정했을 때 실제로 이동한 거리는 거의 없기 때문에 순 운동량의 개념을 통해서 실제 이동하는 표적과 구분할 수 있다.On the other hand, background movements such as trees and bushes that are shaken by wind are mainly shaken back and forth, so the Doppler signal is generated, but there is little distance actually moved when measured for a certain time. Can be distinguished from.

도 2는 본 발명에 따른, 순 이동량의 개념을 도시한 것이다.Figure 2 illustrates the concept of net movement amount, in accordance with the present invention.

도 2에서 화살표의 방향은 움직임의 방향을 의미하며, 화살표의 길이는 이동 량을 의미한다. 도 2에 의하면 표적 1은 t1에서 t2까지는 레이더로부터 멀어지며, t2에서 t3까지는 레이더에 가까워지며, t3에서 t4까지는 다시 레이더로부터 멀어지는 움직임을 갖는다. 만약 표적 1의 이동량을 t1에서 t4까지의 이동량을 누적시켜 순 이동량을 구해보면, 앞뒤로 움직임에 의한 이동량이 서로 상쇄되기 때문에 최종적으로는 작은 값을 가지게 되는데, 예를 들어 바람에 흔들리는 배경 움직임이 주로 이런 특성을 갖는다.In Figure 2, the direction of the arrow means the direction of movement, the length of the arrow means the amount of movement. According to FIG. 2, the target 1 moves away from the radar from t1 to t2, moves closer to the radar from t2 to t3, and moves away from the radar again from t3 to t4. If we calculate the net amount of movement of target 1 by accumulating the amount of movement from t1 to t4, the amount of movement due to the movement back and forth cancels each other and finally has a small value. It has this characteristic.

한편 표적 2는 t1에서 t2까지는 레이더로부터 멀어지고, t2에서 t3까지고 역시 멀어지는 형태로 움직이는데, t1에서 t3동안 이동량을 누적시켜 순 이동량을 구하면 표적 1보다 훨씬 큰 값을 가지는 것을 볼 수 있으며, 주로 실제로 이동하는 사람과 같은 이동 물체가 이러한 특징을 갖는다. On the other hand, target 2 moves away from the radar from t1 to t2, and also moves away from t2 to t3, and when we accumulate the movement amount from t1 to t3, we can see that it has a much larger value than target 1, Moving objects, such as moving people, have this feature.

상기 순 이동량은 도플러 신호의 위상 변화를 이용해서 구할 수 있는데, 이는 도플러 신호의 위상 변화량이 표적 거리의 변화량, 즉 표적의 순 이동량에 부합하기 때문이다.The net shift amount can be obtained using the phase change of the Doppler signal, since the phase shift amount of the Doppler signal corresponds to the change amount of the target distance, that is, the net shift amount of the target.

일반적으로, 동기식 레이더에서는 표적에 반사되어 수신된 신호를 인-페이즈 채널과 직각-페이즈 채널을 통하여 두 가지 형태의 신호로 분리할 수 있으며, 이를 아날로그-디지털 변환하여 표적을 탐지한다.In general, in a synchronous radar, a signal reflected and received by a target may be separated into two types of signals through an in-phase channel and a right-phase channel, and the target is detected by analog-to-digital conversion.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기식 도플러 레이더의 구조도를 도시한 것이다.3 illustrates a structural diagram of a synchronous Doppler radar according to an embodiment of the present invention.

도 3에 의하면, 동기식 도플러 레이더는 표적으로부터 반사된 신호를 수신하는 안테나(110), 반사된 신호로부터 도플러 신호를 추출하는 도플러 신호 추출 기(120), 도플러 신호로부터 인-페이즈(in-phase; I)값과 직각-페이즈(quadrature phase; Q)값을 구하고 위상을 측정하는 위상 측정기(120), 도플러 신호를 발생시키는 표적 및 배경 움직임의 순 이동량을 측정하는 이동량 측정기(130), 그리고 순 이동량 측정부의 연산 결과에 따라 표적을 구분하여 표적을 탐지하는 제어기(140)를 포함한다.According to FIG. 3, a synchronous Doppler radar includes an antenna 110 for receiving a signal reflected from a target, a Doppler signal extractor 120 for extracting a Doppler signal from the reflected signal, and an in-phase from the Doppler signal; I) and quadrature phase (Q) values, the phase meter 120 for measuring and measuring the phase, the movement meter 130 for measuring the net amount of movement of the target and background motion generating the Doppler signal, and the net amount of movement And a controller 140 for detecting the target by classifying the target according to the calculation result of the measurement unit.

본 발명의 일 실시예에서는 표적의 순 이동량을 측정하기 위해서 동기식 도플러 레이더를 이용하였다. 동기식 도플러 레이더로부터 수신된 물체의 도플러 신호를 통해서 도플러 신호의 인-페이즈(in-phase; I)값과 직각-페이즈(quadrature phase; Q)값을 얻을 수 있는데, 인-페이즈 값과 직각-페이즈 값을 이용하면, 다음 수학식 1에 따라 도플러 신호의 위상 값을 구할 수가 있다.In one embodiment of the present invention, a synchronous Doppler radar was used to measure the net movement of the target. The in-phase (I) and quadrature phase (Q) values of the Doppler signal can be obtained from the Doppler signal of the object received from the synchronous Doppler radar. Using the value, the phase value of the Doppler signal can be obtained according to the following equation (1).

Figure 112009069941608-pat00001
Figure 112009069941608-pat00001

상기 위상 값을 구하여, 시간에 따른 위상 값의 변화량을 통해서 표적의 순 이동량을 구할 수 있다.By calculating the phase value, the net amount of movement of the target can be obtained through the amount of change in the phase value over time.

동기식 도플러 레이더의 구조 및 동작 원리는 당업자가 어렵지 않게 알 수 있기 때문에, 여기서는 이와 관련한 자세한 설명은 생략하도록 한다. Since the structure and operation principle of the synchronous Doppler radar can be easily understood by those skilled in the art, detailed description thereof will be omitted here.

전술한 바와 같이, 표적의 순 이동량을 구하기 위해서는 물체가 순수하게 이동한 거리를 구해야한다. 이를 순 이동량이라 하며, 본 발명과 관련하여 순 이동량을 구하기 위해서는 도플러 신호의 위상 변화량을 누적시켜 구하게 되는데, 이를 "위상 펼침(phase unwrapping)"이라고 한다.As described above, in order to obtain the net moving amount of the target, it is necessary to obtain the distance that the object moves purely. This is called a net shift amount, and in order to obtain a net shift amount in accordance with the present invention, the phase shift amount of the Doppler signal is accumulated and calculated, which is referred to as "phase unwrapping".

위상 펼침 과정은 다시 말해 위상 연속화 과정이라고 하는데, 불연속점이 있는 위상함수를 미분 등의 추가적인 신호처리 과정을 수행하기 위해서 연속적인 위상함수로 바꿔주는데 흔히 사용되는 기법이다.In other words, the phase unfolding process is called a phase continuity process. It is a technique commonly used to convert a discontinuous phase function into a continuous phase function to perform an additional signal processing process such as differential.

즉, 도플러 신호의 위상값은 -180도부터 180도 사이의 값을 가지게 되고, 각각의 측정에 따른 위상을 그리는 경우 위상 함수의 불연속점이 생기게 되는데, 위상을 그리는 대신 위상 변화량을 계속해서 누적시켜 그리면 연속적인 위상 함수를 얻을 수 있으며, 다음 수학식 2와 같은 방법에 의해 얻을 수 있다.That is, the phase value of the Doppler signal has a value between -180 degrees and 180 degrees, and when the phases are drawn according to each measurement, a discontinuity point of the phase function is generated. A continuous phase function can be obtained, and can be obtained by the method shown in Equation 2 below.

Figure 112009069941608-pat00002
Figure 112009069941608-pat00002

상기 수학식 2에서

Figure 112009069941608-pat00003
Figure 112009069941608-pat00004
번째 시간에서 펼쳐진 위상값을 의미하고,
Figure 112009069941608-pat00005
Figure 112009069941608-pat00006
번째 시간에서 측정된 위상값을 의미한다. 또한, mod는 프로그래밍 언어에서 흔히 쓰이는 모듈러스(modulus) 연산자로서, mod(X, Y)는 X-n*Y의 연산을 하는 것으로서 n은 X/Y보다 작은 정수 중 가장 큰 수를 의미한다.In Equation 2
Figure 112009069941608-pat00003
Is
Figure 112009069941608-pat00004
Means the phase value unfolded at the first time,
Figure 112009069941608-pat00005
Figure 112009069941608-pat00006
The phase value measured at the first time. In addition, mod is a modulus operator commonly used in programming languages, where mod (X, Y) is an operation of Xn * Y, where n is the largest integer smaller than X / Y.

이처럼 도플러 신호에 대해 위상 펼침을 수행하여 일정시간 동안 위상의 변화량을 누적시킴으로써 표적의 순 이동량을 구할 수 있고, 만약 일정시간 동안의 순 이동량이 임계값 이상을 넘는 경우에는 당해 도플러 신호를 발생시키는 물체가 이동중인 표적인 것으로 판단할 수 있다.In this way, the phase shift is performed on the Doppler signal to accumulate the amount of phase change for a predetermined time to obtain the net movement of the target. If the net movement over the predetermined time exceeds the threshold, the object generating the Doppler signal Can be determined to be the moving target.

본 발명에 따른 상기 목적을 구현하기 위한 구체적인 방법은 다음 과정을 통해서 얻어질 수 있다.A specific method for implementing the above object according to the present invention can be obtained through the following process.

도 4은 본 발명에 따른 동기식 펄스 레이더의 표적이동 탐지 알고리즘을 나타낸 것이다.4 illustrates a target movement detection algorithm of a synchronous pulse radar according to the present invention.

도 4에 의하면, 안테나(110)에서는 표적 또는 클러터의 도플러 신호를 수신한다.Referring to FIG. 4, the antenna 110 receives a Doppler signal of a target or clutter.

위상 측정기(120)에서는 수신된 신호로부터 이동하는 표적을 탐지하기 위해 먼저 동기식 펄스 레이더로부터 도플러 신호의 인-페이즈(in-phase; I)값과 직각-페이즈(quadrature phase; Q)값을 얻고(S110), 상기 도플러 신호의 인-페이즈(in-phase; I)값과 직각-페이즈(quadrature phase; Q)값으로부터 상기 수학식 1을 통해서 도플러 신호에 대한 위상을 계산한다(S120).Phase detector 120 first obtains the in-phase (I) and quadrature phase (Q) values of the Doppler signal from the synchronous pulse radar to detect moving targets from the received signal ( S110), and calculates a phase for the Doppler signal through Equation 1 from the in-phase (I) value and the quadrature phase (Q) value of the Doppler signal (S120).

이동량 측정기(130)에서는 상기 계산된 위상을 상기 수학식 2을 통해서 일정 시간 동안의 도플러 신호에 대해 위상 변화량을 누적시킨 순 이동량을 계산한다(S130).The movement amount measuring unit 130 calculates the net movement amount in which the phase change amount is accumulated with respect to the Doppler signal for a predetermined time using the calculated phase (E130).

상기 누적시킨 위상 변화량과 미리 설정한 임계값과 비교하여(S140), 상기 누적시킨 위상 변화량이 임계값보다 큰 경우에는 도플러 신호를 발생시키는 물체가 이동중인 표적으로 판단하여(S150) 제어기(140)에서 추적하고, 임계값보다 작은 경우에는 도플러 신호를 발생시키는 대상이 잡음 또는 클러터의 움직임으로 판단하여(S160) 추적하지 않는다.The accumulated phase change amount is compared with a preset threshold value (S140), and when the accumulated phase change amount is larger than a threshold value, the controller 140 determines that the object generating the Doppler signal is a moving target (S150). If the tracking is smaller than the threshold value, the target generating the Doppler signal is determined as the noise or the movement of the clutter and is not tracked.

이와 같은 위상 펼침을 수행하는 시간과 순 이동량의 누적값에 따라 표적의 이동으로 결정하는 임계값은 실외 환경과 바람의 세기, 그리고 표적의 이동 특성에 따라서 가변적으로 조절할 수 있다.The threshold value determined by the movement of the target may be variably adjusted according to the outdoor environment, the strength of the wind, and the movement characteristic of the target according to the time for performing the phase spreading and the accumulated value of the net movement amount.

또한, 레이더에 저장매체를 두고 표적이 아닌 물체에 대한 목록을 만들어, 도플러 신호를 발생시키는 물체 중에서 순 이동량이 임계값에 미치지 않아 표적이 아닌 것으로 판단된 물체에 대해서는, 상기 목록에 저장하여 차후 레이더 운용시에 처음부터 추적하지 않는 방법도 생각해볼 수 있다.In addition, a list of non-target objects is placed on the radar and a list of non-target objects is generated. For the objects that generate a Doppler signal and are determined to be non-target because the net movement amount does not reach the threshold value, the radar is stored in the list. Another way to think about it is not to track from the start.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니므로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 또는 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.In the above description of the preferred embodiments of the present invention by way of example, the scope of the present invention is not limited only to these specific embodiments, the present invention is in various forms within the scope of the spirit and claims of the present invention May be modified, changed, or improved.

도 1은 종래 기술인 도플러 레이더를 통해 움직이는 표적을 탐지하는 경우, 발생하는 문제점을 나타낸 것이다.Figure 1 illustrates a problem that occurs when detecting a target moving through the prior art Doppler radar.

도 2는 본 발명에 따른, 순 이동량의 개념을 도시한 것이다.Figure 2 illustrates the concept of net movement amount, in accordance with the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기식 도플러 레이더의 구조도를 도시한 것이다.3 illustrates a structural diagram of a synchronous Doppler radar according to an embodiment of the present invention.

도 4은 본 발명에 따른 동기식 펄스 레이더의 표적이동 탐지 알고리즘을 나타낸 것이다.4 illustrates a target movement detection algorithm of a synchronous pulse radar according to the present invention.

Claims (8)

이동하는 표적의 탐지 방법에 있어서,In the detection method of a moving target, 상기 표적의 도플러 신호를 수신하는 단계;Receiving a Doppler signal of the target; 상기 도플러 신호에 대한 위상을 측정하는 단계;Measuring phase with respect to the Doppler signal; 상기 위상을 이용하여 상기 표적의 순 이동량을 측정하는 단계; 및Measuring the net amount of movement of the target using the phase; And 상기 순 이동량이 특정 임계값을 넘는 경우에는 탐지해야할 표적으로 판단하고, 임계값에 미치지 않는 경우에는 탐지해야할 표적에서 제외하는 단계를 포함하는 도플러 레이더 기반의 이동표적 탐지방법.Determining the target to be detected when the net movement amount exceeds a certain threshold value, and excluding the target from the target to be detected when the net movement amount does not reach the threshold value. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 도플러 신호에 대한 위상을 측정하는 단계는,Measuring the phase with respect to the Doppler signal, 상기 도플러 신호의 인-페이즈(in-phase; I)값과 직각-페이즈(quadrature-phase; Q)값을 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는 도플러 레이더 기반의 이동표적 탐지방법.Doppler radar-based moving target detection method characterized in that it is obtained using the in-phase (I) value and quadrature-phase (Q) value of the Doppler signal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 표적의 순 이동량은 일정시간 동안 상기 표적의 위상 변화량을 누적시킨 위상 펼침 값을 통해서 구하는 것을 특징으로 하는 도플러 레이더 기반의 이동표적 탐지방법.Doppler radar-based moving target detection method characterized in that the net amount of movement of the target is obtained through a phase unfolding value accumulated the amount of phase change of the target for a predetermined time. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 순 이동량의 위상 펼침 값,
Figure 112009069941608-pat00007
Figure 112009069941608-pat00008
을 통해 구하고
Figure 112009069941608-pat00009
.
Figure 112009069941608-pat00010
는 각각,
Figure 112009069941608-pat00011
번째 시간에서 상기 표적의 펼쳐진 위상과 측정된 위상을 의미하는 것을 특징으로 하는 도플러 레이더 기반의 이동표적 탐지방법.
Phase spread value of the net shift amount,
Figure 112009069941608-pat00007
Is
Figure 112009069941608-pat00008
Foraging through
Figure 112009069941608-pat00009
.
Figure 112009069941608-pat00010
Are each,
Figure 112009069941608-pat00011
Doppler radar-based moving target detection method characterized in that the mean time and the measured phase of the target at the second time.
이동하는 표적의 탐지장치에 있어서,In the detection device of the moving target, 상기 표적으로부터 반사된 신호를 수신하는 안테나;An antenna for receiving a signal reflected from the target; 상기 반사된 신호로부터 도플러 신호를 추출하는 도플러 신호 추출기;A Doppler signal extractor for extracting a Doppler signal from the reflected signal; 상기 도플러 신호로부터 상기 표적에 대한 위상을 측정하는 위상 측정기;A phase meter for measuring a phase with respect to the target from the Doppler signal; 상기 위상을 이용하여 상기 표적의 순 이동량을 측정하는 이동량 측정기; 및A movement amount measuring device for measuring a net movement amount of the target using the phase; And 상기 순 이동량이 특정 임계값을 넘는 경우에는 탐지해야할 표적으로 판단하고, 임계값에 미치지 않는 경우에는 탐지해야할 표적에서 제외하는 제어기를 포함하는 도플러 레이더 기반의 이동표적 탐지장치.Doppler radar-based moving target detection apparatus comprising a controller for determining that the target is to be detected when the net movement amount exceeds a certain threshold, and excludes from the target to be detected when the net movement amount does not reach the threshold. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 도플러 신호에 대한 위상을 측정하는 위상 측정기는,The phase meter for measuring the phase with respect to the Doppler signal, 상기 도플러 신호의 인-페이즈(in-phase; I)값과 직각-페이즈(quadrature-phase; Q)값을 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는 도플러 레이더 기반의 이동표적 탐지장치.The Doppler radar-based moving target detection apparatus of claim 1, wherein the Doppler radar-based moving target detection device is obtained using an in-phase (I) value and a quadrature-phase (Q) value of the Doppler signal. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 표적의 순 이동량은 일정시간 동안 상기 표적의 위상 변화량을 누적시킨 위상 펼침 값을 통해서 구하는 것을 특징으로 하는 도플러 레이더 기반의 이동표적 탐지장치.Doppler radar-based moving target detection apparatus characterized in that the net amount of movement of the target is obtained through a phase unfold value accumulated by the amount of phase change of the target for a predetermined time. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 순 이동량의 위상 펼침 값,
Figure 112009069941608-pat00012
Figure 112009069941608-pat00013
을 통해 구하고
Figure 112009069941608-pat00014
.
Figure 112009069941608-pat00015
는 각각,
Figure 112009069941608-pat00016
번째 시간에서 상기 표적의 펼쳐진 위상과 측정된 위상을 의미하는 것을 특징으로 하는 도플러 레이더 기반의 이동표적 탐지장치.
Phase spread value of the net shift amount,
Figure 112009069941608-pat00012
Is
Figure 112009069941608-pat00013
Foraging through
Figure 112009069941608-pat00014
.
Figure 112009069941608-pat00015
Are each,
Figure 112009069941608-pat00016
Doppler radar-based moving target detection device means the spread phase and the measured phase of the target at the second time.
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