KR101156570B1 - 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치 및 방법 - Google Patents

레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101156570B1
KR101156570B1 KR1020110022075A KR20110022075A KR101156570B1 KR 101156570 B1 KR101156570 B1 KR 101156570B1 KR 1020110022075 A KR1020110022075 A KR 1020110022075A KR 20110022075 A KR20110022075 A KR 20110022075A KR 101156570 B1 KR101156570 B1 KR 101156570B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
radar
phase difference
linear
azimuth
sample
Prior art date
Application number
KR1020110022075A
Other languages
English (en)
Inventor
윤상호
오승용
Original Assignee
국방과학연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국방과학연구소 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020110022075A priority Critical patent/KR101156570B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101156570B1 publication Critical patent/KR101156570B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/522—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
    • G01S13/524—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi
    • G01S13/53—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi performing filtering on a single spectral line and associated with one or more range gates with a phase detector or a frequency mixer to extract the Doppler information, e.g. pulse Doppler radar
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/56—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds for presence detection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/66—Radar-tracking systems; Analogous systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치는 레이더 수신 신호의 거리 샘플 중에서 상기 수신 신호로부터 획득된 방위 도플러 주파수와 상기 레이더의 각 채널간 제1 위상차의 선형 관계를 만족하는 선형 샘플을 추출하는 샘플 추출부 및 상기 선형 샘플에 선형 회기법을 적용하여 각 채널간 제2 위상차와 상기 방위 도플러 주파수의 도플러 중심 주파수를 산출하는 중심 주파수 산출부를 포함함으로써, 정밀한 도플러 중심 주파수와 채널간 위상차를 산출할 수 있다.

Description

레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CALCULATING RESOURCE OF TARGET DETECTION IN RADAR}
본 발명은 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 레이더 수신 신호로부터 레이더를 통한 표적 탐지에 필요한 채널간 위상차와 도플러 중심 주파수를 신뢰성 있게 산출할 수 있는 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치 및 방법에 관한 것이다.
항공기에 탑재된 레이더에서 도플러 및 위상차를 추정하는 방법은 레이더 탑재체의 이동 속도나 방향과 같은 기하 정보로 추출하는 방법과 레이더의 수신 신호 자체에서 추출해내는 신호 기반의 방법이 있다.
우선, 탑재체의 기하정보를 사용하는 경우에는 탑재체의 속도와 자세 등의 정보를 EGI(Embedded GPS & INS)로부터 전달받아 도플러 및 위상값을 추정하는데 사용하게 된다. 하지만, 현재 최고 성능의 EGI를 사용하더라도 장치 내부의 자이로 및 가속도계에서 발생한 오차 성분으로 인하여 이들로부터 계산된 속도 및 자세 정보에는 오차가 존재하게 된다. 게다가 안테나와 레이돔 등 기구적 오차로 인해 수신 신호의 오차 성분이 발생하기 때문에 정밀한 도플러 및 위상차의 추정이 불가능하다.
수신 신호를 이용하여 추정하는 경우, 도플러 및 위상 정보를 수신 신호 자체에서 추출하기 때문에 위와 같은 기구적 오차 성분과는 독립적인 추정이 가능하다. 하지만, 수신 신호가 반사된 지표 환경에 특성에 따라 신호의 특성이 변화하기 때문에 정확한 추정에 어려움이 따른다. 특히, 수신된 신호에 이동하는 물체에서 반사된 신호가 포함되어 있을 경우, 정지된 지상을 가정한 도플러와 위상 관계식에 큰 오차가 발생하여 정밀한 도플러 및 위상차 추정이 불가능하게 된다. 이러한 특성은 신호 기반의 도플러 및 위상차 추정 정확도를 크게 저하시키며, 이러한 성능 저하로 인하여 신호 기반의 추정 방안은 실제 적용에 어려움이 있다.
본 발명은 레이더 수신 신호로부터 레이더를 통한 표적 탐지에 필요한 채널간 위상차와 도플러 중심 주파수를 신뢰성 있게 산출할 수 있는 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치는 레이더 수신 신호의 거리 샘플 중에서 상기 수신 신호로부터 획득된 방위 도플러 주파수와 상기 레이더의 각 채널간 제1 위상차의 선형 관계를 만족하는 선형 샘플을 추출하는 샘플 추출부 및 상기 선형 샘플에 선형 회기법을 적용하여 각 채널간 제2 위상차와 상기 방위 도플러 주파수의 도플러 중심 주파수를 산출하는 중심 주파수 산출부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 선형 관계 R은 다음의 수학식으로 정의되고, 상기 샘플 추출부는 상기 R의 절대값이 설정값 이상인 경우 상기 선형 관계를 만족하는 것으로 처리할 수 있다.
Figure 112011018013795-pat00001
여기서,
Figure 112011018013795-pat00002
이고,
Figure 112011018013795-pat00003
이며,
Figure 112011018013795-pat00004
이고,
Figure 112011018013795-pat00005
는 상기 레이더 수신 신호의 방위 샘플로부터 획득된 방위 도플러 주파수이며,
Figure 112011018013795-pat00006
는 상기 레이더 수신 신호의 방위 샘플로부터 획득된 각 채널간 제1 위상차이고,
Figure 112011018013795-pat00007
은 상기 레이더 수신 신호의 방위 샘플의 수이다.
또한, 상기 채널간 제2 위상차
Figure 112011018013795-pat00008
는 상기 각 선형 샘플을 대상으로 하여 다음의 수학식으로부터 산출될 수 있다.
Figure 112011018013795-pat00009
여기서,
Figure 112011018013795-pat00010
이다.
또한, 상기 샘플 추출부는 상기 선형 샘플을 복수로 추출하고, 상기 채널간 제2 위상차
Figure 112011018013795-pat00011
는 상기 복수의 선형 샘플을 대상으로 하여 다음의 수학식으로부터 산출될 수 있다.
Figure 112011018013795-pat00012
여기서,
Figure 112011018013795-pat00013
이고,
Figure 112011018013795-pat00014
는 상기 레이더 수신 신호의 복수의 방위 샘플로부터 획득된 방위 도플러 주파수의 평균이며,
Figure 112011018013795-pat00015
는 상기 레이더 수신 신호의 복수의 방위 샘플로부터 획득된 각 채널간 제1 위상차의 평균이다.
또한, 상기 도플러 중심 주파수
Figure 112011018013795-pat00016
는 다음의 수학식으로부터 산출될 수 있다.
Figure 112011018013795-pat00017
한편, 본 발명의 레이더의 표적 탐지 자원 산출 방법은 레이더 수신 신호로부터 획득된 방위 도플러 주파수와 상기 레이더의 각 채널간 제1 위상차의 선형 관계를 만족하는 선형 샘플을 추출하는 단계, 상기 선형 샘플에 선형 회기법을 적용하는 단계 및 상기 선형 회기법으로 선형화된 선형 샘플로부터 각 채널간 제2 위상차와 상기 방위 도플러 주파수의 도플러 중심 주파수를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 선형 샘플을 추출하는 단계 이전에, 상기 레이더 수신 신호로부터 상기 도플러 주파수와 상기 레이더의 각 채널간 제1 위상차를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 레이더의 표적 탐지 자원 산출 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 프로그램으로 기록될 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명의 레이더의 표적 탐지 자원 산출 방법은 레이더 수신 신호로부터 획득되는 방위 도플러 주파수와 각 채널간 위상차의 선형 관계를 이용하여 이동 표적이 포함되지 않은 선형 샘플을 추출할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 레이더 수신 신호를 이용하여 도플러와 위상차 추정이 가능하다.
또한, 선형 회기법을 통해 선형 샘플을 선형화함으로써 정밀한 도플러 중심 주파수의 추정이 가능하다. 또한 각 채널간 위상차를 높은 정밀도로 새롭게 산출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치를 나타낸 블럭도.
도 2는 이동 플랫폼과 지상의 클러터 및 이동 표적간의 기하 관계를 나타낸 개략도.
도 3은 레이더 수신 신호의 안테나 입사각에 따른 경로차를 나타낸 개략도.
도 4는 클러터 처리를 통해 표적을 탐지하는 방식을 나타낸 그래프이다.
도 5는 이동 표적이 포함되지 않은 경우의 거리 샘플과 이동 표적이 포함된 경우의 거리 샘플을 나타낸 그래프.
도 6은 샘플 추출부로부터 출력되는 선형 샘플과 선형 회기 직선을 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 레이더의 표적 탐지 자원 산출 방법을 나타낸 흐름도.
이하, 본 발명의 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치 및 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 1에 도시된 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치는 레이더 수신 신호의 거리 샘플 중에서 상기 수신 신호로부터 획득된 방위 도플러 주파수와 상기 레이더의 각 채널간 제1 위상차의 선형 관계를 만족하는 선형 샘플을 추출하는 샘플 추출부(110) 및 상기 선형 샘플에 선형 회기법을 적용하여 각 채널간 제2 위상차와 상기 방위 도플러 주파수의 도플러 중심 주파수를 산출하는 중심 주파수 산출부(130)를 포함하고 있다.
레이더 수신 신호를 이용하여 고해상도 영상을 생성하거나 지상 이동 표적을 탐지하기 위해서는 정밀한 도플러 주파수 및 채널간 위상차가 필요하다. 도플러 주파수는 수신 신호의 주파수 스펙트럼을 이동하는 성질이 있으므로 이를 보상하기 위해 도플러 중심 주파수를 활용한다. 따라서, 본 명세서에서 레이더의 표적 탐지에 필요한 자원은 도플러 중심 주파수와 채널간 위상차를 지칭하는 것으로 한다.
자상의 이동 표적 탐지를 위해서는 앞에서 설명한 도플러 보상과 더불어 안테나에서 송신된 신호가 지상에 고정되어 있는 지형지물에서 반사되어 돌아온 클러터 신호를 제거하여 이동 표적의 식별을 가능하게 하는 클러터 제거 알고리즘이 필요하다. 이러한 클러터 제거 알고리즘을 효과적으로 수행하기 위해서, 지상 이동 표적 탐지용 레이더는 두 개 이상의 위상 중심을 갖는 안테나 및 수신기 구조를 가지는 것이 일반적이다. 일정한 거리가 떨어진 두 개 이상의 위상 중심을 갖는 다채널 안테나를 활용하면, 각 채널 사이의 물리적 거리에 의하여 수신 신호에 생긴 위상 및 도플러 특성을 클러터 제거를 위하여 활용하는 것이 가능하다. 여기서, 수신 신호의 도플러 및 위상 특성을 정확하게 추정하는 것이 클러터 제거 및 이동표적 탐지 성능에 주요한 영향을 미치게 된다.
다채널 수신 구조에서 도플러 및 위상을 추정하는 방법으로는 기하 정보로부터 직접 값을 추출하는 방법과 수신 신호를 이용하여 추정하는 방법이 있다. 본 명세서에서 기술되는 표적 탐지 자원 산출 장치는 후자의 방식에 따라 도플러 중심 주파수와 채널간 위상차를 추정한다.
항공기에 탑재된 레이더에서 수신된 신호에는 플랫폼의 이동에 의해서 발생한 도플러 효과가 나타나게 된다. 도 2는 이동 플랫폼(표적 탐지 자원 산출 장치의 탑재체)과 지상의 클러터 및 이동 표적간의 기하 관계를 나타낸다. 이동하는 플랫폼에서 수신된 신호에서 발생하는 클러터와 표적의 방위 방향 도플러 주파수는 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112011018013795-pat00018
Figure 112011018013795-pat00019
여기서,
Figure 112011018013795-pat00020
는 안테나 스퀸트(squint) 각이고,
Figure 112011018013795-pat00021
는 이동 표적의 안테나 Off-axis 각이며,
Figure 112011018013795-pat00022
는 지상 클러터의 안테나 Off-axis 각이고,
Figure 112011018013795-pat00023
는 플랫폼의 이동 속도이며,
Figure 112011018013795-pat00024
는 지상 표적의 이동 속도이고,
PRF는 레이더의 펄스 반복 주기(Pulse Repetition Frequency)이며,
λ는 레이더에서 사용하는 파장의 길이이고,
k는 임의의 정수이며,
Figure 112011018013795-pat00025
는 클러터의 방위 도플러 주파수이고,
Figure 112011018013795-pat00026
는 표적의 방위 도플러 주파수이다.
특히 안테나의 중앙에서 방사된 신호가 반사되어 들어온 신호의 도플러 주파수를 도플러의 중심 주파수(Doppler Centroid)라 하며, 이는 영상 레이더에서 지표면에서 반사된 신호를 압축하여 고해상도의 영상을 얻는데 활용되며, 이동 표적 탐지시에는 지표면에서 반사된 클러터 스펙트럼을 이동시켜 지표면의 이동 표적의 탐지를 돕는데 활용된다.
한편, 지상의 이동 표적을 탐지하기 위해서는 지상의 고정된 클러터에서 반사된 신호를 제거하는 클러터 제거 작업 또한 수행되어야 한다. 안테나가 다수의 위상 중심을 갖는 다채널 레이더의 경우, 각 채널 사이에는 일정한 거리가 존재하게 되고, 이 거리는 수신 신호에 경로차를 발생시킨다. 신호의 안테나 입사각에 따른 경로차는 도 3에 나타나 있다. 이런 경로차로 인하여 채널별 위상 차이가 생기게 되며, 거리 d 만큼 떨어진 인접한 채널 사이의 위상차는 다음의 수학식 2와 같이 계산이 가능하다.
Figure 112011018013795-pat00027
여기서,
Figure 112011018013795-pat00028
는 클러터로 얻어진 채널간 위상차이다.
지상에 고정된 클러터의 경우, 이러한 위상차를 보상함으로써 신호를 제거하는 것이 가능하다. 도 4는 클러터 처리를 통해 표적을 탐지하는 방식을 나타낸 그래프이다.
채널간 발생하는 위상차를 이용하여 클러터를 제거하기 위해서 CPI(Coherent Pulse Integration) 동안 누적된 펄스를 방위 방향으로 FFT 하여 방위 방향 도플러 도메인으로 변환한다. 반사 신호의 방위각의 변화에 따른 채널간 위상차는 다음의 수학식 3과 같다.
Figure 112011018013795-pat00029
이를 주파수 방위 방향의 주파수 도메인으로 변환하면 수학식 4와 같다.
Figure 112011018013795-pat00030
여기서,
Figure 112011018013795-pat00031
는 클러터의 방위 주파수이다.
위와 같은 두 채널 사이의 위상 차이를 한 채널의 수신 신호에 보상을 한 뒤에 두 채널을 가감하는 작업을 수행하여 클러터 신호를 제거하는 것이 가능하다.
이때, 클러터의 신호의 채널간 위상차인
Figure 112011018013795-pat00032
를 수학식 4로 추정하려면 플랫폼의 속도 및 스퀸트 각의 정확한 값이 필요하다. 하지만, 현재 EGI의 정확도의 한계와 기구적 특성으로 인하여 수식을 통하여 정밀한 위상차를 계산하는 것은 불가능하다. 이러한 점에 있어서 수신 신호 자체로부터 위상차를 추정하는 방식이 바람직하다.
수신 신호로부터 직접 위상차를 추정하기 위해서 두 채널 신호의 합과 차 패턴을 사용한다. 두 채널 수신 신호의 합과 차의 신호비는 수학식 5와 같으며, 수학식 6과 같은 방법으로 두 신호의 위상차를 추정할 수 있다.
Figure 112011018013795-pat00033
Figure 112011018013795-pat00034
여기서,
Figure 112011018013795-pat00035
는 채널간 위상차이고,
Figure 112011018013795-pat00036
는 2채널의 합신호이며,
Δ는 2채널의 차신호이다.
이때, 수신 신호가 움직이는 표적을 포함하고 있을 경우, 위와 같은 방법으로 추정한 위상차는 고정된 지상의 클러터가 아닌 움직이는 표적에서 발생한 위상차를 포함하게 되고, 이러한 위상차 값을 클러터 제거에 사용하면 정확하게 클러터를 제거하지 못하는 문제점이 발생하게 된다.
따라서, 이러한 부작용을 방지하기 위해서는 추정을 위해서 사용된 샘플이 움직이는 표적의 신호를 포함하지 않도록 구분하는 기술이 필요하다.
도 1의 샘플 추출부(110)는 표적 신호가 포함된 샘플의 구분을 가능하게 하여, 앞에서와 같은 방법으로 위상값을 계산할 샘플을 선택할때, 올바른 샘플의 선정을 가능하게 한다.
거리 방향의 샘플이 이동 표적을 포함하지 않는 경우(수학식 7)와, 포함하는 경우(수학식 8)의 도플러와 채널간 위상차의 상관 관계를 나타내면 다음과 같다.
Figure 112011018013795-pat00037
Figure 112011018013795-pat00038
여기서,
Figure 112011018013795-pat00039
는 표적의 방위 주파수이고,
Figure 112011018013795-pat00040
는 표적으로부터 획득한 채널간 위상차이다.
수학식 7에서 볼 수 있듯이, 지상에 고정된 클러터는 도플러와 채널간 위상차간의 선형 관계를 가지게 된다. 하지만 수학식 8의 이동 표적의 경우 표적의 이동으로 인하여 발생하는 도플러 때문에 그러한 선형 관계를 갖지 않는다. 따라서, 위상차 추정을 수행할 거리 방향의 샘플(거리 샘플)을 선택한 뒤에, 샘플의 도플러-위상차 간의 선형 관계를 알아보면, 그 샘플에 표적의 신호가 있는지의 여부를 알아낼 수 있다. 즉, 이동 표적의 신호를 포함하지 않은 샘플이 이동표적의 신호를 포함한 샘플보다 높은 선형 상관 관계를 나타내게 되고, 이러한 상관 관계를 비교함으로써, 표적이 존재하지 않는 샘플을 선정할 수 있다. 이러한 도플러 주파수와 위상차 간의 선형 관계 R은 도 5를 참조하여 다음의 수학식 9로 정의될 수 있다.
Figure 112011018013795-pat00041
여기서,
Figure 112011018013795-pat00042
이고,
Figure 112011018013795-pat00043
이며,
Figure 112011018013795-pat00044
이고,
Figure 112011018013795-pat00045
는 상기 레이더 수신 신호의 방위 샘플로부터 획득된 방위 도플러 주파수이며,
Figure 112011018013795-pat00046
는 상기 레이더 수신 신호의 방위 샘플로부터 획득된 각 채널간 제1 위상차이고,
Figure 112011018013795-pat00047
은 상기 레이더 수신 신호의 방위 샘플의 수이다.
샘플 추출부(110)는 수학식 9를 통해 선형 관계 R을 산출한 후 R의 절대값이 설정값 이상인 경우 상기 선형 관계를 만족하는 것으로 처리한다. 이때의 설정값은 대체로 1 또는 1에 근접한 수가 되나 상황에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
수학식 9를 통해 산출되는 선형 관계 R은 항상 -1에서 1 사이의 값을 갖는다. 도플러 주파수와 위상차 사이의 선형 상관도가 높을수록 R의 절대값은 1에 가까워지며, 상관도가 낮을수록 0에 가까워진다. 따라서, 선택된 샘플의 값이 1에 가까운 정도에 따라서 샘플로의 선택 여부를 결정할 수 있다. 도 5는 이동 표적이 존재하는 경우와 그렇지 않은 경우의 상관 관계를 보여준다. 이동 표적을 포함하지 않은 샘플의 경우 상관 관계가 1 또는 -1에 근사한 값을 갖는 것을 알 수 있으며 이동 표적을 포함한 샘플의 경우 상관 관계의 절대값이 1보다 적은 것을 알 수 있다. 이러한 방법으로 이동 표적을 포함한 신호를 구분할 수 있게 된다. 샘플 추출부(110)는 이렇게 구분되어진 이동 표적을 포함한 신호를 제거한다.
구체적으로, 레이더의 수신 신호는 거리 샘플과 방위 샘플을 갖는다. 예를 들어 수신 신호에 방위 샘플 512개와 거리 샘플 1024개가 포함되는 경우 도 5는 하나의 거리 샘플에 대한 방위 샘플의 채널간 위상차를 나타낸다. 이때의 채널간 위상차는 기존의 위상차 산출기를 이용하여 산출될 수 있다. 방위 도플러 주파수도 기존의 도플러 분석기를 통하여 산출될 수 있다. 기존의 위상차 산출기를 통해 산출되는 채널간 위상차를 제1 위상차라 지칭하기로 한다.
도 5와 같이 x축을 방위 도플러 주파수로 하고 y축을 채널간 위상차로 설정하면 수학식 9를 도출할 수 있다. 위의 예의 경우 도 5에는 방위 샘플 512개가 나타나고 이러한 그래프가 거리 샘플의 수 1024개만큼 존재한다. 샘플 추출부는 그 중에서 R이 설정값을 만족하지 못하는 거리 샘플을 제거한다. 여기서의 제거는 데이터의 삭제를 의미할 수도 있으며, 데이터를 삭제하지 않는 대신 해당 거리 샘플을 출력하지 않는 것을 의미할 수도 있다.
이때 설정값을 만족하는 R을 갖는 거리 샘플을 선형 샘플이라 지칭하기로 한다.
중심 주파수 산출부(130)는 샘플 추출부로부터 선형 샘플을 전송받아 처리한다. 결과적으로 주파수 산출부는 선형 샘플만을 처리 대상으로 하므로 클러터의 위상을 추정하는 것을 방지함으로써 수신 신호로부터 위상을 추정할 때 예상되는 문제를 해소할 수 있다.
한편, 각 선형 샘플은 도 5에서와 같이 선형성을 갖기는 하나 이때의 선형성을 명확하게 정의하기는 곤란한 상태이다. 따라서, 제1 위상차를 기존의 위상차 산출부를 통해 알고 있는 상태이기는 하나 이를 그대로 이동 표적 탐지의 자원으로 활용하기에는 문제가 있다. 또한, 이 상태의 제1 위상차를 이용해 도플러 중심 주파수를 산출하기에도 문제가 있다.
이와 같은 문제를 해소하기 위해 중심 주파수 산출부(130)는 선형 회기법을 적용한다.
선형 회기법이란 두 변수가 선형 관계를 가지는 다수의 샘플이 있을 때에 각 샘플의 제곱 오차가 최소(Lease Square Error)가 되는 직선을 찾아내는 방법이다. 선형 회기 방법을 적용하면 방위 도플러와 채널간 위상차의 관계를 직선(선형 회기 직선)으로 표현할 수 있으며, 이를 채널간 제2 위상차
Figure 112011018013795-pat00048
를 나타내는 1차 함수로 나타낼 수 있다. 즉, 채널간 제2 위상차
Figure 112011018013795-pat00049
는 상기 각 선형 샘플을 대상으로 하여 다음의 수학식 10으로부터 산출될 수 있다. 참고로 채널간 제2 위상차는 선형 회기법을 적용하여 수학식 10으로 표현되는 위상차를 지칭하는 것으로 한다.
Figure 112011018013795-pat00050
여기서,
Figure 112011018013795-pat00051
이다.
도 6의 좌측 도면은 샘플 추출부(110)로부터 전송받은 선형 샘플을 나타낸 것이고, 우측 도면은 선형 샘플에 선형 회기법을 적용하여 직선을 형성한 상태를 나타낸다. 수학식 10은 이때의 직선을 나타낸다.
수학식 10에 따른 제2 위상차는 제1 위상차에 비하여 신뢰도가 높으므로 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치는 표적 탐지의 자원으로서 제1 위상차 대신 제2 위상차를 출력한다. 선형 회기법 자체가 추정을 의미하므로, 추정된 값임을 나타내기 위해
Figure 112011018013795-pat00052
위에
Figure 112011018013795-pat00053
을 붙여 나타내었다.
한편, 수학식 10에 의해 산출된 채널간 제2 위상차는 선형 샘플 한개를 대상으로 한 값이다. 예를 들어 방위 샘플이 512개이고 거리 샘플이 1024이며, 선형 관계를 만족하지 못한 거리 샘플이 24개일 때 선형 샘플은 1000개이다. 수학식 10은 1000개의 선형 샘플 중 한개의 선형 샘플에 대한 값이다.
따라서, 이 값을 그대로 이용할 수도 있으나 편차가 예상된다.
따라서, 샘플 추출부는 선형 샘플을 복수로 추출하고, 채널간 제2 위상차
Figure 112011018013795-pat00054
는 추출된 복수의 선형 샘플을 대상으로 하여 다음의 수학식 11로부터 산출될 수 있다.
Figure 112011018013795-pat00055
여기서,
Figure 112011018013795-pat00056
이고,
Figure 112011018013795-pat00057
는 상기 레이더 수신 신호의 복수의 방위 샘플로부터 획득된 방위 도플러 주파수의 평균이며,
Figure 112011018013795-pat00058
는 상기 레이더 수신 신호의 복수의 방위 샘플로부터 획득된 각 채널간 제1 위상차의 평균이다.
위의 예에서 하나의 선형 샘플에는 방위 샘플 512개가 점으로 나타난다. 이때 1000개의 선형 샘플에 동일한 방위 샘플 간의 방위 도플러 주파수의 평균과 각 채널간 제1 위상차의 평균을 적용함으로 보다 신뢰성 있는 채널간 제2 위상차를 산출할 수 있다.
수학식 10 또는 수학식 11 중 어느 것을 사용하더라도 선형 회기 직선을 이용하므로 샘플의 잡음 특성 등으로 발생하는 비선형 오차들을 줄일 수 있다. 따라서 각 방위 도플러 빈(bin)마다 추정된 위상차의 정확도를 향상시키는 것이 가능하며, 위상차 추정의 잡음 내성(Robustness)도 크게 증가하게 된다. 이러한 선형 회기법의 적용은 추정된 위상차의 정확도 향상뿐만 아니라, 수신 신호의 도플러 중심 주파수를 쉽게 찾아낼 수 있게 해준다. 수신 신호의 도플러 중심 주파수(Doppler Centroid)는 안테나의 위상 중심 방향으로 입사된 신호의 도플러 주파수를 나타내는 것으로, 이 지점에서 입사된 신호는 채널간 위상차가 0이 되므로 위의 직선의 방정식이 x축(위상값=0)을 지나는 지점의 주파수가 된다. 따라서, 수신 신호의 도플러 중심 주파수(Doppler Centroid)
Figure 112011018013795-pat00059
는 다음의 수학식 12로부터 산출될 수 있다.
Figure 112011018013795-pat00060
이상에서 살펴본 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치는 샘플 추출부(110)에서 선형 관계를 이용하여 이동 표적이 포함되어 있는 거리 샘플을 제거시키고, 중심 주파수 추출부(130)에서 제거되지 않은 선형 샘플을 대상으로 선형 회기법을 적용하여 채널간 제2 위상차와 도플러 중심 주파수를 산출한다.
따라서, 이동 표적으로 인한 데이터의 오류 가능성이 없으므로 높은 신뢰도의 표적 탐지 자원을 획득할 수 있다.
도 7은 본 발명의 레이더의 표적 탐지 자원 산출 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7에 도시된 표적 탐지 자원 산출 방법은 도 1에 개시된 표적 탐지 자원 산출 장치의 동작으로서 설명될 수도 있다.
먼저, 레이더 수신 신호로부터 획득된 방위 도플러 주파수와 상기 레이더의 각 채널간 제1 위상차의 선형 관계를 만족하는 선형 샘플을 추출한다(S 510). 샘플 추출부(110)에서 이루어지는 동작이다. 샘플 추출부는 선형 샘플을 추출하기 위해 수신 신호로부터 획득된 방위 도플러 주파수와 각 채널간 제1 위상차가 필요하다. 이때의 방위 도플러 주파수와 제1 위상차는 기존의 도플러 분석기와 위상차 산출부를 통해 획득할 수 있다. 선형 샘플을 추출한다는 것은 결국 거리 샘플 중 이동 표적이 포함된 샘플과 포함되지 않은 샘플을 구분하고 이동 표적이 포함된 샘플을 이용하지 않겠다는 것과 같다. 따라서, 이동 표적으로 인하여 레이더 수신 신호로부터 표적 탐지 자원의 획득이 곤란하였던 문제를 해소할 수 있다.
한편, 상기 선형 샘플을 추출하는 단계(S 510) 이전에 상기 레이더 수신 신호로부터 상기 도플러 주파수와 상기 레이더의 각 채널간 제1 위상차를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이에 따르면 샘플 추출부에서 도플러 주파수와 제1 위상차를 산출하게 되므로 별도의 도플러 분석기와 위상차 산출부를 필요로 하지 않는다.
또한 종래의 도플러 분석기와 위상차 산출부를 샘플 추출부와 일체로 형성할 수 있다.
상기 선형 샘플에 선형 회기법을 적용한다(S 520). 중심 주파수 산출부(130)에서 이루어지는 동작으로 선형 샘플에 포함된 방위 샘플의 위상차를 신뢰성 있게 추정하기 위해 선형 회기법을 적용한다.
상기 선형 회기법으로 선형화된 선형 샘플로부터 각 채널간 제2 위상차와 상기 방위 도플러 주파수의 도플러 중심 주파수를 산출한다(S 530). 중심 주파수 산출부(130)에서 이루어지는 동작으로 수학식 11과 수학식 12를 통해 채널간 제2 위상차와 도플러 중심 주파수를 산출한다.
한편, 도 7에 설명된 레이더의 표적 탐지 자원 산출 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 프로그램으로 기록될 수 있다.
한편, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어 도 3에서는 레이더의 안테나 채널이 2개인 것을 나타내었으나 이때의 안테나 채널은 2개를 넘는 복수로 구성될 수도 있다.
레이더를 이용한 지상 영상 형성 및 이동 표적 탐지 시스템에 적용할 수 있다.
특히, 항공기에 탑재된 2채널 GMTI 레이더를 이용한 지상 영상 형성 및 이동표적 탐지 시스템에 적용하는 것이 유리하다.
110...샘플 추출부 130...중심 주파수 산출부

Claims (8)

  1. 레이더 수신 신호의 거리 샘플 중에서 상기 수신 신호로부터 획득된 방위 도플러 주파수와 상기 레이더의 각 채널간 제1 위상차의 선형 관계를 만족하는 선형 샘플을 추출하는 샘플 추출부; 및
    상기 선형 샘플에 선형 회기법을 적용하여 각 채널간 제2 위상차와 상기 방위 도플러 주파수의 도플러 중심 주파수를 산출하는 중심 주파수 산출부;
    를 포함하는 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 선형 관계 R은 다음의 수학식으로 정의되고,
    상기 샘플 추출부는 상기 R의 절대값이 설정값 이상인 경우 상기 선형 관계를 만족하는 것으로 처리하는 것을 특징으로 하는 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치.
    Figure 112011018013795-pat00061

    여기서,
    Figure 112011018013795-pat00062
    이고,
    Figure 112011018013795-pat00063
    이며,
    Figure 112011018013795-pat00064
    이고,
    Figure 112011018013795-pat00065
    는 상기 레이더 수신 신호의 방위 샘플로부터 획득된 방위 도플러 주파수이며,
    Figure 112011018013795-pat00066
    는 상기 레이더 수신 신호의 방위 샘플로부터 획득된 각 채널간 제1 위상차이고,
    Figure 112011018013795-pat00067
    은 상기 레이더 수신 신호의 방위 샘플의 수이다.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 채널간 제2 위상차
    Figure 112011018013795-pat00068
    는 상기 각 선형 샘플을 대상으로 하여 다음의 수학식으로부터 산출되는 것을 특징으로 하는 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치.
    Figure 112011018013795-pat00069

    여기서,
    Figure 112011018013795-pat00070
    이다.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 샘플 추출부는 상기 선형 샘플을 복수로 추출하고,
    상기 채널간 제2 위상차 는 상기 복수의 선형 샘플을 대상으로 하여 다음의 수학식으로부터 산출되는 것을 특징으로 하는 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치.
    Figure 112011018013795-pat00072

    여기서,
    Figure 112011018013795-pat00073
    이고,
    Figure 112011018013795-pat00074
    는 상기 레이더 수신 신호의 복수의 방위 샘플로부터 획득된 방위 도플러 주파수의 평균이며,
    Figure 112011018013795-pat00075
    는 상기 레이더 수신 신호의 복수의 방위 샘플로부터 획득된 각 채널간 제1 위상차의 평균이다.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 도플러 중심 주파수
    Figure 112011018013795-pat00076
    는 다음의 수학식으로부터 산출되는 것을 특징으로 하는 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치.
    Figure 112011018013795-pat00077

  6. 레이더 수신 신호로부터 획득된 방위 도플러 주파수와 상기 레이더의 각 채널간 제1 위상차의 선형 관계를 만족하는 선형 샘플을 추출하는 단계;
    상기 선형 샘플에 선형 회기법을 적용하는 단계; 및
    상기 선형 회기법으로 선형화된 선형 샘플로부터 각 채널간 제2 위상차와 상기 방위 도플러 주파수의 도플러 중심 주파수를 산출하는 단계;
    를 포함하는 레이더의 표적 탐지 자원 산출 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 선형 샘플을 추출하는 단계 이전에,
    상기 레이더 수신 신호로부터 상기 도플러 주파수와 상기 레이더의 각 채널간 제1 위상차를 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더의 표적 탐지 자원 산출 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항의 레이더의 표적 탐지 자원 산출 방법을 프로그램으로 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
KR1020110022075A 2011-03-11 2011-03-11 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치 및 방법 KR101156570B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110022075A KR101156570B1 (ko) 2011-03-11 2011-03-11 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110022075A KR101156570B1 (ko) 2011-03-11 2011-03-11 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101156570B1 true KR101156570B1 (ko) 2012-06-20

Family

ID=46688992

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110022075A KR101156570B1 (ko) 2011-03-11 2011-03-11 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101156570B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101315243B1 (ko) 2013-03-07 2013-10-08 중앙항업(주) 위성레이더 영상의 도플러 중심주파수 변환방법
KR20150055279A (ko) * 2013-11-13 2015-05-21 현대모비스 주식회사 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 이용하는 차량용 레이더 및 그 운영 방법
KR20200124192A (ko) * 2020-10-20 2020-11-02 현대모비스 주식회사 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 이용하는 차량용 레이더 및 그 운영 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005326297A (ja) 2004-05-14 2005-11-24 Mitsubishi Electric Corp レーダ装置
KR100766414B1 (ko) 2006-10-26 2007-10-15 국방과학연구소 방위각 보상이 가능한 레이더 장치 및 그 방법
US7853219B2 (en) 2005-06-23 2010-12-14 Nec Corporation Doppler frequency detector, doppler frequecny estimating method, and recording medium recorded with a program for allowing a computer to execute the method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005326297A (ja) 2004-05-14 2005-11-24 Mitsubishi Electric Corp レーダ装置
US7853219B2 (en) 2005-06-23 2010-12-14 Nec Corporation Doppler frequency detector, doppler frequecny estimating method, and recording medium recorded with a program for allowing a computer to execute the method
KR100766414B1 (ko) 2006-10-26 2007-10-15 국방과학연구소 방위각 보상이 가능한 레이더 장치 및 그 방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101315243B1 (ko) 2013-03-07 2013-10-08 중앙항업(주) 위성레이더 영상의 도플러 중심주파수 변환방법
KR20150055279A (ko) * 2013-11-13 2015-05-21 현대모비스 주식회사 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 이용하는 차량용 레이더 및 그 운영 방법
KR102169874B1 (ko) 2013-11-13 2020-10-26 현대모비스 주식회사 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 이용하는 차량용 레이더 및 그 운영 방법
KR20200124192A (ko) * 2020-10-20 2020-11-02 현대모비스 주식회사 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 이용하는 차량용 레이더 및 그 운영 방법
KR102186352B1 (ko) 2020-10-20 2020-12-03 현대모비스 주식회사 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 이용하는 차량용 레이더 및 그 운영 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3104189B1 (en) Misalignment estimation for a vehicle radar system
CN108469608B (zh) 一种运动平台雷达多普勒质心精确估计方法
KR20190096291A (ko) 위상을 보정하는 레이더 감지
CN110431437B (zh) 用于求取雷达目标的横向相对速度分量的方法和设备
CN110109102B (zh) 一种sar运动目标检测与速度估计的方法
EP2284569B1 (en) Automatic focussing of SAR raw data based on the estimation of the phase error function
CN106796295B (zh) 用于在多路径误差方面评估全球导航卫星系统中的卫星信号的方法、用于全球导航卫星系统的接收器和机动车
KR101628154B1 (ko) 수신 신호 세기를 이용한 다중 표적 추적 방법
KR101777381B1 (ko) Pcl 수신기에서 적응 필터를 이용한 표적반사 신호의 도래각 추정 장치 및 방법
Deming et al. Three-channel processing for improved geo-location performance in SAR-based GMTI interferometry
KR101348512B1 (ko) 레이더를 이용한 이동 타겟 판단 장치 및 그 방법
KR101156570B1 (ko) 레이더의 표적 탐지 자원 산출 장치 및 방법
Baumgartner et al. Acceleration-independent along-track velocity estimation of moving targets
JP2009236720A (ja) 移動目標検出装置
CN107479037B (zh) 一种pd雷达杂波区域判别方法
JP2010286404A (ja) 移動目標検出装置
CN109507654B (zh) 一种基于ls的复杂环境下相位信息计算方法
EP2929366B1 (en) Improvements in and relating to course and/or speed data
JP5025403B2 (ja) 目標検出装置
KR102317246B1 (ko) 레이다 표적 검출 연산량 감소 방법 및 장치
KR102132296B1 (ko) Fmcw 레이더를 이용한 타겟 탐지 장치 및 방법
KR102156312B1 (ko) 거리, 각도 속도를 정밀 측정하기 위한 레이더 장치 및 레이더 신호 처리 방법
KR102190875B1 (ko) 수신신호 보정방법, 수신신호 보정장치, 및 이를 구비하는 펄스 레이다
WO2020076316A1 (en) Phase doppler radar
KR101837845B1 (ko) 수중 표적 정보 획득 시스템 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150601

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160602

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170601

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee