KR101159657B1 - Apparatus for estimating sweep nonlinearity in high range resolution radar seeker - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비선형 위상 오차 추정 장치에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 고해상도 신호처리를 위한 비선형 위상 오차 추정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a nonlinear phase error estimating apparatus, and more particularly, to a nonlinear phase error estimating apparatus for high resolution signal processing.
고해상도 레이더 탐색기를 위해 FMCW(frequency modulated continuous wave) 또는 FMICW(frequency modulated interrupted continuous wave)와 같은 광대역 주파수 변조 파형이 많이 이용되고 있다. FMCW 또는 FMICW 방식은 일반적인 펄스 방식에 비해 최대 탐지 거리와 해상도 간에 발생하는 트레이드-오프(trade-off) 문제를 쉽게 해결할 수 있다는 장점이 있다.Wide frequency frequency modulated waveforms such as frequency modulated continuous wave (FMCW) or frequency modulated interrupted continuous wave (FMICW) are widely used for high resolution radar searchers. The FMCW or FMICW method has the advantage of easily solving the trade-off problem between the maximum detection distance and the resolution compared to the general pulse method.
그런데, 이러한 FMCW 또는 FMICW 방식의 장점은 송신 신호의 변조 시 선형성(linearity)이 보장되어야 한다는 전제 하에 유효하다. 선형성을 보장하기 위한 방법으로는 레이더의 수신 장치에서 선형성을 복원하는 방법이 주로 이용되고 있으며, 많은 연구가 행해지고 있다.However, the advantages of the FMCW or FMICW scheme are effective under the premise that linearity must be guaranteed when modulating a transmission signal. As a method for ensuring linearity, a method of restoring linearity in a radar receiving apparatus is mainly used, and a lot of researches have been conducted.
이러한 선형성 복원은 하드웨어를 기반으로 한 복원과 소프트웨어를 기반으로 한 복원이 있는데, 대개 주기적인 소자나 계측 장비를 이용한 비선형성 측정이 전제되고 있다.Such linearity reconstruction includes hardware-based reconstruction and software-based reconstruction, which usually assumes nonlinear measurements using periodic devices or measurement equipment.
본 발명의 목적은 광대역 선형 주파수 변조 레이더 파형의 비선형 위상 오차 추정 장치를 통해 레이더 탐색기의 고해상도 신호처리 결과를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a high resolution signal processing result of the radar searcher through a nonlinear phase error estimation apparatus of a wideband linear frequency modulated radar waveform.
상술한 본 발명의 목적에 따른 고해상도 레이더 탐색기를 위한 비선형 위상 오차 추정 장치는, 기준 신호 및 수신 신호의 IF 신호를 샘플링하여 샘플링 신호를 출력하는 IF 신호 샘플링 모듈(intermediate frequency signal sampling module)과, 상기 출력된 샘플링 신호로부터 희소 선형식(sparse linear equation)을 생성하고, 생성된 희소 선형식으로부터 비선형 위상 오차를 추정하는 비선형 위상 오차 추정 모듈(sweep nonlinearity estimation module)을 포함하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 상기 추정된 비선형 위상 오차 추정에 대해 곡선 일치법(curve fitting)을 이용하여 사전 처리(preprocessing)하는 사전 처리 모듈(preprocessing module)을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 비선형 위상 오차 추정 모듈은, 힐버트 변환(Hilbert transform)을 통해 기준 신호 및 수신 신호에 대한 비선형 위상 오차의 차이 정보를 산출하고, 산출된 비선형 위상 오차의 차이 정보로부터 상기 희소 선형식을 생성하도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 비선형 위상 오차 추정 모듈은, 하기 수학식에 따라서 상기 비선형 위상 오차의 차이 정보를 추정하고, [수학식] 여기에서, 상기 연산기호 는 벡터의 원소별 곱(element-wise product)이고, 상기 a, b, c, d는 상기 기준 신호의 샘플링 값 와 상기 수신 신호의 샘플링 신호 을 힐버트 변환하여 출력된 값의 벡터 값이 될 수 있다. 한편, 상기 비선형 위상 오차 추정 모듈은, 최소 자승법(least squares)을 이용하여 상기 비선형 위상 오차를 추정하도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 비선형 위상 오차 추정 모듈은, 다음 수학식의 희소 선형식을 생성하고, [수학식] 여기에서, 는 샘플링 주기이고, 는 위상 왜곡 성분으로서 다음의 수학식과 같이 정의되고, 여기에서, 는 체계적 비선형 위상 오차로서 다음의 수학식과 같이 정의되고, [수학식] 여기에서, 는 확률적 비선형 위상 오차로서 다음의 수학식과 같이 정의되고, [수학식] 여기에서, 는 체계적 비선형 주파수 오차로서 다음의 수학식과 같이 정의되고, [수학식] 여기에서, 는 확률적 비선형 주파수 오차가 될 수 있다. Non-linear phase error estimation apparatus for a high-resolution radar searcher according to the object of the present invention, an IF signal sampling module (intermediate frequency signal sampling module) for sampling the IF signal of the reference signal and the received signal and outputs a sampling signal, And a nonlinear phase error estimation module that generates a sparse linear equation from the output sampling signal and estimates the nonlinear phase error from the generated sparse linear equation. Here, the method may further include a preprocessing module for preprocessing the curve using the curve fitting method for the estimated nonlinear phase error estimation. In this case, the nonlinear phase error estimation module calculates difference information between nonlinear phase errors of the reference signal and the received signal through a Hilbert transform, and generates the sparse linear equation from the calculated difference information of the nonlinear phase errors. It can be configured to. The nonlinear phase error estimation module estimates difference information of the nonlinear phase error according to the following equation, Here, the operation symbol Is an element-wise product of a vector, and a, b, c, and d are sampling values of the reference signal. And a sampling signal of the received signal Hilbert transform can be a vector value of the output value. Meanwhile, the nonlinear phase error estimation module may be configured to estimate the nonlinear phase error using least squares. The nonlinear phase error estimation module generates a sparse linear equation of the following equation, From here, Is the sampling period, Is a phase distortion component, and is defined as follows. From here, Is a systematic nonlinear phase error defined as the following equation, [Equation] From here, Is a stochastic nonlinear phase error defined as in the following equation, [Equation] From here, Is a systematic nonlinear frequency error defined as the following equation, [Equation] From here, Can be a stochastic nonlinear frequency error.
상기와 같은 고해상도 레이더 탐색기를 위한 비선형 위상 오차 추정 장치에 따르면, IF 신호로부터 희소 선형식을 생성하여 푸는 것에 의해 비선형 위상 오차 특성을 정확하게 추정할 수 있다. 이에, 주기적인 소자나 계측 장비를 이용하여 비선형 특성을 측정할 필요가 없다. 또한, 곡선 일치법에 의한 사전 처리를 함으로써, 추정된 데이터의 정확도를 높일 수 있다.According to the nonlinear phase error estimating apparatus for the high resolution radar searcher as described above, the nonlinear phase error characteristic can be accurately estimated by generating and solving a sparse linear equation from the IF signal. Thus, there is no need to measure nonlinear characteristics using periodic elements or measurement equipment. In addition, the preprocessing by the curve matching method can increase the accuracy of the estimated data.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고해상도 레이더 탐색기를 위한 비선형 위상 오차 추정 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 체게적 비선형 위상 오차 추정을 위한 신호 측정 개념을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 추정된 체계적 비선형 위상 오차와 본래의 체계적 비선형 위상 오차 간의 차이 정보를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 다양한 측정 거리에 대한 비선형 체계적 위상 오차와 주파수의 RMSE(SNR 고려 안함)를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 다양한 측정 거리에 대한 비선형 체게적 위상 오차와 주파수의 RMSE(SNR 고려 함)를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 점 목표물에 대한 위상 왜곡 보상 전의 레인지 프로파일(range profile)을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 점 목표물에 대한 위상 왜곡 보상 후의 레인지 프로파일(range profile)을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 오차 발생을 가정하여 체계적 비선형 위상 오차 추정을 위한 신호 측정을 한 결과를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 오차 발생이 작은 경우에 대한 체계적 비선형 위상 오차 추정을 위한 신호 측정을 한 결과를 나타낸다.1 illustrates a nonlinear phase error estimation apparatus for a high resolution radar searcher according to an embodiment of the present invention.
2 illustrates a signal measurement concept for estimating the volumetric nonlinear phase error according to an embodiment of the present invention.
3 illustrates difference information between an estimated systematic nonlinear phase error and an original systematic nonlinear phase error according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates non-linear systematic phase error and RMSE (without SNR consideration) for various measurement distances in accordance with one embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows nonlinear volumetric phase error and RMSE (considering SNR) for various measurement distances in accordance with an embodiment of the present invention.
6 illustrates a range profile before phase distortion compensation for one point target according to an embodiment of the present invention.
7 shows a range profile after phase distortion compensation for one point target according to an embodiment of the present invention.
8 illustrates a result of signal measurement for estimating systematic nonlinear phase error assuming occurrence of an error according to an embodiment of the present invention.
9 illustrates a result of signal measurement for systematic nonlinear phase error estimation in a case where a small error occurs according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, A, B, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도 3 내지 도 5를 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 5.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터파 탐색기의 비선형 위상 오차 추정 장치를 나타낸다.1 illustrates an apparatus for estimating nonlinear phase error of a millimeter wave searcher according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고해상도 레이더 탐색기를 위한 비선형 위상 오차 추정 장치(100)(이하, '비선형 위상 오차 추정 장치'라 함)는 IF 신호 샘플링 모듈(intermediate frequency signal sampling module)(110), 비선형 위상 오차 추정 모듈(sweep nonlinearity estimation module)(120) 및 사전 처리 모듈(preprocessing module)(130)을 포함하도록 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, the nonlinear phase error estimator 100 (hereinafter, referred to as a nonlinear phase error estimator) for a high resolution radar searcher according to an embodiment of the present invention is an IF signal sampling module (intermediate frequency signal sampling). module 110, a sweep nonlinearity estimation module 120, and a preprocessing
비선형 위상 오차 추정 장치(100)는 기준 신호 및 수신 신호의 IF 신호로부터 희소 선형식(sparse linear equation)을 생성하고 이를 푸는 것에 의해 비선형 위상 오차 특성을 정확하게 추정할 수 있다. 이에, 기존처럼 주기적인 소자나 계측 장비를 이용하여 하드웨어에 의한 비선형 특성을 측정할 필요가 없다. 여기에서, 비선형 위상 오차에는 확률적 비선형 위상 오차와 체계적 비선형 위상 오차가 있는데, 비선형 위상 오차 추정 장치(100)는 확률적 비선형 위상 오차를 제거하고 재현적인 체계적 비선형 위상 오차를 추정한다. 이때, 최소 자승법(least squares)을 이용하여 희소 선형식의 해를 구할 수 있다. 한편, 추정된 데이터를 곡선 일치법(curve fitting)을 이용하여 사전 처리함으로써, 데이터의 정확도를 높인다. 이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.The nonlinear phase
IF 신호 샘플링 모듈(110)은 기준 신호(reference signal) 및 수신 신호(received signal)의 IF 신호를 샘플링하여 샘플링 신호를 출력하도록 구성된다. 여기에서, 기준 신호는 기준 점 목표물(reference point target)로부터 반사되는 신호이며, 기준 점 목표물에 대해서는 이미 정확한 거리 정보를 알고 있어야 한다.The IF signal sampling module 110 is configured to sample an IF signal of a reference signal and a received signal and output a sampling signal. Here, the reference signal is a signal reflected from the reference point target, and the accurate distance information should be known for the reference point target.
비선형 위상 오차 추정 모듈(120)은 IF 신호 샘플링 모듈(110)에서 출력된 샘플링 신호로부터 희소 선형식(sparse linear equation)을 생성하고, 생성된 희소 선형식으로부터 비선형 위상 오차를 추정하도록 구성된다. 여기에서, 희소 선형식은 IF 신호 샘플링 모듈(110)에서 측정된 2 개의 IF 신호의 비선형 위상 오차의 차이 정보를 통해서 생성될 수 있다. 도 2를 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다.The nonlinear phase error estimation module 120 is configured to generate a sparse linear equation from the sampling signal output from the IF signal sampling module 110 and estimate the nonlinear phase error from the generated sparse linear equation. Here, the sparse linear equation may be generated through the difference information of the nonlinear phase error of the two IF signals measured by the IF signal sampling module 110. It will be described in more detail with reference to FIG.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 체게적 비선형 위상 오차 추정을 위한 신호 측정 개념을 나타낸다.2 illustrates a signal measurement concept for estimating the volumetric nonlinear phase error according to an embodiment of the present invention.
도 2의 (a)에 따르면, 먼저 기준 점 목표물(reference point target)과 레이더 간의 거리를 정확하게 알고 있고, 주변의 클러터 신호(clutter signal)를 제거한 상태라고 가정하고, 물체에서 반사될 때 생기는 랜덤 계수 가 수신 신호를 측정하는 시간 내에서 일정하다고 가정한다. 그리하면, 초기 반송파 주파수 및 칩 속도(chip rate) 등의 기 설정된 레이더 파라미터와, 레이더와 목표물 사이의 신호 왕복 시간 에 의해서 결정되는 비선형 위상 오차(known phase information) 와, 비선형 위상 오차인 로 이루어진 IF 신호를 측정할 수 있다. 이 신호와 기준 신호를 힐버트 변환(Hilbert transform)하여 비선형 위상 오차의 차의 정보인 를 구할 수 있다. 즉, 다른 거리에 있는 점 목표물에 대하여 각각 2 회의 IF 신호 측정을 함으로써, 두 개의 비선형 위상 오차의 차 정보를 획득할 수 있으며, 이로부터 희소 선형식을 생성하여 비선형 위상 오차를 추정할 수 있다. 다음 수학식 1은 특정 에 대한 비선형 위상 오차의 차이 정보를 측정하기 위한 것이다.According to (a) of FIG. 2, first, the distance between the reference point target and the radar is accurately known, and it is assumed that the clutter signal is removed. Coefficient Assume that is constant within the time of measuring the received signal. Then the initial carrier frequency And chip rate Preset radar parameters, and signal round trip time between the radar and the target Known phase information determined by With nonlinear phase error IF signal consisting of can be measured. Hilbert transforms this signal and the reference signal to obtain information on the difference between the nonlinear Can be obtained. That is, by measuring two IF signals with respect to point targets at different distances, the difference information between two nonlinear phase errors can be obtained, and a sparse linear equation can be generated from the nonlinear phase error.
여기서, 연산기호 는 벡터의 원소별 곱(element-wise product)이고, 도 2의 (b)에서 보듯이 a, b, c, d는 기준 신호의 샘플링 값 와 수신 신호의 샘플링 신호 을 힐버트 변환하여 출력된 값의 벡터 값이다.Where operation symbol Is the element-wise product of the vector, and as shown in (b) of FIG. 2, a, b, c, and d are sampling values of the reference signal. And sampling signal of received signal Hilbert transform is the vector value of the output value.
수학식 1에서 와 를 각각 벡터의 원소별 나누기(element-wise division)을 하여 각각 에 대해 역 탄젠트(inverse tangent) 함수를 구하면 에서 의 값을 가지는 특정 에 대한 비선형 위상 오차의 차이 정보를 측정할 수 있다.In
비선형 위상 오차 추정 모듈(120)은 서로 다른 거리에 대응되는 왕복 시간 와 에 대해 비선현 위상 오차의 차이를 측정하고 이로부터 희소 선형식을 생성할 수 있다. 희소 선형식은 다음 수학식 2와 같다.Nonlinear phase error estimation module 120 is a round trip time corresponding to different distances Wow We can measure the difference in the non-linear phase error for and generate a sparse linear equation from it. The sparse linear equation is as shown in
여기에서, 는 샘플링 주기이고, 는 위상 왜곡 성분으로서, 다음 수학식 3과 같이 표현된다.From here, Is the sampling period, Is a phase distortion component, which is expressed by
여기에서, 는 체계적 비선형 위상 오차로서 다음의 수학식 4와 같이 정의되고,From here, Is a systematic nonlinear phase error defined as
여기에서, 는 확률적 비선형 위상 오차로서 다음의 수학식 5와 같이 정의되고,From here, Is a stochastic nonlinear phase error, which is defined as in
여기에서, 는 체계적 비선형 주파수 오차로서 다음의 수학식 6과 같이 정의되고,From here, Is a systematic nonlinear frequency error defined as Equation 6 below.
여기에서, 는 확률적 비선형 주파수 오차이다.From here, Is a stochastic nonlinear frequency error.
한편, 비선형 위상 오차 추정 모듈(120)은 최소 자승법(least squares)을 이용하여 비선형 위상 오차를 추정하도록 구성될 수 있다.Meanwhile, the nonlinear phase error estimation module 120 may be configured to estimate the nonlinear phase error using least squares.
다시 도 1을 참조하면, 사전 처리 모듈(130)은 비선형 위상 오차 추정 모듈(120)에서 추정된 비선형 위상 오차 추정에 대해 곡선 일치법(curve fitting)을 이용하여 사전 처리(preprocessing)하도록 구성된다. 곡선 일치법에 의한 사전 처리를 통해 데이터의 정확성을 좀 더 높일 수 있다.Referring back to FIG. 1, the
이하, 도 3 내지 도 9에서는 본 발명의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.3 to 9 show simulation results of the present invention.
시뮬레이션 조건은 FMICW 레이더 파형, 초기 반송파 주파수 36 GHz, 송신 신호의 대역폭 500 MHz, qushw 시간 0.01 초, 이론적인 거리 해상도(range resolution)는 0.3 m이다. Simulation conditions are FMICW radar waveform, initial carrier frequency 36 GHz, bandwidth of transmit signal 500 MHz, qushw time 0.01 sec, theoretical range resolution is 0.3 m.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 추정된 체계적 비선형 위상 오차와 본래의 체계적 비선형 위상 오차 간의 차이 정보를 나타낸다.3 illustrates difference information between an estimated systematic nonlinear phase error and an original systematic nonlinear phase error according to an embodiment of the present invention.
도 3의 (a)는 거리 18 m에 대하여 측정된 신호에 대해 추정된 비선형 위상 오차 및 본래의 체계적 비선형 위상 오차의 차이 정보를 나타내고, 도 3의 (b)는 거리 50 m에 대하여 측정된 신호에 대해 추정된 비선형 위상 오차 및 본래의 체계적 비선형 위상 오차의 차이 정보를 나타낸다. 여기에서, SNR을 고려하고 데이터 정제(data refinement)가 실행되었다.(A) of FIG. 3 shows difference information between the estimated nonlinear phase error and the original systematic nonlinear phase error for the signal measured for the
도 3을 참조하면, 총 800000의 IF 신호 샘플값들로부터 추정된 비선형 체계적 위상 오차에 대한 추정 값과 본래 값이 비교되어 있다. 비선형 위상 오차의 크기는 대체적으로 거리 해상도의 크기와 비례하기 때문에, 도 3에서와 같이 추정된 정보로 사전 왜곡을 할 경우 선형성 향상이 기대될 수 있다.Referring to FIG. 3, the estimated value and the original value for the nonlinear systematic phase error estimated from a total of 800000 IF signal sample values are compared. Since the magnitude of the nonlinear phase error is generally proportional to the magnitude of the distance resolution, linearity improvement may be expected when pre-distortion with the estimated information as shown in FIG. 3.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 다양한 측정 거리에 대한 비선형 체계적 위상 오차와 주파수의 RMSE(SNR 고려 안함)를 나타내고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 다양한 측정 거리에 대한 비선형 체게적 위상 오차와 주파수의 RMSE(SNR 고려 함)를 나타낸다.4 illustrates non-linear systematic phase error and frequency RMSE (without considering SNR) for various measurement distances according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 illustrates non-linear sieves for various measurement distances according to an embodiment of the present invention. It represents the locus phase error and the RMSE (considering SNR) of frequency.
도 4는 레이더 수식(radar equation)에 의한 신호 대 잡음비를 고려하지 않은 상태에서 다양한 거리에 대해 0.01 초 동안 측정된 위상 오차와 주파수 오차의 샘플값 800000개의 RMSE(root mean squares error)를 나타낸 것이다. 그리고 도 5는 신호 대 잡음비를 고려하여 도 4에서와 같은 실험을 한 것이다. 도 4 및 도 5를 보면 대체적으로 200 rad 이내의 RMSE를 보이고, 데이터 정제(data refinement)를 행하면 성능이 더욱 향상됨을 알 수 있으며 이러한 방식이 잡음에 강인하다는 것을 알 수 있다.Figure 4 shows the root mean squares error (RMSE) of 800000 sample values of phase error and frequency error measured for 0.01 seconds for various distances without considering the signal-to-noise ratio by the radar equation. 5 illustrates the same experiment as in FIG. 4 considering the signal-to-noise ratio. 4 and 5 show an RMSE of approximately 200 rad, and it can be seen that performance is further improved by performing data refinement, and this method is robust to noise.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 점 목표물에 대한 위상 왜곡 보상 전의 레인지 프로파일(range profile)을 나타내고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 점 목표물에 대한 위상 왜곡 보상 후의 레인지 프로파일(range profile)을 나타낸다.FIG. 6 shows a range profile before phase distortion compensation for one point target according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 shows phase distortion compensation for one point target according to an embodiment of the present invention. The following range profile is shown.
도 6의 (a)는 1850 m의 거리에 있는 하나의 점 목표물에 대한 위상 왜곡 보상 전의 레인지 프로파일(range profile)이고, 도 6의 (b)는 그 중 피크(peak) 영역을 확대한 것이다. 도 7의 (a)는 1850 m의 거리에 있는 하나의 점 목표물에 대한 위상 왜곡 보상 후의 레인지 프로파일(range profile)이고, 도 6의 (b)는 그 중 피크(peak) 영역을 확대한 것이다.FIG. 6A is a range profile before phase distortion compensation for one point target at a distance of 1850 m, and FIG. 6B is an enlarged peak area thereof. FIG. 7A is a range profile after phase distortion compensation for one point target at a distance of 1850 m, and FIG. 6B is an enlarged peak area thereof.
도 6 및 도 7에서는 1850 m에 위치한 점 목표물에 대해서 위상 왜곡에 대한 각각의 보상 전의 경우와 18 m, 50 m로 추정된 위상 왜곡을 기반으로 하여 사전 왜곡(predistortion) 방식으로 보상한 경우에 대한 레인지 프로파일을 나타낸다. 이를 비교하면, 보상 후에 성능 향상이 기대됨을 알 수 있다.6 and 7 illustrate a case in which a point target located at 1850 m is compensated by a predistortion method based on a phase distortion estimated at 18 m and 50 m and before each compensation for phase distortion. Shows the range profile. Comparing this, it can be seen that performance improvement is expected after compensation.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 오차 발생을 가정하여 체계적 비선형 위상 오차 추정을 위한 신호 측정을 한 결과를 나타낸다.8 illustrates a result of signal measurement for estimating systematic nonlinear phase error assuming occurrence of an error according to an embodiment of the present invention.
도 8은 도 2에서 기준 점 목표물에 대한 거리 측정이 잘못되었다는 상황에서 부정확한 데이터를 가정하고 모의 실험을 한 결과이다. 이러한 경우에도 추정된 위상 오차가 본래의 위상 오차를 제대로 트랙킹(tracking)하고 있음을 알 수 있다. 물론 오차는 RMSE 370.037 rad, 31.485 kHz와 같이 커진다.FIG. 8 is a simulation result assuming inaccurate data in a situation where the distance measurement with respect to the reference point target in FIG. 2 is wrong. Even in this case, it can be seen that the estimated phase error tracks the original phase error properly. Of course, the error is large, such as RMSE 370.037 rad, 31.485 kHz.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 오차 발생이 작은 경우에 대한 체계적 비선형 위상 오차 추정을 위한 신호 측정을 한 결과를 나타낸다.9 illustrates a result of signal measurement for systematic nonlinear phase error estimation in a case where a small error occurs according to an embodiment of the present invention.
도 9에서는 오픈 루프 정정(open loop correction) 등을 사용하여 대략적ㅇ니 위상 왜곡 보상을 한 후의 상황을 가정하고 남아있는 잔여 위상 왜곡(residual phase distortion)에 대해 제안된 방법을 사용한다고 할 때 얻을 수 있는 결과이다. 결과적으로는 작은 잔여 위상 왜곡에 대해서도 성능 향상이 기대될 수 있음을 알 수 있다.In FIG. 9, the proposed method for residual residual phase distortion can be obtained by assuming a situation after approximate phase distortion compensation using open loop correction or the like. That is the result. As a result, it can be seen that performance improvement can be expected even for small residual phase distortion.
이와 같은 모의 실험을 통해 본 발명은 비선형 위상 오차에 대해 거리 해상도 측면에서 성능 향상을 얻을 수 있음을 알 수 있다.Through the simulation, it can be seen that the present invention can obtain a performance improvement in terms of distance resolution with respect to the nonlinear phase error.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the following claims. There will be.
Claims (6)
상기 출력된 샘플링 신호로부터 희소 선형식(sparse linear equation)을 생성하고, 생성된 희소 선형식으로부터 비선형 위상 오차를 추정하는 비선형 위상 오차 추정 모듈(sweep nonlinearity estimation module);
상기 추정된 비선형 위상 오차 추정에 대해 곡선 일치법(curve fitting)을 이용하여 사전 처리(preprocessing)하는 사전 처리 모듈(preprocessing module)을 포함하고,
상기 비선형 위상 오차 추정 모듈은, 힐버트 변환(Hilbert transform)을 통해 상기 기준 신호 및 수신 신호에 대한 비선형 위상 오차의 차이 정보를 산출하고, 산출된 비선형 위상 오차의 차이 정보로부터 상기 희소 선형식을 생성하는 것을 특징으로 하는 고해상도 레이더 탐색기의 비선형 위상 오차 추정 장치.An IF frequency sampling module for sampling the IF signals of the reference signal and the received signal and outputting a sampling signal;
A nonlinear phase error estimation module for generating a sparse linear equation from the output sampling signal and estimating a nonlinear phase error from the generated sparse linear equation;
A preprocessing module that preprocesses the estimated nonlinear phase error estimate using curve fitting,
The nonlinear phase error estimation module calculates difference information between nonlinear phase errors of the reference signal and the received signal through a Hilbert transform, and generates the sparse linear equation from the calculated difference information of the nonlinear phase error. Nonlinear phase error estimation device of the high resolution radar searcher.
하기 수학식에 따라서 상기 비선형 위상 오차의 차이 정보를 추정하고,
[수학식]
여기에서, 상기 연산기호 는 벡터의 원소별 곱(element-wise product)이고, 상기 a, b, c, d는 기준 신호의 샘플링 값 와 상기 수신 신호의 샘플링 신호 을 힐버트 변환하여 출력된 값의 벡터 값인 것을 특징으로 하는 고해상도 레이더 탐색기의 비선형 위상 오차 추정 장치.The module of claim 3, wherein the nonlinear phase error estimation module comprises:
Estimating difference information of the nonlinear phase error according to the following equation,
[Equation]
Here, the operation symbol Is an element-wise product of a vector, and a, b, c, and d are sampling values of a reference signal. And a sampling signal of the received signal The nonlinear phase error estimation apparatus of the high resolution radar searcher, characterized in that the Hilbert transform is a vector value of the output value.
최소 자승법(least squares)을 이용하여 상기 비선형 위상 오차를 추정하는 것을 특징으로 하는 고해상도 레이더 탐색기의 비선형 위상 오차 추정 장치.The method of claim 4, wherein the nonlinear phase error estimation module comprises:
Nonlinear phase error estimation apparatus of a high resolution radar searcher, characterized by estimating the nonlinear phase error using least squares.
다음 수학식의 희소 선형식을 생성하고,
[수학식]
여기에서, 는 샘플링 주기이고, 는 위상 왜곡 성분으로서 다음의 수학식과 같이 정의되고,
여기에서, 는 체계적 비선형 위상 오차로서 다음의 수학식과 같이 정의되고,
[수학식]
여기에서, 는 확률적 비선형 위상 오차로서 다음의 수학식과 같이 정의되고,
[수학식]
여기에서, 는 체계적 비선형 주파수 오차로서 다음의 수학식과 같이 정의되고,
[수학식]
여기에서, 는 확률적 비선형 주파수 오차인 것을 특징으로 하는 고해상도 레이더 탐색기의 비선형 위상 오차 추정 장치.The method of claim 5, wherein the nonlinear phase error estimation module,
Create a sparse linear equation of
[Equation]
From here, Is the sampling period, Is a phase distortion component, and is defined as follows.
From here, Is a systematic nonlinear phase error, which is defined as
[Equation]
From here, Is a stochastic nonlinear phase error defined as
[Equation]
From here, Is a systematic nonlinear frequency error defined as the following equation,
[Equation]
From here, The nonlinear phase error estimation apparatus of the high resolution radar searcher, characterized in that the stochastic nonlinear frequency error.
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20020092718A (en) * | 2001-06-05 | 2002-12-12 | 주식회사 네비콤 | GPS Receiver and Method for Determining Position of a Wireless Terminal |
KR20060028993A (en) * | 2004-09-30 | 2006-04-04 | 삼성전자주식회사 | Method and apparatus for calibrating in adaptive array antenna system |
JP2008216112A (en) | 2007-03-06 | 2008-09-18 | Mitsubishi Electric Corp | Passive radar system |
-
2012
- 2012-01-09 KR KR1020120002481A patent/KR101159657B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20020092718A (en) * | 2001-06-05 | 2002-12-12 | 주식회사 네비콤 | GPS Receiver and Method for Determining Position of a Wireless Terminal |
KR20060028993A (en) * | 2004-09-30 | 2006-04-04 | 삼성전자주식회사 | Method and apparatus for calibrating in adaptive array antenna system |
JP2008216112A (en) | 2007-03-06 | 2008-09-18 | Mitsubishi Electric Corp | Passive radar system |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106526588A (en) * | 2016-12-02 | 2017-03-22 | 上海无线电设备研究所 | Terahertz active imaging radar system phase compensation method |
CN106526588B (en) * | 2016-12-02 | 2019-04-26 | 上海无线电设备研究所 | A kind of Terahertz Active Imaging Lidar system phase compensation method |
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