KR101235035B1 - 도플러 상관기 결과의 재정렬 및 합을 이용한 고성능 ｆｍ 표적신호 검출방법 및 그 표적 검출기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 FM 표적신호 검출기 및 표적신호를 검출하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은, FM 신호를 이용하여 표적에 대한 상관정도를 구하여 표적이 존재하는지 아닌지를 검출하고; 다수의 표적을 식별하기 위한 신호처리 과정에서 FM 도플러 상관기의 결과들을 재정렬시키고, 또한 그 FM 도플러 상관기의 합을 구하여 이용하여, FM 신호를 이용한 표적에 대한 신호 검출함으로써; 거리분해능과 다수의 표적을 식별하는 성능을 향상시키고 또한 잡음에 강한 효과가 있다.

Description

도플러 상관기 결과의 재정렬 및 합을 이용한 고성능 ＦＭ 표적신호 검출방법 및 그 표적 검출기{MEHTOD FOR DETECTING FM TARGET SIGNAL USING CORRELATED ARRANGING FILTER AND DETECTOR THEREOF}

본 발명은 FM 표적신호 검출기 및 표적신호를 검출하는 방법에 관한 것이다.

소나시스템(sonar system)은 음파를 이용하여 수중에서 기동하는 표적의 방위 및 거리를 추정하는 장치이다.

일반적으로 수중에서 기동하는 잠수함 표적을 탐지하기 위한 수단으로써 음파가 이용된다. 음파는 전달 속도는 느린 특징이 있지만, 전파에 비하여 파장이 길기 때문에 장거리 탐지가 가능하다. 따라서, 군사적인 목적으로 음파를 수단으로 수중의 표적을 탐지하기 위해 소나시스템이 사용되고 있다.

소나시스템의 종류는 수동형과 능동형으로 구분된다.

즉, 표적에서 방출되는 소음을 탐지하는 수동형 소나시스템과, 음파펄스를 쏘아서 표적으로부터 반사되어 되돌아오는 에코를 탐지하는 능동형 소나시스템으로 구분할 수 있다. 수동형 소나시스템는 표적의 거리를 탐지하기 위해서는 복잡한 음향센서와 오랜 시간이 소요된다는 단점이 있으나, 은밀하게 표적을 탐지할 수 있을 뿐 아니라 능동형 소나시스템에 비해 탐지거리가 긴 장점이 있다. 반면, 능동형 소나시스템은 수동형과 같이 은밀하지도, 탐지거리가 길지도 않지만, 표적의 방위와 거리를 짧은 시간에 동시에 탐지할 수 있는 장점이 있다.

한편, 상술한 소나 시스템(또는 레이더 시스템)으로 표적을 탐지할 경우, 일정 간격으로 신호를 송신한 후 물체에 반사되어 되돌아오는 신호를 이용하여 탐지하는 능동 탐지기법이 널리 사용되고 있다. 일반적으로 능동 탐지방법에서 사용하는 능동 송신신호의 유형으로는 CW(Continuous Wave) 신호나 FM(Frequency Modulated) 신호가 있다. 그 중, CW 신호는 구현이 편리하고 표적 속도 변화에 따른 주파수 변화가 나타나는 도플러 효과 (Doppler Effect)를 이용하여 표적 속도를 추정하기에는 유용하지만, 거리분해능이 신호 길이에 영향을 받는다는 단점을 있다. 다시 말해서, 좋은 거리분해능을 가지기 위해서는 CW 신호의 길이를 짧게 해야 하는데, 이러한 경우 송신신호에 대한 표적 반사신호 강도를 높이기 위해 송신압을 크게 증폭하여야 하는 기술적 한계가 있다. 이러한 기술적 한계에 의해 신호 대 잡음비(SNR:Signal to Noise Ratio)가 낮아지기 때문에, 잡음이 심한 환경인 경우 표적을 탐지하기 어렵게 된다. 반면, 송신신호 길이를 길게 하여 신호 대 잡음비를 높일 경우에는, 거리분해능의 저하가 일어난다. 나아가, 거리분해능이 저하되면, 다수 표적을 분별(탐지)하기가 어려워지는 데에 문제가 발생한다. 또한, 송신신호에 의해 잔향 잡음(Reverberation Noise)이 발생되는 수중환경에서는, CW 신호를 이용한 정지 표적탐지는 오탐지 반사신호가 커지는 기술적 한계가 있다.

따라서, 이러한 CW 신호의 송신신호 길이에 따른 기술적 한계점을 극복하고자, FM 신호를 이용하는 표적 탐지 방법이 사용되고 있다.

이하, FM 신호를 이용한 표적 탐지 방법을 설명한다.

FM 신호는 중심 주파수를 기준으로 일정 주파수 대역을 가지는 신호이다. 따라서, FM 신호의 특성으로 인해, 거리분해능은 FM 신호의 주파수 대역폭에 반비례하여 나타나게 된다. 이는 FM 신호의 길이를 길게 하여 잡음에 강인한 특성을 가지면서 FM 신호의 주파수 대역폭을 조절함으로써, CW 신호를 이용한 경우보다 거리분해능이 향상될 수 있다. 그러나, FM 신호의 향상된 분해능을 얻기 위해서는, 표적 속도 변화에 따른 도플러 효과를 정확히 알아야 하는 기술적 한계점이 있다.

일반적으로 표적 속도변화에 의한 수신신호의 주파수 이동 현상을 도플러 천이 (Doppler Shift)라 한다. FM 신호를 이용한 표적 탐지 방법에서, 도플러 천이를 고려하여 신호처리를 하지 않을 경우, 신호 대 잡음비의 저하와 거리 오차가 발생한다. 하지만, FM 신호는 CW 신호와는 다르게 넓은 주파수 대역에 신호가 존재하기 때문에, 주파수 영역 상에서 표적의 속도에 따른 도플러 천이를 알아내기에는 CW 신호에 비해 어렵다. 그리고, 표적의 속도 변화에 따른 도플러 천이를 알 수 없을 경우, 다수의 주파수가 변조된 FM 송신신호를 이용하여 수신신호와 서로 상관시킨다. 이와 같이 상관된 결과들 중, 상관정도가 최대인 값을 이용하여 표적 신호 검출에 이용한다.

이때, FM신호의 거리분해능은, CW 신호와 비슷한 결과가 나타나고 따라서 거리분해능이 저하된다. 이와 같은 거리분해능 저하 문제를 해결하기 위해, FM 신호 외에 CW 신호를 이용하여 표적 속도 정보를 구하여 FM 신호 검출에 이용하거나, 다수의 주파수가 변조된 FM 송신신호들을 수신신호와 상관시킨 결과들을 저장하여 이용하는 등의 방법을 사용할 수도 있다. 그러나 이러한 방법들은 FM 표적신호 탐지시스템을 복잡하게 할 뿐만 아니라 실시간 구현에 큰 제약이 된다.

따라서, 본 발명은 별도의 복잡한 알고리즘을 이용하여 표적 속도 정보를 구하지 않고, 다수의 주파수가 변조된 FM 송신신호들과 수신신호 간의 상관결과들을 재정렬시키고, 그 상관관계의 합을 구해 이용함으로써, 거리분해능과 다수 표적 식별 성능을 향상시키면서도 잡음에 강인한 FM 표적 신호 검출방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 종래 기술적 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 FM 신호를 이용한 표적 검출 방법은,

FM 신호를 이용한 표적 검출기에 있어서,

(A) 표적들에 반사된 FM 송신신호들을 수신하고, 그 수신한 신호를 FM 도플러 상관기들을 통하여 FM 도플러 상관기의 상관값들을 시간지연시켜서 재정렬하는 단계와;

(B) 상기 시간지연시켜서 재정렬한 상기 도플러 상관기들의 상관값들을 합하고, 그 합한 결과값으로부터 상기 수신신호의 상관정도를 구하는 단계와;

(C) 상기 구한 상관정도를 이용하여 표적검출정보 및 위치 정보를 검출하는 단계;를 포함하는 것이 특징이다.

바람직하게는, 상기 (B)단계에서

(수학식 7)

상기 수학식 7을 이용하여, 상기 수신신호의 상관정도를 구하며, 여기서, f(·)은 상관정도를 구하는 함수이고, 상기 상관정도의 함수는 모호 함수의 값 |Ψ_i(n_m)|² 인 것이며;

λ＇_i(n_m)은 λ_i(n_m)에 시간지연 τ(i) 한 FM 도플러 상관기의 상관값들이고, λ_i(n_m)는 i번째 FM 도플러 상관기의 상관값들인 것이 특징이다.

바람직하게는, 상기 시간지연 τ(i)는 수학식 5를

(수학식 5)

이용하여 구하되, 상기 수학식 5에서 i는 변조 주파수 i×Δf_dc를 가지는 FM 도플러 상관기의 인덱스(index)를 의미하고, 또한 상기 수학식 5에서 Δf_dc 는 표적의 속도에 따라 탐지하려는 주파수 변조 간격인 것이 특징이다.

바람직하게는, 상기 (C)단계에서

상기 (B) 단계에서 구한 상관정도 f(λ＇_i(n_m))에 스케일 S_f를 곱하여 최종의 상관정도 S_f × f(λ＇_i(n_m))를 구하는 단계와,

상기 구한 최종의 상관정도를 표적검출 기준값을 비교하여 표적을 검출하는 단계를 포함하는 것이 특징이다.

또한, 상기와 같은 종래 기술적 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 FM 신호를 이용한 표적 검출 방법은,

FM 신호를 이용한 표적 검출기에 있어서,

(a) 표적들에 반사된 FM 송신신호들을 수신하고, 그 수신한 신호를 FM 도플러 상관기들을 통하여 FM 도플러 상관기의 상관값들을 시간지연시켜서 재정렬하는 단계와;

(b) 상기 시간지연시켜서 재정렬한 상기 FM 도플러 상관기들의 상관값들 각각에 대하여 상관정도를 구하고, 그 구한 각 상관정도를 합한 결과값으로부터 상기 수신신호의 최종 상관정도를 구하는 단계와;

(c) 상기 구한 최종 상관정도를 이용하여 표적검출정보 및 위치 정보를 검출하는 단계;를 포함하는 것이 특징이다.

바람직하게는, 상기 (b)단계에서

상기 수신신호의 최종 상관정도는

수학식 8을 이용하여

(수학식 8)

계산하는 것을 특징으로 하되,

여기서, |Ψ_i(n_m)|²는 상관정도를 가리키는 모호함수이고,

λ＇_i(n_m)은 λ_i(n_m)에 시간지연 τ(i) 한 FM 도플러 상관기의 상관값들이고, λ_i(n_m)는 i번째 FM 도플러 상관기의 상관값들인 것이 특징이다.

또한, 상기와 같은 종래 기술적 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 표적 검출기는,

복수의 표적으로부터 반사된 상기 FM 신호로부터 상관신호를 구하여 표적이 존재하는지 아닌지를 검출하는 표적 검출기로서,

복수의 표적으로부터 반사된 FM 신호를 수신하여 FM 도플러 상관값들을 시간지연시켜 재정렬하는 상관필터와;

상기 상관필터를 통하여 획득한 상관신호를 이용하여 표적검출정보 및 위치 정보를 검출하는 비교기;를 포함하는 것이 특징이다.

바람직하게는, 상기 상관필터는

상기 복수의 표적으로부터 반사된 상기 FM 신호로부터 상관신호를 구하여 표적이 존재하는지 아닌지를 검출하는 FM 도플러 상관기와;

상기 FM 도플러 상관기의 상관값들을 시간지연시킨 후, 상기 FM 도플러 상관기의 상관값들의 합에 대한 상관정도를 구하는 모듈을 포함하는 것이 특징이다.

본 발명은 다수의 주파수가 변조된 FM 송신신호들과 수신신호 간의 상관결과들을 시간지연을 시켜 재정렬하여, 상관관계의 합을 이용하기 때문에, FM 신호 검출기의 향상된 거리분해능을 제공하고, 다수 표적의 식별 능력을 향상시키면서 잡음에 강인한 효과가 있다.

도 1은 FM 신호의 모호 함수의 실시 예이다.
도 2는 일반적인 FM 신호 탐지기의 구성도이다.
도 3은 정지된 표적에 대한 FM 도플러 상관기들의 상관정도의 실시 예이다.
도 4는 표적속도를 모르는 환경 하에서의 FM 검출방법이다.
도 5는 표적속도를 모르는 환경 하에서의 정지된 1개 표적에 대한 FM 검출기의 결과의 실시 예이다.
도 6은 다른 방향, 속도에 거리가 같은 3개 표적들의 FM 도플러 상관기들의 상관정도 실시 예이다.
도 7은 본 발명에 따른 FM 검출방법의 구성도이다.
도 8은 본 발명에 따른 FM 검출방법의 변형된 구성으로서 또 다른 실시 예이다.
도 9는 본 발명을 이용한 정지된 1개 표적 수신신호에 대하여, FM 도플러 상관기들의 상관정도가 재정렬된 실시 예이다.
도 10은 본 발명을 통한 다수 표적들의 수신신호에 대하여 FM 도플러 상관기들의 상관정도가 재 정렬된 실시 예이다.
도 11은 본 발명을 이용한 다수 표적들의 수신신호에 대한 상관정도의 실시 예이다.

본 발명은 FM 표적신호 검출기에 적용된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 관련 기술에도 적용될 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 설명고자 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.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 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 항복들 중의 어느 항목을 포함한다.

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 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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 명세서 상에 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.

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.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 기본 개념은: 1) FM 신호를 이용하여 표적에 대한 상관정도를 구하여 표적이 존재하는지 아닌지를 검출하고; 2) 다수의 표적을 식별하기 위한 신호처리 과정에서 FM 도플러 상관기의 결과들을 재정렬시키고, 또한 그 FM 도플러 상관기의 합을 구하여 이용하여, FM 신호를 이용한 표적에 대한 신호 검출함으로써; 3) 거리분해능과 다수의 표적을 식별하는 성능을 향상시키고 또한 잡음에 강한 효과가 있다.

이하, 능동 표적 탐지 분야에서 FM 신호를 이용하여 표적을 탐지하는 기법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 그리고, 표적의 속도정보를 알지 못하는 환경에서의 기존 FM 표적 검출기법의 문제점에 대해 설명한다.

능동 탐지 분야에서 표적을 탐지하기 위해, 송신신호를 일정 간격마다 송신하고 표적에 반사되어온 수신신호에 대해 송신신호를 이용한 정합 필터링을 수행하여 표적을 탐지하고 있다. 한편, 정합 필터는 그 구조의 측면에서 상관기와 동일하다. 즉, 정합필터나 상관기는 수신신호와 송신신호를 상호 상관시킨 후, 상관결과의 크기인 상관정도를 비교기에서 표적검출 기준값과 비교하여 표적 유무를 판별한다.

이하, 본 발명의 설명을 위해 정의한 기술용어들, 즉 모호함수 및 모호 다이어그램, 그리고 주파수 천이와 주파수 변조를 설명한다. 모호함수는 상관정도를 나타내는 값으로서, 상호 상관기의 결과에 대해 절대값의 제곱을 이용하여 시간 변화와 도플러 주파수 오차에 따른 크기로 나타낸 것이다. 그리고, 모호 다이어그램인란, 모호 함수의 최대값과 차이가 3dB 이내인 영역을 나타낸 것을 말한다.

모호 함수는 시간상으로 잘 정합된 시간 위치와 수신신호의 도플러 천이 정도가 송신신호와 차이가 나지 않을 때 최대값을 가진다. 이는 정지된 표적인 경우 도플러 천이가 발생하지 않기 때문에, 송신신호와 수신신호를 상호 상관시키면 시간상으로 정합이 이루어지는 위치에서 상관정도의 최대값이 나타나지만, 표적이 움직일 경우에는 표적 속도에 따른 도플러 천이만큼 송신신호를 주파수 변조시켜 수신신호와 서로 상관시켜야만, 시간 및 주파수상에서 정합된 최대값을 얻을 수 있다.

한편, 본 발명에서 사용되는 주파수 천이와 주파수 변조에 대해 정리한 내용은 다음과 같다. 주파수 천이 또는 주파수 변조는 주파수 상에서 신호가 가지는 고유 주파수 대역을 다른 주파수 대역으로 이동시키는 것을 의미한다. 하지만, 주파수 천이는 표적 속도 변화와 같이 다른 요인에 의해 수동적으로 주파수가 이동되는 현상을 의미하며, 주파수 변조는 송신신호 변조와 같이 목적을 가지고 주파수 대역을 이동시키는 것을 의미한다.

이하, FM 표적 탐지방법을 설명한다.

능동탐지 분야에서는 FM 신호로 다양한 형태의 주파수 변화 함수를 사용할 수 있으나, 본 발명 설명의 편의상, 선형(Linear) FM 신호를 기준으로 FM 표적 탐지기법에 대해 설명하도록 한다. LFM(Linear FM) 신호는 수학식 1과 같이 시간에 따라 주파수가 선형적으로 변화하는 형태이다.

수학식 1에서, f₀ 는 송신 중심 주파수이며, f_s(= 1/T)는 샘플링 주파수, m은 주파수 스윕 래이트(Sweep Rate)를 의미한다. 스윕 래이트(Sweep Rate)는 시간에 따른 주파수 변화 비율을 의미하며, m에 의해 송신신호의 길이 N/f_s 시간동안 변화하는 주파수 대역 W는 nN/f_s로 정의된다. FM 신호에 대한 협대역에서의 상관정도를 나타내는 모호 함수는 수학식 2와 같이 정리된다.

다만, 본 발명 설명의 편의를 위한 가정으로서, m은 양수 값으로 설정하고, 또한 FM 신호의 주파수가 시간이 흐름에 따라 커지는 신호인 것으로 전제한다.

도 1은 FM 신호의 모호 함수의 실시 예이다.

도 1은 수학식 2의 FM 신호의 모호 함수의 예를 시간 오차 n_m - n₀를 가로축으로 하고, 도플러 천이에 따른 주파수 오차 δf₀를 세로축으로 하여 나타낸 것이다. 도 1에서, 각 색상들은 상대적인 모호 함수의 크기를 나타낸 것이고, 빨간 타원 안의 영역이 모호 다이어그램에 해당한다.

도 2는 기존 협대역에서 FM 송신신호를 다수의 변조 주파수로 변조시킨 FM 도플러 상관기들을 이용한 FM 표적 탐지기의 구성도를 나타낸다. 도 2의 FM 도플러 상관기의 개수를 2M+1개로 하였으며, 탐지하고자 하는 표적의 최대 속도에 따라 일정한 주파수 변조 간격 Δf_dc만큼, 즉 -M ×Δf_dc에서 M ×Δf_dc까지 주파수를 변조시켜 사용하였다. 이는 다수의 FM 도플러 상관기를 이용하여 표적 속도에 따른 주파수 천이가 -M ×Δf_dc에서 M ×Δf_dc 내에 있는 표적을 주파수 Δf_dc간격에서 정확히 탐지할 수 있도록 한 것이다. i번째 FM 도플러 상관기에서 수신신호와 상호 상관시키기 위한 상관신호는, 변조 주파수 i×Δf_dc에 따라 수학식 3의 S_i(n)로 나타내어진다.

여기서, FM 도플러 상관기의 개수는 2M+1이고, 상기 M은 자연수이다.
이로부터 i번째 FM 도플러 상관기 상관결과 λ_i(n_m)와 상관정도 |Ψ_i(n_m)|²는 수학식 4와 같다.

도 3은 정지된 단일 표적에 대해 각 FM 도플러 상관기 결과에 대해 절대값을 취한 후, 제곱하여 구한 상관정도(즉, 모호 함수의 값, |Ψ_i(n_m)|²)를 나타낸 것이다. 가로축 υ는 각 FM 도플러 상관기의 변조 주파수를 의미하며, τ(= n_mT)는 υ(=i×Δf_dc)가 0 Hz일 때 상관정도가 최대가 되는 위치를 0 으로 한 상대적인 시간 차이를 의미한다. 도 3의 비스듬한 둥근 모서리의 사각형(303)은 모호 다이어그램을 나타낸다. 도 3의 300은 FM 도플러 상관기의 변조 주파수가 표적 속도의 도플러 천이 주파수와 일치(여기서는 υ= 0 Hz일 때)된 경우의 결과로, 이중 시간까지 정합될 때 상관정도는 최대값 |Ψ₀(n_m = 0)|²을 가진다. 도 3의 301은 변조 주파수가 0 Hz 가 아닌 FM 도플러 상관기에서 상관정도의 최대값이 |Ψ₀(n_m = 0)|² 보다 3dB보다 작지 않은 모호 다이어그램 내부의 상관정도를 나타내며, 도 3의 302는 상관정도의 최대값이 3dB 이상 차이가 나는 모호 다이어그램 외부의 상관정도를 나타낸다.

일반적으로 FM 신호 탐지기는 각 FM 도플러 상관기의 결과 값들을 저장하고, 또한 그 결과 값들을 비교하여 상관정도가 최대가 되는 상관기의 결과(즉, 도 3의 300)를 이용하여 표적의 특성 및 표적 거리를 추정한다. 도 3의 300으로부터 샘플 간격 T(1/f_s)인 FM 신호의 경우, 송신신호 길이가 NT라 하더라도 도플러 천이 주파수가 일치되면 시간상의 분해능은 2 ×0.44/W이고, 거리분해능은 0.88c/W (여기서, c는 신호의 매질 전파속도)가 된다. 이는 송신신호 길이 NT인 CW 신호가 가지는 거리분해능 2 × 0.29 NT_c보다 좋은 거리분해능을 가진다. 또한, 거리 추정은 도플러 추정기를 통해 정확한 표적속도 정보를 구하고, 도플러 천이에 따른 거리 오차를 보상하여 정확하게 구한다. 도 3의 300의 상관결과에서 최대값을 가지는 시간 상의 위치로부터 거리를 구하여, 표적 속도 정보를 이용하여 정확한 거리를 추정한다. 그러나, 일반적으로, FM 신호 탐지기는 FM 도플러 상관기들의 주파수 변화 간격 및 잡음 환경 등을 고려하여 클러터 락킹(Clutter Locking)이라는 복잡한 후처리를 통해 표적의 속도 정보를 추정하여 거리를 구하게 된다. 또한, 다른 센서 중심 위치에서 얻은 상관결과와 비교하여 방위각을 추정하여 표적의 방향정보를 추정한다.

이상, 일반적인 FM 표적 검출방법을 설명 바와 같이, 표적에 대한 정확한 거리, 속도, 방위각 정보를 알기 위해서는 검출기의 결과 외에 표적 속도를 추정하는 도플러 추정기와 방위각 추정기가 필요함을 알 수 있었다. 그러나, 이러한 추정기들을 이용하여 정확한 정보를 추정하기 위해서는 추정기의 복잡한 알고리즘 때문에 많은 연산량이 소요된다. 따라서, 일반적으로는 검출기로부터 표적이 존재한다는 정보가 추정기에 입력된 후, 추정기들이 정보를 구하는 연산을 수행하는 방식의 구조를 가진다. 또한, 표적을 탐지하여 추적하기 위해서는 표적유무를 검출하는 검출기의 연산이 빠르게 이루어져야 한다.

그러나, 도 3의 FM 도플러 상관기의 결과로부터 표적의 유무를 판단하기 위해서는, 송신신호 주기 등의 비교적 긴 시간간격 동안 FM 도플러 상관기들의 결과를 저장하고, 그 결과값들의 상관정도를 비교하여 선택하는 방법 등을 이용하여야 한다. 이 경우 비교적 긴 시간동안 상관결과들을 저장하고 비교하기 때문에 시스템의 복잡도도 증가하고, 검출기의 반응성 또한 낮아지게 된다. 레이다와 같이 매질이 공기인 경우 송신신호의 전달 속도가 빠르기 때문에, 송신신호 주기를 작게 하면 반응성을 높일 수 있지만, 수중 소나에서와 같이 매질 전파 속도가 1500m/s로 느릴 경우 탐지 거리에 따라 송신신호 주기가 수초 정도로 길어지기 때문에 검출기의 반응 속도가 문제가 된다. 따라서, 검출기의 반응 속도 및 도플러 추정기, 방위각 추정기의 복잡도를 고려하여 도 4의 표적 검출기와 같은 방식을 이용할 수 있다.

도 4의 협대역 FM 신호 검출기는 각 FM 도플러 상관기 결과를 저장하고 있다가, 상관정도를 비교하는 것이 아니라, 매 들어오는 수신신호에 대해 변조된 FM 송신신호와의 상관정도를 구하고 그 중 최대값을 선택한다. 이후, 비교기에서 표적검출 기준값과 비교하여 표적의 유무 및 표적 위치를 판단하는 방식으로 검출기의 반응성을 증대시킨다. 도 4에서 f(·)은 상관정도를 구하는 함수로 절대값의 제곱을 구할 경우, 모호 함수 값과 동일한 결과를 나타낸다. 한편, f(·)를 절대값의 제곱으로 하여 모호 함수와 같게 하였으나, 절대값 또는 다른 값을 사용하여도 무방하며, 이로써 본 발명의 실시 예를 제한을 두지 않는 것으로 한다. 하지만, 이와 같은 협대역 FM 신호 검출기의 경우 반응 속도는 빠르게 되지만, 표적을 식별하는 분해능의 저하가 발생한다.

도 5는 FM 검출기에서 매 입력신호마다 각 FM 도플러 상관기 결과의 상관정도 중에서 최대값을 선택한 결과를 나타낸 것이다. 특히, 도 5에서 각 상관기 결과의 상관정도가 τ축에 투영된 후, 매 수신신호 입력 간격마다 최대값을 선택하면 굵은 점선과 같이 나타난다. 이때 가장 큰 값 |Ψ₀(n_m = 0)|² 에 비해 3dB 이내의 작은 값을 가지는 시간 구간은 0.58NT로, 거리분해능은 0.58NT_c가 되며 CW 신호의 거리분해능과 동일하게 된다. 이는 도 3에서 보는 바와 같이, 표적의 도플러 정보를 알고 있을 때의 거리분해능 0.88 c/W보다 나쁘게 된다. 이러한 거리분해능 저하는 다수 표적의 유무를 판단하고자 할 때 표적 개수 식별을 어렵게 할 뿐만 아니라, 한 표적 내에서 표적의 부분별 반사 값들을 이용한 하이라이트와 같은 표적 식별 시에 성능을 저하시킨다. 물론, 비교기에서 표적검출 기준을 3dB가 아닌 다른 작은 값을 이용하면 거리분해능을 좋게 할 수 있으나, 이는 잡음이 심한 환경에서 표적을 정확히 검출하는데에 어려움이 발생한다. 또한, FM 탐지기 내의 도플러 추정기를 이용하여 표적의 정확한 속도 정보를 이용하여 보상할 경우 저하된 분해능을 향상시킬 수 있지만, 이를 위해서는 부가적인 신호처리가 요구된다는 단점을 지니고 있다.

이러한 FM 신호 검출기는 거리분해능이 저하된다는 문제점 외에, 다른 속도를 가진 다수 표적이 다른 방향에 같은 거리에 있을 경우 다수 표적을 각각 검출하는 것이 아니라 하나의 표적으로 검출하게 된다.

도 6는 FM 송신신호에 대한 반사 정도가 같은 3개의 표적들이 다른 방향에 그러나 동일 거리 상에 있는 경우이다. 특히, 도 6은, 표적들의 다른 속도에 따른 도플러 천이 주파수가 각각 0 Hz, kΔf_dc Hz, -kΔf_dc Hz 인 경우 각 FM 도플러 상관기로부터 구해진 결과들의 상관정도인 모호 함수 값들을 나타낸 것이다. 도 6에서 600은 표적 속도의 도플러 천이 주파수가 0 Hz인 경우이고, 도 6의 601은 kΔf_dc Hz, 도 6의 602는 -kΔf_dc Hz인 경우에 각각 모호 함수 값이 최대인 값을 포함하는 FM 도플러 상관기로부터 획득되는 모호 함수 값을, 시간에 따라 나타낸 것이다. 도 6에서 3개의 표적 각각에 대한 반사 정도가 같다면, 기존 FM 신호 검출기의 결과는 1개의 표적을 검출한 도 5의 결과와 동일하게 된다. 물론 FM 도플러 상관기들의 결과를 저장하고 있다가 도플러 추정기를 통해 표적의 속도 정보를 이용하여 표적을 구분해낼 수 있다. 하지만, 일반적인 FM 신호 검출기만을 이용하면 3개의 물체(즉, 표적)가 거리상으로 같기 때문에, 상관기 결과들의 상관정도를 시간 축으로 투영시킨 후 최대값을 선택하면, 3개 상관정도 중 큰 값만을 선택하기 때문에 다른 표적의 상관정도와 상관없이 하나의 표적으로 검출된다.

이하, 상술한 FM 신호 검출방법의 기술적 한계를 해결할 수 있는, 본 발명의 따른 FM 신호 검출 방법을 설명한다.

본 발명에 따른 FM 신호 검출기법은, 종래 FM 신호 검출기의 향상된 거리분해능을 제공하고, 다수 표적의 식별 능력을 향상시키면서 잡음에 강인한 것이 특징이다.

도 7은 본 발명에 따른 FM 신호 검출기법에 관한 구성도이다. 본 발명에 따른 FM 신호 검출기법은 기존 FM 도플러 상관기들의 결과를 재정렬시킨 후, 그 결과를 합한 결과값의 상관정도에 스케일 S_f 곱하는 구조로 되어 있다.

즉, 도 7 표적 검출기의 동작은 다음과 같다: 1) 각 FM 도플러 상관기의 결과(상관값)(즉, 도 7에서, λ_i(n_m))를 시간 지연시켜 재정렬(즉, 도 7에서, λ＇_i(n_m))하는 단계; 2) 그 재정렬한 각 FM 도플러 상관기의 결과를 합하는(즉, 도 7에서

) 단계; 3) 상기 합하여 계산된 결과값으로부터 상관정도(즉, 도 7에서,f(λ＇_i(n_m)))를 구하는 단계; 4) 상기 합한 결과값의 상관정도(즉, 도 7에서,f(λ＇_i(n_m)))에 스케일 S_f를 곱하여, 최종 상관정도(즉, 도 7에서, S_f × f(λ＇_i(n_m)))와, 표적검출정보 및 표적의 위치정보를 구하는 단계로 구성된다.

이하, 도 7의 표적 검출기를 통하여 FM 표적검출방법을 과정별로 상세히 설명한다.

협대역 선형(Linear) FM 신호의 경우, 각 FM 도플러 상관기의 시간지연 값 τ(i)는 수학식 5와 같이 정의된다.

수학식 5에서 i는 변조 주파수 i×Δf_dc를 가지는 FM 도플러 상관기의 인덱스(index)를 의미한다. 협대역 선형(Linear) FM 신호의 경우 스윕 래이트(Sweep Rate)가 일정하게 유지되고 Δf_dc가 고정된다. 이때 i = 0인 상관기를 기점으로 i < 0인 FM 도플러 상관기들의 결과는 시간이 지연되며, i>0 인 FM 도플러 상관기들의 결과는 음수 방향으로 시간이 지연(시간이 앞서게)된다. 또한, i 번째 상관기의 결과를 기준으로, i-1 번째 상관기의 결과는 Δf_dc /m만큼 시간이 지연되고 i+1번째 상관기의 결과는 Δf_dc /m만큼 시간이 앞서게 되어 시간상으로 i번째 상관기의 결과와 정렬된다. 이렇게 정렬된 각 FM 도플러 상관기의 결과는 수학식 4의 상관결과 λ_i(n_m)에 시간지연 τ(i)를 대입하면 수학식 6의 λ＇_i(n_m)와 같이 표현된다.

수학식 6과 같이 시간지연을 시키는 이유는 각 상관기의 주파수 변조 차이에 의해 발생된 결과를 시간지연 차이로 나타내기 위한 것으로, 정렬된 상관기들의 결과를 합하여 계산한 상관정도 f(λ＇(n_m))는 수학식 7과 같다.

합한 결과의 상관정도 f(λ＇_i(n_m))에 스케일 S_f를 곱한 S_f × f(λ＇_i(n_m))를 비교기에서 표적검출 기준값과 비교하여 표적을 검출한다. 한편, 비교기에서 표적검출 기준값을 설정하는 방식은 다양하다. 참고로, 스케일 S_f가 1/(2M+1)이면 평균을 구하는 것이 된다.

한편, 도 7과 비교하여 볼 때, 도 8의 실시 예는 FM 검출방법의 변형된 구성의 다른 실시 예이다. 이하, 도 8의 실시 예의 설명에 있어서, 도 7의 실시 예와 동작이 같은 부분의 설명은 도 8의 실시 예의 해당 동작의 설명에 그대로 적용을 하고, 도 7의 실시와 대비되는 부분에 대하여만 도 8의 실시 예를 설명하기로 한다.

본 발명은 상관결과의 상관정도를 구하는 위치에 따라, 도 8과 같이 구성되어질 수도 있다. 도 8은 각 상관기 결과들을 재정렬한 후 상관정도를 구해 합하여 이용하는 방식이다.

즉, 도 8의 표적 검출기의 동작은 다음과 같다: 1) 각 FM 도플러 상관기의 결과(즉, 도 8에서, λ_i(n_m))를 재정렬(즉, 도 8에서, λ＇_i(n_m))하는 단계; 2) 상기 재정렬한 각 FM 도플러 상관기의 결과값으로부터 각 상관정도(즉, 도 8에서,f(λ＇_i(n_m)))를 구하는 단계; 4) 상기 각 FM 도플러 상관기에 해당하는 각 상관정도를 합한 결과(즉, 도 8에서,f(λ＇_i(n_m)))에 스케일 S_f를 곱하여, 최종 상관정도(즉, 도 8에서, S_f × f(λ＇_i(n_m)))와, 표적검출정보 및 표적의 위치정보를 구하는 단계로 구성된다.

한편, 도 8에서 각 재정렬된 상관기들의 상관정도는 수학식 8의 f(λ＇_i(n_m))와 같으며, 상관정도를 절대값의 제곱을 이용하여 구하면, 모호 함수 |Ψ_i(n_m)|²와 같다.

이때, |Ψ_i(n_m)|²는 수학식 4의 |Ψ_i(n_m)|²에 시간지연 τ(i)을 대입한 |Ψi(nm - τ(i))|²과 동일하다. 이는 각 FM 도플러 상관기의 결과들에 대해 정렬한 후에 상관정도를 구한 결과와 상관정도를 구한 후에 정렬시키는 결과는 같음을 의미한다. 또한 본 발명 설명의 편의상, 상관정도를 상관결과의 절대값에 대한 제곱을 구하여 모호 함수와 같게 하였으나, 상관정도를 구하는 방식은 절대값 또는 다른 방법을 이용하여도 본 발명 내용과 부합된다. 다시 말해 상관기 결과의 상관정도를 구하는 방식은 본 발명에서 제한을 두지 않는다. 수학식 8과 같이 정렬된 상관결과의 각 상관정도 f(λ＇_i(n_m))의 합 f(λ＇(n_m))는 수학식 9과 같이 나타내어 질 수 있다(즉, 도 8에서 각 f(·)가 합한 결과).

수학식 9를 통하여 구한 f(λ＇(n_m))에 스케일 S_f 을 곱한 S_f × f(λ＇(n_m))를 비교기에서 표적 기준값과 비교하여 표적을 검출한다. 한편, 도 7의 실시 예와 대비하여 볼 때, 도 8와 같이 상관결과들을 재정렬시켜 상관정도를 구한 후에 합한 결과를 이용하는 것도, 또한 도 4의 실시 예에서의 상관정도를 구하는 위치만 다를 뿐, 상관결과의 재정렬한 합을 이용한다는 점에서 도 7 실시 예의 대응되는 동작과 도 8의 해당 동작과 같다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명 설명의 편의상, 선형(Linear) FM 신호인 경우를 예로 들어, 수학식 5의 시간지연을 이용하여 FM 도플러 상관기의 결과들을 재 정렬하였다. 선형(Linear) FM이 아닌 일반적인 FM 신호인 경우 각 도플러 상관기의 시간지연차인 τ(i+1) - τ(i)가 일정하게 유지되도록 하면, 선형(Linear) FM과 같이 재정렬이 이루어져 본 발명의 재정렬된 합을 구할 수 있다. 예를 들어, 선형(Linear) FM이 아닌 경우, 각 FM 도플러 상관기의 천이주파수를 Δf_dc라고 하였을 때, 각 FM 도플러 상관기에서 시간지연차인 τ(i+1) - τ(i)가 일정하게 유지되도록 하는 Δf_dc를 선택하여 사용하면 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 FM 신호 검출방법을 사용할 때, 거리분해능의 향상, 속도가 다른 다수 표적 식별 능력의이 향상, 잡음에 대해 강한 효과가 있다. 이하, 본 발명에 따른 FM 신호 검출방법의 효과 측면에서 본 발명의 실시 예를 설명한다.

이하, 거리분해능의 향상 효과에 대하여 설명한다

본 발명에 따른 각 FM 도플러 상관기의 결과들을 시간상에서 재정렬하여 사용한다.

도 9는 도 3의 정지되어 있는 하나의 표적으로부터 구해진 각 상관기 결과에 대한 상관정도를 수학식 5의 시간지연을 이용하여 재정렬한 결과를 나타낸다. 도 9는 도 8의 상관결과를 재정렬한 후, 상관정도를 구하는 구조를 이용하였으며, 상관정도 f(λ_i＇(n_m))을 절대값의 제곱을 이용한 수학식 8의 모호 함수값 |Ψ_i(n_m)|²으로 나타내었다. 이때, 정지된 표적에 대해 가장 큰 상관정도를 가지는 상관기의 시간을 기준으로 정렬된다. 이렇게 정렬된 각 FM 도플러 상관기의 상관정도에 대한 합 f(λ＇(n_m))를 구한다. 이후 f(λ＇(n_m))에 스케일 S_f를 곱한 S_f × f(λ＇(n_m))를 비교기에서 표적검출 기준값과 비교하여 표적 유무를 판단한다. 이때, 시간 정렬이 이루어졌기 때문에, 합인 f(λ＇(n_m))의 최대값을 기준으로 3dB가 작은 시각과의 간격은, 각 상관기의 상관정도 f(λ_i＇(n_m))의 최대값을 기준으로 3dB가 적은 시각과의 시간 간격과 같음을 쉽게 알 수 있다. 시간 간격은 도 3에서 보는 바와 같이 ±0.44/W이며, 이로부터 본 발명을 통한 시간분해능은 역시 ±0.44/W이며 거리분해능은 0.88 c/W 이다. 거리분해능 0.88 c/W는 표적 속도 정보를 알고 있는 경우의 FM 도플러 상관기의 결과와 동일하며, 본 발명의 FM 신호 검출기의 거리분해능이 기존 FM 신호 검출기의 거리분해능 0.58NT보다 우수함을 알 수 있다.

이하, 속도가 다른 다수 표적의 식별 능력이 향상되는 효과에 대하여 설명한다. 즉, 속도가 다른 다수 표적에 대한 본 발명의 표적 식별 성능에 대해 살펴보도록 한다.

도 6의 송신신호에 대한 반사 정도가 같은 3개의 표적이 다른 방향에 있지만 3개의 표적 모두가 동일 거리 상에 있는 것으로 전제한다. 이때, 각 FM 도플러 상관기 결과의 상관정도를 수학식 5를 이용하여 재정렬하면 도 10과 같이 나타난다. 도 10의 경우에 있어서도, 도 8의 상관결과를 재정렬한 후, 상관정도를 구하는 구조를 이용하였으며, 상관정도 f(λ_i＇(n_m))을 절대값의 제곱을 이용한 모호 함수값 |Ψ_i(n_m)|²으로 나타내었다. 표적 속도에 따른 도플러 천이 주파수가 0 Hz(정지된 표적)인 경우 τ=0(υ축)을 기준으로 정렬되며, 천이 주파수가 kΔf_dc Hz인 표적 상관결과의 상관정도는 τ= kΔf_dc /m을 기준으로, 천이 주파수가 -kΔf_dc Hz인 표적 상관결과의 상관정도는 τ= -kΔf_dc /m을 기준으로 정렬된다. 다시 말해서, 표적 속도에 의해 발생된 도플러 천이 주파수 차이에 따라, 상관결과의 상관정도는 시간상으로 다른 위치에 정렬되게 된다. 도 10에서 1000, 1001, 1002는 재정렬된 상관기 결과의 상관정도 중에서 천이 주파수 0 Hz, kΔf_dc Hz, -kΔf_dc Hz에 각각 일치되어 가장 큰 상관정도를 나타내는 결과들을 나타낸다.

도 11는 도 10의 정렬된 각 FM 도플러 상관기의 상관정도 (여기서는 |Ψ_i(n_m)|²)들로부터 합을 구한 뒤 스케일을 곱한, 본 발명의 상관정도 S_f × f(λ＇(n_m))를 시간 변화에 따라 나타낸 것이다. 도 11에서 1100, 1101, 1102는 표적 속도에 따른 도플러 천이 주파수인 0 Hz, kΔf_dc Hz, -kΔf_dc Hz와 FM 도플러 상관기의 변조 주파수가 각각 일치된 경우일 때, 본 발명의 상관정도들을 나타낸 것이다. 이와 같이 구한 본 발명의 상관정도들을 비교기에서 기준값과 비교하여 표적의 유무를 판단하여 다수 표적의 개수를 알아낸다.

본 발명에서 표적까지의 정확한 거리를 알기 위해서는 부가적으로 표적의 속도 정보를 구하여 이용하여야 하지만, 본 발명을 이용하면 별도의 표적 속도 정보 없이 기존 FM 신호 검출기에서 식별하지 못하는 다른 속도를 가진 같은 거리에 있는 다수 표적을 거리에 상관없이 식별할 수 있다. 또한 신호 검출기의 가장 중요한 역할이 표적 존재 유무와 표적의 개수를 판별하는 것으로, 본 발명은 신호 검출기의 역할을 충실히 수행한다고 할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예의 효과로서, 잡음에 대한 강인성을 설명한다.

본 발명은 FM 도플러 상관기들의 결과를 재정렬하여, 재정렬한 상관기들의 결과들을 합하여 구하고, 이 합의 상관정도를 구해 스케일을 곱한 값을 사용하고, 비교기에서 표적검출 기준값과 비교하여 표적을 검출한다. 기존 FM 신호 검출기가 상관정도의 최대값을 이용하는 반면에 본 발명은 합을 이용하였다. 이를 통한 잡음에 대한 성능을 분석하면 다음과 같다.

각 FM 도플러 상관기의 결과 λ_i(n_m) 또는 시간 지연시킨 λ_i＇(n_m)로부터 구한 표적 신호 에너지 E_i는 수학식 10과 같이 정의한다.

수학식 10에서 n₁, n₂는 FM 도플러 상관기에서 서로 상관시키는 시간상의 구간을 의미하며, n＇₁, n＇₂는 n₁, n₂를 시간 지연시켜 정렬하였을 때의 상대되는 시간상의 구간을 의미한다.

예로 정지된 하나의 표적인 경우이고 잡음이 백색 잡음을 특성을 지니며 잡음 준위가 N₀/2이라고 가정한다. 이때, 도 3과 같이 변조 주파수가 0인 상관기 결과는 λ₀(n_m)에서 최대값을 가지며, 다른 상관기의 결과 λ_i(n_m)의 최대값은 λ₀(n_m)의 최대값보다 작은 값을 가지게 된다. 만약 표적의 속도 정보를 알고 있다면 변조 주파수가 0인 상관기의 결과 λ₀(n_m)만을 이용하여 표적 검출을 하며, 이때의 SNR(Signal to Noise Ratio)은 널리 알려진 대로

가 된다. 기존 FM 신호 검출기를 이용할 경우 제 5도에서 보는 것과 같이 각 상관기 결과의 상관정도 중 최대값을 선택하기 때문에 신호 에너지의 관점에서 보면 커지나, 이전에 살펴본 바와 같이 거리분해능의 저하가 발생하며, 잡음이 심한 환경에서 잡음에 의해 최대값을 잘못 선택하면 표적 검출의 오류로 나타나는 가능성이 크다. 이에 거리분해능과 표적 검출 문제를 고려하여 거리분해능이 0.88c/W로 좋은 경우의 SNR인

를 기준으로 본 발명의 SNR과 비교하도록 한다.

정지된 하나의 표적에 대해 수학식 10의 각 FM 도플러 상관기 결과의 에너지는 E₀가 가장 크며 다음으로 E₁ (∼ E_-1), E₂(∼ E_-2) 등의 순서로 된다. 이로부터 재정렬된 결과 합에 대한 신호 에너지는 수학식 11의 E와 같다.

수학식 11의 각 상관기 결과에 대한 상호 상관값 Φ_ij에 따라 다소 변동이 있겠지만, 합의 에너지 E는 (M+1)E₀와 유사한 값을 가진다. 또한, 잡음의 합은 (2M+1)N₀/2가 되며, 합 신호

에 대한 SNR은

과 유사하게 된다. 다시 말해, 본 발명의 합신호를 이용할 경우의 SNR은 표적의 속도 정보를 알고 있는 경우와 동일하며, 기존 FM 신호 검출기처럼 잡음이 심한 환경에서 최대값을 잘못 선택하여 검출 오류가 발생되지 않기 때문에, 잡음에 강인한 성질을 가짐을 알 수 있다. 참고로 도 8 처럼 상관기 결과들을 재정렬 후에 합하지 않고, 수학식 9와 같이 상관정도를 먼저 구할 경우는 수학식 11의 각 상관기 결과에 대한 상호 상관값 Φ_ij가 0가 되어 수학식 11의 E는

로 SNR이 다소 작아지게 된다.

한편, 본 발명의 실시 예는 연산 횟수를 줄이는 효과가 있다.

즉, 본 발명은 각 FM 도플러 상관기 결과를 재정렬하여 합하기 때문에 각 상관기의 결과를 저장할 필요 없이 수신신호의 매 입력 간격마다 본 발명의 상관정도 S_f × f(λ＇(n_m))를 비교기에서 표적검출 기준값과 비교하여 표적을 검출할 수 있으며, 추가되는 시간 지연 및 합에 대한 연산량이 줄어드는 것을 알 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 FM 신호 검출기의 연산량은, 종래 FM 신호 검출기(즉, 각 상관기 결과의 상관정도를 비교하여, 최대값을 선택하는 방식)에 비하여 기존 FM 신호 검출기에 비해서도 상관정도를 구하는)와 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 위치와 방식에 따라 다소 달라지겠지만 거의 비슷하거나 작음을 알 수 있다.

이상, 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야에 대한 통상적인 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

1. FM 신호를 이용한 표적 검출기에 있어서,
   (A) 표적들에 반사된 FM 송신신호들을 수신하고, 그 수신한 신호를 FM 도플러 상관기들을 통하여 FM 도플러 상관기의 상관값들을 시간지연시켜서 재정렬하는 단계와;
   (B) 상기 시간지연시켜서 재정렬한 상기 도플러 상관기들의 상관값들을 합하고, 그 합한 결과값으로부터 상기 수신신호의 상관정도를 구하는 단계와;
   (C) 상기 구한 상관정도를 이용하여 표적검출정보 및 위치 정보를 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 FM 신호를 이용한 표적 검출 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 FM 도플러 상관기들의 개수는 2M+1이고, 상기 M은 자연수이고,
   상기 (B)단계에서
   
   

   

   (수학식 7)
   상기 수학식 7을 이용하여, 상기 수신신호의 상관정도를 구하며, 여기서, f(·)은 상관정도를 구하는 함수이고, 상기 상관정도의 함수는 모호 함수의 값 |Ψ_i(n_m)|² 인 것이며;
   λ＇_i(n_m)은 λ_i(n_m)에 시간지연 τ(i) 한 FM 도플러 상관기의 상관값들이고, λ_i(n_m)는 i번째 FM 도플러 상관기의 상관값들인 것을 특징으로 하는 FM 신호를 이용한 표적 검출 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 시간지연 τ(i)는 수학식 5를
   

   

   (수학식 5)
   이용하여 구하되, 상기 수학식 5에서 i는 변조 주파수 i×Δf_dc를 가지는 FM 도플러 상관기의 인덱스(index)를 의미하고, 또한 상기 수학식 5에서 Δf_dc 는 표적의 속도에 따라 탐지하려는 주파수 변조 간격인 것을 특징으로 하는 FM 신호를 이용한 표적 검출 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 (C)단계에서
   상기 (B) 단계에서 구한 상관정도 f(λ＇_i(n_m))에 스케일 S_f를 곱하여 최종의 상관정도 S_f × f(λ＇_i(n_m))를 구하는 단계와,
   상기 구한 최종의 상관정도를 표적검출 기준값을 비교하여 표적을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 FM 신호를 이용한 표적 검출 방법.
5. FM 신호를 이용한 표적 검출기에 있어서,
   (a) 표적들에 반사된 FM 송신신호들을 수신하고, 그 수신한 신호를 FM 도플러 상관기들을 통하여 FM 도플러 상관기의 상관값들을 시간지연시켜서 재정렬하는 단계와;
   (b) 상기 시간지연시켜서 재정렬한 상기 FM 도플러 상관기들의 상관값들 각각에 대하여 상관정도를 구하고, 그 구한 각 상관정도를 합한 결과값으로부터 상기 수신신호의 최종 상관정도를 구하는 단계와;
   (c) 상기 구한 최종 상관정도를 이용하여 표적검출정보 및 위치 정보를 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 FM 신호를 이용한 표적 검출 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 FM 도플러 상관기들의 개수는 2M+1이고, 상기 M은 자연수이고,
   상기 (b)단계에서
   상기 수신신호의 최종 상관정도는
   수학식 8을 이용하여
   

   

   (수학식 8)
   계산하는 것을 특징으로 하되,
   여기서, |Ψ_i(n_m)|²는 상관정도를 가리키는 모호함수이고,
   λ＇_i(n_m)은 λ_i(n_m)에 시간지연 τ(i) 한 FM 도플러 상관기의 상관값들이고, λ_i(n_m)는 i번째 FM 도플러 상관기의 상관값들인 것을 특징으로 하는 FM 신호를 이용한 표적 검출 방법.
7. 복수의 표적으로부터 반사된 FM 신호로부터 상관신호를 구하여 표적이 존재하는지 아닌지를 검출하는 표적 검출기로서,
   복수의 표적으로부터 반사된 FM 신호를 수신하여 FM 도플러 상관값들을 시간지연시켜 재정렬하는 상관필터와;
   상기 상관필터를 통하여 획득한 상관신호를 이용하여 표적검출정보 및 위치 정보를 검출하는 비교기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표적 검출기.
8. 제7항에 있어서, 상기 상관필터는
   상기 복수의 표적으로부터 반사된 상기 FM 신호로부터 상관신호를 구하여 표적이 존재하는지 아닌지를 검출하는 FM 도플러 상관기와;
   상기 FM 도플러 상관기의 상관값들을 시간지연시킨 후, 상기 FM 도플러 상관기의 상관값들의 합에 대한 상관정도를 구하는 모듈을 폼하는 것을 특징으로 하는 표적 검출기.

Images