KR101307274B1 - 레이더의 수신 신호 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광대역의 송신 파형을 사용하여 단거리에 있는 표적은 물론 원거리에 있는 표적을 탐지할 수 있는 레이더의 수신 신호 처리 장치에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이더의 수신 신호 처리 장치는, 수신 신호를 토대로 표적의 거리를 추정하여 미리 정해진 기준 거리와 비교하는 비교부; 상기 비교부에서 표적의 거리가 미리 정해진 기준 거리보다 멀다고 판단된 경우에 수신 신호에 대한 고속 푸리에 변환(FFT)을 수행하는 FFT부; FFT이 수행된 수신 신호를 다수의 협대역 신호로 분리하는 대역 선택 윈도우; 각 협대역 신호의 시간을 동기화하는 시간 동기화기; 각 협대역 신호의 위상을 동기화하는 위상 정렬부; 시간과 위상이 동기화된 각 협대역 신호를 정합하는 정합 필터부; 정합된 협대역 신호들을 결합하는 결합기; 및 상기 결합기의 출력에서 주엽의 크기가 미리 정해진 임계치보다 큰 경우에 표적이 존재하는 것으로 판단하는 제1 검출기;를 포함한다.

Description

레이더의 수신 신호 처리 장치 {Received signal processing device of radar}
본 발명은 광대역의 송신 파형을 사용하여 단거리에 있는 표적은 물론 원거리에 있는 표적을 탐지할 수 있는 레이더의 수신 신호 처리 장치 및 레이더의 수신 신호 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 레이더의 수신 신호 처리단은 표적의 거리에 따른 다수의 운용 모드를 가지고 있으며, 운용자는 레이더 운용시에 상기 다수의 운용 모드 중에 하나를 직접 선택한다.
이와 같은 종래의 레이더의 수신 신호 처리단은 운용자에 의해 단거리 운영 모드가 선택된 경우에는 고해상도 신호 처리를 위해서 광대역의 펄스를 송신 신호로 사용하는데, 이와 같은 광대역의 펄스는 도달 거리가 짧아서 원거리에 있는 표적의 탐지는 어려운 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 광대역의 송신 파형을 사용하여 단거리에 있는 표적은 물론 원거리에 있는 표적을 탐지할 수 있는 레이더의 수신 신호 처리 장치 및 레이더의 수신 신호 처리 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이더의 수신 신호 처리 장치는, 수신 신호를 토대로 표적의 거리를 추정하여 미리 정해진 기준 거리와 비교하는 비교부; 상기 비교부에서 표적의 거리가 미리 정해진 기준 거리보다 멀다고 판단된 경우에 수신 신호에 대한 고속 푸리에 변환(FFT)을 수행하는 FFT부; FFT이 수행된 수신 신호를 다수의 협대역 신호로 분리하는 대역 선택 윈도우; 각 협대역 신호의 시간을 동기화하는 시간 동기화기; 각 협대역 신호의 위상을 동기화하는 위상 정렬부; 시간과 위상이 동기화된 각 협대역 신호를 정합하는 정합 필터부; 정합된 협대역 신호들을 결합하는 결합기; 및 상기 결합기의 출력의 주엽의 크기가 미리 정해진 임계치보다 큰 경우에 표적이 존재하는 것으로 판단하는 제1 검출기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 비교부에서 표적의 거리가 미리 정해진 기준 거리보다 멀지 않다고 판단된 경우에 수신 신호를 정합하는 정합 필터; 상기 정합 필터의 출력에서 주엽의 크기가 미리 정해진 임계치보다 큰 경우에 표적이 존재하는 것으로 판단하는 제2 검출기; 및 상기 제2 검출기의 출력에 대한 고해상도 신호 처리를 수행하여 표적 식별 및 격추 평가를 수행하는 고해상도 신호 처리부;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이더의 수신 신호 처리 방법은, (a) 수신 신호를 토대로 표적의 거리를 추정하여 미리 정해진 기준 거리와 비교하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 멀다고 판단된 경우에 수신 신호에 대한 고속 푸리에 변환(FFT)을 수행하는 단계; (c) FFT이 수행된 수신 신호를 다수의 협대역 신호로 분리하는 단계; (d) 각 협대역 신호의 시간과 위상을 동기화하는 단계; (e) 시간과 위상이 동기화된 각 협대역 신호를 정합하는 단계; (f) 정합된 협대역 신호들을 결합하는 단계; 및 (g) 상기 (f) 단계의 출력의 주엽의 크기가 미리 정해진 임계치보다 큰지 판단하여, 크다고 판단되면 표적이 존재하는 것으로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, (h) 상기 (a) 단계에서 멀지 않다고 판단된 경우에 수신 신호를 정합하는 단계; (i) 상기 (h) 단계의 출력에서 주엽의 크기가 미리 정해진 임계치보다 큰 경우에 표적이 존재하는 것으로 판단하는 단계; 및 (j) 상기 (i) 단계의 출력에 대한 고해상도 신호 처리를 수행하여 표적 식별 및 격추 평가를 수행하는 고해상도 신호 처리 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성 및 방법을 가지는 본 발명은 광대역의 송신 파형을 사용하여 단거리에 있는 표적은 물론 원거리에 있는 표적을 탐지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이더의 수신 신호 처리 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이더의 송신 신호의 예를 도시한 파형도이다.
도 3은 도 1의 대역 선택 윈도우의 입력 신호 및 출력 신호의 예를 도시한 파형도이다.
도 4는 도 1의 시간 동기화기의 입력 신호의 예 및, 위상 정렬부의 출력 신호의 예를 도시한 파형도이다.
도 5는 도 1의 정합 필터부의 입력 신호 및 출력 신호의 예를 도시한 파형도이다.
도 6은 도 1의 결합기의 입력 신호 및 출력 신호의 예를 도시한 파형도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이더의 수신 신호 처리 방법을 도시한 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이더의 수신 신호 처리 장치 및 데이터의 수신 신호 처리 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이더의 수신 신호 처리 장치에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이더의 수신 신호 처리 장치는, 수신 신호를 토대로 표적의 거리를 추정하여 미리 정해진 기준 거리와 비교하는 비교부(101); 상기 비교부(101)에서 표적의 거리가 미리 정해진 기준 거리보다 멀다고 판단된 경우에 수신 신호에 대한 고속 푸리에 변환(FFT; Fast Fourier Transform)을 수행하는 FFT부(102); FFT이 수행된 수신 신호를 다수의 협대역 신호로 분리하는 대역 선택 윈도우(103); 각 협대역 신호의 시간을 동기화하는 시간 동기화기(104); 각 협대역 신호의 위상을 동기화하는 위상 정렬부(105); 시간과 위상이 동기화된 각 협대역 신호를 정합하는 정합 필터부(106); 정합된 협대역 신호들을 결합하는 결합기(107); 및 상기 결합기(107)의 출력의 주엽의 크기가 미리 정해진 임계치보다 큰 경우에 표적이 존재하는 것으로 판단하는 제1 검출기(108);를 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 비교부(101)에서 표적의 거리가 미리 정해진 기준 거리보다 멀지 않다고 판단된 경우에 수신 신호를 정합하는 정합 필터(112); 상기 정합 필터(112)의 출력에서 주엽의 크기가 미리 정해진 임계치보다 큰 경우에 표적이 존재하는 것으로 판단하는 제2 검출기(113); 및 상기 제2 검출기(113)의 출력에 대한 고해상도 신호 처리를 수행하여 표적 식별 및 격추 평가를 수행하는 고해상도 신호 처리부(114);를 추가로 구비한다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이더의 수신 신호 처리 장치의 각 구성 요소에 대하여 설명하면 다음과 같다.
상기 비교부(101)는 수신 신호를 토대로 표적의 거리를 추정하여 미리 정해진 기준 거리와 비교하여, 기준 거리보다 멀다고 판단된 경우에는 수신 신호를 FFT부(102)로 출력하고, 기준 거리보다 멀지 않다고(즉, 가깝거나 동일하다고) 판단된 경우에는 수신 신호를 정합 필터(112)로 출력한다. 여기서, 상기 비교부(101)에 입력된 수신 신호는 레이더가 송신한 광대역 신호가 표적에 반사되어 돌아온 신호이다. 도 2에는 상기 레이더가 송신한 광대역 신호의 예를 나타내었다.
상기 FFT부(102)는 상기 비교부(101)에서 표적의 거리가 미리 정해진 기준 거리보다 멀다고 판단된 경우에는 수신 신호에 대한 고속 푸리에 변환(FFT)을 수행한 후에 대역 선택 윈도우(103)로 출력한다.
상기 대역 선택 윈도우(103)는 FFT이 수행된 수신 신호를 사각 윈도우 또는 RC(Raised Cosine) 윈도우를 통해 제1 내지 제n 협대역 신호로 분리한 후에 시간 동기화기(104)로 출력한다. 도 3에는 대역 선택 윈도우의 입력 및 출력 신호의 예를 도시하였다. 여기서, 상기 n은 2 이상 10 이하인 정수인 것이 바람직하다.
상기 시간 동기화기(104)는 대역 선택 윈도우(103)로부터 입력된 n개의 협대역 신호의 시간을 동기화한 후에 위상 정렬부(105)로 출력하며, 상기 위상 정렬부(105)는 시간 동기화기(104)로부터 입력된 제1 내지 제n 협대역 신호의 위상을 동기화한 후에 정합 필터부(106)로 출력한다. 상기 위상 정렬부(105)는 상기 제1 내지 제n 협대역 신호의 위상을 동기화하는 제1 내지 제n 위상 정렬기를 포함하여 구성된다. 도 4에는 시간 동기화기(104)의 입력 신호의 예 및, 위상 정렬부(105)의 출력 신호의 예를 도시하였다.
상기 정합 필터부(106)는 시간과 위상이 동기화된 제1 내지 제n 협대역 신호를 정합한다. 상기 정합 필터부(106)는 시간과 위상이 동기화된 제1 내지 제n 협대역 신호를 정합하는 제1 내지 제n 정합 필터를 포함하여 구성된다. 도 5에는 정합 필터부(106)의 입력 신호 및 출력 신호의 예를 도시하였으며, 이와 같은 도 5를 참조하면 정합 필터부(106)의 출력 신호는 상관 첨두치가 나타남을 알 수 있다.
상기와 같은 정합 필터부(106)는 대역 선택 윈도우(103)와 위상 정렬부(105) 등에서 생기는 오차에 의해서 기존의 신호 대비 높은 첨두치가 나타나지 않으며, 이를 해결하기 위해 결합기(107)가 구비된다.
상기 결합기(107)는 정합된 제1 내지 제n 협대역 신호를 결합한 후에 제1 검출기(108)로 출력하며, 이와 같은 결합기(107)를 사용하게 되면 여러 개의 협대역 신호를 누적한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
상기 결합기(107)는 정합된 제1 내지 제n 협대역 신호에 대한 결합을 수행할 시에 정합된 제1 내지 제n 협대역 신호 각각에 대하여 동일 이득을 적용하거나, 또는 정합된 제1 내지 제n 협대역 신호에 대한 결합을 수행할 시에 정합된 제1 내지 제n 협대역 신호의 크기를 비교하여 크기가 큰 협대역 신호에 소정의 가중치를 둔다. 이와 같은 결합기(107)가 구비됨으로써, 부엽 신호들의 랜덤성이 서로 상쇄되며 가중치에 의한 주파수 다이버시티 효과로 인해 검출 성능이 증가하게 된다. 도 6에는 결합기(107)의 입력 신호 및 출력 신호의 예를 도시하였다.
상기 제1 검출기(108)는 결합기(107)로부터 입력된 신호에서 주엽의 크기가 미리 정해진 임계치보다 큰 경우에 표적이 존재하는 것으로 판단하고, 미리 정해진 임계치보다 작거나 같은 경우에 표적이 존재하지 않는 것으로 판단한다.
상기 정합 필터(112)는 비교부(101)에서 표적의 거리가 미리 정해진 기준 거리보다 멀지 않다고(즉, 동일하거나 가깝다고) 판단된 경우에 수신 신호를 정합한 후에 제2 검출기(113)로 출력한다.
상기 제2 검출기(113)는 정합된 수신 신호에서 주엽의 크기가 미리 정해진 임계치보다 큰 경우에 표적이 존재하는 것으로 판단한다.
상기 고해상도 신호 처리부(114)는 제2 검출기(113)의 출력에 대한 고해상도 신호 처리를 수행하여 표적 식별 및 격추 평가를 수행한다.
이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이더의 수신 신호 처리 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 비교부(101)는 수신 신호를 토대로 표적의 거리를 추정하여 미리 정해진 기준 거리와 비교하여, 기준 거리보다 멀다고 판단된 경우에는 수신 신호를 FFT부(102)로 출력하고, 기준 거리보다 멀지 않다고(즉, 가깝거나 동일하다고) 판단된 경우에는 수신 신호를 정합 필터(112)로 출력한다(S101, S102). 여기서, 상기 비교부(101)에 입력된 수신 신호는 레이더가 송신한 광대역 신호가 표적에 반사되어 돌아온 신호이다.
상기 비교부(101)에서 멀다고 판단된 경우에, 상기 FFT부(102)는 수신 신호에 대한 고속 푸리에 변환(FFT)을 수행한 후에 대역 선택 윈도우(103)로 출력한다(S103).
다음으로, 상기 대역 선택 윈도우(103)는 FFT이 수행된 수신 신호를 사각 윈도우 또는 RC(Raised cosine) 윈도우를 통해 제1 내지 제n 협대역 신호로 분리한 후에 시간 동기화기(104)로 출력한다(S104).
다음으로, 상기 시간 동기화기(104)는 대역 선택 윈도우(103)로부터 입력된 n개의 협대역 신호의 시간을 동기화한 후에 위상 정렬부(105)로 출력하며, 상기 위상 정렬부(105)는 시간 동기화기(104)로부터 입력된 제1 내지 제n 협대역 신호의 위상을 동기화한 후에 정합 필터부(106)로 출력한다(S105).
다음으로, 상기 정합 필터부(106)는 시간과 위상이 동기화된 제1 내지 제n 협대역 신호를 정합한 후에 결합기(107)로 출력한다(S106). 상기 정합 필터부(106)는 시간과 위상이 동기화된 제1 내지 제n 협대역 신호를 정합하는 제1 내지 제n 정합 필터를 포함하여 구성된다(S106).
다음으로, 상기 결합기(107)는 정합된 제1 내지 제n 협대역 신호를 결합한 후에 제1 검출기(108)로 출력한다. 이때, 상기 결합기(107)는 정합된 제1 내지 제n 협대역 신호에 대한 결합을 수행할 시에 정합된 제1 내지 제n 협대역 신호 각각에 대하여 동일 이득을 적용하거나, 또는 정합된 제1 내지 제n 협대역 신호에 대한 결합을 수행할 시에 정합된 제1 내지 제n 협대역 신호의 크기를 비교하여 크기가 큰 협대역 신호에 소정의 가중치를 둔다(S107).
다음으로, 상기 제1 검출기(108)는 결합기(107)로부터 입력된 신호에서 주엽의 크기가 미리 정해진 임계치보다 큰 경우에 표적이 존재하는 것으로 판단하고, 미리 정해진 임계치보다 작거나 같은 경우에 표적이 존재하지 않는 것으로 판단한다(S108).
한편, 상기 비교부(101)에서 표적의 거리가 미리 정해진 기준 거리보다 멀지 않다고(즉, 동일하거나 가깝다고) 판단된 경우에, 정합 필터(112)는 수신 신호를 정합한 후에 제2 검출기(113)로 출력한다(S113).
다음으로, 상기 제2 검출기(113)는 정합된 수신 신호에서 주엽의 크기가 미리 정해진 임계치보다 큰 경우에 표적이 존재하는 것으로 판단한다(S114).
다음으로, 상기 고해상도 신호 처리부(114)는 제2 검출기(114)의 출력에 대한 고해상도 신호 처리를 수행하여 표적 식별 및 격추 평가를 수행한다(S115).
101 : 비교부 102 : FTT부
103 : 대역 선택 윈도우 104 : 시간 동기화기
105 : 위상 정렬부 106 : 정합 필터부
107 : 결합기 108 : 제1 검출기
112 : 정합 필터 113 : 제2 검출기
114 : 고해상도 신호 처리부

Claims (6)

  1. 수신 신호를 토대로 표적의 거리를 추정하여 미리 정해진 기준 거리와 비교하는 비교부;
    상기 비교부에서 표적의 거리가 미리 정해진 기준 거리보다 멀다고 판단된 경우에 수신 신호에 대한 고속 푸리에 변환(FFT)을 수행하는 FFT부;
    FFT이 수행된 수신 신호를 다수의 협대역 신호로 분리하는 대역 선택 윈도우;
    각 협대역 신호의 시간을 동기화하는 시간 동기화기;
    각 협대역 신호의 위상을 동기화하는 위상 정렬부;
    시간과 위상이 동기화된 각 협대역 신호를 정합하는 정합 필터부;
    정합된 협대역 신호들을 결합하는 결합기; 및
    상기 결합기의 출력에서 주엽의 크기가 미리 정해진 임계치보다 큰 경우에 표적이 존재하는 것으로 판단하는 제1 검출기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더의 수신 신호 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비교부에서 표적의 거리가 미리 정해진 기준 거리보다 멀지 않다고 판단된 경우에 수신 신호를 정합하는 정합 필터;
    상기 정합 필터의 출력에서 주엽의 크기가 미리 정해진 임계치보다 큰 경우에 표적이 존재하는 것으로 판단하는 제2 검출기; 및
    상기 제2 검출기의 출력에 대한 고해상도 신호 처리를 수행하여 표적 식별 및 격추 평가를 수행하는 고해상도 신호 처리부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더의 수신 신호 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 비교부에 입력된 수신 신호는 레이더가 송신한 광대역 신호가 표적에 반사되어 돌아온 신호인 것을 특징으로 하는 레이더의 수신 신호 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 대역 선택 윈도우에서는 제1 내지 제n 협대역 신호가 출력되고, 상기 위상 정렬부는 상기 제1 내지 제n(여기서, n은 2 이상 10 이하인 정수) 협대역 신호의 위상을 동기화하는 제1 내지 제n 위상 정렬기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이더의 수신 신호 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 정합 필터부는 시간과 위상이 동기화된 제1 내지 제n 협대역 신호를 정합하는 제1 내지 제n 정합 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더의 수신 신호 처리 장치.
  6. 삭제
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