KR101483561B1

KR101483561B1 - 펄스 누적장치 및 그의 부엽 레벨 감소 방법

Info

Publication number: KR101483561B1
Application number: KR1020130133677A
Authority: KR
Inventors: 김종만; 신상진
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2015-01-16

Abstract

본 발명은 서로 다른 부엽 레벨 특성을 갖는 위상 코드 파형을 이용하여 펄스를 누적함으로써 부엽 레벨을 감소시킬 수 있는 펄스 누적장치 및 그의 부엽 레벨 감소 방법에 관한 것으로, M개의 서로 다른 부엽 레벨 특성을 갖는 위상 코드 파형 중에서 K개를 선택하여 정합하고, 상기 정합된 K개의 위상 코드 파형을 차례로 누적한 후 누적된 위상 코드 파형을 비교하여 최소 부엽레벨을 검출한다.

Description

펄스 누적장치 및 그의 부엽 레벨 감소 방법{PULSE INTEGRATION APPARATUS AND SIDELOBE LEVEL DECREASING METHOD THEROF}

본 발명은 위상 코드 파형을 펄스 누적할 때 부엽 레벨을 감소시킬 수 있는 펄스 누적장치 및 그의 부엽 레벨 감소 방법에 관한 것이다.

일반적으로 위상 코드 파형(Phase Coded Waveform)은 대표적인 펄스 압축 (Pulse Compression) 파형으로 레이더 및 유사 장비에서 많이 사용되고 있다. 상기 위상 코드 파형은 펄스(Pulse) 내에 여러 개의 부 펄스(Subpulse)들을 두어 각 부펄스마다 특정 위상을 가지게 하는 것이다.

상기 위상 코드 파형의 장점은 동일한 펄스 폭인 경우 가중 함수(Weighting Function)를 사용하는 선형 주파수 변조(Linear Frequency Modulation)파형에 비하여, 거리 해상도(Range Resolution)가 좋고 도플러 주파수(Doppler frequency)에 민감한 특성이 있어, 클러터(Clutter)에서 발생하는 특정 주파수 성분들을 차단시킬 수 있고, 상관성이 없는 위상 코드 파형을 이용하여 동일한 주파수에서 상호 간섭없이 동시에 사용할 수 있다는 것이다.

반면에 선형 주파수 변조 파형과 비교한 단점으로는 도플러 주파수에 민감한 특성으로 인해 처리해야할 주파수 구간이 클수록 구현을 위한 구조가 복잡해지며, 거리 부엽 레벨(Range Sidelobe Level)이 높다는 것이다. 이와 같이 위상 코드 파형은 단점이 있음에도 불구하고 장점이 중요하게 생각되어지는 많은 곳에 많이 사용되어진다.

따라서, 표적 추적/탐지 시 위상 코드 파형의 부엽 레벨이 높으면 인접한 표적 신호를 가려서 탐지 및 추적이 원활하기 수행할 수 없기 때문에 가능한 한 부엽 레벨을 낮게 하는 것이 매우 중요하다.

또한, 종래에는 표적의 탐지/추적 시 보다 높은 신호 대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)를 얻기 위해 신호의 샘플(Sample)들을 결합하는 펄스 누적 (Pulse Integration)을 사용하고 있다. 이렇게 해서 얻어진 높은 SNR은 표적의 탐지/추적 성능을 향상시킨다.

그런데, 종래에는 표적의 탐지/추적 성능을 향상시키기 위하여 위상 코드 파형을 펄스 누적할 때 하나의 위상 코드 파형만을 이용하는데 이 경우 누적 횟수에 관계없이 부엽 레벨은 일정하기 때문에 부엽 레벨로 인한 문제점이 여전히 존재하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 서로 다른 부엽 레벨 특성을 갖는 위상 코드 파형을 이용하여 펄스를 누적함으로써 부엽 레벨을 감소시킬 수 있는 펄스 누적장치 및 그의 부엽 레벨 감소 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 펄스 누적 장치는, 서로 다른 부엽 레벨특성을 갖는 복수의 위상 코드 파형을 정합하는 정합 필터부; 및 상기 정합 필터부의 출력을 차례로 누적하여 부엽 레벨이 감소된 파형을 출력하는 펄스 누적기;를 포함한다.

상기 정합 필터부는 정합될 위상 코드 파형의 수에 대응되는 정합 필터를 포함한다.

상기 정합 필터부의 각 정합 필터는 서로 다른 부엽 레벨특성을 갖는 K개의 위상 코드 파형을 푸리에 변환하는 고속 푸리에 변환기; 상기 고속 푸리에 변환기로 입력되는 K개의 위상 코드 파형에 대응하는 필터 계수값을 출력하는 정합필터 계수기; 상기 고속 푸리에 변환기와 정합필터 계수기의 출력을 곱하는 믹서; 및 상기 믹서의 출력을 역푸리에 변환하는 역푸리에 고속 변환기;를 포함한다.

상기 부엽 레벨이 감소되는 정도는 M개의 위상 코드 파형중에서 K개를 선택하여 정합할 경우 선택된 위상코드 파형의 조합에 의해 결정된다.

상기 누적기의 출력을 비교하여 최소 부엽 레벨을 검출하는 최소 부엽레벨 검출기를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 펄스 누적 장치의 부엽 레벨 감소 방법은, M개의 위상 코드 파형중에서 K개를 선택하여 정합하는 단계; 상기 정합된 K개의 위상 코드 파형을 차례로 누적하여 부엽 레벨이 감소된 파형을 출력하는 단계; 및 상기 누적된 위상 코드 파형을 비교하여 최소 부엽레벨을 검출하는 단계;를 포함하며, 상기 선택된 K개의 위상 코드 파형은 서로 다른 부엽 레벨특성을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 부엽 레벨이 감소되는 정도는 K개를 위상코드 파형의 조합에 의해 결정된다.

본 발명은 서로 다른 부엽 레벨 특성을 갖는 위상 코드 파형을 펄스 누적 시 사용함으로써 신호 대 잡음 비(SNR) 손실 없이 위상 코드 파형의 단점 중 하나인 최대 부엽 레벨을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 따라서, 본 발명은 위상 코드 파형을 이용하여 펄스 누적을 하는 레이더 및 유사 장비에 효과적으로 적용될 수 있다.

도 1은 N개의 부 펄스를 갖는 M개의 위상 코드 파형의 예시도.
도 2는 서로 다른 2종의 위상 코드 파형을 사용한 정합 필터의 출력을 예시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 서로 다른 부엽 레벨 특성을 갖는 위상 코드 파형을 사용하는 펄스 누적 장치의 구성도.
도 4는 도 3에서의 정합 필터 과정을 주파수 영역에서 처리하는 기법으로 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은 위상 코드 파형의 서로 다른 부엽 레벨 특성을 이용하여 누적 시 부엽 레벨을 줄이기 위한 펄스 누적 방법을 제안한다.

도 1은 N개의 부 펄스를 갖는 M개의 위상 코드 파형의 예시도이다.

도 1에 도시된 바와같이, 각 위상 코드 파형(#1~#M)은 복수의 부 펄스들을 포함하고 있으며, 각 부펄스들의 위상 값의 배열은 서로 동일하지 않다. 이는 위상 코드 파형#A와 위상 코드 파형#B는 서로 같지 않다는 뜻이다. 여기서, N과 M은 자연수이고, A와 B는 M이하인 서로 다른 자연수이다.

위상 코드 파형의 부엽 레벨은 코드 종류에 따라 서로 다른 특성을 나타내는데, 도 2는 서로 다른 2종의 위상 코드 파형을 사용한 정합 필터 출력의 예시도이다.

도 2에서 두 정합 필터의 출력을 정합필터 출력#1, 정합필터출력 #2라고 가정한다. 상기 정합필터 출력#1과 정합필터 출력#2을 비교하면 주엽은 거의 동일한 위치에서 유사한 특성을 나타내지만 부엽은 위치마다 특성이 서로 다름을 알 수 있다. 그러므로 이러한 서로 다른 부엽 특성을 나타내는 위상 코드 파형들을 정합 필터 후 펄스 누적을 수행하면, 부엽 레벨은 주엽(Mainlobe) 레벨에 비해 상대적으로 줄어들게 된다.

도 2는 위상 코드 파형 중 최대 길이 시퀀스(Maximum Length Sequence)에 대한 예시이나, 본 발명의 범주는 이에 한정되지 않고 모든 위상 코드 파형을 대상으로 한다.

서로 다른 위상 코드 파형의 정합 필터 출력을 누적했을 때 부엽 레벨이 감소되는 정도는 어떤 위상 코드 파형들을 조합했냐에 따라 달라질 수 있다.

만약 M개의 위상 코드 파형 중에서 K개를 선택해서 누적을 한다고 가정하면, 전체 가능한 가지 수는 M개 중에서 K개를 선택할 수 있는 가지 수인

가 된다. 여기서 K는 M보다 작은 자연수이고, C와 !는 수학적인 표현으로 각각 combination과 factorial을 나타낸다. 즉, 가능한 조합 수는

개가 된다.

그러나,

개 조합의 펄스 누적 결과는 반드시 동일한 부엽 레벨값을 가지지는 않는다. 그러므로 최소 부엽레벨을 찾고자 하는 경우 또는 원하는 부엽 레벨 이하가 되는 조합을 찾고자 하는 경우는

개의 조합을 비교하여 찾아야 한다.

도 3은 서로 다른 부엽 레벨특성을 갖는 위상 코드 파형을 사용하는 펄스 누적 장치의 개략적인 구성도이다.

도 3에 도시된 바와같이, 본 발명의 실시예에 따른 펄스 누적 장치는 정합필터(10)와 펄스 누적기(20)를 포함한다. 만약 K개의 펄스 누적을 한다면 K개의 위상 코드 파형에 대응하는 K개의 정합필터(10)가 있어야 하고, 펄수 누적기(20)는 K개의 결과를 차례로 받아 누적하여 출력한다. 따라서, 본 발명에서는 K개의 펄스 누적을 할 경우 정합필터(10)는 정합 필터부로 지칭된다.

도 4는 도 3에 도시된 각 정합 필터(10)의 상세 구성도, 주파수 영역에서 처리하는 구성을 나타낸다.

도 4에 도시된 바와같이, 정합 필터(10)는 푸리에 변환기(11), 믹서(12), 정합필터 계수기(13), 역고속 푸리에 변환기(14)로 구성된다.

입력된 신호(서로 다른 부엽 레벨특성을 갖는 K개의 위상 코드 파형)은 고속 푸리에 변환기(11)를 거쳐 믹서(12)에서 정합필터 계수기(13)의 출력 신호와 곱해진다. 여기서 정합필터 계수기(13)는 K개의 위상 코드 파형에 대응하는 값(필터 계수값을)을 가지고 있다. 상기 믹서(12)의 출력신호는 역푸리에 고속 변환기(14)를 거쳐 누적기(20)로 입력되며 누적기(20)는 K개의 결과를 차례로 받아 누적하여 출력한다.

도 3과 도 4에서 누적기(20)는 코히어런트(Coherent) 누적을 사용할 수도 있고 난코히어런트(Noncoherent) 누적을 사용할 수도 있다.

또한, 본 발명은 누적기(20) 이후에 최소 부엽레벨 검출기를 추가로 포함하여, 최소 부엽레벨 또는 원하는 부엽 레벨 이하가 되는 조합을 찾을 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 서로 다른 부엽 레벨 특성을 갖는 위상 코드 파형을 펄스 누적 시 사용함으로써 신호 대 잡음 비(SNR) 손실 없이 위상 코드 파형의 단점 중 하나인 최대 부엽 레벨을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 위상 코드 파형을 이용하여 펄스 누적을 하는 레이더 및 유사 장비에 유용하게 적용될 수 있다.

상기와 같이 설명된 본 발명에 따른 펄스 누적장치 및 그의 부엽 레벨 감소 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

10 : 정합필터 11 : 고속푸리에 변환기
12 : 믹서 13 : 정합 필터 계수기
14 : 역고속 푸리에 변환기 20 : 펄스누적기

Claims

서로 다른 부엽 레벨특성을 갖는 복수의 위상 코드 파형을 정합하는 정합 필터부; 및
상기 정합 필터부의 출력을 차례로 누적하여 부엽 레벨이 감소된 파형을 출력하는 펄스 누적기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 누적 장치.
제1항에 있어서, 상기 정합 필터부는
정합될 위상 코드 파형의 수에 대응되는 정합필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 누적 장치.
제1항에 있어서, 상기 정합 필터부의 각 정합 필터는
서로 다른 부엽 레벨특성을 갖는 K개의 위상 코드 파형을 푸리에 변환하는 고속 푸리에 변환기;
상기 고속 푸리에 변환기로 입력되는 K개의 위상 코드 파형에 대응하는 필터 계수값을 출력하는 정합필터 계수기;
상기 고속 푸리에 변환기와 정합필터 계수기의 출력을 곱하는 믹서; 및
상기 믹서의 출력을 역푸리에 변환하는 역푸리에 고속 변환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 누적 장치.
제1항에 있어서, 상기 부엽 레벨이 감소되는 정도는
M개의 위상 코드 파형중에서 K개를 선택하여 정합할 경우 선택된 위상코드 파형의 조합에 의해 결정되며, 전체 가능한 펄스 누적 수는 다음식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 펄스 누적 장치.

여기서, K는 M보다 작은 자연수이고, C와 !는 각각 combination과 factorial을 나타낸다.
제1항에 있어서, 상기 누적기의 출력을 비교하여 최소 부엽레벨을 검출하는 최소 부엽레벨 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 누적 장치.
M개의 위상 코드 파형중에서 선택된 K개의 위상 코드 파형을 정합하는 단계;
상기 정합된 K개의 위상 코드 파형을 차례로 누적하여 부엽 레벨이 감소된 파형을 출력하는 단계; 및
상기 누적된 위상 코드 파형을 비교하여 최소 부엽레벨을 검출하는 단계;를 포함하며, 상기 선택된 K개의 위상 코드 파형은 서로 다른 부엽 레벨특성을 갖는 것을 특징으로 하는 펄스 누적 장치의 부엽 레벨 감소 방법.
제6항에 있어서, 상기 부엽 레벨이 감소되는 정도는
K개를 위상코드 파형의 조합에 의해 결정되며 전체 가능한 펄스 누적 수는 다음식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 펄스 누적 장치의 부엽 레벨 감소 방법.

여기서, K는 M보다 작은 자연수이고, C와 !는 각각 combination과 factorial을 나타낸다.