KR101768587B1 - Covariance matrix estimation method for reducing nonstationary clutter and heterogeneity clutter - Google Patents
Covariance matrix estimation method for reducing nonstationary clutter and heterogeneity clutter Download PDFInfo
- Publication number
- KR101768587B1 KR101768587B1 KR1020160058865A KR20160058865A KR101768587B1 KR 101768587 B1 KR101768587 B1 KR 101768587B1 KR 1020160058865 A KR1020160058865 A KR 1020160058865A KR 20160058865 A KR20160058865 A KR 20160058865A KR 101768587 B1 KR101768587 B1 KR 101768587B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- clutter
- covariance matrix
- nonstationary
- covariance
- heterogeneous
- Prior art date
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
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
- G01S13/44—Monopulse radar, i.e. simultaneous lobing
- G01S13/449—Combined with MTI or Doppler processing circuits
-
- 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
-
- 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
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/023—Interference mitigation, e.g. reducing or avoiding non-intentional interference with other HF-transmitters, base station transmitters for mobile communication or other radar systems, e.g. using electro-magnetic interference [EMI] reduction techniques
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 레이더 시스템의 표적 탐지에 관한 것으로, 특히 레이더 수신신호에서 비정상 (Nonstationary) 클러터와 이종 (Heterogeneous) 클러터를 요율적으로 제거하여 표적의 탐지 성능을 향상시킬 수 있는 공분산 행렬 추정방법에 관한 것이다. The present invention relates to a target detection of a radar system, and more particularly, to a covariance matrix estimation method capable of improving target detection performance by eliminating nonstationary clutter and heterogeneous clutter in a radar received signal .
레이더 수신 신호는 표적에 의해 산란된 표적 신호와 주변 환경들에 의해 산란된 클러터 및 잡음으로 구성된다. 그러므로 클러터 성분들은 표적 신호에 간섭을 주게 되며, 클러터 신호가 강한 경우 표적 신호를 마스킹(Masking)하여 표적 탐지를 어렵게 한다. 그러므로, 표적(desired target) 탐지율을 높이기 위해서는 수신 신호로부터 클러터 신호를 효율적인 억제하는 기술이 요구된다. The radar received signal consists of the target signal scattered by the target and the clutter and noise scattered by the surrounding environment. Therefore, the clutter components interfere with the target signal, and when the clutter signal is strong, masking the target signal makes it difficult to detect the target. Therefore, in order to increase the target (target) detection rate, a technology for efficiently suppressing the clutter signal from the received signal is required.
수신 신호로부터 SINR(signal-to-interference-plus-noise ratio)을 최대로 만들기 위한 최적의 가중치는 로 알려져 있다. 여기서 μ는 상수이고 R는 클러터 성분과 잡음성분의 공분산 행렬이고 s는 표적신호이다. 최적의 가중치()로부터 클러터 성분들을 적절히 제거하기 위해서는 클러터와 잡음으로 구성된 간섭신호의 공분산 행렬(R)을 알아야 한다. The optimal weight to maximize the signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) . Where μ is a constant, R is the covariance matrix of the clutter component and the noise component, and s is the target signal. Optimum weighting ( ), We need to know the covariance matrix (R) of the interference signal consisting of clutter and noise.
그런데, 실질적으로는 간섭신호의 공분산 행렬(R)을 알 수 없기 때문에 수신 신호에서 테스트 셀(Test cell)을 제외한 2차(Secondary) 데이터들로부터 공분산 행렬(R)을 추정하여야 한다. 상기 공분산 행렬을 추정하기 위한 대표적인 기법은 최대우도(Maximum-Likelihood : ML) 추정기법으로, 동일한 조건에서 독립적으로 반복 시행하는 IID(Gaussian Independent and Identically Distributed) 가정하에 평균을 취함으로써 얻을 수 있다. 상기 ML 추정 기법은 2차 데이터의 양(개수)이 많아질수록 점근적으로 실제 공분산 행렬로 수렴한다는 장점이 있다.However, since the covariance matrix R of the interference signal can not be determined substantially, it is necessary to estimate the covariance matrix R from the secondary data excluding the test cell in the received signal. A typical technique for estimating the covariance matrix is a maximum likelihood (ML) estimation technique, which can be obtained by taking an average under an IID (Gaussian Independent and Identically Distributed) assumption which is repeated independently under the same conditions. The ML estimation scheme has an advantage of converging to an actual covariance matrix as the quantity (number) of the secondary data increases.
Reed, Mallet, and Brennan(RMB) rule은 ML 추정 기법에 대하여 평균적으로 3dB 손실(Loss) 이내로 갖기 위하여 2NM 개의 IID한 2차 데이터가 필요함을 보였다. 여기서 N과 M은 각각 안테나 엘리먼트(element) 개수와 펄스의 개수를 나타낸다. RMB rule로부터 레이더 환경에서 2NM개의 데이터를 수집하는 것은 실질적으로 불가능함을 알 수 있고, 클러터가 변화하는 환경에 대해서 IID 가정은 적합하지 않기 때문에, 단순히 ML추정 기법으로부터 얻은 공분산 행렬을 가중치()에 적용하면 이상적인(Ideal) 경우에 비해 상당한 오차가 발생함을 예측할 수 있다. Reed, Mallet, and Brennan (RMB) rule showed that 2NM second order data is needed to have within 3dB loss (Loss) average for ML estimation technique. Where N and M represent the number of antenna elements and the number of pulses, respectively. Since it is practically impossible to collect 2NM data from the RMB rule in the radar environment and since the IID assumption is not appropriate for the environment in which the clutter changes, we simply add the covariance matrix obtained from the ML estimation method to the weights ), It can be predicted that a considerable error occurs as compared with the ideal case.
실제 환경에서 클러터는 크게 두 가지에 의해 영향을 받는다. 첫 번째는 클러터의 이질성(Heterogeneity)으로 반사율(reflectivity)이 변하거나, 쉐도잉 (Shadowing), 그리고 이산(Discrete) 클러터에 의해 발생되고, 두 번째는 레이더 시스템의 이동 플랫폼에 의해서 Geometry-induced Angle-Doppler 변화가 발생하는 비정상(Nonstationary) 클러터가 주요인이 된다. 완벽한 측방 관측 어레이 (Sidelooking array)를 사용하는 모노스태틱(monostatic) 레이더에서 레이더 시스템의 이동속도가 CPI에 비해 작은 경우 정상(Stationary) 클러터를 얻는다고 가정할 수 있다. In a real environment, clutter is largely influenced by two factors. The first is the heterogeneity of clutter, which is caused by reflectivity change, shadowing, and discrete clutter. Second, the geometry-induced The nonstationary clutter in which the Angle-Doppler change occurs is the main factor. In a monostatic radar using a complete sidelooking array, it can be assumed that the stationary clutter is obtained if the radar system travels less than the CPI.
하지만 이런 경우를 제외한 모노스태틱 레이더 환경과 바이스태틱 레이더 및 멀티스태틱 레이더 환경에서는, Angle-Doppler의 비선형적인 관계에 의해서 비정상(Nonstationary) 클러터가 발생하게 된다. 그러므로 Nonstationary한 환경에서 많은 개수의 2차 데이터를 이용하는 것은 적합하지 않으므로 적은 수의 2차데이터를 이용한 공분산 행렬(R)을 추정하는 기법들이 요구된다. 이에 따른 기법들은 여러 분야에서 연구되고 있으며 데이터의 수를 줄이는 다양한 추정 기법들이 제안되어 있다. 또한 Geometry에 의해 발생하는 Nonstationary 클러터를 억제하기 위해서 레이더 시스템과 클러터간의 Geometry variation을 보상하여 정상(Stationary) 클러터 신호를 갖도록 처리하는 기법들이 연구되었다. However, in a monostatic radar environment, a bistatic radar, and a multi-static radar environment, the non-linearity of the Angle-Doppler causes a nonstationary clutter. Therefore, it is not suitable to use a large number of secondary data in a nonstationary environment. Therefore, techniques for estimating a covariance matrix R using a small number of secondary data are required. These techniques have been studied in various fields and various estimation techniques have been proposed to reduce the number of data. Also, in order to suppress the nonstationary clutter caused by the geometry, techniques have been studied to compensate the geometrical variation between the radar system and the clutter and to have a stationary clutter signal.
하지만 적은 양의 2차데이터로부터 얻은 공분산 행렬을 추정하는 기법은 이종(Heterogeneous) 클러터 정보는 갖고 있지만 테스트 셀의 Geometry-induced Angle-Doppler 클러터 정보는 갖고 있지 않은 문제점이 발생한다. 또한 상기 Geometry variation을 보상하는 기법은 이종 클러터 정보를 포함하고 있지 않기 때문에 이산(Discrete) 클러터나 클러터 크기(amplitude)의 변화가 있는 환경에서 클러터 억제 성능을 저하시키게 된다. However, the technique of estimating the covariance matrix obtained from a small amount of secondary data has heterogeneous clutter information but does not have geometry-induced Angle-Doppler clutter information of the test cell. Also, since the geometry variation compensation method does not include heterogeneous clutter information, the clutter suppression performance is degraded in a discrete clutter or clutter amplitude environment.
본 발명의 목적은 비정상(Nonstationary) 클러터와 이종 (Heterogeneous) 클러터 성분을 모두 포함하는 공분산 행렬 추정방법을 제공하는데 있다. It is an object of the present invention to provide a covariance matrix estimation method including both a nonstationary clutter and a heterogeneous clutter component.
본 발명의 다른 목적은 수신신호에서 비정상 클러터와 이종 클러터 성분을 제거하여 클러터 억제 성능을 높일 수 있는 공분산 행렬 추정방법을 제공하는데 있다. It is another object of the present invention to provide a covariance matrix estimation method capable of improving clutter suppression performance by removing an abnormal clutter and a heterogeneous clutter component in a received signal.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 레이더 시스템의 공분산 행렬 추정방법은, 수신신호의 테스트 셀에 해당하는 송신기와 수신기의 운용정보를 이용하여 제1공분산 행렬을 계산하는 단계; 수신 신호에서 테스트 셀을 제외한 적은 양의 2차 데이터로부터 제2공분산 행렬을 추정하는 단계; 상기 제1,제2공분산 행렬에 각각 가중치를 곱한 후 합성하여 비정상 (Nonstationary) 클러터 성분과 이종 (Heterogeneous) 클러터 성분이 모두 포함된 최종 공분산 행렬을 구하는 단계; 및 상기 최종 공분산 행렬에 필터를 적용하여 비정상 클러터 성분과 이종 클러터 성분을 동시에 제거하는 단계;를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of estimating a covariance matrix of a radar system, comprising: calculating a first covariance matrix using operation information of a transmitter and a receiver corresponding to a test cell of a received signal; Estimating a second covariance matrix from a small amount of second order data excluding a test cell from a received signal; Multiplying the first and second covariance matrices by weights, respectively, to obtain a final covariance matrix including both a nonstationary clutter component and a heterogeneous clutter component; And applying a filter to the final covariance matrix to remove both the abnormal clutter component and the heterogeneous clutter component at the same time.
본 발명의 실시예에 따라, 상기 운용정보는 정보로 송신기와 수신기의 이동 경로 및 속도를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the operation information may include a route and a speed of a transmitter and a receiver as information.
본 발명의 실시예에 따라, 상기 합성 단계는 최종 공분산 행렬을 고유 분해(eigen-decomposition)하는 단계; 최종 공분산 행렬의 고유값(eigen-values) 대비 분산값이 최대가 되는 제1,제2가중치를 구하는 단계; 및 상기 구한 제1,제2가중치를 상기 제1,제2공분산 행렬에 각각 곱한 후 합성하는 단계;를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the combining step includes eigen-decomposing a final covariance matrix; Obtaining first and second weights that maximize the variance of eigen-values of the final covariance matrix; And multiplying the first and second weights by the first and second covariance matrices, respectively, and combining the first and second weights.
본 발명은 클러터를 억제하기 위한 Space-time adaptive processing의 일 실시예로 레이더의 송신단과 수신단의 이동 경로 및 속도에 대한 사전정보와 적은 트레이닝(Training) 데이터로부터 얻은 공분산 행렬을 이용하여 테스트 셀의 비정상 (Nonstationary 클러터)와 이종(Heterogeneous) 클러터를 제거하기 위한 공분산 행렬을 합성한다. 따라서, 본 발명에 따라 합성된 공분산 행렬은 비정상 클러터와 이종 클러터 성분들의 정보를 모두 포함하고 있어 최적의 가중치에 적용될 수 있으며 클터터 억제 성능을 높일 수 있고 이에 따른 표적의 탐지 성능도 향상 시킬 수 있는 효과가 있다. The present invention relates to space-time adaptive processing for suppressing clutter, and is a method for improving the performance of a test cell by using a covariance matrix obtained from a training data and prior information on a moving path and a velocity of a transmitting end and a receiving end of a radar, We construct a covariance matrix to remove abnormal (nonstationary clutter) and heterogeneous clutter. Therefore, the covariance matrices synthesized according to the present invention include both abnormal clutter and heterogeneous clutter components information, which can be applied to the optimal weight, and can improve the cluster suppression performance and improve the detection performance of the target There is an effect that can be.
도 1은 본 발명이 적용되는 레이더 시스템의 구조(Geometry).
도 2는 본 발명에 적용되는 레이더 시스템의 수신 장치의 블록도.
도 3은 표적신호와 클러터 신호가 포함된 수신 신호의 Angle-Doppler 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 4는 도 3에서 클러터 신호가 제거된 후의 Angle-Doppler 스펙트럼을 나타낸 도면.Fig. 1 is a schematic diagram of a radar system to which the present invention is applied.
2 is a block diagram of a receiving apparatus of a radar system according to the present invention.
3 shows an Angle-Doppler spectrum of a received signal including a target signal and a clutter signal;
FIG. 4 shows the Angle-Doppler spectrum after the clutter signal is removed in FIG. 3; FIG.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일.유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which like or similar elements are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives.
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 in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
도 1은 본 발명이 적용되는 레이더 시스템의 구조(Geometry)이다.1 is a geometry of a radar system to which the present invention is applied.
모노스태틱(monostatic) 환경의 레이더는 바이스태틱(bistatic) 레이더 환경에서 송신부와 수신부가 같은 위치에서 같은 방향으로 이동하는 것과 동일하므로 포괄적인 환경인 바이스태틱 레이더 구조를 가정하였고, 상기 레이더 시스템은 균일 선형 어레이(Uniform Linear Array : ULA) 구조를 갖는다고 가정하였다. In a monostatic environment, a bistatic radar structure is assumed, which is a comprehensive environment, because the radar of the monostatic environment is the same as the movement of the transmitter and the receiver in the same direction in the same position in a bistatic radar environment. Array (Uniform Linear Array (ULA) structure.
도 1을 참조하면, 의 거리에 존재하는 신호는 송신단과 수신단을 초점으로 갖고 거리가 인 타원에 존재하는 클러터로부터 간섭을 받게 된다. 송신단과 수신단의 방향벡터가 각각 , 이고, 거리가 인 타원위에 존재하는 i번째 클러터 셀(cell)에 의해 발생하는 도플러 주파수 는 수학식 1과 같이 표현 할 수 있다.Referring to Figure 1, The distance between the transmitter and the receiver is the focus. Interference from clutter in the ellipse. The direction vectors of the transmitting and receiving ends are , And the distance is The Doppler frequency generated by the ith clutter cell on the ellipse Can be expressed by Equation (1).
여기서 는 내적을 의미하고, 와 는 송신단과 수신단이 i번째 클러터 셀과 이루는 단위 벡터를 각각 나타내며, 는 파장을 나타낸다. 한편 모노스태틱 (환경) 레이더가 측방 관측 어레이(Sidelooking array)구조를 갖는 경우 도플러 주파수()는 다음 수학식 2와 같다.here Is the inner product, Wow Represents a unit vector formed by the transmitting end and the receiving end with the i-th clutter cell, Indicates a wavelength. On the other hand, if the mono static (environment) radar has a sidelooking array structure, the Doppler frequency Is expressed by the following equation (2).
여기서 은 수신단의 속도이고, 와 은 레이더 수신단의 보어사이트(boresight)와 i번째 클러터 셀이 이루는 고도(elevation)각과 방위(azimuth) 각을 각각 나타낸다. 이에 따른 수신단의 공간(Spatial) 주파수 는 수학식 3과 같다.here Is the speed of the receiving end, Wow Represents the elevation angle and the azimuth angle between the boresight of the radar receiver and the i-th clutter cell, respectively. The spatial frequency of the receiving end Is expressed by Equation (3).
여기서 d는 어레이의 엘리먼트(element)들이 이루는 간격이다. 상기 수학식 2와 수학식 3으로부터 송신단의 움직임에 의해 Angle-Doppler가 비선형적인 구조를 갖는 비정상(Nonstationary) 클러터가 발생함을 알 수 있다. 이 경우 수신단에 수신되는 클러터 신호()는 다음 수학식 4와 같이 표현할 수 있다. Where d is the spacing between the elements of the array. From Equations (2) and (3), it can be seen that a nonstationary clutter having a non-linear structure of Angle-Doppler occurs due to the movement of the transmitting end. In this case, the clutter signal ( ) Can be expressed by the following equation (4).
여기서 는 Iso-range를 이루는 클러터의 셀의 개수이고 는 클러터의 크기(amplitude)이며 와 는 i번째 클러터 셀에 대한 N차원 공간(Spatial) 조향 벡터와 M차원 도플러 조향 벡터를 각각 나타내고, 아래의 수학식 5 및 수학식 6과 같이 표현된다.here Is the number of clutter cells in the Iso-range Is the amplitude of the clutter Wow Represents an N-dimensional space steering vector and an M-dimensional Doppler steering vector for an i-th clutter cell, and is expressed by Equation (5) and Equation (6) below.
여기서 T는 전치(Transpose) 연산이고, 와 는 i번째 클러터 셀에 대한 정규화된 공간 주파수와 정규화된 도플러 주파수이다. 상기 수학식 4로부터 수신단에 최종적으로 수신되는 클러터 신호()는 개의 클러터 셀들에 의해 합쳐진 신호가 된다. 비록 클러터의 크기()는 모르지만 송신단과 수신단의 운용정보를 알고 있다면 수학식 4로부터 이론적인 클러터의 구조를 예측 할 수 있다. 특정 range bin(샘플링된 수신신호)에서 클러터에 의해 발생하는 비정상 클러터를 얻기 위해서 모든 개의 클러터 셀들의 크기(amplitude)를 이라고 하면, 이에 해당하는 공분산 행렬 은 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다. Where T is a Transpose operation, Wow Is the normalized spatial frequency and the normalized Doppler frequency for the ith clutter cell. From Equation (4) above, Clutter signal ( ) Lt; RTI ID = 0.0 > clutter < / RTI > Although the size of the clutter ), But if the operating information of the transmitting end and the receiving end is known, the theoretical clutter structure can be predicted from Equation (4). To obtain the abnormal clutter that is caused by the clutter in a certain range bin (sampled received signal) The amplitude of the clutter cells is , The corresponding covariance matrix Can be expressed by Equation (7).
여기서 H는 허미션(Hermitian) 연산을 나타낸다. Where H represents a Hermitian operation.
한편 샘플링된 수신 신호를 윈도우잉(windowing)하면서 테스트 셀내에 표적이 존재하는지 테스트할 때 테스트 셀의 좌우 데이터 즉, 적은 양의 2차 (Secondary) 데이터로부터 공분산 행렬을 을 추정할 수 있다. 상기 2차 데이터는 실제로 송신기 및 수신기의 움직임과 속도에 의해 발생하는 데이터이다. 따라서, 실제 환경에서 최대우도 추정기법을 이용할 경우 2차 데이터는 2×어레이 수×펄스 수에 해당하는 것으로 그 양으로 방대하기 때문에, 본 발명은 적은 양의 2차 데이터로부터 차원 저감화 (Rank-Reduced) 기법이나 Forward-Backward smoothing 기법을 이용하여 공분산 행렬을 을 추정할 수 있다. 이렇게 추정한 은 테스트 셀의 2차 데이터들로부터 이산(Discrete) 클러터나 클러터의 크기(amplitude)의 변화 정보를 포함하게 된다. On the other hand, when testing whether there is a target in the test cell while windowing the sampled received signal, the left and right data of the test cell, that is, the covariance matrix from the small amount of secondary data, Can be estimated. The secondary data is actually data generated by the movement and speed of the transmitter and the receiver. Therefore, when the maximum likelihood estimation technique is used in the actual environment, the secondary data corresponds to the number of 2 × arrays × the number of pulses. Therefore, the present invention is applicable to Rank-Reduced ) Technique or a forward-backward smoothing technique. Can be estimated. This presumed From the secondary data of the test cell, information on the amplitude of the discrete clutter or clutter.
이렇게 얻은 클러터의 공분산 행렬 와 은 수학식 8와 같이 적절히 가중치 와 이 곱해진 후 합성되어 Nonstationary한 특성과 Heterogeneous 클러터를 모두 포함하는 클러터의 최적 공분산 행렬 을 얻을 수 있다. The covariance matrix of the obtained clutter Wow Lt; RTI ID = 0.0 > (8) < / RTI & Wow The optimal covariance matrix of the clutter, including both nonstationary characteristics and heterogeneous clusters, Can be obtained.
여기서 가중치 와 는 대각행렬(diagonal matrix)로서 수학식 9와 같이 NM개의 diagonal term으로 이루어져 있다.Here, Wow Is a diagonal matrix and is composed of NM diagonal terms as shown in Equation (9).
상기 합성된 최적 공분산 행렬()은 최적 필터(Optimal filter) 에 적용되어 클러터를 수신신호로부터 억제할 수 있다. 상기 가중치 와 를 얻기 위해 평균이 0이고 분산이 인 백색 가우시안 노이즈가 포함된 NM차원을 갖는 공분산 행렬()에 대한 최적 필터를 고유 분석(eigen-analysis) 형식으로 표현하면 수학식 10과 같다.The combined optimal covariance matrix ( ) Is the optimal filter (Optimal filter) So that the clutter can be suppressed from the received signal. The weight Wow The average is 0 and the variance is A covariance matrix with NM dimensions with white Gaussian noise ( ) Can be expressed by an eigen-analysis format as shown in Equation 10.
여기서 는 클러터 공분산 행렬()의 번째 고유값(eigen-value)이고, 은 에 해당하는 고유 벡터(eigen-vector)이며, 이다. 수학식 10으로부터 고유값(eigen-value)이 경우에 해당하는 신호는 제거되고 인 신호에 대해서는 거의 제거되지 않는 것을 확인할 수 있다. 그리고 클러터를 이루는 차수(Dimension)가 K일 때 (NM-K)개에 해당되는 공분산 행렬()의 고유값은 와 같다. 그러므로 클러터의 공분산 행렬()의 고유값(eigen-values) 대비 분산()값이 클수록 최적 필터(Optimal filter) 에 의해 클러터 제거 성능이 향상됨을 알 수 있다.here Is the clutter covariance matrix ( )of Eigen-value < / RTI > silver Eigen-vector < / RTI > corresponding to < RTI ID = to be. From equation (10), the eigen-value The corresponding signal is removed It can be confirmed that almost no signal is removed. And the covariance matrix corresponding to (NM-K) when the dimension constituting the clutter is K ( ) Is the unique value of . Therefore, the covariance matrix of clutter ( Eigen-values versus variance ( ) The larger the value, the more optimal filter (Optimal filter) The clutter removal performance is improved.
클러터의 공분산 행렬()을 고유 분해(eigen-decomposition)하면 다음 수학식 11과 같이 표현할 수 있다.Clutter covariance matrix ( Eigen-decomposition can be expressed by the following equation (11).
여기서 와 은 클러터 공분산 행렬 와 의 평균 파워가 같도록 만들기 위한 정규화된 인수(Normalized factor)이다. 따라서 가중치 와 를 얻는 조건은 다음 수학식 12와 같다.here Wow Clutter Covariance Matrix Wow Is a normalized factor for making the average powers of the two equal. Therefore, Wow Is given by the following equation (12).
여기서 W는 상수이다. 수학식 12를 만족시키는 가중치 와 는 수학식 13과 같다.Where W is a constant. The weights satisfying the expression (12) Wow Is expressed by Equation (13).
여기서 는 수학식 12의 조건에 의한 water level이다. 결과적으로 수신부에서는 클러터의 공분산 행렬 와 을 구하고 수학식 13으로부터 얻은 가중치를 적용시켜 최적의 공분산 행렬()를 합성할 수 있고, 이를 최적 필터(Optimal filter)에 적용시킴으로써 비정상 클러터와 이종 클러터 성분들을 동시에 제거할 수 있다. here Is the water level according to the condition of equation (12). As a result, in the receiver, Wow And the weight obtained from the equation (13) is applied to obtain an optimal covariance matrix ) Can be synthesized and applied to an optimal filter to remove both the abnormal clutter and the heterogeneous clutter components simultaneously.
도 2는 수신단에 수신된 신호를 처리하는 레이더 시스템의 수신 장치의 블록도이다. 2 is a block diagram of a receiving apparatus of a radar system for processing a signal received at a receiving end.
도 2를 참조하면, 레이더 시스템의 수신 장치는 운용 정보 제공부로부터 테스트 셀(Test cell)에 해당하는 송신기와 수신기의 운용정보를 제공받아 클러터의 공분산 행렬 을 추정하는 제1공분산 추정부(100)와, 수신 신호에서 테스트 셀(Test cell)을 제외한 2차(Secondary) 데이터를 이용하여 클러터의 공분산 행렬 을 추정하는 제2공분산 추정부(200)와, 상기 제1,제2공분산 추정부(100, 200)에서 추정된 공분산 행렬 , 에 가중치 와 를 적용한 후 합성하여 최종 공분산 행렬()를 구하는 공분산 합성부(300)와, 상기 공분산 합성부(300)에서 합성된 공분산 행렬()에 최적 필터(Optimal filter)를 적용시켜 비정상 클러터와 이종 클러터 성분들을 제거하는 클러터 신호 억제부(400)를 포함한다. Referring to FIG. 2, a receiving apparatus of a radar system receives operation information of a transmitter and a receiver corresponding to a test cell from an operation information providing unit, and receives a covariance matrix A first
도 3은 표적신호와 클러터 신호가 포함된 수신 신호의 Angle-Doppler 스펙트럼으로, 표적 파워의 3dB 손실을 임계값으로 나타내었다. 3 is an Angle-Doppler spectrum of a received signal including a target signal and a clutter signal, and shows a 3 dB loss of the target power as a threshold value.
도 3을 참조하면 정규화된 각(Angle)과 정규화된 도를러(Doppler)가 각각 0인 지점에 표적이 위치하고(원으로 표시), 다른 부분는 클러터 신호가 존재함을 보이고 있다.Referring to FIG. 3, the target is located at a point where the normalized angle and the normalized Doppler are zero (indicated by a circle), and the other part shows that the clutter signal exists.
도 4는 도 3으로부터 본 발명에 의해 클러터 신호가 제거된 후의 Angle-Doppler 스펙트럼으로, 표적 신호만을 남기고 클러터 신호들은 제거된 모습을 확인 할 수 있다.FIG. 4 is an Angle-Doppler spectrum after the clutter signal is removed according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 shows that the clutter signal is removed while leaving only the target signal.
상술한 바와같이 본 발명은 클러터를 억제하기 위한 Space-time adaptive processing의 일환으로 레이더의 송신단과 수신단의 이동 경로 및 속도에 대한 사전정보와 적은 Training data로부터 얻은 공분산 행렬 ,을 이용하여 테스트 셀의 비정상 클러터와 이종 클러터를 제거하기 위한 합성된 공분산 행렬()을 구한다. 따라서, 본 특허에서 제안된 방식으로 합성된 공분산 행렬 ()은 비정상 클러터와 이종 클러터 성분들의 정보를 모두 포함하고 있어서 최적의 필터()에 적용될 수 있으며 클터터 억제 성능을 높일 수 있고 이에 따른 표적의 탐지 성능도 향상 시킬 수 있는 장점이 있다. As described above, according to the present invention, as a space-time adaptive processing for suppressing a clutter, a covariance matrix obtained from preliminary information on a moving path and a velocity of a transmitting end and a receiving end of a radar, , And the combined covariance matrix for removing the heterogeneous clutter from the test cell ( ). Thus, the covariance matrix (< RTI ID = 0.0 > ) Contains both information of abnormal clutter and heterogeneous clutter components, so that the optimal filter ), It is possible to increase the suppression performance of the clutter and to improve the detection performance of the target.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 제어부를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The present invention described above can be embodied as computer-readable codes on a medium on which a program is recorded. The computer readable medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. In addition, the computer may include a control unit. Accordingly, the above description should not be construed in a limiting sense in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.
100 : 제1공분산 추정부 200 : 제2공분산 추정부
300 : 공분산 행렬 합성부 400 : 틀러터 신호 억제부100: first covariance estimator 200: second covariance estimator
300: covariance matrix synthesis unit 400:
Claims (5)
수신 신호에서 테스트 셀의 좌우 데이터인 2차 데이터를 이용하여 제2공분산 행렬을 추정하는 단계;
상기 제1,제2공분산 행렬에 각각 가중치를 곱한 후 합성하여 비정상 (Nonstationary) 클러터 성분과 이종 (Heterogeneous) 클러터 성분이 모두 포함된 최종 공분산 행렬을 구하는 단계; 및
상기 최종 공분산 행렬에 필터를 적용하여 비정상 클러터 성분과 이종 클러터 성분을 동시에 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템의 공분산 행렬 추정방법. Calculating a first covariance matrix using operation information of a transmitter and a receiver corresponding to a test cell of a received signal;
Estimating a second covariance matrix using secondary data that is left and right data of a test cell in a received signal;
Multiplying the first and second covariance matrices by weights, respectively, to obtain a final covariance matrix including both a nonstationary clutter component and a heterogeneous clutter component; And
And applying a filter to the final covariance matrix to remove both the abnormal clutter component and the heterogeneous clutter component at the same time.
송신기와 수신기의 이동 경로 및 속도를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템의 공분산 행렬 추정방법. 2. The method according to claim 1,
And a moving path and a velocity of the transmitter and the receiver.
송신기의 움직임에 의해 Angle-Doppler가 비선형 관계를 갖는 클러터를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템의 공분산 행렬 추정방법. The method of claim 1, wherein the abnormal clutter component
Wherein the Angle-Doppler includes a clutter having a non-linear relationship due to the movement of the transmitter.
테스트 셀의 2차데이터들로부터 이산(Discrete) 클러터 또는 클러터의 크기의 변화 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템의 공분산 행렬 추정방법. The method of claim 1, wherein the heterogeneous clutter component
And information on a size change of a discrete clutter or a clutter from the secondary data of the test cell is included in the estimated covariance matrix of the radar system.
상기 제1,제2공분산 행렬을 고유 분해(eigen-decomposition)하는 단계;
상기 제1,제2공분산 행렬의 고유값(eigen-values) 대비 분산값이 최대가 되는 제1,제2가중치를 구하는 단계; 및
상기 구한 제1,제2가중치를 상기 제1,제2공분산 행렬에 각각 곱한 후 합성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템의 공분산 행렬 추정방법.
2. The method of claim 1, wherein obtaining the final covariance matrix comprises:
Eigen-decomposing the first and second covariance matrices;
Obtaining first and second weights that maximize a variance value of eigen-values of the first and second covariance matrices; And
And multiplying the first and second weights by the first and second covariance matrixes, respectively, and combining the first and second weights.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160058865A KR101768587B1 (en) | 2016-05-13 | 2016-05-13 | Covariance matrix estimation method for reducing nonstationary clutter and heterogeneity clutter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160058865A KR101768587B1 (en) | 2016-05-13 | 2016-05-13 | Covariance matrix estimation method for reducing nonstationary clutter and heterogeneity clutter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR101768587B1 true KR101768587B1 (en) | 2017-08-17 |
Family
ID=59753126
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020160058865A KR101768587B1 (en) | 2016-05-13 | 2016-05-13 | Covariance matrix estimation method for reducing nonstationary clutter and heterogeneity clutter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101768587B1 (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108761417A (en) * | 2018-05-31 | 2018-11-06 | 西安电子科技大学 | Knowledge based assists the airborne radar clutter suppression method of maximum likelihood |
CN109270501A (en) * | 2018-10-29 | 2019-01-25 | 安徽四创电子股份有限公司 | A kind of ocean clutter cancellation method for all solid state VTS radar |
KR102073692B1 (en) * | 2018-08-20 | 2020-02-05 | 한화시스템 주식회사 | Radar receiver and clutter suppression method of thereof |
KR20200021393A (en) * | 2019-05-23 | 2020-02-28 | 한화시스템 주식회사 | radar receiver |
CN111999718A (en) * | 2020-09-02 | 2020-11-27 | 中国人民解放军海军航空大学 | Knowledge-aided adaptive fusion detection method based on geometric mean estimation |
CN111999715A (en) * | 2020-09-02 | 2020-11-27 | 中国人民解放军海军航空大学 | Target knowledge auxiliary self-adaptive fusion detection method under heterogeneous clutter |
CN111999714A (en) * | 2020-09-02 | 2020-11-27 | 中国人民解放军海军航空大学 | Self-adaptive fusion detection method based on multi-scattering point estimation and clutter knowledge assistance |
CN111999717A (en) * | 2020-09-02 | 2020-11-27 | 中国人民解放军海军航空大学 | Adaptive fusion detection method based on covariance matrix structure statistical estimation |
CN112014823A (en) * | 2020-09-02 | 2020-12-01 | 中国人民解放军海军航空大学 | Self-adaptive fusion detection method based on target amplitude comprehensive estimation |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5760734A (en) * | 1996-11-18 | 1998-06-02 | Lockheed Martin Corp. | Radar clutter removal by matrix processing |
US20090027257A1 (en) * | 2005-06-06 | 2009-01-29 | Orhan Arikan | System and method for detection and discrimination of targets in the presence of interference |
JP2010271411A (en) * | 2009-05-19 | 2010-12-02 | Nara Institute Of Science & Technology | Noise suppression apparatus and program |
JP4727311B2 (en) * | 2005-06-15 | 2011-07-20 | 三菱電機株式会社 | Radar equipment |
JP2012042372A (en) * | 2010-08-20 | 2012-03-01 | Mitsubishi Electric Corp | Radar device |
JP2013149204A (en) * | 2012-01-23 | 2013-08-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Signal extraction device, method, and program |
JP6021376B2 (en) * | 2011-04-04 | 2016-11-09 | ミツビシ・エレクトリック・リサーチ・ラボラトリーズ・インコーポレイテッド | A method for detecting a target in a radar signal using spatio-temporal adaptation processing in a complex Gaussian distribution environment, and a system for detecting a target in a radar signal using spatio-temporal adaptation processing in a complex Gaussian distribution environment |
-
2016
- 2016-05-13 KR KR1020160058865A patent/KR101768587B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5760734A (en) * | 1996-11-18 | 1998-06-02 | Lockheed Martin Corp. | Radar clutter removal by matrix processing |
US20090027257A1 (en) * | 2005-06-06 | 2009-01-29 | Orhan Arikan | System and method for detection and discrimination of targets in the presence of interference |
JP4727311B2 (en) * | 2005-06-15 | 2011-07-20 | 三菱電機株式会社 | Radar equipment |
JP2010271411A (en) * | 2009-05-19 | 2010-12-02 | Nara Institute Of Science & Technology | Noise suppression apparatus and program |
JP2012042372A (en) * | 2010-08-20 | 2012-03-01 | Mitsubishi Electric Corp | Radar device |
JP6021376B2 (en) * | 2011-04-04 | 2016-11-09 | ミツビシ・エレクトリック・リサーチ・ラボラトリーズ・インコーポレイテッド | A method for detecting a target in a radar signal using spatio-temporal adaptation processing in a complex Gaussian distribution environment, and a system for detecting a target in a radar signal using spatio-temporal adaptation processing in a complex Gaussian distribution environment |
JP2013149204A (en) * | 2012-01-23 | 2013-08-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Signal extraction device, method, and program |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108761417B (en) * | 2018-05-31 | 2021-12-10 | 西安电子科技大学 | Airborne radar clutter suppression method based on knowledge-aided maximum likelihood |
CN108761417A (en) * | 2018-05-31 | 2018-11-06 | 西安电子科技大学 | Knowledge based assists the airborne radar clutter suppression method of maximum likelihood |
KR102073692B1 (en) * | 2018-08-20 | 2020-02-05 | 한화시스템 주식회사 | Radar receiver and clutter suppression method of thereof |
CN109270501A (en) * | 2018-10-29 | 2019-01-25 | 安徽四创电子股份有限公司 | A kind of ocean clutter cancellation method for all solid state VTS radar |
CN109270501B (en) * | 2018-10-29 | 2020-08-11 | 安徽四创电子股份有限公司 | Sea clutter suppression method for all-solid-state VTS radar |
KR102197291B1 (en) * | 2019-05-23 | 2020-12-31 | 한화시스템 주식회사 | radar receiver |
KR20200021393A (en) * | 2019-05-23 | 2020-02-28 | 한화시스템 주식회사 | radar receiver |
CN111999715A (en) * | 2020-09-02 | 2020-11-27 | 中国人民解放军海军航空大学 | Target knowledge auxiliary self-adaptive fusion detection method under heterogeneous clutter |
CN111999717A (en) * | 2020-09-02 | 2020-11-27 | 中国人民解放军海军航空大学 | Adaptive fusion detection method based on covariance matrix structure statistical estimation |
CN112014823A (en) * | 2020-09-02 | 2020-12-01 | 中国人民解放军海军航空大学 | Self-adaptive fusion detection method based on target amplitude comprehensive estimation |
CN111999714A (en) * | 2020-09-02 | 2020-11-27 | 中国人民解放军海军航空大学 | Self-adaptive fusion detection method based on multi-scattering point estimation and clutter knowledge assistance |
CN111999718A (en) * | 2020-09-02 | 2020-11-27 | 中国人民解放军海军航空大学 | Knowledge-aided adaptive fusion detection method based on geometric mean estimation |
CN111999714B (en) * | 2020-09-02 | 2022-04-01 | 中国人民解放军海军航空大学 | Self-adaptive fusion detection method based on multi-scattering point estimation and clutter knowledge assistance |
CN111999718B (en) * | 2020-09-02 | 2022-04-01 | 中国人民解放军海军航空大学 | Knowledge-aided adaptive fusion detection method based on geometric mean estimation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101768587B1 (en) | Covariance matrix estimation method for reducing nonstationary clutter and heterogeneity clutter | |
Guerci et al. | Principal components, covariance matrix tapers, and the subspace leakage problem | |
US8005237B2 (en) | Sensor array beamformer post-processor | |
KR102073692B1 (en) | Radar receiver and clutter suppression method of thereof | |
KR101555996B1 (en) | Apparatus and Method for compositing covariance matrix using frequency diversity for low-observable target detection | |
CN109959899A (en) | Projection Character pretreatment and the sparse reconstruct major lobe suppression restrainable algorithms of covariance matrix | |
KR20070059992A (en) | Beam-forming apparatus and method in smart antenna systems | |
JP4972852B2 (en) | Radar equipment | |
CN107290732B (en) | Single-base MIMO radar direction finding method for large-quantum explosion | |
CN111948634A (en) | Target detection method and device based on covariance matrix reconstruction under interference condition | |
Ramezanpour et al. | Deep‐learning‐based beamforming for rejecting interferences | |
CN109814070B (en) | Distance fuzzy clutter suppression method based on auxiliary pulse | |
Tao et al. | Waveguide invariant focusing for broadband beamforming in an oceanic waveguide | |
KR20160012284A (en) | Method and Apparatus for suppressing jammer signals and estimating Angle Of Arrival of original signal using orthogonal of transmitting signal waveform | |
Cox | Multi-rate adaptive beamforming (MRABF) | |
CN115372925A (en) | Array robust adaptive beam forming method based on deep learning | |
Bechter et al. | Blind adaptive beamforming for automotive radar interference suppression | |
CN113884979A (en) | Robust adaptive beam forming method for interference plus noise covariance matrix reconstruction | |
Ji et al. | The application of JDL to suppress sea clutter for shipborne HFSWR | |
Wang et al. | Minimum sensitivity based robust beamforming with eigenspace decomposition | |
Yang et al. | Hybrid direct data domain sigma-delta space–time adaptive processing algorithm in non-homogeneous clutter | |
CN109061594B (en) | Angle measuring method based on subarray space-time adaptive processing in strong clutter environment | |
CN106685507A (en) | Beam forming method based on Constrained Kalman in colored noise environment | |
Qiu et al. | Robust adaptive monopulse algorithm based on main lobe constraints and subspace tracking | |
Gerlach et al. | Robust, reduced rank, loaded reiterative median cascaded canceller |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |