KR101857132B1 - W대역 밀리미터파 탐색기 및 영상 탐색기를 이용한 레이더 반사 면적 예측 기반 표적 탐지 장치 - Google Patents

W대역 밀리미터파 탐색기 및 영상 탐색기를 이용한 레이더 반사 면적 예측 기반 표적 탐지 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복합 탐색기를 이용한 표적 탐지 장치에 관한 것으로서, 특히, 영상 탐색기에서 판단된 표적의 방위각에 따른 정확한 RCS를 예측하여 표적을 탐지하는 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치를 개시한다. 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치는 표적을 추적하기 위한 추적 영상을 생성하고, 상기 생성된 추적 영상에서 상기 표적의 방위각을 판단하여 상기 표적을 탐색하는 제1 탐색부; 상기 판단된 방위각에 따른 레이더 반사 면적을 검출하고, 상기 검출된 레이더 반사 면적을 이용하여 상기 레이더의 탐지거리를 산출하는 레이더 신호 처리부; 및 상기 표적을 탐지하기 위한 펄스 타입의 신호를 방사하고, 상기 방사된 신호가 반사되어 수신된 수신 신호 및 상기 산출된 탐지거리를 이용하여 상기 표적을 탐색하는 제2 탐색부; 를 포함한다.

Description

W대역 밀리미터파 탐색기 및 영상 탐색기를 이용한 레이더 반사 면적 예측 기반 표적 탐지 장치 {Apparatus Detecting Target Using W-Band Millimeter Wave Seeker and Image Seeker Based on Predicted Radar Cross Section}
본 발명은 복합 탐색기를 이용한 표적 탐지 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 영상 탐색기에서 판단한 표적의 방위각에 따른 레이더 반사 면적을 고려하여 표적을 탐지하는 장치에 관한 것이다.
종래의 지상 표적 추적용 탐색기는 적외선 센서를 이용하며, 유도 무기에 장착되어 ku(12~18Ghz) 대역 및 ka(26~40Ghz) 대역의 송신 주파수를 사용하여 표적을 탐지하였다. 이러한 지상 표적 추적용 탐색기는 안테나마다 고유한 편파 특성을 갖는 편파 안테나를 이용하여 다양한 방향의 편파 신호를 수신할 수 있고, 이를 이용하여 정확하게 표적을 탐지할 수 있다.
탐색기의 소형화와 높은 해상도에 따른 표적 식별 성능을 위하여, 높은 주파수 대역인 W대역(56~110Ghz)의 탐색기 개발이 요구되고 있으며, W대역 신호 처리 및 이중 편파를 활용하여 정확하게 표적을 탐색하기 위한 신호 처리 기술 개발이 요구되고 있다.
해외의 경우 W대역 탐색기와 적외선 영상 탐색기를 이용한 복합 모드 탐색기에 대한 기술들이 발전추세에 있으며, 영상 정보와 RF 탐색기 정보를 융합하여 지상 표적 탐지 및 식별에 이용하고 있다. 복합 모드 탐색기에서 W대역 탐색기가 지면의 표적을 스캔할 때 송신 타이밍이 매우 중요한데, 이를 위해서는 정확한 레이더 반사 면적(RCS)값이 필요하다.
레이더 반사 면적은 표적을 탐지하기 위하여 방사된 전자기파가 어떤 물체에서 얼마나 잘 반사되는지를 면적으로 나타내는 척도인데, 이를 이용하여 레이더의 탐지거리를 예측할 수 있다. 레이더 반사 면적은 유도 비행 무기에 장착된 탐색기가 표적과 조우시에 표적과의 조우각에 따라서 변할 수 있는데, 종래의 탐색기는 고정된 레이더 반사 면적(RCS)값을 사용하여서 탐지거리에 오차가 있어서 정확하게 표적을 탐지할 수 없는 문제점이 있었다.
따라서, 정확한 레이더 반사 면적을 예측하여 표적을 정확하게 탐지할 수 있는 기술 개발이 요구된다.
한국 등록 특허 제 10-1133525 (공고)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복합 탐색기를 이용한 표적 탐지 장치를 개시한다. 특히, 표적의 방위각을 판단하고, 판단된 방위각에 따른 레이더 반사 면적을 예측 하여 표적을 탐지하는 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 추적 장치를 개시한다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치는 표적을 추적하기 위한 추적 영상을 생성하고, 상기 생성된 추적 영상에서 상기 표적의 방위각을 판단하여 상기 표적을 탐색하는 제1 탐색부; 상기 판단된 방위각에 따른 레이더 반사 면적을 검출하고, 상기 검출된 레이더 반사 면적을 이용하여 상기 레이더의 탐지거리를 산출하는 레이더 신호 처리부; 및 상기 표적을 탐지하기 위한 펄스 타입의 신호를 방사하고, 상기 방사된 신호가 반사되어 수신된 수신 신호 및 상기 산출된 탐지거리를 이용하여 상기 표적을 탐색하는 제2 탐색부; 를 포함한다.
본 발명에서, 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치는 상기 판단된 방위각에 인접하는 방위각들을 이용하여 상기 검출된 레이더 반사 면적을 보간하는 보간부; 를 더 포함하고, 상기 레이더 신호 처리부는 상기 보간된 레이더 반사 면적을 이용하여 상기 레이더의 탐지거리를 산출할 수 있다.
상기 제1 탐색부는 상기 펄스 타입의 신호가 방사된 기준 고도 및 기 지정된 각도를 고려하여 상기 생성된 추적 영상에서 적어도 일부 영역인 관심 영역을 설정하는 관심 영역 설정부; 를 더 포함하고, 상기 설정된 관심 영역 내의 상기 표적의 방위각을 판단할 수 있다.
상기 제1 탐색부는 상기 추적 영상의 적어도 일부 영역에서 화소값을 고려하여 특징점을 추출하는 특징점 추출부; 를 더 포함하고, 상기 추출된 특징점 및 기 저장된 상기 표적의 특징점 패턴을 이용하여 상기 표적의 방위각을 판단할 수 있다.
본 발명에서, 상기 레이더 신호 처리부는 상기 방위각 별로 검출되는 레이더 반사 면적에 관한 기 저장된 룩업 테이블에서 상기 판단된 방위각에 따른 상기 레이더 반사 면적을 검출하는 레이더 반사 면적 검출부; 를 더 포함하고, 상기 검출된 레이더 반사 면적을 이용하여 상기 레이더의 탐지거리를 산출할 수 있다.
본 발명에서, 상기 레이더 신호 처리부는 상기 검출된 레이더 반사 면적을 이용하여 상기 레이더의 탐지거리를 산출하는 탐지거리 산출부; 를 더 포함하고, 상기 탐지거리 산출부는 상기 표적을 탐지하기 위한 안테나의 이득, 상기 펄스 타입 신호의 출력 및 상기 안테나의 잡음을 더 고려하여 상기 레이더의 탐지거리를 산출할 수 있다.
본 발명에서, 상기 보간부는 상기 인접하는 방위각들을 변수로 하는 선형 함수를 생성하고, 상기 생성된 선형 함수를 이용하여 상기 판단된 방위각을 변수로 하는 선형 함수값을 도출하며, 상기 도출된 선형 함수값을 이용하여 상기 판단된 방위각에 따른 레이더 반사 면적을 보간할 수 있다.
상기 제2 탐색부는 상기 펄스 타입의 신호를 기준 고도 및 기 지정된 각도에서 동일한 빔 폭으로 지면을 스캔하는 푸쉬브룸 스캔 방식으로 방사하고, 상기 펄스 타입의 신호는 밀리미터파 대역의 신호로 마련될 수 있다.
상기 제2 탐색부는 상기 수신 신호의 편파 방향을 고려하여, 상기 수신 신호를 적어도 제1 그룹의 편파 신호들과 제2 그룹의 편파 신호들로 분리하고, 상기 제1 그룹 및 제2 그룹 각각에 대하여 해당 그룹에 속하는 편파 신호들을 합산하는 비교기; 를 더 포함하고, 상기 합산된 제1 그룹의 편파 신호들 및 제2 그룹의 편파 신호들을 이용하여 상기 표적을 탐색할 수 있다.
상기 제2 탐색부는 상기 합산된 제1 그룹의 편파 신호들 및 제2 그룹의 편파 신호들을 이용하여, 상기 수신 신호를 반사 횟수에 따른 제1 반사 신호와 제2 반사 신호로 분류하고, 상기 분류된 제1 반사 신호 및 제2 반사 신호의 크기 차이를 기 저장된 기준값과 비교하여 상기 수신 신호가 상기 표적으로부터 반사된 표적 신호인지 여부를 결정할 수 있다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 방법은 표적을 추적하기 위한 추적 영상을 생성하고, 상기 생성된 추적 영상에서 상기 표적의 방위각을 판단하는 단계; 상기 판단된 방위각에 따른 레이더 반사 면적을 검출하고, 상기 판단된 방위각에 인접하는 방위각들을 이용하여 상기 검출된 레이더 반사 면적을 보간하는 단계; 상기 보간된 레이더 반사 면적을 이용하여 상기 레이더의 탐지거리를 산출하는 단계; 상기 표적을 탐지하기 위한 펄스 타입의 신호를 방사하고, 상기 방사된 신호가 반사되어 수신되는 수신 신호를 수신하는 단계; 및 상기 수신 신호 및 상기 산출된 탐지거리를 이용하여 상기 표적을 탐색하는 단계; 를 포함한다.
본 발명에서, 상기 방위각을 판단하는 단계는 상기 펄스 타입의 신호가 방사된 기준 고도 및 기 지정된 각도를 고려하여 상기 생성된 추적 영상에서 적어도 일부 영역인 관심 영역을 설정하는 단계; 를 더 포함하고, 상기 설정된 관심 영역 내의 상기 표적의 방위각을 판단 할 수 있다.
본 발명에서, 상기 방위각을 판단하는 단계는 상기 추적 영상의 적어도 일부 영역에서 화소값을 고려하여 특징점을 추출하는 단계; 를 더 포함하고, 상기 추출된 특징점 및 기 저장된 상기 표적의 특징점 패턴을 이용하여 상기 표적의 방위각을 판단할 수 있다.
본 발명에서 상기 보간하는 단계는 상기 방위각 별로 검출되는 레이더 반사 면적에 관한 기 저장된 룩업 테이블에서 상기 판단된 방위각에 따른 상기 레이더 반사 면적을 검출하는 단계; 를 더 포함하고, 상기 검출된 레이더 반사 면적을 상기 판단된 방위각에 인접하는 방위각들을 이용하여 보간할 수 있다.
본 발명에서 상기 산출하는 단계는 상기 검출된 레이더 반사 면적에 더하여 상기 표적을 탐지하기 위한 안테나의 이득, 상기 펄스 타입 신호의 출력 및 상기 안테나의 잡음을 더 고려하여 상기 레이더의 탐지거리를 산출할 수 있다.
본 발명에서 상기 보간하는 단계는 상기 인접하는 방위각들을 변수로 하는 선형 함수를 생성하고, 상기 생성된 선형 함수를 이용하여 상기 판단된 방위각을 변수로 하는 선형 함수값을 도출하며, 상기 도출된 선형 함수값을 이용하여 상기 판단된 방위각에 따른 레이더 반사 면적을 보간할 수 있다.
상기 펄스 타입의 신호는 기준 고도 및 기 지정된 각도에서 동일한 빔 폭으로 지면을 스캔하는 푸쉬브룸 스캔 방식으로 방사되고, 밀리미터파 대역의 신호로 마련될 수 있다.
본 발명에서 상기 탐색하는 단계는 상기 수신 신호의 편파 방향을 고려하여, 상기 수신 신호를 적어도 제1 그룹의 편파 신호들과 제2 그룹의 편파 신호들로 분리하고, 상기 제1 그룹 및 제2 그룹 각각에 대하여 해당 그룹에 속하는 편파 신호들을 합산하는 단계를 더 포함하고, 상기 합산된 제1 그룹의 편파 신호들 및 제2 그룹의 편파 신호들을 이용하여 상기 표적을 탐색할 수 있다.
본 발명에서, 상기 탐색하는 단계는 상기 합산된 제1 그룹의 편파 신호들 및 제2 그룹의 편파 신호들을 이용하여, 상기 수신 신호를 반사 횟수에 따른 제1 반사 신호와 제2 반사 신호로 분류하고, 상기 분류된 제1 반사 신호 및 제2 반사 신호의 크기 차이를 기 저장된 기준값과 비교하여 상기 수신 신호가 상기 표적으로부터 반사된 표적 신호인지 여부를 결정하는 단계; 를 더 포함하고, 상기 결정된 표적 신호를 이용하여 상기 표적을 탐색할 수 있다.
또한 본 발명은 컴퓨터에서 상기한 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 개시한다.
본 발명에 따르면, 복합 탐색기를 이용하여 표적을 정확하게 탐지할 수 있는 잇점이 있다.
특히, 레이더 반사 면적을 정확하게 예측하여 송신 타이밍을 정확하게 설정할 수 있는 잇점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1의 실시예에서 제1 탐색부의 확대 블록도이다.
도 3은 도 1의 실시예에서 레이더 신호 처리부의 확대 블록도이다.
도 4는 도 1의 실시예에서 제2 탐색부의 확대 블록도이다.
도 5는 편파 및 방위각에 따른 레이더 반사 면적 데이터의 예시도이다.
도 6은 편파 및 방위각에 따른 레이더 반사 면적 데이터의 예시도이다.
도 7은 도 1의 실시예에서 보간부가 수행하는 보간 과정을 설명하기 위한 참고도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 용어를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하에서 설명하는 각 단계는 하나 또는 여러 개의 소프트웨어 모듈로도 구비가 되거나 또는 각 기능을 담당하는 하드웨어로도 구현이 가능하며, 소프트웨어와 하드웨어가 복합된 형태로도 가능하다.
각 용어의 구체적인 의미와 예시는 각 도면의 순서에 따라 이하 설명 한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 복합 탐색기를 이용한 다중 표적 추적 장치의 구성을 관련된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치의 블록도이다.
복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치(10)는 제1 탐색부(100), 레이더 신호 처리부(200), 보간부(300) 및 제2 탐색부(400)를 포함한다.
복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치(10)는 복수의 탐색기를 이용하여 표적의 자세에 따른 정확한 레이더 반사 면적(Radar Cross Section, 이하 RCS로 칭함)을 예측하고, 예측된 RCS값을 이용하여 탐지거리를 산출하고, 탐색기와 표적과의 상대거리가 탐지거리 이내이면 표적을 탐지하기 위한 신호를 방사하여, 표적을 탐지할 수 있다.
종래 마이크로파 대역(ku대역: 12~18Ghz, ka대역: 26~40Ghz)의 단일 편파를 이용하여 표적 탐지를 수행하는 경우, 표적셀의 도플러 및 거리 각도 분해능이 W대역(56~110Ghz) 탐색기에 비해서 떨어지고, 실시간 연산 시간 등으로 인하여 표적을 탐지하는데 한계가 있었다. 본 발명의 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치(10)는 무인 비행체에 탑재되어 스스로 표적을 추적하거나, 지상 관제 시스템의 유도 명령을 같이 수신하여 무인 비행체가 지상 표적에 도달하게 할 수 있다.
예를 들어, 본 발명에서 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치(10)가 사용하는 신호는 펄스 타입의 신호로서, 밀리미터파 대역 신호를 포함한다. 밀리미터파 대역은 주파수 56~110Ghz의 신호로서, 밀리미터파 대역 탐색기의 경우 종래 밀리미터파 대역 탐색기에 비하여 더 정확하게 표적을 식별할 수 있으나, 높은 주파수 특성으로 인하여 별도의 신호 처리 기술이 요구된다. 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치(10)가 사용하는 탐색기는 광학 탐색기, 영상 탐색기 및 레이저 탐색기를 포함한다. 도 2를 참조하여 설명한다.
제1 탐색부(100)는 관심 영역 설정부(120) 및 특징점 추출부(140)를 포함한다. 제1 탐색부(100)는 표적을 추적하기 위한 추적 영상을 생성하고, 상기 생성된 추적 영상에서 상기 표적의 방위각을 판단하여 상기 표적을 탐색한다. 예를 들어, 제1 탐색부(100)는 영상 탐색기로서 가시 광선 방식 또는 적외선 영상 방식 중 적어도 하나의 방식으로 구동되는 탐색기로 마련될 수 있다.
영상 탐색기는 카메라를 통한 표적의 모양을 확인하여 인식하는데, 주로 초점평면배열방식으로서 일종의 광학 센서 수천 또는 수만개를 하나의 평면에 배열하여 표적을 탐색한다. 적외선 영상 방식의 영상 탐색기는 악천후나 야간에도 표적의 모양을 확인할 수 있어, 다양한 상황에 활용이 가능한 이점이 있으나, 일반적으로 해상도가 낮은 문제점이 있다.
예를 들어, 제1 탐색부(100)는 표적을 추적하기 위한 추적 영상을 생성하고, 상기 생성된 추적 영상에서 표적의 방위각을 판단하여 레이더 신호 처리부(200)로 전송할 수 있다. 본 발명의 레이더 신호 처리부(200)는 제2 탐색부(400)와 별도로 구현될 수 있으나, 바람직하게는 제2 탐색부(400)에 포함되어 구현될 수 있다.
관심 영역 설정부(120)는 펄스 타입의 신호가 방사된 기준 고도 및 기 지정된 각도를 고려하여 추적영상에서 적어도 일부 영역을 관심 영역으로 설정한다.
예를 들어, 제2 탐색부(200)는 표적을 탐지하기 위한 펄스 타입의 신호를 방사하는데, 상기 방사된 펄스 타입의 방사 신호는 기준 고도 및 기 지정된 각도에서 동일한 빔 폭으로 지면을 스캔하는 푸쉬브룸 스캔 방식으로 방사될 수 있다. 관심 영역 설정부(120)는 푸쉬브룸 스캔 방식으로 방사된 신호의 기준 고도 및 기 지정된 각도에 따라 관심 영역을 설정할 수 있다.
특징점 추출부(140)는 추적 영상의 적어도 일부 영역에서 화소값을 고려하여 특징점을 추출한다. 예를 들어, 특징점 추출부(140)는 영상 탐색기에서 표시되는 적외선 영상에서 화소값을 고려하여 특징점을 추출할 수 있다. 특징점 추출부(140)는 영상에서 임의의 픽셀을 선정하고, 선정된 픽셀에 인접한 픽셀의 화소값들의 평균을 계산하여, 선정된 임의의 픽셀값이 주변 픽셀의 화소값들의 평균과 기준 범위 이상인 경우 선정된 픽셀을 특징점으로 추출할 수 있다. 예를 들어, 특징점 추출부(140)는 관심 영역 설정부(120)에서 설정한 관심 영역 내에서 화소값을 고려하여 특징점을 추출할 수 있다. 특징점 추출부(140)가 특징점을 추출하는 추적 영상의 적어도 일부 영역은 관심 영역 설정부(120)에서 설정한 관심 영역일 수 있다.
일 실시 예로, 제1 탐색부(100)는 제1 탐색부(100)는 표적을 추적하기 위한 적외선 신호를 방사하고, 방사된 신호를 수신하여 적외선 영상을 생성하며, 생성된 적외선 영상에서 관심 영역을 설정하고, 설정된 관심 영역에서 화소값을 고려하여 특징점을 추출할 수 있다. 제1 탐색부(100)는 추출된 특징점 및 기 저장된 표적의 특징점 패턴을 이용하여 추적 영상에서 표적의 방위각을 판단할 수 있다. 본 발명에서 기 저장된 표적의 특징점 패턴은 미리 저장된 표적 모델의 특징점 패턴을 의미하고, 표적의 방위각은 Z축 기준의 표적의 자세각을 의미한다. 도3을 참조하여 설명한다.
레이더 신호 처리부(200)는 반사 면적 검출부(220) 및 탐지거리 산출부(240)를 포함한다. 예를 들어, 레이더 신호 처리부(200)는 제1 탐색부(100)에서 판단된 방위각에 따른 레이더 반사 면적을 검출하고, 상기 검출된 레이더 반사 면적을 이용하여 상기 레이더의 탐지거리를 산출한다.
반사 면적 검출부(220)는 상기 판단된 방위각에 따른 상기 레이더 반사 면적을 검출한다. 예를 들어, 반사 면적 검출부(220)는 상기 방위각 별로 검출되는 레이더 반사 면적에 관한 기 저장된 룩업 테이블(Lookup Table, LUT)에서 제1 탐색부(100)에서 판단된 방위각에 따른 레이더 반사 면적(RCS)를 검출할 수 있다. 레이더 반사 면적(RCS)은 전자기파가 대상물에 반사되어 흩어진 신호의 크기를 통해 측정하는 것으로서, 반사 크기를 최소화 하여 항공기 또는 무인 비행체를 설계하는 것이 중요한데, 편파 및 방위각에 따라 관측되는 RCS는 달라질 수 있고, 실시간으로 관측되는 RCS 데이터를 분석하기는 용이하지 않기 때문에 반사 면적 검출부(220)는 미리 룩업 테이블(Lookup Table, LUT)형식으로 편파 및 방위각에 따른 RCS 데이터를 저장하여 사용할 수 있다.
탐지거리 산출부(240)는 검출된 레이더 반사 면적을 이용하여 상기 레이더의 탐지거리를 산출한다. 예를 들어, 탐지거리 산출부(240)는 상기 검출된 반사 면적(RCS)에 더하여 표적을 탐지하기 위한 안테나(송수신기)의 이득, 상기 펄스 타입 신호의 출력 및 상게 안테나의 잡음을 더 고려하여 레이더의 탐지 거리를 산출할 수 있다. 탐지거리 산출 방법은 하기 수학식 1의 방법으로 구할 수 있다.
Figure 112017104885491-pat00001
여기에서,
Figure 112017104885491-pat00002
는 탐지거리,
Figure 112017104885491-pat00003
는 피크 송신 전력,
Figure 112017104885491-pat00004
는 송신 안테나 이득,
Figure 112017104885491-pat00005
은 수신 안테나 이득,
Figure 112017104885491-pat00006
탐지 신호의 파장,
Figure 112017104885491-pat00007
는 레이더 반사 면적(RCS), k는 볼츠만 상수, To는 표준 온도, SNR은 신호대 잡음비, F는 수신 서브시스템의 노이즈 지수, B는 실시간 수신 대역폭, Ls는 시스템 소음 온도를 의미한다. 즉 F와 B는 상기 시스템의 잡음 성분으로 분류될 수 있다. 상기 시스템은 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치(10)가 사용되어 표적을 탐지하기 위한 시스템을 의미한다.
보간부(300)는 제1 탐색부(100)에서 판단된 방위각에 인접하는 방위각들을 이용하여 상기 검출된 레이더 반사 면적(RCS)를 보간한다. 본 발명에서 보간부(300)가 이용하는 보간법은 수치해석에 기반한 보간 기법으로 스플라인 보간법, sinc 보간법 및 선형 보간법을 포함한다.
예를 들어 보간부(300)는 제1 탐색부(100)에서 판단된 방위각에 인접하는 방위각들을 변수로 하는 선형 함수를 생성하고, 상기 생성된 선형 함수를 이용하여 상기 판단된 방위각을 변수로 하는 선형 함수값을 도출하며, 상기 도출된 선형 함수값을 이용하여 상기 판단된 방위각에 따른 레이더 반사 면적을 보간할 수 있다. 보간부(300)에서 사용되는 선형 보간 과정은 임의의 두 지점 p1 및 p2에서 데이터값을 선형함수를 사용하여 f(p1) 및 f(p2)로 표현하고, 두 지점 p1, p2사이에서 위치하여 p1으로부터 d1 거리, p2로부터 d2의 거리만큼 떨어진 임의의 지점 p에서의 데이터값 f(p)를 구하여 수행될 수 있다.
Figure 112017104885491-pat00008
여기에서, f(p)는 임의의 지점 p에서의 데이터값, f(p1)은 지점 p1에서의 데이터값, f(p2)는 지점 p2에서의 데이터값, d1은 임의의 지점 p가 p1으로부터 떨어진 거리, d2는 임의의 지점 p가 p2에서 떨어진 거리를 의미한다. 보간부(300)는 상기 수학식 2의 선형 보간법을 이용하여 RCS를 보간할 수 있다. 도 4를 참조하여 설명한다.
제2 탐색부(400)는 비교기(420) 및 신호 결정부(440)를 포함한다. 예를 들어, 제2 탐색부(400)는 상기 표적을 탐지하기 위한 펄스 타입의 신호를 방사하고, 상기 방사된 신호가 반사되어 수신된 수신 신호 및 상기 산출된 탐지거리를 이용하여 상기 표적을 탐색할 수 있다. 제2 탐색부(400)는 상기 펄스 타입의 신호를 기준 고도 및 기 지정된 각도에서 동일한 빔 폭으로 지면을 스캔하는 푸쉬브룸 스캔 방식으로 방사하고, 상기 펄스 타입의 신호는 밀리미터파 대역 신호로 마련될 수 있다.
비교기(420)는 수신 신호의 편파 방향을 고려하여, 상기 수신 신호를 적어도 제1 그룹의 편파 신호들과 제2 그룹의 편파 신호들로 분리하고, 상기 제1 그룹 및 제2 그룹 각각에 대하여 해당 그룹에 속하는 편파 신호들을 합산한다. 예를 들어, 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치(10)가 사용하는 안테나는 모노펄스 기법을 사용하여 표적을 정밀 추적하기 위하여, 도파관 슬롯 배열 안테나 또는 반사판 안테나로 마련될 수 있고, 전자파 간섭 영향이 적은 카세그레인 안테나, 동일한 회전축을 가지고 회전하는 주 반사판, 부 반사판 및 급전혼을 포함한다.
비교기(420)는 편파 분리기, 제1 비교기 및 제2 비교기를 포함할 수 있다. 편파 분리기는 반사 신호의 편파 방향을 고려하여, 적어도 상기 제1 그룹의 편파 신호들과 상기 제2 그룹의 편파 신호들로 분리할 수 있다. 본 발명에서 제1 그룹 및 제 2 그룹은 분리할 편파 방향의 예시이며, 더 많은 수의 편파 방향에 따라 분리될 그룹의 수는 증가할 수 있다. 상기 제1 그룹은 수평 편파 신호이고 제2 그룹은 수직 편파 신호가 되도록 마련될 수 있다. 편파 분리기는 반사 신호를 수평 편파 신호 및 수직 편파 신호로 분리할 수 있다. 즉, 편파 분리기에서 편파 신호들이 편파 되는 방향들은 서로 직교할 수 있으며, 이를 위하여 편파 분리기는 직교 모드 변환기를 포함할 수 있다.
예를 들어 비교기(340)가 제1 그룹 및 제2 그룹 각각에 대하여 가중치를 적용하여 합산하는 것은 표적에서 반사되어 수신된 신호를 수신하는 안테나를 지향하기 위한 방향의 방위각 및 앙각 성분을 고려하여 가중치 벡터를 생성하고, 상기 생성된 가중치 벡터를 상기 해당 그룹별 편파 신호들에 적용하여 상기 해당 그룹별 편파 신호들의 합신호, 방위각 차신호 및 앙각 차신호를 생성하는 것일 수 있다.
예를 들어, 제1 비교기는 복수의 하이브리드 커플러를 포함하여, 분리된 제1 그룹의 편파 신호들에 가중치를 적용하여 합산할 수 있다. 제1비교기는 제1하이브리드 커플러, 제2하이브리드 커플러, 제3하이브리드 커플러 및 제4하이브리드 커플러를 포함하고, 3개의 출력 채널을 통하여 가중치를 적용하여 합산된 편파 신호를 출력할 수 있다. 각각의 하이브리드 커플러는 수신된 복수의 반사 신호들에서 분리된 수평 편파 신호들에 가중치를 적용하여 합산할 수 있다.
예를 들어, 제1비교기가 분리된 수평 편파 신호들에 가중치를 적용하여 합산한다는 것은 4개의 하이브리드 커플러를 이용하여 수신된 수평 편파 신호들을 모두 합산하거나, 방위각 방향 또는 앙각(고각)방향으로 수신된 신호의 합한 값을 서로 감산하는 것을 의미할 수 있다. 본 발명에서 탐색기에 장착된 레이더는 4개의 사각으로 배열된 안테나를 이용하여 표적으로부터 반사된 신호들을 수신할 수 있는데, 좌측 상단으로부터 반시계 방향으로 안테나에서 수신된 신호들을 A, B, C 및 D라고 하면, 수평 편파 신호들의 합신호는 A+B+C+D, 방위각 차신호는 (A+C)-(B+D) 앙각 차신호는(A+C)-(B+D)일 수 있다. 상기 신호의 세기는 전압, 전류 또는 전력 단위로 표현될 수 있다. 제 2비교기는 분리된 제2 그룹의 편파 신호들에 가중치를 적용하여 합산하고, 동작원리는 제1 비교기와 동일할 수 있다.
신호 결정부(440)는 상기 합산된 제1 그룹의 편파 신호들 및 제2 그룹의 편파 신호들을 이용하여, 상기 수신 신호를 반사 횟수에 따른 제1 반사 신호와 제2 반사 신호로 분류하고, 상기 분류된 제1 반사 신호 및 제2 반사 신호의 크기 차이를 기 저장된 기준값과 비교하여 상기 수신 신호가 상기 표적으로부터 반사된 표적 신호인지 여부를 결정한다.
Figure 112017104885491-pat00009
여기에서, Eodd는 반사 횟수가 홀수회로 형성된 반사 신호를 의미한다. HH는 수평 편파 신호를 송신 후 반사되어 수신 시에 수평 편파 신호로 수신한 채널의 전력 세기를 의미하고, VV는 수직 편파 신호를 송신 후 반사되어 수신 시에 수직 편파 신호로 수신한 채널의 전력 세기를 의미한다. 일반적으로, 대지 클러터의 경우에는 홀수회로 반사된 반사 신호의 세기가 짝수회로 반사된 반사 신호의 세기보다 크게 측정되나, 표적의 경우에는 홀수회로 반사된 반사 신호의 크기와 짝수회로 반사된 반사 신호의 크기는 거의 동일하다. 짝수회로 반사된 반사 신호의 크기는 수학식 4를 이용하여 구할 수 있다.
Figure 112017104885491-pat00010
여기에서, Eeven는 반사 횟수가 짝수회로 형성된 반사 신호를 의미한다. HH는 수평 편파 신호를 송신 후 반사되어 수신 시에 수평 편파 신호로 수신한 채널의 전력 세기를 의미하고, VV는 수직 편파 신호를 송신 후 반사되어 수신 시에 수직 편파 신호로 수신한 채널의 전력 세기, HV는 수평 편파 신호를 송신 후 반사되어 수신 시에 수직 편파 신호로 수신한 채널의 전력 세기를 의미한다.
신호 결정부(440)는 비교기(420)의 출력 신호 중에서 제1 그룹 및 제2 그룹 각각에 대하여 해당 그룹에 속하는 편파 신호들의 합신호 만을 이용할 수 있다.
대지 클러터는 Flat plate로 모델링 가능하며 표적은 Flat plate, Trihedral 및 Dihedral의 조합으로 모델링 할 수 있다. Flat plate 및 Trihedral 반사체는 홀수회 반사 특성을 나타내는 반사체이며, Dihedral은 짝수회 반사 특성을 나타내는 반사체이다. 대지 클러터는 Flat plate로 모델링 되고, 홀수회 반사 특성이 우수한 반사체 특성을 가진고, 표적은 Flat plate, Trihedral 및 Dihedral의 조합으로 모델링되고, 짝수회 반사 및 홀수회 반사 특성이 거의 동등하다.
따라서, 신호 결정부(440)는 상기 수학식 3내지 4를 이용하여 제1 반사 신호 및 제2 반사 신호의 크기 차이를 계산하고, 계산된 크기 차이를 기 저장된 기준값과 비교하여 상기 계산된 크기 차이가 기 저장된 기준값보다 작은 경우에 상기 수신 신호를 상기 표적으로부터 반사된 표적 신호로 결정할 수 있다.
신호 결정부(440)가 제1 및 제2 반사 신호의 크기차이를 비교하기 위해 사용하는 기 저장된 기준값은 사전 모의 시행 비험을 통하여 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치(10)가 지나는 지형에 대하여 송신 시험을 하고, 이로부터 실험적으로 획득되는 클러터 판정값을 의미한다. 즉, 사전 모의 시행 비험을 통하여, 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치(10)가 탑재된 무인 비행체가 지나는 지형의 대지에서 반사되는 신호의 홀수회 및 짝수회로 반사된 반사 신호의 크기 차이 값을 해당 지역의 GPS좌표와 함께 저장한 값을 의미한다.
즉, 신호 결정부(440)는 표적으로부터 반사된 신호는 반사 횟수가 홀수회로 형성된 반사 신호의 크기와 반사 횟수가 짝수회로 형성된 반사 신호의 크기 차이가 거의 없음을 이용하여, 수신 신호가 표적 신호인지 여부를 결정할 수 있다.
도 2는 도 1의 실시예에서 제1 탐색부(100)의 확대 블록도이다.
제1 탐색부(100)는 관심 영역 설정부(120) 및 특징점 추출부(140)를 포함한다. 제1 탐색부(100)는 표적을 추적하기 위한 추적 영상을 생성하고, 상기 생성된 추적 영상에서 상기 표적의 방위각을 판단하여 상기 표적을 탐색한다. 제1 탐색부(100)가 설정하는 관심 영역은 추적 영상에서 FOV(Field Of View)로 마련될 수 있다. 특징점을 추출하여 표적의 방위각을 판단하는 구체적인 방법은 전술한 바와 같으므로 생략한다.
도 3은 도 1의 실시예에서 레이더 신호 처리부(200)의 확대 블록도이다.
레이더 신호 처리부(200)는 반사 면적 검출부(220) 및 탐지거리 산출부(240)를 포함한다. 예를 들어, 레이더 신호 처리부(200)는 제1 탐색부(100)에서 판단된 방위각에 따른 레이더 반사 면적을 기 저장된 레이더 반사 면적에 관한 룩업 테이블(LookUp Table, LUT)에서 검출하고, 상기 검출된 레이더 반사 면적을 이용하여 상기 레이더의 탐지거리를 산출한다. 반사 면적 검출 및 탐지거리 산출에 대한 구체적인 방법은 전술한 바와 같으므로 생략한다.
도 4는 도 1의 실시예에서 제2 탐색부의 확대 블록도이다.
제2 탐색부(400)는 비교기(420) 및 신호 결정부(440)를 포함한다. 예를 들어, 제2 탐색부(400)는 상기 표적을 탐지하기 위한 펄스 타입의 신호를 방사하고, 상기 방사된 신호가 반사되어 수신된 수신 신호 및 상기 산출된 탐지거리를 이용하여 상기 표적을 탐색할 수 있다. 비교기 및 표적으로부터 반사된 유효한 표적 신호를 결정하는 구체적인 방법은 전술한 바와 같으므로 생략한다.
도 5는 편파 및 방위각에 따른 레이더 반사 면적 데이터의 예시도이다.
반사 면적 검출부(220)는 상기 방위각 별로 검출되는 레이더 반사 면적에 관한 기 저장된 룩업 테이블에서 상기 판단된 방위각에 따른 상기 레이더 반사 면적(RCS)을 검출하는데, 편파 및 방위각에 따라 관측되는 RCS는 달라질 수 있다. 수평 편파 신호를 송신 후 반사되어 수신 시에 수평 편파 신호로 수신한 채널의 신호에 기반하여 획득된 타이거 탱크의 RCS는 좌측 예시도(HH)로 표현되고, 수평 편파 신호를 송신 후 반사되어 수신 시에 수직 편파 신호로 수신한 채널의 신호에 기반하여 획득된 타이거 탱크의 RCS는 우측 예시도(HV)로 표현된다.
도 6은 편파 및 방위각에 따른 레이더 반사 면적 데이터의 예시도이다.
수직 편파 신호를 송신 후 반사되어 수신 시에 수직 편파 신호로 수신한 채널의 신호에 기반하여 획득된 타이거 탱크의 RCS는 좌측 예시도(VV)로 표현되고, 수직 편파 신호를 송신 후 반사되어 수신 시에 수평 편파 신호로 수신한 채널의 신호에 기반하여 획득된 타이거 탱크의 RCS는 우측 예시도(VH)로 표현된다.
도 7은 도 1의 실시예에서 보간부(300)에서 수행되는 보간 과정을 설명하기 위한 참고도이다.
보간부(300)는 도 5 및 도 6에 도시된 RCS 데이터를 이용하여 보간과정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제1 탐색부(100)에서 판단된 표적의 방위각을 90도로 가정하여 보간 과정을 설명한다. 제1 탐색부(100)에서 판단된 방위각이 90도 에 인접하는 방위각들을 85도 및 95로 설정하면, 85도의 방위각을 변수로 하는 선형 함수값(232)와 95도의 방위각을 변수로 하는 선형 함수값(236)을 이용하여 선형 함수를 생성할 수 있고, 보간부(300)는 생성된 선형 함수를 이용하여 제1 탐색부(100)에서 판단된 방위각에 따른 RCS를 보간할 수 있다.
보간부(300)는 제1 탐색부(100)에서 판단된 방위각에 따른 RCS값이 기 존재할 수 있으나, 상기 생성된 선형 함수에 상기 제1 탐색부(100)에서 판단된 방위각을 입력 변수로 하여 출력된 선형 함수값으로 기 존재하는 RCS값을 대체하여 보간 과정을 수행할 수 있다.
상기 설명된 본 발명의 일 실시예의 방법의 전체 또는 일부는, 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 기록 매체의 형태(또는 컴퓨터 프로그램 제품)로 구현될 수 있다. 여기에서, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 저장 매체(예를 들어, 메모리, 하드디스크, 자기/광학 매체 또는 SSD(Solid-State Drive) 등)를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르는 방법의 전체 또는 일부는 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하며, 컴퓨터 프로그램은 프로세서에 의해 처리되는 프로그래밍 가능한 기계 명령어를 포함하고, 고레벨 프로그래밍 언어(High-level Programming Language), 객체 지향 프로그래밍 언어(Object-oriented Programming Language), 어셈블리 언어 또는 기계 언어 등으로 구현될 수 있다.
본 명세서에서의 부(means) 또는 모듈(Module)은 본 명세서에서 설명되는 각 명칭에 따른 기능과 동작을 수행할 수 있는 하드웨어를 의미할 수도 있고, 특정 기능과 동작을 수행할 수 있는 컴퓨터 프로그램 코드를 의미할 수도 있고, 또는 특정 기능과 동작을 수행시킬 수 있는 컴퓨터 프로그램 코드가 탑재된 전자적 기록 매체, 예를 들어 프로세서 또는 마이크로 프로세서를 의미할 수 있다. 다시 말해, 부(means) 또는 모듈(Module)은 본 발명의 기술적 사상을 수행하기 위한 하드웨어 및/또는 상기 하드웨어를 구동하기 위한 소프트웨어의 기능적 및/또는 구조적 결합을 의미할 수 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따르는 방법은 상술한 바와 같은 컴퓨터 프로그램이 컴퓨팅 장치에 의해 실행됨으로써 구현될 수 있다. 컴퓨팅 장치는 프로세서와, 메모리와, 저장 장치와, 메모리 및 고속 확장포트에 접속하고 있는 고속 인터페이스와, 저속 버스와 저장 장치에 접속하고 있는 저속 인터페이스 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 이러한 성분들 각각은 다양한 버스를 이용하여 서로 접속되어 있으며, 공통 머더보드에 탑재되거나 다른 적절한 방식으로 장착될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 표적을 추적하기 위한 추적 영상을 생성하고, 상기 생성된 추적 영상에서 상기 표적의 방위각을 판단하여 상기 표적을 탐색하는 제1 탐색부;
    상기 판단된 방위각에 따른 레이더 반사 면적을 검출하고, 상기 검출된 레이더 반사 면적을 이용하여 상기 레이더의 탐지거리를 산출하는 레이더 신호 처리부;
    상기 판단된 방위각에 인접하는 방위각들을 이용하여 상기 검출된 레이더 반사 면적을 보간하는 보간부; 및
    상기 표적을 탐지하기 위한 펄스 타입의 신호를 방사하고, 상기 방사된 신호가 반사되어 수신된 수신 신호 및 상기 산출된 탐지거리를 이용하여 상기 표적을 탐색하는 제2 탐색부; 를 포함하고,
    상기 레이더 신호 처리부는 상기 보간된 레이더 반사 면적을 이용하여 상기 레이더의 탐지거리를 산출하며,
    상기 보간부는 상기 인접하는 방위각들을 변수로 하는 선형 함수를 생성하고, 상기 생성된 선형 함수를 이용하여 상기 판단된 방위각을 변수로 하는 선형 함수값을 도출하며, 상기 도출된 선형 함수값을 이용하여 상기 판단된 방위각에 따른 레이더 반사 면적을 보간하는 것을 특징으로 하는 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 탐색부는
    상기 펄스 타입의 신호가 방사된 기준 고도 및 기 지정된 각도를 고려하여 상기 생성된 추적 영상에서 적어도 일부 영역인 관심 영역을 설정하는 관심 영역 설정부; 를 더 포함하고,
    상기 설정된 관심 영역 내의 상기 표적의 방위각을 판단하는 것을 특징으로 하는 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 탐색부는
    상기 추적 영상의 적어도 일부 영역에서 화소값을 고려하여 특징점을 추출하는 특징점 추출부; 를 더 포함하고,
    상기 추출된 특징점 및 기 저장된 상기 표적의 특징점 패턴을 이용하여 상기 표적의 방위각을 판단하는 것을 특징으로 하는 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 레이더 신호 처리부는
    상기 방위각 별로 검출되는 레이더 반사 면적에 관한 기 저장된 룩업 테이블에서 상기 판단된 방위각에 따른 상기 레이더 반사 면적을 검출하는 레이더 반사 면적 검출부; 를 더 포함하고,
    상기 검출된 레이더 반사 면적을 이용하여 상기 레이더의 탐지거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 레이더 신호 처리부는
    상기 검출된 레이더 반사 면적을 이용하여 상기 레이더의 탐지거리를 산출하는 탐지거리 산출부; 를 더 포함하고,
    상기 탐지거리 산출부는 상기 표적을 탐지하기 위한 안테나의 이득, 상기 펄스 타입 신호의 파장 및 상기 수신 신호의 잡음 성분을 더 고려하여 상기 레이더의 탐지거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 탐색부는
    상기 펄스 타입의 신호를 기준 고도 및 기 지정된 각도에서 동일한 빔 폭으로 지면을 스캔하는 푸쉬브룸 스캔 방식으로 방사하고,
    상기 펄스 타입의 신호는 밀리미터파 대역 신호인 것을 특징으로 하는 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 탐색부는
    상기 수신 신호의 편파 방향을 고려하여, 상기 수신 신호를 적어도 제1 그룹의 편파 신호들과 제2 그룹의 편파 신호들로 분리하고, 상기 제1 그룹 및 제2 그룹 각각에 대하여 해당 그룹에 속하는 편파 신호들을 합산하는 비교기; 를 더 포함하고,
    상기 합산된 제1 그룹의 편파 신호들 및 제2 그룹의 편파 신호들을 이용하여 상기 표적을 탐색하는 것을 특징으로 하는 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 탐색부는
    상기 합산된 제1 그룹의 편파 신호들 및 제2 그룹의 편파 신호들을 이용하여, 상기 수신 신호를 반사 횟수에 따른 제1 반사 신호와 제2 반사 신호로 분류하고, 상기 분류된 제1 반사 신호 및 제2 반사 신호의 크기 차이를 기 저장된 기준값과 비교하여 상기 수신 신호가 상기 표적으로부터 반사된 표적 신호인지 여부를 결정하는 신호 결정부; 를 더 포함하고,
    상기 결정된 표적 신호를 이용하여 상기 표적을 탐색하는 것을 특징으로 하는 복합 탐색기에서 레이더 반사 면적을 이용한 표적 탐지 장치.
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