KR101898128B1 - 시변 산란 채널 표적 탐지 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

시변 산란 채널 표적 탐지 장치를 통한 표적 탐지 시, 송신 안테나를 통해 시변 산란 채널 영역을 향해 탐지 신호를 전송하고, 수신 안테나를 통해 탐지 신호에 대응하여 시변 산란 채널 영역 내 클러터 및 표적으로부터 반사된 응답 신호를 수신하고, 임의의 시점마다 수신된 응답 신호와 임의의 시점으로부터 일정 구간 내 포함된 연속된 응답 신호들을 수동 시역전 처리하여 표적을 탐지하며, 수동 시역전 처리의 결과를 이전 수동 시역전 처리의 결과와 비교하여 임계값 이상의 신호 레벨 차가 발생된 경우 표적을 탐지한다.

Description

시변 산란 채널 표적 탐지 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING TARGET IN TIME-VARYING CLUTTER CHANNELS}
본 발명은 시변 산란 채널 환경에서 표적을 탐지하는 표적 탐지 장치 및 그 탐지 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전파(wave)를 이용하여 목표물(target)을 탐지하는 탐지 시스템에서는 목표물 이외의 물체에서 반사된 불필요한 반사파에 의해 나타나는 반향(echo) 등의 반사 장애가 발생된다. 특히, 시변 산란 환경에서는 고정되거나 일회적으로 탐지되는 방해물 외에도 바람 등에 흔들리는 나뭇잎과 같이 시간에 따라 반복/변동되어 탐지되는 산란체에 의한 클러터(clutter)가 발생된다.
이러한 시변 산란 환경에서 정확한 탐지를 위해서는 여러 채널 추정 기법 등이 필요하며, 클러터의 발생이 복잡하고 변동성이 클수록 채널 추정 기법의 복잡도가 증가되어 시스템 비용의 증가를 야기한다. 군사 지역과 같은 넓은 범위를 감시해야 하는 경우 수많은 탐지 기기가 설치되어야 하기 때문에, 탐지 성능 및 효율을 높여 비용을 줄일 수 있는 탐지 방법이 요구된다.
이와 관련하여, 한국공개특허 제10-1998-0075587호(발명의 명칭: 정지 및 저속이동 물체 탐지장치 및 방법)에는, 목표물로부터 반사되어 들어오는 수신신호와 상기 수신신호를 90° 위상변이시킨 신호를 압축하는 펄스 압축부, 펄스 압축부에서 압축된 신호로부터 표적의 이동여부를 감지하는 이동표적표시부, 이동표적표시부의 출력을 각 도플러 주파수에 따라 필터링하여 정지 표적의 존재여부를 판단하는 도플러 필터 뱅크부, 펄스 압축부에서 압축된 신호로부터 저속 이동중인 표적의 도플러 주파수에 상응하는 주파수 대역을 통과시키는 대역통과 필터, 대역 통과 필터의 출력과 이전 수신신호의 클러터 추정값을 비교하여 저속이동 표적의 존재여부를 판단하는 클러터 맵 일정오경보율부, 및 도플러 필터 뱅크부의 출력과 클러터 맵 일정오경보율부의 출력을 배타적 논리 합 연산하는 배타적 논리 합 게이트를 포함함을 특징으로하는 정지 및 저속이동 물체 탐지장치를 개시하고 있다.
본 발명의 일 실시예는 저비용/고효율로 시변 산란 채널 환경 내 표적 침입 여부를 탐지할 수 있는 표적 탐지 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 시변 산란 채널 표적 탐지 장치는, 송신 안테나를 통해 시변 산란 채널 영역을 향해 탐지 신호를 전송하는 송신부; 수신 안테나를 통해 상기 탐지 신호에 대응하여 상기 시변 산란 채널 영역 내 클러터 및 표적으로부터 반사된 응답 신호를 수신하는 수신부; 및 임의의 시점마다 수신된 응답 신호와 상기 임의의 시점으로부터 일정 구간 내 포함된 연속된 응답 신호들을 수동 시역전 처리(passive time-reversal processing)하고, 상기 수동 시역전 처리의 결과를 이전 수동 시역전 처리의 결과와 비교하여 임계값 이상의 신호 레벨 차가 발생된 경우 표적을 탐지하는 표적 탐지부를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 시변 산란 채널 표적 탐지 장치를 통한 표적 탐지 방법은, 송신 안테나를 통해 시변 산란 채널 영역을 향해 탐지 신호를 전송하는 단계; 수신 안테나를 통해 상기 탐지 신호에 대응하여 상기 시변 산란 채널 영역 내 클러터 및 표적으로부터 반사된 응답 신호를 수신하는 단계; 및 임의의 시점마다 수신된 응답 신호와 상기 임의의 시점으로부터 일정 구간 내 포함된 연속된 응답 신호들을 수동 시역전 처리(passive time-reversal processing)하여 표적을 탐지하는 단계를 포함하며, 상기 표적을 탐지하는 단계는, 상기 수동 시역전 처리의 결과를 이전 수동 시역전 처리의 결과와 비교하여 임계값 이상의 신호 레벨 차가 발생된 경우 표적을 탐지한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 수동 시역전 처리를 통해 시변 산란 채널 환경에서 클러터에 의한 방해 성분은 소멸시키고 표적에 의한 신호 성분만을 획득하여 정확한 표적 탐지가 가능하다. 이러한, 수동 시역전 알고리즘의 특성상 채널 환경이 시간에 따라 크게 변화하는 악조건에서 더욱 정확한 신호 탐지가 가능하여 시변 산란 채널 환경에 적합한 성능을 갖는다.
또한, 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 기존의 채널 모델링 기법을 사용하지 않고, 채널 응답을 주기적으로 기록하고 기록된 데이터 사이의 간단한 합성곱 처리에 기반하여 외부로부터 탐지 채널 영역에 침입한 표적을 탐지할 수 있다. 즉, 숲과 같은 복잡한 채널 환경을 모델링 처리하거나 채널 추정하는 등의 신호 처리 기법을 사용하지 않고, 측정된 응답 신호들 사이의 상관도를 이용하여 표적을 탐지하는 수동 시역전 기법을 사용함으로써 장치를 간단하게 구성할 수 있으며, 이에 따라 복잡한 신호 처리를 수행하는 탐지 장치에 비해 개발, 설치 및 운용 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시변 산란 채널 표적 탐지 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 탐지 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 시역전 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 시역전 처리 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 위치 검출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시변 산란 채널 표적 탐지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 도면에서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 또한, 도면을 참고하여 설명하면서, 같은 명칭으로 나타낸 구성일지라도 도면에 따라 도면 번호가 달라질 수 있고, 도면 번호는 설명의 편의를 위해 기재된 것에 불과하고 해당 도면 번호에 의해 각 구성의 개념, 특징, 기능 또는 효과가 제한 해석되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함하며, 하나의 유닛이 둘 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 둘 이상의 유닛이 하나의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시변 산란 채널 표적 탐지 장치의 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 시변 산란 채널 표적 탐지 장치(100)는 송신부(110), 수신부(120), 표적 탐지부(130) 및 표적 위치 검출부(140)를 포함한다.
송신부(110)는 적어도 하나의 송신 안테나를 통해 시변 산란 채널 영역을 향해 송신 신호(이하, ‘탐지 신호’라고 지칭함)를 전송한다. 송신부(110)는 일정 시점마다 탐지 신호를 전송할 수 있으며, 탐지 신호의 종류는 한정되지 않는다.
수신부(120)는 복수의 수신 안테나를 통해, 송신부(110)가 전송한 탐지 신호에 대응하여 시변 산란 채널 영역 내 클러터 및 표적에 의해 반사된 채널 응답 신호를 수신한다. 수신부(120)는 탐지 신호가 전송된 시점에 대응하여, 임의의 시점마다 채널 응답 신호를 수신한다.
예를 들어, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 탐지 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 시변 산란 채널 영역은 숲과 같이 복수의 클러터가 발생되는 환경으로서, 고정(예: 나무, 돌 등)되거나 일회적으로 발생(예: 동물 등)되는 클러터 외에도, 나뭇가지 및 나뭇잎과 같이 시간에 따라 위치 및 발생 각도가 실시간으로 변화되는 클러터가 존재한다.
이러한 시변 산란 채널 내 표적이 침입하여 일정 속도로 움직이거나 대기하는 경우, 표적 탐지 장치(100)는 일회적으로 움직이는 클러터 및 반복/변동되는 움직임을 보이는 클러터에 의한 채널 응답 성분은 소멸시키고 표적에 의한 채널 응답 성분을 남겨 정확하게 표적을 탐지한다.
이를 위해, 표적 탐지부(130)는 일정한 시간 간격을 두고, 측정된 채널 응답 신호들에 대해 수동 시역전 처리를 한다.
표적 탐지부(130)는 임의의 구간 내에서 연속된 채널 응답 신호들을 이용하되, 임의의 시점(이하, ‘기준 시점’으로 지칭함)의 응답 신호를 시간에 대해서 뒤집은(시역전) 후 이후에 측정된 응답 신호와 합성곱(convolution)하여 교차 상관 계수(cross-correlation coefficient)를 구한다.
시변 산란 채널 환경에서 산란체에 의한 응답은 임의의 위상을 갖는 무작위한 복소수의 합으로 표현될 수 있다. 따라서, 채널 응답 신호를 수동 시역전 처리(passive time-reversal processing)함으로써, 표적으로 인한 응답 성분은 남기고 불필요한 산란체로 인한 응답 성분은 감쇄시킬 수 있다. 이에 따라, 목표 대 산란체(target to clutter ratio) 특성이 크게 증가하여 표적 탐지 효율 및 정확성을 높일 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 표적 탐지부(130)를 통한 수동 시역전 처리 과정에 대해서 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 시역전 처리 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 시역전 처리 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 3의 (a)에서는 송신부(110)가 송신 안테나를 통해 전송하는 탐지 신호 펄스를 나타내었다. 도 3의 (b)에서는, 도 3의 (a)에서와 같은 임의의 주파수를 갖는 구형 펄스(탐지 신호)에 대응하여 수신부(120)의 수신 안테나에 수신되는 채널 응답 신호를 나타내었다.
표적 탐지부(130)는 도 3의 (b)와 같이 연속되어 수신되는 응답 신호 중 임의의 시점(즉, 기준 시점)의 응답 신호를 시역전 처리한다. 즉, 도 3의 (c)에서와 같이 기준 시점의 응답 신호(이하, ‘기준 응답 신호’라고 지칭함)를 시간에 대해 뒤집는다. 도 3의 (c)에서는 기준 시점에 수신된 응답 신호로서 첫 번째 응답 신호를 시역전한 것을 나타내었다. 이때, 기준 시점은 연속되어 변경될 수 있으며, 이에 따라 시역전될 응답 신호 또한 변경될 수 있다. 즉, 기준 시점은 특정 시점에 한정된 것이 아니며, 시간이 경과함에 따라 지속적으로 변경될 수 있다.
그리고 도 3의 (d)에서와 같이, 표적 탐지부(130)는 시역전 처리한 기준 응답 신호와, 기준 시점으로부터 임의의 구간 내에 포함된 연속된 응답 신호들을 합성곱 처리한다. 이처럼, 시역전된 기준 응답 신호와 기준 응답 신호 자신 및 그 이후의 연속된 응답 신호들을 각각 합성곱 처리한 결과는 도 4에서와 같이 나타날 수 있다.
도 4의 (a)에서는, 시변 산란 채널 영역 내 임의의 물체(예를 들어, 움직임 없이 고정된 산란체 또는 표적)만 존재하는 경우를 나타내었다. 이때, 수동 시역전 처리 결과로서, 임의의 신호 레벨이 지속적으로 나타나는 출력 신호가 출력된다.
반면, 도 4의 (b)에서는 시변 산란 채널 영역 내 산란체만 존재하는 경우를 나타내었다. 이때, 수동 시역전 처리 결과로서, 시간이 경과함에 따라 신호 레벨이 점점 감소하여 임의의 작은 값(예를 들어, 거의 “0”에 가까운 값)으로 수렴되는 출력 신호가 출력된다. 즉, 위치 및 각도가 실시간으로 변화되는 크기가 작은 산란체들에 의한 응답신호들은 합성곱에 의해 응답 성분이 감쇄된다.
도 4의 (c)에서는 시변 산란 채널 영역 내 산란체와 표적이 모두 존재한 경우를 나타내었다. 도 4의 (c)에서와 같이, 표적과 산란체가 함께 존재하는 경우 산란체에 의한 신호 감쇄에 따라 출력 신호 레벨은 점차 감소되나, 임의의 출력 신호부터는 표적에 의한 신호 이득(gain)만큼의 신호 레벨이 유지된다.
이처럼, 표적 탐지부(130)는 표적에 의한 신호 이득이 검출되면 시변 산란 채널 영역 내 표적이 침입한 것으로 판단한다.
표적 탐지부(130)는 시변 산란 채널 영역을 지속적으로 탐지한 결과를 기록해두고, 이전 수동 시역전 처리 결과와 현재 수동 시역전 처리 결과를 비교함으로써 실시간으로 표적을 탐지한다.
즉, 시변 산란 채널 영역 내에는 고정적으로 존재하는 산란체가 포함될 수 있으며, 이러한 경우 도 4의 (a)에서와 같이 임의의 신호 레벨이 지속적으로 출력될 수 있다. 또한, 도 4의 (b)에서와 같이 시간에 따라 변화되는 산란체에 의해 임의의 신호 레벨로 수렴되는 출력 신호가 발생될 수도 있다.
따라서, 표적 탐지부(130)는 수동 시역전 처리 결과에서 산란체에 의한 신호 레벨 과 표적에 의한 신호 레벨을 구분한다. 표적 탐지부(130)는 현재 수동 시역전 처리의 결과를 이전 결과와 비교하여 이전의 출력 신호 레벨에 비해 크게 변동된 출력 신호 레벨이 발생된 경우 표적이 채널 영역 내 침입한 것으로 판단하여 검출한다. 이때, 표적 탐지부(130)는 기준 시점마다의 수동 시역전 처리에 의한 출력 신호 레벨들을 비교하고 현재 수동 시역전 처리의 결과가 이전의 처리 결과와 비해 임계값 이상의 신호 레벨 차가 발생된 경우 표적을 탐지할 수 있다.
구체적으로, 표적 탐지부(130)는 복수회의 기준 시점에 대해 시역전 처리 결과에 따른 신호 레벨 차가 임계값 이하로 유지되는 임의의 기준 시점 구간을 검출하여 기준 구간으로 설정한다. 기준 구간은 시간에 따라 갱신될 수 있다. 표적 탐지부(130)는 현재 기준 시점에서 가장 근접한 기준 구간에서의 신호 레벨을 클러터에 의한 신호 레벨(이하, ‘클러터 신호 레벨’이라고 지칭함)로 설정하고, 현재 기준 시점의 시역전 처리 결과에 의한 신호 레벨과 비교할 수 있다. 이때, 표적 탐지부(130)는 근접 기준 구간의 클러터 신호 레벨보다 임계값 이상 큰 신호 레벨이 검출되는 기준 시점의 응답 신호를 표적이 탐지된 응답 신호로 검출한다. 그리고 표적 탐지부(130)는 연속하여 표적이 탐지된 응답 신호들이 검출되는 기준 시점들을 추적할 수 있다. 즉, 표적의 움직임을 지속적으로 탐지한다.
다시 도 1로 돌아가서, 표적 위치 검출부(140)는 표적 탐지부(150)를 통해 탐지된 표적의 위치를 검출한다.
구체적으로, 표적 위치 검출부(140)는 복수의 섹터로 공간 분할된 시변 산란 채널 영역에서, 표적 탐지부(150)에 의해 표적이 탐지된 응답 신호에 대응된 섹터를 검출한다. 이때, 표적 위치 검출부(140)는 시변 산란 채널 영역을 그래픽화하여 표적이 탐지된 섹터를 식별 가능하도록 표시한 화면을 기설정된 출력 수단(예: 모니터 등)을 통해 출력할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 표적 위치 검출부(140)가 다중입출력(Multiple Input Multiple Output, MIMO) 안테나를 통해 시변 산란 채널 영역 내 표적의 탐지 위치를 검출하는 방법에 대해서 상세히 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 위치 검출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 도 5의 (a)에서와 같이, 1차원 수직 배열된 안테나에 따라 복수의 섹터가 구분될 수 있다. 도 5의 (a)에서는 송신 안테나(Tx)에 대해 복수의 섹터가 구분된 것을 나타내었으나, 수신 안테나 배열의 소자(즉, 단일 안테나)들에 대해서도 동일하게 복수의 섹터가 구분될 수 있다.
이러한 방식으로 구분되는 복수의 섹터를 시변 산란 채널 영역에 적용하면, 도 5의 (b)와 같이 나타낼 수 있다. 도 5의 (b)에서는 시변 산란 채널 영역이 수신 안테나 패턴에 따라 3개의 수직 섹터가 구분되고, 수신 안테나로부터의 거리에 따라 2개의 수평 섹터가 구분되어, 총 6개의 섹터로 구분된 것을 예로서 나타내었다. 즉, 도 5의 (b)에서와 같이 채널 영역 내 표적이 침입한 경우, 표적이 위치한 섹터는 (2, B)로 나타낼 수 있다.
표적 위치 검출부(140)는 시변 산란 채널 영역을 도 5의 (c)에서와 같이 방사(radial) 방향으로의 공간 분할된 레이더 화면으로 나타낼 수 있으며, 레이더 화면 상의 섹터 중 표적이 탐지된 섹터를 식별 가능하게 표시할 수 있다. 예를 들어, 도 5의 (c)에서와 같이 표적이 탐지된 섹터를 원형으로 표시하거나, 다른 섹터와 구분되는 색상으로 표시할 수도 있다. 또한, 실시간으로 표적이 탐지되는 영역을 연속적으로 나타냄으로써 표적의 움직임을 추적할 수 있다.
좀 더 구체적으로 설명하자면, 표적 탐지 장치(100)의 송신 안테나는 전방위로 신호를 방사한다. 이에 따라, 표적의 침입을 탐지할 공간(즉, 시변 산란 채널 영역) 전체로 탐지 신호가 전파된다. 그리고 표적 탐지 장치(100)의 수신 안테나 어레이를 구성하는 소자(즉, 각 단일 수신 안테나)는 응답 신호 입사 방향에 관계없이 모든 응답 신호를 수신한다. 이처럼 수신된 응답 신호들은 탐지 공간 전체 범위를 아우르는 응답 신호로서, 공간에 대한 정보는 포함하지 않는다. 이에 따라, 송신 안테나 및 송신 안타네에 대해 빔을 조향하기 위한 시스템 및 채널 추정 등의 복잡한 하드웨어적 구현이 생략될 수 있다.
표적 위치 검출부(140)는 상기 수신 안테나 어레이의 소자 별로 수신한 응답 신호를 모두 수신하고, 수신된 응답 신호들에 기초하여 탐지 공간 전체(즉, 시변 산란 채널 영역)를 복수의 섹터로 분할한다. 예를 들어, 표적 위치 검출부(140)는 도 5의 (a) 또는 (b)에서와 같이 시변 산란 채널 영역을 복수의 섹터로 분할할 수 있다.
이때, 표적 위치 검출부(140)는 수신 안테나 어레이의 소자 별 응답 신호에, 기설정된 수신 안테나 패턴에 따른 배열 계수(array factor)로부터 얻어진 각각의 단일 수신 안테나에 해당하는 계수(coefficient)를 곱한다. 이에 따라, 수신 안테나 배열을 기준으로 입사 방향에 대한 공간을 1차적으로 분할할 수 있다.
구체적으로, 표적 위치 검출부(140)는 1차원 수직 배열된 수신 안테나를 통해 측정된 채널 응답 신호를 이용한다. 각 수신 안테나는 송신 안테나가 송출한 탐지 신호들의 주파수 범위(fmin~fmax) 내 주파수 별로 각 이산 주파수 포인트(discrete frequency point)에서 싱글 주파수 응답(single frequency response)을 측정한다. 이때, 주파수 도메인에서 m개의 채널 응답 데이터가 측정될 수 있다. 또한, 표적 위치 검출부(140)는 수신 안테나 배열로 입사된 응답 신호의 방향을 판단하기 위해 기설정된 배열 계수를 이용한다. 배열 계수는 싱글 주파수에서 정의되므로, m 개의 데이터에 대해 배열 계수를 적용하기 위해 m번의 배열 계수를 적용한다. 참고로, 배열 계수에서 사용되는 안테나 사이의 간격은 탐지 신호 중 가장 높은 주파수의 λ/4로 설정할 수 있다. 이를 통해 주파수 대역 내의 모든 경우를 고려할 때 최대 지향성(directivity)을 얻을 수 있다. 참고로, 이보다 간격보다 커지게 되면 1개 이상의 로브(lobe)가 발생하게 되어 공간 분할이 명확하지 않을 수 있다.
그리고 표적 위치 검출부(140)는 각 단일 수신 안테나 별로 수신된 응답 신호의 상대적 경로 지연 시간(path delay time) 차이에 기초하여 상기 공간을 2차적으로 분할할 수 있다. 즉, 수신 안테나로부터 멀고 가까움에 기반하여 2차적 분할을 처리한다. 이에 따라, 시변 산란 채널 영역의 전체 공간을 복수의 섹터로 분할할 수 있다.
이처럼 시변 산란 채널 영역을 복수의 섹터로 분할한 후, 표적 위치 검출부(140)는 표적 탐지부(130)를 통해 표적이 탐지된 응답 신호에 대응된 섹터를 검출하여 표적 위치를 검출한다.
한편, 이상의 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 표적 탐지 장치(100)는 시변 산란 채널로 탐지 신호를 전송하고 대응된 채널 응답 신호를 수신하는 송/수신부(110, 120)와 연동된 메모리 및 프로세서로 구현될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 표적 탐지부(130) 및 표적 위치 검출부(140)가 처리하는 각 알고리즘 또는 동작들은 하나의 프로그램 또는 서로 연동된 둘 이상의 프로그램의 형태로서 메모리(미도시)에 저장될 수 있다. 이처럼 메모리(미도시)에 저장된 하나 이상의 프로그램은 프로세서(미도시)에 의해 수행되며, 프로세서(미도시)는 각 프로그램이 실행됨에 따라 기설정된 처리들을 수행할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 탐지 장치(100)는 송신 안테나 및 수신 안테나의 빔을 조향하기 위한 시스템과 채널 추정을 위한 하드웨어적인 구현이 필요치 않으며, 소프트웨어적으로 이와 동등한 효과를 도출할 수 있다. 즉, 시변 산란 채널 영역에 대한 공간 분할 및 채널 응답 신호에 대한 시역전 연산 처리를 소프트웨어적으로 처리할 수 있다. 이를 통해 송신 안테나 및 수신 안테나를 포함하는 레이더 시스템이 RF 신호 처리만을 수행하도록 함으로써, 기존의 탐지 방식에 비해 매우 간편한 장치 개발 및 설치가 가능하며, 운용 비용 또한 줄일 수 있다.
또한, 도 1에서 도시된 각각의 구성요소는 일종의 '모듈'로 구성될 수 있다. 상기 '모듈'은 소프트웨어 또는 Field Programmable Gate Array(FPGA) 또는 주문형 반도체(ASIC, Application Specific Integrated Circuit)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있으며, 모듈은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 모듈은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 구성요소들과 모듈들에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다.
이하, 도6을 참조하여 표적 탐지 장치(100)를 통해 시변 산란 채널 환경에서 표적을 탐지하는 방법에 대해서 상세히 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시변 산란 채널 표적 탐지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 송신 안테나를 통해 시변 산란 채널 영역을 향해 탐지 신호를 전송한다(S610).
다음으로, 수신 안테나를 통해 탐지 신호에 대응하여 시변 산란 채널 영역 내 클러터 및 표적으로부터 반사된 응답 신호를 수신한다(S620).
임의의 시점(즉, 기준 시점)마다 수신된 응답 신호와, 임의의 시점으로부터 일정 구간 내 포함된 연속된 응답 신호들을 수동 시역전 처리한다(S630).
즉, 기준 시점의 응답 신호를 시역전하고, 시역전된 응답 신호를 자신을 포함하는 연속된 이후 응답 신호들과 각각 합성곱한다.
다음으로, 해당 기준 시점 이전의 수동 시역전 처리 결과와 현재 수동 시역전 처리 결과를 비교하여 표적을 탐지한다(S640).
이때, 현재 수동 시역전 처리의 결과를 이전 수동 시역전 처리의 결과와 비교하여, 기설정된 임계값 이상의 신호 레벨 차가 발생된 경우 표적을 탐지한다.
구체적으로, 수동 시역전 처리 결과가 기설정된 횟수의 기준 시점 동안 유지된 기준 구간을 검출하고, 검출된 기준 구간의 수동 시역전 처리에 의한 신호 레벨을 클러터 신호 레벨로 설정할 수 있다. 그리고, 현재 기준 시점에서 가장 근접한 기준 구간의 클러터 신호 레벨보다 임계값 이상 큰 값을 갖는 신호 레벨이 검출되는 기준 시점의 응답 신호를 표적 탐지 신호로 검출할 수 있다.
다음으로, 시변 산란 채널 영역 내 상기 탐지된 표적의 위치를 검출한다(S650).
이때, 각 수신 안테나가 수신한 응답신호 및 기설정된 수신 안테나 어레이의 배열 계수에 기초하여, 상기 시변 산란 채널 영역을 복수의 섹터로 공간 분할할 수 있다. 그리고, 복수의 섹터 중 현재 수동 시역전 처리의 결과에 따라 표적이 탐지된 응답 신호에 대응된 섹터를 표적의 위치로서 검출한다.
상기 단계(S650) 이후에, 시변 산란 채널 영역을 그래픽화하여 상기 검출된 섹터를 식별 가능하도록 표시한 화면을 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 깊이 정보에 기반한 시변 산란 채널 표적 탐지 방법은, 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 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 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 시변 산란 채널 표적 탐지 장치
110: 송신부
120: 수신부
130: 표적 탐지부
140: 표적 위치 검출부

Claims (10)

  1. 시변 산란 채널 표적 탐지 장치에 있어서,
    송신 안테나를 통해 시변 산란 채널 영역을 향해 탐지 신호를 전송하는 송신부;
    수신 안테나를 통해 상기 탐지 신호에 대응하여 상기 시변 산란 채널 영역 내 클러터 또는 표적으로부터 반사된 응답 신호를 수신하는 수신부;
    임의의 시점마다 수신된 응답 신호와 상기 임의의 시점으로부터 일정 구간 내 포함된 연속된 응답 신호들을 수동 시역전 처리(passive time-reversal processing)하고, 상기 수동 시역전 처리의 결과를 이전 수동 시역전 처리의 결과와 비교하여 임계값 이상의 신호 레벨 차가 발생된 경우 표적을 탐지하는 표적 탐지부; 및
    상기 표적 탐지부를 통해 표적이 탐지된 응답 신호에 대응된 섹터를 검출하는 표적 위치 검출부를 포함하며,
    상기 표적 위치 검출부는,
    상기 수신 안테나를 포함하는 수신 안테나 어레이에 대해 기설정된 배열 계수(array factor)로부터 획득된 각 수신 안테나 별 계수 (coefficient)와, 상기 수신 안테나 어레이의 수신 안테나 별로 수신된 응답 신호를 곱하여 상기 시변 산란 채널 영역을 1차 공간 분할하고, 상기 1차 공간 분할을 통해 분할된 복수의 섹터 중 상기 표적이 탐지된 응답 신호에 대응된 섹터를 검출하는, 시변 산란 채널 표적 탐지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 표적 탐지부는,
    상기 임의의 기준 시점의 응답 신호를 시역전하고, 상기 시역전된 응답 신호를 자신을 포함하는 연속된 이후 응답 신호들과 각각 합성곱하는 시변 산란 채널 표적 탐지 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 표적 위치 검출부는,
    상기 수신 안테나 별로 수신된 응답 신호의 상대적 경로 지연 시간 (path delay time) 차에 기초하여 상기 시변 산란 채널 영역을 2차 공간 분할하며,
    상기 1차 및 2차 공간 분할을 통해 분할된 복수의 섹터 중 상기 표적 탐지부를 통해 표적이 탐지된 응답 신호에 대응된 섹터를 검출하는 시변 산란 채널 표적 탐지 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 표적 위치 검출부는,
    상기 시변 산란 채널 영역을 그래픽화하여 상기 검출된 섹터를 식별 가능하도록 표시한 화면을 출력하는 시변 산란 채널 표적 탐지 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 표적 탐지부는,
    상기 수동 시역전 처리 결과가 기설정된 횟수의 기준 시점 동안 유지된 기준 구간을 검출하여 상기 기준 구간의 수동 시역전 처리에 의한 신호 레벨을 클러터 신호 레벨로 설정하고,
    가장 근접한 기준 구간의 상기 클러터 신호 레벨보다 임계값 이상 큰 값을 갖는 신호 레벨이 검출되는 기준 시점의 응답 신호를 표적 탐지 신호로 검출하는 시변 산란 채널 표적 탐지 장치.
  6. 시변 산란 채널 표적 탐지 장치를 통한 표적 탐지 방법에 있어서,
    송신 안테나를 통해 시변 산란 채널 영역을 향해 탐지 신호를 전송하는 단계;
    수신 안테나를 통해 상기 탐지 신호에 대응하여 상기 시변 산란 채널 영역 내 클러터 또는 표적으로부터 반사된 응답 신호를 수신하는 단계;
    임의의 시점마다 수신된 응답 신호와 상기 임의의 시점으로부터 일정 구간 내 포함된 연속된 응답 신호들을 수동 시역전 처리(passive time-reversal processing)하여 표적을 탐지하는 단계;
    상기 수신 안테나를 포함하는 수신 안테나 어레이에 대해 기설정된 배열 계수(array factor)로부터 획득된 각 수신 안테나 별 계수 (coefficient)와, 상기 수신 안테나 어레이의 수신 안테나 별로 수신된 응답 신호를 곱하여 상기 시변 산란 채널 영역을 1차 공간 분할하는 단계; 및
    상기 1차 공간 분할을 통해 분할된 복수의 섹터 중 상기 표적이 탐지된 응답 신호에 대응된 섹터를 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 표적을 탐지하는 단계는,
    상기 수동 시역전 처리의 결과를 이전 수동 시역전 처리의 결과와 비교하여 임계값 이상의 신호 레벨 차가 발생된 경우 표적을 탐지하는 시변 산란 채널 표적 탐지 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 표적을 탐지하는 단계는,
    임의의 기준 시점의 응답 신호를 시역전하고, 상기 시역전된 응답 신호를 자신을 포함하는 연속된 이후 응답 신호들과 각각 합성곱하는 시변 산란 채널 표적 탐지 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 섹터를 검출하는 단계 이전에,
    상기 수신 안테나 별로 수신된 응답 신호의 상대적 경로 지연 시간 (path delay time) 차에 기초하여 상기 시변 산란 채널 영역을 2차 공간 분할하는 단계를 더 포함하며,
    상기 섹터를 검출하는 단계는,
    상기 1차 및 2차 공간 분할을 통해 분할된 복수의 섹터 중 상기 표적이 탐지된 응답 신호에 대응된 섹터를 검출하는 시변 산란 채널 표적 탐지 방법.
  9. 제 6 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 표적이 탐지된 응답 신호에 대응된 섹터를 검출하는 단계 이후에,
    상기 시변 산란 채널 영역을 그래픽화하여 상기 검출된 섹터를 식별 가능하도록 표시한 화면을 출력하는 단계를 더 포함하는 시변 산란 채널 표적 탐지 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 표적을 탐지하는 단계는,
    상기 수동 시역전 처리 결과가 기설정된 횟수의 기준 시점 동안 유지된 기준 구간을 검출하여 상기 기준 구간의 수동 시역전 처리에 의한 신호 레벨을 클러터 신호 레벨로 설정하고,
    가장 근접한 기준 구간의 상기 클러터 신호 레벨보다 임계값 이상 큰 값을 갖는 신호 레벨이 검출되는 기준 시점의 응답 신호를 표적 탐지 신호로 검출하는 시변 산란 채널 표적 탐지 방법.
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