KR101900008B1 - Moving target detecting apparatus and method thereof - Google Patents
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Abstract
이동 표적 탐지 장치 및 방법을 공개한다. 본 발명은 표적이 고속으로 이동하여 레이더의 수신 신호에 레인지 워크가 발생한 경우나, 수신 신호의 SNR이 매우 낮은 환경에서도 표적에 대한 정확한 도플러 주파수 추정이 가능하며, 추정된 도플러 주파수를 이용하여 수신 신호를 보상함으로써 코히어런트 탐지 성능을 획기적으로 향상 시킬 수 있다.Discloses a mobile target detection apparatus and method. The present invention can accurately estimate a Doppler frequency for a target even in an environment where a target moves at a high speed and a range work is generated in a received signal of a radar or in an environment where the SNR of a received signal is very low, The coherent detection performance can be remarkably improved.
Description
본 발명은 이동 표적 탐지 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 고속으로 이동하는 이동 표적 탐지 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a moving target detection apparatus and method, and more particularly, to a moving target detection apparatus and method that moves at high speed.
표적을 탐색하는 탐지 장치의 대표적인 예로는 레이더가 있다. 레이더는 기설정된 주파수의 송신 신호를 방사하고, 방사된 송신 신호가 표적에서 반사된 반사 신호를 수신 신호로서 수신하고 분석하여 표적을 탐지한다. 레이더는 송신 신호로서 연속파를 방사하는지 펄스파를 방사하느냐에 따라 CW(Continuous Wave) 레이더와 펄스(pulse) 레이더로 크게 구분된다.A typical example of a detection device that searches for a target is a radar. The radar emits a transmission signal of a predetermined frequency, and the emitted transmission signal receives and analyzes the reflected signal reflected from the target as a received signal and detects the target. Radar is broadly divided into CW (continuous wave) radar and pulse radar depending on whether it emits a continuous wave or a pulsed wave as a transmission signal.
통상적으로 레이더는 탐지를 위해 요구되는 SNR(signal to noise ratio)을 만족 시키기 위해 CPI(coherent processing interval)에서 복수개의 펄스 신호를 송수신하고, 복수개의 펄스 반복 구간(pulse repetition interval : 이하 PRI)에서 수신된 수신 신호 중 동일한 레인지 빈(range bin)의 표적의 반사 신호들을 적분하여 표적을 탐지한다. 표적의 속도가 빠르지 않은 경우, 반사 신호의 적분은 동일한 레인지 빈에서 이루어 지므로, 표적을 용이하게 탐지할 수 있다.Typically, a radar transmits and receives a plurality of pulse signals in a coherent processing interval (CPI) to satisfy a signal to noise ratio (SNR) required for detection, and receives a plurality of pulse signals in a plurality of pulse repetition intervals And integrates the reflected signals of the target of the same range bin among the received signals to detect the target. If the velocity of the target is not fast, integration of the reflected signal is done in the same range bin, so that the target can be easily detected.
그러나 기술에 발전에 따라 표적들의 이동 속도가 점차로 빨라지고 있는 추세이다. 그리고 표적이 고속으로 이동하는 경우에는 도플러 효과(Doppler effect)가 발생하므로, 도플러 효과에 의한 수신 신호의 주파수 편이를 보정하지 않고 적분하게 되면 CPI 구간 동안 레인지 워크(range walk)가 발생하여, 코히어런트 탐지 성능의 열화가 발생한다는 문제가 있다.However, as the technology progresses, the movement speed of the targets is gradually increasing. Since the Doppler effect occurs when the target moves at a high speed, if a frequency shift of the received signal due to the Doppler effect is integrated without correction, a range walk occurs during the CPI period, There is a problem that the runout detection performance deteriorates.
도1 은 레이더에서 레인지 빈과 크로스 레인지의 개념을 설명하기 위한 도면이고, 도2 는 도플러 주파수를 검출하기 위한 종래의 도플러 처리 개념을 나타내고, 도3 은 레인지 프로파일을 나타낸다.Fig. 1 is a view for explaining the concept of a range bin and a cross-range in a radar. Fig. 2 shows a conventional Doppler processing concept for detecting a Doppler frequency, and Fig. 3 shows a range profile.
도1 에 도시된 바와 같이, 레이더는 표적을 탐지할 수 있는 최소 거리(Rmin)와 최대 거리(Rmax) 사이에서 운용되도록 설계되고, 표적의 거리 변화를 감지할 수 있는 거리 분해능(ΔR)도 설계시에 미리 결정된다. 레인지 빈은 최소 거리(Rmin)와 최대 거리(Rmax) 사이의 거리를 거리 분해능(ΔR)에 의해 구분한 각각의 구간을 의미한다. 즉 레인지 빈 각각의 폭은 거리 분해능(ΔR)을 갖는다. 거리 방향 해상도인 거리 분해능(ΔR)은 레이더의 대역폭에 의해 결정될 수 있으며, 이는 레이더가 서로 다른 레인지 빈에 존재하는 표적, 즉 거리차가 구분되는 표적에 대해서는 용이하게 구분하여 검출할 수 있음을 의미한다.The radar is designed to operate between the minimum distance that can detect a target (R min) and the maximum range (R max), the distance resolution (ΔR) which can detect the change in distance of the target as shown in Figure 1 Is also predetermined at the time of designing. The range bin means a section between the minimum distance (R min ) and the maximum distance (R max ) divided by the distance resolution (ΔR). That is, the width of each of the range bins has a distance resolution (? R). The distance resolution (DELTA R), which is the distance direction resolution, can be determined by the bandwidth of the radar, which means that the radar can easily distinguish and detect a target existing in a different range bin, i.e., .
그리고 크로스 레인지는 도2 에 도시된 바와 같이 거리 수직 방향을 의미한다.And the cross-range means the vertical direction of the distance as shown in Fig.
도2 에 도시된 종래의 도플러 처리(Doppler Processing : 이하 DP)에서 레이더는 CPI 동안 N(여기서 N은 2 이상의 자연수)개의 펄스 신호를 송수신하고, 레인지 빈의 개수는 M(여기서 M은 2 이상의 자연수)개인 것으로 가정한다.In the conventional Doppler processing (DP) shown in FIG. 2, the radar transmits and receives N pulse signals (where N is a natural number of 2 or more) during the CPI, and the number of range bins is M ).
도2 에 도시된 바와 같이, DP는 CPI 에 포함된 N개의 펄스 반복 구간(PRI)에 각각 수신된 수신 신호들(PRI1 ~ PRIN)을 M개의 레인지 빈으로 구분하고, M개의 레인지 빈으로 구분된 N개의 수신 신호(PRI1 ~ PRIN)들을 크로스 레인지 방향으로 푸리에 변환(Fourier transform), 즉 도플러 프로세싱을 수행하여 도플러 주파수(fd)를 도출한다.As shown in FIG. 2, the DP divides the received signals PRI1 to PRIN received in the N pulse repeats (PRI) included in the CPI into M number of range bins, N received signals (PRI1 ~ PRIN) in cross-range direction Fourier transform (Fourier transform), i.e. performs a Doppler processing to derive the Doppler frequency (f d).
크로스 레인지 도플러 처리에서 코히어런트 탐지 방식의 적분 기법은 동일한 레인지 빈의 데이터들을 도플러 프로세싱, 즉 푸리에 변환하여 주파수 영역에서 임계값을 초과하는 피크를 검출함으로써 도플러 주파수(fd)를 획득하고, 도플러 주파수를 이용하여 표적을 탐지한다.In the cross-range Doppler processing, the coherent detection scheme integration technique obtains the Doppler frequency f d by Doppler processing, i.e. Fourier transform, the data of the same range bin to detect peaks exceeding the threshold value in the frequency domain, Use the frequency to detect the target.
도3 에 도시된 레인지 프로파일은 하나의 펄스에 대응되는 수신신호의 크기를 1차원의 레인지 도메인에 나타낸 것을 CPI 동안 N개의 펄스를 송수신하면 총 N개의 레인지 프로파일이 획득되는데 각 레인지 프로파일을 크로스 레인지 방향으로 쌓으면 (a) 및 (b)와 같은 2차원 그래프가 획득된다.The range profile shown in FIG. 3 shows the size of the received signal corresponding to one pulse in the one-dimensional range domain. When N pulses are transmitted and received during the CPI, a total of N range profiles are obtained. Each of the range profiles is cross- A two-dimensional graph such as (a) and (b) is obtained.
표적이 정지해있거나 표적의 이동 속도가 느린 경우에는 (a)에 도시된 바와 같이, 표적으로부터 반사된 수신 신호가 모두 동일한 레인지 빈에 위치하게 된다. 이 경우, 상기한 바와 같이, 기존의 DP를 통해 정확한 도플러 주파수(fd)의 추정이 가능하고, 추정된 도플러 주파수(fd)를 보상하여 표적을 용이하게 탐지할 수 있다.When the target is stationary or the moving speed of the target is slow, the received signals reflected from the target are all located in the same range bin as shown in (a). In this case, as described above, the accurate Doppler frequency f d can be estimated through the conventional DP, and the target can be easily detected by compensating the estimated Doppler frequency f d .
그러나 표적이 고속으로 이동하는 경우에는, (b)에 도시된 바와 같이, CPI 구간 동안, 표적이 단일 레인지 빈의 범위를 초과 이동하게 되므로, 표적으로부터 반사된 수신 신호가 복수개의 레인지 빈에 분산되어 검출되는 레인지 워크가 발생한다. 레인지 워크가 발생하게 되면, (b)와 같이 각 PRI에서 수신되는 표적 성분이 복수개의 레인지 빈(도2 의 (b)에서는 5개)에 걸쳐서 나타나게 되므로 레인지 정렬(Range Alignment)없이 DP를 수행하는 경우 정확한 도플러 주파수의 추정이 어렵다. 즉 코히어런트 탐지 성능의 열화가 발생한다.However, when the target moves at a high speed, as shown in (b), during the CPI period, the target moves beyond the range of a single range bin, so that the received signals reflected from the target are dispersed in a plurality of range bins A detected range work is generated. When the range work occurs, the target component received in each PRI appears over a plurality of range bins (five in FIG. 2B) as shown in (b), so DP is performed without range alignment It is difficult to estimate the accurate Doppler frequency. That is, coherent detection performance deteriorates.
본 발명의 목적은 고속으로 이동하는 표적에 대해 레인지 워크를 보상하여 탐지 성능의 열화가 발생하지 않도록 하는 이동 표적 탐지 장치를 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a moving target detection device that compensates for a range work for a target moving at high speed, thereby preventing deterioration of detection performance.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 이동 표적 탐지 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a mobile target detection method for achieving the above object.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 이동 표적 탐지 장치는 CPI(coherent processing interval) 동안 기설정된 PRI(pulse repetition interval)에 따라 송신 신호가 표적에 반사되어 인가되는 N(N은 2 이상의 자연수)개의 수신 신호를 인가받고, 수신된 N개의 수신신호에 대해 기설정된 M(M은 2 이상의 자연수)개의 레인지 빈 각각으로 DP(Doppler Processing)를 수행하여 레인지 워크가 발생한 레인지 워크 범위를 추정하는 레인지 워크 범위 추정부; 상기 레인지 워크 범위와 상기 수신 신호에서 표적 성분이 최초 검출된 레인지 빈을 이용하여 상기 레인지 워크 범위 내의 수신 신호들에 포함된 표적 성분의 위치를 추정하는 위치 계산부; 상기 표적 성분의 위차와 대응하는 상기 레인지 빈의 거리값을 보간하여 보간값을 획득하는 보간부; 상기 보간값들에 대해 squint cross range 방향으로 푸리에 변환하는 SDP(Squint Doppler Processing)를 수행하며, SDP 수행 결과 값 중 피크값으로부터 도플러 주파수를 획득하는 도플러 프로세싱부; 및 획득된 도플러 주파수를 이용하여 상기 수신 신호를 보정하고, squint cross range 방향으로 적분하여 코히어런트 탐지를 수행하여 표적을 탐지하는 표적 탐지부;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a mobile target detection apparatus including N (N is an integer equal to or greater than 2) to which a transmission signal is reflected on a target according to a preset pulse repetition interval (PRI) during a coherent processing interval (M is a natural number equal to or greater than 2) range bin for each of the N received signals, and performs a DP (Doppler Processing) to estimate a range work range in which the range work occurred Range work range estimating unit; A position calculator for estimating a position of the target component included in the received signals within the range work range using the range work range and the range bin in which the target component is first detected in the received signal; An interpolation unit interpolating the distance value of the range bin corresponding to the difference of the target component to obtain an interpolation value; A Doppler processing unit performing SDP (Squint Doppler Processing) for Fourier transforming the interpolated values in a squint cross range direction and obtaining a Doppler frequency from a peak value of SDP resultant values; And a target detection unit for detecting the target by performing coherent detection by correcting the received signal using the obtained Doppler frequency and integrating the received signal in the squint cross range direction.
상기 레인지 워크 범위 추정부는 상기 M개의 레인지 빈 각각에 대해 상기 DP를 수행하고, 상기 DP 수행 결과 최대값이 기설정된 기준 최대값 이상인 피크 영역을 분석하여 상기 레인지 워크 범위를 추정하는 것을 특징으로 한다.The range work range estimator may perform the DP for each of the M range bin and analyze the peak range where the maximum value of the DP result is equal to or greater than a predetermined reference maximum value to estimate the range work range.
상기 레인지 워크 범위 추정부는 상기 수신 신호에 노이즈가 포함되어 상기 최대값이 상기 기준 최대값 미만이면, 상기 기설정된 최소 도플러 속도를 가정하여 가상 레인지 위크 범위를 설정하는 것을 특징으로 한다.The range work range estimating unit may set a range of a virtual range assuming the predetermined minimum Doppler velocity if the received signal includes noise and the maximum value is less than the reference maximum value.
상기 레인지 워크 범위 추정부는 상기 가상 레인지 위크 범위에 대응하는 윈도우를 생성하고, 상기 윈도우를 이동하면서, 상기 SDP 수행 결과로 획득되는 피크값들을 비교하여, 기설정된 기준 피크값 이상의 차이를 발생하는 피크값을 검출하고, 상기 기준 피크값 이상의 차이를 발생하는 피크값에 대응하는 윈도우의 위치를 기준으로 상기 윈도우의 크기를 증가시키면서 상기 SDP를 수행하여, 상기 피크값의 크기가 더 이상 증가되지 않는 윈도우의 크기를 상기 레인지 워크 범위로 설정하는 것을 특징으로 한다.The range work range estimator may generate a window corresponding to the virtual range Weekic range and compare the peak values obtained as a result of the SDP performance while moving the window to obtain a peak value And performing the SDP while increasing the size of the window based on the position of the window corresponding to the peak value that causes the difference to be greater than or equal to the reference peak value so that the size of the window in which the magnitude of the peak value is not further increased And the size is set to the range work range.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 이동 표적 탐지 방법은 레인지 워크 범위 추정부, 위치 계산부, 보간부, 도플러 프로세싱부 및 표적 탐지부를 포함하는 이동 표적 탐지 장치의 이동 표적 탐지 방법에 있어서, 상기 레인지 워크 범위 추정부가 CPI(coherent processing interval) 동안 기설정된 PRI(pulse repetition interval)에 따라 송신 신호가 표적에 반사되어 인가되는 N(N은 2 이상의 자연수)개의 수신 신호를 인가받는 단계; 상기 레인지 워크 범위 추정부가 상기 수신된 N개의 수신신호에 대해 기설정된 M(M은 2 이상의 자연수)개의 레인지 빈 각각으로 DP(Doppler Processing)를 수행하여 레인지 워크가 발생한 레인지 워크 범위를 추정하는 단계; 상기 위치 계산부가 상기 레인지 워크 범위와 상기 수신 신호에서 표적 성분이 최초 검출된 레인지 빈을 이용하여 상기 레인지 워크 범위 내의 수신 신호들에 포함된 표적 성분의 위치를 추정하는 단계; 상기 보간부가 상기 표적 성분의 위차와 대응하는 상기 레인지 빈의 거리값을 보간하여 보간값을 획득하는 단계; 상기 도플러 프로세싱부가 상기 보간값들에 대해 squint cross range 방향으로 푸리에 변환하는 SDP(Squint Doppler Processing)를 수행하는 단계; 상기 도플러 프로세싱부가 상기 SDP 수행 결과 값 중 피크값으로부터 도플러 주파수를 획득하는 단계; 상기 획득된 도플러 주파수를 이용하여 상기 수신 신호를 보정하는 단계; 및 상기 표적 탐지부가 상기 보정된 수신 신호를 상기 squint cross range 방향으로 적분하여 코히어런트 탐지를 수행하여 표적을 탐지하는 단계; 를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for detecting a moving target in a moving target detection apparatus including a range work estimating unit, a position calculating unit, an interpolating unit, a Doppler processing unit, and a target detecting unit , Wherein the range work range estimator receives N (N is a natural number equal to or greater than 2) number of received signals reflected by a target in response to a predetermined pulse repetition interval (PRI) during a coherent processing interval (CPI) ; Estimating a range work range in which the range work occurs in which the range work range estimating unit performs DP (Doppler Processing) with each of M (M is a natural number equal to or larger than 2) range beans for the N received signals received; Estimating a position of a target component included in the received signals within the range work range using the range work range and the range bin in which the target component is first detected in the received signal; Interpolating the distance value of the range bin corresponding to the difference of the target component to obtain an interpolated value; Performing Squid Doppler Processing (SDP) in which the Doppler processing unit Fourier-transforms the interpolation values in a squint cross range direction; Wherein the Doppler processing unit obtains a Doppler frequency from a peak value of the SDP resultant value; Correcting the received signal using the obtained Doppler frequency; And the target detection unit integrating the corrected received signal in the squint cross range direction to perform coherent detection to detect a target; .
상기 레인지 워크 범위를 추정하는 단계는 상기 M개의 레인지 빈 각각에 대해 상기 DP를 수행하는 단계; 상기 DP 수행 결과 최대값이 기설정된 기준 최대값 이상인 피크 영역을 탐색하는 단계; 및 상기 최대값이 기설정된 기준 최대값 이상인 피크 영역을 상기 레인지 워크 범위로 추정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein estimating the range work range comprises: performing the DP for each of the M range bin; Searching for a peak area in which the maximum value of the DP results is equal to or greater than a predetermined reference maximum value; And estimating a peak area in which the maximum value is equal to or greater than a predetermined reference maximum value in the range work range; And a control unit.
따라서, 본 발명의 이동 표적 탐지 장치 및 방법은 표적이 고속으로 이동하여 레이더의 수신 신호에 레인지 워크가 발생한 경우나, 수신 신호의 SNR이 매우 낮은 환경에서도 표적에 대한 정확한 도플러 주파수 추정이 가능하며, 추정된 도플러 주파수를 이용하여 수신 신호를 보상함으로써 코히어런트 탐지 성능을 획기적으로 향상 시킬 수 있다.Therefore, the moving target detection apparatus and method of the present invention can accurately estimate the Doppler frequency for a target even when the target travels at a high speed and a range work is generated in the received signal of the radar, or in an environment where the SNR of the received signal is very low, The coherent detection performance can be remarkably improved by compensating the received signal using the estimated Doppler frequency.
도1 은 레이더에서 레인지 빈과 크로스 레인지의 개념을 설명하기 위한 도면
도2 는 도플러 주파수를 검출하기 위한 종래의 도플러 처리 개념을 나타낸다.
도3 은 레인지 프로파일을 나타낸다.
도4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 표적 탐지 장치를 나타낸다.
도5 는 레인지 빈별 푸리에 변환 최대값을 시뮬레이션한 도면이다.
도6 은 본 발명의 SDP와 기존의 DP 수행 결과를 비교하여 나타낸 도면이다.
도7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 표적 탐지 방법을 나타낸다.1 is a view for explaining the concept of a range bin and a cross range in a radar;
Figure 2 shows a conventional Doppler processing concept for detecting Doppler frequency.
Figure 3 shows the range profile.
4 shows a mobile target detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph simulating the maximum value of Fourier transform by range bin.
FIG. 6 is a view showing a comparison between the SDP of the present invention and a conventional DP performance result.
7 illustrates a method of detecting a moving target according to an embodiment of the present invention.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention can be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described. In order to clearly describe the present invention, parts that are not related to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings denote the same members.
명세서 전체에서, 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 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when an element is referred to as "including" an element, it does not exclude other elements unless specifically stated to the contrary. The terms "part", "unit", "module", "block", and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, And a combination of software.
본 발명에 따른 이동 표적 탐지 장치 및 방법을 설명하기에 앞서, 코히어런트 탐지 성능의 열화가 발생하는 원인을 정확히 확인할 필요가 있다. 이에 코히어런트 탐지 성능의 열화가 발생하는 원인을 하기에서 분석한다.Before describing the mobile target detection apparatus and method according to the present invention, it is necessary to accurately ascertain the cause of deterioration of coherent detection performance. The cause of deterioration of the coherent detection performance is analyzed below.
선형 주파수 변조(Linear Frequency Modulation : LFM) 신호를 송수신하는 바이스태틱 레이더 시스템에서 송신부가 송신한 송신 신호가 표적에 도달한 후 산란되어 수신부로 수신되는 수신 신호(r(t))는 수학식 1과 같이 나타난다.In the bistatic radar system for transmitting and receiving a linear frequency modulation (LFM) signal, a reception signal r (t), which is scattered after a transmission signal transmitted by a transmission unit reaches a target and is received by a reception unit, Appears together.
여기서, t는 시간을 나타내고, c는 전파 속도(c=3ㅧ108 ㎧)를 의미하며, fc는 반송파의 주파수를 나타내며, τ0는 송신 신호의 펄스폭을 나타낸다. α는 처프비(chirp rate)을 나타낸다. R(t)는 레이터로부터 표적까지의 거리로서 
수학식 1 의 수신 신호(r(t))는 직교 수신기(quadrature receiver)를 통과하여 기저 대역 신호로 변환되고, 정합 필터(matched filter)를 통과함으로써, 펄스 압축된다. 정합 필터의 펄스 임펄스 응답(h(t))는 
여기서 A는 
도2 의 (a)와 같이 레인지 워크가 발생하지 않는 환경에서는 펄스 압축된 신호의 피크 치가 각 PRI에서 동일한 레인지 빈에 위치하게 되고 레인지 빈에서 신호의 진폭 성분, 즉 수학식 2의 
따라서 정합 필터를 통과한 수신 신호를 도1 과 같이 크로스 레인지 방향으로 푸리에 변환, 즉 도플러 프로세싱하면, 
그러나 수신 신호에 레인지 워크가 발생하게 되면 동일한 레인지 빈의 신호의 진폭 성분이 상수가 아닐뿐만 아니라, 표적 성분이 포함되지 않은 레인지 빈도 존재하므로 도플러 프로세싱을 통해 획득되는 도플러 주파수(fd)에 무시할 수 없는 오차가 포함된다. 그리고 오차를 포함한 도플러 주파수(fd)를 이용하여 수신 신호를 보정하고 코히어런트 적분하는 경우 탐지 성능에 열화가 발생한다.However, when a range work occurs in the received signal, the amplitude component of the signal of the same range bin is not constant, and since there is a range frequency that does not include the target component, the Doppler frequency f d obtained through Doppler processing can be neglected Included is an error. The detection performance is deteriorated when the received signal is corrected and the coherent integration is performed using the Doppler frequency (f d ) including the error.
도4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 표적 탐지 장치를 나타낸다.4 shows a mobile target detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명에서도 상기한 바와 마찬가지로 CPI 동안 N(여기서 N은 2 이상의 자연수)개의 펄스 신호를 송수신하고, 레인지 빈의 개수는 M(여기서 M은 2 이상의 자연수)개인 것으로 가정한다.Also in the present invention, it is assumed that during the CPI, N (where N is a natural number equal to or greater than two) pulse signals are transmitted and received, and the number of range bins is M (where M is a natural number of 2 or more).
도4 를 참조하면 본 발명의 이동 표적 탐지 장치는 레인지 워크 범위 추정부(10), 위치 계산부(20), 보간부(30), 도플러 프로세싱부(40) 및 표적 탐지부(50)를 포함한다.4, the moving target detection apparatus of the present invention includes a range work
먼저 레인지 워크 범위 추정부(10)는 CPI 동안 수신되는 N개의 수신 신호에 대한 M개의 레인지 빈 각각에 대해 도플러 프로세싱하여 레인지 워크의 범위를 추정한다. 여기서 수신 신호는 상기한 바와 같이 레이더의 안테나에서 상사된 송신 신호가 표적에 반사되어 입사되는 반사 신호로서 레이더의 수신부에 의해 증폭 및 필터링과 같은 전처리 된 신호를 의미한다.First, the range work
레인지 워크 범위 추정부(10)는 M개의 레인지 빈 각각에 대해 크로스 레인지 방향으로 도플러 프로세싱인 푸리에 변환을 수행하고, 변환값 중 최대값으로부터 에너지가 큰 영역(피크 영역)을 판별한다. 이는 표적 성분이 있는 레인지 빈의 경우, 표적의 도플러 주파수 성분에 대응하는 위치에 에너지가 집중할 것이므로, 특정 레인지 빈에서는 에너지가 큰 반면, 잡음만 있는 레인지 빈의 경우, 푸리에 변환을 하면 에너지가 전 구간에 균등하게 분포되어 각 레인지 빈에 표적 성분이 포함되어 있는지 여부를 용이하게 판단할 수 있기 때문이다. 레인지 워크 범위 추정부(10)는 변환값 중 최대값이 기설정된 기준값 이상인지 여부를 판별하여 피크 영역을 판별할 수 있다.The range work
도5 는 레인지 빈별 푸리에 변환 최대값을 시뮬레이션한 도면이다.5 is a graph simulating the maximum value of Fourier transform by range bin.
도5 에 도시된 바와 같이 레인지 빈 각각에 대해 크로스 레인지 방향으로 도플러 프로세싱인 푸리에 변환을 수행하면, 표적 성분이 있는 레인지 빈의 경우, 표적의 도플러 주파수 성분에 대응하는 위치에 에너지가 집중되어 표적 성분이 포함된 레인지 빈을 용이하게 추출할 수 있다.As shown in Fig. 5, when the Fourier transform is performed in the cross-range direction with respect to each of the range bins, in the case of the range bin with the target component, energy is concentrated at the position corresponding to the Doppler frequency component of the target, Can easily be extracted.
위치 계산부(20)는 표적 성분이 존재할 위치를 판별한다. 레인지 워크 범위가 도3 의 (b)에 도시된 바와 같이 mΔ(여기서 Δ는 range gate interval)로 거리 분해능(ΔR)이고, CPI 내에 PRI 가 n번 존재(도2 에서는 n=N)하는 것으로 가정할 때, 레인지 워크 범위 내의 첫번째 PRI의 수신 신호에서 표적 성분의 위치가 t1이면, 두번째 PRI의 수신 신호에서 표적 성분의 위치 t2는 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.The
여기서 레인지 워크 범위 내의 첫번째 PRI의 수신 신호에서 표적 성분의 위치(t1)는 레인지 워크 범위내에서 최초 검출한 레인지 빈을 이용하여 획득할 수 있다. 상기한 바와 같이 레인지 빈은 레이더의 거리 분해능(ΔR)에 따라 구분된 구간으로 표적 성분이 최초 검출된 레인지 빈(도3 의 (b)에서는 k번째 레인지 빈)을 판별할 수 있으면, 첫번째 PRI의 수신 신호에서 표적 성분의 위치(t1)를 판별할 수 있다.Here, the position (t 1 ) of the target component in the received signal of the first PRI within the range work range can be obtained using the range bin detected first within the range work range. As described above, if the range bin is discriminated according to the distance resolution (R) of the radar and the range bin (the k-th range bin in FIG. 3 (b) The position (t 1 ) of the target component in the received signal can be determined.
그리고 보간부(30)는 위치 계산부(20)에서 추정한 표적 성분의 위치와 레인지 빈의 거리값을 보간하여 보간값을 획득한다. 상기한 바와 같이 레인지 빈이 대응하는 거리값은 레이더에서 미리 결정되어 있으므로, 보간부는 위치 계산부(20)에서 추정한 표적 성분의 위치와 각 레인지 빈의 거리 값을 보간하여 보간값을 획득한다. 여기서 표적 성분의 위치는 DP에 의해 복소수 값의 형태를 가지므로 실수부와 허수부를 분리하여 각각 보간한 후 다시 합하는 방식으로 복소 보간값을 획득한다.The
도플러 프로세싱부(40)는 위치 계산부에서 획득한 복소 보간값들에 대해 푸리에 변환을 수행한다. 이때 복소 보간값들은 도3 의 (b)와 달리 정확한 크로스 레인지가 아닌 squint cross range 방향에 위치하게 되므로, 복소 보간값들 각각은 mΔ/n+PRI 만큼씩 균일한 시간 간격으로 떨어져 있게 된다.The
이와 같이, squint cross range 방향에 위치하는 복소 보간값들에 대한 도플러 프로세싱을 수행하는 과정을 본 발명에서는 Squint Doppler Processing(SDP)라 명명한다.The process of performing Doppler processing on the complex interpolation values located in the squint cross range direction is referred to as Squint Doppler Processing (SDP) in the present invention.
만일 레인지 워크 구간을 추정하는 과정에서 잡음이 많이 삽입되어 레인지 워크 범위를 결정할 수 없는 경우, 레인지 워크 범위 추정부(10)는 최소의 도플러 속도를 가정하여 가상의 레인지 위크 범위를 설정한 후, 이에 대응하는 크기의 윈도우를 이동시키면서 SDP를 수행할 수 있다. 이를 통해 다른 피크값과 기준 피크값 이상의 차이를 갖는 피크값이 검출되는 윈도우의 위치가 결정되면, 피크값의 크기가 계속 커질 때까지 윈도우의 크기를 증가시키며, SDP를 수행하여 보다 정확한 도플러 주파수 추정이 가능하도록 한다. 그리고 피크값의 크기가 더 이상 증가하지 않는 순간의 윈도우의 크기가 레인지 워크 범위에 해당한다.If the range work range can not be determined by inserting a lot of noises in the course of estimating the range work range, the range work
즉 이동 표적 탐지 장치는 최소의 도플러 속도에 대응하는 레인지 워크 범위를 임의로 설정하고, 설정된 레인지 워크 범위에 대응하는 윈도우를 이동시키며 SDP를 수행하여 피크값의 크기를 판단하며, 피크값의 크기가 최대가 되도록 윈도우를 이동하고 크기를 가변하여 최적의 레인지 워크 범위를 도출한다.That is, the moving target detection apparatus arbitrarily sets a range work range corresponding to a minimum Doppler velocity, moves a window corresponding to a set range work range, performs SDP to determine the magnitude of a peak value, And the range of the window is varied to derive an optimum range work range.
그리고 표적 탐지부(50)는 SDP를 통해 검출된 도플러 주파수를 이용하여 표적 성분 수신 신호를 보정한 후, squint cross range 방향으로 적분하여 코히어런트 탐지를 수행한다. 여기서 코히어런트 탐지를 수행하는 기법은 공지된 기술이므로 상세하게 설명하지 않는다.Then, the
도6 은 본 발명의 SDP와 기존의 DP 수행 결과를 비교하여 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a view showing a comparison between the SDP of the present invention and a conventional DP performance result.
도6 에 도시된 바와 같이 본 발명의 SDP를 이용하는 경우, 기존의 DP에 비해 매우 정확한 도플러 주파수(fd)를 도출할 수 있다. 도플러 주파수(fd)는 도6 에 도시된 바와 같이 DP 및 SDP 수행 결과에서 피크값을 나타내는 주파수로 선택될 수 있다.As shown in FIG. 6, when the SDP of the present invention is used, it is possible to derive a Doppler frequency f d which is more accurate than the conventional DP. The Doppler frequency f d may be selected as a frequency indicating a peak value in the DP and SDP performance results as shown in FIG.
도7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 표적 탐지 방법을 나타낸다.7 illustrates a method of detecting a moving target according to an embodiment of the present invention.
도4 를 참조하여 도7 의 이동 표적 탐지 방법을 설명하면, 우선 레인지 워크 범위 추정부(10)가 CPI 동안 수신되는 N개의 수신 신호를 수신한다(S11). 그리고 레인지 워크 범위 추정부(10)는 기설정된 M개의 레인지 빈 각각에 대해 크로스 레인지 방향으로 도플러 프로세싱인 푸리에 변환을 수행한다(S12).Referring to FIG. 4, the moving target detection method of FIG. 7 will be described. First, the range
이후 레인지 워크 범위 추정부(10)는 레인지 빈 별 도플러 프로세싱 결과를 분석하여 최대 에너지 영역을 판별한다(S13). 레인지 워크 범위 추정부(10)는 판별된 최대 에너지 영역을 기초로 레인지 워크 범위(mΔ)를 설정한다(S14). Then, the range work
레인지 워크 범위(mΔ)가 설정되면, 위치 계산부(20)는 수신 신호에서 표적 신호의 위치를 수학식 3 에 따라 추정한다(S15).When the range work range (m?) Is set, the
이에 보간부(30)는 위치 계산부(20)에서 추정한 표적 성분의 위치와 레인지 빈의 거리값을 보간하여 보간값을 획득한다(S16). 보간값이 획득되면, 도플러 프로세싱부(40)이 squint cross range 방향으로 위치하는 보간값들에 대해 SDP를 수행하여 도플러 주파수(fd)를 획득한다(S17).The
도플러 주파수(fd)가 획득되면, 표적 탐지부(50)는 SDP를 통해 검출된 도플러 주파수를 이용하여 표적 성분 수신 신호를 보정한다(S18). 그리고 보정된 수신 신호를 squint cross range 방향으로 적분하여 코히어런트 탐지를 수행함으로써 표적을 탐지한다.When the Doppler frequency f d is obtained, the
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The method according to the present invention can be implemented as a computer-readable code on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and a carrier wave (for example, transmission via the Internet). The computer-readable recording medium may also be distributed over a networked computer system so that computer readable code can be stored and executed in a distributed manner.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art.
따라서, 본 발명의 진정 한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
Claims (8)
상기 레인지 워크 범위와 상기 수신 신호에서 표적 성분이 최초 검출된 레인지 빈을 이용하여 상기 레인지 워크 범위 내의 수신 신호들에 포함된 표적 성분의 위치를 추정하는 위치 계산부;
상기 표적 성분의 위차와 대응하는 상기 레인지 빈의 거리값을 보간하여 보간값을 획득하는 보간부;
상기 보간값들에 대해 squint cross range 방향으로 푸리에 변환하는 SDP(Squint Doppler Processing)를 수행하며, SDP 수행 결과 값 중 피크값으로부터 도플러 주파수를 획득하는 도플러 프로세싱부; 및
획득된 도플러 주파수를 이용하여 상기 수신 신호를 보정하고, squint cross range 방향으로 적분하여 코히어런트 탐지를 수행하여 표적을 탐지하는 표적 탐지부; 를 포함하며,
상기 레인지 워크 범위 추정부는
상기 레인지 위크 범위에 대응하는 윈도우를 생성하고, 상기 윈도우를 이동하면서, 상기 SDP 수행 결과로 획득되는 피크값들을 비교하여, 기설정된 기준 피크값 이상의 차이를 발생하는 피크값을 검출하고, 상기 기준 피크값 이상의 차이를 발생하는 피크값에 대응하는 윈도우의 위치를 기준으로 상기 윈도우의 크기를 증가시키면서 상기 SDP를 수행하여, 상기 피크값의 크기가 더 이상 증가되지 않는 윈도우의 크기를 상기 레인지 워크 범위로 설정하는 것을 특징으로 하는 이동 표적 탐지 장치.N (N is a natural number equal to or greater than 2) reception signals to which a transmission signal is reflected and applied to a target according to a predetermined pulse repetition interval (PRI) during a CPI (coherent processing interval) A range work range estimator for estimating a range work range in which the range work occurred by performing DP (Doppler Processing) with each of the set M (M is a natural number of 2 or more) range bin;
A position calculator for estimating a position of the target component included in the received signals within the range work range using the range work range and the range bin in which the target component is first detected in the received signal;
An interpolation unit interpolating the distance value of the range bin corresponding to the difference of the target component to obtain an interpolation value;
A Doppler processing unit performing SDP (Squint Doppler Processing) for Fourier transforming the interpolated values in a squint cross range direction and obtaining a Doppler frequency from a peak value of SDP resultant values; And
A target detection unit for detecting a target by performing coherent detection by correcting the received signal using the obtained Doppler frequency and integrating the received signal in a squint cross range direction; / RTI >
The range work range estimating unit
A window corresponding to the range of the range wok is generated and the peak value obtained as a result of the SDP execution is compared while moving the window to detect a peak value which causes a difference of more than a predetermined reference peak value, And performing the SDP while increasing the size of the window based on the position of the window corresponding to the peak value that causes a difference of at least a value of the window, Wherein the moving target detection unit detects the moving target.
상기 M개의 레인지 빈 각각에 대해 상기 DP를 수행하고, 상기 DP 수행 결과 최대값이 기설정된 기준 최대값 이상인 피크 영역을 분석하여 상기 레인지 워크 범위를 추정하는 것을 특징으로 하는 이동 표적 탐지 장치.The apparatus of claim 1, wherein the range work range estimator
Performs the DP for each of the M range bins, and estimates the range work range by analyzing a peak area in which the maximum value of the DP results is equal to or greater than a predetermined reference maximum value.
상기 수신 신호에 노이즈가 포함되어 상기 최대값이 상기 기준 최대값 미만이면, 상기 기설정된 최소 도플러 속도를 가정하여 가상 레인지 위크 범위를 설정하는 것을 특징으로 하는 이동 표적 탐지 장치.The apparatus of claim 2, wherein the range work range estimator
Wherein the mobile station sets a virtual range wake range based on the predetermined minimum Doppler velocity if the received signal includes noise and the maximum value is less than the reference maximum value.
수학식
(여기서, m은 상기 레인지 워크 범위 내에 포함된 레인지 빈의 개수이고, Δ는 range gate interval로 레인지 빈의 간격을 나타내며, n은 레인지 워크 범위 내에서 수신된 수신 신호의 개수이다.)
에 따라 상기 수신 신호에서 표적 성분의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 이동 표적 탐지 장치.The apparatus of claim 1, wherein the position calculation unit
Equation
(Where m is the number of range bins included in the range work range,? Is the range gap interval in the range gate interval, and n is the number of received signals received within the range work range).
And estimates the position of the target component in the received signal according to the received signal.
상기 레인지 워크 범위 추정부가 CPI(coherent processing interval) 동안 기설정된 PRI(pulse repetition interval)에 따라 송신 신호가 표적에 반사되어 인가되는 N(N은 2 이상의 자연수)개의 수신 신호를 인가받는 단계;
상기 레인지 워크 범위 추정부가 상기 수신된 N개의 수신신호에 대해 기설정된 M(M은 2 이상의 자연수)개의 레인지 빈 각각으로 DP(Doppler Processing)를 수행하여 레인지 워크가 발생한 레인지 워크 범위를 추정하는 단계;
상기 위치 계산부가 상기 레인지 워크 범위와 상기 수신 신호에서 표적 성분이 최초 검출된 레인지 빈을 이용하여 상기 레인지 워크 범위 내의 수신 신호들에 포함된 표적 성분의 위치를 추정하는 단계;
상기 보간부가 상기 표적 성분의 위차와 대응하는 상기 레인지 빈의 거리값을 보간하여 보간값을 획득하는 단계;
상기 도플러 프로세싱부가 상기 보간값들에 대해 squint cross range 방향으로 푸리에 변환하는 SDP(Squint Doppler Processing)를 수행하는 단계;
상기 도플러 프로세싱부가 상기 SDP 수행 결과 값 중 피크값으로부터 도플러 주파수를 획득하는 단계;
상기 획득된 도플러 주파수를 이용하여 상기 수신 신호를 보정하는 단계; 및
상기 표적 탐지부가 상기 보정된 수신 신호를 상기 squint cross range 방향으로 적분하여 코히어런트 탐지를 수행하여 표적을 탐지하는 단계; 를 포함하며,
상기 레인지 워크 범위 추정부가 레인지 워크가 발생한 레인지 워크 범위를 추정하는 단계는,
상기 레인지 위크 범위에 대응하는 윈도우를 생성하고, 상기 윈도우를 이동하면서, 상기 SDP 수행 결과로 획득되는 피크값들을 비교하여, 기설정된 기준 피크값 이상의 차이를 발생하는 피크값을 검출하고, 상기 기준 피크값 이상의 차이를 발생하는 피크값에 대응하는 윈도우의 위치를 기준으로 상기 윈도우의 크기를 증가시키면서 상기 SDP를 수행하여, 상기 피크값의 크기가 더 이상 증가되지 않는 윈도우의 크기를 상기 레인지 워크 범위로 설정하는 것을 특징으로 하는 이동 표적 탐지 방법.A moving target detection method for a moving target detection apparatus including a range work range estimating unit, a position calculating unit, an interpolating unit, a Doppler processing unit, and a target detecting unit,
Receiving N (N is a natural number equal to or greater than 2) reception signals to which a transmission signal is reflected and applied in accordance with a preset pulse repetition interval (PRI) during a coherent processing interval (CPI);
Estimating a range work range in which the range work occurs in which the range work range estimating unit performs DP (Doppler Processing) with each of M (M is a natural number equal to or larger than 2) range beans for the N received signals received;
Estimating a position of a target component included in the received signals within the range work range using the range work range and the range bin in which the target component is first detected in the received signal;
Interpolating the distance value of the range bin corresponding to the difference of the target component to obtain an interpolated value;
Performing Squid Doppler Processing (SDP) in which the Doppler processing unit Fourier-transforms the interpolation values in a squint cross range direction;
Wherein the Doppler processing unit obtains a Doppler frequency from a peak value of the SDP resultant value;
Correcting the received signal using the obtained Doppler frequency; And
The target detection unit integrating the corrected received signal in the squint cross range direction to perform coherent detection to detect a target; / RTI >
Wherein the step of estimating the range work range in which the range work range estimating sub-
A window corresponding to the range of the range wok is generated and the peak value obtained as a result of the SDP execution is compared while moving the window to detect a peak value which causes a difference of more than a predetermined reference peak value, And performing the SDP while increasing the size of the window based on the position of the window corresponding to the peak value that causes a difference of at least a value of the window, Wherein the moving target detection method comprises the steps of:
상기 M개의 레인지 빈 각각에 대해 상기 DP를 수행하는 단계;
상기 DP 수행 결과 최대값이 기설정된 기준 최대값 이상인 피크 영역을 탐색하는 단계; 및
상기 최대값이 기설정된 기준 최대값 이상인 피크 영역을 상기 레인지 워크 범위로 추정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 표적 탐지 방법.7. The method of claim 6, wherein estimating the range work range
Performing the DP for each of the M range bin;
Searching for a peak area in which the maximum value of the DP results is equal to or greater than a predetermined reference maximum value; And
Estimating a peak area in which the maximum value is equal to or greater than a preset reference maximum value as the range work range; And detecting the moving target.
수학식
(여기서, m은 상기 레인지 워크 범위 내에 포함된 레인지 빈의 개수이고, Δ는 range gate interval로 레인지 빈의 간격을 나타내며, n은 레인지 워크 범위 내에서 수신된 수신 신호의 개수이다.)
에 따라 상기 수신 신호에서 표적 성분의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 이동 표적 탐지 방법.7. The method of claim 6, wherein estimating the location of the target component
Equation
(Where m is the number of range bins included in the range work range,? Is the range gap interval in the range gate interval, and n is the number of received signals received within the range work range).
And estimating the location of the target component in the received signal according to the location of the target component.
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