KR101929512B1 - 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치 및 그 방법 - Google Patents

밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명은 표적으로부터 반사되어 안테나부에서 수신된 신호로부터 표적의 기하학적 특징에 따른 표적 특성이 반영된 레인지 셀들을 추출하고, 추출된 레인지 셀들 중 미리 설정된 문턱 값을 고려하여 유효 레인지 셀들을 선택하는 신호 처리부 및 선택된 유효 레인지 셀들 각각에 대한 각도 정보를 추출하고 융합하여, 표적의 타격각도를 예측하는 신호 분석부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 조우각에 따라 변하는 레인지 프로파일의 특성에 강하고, 잡음에 강건하며 표적 취약 부위에 대한 정확한 타격 각도 예측이 가능하다.

Description

밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치 및 그 방법 {APPARATUS FOR PREDICTING TARGET’S ANGLE OF ATTACK USING ANGLE INFORMATION COMBINATION TECHNIQUE OF MILLIMETER WAVE AIR-TO-GROUND RADAR AND METHOD THEREOF}
본 발명은 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용하여 표적의 취약 부위를 타격하기 위한 타격 각도를 예측하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 표적을 타격하기 위한 방법으로 모노펄스 레이다가 유도탄의 앞 부분에 장착되어 운용되는데 유도탄의 비행에서 궤적 변화율을 비행체에서 본 표적의 시선 변화율에 비례하도록 제어하는 방법인 비례항법 유도를 이용하여 표적의 주요 부위를 타격하기 위해서는 공간상에서 각도 정보가 필요하였다. 따라서, 일반적으로 표적의 주요 부위에 대한 타격점을 선택하여 그 지점에 대한 각도 정보를 유도조정 장치에 전달할 필요성이 있었다.
종래에는 표적을 타격하기 위해 조준하는 방식으로 표적으로부터 반사된 수신 신호와 표적의 레이다 반사 면적(Radar Cross Section, RCS)가 가장 큰 신호를 탐지하여 표적을 조준하고 추적하였으나, 상술한 방법은 지상 표적의 취약 부위를 타격하는데 한계가 존재하였다. 구체적으로, 레이다가 전차 표적을 추적하는 과정에서 표적과 레이다의 상대 조우각(aspect angle)에 따라서 실시간으로 표적의 레이다 반사 면적(RCS) 값이 변하므로 신호 처리 결과에 따라 나타난 전차 표적에 대한 각도 정보를 유도 조종부로 전송하게 되면 최종 종말 단계에서 큰 오차가 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 전차에서 취약부위에 해당하는 터렛(Turret)과 같이 실제 표적의 원하는 취약 부위가 아닌 상대적으로 두꺼운 철판으로 구성된 표적의 몸체 등을 타격하게 되면 표적을 한번에 파괴할 수 없어 표적이 생존하는 문제점이 있다.
본 발명은 표적과 레이다의 상대 조우각에 따라 실시간으로 변하는 표적의 취약 부위를 예측하여 타격하기 위해 표적에서 반사되는 신호를 수신하여 표적의 기하학적 특징에 따른 표적 특성이 반영된 복수 개의 레인지 셀들을 추출하고, 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 미리 설정된 문턱 값을 고려하여 미리 설정된 조건을 만족하는 유효 레인지 셀을 복수 개 선택하여, 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 각도 정보를 추출하고, 추출된 각도 정보를 융합하여 표적의 취약 부위에 해당하는 타격 각도를 예측하는 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용하여 표적의 취약 부위를 타격하기 위한 타격 각도를 예측하는 장치 및 그 방법을 개시한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치는 표적을 타격하기 위한 신호를 방사하고, 상기 방사된 신호가 상기 표적으로부터 반사된 신호를 수신하는 안테나부; 상기 수신된 신호로부터 상기 표적의 기하학적 특징에 따른 상기 표적 특성이 반영된 복수 개의 레인지 셀들을 추출하고, 상기 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 미리 설정된 문턱 값을 고려하여 미리 설정된 조건을 만족하는 레인지 셀인 유효 레인지 셀을 복수 개 선택하는 신호 처리부; 및 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 각도 정보를 추출하고, 상기 추출된 각도 정보들을 융합하여 상기 표적을 타격하기 위한 타격 각도를 예측하는 신호 분석부;를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 신호 처리부는 상기 표적에 반사된 신호의 크기를 면적의 단위로 나타낸 레이다 반사 면적 분포 데이터를 획득하고, 상기 획득된 레이다 반사 면적 분포 데이터를 역 푸리에 변환하여 상기 안테나부를 중심으로 상기 안테나부와 상기 표적 간의 거리 차이에 해당하는 레인지의 정보를 포함하는 레인지 프로파일을 생성하는 레인지 프로파일 생성부; 상기 레인지 프로파일에서 복수 개의 레인지 셀들을 추출하는 레인지 셀 추출부; 및 상기 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 잡음 신호가 상기 표적으로 간주되는 오경보가 발생할 확률인 오경보 확률에 의해 상기 미리 설정된 문턱 값을 고려하여 상기 복수 개의 유효 레인지 셀들을 선택하는 유효 레인지 셀 선택부;를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 레인지 셀 추출부는 상기 레인지 프로파일에서 상기 복수 개의 레인지 셀들 각각의 수신전력을 나타내는 피크 값의 정보 및 상기 레인지의 정보를 포함하는 상기 복수 개의 레인지 셀들의 신호 정보를 결정하는 레인지 셀 신호 정보 결정부; 상기 신호 정보가 결정된 복수 개의 레인지 셀들 중 피크 값의 크기가 가장 큰 레인지 셀부터 순서대로 상기 레인지 프로파일에서 제거하면서 상기 레인지 프로파일의 잔여 전력(Residual Power)을 계산하는 잔여 전력 계산부; 및 상기 계산된 레인지 프로파일의 잔여 전력에 기초하여 상기 복수 개의 레인지 셀들의 추출여부를 결정하는 레인지 셀 추출 결정부;를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 유효 레인지 셀 선택부는 상기 추출된 복수 개의 레인지 셀들 각각의 피크 값과 상기 미리 설정된 문턱 값을 비교하여, 상기 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 상기 미리 설정된 문턱 값 보다 큰 피크 값을 가지는 레인지 셀인 상기 복수 개의 유효 레인지 셀들을 선택하고, 상기 미리 설정된 문턱 값은 상기 오경보의 발생 빈도를 일정하게 유지하도록 상기 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중 상기 미리 설정된 문턱 값과 비교하려는 레인지 셀인 테스트 셀과 인접한 가드 셀을 제외하고, 상기 테스트 셀 외에 상기 가드 셀에 인접한 레퍼런스 셀들로 이루어진 레퍼런스 윈도우로부터 산출된 대표 값으로부터 설정된 문턱 값일 수 있다.
바람직하게, 상기 신호 분석부는 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 방위각 오차의 정보 및 고각 오차의 정보를 추출하는 각도 오차 추출부; 및 (i) 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대해 추출된 방위각 오차 및 (ii) 상기 추출된 방위각 오차를 포함하는 유효 레인지 셀의 피크 값을 이용하여 타격 방위각을 예측하고, (iii) 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대해 추출된 고각 오차 및 (iv) 상기 추출된 고각 오차를 포함하는 유효 레인지 셀의 피크 값을 이용하여 타격 고각을 예측하는 타격 각도 예측부;를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 안테나부는 상기 표적으로부터 복수 개의 채널 신호들을 수신하고, 상기 신호 처리부는 상기 안테나부에서 수신한 복수 개의 채널 신호들을 통해 합 채널 신호를 생성하는 비교기; 및 상기 생성된 합 채널 신호의 신호 대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)가 최대가 되도록 상기 합 채널 신호의 주파수를 정합(matched)하여 상기 생성된 합 채널 신호를 필터링시키는 필터부;를 더 포함하고, 상기 레인지 프로파일 생성부는 상기 필터링 된 합 채널 신호로부터 상기 레이다 반사 면적 분포 데이터를 획득하고, 상기 획득된 레이다 반사 면적 분포 데이터를 역 푸리에 변환하여 상기 레인지 프로파일을 생성할 수 있다.
바람직하게, 상기 비교기는 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 상기 안테나부에서 수신한 복수 개의 채널 신호들을 통해 방위각 방향의 제1 차 채널 신호 및 고각 방향의 제2 차 채널 신호를 생성하고, 상기 각도 오차 추출부는 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 합 채널 신호 및 상기 제1 차 채널 신호의 기울기를 이용하여 상기 방위각 오차를 추출하고, 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 합 채널 신호 및 상기 제2 차 채널 신호의 기울기를 이용하여 상기 고각 오차를 추출할 수 있다.
바람직하게, 상기 타격 각도 예측부는 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각으로부터 추출된 방위각 오차에 상기 추출된 방위각 오차를 포함하는 유효 레인지 셀의 피크 값을 곱하여 융합한 값에 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각의 피크 값이 전부 합산된 값을 나누어 산출된 하나의 방위각 오차로부터 상기 타격 방위각을 예측하고, 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각으로부터 추출된 고각 오차에 상기 추출된 고각 오차를 포함하는 유효 레인지 셀의 피크 값을 곱하여 융합한 값에 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각의 피크 값이 전부 합산된 값을 나누어 산출된 하나의 고각 오차로부터 상기 타격 고각을 예측할 수 있다.
바람직하게, 상기 레인지 셀 추출 결정부는 상기 계산된 레인지 프로파일의 잔여 전력 변화량이 달라지는 구간에서 상기 레인지 셀의 제거를 중단하여 상기 피크 값이 가장 큰 레인지 셀부터 상기 잔여 전력의 변화량이 달라지는 구간 바로 전에 제거된 레인지 셀까지 추출할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 방법은 표적을 타격하기 위한 신호를 방사하고, 상기 방사된 신호가 상기 표적으로부터 반사된 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 신호로부터 상기 표적의 기하학적 특징에 따른 상기 표적 특성이 반영된 복수 개의 레인지 셀들을 추출하는 단계; 상기 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 미리 설정된 문턱 값을 고려하여 미리 설정된 조건을 만족하는 레인지 셀인 유효 레인지 셀을 복수 개 선택하는 단계; 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 각도 정보를 추출하는 단계; 및 상기 추출된 각도 정보들을 융합하여 상기 표적을 타격하기 위한 타격 각도를 예측하는 단계;를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 복수 개의 레인지 셀들을 추출하는 단계는 상기 표적에 반사된 신호의 크기를 면적의 단위로 나타낸 레이다 반사 면적 분포 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 획득된 레이다 반사 면적 분포 데이터를 역 푸리에 변환하여 상기 방사되는 신호를 중심으로 상기 방사되는 신호의 위치와 상기 표적 간의 거리 차이에 해당하는 레인지의 정보를 포함하는 레인지 프로파일을 생성하는 단계;를 포함하고, 상기 생성된 레인지 프로파일에서 수신전력을 나타내는 피크 값의 정보를 포함하는 복수 개의 레인지 셀들을 추출하며, 상기 유효 레인지 셀을 복수 개 선택하는 단계는 상기 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 잡음 신호가 상기 표적으로 간주되는 오경보가 발생할 확률인 오경보 확률에 의해 상기 미리 설정된 문턱 값을 고려하여 상기 복수 개의 유효 레인지 셀들을 선택할 수 있다.
바람직하게, 상기 각도 정보를 추출하는 단계는 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 방위각 오차의 정보 및 고각 오차의 정보를 추출하고, 상기 타격 각도를 예측하는 단계는 (i) 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대해 추출된 방위각 오차 및 (ii) 상기 추출된 방위각 오차를 포함하는 유효 레인지 셀의 피크 값을 이용하여 타격 방위각을 예측하고, (iii) 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대해 추출된 고각 오차 및 (iv) 상기 추출된 고각 오차를 포함하는 유효 레인지 셀의 피크 값을 이용하여 타격 고각을 예측할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 방법이 컴퓨터에서 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면 단순한 표적의 피크 신호에 대한 각도 정보가 아닌 표적의 성분을 가지는 유효한 모든 레인지 셀들로부터 추출한 각도오차를 융합하여 실질적으로 유도 조종부에서 사용하는 표적의 취약 부위에 대한 타격 각도를 예측하므로, 잡음에 강건한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 노이즈 및 시스템의 순간적인 내부 오차로 인해서 1 개의 레인지 셀의 각도 정보에 오차가 생기더라도 최종적인 각도 정보에 미치는 영향은 작으므로, 1 개의 레인지 셀의 각도 정보에 오차가 생기더라도 표적의 취약 부위에 대한 정확한 타격 각도를 예측할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 복수 개의 레인지 셀들 중 CFAR을 통과한 유효 레인지 셀들에 대해서 각도 정보의 융합을 위한 입력을 제공하므로 표적과 레이다의 상대 조우각(aspect angle)에 따라서 실시간으로 피크 값의 위치가 변하더라도 안정적으로 타격 각도를 예측할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치의 블록도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리부의 확대 블록도를 나타낸 것이다.
도 3은 도 2의 실시 예에서 설명한 레인지 셀 추출부의 확대 블록도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 분석부의 확대 블록도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 CA-CFAR 알고리즘을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유효 레인지 셀을 선택하는 방법을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방위각 및 고각을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비교기를 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 각도 오차(Bore Sight Error, BSE)를 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표적의 타격 각도를 예측하는 방법을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 방법의 흐름도를 나타낸 것이다.
도 12은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도를 예측하는 구체적인 방법을 흐름도로 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 명세서에서 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 명세서에서, “가진다”, “가질 수 있다”, “포함한다” 또는 “포함할 수 있다”등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 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 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치의 구성을 관련된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치의 블록도를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치(10)는 안테나부(100), 신호 처리부(200) 및 신호 분석부(300)를 포함한다. 예를 들어, 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치는 종래 레이다가 전차 표적을 추적하는 과정에서 표적과 레이다의 상대 조우각에 따라 실시간으로 레이다 반사 면적 값이 변하므로 표적의 취약한 부위를 타격하기 어려운 문제점을 해결하기 위한 것으로 표적의 기하학적 특징에 따른 표적 특성이 반영된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 미리 설정된 문턱 값을 고려하여 미리 설정된 조건을 만족하는 유효 레인지 셀을 복수 개 선택하여, 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 각도 정보를 추출하여, 추출된 각도 정보를 융합함으로써 타격 각도를 예측하여 이를 기반으로 표적의 취약부위를 타격할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치(10)는 ku(12~18Ghz) 대역 및 ka(26~40Ghz) 대역보다 더 높은 주파수 대역인 W대역(56~110Ghz)의 주파수 대역을 사용하는 W대역 초소형 레이다 장치에 사용되거나 밀리미터파 대역(초고주파 영역)(30~300Ghz)의 주파수 대역을 사용하는 밀리미터파 대역 초소형 레이다 장치에 사용되어, 표적의 타격 각도를 예측할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나부(100)는 표적을 예측하기 위한 신호를 방사하고, 표적에 방사된 신호가 표적으로부터 반사된 신호를 수신할 수 있다. 상술한 안테나부(100)가 방사하는 신호 또는 수신하는 신호는 RF(Radio Frequency) 신호를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 안테나부(100)는 모노펄스 기법을 사용하는 표적의 타격 각도 예측 장치(10)인 본 발명에서는 도파관 슬롯 배열 안테나 또는 반사판 안테나를 포함할 수 있다. 상술한 모노펄스 기법은 단일 펄스의 송신 신호를 방사하고, 표적에 반사되어 복수 개의 안테나 채널로 수신되는 수신 신호의 진폭 및 위상차를 이용하여 표적의 방위각 또는 고각을 정밀하게 추정할 수 있는 기법을 나타낸다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 안테나부(100)는 전자파 간섭 영향이 적은 카세그레인 안테나를 사용할 수 있고, 동일한 회전축을 가지고 회전하는 주 반사판, 부 반사판 및 급전혼을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 안테나부(100)는 주 반사판만 회전하는 구조를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나부(100)가 방사하는 신호는 펄스 기법이 적용된 신호를 포함할 수 있다. 또한, 단일 펄스를 이용한 모노펄스 기법이 적용된 신호를 포함할 수 있다. 또한 송신 신호는 Ku, ka대역의 신호일 수 있고, W대역 또는 밀리미터파(초고주파 영역)(30~300Ghz)의 신호를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나부(100)는 적어도 1개 이상의 안테나를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나부(100)는 표적을 예측하기 위한 신호를 방사하고, 표적에 방사된 신호가 표적으로부터 반사되어, 반사된 신호를 복수 개의 채널들로 수신할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나부(100)는 송신 신호와 수신 신호를 분기하여 신호의 혼선을 방지하는 써큘레이터(도면에 미도시)를 포함할 수 있다. 상술한 써큘레이터는 단일 안테나를 이용하여 표적을 예측하기 위하여 안테나의 송수신 기능을 전환할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리부(200)는 안테나부(100)로부터 수신된 신호로부터 표적의 기하학적 특징에 따른 표적 특성이 반영된 복수 개의 레인지 셀들을 추출할 수 있다. 또한, 신호 처리부(200)는 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 미리 설정된 문턱 값을 고려하여 미리 설정된 조건을 만족하는 레인지 셀인 유효 레인지 셀을 복수 개 선택할 수 있다.
상술한 신호 처리부(200)에 대하여 후술하는 도 2 및 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 분석부(300)는 신호 처리부(200)에서 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 각도 정보를 추출할 수 있다. 또한, 신호 분석부(300)는 추출된 각도 정보들을 융합하여 표적의 취약 부위를 타격하기 위한 타격 각도를 예측할 수 있다. 상술한 신호 분석부(300)에 대하여 후술하는 도 4를 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치(10)는 무인 비행체의 비행을 제어하는 유도 조종부를 더 포함할 수 있고, 상술한 신호 분석부(300)는 예측된 표적의 타격 각도를 유도 조종부로 전송할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치(10)를 유도 조종부와 따로 분리하여 구현할 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치(10)는 유도 조종부를 포함하는 대전차 유도 무기용 공대지레이다에 활용되어, 예측된 표적의 타격 각도 정보를 유도 조종부로 전송하여 대전차 유도 무기용 공대지레이다로 하여금 지상 표적인 전차를 타격하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치(10)는 무인 비행체에 탑재되어 스스로 표적의 타격 각도를 예측하거나, 지상 관제 시스템의 유도 명령을 같이 수신하여 무인 비행체가 지상 표적에 도달하게 할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치(10)는 유도 조종부에 전송된 표적의 타격 각도를 향해 유도탄을 발사하여 표적을 타격할 수 있으며, 유도탄이 표적을 타격할 때까지 상술한 표적의 타격 각도를 예측하는 과정을 반복할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리부의 확대 블록도를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리부(200)는 비교기(210), 필터부(220), 레인지 프로파일 생성부(230), 레인지 셀 추출부(240) 및 유효 레인지 셀 선택부(250)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 비교기(210)는 안테나부(100)에서 수신한 복수 개의 채널 신호들을 통해 합 채널 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 비교기(210)는 안테나부(100)에서 수신한 복수 개의 채널 신호들에 가중치를 적용하여 합산할 수 있다. 예를 들어, 비교기(210)는 복수의 하이브리드 커플러를 포함할 수 있고, 하이브리드 커플러를 이용하여 복수 개의 채널 신호들에 가중치를 적용하여 합산할 수 있다.
일 실시 예로, 비교기(210)는 제1 하이브리드 커플러, 제2 하이브리드 커플러, 제3 하이브리드 커플러 및 제4 하이브리드 커플러를 포함할 수 있고, 3개의 출력 채널을 통하여 가중치를 적용하여 합산된 합 채널 신호를 출력할 수 있다. 각각의 하이브리드 커플러는 안테나부(100)에서 수신된 복수 개의 채널 신호들에 가중치를 적용하여 합산할 수 있다. 비교기(210)가 복수 개의 채널 신호들에 가중치를 적용하여 합산한다는 것은 4개의 하이브리드 커플러를 이용하여 수신된 복수 개의 채널 신호들을 모두 합산하거나, 방위각 방향 또는 고각 방향으로 수신된 신호의 합한 값을 서로 감산하는 것을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치(10)는 비교기(210)에서 생성된 합 채널 신호만을 이용하여 미리 설정된 문턱 값을 고려하여 미리 설정된 조건을 만족하는 유효 레인지 셀을 선택할 수 있다.
비교기(210)가 합 채널 신호를 생성하는 구체적인 방법은 후술하는 도 7을 참조하여 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 필터부(220)는 상술한 비교기(210)에서 생성된 합 채널 신호를 전달받아, 합 채널 신호의 신호 대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)가 최대가 되도록 상술한 합 채널 신호의 주파수를 정합(matched)하여 합 채널 신호를 필터링(filtering) 시킬 수 있다.
상술한 정합 필터링 과정은 표적 신호와 간섭 잡음을 분리하는 과정으로, 정합 필터는 신호 대 잡음비를 최적화하는 필터를 나타낸다. 구체적으로, 정합 필터를 적용하는 것은 수신 신호를 송신 파형의 복제 형태와 컨벌루션시키는 과정으로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 필터부(220)는 안테나부(100)에서 표적에 방사된 신호를 시간축상에 반전시키고, 반전된 신호를 미리 설정된 시간만큼 지연시킨 임펄스 응답을 비교기(210)에서 생성된 합 채널 신호와 컨벌루션시켜 합 채널 신호를 정합 필터링 시킬 수 있다. 상술한 합 채널 신호의 신호 대 잡음비(SNR)는 샘플링 순간에 최대화 되므로, 상술한 정합 필터링 과정은 필요한 신호는 강조시키고, 잡음은 억제시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리부(200)는 필터부(220)에서 정합 필터링 된 합 채널 신호로부터 표적의 기하학적 특징에 따른 표적 특성이 반영된 복수 개의 레인지 셀들을 추출할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레인지 프로파일 생성부(230)는 표적에 반사된 신호를 모델링하여 반사된 신호의 크기를 면적의 단위로 나타낸 레이다 반사 면적(Radar Cross Section, RCS) 분포 데이터를 획득하고, 획득된 레이다 반사 면적 분포 데이터를 역 푸리에 변환(Inverse Fourier Transform)하여 표적의 레인지 정보를 포함하는 레인지 프로파일을 생성할 수 있다. 상술한 레인지의 정보는 안테나부(100)를 중심으로 안테나부(100)와 표적 간의 거리 차이에 해당하는 정보를 나타낸다.
예를 들어, 레인지 프로파일 생성부(230)는 표적을 탐지하기 위한 신호가 방사된 각도, 방사 신호의 편파 방향 및 수신 신호의 편파 방향에 따른 서로 다른 반사 특성을 가지는 레인지 프로파일을 생성할 수 있다. 구체적으로, 레인지 프로파일 생성부(230)는 안테나부(100)와 표적이 떨어진 거리만큼 표적에 방사된 신호가 표적으로부터 반사되어 반사된 신호가 수신되기까지 걸리는 시간에 따라 수신된 신호를 표적의 레이다 반사 면적 분포로 나타내는 레인지 정보를 포함하는 레인지 프로파일을 생성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 레인지 프로파일 생성부(230)는 필터부(220)에서 정합 필터링 된 신호를 모델링하여 정합 필터링 된 신호의 크기를 면적의 단위로 나타낸 레이다 반사 면적 분포 데이터를 획득하고, 획득된 레이다 반사 면적 분포를 역 푸리에 변환하여 표적의 레인지 정보를 포함하는 레인지 프로파일을 생성할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 레인지 프로파일 생성부(230)는 안테나부(100)와 표적이 떨어진 거리만큼 표적에 방사된 신호가 수신되기까지 걸리는 시간에 따라 수신된 복수 개의 채널 신호들을 상술한 비교기(210)에서 합산하고, 합산된 신호가 필터부(220)에서 정합 필터링 된 신호를 표적의 레이다 반사 면적 분포로 나타내는 레인지 정보를 포함하는 레인지 프로파일로 생성할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 레인지 프로파일은 고해상도 레인지 프로파일(High Resolution Range Profile, HRRP)일 수 있다. HRRP는 레이다에서 수신된 신호가 단일 물체에 의한 것인지 다중 물체에 의한 것인지를 판단하기 위해, 안테나부(100)에 입력되는 초고주파 신호를 일정 시간마다 소정의 사이즈로 생성되는 레인지 프로파일을 나타낸다. 구체적으로, HRRP는 표적의 전자기적 산란 분포를 레이다 가시선(Radar Line of Sight, RLOS) 방향으로 도시하는 1차원 레이다 영상을 나타내는 1차원 레이다 특성(signature) 중 하나에 해당한다. 상술한 HRRP는 레이다 단면적 분포 데이터로부터 1차원 역 디지털 푸리에 변환(Inverse Discrete Fourier Transform, IDFT)을 통해 생성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레인지 셀 추출부(240)는 레인지 프로파일에서 복수 개의 레인지 셀들을 추출할 수 있다. 구체적으로, 레인지 셀 추출부(240)는 레인지 정보가 포함된 레인지 프로파일에 푸리에 변환을 이용하여 레인지 프로파일을 이산 신호로 변경하고, 변경된 이산 신호에서 비용함수 및 포인트 스프레드 함수를 이용하여 복수 개의 레인지 셀들을 추출할 수 있다.
예를 들어, 상술한 푸리에 변환 알고리즘은 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform)을 포함할 수 있고, 특히, 근사 공식에 기반한 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT) 알고리즘을 포함할 수 있다. 상술한 고속 푸리에 변환(FFT) 알고리즘은 신호의 전부의 변환이 아닌 필요한 신호만을 골라내어 최소화하며 고속으로 푸리에 변환을 연산하는 것을 나타낸다.
레인지 셀 추출부(240)는 후술하는 바와 같이 피크 값의 정보 및 레인지의 정보를 포함하는 복수 개의 레인지 셀들을 추출할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레인지 셀은 표적에서 산란파의 크기가 큰 점을 나타내며, 상대적으로 큰 에너지에 해당하는 수신 전력을 포함하여 잡음에 강한 성질을 나타낸다.
예를 들어, 레인지 셀 추출부(240)는 후술하는 바와 같이 레인지 셀을 반복하여 추출할 수 있는데, 추출된 레인지 셀을 레인지 프로파일에서 제거하고, 제거된 레인지 프로파일의 잔여 전력에 기초하여 레인지 셀을 반복하여 복수 개의 레인지 셀들을 추출할 수 있다. 상술한 잔여 전력은 레인지 셀이 추출되기 전 레인지 프로파일의 전력 중 추출된 레인지 셀이 제거된 레인지 프로파일의 전력을 나타낸다.
레인지 셀 추출부(240)는 전술한 시간 영역 스펙트럼 추정 기법인 RELAX 알고리즘을 이용하여 레인지 셀을 추출할 수 있는데, 레인지 셀을 레인지 프로파일에서 제거 할 때마다 레인지 셀이 제거된 레인지 프로파일의 잔여 전력(Residual Power)을 계산하고, 계산된 잔여 전력이 상승할 때까지 레인지 셀 추출 과정을 반복하여 수행할 수 있다.
구체적으로, RELAX 알고리즘을 이용하여 레인지 셀을 추출하는 방법은 위치 및 수신 전력을 나타내는 피크 값을 포함하는 복수 개의 레인지 셀들 중 피크 값의 크기가 큰 레인지 셀부터 순차로 추출하는 방법을 나타낸다.
또한, 레인지 프로파일에서 복수 개의 레인지 셀들 각각이 제거될 때마다 복수 개의 레인지 셀들이 제거된 레인지 프로파일의 잔여 전력을 계산하여 계산된 잔여 전력의 변화량에 따라 레인지 프로파일에서 레인지 셀을 추출할 수 있다.
예를 들어, 레인지 셀 추출부(240)는 레인지 셀의 위치 및 피크 값의 정보를 포함하는 레인지 셀의 신호 정보를 결정할 수 있고, 잔여 전력을 고려하여 레인지 셀을 추출할 수 있다.
레인지 셀의 신호 정보는 레인지 셀의 위치를 나타내는 레인지 및 수신 전력을 나타내는 피크 값에 대한 정보로서 산란 계수로 표현될 수 있다.
레인지 셀이 추출 되지 않은 Original HRRP(High Resolution Range Profile)에서 데이터의 크기 분포는 레인지 셀이 추출됨에 따라 변할 수 있다. 레인지 셀 추출부(240)가 레인지 셀을 추출할 수 있고, 추출된 레인지 셀을 원 신호에서 제거하기 때문에 추출되는 레인지 셀의 수가 커짐에 따라 레인지 프로파일 내부의 전체 데이터의 크기는 작아지는 흐름을 보이나, 실제로 존재하는 레인지 셀이 아닌 노이즈 성분을 추출하게 되는 경우에는 오히려 전체 레인지 프로파일 내부의 데이터의 크기가 커질 수 있다.
이하 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 도 2의 실시 예에서 설명한 레인지 셀 추출부의 확대 블록도를 나타낸 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레인지 셀 추출부(240)는 레인지 셀 신호 정보 결정부(241), 잔여 전력 계산부(242) 및 레인지 셀 추출 결정부(243)를 포함할 수 있다.
레인지 셀 신호 정보 결정부(241)는 레인지 정보를 포함하는 레인지 프로파일에서 복수 개의 레인지 셀들 각각의 피크 값 정보 및 레인지의 정보를 포함하는 복수 개의 레인지 셀들의 신호 정보를 결정할 수 있다. 구체적으로, 레인지 정보가 포함된 레인지 프로파일을 푸리에 변환을 이용하여 이산 신호로 변경하고, 비용함수 및 포인트 스프레드 함수를 이용하여 변경된 이산 신호에서 복수 개의 레인지 셀들 각각의 피크 값 정보 및 레인지의 정보를 포함하는 복수 개의 레인지 셀들의 신호 정보를 결정할 수 있다.
예를 들어, 레인지 셀의 신호 정보는 레인지 셀의 위치와 피크 값에 해당하는 크기를 나타내는 계수로서 (a, f)로 표기될 수 있고, a: 크기(Amplitude) 및 f: 위치 정보를 포함할 수 있으며, 레인지 프로파일에서 레인지 정보는 위치 정보(산란 계수)를 표기하기 위한 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레인지 셀이 추출되는 과정을 수학식 1 내지 5를 참조하여 설명한다.
Figure 112018088260434-pat00001
여기에서, y는 행렬로 표기되는 이산 신호로 변경된 레인지 프로파일의 원 데이터를 나타낸다. i는 1에서 k까지 값을 가지는 정수이고, ai는 i번째 데이터의 크기(Amplitude), fi는 이산 신호로 변경된 레인지 프로파일에서 i번째 데이터의 위치를 나타낸다. w(fi)는 i번째 데이터의 위치를 입력으로 하는 웨이팅 함수를 나타낸다. 웨이팅 함수는 하기의 수학식 2로 표기될 수 있다.
Figure 112018088260434-pat00002
여기에서, w(fi)는 i번째 데이터의 위치를 입력으로 하는 웨이팅 함수이고, 행렬로 표기될 수 있다. fk는 이산 신호로 변경된 레인지 프로파일에서 k번째 데이터의 위치를 나타내고, T는 행렬의 전치를 나타낸다.
상술한 수학식 2의 위치 정보를 입력으로 하는 웨이팅 함수와 데이터의 크기로 표현되는 원 데이터에서 위치 정보(a, f)는 하기 수학식 3에서 비용함수를 최소화하는 값으로 설정되어야 한다.
Figure 112018088260434-pat00003
C3는 데이터의 크기 (a1) 및 위치 정보(f1)를 입력으로 하는 비용함수를 나타낸다. y는 원 신호이고, w(fk) 는 K번째 데이터의 위치 정보 fk를 입력으로 하는 웨이팅 함수이고, ak는 K번째 데이터의 크기를 나타내며, ∥·∥ 는 유클리디안 놈(Euclidean norm)을 나타낸다.
Figure 112018088260434-pat00004
원 신호에서 한 개의 포인트 스프레드 함수를 제거한 yk는 상술한 수학식 4와 같이 표기되는데, yk는 원 신호에서 한 개의 포인트 스프레드 함수를 제거한 신호, y는 원 신호,
Figure 112018088260434-pat00005
는 포인트 스프레드 함수, ai는 i번째 데이터의 크기, w(fi)는 i번째 데이터의 위치 정보를 입력으로 하는 웨이팅 함수를 나타낸다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 fk는 제로 패딩(zero padding) 후의 yk를 FFT한 신호에서 최대 극값(크기, Amplitude)을 가지는 극점의 위치로 정할 수 있다.
먼저, 추출할 레인지 셀의 수(위치 정보 쌍의 수)를 1개로 설정하면, K=1이고, y로부터 f^1과 a^1을 얻는다. 두 번째 추출 과정으로, 추출할 레인지 셀의 수(위치 정보 쌍의 수)를 2로 가정하면 K=2이고, f^1과 a^1을 수학식 4에 대입하여 f^2와 a^2를 계산한다. 계산된 f^2와 a^2를 다시 수학식 4에 대입하여 f^1과 a^1을 재계산 하여 추출할 두 개의 레인지 셀의 위치 정보를 재 결정할 수 있다. 세 번째 추출할 레인지 셀의 수를 3으로 설정하면, 두 번째 과정에서 얻은 위치 정보의 값을 수학식 4에 대입하여 y3을 얻을 수 있고, 이로부터 f^3 및 a^3을 계산하고, 상술한 과정을 반복하여 f^1,a^1 및 f^2, a^2를 재 결정하여 추출할 레인지 셀의 위치 정보를 계산할 수 있다.
전술한 바와 같이 레인지 셀 신호 정보 결정부(241)가 원 신호에서 한 개의 포인트 스프레드 함수를 제거한 신호를 기반으로 이전 결정된 신호 정보를 재 결정하면서, 신호 정보를 구하는 과정은 수학식 3의 비용함수를 최적화하여 신호 정보를 구하는 과정에 대응될 수 있다.
레인지 셀 추출부(240)는 상술한 과정을 반복하여 레인지 셀을 복수 개 추출할 수 있으며, 레인지 셀 추출 결정부(243)은 추출된 레인지 셀이 원 신호인 레인지 프로파일에서 제거 될 때마다, 레인지 셀이 제거된 레인지 프로파일의 계산된 잔여 전력을 더 고려하여 레인지 셀의 추출여부를 결정할 수 있다.
잔여 전력 계산부(242)는 레인지 셀 신호 정보 결정부(241)에서 신호 정보가 결정된 복수 개의 레인지 셀들 중 피크 값의 크기가 가장 큰 레인지 셀부터 순서대로 레인지 프로파일에서 제거하면서 레인지 프로파일의 잔여 전력(Residual Power)을 계산할 수 있다.
예를 들어, 레인지 셀이 제거된 레인지 프로파일이 변경된 이산 신호를 yk=[yk1, yk2, yk3 … ykN]으로 정하면 잔여 전력을 계산하는 방법은 하기 수학식 5와 같다.
Figure 112018088260434-pat00006
여기에서 N은 레인지 셀이 제거된 레인지 프로파일이 변경된 이산 신호에서 신호의 길이이고, ynk는 k번째 레인지 셀이 제거된 레인지 프로파일이 변경된 이산 신호의 신호에서 n번째 원소를 나타낸다. 잔여 전력을 계산하는 공식은 RMS(Root Mean Square) 전력을 계산하는 과정에 대응될 수 있다.
레인지 셀 추출 결정부(243)는 상술한 잔여 전력 계산부(242)에서 계산된 레인지 프로파일의 잔여 전력에 기초하여 복수 개의 레인지 셀들의 추출여부를 결정할 수 있다. 구체적으로, 레인지 셀 추출 결정부(243)는 잔여 전력 계산부(242)에서 계산된 레인지 프로파일의 잔여 전력 변화량이 달라지는 구간에서 레인지 셀의 제거를 중단하여 피크 값이 가장 큰 레인지 셀부터 잔여 전력의 변화량이 달라지는 구간 바로 전에 제거된 레인지 셀까지 추출하는 것으로 복수 개의 레인지 셀들의 추출여부를 결정할 수 있다.
신호 정보가 결정된 레인지 셀을 레인지 프로파일에서 제거하며, 레인지 셀이 제거된 레인지 프로파일의 잔여 전력을 계산하는 과정은 전술한 바와 같다. 레인지 셀이 레인지 프로파일에서 제거되는 과정이 반복될 때마다, 레인지 셀이 제거된 레인지 프로 파일의 잔여 전력은 감소하는 경향을 보이나, 레인지 프로파일에서 제거되는 레인지 셀의 수가 소정의 임계치 이상인 경우, 레인지 프로파일의 전력이 다시 증가할 수 있다.
이는 상술한 수학식 5에서 레인지 셀이 제거된 레인지 프로파일 내의 신호 성분의 절대값의 제곱 연산과 복소 신호의 특성에 따른 것으로서, 레인지 셀 추출부(240)가 실제로 존재하는 레인지 셀의 수보다 많은 수의 레인지 셀을 제거하는 경우, 실질적으로 노이즈 성분을 더하는 것과 같아 지기 때문에 잔여 전력 계산부(242)에서 계산된 잔여 전력이 증가하는 결과를 나타낼 수 있다.
따라서, 잔여 전력 계산부(242)에서 계산된 잔여 전력이 증가하는 결과가 나타나는 경우 레인지 셀 추출 결정부(243)는 레인지 프로파일에서 레인지 셀을 추출하는 과정을 중지할 수 있다.
하지만 종래의 레인지 셀 추출 기법은 이러한 레인지 셀의 수를 제한하지 않았기 때문에, 하나의 레인지 프로파일 내에서 모든 샘플을 저장해야 하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 레인지 셀 추출부(240)는 상술한 방법에 의해 반복하여 추출된 복수 개의 레인지 셀들의 피크 값이 가장 큰 순서부터 차례로 레인지 프로파일에서 제거할 수 있고, 레인지 셀들 각각이 제거될 때마다 레인지 셀들이 제거된 레인지 프로파일의 잔여 전력을 계산하여 계산된 잔여 전력의 변화량에 따라 레인지 셀들을 추출할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유효 레인지 셀 선택부(250)는 상술한 방법에 의해 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 미리 설정된 문턱 값을 고려하여 미리 설정된 조건을 만족하는 레인지 셀인 유효 레인지 셀을 복수 개 선택할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유효 레인지 셀 선택부(250)는 상술한 방법에 의해 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 잡음 신호가 표적으로 간주되는 오경보가 발생할 확률인 오경보 확률에 의해 미리 설정된 문턱 값을 고려하여 복수 개의 유효 레인지 셀들을 선택할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 유효 레인지 셀 선택부(250)는 상술한 방법에 의해 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 일정 오경보율(Constant false alarm rate, CFAR) 알고리즘을 수행하여 유효 레인지 셀을 선택할 수 있다.
일정 오경보율(Constant False Alarm Rate, CFAR) 알고리즘은 문턱 값을 상황에 따라 가변적으로 적용하여 오경보율을 일정하게 유지하기 위한 알고리즘으로, 테스트 셀(Cell Under Test)의 신호 크기를 그 주변의 셀들 중 가드 셀(Guard Cell)을 제외한 나머지 셀들로 이루어진 레퍼런스 윈도우(Reference Window)로부터 추출된 배경 잡음 전력을 이용하여 산출된 문턱 값과 비교하여, 신호 크기가 문턱 값 보다 더 큰 경우 표적으로 탐지하는 알고리즘을 나타낸 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 유효 레인지 셀 선택부(250)는 상술한 방법에 의해 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 CFAR 알고리즘 중 CA-CFAR(Cell Averaging CFAR, 이하 CA-CFAR) 알고리즘을 수행하여 유효 레인지 셀을 선택할 수 있다.
유효 레인지 셀을 선택하는 구체적인 방법은 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 CA-CFAR 알고리즘을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, CA-CFAR 알고리즘에서의 입력 데이터(input data)는 연속적으로 레인지 셀 별로 샘플된 수신 전력을 나타내는 피크 값이 시간 지연에 따라 들어오는 입력 값을 나타낸다. 한 가운데에 위치한 레인지 셀은 미리 설정된 문턱 값과 비교하려는 테스트 셀 CUT(Cell Under Test)을 나타낸다.
테스트 셀 좌우로 가드 셀들(Guard cells)이 바로 인접해 있으며, 이러한 가드 셀들과 인접한 레퍼런스 셀들(Reference cells)의 데이터 값의 평균 값으로부터 문턱 값을 설정할 수 있다. 구체적으로, 전체 레인지가 M이라고 할 때, 상술한 문턱 값은 M/2의 중심 레인지 셀의 앞과 뒤에 있는 M/2 길이의 레퍼런스 셀들의 데이터 값의 평균 값들의 평균 값인 전체 평균 값(Z)으로부터 설정될 수 있다.
상술한 방법에 의해 산출된 전체 평균 값(Z)에 곱셈기를 이용하여 오경보 지수에 해당하는 스케일 값(Ko)을 곱한 후, 평균 값(Z)에 스케일 값(Ko)을 곱한 값인 문턱 값(X)과 테스트 셀의 데이터 값(Y1)을 문턱 값 판정부를 이용하여 비교한다.
상술한 오경보 지수에 해당하는 스케일 값(Ko)은 측정 환경에 적합한 상수를 나타낼 수 있다. 구체적으로, 오경보 지수에 해당하는 스케일 값(Ko)은 레이다 시스템에서 정하는 탐지확률과 오경보율(false alarm rate)에 의해 결정되는 값을 나타낼 수 있다.
비교 결과, 문턱 값(X)과 비교하려는 레인지 셀의 피크 값인 테스트 셀 CUT의 데이터 값(Y1)이 상술한 방법에 의한 평균 값(Z)에 오경보 지수에 해당하는 스케일 값(Ko)을 곱한 값인 문턱 값(X)보다 크면 표적에 해당하는 유효 레인지 셀로 판단하여 테스트 셀의 데이터 값(Y1)을 그대로 출력하고, 테스트 셀의 데이터 값(Y1)이 문턱 값(X)보다 작으면 클러터로 판정하여 제로(zero) 값을 출력한다.
상술한 가드 셀들은 테스트 셀 CUT 자체의 피크 값에 의해 상술한 문턱 값이 손상되는 것을 방지하기 위해 설정되는 셀들로 레퍼런스 셀들의 데이터 값의 평균 값을 산출할 때 포함되지 않는다.
상술한 CA-CFAR 알고리즘에서 모든 레퍼런스 셀의 잡음 분포는 평균이 제로이고 셀 간에는 서로 독립적인 가우시안 분포를 가진다고 가정한 것이며, 무조건적인 오경보 탐지 확률(Pfa)은 하기의 수학식 6과 같이 상술한 스케일 값(Ko)과 레퍼런스 셀들로 이루어진 레퍼런스 윈도우 수(M)로부터 산출될 수 있다.
Figure 112018088260434-pat00007
상술한 수학식 6을 참조하면, 오경보 확률은 주변의 간섭 잡음의 크기 변동에 관계없이 일정하게 유지될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유효 레인지 셀을 선택하는 방법을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 표적은 탱크를 나타내고 탱크의 타격 각도를 예측하기 위한 타격점은 탱크의 몸체 등에 비해서 상대적으로 약하다고 알려져 있는 회전하는 부위에 해당하는 탱크의 회전 포탑(Turret) 부위를 나타낸다. 상술한 탱크의 회전 포탑 부위는 전차 표적을 한번에 파괴시키기 위한 취약한 부위를 나타낸다. 단, 상술한 예시는 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 표적의 종류는 다양할 수 있다.
구체적으로, 표적의 취약한 부위는 도 6에 나타난 바와 같이 제1 표적 부위(510), 제2 표적 부위(520) 및 제3 표적 부위(530)를 나타낼 수 있다.
또한 도 6을 참조하면, 레인지 프로파일에서 가로축에 해당하는 x축은 상대위치(m)를 나타내고, 세로축에 해당하는 y축은 수신전력(amplitude)을 나타내며, 제1 레인지 셀(511), 제2 레인지 셀(521), 제3 레인지 셀(531), 제4 레인지 셀(541) 및 제5 레인지 셀(551)은 레인지 셀 추출부(240)에서 추출된 레인지 셀을 나타낸다.
상술한 표적의 취약한 부위는 본 발명의 일 실시 예에 따라 상술한 방법에 의해 레인지 프로파일에서 추출된 복수 개의 레인지 셀들에 대응될 수 있다. 구체적으로, 제1 표적 부위(510)는 제1 레인지 셀(511)과 대응될 수 있고, 제2 표적 부위(520)는 제2 레인지 셀(521)과 대응될 수 있으며, 제3 표적 부위(530)는 제3 레인지 셀(531)과 대응될 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유효 레인지 셀 선택부(250)는 상술한 방법에 의해 미리 설정된 문턱 값(560)과 제1 내지 제5 레인지 셀들(511, 521, 531, 541 및 551)의 피크 값을 각각 비교하여 제1 내지 제5 레인지 셀들(511, 521, 531, 541 및 551) 중에서 유효 레인지 셀을 선택할 수 있다.
도 6에서 제4 레인지 셀(541)의 상대위치인 레인지는 4.248m를 나타내고, 수신전력에 해당하는 피크 값은 0.5499를 나타내며, 제5 레인지 셀(551)의 상대위치인 레인지는 2.139m를 나타내고, 수신전력에 해당하는 피크 값은 0.3125를 나타낸다. 이때 미리 설정된 문턱 값(260)은 0.5를 나타낸다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유효 레인지 셀 선택부(250)는 제1 내지 제5 레인지 셀들(511, 521, 531, 541 및 551) 중에서 미리 설정된 문턱 값(260)인 0.5 보다 작은 피크 값을 가지는 제5 레인지 셀(551)을 제외한 제1 내지 제4 레인지 셀들(511, 521, 531 및5 41)을 유효 레인지 셀로 선택할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치는 상술한 방법에 의해 선택된 유효 레인지 셀인 제1 내지 제4 레인지 셀들(511, 521, 531 및5 41) 각각의 각도 정보를 추출하고, 추출된 각도 정보를 융합하여 타격 각도를 예측할 수 있다.
다시 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유효 레인지 셀 선택부(250)는 레인지 셀 추출부(240)에서 추출된 복수 개의 레인지 셀들 각각의 피크 값과 상술한 방법에 의해 설정된 문턱 값을 비교하여, 레인지 셀 추출부(240)에서 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 상술한 방법에 의해 설정된 문턱 값 보다 큰 피크 값을 가지는 레인지 셀인 유효 레인지 셀을 복수 개 선택할 수 있다.
상술한 미리 설정된 문턱 값은 오경보의 발생 빈도를 일정하게 유지하도록 레인지 셀 추출부(240)에서 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중 미리 설정된 문턱 값과 비교하려는 레인지 셀인 테스트 셀과 인접한 가드 셀을 제외하고, 테스트 셀 외에 가드 셀에 인접한 레퍼런스 셀들로 이루어진 레퍼런스 윈도우로부터 산출된 대표 값으로부터 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 비교기(210)는 안테나부(100)에서 수신한 복수 개의 채널 신호들을 통해 상술한 방법에 의해 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 방위각 방향의 제1 차 채널 신호 및 고각 방향의 제2 차 채널 신호를 생성할 수 있다. 이하 도 7 및 도 8을 함께 참조하여 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방위각 및 고각을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에서 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치(10)가 사용하는 고각(710)은 X, Y 및 Z 직교 좌표계에서 지면과 수직한 방향에 해당하는 Z 축에서 시작하여 Z축으로부터 XY 평면과 수직을 그리는 원을 따라 기울어진 정도에 해당하는 각도를 나타낸다. 상술한 고각(710)의 각도는 0° 내지 90°사이에 해당하는 각도를 나타낼 수 있다.
본 발명에서 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치(10)가 사용하는 방위각(720)은 지면과 평행한 XY 평면과 평행한 원을 따라서 반시계 방향으로 기울어진 정도에 해당하는 각도를 나타낸다. 상술한 방위각(720)의 각도는 0° 내지 360°사이에 해당하는 각도를 나타낼 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비교기를 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 비교기(210)는 제1 하이브리드 커플러(211), 제2 하이브리드 커플러(212), 제3 하이브리드 커플러(213) 및 제4 하이브리드 커플러(214)를 포함하고, 3개의 출력 채널로 가중치가 적용된 합산된 합 채널 신호를 출력할 수 있다. 각각의 하이브리드 커플러(211 내지 214)는 안테나부(100)에서 수신된 복수 개의 채널 신호들에 가중치를 적용하여 합산할 수 있다.
예를 들어, 제1 하이브리드 커플러(211) 및 제2 하이브리드 커플러(212)는 안테나부(100)에서 수신된 고각 방향의 반사 신호들에 가중치를 적용하여 합산할 수 있다. 즉, 제1 하이브리드 커플러(211)는 (A+B) 및 (A-B)신호를 출력할 수 있고, 제2 하이브리드 커플러(212)는 (C+D) 및 (C-D) 신호를 출력할 수 있다.
또한, 제3 하이브리드 커플러(213)는 제2 하이브리드 커플러(212)로부터 (C+D) 신호를 교차로 입력 받아 가중치를 적용하여 합산할 수 있고, (A+B)+(C+D) 및 (A+B)-(C+D)를 출력할 수 있다. 제4 하이브리드 커플러(214)은 제1 하이브리드 커플러(211)로부터 (A-B) 신호를 교차로 입력 받아 (A+C)-(B+D) 신호를 출력할 수 있다. 즉, 안테나부(100)로부터 수신된 복수 개의 채널 신호들의 합 채널 신호는 A+B+C+D, 방위각 방향의 제1 차 채널 신호는 (A+B)-(C+D) 고각 방향의 제2 차 채널 신호는(A+C)-(B+D)일 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 비교기(210)는 상술한 방법에 의해 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 해당하는 레인지에서의 방위각 방향의 제1 차 채널 신호 및 고각 방향의 제2 차 채널 신호를 생성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 분석부의 확대 블록도를 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 분석부(300)는 각도 오차 추출부(310) 및 타격 각도 예측부(320)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 각도 오차 추출부(310)는 신호 처리부에서 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 방위각 오차의 정보 및 고각 오차의 정보를 추출할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 각도 오차 추출부(310)는 신호 처리부에서 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 합 채널 신호 및 방위각 방향의 제1 차 채널 신호의 기울기를 이용하여 방위각 오차를 추출할 수 있다. 또한, 각도 오차 추출부(310)는 신호 처리부에서 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 합 채널 신호 및 고각 방향의 제2 차 채널 신호의 기울기를 이용하여 고각 오차를 추출할 수 있다.
이하 도 9a 및 도 9b를 함께 참조하여 각각의 유효 레인지 셀들에 대한 방위각 오차 및 고각 오차를 추출하는 구체적인 방법을 설명하도록 한다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 각도 오차(Bore Sight Error, BSE)를 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
구체적으로, 도 9a는 모노펄스 방식의 수신 신호의 각도에 따른 합 채널 신호와 차 채널 신호에 관한 그래프를 나타낸 것이다. 도 9a에서 x축은 안테나의 표적에 대한 상대 각도, y축은 합 채널 신호와 차 채널 신호의 페이저 전압의 세기를 나타내고, △는 수신신호의 차 채널 신호 값을, Σ은 수신신호의 합 채널 신호 값을 나타낸다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치는 상술한 모노펄스 방식을 이용하여 수신 신호를 복수 개의 수신 채널을 통해 각각 수신하고, 복수 개의 수신 채널 각각으로부터 수신된 수신 신호들 사이의 차이를 이용하여 표적의 방위각 및 고각 정보를 추출할 수 있다. 즉, 표적이 방사된 송신 신호의 중심에 위치하는 경우, 복수 개의 수신 채널 각각으로 입사되는 수신 신호의 세기 및 위상이 동일한데 비해, 표적이 방사된 송신 신호의 중심에서 벗어나게 되면, 복수 개의 수신 채널 각각으로 입사되는 수신 신호의 세기 및 위상이 서로 상이하게 나타난다. 따라서, 표적의 타격 각도 예측 장치는 복수 개의 수신 채널 각각으로 입사되는 수신 신호의 세기 및 위상이 서로 상이하게 나타나는 점을 이용하여 합 채널 신호와 차 채널 신호를 생성할 수 있고, 생성된 합 채널 신호 및 차 채널 신호를 이용하여 방위각 오차 및 고각 오차를 추출할 수 있다.
도 9b를 참조하면, x축은 안테나의 표적에 대한 상대 각도, y축은 각도오차를 입력으로 하는 각도오차 전압비를 나타낸다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 각도 오차 추출부는 신호 처리부에서 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 각도오차(BSE)를 하기의 수학식 7 및 8을 이용하여 추출할 수 있다.
Figure 112018088260434-pat00008
여기에서
Figure 112018088260434-pat00009
는 차 채널 신호의 페이저 전압,
Figure 112018088260434-pat00010
는 합 채널 신호의 페이저 전압,
Figure 112018088260434-pat00011
는 차 채널 신호와 합 채널 신호의 페이저 전압 비, 크기는 차 채널 신호와 합 채널 신호의 페이저 전압비의 크기,
Figure 112018088260434-pat00012
는 합 채널 신호와 차 채널 신호의 위상각을 나타낸다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 각도오차는 하기의 수학식 8에서 계산될 수 있다.
Figure 112018088260434-pat00013
여기에서
Figure 112018088260434-pat00014
는 각도오차(방위각 오차 또는 고각 오차) k는 모노펄스 기울기로 안테나 설계 시 정해지는 상수값이고,
Figure 112018088260434-pat00015
는 안테나에 대한 표적의 상대각도에서 차 채널 신호 이득의 크기,
Figure 112018088260434-pat00016
는 안테나에 대한 표적의 상대각도에서 합 채널 신호 이득의 크기를 나타낸다. 여기서, 모노펄스 기울기는 본 발명의 기술 분야에서 통상적으로 이용되는 방법에 의해 산출될 수 있으므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
다시 도 4를 참조하면, 각도 오차 추출부(310)는 상술한 수학식 8을 이용하여 신호 처리부에서 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 해당하는 레인지에 대한 각도오차에 해당하는 방위각 오차 및 고각 오차를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 타격 각도 예측부(320)는 (i) 신호 처리부에서 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대해 추출된 방위각 오차 및 (ii) 추출된 방위각 오차를 포함하는 유효 레인지 셀의 피크 값을 이용하여 타격 방위각을 예측할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 타격 각도 예측부(320)는 (i) 신호 처리부에서 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대해 추출된 고각 오차 및 (ii) 추출된 고각 오차를 포함하는 유효 레인지 셀의 피크 값을 이용하여 타격 고각을 예측할 수 있다.
상술한 타격 방위각 및 타격 고각을 설정하는 구체적인 방법은 도 10을 함께 참조하여 설명하도록 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표적의 타격 각도를 예측하는 방법을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 타격 각도 예측부는 물체의 무게 중심을 추출하는 기법에 해당하는 센트로이드(centroid) 알고리즘을 이용하여 타격 각도를 예측할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 타격 각도 예측부는 물체의 무게 중심을 추출하는 기법에 해당하는 센트로이드(centroid) 알고리즘을 이용하여 표적의 취약부위에 해당하는 타격점에 대한 방위각 오차 및 고각 오차를 각각 추출하여 표적을 타격하기 위한 타격 방위각 및 타격 고각을 예측할 수 있다.
구체적으로, 도 10은 임의의 물체(1000)에 해당하는 무게 중심을 추출하는 도면으로, 임의의 물체(1000)의 무게 중심에 해당하는 위치(1030)를 제1 위치(1011), 제2 위치(1012) 및 제3 위치(1013)로부터 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
도 10을 참조하면, 원점으로부터 1m 떨어진 위치에 해당하는 제1 위치(1011)에서의 임의의 물체(1000) 질량은 4kg이고, 원점으로부터 2m 떨어진 위치에 해당하는 제2 위치(1012)에서의 임의의 물체(1000) 질량은 10kg이며, 원점으로부터 5m 떨어진 위치에 해당하는 제3 위치(1013)에서의 임의의 물체(1000) 질량은 6kg인 경우, 임의의 물체(1000)의 무게 중심에 해당하는 위치(1030)는 하기의 수학식 9로부터 산출할 수 있다.
Figure 112018088260434-pat00017
상술한 수학식 9에서,
Figure 112018088260434-pat00018
는 임의의 물체(1000)의 무게 중심에 해당하는 위치(1030)를 나타내고, xi는 임의의 물체(1000)의 i 번째 위치를 나타내고, mi는 임의의 물체(1000)의 i 번째 위치에서의 질량을 나타낸다.
즉, 상술한 예시로부터 임의의 물체(1000)의 첫 번째 위치에 해당하는 제1 위치(1011)에서의 x1은 1m이고, m1은 4kg이고, 임의의 물체(1000)의 두 번째 위치에 해당하는 제2 위치(1012)에서의 x2은 2m이고, m2은 10kg이며, 임의의 물체(1000)의 세 번째 위치에 해당하는 제3 위치(1013)에서의 x3은 5m이고, m3은 6kg인 경우, 임의의 물체(1000)의 무게 중심에 해당하는 위치(1030)를 나타내는 xCM은 상술한 수학식 9로부터 2.7m를 나타낸다. 따라서, 상술한 임의의 물체(1000)의 무게 중심에 해당하는 위치(1030)는 임의의 물체(1000)의 무게를 고려하지 않은 물체의 길이 만을 고려한 위치(1020)에 해당하는 3m가 아닌 상술한 방법에 의해 산출된 원점으로부터 2.7m 떨어진 위치를 나타낸다.
다시 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 타격 각도 예측부(320)는 상술학 수학식 9에서, mi는 본 발명의 일 실시 예에 따른 i 번째 유효 레인지 셀의 수신전력을 나타내는 피크 값을 나타내고, xi는 본 발명의 일 실시 예에 따른 i 번째 유효 레인지 셀의 각도오차를 나타낸다. 즉, xi는 본 발명의 일 실시 예에 따른 i 번째 유효 레인지 셀의 방위각 오차 또는 고각 오차를 나타낸다.
따라서,
Figure 112018088260434-pat00019
는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 각도오차 정보가 융합되어 표적 부위의 중심에 대한 하나의 각도오차(방위각 오차 또는 고각 오차) 정보를 나타낸 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 타격 각도 예측부(320)는 상술한 센트로이드 알고리즘을 이용하여 상술한 방법에 의해 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대해 추출된 각도오차 정보를 융합하여 표적의 취약 부위에 대한 타격 각도를 예측할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 타격 각도 예측부(320)는 상술한 수학식 9를 이용하여 (i) 신호 처리부에서 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각으로부터 추출된 방위각 오차에 (ii) 추출된 방위각 오차를 포함하는 유효 레인지 셀의 피크 값을 곱하여 융합한 값에 (iii) 신호 처리부에서 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각의 피크 값이 전부 합산된 값을 나누어 하나의 방위각 오차를 산출할 수 있고, 상술한 방법에 의해 산출된 하나의 방위각 오차를 반영하여 표적을 타격하기 위한 타격 방위각을 예측할 수 있다.
또한, 타격 각도 예측부(320)는 상술한 수학식 9를 이용하여 (i) 신호 처리부에서 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각으로부터 추출된 고각 오차에 (ii) 추출된 고각 오차를 포함하는 유효 레인지 셀의 피크 값을 곱하여 융합한 값에 (iii) 신호 처리부에서 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각의 피크 값이 전부 합산된 값을 나누어 하나의 고각 오차를 산출할 수 있고, 상술한 방법에 의해 산출된 고각 오차를 반영하여 표적에 대한 타격 고각을 예측할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치(10)는 상술한 방법에 의해 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대해 추출된 방위각 오차를 융합하여 예측된 타격 방위각 정보 및 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대해 추출된 고각 오차를 융합하여 예측된 타격 고각 정보를 유도 조종부로 전송할 수 있고, 전송된 표적의 타격 각도를 향해 유도탄을 발사하여 표적을 타격할 수 있으며, 유도탄이 표적을 타격할 때까지 상술한 표적의 타격 각도를 예측하는 과정을 반복할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 방법의 흐름도를 나타낸 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치는 안테나부, 신호 처리부 및 신호 분석부를 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 안테나부는 표적을 타격하기 위한 신호를 방사하고, 방사된 신호가 표적에 반사된 신호를 수신한다(S1110).
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나부는 모노펄스 기법이 적용될 수 있으며, 도파관 슬롯 배열 안테나 또는 반사판 안테나를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 안테나부는 전자파 간섭 영향이 적은 카세그레인 안테나를 사용할 수 있고, 동일한 회전축을 가지고 회전하는 주 반사판, 부 반사판 및 급전혼을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 안테나부는 주 반사판만 회전하는 구조를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
신호 처리부는 안테나부에서 수신된 신호로부터 표적의 기하학적 특징에 따른 표적 특성이 반영된 복수 개의 레인지 셀들을 추출한다(S1120).
구체적으로, 신호 처리부는 표적에 반사된 신호를 모델링하여 반사된 신호의 크기를 면적의 단위로 나타낸 레이다 반사 면적 분포 데이터를 획득할 수 있고, 획득된 레이다 반사 면적 분포 데이터를 역 푸리에 변환하여 표적의 레인지 정보를 포함하는 레인지 프로파일을 생성할 수 있다.
또한, 신호 처리부는 레인지 정보가 포함된 레인지 프로파일에 푸리에 변환을 이용하여 레인지 프로파일을 이산 신호로 변경하고, 변경된 이산 신호에서 비용함수 및 포인트 스프레드 함수를 이용하여 복수 개의 레인지 셀들을 추출할 수 있다. 구체적으로, 신호 처리부는 레인지 프로파일에서 복수 개의 레인지 셀들 각각의 수신전력을 나타내는 피크 값 정보 및 레인지의 정보를 포함하는 복수 개의 레인지 셀들의 신호 정보를 결정하고, 신호 정보가 결정된 복수 개의 레인지 셀들 중 피크 값의 크기가 가장 큰 레인지 셀부터 순서대로 레인지 프로파일에서 제거하면서 레인지 프로파일의 잔여 전력을 계산할 수 있다. 상술한 레인지의 정보는 방사되는 신호를 중심으로 방사되는 신호의 위치와 표적 간의 거리 차이에 해당하는 정보를 나타낼 수 있다. 신호 처리부는 계산된 레인지 프로파일의 잔여 전력에 기초하여 복수 개의 레인지 셀들의 추출여부를 결정하여 유한 개의 복수 개의 레인지 셀들을 추출할 수 있다. 복수 개의 레인지 셀들을 추출하는 구체적인 방법은 전술하였으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
신호 처리부는 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 미리 설정된 문턱 값을 고려하여 미리 설정된 조건을 만족하는 레인지 셀인 유효 레인지 셀을 복수 개 선택한다(S1130).
본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 처리부는 상술한 방법에 의해 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 잡음 신호가 표적으로 간주되는 오경보가 발생할 확률인 오경보 확률에 의해 미리 설정된 문턱 값을 고려하여 복수 개의 유효 레인지 셀들을 선택할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 신호 처리부는 상술한 방법에 의해 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 일정 오경보율(Constant false alarm rate, CFAR) 알고리즘을 수행하여 유효 레인지 셀을 선택할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 신호 처리부는 상술한 방법에 의해 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 CFAR 알고리즘 중 CA-CFAR(Cell Averaging CFAR, 이하 CA-CFAR) 알고리즘을 수행하여 유효 레인지 셀을 선택할 수 있다.
상술한 유효 레인지 셀을 선택하는 구체적인 방법은 전술하였으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
신호 분석부는 신호 처리부에서 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 각도 정보를 추출한다(S1140).
본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 분석부는 신호 처리부에서 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 방위각 오차에 대한 정보 및 고각 오차에 대한 정보를 추출할 수 있다. 상술한 각도오차 정보를 추출하는 구체적인 방법은 전술하였으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
신호 분석부는 추출된 각도 정보를 융합하여 표적을 타격하기 위한 타격 각도를 예측한다(S1150).
본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 분석부는 추출된 방위각 오차에 대한 정보들을 융합하여 표적의 취약 부위를 타격하기 위한 타격 방위각을 예측할 수 있고, 또한 신호 분석부는 추출된 고각 오차에 대한 정보들을 융합하여 표적의 취약 부위를 타격하기 위한 타격 고각을 예측할 수 있다.
구체적으로, 신호 분석부는 (i) 신호 처리부에서 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대해 추출된 방위각 오차 및 (ii) 추출된 방위각 오차를 포함하는 유효 레인지 셀의 피크 값을 이용하여 표적을 타격하기 위한 타격 방위각을 예측할 수 있다. 또한, 신호 분석부는 (i) 신호 처리부에서 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대해 추출된 고각 오차 및 (ii) 추출된 고각 오차를 포함하는 유효 레인지 셀의 피크 값을 이용하여 표적을 타격하기 위한 타격 고각을 예측할 수 있다.
상술한 표적의 취약 부위를 타격하기 위한 타격 방위각 및 타격 고각을 예측하는 구체적인 방법은 전술하였으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 12은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도를 예측하는 구체적인 방법을 흐름도로 나타낸 것이다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른, 표적의 타격 각도 예측 장치를 사용한 표적의 타격 각도를 예측하여, 예측된 표적의 타격 각도로 표적을 타격하는 과정의 흐름을 시작한다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 표적의 타격 각도 예측 장치는 안테나부, 신호 처리부 및 신호 분석부를 포함하고, 신호 처리부는 비교기, 필터부, 레인지 프로파일 생성부, 레인지 셀 추출부 및 유효 레인지 셀 선택부를 포함할 수 있으며, 신호 분석부는 각도 오차 추출부 및 타격 각도 예측부를 포함할 수 있다.
밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치가 장착된 공대지레이다의 운용을 시작한다(S1210).
안테나부는 표적의 타격 각도를 예측하기 위한 레이다 신호를 송신하고(S1220), 송신된 신호가 표적에서 반사되어 복수 개의 채널들로부터 합 채널 신호를 수신한다(S1221). 구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나부는 표적에서 반사된 신호를 복수 개의 채널들로 수신하여, 신호 처리부에 포함된 비교기는 안테나부에서 수신한 복수 개의 신호들을 통해 합 채널 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 비교기는 안테나부에서 수신한 복수 개의 채널 신호들에 가중치를 적용하고, 가중치가 적용된 복수 개의 채널 신호들을 합산하여 합 채널 신호를 생성할 수 있다. 합 채널 신호를 생성하여 수신하는 구체적인 방법은 전술하였으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
필터부는 수신된 합 채널 신호를 전달 받아, 합 채널 신호의 신호 대 잡음비가 최대가 되도록 합 채널 신호의 주파수를 정합하여 합 채널 신호를 필터링 시킨다(S1230).
상술한 정합 필터링 과정은 표적 신호와 간섭 잡음을 분리하는 과정으로, 정합 필터는 신호 대 잡음비를 최적화하는 필터를 나타낸다. 구체적으로, 정합 필터를 적용하는 것은 수신 신호를 송신 파형의 복제 형태와 컨벌루션시키는 과정으로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 필터부는 안테나부에서 표적으로 방사된 신호를 시간축상에 반전시키고, 반전된 신호를 미리 설정된 시간만큼 지연시킨 임펄스 응답을 비교기에서 생성된 합 채널 신호와 컨벌루션시켜 합 채널 신호를 정합 필터링 시킬 수 있다. 상술한 합 채널 신호의 신호 대 잡음비(SNR)는 샘플링 순간에 최대화 되므로, 상술한 정합 필터링 과정은 필요한 신호는 강조시키고, 잡음은 억제시킬 수 있다.
레인지 프로파일 생성부는 필터부에서 정합 필터링 된 신호를 모델링하여 정합 필터링 된 신호의 크기를 면적의 단위로 나타낸 레이다 반사 면적 분포 데이터를 획득하고, 획득된 레이다 반사 면적 분포를 역 푸리에 변환하여 표적의 레인지 정보를 포함하는 레인지 프로파일을 생성한다(S1240). 본 발명의 일 실시 예에 따른 레인지 프로파일은 고해상도 레인지 프로파일(HRRP)일 수 있다.
레인지 셀 추출부는 생성된 레인지 프로파일에서 레인지 셀을 추출한다(S1250). 구체적으로, 레인지 셀 추출부는 레인지 정보가 포함된 레인지 프로파일에 푸리에 변환을 이용하여 레인지 프로파일을 이산 신호로 변경하고, 변경된 이산 신호에서 비용함수 및 포인트 스프레드 함수를 이용하여 복수 개의 레인지 셀들을 추출할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레인지 셀 추출부는 레인지 셀 신호 정보 결정부, 잔여 전력 계산부 및 레인지 셀 추출 결정부를 포함할 수 있다.
레인지 셀 신호 정보 결정부는 레인지 정보를 포함하는 레인지 프로파일에서 복수 개의 레인지 셀들 각각의 수신전력을 나타내는 피크 값 정보 및 레인지의 정보를 포함하는 복수 개의 레인지 셀들의 신호 정보를 결정할 수 있다.
잔여 전력 계산부는 레인지 셀 신호 정보 결정부에서 신호 정보가 결정된 복수 개의 레인지 셀들 중 피크 값의 크기가 가장 큰 레인지 셀부터 순서대로 레인지 프로파일에서 제거하면서 레인지 프로파일의 잔여 전력을 계산할 수 있다.
레인지 셀 추출 결정부는 잔여 전력 계산부에서 계산된 레인지 프로파일의 잔여 전력에 기초하여 복수 개의 레인지 셀들의 추출여부를 결정할 수 있다. 구체적으로, 레인지 셀 추출 결정부는 잔여 전력 계산부에서 계산된 레인지 프로파일의 잔여 전력 변화량이 달라지는 구간에서 레인지 셀의 제거를 중단하여 피크 값이 가장 큰 레인지 셀부터 잔여 전력의 변화량이 달라지는 구간 바로 전에 제거된 레인지 셀까지 추출하는 것으로 복수 개의 레인지 셀들의 추출여부를 결정할 수 있다.
상술한 레인지 셀을 추출하는 구체적인 방법은 전술하였으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
유효 레인지 셀 선택부는 CFAR 알고리즘을 수행하고(S1260), 레인지 셀 추출부에서 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 수행된 CFAR 알고리즘을 통과한 복수 개의 유효 레인지 셀들을 선택한다(S1261).
일정 오경보율(Constant False Alarm Rate, CFAR) 알고리즘은 문턱 값을 상황에 따라 가변적으로 적용하여 오경보율을 일정하게 유지하기 위한 알고리즘으로, 테스트 셀(Cell Under Test)의 신호 크기를 그 주변의 셀들 중 가드 셀(Guard Cell)을 제외한 나머지 셀들로 이루어진 레퍼런스 윈도우(Reference Window)로부터 추출된 배경 잡음 전력을 이용하여 산출된 문턱 값과 비교하여 신호 크기가 더 큰 경우 표적으로 탐지하는 알고리즘을 나타낸 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유효 레인지 셀 선택부는 레인지 셀 추출부에서 추출된 복수 개의 레인지 셀들 각각의 피크 값과 상술한 방법에 의해 산출된 문턱 값을 비교하여, 레인지 셀 추출부에서 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 상술한 방법에 의해 설정된 문턱 값 보다 큰 피크 값을 가지는 레인지 셀인 유효 레인지 셀을 복수 개 선택할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 유효 레인지 셀 선택부는 상술한 방법에 의해 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 CFAR 알고리즘 중 CA-CFAR(Cell Averaging CFAR, 이하 CA-CFAR) 알고리즘을 수행하여 유효 레인지 셀을 선택할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 유효 레인지 셀 선택부는 오경보의 발생 빈도를 일정하게 유지하도록 레인지 셀 추출부에서 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중 미리 설정된 문턱 값과 비교하려는 레인지 셀인 테스트 셀과 인접한 가드 셀을 제외하고, 테스트 셀 외에 가드 셀에 인접한 레퍼런스 셀들로 이루어진 레퍼런스 윈도우로부터 산출된 대표 값으로부터 설정된 문턱 값과 레인지 셀 추출부에서 추출된 복수 개의 레인지 셀들의 피크 값을 각각 비교하여, 레인지 셀 추출부에서 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 상술한 방법에 의해 설정된 문턱 값 보다 큰 피크 값을 가지는 레인지 셀인 유효 레인지 셀을 복수 개 선택할 수 있다.
각도 오차 추출부는 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 방위각 오차의 정보 및 고각 오차의 정보를 추출한다(S1271a, S1271b).
구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 비교기는 신호 처리부에서 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 레인지 정보로부터 복수 개의 채널 신호들에 대한 합 채널 신호, 방위각 방향의 제1 차 채널 신호 및 고각 방향의 제2 차 채널 신호를 산출할 수 있고, 각도 오차 추출부는 산출된 합 채널 신호 및 방위각 방향의 제1 차 채널 신호로부터 방위각 오차를 추출할 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 각도 오차 추출부는 산출된 합 채널 신호 및 고각 방향의 제2 차 채널 신호로부터 고각 오차를 추출할 수 있다. 상술한 각도오차 정보를 추출하는 구체적인 방법은 전술하였으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
타격 각도 예측부는 상술한 방법에 의해 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대해 추출된 방위각 오차 정보들을 융합하여 표적의 취약한 부위에 해당하는 하나의 방위각 오차를 산출할 수 있다(S1272a).
또한, 타격 각도 예측부는 상술한 방법에 의해 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대해 추출된 고각 오차 정보들을 융합하여 표적의 취약한 부위에 해당하는 하나의 고각 오차를 산출할 수 있다(S1272b).
구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 타격 각도 예측부는 상술한 센트로이드 알고리즘을 적용하여 (i) 신호 처리부에서 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각으로부터 추출된 방위각 오차에 (ii) 추출된 방위각 오차를 포함하는 유효 레인지 셀의 피크 값을 곱하여 융합한 값에 (iii) 신호 처리부에서 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각의 피크 값이 전부 합산된 값을 나누어 하나의 방위각 오차를 산출할 수 있다. 또한, 타격 각도 예측부는 상술한 센트로이드 알고리즘을 적용하여 (i) 신호 처리부에서 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각으로부터 추출된 고각 오차에 (ii) 추출된 고각 오차를 포함하는 유효 레인지 셀의 피크 값을 곱하여 융합한 값에 (iii) 신호 처리부에서 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각의 피크 값이 전부 합산된 값을 나누어 하나의 고각 오차를 산출할 수 있다.
상술한 표적의 취약 부위에 대한 방위각 오차 및 고각 오차를 산출하는 구체적인 방법은 전술하였으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
타격 각도 예측부는 상술한 방법에 의해 산출된 표적의 취약 부위에 대하여 산출된 방위각 오차를 반영하여 표적의 취약 부위를 타격하기 위한 타격 방위각을 예측할 수 있다(S1273a). 또한, 타격 각도 예측부는 상술한 방법에 의해 산출된 표적의 취약 부위에 대하여 산출된 고각 오차를 반영하여 표적의 취약 부위를 타격하기 위한 타격 고각을 예측할 수 있다(S1273b).
밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치는 표적의 취약 부위를 타격하기 위해 상술한 방법에 의해 예측된 타격 방위각 및 타격 고각에 대한 각도 정보를 유도 조종부로 전송한다(S1280).
밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치는 유도 조종부로 전송된 표적의 취약 부위를 타격하기 위해 예측된 타격 고각 및 타격 방위각을 향해 유도탄을 발사하여 표적을 타격할 수 있다(S1290). 본 발명의 일 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치는 유도탄이 표적을 타격할 때까지 상술한 표적의 타격 각도를 예측하는 과정을 반복할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치는 단순한 표적의 피크 신호에 대한 각도 정보가 아닌 표적의 성분을 가지는 유효한 모든 레인지 셀들로부터 추출한 각도오차를 융합하여 실질적으로 유도 조종부에서 사용하는 표적의 취약 부위에 대한 타격 각도를 예측하므로, 잡음에 강건한 장점이 있다. 따라서, 레이다와 표적의 조우각에 따라서 피크 값의 위치가 변하여 실제 표적의 취약 부위에 해당하는 레인지 셀이 추출된 피크 값을 가지는 레인지 셀에서 발생하지 않더라도 복수 개의 레인지 셀들 중 CFAR을 통과한 유효 레인지 셀들에 대해서 각도 정보의 융합을 위한 입력을 제공하므로 안정적으로 타격 각도를 예측할 수 있다.
또한, 노이즈 및 시스템의 순간적인 내부 오차로 인해서 1 개의 레인지 셀의 각도 정보에 오차가 생기더라도 최종적인 각도 정보에 미치는 영향은 작으므로, 1 개의 레인지 셀의 각도 정보에 오차가 생기더라도 표적의 취약 부위에 대한 정확한 타격 각도를 예측할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치는 조우각에 따라 변하는 레인지 프로파일의 특성에 강하며 잡음에 강건한 효과가 있으며 표적의 취약 부위에 대한 정확한 타격 각도 예측이 가능하므로 실제 전차 표적의 터렛을 타격 가능한 장점이 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 비 휘발성 매체, 분리형 및 비 분리형 매체를 모두 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르는 방법의 전체 또는 일부는 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하며, 컴퓨터 프로그램은 프로세서에 의해 처리되는 프로그래밍 가능한 기계 명령어를 포함하고, 하이레벨 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 실시 예에 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 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 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.
10: 표적의 타격 각도 예측 장치
100: 안테나부
200: 신호 처리부
300: 신호 분석부

Claims (13)

  1. 표적을 타격하기 위한 신호를 방사하고, 상기 방사된 신호가 상기 표적으로부터 반사된 신호를 수신하는 안테나부;
    상기 수신된 신호로부터 상기 표적의 기하학적 특징에 따른 상기 표적 특성이 반영된 복수 개의 레인지 셀들을 추출하고, 상기 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 미리 설정된 문턱 값을 고려하여 미리 설정된 조건을 만족하는 레인지 셀인 유효 레인지 셀을 복수 개 선택하는 신호 처리부; 및
    상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 각도 정보를 추출하고, 상기 추출된 각도 정보들을 융합하여 상기 표적을 타격하기 위한 타격 각도를 예측하는 신호 분석부;를 포함하는 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 표적에 반사된 신호의 크기를 면적의 단위로 나타낸 레이다 반사 면적 분포 데이터를 획득하고, 상기 획득된 레이다 반사 면적 분포 데이터를 역 푸리에 변환하여 상기 안테나부를 중심으로 상기 안테나부와 상기 표적 간의 거리 차이에 해당하는 레인지의 정보를 포함하는 레인지 프로파일을 생성하는 레인지 프로파일 생성부;
    상기 레인지 프로파일에서 복수 개의 레인지 셀들을 추출하는 레인지 셀 추출부; 및
    상기 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 잡음 신호가 상기 표적으로 간주되는 오경보가 발생할 확률인 오경보 확률에 의해 상기 미리 설정된 문턱 값을 고려하여 상기 복수 개의 유효 레인지 셀들을 선택하는 유효 레인지 셀 선택부;를 포함하는 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레인지 셀 추출부는,
    상기 레인지 프로파일에서 상기 복수 개의 레인지 셀들 각각의 수신전력을 나타내는 피크 값의 정보 및 상기 레인지의 정보를 포함하는 상기 복수 개의 레인지 셀들의 신호 정보를 결정하는 레인지 셀 신호 정보 결정부;
    상기 신호 정보가 결정된 복수 개의 레인지 셀들 중 피크 값의 크기가 가장 큰 레인지 셀부터 순서대로 상기 레인지 프로파일에서 제거하면서 상기 레인지 프로파일의 잔여 전력(Residual Power)을 계산하는 잔여 전력 계산부; 및
    상기 계산된 레인지 프로파일의 잔여 전력에 기초하여 상기 복수 개의 레인지 셀들의 추출여부를 결정하는 레인지 셀 추출 결정부;를 포함하는 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유효 레인지 셀 선택부는,
    상기 추출된 복수 개의 레인지 셀들 각각의 피크 값과 상기 미리 설정된 문턱 값을 비교하여, 상기 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 상기 미리 설정된 문턱 값 보다 큰 피크 값을 가지는 레인지 셀인 상기 복수 개의 유효 레인지 셀들을 선택하고,
    상기 미리 설정된 문턱 값은 상기 오경보의 발생 빈도를 일정하게 유지하도록 상기 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중 상기 미리 설정된 문턱 값과 비교하려는 레인지 셀인 테스트 셀과 인접한 가드 셀을 제외하고, 상기 테스트 셀 외에 상기 가드 셀에 인접한 레퍼런스 셀들로 이루어진 레퍼런스 윈도우로부터 산출된 대표 값으로부터 설정된 문턱 값인 것을 특징으로 하는 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 신호 분석부는,
    상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 방위각 오차의 정보 및 고각 오차의 정보를 추출하는 각도 오차 추출부; 및
    (i) 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대해 추출된 방위각 오차 및 (ii) 상기 추출된 방위각 오차를 포함하는 유효 레인지 셀의 피크 값을 이용하여 타격 방위각을 예측하고, (iii) 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대해 추출된 고각 오차 및 (iv) 상기 추출된 고각 오차를 포함하는 유효 레인지 셀의 피크 값을 이용하여 타격 고각을 예측하는 타격 각도 예측부;를 포함하는 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 안테나부는 상기 표적으로부터 복수 개의 채널 신호들을 수신하고,
    상기 신호 처리부는,
    상기 안테나부에서 수신한 복수 개의 채널 신호들을 통해 합 채널 신호를 생성하는 비교기; 및
    상기 생성된 합 채널 신호의 신호 대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)가 최대가 되도록 상기 합 채널 신호의 주파수를 정합(matched)하여 상기 생성된 합 채널 신호를 필터링시키는 필터부;를 더 포함하고,
    상기 레인지 프로파일 생성부는,
    상기 필터링 된 합 채널 신호로부터 상기 레이다 반사 면적 분포 데이터를 획득하고, 상기 획득된 레이다 반사 면적 분포 데이터를 역 푸리에 변환하여 상기 레인지 프로파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 비교기는,
    상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 상기 안테나부에서 수신한 복수 개의 채널 신호들을 통해 방위각 방향의 제1 차 채널 신호 및 고각 방향의 제2 차 채널 신호를 생성하고,
    상기 각도 오차 추출부는,
    상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 합 채널 신호 및 상기 제1 차 채널 신호의 기울기를 이용하여 상기 방위각 오차를 추출하고, 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 합 채널 신호 및 상기 제2 차 채널 신호의 기울기를 이용하여 상기 고각 오차를 추출하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 타격 각도 예측부는,
    상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각으로부터 추출된 방위각 오차에 상기 추출된 방위각 오차를 포함하는 유효 레인지 셀의 피크 값을 곱하여 융합한 값에 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각의 피크 값이 전부 합산된 값을 나누어 산출된 하나의 방위각 오차로부터 상기 타격 방위각을 예측하고,
    상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각으로부터 추출된 고각 오차에 상기 추출된 고각 오차를 포함하는 유효 레인지 셀의 피크 값을 곱하여 융합한 값에 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각의 피크 값이 전부 합산된 값을 나누어 산출된 하나의 고각 오차로부터 상기 타격 고각을 예측하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 레인지 셀 추출 결정부는,
    상기 계산된 레인지 프로파일의 잔여 전력 변화량이 달라지는 구간에서 상기 레인지 셀의 제거를 중단하여 상기 피크 값이 가장 큰 레인지 셀부터 상기 잔여 전력의 변화량이 달라지는 구간 바로 전에 제거된 레인지 셀까지 추출하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 장치.
  10. 표적을 타격하기 위한 신호를 방사하고, 상기 방사된 신호가 상기 표적으로부터 반사된 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 신호로부터 상기 표적의 기하학적 특징에 따른 상기 표적 특성이 반영된 복수 개의 레인지 셀들을 추출하는 단계;
    상기 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 미리 설정된 문턱 값을 고려하여 미리 설정된 조건을 만족하는 레인지 셀인 유효 레인지 셀을 복수 개 선택하는 단계;
    상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 각도 정보를 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 각도 정보들을 융합하여 상기 표적을 타격하기 위한 타격 각도를 예측하는 단계;를 포함하는 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수 개의 레인지 셀들을 추출하는 단계는,
    상기 표적에 반사된 신호의 크기를 면적의 단위로 나타낸 레이다 반사 면적 분포 데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 레이다 반사 면적 분포 데이터를 역 푸리에 변환하여 상기 방사되는 신호를 중심으로 상기 방사되는 신호의 위치와 상기 표적 간의 거리 차이에 해당하는 레인지의 정보를 포함하는 레인지 프로파일을 생성하는 단계;를 포함하고,
    상기 생성된 레인지 프로파일에서 수신전력을 나타내는 피크 값의 정보를 포함하는 복수 개의 레인지 셀들을 추출하며,
    상기 유효 레인지 셀을 복수 개 선택하는 단계는,
    상기 추출된 복수 개의 레인지 셀들 중에서 잡음 신호가 상기 표적으로 간주되는 오경보가 발생할 확률인 오경보 확률에 의해 상기 미리 설정된 문턱 값을 고려하여 상기 복수 개의 유효 레인지 셀들을 선택하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 각도 정보를 추출하는 단계는 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대한 방위각 오차의 정보 및 고각 오차의 정보를 추출하고,
    상기 타격 각도를 예측하는 단계는,
    (i) 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대해 추출된 방위각 오차 및 (ii) 상기 추출된 방위각 오차를 포함하는 유효 레인지 셀의 피크 값을 이용하여 타격 방위각을 예측하고, (iii) 상기 선택된 복수 개의 유효 레인지 셀들 각각에 대해 추출된 고각 오차 및 (iv) 상기 추출된 고각 오차를 포함하는 유효 레인지 셀의 피크 값을 이용하여 타격 고각을 예측하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 방법.
  13. 프로세서에 의해 실행되는 것을 통하여 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 밀리미터파 공대지레이다의 각도 정보 융합 기법을 이용한 표적의 타격 각도 예측 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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