KR101990078B1 - 레이더 신호 처리 모의 장치 - Google Patents

레이더 신호 처리 모의 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101990078B1
KR101990078B1 KR1020180083537A KR20180083537A KR101990078B1 KR 101990078 B1 KR101990078 B1 KR 101990078B1 KR 1020180083537 A KR1020180083537 A KR 1020180083537A KR 20180083537 A KR20180083537 A KR 20180083537A KR 101990078 B1 KR101990078 B1 KR 101990078B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
unit
signal processing
target
radar
Prior art date
Application number
KR1020180083537A
Other languages
English (en)
Inventor
이동주
Original Assignee
한화시스템 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한화시스템 주식회사 filed Critical 한화시스템 주식회사
Priority to KR1020180083537A priority Critical patent/KR101990078B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101990078B1 publication Critical patent/KR101990078B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B9/00—Simulators for teaching or training purposes
    • G09B9/54—Simulation of radar
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40—Means for monitoring or calibrating
    • G01S7/4052—Means for monitoring or calibrating by simulation of echoes

Abstract

본 발명은 이동하는 표적에 대해 반사되는 신호를 모의하여 모의 신호를 생성하는 모의 신호부; 상기 모의 신호부로부터의 모의 신호를 처리하는 신호 처리부; 모의 신호 생성 및 신호 처리를 위한 파라미터를 제공하여 상기 모의 신호부 및 신호 처리부를 제어하는 제어부; 및 상기 신호 처리부의 처리 결과를 분석하는 분석부를 포함하는 레이더 신호 처리 모의 장치를 제시한다.

Description

레이더 신호 처리 모의 장치{Simulation Apparatus for Radar Signal Processing}
본 발명은 레이더 신호 처리 모의 장치에 관한 것으로, 특히 레이더 신호에 의해 반사되는 표적 신호를 모의하여 표적을 탐지하고 분석하는 모의 장치에 관한 것이다.
일반적으로 레이더는 매우 짧은 시간에 발생시킨 마이크로파 또는 밀리미터파를 날카로운 지향성을 가진 안테나를 이용하여 목표물에 방사하고, 목표물로부터 반사되는 반사파를 수신하여 레이더로부터 목표물까지의 거리 또는 목표물의 형태를 감지하는 장치이다.
레이더는 동작 특성상 기상 상태나 시간에 따른 제약 없이 운용하는 것이 가능하여 항공 운항 및 관제, 기상관측, 선박항해, 지구 탐사 등의 민간 용도뿐 아니라 조기경보, 항만감시, 대공방어, 미사일 유도통제 등의 군사용으로도 널리 사용되고 있다.
레이더는 날씨, 건물, 지표면 등의 주변 환경에 따라 표적에 대한 정보를 정확히 알아내는데 어려움이 있다. 따라서, 레이더 시스템의 성능 테스트를 위한 시뮬레이션 방법으로써 모의 표적을 특정 위치에 위치시킨 후 모의 표적을 탐지 또는 추적하여 상기 레이더 시스템에 대한 시뮬레이션을 실시하는 방법이 사용된다.
예를 들어, 레이더 시스템의 시뮬레이션 방법으로서 모의 표적을 특정 위치에 위치시킨 후 모의 표적을 탐지 또는 추적하여 레이더 시스템에 대한 시뮬레이션을 실시하는 방법이 사용된다. 그러나, 모의 표적을 특정 위치에 위치시킨 후 레이더 시스템에 대한 시뮬레이션을 실시하는 경우 모의 표적의 위치가 고정되어 다양한 거리 변화에 대한 탐지가 불가능하고, 표적 신호가 고정되어 있기 때문에 표적 속도 측정이 불가능하며, 시뮬레이션을 반복 수행할 경우에는 모의 표적을 특정 위치에 위치시키는 과정을 반복하여야 하므로 많은 인력과 비용이 소모됨과 동시에 비효율적이라는 문제점이 있었다. 즉, 실제 환경에서 레이더 성능을 검증하고, 분석하기 위하여 환경 제약 및 비용 등의 어려움이 따르게 된다.
따라서, 상기 단점을 극복하고 레이더 성능을 분석하기 위해 표적에 대한 신호를 모의하여 레이더 신호 처리를 수행하는 필요성이 대두된다.
한국등록특허 제10-0265797호 한국등록특허 제10-1828332호
본 발명은 비용 및 공간의 제약에 따른 레이더 표적 탐지 장치의 능력을 향상시킬 수 있는 레이더 신호 처리 모의 장치를 제공한다.
본 발명은 실제 환경과 유사한 표적 모의 신호를 생성하고 레이더 신호에 의해 반사된 표적에 대해 탐지 및 분석이 가능한 레이더 신호 처리 모의 장치를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 다른 레이더 신호 처리 모의 장치는 이동하는 표적에 대해 반사되는 신호를 모의하여 모의 신호를 생성하는 모의 신호부; 상기 모의 신호부로부터의 모의 신호를 처리하는 신호 처리부; 모의 신호 생성 및 신호 처리를 위하여 상기 모의 신호부 및 신호 처리부를 제어하는 제어부; 및 상기 신호 처리부의 처리 결과를 분석하는 분석부를 포함한다.
상기 모의 신호부는 수학식 1 및 2를 이용하여 모의 신호를 생성하는 모의 신호 생성부를 포함한다.
[수학식 1]
Figure 112018071012532-pat00001
[수학식 2]
Figure 112018071012532-pat00002
여기서, BW는 신호의 밴드폭, τ는 펄스폭, t는 -τ/2<t<τ/2, f0는 송신 주파수, ν는 상대 속도, c는 전자파의 속도, R는 레이더에서 표적까지 거리, Sig. power는 안테나 빔의 세기, λ는 파장, RCStarget는 표적의 RCS, AntGtgain는 안테나 송신 이득, AntGrgain는 안테나 수신 이득.
상기 모의 신호부는 랜덤 노이즈를 생성하는 랜덤 노이즈 생성부 및 외부 환경적 요인에 따른 클리터를 설정하는 클리터 설정부 중 적어도 하나를 더 포함한다.
상기 클리터 설정부는 수학식 3, 4 및 5에 따른 지표면 클리터와, 수학식 6 및 7에 따른 해수면 클리터와, 수학식 8 및 9에 따른 강우 클러터 중 적어도 하나를 설정하여 모의 신호에 반영한다.
[수학식 3]
Figure 112018071012532-pat00003
[수학식 4]
Figure 112018071012532-pat00004
[수학식 5]
Figure 112018071012532-pat00005
[수학식 6]
Figure 112018071012532-pat00006
[수학식 7]
Figure 112018071012532-pat00007
[수학식 8]
Figure 112018071012532-pat00008
[수학식 9]
Figure 112018071012532-pat00009
여기서, σ0는 클러터 반사율 계수이고, Sc는 빔조향된 영역의 클러터, δR는 레이더 거리 해상도, Φ는 지표각, Rc는 클러터 영역의 거리, θa는 3dB 빔폭, 1.33은 빔손실 계수, φc=λ/4πσh는 임계 지표각, σh는 파형의 높이 편차의 RMS, q는 파워 인덱스, ηV=5.7×10-14×rr1.6/λ4는 강우량 단위의 RCS, rr는 비의 속도(㎜/h), V는 레이더 해상도 셀 볼륨, R는 관심 영역의 거리, θaz, θel는 방위각, 고각 방향으로의 3dB 빔폭, k(Hrain, R, elbeam)는 Hrain 고도를 고려한 1이하의 계수.
상기 신호 처리부는 레이더가 이동하는 속도 정보를 수신 신호에서 제거하여 자기 속도를 보상하는 자기 속도 보상부를 포함한다.
상기 신호 처리부는 펄스 압축, 도플러 처리, 클러터 제거, 임계 처리, SLB 처리, 클러스터링, 모노 펄스, 손실 계산 중 적어도 어느 하나를 실시한다.
상기 제어부는 레이더 시스템에서 사용하는 안테나 정보, 레이더 정보, 파형 정보, 표적 정보를 설정하여 상기 모의 신호부 및 상기 신호 처리부에 제공한다.
상기 분석부는 상기 신호 처리부의 처리 결과를 상기 제어부의 파라미터와 비교하여 상기 신호 처리부의 처리 결과를 분석한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더 신호 처리 모의 장치는 이동하는 표적에 대해 반사되는 신호를 모의하여 모의 신호를 생성하기 위해 모의 신호부가 마련되고, 모의 신호부에서 생성된 모의 신호를 수신하고 설정된 파라미터 정보를 이용하여 모의 신호를 처리하기 위해 신호 처리부가 마련된다. 또한, 모의 신호부는 실제 환경과 유사한 신호를 생성하기 위해 랜덤 노이즈(Random Noise) 신호를 추가하여 모의 신호를 생성할 수 있고, 지표면의 특성, 비 또는 구름 등의 외부 환경적 요인에 의한 클러터(Clutter) 특성도 반영하여 모의 신호를 생성할 수 있다. 그리고, 신호 처리부는 자기 속도를 보상하는 전처리 단계를 수행한 후 표적 검출 단계를 수행할 수 있고, 표적 검출 단계에서 펄스 압축, 도플러 처리, 클러터 제거, 임계 처리, SLB 처리, 클러스터링, 모노 펄스, 손실 계수 등의 신호 처리를 수행할 수 있다.
본 발명에 의하면, 실제 환경과 유사한 표적 모의 신호를 생성할 수 있어 레이더 신호 처리 방식을 검증 및 분석하는데 효율적이고, 쉽게 다른 신호 처리 방식과의 비교 및 분석을 통하여 다른 레이더 표적 탐지 장치에 적용할 수 있다.
또한, 비용 및 공간의 제약에 따른 레이더 표적 탐지 장치의 능력을 향상시킬 수 있고, 실시간 처리 속도 향상에 도움을 줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더 신호 처리 모의 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더 신호 처리 모의 장치의 상세 구성을 설명하기 위한 블록도.
도 3은 본 발명에 이용되는 지표면 클러터(Surface clutter)의 개략도.
도 4는 본 발명에 이용되는 강우 클러터(Rain clutter)의 개략도.
도 5는 본 발명에 이용되는 상관 처리(Correlation Processing)의 개략도.
도 6은 본 발명에 이용되는 도플러 처리 후의 RV 매트릭스의 개략도.
도 7은 본 발명에 이용되는 다양한 CFAR 처리의 개략도.
도 8은 본 발명에 이용되는 보간 방법의 개략도.
도 9는 본 발명에 이용되는 클러스터링의 개략도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더 신호 처리 모의 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더 신호 처리 모의 장치의 상세 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더 신호 처리 모의 장치는 모의 신호를 생성하는 모의 신호부(100)와, 모의 신호부(100)로부터의 모의 신호를 처리하는 신호 처리부(200)와, 모의 신호부(100) 및 신호 처리부(200)를 제어하는 제어부(300)와, 신호 처리부(200)의 처리 결과를 분석하는 분석부(400)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더 신호 처리 모의 방법은 모의 신호부(100)가 모의 신호를 생성하는 과정과, 신호 처리부(200)가 모의 신호부(100)로부터의 모의 신호를 처리하는 과정과, 분석부(400)가 신호 처리부(200)의 처리 결과를 분석하는 과정을 포함할 수 있다. 즉, 신호 처리 모의 방법은 본 발명에 따른 신호 처리 모의 장치에 의해 실시된다. 따라서, 모의 방법에 대해서는 모의 방법에 대한 도면을 별도로 제시하지 않고 모의 장치의 구성 설명과 함께 설명하겠다.
모의 신호부(100)는 제어부(300)에 의해 설정된 파라미터 정보를 이용하여 이동하는 표적에 대해 반사되는 신호를 모의하여 모의 신호를 생성하며, 실제 환경과 유사한 신호를 만들어 주기 위해 랜덤 노이즈(Random Noise) 신호를 추가하여 모의 신호를 생성할 수 있다. 또한, 모의 신호부(100)는 외부 환경적 요인, 예를 들어 지표면의 특성, 비 또는 구름에 따라 레이더 수신 신호가 영향을 받기 때문에 클러터(Clutter) 특성도 반영하여 모의 신호를 생성할 수 있다. 신호 처리부(200)는 모의 신호부(100)에서 생성된 모의 신호를 수신하고 제어부(300)에 의해 설정된 파라미터 정보를 이용하여 모의 신호를 처리한다. 따라서, 모의 신호에 의해 실제 레이더의 신호 처리 장치 및 방법을 검증하고 분석할 수 있다. 또한, 신호 처리부(200)는 자기 속도를 보상하는 전처리 단계를 수행한 후 표적 검출 단계를 수행할 수 있다. 즉, 수신 신호의 경우 레이더와 표적이 모두 이동 중이기 때문에 신호 처리부(200)는 자기 속도 보상을 수행하는 전처리 단계를 실시하고, 표적 검출 단계에서 펄스 압축, 도플러 처리, 클러터 제거, 임계(CFAR, Constant False Alarm Rate) 처리, SLB 처리, 클러스터링, 모노 펄스, 손실 계산 등의 신호 처리를 수행하게 된다. 그리고, 제어부(300)는 모의 신호부(100)에 대하여 모의 신호를 생성하기 위한 파라미터를 제공할 수 있고, 신호 처리부(200)에 대하여 신호 처리 모듈과 사용 방법의 세부 파라미터을 제공할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더 신호 처리 모의 장치를 도 1 및 도 2를 이용하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
1. 모의 신호부
모의 신호부(100)는 제어부(300)에 의해 설정된 파라미터 정보를 이용하여 이동하는 표적에 대해 반사되는 신호를 모의하여 모의 신호를 생성한다. 이러한 모의 신호를 생성하기 위한 모의 신호부(100)는 모의 신호 생성부(110)를 포함할 수 있다. 모의 신호부(100), 즉 모의 신호 생성부(110)는 예를 들어 수학식 1 및 2을 이용하여 LFM-PT(Linear Frequency Modulation-Pulse Train) 방식으로 생성할 수 있다.
Figure 112018071012532-pat00010
Figure 112018071012532-pat00011
여기서, BW는 신호의 밴드폭, τ는 펄스폭, t는 -τ/2<t<τ/2, f0는 송신 주파수, ν는 상대 속도, c는 전자파의 속도, R는 레이더에서 표적까지 거리, Sig. power는 안테나 빔의 세기, λ는 파장, RCStarget는 표적의 RCS, AntGtgain는 안테나 송신 이득, AntGrgain는 안테나 수신 이득이다.
상기 수학식 1 및 2에 의한 모의 신호의 경우 이상적인 신호이기 때문에 실제 환경과 유사한 신호를 만들어 주기 위해 랜덤 노이즈 생성부(120)를 통해 랜덤 노이즈(Random Noise) 신호를 추가한다. 즉, 상기 수학식 1 및 2에 의해 생성된 모의 신호 또는 랜덤 노이즈 신호가 추가된 모의 신호를 기반으로 기동 모델링 방법을 활용하여 표적 이동 경로를 생성한다. 또한, 표적의 속도, 거리 등의 정보를 이용하여 이동하는 표적에 대한 모의를 진행한다. 여기서, SLB(Side Lobe Blanking) 안테나 신호도 유사한 방식으로 모의 신호를 생성할 수 있다.
한편, 외부 환경적 요인, 예를 들어 지표면의 특성, 비 또는 구름에 따라 레이더 수신 신호가 영향을 받기 때문에 클러터(Clutter) 특성도 반영해야 한다. 이를 위해 클러터 설정부(130)를 포함할 수 있다. 클러터 설정부(130)는 표면 클러터, 해수면 클러터 및 강우 클러터 등을 설정할 수 있다.
도 3은 지표면 클러터(Surface clutter)의 개략도로서, 지표면 클러터의 경우 지표면의 타입, 주파수, 지표각(grazing angle) 등에 따라 영향을 받으며, 다음의 수학식 3, 4 및 5에 의해 생성될 수 있다.
Figure 112018071012532-pat00012
Figure 112018071012532-pat00013
Figure 112018071012532-pat00014
σ0는 클러터 반사율 계수(clutter reflectivity coefficient)이고, Sc는 빔조향된 영역의 클러터(clutter), δR는 레이더 거리 해상도, Φ는 지표각(grazing angle), Rc는 클러터(clutter) 영역의 거리, θa는 3dB 빔폭, 1.33은 빔손실 계수이다.
해수면 클러터(Sea surface clutter)의 경우 아래의 수학식 6 및 7을 이용하여 표현할 수 있다.
Figure 112018071012532-pat00015
Figure 112018071012532-pat00016
φc=λ/4πσh는 임계 지표각(critical grazing angle), σh는 파형의 높이 편차(height deviation)의 RMS, q는 파워 인덱스(Power index)이다.
또한, 도 4는 강우 클러터(Rain clutter)의 개략도로서, 강우 클러터의 경우 아래의 수학식 8 및 9을 이용하여 표현할 수 있다.
Figure 112018071012532-pat00017
Figure 112018071012532-pat00018
ηV=5.7×10-14×rr1.6/λ4는 강우량 단위(rain volume unit)의 RCS, rr는 비의 속도(㎜/h), V는 레이더 해상도 셀 볼륨(resolution cell volume)이다. 또한, R는 관심 영역의 거리, θaz, θel는 방위각, 고각 방향으로의 3dB 빔폭, k(Hrain, R, elbeam)는 Hrain 고도를 고려한 1이하의 계수이다.
상기한 바와 같이 모의 신호부(100)에서는 주변 환경적인 요인을 반영한 모의 신호를 생성하여 신호 처리부(200)에 전달한다.
2. 신호 처리부
신호 처리부(200)는 모의 신호부(100)에서 생성된 모의 신호를 수신하고 제어부(300)에 의해 설정된 파라미터 정보를 이용하여 신호 처리 장치 및 방법을 검증하고 분석한다.
수신 신호의 경우 레이더와 표적이 모두 이동 중이기 때문에 자기 속도 보상을 수행하는 전처리 단계를 거치게 된다. 즉, 자기 속도 보상부(210)를 통해 자기 속도를 보상한다. 자기 속도 보상의 경우 레이더 자신의 속도를 알고 있기 때문에 레이더가 이동하는 속도 정보를 수신 신호에서 제거하는 역할을 수행한다. 레이더 상대 속도 신호는 수학식 10에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112018071012532-pat00019
여기서, vr는 레이더 상대 속도, t는 이동 시간 이다.
전처리 단계가 끝나면 표적 검출을 검출하는데 펄스 압축, 도플러 처리, 클러터 제거, 임계(CFAR, Constant False Alarm Rate) 처리, SLB 처리, 클러스터링, 모노 펄스, 손실 계산 등의 신호 처리를 수행하게 된다. 이때, 펄스 압축으로부터 손실 계산 등의 신호 처리를 순차적으로 실시할 수도 있고, 적어도 어느 하나를 선택적으로 실시할 수도 있다. 이러한 각 단계마다 분석을 위해 그래프로 처리 결과를 보여줄 수 있다.
펄스 압축부(220)에 의한 펄스 압축의 경우 변조(Modulation)를 사용하여 장거리 표적을 탐지하고 우수한 거리 분해능을 획득하기 위하여 상관 처리(Correlation Processing) 또는 스트레칭 처리(Stretching Processing) 기법을 이용할 수 있다. 상관 처리는 도 5에 도시된 바와 같이, FFT(Fast Fourier Transform)를 실시하여 시간 기반의 모의 신호를 주파수 기반으로 변환하고 주파수 기반의 참조 신호와 곱셈 연산한 후 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 실시하여 주파수 기반의 신호를 시간 기반의 신호로 변환한다. 이렇게 모의 신호를 주파수 기반으로 변환한 후 곱셈 연산하고 다시 시간 기반으로 변환함으로서 모의 신호의 압축을 용이하게 할 수 있다. 즉, 시간 기반의 모의 신호를 연산하기 어렵지만 주파수 기판의 모의 신호는 곱셈 연산으로 간단하므로 시간 기반의 모의 신호를 주파수 기반으로 변환하고 곱셈 연산 후 시간 기반으로 다시 변환하게 된다.
도플러 처리부(230)는 표적의 도플러 주파수를 추출하여 속도 정보를 계산하는 도플러 처리를 실시한다. 수신 신호를 윈도우(Window) 함수 및 FFT를 수행하기 용이한 구조로 정렬한 후 속도 방향으로 FFT를 수행한다. 도플러 처리는 실제 표적의 속도 정보를 얻기 위해 실시하며, 펄스 압축 및 도플러 처리를 하게 되면 도 6에 도시된 바와 같은 매트릭스 형태의 RV 도메인이 생성된다. 여기서, R은 거리이고 V는 속도로서, 표적의 거리 및 속도가 도 6에 도시된 매트릭스 형태로 표현된다. 즉, 도플러 처리를 실시한 후 표적의 거리와 속도가 매트릭스 형태의 좌표로 표시된다.
클러티 제어부(240)는 레이더의 직하방향 클러터(clutter) 신호 및 주변 환경 요인에 따른 클러터(clutter) 성분을 제거하는 클러터 제거 기능을 수행한다.
임계 처리부(250)는 표적을 탐지하기 위해 임계값(Threshold)를 적용하여 임계값보다 큰 신호를 표적으로 간주하는 임계 처리를 수행한다. 임계 처리 수행 시 CA-CFAR, OS-CFAR, MCA-CFAR, 2D-CFAR 등 외부 요인을 고려한 방식을 선택할 수 있다.도 7에는 CA-CFAR, OS-CFAR, MCA-CFAR 각각의 개략도를 도시하였다. 이러한 CFAR 방식은 도 6의 RV 매트릭스 상에서 실제 표적에 대한 정보를 추출하기 위해 실시한다. 즉, CFAR을 수행함으로써 주변 사물에 의해 방해되는 신호를 필터링하여 실제 표적에 대한 정보를 추출할 수 있다. 이때, 각각의 CFAR의 선택에 따른 분석 결과를 사용자에게 보여줌으로써 CFAR 선택에 도움을 줄 수 있다.
한편, 일반적으로 CFAR 수행 시간이 다른 신호 처리 방식에 비해 80% 이상 긴 처리 시간을 필요로 하기 때문에 해당 시스템에서는 CFAR 임계(threshold) 설정을 정렬된 모든 데이터에 수행하지 않고, 홀수 데이터만 취하여 수행하고 보간(Interpolation) 하여 짝수 데이터의 임계값을 설정하여 1/3 이상의 처리 시간을 절약할 수 있다. 즉, RV 매트릭스 상에서 CFAR을 수행하는 경우 R 및 V의 교차점에 의해 형성되는 셀의 갯수가 많을 경우 모든 셀에 임계값을 설정하게 되면 많은 시간이 소요되기 때문에 몇개의 셀만 취하여 CFAR을 수행하고 나머지를 보간할 수 있다. 예를 들어, 도 8의 보간 방법의 개략도에 제시된 바와 같이 홀수번째 셀, 즉 주황색으로 표시된 셀에 대하여 CFAR를 수행하고, 그 사이의 셀에 대해서는 앞뒤 셀의 값으로 추정하여 CFAR 수행 시간을 줄일 수 있다.
SLB 처리부(260)는 임계를 넘는 표적 신호를 가지고 모의 신호부(100)에서 만들어진 SLB 모의 신호와 크기를 비교하여 표적 신호가 SLB 신호 크기보다 작으면 버리고, 크면 최종 표적 신호로 간주하는 SLB 처리를 수행한다.
클러스터링부(270)는 최종 표적 신호의 경우 기준 데이터 셀의 옆에 표적 신호가 존재하면 동일한 표적으로 판단하여 묶는 클러스터링을 수행한다. 즉, 기준 데이터 셀의 위, 옆, 대각선 방향으로 표적 신호가 존재하면 동일한 표적으로 판단한다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이 RV 매트릭스 상에서 CFAR을 수행하면 표적이 점으로 표현된다. 그런데, 이러한 점으로 표시되는 표적이 연속적으로 표시되면 하나의 표적인지 복수의 표적인지 판단하기 어려운데, 이를 구분하기 위한 방법으로 클러스터링을 실시한다. 즉, 임계값을 넘어가면 하나의 표적으로 간주하고, 하나는 임계값을 넘고 나머지 적어도 둘은 임계값을 넘지 않으면 이를 기준으로 표적을 구분하는데, 임계값 안에 들어오면 표적이 아니고 노이즈로 판단한다. 즉, 연속된 셀에서 임계값을 넘어가는 것이 여러 개 있을 때 하나의 표적으로 간주한다.
장거리 표적을 탐지할 때 작은 빔폭을 가지더라도 거리가 멀어질수록 빔폭은 커질 수 밖에 없다. 따라서, 모노 펄스 처리부(280)는 표적의 정확한 위치 정보를 파악하기 위해 모노 펄스 처리를 수행하게 된다. 클러스터링된 표적 신호의 각도 위치 정보를 파악하기 위하여 진폭(Amplitude) 모노 펄스 방식과 위상(Phase) 모노 펄스 방식 중 해당 시스템에 맞는 방식을 선택하여 모노 펄스 수행을 한다. 진폭(Amplitude) 모노 펄스의 경우 신호의 크기 값으로 비교하는 방식으로 모노 펄스 기울기를 이용하여 빔조향하는 위치에서 고각, 방위각 기준으로 표적의 떨어진 정도를 표현하게 된다. 위상(Phase) 모노 펄스의 경우 신호의 위상차를 이용하여 빔조향하는 위치에서 고각, 방위각 방향으로 표적의 떨어진 정도를 표현한다.
한편, 신호 처리부(200)의 각 구성 부분을 수행하면 손실이 발생할 수 밖에 없고, 손실 계산부(290)는 해당 손실을 계산하여 보상해주어야 한다. 손실 계산부(290)는 신호 처리부(200)에서 발생할 수 있는 스트래들링 손실(Straddling loss), 펄스 압축 미스매치 손실(mismatch loss), 윈도우 기능 손실(Window function loss), CFAR 손실, 콜랩싱 손실(Collapsing loss) 등을 계산하여 보상할 수 있도록 한다.
3. 제어부
제어부(300)는 모의 신호부(100) 및 신호 처리부(200)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 모의 신호부(100)에 대하여 모의 신호를 생성하기 위한 파라미터를 제공할 수 있고, 신호 처리부(200)에 대하여 신호 처리 블록도와 사용 알고리즘의 세부 파라미터을 제공할 수 있다. 제어부(300)는 레이더 시스템에서 사용하는 안테나 정보, 레이더 정보, 파형 정보, 표적 정보 등을 설정할 수 있다. 여기서, 안테나 정보는 빔폭, 빔패턴, 이득 등을 포함할 수 있고, 레이더 정보는 주파수, 파워, 손실 등을 포함할 수 있다. 또한, 파형 정보는 PRI, 펄스폭, 변조 등을 포함할 수 있고, 표적 정보는 표적에 대한 거리, 속도, 각도 정보 등을 포함할 수 있다.
4. 분석부
분석부(400)는 신호 처리부(200)로부터의 모의 신호 처리 결과가 정확한지 분석한다. 예를 들어, 분석부(400)는 신호 처리부(200)의 처리 결과를 제어부(300)의 파라미터와 비교하여 신호 처리부(200)의 처리 결과가 정확한지 분석할 수 있다. 물론, 분석부(400)는 미리 계산된 값과 신호 처리부(200)의 처리 결과를 비교할 수도 있다. 이때, 분석부(400)는 신호 처리부(200)의 처리 결과와 이와 대비되는 대비값을 표, 그래프 등으로 대비하여 사용자에게 표시할 수도 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더 신호 처리 모의 장치는 모의 신호부(100)가 이동하는 표적에 대해 반사되는 신호를 모의하여 모의 신호를 생성하고, 신호 처리부(200)가 모의 신호부(100)에서 생성된 모의 신호를 수신하고 제어부(300)에 의해 설정된 파라미터 정보를 이용하여 모의 신호를 처리한다. 여기서, 모의 신호부(100)는 실제 환경과 유사한 신호를 생성하기 위해 랜덤 노이즈(Random Noise) 신호를 추가하여 모의 신호를 생성할 수 있고, 지표면의 특성, 비 또는 구름 등의 외부 환경적 요인에 의한 클러터(Clutter) 특성도 반영하여 모의 신호를 생성할 수 있다. 또한, 신호 처리부(200)는 자기 속도를 보상하는 전처리 단계를 수행한 후 표적 검출 단계를 수행할 수 있다. 표적 검출 단계에서 펄스 압축, 도플러 처리, 클러터 제거, 임계 처리, SLB 처리, 클러스터링, 모노 펄스, 손실 계산 등의 신호 처리를 수행한다. 한편, 제어부(300)는 모의 신호부(100)에 대하여 모의 신호를 생성하기 위한 파라미터를 제공할 수 있고, 신호 처리부(200)에 대하여 신호 처리 모듈과 사용 방법의 세부 파라미터을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 레이더 신호 처리 모의 장치로부터 생성된 모의 신호에 의해 실제 레이더의 신호 처리 장치 및 방법을 분석부(400)에서 검증하고 분석할 수 있다.
본 발명은 상기에서 서술된 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허청구범위에 의해서 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예들은 상호 조합될 수 있다.
100 : 모의 신호부 200 : 신호 처리부
300 : 제어부 400 : 분석부

Claims (8)

  1. 이동하는 표적에 대해 반사되는 신호를 모의하여 모의 신호를 생성하는 모의 신호부;
    상기 모의 신호부로부터의 모의 신호를 처리하는 신호 처리부;
    모의 신호 생성 및 신호 처리를 위한 제공하여 상기 모의 신호부 및 신호 처리부를 제어하는 제어부; 및
    상기 신호 처리부의 처리 결과를 분석하는 분석부를 포함하고,
    상기 모의 신호부는 수학식 1 및 2를 이용하여 모의 신호를 생성하는 모의 신호 생성부를 포함하는 레이더 신호 처리 모의 장치.
    [수학식 1]
    Figure 112018119121301-pat00020

    [수학식 2]
    Figure 112018119121301-pat00021

    여기서, BW는 신호의 밴드폭, τ는 펄스폭, t는 -τ/2<t<τ/2, f0는 송신 주파수, ν는 상대 속도, c는 전자파의 속도, R는 레이더에서 표적까지 거리, Sig. power는 안테나 빔의 세기, λ는 파장, RCStarget는 표적의 RCS, AntGtgain는 안테나 송신 이득, AntGrgain는 안테나 수신 이득.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 신호 처리부는 펄스 압축, 도플러 처리, 클러터 제거, 임계 처리, SLB 처리, 클러스터링, 모노 펄스, 손실 계산 중 적어도 어느 하나를 실시하는 레이더 신호 처리 모의 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 제어부는 레이더 시스템에서 사용하는 안테나 정보, 레이더 정보, 파형 정보, 표적 정보를 설정하여 상기 모의 신호부 및 상기 신호 처리부에 제공하는 레이더 신호 처리 모의 장치.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 분석부는 상기 신호 처리부의 처리 결과를 상기 제어부의 파라미터와 비교하여 상기 신호 처리부의 처리 결과를 분석하는 레이더 신호 처리 모의 장치.
KR1020180083537A 2018-07-18 2018-07-18 레이더 신호 처리 모의 장치 KR101990078B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180083537A KR101990078B1 (ko) 2018-07-18 2018-07-18 레이더 신호 처리 모의 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180083537A KR101990078B1 (ko) 2018-07-18 2018-07-18 레이더 신호 처리 모의 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101990078B1 true KR101990078B1 (ko) 2019-06-17

Family

ID=67064777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180083537A KR101990078B1 (ko) 2018-07-18 2018-07-18 레이더 신호 처리 모의 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101990078B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2617620A (en) * 2022-04-15 2023-10-18 Leonardo UK Ltd A System & Method of Simulating Radar Ground Clutter

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07280924A (ja) * 1994-04-04 1995-10-27 Mitsubishi Electric Corp 疑似目標信号発生装置
KR100265797B1 (ko) 1998-07-02 2000-09-15 박태진 모의 레이다 시스템 및 추적 레이다 시뮬레이션 방법
JP2004108797A (ja) * 2002-09-13 2004-04-08 Toshiba Corp 電波環境模擬信号生成装置
KR101320508B1 (ko) * 2012-09-13 2013-10-23 국방과학연구소 항공기에 탑재된 영상 레이더의 성능 시험 장치
KR101828332B1 (ko) 2012-02-29 2018-03-22 한화시스템 주식회사 차량용 레이더 시뮬레이터

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07280924A (ja) * 1994-04-04 1995-10-27 Mitsubishi Electric Corp 疑似目標信号発生装置
KR100265797B1 (ko) 1998-07-02 2000-09-15 박태진 모의 레이다 시스템 및 추적 레이다 시뮬레이션 방법
JP2004108797A (ja) * 2002-09-13 2004-04-08 Toshiba Corp 電波環境模擬信号生成装置
KR101828332B1 (ko) 2012-02-29 2018-03-22 한화시스템 주식회사 차량용 레이더 시뮬레이터
KR101320508B1 (ko) * 2012-09-13 2013-10-23 국방과학연구소 항공기에 탑재된 영상 레이더의 성능 시험 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2617620A (en) * 2022-04-15 2023-10-18 Leonardo UK Ltd A System & Method of Simulating Radar Ground Clutter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102013205B1 (ko) 레이더 신호 처리 모의 장치 및 방법
US10197667B2 (en) Method and signal generator for simulation of sea clutter
CN103529437B (zh) 系留气球载相控阵雷达在多目标下分辨空地目标的方法
CN109633598B (zh) 基于特征分析的阵列雷达目标检测方法
Rabaste et al. Detection–localization algorithms in the around-the-corner radar problem
RU2280263C1 (ru) Способ селекции ложных воздушных целей
Park et al. Compact HF surface wave radar data generating simulator for ship detection and tracking
CN109765529B (zh) 一种基于数字波束形成的毫米波雷达抗干扰方法及系统
Belfiori et al. Application of 2D MUSIC algorithm to range-azimuth FMCW radar data
CN105223560A (zh) 基于杂波俯仰方位谱稀疏恢复的机载雷达目标检测方法
CN105445701A (zh) Ddma-mimo雷达目标的单脉冲角度估计方法
EP2278355A1 (en) Radar system
CN112098999A (zh) 一种高动态雷达导引头掠海目标电磁信号建模方法
CN109507654B (zh) 一种基于ls的复杂环境下相位信息计算方法
KR101990078B1 (ko) 레이더 신호 처리 모의 장치
US8116169B2 (en) Active sonar system and active sonar method using noise reduction techniques and advanced signal processing techniques
CN104914421A (zh) 基于和差波束的低空风切变风速估计方法
Rosenberg et al. Coherent simulation of sea-clutter for a scanning radar
CN104297735B (zh) 基于先验道路信息的杂波抑制方法
Gao et al. Static background removal in vehicular radar: Filtering in azimuth-elevation-doppler domain
Meschino et al. A practical guide on using SPOT-GPR, a freeware tool implementing a SAP-DoA technique
Wang et al. Simulation for surveillance radar ground clutter at low grazing angle
Oyedokun Sea clutter simulation
Hidayat et al. Simulation of signal processing for ship detection on two overlapping HF radars with FMCW waveforms
CN115186426B (zh) 射频探测系统主要目标识别全链路建模方法、装置、设备

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant