KR102013205B1 - Simulation Apparatus and Method for Radar Signal Processing - Google Patents

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KR102013205B1
KR102013205B1 KR1020180151891A KR20180151891A KR102013205B1 KR 102013205 B1 KR102013205 B1 KR 102013205B1 KR 1020180151891 A KR1020180151891 A KR 1020180151891A KR 20180151891 A KR20180151891 A KR 20180151891A KR 102013205 B1 KR102013205 B1 KR 102013205B1
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simulation
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이동주
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한화시스템 주식회사
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    • 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

The present invention discloses a simulation method for radar signal processing comprising the following steps of: generating simulation signals reflected to a moving target using a parameter for generating simulation signals; processing simulation signals by using a signal processing parameter; and analyzing the signal processing results. The present invention can help to improve a processing speed in real time.

Description

레이더 신호 처리 모의 장치 및 방법{Simulation Apparatus and Method for Radar Signal Processing}Simulation Apparatus and Method for Radar Signal Processing

본 발명은 레이더 신호 처리 모의 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 레이더 신호에 의해 반사되는 표적 신호를 모의하여 표적을 탐지하고 분석하는 모의 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a radar signal processing simulation apparatus and method, and more particularly, to a simulation apparatus and method for detecting and analyzing a target by simulating a target signal reflected by the radar signal.

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.In general, a radar emits a microwave or millimeter wave generated in a very short time to a target using a sharp directional antenna, and receives a reflected wave reflected from the target to detect the distance or shape of the target from the radar to be.

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.The radar can be operated without any constraints on weather conditions or time due to its operation characteristics.It can be used for civil operations such as air navigation and control, meteorological observation, ship navigation, and earth exploration, as well as early warning, port monitoring, air defense, and missile guidance control. It is also widely used for military purposes.

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.Radars have a hard time pinpointing information about targets, depending on the environment, such as weather, buildings, and ground. Therefore, as a simulation method for the performance test of the radar system, a method of performing a simulation on the radar system by detecting or tracking the mock target after positioning the mock target at a specific position is used.

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. For example, as a method of simulating a radar system, a method of performing a simulation on a radar system by placing a mock target at a specific position and then detecting or tracking the mock target is used. However, if you simulate the radar system after placing the mock target in a specific position, the position of the mock target is fixed and detection of various distance changes is impossible, and because the target signal is fixed, it is impossible to measure the target speed. For example, when the simulation is repeatedly performed, the process of placing the mock target at a specific position has to be repeated, which causes a lot of manpower and cost, and is inefficient. In other words, in order to verify and analyze radar performance in a real environment, difficulties such as environmental constraints and costs are accompanied.

따라서, 상기 단점을 극복하고 레이더 성능을 분석하기 위해 표적에 대한 신호를 모의하여 레이더 신호 처리를 수행하는 필요성이 대두된다.Accordingly, there is a need to perform radar signal processing by simulating a signal to a target in order to overcome the disadvantage and analyze radar performance.

한국등록특허 제10-0265797호Korea Patent Registration No. 10-0265797 한국등록특허 제10-1828332호Korea Patent Registration No. 10-1828332

본 발명은 비용 및 공간의 제약에 따른 레이더 표적 탐지 장치의 능력을 향상시킬 수 있는 레이더 신호 처리 모의 장치 및 방법을 제공한다.The present invention provides a radar signal processing simulation apparatus and method that can improve the capability of the radar target detection device according to cost and space constraints.

본 발명은 실제 환경과 유사한 표적 모의 신호를 생성하고 레이더 신호에 의해 반사된 표적에 대해 탐지 및 분석이 가능한 레이더 신호 처리 모의 장치 및 방법을 제공한다.The present invention provides a radar signal processing simulation apparatus and method capable of generating a target simulation signal similar to a real environment and detecting and analyzing a target reflected by the radar signal.

본 발명의 일 양태에 따른 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 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 생성하며, 상기 신호 처리부는 레이더가 이동하는 속도 정보를 수신 신호에서 제거하여 자기 속도를 보상하는 자기 속도 보상부를 포함한다.Radar signal processing simulation apparatus according to an aspect of the present invention includes a simulation signal unit for generating a simulation signal by simulating the signal reflected to the moving target; A signal processor which processes a simulated signal from the simulated signal unit; A control unit for controlling the simulation signal unit and the signal processing unit by providing a simulation signal generation and signal processing unit; And an analysis unit for analyzing a processing result of the signal processing unit, wherein the simulation signal unit generates a simulation signal by using Equations 1 and 2, and the signal processing unit removes the velocity information moving by the radar from the received signal. It includes a magnetic speed compensation unit for compensating for the speed.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112018119996110-pat00001
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[수학식 2][Equation 2]

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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, Loss는 대기 손실 및 기타 손실.Where BW is the bandwidth of the signal, τ is the pulse width, t is -τ / 2 <t <τ / 2, f 0 is the transmission frequency, ν is the relative speed, c is the speed of electromagnetic waves, and R is the radar to the target. Street, Sig. power is the strength of the antenna beam, λ is the wavelength, RCS target is the RCS of the target, AntGt gain is the antenna transmit gain, AntGr gain is the antenna receive gain, and Loss is atmospheric loss and other losses.

상기 모의 신호부는 랜덤 노이즈를 생성하는 랜덤 노이즈 생성부 및 외부 환경적 요인에 따른 클리터를 설정하는 클리터 설정부 중 적어도 하나를 더 포함한다.The simulation signal unit may further include at least one of a random noise generator for generating random noise and a clutter setting unit for setting a cutter according to an external environmental factor.

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.The clutter setting unit sets at least one of the surface surface cutter according to equations (3), (4) and (5), the sea level clutter according to equations (6) and (7), and the rainfall clutter according to equations (8) and (9). Reflect.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112018119996110-pat00003
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[수학식 4][Equation 4]

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[수학식 5][Equation 5]

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[수학식 6][Equation 6]

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[수학식 7][Equation 7]

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[수학식 8][Equation 8]

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[수학식 9][Equation 9]

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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.Where σ0 is the clutter reflectance coefficient, Sc is the clutter of the beam steered region, δR is the radar distance resolution, Φ is the ground angle, Rc is the distance of the clutter region, θa is the 3dB beamwidth, 1.33 is the beam loss coefficient, φ c = λ / 4πσ h is the critical surface angle, σ h is the RMS of the height deviation of the waveform, q is the power index, η V = 5.7 × 10 -14 × rr 1.6 / λ 4 is the RCS in rainfall units, rr is the ratio Velocity (mm / h), V is the radar resolution cell volume, R is the distance of the region of interest, θ az , θ el is the azimuth, 3dB beamwidth in the elevation direction, k (Hrain, R, elbeam) Coefficient of 1 or less.

상기 신호 처리부는 펄스 압축, 도플러 처리, 클러터 제거, 임계 처리, SLB 처리, 클러스터링, 모노 펄스, 손실 계산 중 적어도 어느 하나를 실시한다.The signal processor performs at least one of pulse compression, Doppler processing, clutter removal, threshold processing, SLB processing, clustering, mono pulses, and loss calculation.

상기 제어부는 레이더 시스템에서 사용하는 안테나 정보, 레이더 정보, 파형 정보, 표적 정보를 설정하여 상기 모의 신호부 및 상기 신호 처리부에 제공한다.The control unit sets antenna information, radar information, waveform information, and target information used in the radar system and provides the simulated signal unit and the signal processing unit.

상기 분석부는 상기 신호 처리부의 처리 결과를 상기 제어부의 파라미터와 비교하여 상기 신호 처리부의 처리 결과를 분석한다.The analyzing unit analyzes the processing result of the signal processing unit by comparing the processing result of the signal processing unit with the parameters of the control unit.

본 발명의 다른 양태에 따른 레이더 신호 처리 모의 방법은 모의 신호 생성을 위한 파라미터를 이용하여 이동하는 표적에 대해 반사되는 신호를 모의하여 모의 신호를 생성하는 과정; 신호 처리 파라미터를 이용하여 모의 신호를 처리하는 과정; 및 상기 신호 처리 결과를 분석하는 과정을 포함하고, 상기 모의 신호는 수학식 1 및 2를 이용하여 생성하며, 상기 모의 신호를 처리하는 과정은 레이더가 이동하는 속도 정보를 수신 신호에서 제거하여 자기 속도를 보상하는 전처리 과정을 포함한다.Radar signal processing simulation method according to another aspect of the present invention comprises the steps of generating a simulation signal by simulating the signal reflected to the moving target using a parameter for generating a simulation signal; Processing a simulated signal using signal processing parameters; And analyzing the signal processing result, wherein the simulated signal is generated by using Equations 1 and 2, and the process of processing the simulated signal removes the velocity information of the radar from the received signal to obtain a magnetic velocity. It includes preprocessing to compensate.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112018119996110-pat00010
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[수학식 2][Equation 2]

Figure 112018119996110-pat00011
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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, Loss는 대기 손실 및 기타 손실.Where BW is the bandwidth of the signal, τ is the pulse width, t is -τ / 2 <t <τ / 2, f 0 is the transmission frequency, ν is the relative speed, c is the speed of electromagnetic waves, and R is the radar to the target. Street, Sig. power is the strength of the antenna beam, λ is the wavelength, RCS target is the RCS of the target, AntGt gain is the antenna transmit gain, AntGr gain is the antenna receive gain, and Loss is atmospheric loss and other losses.

상기 모의 신호는 랜덤 노이즈 및 외부 환경적 요인에 따라 설정된 클리터 중 적어도 하나를 반영하여 생성한다.The simulated signal is generated by reflecting at least one of a clutter set according to random noise and external environmental factors.

상기 클리터는 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 설정한다.The clutter sets at least one of a ground surface clutter according to Equations 3, 4 and 5, a sea level clutter according to Equations 6 and 7, and a rainfall clutter according to Equations 8 and 9.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112018119996110-pat00012
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[수학식 4][Equation 4]

Figure 112018119996110-pat00013
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[수학식 5][Equation 5]

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[수학식 6][Equation 6]

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[수학식 7][Equation 7]

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[수학식 8][Equation 8]

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[수학식 9][Equation 9]

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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.Where σ0 is the clutter reflectance coefficient, Sc is the clutter of the beam steered region, δR is the radar distance resolution, Φ is the ground angle, Rc is the distance of the clutter region, θa is the 3dB beamwidth, 1.33 is the beam loss coefficient, φ c = λ / 4πσ h is the critical surface angle, σ h is the RMS of the height deviation of the waveform, q is the power index, η V = 5.7 × 10 -14 × rr 1.6 / λ 4 is the RCS in rainfall units, rr is the ratio Velocity (mm / h), V is the radar resolution cell volume, R is the distance of the region of interest, θ az , θ el is the azimuth, 3dB beamwidth in the elevation direction, k (Hrain, R, elbeam) Coefficient of 1 or less.

상기 신호 처리 과정은 상기 전처리 과정 후 펄스 압축, 도플러 처리, 클러터 제거, 임계 처리, SLB 처리, 클러스터링, 모노 펄스, 손실 계산 중 적어도 어느 하나를 실시한다.The signal processing step performs at least one of pulse compression, Doppler processing, clutter removal, threshold processing, SLB processing, clustering, monopulse, and loss calculation after the preprocessing.

상기 모의 신호 생성 및 처리 과정에서 레이더 시스템에서 사용하는 안테나 정보, 레이더 정보, 파형 정보, 표적 정보를 이용한다.Antenna information, radar information, waveform information, and target information used in the radar system are used in the simulation signal generation and processing.

상기 신호 처리 결과를 파라미터와 비교하여 신호 처리 결과를 분석한다.The signal processing result is analyzed by comparing the signal processing result with a parameter.

본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더 신호 처리 모의 방법은 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.In the radar signal processing simulation method according to an embodiment of the present invention, a simulation signal unit is provided to generate a simulation signal by simulating a signal reflected on a moving target, and receives a simulation signal generated from the simulation signal unit and sets a parameter. A signal processor is provided to process the simulated signal using the information. In addition, the simulated signal unit may generate a simulated signal by adding a random noise signal to generate a signal similar to the real environment, and may include a clutter due to external environmental factors such as characteristics of the earth's surface, rain, or clouds. It can also generate the simulated signal by reflecting the characteristics of the clutter). In addition, the signal processor may perform a target detection step after performing a preprocessing step of compensating magnetic speed, and in the target detection step, pulse compression, Doppler processing, clutter removal, threshold processing, SLB processing, clustering, mono pulse, Signal processing such as loss factor can be performed.

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.According to the present invention, it is possible to generate a target simulation signal similar to the real environment, so that it is effective in verifying and analyzing the radar signal processing method, and can be easily applied to other radar target detection devices through comparison with other signal processing methods. have.

또한, 비용 및 공간의 제약에 따른 레이더 표적 탐지 장치의 능력을 향상시킬 수 있고, 실시간 처리 속도 향상에 도움을 줄 수 있다.In addition, it is possible to improve the capability of the radar target detection device according to the cost and space constraints, and can help to improve the real-time processing speed.

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.1 is a block diagram for explaining the configuration of a radar signal processing simulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a radar signal processing simulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of a surface clutter used in the present invention.
4 is a schematic diagram of a rain clutter used in the present invention.
5 is a schematic diagram of correlation processing used in the present invention.
6 is a schematic diagram of an RV matrix after Doppler treatment used in the present invention.
7 is a schematic diagram of various CFAR treatments used in the present invention.
8 is a schematic diagram of an interpolation method used in the present invention.
9 is a schematic diagram of clustering used in the present invention.

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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art. It is provided for complete information.

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.1 and 2, a radar signal processing simulation apparatus according to an embodiment of the present invention includes a simulation signal unit 100 for generating a simulation signal and a signal for processing a simulation signal from the simulation signal unit 100. The processor 200 may include a control unit 300 that controls the simulation signal unit 100 and the signal processor 200, and an analysis unit 400 that analyzes the processing result of the signal processor 200. In addition, in the radar signal processing simulation method according to an embodiment of the present invention, the simulation signal unit 100 generates a simulated signal, and the signal processor 200 processes the simulated signal from the simulated signal unit 100. The process and the analysis unit 400 may include a process of analyzing the processing result of the signal processor 200. That is, the signal processing simulation method is implemented by the signal processing simulation apparatus according to the present invention. Therefore, the simulation method will be described together with a description of the configuration of the simulation apparatus without separately showing the drawings of the simulation method.

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.The simulation signal unit 100 generates a simulation signal by simulating a signal reflected on a moving target using the parameter information set by the controller 300, and generates random noise to generate a signal similar to a real environment. ) Signal can be added to generate a simulated signal. In addition, the simulation signal unit 100 may generate the simulation signal by reflecting the clutter characteristics because the radar reception signal is affected by external environmental factors, for example, the characteristics of the ground surface, rain, or clouds. . The signal processor 200 receives the simulated signal generated by the simulated signal unit 100 and processes the simulated signal using the parameter information set by the controller 300. Therefore, it is possible to verify and analyze the actual radar signal processing apparatus and method by the simulated signal. In addition, the signal processor 200 may perform a target detection step after performing a preprocessing step of compensating magnetic speed. That is, since the radar and the target are both moving in the case of the received signal, the signal processor 200 performs a preprocessing step of performing magnetic speed compensation, and in the target detection step, pulse compression, Doppler processing, clutter removal, and threshold (CFAR) Signal processing such as constant false alarm rate (SLB) processing, SLB processing, clustering, mono pulse, loss calculation, and so on. The controller 300 may provide a parameter for generating a simulated signal to the simulated signal unit 100, and may provide the signal processor 200 with detailed parameters of a signal processing module and a method of use.

이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더 신호 처리 모의 장치를 도 1 및 도 2를 이용하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The radar signal processing simulation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2 as follows.

1. 모의 신호부1. Simulation signal

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.The simulation signal unit 100 generates a simulation signal by simulating a signal reflected on a moving target using the parameter information set by the controller 300. The simulation signal unit 100 for generating the simulation signal may include a simulation signal generator 110. The simulated signal unit 100, that is, the simulated signal generator 110 may be generated by, for example, a linear frequency modulation-pulse train (LFM-PT) method using Equations 1 and 2, for example.

Figure 112018119996110-pat00019
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Figure 112018119996110-pat00020
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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, Loss는 대기 손실 및 기타 손실이다.Where BW is the bandwidth of the signal, τ is the pulse width, t is -τ / 2 <t <τ / 2, f 0 is the transmission frequency, ν is the relative speed, c is the speed of electromagnetic waves, and R is the radar to the target. Street, Sig. power is the strength of the antenna beam, λ is the wavelength, RCS target is the RCS of the target, AntGt gain is the antenna transmission gain, AntGr gain is the antenna reception gain, and Loss is atmospheric loss and other losses.

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.Since the simulated signals according to Equations 1 and 2 are ideal signals, a random noise signal is added through the random noise generator 120 to create a signal similar to a real environment. That is, a target movement path is generated using a maneuver modeling method based on the simulation signal generated by Equations 1 and 2 or the simulation signal to which the random noise signal is added. In addition, a simulation of a moving target is performed using information such as a speed and a distance of the target. Here, the SLB antenna signal may be generated in a similar manner.

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.On the other hand, since the radar reception signal is affected by external environmental factors, for example, the characteristics of the earth's surface, rain or clouds, the clutter characteristics must also be reflected. For this purpose, the clutter setting unit 130 may be included. The clutter setting unit 130 may set a surface clutter, a sea level clutter, a rainfall clutter, and the like.

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.FIG. 3 is a schematic diagram of a surface clutter. In the case of the surface clutter, the surface clutter is influenced according to the type, frequency, grazing angle, etc. of the surface clutter, and is generated by the following equations 3, 4, and 5. Can be.

Figure 112018119996110-pat00021
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Figure 112018119996110-pat00022
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Figure 112018119996110-pat00023

σ0는 지표면의 형태(SurfaceType), 주파수(Waveband), 지표각(Grazing angle)에 의해 미리 결정된 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. 여기서, σ0는 "IEEE New Hampshire Section 2009 (Dr. Rober M. O'Donnell)", "Principles of Modern radar: Basic Principles (Mark A. Richards)"의 문헌 등에 기재된 일반적인 클러터 반사율 계수 값을 사용할 수 있다.sigma 0 is a clutter reflectivity coefficient determined in advance by the surface type, frequency, and wave angle, and Sc is the clutter of the beam steered region and δR is Radar distance resolution, Φ is the grazing angle, Rc is the distance of the clutter region, θa is the 3dB beam width, 1.33 is the beam loss coefficient. Here, sigma 0 can be used for general clutter reflectance coefficient values described in the literature of "IEEE New Hampshire Section 2009 (Dr. Rober M. O'Donnell)", "Principles of Modern radar: Basic Principles (Mark A. Richards)", and the like. have.

해수면 클러터(Sea surface clutter)의 경우 아래의 수학식 6 및 7을 이용하여 표현할 수 있다.Sea surface clutter can be expressed using Equations 6 and 7 below.

Figure 112018119996110-pat00024
Figure 112018119996110-pat00024

Figure 112018119996110-pat00025
Figure 112018119996110-pat00025

γ(SS)는 해수면의 상태(SS; Sea State)에 따라 미리 결정된 해수면 상태 계수, φc=λ/4πσh는 임계 지표각(critical grazing angle), σh는 파형의 높이 편차(height deviation)의 RMS, q는 파워 인덱스(Power index)이다. 여기서, γ(SS)는 "Radar System Analysis and Modeling (David K. Barton)"의 문헌 등에 기재된 dB 단위의 일반적인 해수면 상태 계수 값(10logγ)을 사용할 수 있다.γ (SS) is the sea level state coefficient predetermined according to the Sea State (SS), φ c = λ / 4πσ h is the critical grazing angle, σ h is the height deviation of the waveform Is the power index. Here, γ (SS) may use a general sea level coefficient (10logγ) in dB units described in the literature of "Radar System Analysis and Modeling (David K. Barton)".

또한, 도 4는 강우 클러터(Rain clutter)의 개략도로서, 강우 클러터의 경우 아래의 수학식 8 및 9을 이용하여 표현할 수 있다.In addition, FIG. 4 is a schematic diagram of a rain clutter, and the rainfall clutter may be expressed using Equations 8 and 9 below.

Figure 112018119996110-pat00026
Figure 112018119996110-pat00026

Figure 112018119996110-pat00027
Figure 112018119996110-pat00027

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.η V = 5.7 × 10 −14 × rr 1.6 / λ 4 is the RCS of the rain volume unit, rr is the speed of rain (mm / h), and V is the radar resolution cell volume. In addition, R is the distance of the region of interest, θ az , θ el are the azimuth angle, the 3 dB beam width in the elevation direction, k (Hrain, R, elbeam) is a coefficient of 1 or less considering the Hrain altitude.

상기한 바와 같이 모의 신호부(100)에서는 주변 환경적인 요인을 반영한 모의 신호를 생성하여 신호 처리부(200)에 전달한다.As described above, the simulation signal unit 100 generates a simulation signal reflecting environmental factors and transmits the simulation signal to the signal processor 200.

2. 신호 처리부2. Signal processing section

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.The signal processing unit 200 receives the simulation signal generated by the simulation signal unit 100 and verifies and analyzes the signal processing apparatus and method using the parameter information set by the controller 300.

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.In the case of the received signal, since both the radar and the target are moving, the preprocessing step is performed to perform the magnetic speed compensation. That is, the magnetic speed is compensated for through the magnetic speed compensator 210. In the case of self speed compensation, the speed of the radar is removed from the received signal because the speed of the radar is known. The radar relative speed signal can be calculated by Equation 10.

Figure 112018119996110-pat00028
Figure 112018119996110-pat00028

여기서, vr는 레이더 상대 속도, t는 이동 시간 이다.Where v r is the radar relative speed and t is the travel time.

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.At the end of the preprocessing phase, the target detection is detected: signal compression such as pulse compression, Doppler processing, clutter rejection, constant false alarm rate (CFAR) processing, SLB processing, clustering, monopulse, and loss calculation. At this time, signal processing such as loss calculation from pulse compression may be performed sequentially, or at least one may be selectively performed. At each of these stages, the results of processing can be shown graphically for analysis.

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.In the case of pulse compression by the pulse compression unit 220, a correlation processing or stretching processing technique may be used to detect a long distance target using modulation and obtain an excellent distance resolution. As shown in FIG. 5, as shown in FIG. 5, a Fast Fourier Transform (FFT) is performed to convert a time-based simulation signal into a frequency base, and a multiplication operation with a frequency-based reference signal is performed to perform an Inverse Fast Fourier Transform (IFFT). To convert the frequency-based signal into a time-based signal. By converting the simulated signal on a frequency basis, multiplying and converting the simulation signal on a time basis, compression of the simulated signal can be facilitated. In other words, it is difficult to calculate the time-based simulation signal, but the simulation signal of the frequency substrate is simple to multiply, and thus converts the time-based simulation signal to frequency-based, and then back to time-based after multiplication.

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.The Doppler processor 230 performs a Doppler process to extract the Doppler frequency of the target and calculate speed information. The received signal is arranged in a structure that is easy to perform a window function and an FFT, and then the FFT is performed in the velocity direction. Doppler processing is performed to obtain the velocity information of the actual target. When the pulse compression and the Doppler processing are performed, a matrix-shaped RV domain as shown in FIG. 6 is generated. Here, R is distance and V is velocity, and the distance and velocity of the target are expressed in matrix form shown in FIG. That is, after Doppler treatment, the distance and velocity of the target are converted into matrix coordinates. Is displayed.

클러티 제어부(240)는 레이더의 직하방향 클러터(clutter) 신호 및 주변 환경 요인에 따른 클러터(clutter) 성분을 제거하는 클러터 제거 기능을 수행한다.The clutter control unit 240 performs a clutter removal function to remove a clutter component according to a direct clutter signal of the radar and environmental factors.

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.The threshold processor 250 applies a threshold to detect a target, and performs threshold processing that considers a signal larger than the threshold as a target. When performing the critical processing, it is possible to select a method in consideration of external factors such as CA-CFAR, OS-CFAR, MCA-CFAR, 2D-CFAR. FIG. 7 is a schematic diagram of CA-CFAR, OS-CFAR, and MCA-CFAR. . This CFAR method is implemented to extract information about the actual target on the RV matrix of FIG. 6. That is, by performing CFAR, information about an actual target may be extracted by filtering a signal that is disturbed by surrounding objects. At this time, the analysis result according to the selection of each CFAR can be shown to the user to help the CFAR selection.

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.On the other hand, since CFAR execution time generally requires 80% longer processing time than other signal processing methods, the system does not perform CFAR threshold setting on all sorted data, but only takes odd data. Interpolation can save threshold processing time of 1/3 or more by setting the threshold of even data. That is, when performing CFAR on the RV matrix, if the number of cells formed by the intersection of R and V is large, it takes a lot of time to set the threshold value for all the cells. You can interpolate. For example, as shown in the schematic diagram of the interpolation method of FIG. 8, the CFAR is performed on the odd-numbered cells, that is, the cells displayed in orange, and the CFAR execution time can be reduced by estimating the values between the cells before and after. have.

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.The SLB processing unit 260 compares the magnitude of the SLB simulation signal generated by the simulation signal unit 100 with the target signal exceeding the threshold and discards if the target signal is smaller than the SLB signal size, and discards the SLB processing that is considered as the final target signal. Perform.

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.In the case of the final target signal, the clustering unit 270 determines the same target and performs clustering when the target signal exists next to the reference data cell. That is, if a target signal exists in the direction of the top, side, and diagonal of the reference data cell, it is determined as the same target. For example, performing a CFAR on an RV matrix, as shown in FIG. 9, targets are represented by dots. However, when the targets displayed by these points are displayed continuously, it is difficult to determine whether they are one target or a plurality of targets, and clustering is performed as a method for distinguishing them. That is, if the threshold is exceeded, it is regarded as one target, and if one exceeds the threshold and at least two of them do not exceed the threshold, the target is classified based on the target. In other words, when there are several crossing the threshold value in consecutive cells, it is regarded as one target.

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.When detecting long-range targets, even with a small beam width, the larger the distance, the larger the beam width. Therefore, the mono pulse processor 280 performs mono pulse processing to determine accurate position information of the target. In order to grasp the angular position information of the clustered target signal, a mono pulse is performed by selecting a method suitable for a corresponding system among an amplitude mono pulse method and a phase mono pulse method. In the case of amplitude mono pulses, the distance of the target is expressed based on the elevation angle and the azimuth angle at the beam steering position by using the mono pulse slope. In the case of a phase mono pulse, the degree of fall of the target in the high and azimuth directions at the beam steering position is expressed by using the phase difference of the signal.

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.On the other hand, if each component of the signal processor 200 is inevitably lost, the loss calculator 290 has to calculate and compensate the loss. The loss calculator 290 may include straddling loss, pulse compression mismatch loss, window function loss, CFAR loss, and collapsing that may occur in the signal processor 200. Compensation can be made by calculating the collapsing loss.

3. 제어부3. Control part

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.The controller 300 may control the simulation signal unit 100 and the signal processor 200. In addition, the controller 300 may provide a parameter for generating a simulation signal to the simulation signal unit 100, and may provide the signal processing block 200 with detailed parameters of a signal processing block diagram and a usage algorithm. The controller 300 may set antenna information, radar information, waveform information, target information, and the like used in the radar system. Here, the antenna information may include a beam width, a beam pattern, a gain, and the like, and the radar information may include a frequency, a power, a loss, and the like. In addition, the waveform information may include PRI, pulse width, modulation, and the like, and the target information may include distance, velocity, angle information, and the like for the target.

4. 분석부4. Analysis Department

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.The analysis unit 400 analyzes whether the simulation signal processing result from the signal processing unit 200 is correct. For example, the analyzer 400 may analyze whether the result of the signal processor 200 is accurate by comparing the result of the signal processor 200 with the parameters of the controller 300. Of course, the analyzer 400 may compare the pre-calculated value with the processing result of the signal processor 200. In this case, the analysis unit 400 may compare the processing result of the signal processing unit 200 and a contrast value corresponding thereto with a table, a graph, or the like and display the result to the user.

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.As described above, the radar signal processing simulation apparatus according to an embodiment of the present invention simulates a signal reflected by a target to which the simulation signal unit 100 moves, and generates a simulation signal, and the signal processing unit 200 simulates the simulation signal. The simulation signal generated by the controller 100 is received and the simulation signal is processed using the parameter information set by the controller 300. Here, the simulation signal unit 100 may generate a simulation signal by adding a random noise signal in order to generate a signal similar to a real environment, and may be applied to external environmental factors such as ground surface characteristics, rain, or clouds. By reflecting the clutter (Clutter) characteristics can also generate a simulated signal. In addition, the signal processor 200 may perform a target detection step after performing a preprocessing step of compensating magnetic speed. In the target detection step, signal processing such as pulse compression, Doppler processing, clutter removal, threshold processing, SLB processing, clustering, monopulse, loss calculation, etc., is performed. The controller 300 may provide a parameter for generating a simulated signal to the simulated signal unit 100, and may provide the signal processor 200 with detailed parameters of a signal processing module and a method of use. Accordingly, the analyzer 400 may verify and analyze the signal processing apparatus and method of the actual radar using the simulation signal generated from the radar signal processing simulation apparatus of the present invention.

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.The present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be implemented in various forms. In other words, the above embodiments are provided to make the disclosure of the present invention complete and to fully inform those skilled in the art of the scope of the present invention, and the scope of the present invention should be understood by the claims of the present application. . In addition, embodiments of the present invention may be combined with each other.

100 : 모의 신호부 200 : 신호 처리부
300 : 제어부 400 : 분석부100: simulated signal unit 200: signal processing unit
300: control unit 400: analysis unit

Claims (12)

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 생성하며,
상기 신호 처리부는 레이더가 이동하는 속도 정보를 수신 신호에서 제거하여 자기 속도를 보상하는 자기 속도 보상부를 포함하는 레이더 신호 처리 모의 장치.
[수학식 1]
Figure 112018119996110-pat00029

[수학식 2]
Figure 112018119996110-pat00030

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, Loss는 대기 손실 및 기타 손실.
A simulation signal unit for generating a simulation signal by simulating a signal reflected on a moving target;
A signal processor which processes a simulated signal from the simulated signal unit;
A control unit for controlling the simulation signal unit and the signal processing unit by providing a simulation signal generation and signal processing unit; And
An analysis unit for analyzing a processing result of the signal processing unit;
The simulation signal unit generates a simulation signal using Equations 1 and 2,
And the signal processor comprises a magnetic speed compensator for compensating magnetic speed by removing velocity information of a radar from a received signal.
[Equation 1]
Figure 112018119996110-pat00029

[Equation 2]
Figure 112018119996110-pat00030

Where BW is the bandwidth of the signal, τ is the pulse width, t is -τ / 2 <t <τ / 2, f 0 is the transmission frequency, ν is the relative speed, c is the speed of electromagnetic waves, and R is the radar to the target. Street, Sig. power is the strength of the antenna beam, λ is the wavelength, RCS target is the RCS of the target, AntGt gain is the antenna transmit gain, AntGr gain is the antenna receive gain, and Loss is atmospheric loss and other losses.
청구항 1에 있어서, 상기 모의 신호부는 랜덤 노이즈를 생성하는 랜덤 노이즈 생성부 및 외부 환경적 요인에 따른 클리터를 설정하는 클리터 설정부 중 적어도 하나를 더 포함하는 레이더 신호 처리 모의 장치.
The radar signal processing simulation apparatus of claim 1, wherein the simulation signal unit further comprises at least one of a random noise generation unit generating random noise and a clutter setting unit configured to set a cutter according to external environmental factors.
청구항 2에 있어서, 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 반영하는 레이더 신호 처리 모의 장치.
[수학식 3]
Figure 112019046512631-pat00031

[수학식 4]
Figure 112019046512631-pat00032

[수학식 5]
Figure 112019046512631-pat00033

[수학식 6]
Figure 112019046512631-pat00034

[수학식 7]
Figure 112019046512631-pat00035

[수학식 8]
Figure 112019046512631-pat00036

[수학식 9]
Figure 112019046512631-pat00037

여기서, σ0는 지표면의 형태(SurfaceType), 주파수(Waveband), 지표각(Grazing angle)에 의해 미리 결정된 클러터 반사율 계수, Sc는 빔조향된 영역의 클러터, δR는 레이더 거리 해상도, Φ는 지표각, Rc는 클러터 영역의 거리, θa는 3dB 빔폭, 1.33은 빔손실 계수, γ(SS)는 해수면의 상태(SS; Sea State)에 따라 미리 결정된 dB 단위의 해수면 상태 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.
The method according to claim 2, wherein the clutter setting unit at least one of the surface surface clutter according to the equations (3), (4) and (5), the sea level clutter according to the equations (6) and (7), and the rainfall clutter according to the equations (8) and (9) Radar signal processing simulation device that is set and reflected in the simulation signal.
[Equation 3]
Figure 112019046512631-pat00031

[Equation 4]
Figure 112019046512631-pat00032

[Equation 5]
Figure 112019046512631-pat00033

[Equation 6]
Figure 112019046512631-pat00034

[Equation 7]
Figure 112019046512631-pat00035

[Equation 8]
Figure 112019046512631-pat00036

[Equation 9]
Figure 112019046512631-pat00037

Where σ0 is the clutter reflectance coefficient predetermined by surface type, frequency, and wave angle, Sc is clutter of the beam steered region, δR is the radar distance resolution, and Φ is the indicator Where Rc is the distance of the clutter region, θa is the 3dB beam width, 1.33 is the beam loss coefficient, γ (SS) is the sea level state coefficient in dB units predetermined according to the sea state (SS; Sea State), φ c = λ / 4πσ h is the critical surface angle, σ h is the RMS of the height deviation of the waveform, q is the power index, η V = 5.7 × 10 -14 × rr 1.6 / λ 4 is the RCS in rainfall units, rr is the velocity of the rain in mm / h), V is the radar resolution cell volume, R is the distance of the region of interest, θ az , θ el is the azimuth angle, 3 dB beamwidth in the elevation direction, k (Hrain, R, elbeam) is a coefficient of 1 or less considering the Hrain altitude .
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.
The radar signal processing simulation apparatus according to claim 1, wherein the signal processing unit performs at least one of pulse compression, Doppler processing, clutter removal, threshold processing, SLB processing, clustering, mono pulse, and loss calculation.
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.
The radar signal processing simulation apparatus according to claim 1, wherein the control unit sets antenna information, radar information, waveform information, and target information used in the radar system and provides them to the simulation signal unit and the signal processor.
청구항 5에 있어서, 상기 분석부는 상기 신호 처리부의 처리 결과를 상기 제어부의 파라미터와 비교하여 상기 신호 처리부의 처리 결과를 분석하는 레이더 신호 처리 모의 장치.
The radar signal processing simulation apparatus of claim 5, wherein the analysis unit analyzes the processing result of the signal processing unit by comparing the processing result of the signal processing unit with a parameter of the control unit.
모의 신호 생성을 위한 파라미터를 이용하여 이동하는 표적에 대해 반사되는 신호를 모의하여 모의 신호를 생성하는 과정;
신호 처리 파라미터를 이용하여 모의 신호를 처리하는 과정; 및
상기 신호 처리 결과를 분석하는 과정을 포함하고,
상기 모의 신호는 수학식 1 및 2를 이용하여 생성하며,
상기 모의 신호 처리 과정은 레이더가 이동하는 속도 정보를 수신 신호에서 제거하여 자기 속도를 보상하는 전처리 과정을 포함하는 레이더 신호 처리 모의 방법.
[수학식 1]
Figure 112018119996110-pat00038

[수학식 2]
Figure 112018119996110-pat00039

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, Loss는 대기 손실 및 기타 손실.
Generating a simulated signal by simulating a signal reflected on a moving target using a parameter for generating a simulated signal;
Processing a simulated signal using signal processing parameters; And
Analyzing the signal processing result;
The simulated signal is generated using Equations 1 and 2,
The simulation signal processing method includes a pre-processing step of compensating the magnetic speed by removing the speed information moving the radar from the received signal.
[Equation 1]
Figure 112018119996110-pat00038

[Equation 2]
Figure 112018119996110-pat00039

Where BW is the bandwidth of the signal, τ is the pulse width, t is -τ / 2 <t <τ / 2, f 0 is the transmission frequency, ν is the relative speed, c is the speed of electromagnetic waves, and R is the radar to the target. Street, Sig. power is the strength of the antenna beam, λ is the wavelength, RCS target is the RCS of the target, AntGt gain is the antenna transmit gain, AntGr gain is the antenna receive gain, and Loss is atmospheric loss and other losses.
청구항 7에 있어서, 상기 모의 신호는 랜덤 노이즈 및 외부 환경적 요인에 따라 설정된 클리터 중 적어도 하나를 반영하여 생성하는 레이더 신호 처리 모의 방법.
The method of claim 7, wherein the simulated signal is generated by reflecting at least one of a random noise and a clutter set according to an external environmental factor.
청구항 8에 있어서, 상기 클리터는 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 설정하는 레이더 신호 처리 모의 방법.
[수학식 3]
Figure 112019046512631-pat00040

[수학식 4]
Figure 112019046512631-pat00041

[수학식 5]
Figure 112019046512631-pat00042

[수학식 6]
Figure 112019046512631-pat00043

[수학식 7]
Figure 112019046512631-pat00044

[수학식 8]
Figure 112019046512631-pat00045

[수학식 9]
Figure 112019046512631-pat00046

여기서, σ0는 지표면의 형태(SurfaceType), 주파수(Waveband), 지표각(Grazing angle)에 의해 미리 결정된 클러터 반사율 계수, Sc는 빔조향된 영역의 클러터, δR는 레이더 거리 해상도, Φ는 지표각, Rc는 클러터 영역의 거리, θa는 3dB 빔폭, 1.33은 빔손실 계수, γ(SS)는 해수면의 상태(SS; Sea State)에 따라 미리 결정된 dB 단위의 해수면 상태 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.
The method according to claim 8, wherein the clutter is to set at least one of the surface surface clutter according to the equations (3), (4) and (5), the sea level clutter according to the equations (6) and (7), and the rainfall clutter according to the equations (8) and (9). Radar signal processing simulation method.
[Equation 3]
Figure 112019046512631-pat00040

[Equation 4]
Figure 112019046512631-pat00041

[Equation 5]
Figure 112019046512631-pat00042

[Equation 6]
Figure 112019046512631-pat00043

[Equation 7]
Figure 112019046512631-pat00044

[Equation 8]
Figure 112019046512631-pat00045

[Equation 9]
Figure 112019046512631-pat00046

Where σ0 is the clutter reflectance coefficient predetermined by surface type, frequency, and wave angle, Sc is clutter of the beam steered region, δR is the radar distance resolution, and Φ is the indicator Where Rc is the distance of the clutter region, θa is the 3dB beam width, 1.33 is the beam loss coefficient, γ (SS) is the sea level state coefficient in dB units predetermined according to the sea state (SS; Sea State), φ c = λ / 4πσ h is the critical surface angle, σ h is the RMS of the height deviation of the waveform, q is the power index, η V = 5.7 × 10 -14 × rr 1.6 / λ 4 is the RCS in rainfall units, rr is the velocity of the rain in mm / h), V is the radar resolution cell volume, R is the distance of the region of interest, θ az , θ el is the azimuth angle, 3 dB beamwidth in the elevation direction, k (Hrain, R, elbeam) is a coefficient of 1 or less considering the Hrain altitude .
청구항 7에 있어서, 상기 모의 신호 처리 과정은 상기 전처리 과정 후 펄스 압축, 도플러 처리, 클러터 제거, 임계 처리, SLB 처리, 클러스터링, 모노 펄스, 손실 계산 중 적어도 어느 하나를 실시하는 레이더 신호 처리 모의 방법.
The method according to claim 7, wherein the simulated signal processing process is a radar signal processing simulation method performing at least one of pulse compression, Doppler processing, clutter removal, threshold processing, SLB processing, clustering, mono pulse, loss calculation after the preprocessing process. .
청구항 7에 있어서, 상기 모의 신호 생성 및 처리 과정에서 레이더 시스템에서 사용하는 안테나 정보, 레이더 정보, 파형 정보, 표적 정보를 이용하는 레이더 신호 처리 모의 방법.
The method according to claim 7, wherein the simulation signal generation method using the antenna information, radar information, waveform information, target information used in the radar system in the process of generating and processing the simulation signal.
청구항 11에 있어서, 상기 신호 처리 결과를 파라미터와 비교하여 신호 처리 결과를 분석하는 레이더 신호 처리 모의 방법.The method according to claim 11, wherein the signal processing result is analyzed by comparing the signal processing result with a parameter.
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