KR102061228B1 - Method and system for determining location using Newton iteration - Google Patents

Method and system for determining location using Newton iteration Download PDF

Info

Publication number
KR102061228B1
KR102061228B1 KR1020170105086A KR20170105086A KR102061228B1 KR 102061228 B1 KR102061228 B1 KR 102061228B1 KR 1020170105086 A KR1020170105086 A KR 1020170105086A KR 20170105086 A KR20170105086 A KR 20170105086A KR 102061228 B1 KR102061228 B1 KR 102061228B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cost function
dod
doa
angle
antenna array
Prior art date
Application number
KR1020170105086A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20190019756A (en
Inventor
김종만
백지웅
이준호
Original Assignee
국방과학연구소
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 국방과학연구소 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020170105086A priority Critical patent/KR102061228B1/en
Publication of KR20190019756A publication Critical patent/KR20190019756A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102061228B1 publication Critical patent/KR102061228B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/003Bistatic radar systems; Multistatic radar systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/006Theoretical aspects
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S3/00Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14Systems for determining direction or deviation from predetermined direction

Abstract

복수의 송신기들 및 복수의 수신기들을 이용하여 목표물의 위치를 결정하는 방법은 송신기로부터 발송된 전파가 목표물의 표면에서 반사되어 수신기에 의하여 수신되기까지 소요되는 시간인 전파 지연 시간을 복수의 송신기들 및 복수의 수신기들간의 조합 각각에 대하여 결정하는 단계 및 결정된 복수개의 전파 지연 시간들 각각에 대응하여 결정되는 복수개의 타원 궤적들이 교차하는 위치에 기초하여, 선형 추정 기법에 따라 목표물의 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.A method of determining the position of a target using a plurality of transmitters and a plurality of receivers includes a plurality of transmitters and a propagation delay time, which is a time required for the radio wave sent from the transmitter to be reflected by the surface of the target and received by the receiver. Determining a position of a target according to a linear estimation technique, based on the determination of each combination between the plurality of receivers and the position at which the plurality of elliptic trajectories determined corresponding to each of the determined plurality of propagation delay times intersect. It may include.

Description

뉴튼 이터레이션을 이용한 위치 결정 방법 및 시스템{Method and system for determining location using Newton iteration}Location and system for determining location using Newton iteration}

연산 처리량을 줄이면서 정확도를 높일 수 있도록 하는 뉴튼 이터레이션을 이용한 위치 결정 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a positioning method and system using Newton iteration that increases accuracy while reducing computational throughput.

기본 빔형성 알고리즘과 Capon 빔형성 알고리즘을 이용하여 바이스태틱 레이더 환경에서 DOD(Direction of Departure) 및 DOA(Direction of Arrival)를 추정할 수 있다.The basic beamforming algorithm and the capon beamforming algorithm can be used to estimate the Direction of Departure (DOD) and the Direction of Arrival (DOA) in a bistatic radar environment.

DOD/DOA 추정의 정확도를 확보하기 위해서는 등간격 선형 어레이(Uniform Linear Array: ULA)인 경우 탐색 범위를 방위각 전 범위, 등간격 원형 어레이(Uniform Circular Array: UCA)인 경우 탐색 범위를 방위각 전 범위와 앙각 전 범위로 설정하고 탐색 간격을 매우 촘촘히 설정해주어야 가능하다.To ensure the accuracy of DOD / DOA estimation, the search range is equal to the full azimuth range for Uniform Linear Array (ULA), and the search range is equal to the full azimuth range for Uniform Circular Array (UCA). This is possible only by setting the full elevation angle and setting the search interval very tightly.

송신기와 수신기가 하나로 구성된 모노스태틱(Monostatic) 환경에서는 방위각만 고려할 경우는 1차원 탐색, 방위각 앙각 모두를 고려할 경우 2차원 탐색을 통해 DOA를 추정하므로 계산량과 수행 시간이 길지 않지만, 송신기와 수신기가 분리된 바이스태틱(Bistatic) 환경인 경우 방위각만을 고려해도 2차원 탐색을 수행하게 되어 계산량과 수행시간이 증대한다는 문제점이 있다.In monostatic environment with one transmitter and one receiver, DOA is estimated by two-dimensional search when considering only azimuth angle and two-dimensional search when considering azimuth elevation angle, so calculation and execution time are not long. In the case of a bistatic environment, even when only the azimuth angle is considered, the two-dimensional search is performed, thereby increasing the amount of computation and the execution time.

뉴튼 이터레이션을 이용한 위치 결정 방법 및 시스템을 제공하는데 있다.It is to provide a method and system for positioning using Newton iteration.

본 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.The technical problem to be achieved by the present embodiment is not limited to the technical problems as described above, and other technical problems may be inferred from the following embodiments.

일 측면에 따르면, 대상체의 위치를 결정하는 방법은 복수의 송신 안테나들을 포함하는 송신 안테나 어레이를 이용하여 발송된 신호가 상기 대상체로부터 반사된 신호를 복수의 수신 안테나들을 포함하는 수신 안테나 어레이를 이용하여 수신하는 단계, 상기 수신된 신호에 따라 DOA 및 DOD 결정에 이용되는 비용 함수를 결정하는 단계, 상기 송신 안테나 어레이와 상기 대상체간의 각도인 상기 DOD와 상기 수신 안테나 어레이 상기 대상체간의 각도인 DOA를 상기 비용 함수에 따라 결정하는 단계, 및 상기 결정된 DOD와 상기 결정된 DOA를 뉴튼 이터레이션 방식에 기초하여 갱신하는 단계를 포함할 수 있다.According to an aspect, a method of determining a position of an object may include: a receiving antenna array including a plurality of receiving antennas, in which a signal sent from the transmitting antenna array including a plurality of transmitting antennas is reflected from the object; Receiving, determining a cost function used to determine DOA and DOD according to the received signal, and calculating the DOA, which is an angle between the DOD and the receiving antenna array, the object between the transmitting antenna array and the object. Determining according to a function, and updating the determined DOD and the determined DOA based on a Newton iteration scheme.

다른 측면에 따르면, 대상체의 위치를 결정하는 시스템은 신호를 발송하는 복수의 송신 안테나들을 포함하는 송신 안테나 어레이, 상기 발송된 신호가 대상체로부터 반사된 신호를 수신하는 복수의 수신 안테나들을 포함하는 수신 안테나 어레이, 및 상기 수신된 신호에 따라 DOA 및 DOD 결정에 이용되는 비용 함수를 결정하고, 상기 송신 안테나 어레이와 상기 대상체간의 각도인 상기 DOD와 상기 수신 안테나 어레이 상기 대상체간의 각도인 DOA를 상기 비용 함수에 따라 결정하고 상기 결정된 DOD와 상기 결정된 DOA를 뉴튼 이터레이션 방식에 기초하여 갱신하는 프로세서를 포함하는 위치 결정 장치를 포함할 수 있다.According to another aspect, a system for determining a position of an object includes a transmit antenna array including a plurality of transmit antennas for transmitting a signal, and a plurality of receive antennas for receiving a signal reflected from the object by the transmitted signal An array, and a cost function used to determine DOA and DOD according to the received signal, and the DOA, which is an angle between the DOD and the receiving antenna array, the object between the transmit antenna array and the object, to the cost function. And a processor for determining accordingly and for updating the determined DOD and the determined DOA based on a Newton iteration scheme.

도 1은 바이스태틱(Bistatic) 레이더 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 대상체의 위치 결정 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 대상체의 위치를 결정하기 위한 시스템을 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시 예에 따른 뉴튼 이터레이션을 적용한 경우와 적용하지 않은 경우, SNR에 대하여 빔형성 DOD/DOA 추정 알고리즘에 따른 추정치의 MSE 값을 나타내는 그래프를 도시한 도면이다
1 is a view for explaining a bistatic radar system.
2 is a flowchart illustrating a method of determining a position of an object according to an exemplary embodiment.
3 is a diagram illustrating a system for determining a position of an object, according to an exemplary embodiment.
4A and 4B are graphs illustrating MSE values of an estimate according to a beamforming DOD / DOA estimation algorithm with respect to SNR, with and without applying Newton iteration according to an embodiment.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 하기 실시 예는 기술적 사상을 구체화하기 위한 것일 뿐 권리범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 상세한 설명 및 실시 예로부터 해당 기술분야에 속하는 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.Hereinafter, only exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following examples are intended to embody the technical idea, but do not limit or limit the scope. From the detailed description and examples, what can be easily inferred by the experts in the relevant technical field is interpreted as belonging to the scope of rights.

본 명세서에서 사용되는 “구성된다” 또는 “포함한다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 도는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.As used herein, the term “consisting of” or “comprising” should not be construed as including all of the various elements, or steps, described in the specification, and some or some of them may be included. Should not be included, or should be construed to further include additional components or steps. In addition, the terms "... unit", "module", etc. described in the specification mean a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software or a combination of hardware and software. .

또한, 본 명세서에서 사용되는 “제 1” 또는 “제 2” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 이러한 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하거나 설명의 편의를 위한 목적으로 사용될 수 있다.In addition, terms including ordinal numbers, such as “first” or “second”, as used herein may be used to describe various components, but these terms may distinguish one component from another or It can be used for convenience.

이하에서는 도면을 참조하여 실시 예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

명세서 전체에 걸쳐 송신기들의 개수는 M(M>1이 정수) 개이고, 수신기들의 개수는 N(N>1인 정수) 개인 것으로 가정하도록 한다.Throughout the specification, it is assumed that the number of transmitters is M (M> 1 is an integer) and the number of receivers is N (an integer of N> 1).

임의의 송신기에 의존하는 변수는 인덱스 m을 이용하여 나타내며, 임의의 수신기와 관련된 변수는 인덱스 n을 사용하여 나타낸다. 이 때, m은, 1부터 M까지의 정수 중 임의의 정수로서 각각의 송신기에게 중복되지 않도록 배정된 인덱스이다. 또한, n은 1부터 N까지의 정수 중 임의의 정수로서 각각의 수신기에게 중복되지 않도록 배정된 인덱스이다. 또한, 송신기 및 수신기 모두에 의존하는 변수는 송신기에 대한 인덱스 m과 수신기의 인덱스 n을 열거하여 mn으로 정의되며, M 개의 송신기들로부터 발송되는 신호들은 상호간 직교(orthogonal)할 수 있다.Variables dependent on any transmitter are represented using index m and variables associated with any receiver are represented using index n. At this time, m is an index assigned so as not to overlap with each transmitter as an arbitrary integer from 1 to M. In addition, n is an arbitrary integer from 1 to N, which is an index assigned to each receiver so as not to overlap. In addition, a variable that depends on both the transmitter and the receiver is defined as mn by enumerating the index m for the transmitter and the index n of the receiver, and signals sent from the M transmitters may be orthogonal with each other.

도 1은 바이스태틱(Bistatic) 레이더 시스템을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a bistatic radar system.

도 1을 참고하면, 바이스태틱 레이더 시스템에서 송신부와 수신부가 분리된다.Referring to FIG. 1, a transmitter and a receiver are separated in a bistatic radar system.

또한, 레이더 시스템은 복수의 송신 안테나들(111, 112, 113, 114)로 구성된 송신 안테나 어레이(110) 및 복수의 수신 안테나들(131, 132, 133, 134)로 이루어진 수신 안테나 어레이(130)를 포함할 수 있다. 송신 안테나 어레이 및 수신 안테나 어레이는 각각 인접한 송신 안테나 및 인접한 수신 안테나의 간격이 일정하고 직선으로 배치된 등간격 선형 어레이(Uniform Linear Array)일 수 있으나 이에 제한되지 아니한다.In addition, the radar system includes a transmit antenna array 110 including a plurality of transmit antennas 111, 112, 113, and 114 and a receive antenna array 130 including a plurality of receive antennas 131, 132, 133, and 134. It may include. The transmitting antenna array and the receiving antenna array may be, for example, a uniform linear array in which a distance between adjacent transmitting antennas and adjacent receiving antennas is constant and arranged in a straight line, but is not limited thereto.

복수의 송신 안테나들(111, 112, 113, 114)는 각각 상호간 직교(Orthogonal)하는 신호를 발송할 수 있다. 복수의 송신 안테나들(111, 112, 113, 114) 각각에서 발송된 신호는 전체로서 송신 안테나 어레이(110)의 송신 신호를 구성할 수 있다.The plurality of transmit antennas 111, 112, 113, and 114 may transmit signals that are orthogonal to each other. The signal sent from each of the plurality of transmission antennas 111, 112, 113, and 114 may constitute a transmission signal of the transmission antenna array 110 as a whole.

송신 안테나 어레이(110)에서 발송된 신호는 대상체(120)의 표면에서 반사될 수 있다. 대상체(120)는 고유의 레이더 단면적(Radar Cross Section: RCS)를 가질 수 있다. RCS는 소정의 신호가 반사체인 대상체에서 반사될 때, 반사량을 나타내기 위해 규정된 평균 면적을 의미한다.The signal sent from the transmit antenna array 110 may be reflected on the surface of the object 120. The object 120 may have a unique radar cross section (RCS). RCS means an average area defined to represent the amount of reflection when a predetermined signal is reflected on an object that is a reflector.

수신 안테나 어레이(130)는 송신 안테나 어레이(110)로부터 송신되어 대상체에서 반사된 신호를 수신할 수 있다. 이 때, 수신 안테나 어레이(130)를 구성하는 복수의 수신 안테나들(131, 132, 133, 134) 각각은 대상체에서 반사된 신호를 수신할 수 있다. The reception antenna array 130 may receive a signal transmitted from the transmission antenna array 110 and reflected from the object. In this case, each of the plurality of reception antennas 131, 132, 133, and 134 constituting the reception antenna array 130 may receive a signal reflected from the object.

DOD(Direction of Departure)

Figure 112017080104555-pat00001
는 송신 안테나 어레이(110)를 기준으로 할 때, 대상체의 방위각을 나타낼 수 있다. DOA(Direction of Arrival)는
Figure 112017080104555-pat00002
은 수신 안테나 어레이(130)를 기준으로 할 때, 대상체의 방위각을 나타낼 수 있다. Direction of Departure (DOD)
Figure 112017080104555-pat00001
May represent an azimuth angle of the object when the transmission antenna array 110 is referred to. DOA (Direction of Arrival)
Figure 112017080104555-pat00002
May represent an azimuth angle of the object when the reception antenna array 130 is referred to.

도 2는 일 실시 예에 따른 대상체의 위치 결정 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.2 is a flowchart illustrating a method of determining a position of an object according to an exemplary embodiment.

단계 210에서, 위치 결정 장치는 복수의 송신 안테나들을 포함하는 송신 안테나 어레이를 이용하여 발송된 신호가 상기 대상체로부터 반사된 신호를 복수의 수신 안테나들을 포함하는 수신 안테나 어레이를 이용하여 수신할 수 있다.In operation 210, the positioning apparatus may receive a signal, which is transmitted by using a transmission antenna array including a plurality of transmission antennas, reflected from the object using a reception antenna array including a plurality of reception antennas.

또한, N 개의 수신 안테나들로 구성된 수신 안테나 어레이는 M 개의 송신 안테나들로 구성된 송신 안테나 어레이로부터 발송되어 표적의 표면에 반사된 신호를 수신할 수 있다.In addition, a receive antenna array consisting of N receive antennas may receive a signal sent from a transmit antenna array consisting of M transmit antennas and reflected on the surface of the target.

이하 대상체의 개수는 P(P>1인 정수) 개인 것으로 가정하도록 한다. 대상체와 관련된 변수에는 1부터 P까지의 정수인 인덱스 p가 사용된다.Hereinafter, it is assumed that the number of subjects is P (an integer of P> 1). The index p, which is an integer from 1 to P, is used for the variable associated with the object.

N 개의 수신 안테나들로 구성된 수신 안테나 어레이는 M 개의 송신 안테나들로 구성된 송신 안테나 어레이로부터 발송되어 표적의 표면에 반사된 신호를 수신할 수 있다.  A receive antenna array consisting of N receive antennas may receive a signal sent from a transmit antenna array consisting of M transmit antennas and reflected on the surface of the target.

송신 안테나 어레이와 수신 안테나 어레이는 모두 등간격 선형 배열 (ULA)일 수 있다. 또한, p번째 대상체에 대한 DOD (Direction of departure) 및 DOA(Directon of arrival)를 각각

Figure 112017080104555-pat00003
Figure 112017080104555-pat00004
로 나타낼 수 있다.Both the transmit antenna array and the receive antenna array may be equally spaced linear arrays (ULA). In addition, the DOD (Direction of departure) and the DOA (Directon of arrival) for the p-th subject, respectively
Figure 112017080104555-pat00003
And
Figure 112017080104555-pat00004
It can be represented as.

이 때, 수신 안테나의 위상차에 대한 정보를 포함하는 어레이 벡터는(array vector)는 수학식 1과 같이 정의될 수 있다. dr은 인접한 수신 안테나간의 거리를 나타낸다.In this case, an array vector including information on the phase difference of the reception antenna may be defined as in Equation 1. dr represents the distance between adjacent receiving antennas.

Figure 112017080104555-pat00005
Figure 112017080104555-pat00005

또한, 송신 안테나의 위상차에 대한 정보를 포함하는 어레이 벡터는(array vector)는 수학식 2와 같이 정의될 수 있다. dt는 인접한 송신 안테나간의 거리를 나타낸다.In addition, an array vector including information about a phase difference of a transmitting antenna may be defined as in Equation 2. dt represents the distance between adjacent transmit antennas.

Figure 112017080104555-pat00006
Figure 112017080104555-pat00006

또한, 수학식 1과 수학식 2를 이용하여 복수의 대상체에 대한 송신 안테나와 수신 안테나의 어레이 벡터에 대응하는 수신 안테나 응답

Figure 112017080104555-pat00007
과 송신 안테나 응답
Figure 112017080104555-pat00008
을 각각 수학식 3과 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.In addition, a reception antenna response corresponding to an array vector of a transmission antenna and a reception antenna for a plurality of objects using equations (1) and (2).
Figure 112017080104555-pat00007
And transmit antenna response
Figure 112017080104555-pat00008
May be represented as in Equation 3 and Equation 4, respectively.

Figure 112017080104555-pat00009
Figure 112017080104555-pat00009

Figure 112017080104555-pat00010
Figure 112017080104555-pat00010

Figure 112017080104555-pat00011
는 각각 P 개의 대상체들의 RCS나타내며 P 개의 대상체들의 RCS들에 나타내는
Figure 112017080104555-pat00012
가 정의될 수 있다. 이 때, 수신 안테나 어레이에 의하여 수신된 수신 신호는 수학식 5 및 수학식 6과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112017080104555-pat00011
Each represents the RCS of P objects and represents the RCSs of P objects.
Figure 112017080104555-pat00012
Can be defined. In this case, the reception signal received by the reception antenna array may be defined as Equation 5 and Equation 6.

Figure 112017080104555-pat00013
Figure 112017080104555-pat00013

Figure 112017080104555-pat00014
Figure 112017080104555-pat00014

수학식 5 및 6에서, L은 수신된 신호에 대한 스냅샷(snapshot)의 개수를 나타내고, S는 송신 안테나 어레이로부터 발송된 부호화 펄스(coded pulse) 행렬을 나타낸다.In Equations 5 and 6, L represents the number of snapshots for the received signal, and S represents the coded pulse matrix sent from the transmit antenna array.

또한, 송신 안테나 어레이를 구성하는 복수의 송신 안테나들 각각에서 발송된 신호를 구별하기 위하여, 복수의 송신 안테나들에서 발송된 신호들은 상호간에 직교(orthogonal)할 수 있다. 또한, E는 잡음 성분을 나타내며, 실수부와 허수부의 평균이 각각 0 이고, 분산은

Figure 112017080104555-pat00015
인 복소수 가우시안 랜덤 벡터(complex Gaussian random vector)이다.In addition, in order to distinguish signals sent from each of the plurality of transmit antennas constituting the transmit antenna array, signals sent from the plurality of transmit antennas may be orthogonal to each other. In addition, E represents the noise component, the mean of the real part and the imaginary part is 0, respectively, and the variance is
Figure 112017080104555-pat00015
Is a complex Gaussian random vector.

또한, 수신 안테나 어레이에서 복수의 송신 안테나 각각에서 발송된 신호를 구분하기 위하여, 수신된 신호에 대하여 정합 필터링(matched filtering)이 수행될 수 있다. 정합 필터링 된 수신 신호는 수학식 7과 같이 정의될 수 있다.In addition, matched filtering may be performed on the received signals in order to distinguish the signals sent from each of the plurality of transmitting antennas in the receiving antenna array. The matched filtered reception signal may be defined as shown in Equation 7.

Figure 112017080104555-pat00016
Figure 112017080104555-pat00016

 바이스태틱 다중 입출력 레이더 시스템 에서의 정합 필터링 된 수신 신호의 모델링을 위해 수학식 수학식 7을 이용하여 독립 충족 통계량 벡터(Independent sufficient statistic vector)로 변환을 수행하면, 수학식 8과 같은 변환식이 획득될 수 있다.In order to model the matched filtered signal in the bistatic multiple input / output radar system, if the transform is converted into an independent sufficient statistic vector using Equation 7, a transform equation such as Equation 8 is obtained. Can be.

Figure 112017080104555-pat00017
Figure 112017080104555-pat00017

수학식 8은 대상체의 개수가 1개인 경우에 대한 식이다. 이 때, 수학식 8을 대상체의 개수가 P 개인 경우로 확장함으로써, 복수 개의 타겟에 대한 수신 신호는 수학식 9 내지 수학식 11과 같이 정의될 수 있다.Equation 8 is for the case where the number of objects is one. In this case, by expanding Equation 8 to the case where the number of objects is P, the received signals for the plurality of targets may be defined as in Equations 9 to 11.

Figure 112017080104555-pat00018
Figure 112017080104555-pat00018

Figure 112017080104555-pat00019
Figure 112017080104555-pat00019

Figure 112017080104555-pat00020
Figure 112017080104555-pat00020

수학식 10에서, 대상체 각각에 대한 열 벡터 κ를 병합하여, P 개의 대상체에 대한 행렬 K가 정의 된다. 또한, 수학식 11에서, P 개의 대상체에 대한 RCS를 병합하여 열 벡터 H가 정의된다.. In Equation 10, a matrix K for P objects is defined by merging the column vectors κ for each object. In Equation 11, a column vector H is defined by merging RCSs for P objects.

단계 220에서, 위치 결정 장치는 수신된 신호에 따라 DOA 및 DOD 결정에 이용되는 비용 함수를 결정할 수 있다.In step 220, the positioning device may determine the cost function used for DOA and DOD determination according to the received signal.

비용 함수는 임의의 DOD에 대응하는 제 1 각도 변수 및 임의의 DOA에 대응하는 제 2 각도 변수에 대한 함수로서, 제 1 각도 변수 및 제 2 각도 변수가 대상체의 DOD 및 DOA일 때 비용 함수의 값이 최대 또는 최소일 수 있다.The cost function is a function of the first angle variable corresponding to any DOD and the second angle variable corresponding to any DOA, wherein the value of the cost function when the first and second angle variables are the DOD and DOA of the object. This can be maximum or minimum.

수학식 12 및 수학식 13 각각에 따라, 고전 빔형성 DOD/DOA 추정 알고리즘(Conventional Beamforming DOD/DOA estimation algorithm)에 이용되는 비용함수

Figure 112017080104555-pat00021
및 케이폰DOD/DOA 추정 알고리즘(Capon Beamforming DOD/DOA estimation algorithm)에 이용되는
Figure 112017080104555-pat00022
이 정의된다.According to Equations 12 and 13, the cost function used for the Conventional Beamforming DOD / DOA estimation algorithm
Figure 112017080104555-pat00021
And a Capon Beamforming DOD / DOA estimation algorithm.
Figure 112017080104555-pat00022
Is defined.

Figure 112017080104555-pat00023
Figure 112017080104555-pat00023

Figure 112017080104555-pat00024
Figure 112017080104555-pat00024

이 때, 공분산 행렬

Figure 112017080104555-pat00025
은 수학식 14와 같이 산출된다. Where the covariance matrix
Figure 112017080104555-pat00025
Is calculated as shown in equation (14).

Figure 112017080104555-pat00026
Figure 112017080104555-pat00026

단계 230에서 위치 결정 장치는 송신 안테나 어레이에 대한 대상체의 각도인 DOD와 수신 안테나 어레이에 대한 대상체의 각도인 DOA를 비용 함수에 따라 결정할 수 있다.In operation 230, the positioning apparatus may determine a DOD, which is an angle of the object with respect to the transmitting antenna array, and a DOA, which is an angle of the object with respect to the receiving antenna array, according to a cost function.

Figure 112017080104555-pat00027
Figure 112017080104555-pat00027

Figure 112017080104555-pat00028
Figure 112017080104555-pat00028

고전 빔형성 DOD/DOA 추정 알고리즘에 의하면, 수학식 15에 따라 비용함수

Figure 112017080104555-pat00029
가 최대인 제 1 각도 변수 및 제 2 각도 변수 값이 대상체의 DOD 및 DOA로 결정된다. 또한, 케이폰 빔형성DOD/DOA 추정 알고리즘에 의하면, 수학식 16에 따라
Figure 112017080104555-pat00030
비용함수가 최소인 제 1 각도 변수 및 제 2 각도 변수 값이 대상체의 DOD 및 DOA로 결정된다.According to the classical beamforming DOD / DOA estimation algorithm, the cost function
Figure 112017080104555-pat00029
The first angle variable and the second angle variable value of which are maximum are determined as the DOD and DOA of the object. In addition, according to the Keppon beamforming DOD / DOA estimation algorithm,
Figure 112017080104555-pat00030
The first and second angle variable values having a minimum cost function are determined as the DOD and DOA of the object.

위치 결정 장치는 제 1 각도 변수 및 제 2 각도 변수 각각에 소정의 개수의 탐색 값들을 대입하여, 비용 함수의 값이 최대 또는 최소인 제 1 각도의 탐색 값 및 제 2 각도의 탐색 값 각각을 대상체의 DOD 및 DOA로 결정할 수 있다. 예를 들어 고전 빔형성 DOD/DOA 추정 알고리즘의 경우 비용 함수의 값이 최대인 제 1 각도 탐색 값 및 제 2 각도의 탐색 값이 대상체의 DOD 및 DOA로 추정될 수 있다. 또한, 케이폰 빔형성 DOD/DOA 추정 알고리즘의 경우 비용 함수의 값이 최소인 제 1 각도 탐색 값 및 제 2 각도의 탐색값이 대상체의 DOD 및 DOA로 추정될 수 있다. 소정의 개수의 탐색 값들은 -90도부터 90도까지 각도 중 소정의 각도 간격으로 선택된 값들일 수 있다.The positioning device substitutes a predetermined number of search values into each of the first and second angle variables, so that each of the search values of the first angle and the search value of the second angle has a maximum or minimum value of the cost function. Can be determined by DOD and DOA. For example, in the classical beamforming DOD / DOA estimation algorithm, the first angle search value and the second angle search value having the maximum value of the cost function may be estimated as the DOD and DOA of the object. In addition, in the case of the KEPCO beamforming DOD / DOA estimation algorithm, the first angle search value and the second angle search value having the minimum value of the cost function may be estimated as the DOD and DOA of the object. The predetermined number of search values may be values selected at predetermined angular intervals from -90 degrees to 90 degrees.

단계 240에서 위치 결정 장치는 대상체에 대하여 결정된 DOD와 결정된 DOA를 뉴튼 이터레이션 방식에 기초하여 갱신할 수 있다.In operation 240, the positioning apparatus may update the determined DOD and the determined DOA for the object based on the Newton iteration method.

넓은 간격의 탐색 값들에 기초하여 얻은 초기 추정값에 대하여 뉴튼 이터레이션 기법이 반복 수행됨에 따라, 초기 추정값의 오차가 줄어들 수 있다.As the Newton iteration technique is repeatedly performed on the initial estimate obtained based on the wide interval search values, the error of the initial estimate may be reduced.

빔형성 DOD/DOA 추정 알고리즘인 경우 해당 비용함수를 대상체의 DOD 또는 DOA로 편미분을 하게 되면 0의 값을 가지게 되는 성질을 이용하여 Newton iteration식을 얻을 수 있다. Newton iteration은 고전 및 케이폰 추정 알고리즘 모두에 적용될 수 있으므로 편의상 비용함수가 수학식 17과 같이 일반화될 수 있다.In the beamforming DOD / DOA estimation algorithm, the partial derivative of the corresponding cost function to the DOD or DOA of the object can be used to obtain a Newton iteration equation using the property of having a value of zero. Since Newton iteration can be applied to both classical and kapon estimation algorithms, the cost function can be generalized as shown in Equation 17 for convenience.

Figure 112017080104555-pat00031
Figure 112017080104555-pat00031

수학식 17에서 고전 빔형성 DOD/DOA 추정 알고리즘의 경우 C는

Figure 112017080104555-pat00032
이고, 케이폰 빔형성 DOD/DOA 추정 알고리즘의 경우 C는
Figure 112017080104555-pat00033
일 수 있다.In Equation 17, C for the classical beamforming DOD / DOA estimation algorithm
Figure 112017080104555-pat00032
In the case of the Keppon beamforming DOD / DOA estimation algorithm, C
Figure 112017080104555-pat00033
Can be.

바이스태틱 시스템에서의 대상체의 DOD와 DOA를 동시에 추정하기 위한 Newton iteration은 수학식 18과 같이 수행될 수 있다.Newton iteration for simultaneously estimating DOD and DOA of an object in a bistatic system may be performed as in Equation 18.

Figure 112017080104555-pat00034
Figure 112017080104555-pat00034

수학식 18은 구체적으로 수학식 19 내지 26에 따라 유도될 수 있다.Equation 18 may be specifically derived according to Equations 19 to 26.

Figure 112017080104555-pat00035
Figure 112017080104555-pat00035

Figure 112017080104555-pat00036
Figure 112017080104555-pat00036

Figure 112017080104555-pat00037
Figure 112017080104555-pat00037

Figure 112017080104555-pat00038
Figure 112017080104555-pat00038

Figure 112017080104555-pat00039
Figure 112017080104555-pat00039

Figure 112017080104555-pat00040
Figure 112017080104555-pat00040

Figure 112017080104555-pat00041
Figure 112017080104555-pat00041

기존의 바이스태틱 다중 입출력 레이더 시스템에서, DOD/DOA 추정 알고리즘을 통해 DOD와 DOA가 1차적으로 추정된다. 정확한 DOD/DOA 추정 및 성능 분석을 위해서는 방위각 전 범위가 세세하게 탐색되어야 한다. 하지만 본 개시에서는 뉴튼 이터레이션 기법을 통하여 정확한 DOD/DOA가 추정되므로 넓은 간격으로 DOD/DOA 탐색이 수행될 수 있다.In the existing bistatic multi-input / output radar system, the DOD and DOA are estimated first through the DOD / DOA estimation algorithm. For accurate DOD / DOA estimation and performance analysis, the full azimuth range must be explored in detail. However, in the present disclosure, since the correct DOD / DOA is estimated through the Newton iteration technique, the DOD / DOA search may be performed at a wide interval.

도 3은 일 실시 예에 따른 대상체의 위치를 결정하기 위한 시스템(300)을 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a system 300 for determining a position of an object, according to an exemplary embodiment.

일 실시 예에 따른 시스템(300)은 송신 안테나 어레이(110), 수신 안테나 어레이(130) 및 위치 결정 장치(140)를 포함할 수 있다.The system 300 according to an embodiment may include a transmit antenna array 110, a receive antenna array 130, and a positioning device 140.

송신 안테나 어레이(110)는 복수의 송신 안테나들을 포함하는 등간격 선형 어레이(ULA)일 수 있다. 송신 안테나 어레이에 포함된 복수의 송신 안테나들은 각각 상호간 직교하는 신호를 발송할 수 있다. 복수의 송신 안테나들 각각에서 발송된 신호는 전체로서 송신 안테나 어레이의 송신 신호를 구성할 수 있다.The transmit antenna array 110 may be an equally spaced linear array (ULA) including a plurality of transmit antennas. A plurality of transmit antennas included in the transmit antenna array may transmit signals that are orthogonal to each other. The signal sent from each of the plurality of transmit antennas may constitute the transmit signal of the transmit antenna array as a whole.

일 실시 예에 따른, 수신 안테나 어레이(130)는 복수의 송신 안테나들을 포함하는 등간격 선형 어레이(ULA)일 수 있다. 수신 안테나 어레이(130)는 송신 안테나 어레이(110)로부터 송신되어 대상체에서 반사된 신호를 수신할 수 있다. 이 때, 수신 안테나 어레이(130)를 구성하는 복수의 수신 안테나들 각각은 대상체에서 반사된 신호를 수신할 수 있다. According to an embodiment, the receiving antenna array 130 may be an equally spaced linear array (ULA) including a plurality of transmitting antennas. The reception antenna array 130 may receive a signal transmitted from the transmission antenna array 110 and reflected from the object. At this time, each of the plurality of receiving antennas constituting the receiving antenna array 130 may receive a signal reflected from the object.

일 실시 예에 따른, 위치 결정 장치(140)는 프로세서를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the positioning device 140 may include a processor.

프로세서는 범용 프로세서, 중앙 처리 장치 (CPU), 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 제어기, 마이크로제어기, 상태 머신, 및 등을 포함하도록 넓게 해석되어야 한다. 몇몇 환경에서는, "프로세서" 는 주문형 반도체 (ASIC), 프로그램가능 로직 디바이스 (PLD), 필드 프로그램가능 게이트 어레이 (FPGA), 등을 지칭할 수도 있다. 용어 "프로세서" 는, 예를 들어, DSP 와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들의 조합, DSP 코어와 결합한 하나 이상의 마이크로프로세서들의 조합, 또는 임의의 다른 그러한 구성들의 조합과 같은 처리 디바이스들의 조합을 지칭할 수도 있다.Processors should be interpreted broadly to include general purpose processors, central processing units (CPUs), microprocessors, digital signal processors (DSPs), controllers, microcontrollers, state machines, and the like. In some circumstances, a “processor” may refer to an application specific semiconductor (ASIC), a programmable logic device (PLD), a field programmable gate array (FPGA), or the like. The term "processor" refers to a combination of processing devices such as, for example, a combination of a DSP and a microprocessor, a combination of a plurality of microprocessors, a combination of one or more microprocessors in conjunction with a DSP core, or a combination of any other such configuration. May be referred to.

프로세서는, 수신 안테나 어레이(130)에 의하여 수신된 신호에 따라 대상체의 DOA 및 DOD 결정에 이용되는 비용 함수를 결정할 수 있다.The processor may determine a cost function used to determine DOA and DOD of the object according to the signal received by the receive antenna array 130.

비용 함수는 제 1 각도 변수 및 제 2 각도 변수에 대한 함수로서, 상기 제 1 각도 변수 및 제 2 각도 변수가 상기 대상체의 DOD 및 DOA일 때 상기 비용 함수의 값이 최대 또는 최소일 수 있다.The cost function is a function of the first and second angle variables, where the value of the cost function may be the maximum or minimum when the first and second angle variables are DOD and DOA of the object.

예를 들어, 프로세서는 수신된 신호에 대하여 정합 필터링을 수행할 수 있다. 또한, 프로세서는 정합 필터링 된 신호에 기초하여 비용함수를 결정할 수 있다.For example, the processor may perform matched filtering on the received signal. In addition, the processor may determine the cost function based on the matched filtered signal.

또한, 프로세서는 송신 안테나 어레이(110)에 대한 대상체의 각도인 상기 DOD와 상기 수신 안테나 어레이(130)에 대한 대상체의 각도인 DOA를 상기 비용 함수에 따라 결정할 수 있다.In addition, the processor may determine the DOD, which is the angle of the object with respect to the transmit antenna array 110, and the DOA, which is the angle of the object with respect to the receive antenna array 130, according to the cost function.

프로세서는 제 1 각도 변수 및 상기 제 2 각도 변수 각각에 소정의 개수의 탐색 값들을 대입하여, 상기 비용 함수의 값이 최대 또는 최소인 제 1 각도의 탐색 값 및 제 2 각도의 탐색 값 각각을 대상체의 DOD 및 DOA로 결정할 수 있다. 상기 소정의 개수의 탐색 값들은 -90도부터 90도까지 각도 중 소정의 각도 간격으로 선택된 값들일 수 있다.The processor assigns a predetermined number of search values to each of the first angle variable and the second angle variable, so that each of the search values of the first angle and the search value of the second angle whose value of the cost function is the maximum or minimum is respectively an object. Can be determined by DOD and DOA. The predetermined number of search values may be values selected at predetermined angular intervals from -90 degrees to 90 degrees.

또한, 프로세서는 결정된 DOD와 결정된 DOA를 뉴튼 이터레이션 방식에 기초하여 갱신할 수 있다.In addition, the processor may update the determined DOD and the determined DOA based on the Newton iteration scheme.

프로세서는 갱신된 DOA 및 갱신된 DOD를 이용하여 상기 대상체의 위치를 결정할 수 있다.The processor may determine the location of the object using the updated DOA and the updated DOD.

도 4a및 도 4b는 일 실시 예에 따른 뉴튼 이터레이션을 적용한 경우와 적용하지 않은 경우, SNR에 대하여 빔형성 DOD/DOA 추정 알고리즘에 따른 추정치의 MSE 값을 나타내는 그래프를 도시한 도면이다.4A and 4B are graphs illustrating an MSE value of an estimate according to a beamforming DOD / DOA estimation algorithm with respect to SNR, with and without applying Newton iteration according to an embodiment.

도 4a 및 도 4b에서는 대상체의 개수가 2 개인 경우를 가정하고, 시뮬레이션이 수행 되었다. 이 때, 제 1 대상체의 DOD 및DOA 각각 30도, 0도이며, 제 2 대상체의 DOD 및 DOA는 각각 50도 및 30도이다. In FIGS. 4A and 4B, it is assumed that the number of objects is two, and the simulation is performed. At this time, the DOD and DOA of the first object are 30 degrees and 0 degrees, respectively, and the DOD and DOA of the second object are 50 degrees and 30 degrees, respectively.

또한, 도 4a및 도 4b를 참조하면, 그래프(410, 510)은 제 1 대상체에 대한 것이며, 그래프(420, 520)은 제 2 대상체에 대한 것이다. 4A and 4B, the graphs 410 and 510 are for the first object, and the graphs 420 and 520 are for the second object.

또한, 도 4a 및 도 4b에서, 인덱스 DOD 및 DOA는 뉴튼 이터레이션이 적용되지 않은 경우이며, NT DOD 및 NT DOA는 뉴튼 이터레이션이 적용된 경우이다.In addition, in FIGS. 4A and 4B, the indexes DOD and DOA are cases where Newton iteration is not applied, and the NT DOD and NT DOA are cases where Newton iteration is applied.

이 때 Newton iteration 기법을 적용하지 않은 경우, DOD/DOA 탐색 값들의 간격은 1도 간격으로 설정되었으며, Newton iteration 기법을 적용한 시뮬레이션인 경우 탐색 간격을 3도로 설정했다. In this case, when the Newton iteration technique is not applied, the interval of DOD / DOA search values is set to 1 degree interval, and in the case of the simulation using the Newton iteration technique, the search interval is set to 3 degrees.

도 4a에서, 그래프(410) 및 그래프(420)는 제 1 대상체 및 제 2 대상체 각각에 대하여, SNR이 -5dB부터 15dB까지 5dB간격으로 증가함에 따라 뉴튼 이터레이션을 적용한 고전 빔형성 DOD/DOA 알고리즘의 추정치에 대한 MSE값을 나타낸다.In FIG. 4A, the graph 410 and the graph 420 are classical beamforming DOD / DOA algorithms to which Newton iteration is applied as the SNR increases from -5 dB to 15 dB at 5 dB intervals for each of the first object and the second object. The MSE value for an estimate of.

도 4b에서, 그래프(510) 및 그래프(520)는 제 1 대상체 및 제 2 대상체 각각에 대하여, SNR이 -5dB부터 15dB까지 5dB간격으로 증가함에 따라 뉴튼 이터레이션을 적용한 케이폰 빔형성 DOD/DOA 추정 알고리즘의 추정치에 대한 MSE값을 나타낸다.In FIG. 4B, the graph 510 and the graph 520 each show a kapon beamforming DOD / DOA to which Newton iteration is applied as the SNR increases from -5 dB to 15 dB at 5 dB intervals for each of the first object and the second object. Represents an MSE value for an estimate of an estimation algorithm.

도 4a에서 고전 빔형성 DOD/DOA 추정 알고리즘의 경우, 그래프들(410, 420)이 보여주듯이, 뉴튼 이터레이션이 적용되지 않는 경우, MSE는1에 근사한 값을 가지며, SNR이 증가하여도 MSE가 크게 감소하지 않는 반면, 뉴튼 이터레이션이 적용된 경우 모든 SNR에서 뉴튼 이터레이션이 적용되지 않은 경우보다 작은 MSE 값을 가지며, SNR이 증가함에 따라 MSE가 크게 감소하여 SNR이 15DB인 경우 0.01 이하로 감소한다. In the case of the classical beamforming DOD / DOA estimation algorithm in FIG. 4A, as the graphs 410 and 420 show, when the Newton iteration is not applied, the MSE has a value close to 1, and the MSE is increased even though the SNR is increased. On the other hand, when Newton iteration is applied, it has a smaller MSE value in all SNRs than when Newton iteration is not applied, and as the SNR increases, the MSE decreases significantly, and when the SNR is 15 DB, it decreases below 0.01. .

도 4b에서 케이폰 빔형성 DOD/DOA 추정 알고리즘의 경우, 그래프들(510, 520)이 보여주듯이, 뉴튼 이터레이션이 적용되지 않는 경우, MSE 값은 대략 1이며, SNR이 증가하여도 MSE가 크게 감소하지 않고, MSE 값이 1로 수렴한다. 그러나, 뉴튼 이터레이션이 적용된 경우 모든 SNR에서 뉴튼 이터레이션이 적용되지 않은 경우보다 작은 MSE 값을 가지며, SNR이 증가함에 따라 MSE가 크게 감소하여 SNR이 15DB인 경우 0.01 이하로 감소한다.In the case of the Keppon beamforming DOD / DOA estimation algorithm in FIG. 4B, as the graphs 510 and 520 show, when the Newton iteration is not applied, the MSE value is approximately 1, and the MSE becomes large even if the SNR increases. Without decreasing, the MSE value converges to one. However, when Newton iteration is applied, it has a smaller MSE value in all SNRs than when Newton iteration is not applied, and as the SNR increases, the MSE decreases significantly and decreases below 0.01 when the SNR is 15 DB.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (9)

서로 분리된 송신 안테나 어레이 및 수신 안테나 어레이를 포함하는 바이스태틱 시스템에서 대상체의 위치를 결정하는 방법에 있어서,
복수의 송신 안테나들을 포함하는 상기 송신 안테나 어레이를 이용하여 발송된 신호가 상기 대상체로부터 반사된 신호를 복수의 수신 안테나들을 포함하는 상기 수신 안테나 어레이를 이용하여 수신하는 단계;
상기 수신된 신호에 따라 DOA 및 DOD 결정에 이용되는 비용 함수를 결정하는 단계;
상기 송신 안테나 어레이와 상기 대상체간의 각도인 상기 DOD와 상기 수신 안테나 어레이와 상기 대상체간의 각도인 DOA를 상기 비용 함수에 따라 결정하는 단계; 및
상기 결정된 DOD와 상기 결정된 DOA를 뉴튼 이터레이션 방식에 기초하여 갱신하는 단계를 포함하고,
상기 수신하는 단계에서,
상기 복수의 송신 안테나들은 각각 상호간 직교하는 신호를 발송하고,
상기 비용 함수를 결정하는 단계에서,
상기 비용 함수는 DOD에 대응하는 제 1 각도 변수 및 DOA에 대응하는 제 2 각도 변수에 대한 함수로서,
Figure 112019123754163-pat00047

에 의하여 고전 빔형성 추정 알고리즘에 이용되는 제 1 비용 함수 및 케이폰 추정 알고리즘에 이용되는 제 2 비용 함수 중 어느 하나로 선택되며,
이때, P는 상기 비용 함수이고,
Figure 112019123754163-pat00048
는 상기 제 1 각도 변수이고,
Figure 112019123754163-pat00049
은 상기 제 2 각도 변수이고, K는 상기 제 1 각도 변수 및 상기 제 2 각도 변수를 원소로 하는 열 벡터이고, H는 상기 대상체에 대한 레이더 단면적(Radar Cross Section)을 원소로 하는 열 벡터이고, C는 상기 수신된 신호의 공분산 행렬인
Figure 112019123754163-pat00050
에 기초하여 결정되되, 상기 고전 빔형성 추정 알고리즘의 경우, 상기 C는
Figure 112019123754163-pat00051
이고, 상기 케이폰 추정 알고리즘의 경우, 상기 C는
Figure 112019123754163-pat00052
이고,
상기 비용 함수에 따라 결정하는 단계는,
상기 제 1 각도 변수 및 상기 제 2 각도 변수가 상기 대상체의 DOD 및 DOA일 때 상기 제 1 비용 함수의 값은 최대이고, 상기 제 2 비용 함수의 값은 최소이고,
상기 갱신하는 단계는,
상기 바이스태틱 시스템에서의 상기 대상체의 DOD와 DOA를 동시에 추정하기 위하여
Figure 112019123754163-pat00059

을 편미분하여 유도된 상기 뉴튼 이터레이션 방식에 기초하여 상기 결정된 DOD와 상기 결정된 DOA를 갱신하되,
이때, M은 상기 송신 안테나의 개수이고, N은 상기 수신 안테나의 개수이고, bh은 상기 송신 안테나의 위상차에 대한 정보를 포함하는 어레이 벡터이고, ai는 수신 안테나의 위상차에 대한 정보를 포함하는 어레이 벡터인, 방법.
A method of determining the position of an object in a bistatic system comprising a transmit antenna array and a receive antenna array separated from each other,
Receiving a signal reflected by the transmission signal using the transmission antenna array including a plurality of transmission antennas from the object using the reception antenna array including a plurality of reception antennas;
Determining a cost function used for DOA and DOD determination according to the received signal;
Determining the DOD, which is an angle between the transmitting antenna array and the object, and a DOA, which is an angle between the receiving antenna array and the object, according to the cost function; And
Updating the determined DOD and the determined DOA based on a Newton iteration scheme;
In the receiving step,
The plurality of transmit antennas each transmits a signal orthogonal to each other,
In determining the cost function,
The cost function is a function of a first angle variable corresponding to the DOD and a second angle variable corresponding to the DOA,
Figure 112019123754163-pat00047

Is selected from one of the first cost function used for the classical beamforming estimation algorithm and the second cost function used for the kapon estimation algorithm,
Where P is the cost function,
Figure 112019123754163-pat00048
Is the first angle variable,
Figure 112019123754163-pat00049
Is the second angle variable, K is a column vector having the first angle variable and the second angle variable as elements, H is a column vector having the radar cross section of the object as an element, C is a covariance matrix of the received signal
Figure 112019123754163-pat00050
Is determined based on the classical beamforming estimation algorithm.
Figure 112019123754163-pat00051
In the case of the K- phone estimation algorithm, C is
Figure 112019123754163-pat00052
ego,
Determining according to the cost function,
When the first angle variable and the second angle variable are DOD and DOA of the object, the value of the first cost function is maximum, the value of the second cost function is minimum,
The updating step,
To estimate DOD and DOA of the subject at the same time in the bistatic system
Figure 112019123754163-pat00059

Update the determined DOD and the determined DOA based on the Newton iteration method derived by partial differentiation,
In this case, M is the number of transmit antennas, N is the number of receive antennas, b h is an array vector including information on the phase difference of the transmit antenna, and a i includes information about the phase difference of the receive antenna. The array vector.
제 1 항에 있어서,
상기 갱신된 DOA 및 갱신된 DOD를 이용하여 상기 대상체의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
The method of claim 1,
Determining the location of the object using the updated DOA and updated DOD.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 비용 함수에 따라 결정하는 단계는,
상기 제 1 각도 변수 및 상기 제 2 각도 변수 각각에 소정의 개수의 탐색 값들을 대입하여, 상기 비용 함수의 값이 최대 또는 최소인 제 1 각도의 탐색 값 및 제 2 각도의 탐색 값 각각을 상기 DOD 및 상기 DOA로 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
The method of claim 1,
Determining according to the cost function,
Substituting a predetermined number of search values into each of the first and second angle variables, the search value of the first angle and the search value of the second angle having the maximum or minimum value of the cost function are respectively converted into the DOD. And determining with the DOA.
제 4 항에 있어서,
상기 비용 함수에 따라 결정하는 단계는
상기 소정의 개수의 탐색 값들은 -90도부터 90도까지 각도 중 소정의 각도 간격으로 선택된 값들인, 방법.
The method of claim 4, wherein
Determining according to the cost function
The predetermined number of search values are values selected at predetermined angular intervals of an angle from -90 degrees to 90 degrees.
제 1 항에 있어서,
상기 비용 함수를 결정하는 단계는,
상기 수신된 신호에 대하여 정합 필터링을 수행하는 단계; 및
정합 필터링 된 신호에 기초하여 상기 비용 함수를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
The method of claim 1,
Determining the cost function,
Performing matched filtering on the received signal; And
Determining the cost function based on a matched filtered signal.
제 1 항에 있어서,
상기 송신 안테나 어레이 및 수신 안테나 어레이는 등 간격 선형 어레이(ULA: Uniform linear array)인, 방법.
The method of claim 1,
Wherein the transmit antenna array and receive antenna array are a uniform linear array (ULA).
대상체의 위치를 결정하는 바이스태틱 시스템에 있어서,
신호를 발송하는 복수의 송신 안테나들을 포함하는 송신 안테나 어레이;
상기 발송된 신호가 대상체로부터 반사된 신호를 수신하는 복수의 수신 안테나들을 포함하는 수신 안테나 어레이; 및
상기 수신된 신호에 따라 DOA 및 DOD 결정에 이용되는 비용 함수를 결정하고,
상기 송신 안테나 어레이와 상기 대상체간의 각도인 상기 DOD와 상기 수신 안테나 어레이와 상기 대상체간의 각도인 DOA를 상기 비용 함수에 따라 결정하고
상기 결정된 DOD와 상기 결정된 DOA를 뉴튼 이터레이션 방식에 기초하여 갱신하는 프로세서를 포함하는 위치 결정 장치를 포함하고,
상기 복수의 송신 안테나들은 각각 상호간 직교하는 신호를 발송하고,
상기 비용 함수는 DOD에 대응하는 제 1 각도 변수 및 DOA에 대응하는 제 2 각도 변수에 대한 함수로서,
Figure 112019123754163-pat00053

에 의하여 고전 빔형성 추정 알고리즘에 이용되는 제 1 비용 함수 및 케이폰 추정 알고리즘에 이용되는 제 2 비용 함수 중 어느 하나로 선택되며,
이때, P는 상기 비용 함수이고,
Figure 112019123754163-pat00054
는 상기 제 1 각도 변수이고,
Figure 112019123754163-pat00055
은 상기 제 2 각도 변수이고, K는 상기 제 1 각도 변수 및 상기 제 2 각도 변수를 원소로 하는 열 벡터이고, H는 상기 대상체에 대한 레이더 단면적(Radar Cross Section)을 원소로 하는 열 벡터이고, C는 상기 수신된 신호의 공분산 행렬인
Figure 112019123754163-pat00056
에 기초하여 결정되되, 상기 고전 빔형성 추정 알고리즘의 경우, 상기 C는
Figure 112019123754163-pat00057
이고, 상기 케이폰 추정 알고리즘의 경우, 상기 C는
Figure 112019123754163-pat00058
이고,
상기 제 1 각도 변수 및 상기 제 2 각도 변수가 상기 대상체의 DOD 및 DOA일 때 상기 제 1 비용 함수의 값은 최대이고, 상기 제 2 비용 함수의 값은 최소이고,
상기 프로세서는
상기 바이스태틱 시스템에서의 상기 대상체의 DOD와 DOA를 동시에 추정하기 위하여
Figure 112019123754163-pat00060

을 편미분하여 유도된 상기 뉴튼 이터레이션 방식에 기초하여 상기 결정된 DOD와 상기 결정된 DOA를 갱신하되,
이때, M은 상기 송신 안테나의 개수이고, N은 상기 수신 안테나의 개수이고, bh은 상기 송신 안테나의 위상차에 대한 정보를 포함하는 어레이 벡터이고, ai는 수신 안테나의 위상차에 대한 정보를 포함하는 어레이 벡터인, 시스템.
In a bistatic system for determining the position of an object,
A transmit antenna array comprising a plurality of transmit antennas for sending a signal;
A receiving antenna array including a plurality of receiving antennas for receiving the signal from which the transmitted signal is reflected from an object; And
Determine a cost function used for DOA and DOD determination according to the received signal,
The DOD, which is an angle between the transmitting antenna array and the object, and the DOA, which is an angle between the receiving antenna array and the object, are determined according to the cost function.
And a positioning device including a processor for updating the determined DOD and the determined DOA based on a Newton iteration scheme.
The plurality of transmit antennas each transmits a signal orthogonal to each other,
The cost function is a function of a first angle variable corresponding to the DOD and a second angle variable corresponding to the DOA,
Figure 112019123754163-pat00053

Is selected from one of the first cost function used for the classical beamforming estimation algorithm and the second cost function used for the kapon estimation algorithm,
Where P is the cost function,
Figure 112019123754163-pat00054
Is the first angle variable,
Figure 112019123754163-pat00055
Is the second angle variable, K is a column vector having the first angle variable and the second angle variable as elements, H is a column vector having the radar cross section of the object as an element, C is a covariance matrix of the received signal
Figure 112019123754163-pat00056
Is determined based on the classical beamforming estimation algorithm.
Figure 112019123754163-pat00057
In the case of the K- phone estimation algorithm, C is
Figure 112019123754163-pat00058
ego,
When the first angle variable and the second angle variable are DOD and DOA of the object, the value of the first cost function is maximum, the value of the second cost function is minimum,
The processor is
To estimate DOD and DOA of the subject at the same time in the bistatic system
Figure 112019123754163-pat00060

Update the determined DOD and the determined DOA based on the Newton iteration method derived by partial differentiation,
In this case, M is the number of transmit antennas, N is the number of receive antennas, b h is an array vector including information on the phase difference of the transmit antenna, and a i includes information about the phase difference of the receive antenna. The array vector.
제 8 항에 있어서,
상기 위치 결정 장치는, 상기 수신된 신호에 대해 정합 필터링을 수행하고, 상기 정합 필터링된 신호에 따라 비용 함수를 결정하는, 시스템.
The method of claim 8,
And the positioning device performs matched filtering on the received signal and determines a cost function according to the matched filtered signal.
KR1020170105086A 2017-08-18 2017-08-18 Method and system for determining location using Newton iteration KR102061228B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170105086A KR102061228B1 (en) 2017-08-18 2017-08-18 Method and system for determining location using Newton iteration

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170105086A KR102061228B1 (en) 2017-08-18 2017-08-18 Method and system for determining location using Newton iteration

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190019756A KR20190019756A (en) 2019-02-27
KR102061228B1 true KR102061228B1 (en) 2019-12-31

Family

ID=65561246

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170105086A KR102061228B1 (en) 2017-08-18 2017-08-18 Method and system for determining location using Newton iteration

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102061228B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113253195B (en) * 2021-05-04 2022-10-28 西北工业大学 Self-correcting MIMO system direction finding method under array element cross coupling and direction correlation situation

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012524898A (en) 2009-04-23 2012-10-18 グループ デ エコール デ テレコミュニケーションズ Azimuth and positioning system
KR101614766B1 (en) 2014-10-01 2016-04-22 국방과학연구소 Joint direction of departure and direction of arrival estimation method and apparatus using steering vector manipulation in bistatic radar with jammer discrimination
JP2017116425A (en) * 2015-12-24 2017-06-29 学校法人東京電機大学 MIMO radar system and signal processing device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012524898A (en) 2009-04-23 2012-10-18 グループ デ エコール デ テレコミュニケーションズ Azimuth and positioning system
KR101614766B1 (en) 2014-10-01 2016-04-22 국방과학연구소 Joint direction of departure and direction of arrival estimation method and apparatus using steering vector manipulation in bistatic radar with jammer discrimination
JP2017116425A (en) * 2015-12-24 2017-06-29 学校法人東京電機大学 MIMO radar system and signal processing device

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Haidong Yan 외 2명. Multitarget identification and localization using bistatic MIMO radar systems. EURASIP Journal on Advances in Signal Processing. 2008., Pages 1-8.*
Lee, J.H 외 2명. Newton-type method in spectrum estimaion-based AOA estimation. IEICE Electronics Express. June 2012, Vol.9, No.12, Pages 1036-1043.*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190019756A (en) 2019-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111373282B (en) Radar processing chain for FMCW radar system
US10690743B2 (en) Doppler measurements to resolve angle of arrival ambiguity of wide aperture radar
JP6457612B2 (en) Angle of arrival detection system and method
US11456809B2 (en) Position estimation method for estimating position of interference signal source and position estimation system for performing the method
US9730219B2 (en) Method for determining a time multiplexing sequence for a MIMO radar
EP3916427B1 (en) Radar apparatus and method
US10768276B2 (en) Decentralised radar system
KR20160134436A (en) Method for estimating direction of arrival and apparatus for estimating direction of arrival using the same
JP6556399B2 (en) Radar equipment
US20160377713A1 (en) Method for estimating reflected wave arrival direction, and program
KR102262197B1 (en) Apparatus and method for estimating the shape of a target using fmcw radar signals
US20220268883A1 (en) Radar detection using angle of arrival estimation based on scaling parameter with pruned sparse learning of support vector
Mateos-Núñez et al. Sparse array design for automotive MIMO radar
US20190383900A1 (en) Joint optimization of antenna spacing and target angle estimation in a radar system
KR102061228B1 (en) Method and system for determining location using Newton iteration
CN114966657A (en) Radar-based detection using sparse array processing
Ikram et al. Joint antenna-array calibration and direction of arrival estimation for automotive radars
CN110579737B (en) Sparse array-based MIMO radar broadband DOA calculation method in clutter environment
KR102577357B1 (en) Method and apparatus for estimating the number of signals in radar system
JP2005189171A (en) Radar apparatus
JP7465203B2 (en) Radar Equipment
Lee et al. Enhanced performance of MUSIC algorithm using spatial interpolation in automotive FMCW radar systems
WO2021196165A1 (en) Frequency analysis method, device and radar
US11520004B2 (en) System and method for generating point cloud data in a radar based object detection
Cha et al. Implementation of high-resolution angle estimator for an unmanned ground vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E90F Notification of reason for final refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant