KR102073692B1 - 레이더 수신 장치 및 이의 클러터 억제 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사전 정보와 테스트 셀 데이터를 이용하여 비균질성 및 비정상성의 특성을 지닌 클러터를 제거하는 레이더 수신 장치 및 이의 클러터 억제 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 사전 정보 기반의 클러터 억제 방법은, 사전 정보를 이용하여 1차 클러터 신호를 생성하는 단계, 상기 1차 클러터 신호의 주파수 범위를 추정하는 단계 및 상기 1차 클러터 신호의 공분산 행렬을 계산하여 레이더 수신 신호의 클러터 신호를 억제하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

레이더 수신 장치 및 이의 클러터 억제 방법{Radar receiver and clutter suppression method of thereof}
본 발명은 레이더 수신 장치 및 이의 클러터 억제 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사전 정보와 테스트 셀 데이터를 이용하여 비균질성 및 비정상성의 특성을 지닌 클러터를 제거하는 레이더 수신 장치 및 이의 클러터 억제 방법에 관한 것이다.
시공간 적응 레이다(space-time adaptive radar)는 표적의 탐지 성능을 향상시키기 위하여 공간(spatial)과 시간(temporal)으로 2차원 이득을 얻을 수 있는 레이더 시스템이다. 이러한 레이더 시스템은 표적에 대한 탐지 성능뿐만 아니라 공간과 시간에 대한 신호 처리를 활용하여 클러터(clutter)를 효과적으로 제거할 수 있으며 이러한 신호처리 방식을 시-공간 적응 처리(space-time adaptvie processing, STAP)라고 한다. 레이더 수신 신호는 레이더 송신 신호가 표적에 의해 산란된 표적 신호와 주변 환경들에 의해 산란된 클러터 및 기타 잡음으로 구성된다. 클러터는 표적 신호에 간섭을 일으키며, 클러터가 강한 경우 표적 신호를 마스킹(masking)하여 표적 탐지를 어렵게 할 수 있다. 따라서, 표적 탐지의 정확성을 높이기 위해서는 레이더 수신 신호에서 클러터 성분을 효과적으로 억제하는 기술이 요구된다.
시공간 적응 처리 기술의 핵심은 테스트 셀(test cell)에 해당하는 클러터를 추정하는데 있다 RMB(Reed, Mallet, and Brennan) 법칙은 균질한(homogeneous) 클러터 환경과 IID(Independent identically distributed) 가정 하에서 최적 필터(matched filter) 대비 3dB 이내의 손실(loss)를 얻기 위해서는 '2×소자 수×펄스 수'에 해당하는 훈련(training) 데이터가 요구됨을 이론적으로 보였다. 하지만, '2×소자 수×펄스 수'에 해당하는 훈련 데이터 양은 지나치게 방대하고 비균질한 클러터 환경에서는 IID 가정을 할 수 없으므로 테스트 셀의 클러터를 추정하는데 한계가 있다. 이러한 문제를 다루기 위해 훈련 데이터를 줄이기 위한 연구가 다양하게 진행되었지만, 실제 환경에서 발생하는 비정상적이고 비균질한 특성을 지닌 클러터에 대해서 제한적인 억제 성능을 보임에 따라 사전정보를 이용한 클러터 억제 기술이 새롭게 제안되었으나, 여전히 훈련 데이터에 의존하거나 클러터의 ICM(intrinsic clutter motion) 특성에 의해 그 성능이 매우 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 모노스태틱과 바이스태틱 레이더 환경에서 CUT(Cell Under Test) 데이터와 사전정보만을 이용하여 비균질성과 비정상성한 특성을 지닌 클러터의 공분산을 추정하고 레이더 수신 신호로부터 클러터 신호를 제거할 수 있는 레이더 수신 장치 및 이의 클러터 억제 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 사전 정보 기반의 클러터 억제 방법은, 사전 정보를 이용하여 1차 클러터 신호를 생성하는 단계; 상기 1차 클러터 신호의 주파수 범위를 추정하는 단계; 및 상기 1차 클러터 신호의 공분산 행렬을 계산하여 레이더 수신 신호의 클러터 신호를 억제하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 사전 정보는 레이더 송신 장치와 레이더 수신 장치 각각의 속도 벡터 및 단위 벡터를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 클러터 신호를 억제하는 단계는 상기 공분산 행렬을 이용하여 상기 레이더 수신 신호에 대한 내적 연산을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 사전 정보 기반의 클러터 억제 방법은, 사전 정보에 기반하여 생성된 1차 클러터 신호와 레이더 수신 신호를 이용하여 공분산 행렬을 계산하는 단계; 및 상기 공분산 행렬에 기초하여 상기 레이더 수신 신호의 클러터 신호를 억제하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 사전 정보는 훈련(training) 데이터와는 무관할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 레이더 수신 신호에 포함된 클러터는 비균질성 및 비정상성의 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 사전 정보 기반의 클러터 억제 방법은, 비균질성 및 비정상성의 특성을 갖는 클러터를 포함하는 레이더 수신 신호를 수신하는 단계; 사전 정보를 이용하여 생성된 1차 클러터 신호의 주파수 범위를 추정하는 단계; 및 상기 1차 클러터 신호의 공분산 행렬을 계산하여 상기 레이더 수신 신호의 클러터 신호를 억제하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 레이더 수신 신호를 수신하는 단계는, M(M은 1이상의 정수)개의 펄스를 사용하고 N(N은 1이상의 정수)개의 소자로 구성된 선형 배열 안테나를 통해 레이더 수신 신호를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 사전 정보는 레이더 송신 장치와 레이더 수신 장치 각각의 속도 벡터 및 단위 벡터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 수신 장치는, 사전 정보를 이용하여 1차 클러터 신호를 생성하는 클러터 신호 생성부; 상기 1차 클러터 신호의 주파수 범위를 추정하는 주파수 범위 결정부; 및 상기 1차 클러터 신호의 공분산 행렬을 계산하여 레이더 수신 신호의 클러터 신호를 억제하는 클러터 신호 억제부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 레이더 수신 장치는, 사전 정보에 기반하여 생성된 1차 클러터 신호와 레이더 수신 신호를 이용하여 공분산 행렬을 계산하는 공분산 행렬 계산부; 및 상기 공분산 행렬에 기초하여 상기 레이더 수신 신호의 클러터 신호를 억제하는 클러터 신호 억제부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이더 수신 장치는, 비균질성 및 비정상성의 특성을 갖는 클러터를 포함하는 레이더 수신 신호를 수신하는 수신부; 사전 정보를 이용하여 생성된 1차 클러터 신호의 주파수 범위를 추정하는 주파수 범위 결정부; 및 상기 1차 클러터 신호의 공분산 행렬을 계산하여 상기 레이더 수신 신호의 클러터 신호를 억제하는 클러터 신호 억제부를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 레이더 수신 장치 및 이의 클러터 억제 방법에 의하면, CUT 데이터 만을 이용하여 사전 정보 기반의 클러터 억제 기술을 이용함으로써 다수의 훈련 데이터가 요구되지 않아 연산량과 계산 시간이 단축될 수 있고, ICM에 의한 클러터 스펙트럼의 퍼짐 현상을 CUT 데이터로부터 추정할 수 있으므로, 비균질성 및 비정상성의 특성을 갖는 클러터를 효과적으로 제거할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 바이스태틱 레이더 환경을 도식화한 도면이다.
도 2는 표적 신호가 포함된 특정 CUT로부터 수신된 신호의 angle-Doppler 평면에서의 스펙트럼을 나타낸다.
도 3은 수학식 5를 이용하여 계산된 클러터의 angle-Doppler 평면에서의 스펙트럼을 나타낸다.
도 4는 CUT 데이터와 후보 클러터 신호와의 상관도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 클러터 억제 알고리즘을 적용한 출력 신호의 angle-Doppler 스펙트럼이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 수신 장치를 간략히 나타낸 블록도이다.
도 7은 도 6에 도시된 클러터 신호 처리부의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이하에서 설명되는 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다. 그리고 본 발명의 여러 실시 예를 설명함에 있어서, 동일한 기술적 특징을 갖는 구성요소에 대하여는 동일한 도면 부호를 사용하기로 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 바이스태틱 레이더 환경을 도식화한 도면이다.
도 1을 참조하면, 바이스태틱(bistatic) 레이더 환경은 레이더 송신단과 레이더 수신단이 분리되어 이격된 구조로서, 레이더 송신단과 레이더 수신단이 일체로 형성되는 모노스태틱(monostatic) 레이더 환경과 구별된다.
실제 레이더가 운용되는 환경에서 발생되는 클러터는 비균질성(heterogeneous)의 특성을 갖는 동시에 바이스태틱 레이더나 모노스태틱 non-sidelooking 레이더 구조인 경우는 클러터의 비정상성(nonstationary) 특성도 갖는다. 이러한 특성에 의해서 클러터 신호를 추정하는데 필요한 IID(Independent identically distributed) 훈련 데이터 개수를 확보하는데 제약이 따르므로 클러터 억제 성능이 저하될 수 밖에 없다. 본 발명은 모노스태틱 또는 바이스태틱 레이더 환경에서 CUT(Cell under test)에 대하여 사전 정보만을 이용하여 ICM(Intrinsic Clutter Motion)이 포함된 클러터를 추정함으로써, 훈련 데이터 없이 클러터를 억제하는 알고리즘을 제시하고자 한다.
모노스태틱 레이더는 바이스태틱 레이더 환경에서 송신단과 수신단이 동일한 경우로서 바이스태틱 레이더 환경의 특수한 일 예에 해당하므로, 본 명세서에서는 바이스태틱 레이더 환경임을 가정하고 서술하고자 한다.
레이더의 송신 장치(50)에서 방사된 송신 신호는 도 1과 같이 표적과 더불어 동일 거리(iso-range)에 존재하는 클러터 성분들에 산란되어 레이더의 수신 장치(100)로 수신된다. 여기서, 동일 거리는 송신 장치(50)와 표적의 거리 및 수신 장치(100)와 표적의 거리의 합과, 송신 장치(50)와 클러터의 거리 및 수신 장치(100)와 클러터의 거리의 합이 동일한 경우를 의미한다. 이하에서는 송신 장치(50)와 송신단, 그리고 수신 장치(100)와 수신단은 서로 동일한 의미인 바 혼용하여 기재하기로 한다.
표적과 동일 거리에 존재하는 클러터 패치(patch)가 Nc 개로 구성되어 있는 경우 l 번째 클러터 패치와 레이더가 이루는 도플러 주파수는 다음의 수학식 1로 표현할 수 있다.
Figure 112018082041761-pat00001
여기서,
Figure 112018082041761-pat00002
와
Figure 112018082041761-pat00003
는 송신단과 수신단 각각의 속도 벡터를 의미하고
Figure 112018082041761-pat00004
는 l번째 클러터 패치와 송신단이 이루는 단위 벡터,
Figure 112018082041761-pat00005
는 l번째 클러터 패치와 수신단이 이루는 단위 벡터,
Figure 112018082041761-pat00006
는 파장(wavelength)을 의미한다. M(M은 1이상의 정수)개의 펄스를 사용하고 N(N은 1이상의 정수)개의 소자로 구성된 선형 배열 안테나로 수신되는 신호
Figure 112018082041761-pat00007
는 다음의 수학식 2와 같다.
Figure 112018082041761-pat00008
여기서, 아래 첨자 T와 l은 각각 표적과 클러터 패치를 의미하고,
Figure 112018082041761-pat00009
는 백색 잡음으로서
Figure 112018082041761-pat00010
을 따른다. 또한,
Figure 112018082041761-pat00011
는 Kronecker 연산을 의미한다.
Figure 112018082041761-pat00012
와
Figure 112018082041761-pat00013
은 각각 도플러(Doppler) 지향(Steering) 벡터와 공간(Spatial) 지향 벡터로서, 각각 다음의 수학식 3과 수학식 4과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112018082041761-pat00014
Figure 112018082041761-pat00015
여기서,
Figure 112018082041761-pat00016
와
Figure 112018082041761-pat00017
는 l 번째 클러터 패치에 의해서 수신단에 수신되는 신호의 입사각과 수신단의 위치벡터를 각각 의미한다. 따라서, 수학식 2 우변의 첫 번째 항은 표적 신호이고, 두 번째 항은 표적과 동일 거리에 존재하는 클러터를 나타낸다. 레이더의 송수신 위치 정보와 이동에 대한 운용정보를 사전정보로 활용하면 CUT의 클러터
Figure 112018082041761-pat00018
는 다음의 수학식 5와 같이 이론적으로 모델링하여 계산할 수 있다.
Figure 112018082041761-pat00019
이때, 클러터의 진폭의 통계적 특성은 알 수 없으므로,
Figure 112018082041761-pat00020
이라고 가정하기로 한다.
수신 신호
Figure 112018082041761-pat00021
에 포함된 클러터는 레이더와 동일 거리에 존재하는 클러터와의 거리, 레이더 송수신기의 위치, 그리고 레이더 송수신기의 속도벡터에 의해서 결정되며 angle-Doppler 평면에서 보면 연속된 릿지(Ridge) 형태를 갖는다.
도 2는 표적 신호가 포함된 특정 CUT로부터 수신된 신호의 angle-Doppler 평면에서의 스펙트럼을 나타낸다. 도 3은 수학식 5를 이용하여 계산된 클러터의 angle-Doppler 평면에서의 스펙트럼을 나타낸다.
도 2와 도 3을 참조하면, 도 2와 도 3 각각의 오른쪽에 있는 그라데이션 바(Gradation bar)는 신호의 파워를 표현한 것으로 단위는 [dB]이다.
도 2에 도시된 클러터의 스펙트럼은 클러터 패치의 RCS(Rader Cross Section) 값에 따라서 클러터 릿지를 이루는 각각의 angle-Doppler 지점들의 진폭 값이 변하며, 또한 클러터의 ICM에 의해서 클러터 릿지의 퍼짐(Spread) 현상이 발생한다.
도 3에는 수학식 5를 이용하여 계산한 CUT의 클러터
Figure 112018082041761-pat00022
의 angle-Doppler 스펙트럼이 도시되어 있다. 도 2와 비교해보면 클러터 릿지의 형태는 유사하지만 수학식 5는 클러터의 ICM 정보가 포함되어 있지 않고
Figure 112018082041761-pat00023
이라고 가정했기 때문에, 클러터 릿지의 퍼짐 정도나 각 클러터 패치마다 다른 RCS는 적절히 보여주지 못함을 확인할 수 있다. 따라서 클러터 릿지를 이루는 angle-Doppler 지점들의 진폭과 클러터 릿지의 퍼짐 정도를 추정하여 클러터를 억제하는 과정이 필요하다. 이를 위해 본 발명에서는 우선 클러터 릿지 후보군을 생성한 후, 실제 수신 신호(CUT 신호)와의 상관관계를 이용해서 클러터 신호를 생성하고 이어서 고유치 해석 과정을 통해서 클러터 성분을 제거하는 과정을 진행한다.
도 2와 도 3을 비교해 보면, 도 3의 사전 정보로부터 얻어진 클러터 릿지는 도 2의 실제 수신 신호의 클러터 릿지와 동일한 위치에 있으나, ICM 이 포함되어 있지 않아서 대체로 퍼짐 정도가 적다. 그러므로, 사전 정보로부터 얻어진 클러터 릿지로부터 도플러 주파수만 증감된 클러터 릿지를 생성한다면, 실제 클러터 환경을 반영한 후보군이 될 수 있다. 즉, 수학식 5를 이용해서 계산한 클러터
Figure 112018082041761-pat00024
의 도플러 주파수
Figure 112018082041761-pat00025
을
Figure 112018082041761-pat00026
로 대체함으로써 다음의 수학식 6과 같이 후보 클러터 신호를 생성할 수 있다.
Figure 112018082041761-pat00027
여기서,
Figure 112018082041761-pat00028
는 쉬프트(Shift) 시키고자 하는 도플러 주파수 간격이고, i는
Figure 112018082041761-pat00029
이고 K 는
Figure 112018082041761-pat00030
를 만족하는 정수이다. 이때, 색인(index) i를 CUT 데이터에 존재하는 클러터 릿지와 동일하도록 범위를 한정하기 위해서 다음의 수학식 7의 조건과 같이 결정한다.
Figure 112018082041761-pat00031
여기서,
Figure 112018082041761-pat00032
는 설계 변수로서
Figure 112018082041761-pat00033
와
Figure 112018082041761-pat00034
가 갖는 상관도의(Correlation) 경계값(Threshold)이고, ∥∥ 는 Norm 연산을 의미한다. 수학식 7로부터 모든 i 에 대한 후보 클러터 신호와 CUT 데이터에 포함된 클러터의 유사도를 통해 범위가 제한된 후보 클러터 신호를 결정한다.
사전정보를 이용하여 얻은 클러터 신호
Figure 112018082041761-pat00035
의 공분산 행렬은 고유값 분해에 의해 다음의 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112018082041761-pat00036
여기서, H는 hermitian 연산,
Figure 112018082041761-pat00037
는 고유벡터(Eigenvector),
Figure 112018082041761-pat00038
는 고유치(Eigen-value), N과 M은 각각 안테나 소자수와 펄스 수이다.
Figure 112018082041761-pat00039
는 noise free이므로
Figure 112018082041761-pat00040
이다. 따라서, CUT 신호
Figure 112018082041761-pat00041
에서
Figure 112018082041761-pat00042
에 해당하는 신호들을 다음의 수학식 9와 같이 제거한다.
Figure 112018082041761-pat00043
여기서,
Figure 112018082041761-pat00044
는 클러터 공분산 행렬
Figure 112018082041761-pat00045
의 차원으로서,
Figure 112018082041761-pat00046
을 만족한다. 사전 정보 신호로부터 생성한 후보 클러터 공간을 CUT 신호
Figure 112018082041761-pat00047
에 내적하여 특정 공간에 존재하는 클러터 진폭을 추정하고, 제거 과정을 통해 클러터 신호를 억제할 수 있다.
도 4는 CUT 데이터와 후보 클러터 신호와의 상관도를 나타낸다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 클러터 억제 알고리즘을 적용한 출력 신호의 angle-Doppler 스펙트럼이다.
도 4와 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 클러터 제거 방법을 검증하기 위해 표적 및 클러터 신호를 모사하여 최종 수신 신호로부터 표적 신호가 추출 가능한지를 확인한 시뮬레이션 결과에 대해 설명하기로 한다.
다음의 표 1에는 시뮬레이션에서 사용된 표적 및 클러터의 시뮬레이션 변수를 정리하였고, 비정상성과 비균질한 특성을 갖는 클러터를 모델링하기 위하여 클러터의 진폭은 correlated Log-normal 분포를 따르고 클러터의 ICM에 의해서 생기는 도플러 특성을 Gaussian 스펙트럼으로 모델링하였으며, 표적신호의 RCS는 Swerling 1 모델을 가정하였다.
Figure 112018082041761-pat00048
도 4는 [수학식 7]에서 i 범위 결정을 위한
Figure 112018082041761-pat00049
와
Figure 112018082041761-pat00050
상관도를 나타낸다.
i가 증가할수록
Figure 112018082041761-pat00051
의 릿지가 커지기 때문에 수신 신호
Figure 112018082041761-pat00052
와의 상관도가 감소한다. 이와 반대로 i 가 감소할수록 마찬가지로 상관도가 감소하지만 다시 상관도가 반등하는 구간을 도 4에서 확인할 수 있다. 이것은 생성된 클러터 릿지 일부와 angle-Doppler 평면에서
Figure 112018082041761-pat00053
=-15Hz에 존재하는 표적 신호의 상관도에 때문에 발생하는 것으로서, 표적이 제거되지 않기 위해서는 표적 신호와의 상관도보다 크도록
Figure 112018082041761-pat00054
를 설정해야 함을 확인할 수 있다. 따라서,
Figure 112018082041761-pat00055
와 표적과의 상관도가 0.5~0.6 정도에 위치하므로,
Figure 112018082041761-pat00056
가 표적과의 상관도보다 충분히 크도록
Figure 112018082041761-pat00057
로 정하고 검증 과정을 진행하였다.
도 5는
Figure 112018082041761-pat00058
을 만족하는 모든 i에 대해서 클러터 억제 알고리즘을 적용한 출력 신호의 angle-Doppler 스펙트럼이다. 도 5로부터 표적 신호는 높은 신호 레벨을 유지하고 클러터 신호만 제거됨을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 수신 장치를 간략히 나타낸 블록도이다. 도 7은 도 6에 도시된 클러터 신호 처리부의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6과 도 7을 참조하면, 레이더 수신 장치(100)는 도 1 내지 도 5에서 설명된 클러터 억제 알고리즘을 수행함으로써, 레이더 수신 신호로부터 클러터를 제거한 출력 신호를 획득할 수 있는 장치이다. 앞서 설명한 바와 같이 레이더 수신 장치(100)는 바이스태틱 레이더 환경에서 수신단에 해당한다.
레이더 수신 장치(100)는 수신부(110) 및 클러터 신호 처리부(200)를 포함할 수 있다. 레이더 수신 장치(100)의 각 구성은 예시적인 것에 불과하며, 필요에 따라 일부 구성이 추가되거나, 생략될 수 있다. 또한, 레이더 수신 장치(100)의 각 구성은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
수신부(110)는 레이더 수신 신호를 수신하는 구성으로서, M개의 펄스를 사용하고 N개의 소자로 구성된 선형 배열 안테나를 포함할 수 있다. 수신부(110)는 레이더 수신 신호를 클러터 신호 처리부(200)로 전달할 수 있다.
클러터 신호 처리부(200)는 사전 정보 획득부(210), 클러터 신호 생성부(220), 주파수 범위 결정부(230), 공분산 행렬 계산부(240) 및 클러터 신호 억제부(250)를 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 각 단계(S10~S50)는 클러터 신호 처리부(200)의 각 구성에 대응하며, 이하에서는 도 7을 참조하여 클러터 신호 처리부(200)의 각 구성의 동작에 대해 설명하기로 한다.
사전 정보 획득부(210)는 1차 클러터 신호(수학식 5에 의해 계산되는 클러터
Figure 112018082041761-pat00059
)를 계산하기 위한 사전 정보를 획득할 수 있다(S10). 즉, 사전 정보는
Figure 112018082041761-pat00060
라는 가정 아래 수학식 3의 도플러 지향 벡터와 수학식 4의 공간 지향 벡터를 통해 수학식 5에 따라 1차 클러터 신호를 계산하기 위한 파라미터들을 의미한다. 따라서, 사전 정보에는 속도 벡터
Figure 112018082041761-pat00061
와
Figure 112018082041761-pat00062
, 단위 벡터
Figure 112018082041761-pat00063
와
Figure 112018082041761-pat00064
, 파장
Figure 112018082041761-pat00065
, 펄스 반복 주기(pulse repetition interval)
Figure 112018082041761-pat00066
, 입사각
Figure 112018082041761-pat00067
, 위치 벡터
Figure 112018082041761-pat00068
가 포함될 수 있다. 이러한 사전 정보는 미리 저장되거나, 실시간으로 측정 또는 외부로부터 수신되는 정보일 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
클러터 신호 생성부(220)는 사전 정보 획득부(210)로부터 사전 정보를 제공받아, 수학식 5에 따라 1차 클러터 신호를 생성할 수 있다(S20).
사전 정보로부터 얻어진 1차 클러터 신호의 클러터 릿지는 실제 레이더 수신 신호의 클러터 릿지와 동일한 위치에 있으나, ICM 이 포함되어 있지 않아서 대체로 퍼짐 정도가 적다. 그러므로, 사전 정보로부터 얻어진 1차 클러터 신호의 클러터 릿지로부터 도플러 주파수만 증감된 클러터 릿지를 생성한다면, 실제 클러터 환경을 반영한 후보군이 될 수 있다.
따라서, 클러터 신호 생성부(220)는 수학식 5를 이용하여 계산된 클러터
Figure 112018082041761-pat00069
의 도플러 주파수
Figure 112018082041761-pat00070
을
Figure 112018082041761-pat00071
로 대체하여 수학식 6에 의해 후보 클러터 신호를 생성할 수 있다. 이때, 쉬프트되는 도플러 주파수(변이 도플러 주파수)는 주파수 범위 결정부(230)에 의해 결정되어 제공될 수 있다.
주파수 범위 결정부(230)는 수학식 6에 의해 후보 클러터 신호를 생성하기 위한 변이 도플러 주파수를 결정할 수 있다(S30). 주파수 범위 결정부(230)는 수학식 7로부터 모든 i 에 대한 후보 클러터 신호와 레이더 수신 신호에 포함된 클러터의 유사도를 통해 색인 i를 결정함으로써 범위가 제한된 후보 클러터 신호를 결정할 수 있으며, 이러한 후보 클러터 신호는 레이더 수신 신호에 존재하는 클러터 릿지와 동일한 클러터 릿지를 가질 수 있다.
공분산 행렬 계산부(240)는 사전정보를 이용하여 계산된 클러터 신호
Figure 112018082041761-pat00072
에 대해 고유값 분해를 통해 수학식 8에 따라 공분산 행렬을 계산할 수 있다(S40).
클러터 신호 억제부(250)는 사전 정보로부터 생성한 후보 클러터 공간을 수학식 9에 따라 레이더 수신 신호
Figure 112018082041761-pat00073
에 내적하여 특정 공간에 존재하는 클러터 진폭을 추정하고, 제거 과정을 통해 클러터 신호를 억제할 수 있다(S50).
상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 바이스태틱 레이더 환경에서 발생하는 비균질한 클러터에 대하여 angle-Doppler 스펙트럼상에 나타나는 클러터 릿지 구조에 대해 분석하고 클러터를 억제하는 알고리즘을 제시하였으며 수학식 유도 및 시뮬레이션을 통해 클러터가 제거됨을 보였다.
실제 수신 신호에 포함된 클러터를 사전 정보로부터 주파수가 변이된 클러터를 생성하여 ICM에 의해 퍼진 클러터 신호 공간들을 추정하였고 추정된 신호 공간들을 수신신호에서 내적하여 제거함으로써 진폭 성분이 추정되는 것을 보였다. 본 발명에서 제시한 클러터 억제 알고리즘은 CUT 데이터만을 사용하기 때문에 IID한 훈련 데이터의 부족 문제를 해결할 수 있고, 여러 가지 형태의 클러터로 이루어진 복잡한 환경에서도 활용이 가능한 장점이 있다.
상기와 같이 설명된 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (18)

  1. 사전 정보를 이용하여 1차 클러터 신호를 생성하는 단계;
    상기 1차 클러터 신호의 주파수 범위를 추정하는 단계; 및
    상기 1차 클러터 신호의 공분산 행렬을 계산하여 레이더 수신 신호의 클러터 신호를 억제하는 단계를 포함하고,
    상기 사전 정보는 레이더 송신 장치와 레이더 수신 장치 각각의 속도 벡터 및 단위 벡터를 포함하는 클러터 억제 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 클러터 신호를 억제하는 단계는 상기 공분산 행렬을 이용하여 상기 레이더 수신 신호에 대한 내적 연산을 수행하는 단계를 포함하는 클러터 억제 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 비균질성 및 비정상성의 특성을 갖는 클러터를 포함하는 레이더 수신 신호를 수신하는 단계;
    사전 정보를 이용하여 생성된 1차 클러터 신호의 주파수 범위를 추정하는 단계; 및
    상기 1차 클러터 신호의 공분산 행렬을 계산하여 상기 레이더 수신 신호의 클러터 신호를 억제하는 단계를 포함하고,
    상기 사전 정보는 레이더 송신 장치와 레이더 수신 장치 각각의 속도 벡터 및 단위 벡터를 포함하는 클러터 억제 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 레이더 수신 신호를 수신하는 단계는, M(M은 1이상의 정수)개의 펄스를 사용하고 N(N은 1이상의 정수)개의 소자로 구성된 선형 배열 안테나를 통해 레이더 수신 신호를 수신하는 단계를 포함하는 클러터 억제 방법.
  9. 삭제
  10. 사전 정보를 이용하여 1차 클러터 신호를 생성하는 클러터 신호 생성부;
    상기 1차 클러터 신호의 주파수 범위를 추정하는 주파수 범위 결정부; 및
    상기 1차 클러터 신호의 공분산 행렬을 계산하여 레이더 수신 신호의 클러터 신호를 억제하는 클러터 신호 억제부를 포함하고,
    상기 사전 정보는 레이더 송신 장치와 상기 레이더 수신 장치 각각의 속도 벡터 및 단위 벡터를 포함하는 레이더 수신 장치.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 클러터 신호 억제부는 상기 공분산 행렬을 이용하여 상기 레이더 수신 신호에 대한 내적 연산을 수행하는 레이더 수신 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 비균질성 및 비정상성의 특성을 갖는 클러터를 포함하는 레이더 수신 신호를 수신하는 수신부;
    사전 정보를 이용하여 생성된 1차 클러터 신호의 주파수 범위를 추정하는 주파수 범위 결정부; 및
    상기 1차 클러터 신호의 공분산 행렬을 계산하여 상기 레이더 수신 신호의 클러터 신호를 억제하는 클러터 신호 억제부를 포함하고,
    상기 사전 정보는 레이더 송신 장치와 레이더 수신 장치 각각의 속도 벡터 및 단위 벡터를 포함하는 레이더 수신 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 수신부는 M(M은 1이상의 정수)개의 펄스를 사용하고 N(N은 1이상의 정수)개의 소자로 구성된 선형 배열 안테나를 포함하는 레이더 수신 장치.
  18. 삭제
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